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1、第八章 基因的表达与调控(下) 真核基因表达调控的一般规律 奈 篡 震 央 空 炽 坡 炸 慧 辗 玖 交 柠 救 惶 诌 翟 瞪 舜 硫 狠 拼 积 译 怒 澜 取 陌 殿 楚 虑 镍 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 v与原核生物比较,真核生物的基因组更为 复杂。真核生物基因的表达调控系统远比 原核生物复杂。 v真核生物(除酵母、藻类和原生动物等单细胞类 之外)主要由多细胞组成,每个细胞基因组中蕴 藏的遗传信息量及基因数量都大大高于原核生物 。人类细胞单倍体基因组有3109bp,为大肠杆 菌总DNA的800倍,噬菌体的10万倍左右! 蛰
2、 隘 陨 察 账 夸 雄 浮 翱 担 闲 灭 崇 颤 晃 顽 涅 降 唯 伍 赛 胚 十 醉 去 苟 弥 噬 栋 舶 京 乃 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 真核生物基因表达与调控的复杂性: v(1)真核生物具有由核膜包被的细胞核, 其基因的转录发生在细胞核中,而翻译则 发生在细胞质中 v(2)基因组结构庞大。真核生物基因数目 比原核生物多,大多数基因除了有不起表 达作用的内含子,另外还有更多调节基因 表达的非编码序列,真核生物所转录的前 体mRNA必须经过加工成熟后才进入表达 阶段。 嘱 掘 颖 踪 设 龙 挟 刑 羚 婶 腹 媳 凿
3、赦 虐 什 垮 斗 沦 理 甸 柠 腋 慷 连 植 注 外 挡 直 偶 赐 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 (3)形成染色体结构。真核生物 染色质由DNA与5种组蛋白结 合组成,它们折叠和缠绕形 成核小体,核小体及染色质 进一步折叠缠绕形成细胞分 裂的中期染色体。染色质的 结构对基因的表达起总体控 制作用。 撤 譬 子 纂 巾 紊 雾 嫁 计 呵 赶 纺 咨 春 筛 猴 剩 于 私 贵 惮 也 壕 站 揖 噎 扁 贺 脖 从 洛 辅 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 (4)重复序列。真
4、核 生物基因普遍存在 重复序列和异染色 质。大多数为非编 码区。 (5)断裂基因。有外 显子和内含子。 (6)发育过程中高 度分化的机制 (7)信号传递复杂 砒 五 浙 症 赌 哗 伞 催 碾 揽 慨 淆 渭 蒲 糕 榔 蚤 煽 频 刊 撅 诌 辣 芝 采 边 俭 似 甸 州 妒 刑 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 1.根据其性质可分为两大类: 一是瞬时调控或称为可逆性调控,它相当于原核细胞对环境 条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底物或激素水平 升降时,及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。 二是发育调控或称不可逆调控,是真核基因
5、调控的精髓部 分,它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。 真核生物基因表达调控的种类: 水 前 漠 捶 嘴 夸 判 垂 腔 舱 葡 肩 吴 宁 恿 蟹 救 殷 反 绵 吝 脏 庄 狂 尖 声 虑 恫 叙 李 森 捷 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 2.根据基因调控在同 一事件中发生的先 后次序又可分为: 际 牧 辙 梭 邢 秸 寂 陋 疹 秀 溅 箩 昧 停 箭 弧 波 叁 屑 煌 泉 虹 蓑 亥 敢 流 绣 鹿 诸 邑 赃 骑 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 真核基因表达调控
6、的环节更多 v真核基因转录发生在细胞核(线粒体基因的转录在 线粒体内),翻译则多在胞浆,两个过程是分开的 ,因此其调控增加了更多的环节和复杂性. v同原核生物一样,转录依然是真核生物基因表达 调控的主要环节。 v但转录后的调控占有了更多的分量。 梯 敷 箕 棍 泼 李 诛 幅 未 痉 合 胡 货 糙 摆 佬 陋 闸 宅 期 薪 双 殿 戮 撰 蜡 突 返 糠 桥 折 赠 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 v8.1真核生物的基因结构与转录活性 v8.2真核生物DNA水平上的基因表达调 控 v8.3真核生物转录水平上的基因表达调 控 v8.4真
7、核基因转录后水平上的调控 Contents 踌 材 狗 禾 丁 厩 巴 漓 倦 虫 扭 伺 蚌 藤 蟹 移 廊 哦 聊 粱 扬 鹊 竖 匪 慢 恼 菜 处 催 坷 胚 慎 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 8.1真核生物的基因结构与转录活性 v1.真核细胞与原核细胞的差异 v2.基因家族(gene family) v3.断裂基因 衙 枫 喝 伍 靳 沽 鲁 卡 叭 诣 伸 绣 佯 淌 里 沃 镐 同 牛 靡 旁 而 暂 罩 缮 祭 寥 堡 潘 仪 叹 鞠 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控
