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第十章 真核生物基因表达的调控

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在高等真核生物

在高等真核生物
在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于 启动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直 接促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。
⑥ 真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿过 核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质，原核 生物中不存在这样严格的空间间隔。
⑦ 许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过 程，才能顺利地翻译成蛋白质。
• 在Ig重链基因重排后，轻链的可变区基因片段随之发生 重排，V与J基因片段并列在一起。
• κ轻链基因先发生重排，如果κ基因重排无效，随即发生 λ基因的重排。
重排机制
• 参与V/（D）/J基因重组过程的酶称为V/（D）/J 重组酶。
• 重组酶作用的特点是： （1）淋巴细胞特异性，这可能解释了Ig基因的重排
二、基因扩增
基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象，它使 得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需 要，是基因活性调控的一种方式。
如非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因（rDNA）约500 个拷贝。卵裂期和胚胎期，需要大量的rRNA，基因会大 量复制rDNA，使拷贝数达到200万，扩增约4000倍。
内含子(intron)、外显子(exon) • 非编码区较多 多于编码序列(9:1) • 含有大量重复序列
原核生物基因组结构特点:
● 基因组很小，大多只有一条染色体 ● 结构简炼 ● 存在转录单元多顺反子 ● 有重叠基因
二、真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及 DNA的空间结构方面存在以下几个方面的差异
非洲爪蟾体细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现 的基因扩增现象。
发育或系统发生中的倍性增加在植物中普遍存在
基因组拷贝数增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的现象。 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。

真核生物基因表达的调控

真核生物基因表达的调控
（一）基因丢失 （二）基因扩增 （三）基因重排 （四） DNA的甲基化与去甲基化
二 染色质水平调控
（一）异染色质化 （二）组蛋白质修饰和非组蛋白的作用 （三）DNA酶的敏感区域 （四）核基质蛋白
三 转录水平的调控
◆许多真核生物基因编码关键代谢酶或细胞组 成成分，这些基因常在所有细胞中都处于活跃 状态。这种组成型表达的基因称为持家基因 (house keeping gene)。 ◆另一些基因的表达则因细胞或组织不同而异， 只在某些才高效表达。这类基因表达的调控通 常发特定的发育时期或细胞中生在转录水平。。
➢5′ UTR可能形成发夹或茎环二级结构，阻止核糖体 40S亚基的迁移，对翻译起始有顺式抑制作用。但若二 极结构位于AUG的近下游（最佳距离为14 bp），会使 40亚基停靠在AUG位点，增强起始反应(翻译起始因子 使二极结构解链，翻译复合体顺利通过)。
（三）mRNA的结构
➢3′端的poly A 影响mRNA的稳定性和翻译效率。
(3) 内含子切除
不同剪接方式： ◆在剪接内切核酸酶(splicing endonuclease) 的 催化下，非常精确地在内含子与外显子的交界 处进行切割，并在一种特殊的剪接连接酶 (splicing ligase)的催化下重新连接起来。 ◆某些mRNA前体的内含子是在RNA分子本 身的催化下完成所以称为RNA自剪接(selfsplicing)，这种具有自动催化活性的RNA有时 也称为核酶(ribozyme)。 ◆ 在核酸蛋白质复合结构－核酸剪接体 (spliceosome)作用下完成。
（四）选择性翻译
珠蛋白是由两条α链和两条β链组成的。在二 倍体细胞中有4个α-珠蛋白基因，如果它们相同 转录和翻译的话，应是α:β=2:1，而实际上是1:1。 是转录调控还是翻译调控？ 体外实验：在无细胞系统中加入等量α-mRNA、 β-mRNA、少量起始因子，合成的α-珠蛋白仅占 3%，说明β-mRNA和起始因子的亲和性远大于 α-mRNA。 当加入过量的起始因子时，α:β=1.4:1 ，接近1:1。 表明是在翻译水平上存在的差异，即和翻译起 始因子的亲和性不同。

真核生物基因表达调控

真核生物基因表达调控

酸性激活域 (D/E-rich) 谷氨酰胺(Q)富含域 脯氨酸(P)富含域
蛋白质-蛋白质结合域 （dimerization, co-factors）
1） TF最常见的DNA binding domain
Zinc Finger
bZIP
Homeodomain
bHLH
(1) 锌指(zinc finger)
2. The pri5’ capping 3’ formation / polyA splicing
3. Mature transcripts are transported to the cytoplasm for translation
Chromatin
epigenetic control
Protein degradation RNA silencing
一般而言的基因表达调控范畴
二、基因表达的时间性及空间性
（一）时间特异性
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，称之为基因表达的时间 特异性(temporal specificity)。
Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His C-terminal: α-helix binding DNA
常结合GC box
(2) 碱性亮氨酸拉链 bZIP
(3) 碱性螺旋-环-螺旋bHLH
bHLH蛋白(basic Helix-Loop-Helix)
2） TF常见的trans-activation domain
– usually expressed at high level – the level of their gene expression may vary

