? 真核生物的基因组
? 真核生物基因表达调控的特点和种类
? 真核生物 DNA水平上的基因表达调控
? 真核生物转录水平上的基因表达调控
? 真核基因转录后水平上的调控
Contents
第四节 真核生物转录水平上的基因表达调控
一、真核基因转录
二、真核基因转录调控的主要模式
信号转导
（一）概 述
单细胞生物 —— 直接作出反应
多细胞生物 —— 通过细胞间复杂的信号传递
系统来传递信息, 从而调控机体活动 。
外界环境变化时
跨膜信号转导的一般步骤
特定的细胞释放信息物质
信息物质经扩散或血循环到达靶细胞
与靶细胞的受体特异性结合
受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统
靶细胞产生生物学效应
※ 细胞间信息物质 是 由细胞分泌的
调节靶细胞生命活动的化学物质的统称,
又称作 第一信使 。
如生长因子、细胞因子、胰岛素等
在细胞内传递信息的小分子物质，如：
Ca2+,IP3,DAG,cAMP,cGMP等。
※ 第二信使 (secondary messenger)
能与受体呈特异性结合的生物活性分子
则称 配体 (ligand)。
受体的定义
是 细胞膜 上或 细胞内 能特别识别生物活
性分子并与之结合的成分 。 它能把识别和接
受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部,
进而引起生物学效应的特殊蛋白质, 个别是
糖脂 。
存在于 细胞质膜 上的受体, 根据其结构和
转换信号的方式又分为三大类,离子通道受体,
G蛋白偶联受体 和 跨膜蛋白激酶受体 。
1、膜受体 (membrane receptor)
（ 1） G 蛋白偶联受体
又称七个跨膜 ?螺旋受体 /蛇型受体
目 录
※ G 蛋白 (guanylate binding protein)
是一类和 GTP或 GDP相结合, 位于细胞膜
胞浆面的外周蛋白, 由 ?,?,? 三个亚基组成 。
有两种构象,非活化型 ； 活化型
两种 G蛋白的活性型和非活性型的互变
目 录
霍乱毒素能催化 ADP核糖基共价结合到 Gs的 α亚基上，
致使 α亚基丧失 GTP酶的活性，结果 GTP永久结合在
Gs的 α亚基上，使 α亚基处于持续活化状态，腺苷酸环
化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞内 Na+和水持
续外流，产生严重腹泻而脱水。
2、胞内受体 (membrane receptor)
高度可变区 位于 N端，具有转录活性
DNA结合区 含有锌指结构
激素结合区 位于 C端，结合激素、热休克蛋
白，使受体二聚化，激活转录
配体,类固醇激素、甲状腺素等
功 能,多为反式作用因子，当与相应配
体结合后，能与 DNA的顺式作用元件结
合，调节基因转录。
（二）信号传导途径
1、膜受体介导的信息传递
（ 1） cAMP - 蛋白激酶Ａ途径 /（ P269）
A激酶（ PKA）：依赖于 cAMP的蛋白激酶。
cAMP调控的 A激酶活性
不同细胞对 cAMP信号途径的反应速度不同：
● 在肌肉细胞 1秒钟之内可启动糖原降解为葡糖
1-磷酸（图），而抑制糖原的合成
cAMP活化糖原磷酸化酶示意图
● 在某些分泌细胞，需要几个小时，激活的 PKA
进入细胞核，将 CRE结合蛋白 磷酸化，调节相
关基因的表达。
CRE（ cAMP response element,cAMP应答元
件 ）是 DNA上的调节区域。 (TGACGTCA)
CRE结合蛋白 (cAMP response element bound
protein,CREB)
cAMP信号与基因表达
? 该信号途径涉及的反应链可表示为：
激素 →G 蛋白耦联受体 →G 蛋白 → 腺苷酸环化酶
→cAMP→ 依赖 cAMP的蛋白激酶 A→ 基因调控蛋白 →
基因转录
4,5-二磷酸磷脂酰肌醇（ PIP2）
磷脂酶 C（ PLC-β）
1,4,5-三磷酸肌醇（ IP3）
二酰基甘油（ DAG）
（ 2）磷脂酰肌醇途径
