真核细胞基因表达的调控

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1、........MCB课程真核细胞的基因表达和调控一，生物体内遗传物质的基本结构和功能单位是基因上个世纪70年代在细胞生物学，细胞遗传学和生物化学的基础上，经过一系列重大发现而奠定基础，逐步发展形成了分子生物学(molecularbiology)这一现代生命学科。分子生物学认为生物体内存在着决定生物体性状的遗传物质，其基本的结构和功能单位是基因(gene)。基因的本质是一段携带着能合成功能蛋白质所需的全部信息的DNA，其中包括着蛋白质的编码序列，也包括非编码的调控序列。基因主要具有两大功能。一是指导合成蛋白质，通过蛋白质发挥

2、的功能将遗传信息转换成具体的细胞性状和功能；二是通过细胞有丝分裂过程中的DNA复制(replication)，将遗传信息传递给子代细胞，从而保持子代细胞与母代细胞性状的一致性。基因在双螺旋结构的DNA长链组成的染色体上呈线性排列。在哺乳动物的真核细胞中线性排列的基因以核小体(nucleosome)的形式被紧密包绕存在于细胞核中，组成核染质(chromatin)。核小体的核心是由H2a,H2b,H3和H4四组组蛋白形成的八聚体，核心外包绕着1又3/4圈的DNA长链。因此在电镜下核染质呈“串珠样“结构。由于基因的本质是呈双螺旋结

3、构的方向相反的两条脱氧核糖核酸（DNA）分子，因此基因的排列具有方向性，其DNA分子的5’端为基因的上游，3’端为基因的下游。构成基因DNA分子序列的有腺嘌呤（A）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）4种碱基。在双链DNA分子中一条DNA分子上的A总是以两条氢键与另一条DNA分子上的T相结合，而C总是以三条氢键与G相结合。A与T，C与G之间称为互补关系(complementary)。双链DNA分子中A,T,C,G的不同组合排列形成了三.专业学习资料.........联密码，每一个三联密码都代表着一种相应的氨基酸。然而，基

4、因中的编码序列往往并不连续，其中间隔着非编码的序列。这些编码的序列称为基因结构中的外显子，而非编码序列称为内含子。在基因的上游端具有启动基因表达作用的特殊序列称为启动子，它们的序列中富含A,T,C,在基因的上游，下游较远处，乃至基因内部还有某些序列对基因的表达有明显的促进作用，称为增强子。基因的下游端往往还有基因表达的终止信号。上述基因本身的主要结构统称为基因的顺式元件，而参与基因表达过程的基因外的蛋白质因子称为基因的反式元件（见下节）。上述排列着基因的DNA成为基因组DNA，真核细胞中除了基因组DNA携带遗传信息外，线粒体

5、中能独立复制的DNA也携带着遗传信息。(图1:分子生物学的中心法则------基因的表达).专业学习资料.........二，生物个体的基因型决定了表现型—分子生物学的中心法则生物体内基因所携带的遗传信息是通过分子生物学中心法则(centraldogma)所表述的过程转变成生物体的性状的。中心法则表明，一方面基因作为DNA可以通过复制使遗传信息传递给新生的DNA分子，从而传给子代细胞。另一方面，携带遗传信息的DNA分子可以作为模版，通过转录(transcription)而传递给转录产物RNA（核糖核酸）分子,RNA又能通过翻

6、译(translation)将其携带的遗传信息再转换成多肽/蛋白质，从而使基因所携带的遗传信息最终转换成功能蛋白质而赋予生物体细胞特定的性状。基因的遗传信息从DNA的形式最终转换成功能蛋白质的整个过程称为基因的表达。生物体内基因的结构和功能形式称为基因型(genotype)，而生物体表现的外部形状称为表现型(phenotype)。所以，理论上生物体有怎样的基因就会产生怎样的性状。生物体的基因型决定了表现型。但在实际的具体生物个体上，基因型与表现型的关系不一定很明确。特别是在真核细胞生物中，一方面其细胞中含有比原核细胞复杂得多

7、的遗传物质，其基因的数目成千上万，基因结构更精细更复杂。而这些遗传物质以一定的方式被紧紧包裹压缩在细胞核内的极小的空间里。另一方面，真核细胞生物大多数为多细胞生物，生物体内往往已进化出多种组织细胞，它们具有完全相同的基因型，却在生物体生长发育的不同阶段表现出不同的表型和功能。所以，作为多细胞组成总体的真核细胞生物来说，许多基因的功能不一定能在外部明确表现出来，许多基因的功能之间可以重叠和互补，因而掩盖了某一单个基因的功能。同时.专业学习资料.........，具有某一种功能的基因都是以等位基因的形式成对地分别排列在一对染色体

8、的相应位点上的。如果等位基因中的一个基因发生缺损，另一基因仍正常发挥功能，生物体的性状并不发生改变，必须两个基因都失去功能，生物体的性状才会发生改变。这样的基因称为隐性基因。如果等位基因中的一个基因发生缺损生物体的性状即发生改变。这样的基因称为显性基因。此外在形成生殖细胞的减数分裂过程中，