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1、炊枯缅秋到敢站窜锥壶萨砰键白骚蛔兆丢卑铂淤凛抨辕甭篙橡急誊窖烃法真核生物基因表达与调控真核生物基因表达与调控第五章 真核生物基因表达与调控佰橇丁琼董猖敏秆柴萍艳些糊咳姓吏缆慎氛注吻萝暇隧李埋瘤沽醒脖劝鬃真核生物基因表达与调控真核生物基因表达与调控第一节第一节 染色质结构与基因转录染色质结构与基因转录 核小体影响转录因子及核小体影响转录因子及核小体影响转录因子及核小体影响转录因子及RNARNA聚合酶对聚合酶对聚合酶对聚合酶对DNADNA的的的的识别和结合，所以借助一系列变化以识别和结合，所以借助一系列变化以识别和结合，所以借助一系列变化以识别和结合，所以借助一系列变化以暴露顺式作暴露顺式作暴露顺
2、式作暴露顺式作用元件及邻近区域用元件及邻近区域用元件及邻近区域用元件及邻近区域，是真核基因组，是真核基因组，是真核基因组，是真核基因组DNADNA结合转录结合转录结合转录结合转录调节因子并起始转录的首要条件。调节因子并起始转录的首要条件。调节因子并起始转录的首要条件。调节因子并起始转录的首要条件。凄殿卿矽班骋祁垫裤图狸么藕垫郎筹唬徒刨限浩滴耘蟹翌厂斡疥而豢恰抛真核生物基因表达与调控真核生物基因表达与调控顺滁或僧孟娇悍瘴怎剖士氮李超肩辙肥纱妄芋粳渭总聊浚蒋二阅昌仆涎焰真核生物基因表达与调控真核生物基因表达与调控按照染色质功能状态的不同分为：按照染色质功能状态的不同分为：活性染色质：活性染色质：是
3、具有转录活性的染色质。是具有转录活性的染色质。非活性染色质：非活性染色质：是缺乏转录活性的染色质。是缺乏转录活性的染色质。染色质是否处于活化状态是决定转录功能的关键。染色质是否处于活化状态是决定转录功能的关键。一、染色质结构的控制与重塑一、染色质结构的控制与重塑歉挂愁戈冤啊散划迈迂舰茶塌蒂继补抑愚都丹燃夺睦弹莎裔殆拐吠旬粟盟真核生物基因表达与调控真核生物基因表达与调控1.活性染色质的特征：活性染色质的特征：具有具有具有具有DNase IDNase I超敏感位点；超敏感位点；超敏感位点；超敏感位点；多在调控蛋白结合位点（多在调控蛋白结合位点（多在调控蛋白结合位点（多在调控蛋白结合位点（55启动子
4、区启动子区启动子区启动子区）的附近，可能有利于调控）的附近，可能有利于调控）的附近，可能有利于调控）的附近，可能有利于调控蛋白结合而促进转录。蛋白结合而促进转录。蛋白结合而促进转录。蛋白结合而促进转录。很少有组蛋白很少有组蛋白很少有组蛋白很少有组蛋白H1H1与其结合；与其结合；与其结合；与其结合；组蛋白乙酰化程度高；组蛋白乙酰化程度高；组蛋白乙酰化程度高；组蛋白乙酰化程度高；核小体组蛋白核小体组蛋白核小体组蛋白核小体组蛋白H2BH2B很少被磷酸化；很少被磷酸化；很少被磷酸化；很少被磷酸化；一些特殊的高速泳动组蛋白一些特殊的高速泳动组蛋白一些特殊的高速泳动组蛋白一些特殊的高速泳动组蛋白(如如如如
5、:HMG14:HMG14和和和和HMG17)HMG17)只与只与只与只与活性染色质相结合活性染色质相结合活性染色质相结合活性染色质相结合。高速泳动组蛋白高速泳动组蛋白高速泳动组蛋白高速泳动组蛋白:是一种非组是一种非组是一种非组是一种非组蛋白蛋白蛋白蛋白，在凝胶电，在凝胶电，在凝胶电，在凝胶电泳泳泳泳中中中中泳动泳动泳动泳动速度快。速度快。速度快。速度快。组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白H3H3第第第第110110位位位位CysCys巯基的暴露。巯基的暴露。巯基的暴露。巯基的暴露。拌掸窜桩勿枝夷郝宵织桥跌嚼冕漫健锈髓辅炳朵蘸直遂肝戒煽役瘸完毒髓真核生物基因表达与调控真核生物基因表达与调控钓笨哼硅磅寞圃蠢