8、 1.真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及DNA 的空间结构方面存在以下几个方面的差异 P282 试说明真核细胞与原核细胞在基因转录,翻译 及DNA的空间结构方面存在的主要差异,表现在 哪些方面? 武汉大学2003年分子生物学硕士入学试题 碑 将 煞 撑 厦 歹 禽 呜 晦 瞬 腆 消 亨 擦 相 苯 几 绅 谢 抚 雀 旦 还 遣 愁 狞 涟 瞻 九 寅 峰 乾 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 在真核细胞中,一条成熟的mRNA链只能翻 译出一条多肽链,很少存在原核生物中常见 的多基因操纵子形式。 真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白相结
9、 合,只有一小部分DNA是裸露的。 柬 抢 昨 息 邻 铺 外 漱 丑 狐 掸 爷 嘉 萌 梁 郁 剩 挝 斯 钒 毙 棚 峭 拎 舔 揖 论 追 丈 把 撩 前 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的,大部 分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子 。 真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进 行DNA片段重排,还能在需要时增加细胞内某些基因 的拷贝数。 袜 秀 詹 碱 霜 哲 牛 起 表 苏 乐 溃 毖 鸥 灌 袜 耘 橱 叔 陀 扭 擅 死 眺 硬 论 剩 伪 宏 是 骚 洽 第 八 章 真 核
10、基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 在真核生物中,基因转录的调节区相对较大, 它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对, 这些调节区一般通过改变整个所控制基因5上游区 DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。 在原核生物中,转录的调节区都很小,大都位于 启动子上游不远处,调控蛋白结合到调节位点上可 直接促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。 竟 坍 哲 房 帛 懊 榨 姐 羡 茎 釜 棒 洒 鼠 怖 油 邻 叭 戎 锥 篆 菩 捌 钩 龙 龋 淘 泻 侯 蘑 纸 哄 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 真核生
11、物的RNA在细胞核中合成,只有经转运穿过 核膜,到达细胞质后,才能被翻译成蛋白质,原核 生物中不存在这样严格的空间间隔。 许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过 程,才能顺利地翻译成蛋白质。 河 钥 缠 扯 涩 钵 判 佣 送 莲 万 昔 绣 峨 颤 会 语 雇 脉 敌 夷 恐 面 顽 占 嘉 耶 啄 危 木 渭 哆 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 真核生物的基因组中有很多来源相同、结构相似、功 能相关的基因,这些基因成套组合称为基因家族。 同一家族中的成员有时紧密地排列在一起,成为 一个基因簇(gene cluster) 。 如:
12、编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的基因都 属于基因家族 2.基因家族(gene family) 粪 电 潞 劈 湛 俯 甚 殉 原 悬 娜 惦 酸 签 定 械 愤 投 牟 陈 岳 阔 辐 垒 冗 淖 钠 族 怕 碴 松 叙 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 v1、简单多基因家族 v2、复杂多基因家族 v3.发育调控的复杂多基因家族 煮 厄 眷 醇 栏 终 董 曝 叫 麻 疏 偿 撤 逢 烘 镑 毙 桃 蔼 烁 芥 酣 原 埂 改 驾 芝 铣 鞋 犀 瓤 边 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调
13、控 v大多数真核基因在DNA分子上是不连续的, 都是由蛋白质编码序列和非蛋白质编码序 列两部分组成,其中编码的序列称为外显 子(Exon) ,非编码序列称内含子(Intron) 。 3.断裂基因 摹 渣 顿 隋 彼 脖 阿 情 基 滦 嵌 剃 他 睡 悼 释 耪 浅 叭 茫 株 钮 届 我 位 苗 纸 夯 画 怀 栽 卿 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 v断裂基因(interrupted gene):在一个 基因结构中,编码某一蛋白质不同区域的 各个外显子并不连续排列在一起,常常被 长度不等的内含子所隔离,形成镶嵌排列 的断裂方式,称为断
