確?；蚓_表達(dá)調(diào)控

1、確?；蚓_表達(dá)調(diào)控2v多細(xì)胞生物每個(gè)細(xì)胞具有相同的基因，多細(xì)胞生物每個(gè)細(xì)胞具有相同的基因，為什么表現(xiàn)出不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能？為什么表現(xiàn)出不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能？v如何研究基因表達(dá)調(diào)控？如何研究基因表達(dá)調(diào)控？問題討論問題討論目目 錄錄3 基因表達(dá)調(diào)控概述基因表達(dá)調(diào)控概述* * 基因基因( (gene) ) 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，是DNADNA（脫氧核糖核酸）（脫氧核糖核酸）分子上具有遺傳信息的特定核苷酸序列的總稱。分子上具有遺傳信息的特定核苷酸序列的總稱。* * 基因組基因組(genome) 一個(gè)生命個(gè)體（細(xì)胞或病毒）所攜帶的一個(gè)生命個(gè)體（細(xì)胞或病毒）所攜帶的全部遺傳信息被稱為基因組

2、。全部遺傳信息被稱為基因組。目目 錄錄4 基因表達(dá)調(diào)控概述基因表達(dá)調(diào)控概述 * * 基因表達(dá)基因表達(dá)(gene expression)生物基因組所攜帶的遺傳基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄生成生物基因組所攜帶的遺傳基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄生成某些某些RNARNA分子（如分子（如rRNA或或tRNA），或經(jīng)轉(zhuǎn)錄），或經(jīng)轉(zhuǎn)錄與翻譯合成特定蛋白質(zhì)的過程。與翻譯合成特定蛋白質(zhì)的過程。通常基因表達(dá)特指結(jié)構(gòu)基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄與翻譯通?；虮磉_(dá)特指結(jié)構(gòu)基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄與翻譯生成蛋白質(zhì)的過程。生成蛋白質(zhì)的過程。目目 錄錄5 基因表達(dá)調(diào)控概述基因表達(dá)調(diào)控概述生物對(duì)基因轉(zhuǎn)錄和翻譯進(jìn)行調(diào)控的過程。生物對(duì)基因轉(zhuǎn)錄和翻譯進(jìn)行調(diào)控的過程?；虮磉_(dá)調(diào)控可在基因組、轉(zhuǎn)錄、翻

3、譯和加工基因表達(dá)調(diào)控可在基因組、轉(zhuǎn)錄、翻譯和加工等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行，但最重要的是轉(zhuǎn)錄水平的表等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行，但最重要的是轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)調(diào)控。達(dá)調(diào)控。* * 基因表達(dá)調(diào)控（基因表達(dá)調(diào)控（control of gene expression） 目目 錄錄6 基因表達(dá)的特異性基因表達(dá)的特異性 時(shí)間特異性時(shí)間特異性在特定的環(huán)境中，按功能需要，某一特定在特定的環(huán)境中，按功能需要，某一特定基因的表達(dá)隨時(shí)間、環(huán)境而變化，嚴(yán)格按特定基因的表達(dá)隨時(shí)間、環(huán)境而變化，嚴(yán)格按特定時(shí)間順序發(fā)生，這就是基因表達(dá)的時(shí)間特異性時(shí)間順序發(fā)生，這就是基因表達(dá)的時(shí)間特異性（temporal specificity）。）。 多細(xì)胞生物基

4、因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階段特異性段特異性( (stage specificity) )。目目 錄錄7多細(xì)胞真核生物同一基因產(chǎn)物在不同組織器多細(xì)胞真核生物同一基因產(chǎn)物在不同組織器官中的含量也是不一樣的，即在發(fā)育、分化的特官中的含量也是不一樣的，即在發(fā)育、分化的特定時(shí)期內(nèi)同一基因產(chǎn)物在不同組織細(xì)胞內(nèi)并非平定時(shí)期內(nèi)同一基因產(chǎn)物在不同組織細(xì)胞內(nèi)并非平均分布，而是按一定空間順序出現(xiàn)，這就是基因均分布，而是按一定空間順序出現(xiàn)，這就是基因表達(dá)的空間特異性（表達(dá)的空間特異性（spatial specificity）。）。基因表達(dá)的空間特異性又稱組織特異性基因表達(dá)的空間特異性

