分子生物学 第八章_真核基因表达调控
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真核生物的基因表达与调控ppt课件
Ø顺式作用元件类型：
（1）启动子(promoter): 3种类型； （2）增强子(enhancer)： （3）沉默子(silencer )：负性调节元件，起阻遏作用。 （4）绝缘子(insulator,boundary element):在真核基因 及其调控区的一段DNA序列 。
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13
增强子Enhancer
（4）真核生物是多细胞的，在生物的个体发育过程中 其基因表达在时间和空间上具有特异性，即细胞特异性 或组织特异性表达。
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2
•真核基因组结构特点
▪ 真核基因组结构庞大：3×109bp、染色质、染色体、核膜 ▪ 单顺反子(monocistron) ▪ 含有大量重复序列 ▪ 基因不连续性：断裂基因（interrupted gene）、内含
而这个序列分析表明，几乎每个内含子5末端起始 的两个碱基都是GT,而3末端最后两个碱基总是AG.
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4
多 层 次 调 控
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5
u染色体水平的调控
染色质的结构： Ø基本结构是核小体。 Ø在细胞中的状态： （1）紧密压缩 （2）被阻遏状态 （3）有活性状态 （4）被激活状态 Ø异染色质化
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16
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17
u真核基因转录后水平的调控
5′端加帽(cap)和3′端多聚腺苷酸化(polyA)的调控意义
使mRNA稳定，在转录过程中不被降解 mRNA的选择剪接(alternative splicing)对基因表达
的调控 外显子选择(optional exon)、内含子选择
(optional intron)、互斥外显子、内部剪接位点 mRNA 运输的控制
真核生物的基因表达调控
（1）启动子(promoter): 3种类型； （2）增强子(enhancer)： （3）沉默子(silencer )：负性调节元件，起阻遏作用。 （4）绝缘子(insulator,boundary element):在真核基因 及其调控区的一段DNA序列 。
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增强子Enhancer
（4）真核生物是多细胞的，在生物的个体发育过程中 其基因表达在时间和空间上具有特异性，即细胞特异性 或组织特异性表达。
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•真核基因组结构特点
▪ 真核基因组结构庞大：3×109bp、染色质、染色体、核膜 ▪ 单顺反子(monocistron) ▪ 含有大量重复序列 ▪ 基因不连续性：断裂基因（interrupted gene）、内含
而这个序列分析表明，几乎每个内含子5末端起始 的两个碱基都是GT,而3末端最后两个碱基总是AG.
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多 层 次 调 控
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u染色体水平的调控
染色质的结构： Ø基本结构是核小体。 Ø在细胞中的状态： （1）紧密压缩 （2）被阻遏状态 （3）有活性状态 （4）被激活状态 Ø异染色质化
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u真核基因转录后水平的调控
5′端加帽(cap)和3′端多聚腺苷酸化(polyA)的调控意义
使mRNA稳定，在转录过程中不被降解 mRNA的选择剪接(alternative splicing)对基因表达
的调控 外显子选择(optional exon)、内含子选择
(optional intron)、互斥外显子、内部剪接位点 mRNA 运输的控制
真核生物的基因表达调控
现代分子生物学第八章
序列中对应于外显子的部 分可能还不到10% 图8-1是哺乳动物二氢叶酸还原酶基因，全长25一31 kb,但6 个外显子总长只有2kb。少数基因根本不带内含子。前尚 不清楚内含子的生理功能。某些基因完全除去内含子
以后，照样可以产生有活性的mRN A; 另一些基因， 如SV40 T抗原基因，一旦除去内含子，成熟mRNA运 人细胞质基质的过程就完全被阻断。
10
8.1.3基因家族 • 真核细胞的DNA是单顺反子结构，很 • 少出现置于一个启动子控制之下的操纵子。 真核细胞中许多相关的基因常按功能成套 组合，被称为基因家族。 • 同一家族的成员有时紧密地排列在一起， 成为一个基因簇;但更多的时候，它们分散 在同一染色体的不同部位.甚至位于不同的 染色体上。具有各自不同的表达调控模式。
