真核生物基因表达调控
真核生物是多细胞体系,其遗传信息量远大于
原核生物,且大部分用于编码调控信息,结构
上,DNA以核小体为单位构建成复杂的染色质
和染色体 (一组图 ),因而表达呈现出多线性多
系统的调控体系,
本章内容
? 真核基因结构与转录活性
? 真核基因表达特点
? DNA水平的调控
? 转录水平的调控,顺式作用元件和反式作用
因子
? 其他水平的调控,mRNA的加工,mRNA的
翻译、蛋白质加工修饰
7.1 真核基因结构与转录活性
?真核生物表达的复杂不仅由于其遗传信息
量大，也与其基因结构密切相关。真核
DNA与组蛋白构成核小体，进一步压缩成
染色质、染色体。染色体的构象、超螺旋
的松弛、活性染色质、基因的甲基化，这
些都影响基因的转录活性
真核基因的复杂性
? 真核基因组更大,大肠杆菌基因组有 4 × 106
bp,人单倍体基因组有 3× 109 bp,是其 800
倍 ;是嗜菌体基因组的 10万倍,
? 大肠杆菌有 4千个基因,人有近 10万个基因
? 原核生物基本是单倍体,真核生物是 2倍体,
? 真核生物 DNA与组蛋白等构成染色质染色
体,被包裹在核膜内 ;有核外遗传 (mtDNA)
.
真原核基因结构比较
? 原核基因按功能成串排列,组成操纵子单位,转录产物为
polycistron; 真核生物一个结构基因转录为 monocistron.
? 原核有转录与翻译的偶连,真核表达则有严格的时区间隔,
? 原核大部分基因是编码序列,而真核大部分是调控序列
? 原核为蛋白质编码的大部分是连续基因 ; 真核为蛋白质编
码的是断裂基因,在转录后经剪接去除内含子,才能翻译获
得完整的多肽,这就增加了表达的调控环节,
? 原核生物除 rDNA,tDNA外,很少有重复序列 ;真核含大量的
repetitive sequences:
high _:10-300bp,占人基因组的 20%,功能不明,重复 103
以上
moderate_:300-500bp,占基因组 10-40%,5s,tRNA,组
蛋白基因,10~103
single copy sequences:基本不重复,占 50-80%(人 65%)
大多数蛋白质的编码基因,
真核基因调控特点
? 调控 环节 更多
同原核一样,调控主要发生在转录水平 ;但无转录
翻译偶连,且转录翻译后有复杂的信息加工过程
? 转录与染色质的结构变化有关
1,间期核染色质,
异染色质 hetrochromatin高度压缩,不转录 ;
常染色质 euchromatin,较松散 ;其中 10%为 active
chromatin.超螺旋松弛, 活性 ←→非活性
2.组蛋白能非特异性的阻遏转录, 组蛋白为碱性,
易与带负电的磷酸基结合,从而遮蔽了 DNA分子,
3.非组蛋白具细胞组织特异性,能特异的去除组蛋
白的阻遏作用,有利转录,
4.转录活跃区 DNaseⅠ 高敏位点的开放,有利于调
控蛋白的结合而促进转录
5.DNA甲基化能阻碍转录因子与 DNA特定位点的
结合,影响转录
? 以正性调控为主
真核启动子对 RNA聚合酶亲和力低,需要多种激活
蛋白的协同作用,转录调控蛋白有激活,阻遏或二者
兼有,但以激活为主
? 适应环境的瞬时调空是可逆的,而发育控制调控是
不可逆的,决定细胞生长,分化,发育的全过程
7.1.1 基因家族
? 基因家族,真核细胞中许多相关基因按功能
组合构成 gene family.有时串联聚集成基因
族,但更多分布在同一 (甚至不同 )染色体的
不同位置，具有各自不同的表达调控模式
基因家族分类
? 简单多基因家族,功能相关基因在 DNA序列中串
联分布，无间隔序列隔开，转录在同一 mRNA中
rDNA(除 5s外 )转录产物为 45s的大分子,经过 100
多处甲基化及 RNA酶切割降解为 18s,5.8s,28s
rRNA,由 RNA聚合酶 Ⅰ 催化 ; 5s rRNA作为独立转
录单位由 RNA聚合酶 Ⅲ 催化转录
? 复杂多基因家族
由几个相关基因家族构成,基因家族间有间隔序列,
分别被独立转录, 如组蛋白基因,
组蛋白基因处于一长 6000bpDNA片段中，包括
H1,H2A,H2B,H3,H4 基因，彼此被间隔序列
隔开，分别转录为单顺反子 RNA，表达产物量刚
好是组蛋白在染色体的比例,H1,2（ H2A,H2B、
H3,H4）
?发育调控的复杂多基因家族
多基因家族成员的表达受到不同发育阶段的影响，
而形成不同的基因产物。
如血红蛋白 α2β2的亚基在胚胎期为 2δ22ε2, 婴儿
期有 2%为 2α22δ, 这是由于在不同的发育阶段基
因的排列顺序决定了基因的表达顺序。
不同发育阶段血红蛋白亚型
发育阶段 组成
胚胎期 (8w以前 ) 2(δε) 2(δγ) 2(αε)
胎儿期 (8~41w) 2(αγ)
婴儿期 2(αδ) 2(αβ)
7.1.2 断裂基因
interrupted gene是真核基因特征结构, 大多数真
核基因是由蛋白质编码序列和蛋白质非编码序列
两部分构成,编码序列称为外显子 exon,非编码序
列称为内含子 intron
在一个结构基因中,编码某一蛋白质不同区域的各
外显子并非连续排列在 DNA上,而是被不同的内含
子所隔离,形成镶嵌排列的断裂方式
高等真核基因 DNA序列中对应于外显子的部分
≤10%
Interrupeted gene
内含子剪接
? 外显子与内含子两端交界的较短的,高度同源的序
列称为 exon-intron junction,内含子两端序列不
能互补,在 RNA剪接加工前不能形成碱基配对的发
夹结构,
? 外显子 -内含子连接区是 RNA剪接的信号序列,前
体 RNA通过此连接区的被识别而去除掉内含子
连接区序列在高等真核生物中具高度同源性，说
明有着共同的内含子剪接机制。共同序列,
5’GT----AG3’.
