真核生物的基因转录及其调控
分子生物学
单亚基的因子（35 kD） 能把TFIID与TFIIF/Pol II相连在一起，即是聚合
酶II结合到预起始复合物所必需的 能与一些基因特异转录因子相互作用，促进转录
四、真核生物的基因转录及其调控
4. 真核生物的通用转录因子 （1）II类因子（class II factors） TFIIF的结构及功能
TFIIA
在酵母中有2个亚基，在果蝇和人中有3个亚基 TFIIA可以看成是一种TAFII（与TBP结合，
能稳定TFIID与启动子之间的结合） 在体外体系中，TFIIA并非必不可少
四、真核生物的基因转录及其调控
4. 真核生物的通用转录因子 （1）II类因子（class II factors） TFIIA与TFIIB的结构及功能
四、真核生物的基因转录及其调控
4. 真核生物的通用转录因子 （1）II类因子（class II factors） TFIIE和TFIIH的结构及功能
TFIIH
最后一个结合到预起始复合物的通用转录因子， 结构、功能均复杂
功能之一是使Pol II最大一个亚基的羧基末端域 （CTD）磷酸化，即使Pol IIA变为Pol IIO，从 而导致转录起始到转录延伸过渡
有些基因甚至没有TATA区
看家基因（housekeeping genes） 控制发育的基因
四、真核生物的基因转录及其调控
2. 真核RNA聚合酶识别的启动子 （1）RNA聚合酶II识别的启动子 起始子（initiator）
转录起始位点前后的保守序列 共同序列为：PyPyANT/APyPy
分子生物学
四、真核生物的基因转录及其调控
2. 真核RNA聚合酶识别的启动子 （1）RNA聚合酶II识别的启动子（II类启动子，
原核生物和真核生物基因表达调控复制、转录、翻译特点的比较
原核生物和真核生物基因表达调控、复制、转录、翻译特点的比较1.相同点：转录起始是基因表达调控的关键环节①结构基因均有调控序列；②表达过程都具有复杂性，表现为多环节；③表达的时空性，表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性；2.不同点:①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。
真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。
②原核基因表达调控主要为负调控，真核主要为正调控。
③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性，真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子，依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。
④原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。
⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平，其次是翻译水平。
原核生物基因以操纵子的形式存在。
转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。
翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。
真核生物基因表达的调控环节较多：在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。
在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TATA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。
在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。
在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。
真核基因调控中最重要的环节是基因转录，真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。
真核生物的基因表达调控
转录因子得结构
绝大多数转录因子至少具有以下三种不同得结构域得 一种: (1)DNA结合结构域,直接与顺式作用元件结合得转录因子 都具有此结构域。转录因子通常使用此结构域之中得 特殊α-螺旋与顺式作用元件内得大沟接触,通过螺旋上 得特殊氨基酸残基得侧链基团与大沟中得特殊碱基对 之间得次级健(主要就是氢键)相互识别而产生特异性。 许多转录因子在此结构域上富含碱性氨基酸,这可能有 利于她和DNA骨架上带负电荷得磷酸根发生作用; (2)效应器结构域,这就是转录因子调节转录效率(激活或阻 遏)、产生效应得结构域; (3)多聚化结构域,此结构域得存在使得转录因子之间能够 组装成二聚体或多聚体(同源或异源)。下面将集中介绍 前两种结构域,特别就是DNA结合结构域。
