【学习课件】第十三章基因表达调控

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1、 1Regulation of Gene Expression 2第 一 节根本概念与原理Basic Conceptions and Principle 3一、基因表达的概念一、基因表达的概念* * 基因组基因组(genome)(genome)一个细胞或病毒所携带的全部遗传信一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。息或整套基因。它也是指含有一个生物体生存、它也是指含有一个生物体生存、发育、活动和繁殖所需要的全部遗传信息发育、活动和繁殖所需要的全部遗传信息的整套核酸的整套核酸。 4是指储存遗传信息是指储存遗传信息的基因经过一系列步骤的基因经过一系列步骤表现出其生物功能的整表现出其生物功能的

2、整个过程。个过程。典型的基因表达是典型的基因表达是基因经过转录、翻译，基因经过转录、翻译，产生有生物活性的蛋白产生有生物活性的蛋白质的过程。质的过程。基因表达基因表达(gene expression)(gene expression) 5基因表达是受调控的基因表达是受调控的 不是所有的基因表达都产生蛋白质，不是所有的基因表达都产生蛋白质，rRNArRNA或或tRNAtRNA的基因经转录和转录后加工产生的基因经转录和转录后加工产生成熟的成熟的rRNArRNA或或tRNA,tRNA,也是也是rRNArRNA或或tRNAtRNA的基因表的基因表达，因为达，因为rRNArRNA或或tRNAtRNA就具

3、有在蛋白质翻译方就具有在蛋白质翻译方面的功能。面的功能。 但是但是基因表达转录翻译基因表达转录翻译 6 大肠杆菌基因组约大肠杆菌基因组约40004000个基因个基因) )，一，一般情况下只有般情况下只有5 510%10%在高水平转录状态，其在高水平转录状态，其它基因有的处于较低水平的表达，或者暂时它基因有的处于较低水平的表达，或者暂时不表达。不表达。 人的基因组约含有人的基因组约含有1010万个基因，但在万个基因，但在一个组织细胞中通常只有一局部基因表达，一个组织细胞中通常只有一局部基因表达，多数基因处在沉静状态，典型的哺乳类细胞多数基因处在沉静状态，典型的哺乳类细胞中开放转录的基因约在中开放

4、转录的基因约在1 1万个上下，即使蛋白万个上下，即使蛋白质合成量比较多、基因开放比例较高的肝细质合成量比较多、基因开放比例较高的肝细胞，一般也只有不超过胞，一般也只有不超过20%20%的基因处于表达状的基因处于表达状态。态。 生物基因组的遗传信息生物基因组的遗传信息并不是同时全部都表达出来的并不是同时全部都表达出来的 7二、基因表达的时间性及空间性二、基因表达的时间性及空间性一时间特异性一时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间时间特异性特异性(temporal specifi

5、city)(temporal specificity)。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶阶段特异性段特异性(stage specificity)(stage specificity)。 8二空间特异性二空间特异性基基因因表表达达伴伴随随时时间间顺顺序序所所表表现现出出的的这这种种分分布布差差异异，实实际际上上是是由由细细胞胞在在器器官官的的分分布布决决定定的的，所所以以空空间间特特异异性性又又称称细细胞胞或或组组织织特特异异性性(cell (cell or tissue specificity)or tissue specificity)。在在个个体体生

6、生长长全全过过程程，某某种种基基因因产产物物在在个个体体按按不不同同组组织织空空间间顺顺序序出出现现，称称之之为为基基因因表表达达的的空间特异性空间特异性(spatial specificity)(spatial specificity)。 9三、基因表达的方式三、基因表达的方式按对刺激的反响性，基因表达的方式分为：按对刺激的反响性，基因表达的方式分为：一组成性表达一组成性表达某某些些基基因因在在一一个个个个体体的的几几乎乎所所有有细细胞胞中中持持续续表表达达，通通常常被被称称为为管管家家基基因因(housekeeping (housekeeping gene)gene)。管家基因管家基因 1

7、0无无论论表表达达水水平平上上下下，管管家家基基因因较较少少受受环环境境因因素素影影响响，而而是是在在个个体体各各个个生生长长阶阶段段的的大大多多数数或或几几乎乎全全部部组组织织中中持持续续表表达达，或或变变化化很很小小。区区别别于于其其他他基基因因，这这类类基基因因表表达达被被视视为为组组成成性性基基因表达因表达(constitutive gene expression)(constitutive gene expression)。根根本本的的基基因因表表达达只只受受到到启启动动序序列列或或者者启启动动子与子与RNARNA聚合酶相互作用的影响聚合酶相互作用的影响 组成性基因表达也是相对的，而