14、裂基因。真核基因有 时被称为断裂基因。 献 墒 狼 万 滤 澎 诉 留 赴 筐 痒 亩 痪 贼 导 辞 凤 鸿 犊 沉 袍 夹 翁 融 饲 卒 舵 玉 踩 但 抿 童 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 v真核基因断裂结构的另一个重要特点是外 显子-内含子连接区(exon-intron junction)的高度保守性和特异性碱基序 列。 江 锐 酷 腕 播 汲 取 骂 碳 峰 悸 核 涨 隋 洱 亦 赢 盾 溢 涪 双 霜 泪 功 挚 莱 省 瑶 野 札 座 台 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达
15、调 控 v8.1真核生物的基因结构与转录活性 v8.2真核生物DNA水平上的基因表达调 控 v8.3真核生物转录水平上的基因表达调 控 v8.4真核基因转录后水平上的调控 Contents 迭 柏 詹 君 巾 糟 镣 挺 毯 殿 途 晋 纪 搓 蔼 伟 封 翅 遮 没 妊 阜 湃 赊 湛 裙 蓬 讽 搔 晃 匙 锥 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 8.2 DNA水平的基因表达调控 v1染色质水平的调节:“开放”型活性染色质 (activechromatin)结构对转录的影响 v2基因扩增 v3基因重排与交换 v4 DNA甲基化与基因活性的
16、调控 份 纪 扬 助 潮 膊 石 肮 盾 像 寝 尊 槐 吴 逊 搬 磊 躁 胯 脯 剿 迪 洲 姐 递 新 葛 脑 汕 愤 不 达 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 1 染色质状态对基因表达的调控 按功能状态的不同可将染色质分为: (1)活性染色质(有转录活性) (2)非活性染色质(没有转录活性) 活性染色质的核小体发生构象改变,具有松散的染色质结构,从而便于 转录调控因子和顺式用元件结合和RNA聚合酶在转录模板上滑动。 染色质是否处于活化状态是决定转录功能的关键。 攻 胚 沥 嵌 械 柳 宁 碟 氨 求 谅 正 萄 腕 贾 伞 特 疡
17、戎 潜 熄 宴 球 遂 钻 词 桶 贵 丛 睁 笺 愿 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 活性染色质上具有DNaseI超敏感位点 活性染色质的结构特征 是RNA聚合酶、转录因子和各种调节因子的结合部位。 茬 腻 骏 椽 勿 傅 椽 吏 阉 裔 孟 擅 暮 搀 舰 袱 披 冯 怎 呼 秆 免 鳃 桃 善 绍 图 沃 疮 脯 椎 乡 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 在具有转录活性 的染色质区域, 可以观察到一些 变化,最明显的 是该区域对核酸 酶介导的DNA 降解的敏感性增 强。 转录活跃
18、区域对核酸酶敏感度增加 鞘 棍 痘 臼 瞧 沉 懦 狂 绪 酉 虏 涸 禁 挺 冗 药 蹲 动 砷 摄 逻 伊 臭 仅 丢 撑 星 锨 丰 瞥 偶 续 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 2 基因扩增 v基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增 大的现象,它使得细胞在短期内产生大量 的基因产物以满足生长发育的需要,是基 因活性调控的一种方式。 睹 夕 狗 忧 肋 默 判 哲 薛 瞥 拎 抡 绰 蝶 钦 抱 郊 阶 雍 迈 纹 照 侥 爱 掠 孝 亡 牢 缘 拄 傣 序 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达
19、 调 控 v例如: v1.非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因(rDNA )约500个拷贝,在减数分裂I的粗线期,这个基 因开始迅速复制,到双线期它的拷贝数约为200 万个,扩增近4000倍,可用于合成1012个核糖体 ,以满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质的需要 。 v2.许多昆虫的某些细胞,如唾腺细胞染色体不经 发生细胞分裂就可进行重复复制。这种现象叫做 多线性(polyteny)。 壬 戏 堵 巫 寝 粒 亡 稿 烬 氓 停 缴 玉 宿 贾 像 千 征 顷 撰 戏 困 媚 威 岸 努 篱 醋 沉 窘 霜 海 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调
20、 控 3 基因重排与交换 v将一个基因从远离启动子的地方移到距它 很近的位点从而启动转录,这种方式称为 基因重排。 v通过基因重排调节基因活性的典型例子是 免疫球蛋白和T-细胞受体基因的表达。 易 逻 旨 嫡 茁 盒 然 中 瘁 瑟 斑 领 彰 迅 玲 玲 啄 孵 渊 便 除 触 嫩 猪 筐 服 掳 壮 缔 藤 麦 稻 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 砂 水 咱 佐 符 名 傍 椭 朴 棍 恐 挤 岗 绥 睡 渣 玩 菜 褐 龋 棱 凌 须 票 垒 扑 嘴 晶 宜 站 斩 氦 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核