（ 3）酪氨酸蛋白激酶途径（ PTK/TPK）
分类：
跨膜受体型 TPK和 胞质非受体型 TPK
细胞外信号
EGF,PDGF等
具 PTK活性的受体 GRB2 PSOS P Ras-GTP
PRaf
调节其他蛋白活性
MAPKK
MAPK P
P
P
细
胞
核
反式作用因子
调控基因表达
细
胞
膜二聚化
目 录
跨膜受体型 TPK
? 胞质非受体型 TPK：
受体分子缺乏酪氨酸蛋白激酶活性，但它们能借
助细胞内的一类具有激酶结构的连接蛋白 JAK完成
信息转导。
干扰素诱导 JAK,STAT复合体
核内转移及调节基因转录机制 目 录
STAT,信号转导
子和转录激活子
JAK-STAT途径
2、胞内受体介导的信息传递
小分子激素激活其
受体分子的机制
胞内受体的基
本结构分析
细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白
类固醇激素与甲状腺素通过胞内
受体调节生理过程
? 真核生物的基因组
? 真核生物基因表达调控的特点和种类
? 真核生物 DNA水平上的基因表达调控
? 真核生物转录水平上的基因表达调控
? 真核基因转录后水平上的调控
Contents
五、真核基因转录后水平上的调控
（一） RNA的加工成熟
1,rRNA和 tRNA的加工成熟
rRNA的加工：分子内的切割和化学修饰
rRNA化学修饰：甲基化
原核生物：碱基甲基化
真核生物：核糖甲基化
tRNA基因转录时也可能先生成前体 tRNA,然后再进
行加工成熟。一般认为,tRNA基因的初级转录产物
在进入细胞质后，首先经过核苷的修饰，生成 4.5S
前体 tRNA,再行剪接成为成熟 tRNA（ 4S）。
2,mRNA的加工成熟
hnRNA确定是 mRNA前体的 证据
3、真核生物基因转录后加工的多样性
? 真核生物的基因可以按其转录方式分为两大类：
即简单转录单位和复杂转录单位。
(1) 简单转录单位。 这类基因只编码产生一个多
肽，其原始转录产物有时需要加工，有时则不需
要加工。这类基因转录后加工有 3种不同形式：
(2) 复杂转录单位。 含有复杂转录单位的主要是一些
编码组织和发育特异性蛋白质的基因，它们除了含有
数量不等的内含子以外，其原始转录产物能通过多种
不同方式加工成两个或两个以上的 mRNA。
①利用多个 5’ 端转录起始位点或剪接位点产生
不同的蛋白质。
P S 外显子 S P L 外显子 L 外显子 2 外显子 3
D N A
5 0 b 2 8 0 0 b p 1 6 1 b p 4 5 0 0 b p 2 0 5 b p 3 2 7 b p
初始转录本：
在唾腺中转录
成熟 m R N A,
1 6 6 3 n t
初始转录本：
在肝中转录
成熟 m R N A,
1 7 7 3 n t
图 1 8 - 5 7 小鼠淀粉酶 ( a m y ) 基因利用不同启动子产生两个不同的 m R N A
②利用多个加多聚（ A） 位点和不同的剪接方式产生
不同的蛋白质。
③虽无剪接，但有多个转录起始位点或加多聚（ A） 位
点的基因。
（二）翻译水平的调控
1,mRNA的稳定性与基因表达调控
例,转运铁蛋白受体 （ TfR） 和 铁蛋白 负责铁吸收和铁
解毒。这两个 mRNA上存在相似的顺式作用元件，称
为铁应答元件（ iron response element,IRE）。
? IRE与 IRE结合蛋白（ IREBP） 相互作用控制了这两
个 mRNA的翻译效率。当细胞缺铁时,IREBP与 IRE
具有高亲和力，两者的结合有效地阻止了铁蛋白
mRNA的翻译，与此同时,TfR mRNA上 3'非翻译区
中的 IRE也与 IREBP特异结合，有效地阻止了 TfR
mRNA的降解，促进 TfR的合成。
2,蛋白质因子的修饰与翻译起始调控
? 用兔网织红细胞粗抽提液研究蛋白质合成时发现，如
果不向这一体系中添加 氯高铁血红素,网织红细胞粗
抽提液中的蛋白质合成抑制剂 HCI就被活化，蛋白质
合成活性在几分钟之内急剧下降，很快就彻底消失。
? 现已查明，网织红细胞蛋白质合成的抑制剂 HCI是受