8、不是一成不组成性基因表达也是相对的，而不是一成不变的，其表达强弱也是受一定机制调控的。变的，其表达强弱也是受一定机制调控的。 11二诱导和阻遏表达二诱导和阻遏表达适适应应性性表表达达(adaptive (adaptive expression)expression)指指环环境境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。 改变基因表达的情况以适应环境，例如与改变基因表达的情况以适应环境，例如与适宜温度下生活相比较，在冷或热环境下适应生适宜温度下生活相比较，在冷或热环境下适应生活的动物，其肝脏合成的蛋白质图谱就有明显的活的动物，其肝脏合成的蛋白质图谱就有明显

9、的不同；长期摄取不同的食物，体内合成代谢酶类不同；长期摄取不同的食物，体内合成代谢酶类的情况也会有所不同。所以，基因表达调控是生的情况也会有所不同。所以，基因表达调控是生物适应环境生存的必需。物适应环境生存的必需。 12 是指在特定环境因素刺激下，可诱导基因被是指在特定环境因素刺激下，可诱导基因被激活，从而使基因的表达产物增加。激活，从而使基因的表达产物增加。 如如:DNA:DNA发生损伤时，修复酶的诱导激活。发生损伤时，修复酶的诱导激活。 诱导表达诱导表达inductioninduction 在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这

10、种基因称为基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因可诱导基因。 13如如果果基基因因对对环环境境信信号号应应答答是是被被抑抑制制，这这种种基因是基因是可阻遏基因可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏阻遏。阻遏阻遏(repression)(repression)如：如：周围有充足的葡萄糖，细菌就可以利用葡周围有充足的葡萄糖，细菌就可以利用葡萄糖作能源和碳源，不必更多去合成利用其它萄糖作能源和碳源，不必更多去合成利用其它糖类的酶类，如乳糖操纵子被阻遏、关闭糖类的酶类，如乳糖操纵子被阻遏、关闭 14在在一一定定机机制制控控制制下下，功功能能上上相相关

11、关的的一一组组基基因因，无无论论其其为为何何种种表表达达方方式式，均均需需协协调调一一致致、共共 同同 表表 达达 ， 即即 为为 协协 调调 表表 达达 (coordinate (coordinate expression)expression)， 这这 种种 调调 节节 称称 为为 协协 调调 调调 节节(coordinate regulation)(coordinate regulation)。 15四、基因表达调控的生物学意义四、基因表达调控的生物学意义一适应环境、维持生长和增殖一适应环境、维持生长和增殖二维持个体发育与分化二维持个体发育与分化 16基因基因激活激活转录起始转录起始 转

12、录后加工转录后加工mRNAmRNA降解降解蛋白质降解等蛋白质降解等蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰转录起始转录起始一基因表达的多级调控一基因表达的多级调控五、基因表达调控的根本原理五、基因表达调控的根本原理转录水平的基因表达调控最重要转录水平的基因表达调控最重要 17二基因转录激活调节根本要素二基因转录激活调节根本要素基基因因表表达达的的调调节节与与基基因因的的结结构构、性性质质，生生物物个个体体或或细细胞胞所所处处的的内内、外外环环境境，以及细胞内所存在的转录以及细胞内所存在的转录调节蛋白调节蛋白有关。有关。1. 1. 特异特异DNADNA序列和调节蛋白质序列和调节蛋白质 1

13、8原核生物原核生物 蛋白质因子蛋白质因子 操纵子操纵子(operon)(operon) 机制机制特异特异DNADNA序列序列 编码序列编码序列 启动序列启动序列 操纵序列操纵序列 其他调节序列其他调节序列(promoter)(promoter)(operator)(operator) 19是是RNARNA聚合酶结合并启动转录的聚合酶结合并启动转录的特异特异DNADNA序列。序列。1) 1) 启动序列启动序列RNA转录起始转录起始-35区区-10区区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N1