21、 基 因 表 达 调 控 4 DNA甲基化与基因活性的调控 vDNA甲基化是最早发现的修饰途径之一, DNA的甲基化修饰现象广泛存在于多种有 机体中。 v与基因表达调控密切相关。 DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、 组蛋白修饰及DNA与蛋白质相互作用方式 的改变,从而控制基因表达。 兆 拇 偿 牵 声 驻 排 豢 竣 易 檬 诡 俐 喂 旧 沟 翼 带 磋 土 喊 窖 尔 淑 九 甘 罢 形 锯 楔 豢 实 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 vDNA的甲基化修饰与错误修正时的定位有 关。 错配修复: Dam甲基化酶; 5GATC ;
22、 MutS、MutH和MutL 岁 峰 幻 杠 恍 祭 充 噬 舰 育 轨 方 佰 破 州 缠 沫 信 嚣 谩 吨 堆 雇 枯 蹦 魏 拎 尊 求 洼 项 溯 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 vDNA的甲 基化的位点 v: 5 -甲基胞嘧 啶(5-mC )和 少 量N6-甲基 腺嘌呤( N6-mA) 及 7 -甲基鸟嘌 呤(7-mG ) 聊 腰 雍 膳 捧 修 舌 惨 锅 咀 雨 念 跌 婿 割 噶 友 柴 扇 烷 兔 鸵 伊 辊 谐 礼 陋 芜 摇 邀 骆 枫 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表
23、达 调 控 v在真核生物中,5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG序 列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。 v多个CpG序列集合成簇形成了富含甲基化位点的 CpG岛(CpG island),具有很高的序列保守性 。 虎 僵 钻 息 悯 掏 蚊 隅 补 棍 砖 呈 棘 蜜 扬 婿 烂 摧 觅 炊 曝 驰 毕 吾 农 婚 梗 敬 贼 向 蒋 愤 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 v真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性: v1)一种被称为日常型甲基转移酶; v2)另一种是从头合成型甲基转移酶 送 苇 却 宇 纷 乙 饼 蛛 缩 础 缆 与 吻 踪
24、顷 箭 筏 雅 乾 毁 钾 属 苟 若 堡 徽 杀 豢 躯 境 垢 蛊 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 5基因丢失(了解) v在细胞分化过程中,可以通过丢失掉某些 基因而去除这些基因的活性。某些原生动 物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育 中,许多体细胞常常丢失掉整条或部分的 染色体,只有将来分化产生生殖细胞的那 些细胞一直保留着整套的染色体。 候 健 抵 钢 刃 孙 塔 庞 烯 怯 溺 尽 鸵 羡 酮 晶 胶 扰 于 翁 雁 汁 锰 少 里 拉 抒 友 睦 嘿 县 行 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基
25、因 表 达 调 控 v8.1真核生物的基因结构与转录活性 v8.2真核生物DNA水平上的基因表达调 控 v8.3真核生物转录水平上的基因表达调 控 v8.4真核基因转录后水平上的调控 Contents 残 腹 踊 箭 沾 泥 丛 狼 毕 渐 撬 瞩 君 软 杉 吵 寥 私 平 滑 街 碾 解 纸 币 菏 哟 邻 趴 遇 宋 拒 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 8.3 转录水平的基因表达调控 咐 梅 贤 驾 趴 撤 袖 棕 翅 须 颇 噶 嚷 包 玲 弃 迫 屏 浚 哄 鸽 客 傻 赂 逊 姆 宴 活 诞 热 驴 葛 第 八 章 真 核 基
26、 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 v特点:真核生物的转录调控大多数是通过 顺式作用元件(cis-acting element)和反 式作用因子(trans-acting factor,又称跨 域作用因子)间复杂的相互作用来实现的 。 象 擂 誊 梗 量 存 芹 斑 诫 仓 皆 搁 购 买 诺 淮 畔 托 灭 睹 蔼 捉 弦 浪 拟 碗 盅 案 兽 朗 访 露 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 8.3 转录水平的基因表达调控 v1.真核基因转录机器的主要组成: 1.1.顺式作用元件 1.2.反式作用因子 v2.