5、又稱組織特異性（tissue specificity）或細(xì)胞特異性（）或細(xì)胞特異性（cell specificity）。）。 空間特異性空間特異性 基因表達(dá)的特異性基因表達(dá)的特異性目目 錄錄8 基因表達(dá)的方式基因表達(dá)的方式 組成性表達(dá)組成性表達(dá)某些基因在生物體內(nèi)幾乎所有的細(xì)胞中某些基因在生物體內(nèi)幾乎所有的細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，這種基因被稱之為持家基因或管持續(xù)表達(dá)，這種基因被稱之為持家基因或管家基因（家基因（house-keeping gene）。）。這類基因的表達(dá)稱為基本表達(dá)或組成性這類基因的表達(dá)稱為基本表達(dá)或組成性表達(dá)（表達(dá)（constitutive gene expression）。）。組成性表

6、達(dá)一般只與基因的啟動(dòng)子的活組成性表達(dá)一般只與基因的啟動(dòng)子的活性有關(guān)，而不受細(xì)胞內(nèi)其他機(jī)制的調(diào)節(jié)。性有關(guān)，而不受細(xì)胞內(nèi)其他機(jī)制的調(diào)節(jié)。目目 錄錄9 基因表達(dá)的方式基因表達(dá)的方式 誘導(dǎo)誘導(dǎo)在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因表在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因表達(dá)被激活，基因的表達(dá)產(chǎn)物明顯增加，這種達(dá)被激活，基因的表達(dá)產(chǎn)物明顯增加，這種基因稱為可誘導(dǎo)基因。基因稱為可誘導(dǎo)基因?？烧T導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過可誘導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過程稱之為誘導(dǎo)（程稱之為誘導(dǎo)（induced）。）。目目 錄錄10 基因表達(dá)的方式基因表達(dá)的方式 阻遏阻遏在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因表在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)

7、的基因表達(dá)被抑制，即該基因由表達(dá)變?yōu)椴槐磉_(dá)，這達(dá)被抑制，即該基因由表達(dá)變?yōu)椴槐磉_(dá)，這一過程稱為基因的阻遏（一過程稱為基因的阻遏（repressedrepressed）。）。這類可被抑制表達(dá)的基因通常稱為可阻這類可被抑制表達(dá)的基因通常稱為可阻遏基因。遏基因。目目 錄錄11 誘導(dǎo)和阻遏是生物調(diào)控自身基因表誘導(dǎo)和阻遏是生物調(diào)控自身基因表達(dá)的兩種方式，在生物界普遍存在，也達(dá)的兩種方式，在生物界普遍存在，也是生物體適應(yīng)環(huán)境的最基本機(jī)制。是生物體適應(yīng)環(huán)境的最基本機(jī)制。 基因表達(dá)的方式基因表達(dá)的方式目目 錄錄12 基因表達(dá)的方式基因表達(dá)的方式 協(xié)調(diào)表達(dá)協(xié)調(diào)表達(dá)在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組在一定機(jī)制控制

8、下，功能上相關(guān)的一組基因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一基因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致致，共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)（共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)（coordinate expression），這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。），這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。目目 錄錄13 基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義* * 適應(yīng)環(huán)境、維持細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖。適應(yīng)環(huán)境、維持細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖。* * 維持細(xì)胞分化和個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育。維持細(xì)胞分化和個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育。目目 錄錄14 原核生物原核生物基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控 原核生物細(xì)胞中含有全套遺傳信息，原核生物細(xì)胞中含有全套遺傳信息，但并非所有基因同時(shí)表達(dá)。原核生物（如但

9、并非所有基因同時(shí)表達(dá)。原核生物（如細(xì)菌）可以根據(jù)外界環(huán)境因素變化調(diào)整本細(xì)菌）可以根據(jù)外界環(huán)境因素變化調(diào)整本身的基因表達(dá)，使其生長(zhǎng)和繁殖處于最佳身的基因表達(dá)，使其生長(zhǎng)和繁殖處于最佳狀態(tài)。狀態(tài)。本節(jié)以大腸桿菌為例介紹原核生物基本節(jié)以大腸桿菌為例介紹原核生物基因表達(dá)調(diào)控的方式和特點(diǎn)。因表達(dá)調(diào)控的方式和特點(diǎn)。目目 錄錄15 原核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)原核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)* * 因子決定因子決定RNARNA聚合酶識(shí)別特異性。聚合酶識(shí)別特異性。 * * 操縱子的普遍性。操縱子的普遍性。* * 阻遏機(jī)制的普遍性。阻遏機(jī)制的普遍性。 * * 轉(zhuǎn)錄和翻譯同時(shí)進(jìn)行。轉(zhuǎn)錄和翻譯同時(shí)進(jìn)行。 目目 錄錄16 原核基因表達(dá)