14、6N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列共有序列 20共共有有序序列列(consensus (consensus sequence)sequence) 决决定定启启动序列的转录活性大小。动序列的转录活性大小。某某些些特特异异因因子子蛋蛋白白质质决决定定RNARNA聚聚合合酶酶对对一一个个或或一一套套启启动动序序列列的的特特异异性性识识别别和和结结合合能力。能力。 21阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)(repressor)的结合位点的结合位点当当操操纵纵序序列列结结合合有有阻阻遏遏蛋蛋白白时时，会会阻阻碍碍RNA

15、RNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结结合合，或或是是RNARNA聚聚合合酶酶不能沿不能沿DNADNA向前移动向前移动 ，阻碍转录。，阻碍转录。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列polpol阻遏蛋白阻遏蛋白2 2 操纵序列操纵序列 223) 3) 其他调节序列、调节蛋白其他调节序列、调节蛋白例如例如激激活活蛋蛋白白(activator)(activator)可可结结合合启启动动序序列列邻邻近近的的DNADNA序序列列，促促进进RNARNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结合，增强结合，增强RNARNA聚合酶活性。聚合酶活性。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序

16、列polpol激活蛋白激活蛋白 23有有些些基基因因在在没没有有激激活活蛋蛋白白存存在在时时，RNARNA聚聚合酶很少或完全不能结合启动序列。合酶很少或完全不能结合启动序列。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列polpol激活蛋白激活蛋白 24真核生物真核生物1) 1) 顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)(cis-acting element)可影响自身基因表达活性的可影响自身基因表达活性的DNADNA序列序列B BA ADNADNA编码序列编码序列转录起始点转录起始点 顺式作用元件并非都位于转录起始点的上游顺式作用元件并非都位于转录起始点的上游(5(

17、5端端) ) 启动子启动子 增强子增强子 沉默子沉默子 25顺式作用元件通常是基因的非编码序列。顺式作用元件通常是基因的非编码序列。不不同同真真核核生生物物的的顺顺式式作作用用元元件件中中也也会会发发现现一一些些共共有有序序列列 ，如如TATATATA盒盒、CAATCAAT盒盒等等，这这些些共共有有序序列列是是RNARNA聚聚合合酶酶或或特特异异转转录录因因子子的的结合位点。结合位点。 262) 2) 真核基因的调节蛋白真核基因的调节蛋白由由某某一一基基因因表表达达产产生生的的蛋蛋白白质质因因子子，通通过过与与另另一一基基因因的的特特异异的的顺顺式式作作用用元元件件相相互互作作用用，调节其表达

18、。调节其表达。 反式作用因子反式作用因子(trans-acting (trans-acting factor)factor) 这种调节作用称为这种调节作用称为反式作用反式作用。 aDNA反式调节反式调节BA mRNA蛋白质蛋白质AA 27cDNAC顺式调节顺式调节 mRNA C蛋白质蛋白质C还还有有蛋蛋白白质质因因子子可可特特异异识识别别、结结合合自自身身基基因因的的调调节节序序列列，调调节节自自身身基基因因的的表表达达，称称顺式作用顺式作用。 28指指的的是是反反式式作作用用因因子子与与顺顺式式作作用用元元件件之之间间的的特特异异识识别别及及结结合合。通通常常是是非非共共价价结结合合，被被识

19、识别别的的DNADNA结结合合位位点点通通常常呈呈对对称称、或或不不完完全全对称结构。对称结构。2. DNA - 2. DNA - 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质- -蛋白质蛋白质的相互作用的相互作用 29绝绝大大多多数数调调节节蛋蛋白白质质结结合合DNADNA前前，需需通通过过蛋蛋白白质质- -蛋蛋白白质质相相互互作作用用，形形成成二二聚聚体体(dimer)(dimer)或或多多聚体聚体(polymer)(polymer)。同质或异质。同质或异质也也有有的的是是在在结结合合DNADNA前前，需需要要蛋蛋白白质质与与蛋蛋白白质之间的解聚过程质之间的解聚过程 真核生物中由于蛋白质因真核生物中由于蛋白质

20、因子的浓度等的不同，会造成不子的浓度等的不同，会造成不同细胞中同一基因表达程度的同细胞中同一基因表达程度的不同不同 303. RNA3. RNA聚合酶聚合酶 原核启动序列原核启动序列/ /真核启动子与真核启动子与RNARNA聚合酶活聚合酶活性性 原核启动序列原核启动序列/ /真核启动子的碱基序列影响真核启动子的碱基序列影响RNARNA聚合酶与其的亲和力，而亲和力大小直接影聚合酶与其的亲和力，而亲和力大小直接影响转录启动的频率。所以启动子有强弱只分。响转录启动的频率。所以启动子有强弱只分。 另外，由于真核启动子与另外，由于真核启动子与RNA-polRNA-pol的结合需要的结合需要转录因子的参与