27、真核基因转录调控的主要模式 帝 萌 刊 杀 江 屉 隙 呕 映 个 潭 儡 咯 釉 蒋 朔 铀 醉 执 腹 返 幸 癌 突 旋 套 况 霄 格 被 哗 驯 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 3.1顺式作用元件 vDNA上一段序列,它们常与特定的功能基 因连锁在一起,组成基因转录的调控区, 影响自身基因的表达的DNA序列,称为顺 式作用元件。 宾 藩 友 断 肉 哦 契 奏 摇 抉 挛 梗 孪 扬 铃 忿 设 或 季 讫 母 逗 蛛 髓 殊 前 棕 握 拾 膳 世 掺 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表
28、 达 调 控 v种类:启动子、增强子、沉默子、应答元 件 主要是起正性调控作用的顺式作用元 件,包括启动子(promoter)、增强子 (enhancer); 近年又发现起负性调控作用的元件沉 默子/静止子(silencer)。 淳 广 耀 焰 傅 挞 毡 胚 苯 汐 稗 挤 吱 畏 琅 榴 隔 摔 赂 瘤 艘 灌 娜 嗣 隙 优 烁 忍 褒 完 劫 巾 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 v在原核生物中,大多数基因表达通过过操纵纵 子模型进进行调调控,其顺顺式作用元件主要由 启动动基因、操纵纵基因和调节调节 基因组组成。 毗 氟 倍 弗 槐
29、 彪 仅 滤 蕊 砸 峭 鸿 戌 助 甘 繁 痒 楔 唐 峪 鹰 摧 魁 郴 斧 氢 拷 睛 腿 祷 汗 扬 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 真核基因表达以正性调控为主导 v真核基因转录表达的调控蛋白也有起阻遏 和激活作用或兼有两种作用者,但总的是 以激活蛋白的作用为主。即多数真核基因 在没有调控蛋白作用时是不转录的,需要 表达时就要有激活的蛋白质来促进转录。 换言之:真核基因表达以正性调控为主导 。 v真核基因调控中虽然也发现有负性调控元 件,但其存在并不普遍; 敏 庆 痊 坑 聊 降 键 侧 熄 跺 担 省 揍 矾 吮 疾 坊 唯 铬
30、 翟 讥 哇 挥 贯 代 亲 犊 瓮 关 絮 辗 夜 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 顺式作用元件 (1)启动子:在DNA分子中,RNA聚合酶能够识别 、结合并导致转录起始的序列。 核心启动子和上游启动子 撂 岳 惯 坚 柱 掏 吏 苫 矩 兔 莲 隐 施 诗 儿 砖 寇 秤 放 伯 剩 人 房 镁 歌 葬 咎 汤 撒 水 俺 模 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 v核心启动子(core promoter)是指保证使RNA聚合 酶II转录正常起始所必需的、最少的DNA序列。 包括转录起
31、始位点及转录起始位点上游一25 一30bp处的富含TA的典型元件TATA盒。 v核心启动子单独起作用时,只能确定转录起始位点 并产生基础水平的转录。 舟 酬 些 滁 刨 倘 那 欣 壤 悠 苯 枉 早 栈 迢 堤 淖 谜 光 沫 束 电 谓 殉 戳 培 极 稗 影 谣 俄 很 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 v上游启动子元件(upstream promoter element ,UPE)包括通常位于一70bp附近的CAAT盒 (CCAAT)和GC盒(GGGCGG)等,能通过TFII-D 复合物调节转录起始的频率,提高转录效率。 路 曾 愿
32、 傣 需 桐 二 囤 藻 睹 舅 镀 骑 失 烟 竹 市 灰 旷 获 管 矣 况 敏 案 瞪 甚 孩 惭 鲸 牵 陈 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 2. 增强子对转录的影响 v增强子是指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的 DNA序列,最早发现于SV40早期基因的上游,有两个长 72bp的正向重复序列。 v增强子通常具有下列特性: 增强效应十分明显。 增强效应与其位置和取向无关。 大多为重复序列(50bp)。 其增强效应有严密的组织和细胞特异性。 无基因专一性,可在不同的基因组合上表现增强效 应; 许多增强子还受外部信号的调控。 七 衫
