《基因的表达调控上真核基因表达调控一般规律[114页]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基因的表达调控上真核基因表达调控一般规律[114页]（114页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、PBL教学法？,真核基因组的复杂性?真核基因表达调控的特点?真核基因表达调控的类型?,PBL教学法？,真核基因组的复杂性?大、非编码序列、重复序列、染色质、调控的层次和环节复杂、协调表达复杂即使现在国际人基因组研究计划（humangeneproject）测出了人基因组3109bp的DNA序列。但是要搞清楚人全部基因的功能及其相互关系、特别是要明了基因表达调控的全部规律，还需要经历很长期艰巨的研究过程。,真核生物和原核生物基因表达的对比,1真核基因组的复杂性,1真核基因组的复杂性,真核基因组比原核基因组大得多大肠杆菌基因组约4106bp，哺乳类基因组在109bp数量级，比细菌大千倍；大肠杆菌约有
2、4000个基因，人则约有35万个基因。原核基因组的大部分序列都为基因编码；而哺乳类基因组中仅约10%的序列是编码蛋白质或rRNA、tRNA等的基因，其余约90%是非编码序列。原核基因组中除rRNA、tRNA基因有多个拷贝外，重复序列不多。哺乳动物基因组中则存在大量重复序列(repetitivesequences)。,1真核基因组的复杂性,原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连续的，而真核生物为蛋白质编码的基因绝大多数是不连续的，增加了真核基因表达调控的环节。真核生物主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质，被包裹在核膜内，核外还有遗传成分（如线粒体DNA等），这就增加了基因表达调控的层次和复杂
3、性。真核生物基因协调表达要比原核生物复杂得多。细菌多数基因按功能相关成串排列，组成操纵子的基因表达调控的单元，共同开启或关闭；真核生物结构基因的mRNA是单顺反子，且真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽链形成的亚基构成的，涉及到多个基因的协调表达。,1真核基因组的复杂性,从上述可见真核基因组比原核基因组复杂得多，至今人类对真核基因组的认识还很有限，即使现在国际上制订的人基因组研究计划（humangeneproject）测出了人基因组3109bp的DNA序列。但是要搞清楚人全部基因的功能及其相互关系、特别是要明了基因表达调控的全部规律，还需要经历很长期艰巨的研究过程。,PBL教学法？,真核
4、基因表达调控的特点?？复杂性,2真核基因表达调控的特点,真核基因表达调控的环节更多真核基因的转录与染色质的结构变化相关真核生物基因组的非编码序列的存在与基因表达调控密切相关真核基因表达以正调控为主,真核生物RNA聚合酶对启动子的亲和力很低，基本上不能独靠其自身来起始转录，而是需要依赖多种激活蛋白的协同作用。虽然在真核基因调控中也发现有负性调控元件，但其存在并不普遍；真核基因转录表达的调控蛋白也有起阻遏和激活作用或兼有两种作用者，但总的是以激活蛋白的作用为主。即多数真核基因在没有调控蛋白作用时是不转录的，需要表达时就要有激活的蛋白质来促进转录。换言之：真核基因表达以正（性）调控为主导。,2真核基
5、因表达调控的特点,2.4真核基因表达以正（性）调控为主,2.1真核基因表达调控的环节更多,如前所述：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。真核基因表达过程中还会涉及基因重排、基因扩增、基因消减等。,2真核基因表达调控的特点,2.2真核基因的转录与染色质的结构变化相关,真核生物基因组DNA绝大多数都在细胞核内与组蛋白等构成染色质；染色质的结构、染色质中DNA