? 外显子与内含子的可变调控
原始转录产物 hnRNA分子,在连接酶或 RNA自身
作用下,发生 磷酸二酯键 的断裂,内含子被切除,外
显子被拼接在一起,产生成熟的 mRNA分子,
内含子的剪接方式
成熟 mRNA分子中是没有内含子的，初始转录产
物为内含子外显子的复合物，在 mRNA成熟过程
中被剪接掉，外显子被拼接在一起 。
? 组成型剪接,一个基因的转录产物通过内含子的剪
接加工只产生一种成熟的 mRNA,编码一种多肽
? 选择性剪接,同一基因产物因不同的内含子剪接方
式而产生不同的 mRNA,并翻译成不同的多肽, 这
是由于某些基因在转录时选择了不同的启动子，
或转录产物上选择了不同的 polyA位,原始转录
产物产生不同的二级结构，影响了内含子的剪接
Alternative splicing
7.2 真核基因表达调控的环节
? DNA水平,基因数量,结构
? 转录水平,顺式作用元件与反式作用因
子
? 转录后水平,mRNA的加工成熟
? 翻译水平,起始复合物及 mRNA稳定性
? 翻译后水平,蛋白质加工修饰
DNA水平的调控
1.开放型活性染色质与基因活性 (结构 )
真核基因以核小体组建成染色质和染色体成高度
压缩, 转录发生前,染色质在特定区域被解旋松弛
(核小体结构改变,DNA自身结构改变、右旋型变
构为左旋型 B→Z),一方面暴露了结构基因,使启动
区 DNA易与 RNA聚合酶及其他转录调控因子结合,
从而启动转录 ;另一方面暴露了 DNA酶 Ι的超敏感
位点,使活性状态的 DNA更易于被核酸酶降解,
2.基因组的改变 (数量 )
? 染色质丢失
某些低等真核生物,在细胞分化过程中,有部分染色质
断裂删除和异染色质丢失,之后才成为表达型基因,
? 基因扩增
指某基因的拷贝大量增加,如非洲爪蟾卵母细胞
rDNA的扩增,以满足受精后合成大量蛋白质的需要
? 基因重排与变换
将一个基因从远离启动子处移到启动子附近从而启
动转录称基因重排,
典型例子是 lg基因的成熟,通过染色体内 DNA重组
将相距甚远的基因片段连接起来,产生具有表达活性
的特异 lg基因
酵母细胞能通过一种”交配型转换”来完成性别交
换,即某基因复制后置换掉原有的另种基因
Sex in Drosophila is
largely determined
by alternative
splicing
3.DNA甲基化与基因活性
? DNA甲基化能关闭某些基因的活性,去甲基化则诱
导基因活化与表达
? DNA甲基化的主要形式,5-mC,Nб-mA,7-mG,5-
mC主要出现在 CpG序列中,这些 CpG序列常成串出
现,又称 CpG岛
? 机理,DNA甲基化导致某些区域构象变化,B→Z-
DNA.由于 Z型螺旋加深,许多与蛋白因子结合的元
件缩入大沟,抑制了转录因子与启动子的结合效率,
甲基化 CpG的密度与启动子强度之间的平衡决定
了该启动子的转录活性,
? X染色体的甲基化与失活
? X染色体的甲基化与失活 雌性哺乳动物体细胞
内 Barr小体系胚胎早期两 X染色体之一发生随机
失活, X染色体上有一序列 Xist(X-chromosome
inactivation special transcript),该基因的表达是决
定 X染色体失活的关键元素,Xist甲基化使 X染色体
保持活性,去甲基化则转录出 XistRNA,与 Xic(X-
chromosome inactivation center)作用使其易与
蛋白因子结合而表达,使得与其相连的 X染色体上
的基因失活,
Xist X染色体 其他位点
甲基化、不转录 活性 去甲基化、活性
去甲基化、转录 失活 甲基化、失活
7.3.真核基因的转录调控
转录的基本条件
? 转录模板 (转录起始点
+1---终止点 )
? 启动子 (尤其是 core
promoter)
? RNA pol Ⅱ 需与 20多
种蛋白因子结合形成转
录复合物
? 转录因子（ TFⅡ ）是
RNA pol Ⅱ 基础转录
所需的蛋白质因子
同原核一样，真核调控
主要发生在转录阶段，
主要是通过顺式作用元
件、反式作用因子 与
靶基因复杂的相互作用
实现的。 (重点以
mRNA的转录为例 )
7.3.1 转录因子
? TFⅡ D,A,B与
polⅡ 结合到启动子
上形成 最初级起始
复合物，开始转录
RNA，加入 F,E形
成完整的转录复合物
开始转录出长链
mRNA。 polⅡ 沿模
板滑动时,TFⅡ D、
A滞留在起始位点，
其他因子随之向模板
3端移动。（ 如图 ）
转录调控的关键
? 顺式作用元件
? 反式作用因子
7.3.2,顺式作用元件
?基因的分子生物学定义,能产生一条多肽链或功能
RNA分子所必需的 全部核苷酸序列,
?是存在与基因内部、与功能基因连锁在一起,对
其转录表达作顺式调节的特殊核苷酸序列,
?正性调控：启动子 promoter,增强子
负性调控：沉寂子 silencer
启动子
概念：启动子是基因序
列中决定转录起始的部
位。包括 3个区域：
RNA polⅡ 识别区
牢固结合区,
转录起始点。
启动子位于 (+1)及 5’端
上游 100~200b左右，
是决定转录起始点及转
录频率的关键元素
1.核心启动子,RNA polⅡ
转录起始所必须的最少的
DNA序列，作用是确定转
录起始点并产生基础水平
转录。位于 -25 ~-30处的
TATA盒 。
2.上游启动子元件 包括 -70
bp的 CAAT盒,GC盒,其他
距起始转录点更远的上游
元件。 与 TFⅡ D结合成复
合物后提高转录频率
启动子是基础水平转录所必须的
增强子
? 基因组中能增强邻近基因启动转录的序列。最早发现于
SV40的基因上游，含 2个 72bp的正向重复序列。
? 增强子特性
1.增强效应非常明显 10~200倍 。 SV40的增强子（珠蛋
白基因） 200倍，人巨大细胞病毒增强子（ -）
600~1000倍
2.与其位置、取向无关（上下游、距离）
3.核心序列是重复序列,是增强效应所必须
4.有细胞组织特异性 需与特异蛋白因子作用
5.无基因特异性
6.受外界信号调控 金属硫蛋白基因上游增强子对环境锌
镉反应
顺式作用元件
Cis-acting element
7.3.3 反式作用因子 trans-acting
factor
? 概念 通过识别和结合顺式作用元件的核心序列,
而调控靶基因的转录效率的一组蛋白因子, 这
些转录因子由其他基因编码,跨域作用, 对基因
表达调控可正 (激活 )可负 (阻遏 )
? 类别 这些转录因子可作为转录复合物的一部分，
但大部分是与启动区或基因特定部位结合的调控蛋白。据其作用分为 3类
转录阶段 RNA聚合酶的亚基
转录起始终止的辅助因子
特异性调控序列结合蛋白
反式作用因子的 DNA识别结合域
螺旋 -转折 -螺旋结构 H-T-H
锌指结构的锌指区 Zinc finger
碱性 -亮氨酸拉链结构 (basic-
leucine zipper)bZIP
碱性 -螺旋 -环 -螺旋 (basic-h-l-h)bHLH
同源域蛋白 homeodomains protein
这些特殊结构都直接或间接识别 cis-acting
element中的核心序列,参与靶基因转录频率的调
控,
反式活化结构域
?真核中，并非每个转录因子都直接与 DNA结合，
完整的转录调控作用常以复合物形式完成的。
?反式活化结构域是反式作用因子的 转录活化结构
域,一般由 DNA结合结构域外的 30~100个 aa组成
?反式活化结构域的特征性结构有以下几种
富含酸性 α螺旋结构域 ( acidic α-helix domain )
富含 Gln的结构域 (glutamine-rich domain)
富含 pro结构域 (proline-rich domain)
反式活化结构域的特征性结构
1.酸性 α螺旋结构域
如哺乳动物细胞中糖皮质激素受体的转录活化结
构域含 AP1家族的 JUN,GAL4,为带负电的酸性螺
旋,能与转录起始复合物结合并使其稳定
2.富含 Gln的结构域
SP1通过其锌指结构能结合到启动子 GC盒上,除
此之外还有 4个富含 Gln的转录活化结构,Gln含量
达 25%
3.富含 pro结构域
如 AP2,这种结构不易形成 α螺旋
反式因子的 DNA结合域和活化域
真核转录时，顺式元件与反式因子
的结合
2,TFIIA
? binds to
TFIID
? stabilizes
TFIID-DNA
complex
? contains at
least 3 subunits
? Counteract
the inhibitory
factors e.g,
DR1 & DR2
3,TFIIB &
RNA Pol
binding
? Binds to TFIID
? Binds to RNA
Pol with TFIIF
4.1 TFIIE binding
?Necessary for
transcription
After Pol II
binding:
5,Phosphorylation of the polymerase CTD
by TFIIH (with both helicase & kinase activity)
Formation of a processive RNA polymerase complex and
allows the RNA Pol to leave the promoter region.
