真核基因的表达调控课件.ppt

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1、第七章真核基因的表达调控原核细胞－－环境因素对调控起到决定性的作用。群体中每一个细胞对环境变化的反应是直接的和一致的。真核细胞－－基因表达调控最明显的特征是在特定时间，特定的细胞中特定的基因被激活，实现"预定"的、有序的、不可逆转的分化、发育，并使生物的组织和器官保持正常功能。这是生命活动规律决定的，环境因素在其中作用不大。真核生物基因调控可分为两大类，第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应，包括某种底物或激素水平升降，或细胞周期不同阶段酶活性的调节；第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生

2、长、分化、发育的进程。根据基因调控发生的先后次序，可将其分为转录水平调控及转录后水平调控。后者又进一步分为RNA加工成熟过程的调控、翻译水平的调控及蛋白质加工水平的调控。①诱发基因转录的信号、②基因调控在哪一步(模板DNA的转录、mRNA的成熟或蛋白质合成)实现以及③不同水平基因调控的分子机制是研究基因调控的三个主要内容。1真核生物的基因结构与转录活性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差异:(l)在真核细胞中，成熟mRNA为单顺反子mRNA，很少存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。(2)真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只

3、有一小部分DNA是裸露的。(3)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存在不被翻译的内含子。(4)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，这种能力在原核生物中是极为鲜见的。5(5)在原核生物中，转录的调节区很小，大都位于转录起始位点上游不远处；调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制RNA聚合酶对它的结合。在真核生物中，基因转录的调节区则大得多，可能远离核心启动子达几百个甚至上千个碱基对。这些调节区也能与蛋白质结合，但并不直接影响启动子对RNA聚合酶的接受程度，而是通过改变整个

4、基因5'上游区DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合力。(6)真核生物的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。(7)许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，才能被顺利地翻译成蛋白质。1.1外显子和内含子的可变调控通常，一个基因的转录产物通过组成型剪接只能产生一种成熟mRNA。由于选择性剪接，有一些真核生物基因的原始转录产物可通过不同的剪接方式，产生不同的mRNA。一些核基因由于转录时选择不同的启动子，使mRNA表达水平发生极大的变化。小鼠淀粉酶基因表达由S外显子起始的转录物是由L外

5、显子起始转录产物的100倍以上。1.2DNA水平上的基因表达调控在个体发育过程中，DNA会发生规律性变化，从而控制基因表达和生物的发育。成熟红细胞能产生大量的可翻译成熟珠蛋白的mRNA，它的前体细胞是不产生珠蛋白的。这种变化是由于基因的拷贝数发生了永久性变化所调控的。这样的DNA水平的调控是真核生物发育调控的一种形式，这包括基因丢失、扩增、重排和移位。这种调控使基因组发生了改变。10开放型活性染色质结构引起转录真核基因的活跃转录是在染色质上进行的。准备转录时，染色质在特定区域被解旋松弛，引起核小体结构和DNA局部结构的变化，并导致结构基因暴露，促进转录因子与启动

6、子区DNA的结合，诱发基因转录。暴露的DNA易受核酶的攻击，活跃表达基因所在染色质上含有DNA酶I超敏感位点，这些超敏感位点大多位于基因5’端启动子区。非活性状态基因5’端相应位点不表现对DNA酶I的超敏感性。基因扩增基因扩增――为了满足某个阶段生长发育的需要，基因的拷贝数专一性大量增加的现象，是基因活性调控的一种方式。例如，非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因（rDNA）约500个拷贝。卵裂期和胚胎期，需要大量的rRNA，基因会大量复制rDNA，使拷贝数达到200万，扩增约4000倍。1·3DNA甲基化与基因活性的调控DNA甲基化修饰途径存在于所有高等生物中并

7、与基因表达调控密切相关。大量研究表明，DNA甲基化能关闭某些基因的活性。DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。DNA的甲基化DNA甲基化修饰过程通过改变基因的表达，参与细胞的生长、发育过程及X染色体失活等的调控。DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶(5-mC)和少量的N6-甲基腺嘌呤(N6-mA)及7-甲基鸟嘌呤(7-mG)。15DNA甲基化抑制基因转录的机理用组蛋白Hl与含CCGG序列的甲基化和非甲基化DNA实验后发现：甲基化达到一定程度时会发生从常规的B-DNA向Z-DNA的过渡。又由于Z-

8、DNA结构收缩，螺旋加深