21、，所以真核的转录因子的参与，所以真核的RNA-polRNA-pol活性除与活性除与启动子序列有关，和转录因子的存在与否有关启动子序列有关，和转录因子的存在与否有关 31 调节蛋白与调节蛋白与RNARNA聚合酶活性聚合酶活性启启动动序序列列决决定定根根底底转转录录频频率率，一一些些特特异异调调节节蛋蛋白白在在适适当当环环境境信信号号如如诱诱导导剂剂和和阻阻遏遏剂剂等等刺刺激激下下在在细细胞胞内内表表达达，然然后后通通过过DNA-DNA-蛋蛋白白质质、蛋蛋白白质质- -蛋蛋白白质质相相互互作作用用影影响响RNARNA聚聚合合酶酶活活性性，使使根根底底转录频率发生变化，从而引起表达的变化。转录频率发

22、生变化，从而引起表达的变化。热休克反响热休克反响细菌的细菌的RNARNA聚合酶聚合酶 70 70 启动常规基因表达启动常规基因表达被被 3232取代，从而启动另一套基因的表达。取代，从而启动另一套基因的表达。 32第 二 节 原核基因转录调节Regulation of Prokaryotic Gene Transcription 33调节的主要环节在调节的主要环节在转录起始转录起始一、原核基因转录调节特点一、原核基因转录调节特点一一因子决定因子决定RNARNA聚合酶识别特异性聚合酶识别特异性 只有一种只有一种RNA-polRNA-pol，但是，但是有很多种有很多种因子因子二操纵子模型的普遍性二

23、操纵子模型的普遍性三阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性三阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性 34 存在于原核生物中的一种主要的调控模式存在于原核生物中的一种主要的调控模式是操纵子是操纵子operonoperon调控模式，该模式也见于调控模式，该模式也见于低等真核生物中。低等真核生物中。 在原核生物中，假设干结构基因可串联在在原核生物中，假设干结构基因可串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控，这种一起，其表达受到同一调控系统的调控，这种基因的组织形式称为操纵子基因的组织形式称为操纵子operonoperon 操纵子操纵子 35n典型的操纵子可分为控制区和信息区两局部。典型的操纵子可分为控制区和信息区两局部。控

24、制区由各种调控基因所组成，而信息区那么控制区由各种调控基因所组成，而信息区那么由假设干结构基因串联在一起构成。由假设干结构基因串联在一起构成。 操纵子的结构操纵子的结构 36可诱导和可阻遏的操纵子可诱导和可阻遏的操纵子 37二、乳糖操纵子调节机制二、乳糖操纵子调节机制一乳糖操纵子一乳糖操纵子(lac operon)(lac operon)的结构的结构 调控区调控区CAPCAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因Z Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y Y： 透酶透酶A A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶Z ZY YA AO OP PDNADNA 38mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白

25、IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时二阻遏蛋白的负性调节二阻遏蛋白的负性调节阻遏基因阻遏基因 39mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录启动转录mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶 40+ + + + + + + + 转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMPcAMP浓度高时浓度高时有葡萄糖，有葡萄糖，cAMPcAMP浓度低时浓度低时三三CAPCAP的正性调节的正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP 41 阻遏基因转录翻译阻遏蛋白阻遏基因转录翻译阻遏蛋白R R，R R与操纵基与操纵基因结合，阻止结合在启动子

26、上的因结合，阻止结合在启动子上的DDRPDDRP前移，结前移，结构基因构基因不被转录不被转录 1 1无乳糖也无葡萄糖存在时：无乳糖也无葡萄糖存在时：OO2 2当无乳糖，有葡萄糖时：当无乳糖，有葡萄糖时：由于葡萄糖不能使阻遏蛋白失活，乳糖操纵子由于葡萄糖不能使阻遏蛋白失活，乳糖操纵子关闭，另外，由于有葡萄糖，关闭，另外，由于有葡萄糖，cAMPcAMP含量低，含量低，CAPCAP的正性调节不起作用的正性调节不起作用 总结：总结：所以：无乳糖时，无论有无葡萄糖，操纵子关闭所以：无乳糖时，无论有无葡萄糖，操纵子关闭 42 由于有葡萄糖，由于有葡萄糖，cAMPcAMP含量低，含量低，CAPCAP的正性的