7.4 真核基因转录调控的模式
? 细胞通过 DNA的复制将其固定遗传信息从
亲代传到子代,随后分裂以实现增殖繁衍,
除此之外,它们还不断的感知环境的各种变
化,并对其作出相应的应答,
? 细胞应答分为 3个阶段,
1.外界环境的感知,即由细胞膜到细胞核的
信息传递
2.染色质水平上的基因活性调控
3.特定基因的表达,即从 DNA— RNA— 蛋
白质的遗传信息传递过程,
7.4.1 蛋白质磷酸化与信号转导
细胞表面的三类受体 (G蛋白偶连,酪氨酸蛋白
激酶偶连,离子通道偶连的受体 )与配体结合,产生
一系列磷酸化级联反应及信号转导,通过蛋白激酶
的网络信号整合系统,作用于基因调控序列和靶序
列,最终调控基因的转录表达,
蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程是生物体内广
泛存在的信息传导调空方式,蛋白激酶 PK基因多
达 2000个,还有约 1000个蛋白质去磷酸化酶基因
1.受 cAMP 调控的 A激酶 PKA
配体与受体 R结合 — R构象改变 — 结合到 GTP结合蛋白
上 — R与 G偶合 — 激活腺苷酸环化酶 AC— cAMP1— 与
PKA的调节亚基 R结合 — 释放催化亚基 C使其为活性单
体 — C进入核内使 CREB,CREM等底物磷酸化 — 后者作
为转录激活因子诱发转录
2.Ca2+ 依赖的 C激酶 PKC
磷酸肌醇的胞内信使是 PIP2磷脂酰肌醇 -4,5-二磷酸的产
物肌醇 1,4,5三磷酸 IP3和二酰基甘油 DAG.I
IP3使 Ca2+↑,DAG使 Ca2+与 PKC亲和 ↑— (下类同 PKA)
3.酪氨酸激酶 PTK
许多 PTK作用底物分子中都有一叫 Src同源结构域的序
列（ SH）激酶的功能区有 SH1,SH2,SH3。激酶的第
527位酪氨酸被磷酸化后能与 SH2结合而阻碍受体分子
与之结合，第 527酪氨酸去磷酸化后,SH2与膜受体结
合；第 416位酪氨酸被磷酸化后,Src获得酶活性 — (下
类同 PKA)
? 7.4.2 激素及其影响
细胞内激素受体本身是基因调控蛋白,有
多个结构域,激素结合位点,DNA结合结构域,
转录激活结构域,并有抑制蛋白复合物附着,
当 H与受体结合后,抑制蛋白复合物脱
落,DNA结合部位暴露,转录激活,
激素转录调节具有组织特异性,这是因
为靶细胞中含有大量激素受体蛋白,而非靶
细胞则很少或缺乏此类受体,
7.4.3 热激蛋白的热激应答
? 应答元件是能与某一 (类 )特异蛋白因子结合
而控制基因特异表达的 DNA上游序列
? hsf作为热激应答元件,在超过最适温度范围
的环境中,与特异转录因子作用,诱导 hsp基
因家族转录,以辅助蛋白质的正确折叠,包
装,错误产物的降解
? HSP是作为分子伴侣 参与靶蛋白活性和功
能的调节,而不是靶蛋白的组成部分,
主要 HSP家族及功能
Hsp90家族 Hsp70家
族
小分子 Hsp 泛素
调节激酶磷
酸化活表达
性特异基因
参与蛋白
质代谢
多聚蛋白复
合物组装
变性蛋白质
降解
7.4.4 金属硫蛋白基因的多重调控
? 金属硫蛋白基因 MT的 5’端的调控区含多种调控元
件,如 TATA,GC区,两类似增强子序列,同时受多种
转录因子的影响
? 平时具有基因本底水平的表达,其表达产物是细
胞内多余重金属离子的螯和蛋白
? 诱导水平的表达
MT基因 5’上游 -40~-160bp含有 4个 MRE序列,-
240~-260bp的 GRE是固醇类激素受体结合位点,
这些在重金属离子,糖皮质激素的诱导下能引发
MT基因的大量表达,
转录调控举例
? 组成型转录因子,SP1 广泛存在，含 3个锌指结构域,2个富谷氨酸
的转移激活结构域，结合位点在许多看家基因的启动子处，结合到含 GC的一致序列 GGGCGG
? 激素调节：淄类激素受体 激素可激活许多转录因子,在缺乏淄类激
素时,其受体在细胞质内与抑制物结合,激素结合到受体上并从抑制物
上释放受体,这使受体二聚体化并转移到核中,淄类激素受体的 DNA结
合结构域与特异性结合序列或应答元件作用,增强靶基因的活性, 雌
激素,糖皮质激素
? 磷酸化调节,STAT蛋白 细胞表面受体在信号转导过程中有多次蛋白
质磷酸化。干扰素激活 JAK酶活性,此酶使 STAT1 磷酸化并同型二聚
体化,转移到核中激活靶基因,
? 转录延长,HIV Tat 是 HIV编码的一激活因子蛋白,为大量 HIV基因表
达所必须,其结合区 TAR位于 HIV中 RNA的 5’UTR,此区刚好在转录起
点之后,缺乏 Tat时 RNA Pol Ⅱ 转录复合物作用较差,Tat-TAR激活位于
启动子处的转录其始复合物中的 TFⅡ F,使 RNA Pol Ⅱ 羰基端结构域
磷酸化,导致聚合酶可通读 HIV的转录单位,
? 胚胎发育,同源二聚体蛋白 同源盒编码一个 DNA结合结构域,即称为
同源结构域的 HTH的 DNA结合蛋白,最初发现于果蝇同源基因编码的
转录因子,与身体各部分的正常发育相关,如同源基因 Antennapedia的
突变使得果蝇的触角发育成腿,
Examples,
(1) TFIIIA,the RNA Pol III transcription factor,with C2H2
zinc finger repeated 9 times,
(2) SP1,with 3 copies of C2H2 zinc finger.