在转录水平上得基因表达调控
真核生物得蛋白质基因得转录除了启动子、RNA聚合酶II和基础 转录因子以外,还需要其她顺式作用元件和反式作用因子得参与。 参与基因表达调控得主要顺式作用元件有:增强子、沉默子、绝缘 子和各种反应元件;参与基因表达调控得反式作用因子也称为转录 因子,她们包括激活蛋白、辅激活蛋白、阻遏蛋白和辅阻遏蛋白。 激活蛋白与增强子结合激活基因得表达,而阻遏蛋白与沉默子结合, 抑制基因得表达,某些转录因子既可以作为激活蛋白也可以作为阻 遏蛋白其作用,究竟就是起何种作用取决于被调节得基因。辅激活 蛋白缺乏DNA结合位点,但她们能够通过蛋白质与蛋白质得相互作 用而行使功能,作用方式包括:招募其她转录因子和携带修饰酶(如 激酶或乙酰基转移酶)到转录复合物而刺激激活蛋白得活性;辅阻 遏蛋白也缺乏DNA结合位点,但同样通过蛋白质与蛋白质得相互作 用而起作用,作用机理包括:掩盖激活蛋白得激活位点、作为负别构 效应物和携带去修饰酶去中和修饰酶(如磷酸酶或组蛋白去乙酰基 酶)得活性。
真核基因转录的负调控机理
真核基因转录的负调控机理引言：真核生物的基因转录是一个复杂的过程，需要多个调控因子的参与。
其中，负调控机制起着重要的作用，通过抑制基因的转录来控制基因的表达水平。
本文将重点介绍真核基因转录的负调控机理，包括转录抑制因子和其作用机制等方面。
一、转录抑制因子的分类转录抑制因子是能够抑制基因转录的蛋白质分子，可分为转录抑制因子和共抑制因子两大类。
1. 转录抑制因子转录抑制因子是直接与DNA结合并阻碍RNA聚合酶的结合，从而阻止转录的发生。
这些因子通常结合到基因的启动子区域，阻碍转录起始复合物的形成，进而抑制基因的转录。
转录抑制因子的结构多样，包括一些转录抑制结构域，如转录抑制结构域1（TRD1）和转录抑制结构域2（TRD2）等。
2. 共抑制因子共抑制因子是与转录激活因子相互作用的蛋白质分子，通过与转录激活因子结合，阻碍其与转录复合物的形成，从而抑制基因的转录。
共抑制因子通常结合到转录激活因子的激活结构域或DNA结合结构域，从而影响其功能。
二、转录抑制因子的作用机制转录抑制因子通过多种机制实现对基因转录的负调控。
以下是几种常见的转录抑制机制：1. 空间阻隔转录抑制因子能够通过占位作用来阻隔转录激活因子与DNA结合。
在基因的启动子区域，转录抑制因子结合到DNA上，形成一个物理屏障，妨碍转录激活因子的结合。
这样一来，转录激活因子无法与转录复合物结合，导致基因的转录被阻止。
2. 修饰酶活性转录抑制因子还可以通过修饰酶活性来抑制基因的转录。
一些转录抑制因子可以直接与转录激活因子结合，并改变其修饰酶活性，从而影响转录复合物的形成。
例如，转录抑制因子可以激活组蛋白去乙酰化酶（HDAC），使其去乙酰化染色质，导致基因的沉默。
3. 转录复合物的解聚转录抑制因子还可以通过解聚转录复合物来抑制基因的转录。
转录复合物是由多个蛋白质组成的复合物，包括转录激活因子、RNA聚合酶和其他辅助因子。
转录抑制因子能够与转录复合物中的某些成分结合，改变其构象，导致复合物的解聚，从而抑制基因的转录。
分子生物学9[1]
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四、真核生物的基因转录及其调控
1. 真核生物的RNA聚合酶 （3）RNA聚合酶II的结构 n 在体内，含IIa的聚合酶II为RNA
polymerase IIA；含IIo的聚合酶II为 RNA polymerase IIO
n RNA polymerase IIA是与启动子结合时 的形式
（3）RNA聚合酶II的结构
n 研究得比较清楚的一种
n 有12个亚基（Saccharomyces cerevisiae中）
n Rpb1、 Rpb2、 Rpb3、 Rpb4、 Rpb5、 Rpb6、 Rpb7、 Rpb8、 Rpb9、 Rpb10、 Rpb11、 Rpb12
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Rpb: RNA polymerase B (II)
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四、真核生物的基因转录及其调控
1. 真核生物的RNA聚合酶 （3）RNA聚合酶II的结构 n 共有亚基（common subunits）
n 与Rpb5, Rpb6, Rpb8, Rpb10, Rpb12相应 的亚基，在3种 RNA聚合酶中都存在
n 在3种聚合酶中都存在，说明它们是起着 十分重要的作用，但具体的功能不很清楚