8
• 选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同 mRNA的过程。 • 选择性剪接的典刑例子：小鼠淀粉酶基因表达的组织特异性变化
9
• 在小鼠肝和唾液腺这两种组织中，淀粉酶mRNA的编码 序列完全相同，但5‘端起始部分长度不同。 • 事实上,L外显子只是唾液腺淀粉酶基因中内含子序列的 一部分，将在mRNA成熟过程中被切除。 • 有实验证明，由S外显子起始的转录产物是由L外显子起 始转录产物的100倍以上。 • 由于一个基因的内含子成为另一个基因的外显子，形成 基因的差异表达，这是真核基因断裂结构的一个重要特 点。
现代分子生物学
指导老师：杨林松 演绎人：徐楸能
1
8.1真核基因表达调控相关概念和一 般规律
•
• 8.1.1基因表达的基本概念 基因组： 一个细胞或病毒所携带的全部遗传 信息或整套基因。 基因：指能产生一条肽链或功能RNA所必需的 DNA片段。它包括编码区和其上下游区域。以 及在编码片段间(外显子)的间断切割序列（内 含子) 基因表达：基因经过转录、翻译，产生具有特 异生物学功能的蛋自质分子或RNA分子的过程。 基因表达调控：受内源及外源信号调控的这个 调控的过程。
以后，照样可以产生有活性的mRN A; 另一些基因， 如SV40 T抗原基因，一旦除去内含子，成熟mRNA运 人细胞质基质的过程就完全被阻断。
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8.1.3基因家族 • 真核细胞的DNA是单顺反子结构，很 • 少出现置于一个启动子控制之下的操纵子。 真核细胞中许多相关的基因常按功能成套 组合，被称为基因家族。 • 同一家族的成员有时紧密地排列在一起， 成为一个基因簇;但更多的时候，它们分散 在同一染色体的不同部位.甚至位于不同的 染色体上。具有各自不同的表达调控模式。
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• 选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同 mRNA的过程。 • 选择性剪接的典刑例子：小鼠淀粉酶基因表达的组织特异性变化
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• 在小鼠肝和唾液腺这两种组织中，淀粉酶mRNA的编码 序列完全相同，但5‘端起始部分长度不同。 • 事实上,L外显子只是唾液腺淀粉酶基因中内含子序列的 一部分，将在mRNA成熟过程中被切除。 • 有实验证明，由S外显子起始的转录产物是由L外显子起 始转录产物的100倍以上。 • 由于一个基因的内含子成为另一个基因的外显子，形成 基因的差异表达，这是真核基因断裂结构的一个重要特 点。
现代分子生物学
指导老师：杨林松 演绎人：徐楸能
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8.1真核基因表达调控相关概念和一 般规律
•
• 8.1.1基因表达的基本概念 基因组： 一个细胞或病毒所携带的全部遗传 信息或整套基因。 基因：指能产生一条肽链或功能RNA所必需的 DNA片段。它包括编码区和其上下游区域。以 及在编码片段间(外显子)的间断切割序列（内 含子) 基因表达：基因经过转录、翻译，产生具有特 异生物学功能的蛋自质分子或RNA分子的过程。 基因表达调控：受内源及外源信号调控的这个 调控的过程。
真核生物基因表达调控
第十章作业1. 简述真核生物基因表达调控的7个层次。
①染色体和染色质水平上的结构变化与基因活化②转录水平上的调控，包括基因的开与关，转录效率的高与低③RNA加工水平的调控，包括对出事转录产物的特异性剪接、修饰、编辑等。
④转录后加工产物在从细胞核向细胞质转运过程中所受到的调控⑤在翻译水平上的控制，即对哪一种mRNA结合核糖体进行翻译的选择以及蛋白质成量的控制⑥对蛋白质合成后选择性地被激活的控制，蛋白质和酶分子水平上的剪接等的控制⑦对mRNA选择性降解的调控2. 真核基因表达调控与原核生物相比有何异同？相同点：①与原核基因的调控一样，真核基因表达调控也有转录水平调控和转录后水平的调控，并且也以转录水平调控为最重要；②在真核结构基因的上游和下游(甚至内部)也存在着许多特异的调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调控成分的结合与否调控基因的转录。
不同点：①原核细胞的染色质是裸露的DNA，而真核细胞染色质则是由DNA与组蛋白紧密结合形成的核小体。
②在原核基因转录的调控中，既有激活物参与的正调控，也有阻遏物参与的负调控，二者同等重要。
③原核基因的转录和翻译通常是相互偶联的，即在转录尚未完成之前翻译便已开始。
④真核生物大都为多细胞生物，在个体发育过程中发生细胞分化后，不同细胞的功能不同，基因表达的情况也就不一样，某些基因仅特异地在某种细胞中表达，称为细胞特异性或组织特异性表达，因而具有调控这种特异性表达的机制。
3. DNA 甲基化对基因表达的调控机制。
甲基化抑制基因转录的机制：DNA甲基化会导致某些区域DNA构象改变，包括甲基化后染色质对于核酸酶或限制性内切酶的敏感度下降，更容易与组蛋白H1相结合，DNaseⅠ超敏感位点丢失，使染色质高度螺旋化, 凝缩成团, 直接影响了转录因子与启动区DNA的结合效率的结合活性，不能启始基因转录。