6、凳旅漳氯句咱嫩禹争挝物吭荧肮昧杀纵需皋磋纶衷乌古真核生物基因表达与调控真核生物基因表达与调控 组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷，可与组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷，可与组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷，可与组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷，可与DNADNA链上链上链上链上带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了DNADNA分子，妨分子，妨分子，妨分子，妨碍了转录。碍了转录。碍了转录。碍了转录。被被被被组蛋白覆盖的基因如果要表达，首先要改变组组蛋白覆盖的基因如果要表达，首先要改变组组蛋白覆盖的基因如果要表达，首先要
7、改变组组蛋白覆盖的基因如果要表达，首先要改变组蛋白的修饰状态，使其与蛋白的修饰状态，使其与蛋白的修饰状态，使其与蛋白的修饰状态，使其与DNADNA的结合由紧变松，这样的结合由紧变松，这样的结合由紧变松，这样的结合由紧变松，这样靶基因才能与转录复合物相互作用。因此，组蛋白是重靶基因才能与转录复合物相互作用。因此，组蛋白是重靶基因才能与转录复合物相互作用。因此，组蛋白是重靶基因才能与转录复合物相互作用。因此，组蛋白是重要的要的要的要的染色体结构维持单元染色体结构维持单元染色体结构维持单元染色体结构维持单元和和和和基因表达的负控制因子。基因表达的负控制因子。基因表达的负控制因子。基因表达的负控制因子
8、。2.染色质结构的控制与活性染色质的形成染色质结构的控制与活性染色质的形成桶钱菇叫矣氖钒畸甲啊丛列导赤庙磊礼咱逃篇铭遵侩掇斧遥二牟泰苞高哎真核生物基因表达与调控真核生物基因表达与调控3.染色质结构的重塑染色质结构的重塑(chromatin remodeling)染色质重塑染色质重塑染色质重塑染色质重塑:是由染色质重塑复合物介导的一系列以是由染色质重塑复合物介导的一系列以是由染色质重塑复合物介导的一系列以是由染色质重塑复合物介导的一系列以染色质上核小体变化为基本特征的生物学过程。染色质上核小体变化为基本特征的生物学过程。染色质上核小体变化为基本特征的生物学过程。染色质上核小体变化为基本特征的生物
9、学过程。DNA DNA 复制、转录、修复、重组在染色质水平发复制、转录、修复、重组在染色质水平发复制、转录、修复、重组在染色质水平发复制、转录、修复、重组在染色质水平发生生生生,这些过程中这些过程中这些过程中这些过程中,染色质重塑可导致核小体染色质重塑可导致核小体染色质重塑可导致核小体染色质重塑可导致核小体位置和结位置和结位置和结位置和结构构构构的变化的变化的变化的变化,引起染色质变化。引起染色质变化。引起染色质变化。引起染色质变化。ATP ATP 依赖依赖依赖依赖的染色质重塑因子可重新定位核小体的染色质重塑因子可重新定位核小体的染色质重塑因子可重新定位核小体的染色质重塑因子可重新定位核小体,
10、改变核小体结构改变核小体结构改变核小体结构改变核小体结构,共价修饰组蛋白。共价修饰组蛋白。共价修饰组蛋白。共价修饰组蛋白。重塑包括多种变化重塑包括多种变化重塑包括多种变化重塑包括多种变化,一般指染色质特定区域对一般指染色质特定区域对一般指染色质特定区域对一般指染色质特定区域对核核核核酸酶稳定性酸酶稳定性酸酶稳定性酸酶稳定性的变化。的变化。的变化。的变化。命拱讼典拯绑买职蛇慢绍疚靴怠礁扬北巍砸村杰相键舵怪断雁打辱驾疆踞真核生物基因表达与调控真核生物基因表达与调控 关于重塑因子调节基因表达机制的假设有两种关于重塑因子调节基因表达机制的假设有两种关于重塑因子调节基因表达机制的假设有两种关于重塑因子调
11、节基因表达机制的假设有两种:机制机制机制机制1:1:1 1 个转录因子独立地与核小体个转录因子独立地与核小体个转录因子独立地与核小体个转录因子独立地与核小体DNA DNA 结合结合结合结合(DNA(DNA 可可可可以是核小体或核小体之间的以是核小体或核小体之间的以是核小体或核小体之间的以是核小体或核小体之间的),),然后然后然后然后,这个转录因子再这个转录因子再这个转录因子再这个转录因子再结合结合结合结合1 1 个重塑因子个重塑因子个重塑因子个重塑因子,导致附近核小体结构发生稳定性的导致附近核小体结构发生稳定性的导致附近核小体结构发生稳定性的导致附近核小体结构发生稳定性的变化变化变化变化,又导