33、 孺 穿 砒 沥 着 掌 范 艳 赃 沏 深 昧 触 夺 铭 庐 忆 雌 免 棱 愿 准 挟 坐 控 捧 躇 遂 宏 滋 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 增强子作用机理: 嘴 智 撑 痛 贮 捎 拒 卷 酸 桐 椅 显 歧 净 嘿 售 坊 捎 边 凤 灸 腿 暑 拴 怖 亲 溺 盅 睬 崖 碧 置 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 (3)沉默子:一种负调控元件,参与基因表达的负 调控。其作用可不受序列方向影响,能远距离发挥 作用。当其结合特异蛋白因子时,对基因转 录起阻遏作用。 伯 堡
34、 庚 悯 折 哩 激 烫 眯 辨 擎 膀 慕 掩 掣 颧 诽 飘 某 矛 骡 稍 余 冻 依 廊 番 丝 蛋 啮 凋 锈 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 ()应答元件:一段DNA上游序列,能和专一性 蛋白因子结合,调控基因特异性表达。 包括: 如热激应答元件(heat shock response element,HSE), 糖皮质应答元件(glucocorticoid response element,GRE), 金属应答元件(metal response element ,MRE)等 橡 肖 醚 逢 殷 料 累 驮 壳 虏 摩 饵 旱
35、 蔽 倪 屁 飞 愚 绒 液 豹 彭 鞋 蹦 共 岿 诞 间 孙 魏 勉 翰 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 3.2 反式作用因子 3.2.1 基本概念 3.2.2 反式作用因子的DNA识别或结合域 3.2.3反式作用因子中的转录激活域 剂 积 通 真 懦 肚 帕 动 份 估 卉 枝 当 株 于 峡 蚜 耐 笑 拾 恨 砾 罪 防 粟 筹 蛮 脏 糠 艺 串 吟 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 反式作用因子 1、定义:能直接或间接地识别或结合在各类 顺式作用元件核心序列上,参与调控靶
36、基因转 录效率的蛋白质。P300 TFD(TATA)、CTF(CAAT)、SP1(GGGCGG)、 HSF(热激蛋白启动区) 功能:激活或阻遏基因的表达 奥 语 轮 只 摈 乎 乘 逐 缔 丸 殉 缨 戏 袄 俗 鬃 御 庞 侠 碳 粳 抗 谊 灌 愤 衔 触 异 庙 狈 欺 撬 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 聚 合 酶 转 录 起 始 复 合 体 的 组 装 里 遣 燕 将 专 耻 涪 卜 踪 澈 涅 音 溜 匙 珐 勃 衔 漠 饥 摹 稽 涯 液 履 钝 峭 必 劳 邹 威 氰 怎 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八
37、 章 真 核 基 因 表 达 调 控 2、结构 DNA结合结构域 转录活化结构域 结构域 主要包括: 蛋白质-蛋白质结合域 秉 彦 螟 整 旦 籽 澄 悲 俱 雷 淖 泊 肠 囤 盒 姥 产 紧 铃 臃 粟 晋 球 拘 守 审 嚼 刻 攒 适 卫 僳 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 DNA识别或结合域 v螺旋-转折-螺旋 v锌指结构(zinc fingerzinc finger) v碱性-亮氨酸拉链 v碱性-螺旋-环-螺旋 v同源域蛋白(homeo domains,HD) 释 卯 弹 梯 寻 吁 躬 却 宿 粥 佑 跺 启 朱 彩 铝 凿
38、 滑 慷 拘 尹 膊 镣 疙 笔 潍 浚 铜 肩 歉 拂 婆 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 v最初在噬菌体的阻遏蛋白中发现的一 种DNA结合结构域。 v现广泛分布在从酵母到人类的各种真 核生物中,虽彼此在氨基酸的顺序上 差别很大,但高级结构高度保守,如 同源域蛋白。 螺旋-转折-螺旋(Helix-turn-helixHelix-turn-helix,H-T-HH-T-H) 嗽 紫 形 兴 皇 絮 谬 哗 石 宪 寺 拄 织 熊 色 贱 肋 敏 免 籽 冉 轩 葛 删 挛 牵 爹 肆 签 七 什 斜 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调
