真核基因表达调控

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1、第12章真核生物基因表达调控一.真核生物基因表达调控的特点1.真核生物基因组结构特点哺乳类动物基因组DNA约3×109碱基对编码基因约有40000个，占总长的6%rDNA等重复基因约占5%-10%（1）结构庞大（2）单顺反子单顺反子(monocistron)即一个编码基因转录生成一个mRNA分子，经翻译生成一条多肽链。（3）重复序列单拷贝序列（一次或数次）高度重复序列（106次）中度重复序列（103-104次）多拷贝序列（4）基因不连续性1）与DNA、染色体水平的变化有关2.真核基因表达调控的特点(1)染色质结构对基因表达的调控作用(2)DNA拓朴结构变化天然双

2、链DNA几乎均以负性超螺旋构象存在。当基因激活后，则转录区前方的DNA拓朴结构变为正性超螺旋，有利于RNA聚合酶向前移动，进行转录。(3)DNA甲基化甲基化影响DNA与蛋白质的相互作用。(4)染色体结构的变化组蛋白发生修饰，碱基暴露等原因而引起核小体结构改变，使核小体不稳定性增加。2）有RNA聚合酶对mRNA转录的调节真核生物有3种RNA聚合酶：RNApolⅠ、Ⅱ、Ⅲ。每种RNA聚合酶有约10个亚基组成，其中TATA盒结合蛋白（TBP）为3种酶共有。RNApolⅡ对催化mRNA的生成起主要作用。转录前RNApolⅡ必须与TBP、TFⅡD等各种通用转录因子形成转录

3、前复合体（PIC），从而激活或抑制RNA的转录。3）正性调节占主导真核基因一般都处于阻遏状态，RNA聚合酶对启动子的亲和力很低。通过利用各种转录因子正性激活RNA聚合酶是真核基因调控的主要机制。采用正性调节机制更有效、经济、特异；采用负性调节不经济4）转录和翻译过程分开进行转录与翻译过程分别存在于不同的亚细胞部位（胞核与胞浆），可分别进行调控。5)真核基因表达调控能在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现"预定"的、有序的、不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围内保持正常功能。⑤翻译调节真核染色质体（DNA）①转录前调节转录初

4、级产物RNA（Pro－RNA）hnRNA③转录后加工的调节④转运调节mRNA⑥mRNA降解的调控mRNA降解物多肽链⑦翻译后加工及蛋白质活性控制活性蛋白失活蛋白②转录调节二.真核生物基因表达调控的不同层次原核生物真核生物操纵子调控。多样化调控，更为复杂。基因组小，大肠杆菌：总长4.6×106bp,编码4288个基因,每个基因约1100bp。基因组大，人类基因组全长3×109bp，编码10万个基因，其余为重复序列。基因分布在同一染色体上，操纵子控制。DNA与组蛋白结合成染色质，染色质的变化调控基因表达；基因分布在不同的染色体上，存在不同染色体间基因的调控问题。适应

5、外界环境，操纵子调控表达。基因差别表达是细胞分化和功能的需要。转录和翻译同时进行，大部分为转录水平调控。转录和翻译在时间和空间上均不同，从DNA到蛋白质的各层次上都有调控真核生物与原核生物的调控差异在细胞分裂间期的细胞核中，染色质的形态不均匀。根据其形态及染色特点可分为常染色质和异染色质两种类型。常染色质：折叠疏松、凝缩程度低，处于伸展状态，碱性染料染色时着色浅。异染色质：折叠压缩程度高，处于凝集状态，经碱性染料染色着色深。1）结构异染色质：各类细胞在整个细胞周期内都处于凝集状态，多位于着丝粒区、端粒区等含有大量高度重复序列的DNA处。2）兼性异染色质：只在一定

6、的发育阶段或生理条件下由常染色质凝聚而成。真核基因的活跃转录是在常染色质上进行1.异染色质化对基因活化的影响三.染色体水平的调控异染色质（核内深染部分）和常染色质（核内浅染部分）电镜观察细胞分裂间期中染色质情况异染色质的紧密压缩堆积，可使调控蛋白和转录因子都不能靠近DNA，而使基因组中相当大的一部分基因处于休眠状态，其中有些基因可以从休眠变成激活，另一些则不能转变。如哺乳类雌体细胞2条X染色体，到间期一条变成异染色质者，这条X染色体上的基因就全部失活。由此可见，紧密的染色质结构阻止基因表达。1）染色体结构复杂由DNA、组蛋白、非组蛋白等大分子组成。核小体是染色质

7、的基本单位。{组蛋白：H1H2AH2BH3H4非组蛋白}核小体{DNA蛋白质染色体2.组蛋白对基因活性的影响染色质结构组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷，可与DNA链上带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了DNA分子，妨碍了转录，可能扮演了非特异性阻遏蛋白的作用；进行活跃基因转录的染色质区段常有富含赖氨酸的组蛋白（H1组蛋白）水平降低、H2A、H2B组蛋白二聚体不稳定性增加、组蛋白乙酰化（acetylation）和泛素化（obiquitination）、以及H3组蛋白巯基活化等现象，这些都是核小体不稳定或解体的因素；早期体外实验观察到组蛋白与DNA结合阻止DNA上基因的转

8、录，去除组蛋白基因又能够