氯高铁血红素调节的 eIF-2的激酶,可以使该因子的
α -亚基磷酸化并由活性型转变为非活性型。
? (A) 顺式作用元件
(B) 反式作用元件
(C) 顺式作用因子
(D) 反式作用因子
(E) 顺／反式作用元件
对自身基因转录激活具有调控作用的 DNA序列
由特定基因编码、对另一基因转录具有调控作用的转录因
子
A
D
反式作用因子上的几种重要的 DNA结合结构域有,
螺旋 -转折 -螺旋、锌指结构、亮氨酸拉链和碱
性 -螺旋 -环 -螺旋
真核生物基因表达不需要
（ A）转录因子
（ B）衰减子
（ C）启动子
（ D）沉默子
（ E）增强子
表皮生长因子（ EGF）的信号转导通路与下列哪种
物质有关
（ A）受体型酪氨酸蛋白激酶
（ B） G蛋白偶联受体
（ C） CGMP
（ D）腺苷酸环化酶
（ E）离子通道受体
依赖 cAMP的蛋白激酶是,
A.PKC
B.PLC
C.CKⅡ
D.PKG
E.PKA
下列哪种物质不属于第二信使,
A.cAMP
B.DAG
C.PLC
D.IP3
E.Ca2+
真核生物 DNA中胞嘧啶存在甲基化修饰，绝大
多数甲基化发生（ ）二核苷酸对上
A,CC
B,CT
C, CG
D,CA
中科院上海生化所 98
增强子的作用具有细胞或组织的特异性。 （ ）
中科院上海生化所 2001
非洲爪蟾体细胞中 rDNA拷贝数约有 500个，而
在卵母细胞中的拷贝数约增加了 ——— 倍，可
以用来转录合成卵裂所需要的 ribosome。
a.1000 b.2000 c.4000 d.400
中科院上海生化所 2001
RNA聚合酶 I是转录核糖体 RNA的（ ）
活跃转录的基因均位于常染色质中，处于异染色
质中的基因通常不表达。（ ）
中国科学院上海生化与细胞所 2002年招收硕士研究生入学考试
真核生物 RNA聚合酶 III负责转录 _________
北师大 99
基因重排是指 ____________.通过基因重排调节基
因活性的典型例子是 _________
? 真核生物基因表达调控的特点和种类
? 真核生物 DNA水平上的基因表达调控
? 真核生物转录水平上的基因表达调控
? 真核基因转录后水平上的调控
Contents
第四节 真核生物转录水平上的基因表达调控
一、真核基因转录
二、真核基因转录调控的主要模式
信号转导
（一）概 述
单细胞生物 —— 直接作出反应
多细胞生物 —— 通过细胞间复杂的信号传递
系统来传递信息, 从而调控机体活动 。
外界环境变化时
跨膜信号转导的一般步骤
特定的细胞释放信息物质
信息物质经扩散或血循环到达靶细胞
与靶细胞的受体特异性结合
受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统
靶细胞产生生物学效应
※ 细胞间信息物质 是 由细胞分泌的
调节靶细胞生命活动的化学物质的统称,
又称作 第一信使 。
如生长因子、细胞因子、胰岛素等
在细胞内传递信息的小分子物质，如：
Ca2+,IP3,DAG,cAMP,cGMP等。
※ 第二信使 (secondary messenger)
能与受体呈特异性结合的生物活性分子
则称 配体 (ligand)。
受体的定义
是 细胞膜 上或 细胞内 能特别识别生物活
性分子并与之结合的成分 。 它能把识别和接
受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部,
进而引起生物学效应的特殊蛋白质, 个别是
糖脂 。
存在于 细胞质膜 上的受体, 根据其结构和
转换信号的方式又分为三大类,离子通道受体,
G蛋白偶联受体 和 跨膜蛋白激酶受体 。
1、膜受体 (membrane receptor)
（ 1） G 蛋白偶联受体
又称七个跨膜 ?螺旋受体 /蛇型受体
目 录
※ G 蛋白 (guanylate binding protein)
是一类和 GTP或 GDP相结合, 位于细胞膜
胞浆面的外周蛋白, 由 ?,?,? 三个亚基组成 。
有两种构象,非活化型 ； 活化型