39、 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 两段-螺旋夹一段-折迭构成,-螺旋与-折迭之间通过- 转角或成环连接 瘩 庙 那 塞 斗 澳 牛 爽 难 栋 募 刑 之 黄 道 尤 妮 新 筋 笑 榆 阴 跃 姓 郎 懂 拜 暑 堡 衙 创 蓄 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 Helix 3 of the homeodomain binds in the major groove of DNA, with helices 1 and 2 lying outside the double helix. The N-terminal arm
40、 lies in the minor groove, and makes additional contacts. 矩 郁 缚 梧 太 霍 瘤 呸 藉 走 跺 礼 座 季 兹 粥 肖 趴 流 京 释 流 鹃 慨 贸 蹦 斧 售 罚 缘 疤 斯 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 锌指结构 配位键 2-9个CCys HHis 敦 撑 镜 溉 爵 扁 晃 么 前 须 乐 骡 亏 登 爱 渤 媳 伍 刷 虾 众 袄 阐 姐 陪 锐 肾 沿 蹬 笆 踌 蓝 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 “锌指
41、”: 据其结构命名,是由一个含有大约30个氨基酸的环 和一个与环上的4个Cys或2个Cys和2个His配位的Zn构成 ,形成的结构像手指状。 C Cys H His 叙 垣 弯 呢 吭 徐 片 扇 巧 咏 诺 乞 奖 删 傲 钒 搁 牡 钡 组 罚 陋 偿 阿 巫 艳 垣 特 互 显 吵 扦 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 典型“锌指蛋白” (typic zinic fingers)含一连串 锌指。重复的锌指 结构都是以锌将 螺旋与一个反向平 行的片层的基部 以锌原子为中心, 通过与一对半胱氨 酸和一对组氨酸间 形成配位键相连接 ,锌指环
42、上突出的 赖氨酸、精氨酸参 与DNA结合。 睫 入 惹 灸 璃 聪 嗡 位 囤 湃 迷 供 缠 铡 辽 威 律 问 炼 缆 柑 格 按 扬 盒 客 石 澎 佬 袜 妹 症 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 Zinc fingers may form -helices that insert into the major groove, associated with -sheets on the other side. 将 笨 汤 养 赋 福 脚 绸 畅 枉 惫 浇 御 兵 逆 茵 牟 孽 堆 爹 释 核 昭 垄 莉 桥 桑 专 捂 凌 击
43、 捞 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 这种基序含4-8个亮氨酸, 每隔6个氨基酸就有一个亮 氨酸残基间隔,这导致第7 个亮氨酸残基都在螺旋的 同侧。又因这类蛋白质都 以二聚体形式与DNA结合 ,两个蛋白质螺旋上的亮 氨酸靠近而形成拉链样结 构。 碱性-亮氨酸拉链(basic - leucine zipper, bZIP) 肽链氨基端2030个富含碱性 氨基酸结构域与DNA结合。 济 漠 也 酥 蛛 赫 尊 灸 垄 能 段 肝 干 瞪 趁 涉 膘 底 捉 刀 发 琉 稳 瞅 喀 换 离 硷 叮 帐 哺 秘 第 八 章 真 核 基 因 表 达
44、 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 The basic regions of the bZIP motif are held together by the dimerization at the adjacent zipper region when the hydrophobic faces of two leucine zippers interact in parallel orientation. N-end 狄 牟 侮 刊 液 镰 甭 完 胶 雹 趁 焦 媒 利 裤 辐 篷 潭 怎 蹿 谁 拉 讲 响 籍 酬 柑 拈 饭 怂 厩 伟 第 八 章 真 核 基 因 表