Usually,three or more C2H2 zinc fingers are required for
DNA binding
Leucinezip和 HLH与 DNA结合方式
? The N terminal domain of each helix form a symmetrical
structure in which each basic domain lies along the
DNA in opposite directions interacting with symmetrical
DNA recognition site so that protein in effect form a
clamp around DNA
? Gene regulatory proteins that contain a leucine zipper
motif can form either homodimers（同源二聚体）,in
which the two monomers（单体） are identical,or
heterodimers,in which the monomers are different
7.5 其他水平的表达调控
?mRNA的成熟
?翻译水平的调控
?蛋白质的加工
? 7.5.1,RNA (mRNA)的加工成熟
1,rDNA产物为 45s前体 rRNA,在核仁内经核
糖甲基化 (原核 rRNA为碱基甲基化 ),经核酸
酶降解为 18s,28s,5.8s rRNA
2,tRNA在质内经核苷修饰,剪接加工而成熟
3.hnRNA的加工,5’端加甲基化鸟苷 m7G
帽,3’端加 polyA尾,核苷酸甲基化修饰,内含
子切除
primary transcript
mature RNA.
Nucleus or Nucleolus
Cytoplasm
RNA
p
ro
ce
ss
in
g
Removal of nucleotides
addition of nucleotides
to the 5’- or 3’- ends
modification of certain
nucleotides
5’端帽与 3’端尾的作用
5’的 m7G帽,
? 增加 mRNA分子稳定性
? 增加蛋白质合成速率
? 有利于 hnRNA的剪接
3’端的 polyA尾,
? 增加 mRNA分子稳定性
? 增加 mRNA翻译效率
? 有利于 mRNA的出核
7.5.1.3 内含子的切除与 mRNA的剪
接方式
? 作为复杂转录单位的 hnRNA的可变剪接可产生不
同的基因产物, SR磷蛋白家族因子参与剪接体
的形成 ;不同蛋白因子与 RNA的相互作用可影响
RNA的剪接 ;
? 外显子下游的 5’剪接点可限度其上游内含子 3’端的
剪接 ;
? snRNA参与了两分子 RNA间的反式剪接 前体
mRNA与 snRNP构成剪接体
? RNA的编辑, 转录后 mRNA上的基因插入,缺失,核
苷酸的替换 C→U,可改变 (扩大 )来自 DNA的信息,
是一种适应性保护措施
成熟 mRNA分子模型
7.5.2 翻译水平调节
? mRNA分子结构,信号序列,与可溶性蛋白因
子及核糖体见的相互作用影响起始复合物
的形成,以调节翻译效率
? mRNA的稳定性与基因调控
mRNA分子中的 5’端的 GpppG 帽,3’端的
polyA尾,都有利于其分子稳定 ;mRNP中的
蛋白质可保护其免受核酸酶的降解,通过
mRNA的寿命影响其分子的时效性,从而影
响蛋白质的产量
IF,mRNA结构与翻译
翻译起始因子 IF的调节,可逆磷酸化
? eIF-4磷酸化激活蛋白质合成
? eIF-2磷酸化阻碍翻译
mRNA结构与翻译控制
? 5’-UTR
1,5’的 m7G帽增强翻译
2,起始 AUG上游的其他 AUG抑制下游 ORF 翻译
3,起始 AUG旁侧序列影响翻译速率
? 3’-UTR
1,polyA增加 mRNA稳定性
2,3’-UTR的 UA导致 mRNA不稳定
7.5.3,翻译后的调控
主要是蛋白质的加工修饰,折叠包装和转运
1,氨基酸侧链的共价修饰,乙酰化,磷酸化,糖
基化 (N-,O-)
2.蛋白质前体的切割与成熟,preprotein-
protein 如胰岛素的成熟
3,蛋白质的分泌与定位,信号肽
作为蛋白质定位的短肽序列,指导蛋白质运
输到特定区域,而后被特异的信号肽酶切除,
复习参考题
? 名词解释
断裂基因 内含子 外显子 启动子 增强子
顺式作用元件 反式作用因子 选择性剪接
基因家族 hnRNA snRNA
? 问答
1.真核基因调控特点
2.顺式作用元件包括哪些
3.mRNA的加工成熟过程
真核细胞结构
? DNA双螺旋 --7--核小
体串珠 --6--螺线管 --40-
-超螺线管 --5--染色单
体，
? 分别构成染色质的四
级结构，共压缩了
8400倍。
DNA结构
YA site
内含子剪接
?酶类型 定位 作用的基因 对 ?-鹅膏蕈碱
敏感度
RNA
Pol I
核仁 大多数 rRNA
基因
不敏感
RNA
PolⅡ
核质 蛋白质编码基
因和某些
snRNA 基因
非常敏感
RNA
Pol Ⅲ
核质 tRNAs,
5srRNA,
U6snRNA 部
分 small RNAs
中度敏感
三种真核 RNA聚合 酶
转录因子
The helix-turn-helix domain
Helix-Turn-Helix
? 两个 α螺旋，中间一短
侧链氨基酸形成“转
折”
? 近羧基端的螺旋缩入
大沟。 H-T-H修饰存在
于众多的 DNA结合蛋
白中，如 λrepressor
CAP, HSP。
back
Zinc finger
? C2H2以锌原子为中心，将
一个螺旋、一个反向平行
的 片层基部，与一对半胱
氨酸一对组氨酸以配位键
相连接。 C4锌指由 4个半
胱氨酸残基与 Zn2+结合,这
样的结构常规律成簇出现。
? 指环上突出的赖氨酸精氨
酸易与 DNA结合, C2H2 通
过 3个或更多指环结构与
DNA结合,C4以二聚体形
式结合与 DNA结合,
? 在与靶序列特异结合中，
锌指区起主导作用
The zinc finger domain
bZIP结构与调控区 DNA结合
? 蛋白质 α螺旋上每 7个残
基均有一个疏水的亮氨酸
残基,位于螺旋一侧的转角,
两个相同的单蛋白形成拉
链二聚体。
? 拉链区并不直接结合 DNA，
而是肽链 N端 20~30个富
含碱性氨基酸结构域与之
结合，但拉链区能增加碱
性区与 DNA的亲和力
back
bHLH结构
? 两个双性 α螺旋被非螺旋的环状结构隔开，
N端富含碱性氨基酸，类似于 basic-leucine
zipper。
? bHLH类蛋白只有形成同源或异源二聚体时
才具有足够的 DNA结合力
? 当异源二聚体中一方不含碱性区时，该二
聚体明显缺乏对靶 DNA的亲和力。 (下页图 )
HLH结构
? Hydrophobic residues on one side of the C-terminal α-
helix allow dimerization（二聚体化）,
? Similar to leucine zipper,the HLH motif is often found
adjacent to a basic domain that requires dimerization for
DNA binding.
?,
? Basic HLH proteins and bZIP proteins can
form heterodimers allowing much greater
diversity and complexity in the
transcription factor repertoire,
back
?.
同源域蛋白
? 是指编码多个 (60)个保守氨基酸序列的
DNA片段,它广泛存在于真核基因组中,同源
转换基因与生长发育细胞分化密切相关。
? 含同源转换区的基因能调控转录，同源域
蛋白可能参与了 DNA的结合区的形成。
? 同源域蛋白三个螺旋与 DNA的结合 (下图 )
Homeodomain bound to its
specific DNA sequence
内含子剪接过程
Targets for transcriptional regulation
1,chromatin structure;
2,interaction with TFIID
through specific TAFIIS;
3,interaction with TFIIB;
4,interaction of the
TFIIH complex
Targets for transcriptional regulation
5,modulation of the
TFIIH complex
activity leading to
differential
posphorylation of
the CTD of RNA
Pol II.