两种 G蛋白的活性型和非活性型的互变
目 录
霍乱毒素能催化 ADP核糖基共价结合到 Gs的 α亚基上，
致使 α亚基丧失 GTP酶的活性，结果 GTP永久结合在
Gs的 α亚基上，使 α亚基处于持续活化状态，腺苷酸环
化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞内 Na+和水持
续外流，产生严重腹泻而脱水。
2、胞内受体 (membrane receptor)
高度可变区 位于 N端，具有转录活性
DNA结合区 含有锌指结构
激素结合区 位于 C端，结合激素、热休克蛋
白，使受体二聚化，激活转录
配体,类固醇激素、甲状腺素等
功 能,多为反式作用因子，当与相应配
体结合后，能与 DNA的顺式作用元件结
合，调节基因转录。
（二）信号传导途径
1、膜受体介导的信息传递
（ 1） cAMP - 蛋白激酶Ａ途径 /（ P269）
A激酶（ PKA）：依赖于 cAMP的蛋白激酶。
cAMP调控的 A激酶活性
不同细胞对 cAMP信号途径的反应速度不同：
● 在肌肉细胞 1秒钟之内可启动糖原降解为葡糖
1-磷酸（图），而抑制糖原的合成
cAMP活化糖原磷酸化酶示意图
● 在某些分泌细胞，需要几个小时，激活的 PKA
进入细胞核，将 CRE结合蛋白 磷酸化，调节相
关基因的表达。
CRE（ cAMP response element,cAMP应答元
件 ）是 DNA上的调节区域。 (TGACGTCA)
CRE结合蛋白 (cAMP response element bound
protein,CREB)
cAMP信号与基因表达
? 该信号途径涉及的反应链可表示为：
激素 →G 蛋白耦联受体 →G 蛋白 → 腺苷酸环化酶
→cAMP→ 依赖 cAMP的蛋白激酶 A→ 基因调控蛋白 →
基因转录
4,5-二磷酸磷脂酰肌醇（ PIP2）
磷脂酶 C（ PLC-β）
1,4,5-三磷酸肌醇（ IP3）
二酰基甘油（ DAG）
（ 2）磷脂酰肌醇途径
（ 3）酪氨酸蛋白激酶途径（ PTK/TPK）
分类：
跨膜受体型 TPK和 胞质非受体型 TPK
细胞外信号
EGF,PDGF等
具 PTK活性的受体 GRB2 PSOS P Ras-GTP
PRaf
调节其他蛋白活性
MAPKK
MAPK P
P
P
细
胞
核
反式作用因子
调控基因表达
细
胞
膜二聚化
目 录
跨膜受体型 TPK
? 胞质非受体型 TPK：
受体分子缺乏酪氨酸蛋白激酶活性，但它们能借
助细胞内的一类具有激酶结构的连接蛋白 JAK完成
信息转导。
干扰素诱导 JAK,STAT复合体
核内转移及调节基因转录机制 目 录
STAT,信号转导
子和转录激活子
JAK-STAT途径
2、胞内受体介导的信息传递
小分子激素激活其
受体分子的机制
胞内受体的基
本结构分析
细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白
类固醇激素与甲状腺素通过胞内
受体调节生理过程
? 真核生物的基因组
? 真核生物基因表达调控的特点和种类
? 真核生物 DNA水平上的基因表达调控
? 真核生物转录水平上的基因表达调控
? 真核基因转录后水平上的调控
Contents
五、真核基因转录后水平上的调控
（一） RNA的加工成熟
1,rRNA和 tRNA的加工成熟
rRNA的加工：分子内的切割和化学修饰
rRNA化学修饰：甲基化
原核生物：碱基甲基化
真核生物：核糖甲基化
tRNA基因转录时也可能先生成前体 tRNA,然后再进
行加工成熟。一般认为,tRNA基因的初级转录产物
在进入细胞质后，首先经过核苷的修饰，生成 4.5S
前体 tRNA,再行剪接成为成熟 tRNA（ 4S）。
2,mRNA的加工成熟
hnRNA确定是 mRNA前体的 证据
3、真核生物基因转录后加工的多样性
? 真核生物的基因可以按其转录方式分为两大类：
即简单转录单位和复杂转录单位。
(1) 简单转录单位。 这类基因只编码产生一个多
肽，其原始转录产物有时需要加工，有时则不需