6、与组蛋白的结合状态都影响其转录。,2真核基因表达调控的特点,真核生物基因组至少包括两类遗传信息：第一类是三联体密码所编码的蛋白质的基因信息，其遗传信息的传递包括基因转录和蛋白质合成过程，例如现在已经知道由于存在真核生物基因的不连续性，转录后的剪接、特别是可变剪接、RNA编辑等，可导致DNA序列与蛋白质氨基酸序列的不完全对应关系；而第二类遗传信息则指非编码蛋白质序列能调节基因选择性表达的遗传信息。已经知道，蛋白质基因只占整个真核生物基因组序列的较少部分，因此基因组中大部分DNA是用来编码第二类遗传信息的。,2真核基因表达调控的特点,2.3真核生物基因组的非编码序列的存在与基因表达调控密切相关,目
7、前所知的真核生物基因表达调控的特点？,1、RNA聚合酶不同；2、多层次，不存在超基因式操纵子结构；3、个体发育复杂：基因表达的时间性和空间性；时间性：个体发育的不同阶段，基因表达的种类和数量是不同的；空间性：在不同组织和器官中，基因表达的种类和数量是不同的；4、活性染色体结构变化：对核酸酶敏感、DNA拓扑结构变化、DNA碱基修饰变化、组蛋白变化；5、正性调节占主导；6、转录与翻译间隔进行，转录和翻译分开进行；7、转录后修饰、加工，初级转录产物要经过转录后加工修饰。,PBL教学法？,真核基因表达调控的类型?,根据表达调控性质分类按表达调控发生的先后次序分类,3真核基因表达调控的类型,3.1根据表
8、达调控性质为两大类:第一类：瞬时调控或称可逆性调控，包括某种底物或激素水平的升降，酶活性和浓度的调节。第二类：发育调控或称不可逆调控，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。,3.2按调控发生的先后次序可分为：,转录前调控,转录水平调控,转录后调控,翻译水平调控,翻译后调控,PBL教学法？,影响原核生物表达调控的环节?各环节是如何发挥调控作用的？,1真核基因转录前的调控2真核基因转录水平的调控3真核基因转录后水平的调控4翻译水平的调控5翻译后水平的调控,4.1真核基因转录前的调控4.2真核基因转录水平的调控4.3真核基因转录后水平的调控4.4翻译水平的调控4.5翻译后水平的调控,4各环节是
9、如何发挥调控作用的？（重、难点）,4.1真核基因转录前的调控,在基因表达之前，真核基因组要进行一系列的调整，即通过改变染色质结构和DNA序列从而影响基因表达，使该表达的基因进入工作状态，而不该表达的基因则被很好地安置，以免干扰了整个机体的代谢，这就是转录前的调节。转录前的调控,染色质结构是决定RNA聚合酶能否有效行使转录功能的关键。,4.1.1染色质结构的改变,4.1真核基因转录前的调控,染色质结构,常染色质：细胞分裂间期，染色体的大部分松开分散在核内。松散染色质中的基因可以转录。异染色质：在细胞分裂期，染色体纤维折叠压缩程度较高。其基因转录受抑制。原本在常染色质中表达的基因如移到异染色质内，
10、转录也会受抑制。,4.1染色质结构的改变,1)染色质纤维折叠压缩程度对基因表达调控的影响,果蝇多线染色体3H尿嘧啶标记物的放射自显影检测图,松开分散的染色质结构，基因转录聚缩的染色质结构，基因转录受抑制,真核基因的活跃转录是在常染色质上进行的。活性染色质：具有转录活性的染色质。非活性染色质：指不具有转录活性的染色质。,4.1染色质结构的改变,1)染色质纤维折叠压缩程度对基因表达调控的影响,活性染色质的重要特点,活性染色质上具有一个或数个DNaseI超敏感位点活性染色质上具有核基质结合区（matrixattachmentregion，MAR）,DNaseI超敏感位点常出现在转录基因的5端启动区。
11、该区域核小体结构会发生变化，有利于调控蛋白结合而促进转录。,活性染色质上核基质结合区MAR：一般位于DNA放射环或活性转录基因的两端。在外源基因两端接上MAR，可增加基因表达水平倍以10上。说明MAR在基因表达调控中有作用，是一种新的基因调控元件。,4.1.1染色质结构的改变,4.1真核基因转录前的调控,天然双链DNA的构象大多是负性超螺旋。当基因活跃转录时，RNA聚合酶转录方向前方DNA的构象是正性超螺旋，其后面的DNA为负性超螺旋；正性超螺旋会拆散核小体，有利于RNA聚合酶向前移动转录。,4.1.1染色质结构的改变,2)DNA的拓扑结构对基因表达调控的影响,4.1.1染色质结构的改变,4.