真核生物是多细胞体系,其遗传信息量远大于
原核生物,且大部分用于编码调控信息,结构
上,DNA以核小体为单位构建成复杂的染色质
和染色体 (一组图 ),因而表达呈现出多线性多
系统的调控体系,
本章内容
? 真核基因结构与转录活性
? 真核基因表达特点
? DNA水平的调控
? 转录水平的调控,顺式作用元件和反式作用
因子
? 其他水平的调控,mRNA的加工,mRNA的
翻译、蛋白质加工修饰
7.1 真核基因结构与转录活性
?真核生物表达的复杂不仅由于其遗传信息
量大，也与其基因结构密切相关。真核
DNA与组蛋白构成核小体，进一步压缩成
染色质、染色体。染色体的构象、超螺旋
的松弛、活性染色质、基因的甲基化，这
些都影响基因的转录活性
真核基因的复杂性
? 真核基因组更大,大肠杆菌基因组有 4 × 106
bp,人单倍体基因组有 3× 109 bp,是其 800
倍 ;是嗜菌体基因组的 10万倍,
? 大肠杆菌有 4千个基因,人有近 10万个基因
? 原核生物基本是单倍体,真核生物是 2倍体,
? 真核生物 DNA与组蛋白等构成染色质染色
体,被包裹在核膜内 ;有核外遗传 (mtDNA)
.
真原核基因结构比较
? 原核基因按功能成串排列,组成操纵子单位,转录产物为
polycistron; 真核生物一个结构基因转录为 monocistron.
? 原核有转录与翻译的偶连,真核表达则有严格的时区间隔,
? 原核大部分基因是编码序列,而真核大部分是调控序列
? 原核为蛋白质编码的大部分是连续基因 ; 真核为蛋白质编
码的是断裂基因,在转录后经剪接去除内含子,才能翻译获
得完整的多肽,这就增加了表达的调控环节,
? 原核生物除 rDNA,tDNA外,很少有重复序列 ;真核含大量的
repetitive sequences:
high _:10-300bp,占人基因组的 20%,功能不明,重复 103
以上
moderate_:300-500bp,占基因组 10-40%,5s,tRNA,组
蛋白基因,10~103
single copy sequences:基本不重复,占 50-80%(人 65%)
大多数蛋白质的编码基因,
真核基因调控特点
? 调控 环节 更多
同原核一样,调控主要发生在转录水平 ;但无转录
翻译偶连,且转录翻译后有复杂的信息加工过程
? 转录与染色质的结构变化有关
1,间期核染色质,
异染色质 hetrochromatin高度压缩,不转录 ;
常染色质 euchromatin,较松散 ;其中 10%为 active
chromatin.超螺旋松弛, 活性 ←→非活性
2.组蛋白能非特异性的阻遏转录, 组蛋白为碱性,
易与带负电的磷酸基结合,从而遮蔽了 DNA分子,
3.非组蛋白具细胞组织特异性,能特异的去除组蛋
白的阻遏作用,有利转录,
4.转录活跃区 DNaseⅠ 高敏位点的开放,有利于调
控蛋白的结合而促进转录
5.DNA甲基化能阻碍转录因子与 DNA特定位点的
结合,影响转录
? 以正性调控为主
真核启动子对 RNA聚合酶亲和力低,需要多种激活
蛋白的协同作用,转录调控蛋白有激活,阻遏或二者
兼有,但以激活为主
? 适应环境的瞬时调空是可逆的,而发育控制调控是
不可逆的,决定细胞生长,分化,发育的全过程
7.1.1 基因家族
? 基因家族,真核细胞中许多相关基因按功能
组合构成 gene family.有时串联聚集成基因
族,但更多分布在同一 (甚至不同 )染色体的
不同位置，具有各自不同的表达调控模式
基因家族分类
? 简单多基因家族,功能相关基因在 DNA序列中串
联分布，无间隔序列隔开，转录在同一 mRNA中
rDNA(除 5s外 )转录产物为 45s的大分子,经过 100
多处甲基化及 RNA酶切割降解为 18s,5.8s,28s
rRNA,由 RNA聚合酶 Ⅰ 催化 ; 5s rRNA作为独立转
录单位由 RNA聚合酶 Ⅲ 催化转录
? 复杂多基因家族
由几个相关基因家族构成,基因家族间有间隔序列,
分别被独立转录, 如组蛋白基因,
组蛋白基因处于一长 6000bpDNA片段中，包括
H1,H2A,H2B,H3,H4 基因，彼此被间隔序列
隔开，分别转录为单顺反子 RNA，表达产物量刚
好是组蛋白在染色体的比例,H1,2（ H2A,H2B、
H3,H4）
?发育调控的复杂多基因家族
多基因家族成员的表达受到不同发育阶段的影响，
而形成不同的基因产物。
如血红蛋白 α2β2的亚基在胚胎期为 2δ22ε2, 婴儿
期有 2%为 2α22δ, 这是由于在不同的发育阶段基
因的排列顺序决定了基因的表达顺序。
不同发育阶段血红蛋白亚型
发育阶段 组成
胚胎期 (8w以前 ) 2(δε) 2(δγ) 2(αε)
胎儿期 (8~41w) 2(αγ)
婴儿期 2(αδ) 2(αβ)
7.1.2 断裂基因
interrupted gene是真核基因特征结构, 大多数真
核基因是由蛋白质编码序列和蛋白质非编码序列
两部分构成,编码序列称为外显子 exon,非编码序
列称为内含子 intron
在一个结构基因中,编码某一蛋白质不同区域的各
外显子并非连续排列在 DNA上,而是被不同的内含
子所隔离,形成镶嵌排列的断裂方式
高等真核基因 DNA序列中对应于外显子的部分
≤10%
Interrupeted gene
内含子剪接
? 外显子与内含子两端交界的较短的,高度同源的序
列称为 exon-intron junction,内含子两端序列不
能互补,在 RNA剪接加工前不能形成碱基配对的发
夹结构,
? 外显子 -内含子连接区是 RNA剪接的信号序列,前
体 RNA通过此连接区的被识别而去除掉内含子
连接区序列在高等真核生物中具高度同源性，说
明有着共同的内含子剪接机制。共同序列,
5’GT----AG3’.