DNA的甲基化不利于模板与RNA聚合酶的结合，降低了转录活性。
4. 转录因子结合DNA的结构基序（结构域）有哪几类？①螺旋-转折-螺旋②锌指结构③碱性-亮氨酸拉链④碱性-螺旋-环-螺旋5. 真核基因转调控中有几种方式能够置换核小体？①占先模式：可以解释转录时染色质结构的变化。
第八章真核生物基因的表达调控
真核生物的基因结构与转录活性 基因家族（ 基因家族（简单多基因家族和复杂多基因 家族） 家族） 真核基因的断裂结构（ 真核基因的断裂结构（组成型剪接和选择 型剪接） 型剪接）
基因簇与基因家族 （Gene cluster、Gene family） 、 ）
基因家族（ 真核生物的基因组中许多来源相同， 基因家族（Gene family）:真核生物的基因组中许多来源相同， ） 真核生物的基因组中许多来源相同 结构相似、 结构相似、功能相关的一组基因 目前可分为 目前可分为三类： 简单多基因家族：5SrRNA基因家族 ① 简单多基因家族：5SrRNA基因家族 复杂多基因家族： ② 复杂多基因家族：各个成员并不都是相同的 往往以串联重复基因簇的形式出现
SP1
TF IIIA
344aa，N端与 ， 端与 端与DNA结合 结合 9个锌指，每个～30aa 个锌指， 个锌指 每个～ 与5s rRNA基因内启动 基因内启动 子（50bp)结合 结合
Cys2/Cys2 zinc finger Cys- X2- Cys-X13 - Cys- X2- Cys Zn++与4个Cys结合 个 结合 DNA结合序列较短，对称 结合序列较短， 结合序列较短 无大量重复性锌指 例如GAL4，酵母的转录因子 例如 ， 哺乳类的固醇类激素受体
1、反式作用因子DNA结合域的模式（motif ） 、反式作用因子 结合域的模式（ 结合域的模式
1）螺旋-转折 螺旋（helix-turn-helix，HTH） ）螺旋 转折 螺旋（ 转折-螺旋 ， ） 2）锌指结构（zinc finger） ）锌指结构（ ） 3）碱性-亮氨酸拉链 （basic-leucine zipper，bZIP） ）碱性 亮氨酸拉链 ， ） 4）碱性-螺旋 环-螺旋（basic-helix/loop/helix，HLH） ）碱性 螺旋 螺旋-环 螺旋 螺旋（ ， ） 5）同源域蛋白（homeo domain，HD） ）同源域蛋白（ ， ）
分子生物学-14-真核调控-1-基因结构与顺式元件
多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序
回顾
Page297
• 启动子定义：Promoter，真核基因启动子由
核心启动子和上游启动子两个部分组成，是 在基因转录起始位点(+1)及其5‘上游大约 100～200bp以内的一组具有独立功能的DNA 序列，是决定RNA聚合酶Ⅱ转录起始点和转 录频率的关键元件。
• 内含子的两端序列之间没有广泛的同源性
• 连接区序列很短，高度保守，是RNA剪接的信号序列
5'GT————————AG 3’
5'CA————————TC 3’
5'GU————————AG 3'
供体位点 左剪接位点
受体位点 右剪接位点
基本概念
外显子与内含子的可变调控
• 通常，一个基因的转录产物通过组成型剪接
GC CAAT TATA box box box
ATGCAAAT的八 聚体box
5’ 非 翻
译 区
终止子 外显子
加尾 信号
转 录 终
绝 缘
止子
点
异染色 质区域
ATATTCAT的
5’UTR 内含子
POU box、
翻译起始
CANNG的Ebox
转录起始
异染色 质区域
“基NSRR因ES、E”、IGH的RSEE分、子生物学定义：产生一条 模式图
二、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长、分化、发育的全部进程。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
真核生物基因表达调控的水平：
page301
根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：
基因组水平调控 染色体水平调控 染色质水平调控
真核生物的基因表达调控
1. 真核基因表达调控的特点 2. DNA染色体水平的调控
3. 真核基因转录水平的调控
4. 翻译水平的调节因素及其调节
真核生物基因表达的调控是当前分子 生物学中最活跃的研究领域之一。人们已 经能够利用许多过去不曾具备的先进仪器
设备等手段来研究许多分子生物学方面的
重大问题，使我们能从分子水平上认识许
④真核生物大都为多细胞生物，在个体发育 过程中发生细胞分化后，不同细胞的功能 不同，基因表达的情况也就不一样，某些 基因仅特异地在某种细胞中表达，称为细 胞特异性或组织特异性表达，因而具有调 控这种特异性表达的机制。
11.2 DNA染色体水平的调控 每个真核细胞所携带的基因数量及总基 。 因组中蕴藏的遗传信息量都大大高于原核生
物。
基因组 DNA 中基因之间存在许多重复序列、 基因内部有大量不编码蛋白质的序列、真核生 物的 DNA 常与蛋白质 ( 包括组蛋白和非组蛋白 ) 结合形成十分复杂的染色质结构、染色质构象 的变化、染色质中蛋白质的变化以及染色质对 DNA 酶敏感程度的不同等，都直接影响着真核 基因的表达调控。