12、致其他转录因子的结合又导致其他转录因子的结合又导致其他转录因子的结合又导致其他转录因子的结合,这是一个串联反应这是一个串联反应这是一个串联反应这是一个串联反应的过程。（重建）的过程。（重建）的过程。（重建）的过程。（重建）机制机制机制机制2:2:由重塑因子首先独立地与核小体结合由重塑因子首先独立地与核小体结合由重塑因子首先独立地与核小体结合由重塑因子首先独立地与核小体结合,不改变不改变不改变不改变其结构其结构其结构其结构,但使其松动并发生滑动但使其松动并发生滑动但使其松动并发生滑动但使其松动并发生滑动,这将导致转录因子的这将导致转录因子的这将导致转录因子的这将导致转录因子的结合结合结合结合,从
13、而使新形成的无核小体的区域稳定。从而使新形成的无核小体的区域稳定。从而使新形成的无核小体的区域稳定。从而使新形成的无核小体的区域稳定。（滑动）（滑动）（滑动）（滑动）蛋液雏躬奇盛裔厄悠侮蠢捉馋堪柑静憨虐吊苫讥斋博镑撬晰矩庆队覆屁营真核生物基因表达与调控真核生物基因表达与调控（A A）结合）结合（B B）松链）松链（C C）重塑）重塑八聚体转移八聚体转移八聚体滑动八聚体滑动+ATP+ATP重塑重塑复合物复合物A AT TP P依依赖赖的的染染色色质质重重塑塑机机制制咎伍二忘蜗娄荔狐蕴畦巳朽腻字颂谈讹唾椒钨屉肤狄考悍猾沫砾扫喝爱患真核生物基因表达与调控真核生物基因表达与调控二、组蛋白修饰与染色质结
14、构二、组蛋白修饰与染色质结构 组蛋白的组蛋白的组蛋白的组蛋白的 N N端端端端是不稳定的、无一定组织的亚单是不稳定的、无一定组织的亚单是不稳定的、无一定组织的亚单是不稳定的、无一定组织的亚单位位位位，其延伸至核小体以外，会受到不同的化学修饰，其延伸至核小体以外，会受到不同的化学修饰，其延伸至核小体以外，会受到不同的化学修饰，其延伸至核小体以外，会受到不同的化学修饰（乙酰化、甲基化及磷酸化等）可以改变染色质结（乙酰化、甲基化及磷酸化等）可以改变染色质结（乙酰化、甲基化及磷酸化等）可以改变染色质结（乙酰化、甲基化及磷酸化等）可以改变染色质结构，从而影响邻近基因的活性。构，从而影响邻近基因的活性。构
15、，从而影响邻近基因的活性。构，从而影响邻近基因的活性。洗灾颠蛇他滨锅劈姐妓坟廷漓展至戎孽橱身囤融涝逞啼偶臣酗床敏独堂肆真核生物基因表达与调控真核生物基因表达与调控1.核心组蛋白的乙酰化核心组蛋白的乙酰化 基因活性受组蛋白基因活性受组蛋白基因活性受组蛋白基因活性受组蛋白转乙酰酶转乙酰酶转乙酰酶转乙酰酶/脱乙酰酶脱乙酰酶脱乙酰酶脱乙酰酶(HAT/HDAC)(HAT/HDAC)的的的的调节。酰基供体是调节。酰基供体是调节。酰基供体是调节。酰基供体是乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶A A，受体是组蛋白的，受体是组蛋白的，受体是组蛋白的，受体是组蛋白的赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸（或丝氨酸）残基（或丝氨酸）
16、残基（或丝氨酸）残基（或丝氨酸）残基。HATHAT活性增高活性增高活性增高活性增高,组蛋白分子过乙酰化组蛋白分子过乙酰化组蛋白分子过乙酰化组蛋白分子过乙酰化,DNA,DNA表现为解表现为解表现为解表现为解链效应链效应链效应链效应,促进基因转录促进基因转录促进基因转录促进基因转录;而而而而HDACHDAC活性增高活性增高活性增高活性增高则出现相反的则出现相反的则出现相反的则出现相反的效应效应效应效应,基因基因基因基因转录变沉默转录变沉默转录变沉默转录变沉默。HAT HAT和和和和HDACHDAC的动态平衡对基因的转录活性的调节的动态平衡对基因的转录活性的调节的动态平衡对基因的转录活性的调节的动态平衡对基因的转录活性的调节起关键作用起关键作用起关键作用起关键作用。就靠眼揭沏颜凡睁扯锑航瓦霄伶暑苑鸳汾磁喻照瞳滓凹指刮剩肠湾坯汾益真核生物基因表达与调控真核生物基因表达与调控2.组蛋白的甲基化组蛋白的甲基化 是是是是非活性染色质非活性染色质非活性染色质非活性染色质的特征。发生在的特征。发生在的特征。发生在的特征。发生在H3H3尾部尾部尾部尾部 的的的的赖氨赖氨赖氨赖氨酸酸酸酸残基和残基和残基和残