? 外显子与内含子的可变调控
原始转录产物 hnRNA分子,在连接酶或 RNA自身
作用下,发生 磷酸二酯键 的断裂,内含子被切除,外
显子被拼接在一起,产生成熟的 mRNA分子,
内含子的剪接方式
成熟 mRNA分子中是没有内含子的，初始转录产
物为内含子外显子的复合物，在 mRNA成熟过程
中被剪接掉，外显子被拼接在一起 。
? 组成型剪接,一个基因的转录产物通过内含子的剪
接加工只产生一种成熟的 mRNA,编码一种多肽
? 选择性剪接,同一基因产物因不同的内含子剪接方
式而产生不同的 mRNA,并翻译成不同的多肽, 这
是由于某些基因在转录时选择了不同的启动子，
或转录产物上选择了不同的 polyA位,原始转录
产物产生不同的二级结构，影响了内含子的剪接
Alternative splicing
7.2 真核基因表达调控的环节
? DNA水平,基因数量,结构
? 转录水平,顺式作用元件与反式作用因
子
? 转录后水平,mRNA的加工成熟
? 翻译水平,起始复合物及 mRNA稳定性
? 翻译后水平,蛋白质加工修饰
DNA水平的调控
1.开放型活性染色质与基因活性 (结构 )
真核基因以核小体组建成染色质和染色体成高度
压缩, 转录发生前,染色质在特定区域被解旋松弛
(核小体结构改变,DNA自身结构改变、右旋型变
构为左旋型 B→Z),一方面暴露了结构基因,使启动
区 DNA易与 RNA聚合酶及其他转录调控因子结合,
从而启动转录 ;另一方面暴露了 DNA酶 Ι的超敏感
位点,使活性状态的 DNA更易于被核酸酶降解,
2.基因组的改变 (数量 )
? 染色质丢失
某些低等真核生物,在细胞分化过程中,有部分染色质
断裂删除和异染色质丢失,之后才成为表达型基因,
? 基因扩增
指某基因的拷贝大量增加,如非洲爪蟾卵母细胞
rDNA的扩增,以满足受精后合成大量蛋白质的需要
? 基因重排与变换
将一个基因从远离启动子处移到启动子附近从而启
动转录称基因重排,
典型例子是 lg基因的成熟,通过染色体内 DNA重组
将相距甚远的基因片段连接起来,产生具有表达活性
的特异 lg基因
酵母细胞能通过一种”交配型转换”来完成性别交
换,即某基因复制后置换掉原有的另种基因
Sex in Drosophila is
largely determined
by alternative
splicing
3.DNA甲基化与基因活性
? DNA甲基化能关闭某些基因的活性,去甲基化则诱
导基因活化与表达
? DNA甲基化的主要形式,5-mC,Nб-mA,7-mG,5-
mC主要出现在 CpG序列中,这些 CpG序列常成串出
现,又称 CpG岛
? 机理,DNA甲基化导致某些区域构象变化,B→Z-
DNA.由于 Z型螺旋加深,许多与蛋白因子结合的元
件缩入大沟,抑制了转录因子与启动子的结合效率,
甲基化 CpG的密度与启动子强度之间的平衡决定
了该启动子的转录活性,
? X染色体的甲基化与失活
? X染色体的甲基化与失活 雌性哺乳动物体细胞
内 Barr小体系胚胎早期两 X染色体之一发生随机
失活, X染色体上有一序列 Xist(X-chromosome
inactivation special transcript),该基因的表达是决
定 X染色体失活的关键元素,Xist甲基化使 X染色体
保持活性,去甲基化则转录出 XistRNA,与 Xic(X-
chromosome inactivation center)作用使其易与
蛋白因子结合而表达,使得与其相连的 X染色体上
的基因失活,
Xist X染色体 其他位点
甲基化、不转录 活性 去甲基化、活性
去甲基化、转录 失活 甲基化、失活
7.3.真核基因的转录调控
转录的基本条件
? 转录模板 (转录起始点
+1---终止点 )
? 启动子 (尤其是 core
promoter)
? RNA pol Ⅱ 需与 20多
种蛋白因子结合形成转
录复合物
? 转录因子（ TFⅡ ）是
RNA pol Ⅱ 基础转录
所需的蛋白质因子
同原核一样，真核调控
主要发生在转录阶段，
主要是通过顺式作用元
件、反式作用因子 与
靶基因复杂的相互作用
实现的。 (重点以
mRNA的转录为例 )
7.3.1 转录因子
? TFⅡ D,A,B与
polⅡ 结合到启动子
上形成 最初级起始
复合物，开始转录
RNA，加入 F,E形
成完整的转录复合物
开始转录出长链
mRNA。 polⅡ 沿模
板滑动时,TFⅡ D、
A滞留在起始位点，
其他因子随之向模板
3端移动。（ 如图 ）
转录调控的关键
? 顺式作用元件
? 反式作用因子
7.3.2,顺式作用元件
?基因的分子生物学定义,能产生一条多肽链或功能
RNA分子所必需的 全部核苷酸序列,
?是存在与基因内部、与功能基因连锁在一起,对
其转录表达作顺式调节的特殊核苷酸序列,
?正性调控：启动子 promoter,增强子
负性调控：沉寂子 silencer
启动子
概念：启动子是基因序
列中决定转录起始的部
位。包括 3个区域：
RNA polⅡ 识别区
牢固结合区,
转录起始点。
启动子位于 (+1)及 5’端
上游 100~200b左右，
是决定转录起始点及转
录频率的关键元素
1.核心启动子,RNA polⅡ
转录起始所必须的最少的
DNA序列，作用是确定转
录起始点并产生基础水平
转录。位于 -25 ~-30处的
TATA盒 。
2.上游启动子元件 包括 -70
bp的 CAAT盒,GC盒,其他
距起始转录点更远的上游
元件。 与 TFⅡ D结合成复
合物后提高转录频率
启动子是基础水平转录所必须的
增强子
? 基因组中能增强邻近基因启动转录的序列。最早发现于
SV40的基因上游，含 2个 72bp的正向重复序列。
? 增强子特性
1.增强效应非常明显 10~200倍 。 SV40的增强子（珠蛋
白基因） 200倍，人巨大细胞病毒增强子（ -）
600~1000倍
2.与其位置、取向无关（上下游、距离）
3.核心序列是重复序列,是增强效应所必须
4.有细胞组织特异性 需与特异蛋白因子作用
5.无基因特异性
6.受外界信号调控 金属硫蛋白基因上游增强子对环境锌
镉反应
顺式作用元件
Cis-acting element
7.3.3 反式作用因子 trans-acting
factor
? 概念 通过识别和结合顺式作用元件的核心序列,
而调控靶基因的转录效率的一组蛋白因子, 这
些转录因子由其他基因编码,跨域作用, 对基因
表达调控可正 (激活 )可负 (阻遏 )
? 类别 这些转录因子可作为转录复合物的一部分，
但大部分是与启动区或基因特定部位结合的调控蛋白。据其作用分为 3类
转录阶段 RNA聚合酶的亚基
转录起始终止的辅助因子
特异性调控序列结合蛋白
反式作用因子的 DNA识别结合域
螺旋 -转折 -螺旋结构 H-T-H
锌指结构的锌指区 Zinc finger
碱性 -亮氨酸拉链结构 (basic-
leucine zipper)bZIP
碱性 -螺旋 -环 -螺旋 (basic-h-l-h)bHLH
同源域蛋白 homeodomains protein
这些特殊结构都直接或间接识别 cis-acting
element中的核心序列,参与靶基因转录频率的调
控,
反式活化结构域
?真核中，并非每个转录因子都直接与 DNA结合，
完整的转录调控作用常以复合物形式完成的。
?反式活化结构域是反式作用因子的 转录活化结构
域,一般由 DNA结合结构域外的 30~100个 aa组成
?反式活化结构域的特征性结构有以下几种
富含酸性 α螺旋结构域 ( acidic α-helix domain )
富含 Gln的结构域 (glutamine-rich domain)
富含 pro结构域 (proline-rich domain)
反式活化结构域的特征性结构
1.酸性 α螺旋结构域
如哺乳动物细胞中糖皮质激素受体的转录活化结
构域含 AP1家族的 JUN,GAL4,为带负电的酸性螺
旋,能与转录起始复合物结合并使其稳定
2.富含 Gln的结构域
SP1通过其锌指结构能结合到启动子 GC盒上,除
此之外还有 4个富含 Gln的转录活化结构,Gln含量
达 25%
3.富含 pro结构域
如 AP2,这种结构不易形成 α螺旋
反式因子的 DNA结合域和活化域
真核转录时，顺式元件与反式因子
的结合
2,TFIIA
? binds to
TFIID
? stabilizes
TFIID-DNA
complex
? contains at
least 3 subunits
? Counteract
the inhibitory
factors e.g,
DR1 & DR2
3,TFIIB &
RNA Pol
binding
? Binds to TFIID
? Binds to RNA
Pol with TFIIF
4.1 TFIIE binding
?Necessary for
transcription
After Pol II
binding:
5,Phosphorylation of the polymerase CTD
by TFIIH (with both helicase & kinase activity)
Formation of a processive RNA polymerase complex and
allows the RNA Pol to leave the promoter region.