真核生物基因表达调控

真核生物基因表达调控

真核生物基因表达的调控远比原核生物复杂，可以发生在DNA水平、转录水平、转录后的修饰、翻译水平和翻译后的修饰等多种不同层次。

但是，最经济、最主要的调控环节仍然是在转录水平上。

DNA水平的调控DNA水平上的调控主要指通过染色体DNA的断裂，删除，扩增，重排，修饰（如甲基化与去甲基化，乙酰化与去乙酰化等）和染色质结构变化等改变基因的数量、结构顺序和活性而控制基因的表达。

转录水平的调控转录水平的调控包括染色质的活化和基因的活化。

通过染色质改型，组蛋白乙酰化，染色质变得疏松化及DNA去甲基化以便被酶和调节蛋白作用，基因的表达受顺式作用元件包括启动子及应答元件，转座元件，增强子，抑制子的调控，同时受反式作用因子包括基本转录因子，上游转录因子和转录调节因子等的调控。

转录后调控转录后调控包括hnRNA的选择性加工运输和RNA编辑在真核生物中，蛋白质基因的转录产物统称为hn RNA，必须经过加工才能成为成熟的mRNA分子。

加工过程包括三个方面：加帽、加尾和去掉内含子。

同一初级转录产物在不同细胞中可以用不同方式剪接加工，形成不同的成熟mRNA分子，使翻译成的蛋白质都可能不同。

转录后的RNA在编码区发生碱基插入，缺失或转换的现象。

翻译水平的调控阻遏蛋白与mRNA结合，可以阻止蛋白质的翻译并使成熟的mRNA变为失活状态贮存起来。

一些调控作用的micRNAh和siRNA 还可以与mRNA作用降解mRNA，阻止其翻译此外，还可以控制mRNA的稳定性和有选择的进行翻译。

翻译后调控直接来自核糖体的线状多肽链是没有功能的，必须经过加工才具有活性。

在蛋白质翻译后的加工过程中，还有一系列的调控机制。

1．蛋白质折叠线性多肽链必须折叠成一定的空间结构，才具有生物学功能。

在细胞中，蛋白质的折叠必须有分子伴侣的作用下才能完成折叠。

2．蛋白酶切割末端切割有些膜蛋白、分泌蛋白，在氨基端具有一段疏水性强的氨基酸序列，称为信号肽，用于前体蛋白质在细胞中的定位。

生物化学（本科）第十章基因表达调控及其相关细胞信号转导通路随堂练习与参考答案

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⽣物化学（本科）第⼗章基因表达调控及其相关细胞信号转导通路随堂练习与参考答案⽣物化学（本科）第⼗章基因表达调控及其相关细胞信号转导通路随堂练习与参考答案第⼀节概述第⼆节原核基因的转录调控第三节真核基因的转录调控第四节相关细胞信号转导通路1. (单选题)基因表达调控的基本控制点是( )A. 基因结构活化B. 转录起始C. 转录后加⼯D. 蛋⽩质翻译及翻译后加⼯E. mRNA从细胞核转运到细胞浆参考答案：B2. (单选题)分解代谢物基因激活蛋⽩(CAP)对乳糖操纵⼦表达的影响是( )A. 正性调控B. 负性调控C. 正性调控、负性调控都可能D. ⽆调控作⽤E. 可有可⽆参考答案：A3. (单选题)阻遏蛋⽩识别操纵⼦中的( )A.启动基因B.结构基因C.操纵基因D.内含于E.外显⼦参考答案：C4. (单选题)⽬前认为基因表达调控的主要环节是( )A. 翻译后加⼯B. 转录起始C. 翻译起始D. 转录后加⼯E. 基因活化A. 适应环境B. 调节代谢C. 维持⽣长D. 维持分裂E. 维持分化参考答案：A6. (单选题)⼀个操纵⼦通常含有( )A.⼀个启动序列和⼀个编码基因B.⼀个启动序列和数个编码基因C.数个启动序列和⼀个编码基因D.数个启动序列和数个编码基因E.两个启动序列和数个编码基因参考答案：B7. (单选题)对乳糖操纵⼦来说( )A. CAP是正性调节因素，阻遏蛋⽩是负性调节因素B. CAP是负性调节因素，阻遏蛋⽩是正性调节因素C. CAP和阻遏蛋⽩都是正性调节因素D. CAP和阻遏蛋⽩都是负性调节因素E. 在不同条件下，CAP和阻遏蛋⽩均显⽰正性或负性调节特点参考答案：A8. (单选题)lac阻遏蛋⽩由( )A. Z基因编码B. Y基因编码C. A基因编码D. I基因编码E. 以上都不是参考答案：D9. (单选题)基因表达产物是( )A. RNAB. DNAC. 蛋⽩质D. 酶和DNAE. ⼤多数是蛋⽩质，有些是RNAA. 作为阻遏物结合于操纵基因B. 作为辅阻遏物结合于阻遏物C. 使阻遏物变构⽽失去结合DNA的能⼒D. 抑制阻遏基因的转录E. 