12、1真核基因转录前的调控,早期体外实验观察到组蛋白与DNA结合阻止DNA上基因的转录，去除组蛋基因又能够转录。组蛋白带正电荷，与DNA结合，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。,4.1染色质结构的改变,3)组蛋白的结构状态对基因表达调控的影响,4.1.1染色质结构的改变,4.1真核基因转录前的调控,染色质纤维折叠压缩程度：DNA的拓扑结构：组蛋白的结构状态：,松开分散的染色质结构，基因可以转录；聚缩的染色质结构，基因转录受抑制；DNaseI超敏感位点、核基质结合区MAR促进转录。,RNA聚合酶转录方向前方DNA的构象是正性超螺旋促进转录。,非特异性阻遏蛋白的作用，阻遏
13、转录。,1真核基因转录前的调控2真核基因转录水平的调控3真核基因转录后水平的调控4翻译水平的调控5翻译后水平的调控,本章主要内容,4.1真核基因转录前的调控,基因丢失基因扩增基因重排基因封闭基因修饰,4.1.2DNA序列改变,在胚胎发生时，已决定了一些细胞将要发育为种细胞，为了保持物种在遗传上的稳定性，而保留完整的基因组，不会被削减掉。但对于发育成体细胞的来说，它们只需保存生活必须的基因，其它无关基因可以削减去除。通过染色体丢失，丢失某些基因而除去这些基因的活性的现象称为基因丢失。,4.1.2.1基因丢失（geneelimination）,4.1.2DNA序列改变,马蛔虫受精卵细胞,4.1.2
14、.1基因丢失（geneelimination）,4.1真核基因转录前的调控,基因丢失基因扩增基因重排基因封闭基因修饰,4.1.2DNA序列改变,指细胞内特定基因拷贝数专一性大量增加的现象。它是细胞在短期内为满足某种需要而产生足够的基因产物的一种调控方式。两栖动物如蟾蜍的卵母细胞是正常体细胞的100万倍，需要合成大量蛋白质，所以需要大量核糖体。核糖体含有rRNA分子，在卵母细胞发育中，rRNA基因数目临时增加了4000倍。卵母细胞的前体含有约600个编码18SrRNA和28SrRNA的DNA。在基因扩增后，rRNA基因拷贝数高达2106，形成1012个核糖体。,4.1.2.2基因扩增（genea
15、mplification）,4.1.2DNA序列改变,基因扩增前，600个rDNA基因以串联方式排列(a)。在发生扩增的3周时间里，形成大量小环及复制滚环，以增加基因拷贝数目(b)。目前对这种基因扩增的机制并不清楚。,4.1.2.2基因扩增（geneamplification）,基因扩增发生在异常的细胞中。如，人类癌细胞中的许多致癌基因大量扩增后高效表达，导致细胞生长失控。有些基因在进化过程中就已经扩增了许多倍。如，植物中普遍存在多倍性，即基因组拷贝数的增加。基因组拷贝数增加使可供遗传重组的物质增多，这可能构成了加速基因进化、基因组重组和最终物种形成的一种方式。,4.1.2.2基因扩增（gen
16、eamplification）,利用流式细胞仪对从拟南芥不同发育阶段的组织中分离到的间期细胞核进行分析，发现多倍体的DNA含量与组织的成熟程度成正比。,1.分析细胞表面标志，2.分析细胞内抗原物质，3.分析细胞受体，4.分析细胞的DNA、RNA含量，5.分析免疫细胞的功能,4.1真核基因转录前的调控,基因丢失基因扩增基因重排基因封闭基因修饰,4.1.2DNA序列改变,基因重排是基因表达调节控制的重要方式之一。基因重排会导致基因的活化。比如，许多原致癌基因在它们处于原先的染色体时，是不活化的。一旦发生基因重排，这些基因由一个染色体转座到另一个染色体时，就被激活，而最终导致细胞的癌变。如cmyc基因在人第八号染色体上时，是无活性的；但当它转座到第14号染色体时就活化了，产生cmyc蛋白，使人患上Burkit淋巴癌。,4.1.2.3基因重排,4.1.2DNA序列改变,基因重排也是细胞分化的机制之一。哺乳动物在受到外源蛋白侵染时，淋巴细胞会发生分化，变成浆细胞，每一个浆细胞只能产生一种或几种抗体（免疫球蛋白），无数的浆细胞就能产生无数种类的抗体。,4.1.2.3基因重排,4.1