10、調(diào)控的特點(diǎn)原核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)操縱子的一般結(jié)構(gòu)操縱子的一般結(jié)構(gòu) 目目 錄錄17 原核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控原核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 RNA聚合酶對(duì)轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控聚合酶對(duì)轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控 原核生物原核生物RNARNA聚合酶的聚合酶的因子，決定因子，決定了了RNARNA聚合酶識(shí)別啟動(dòng)序列的特異性。聚合酶識(shí)別啟動(dòng)序列的特異性。 這是原核生物基因轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控的基這是原核生物基因轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控的基本方式，在原核生物細(xì)胞內(nèi)普遍存在。本方式，在原核生物細(xì)胞內(nèi)普遍存在。 目目 錄錄18 RNA聚合酶對(duì)轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控聚合酶對(duì)轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控 目目 錄錄19 原核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控原核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 乳糖操縱子（乳糖操縱子

11、（lac operon） lac操縱子負(fù)責(zé)調(diào)控乳糖代謝酶系的基操縱子負(fù)責(zé)調(diào)控乳糖代謝酶系的基因表達(dá)，由結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控元件兩部分組因表達(dá)，由結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控元件兩部分組成。成。 lac操縱子的表達(dá)存在負(fù)調(diào)控和正調(diào)控操縱子的表達(dá)存在負(fù)調(diào)控和正調(diào)控兩種模式。兩種模式。 目目 錄錄20 乳糖操縱子乳糖操縱子lacIlacI P Placlac lacOlacO lacZlacZ lacYlacY lacAlacA CAPCAP結(jié)合區(qū)結(jié)合區(qū)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因目目 錄錄21 乳糖操縱子乳糖操縱子乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控目目 錄錄22乳糖操縱子的正調(diào)控乳糖

12、操縱子的正調(diào)控 乳糖操縱子乳糖操縱子目目 錄錄23乳糖操縱子的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)乳糖操縱子的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié) CAP CAP介導(dǎo)的正調(diào)控與阻遏蛋白介導(dǎo)的負(fù)調(diào)介導(dǎo)的正調(diào)控與阻遏蛋白介導(dǎo)的負(fù)調(diào)控，兩種機(jī)制是相輔相成、互相協(xié)調(diào)的關(guān)系?？兀瑑煞N機(jī)制是相輔相成、互相協(xié)調(diào)的關(guān)系。 當(dāng)阻遏蛋白封閉當(dāng)阻遏蛋白封閉lacOlacO序列時(shí)，序列時(shí)，CAPCAP介導(dǎo)的介導(dǎo)的正調(diào)控對(duì)正調(diào)控對(duì)laclac操縱子系統(tǒng)是不發(fā)揮作用的。但操縱子系統(tǒng)是不發(fā)揮作用的。但是，當(dāng)阻遏蛋白與是，當(dāng)阻遏蛋白與lacOlacO序列解聚時(shí)，序列解聚時(shí)，laclac操縱操縱子依然轉(zhuǎn)錄活性很低，此時(shí)必須有子依然轉(zhuǎn)錄活性很低，此時(shí)必須有CAPCAP介導(dǎo)的介導(dǎo)的正調(diào)