使RNA聚合酶变构⽽活性增加参考答案：C11. (单选题)顺式作⽤元件是指( )A. TATA box和CCAAT boxB. 基因的5’-侧翼序列C. 基因的3’-侧翼序列D. 具有转录调节功能的特异DNA序列E. 增强⼦参考答案：D12. (单选题)反式作⽤因⼦是指( )A. 具有激活功能的调节蛋⽩B. 具有抑制功能的调节蛋⽩C. 对另⼀基因具有激活功能的调节蛋⽩D. 对另⼀基因表达具有调节功能的蛋⽩E. 是特异DNA序列参考答案：D13. (单选题)启动⼦是指( )A. DNA分⼦中能转录的序列B. 与RNA聚合酶结合的DNA序列C. 与阻遏蛋⽩结合的DNA序列D. 有转录终⽌信号的DNA序列E. 与反式作⽤因⼦结合的RNA序列参考答案：B14. (单选题)增强⼦的作⽤是( )A. 促进结构基因转录B. 抑制结构基因转录C. 抑制阻遏蛋⽩D. 抑制操纵基因表达E. 抑制启动⼦A. 操纵基因结合B. 启动⼦上游的CAP位点结合C. DNA分⼦中任意⼀段序列结合D. 增强⼦结合E. 沉默⼦结合参考答案：B16. (单选题)通过胞内受体发挥作⽤的信息物质为 A．⼄酰胆碱B．γ-氨基丁酸C．胰岛素D．甲状腺素E．表⽪⽣长因⼦参考答案：D17. (单选题)细胞内传递信息的第⼆信使是A．受体B．载体C．⽆机物D．有机物E．⼩分⼦物质参考答案：E18. (单选题)下列哪项不是受体与配体结合的特点 A．⾼度专⼀性B．⾼度亲和⼒C．可饱和性D．不可逆性E. ⾮共价键结合参考答案：D19. (单选题)通过膜受体起调节作⽤的激素是A．性激素B．糖⽪质激素C．甲状腺素D．肾上腺素E．活性维⽣素D3参考答案：D20. (单选题)胞内受体的化学本质为F．糖脂参考答案：A21. (单选题)IP3与相应受体结合后，可使胞浆内哪种离⼦浓度升⾼A．K+B．Na+C．HCO3-D．Ca2+E． Mg2+参考答案：D22. (单选题)在细胞内传递激素信息的⼩分⼦物质称为 A．递质B．载体C．第⼀信使D．第⼆信使E．第三信使参考答案：D23. (多选题)真核⽣物基因结构特点是( )A.基因不连续性B.单顺反⼦C.含重复序列D.⼀个启动基因后接有⼏个编码基因E.含内含⼦参考答案：ABE24. (多选题)哪些是顺式作⽤元件? ( )A.启动⼦B.增强⼦C.内含⼦D.反应元件E.外显⼦参考答案：ABD25. (多选题)乳糖操纵⼦中具有调控功能的基因是( )A.A基因参考答案：CD26. (多选题)下列对增强⼦特征描述中，正确的是( )A.增强⼦可远距离发挥作⽤B.增强效应的位置和⽅向⽆关C.可通过启动⼦提⾼同⼀条链上的靶基因的转录效率D.没有基因的专⼀性，可在不同的基因组合上表现增强效应E.增强⼦是具有转录调节功能的特异DNA序列参考答案：ABCE27. (多选题)以下关于cAMP对原核基因转录的调控作⽤的叙述正确的是( )A.cAMP可与分解代谢基因活化蛋⽩(CAP)结合成复合物B.cAMP-CAP复合物结合在启动⼦前⽅C.葡萄糖充⾜时，cAMP⽔平不⾼D.葡萄糖和乳糖并存时，细菌优先利⽤乳糖E.葡萄糖和乳糖并存时，细菌优先利⽤葡萄糖参考答案：ABCE28. (多选题)以下关于反式作⽤因⼦的叙述哪些是正确的? ( )A.反式作⽤因⼦是调节基因转录的⼀类蛋⽩因⼦B.转录因⼦是⼀类反式作⽤因⼦C.增强⼦结合蛋⽩属反式作⽤因⼦D.阻遏蛋⽩是⼀类负调控反式作⽤因⼦E.RNA聚合酶是反式作⽤因⼦参考答案：ABCD29. (多选题)以下关于顺式作⽤元件的叙述哪些是正确的? ( )A.顺式作⽤元件是⼀类调节基因转录的DNA元件B.增强于是⼀类顺式作⽤元件C.启动⼦中的TATA盒和GC盒都是顺式作⽤元件D.操纵基因是原核⽣物中的⼀类负调控顺式作⽤元件E.顺式作⽤元件只对基因转录起增强作⽤参考答案：ABCD30. (多选题)受体与配体结合的特点包括A．⾼度专⼀性E 特定的作⽤模式参考答案：ABCDE31. (多选题)能与GDP/GTP结合的蛋⽩质是A．G蛋⽩B．Raf蛋⽩C．Rel A蛋⽩D．Grb-2蛋⽩E．Ras蛋⽩参考答案：AE32. (多选题)与配体结合后，⾃⾝具有酪氨酸蛋⽩激酶活性的受体是A．胰岛素受体B．表⽪⽣长因⼦受体C．⾎⼩板衍⽣⽣长因⼦受体D．⽣长激素受体E．⼲扰素受体参考答案：ABC33. (多选题)胞内受体的激素结合区能A．与配体结合B．与G蛋⽩偶联C．与热休克蛋⽩结合D．使受体⼆聚体化 E．激活转录参考答案：ACDE。