n Rpb9的功能不甚清楚
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分子生物学9[1]
四、真核生物的基因转录及其调控
1. 真核生物的RNA聚合酶 （3）RNA聚合酶II的结构 n Rpb7和Rpb11
n 另类亚基（不属于上述3类） n RNA聚合酶的活性所需（Rpb7与启动子
的识别有关）
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分子生物学9[1]
四、真核生物的基因转录及其调控
n Rpb1, Rpb2, Rpb3，对聚合酶的活性必不 可少
真核生物基因的转录过程和调控方式
真核生物基因的转录过程和调控方
式
真核生物基因的转录过程是指将DNA作为模板，通过RNA聚合酶识别和复制DNA序列并转换成mRNA，从而实现基因信息从DNA到RNA的传递。
真核生物基因的调控方式包括：
1、剪接调控：DNA的剪接可以改变基因的表达，这是由DNA片段的延伸或切断决定的。
2、启动子调控：启动子位于基因上游，它可以调节RNA聚合酶对该基因的转录程度。
一般来说，调控元件如转录因子结合到启动子位点，能够使基因的转录更加有效。
3、调控元件调控：调控元件可以结合到基因的启动子位点，从而改变其转录水平，也可以结合到基因的终止子，从而影响到基因的表达量。
4、miRNA调控：miRNA是一种小RNA分子，它可以与mRNA的3'UTR结合，影响mRNA的翻译或降解。
真核生物基因表达调控的机制
真核生物基因表达调控的机制
真核生物基因表达调控的机制
真核生物中的基因表达调控是一个复杂而且受多种影响的过程，其机制也极为复杂，主要包括以下七个方面。
一、基因结构调控
基因的结构调控可以通过改变基因的翻译或者转录起始点，改变基因的拷贝数量，改变基因的外显子结构等，从而调节基因表达。
这种机制也称为“结构调控”。
二、编码序列调控
基因编码序列可以用来调节基因表达。
包括基因内部的种类多样性，基因突变等，都会影响基因编码序列，从而影响基因表达。
三、转录因子调控
转录因子可以调节基因转录的开始时间，结束时间，影响基因转录的效率，从而影响基因表达。
四、mRNA加工调控
当mRNA处于加工过程中，其加工过程也会受到调控，这种调控会影响mRNA的翻译效率，从而影响基因的表达。
五、mRNA翻译调控
翻译调控是一种比较常见的调控机制，它可通过影响mRNA的结构、翻译初始效率以及翻译开始时间来调节基因的表达。
六、蛋白质稳定性调控
蛋白质稳定性的调控是指通过改变蛋白质的稳定性，来影响基因
的表达。
七、基因激活与抑制
基因激活与抑制是指通过外界影响，改变激活因子或者抑制因子的表达，来影响基因表达。
以上就是真核生物基因表达调控的七个机制，同时，也是基因组学研究中需要重点关注的重要机制。
第二节真核基因转录水平的调控(精)
第二节真核基因转录水平的调控一、真核生物的RNA聚合酶有三种RNA聚合酶：RNA聚合酶Ⅰ；RNA聚合酶Ⅱ；RNA聚合酶Ⅲ。
二、真核基因顺式作用元件（一）、顺式作用元件概念指DNA上对基因表达在调节活性的某些特定的调控序列，其活性仅影响其自身处于同一DNA分子上的基因。
（二）、种类启动子、增强子、静止子1、启动子的结构和功能启动子与原核启动子的含义相同，是指RNA聚合酶结合并起动转录的DNA序列。
但真核同启动子间不像原核那样有明显共同一致的序列。
而且单靠RNA聚合酶难以结合DNA而起动转录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作用。
RNA聚合酶Ⅱ启动子结构1）TATA框（TATA frame）：其一致顺序为TATAA(TAA(T。
TATA框中心在-30附近，相当于原核的-10序列（pribnow box）。
对大多数真核生物来说，RNA聚合酶与TATA框牢固结合之后才能开始转录。
TATA框的左右富含G┇C 序列，这就有利于该框与RNA聚合酶形成开放性启动子复合物。
2）CAAT框（CAAT frame）：位置在-75附近，一致序列为GGC(TCAATCT。
CAAT框可能控制着转录起始的频率。
（3）GC框在-90bp左右的GGGCGG序列称为GC框。
一个在-30—+15即核心启动子(core promoter element，另一为上游启动子区(upstream promoter element在-150—-50，不同物种的启动子因子有显著差异，启动子区没有和mRNA的TATA和CAAT盒顺序，故物种间大前体-rRNA基因的转录起始是不同的。
基因间间隔含一个或几个终止信号可终止其之前的基因的转录而其本身不转录，间隔区含多种反向顺序可作为增强子结合转录因子2、增强子的结构和功能增强子（enhancer）：又称为远上游序列（far upstream sequence 。