27、正性调节不起作用，抑制乳糖操纵子的转录，使细调节不起作用，抑制乳糖操纵子的转录，使细菌只能利用葡萄糖菌只能利用葡萄糖。 3 3既有乳糖，又有葡萄糖时：既有乳糖，又有葡萄糖时：O 乳糖与阻遏蛋白结合，乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去与操使阻遏蛋白变构，失去与操纵基因结合的能力而脱落纵基因结合的能力而脱落 43 由于不含葡萄糖，由于不含葡萄糖，细胞内细胞内cAMPcAMP含量高，含量高，cAMPcAMP与与CAPCAP结合成复合物，与结合成复合物，与DNADNA结合，并推动结合，并推动DDRPDDRP向向前移动，促进转录。前移动，促进转录。 4 4有乳糖，无葡萄糖时：有乳糖，无葡萄糖时：m

28、RNARNA-polO 乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去与操纵基因结合的能力而脱落，结合在启动子上的与操纵基因结合的能力而脱落，结合在启动子上的DDRPDDRP向前移动，结构基因被转录翻译，合成与乳糖向前移动，结构基因被转录翻译，合成与乳糖代谢有关的酶类从而利用乳糖代谢有关的酶类从而利用乳糖所以：有乳糖时，只有没有葡萄糖，操纵子才开放所以：有乳糖时，只有没有葡萄糖，操纵子才开放 有葡萄糖存在，操纵子关闭有葡萄糖存在，操纵子关闭 44四协调调节四协调调节当当阻阻遏遏蛋蛋白白封封闭闭转转录录时时，CAPCAP对对该该系系统统不不能能发挥作用；发挥作用

29、；如如无无CAPCAP存存在在，即即使使没没有有阻阻遏遏蛋蛋白白与与操操纵纵序序列结合，操纵子仍无转录活性。列结合，操纵子仍无转录活性。单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；假假设设有有葡葡萄萄糖糖或或葡葡萄萄糖糖/ /乳乳糖糖共共同同存存在在时时，细菌首先利用葡萄糖。细菌首先利用葡萄糖。葡葡萄萄糖糖对对 lac lac 操操纵纵子子的的阻阻遏遏作作用用称称分分解解代代谢阻遏谢阻遏(catabolic repression)(catabolic repression)。 45三三、原核生物转录的终止调节原核生物转录的终止调节原核生物转录的终止：原核生物转录的终

30、止：1 1依赖于依赖于RhoRho的转录终止的转录终止2 2不依赖于不依赖于RhoRho的转录终止的转录终止形成发夹结构形成发夹结构 原核生物转录过程中可以通过形成相应的原核生物转录过程中可以通过形成相应的结构，而使得转录提前终止，到达调节的目的，结构，而使得转录提前终止，到达调节的目的，如衰减。如果要制止终止的发生，可以形成抗如衰减。如果要制止终止的发生，可以形成抗终止。终止。 46四、原核生物翻译水平的调节调节蛋白结合mRNA靶位点，阻止核蛋白体识别翻译起始区，从而阻断翻译调节蛋白一般作用于自身mRNA，抑制自身的合成，称为自我控制调节的位点主要在翻译的起始阶段调节的位点主要在翻译的起始阶

31、段1 1、蛋白质分子的自我调节、蛋白质分子的自我调节 47调节基因表达的调节基因表达的RNARNA，称为调节，称为调节RNARNA反义反义RNARNA：细菌中的一种调节：细菌中的一种调节RNA,RNA,含有与特定含有与特定mRNAmRNA翻译的起始部位互补的序列，通过与翻译的起始部位互补的序列，通过与mRNAmRNA的杂交阻断的杂交阻断30S30S小亚基对小亚基对AUGAUG的识别及与的识别及与SDSD序列序列的结合，抑制翻译的起始的结合，抑制翻译的起始反义反义RNARNA的调节作用，称为反义控制的调节作用，称为反义控制2 2、反义、反义RNARNA对翻译的调节作用对翻译的调节作用 48第第