13、控作用，才能有效轉(zhuǎn)錄。正調(diào)控作用，才能有效轉(zhuǎn)錄。 乳糖操縱子乳糖操縱子目目 錄錄24 原核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控原核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 阿拉伯糖操縱子（阿拉伯糖操縱子（ara operon） ara操縱子負(fù)責(zé)調(diào)控阿拉伯糖代謝酶系操縱子負(fù)責(zé)調(diào)控阿拉伯糖代謝酶系的基因表達(dá)，也是由結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控元件兩的基因表達(dá)，也是由結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控元件兩部分組成。部分組成。 目目 錄錄25 阿拉伯糖操縱子阿拉伯糖操縱子阿拉伯糖操縱子的結(jié)構(gòu)阿拉伯糖操縱子的結(jié)構(gòu)調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因目目 錄錄26存在兩個(gè)操縱序列存在兩個(gè)操縱序列araO1和和araO2，其中，其中araO1調(diào)控調(diào)控araC基因的轉(zhuǎn)錄，基因的轉(zhuǎn)錄，ar

14、aO2控制結(jié)控制結(jié)構(gòu)基因構(gòu)基因araB、araA和和araD的轉(zhuǎn)錄。的轉(zhuǎn)錄。也具有也具有CAP結(jié)合位點(diǎn)，受到結(jié)合位點(diǎn)，受到CAP-cAMP復(fù)復(fù)合物的調(diào)控。合物的調(diào)控。araC蛋白與蛋白與lac操縱子的阻遏蛋白不同，具操縱子的阻遏蛋白不同，具有正調(diào)控和負(fù)調(diào)控雙重作用。有正調(diào)控和負(fù)調(diào)控雙重作用。 阿拉伯糖操縱子阿拉伯糖操縱子阿拉伯糖操縱子的特點(diǎn)阿拉伯糖操縱子的特點(diǎn)目目 錄錄27阿拉伯糖操縱子的調(diào)控作用阿拉伯糖操縱子的調(diào)控作用 阿拉伯糖操縱子阿拉伯糖操縱子目目 錄錄28 阿拉伯糖操縱子阿拉伯糖操縱子目目 錄錄，29araC合成的自主調(diào)控合成的自主調(diào)控 阿拉伯糖操縱子阿拉伯糖操縱子目目 錄錄30 原核

15、生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控原核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 色氨酸操縱子（色氨酸操縱子（trp operon） trp操縱子在結(jié)構(gòu)上與操縱子在結(jié)構(gòu)上與lac操縱子和操縱子和ara操操縱子類似，但是與縱子類似，但是與lac操縱子和操縱子和ara操縱子調(diào)操縱子調(diào)控分解酶系表達(dá)不同，控分解酶系表達(dá)不同，trp操縱子的功能與合操縱子的功能與合成酶系的表達(dá)相關(guān)，因此它們?cè)谡{(diào)控機(jī)制上成酶系的表達(dá)相關(guān)，因此它們?cè)谡{(diào)控機(jī)制上具有根本性的區(qū)別。具有根本性的區(qū)別。 目目 錄錄31 色氨酸操縱子色氨酸操縱子色氨酸操縱子的阻遏調(diào)控色氨酸操縱子的阻遏調(diào)控 目目 錄錄32色氨酸操縱子的阻遏調(diào)控色氨酸操縱子的阻遏調(diào)控 色氨酸操縱子色氨酸操縱

16、子目目 錄錄33色氨酸操縱子的衰減調(diào)控色氨酸操縱子的衰減調(diào)控 色氨酸操縱子色氨酸操縱子目目 錄錄34色氨酸操縱子的衰減調(diào)控色氨酸操縱子的衰減調(diào)控 色氨酸操縱子色氨酸操縱子目目 錄錄35 原核生物翻譯水平的調(diào)控原核生物翻譯水平的調(diào)控 mRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的作用二級(jí)結(jié)構(gòu)的作用 在原核生物中，在原核生物中，mRNAmRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換可以二級(jí)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換可以控制蛋白質(zhì)翻譯的起始。控制蛋白質(zhì)翻譯的起始。 如在大腸桿菌中，如在大腸桿菌中，3232與熱應(yīng)激系統(tǒng)表達(dá)與熱應(yīng)激系統(tǒng)表達(dá)有關(guān)，通常情況下編碼有關(guān)，通常情況下編碼3232的的mRNAmRNA會(huì)發(fā)生折疊會(huì)發(fā)生折疊將其起始密碼子隱藏在二級(jí)結(jié)構(gòu)中，此時(shí)將其起始