论述真核生物基因表达调控的方式及特点考研真题答案

论述真核生物基因表达调控的方式及特点考研真题答案

论述真核生物基因表达调控的方式及特点考研
真题答案
一、真核生物基因表达调控的方式
1.山染色体和染色质水平上的结构变化与基因活化。

2.转录水平上的调控，包括基因的开与关，转录效率的高与低。

3.RNA加工水平的调控，包括对出事转录产物的特异性剪接、修饰、编辑等。

4.转录后加工产物在从细胞核向细胞质转运过程中所受到的调控。

5.在翻译水平上的控制，即对哪一种mRNA 结合核糖体进行翻译的选择以及蛋白质成量的控制。

6.对蛋白质合成后选择性地被激活的控制，蛋白质和酶分子水平上的剪接等的控制。

7.对mRNA选择性降解的调控。

二、真核生物基因表达调控的特点
1.真核基因的转录是以染色体结构的一系列重要变化为前提的，即真核生物基因转录前在染色体水平上具有独特的调控机制。

转录活化的染色质对核酸酶极为敏感，其组蛋白的乙酰化、甲基化或磷酸化修饰改变，DNA碱基的甲基化程度下降。

2.转录起始的调控仍是真核基因表达调控的最关键环节，但比原核基因表达调控要复杂得多。

3.真核生物的基因表达调控在转录后层次不同于原核生物。

4.真核基因表达在翻译及翻译后仍可受到调控。

真核生物的基因表达调控ppt(共59张PPT)


在转录水平上的基因表达调控
真核生物的蛋白质基因的转录除了启动子、RNA聚合酶II和基础转录因 子以外，还需要其它顺式作用元件和反式作用因子的参与。 参与基因表达调控的主要顺式作用元件有：增强子、沉默子、绝缘 子和各种反应元件；参与基因表达调控的反式作用因子也称为转录 因子，它们包括激活蛋白、辅激活蛋白、阻遏蛋白和辅阻遏蛋白。 激活蛋白与增强子结合激活基因的表达，而阻遏蛋白与沉默子结合 ，抑制基因的表达，某些转录因子既可以作为激活蛋白也可以作为 阻遏蛋白其作用，究竟是起何种作用取决于被调节的基因。辅激活 蛋白缺乏DNA结合位点，但它们能够通过蛋白质与蛋白质的相互作 用而行使功能，作用方式包括：招募其它转录因子和携带修饰酶（ 如激酶或乙酰基转移酶）到转录复合物而刺激激活蛋白的活性；辅 阻遏蛋白也缺乏DNA结合位点，但同样通过蛋白质与蛋白质的相互 作用而起作用，作用机理包括：掩盖激活蛋白的激活位点、作为负 别构效应物和携带去修饰酶去中和修饰酶（如磷酸酶或组蛋白去乙 酰基酶）的活性。
真核生物与原核生物在 调控机制上的主要差异
调控的原因：原核生物基因表达调节的目的是为了更有效 和更经济地对环境的变化做出反应，而多细胞真核生物基 因表达调节的主要目的是细胞分化，它需要在不同的生长 时期和不同的发育阶段具有不同的基因表达样式； 调控的层次：原核生物基因表达调控主要集中在转录水平 ，但真核生物基因表达的转录后水平调节与其在转录水平 上的调节各占“半壁江山”，而某些调控层次是真核生物特有 的，比如染色质水平、RNA后加工水平和mRNA运输等；
调控的手段：原核生物绝大多数的基因组织成操纵子，但真核 生物一般无操纵子结构。
在染色质水平上的基因调控
原核生物的DNA绝大多数处于完全暴露和可接近的状态，而真核生物 DNA大部分被遮挡并组织成染色质。因此，原核生物DNA转录的“默认 状态”是开放，其调控机制主要是通过阻遏蛋白进行的负调控，而真核生 物DNA转录的“默认状态”是关闭，其调控机制主要是通过激活蛋白进行 的正调控。 染色质的结构是一种动态可变的结构，其结构的变化能直接影响到基因 的表达。已有众多证据表明，一个基因在表达前后，其所在位置的染色 质结构会发生重塑或重建。由于染色质的组成单位是核小体，因此，染 色质结构的改变是从核小体的变化开始的，而核小体的变化是从组蛋白 的共价修饰和去修饰开始的。