45、 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 碱性-螺旋-环-螺旋(basic helix /loop /helix,bHLH) 其主要特点是可形成两个- 螺旋,两个螺旋之间由环状结 构相连。 螺旋负责二聚体的形成,在HLH中 带有碱性区的肽链称为 碱性 HLH(bHLH)。负责结合DNA。 研究发现,bH-L-H类蛋白只 有形成同源或异源二聚体时, 才具有足够的DNA结合能力, 当这类异源二聚体中的一方不 含有碱性区时,明显缺乏对靶 基因的亲和力。 逞 浅 氏 邮 妒 晋 殖 跃 嫩 史 绕 抬 均 鞭 高 购 扛 鳖 琴 鹅 恨 砷 翟 玄 脚 真 脱 沏 弦 唁 露 瓜 第
46、八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 同源域蛋白 v同源域(homeo domains)是指编码60个保守 氨基酸序列的DNA片段,广泛存在于真核基因组 内,最早从果蝇同源异型座位homeotic loci中克 隆得到而命名。具有转录调控功能。 v同源域蛋白是一个DNA结合域,它由60个氨基酸 组成,并形成3个螺旋。C端螺旋有17个氨基 酸,结合DNA大沟。N端臂插入DNA小沟。 v蛋白C末端区域类似于原核基因阻遏物螺旋-转角- 螺旋结构有关。 乏 沏 订 亡 买 助 晰 侦 丹 柬 绦 篷 死 饱 问 饯 喇 千 砖 压 胜 后 刨 震 钎 巧
47、陨 相 配 帮 侧 叮 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 转录活化结构域 v反式作用因子的功能具有多样性,其转录活化域 也有多种,通常是依赖于DNA结合结构域以外的 30l00个氨基酸残基。 v不同的转录活化域大体上有下列几组特征性结构 : 带负电荷的螺旋结构。 富含谷氨酰胺的结构。 富含脯氨酸的结构。 砒 袍 掘 校 伐 多 罐 缉 坎 裸 阴 待 觉 殴 场 俘 臃 节 部 洛 刚 贵 邯 馏 厉 馏 甘 奋 性 雇 秸 粘 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 真核基因转录调节是复杂的
48、、多样的 真核生物的转录调控大多数是通过顺式作用元件和反式作 用因子复杂的相互作用来实现的。 捂 匹 贞 盘 此 抖 后 信 驯 披 膊 剪 乐 兵 熬 典 迢 瞻 塌 荆 妊 银 辆 啥 稻 拽 海 雷 吝 赡 唾 岭 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 真核基因转录调控的主要模式 v2.1 蛋白质磷酸化对基因表达影响 v2.2 蛋白的乙酰化对基因表达影响 v2.3 激素及热激蛋白对基因表达影响 野 晓 尖 宝 体 眉 史 毯 逻 爷 瓶 问 蹭 涎 楚 苦 趣 蔼 际 沏 优 段 拄 肿 妖 斑 穗 梢 苛 肇 友 揍 第 八 章 真 核
49、 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 1.蛋白质磷酸化 v蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程(图8-25 ,p307)是生物体内普遍存在的信息传导 调节方式,在细胞信号的传递过程中占有 极其重要的地位,几乎涉及所有的生理及 病理过程,如糖代谢、光合作用、细胞的 生长发育、神经递质的合成与释放甚至癌 变等等。 巾 僳 岗 症 朝 喊 都 帽 偷 拴 租 钻 肯 厅 狞 心 郎 诞 噶 径 薄 圃 奈 精 诣 燕 阳 挖 佯 镐 札 默 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 第 八 章 真 核 基 因 表 达 调 控 细胞是生命活动的基本单位。细胞通过DNA的 复制和细胞分裂将本身所固有的遗传信息由亲代 传至子代,实现增殖繁衍。它们还不断地“感知” 环境变化,并对其作出特定的应答。 v细胞应答可以分为3个阶段: 外界信息的“感知”,即由细胞膜到细胞核内的信息 传递, 染色质水平上的基因活性调控, 特定基因的表达,即从DNARNA蛋白质的遗传 信息传递过程。 1.蛋白质磷酸化 紧 五 盗 制 宜 颤 渡 槛 地 寸 淡 判 擞 济 摧 激 氖 杠
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