17、密碼子隱藏在二級(jí)結(jié)構(gòu)中，此時(shí)mRNAmRNA不被識(shí)別，溫度升高引起不被識(shí)別，溫度升高引起mRNAmRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)變性，二級(jí)結(jié)構(gòu)變性，暴露出起始密碼子，暴露出起始密碼子，mRNAmRNA被翻譯，使被翻譯，使3232被迅被迅速合成。速合成。目目 錄錄36 原核生物翻譯水平的調(diào)控原核生物翻譯水平的調(diào)控 反義反義RNA的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) 反義反義RNA指與所調(diào)控指與所調(diào)控RNA序列互補(bǔ)的序列互補(bǔ)的RNA片段。片段。 反義反義RNA是獨(dú)立合成的是獨(dú)立合成的RNA片段，它們可片段，它們可以通過堿基間的氫鍵作用與所調(diào)控以通過堿基間的氫鍵作用與所調(diào)控RNA序列互序列互補(bǔ)形成雙鏈復(fù)合物，影響所調(diào)控補(bǔ)形成雙鏈復(fù)合物，影

18、響所調(diào)控RNA的正常修的正常修飾和翻譯等過程，從而發(fā)揮基因表達(dá)調(diào)控作用。飾和翻譯等過程，從而發(fā)揮基因表達(dá)調(diào)控作用。目目 錄錄37 真核生物真核生物基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控真核生物細(xì)胞所攜帶的基因數(shù)量及真核生物細(xì)胞所攜帶的基因數(shù)量及其蘊(yùn)藏的遺傳信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原核生物。其蘊(yùn)藏的遺傳信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原核生物。尤其是高等真核生物，由于有復(fù)雜的多尤其是高等真核生物，由于有復(fù)雜的多階段發(fā)育過程，其基因表達(dá)調(diào)控要比原階段發(fā)育過程，其基因表達(dá)調(diào)控要比原核生物復(fù)雜得多。核生物復(fù)雜得多。目目 錄錄38 真核生物真核生物基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控真核生物基因表達(dá)調(diào)控，根據(jù)其性質(zhì)可分為真核生物基因表達(dá)調(diào)控，根據(jù)其性質(zhì)可分

19、為兩大類：兩大類：第一類是瞬時(shí)調(diào)控或稱可逆性調(diào)控，它相當(dāng)?shù)谝活愂撬矔r(shí)調(diào)控或稱可逆性調(diào)控，它相當(dāng)于原核生物細(xì)胞對(duì)環(huán)境變化所做出的反應(yīng)，包括于原核生物細(xì)胞對(duì)環(huán)境變化所做出的反應(yīng)，包括對(duì)某些底物或激素水平的控制，以及在細(xì)胞周期對(duì)某些底物或激素水平的控制，以及在細(xì)胞周期不同階段對(duì)酶活性和濃度調(diào)節(jié)；不同階段對(duì)酶活性和濃度調(diào)節(jié)；第二類是發(fā)育調(diào)控或稱不可逆調(diào)控，是真核第二類是發(fā)育調(diào)控或稱不可逆調(diào)控，是真核生物基因調(diào)控的精髓部分，它決定了真核生物生生物基因調(diào)控的精髓部分，它決定了真核生物生長(zhǎng)、分化和發(fā)育的全部進(jìn)程。長(zhǎng)、分化和發(fā)育的全部進(jìn)程。目目 錄錄39 真核基因組結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性真核基因組結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性* * 單

20、順反子組織形式。單順反子組織形式。 * * 真核基因編碼序列的不連續(xù)性。真核基因編碼序列的不連續(xù)性。 * * 真核基因組存在眾多重復(fù)序列。真核基因組存在眾多重復(fù)序列。 目目 錄錄40 真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)* * 真核基因表達(dá)調(diào)控環(huán)節(jié)很多。真核基因表達(dá)調(diào)控環(huán)節(jié)很多。 * * 真核基因的轉(zhuǎn)錄與染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化相關(guān)。真核基因的轉(zhuǎn)錄與染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化相關(guān)。 * * 真核生物基因表達(dá)以正性調(diào)控為主。真核生物基因表達(dá)以正性調(diào)控為主。 目目 錄錄41 真核生物轉(zhuǎn)錄前水平的調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄前水平的調(diào)控 真核生物的基因組不僅數(shù)量龐大，真核生物的基因組不僅數(shù)量龐大，還會(huì)形成高度復(fù)雜的染色質(zhì)