要加工。这类基因转录后加工有 3种不同形式：
(2) 复杂转录单位。 含有复杂转录单位的主要是一些
编码组织和发育特异性蛋白质的基因，它们除了含有
数量不等的内含子以外，其原始转录产物能通过多种
不同方式加工成两个或两个以上的 mRNA。
①利用多个 5’ 端转录起始位点或剪接位点产生
不同的蛋白质。
P S 外显子 S P L 外显子 L 外显子 2 外显子 3
D N A
5 0 b 2 8 0 0 b p 1 6 1 b p 4 5 0 0 b p 2 0 5 b p 3 2 7 b p
初始转录本：
在唾腺中转录
成熟 m R N A,
1 6 6 3 n t
初始转录本：
在肝中转录
成熟 m R N A,
1 7 7 3 n t
图 1 8 - 5 7 小鼠淀粉酶 ( a m y ) 基因利用不同启动子产生两个不同的 m R N A
②利用多个加多聚（ A） 位点和不同的剪接方式产生
不同的蛋白质。
③虽无剪接，但有多个转录起始位点或加多聚（ A） 位
点的基因。
（二）翻译水平的调控
1,mRNA的稳定性与基因表达调控
例,转运铁蛋白受体 （ TfR） 和 铁蛋白 负责铁吸收和铁
解毒。这两个 mRNA上存在相似的顺式作用元件，称
为铁应答元件（ iron response element,IRE）。
? IRE与 IRE结合蛋白（ IREBP） 相互作用控制了这两
个 mRNA的翻译效率。当细胞缺铁时,IREBP与 IRE
具有高亲和力，两者的结合有效地阻止了铁蛋白
mRNA的翻译，与此同时,TfR mRNA上 3'非翻译区
中的 IRE也与 IREBP特异结合，有效地阻止了 TfR
mRNA的降解，促进 TfR的合成。
2,蛋白质因子的修饰与翻译起始调控
? 用兔网织红细胞粗抽提液研究蛋白质合成时发现，如
果不向这一体系中添加 氯高铁血红素,网织红细胞粗
抽提液中的蛋白质合成抑制剂 HCI就被活化，蛋白质
合成活性在几分钟之内急剧下降，很快就彻底消失。
? 现已查明，网织红细胞蛋白质合成的抑制剂 HCI是受
氯高铁血红素调节的 eIF-2的激酶,可以使该因子的
α -亚基磷酸化并由活性型转变为非活性型。
? (A) 顺式作用元件
(B) 反式作用元件
(C) 顺式作用因子
(D) 反式作用因子
(E) 顺／反式作用元件
对自身基因转录激活具有调控作用的 DNA序列
由特定基因编码、对另一基因转录具有调控作用的转录因
子
A
D
反式作用因子上的几种重要的 DNA结合结构域有,
螺旋 -转折 -螺旋、锌指结构、亮氨酸拉链和碱
性 -螺旋 -环 -螺旋
真核生物基因表达不需要
（ A）转录因子
（ B）衰减子
（ C）启动子
（ D）沉默子
（ E）增强子
表皮生长因子（ EGF）的信号转导通路与下列哪种
物质有关
（ A）受体型酪氨酸蛋白激酶
（ B） G蛋白偶联受体
（ C） CGMP
（ D）腺苷酸环化酶
（ E）离子通道受体
依赖 cAMP的蛋白激酶是,
A.PKC
B.PLC
C.CKⅡ
D.PKG
E.PKA
下列哪种物质不属于第二信使,
A.cAMP
B.DAG
C.PLC
D.IP3
E.Ca2+
真核生物 DNA中胞嘧啶存在甲基化修饰，绝大
多数甲基化发生（ ）二核苷酸对上
A,CC
B,CT
C, CG
D,CA
中科院上海生化所 98
增强子的作用具有细胞或组织的特异性。 （ ）
中科院上海生化所 2001
非洲爪蟾体细胞中 rDNA拷贝数约有 500个，而
在卵母细胞中的拷贝数约增加了 ——— 倍，可
以用来转录合成卵裂所需要的 ribosome。
a.1000 b.2000 c.4000 d.400
中科院上海生化所 2001
RNA聚合酶 I是转录核糖体 RNA的（ ）
活跃转录的基因均位于常染色质中，处于异染色
质中的基因通常不表达。（ ）
中国科学院上海生化与细胞所 2002年招收硕士研究生入学考试
真核生物 RNA聚合酶 III负责转录 _________
北师大 99
基因重排是指 ____________.通过基因重排调节基
因活性的典型例子是 _________