第十章真核生物基因的表达及其调控


使其后的基因不能转录，甲基化可能阻
碍转录因子与DNA特定部位的结合从而
影响转录。如果用基因打靶的方法除去
主要的DNA甲基化酶，小鼠的胚胎就不 能正常发育而死亡，可见DNA的甲基化 对基因表达调控是重要的。
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第十章真核生物基因的表达及其调控
• 由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个 被激活的过程，但目前对激活机制还缺乏认识。
第十章真核生物基因的 表达及其调控
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2020/11/28
第十章真核生物基因的表达及其调控
真核生物与原核生物的调控差异
•原核生物
•真核生物
• 操纵元调控。
• 多样化调控，更为复杂。
•
• 基因组小，大肠杆菌：总长 4.6×106bp, 编码4288个基因, 每 个基因约1100bp。
• •
因转录起始及其调控所需的蛋白因子也不完全
相同，因而不同启动子序列也很不相同，要比
原核更复杂、序列也更长。真核启动子一般包
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括转录起始点及其上游约100－200bp序列，包 含有若干具有独立功能的DNA序列元件，每个 元件约长7－30bp。最常见的哺乳类RNA聚合 酶Ⅱ启动子中的元件序列见表第1十章真核生物基因的表达及其调控
①核心启动子元件(core promoter element) 指 RNA聚合酶起始转录所必需的最小的DNA序列， 包括转录起始点及其上游－25/－30bp处的 TATA盒。核心元件单独起作用时只能确定转
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第十章真核生物基因的表达及其调控
❖②上游启动子元件(upstream promoter element) 包括通常位于－70bp附近的CAAT盒和GC盒、 以及距转录起始点更远的上游元件。这些元件 与相应的蛋白因子结合能提高或改变转录效率。 不同基因具有不同的上游启动子元件，其位置 也不相同，这使得不同的基因表达分别有不同 的调控。