21、結(jié)構(gòu)，本節(jié)還會(huì)形成高度復(fù)雜的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，本節(jié)從基因擴(kuò)增、基因重排和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)三從基因擴(kuò)增、基因重排和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)三個(gè)方面闡述真核生物基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄前水個(gè)方面闡述真核生物基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄前水平的調(diào)控機(jī)制。平的調(diào)控機(jī)制。目目 錄錄42 真核生物轉(zhuǎn)錄前水平的調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄前水平的調(diào)控 真核生物基因組中的一些基因在某些真核生物基因組中的一些基因在某些情況下會(huì)復(fù)制產(chǎn)生許多拷貝，即為基因擴(kuò)情況下會(huì)復(fù)制產(chǎn)生許多拷貝，即為基因擴(kuò)增增(gene amplification)。 基因擴(kuò)增作用無疑能夠大幅度提高基基因擴(kuò)增作用無疑能夠大幅度提高基因表達(dá)產(chǎn)物的數(shù)量，但是這種現(xiàn)象的具體因表達(dá)產(chǎn)物的數(shù)量，但是這種現(xiàn)象的具體機(jī)制還

22、不清楚。機(jī)制還不清楚。 基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增 目目 錄錄43 真核生物轉(zhuǎn)錄前水平的調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄前水平的調(diào)控 真核生物基因組在細(xì)胞分化發(fā)育過程中真核生物基因組在細(xì)胞分化發(fā)育過程中會(huì)發(fā)生基因重排，即胚源性基因組中某些基會(huì)發(fā)生基因重排，即胚源性基因組中某些基因片段會(huì)重新組合形成新的基因。因片段會(huì)重新組合形成新的基因。 例子：哺乳動(dòng)物免疫系統(tǒng)可以利用數(shù)百例子：哺乳動(dòng)物免疫系統(tǒng)可以利用數(shù)百個(gè)可變區(qū)基因的片段，產(chǎn)生高達(dá)個(gè)可變區(qū)基因的片段，產(chǎn)生高達(dá)10億種不同億種不同的抗體來應(yīng)對(duì)各種免疫原。的抗體來應(yīng)對(duì)各種免疫原。 基因重排基因重排 目目 錄錄44 真核生物轉(zhuǎn)錄前水平的調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄前水平的調(diào)控 真核生物

23、基因組真核生物基因組DNA能夠形成染色質(zhì)結(jié)能夠形成染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)特征極大地增加了基因表達(dá)轉(zhuǎn)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)特征極大地增加了基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄前調(diào)控的層次性和復(fù)雜性：錄前調(diào)控的層次性和復(fù)雜性： 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄激活的控制染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄激活的控制 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)；染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)；核小體結(jié)構(gòu)變化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)；核小體結(jié)構(gòu)變化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)；DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)；DNA堿基修飾變化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)。堿基修飾變化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)。目目 錄錄45 真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 真核生物基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)很真核生物

24、基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)很多，每一個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)控均可能導(dǎo)致基多，每一個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)控均可能導(dǎo)致基因表達(dá)產(chǎn)物量或質(zhì)的變化。但與原核因表達(dá)產(chǎn)物量或質(zhì)的變化。但與原核生物一樣，轉(zhuǎn)錄水平是真核生物基因生物一樣，轉(zhuǎn)錄水平是真核生物基因表達(dá)調(diào)控的最重要環(huán)節(jié)。表達(dá)調(diào)控的最重要環(huán)節(jié)。目目 錄錄46 真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 真核生物細(xì)胞中存在三種真核生物細(xì)胞中存在三種RNA聚合酶，聚合酶，分別負(fù)責(zé)不同類型分別負(fù)責(zé)不同類型RNA的轉(zhuǎn)錄。真核生物的的轉(zhuǎn)錄。真核生物的RNA聚合酶不能單獨(dú)識(shí)別并結(jié)合聚合酶不能單獨(dú)識(shí)別并結(jié)合DNA序列，序列，而是需要一整套轉(zhuǎn)錄因子的幫助。這些轉(zhuǎn)錄而是需要一整套轉(zhuǎn)錄因子的幫助。這