7.4 真核基因转录调控的模式
? 细胞通过 DNA的复制将其固定遗传信息从
亲代传到子代,随后分裂以实现增殖繁衍,
除此之外,它们还不断的感知环境的各种变
化,并对其作出相应的应答,
? 细胞应答分为 3个阶段,
1.外界环境的感知,即由细胞膜到细胞核的
信息传递
2.染色质水平上的基因活性调控
3.特定基因的表达,即从 DNA— RNA— 蛋
白质的遗传信息传递过程,
7.4.1 蛋白质磷酸化与信号转导
细胞表面的三类受体 (G蛋白偶连,酪氨酸蛋白
激酶偶连,离子通道偶连的受体 )与配体结合,产生
一系列磷酸化级联反应及信号转导,通过蛋白激酶
的网络信号整合系统,作用于基因调控序列和靶序
列,最终调控基因的转录表达,
蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程是生物体内广
泛存在的信息传导调空方式,蛋白激酶 PK基因多
达 2000个,还有约 1000个蛋白质去磷酸化酶基因
1.受 cAMP 调控的 A激酶 PKA
配体与受体 R结合 — R构象改变 — 结合到 GTP结合蛋白
上 — R与 G偶合 — 激活腺苷酸环化酶 AC— cAMP1— 与
PKA的调节亚基 R结合 — 释放催化亚基 C使其为活性单
体 — C进入核内使 CREB,CREM等底物磷酸化 — 后者作
为转录激活因子诱发转录
2.Ca2+ 依赖的 C激酶 PKC
磷酸肌醇的胞内信使是 PIP2磷脂酰肌醇 -4,5-二磷酸的产
物肌醇 1,4,5三磷酸 IP3和二酰基甘油 DAG.I
IP3使 Ca2+↑,DAG使 Ca2+与 PKC亲和 ↑— (下类同 PKA)
3.酪氨酸激酶 PTK
许多 PTK作用底物分子中都有一叫 Src同源结构域的序
列（ SH）激酶的功能区有 SH1,SH2,SH3。激酶的第
527位酪氨酸被磷酸化后能与 SH2结合而阻碍受体分子
与之结合，第 527酪氨酸去磷酸化后,SH2与膜受体结
合；第 416位酪氨酸被磷酸化后,Src获得酶活性 — (下
类同 PKA)
? 7.4.2 激素及其影响
细胞内激素受体本身是基因调控蛋白,有
多个结构域,激素结合位点,DNA结合结构域,
转录激活结构域,并有抑制蛋白复合物附着,
当 H与受体结合后,抑制蛋白复合物脱
落,DNA结合部位暴露,转录激活,
激素转录调节具有组织特异性,这是因
为靶细胞中含有大量激素受体蛋白,而非靶
细胞则很少或缺乏此类受体,
7.4.3 热激蛋白的热激应答
? 应答元件是能与某一 (类 )特异蛋白因子结合
而控制基因特异表达的 DNA上游序列
? hsf作为热激应答元件,在超过最适温度范围
的环境中,与特异转录因子作用,诱导 hsp基
因家族转录,以辅助蛋白质的正确折叠,包
装,错误产物的降解
? HSP是作为分子伴侣 参与靶蛋白活性和功
能的调节,而不是靶蛋白的组成部分,
主要 HSP家族及功能
Hsp90家族 Hsp70家
族
小分子 Hsp 泛素
调节激酶磷
酸化活表达
性特异基因
参与蛋白
质代谢
多聚蛋白复
合物组装
变性蛋白质
降解
7.4.4 金属硫蛋白基因的多重调控
? 金属硫蛋白基因 MT的 5’端的调控区含多种调控元
件,如 TATA,GC区,两类似增强子序列,同时受多种
转录因子的影响
? 平时具有基因本底水平的表达,其表达产物是细
胞内多余重金属离子的螯和蛋白
? 诱导水平的表达
MT基因 5’上游 -40~-160bp含有 4个 MRE序列,-
240~-260bp的 GRE是固醇类激素受体结合位点,
这些在重金属离子,糖皮质激素的诱导下能引发
MT基因的大量表达,
转录调控举例
? 组成型转录因子,SP1 广泛存在，含 3个锌指结构域,2个富谷氨酸
的转移激活结构域，结合位点在许多看家基因的启动子处，结合到含 GC的一致序列 GGGCGG
? 激素调节：淄类激素受体 激素可激活许多转录因子,在缺乏淄类激
素时,其受体在细胞质内与抑制物结合,激素结合到受体上并从抑制物
上释放受体,这使受体二聚体化并转移到核中,淄类激素受体的 DNA结
合结构域与特异性结合序列或应答元件作用,增强靶基因的活性, 雌
激素,糖皮质激素
? 磷酸化调节,STAT蛋白 细胞表面受体在信号转导过程中有多次蛋白
质磷酸化。干扰素激活 JAK酶活性,此酶使 STAT1 磷酸化并同型二聚
体化,转移到核中激活靶基因,
? 转录延长,HIV Tat 是 HIV编码的一激活因子蛋白,为大量 HIV基因表
达所必须,其结合区 TAR位于 HIV中 RNA的 5’UTR,此区刚好在转录起
点之后,缺乏 Tat时 RNA Pol Ⅱ 转录复合物作用较差,Tat-TAR激活位于
启动子处的转录其始复合物中的 TFⅡ F,使 RNA Pol Ⅱ 羰基端结构域
磷酸化,导致聚合酶可通读 HIV的转录单位,
? 胚胎发育,同源二聚体蛋白 同源盒编码一个 DNA结合结构域,即称为
同源结构域的 HTH的 DNA结合蛋白,最初发现于果蝇同源基因编码的
转录因子,与身体各部分的正常发育相关,如同源基因 Antennapedia的
突变使得果蝇的触角发育成腿,
Examples,
(1) TFIIIA,the RNA Pol III transcription factor,with C2H2
zinc finger repeated 9 times,
(2) SP1,with 3 copies of C2H2 zinc finger.