32、三三 节 真核基因真核基因转录调节Regulation of Eukaryotic Gene Transcription 49一、真核基因组结构特点一、真核基因组结构特点一真核基因组结构庞大一真核基因组结构庞大哺乳类动哺乳类动物基因组物基因组DNA DNA 约约 3 10 3 10 9 9 碱基对碱基对编码基因编码基因约约 有有 40000 40000 个，占总长的个，占总长的6 %6 %rDNArDNA等重复基因等重复基因约约 占占 5% 5% 10%10% 50二单顺反子二单顺反子单顺反子单顺反子(monocistron)(monocistron) 即即一一个个编编码码基基因因转转录录生生

33、成成一一个个mRNAmRNA分分子，经翻译生成一条多肽链。子，经翻译生成一条多肽链。三重复序列正向重复、反向重三重复序列正向重复、反向重复复单拷贝序列（一次或数次）单拷贝序列（一次或数次）高度重复序列（高度重复序列（10106 6 次）次）中度重复序列（中度重复序列（10103 3 10 104 4次）次）多拷贝序列多拷贝序列四基因不连续性四基因不连续性断裂基因断裂基因 51二、真核基因表达调控特点二、真核基因表达调控特点一一RNARNA聚合酶聚合酶 真核生物中存在真核生物中存在RNA polRNA pol、三种不三种不同的同的RNARNA聚合酶，分别负责转录不同的聚合酶，分别负责转录不同的R

34、NARNA。 这些这些RNARNA聚合酶与相应的转录因子形成复聚合酶与相应的转录因子形成复合体，从而激活或抑制该酶的催化活性。合体，从而激活或抑制该酶的催化活性。 52二活性染色体结构变化二活性染色体结构变化1. 1. 对核酸酶敏感对核酸酶敏感活活化化基基因因常常有有超超敏敏位位点点，位位于于调调节节蛋蛋白结合位点附近。白结合位点附近。2. DNA2. DNA拓扑结构变化拓扑结构变化天然双链天然双链DNADNA均以负性超螺旋构象存在；均以负性超螺旋构象存在；基因活化后基因活化后RNA-pol正超螺旋正超螺旋负超螺旋负超螺旋转录方向转录方向 533. DNA3. DNA碱基修饰变化碱基修饰变化真

35、核真核DNADNA约有约有5%5%的胞嘧啶被甲基化，的胞嘧啶被甲基化，甲基化范围与基因表达程度呈反比。甲基化范围与基因表达程度呈反比。CpGCpG岛岛甲基化常发生在某些基因的甲基化常发生在某些基因的5 5侧侧翼区的翼区的CpGCpG序列序列4. 4. 组蛋白变化组蛋白变化 富含富含LysLys组蛋白水平降低组蛋白水平降低 H2A, H2BH2A, H2B二聚体不稳定性增加二聚体不稳定性增加 组蛋白修饰组蛋白修饰 H3H3组蛋白巯基暴露组蛋白巯基暴露 54四转录与翻译分隔进行四转录与翻译分隔进行五转录后修饰、加工五转录后修饰、加工（三）正性调节占主导（三）正性调节占主导 真核基因基因组大，通过利

36、用各种转录因子真核基因基因组大，通过利用各种转录因子正性激活正性激活RNARNA聚合酶是真核基因调控的主要机制。聚合酶是真核基因调控的主要机制。 更精确，更经济更精确，更经济 转录与翻译过程分别存在于不同的亚细胞部转录与翻译过程分别存在于不同的亚细胞部位，可分别进行调控。位，可分别进行调控。 55三、真核基因转录激活调节三、真核基因转录激活调节一顺式作用元件一顺式作用元件1. 1. 启动子启动子真真核核基基因因启启动动子子是是RNARNA聚聚合合酶酶结结合合位位点点周周围围的的一一组组转转录录控控制制组组件件，至至少少包包括括一一个个转转录录起起始始点点以以及及一一个个以以上上的的功能组件功能

37、组件。TATATATA盒盒GCGC盒盒CAATCAAT盒盒 56TATATATA盒盒 转录因子转录因子TF-DTF-D结合位点结合位点典型的启动子：典型的启动子：CAATCAAT盒和或盒和或GCGC盒盒 TATA TATA盒盒 转录起始点转录起始点最简单的启动子：最简单的启动子：TATATATA盒盒 转录起始点转录起始点但是，不是所有的启动子都有但是，不是所有的启动子都有TATATATA盒盒 572. 2. 增强子增强子(enhancer)(enhancer)指指远远离离转转录录起起始始点点、决决定定基基因因的的时时间间、空空间间特特异异性性、增增强强启启动动子子转转录录活活性性的的DNADN