25、些轉(zhuǎn)錄因子在轉(zhuǎn)錄開始前與啟動(dòng)子序列按順序組裝，因子在轉(zhuǎn)錄開始前與啟動(dòng)子序列按順序組裝，再與再與RNA聚合酶形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，然后聚合酶形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，然后啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄。啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄。 RNA聚合酶聚合酶目目 錄錄47 真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 指指RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)及其周圍的一聚合酶結(jié)合位點(diǎn)及其周圍的一組轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件，但真核生物的不同啟動(dòng)子組轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件，但真核生物的不同啟動(dòng)子間沒有明顯一致的序列。間沒有明顯一致的序列。分類：分類：類、類、 類、類、類（類（型型、型型、型型、雜合型雜合型）。）。1. 啟動(dòng)子啟動(dòng)子(promoter) 順式作用元件順式作用元件目目 錄

26、錄48 順式作用元件順式作用元件2. 增強(qiáng)子增強(qiáng)子 是一種能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式作用元是一種能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式作用元件。件。 增強(qiáng)子的長(zhǎng)度通常為增強(qiáng)子的長(zhǎng)度通常為100bp200bp，和，和啟動(dòng)子一樣由若干部分構(gòu)成，其基本核心部啟動(dòng)子一樣由若干部分構(gòu)成，其基本核心部分一般為分一般為8bp12bp，具有完整或部分反向，具有完整或部分反向重復(fù)序列。重復(fù)序列。 目目 錄錄49 順式作用元件順式作用元件是一種能夠阻遏轉(zhuǎn)錄的負(fù)性調(diào)控元件。是一種能夠阻遏轉(zhuǎn)錄的負(fù)性調(diào)控元件。有時(shí)，同一有時(shí)，同一DNA元件既表現(xiàn)增強(qiáng)子活元件既表現(xiàn)增強(qiáng)子活性，又表現(xiàn)沉默子活性，這完全取決于與性，又表現(xiàn)沉默子活性，這完全取決

27、于與之結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子的性質(zhì)。之結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子的性質(zhì)。3. 沉默子沉默子 目目 錄錄50 真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 通常由通常由60100個(gè)氨基酸殘基組成，大個(gè)氨基酸殘基組成，大體可以歸為以下體可以歸為以下4種類型。種類型。1. DNA結(jié)合域結(jié)合域 反式作用因子反式作用因子目目 錄錄51鋅指結(jié)構(gòu)（鋅指結(jié)構(gòu)（zinc finger）DNA結(jié)合域結(jié)合域目目 錄錄52螺旋螺旋- -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- -螺旋（螺旋（helix-turn-helix，HTH） DNA結(jié)合域結(jié)合域目目 錄錄53亮氨酸拉鏈（亮氨酸拉鏈（leucine zipperleucine zipper） DNA結(jié)合域結(jié)合域

28、目目 錄錄54堿性螺旋堿性螺旋- -環(huán)環(huán)- -螺旋螺旋（basic helix-loop-helix，bHLH） DNA結(jié)合域結(jié)合域目目 錄錄55大多數(shù)轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域可以分成以下大多數(shù)轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域可以分成以下3種類型：種類型：酸性酸性-螺旋結(jié)構(gòu)域；螺旋結(jié)構(gòu)域；富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域；富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域；富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域。富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域。2. 轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域 反式作用因子反式作用因子目目 錄錄56 真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 目前人們對(duì)反式作用因子的作用機(jī)制雖然還未完目前人們對(duì)反式作用因子的作用機(jī)制雖然還未完全闡明，但是已經(jīng)掌握了反式作用因子的一般作用特全闡明，但

29、是已經(jīng)掌握了反式作用因子的一般作用特點(diǎn)和規(guī)律點(diǎn)和規(guī)律:與順式作用元件之間的作用不專一；與順式作用元件之間的作用不專一；以二聚體或多聚體形式與順式作用元件作用；以二聚體或多聚體形式與順式作用元件作用；組合式調(diào)控。組合式調(diào)控。 反式作用因子的作用特點(diǎn)和規(guī)律反式作用因子的作用特點(diǎn)和規(guī)律目目 錄錄57 真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 反式作用因子結(jié)合位點(diǎn)通常與其所調(diào)控反式作用因子結(jié)合位點(diǎn)通常與其所調(diào)控的基因相距較遠(yuǎn)，那么它們是如何調(diào)控目的的基因相距較遠(yuǎn)，那么它們是如何調(diào)控目的基因的轉(zhuǎn)錄？目前提出的假說有以下基因的轉(zhuǎn)錄？目前提出的假說有以下4 4種。種。 反式作用因子的作用機(jī)制反式作用因子