Usually,three or more C2H2 zinc fingers are required for
DNA binding
Leucinezip和 HLH与 DNA结合方式
? The N terminal domain of each helix form a symmetrical
structure in which each basic domain lies along the
DNA in opposite directions interacting with symmetrical
DNA recognition site so that protein in effect form a
clamp around DNA
? Gene regulatory proteins that contain a leucine zipper
motif can form either homodimers（同源二聚体）,in
which the two monomers（单体） are identical,or
heterodimers,in which the monomers are different
7.5 其他水平的表达调控
?mRNA的成熟
?翻译水平的调控
?蛋白质的加工
? 7.5.1,RNA (mRNA)的加工成熟
1,rDNA产物为 45s前体 rRNA,在核仁内经核
糖甲基化 (原核 rRNA为碱基甲基化 ),经核酸
酶降解为 18s,28s,5.8s rRNA
2,tRNA在质内经核苷修饰,剪接加工而成熟
3.hnRNA的加工,5’端加甲基化鸟苷 m7G
帽,3’端加 polyA尾,核苷酸甲基化修饰,内含
子切除
primary transcript
mature RNA.
Nucleus or Nucleolus
Cytoplasm
RNA
p
ro
ce
ss
in
g
Removal of nucleotides
addition of nucleotides
to the 5’- or 3’- ends
modification of certain
nucleotides
5’端帽与 3’端尾的作用
5’的 m7G帽,
? 增加 mRNA分子稳定性
? 增加蛋白质合成速率
? 有利于 hnRNA的剪接
3’端的 polyA尾,
? 增加 mRNA分子稳定性
? 增加 mRNA翻译效率
? 有利于 mRNA的出核
7.5.1.3 内含子的切除与 mRNA的剪
接方式
? 作为复杂转录单位的 hnRNA的可变剪接可产生不
同的基因产物, SR磷蛋白家族因子参与剪接体
的形成 ;不同蛋白因子与 RNA的相互作用可影响
RNA的剪接 ;
? 外显子下游的 5’剪接点可限度其上游内含子 3’端的
剪接 ;
? snRNA参与了两分子 RNA间的反式剪接 前体
mRNA与 snRNP构成剪接体
? RNA的编辑, 转录后 mRNA上的基因插入,缺失,核
苷酸的替换 C→U,可改变 (扩大 )来自 DNA的信息,
是一种适应性保护措施
成熟 mRNA分子模型
7.5.2 翻译水平调节
? mRNA分子结构,信号序列,与可溶性蛋白因
子及核糖体见的相互作用影响起始复合物
的形成,以调节翻译效率
? mRNA的稳定性与基因调控
mRNA分子中的 5’端的 GpppG 帽,3’端的
polyA尾,都有利于其分子稳定 ;mRNP中的
蛋白质可保护其免受核酸酶的降解,通过
mRNA的寿命影响其分子的时效性,从而影
响蛋白质的产量
IF,mRNA结构与翻译
翻译起始因子 IF的调节,可逆磷酸化
? eIF-4磷酸化激活蛋白质合成
? eIF-2磷酸化阻碍翻译
mRNA结构与翻译控制
? 5’-UTR
1,5’的 m7G帽增强翻译
2,起始 AUG上游的其他 AUG抑制下游 ORF 翻译
3,起始 AUG旁侧序列影响翻译速率
? 3’-UTR
1,polyA增加 mRNA稳定性
2,3’-UTR的 UA导致 mRNA不稳定
7.5.3,翻译后的调控
主要是蛋白质的加工修饰,折叠包装和转运
1,氨基酸侧链的共价修饰,乙酰化,磷酸化,糖
基化 (N-,O-)
2.蛋白质前体的切割与成熟,preprotein-
protein 如胰岛素的成熟
3,蛋白质的分泌与定位,信号肽
作为蛋白质定位的短肽序列,指导蛋白质运
输到特定区域,而后被特异的信号肽酶切除,
复习参考题
? 名词解释
断裂基因 内含子 外显子 启动子 增强子
顺式作用元件 反式作用因子 选择性剪接
基因家族 hnRNA snRNA
? 问答
1.真核基因调控特点
2.顺式作用元件包括哪些
3.mRNA的加工成熟过程
真核细胞结构
? DNA双螺旋 --7--核小
体串珠 --6--螺线管 --40-
-超螺线管 --5--染色单
体，
? 分别构成染色质的四
级结构，共压缩了
8400倍。
DNA结构
YA site
内含子剪接
?酶类型 定位 作用的基因 对 ?-鹅膏蕈碱
敏感度
RNA
Pol I
核仁 大多数 rRNA
基因
不敏感
RNA
PolⅡ
核质 蛋白质编码基
因和某些
snRNA 基因
非常敏感
RNA
Pol Ⅲ
核质 tRNAs,
5srRNA,
U6snRNA 部
分 small RNAs
中度敏感
三种真核 RNA聚合 酶
转录因子
The helix-turn-helix domain
Helix-Turn-Helix
? 两个 α螺旋，中间一短
侧链氨基酸形成“转
折”
? 近羧基端的螺旋缩入
大沟。 H-T-H修饰存在
于众多的 DNA结合蛋
白中，如 λrepressor
CAP, HSP。
back
Zinc finger
? C2H2以锌原子为中心，将
一个螺旋、一个反向平行
的 片层基部，与一对半胱
氨酸一对组氨酸以配位键
相连接。 C4锌指由 4个半
胱氨酸残基与 Zn2+结合,这
样的结构常规律成簇出现。
? 指环上突出的赖氨酸精氨
酸易与 DNA结合, C2H2 通
过 3个或更多指环结构与
DNA结合,C4以二聚体形
式结合与 DNA结合,
? 在与靶序列特异结合中，
锌指区起主导作用
The zinc finger domain
bZIP结构与调控区 DNA结合
? 蛋白质 α螺旋上每 7个残
基均有一个疏水的亮氨酸
残基,位于螺旋一侧的转角,
两个相同的单蛋白形成拉
链二聚体。
? 拉链区并不直接结合 DNA，
而是肽链 N端 20~30个富
含碱性氨基酸结构域与之
结合，但拉链区能增加碱
性区与 DNA的亲和力
back
bHLH结构
? 两个双性 α螺旋被非螺旋的环状结构隔开，
N端富含碱性氨基酸，类似于 basic-leucine
zipper。
? bHLH类蛋白只有形成同源或异源二聚体时
才具有足够的 DNA结合力
? 当异源二聚体中一方不含碱性区时，该二
聚体明显缺乏对靶 DNA的亲和力。 (下页图 )
HLH结构
? Hydrophobic residues on one side of the C-terminal α-
helix allow dimerization（二聚体化）,
? Similar to leucine zipper,the HLH motif is often found
adjacent to a basic domain that requires dimerization for
DNA binding.
?,
? Basic HLH proteins and bZIP proteins can
form heterodimers allowing much greater
diversity and complexity in the
transcription factor repertoire,
back
?.
同源域蛋白
? 是指编码多个 (60)个保守氨基酸序列的
DNA片段,它广泛存在于真核基因组中,同源
转换基因与生长发育细胞分化密切相关。
? 含同源转换区的基因能调控转录，同源域
蛋白可能参与了 DNA的结合区的形成。
? 同源域蛋白三个螺旋与 DNA的结合 (下图 )
Homeodomain bound to its
specific DNA sequence
内含子剪接过程
Targets for transcriptional regulation
1,chromatin structure;
2,interaction with TFIID
through specific TAFIIS;
3,interaction with TFIIB;
4,interaction of the
TFIIH complex
Targets for transcriptional regulation
5,modulation of the
TFIIH complex
activity leading to
differential
posphorylation of
the CTD of RNA
Pol II.