它是远距离调节启动子以增加转录速率的DNA序列，其增强作用与序列的方向无关，与它在基因的上下游位置无关。
真核基因表达调控的特点
真核基因表达调控的特点
真核基因表达调控有以下几个特点：
1. 基因组的复杂性：真核生物的基因组通常比原核生物更大且更复杂。
真核基因组包含多个非编码区域和大量的调控元件，这些元件可以影响基因的表达水平和模式。
2. 转录的调控：真核生物中的基因表达主要通过转录调控来实现。
转录调控包括转录因子的结合和调节，以及染色质状态的改变。
转录因子是一类能够结合到特定DNA序列上并调控相关基因转录的蛋白质。
它们可以增强或抑制基因的转录，从而影响基因表达。
3. 多级调控网络：真核生物中的基因表达调控是一个多级的网络系统。
这个网络包括许多调控元件、转录因子和其他调控蛋白质之间的相互作用。
这些元件和因子可以形成复杂的调控回路和信号传递路径，从而调控基因的表达。
4. 组蛋白修饰：染色质状态的改变在真核基因表达调控中起着重要作用。
染色质是DNA与蛋白质的复合物，通过不同的化学修饰可以改变染色质的结构和可及性，从而影响基因的转录。
常见的染色质修饰包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化和甲基化等。
5. RNA后转录调控：除了转录调控外，真核生物中还存在着RNA 后转录调控机制。
这些调控机制包括RNA剪接、RNA编辑和非编码RNA 的功能等。
它们可以影响基因的转录后处理和调控基因表达的多样性。
综上所述，真核基因表达调控具有基因组的复杂性、转录的调控、多级调控网络、组蛋白修饰和RNA后转录调控等特点，这些特点共同
作用来调控基因的表达水平和模式。
真核基因转录调控
不同基因具有不同旳上游开启子元件，其位 置也不相同，这使得不同旳基因体现分别有不 同旳调控。
• 2.增强子
是一种能够提升转录效率旳顺式调控元件，最 早是在SV40病毒中发觉旳长约200bp旳一段 DNA，可使旁侧旳基因转录提升100倍，其后 在多种真核生物，甚至在原核生物中都发觉了 增强子。增强子一般占100－200bp长度，也和 开启子一样由若干组件构成，基本关键组件常 为8－12bp，能够单拷贝或多拷贝串连形式存 在。
❖ 组蛋白与DNA结合阻止DNA上基因旳转录，清除组蛋 白基因又能够转录。组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷， 可与DNA链上带负电荷旳磷酸基相结合，从而遮蔽了 DNA分子，阻碍了转录，可能扮演了非特异性阻遏蛋 白旳作用；染色质中旳非组蛋白成份具有组织细胞特 异性，可能消除组蛋白旳阻遏，起到特异性旳去阻遏 促转录作用。
• 鸡成红细胞（erythroblast）染色质中， β-血红蛋白基因比卵清蛋白基因更轻易 被DNA酶I切割降解。
• 鸡输卵管细胞旳染色质中被DNA酶I优 先降解旳是卵清蛋白基因，而不是β-血 红蛋白基因。
• 存在于“灯刷型”染色体（lamp brush） 上旳环形构造可能与基因旳活性转录有 关。
• ③增强子要有开启子才干发挥作用，没有开启 子存在，增强子不能体现活性。但增强子对开 启子没有严格旳专一性，同一增强子能够影响 不同类型开启子旳转录。例如当具有增强子旳 病毒基因组整合入宿主细胞基因组时，能够增 强整合区附近宿主某些基因旳转录；当增强子 随某些染色体段落移位时，也能提升移到旳新 位置周围基因旳转录。使某些癌基因转录体现 增强，可能是肿瘤发生旳原因之一。
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四、真核生物的基因转录及其调控
6. 染色质结构与基因的转录
（2）染色质结构对基因转录的影响
组蛋白对5S rRຫໍສະໝຸດ A基因转录的影响 爪蟾（Xenopus laevis）的5S rRNA基因在单倍体 中约有2万拷贝
98%都属于卵母细胞5S rRNA基因（oocyte 5S rRNA genes），只在卵母细胞中表达
酵母中的组蛋白乙酰基转移酶还是一种转录激活 子的辅助因子，其他一些转录激活子的辅助因子 也是组蛋白乙酰基转移酶
四、真核生物的基因转录及其调控
6. 染色质结构与基因的转录
（2）染色质结构对基因转录的影响
组蛋白乙酰化（histone acetylation）
细胞核中能促进转录的组蛋白乙酰基转移酶 （HAT A）与细胞质中的组蛋白乙酰基转移酶 （HAT B）是不同的
四、真核生物的基因转录及其调控
6. 染色质结构与基因的转录 （2）染色质结构对基因转录的影响 组蛋白对II类基因转录的影响
核小体结构只由核心组蛋白（H2A, H2B, H3, H4） 与DNA构成时，即能起到抑制基因转录的作用， 且一般的转录激活子不能解除这种抑制