真核细胞基因表达调控在DNA和染色 体水平上主要有以下几个方面： 染色质的结构、DNA在染色体上的位 置、基因拷贝数的变化、基因重组、基因 扩增、基因丢失、基因重排、DNA修饰等。
DNase I、II和微球菌核酸酶等非特 异性内切酶可用于检测核小体构象的变 化。染色质能被DNaseI降解为酸溶性小 片段，但由于核小体结构的保护，其对 酶的攻击仍具有一定的耐受性，敏感区 仅相当于染色质全长的1/10。
当用极低浓度的DNase I处理染色质时，
切割首先发生在少数特异性位点，其敏感hypersemitiveske)。
DNaseI超敏感位点(100~200bp)的存在是活 性染色质的重要特征，具有组织特异性，并 同基因的表达密切相关。 每个活跃表达的基因都有一个或几个超敏感 位点。大部分位于5′端启动子区域，少数 位于转录单位下游，为RNA聚合酶、转录因 子或其他调节蛋白提供结合位点。
3. 真核基因转录水平的调控
4. 翻译水平的调节因素及其调节
真核生物基因表达的调控是当前分子 生物学中最活跃的研究领域之一。人们已 经能够利用许多过去不曾具备的先进仪器
设备等手段来研究许多分子生物学方面的
重大问题，使我们能从分子水平上认识许
④真核生物大都为多细胞生物，在个体发育 过程中发生细胞分化后，不同细胞的功能 不同，基因表达的情况也就不一样，某些 基因仅特异地在某种细胞中表达，称为细 胞特异性或组织特异性表达，因而具有调 控这种特异性表达的机制。
11.2 DNA染色体水平的调控 每个真核细胞所携带的基因数量及总基 。 因组中蕴藏的遗传信息量都大大高于原核生
物。
基因组 DNA 中基因之间存在许多重复序列、 基因内部有大量不编码蛋白质的序列、真核生 物的 DNA 常与蛋白质 ( 包括组蛋白和非组蛋白 ) 结合形成十分复杂的染色质结构、染色质构象 的变化、染色质中蛋白质的变化以及染色质对 DNA 酶敏感程度的不同等，都直接影响着真核 基因的表达调控。
真核细胞基因表达调控在DNA和染色 体水平上主要有以下几个方面： 染色质的结构、DNA在染色体上的位 置、基因拷贝数的变化、基因重组、基因 扩增、基因丢失、基因重排、DNA修饰等。
DNase I、II和微球菌核酸酶等非特 异性内切酶可用于检测核小体构象的变 化。染色质能被DNaseI降解为酸溶性小 片段，但由于核小体结构的保护，其对 酶的攻击仍具有一定的耐受性，敏感区 仅相当于染色质全长的1/10。
当用极低浓度的DNase I处理染色质时，
切割首先发生在少数特异性位点，其敏感hypersemitiveske)。
DNaseI超敏感位点(100~200bp)的存在是活 性染色质的重要特征，具有组织特异性，并 同基因的表达密切相关。 每个活跃表达的基因都有一个或几个超敏感 位点。大部分位于5′端启动子区域，少数 位于转录单位下游，为RNA聚合酶、转录因 子或其他调节蛋白提供结合位点。
第八章 真核基因转录调控(共84张PPT)
(一) 基因表达是基因经过转录、翻译、产生有生物活 性的蛋白质的整个过程。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。
但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，转 录后的调控占有了更多的分量。
• (二)真核基因的转录与染色质的结构变化相 关。
❖ ④增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他顺 式调控元件一样，必须与特定的蛋白质结合后才 能发挥增强转录的作用。
❖ 增强子一般具有组织或细胞特异性，许多增强子只在 某些细胞或组织中表现活性，是由这些细胞或组织中 具有的特异性蛋白质因子所决定的。
• ①影响模板附近的DNA双螺旋结构，导 致DNA双螺旋弯折或在反式因子的参与 下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形 成增强子与启动子之间“成环”连接，活 化基因转录；
• 实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转录，甲基 化可能阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而影响转录
。
• 如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲基化酶，小鼠的 胚胎就不能正常发育而死亡，可见DNA的甲基化对基因表 达调控是重要的。
• 由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激活的过程， 但目前对激活机制还缺乏认识。
• 真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100－ 200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元 件，每个元件约长7－30bp。
• 最常见的哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件
哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件序列
元件名称 共同序列
名称
结合的蛋白因子 分子量 结合DNA长度
TATAbox TATAAAA
• 三、真核基因转录水平的调控
但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，转 录后的调控占有了更多的分量。
• (二)真核基因的转录与染色质的结构变化相 关。
❖ ④增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他顺 式调控元件一样，必须与特定的蛋白质结合后才 能发挥增强转录的作用。
❖ 增强子一般具有组织或细胞特异性，许多增强子只在 某些细胞或组织中表现活性，是由这些细胞或组织中 具有的特异性蛋白质因子所决定的。
• ①影响模板附近的DNA双螺旋结构，导 致DNA双螺旋弯折或在反式因子的参与 下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形 成增强子与启动子之间“成环”连接，活 化基因转录；
• 实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转录，甲基 化可能阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而影响转录
。
• 如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲基化酶，小鼠的 胚胎就不能正常发育而死亡，可见DNA的甲基化对基因表 达调控是重要的。
• 由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激活的过程， 但目前对激活机制还缺乏认识。
• 真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100－ 200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元 件，每个元件约长7－30bp。
• 最常见的哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件
哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件序列
元件名称 共同序列
名称
结合的蛋白因子 分子量 结合DNA长度
TATAbox TATAAAA
• 三、真核基因转录水平的调控
真核生物基因表达调控ppt课件
在个体生长全过程，某种基因产物在个体 按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的 空间特异性(spatial specificity)。
基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分 布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的， 所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。
酸性激活域 (D/E-rich) 谷氨酰胺(Q)富含域 脯氨酸(P)富含域
蛋白质-蛋白质结合域 （dimerization, co-factors）
ppt精选版
25
1） TF最常见的DNA binding domain
Zinc Finger
bZIP
Homeodomain
bHLH
ppt精选版
26
(1) 锌指(zinc finger)
如果与转录激活因子有协同作用——共激活因子； 与转录阻遏因子有协同作用——共阻遏因子。
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24
常见转录因子的结构域 (domain)
DNA结合域 （DNA binding domain) TF
Basic AA (K/R) rich, positively charged
转录激活域
(trans-activation domain)
按功能需要，某一特定基因的表达严格按 特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间 特异性(temporal specificity)。
多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶 段特异性(stage specificity)。
ppt精选版
7
人体发育过程中不同类型β-珠蛋白的含量变化
ppt精选版
8
（二）空间特异性
TFⅡA TBP
TFⅡBΒιβλιοθήκη TATATBP: TATA-box binding protein
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位剪接，产生出不同mRNA的过程，这种剪接方式
称为变位剪接。
2014-4-20
10
小鼠淀粉酶基因的表达具有组织特异性。
2014-4-20
11
同一段DNA序列生成了两条或两条以上的mRNA链。
相同密码子、不同起始位点 产生长度不同的蛋白质
2014-4-20 12
不同起始位点、不同读码顺 序产生不同蛋白质