38、A序序列列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。在转录起始点在转录起始点5 5或或3 3侧均能起作用；侧均能起作用；相对于启动子的任一指向均能起作用；相对于启动子的任一指向均能起作用；发挥作用与受控基因的远近距离相对无关；发挥作用与受控基因的远近距离相对无关；对异源性启动子也能发挥作用；对异源性启动子也能发挥作用；通常具有一些短的重复顺序。通常具有一些短的重复顺序。 特点特点 583. 3. 沉默子沉默子(silencer)(silencer)某些基因的负性调节元件，当其结合特异某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。蛋白因

39、子时，对基因转录起阻遏作用。 59n同一同一DNADNA序列可被不同蛋白质识别序列可被不同蛋白质识别n同一蛋白质因子可与多种不同同一蛋白质因子可与多种不同DNADNA序列发生联系，少数序列发生联系，少数是直接结合，多数是蛋白质是直接结合，多数是蛋白质- -蛋白质相互作用后再影响蛋白质相互作用后再影响DNADNA。n蛋白质蛋白质- -蛋白质或蛋白质或DNA-DNA-蛋白质的结合，均导致构象上的蛋白质的结合，均导致构象上的微细变化，构象变化常是实现调控功能的分子根底。微细变化，构象变化常是实现调控功能的分子根底。n反式作用因子在自身生物合成过程中，有相当大的可反式作用因子在自身生物合成过程中，有相

40、当大的可变性和可塑性。变性和可塑性。二反式作用因子二反式作用因子 601. 1. 转录调节因子分类按功能特性转录调节因子分类按功能特性根本转录因子根本转录因子(general transcription factors)(general transcription factors)是是RNARNA聚聚合合酶酶结结合合启启动动子子所所必必需需的的一一组组蛋蛋白白因因子子，决决定定三三种种RNA(mRNARNA(mRNA、tRNAtRNA及及rRNA)rRNA)转转录录的的类别。类别。个个别别因因子子，如如TFDTFD为为通通用用的的，大大局局部部转转录录调调节节因因子子为为不不同同RNARNA聚

41、聚合合酶酶特特有有，决决定定转转录录的的类类别别 61特异转录因子特异转录因子(special transcription factors)(special transcription factors)能能够够选选择择性性调调控控某某种种或或某某些些基基因因转转录录表表达达的的蛋蛋白白质质因因子子称称为为特特异异性性转转录录因因子子. .为为个个别别基基因因转转录录所所必必需需，决决定定该该基基因因的的时时间间、空空间间特异性表达。特异性表达。转录激活因子如增强子的结合蛋白转录激活因子如增强子的结合蛋白) )转录抑制因子转录抑制因子( (如沉默子的结合蛋白，或如沉默子的结合蛋白，或是与其他因子

42、结合，抑制转录的蛋白质是与其他因子结合，抑制转录的蛋白质 622. 2. 转录调节因子结构转录调节因子结构DNADNA结合域结合域转录激活域转录激活域TFTF蛋白质蛋白质- -蛋白质结合域蛋白质结合域（二聚化结构域）（二聚化结构域）谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域 63最常见的最常见的DNADNA结合域结合域 1. 1. 锌指锌指(zinc finger)(zinc finger)C CysH His常结合常结合GCGC盒盒一个单位以指部伸入一个单位以指部伸入DNADNA双双螺旋的深沟，接触螺旋的深沟，接触5 5 个核苷个核苷酸。酸。 64ZnCysHi

43、s 65 2. -2. -螺旋螺旋常结合常结合CAATCAAT盒盒 66 3. 3. 亮氨酸拉链亮氨酸拉链 67三三mRNA mRNA 转录激活及其调节转录激活及其调节polTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP真核真核RNARNA聚合酶聚合酶在转录因子帮助下，形成的在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物转录起始复合物TATA DNATBPTBP相关因子相关因子 68真核基因转录调节是真核基因转录调节是复杂的、多样的复杂的、多样的* *不不同同的的DNADNA元元件件组组合合可可产产生生多多种种类类型型的的转转录录调节方式；调节方式；* *多多种种转转录录因因子子又又可可结结合合相相同同或或不不同同的的DNADNA元元件。件。* *转转录录因因子子与与DNADNA元元件件结结合合后后，对对转转录录激激活活过过程程所所产产生生的的效效果果各各异异，有有正正性性调调节节或或负负性性调调节之分。节之分。