真核生物基因表达的调控

真核生物基因表达的调控一、生物基因表达的调控的共性首先，我们来看看在生物基因表达调控这一过程中体现的共性和一些基本模式。

1、作用范围。

生物体内的基因分为管家基因和奢侈基因。

管家基因始终表达，奢侈基因只在需要的时候表达，但二者的表达都受到调控。

可见，调控是普遍存在的现象。

2、调控方式。

基因表达有两种调控方式，即正调控与负调控，原核生物和真核生物都离不开这两种模式。

3、调控水平。

一种基因表达的调控可以在多种层面上展开，包括DNA水平、转录水平、转录后加工水平、翻译后加工水平等。

然为节省能量起见，转录的起始阶段往往作为最佳调控位点。

二、真核生物基因表达调控的特点真核生物与原核细胞在结构上就有着诸多不同，这决定了二者在运行方面的迥异途径。

真核生物比原核生物复杂，转录与翻译不同时也不同地，基因组与染色体结构复杂，因而有着更为复杂的调控机制。

1、多层次。

真核生物的基因表达可发生在染色质水平、转录起始水平、转录后水平、翻译水平以及翻译后水平。

2、无操纵子和衰减子。

3、大多数原核生物以负调控为主，而真核生物启动子以正调控为主。

4、个体发育复杂，而受环境影响较小。

真核生物多为多细胞生物，在生长发育过程中，不仅要随细胞内外环境的变化调节基因表达，还要随发育的不同阶段表达不同基因。

前者为短期调控，后者属长期调控。

从整体上看，不可逆的长期调控影响更深远。

三、真核生物基因表达调控的机制介于真核生物表达以多层次性为最主要特点，我们可以分别从它的几个水平着眼，剖析它的调控机制。

1、染色质水平。

真核生物基因组DNA以致密的染色质形式存在，发生在染色质水平的调控也称作转录前水平的调控，产生永久性DNA序列和染色质结构的变化，往往伴随细胞分化。

染色质水平的调控包括染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰，等等。

a.基因丢失：丢失一段DNA或整条染色体的现象。

在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。

某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。

真核生物基因的表达调控


细胞周期与基因表达
G1期
细胞在G1期主要合成与DNA 复制有关的蛋白质，如复制因 子等。
G2期
G2期细胞主要合成与分裂期有 关的蛋白质，如微管蛋白等。
细胞周期
真核生物细胞周期分为间期和 分裂期，不同时期基因表达DNA的复制，同 时合成组蛋白等与染色体组装 有关的蛋白质。
翻译和后翻译修饰
翻译
mRNA在细胞质中被核糖体读取并翻译成蛋白质。翻译的效率受到多种因素的 影响，包括mRNA的浓度、核糖体的数量、以及各种翻译调控因子。
后翻译修饰
新合成的蛋白质经常需要进行翻译后修饰，如磷酸化、乙酰化、糖基化等，以 增加其活性和稳定性。这些修饰通常由特定的酶催化，并受到细胞内环境和信 号通路的调节。
肾上腺素
02
03
甲状腺激素
肾上腺素可以激活糖原分解和脂 肪分解相关基因的表达，提高能 量供应。
甲状腺激素可以促进细胞代谢， 提高基础代谢率，同时还可以影 响神经系统的发育。
神经递质对基因表达的调控
多巴胺
01
多巴胺可以影响奖赏和愉悦相关基因的表达，与成瘾行为和心
理健康有关。
5-羟色胺
02
5-羟色胺可以影响情绪和行为，与抑郁症和精神分裂症等精神
染色质重塑
染色质重塑是基因表达调控的另一重要机制，通过改变染色质的结构和组成，影响转录因 子的结合和RNA聚合酶的活性。
microRNA的调节
microRNA通过与mRNA结合，调控靶基因的表达水平，参与多种生物学过程，如发育、 代谢和应激反应等。
02
转录水平的调控
转录因子
1 2 3
转录因子概述
葡萄糖
葡萄糖水平可以影响胰岛素的分 泌，进而影响与胰岛素相关的基 因表达。
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类型II基因转录因子与顺式元件的相互作用
转录因子的调控作用 作用于序列不同的多个DNA位点: 亲和性相近，如HAP-1可以结 合CYC1和CYC7的UAS区，但两区段无同源性； 多种蛋白因子结合同一顺式因子: Ig基因的八聚体ATCAAAT可被 Oct-1、Oct-2、OBP-100、NFIII、NF-A1、NF-A2等因子结合，CCAAT可 被C/EBP、CTF/NF1、CP1、CP2等结合，TGACTCA由Ap1, Fos, Jun的异 源二聚体结合； 识别特异性DNA序列的时序: 不同因子的有序协同作用是特异性 结合调控基因活性的基础； 磷酸化作用: 许多转录因子的磷酸化/去磷酸化直接影响其活性， 如Sp1结合DNA后才能被磷酸化，其激酶亦结合DNA后才具有活性。