包括通常位于-70bp附近的CAAT盒和GC盒等，通
过 TFII D复合物调节转录起始的频率，提高转录 的效率。
2014-4-20 32
2、转录模板 包括从转录起始位点到RNA聚合酶II转
录终止处的全部DNA序列。
3、RNA聚合酶II 由至少10—20个亚基组成，有些亚 基也在I、Ⅲ中共用。其中2.4×105最大亚基的羧 基末端含有由7个氨基酸残基（Tyr-Ser-Pro-ThrSer-Pro-Ser）组成的多磷酸化位点重复序列，称
特点: 1）内含子两端序列不能互补； 2）连接区序列高度保守（GT-AG法则）；
2014-4-20
8
5，GT 左剪接位点 donor site
2014-4-20
AG 3
,
右剪接位点 acceptor site
9
3、外显子与内含子的可变性
组成性剪接：在高等真核生物中，内含子通常是有
序或组成性地从mRNA前体中被剪接，这种剪接方 式称为组成性剪接。 选择性剪接：又叫变位剪接，指在剪接过程中可以 有选择性地越过某些外显子或某个剪接位点进行变
24
四、真核基因表达调控一般规律P301
瞬时调控或可逆调控
发育调控或不可逆调控
转录水平调控：
遗传水平的DNA调控、表观遗传水平的染色质调控
转录后水平调控
RNA加工成熟过程的调控、翻译水平的调控、蛋白质
加工水平的调控
2014-4-20 25
第二节 真核基因表达的转录水平调控
真核基因调控主要在转录水平上进行，受大
poly(A)是必需的。
2014-4-20
34
poly(A)及AATAAA序列对于基因的转 录和成熟意义重大，但RNA聚合酶II却不 在该位点终止转录，而是在其下游0.5~2 kb 序列。
2014-4-2035Fra bibliotek真核基因的结构
2014-4-20 36
二、增强子及其对转录的影响
真核启动子不总是单独执行功能，在一些情况 下，启动子活性被另一组元件——增强子大幅提高。 增强子（enhancer）：真核生物中提高启动子
2014-4-20 1
真核基因表达调控根据性质分为两种类型：
瞬时调控或称可逆性调控：
相当于原核细胞对环境变化所做出的反应。
包括：某种底物或激素水平升降时，表现出细胞内酶
或某些蛋白质合成的变化；细胞周期不同阶段中酶活
性或浓度的调节。 发育调控或称不可逆调控： 是真核基因调控的精髓部分，决定了真核细胞生 长、分化、发育的全部进程。
蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA。
多顺反子（polycistronic mRNA ) ：编码多个
蛋白质的mRNA称为多顺反子mRNA 。
2014-4-20 15
基因家族 (gene family)：真核细胞中，许多功能
相关的基因成套组合，称为基因家族。
基因簇（gene cluster)：同一基因家族中的成员
外显子（exon）：基因中与mRNA一致的序列，
即编码序列，称为外显子。一个基因总是以外显子 为起点和终点。
内含子（intron）：基因中编码序列之间的介入
序列，在原初转录物加工为mRNA时被去除，即非
编码序列，称为内含子。
2014-4-20
6
2014-4-20
7
2、外显子与内含子的连接区
2014-4-20 2
真核基因表达调控的主要步骤
2014-4-20 3
第一节 真核基因表达调控相关概念和一般规律
真核细胞和原核细胞在基因转录、翻译、DNA空 间结构方面的主要差别：P302
① mRNA与多肽链的数量关系; ② 基因组DNA存在的形式; ③ 基因组DNA的结构; ④ DNA片段的重排及拷贝数的增加; ⑤ 转录调节区的大小，距离转录起始位点的距离及作 用的性质; ⑥ 转录和翻译过程在时间和空间上的差别; ⑦ mRNA的加工。
每个元件长度约7-20 bp，是决定RNA聚合酶II转录
起始点和转录频率的关键元件。
2014-4-20
31
① 核心启动子（core promoter)：是指保证RNA
聚合酶II转录正常起始所必需的、最少的DNA序列，
包括转录起始点及转录起始位点上游 – 25 ～ 30bp 处TATA盒。功能：确定转录起始位点并产 生基础水平的转录。 ② 上游启动子元件（upstream promoter element)：
类和类珠蛋 白基因家族
人在发育过程中 的血红蛋白类型
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三、基因表达的方式和特点P300
基因表达的方式 组成性表达（管家基因） 选择性表达（诱导基因）
基因表达的时空特异性
时间特异性、阶段特异性 空间特异性、细胞或组织特异性
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⑤ 没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应。
⑥ 许多增强子受外部信号的调控。
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真核生物基因调控元件示意图
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增强子的作用原理：
（1）影响模板附近的DNA双螺旋结构，导致DNA双
螺旋弯折或在反式因子的参与下，以蛋白质之间的
相互作用为媒介形成增强子与启动子之间“成环”