30、的作用機(jī)制目目 錄錄58 反式作用因子的作用機(jī)制反式作用因子的作用機(jī)制目目 錄錄59 真核生物轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控 真核生物基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯是分區(qū)域進(jìn)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯是分區(qū)域進(jìn)行的，因此行的，因此mRNA的前體的前體hnRNA需要從細(xì)胞需要從細(xì)胞核轉(zhuǎn)入細(xì)胞質(zhì)，并經(jīng)歷轉(zhuǎn)錄后加工才能作為核轉(zhuǎn)入細(xì)胞質(zhì)，并經(jīng)歷轉(zhuǎn)錄后加工才能作為合成蛋白質(zhì)的模板。合成蛋白質(zhì)的模板。真核生物對(duì)這一過程的調(diào)控涉及真核生物對(duì)這一過程的調(diào)控涉及mRNA分子的修飾、剪接、編輯、定向轉(zhuǎn)運(yùn)等多個(gè)分子的修飾、剪接、編輯、定向轉(zhuǎn)運(yùn)等多個(gè)環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。 目目 錄錄60 除組蛋白外，真核生物的除組蛋白外，真核生物的

31、mRNA在轉(zhuǎn)錄在轉(zhuǎn)錄后都要進(jìn)行后都要進(jìn)行末端修飾末端修飾。 5端加帽（端加帽（capping）：在）：在5端形成一個(gè)端形成一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)，即特殊結(jié)構(gòu)，即7-甲基鳥苷三磷酸。甲基鳥苷三磷酸。 3端加尾（端加尾（tailing）：在）：在3端加上端加上50150個(gè)腺苷酸，即個(gè)腺苷酸，即poly A尾。尾。16.3.5.1 mRNA的末端修飾的末端修飾 真核生物轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控 目目 錄錄61 真核生物真核生物mRNA前體分子需要經(jīng)過剪接前體分子需要經(jīng)過剪接才能成為成熟的才能成為成熟的mRNA，在不同的剪接方式，在不同的剪接方式中，外顯子可以保留也可以剪接除去，這就中，外顯子可

32、以保留也可以剪接除去，這就是選擇性剪接（是選擇性剪接（alternative splicing）。）。 選擇性剪接是一種非常普遍的現(xiàn)象，可選擇性剪接是一種非常普遍的現(xiàn)象，可以使一個(gè)基因產(chǎn)生兩種或兩種以上的蛋白質(zhì)，以使一個(gè)基因產(chǎn)生兩種或兩種以上的蛋白質(zhì)，突破了傳統(tǒng)意義上突破了傳統(tǒng)意義上“一個(gè)基因，一條肽鏈一個(gè)基因，一條肽鏈”的概念。的概念。16.3.5.2 mRNA選擇性剪接選擇性剪接 真核生物轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控 目目 錄錄62 mRNA編輯（編輯（RNA editing）指在）指在mRNA分子上發(fā)生的核苷酸插入、刪除或轉(zhuǎn)換的現(xiàn)分子上發(fā)生的核苷酸插入、刪除或轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，其獨(dú)特之處在于它改變了象，其獨(dú)特之處在于它改變了DNA模板傳遞模板傳遞的遺傳信息，能夠產(chǎn)生多種新的蛋白質(zhì)。的遺傳信息，能夠產(chǎn)生多種新的蛋白質(zhì)。mRNA編輯可以分為兩種類型：編輯可以分為兩種類型：核苷酸插入或缺失；核苷酸插入或缺失；核苷酸轉(zhuǎn)換。核苷酸轉(zhuǎn)換。16.3.5. 3 mRNA編輯的調(diào)控編輯的調(diào)控 真核生物轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控真核生物轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控 目目 錄錄63 真核細(xì)胞合成的大多數(shù)真核細(xì)胞合成的大多數(shù)mRNA會(huì)停留在核會(huì)停留在核內(nèi)降解，只有內(nèi)降解，只有20%的的mRNA會(huì)進(jìn)入