第十章 真核生物基因表达的调控
真核基因表达调控的特点 活性染色质和基因的转录 转录的顺式作用元件 基因转录的反式作用调控因子 类型II基因转录因子与顺式元件的相互作用 真核基因转录的调控机制 细胞周期的调控
真核基因表达调控的特点
基因组DNA 原核生物DNA: 很少结合蛋白质，转录起始终止反应快; 真核生物DNA: 与组蛋白形成核小体(染色质)并进一步组装成染色体， 基因的转录需要染色质结构的变化； 转录和翻译 原核生物: 无核膜，转录与翻译偶联(trp操纵子衰减作用); 真核生物: 核膜分隔，核内转录及及其加工，胞质进行翻译，可影响核 内基因转录和加工； 细胞生长与分化 所有细胞含有相同的DNA，不同细胞内进行基因的 “程序化”差异表达是细胞生长分化的基础； 基因表达调控的复杂性 环境信号－原核与真核生物细胞的反应各 异，原核细胞受到的环境变化反应基本一致，真核细胞基因表达受到 调节蛋白、肽激素、信号分子等的特异性调控； 持家基因(house-keeping)-所有细胞类型都表达，时态基因－不同发育 时期表达，组织特异基因(tissue-specific)－特定组织器官表达.
类型II基因的转录因子 普遍性转录因子: 作用于基本核心启动子如TATA box、 INR(转录起始区)，每种细胞类型都必需的，如 TFIID/A/B/E/F/G/H/I等。 特异性转录因子: 作用于转录起始复合物形成过程的 靶分子和控制位点，含DNA特异性序列结合结构域和激活 结构域(有的两者都有)。
DNA甲基化与基因转录 DNA甲基化主要是胞嘧啶的甲基化，可改变与DNA结合 蛋白的特异性识别作用，甲基化在大多数脊椎动物中使基因处于 失活状态。与基因调节有关的大多数甲基化发生在短序列CpG(称 CpG双联体)的胞嘧啶上，而且其通常成族于基因5’区构成CpG岛 (CpG island)，虽然高等动物中DNA只有约3－4％甲基化，但80 －100％的CpG双联体可能含甲基化胞嘧啶。胞嘧啶甲基化由（胞 嘧啶－5）－甲基转移酶催化形成。 DNA甲基化与基因调节相关，哺乳动物的X染色体是高度 甲基化的其上的基因几乎是失活的；珠蛋白(globin)基因在鸡成熟 卵中高度甲基化亦是失活的，受精后血红细胞的胚性血红蛋白去 甲基化，转录开始，而成人胚性血细胞的珠蛋白基因保持高度甲 基化并处于失活状态。许多感染脊椎动物的病毒游离状态时是去 甲基化的，感染后即被甲基化需去甲基化才能激活。无脊椎动物 如果蝇，及真菌中胞嘧啶很少甲基化，高等植物中基因总是高度 甲基化。甲基化如何影响基因活性尚不清楚。
转录因子的激活结构域 转录因子活性的调控 配基结合活化作用: 结合诱导刺激物改变转 录因子构象； 蛋白质糖基化: 发生在Ser/Thr残基上，与磷 酸化相互排斥； 磷酸化/去磷酸化: 由信号传导激活蛋白激酶/ 磷酸酶调控。
蛋白质-蛋白质相互作用: 甾体激素受体与Hsp90结合为失活状 态，结合甾体激素后被激活进入核内结合基因； 酸性氨基酸聚集结构域: 酸性氨基酸高度集中，含一个两亲性 α 螺 旋(一侧酸性, 另一侧疏水)，酸性激活结构域可能参与蛋 白质-蛋白质相互作用，如GAL4、GCN4、AP1/Jun； 富含谷氨酰胺结构域: 在Sp-11、Oct-1、Oct-2、HAP-1、HAP2、GAL11、Jun、Ap-2、SRF等转录因子中发现，Sp-1结合 GC box，活化结构域含25%谷氨酰胺； 富含脯氨酸结构域: CTF/NF-1、AP2的C端出现，含20-30%脯氨酸，Jun、 Oct-2等 亦出现；
类型II基因转录因子的例子 Sp1: 结合GC box－GGGCGG, DNA结合区含锌指结构，N端为激 活区富含谷氨酰胺(25%)，许多基因启动子含多个GC box，Sp1结合于GC 的同侧DNA大沟中，提高转录活性10~25倍，参与组成型表达； CTF: 结合CCAAT box, N端185aa较保守含许多正电荷 α螺 旋结合 DNA大沟，C端为活化肽段，含20~30%脯氨酸； GAL4: N端结合DNA，C端为活化结构域含较多酸性氨基酸, 可能 通过与普遍性转录因子相互作用表现特异性表达调控； Ap1: 包括Fos, Jun，含亮氨酸拉链结构，形成二聚体(同源/异源， Jun/Fos)结合DNA; CREB/ATF: CRE结合蛋白，由cAMP活化，能同Jun/Fos形成异源 二聚体； C/EBP: 识别增强子，C端含亮氨酸拉链形成二聚体，由碱性α 螺 旋结合DNA，又与其它转录因子相互作用。