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不同外显子的使用产生不同蛋白质
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二、基因家族 (gene family)P297
原核生物中，功能相关的基因组成操纵子，以多
顺反子mRNA进行转录，整个体系在一个启动子的
控制之下。
真核生物中，DNA是以单顺反子的形式存在。 单顺反子(monocistronic mRNA) ：只编码一个
量特定的顺式作用元件（cis-acting element）和反
式作用因子（trans-acting factor，又称跨域作用 因子）的调控，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。
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一、真核基因的一般结构特征
基因（gene）
产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核 苷酸序列。
②转录起始或终止的辅助因子，不具有基因特 异性； ③与特异调控序列结合的转录因子。
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目前研究最多的转录因子有：
TATA区：TFⅡD；
CAAT区：CTF； GGGCGG区：SP1； 识别热激蛋白启动区：HSF
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真核生物中转录因子活性调节的主要方式P307
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为羧基末端结构域（CTD）。
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4、RNA聚合酶II基础转录所需的蛋白质因子（以
“TFII”表示）
RNA聚合酶II需与20种以上的蛋白质因子结合
形成转录起始复合物。 RNA聚合酶II起始的基因转录的终止位点的3′ 端都存在一个poly(A) 位点，该位点上游15~30 bp处 的保守序列AATAAA对于初级转录产物的切割及加
6000 bp, 重复1000次左右
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3、发育调控的复杂多基因家族
血红蛋白是所有动物体内输送分子氧的主要载体， 由两条链和两条链组成的四聚体加上一个血红素 辅基（结合铁原子）后形成功能性血红蛋白。
有功能的血红蛋白基因的基本结构：三个外
显子被两个内含子隔开。
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列叫顺式作用元件，一般不编码蛋白质。
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顺式作用元件一般位于基因附近，与之相连；
一般通过与反式作用因子结合发挥功能。
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1、真核基因的启动子P304
真核基因的启动子由核心启动子和上游启动子两 个部分组成，是在基因转录起始位点(+1)及其5′上游
大约100-200 bp以内的一组具有独立功能的DNA序列，
效率的顺式作用元件，可以不同的方向，在相对于
启动子的任何位置发挥作用。
最显著的特点：可在很远的距离起作用。
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增强子的特性：
① 增效效应十分明显 。 一般能使基因转录频率增加10—200倍， 甚至增加上千倍。
② 增强效应与其位置和取向无关。 ③ 大多为重复序列 。 一般长约50 bp，适合与某些蛋白因子结 合。其内部常含有一个核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T （G），是产生增强效应所必需的。 ④ 其增强效应有严密的组织和细胞特异性。 说明增强子只有 与特定蛋白质相互作用才能发挥功能。
DNA 由RNA聚合酶 I 转录完成 前rRNA（45S） 甲基化 主要在核糖的2-OH甲基化 5S rRNA
RNA酶降解 18S、28S、5.8S rRNA
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由RNA聚合酶III转录完成
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2、复杂多基因家族
由几个相关的多基因构成，基因家族间由间隔
序列隔开，并作为独立的转录单位。
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真核基因的一般构造示意图
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顺式作用元件（cis-acting elements）
一般位于结构基因的附近，由若干DNA序列元
件组成，主要包括启动子和增强子，只能对同一条