若核小体结构还含有组蛋白H1，那么其抑制基因 转录的能力更强，但H1的这种作用可被转录激活 子抵消
核小体核心外的组蛋白
H1
四、真核生物的基因转录及其调控
6. 染色质结构与基因的转录 （1）染色质的结构
在间期核中，染色质主要以30 nm纤维的形 式存在
在分裂中期， 30 nm纤维进一步折叠，形成 很多环状结构，附着在染色体的中央骨架 （核基质，nuclear matrix）上
The structure of the mitotic chromosome
6. 染色质结构与基因的转录 （2）染色质结构对基因转录的影响 组蛋白乙酰化（histone acetylation）
组蛋白有2种形式
乙酰化 无乙酰化
乙酰化的形式是在赖氨酸侧链的氨基上加上乙酰基 组蛋白的乙酰化与否是与基因的活性有关的，乙酰
化的组蛋白对转录的抑制作用较弱，因为它使染色 质结构（核小体结构）发生变化，使组蛋白易从 DNA上脱落
在卵母细胞中，这些基因的启动子区域基本上无核 小体结构，因此可与转录因子结合，使基因转录
转录因子与组蛋白在启动子区处于一种相互竞争的 状态，转录因子取胜，则基因可转录；组蛋白取胜， 则基因关闭
The race between transcription factors and histones for the 5S rRNA control region
HAT A能结合到染色质上，使核小体中的核心组 蛋白乙酰化
HAT B是使细胞质中新合成出来的H3和H4乙酰化， 从而使它们能正确地组装到核小体中（它们的乙 酰基在组装后就会被组蛋白去乙酰化酶除去）
四、真核生物的基因转录及其调控
6. 染色质结构与基因的转录 （2）染色质结构对基因转录的影响
组蛋白去乙酰化（histone deacetylation） 核心组蛋白去乙酰化能抑制转录 去乙酰化由组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases）催化 组蛋白去乙酰化酶要与其他转录抑制因子 相互作用，才能在合适的区域使组蛋白去 乙酰化
四、真核生物的基因转录及其调控
6. 染色质结构与基因的转录 （2）染色质结构对基因转录的影响 组蛋白对5S rRNA基因转录的影响
实验表明，若把组蛋白H1除去，则原来 在体细胞不能转录的卵母细胞5S rRNA 基因也变得可转录
因此，H1对在启动子区域形成稳定的核 小体结构是必需的
Effect of histone H1 on 5S rRNA gene transcription
四、真核生物的基因转录及其调控
6. 染色质结构与基因的转录 （2）染色质结构对基因转录的影响 组蛋白乙酰化（histone acetylation）
起乙酰化作用的酶是组蛋白乙酰基转移酶（histon acetyltransferase, HAT），它能把供体乙酰CoA的 乙酰基转移到核心组蛋白（H2A, H2B, H3, H4）
核小体定位使得启动子区成为无核小体区 （nucleosome-free zones），对DNase高度 敏感
Nucleosome-free zones
Experimental scheme to detect DNasehypersensitive regions
四、真核生物的基因转录及其调控
其余的2%（约有400拷贝）既在卵母细胞表达， 又在体细胞表达，称为体细胞5S rRNA基因 （somatic 5S rRNA genes）
四、真核生物的基因转录及其调控
6. 染色质结构与基因的转录 （2）染色质结构对基因转录的影响 组蛋白对5S rRNA基因转录的影响
卵母细胞5S rRNA基因的启动子区域在体细胞中具 核小体结构，因而表达被抑制
A model of transcriptional activation
四、真核生物的基因转录及其调控
6. 染色质结构与基因的转录 （2）染色质结构对基因转录的影响 核小体定位（nucleosome positioning）
转录激活子能使核小体结构不在启动子区 内形成，而只在启动子周围形成
四、真核生物的基因转录及其调控
6. 染色质结构与基因的转录 （2）染色质结构对基因转录的影响 组蛋白对II类基因转录的影响
原则上与III类基因的情况相同 若启动子区上有核小体结构，则基因不转
录；若没有核小体结构，则可转录
Promoters engaged with nucleosomes and those not engaged with nucleosomes
The nucleosome, nucleosome filament and the 30-nm fiber
四、真核生物的基因转录及其调控
6. 染色质结构与基因的转录 （1）染色质的结构 核小体内的组蛋白（核心组蛋白）：八聚体
(H3-H4)2 四聚体1个 (H2A-H2B) 二聚体2个 H4：最保守的蛋白质