转录因子的结构式样 DNA结合蛋白的功能结构域在DNA-蛋白质相互识别、结合中具 有重要作用: 1)结合DNA的结构域；2)蛋白质-蛋白质相互作用结构域。 HTH: 包括识别螺旋-转角-结合螺旋； 同源盒结构域(HD): homeobox; 锌指结构: zinc finger, 包括锌族结构(6个Cys与两个Zn++配位结合) 和锌扭结构(8个Cys结合Zn++配位结合形成四面体); 亮氨酸拉链: leucine zipper，包括bZip(碱性亮氨酸拉链); HLH: helix-loop-helix。
类型I基因的转录因子 UBF: upstream binding factor, 可结合核心启动子和上游启动子序 列，与HMG-1的DNA结合结构域具相似结构； SL-1: 结合核心启动子序列，由TBP和3种TAFs组成； TFIC和TFIA: 结合和激活RNA pol I； 类型III基因的转录因子 TFIIIA: 结合5S rRNA基因内部控制区(ICR, C box)，含9个锌指结 构； TFIIIC: 结合tRNA基因内启动子，酵母中为τ因子，可结合A/B box(τA/τB)； TFIIIB: 与TFIIIC-DNA复合物相互作用正确定位RNA pol; TFIID: 部分III类基因需要TFIID； UBF: 影响5S rRNA和tRNA基因转录； TFIIIR: 为含有RNA的转录因子。
类型II基因的顺式作用元件 核心启动子区: 包括-25~-30区的TATA box(TATAAA)，INR(转录起始区, PyPyA+1NT/APyPy，结合 TAFII和Pol II)，及帽子编码序列(CS)； 上游调控元件(UPE): 包括GC序列(GGGCGG，结合 SP-1), CCAAT box(GGCCAATCT)等； 增强子(enhancer): 在上下游或内含子内，可以两个方 向起作用，可作用于多个基因的表达即可以互换增强子，包 括诱导型增强子和组织特异性增强子； 抑制子: 为负调控元件，可阻断顺式作用元件的增强子 活性，去除后可恢复非特异性表达或转变为组织特异性表达。
DNA的DNaseI高敏感性和超敏感性 活性染色质往往出现对DNaseI的敏感性，主要是编码、 转录成mRNA的区段。高敏感位点出现在启动子内，大小一 般不超过200bp(1kb范围)，与基因表达相关。 某些活化转录基因族的上游和下游区出现超敏感位 点，如人珠蛋白基因家族的上下游，其界限内为潜在的活化 基因。 非组蛋白HMG HMG蛋白(high mobility group, 高度可移动蛋白)为结 合活化染色质的小分子NHP蛋白，每10个核小体结合1个 HMG分子，导致基因对DNaseI的敏感性。
活性染色质和基因的转录
转录活性染色质与核小体置换 间期核内DNA被10nm核小体(H2A/H2B/H3/H4各2个组成八聚 体，精氨酸残基插入DNA小沟内，赖氨酸稳定核小体内或之间的 DNA相互作用)缠绕(146bp/1.65圈), 一些高丰度的非组蛋白(NHP)如 HMG蛋白亦结合DNA，形成30nm的染色质纤丝，染色质的去浓缩 (decondensed)是基因转录的前提； 染色质上核小体组蛋白的存在(包括H1)防碍转录因子的接近 起到阻遏基因转录的作用，一分子转录因子与特定序列核小体表面互 作而其他分子协同的伸入核小体轴心其他因子随后参与发生核小体重 组装(remodeling)－包括持久性置换和诱导型置换，主要发生在启动子 和上游调控区； 转录单位内的核小体在RNA pol移动中会发生构象和组分变化 如H1减少，HMG增加，组蛋白乙酰化增加，H2A/H2B二聚体不稳定 －“裂解的核小体”，减少对转录的抑制作用。
普遍性转录因子的结构与功能 TFIID的TBP(TATA binding protein)结构域结合启动子 的TATA box，促进其它转录因子的结合。TFII I 结合INR。 许多普遍性转录因子含有与RNA聚合酶σ因子相似的结构域， 识别特异启动子起始转录。 RNA pol.II的结构与功能 CTD结构域含YSPTSPS的重复单位, 不同不同程度磷 酸化在转录起始与延伸中具有重要作用。
RNA聚合酶I转录调控区
一个在-30—+15即核心启动子(core promoter element)，另 一为上游启动子区(upstream promoter element)在-150—-50，不同 物种的启动子因子有显著差异，启动子区没有和mRNA的TATA 和CAAT盒顺序，故物种间大前体-rRNA基因的转录起始是不同 的。基因间间隔含一个或几个终止信号可终止其之前的基因的 转录而其本身不转录，间隔区含多种反向顺序可作为增强子结 合转录因子。
基因转录的反式调控因子
转录因子的种类 按功能分: 1)普遍性转录因子, 如TFIID等； 2)转录激活因子，结合UPE/enhancer； 3)转录抑制因子，为负调控因子； 按靶位点的特异性分: 1)组织/细胞特异性结合因子； 2)序列特异性结合因子: 大多数DNA结合蛋白; 3)基因特异性结合因子: 结合特定基因的序列;