真核生物基因表达调控
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真核生物基因表达调控的多种方式真核生物基因表达包括转录、翻译和蛋白修饰等复杂过程,其中涉及多种调控方式。
以下是真核生物基因表达的各种表达调控方式的简述:1. 转录前调控转录前调控是指在 DNA 复制后被转录成 RNA 的过程中,通过调控 RNA 聚合酶 (RNA polymerase) 的亲和力、移动速度和活性等方式来控制基因的表达。
其中一些调控因子可以与启动子区域中的特定序列结合,从而抑制或增强 RNA 聚合酶的活性。
此外,一些转录因子还可以与 RNA 聚合酶结合,促进 RNA 聚合酶的移动,从而加快转录速率。
2. 转录调控转录调控是指通过调控 RNA 聚合酶结合到特定基因的启动子上,来控制基因的表达。
转录调控可以通过调节转录因子的数量、亲和力和活性等方式来实现。
一些转录因子可以与启动子区域中的特定序列结合,从而抑制或增强 RNA 聚合酶的活性。
此外,一些转录因子还可以与 RNA 聚合酶结合,促进 RNA 聚合酶的活性,从而加快转录速率。
3. 转录后调控转录后调控是指在基因被转录后,通过调控 RNA 剪接、RNA 编辑、RNA 降解等方式来控制基因的表达。
这些调控方式可以影响 RNA 的稳定性、可用性和转录本的多样性。
例如,一些调控因子可以与 RNA 剪接因子结合,从而改变 RNA 剪接的速率和方向。
一些 RNA 编辑酶可以编辑 RNA,改变基因表达。
此外,RNA 降解酶可以降解 RNA,从而抑制基因的表达。
4. 翻译调控翻译调控是指通过调控 mRNA 的稳定性、可用性和翻译速率等方式来控制基因的表达。
例如,一些调控因子可以与 RNA 聚合酶结合,从而抑制或增强 RNA 聚合酶的活性。
此外,一些翻译调控因子可以与 mRNA 结合,从而改变 mRNA 的稳定性和翻译速率。
5. 蛋白修饰调控蛋白修饰调控是指通过调控蛋白质的修饰方式来控制蛋白质的活性、稳定性和可用性等方式来控制基因的表达。
例如,一些修饰因子可以与蛋白质结合,从而改变蛋白质的修饰方式。
真核生物基因表达的调控09中西七2班 032009225 丁雪菲真核生物的基因表达可以随细胞内外环境条件的改变以及生长发育的不同阶段而在不同表达水平上加以精确的调节,这是真核生物基因表达调控的多层次性。
真核生物基因表达的调控可以发生在以下各个水平: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,在DNA和染色质水平上发生的改变包括:染色质丢失(某些序列的删除)、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰和异染色质化等。
发生在染色质水平的基因表达调控,也称转录前水平的调控。
真核生物中的基因组DNA与组蛋白形成复合物,组蛋白在细胞内含量丰富,几乎与DNA的含量相当。
真核生物中大多数编码蛋白质的基因为简单重复序列,但是组蛋白基因是中度重复序列,其中多数拷贝是完全相同的,有一些则差异较大。
导致组蛋白不均一性的另一个原因是组蛋白的修饰,最常见的组蛋白修饰是乙酰化,一般发生在N端氨基或者赖氨酸的ε-氨基上。
这种修饰可以影响染色质的结构和功能,调控基因活性。
2、转录起始水平组蛋白对基因转录活性的影响例子:爪蟾卵母细胞5SrRNA基因只在卵母细胞中转录实验证明:转录因子和组蛋白可以竞争基因的转录调控区,去过转录因子与调控区亲和力低,则基因的调控区与组蛋白形成核小体,并由H1将核小体交联成有序的紧密结构,抑制基因的转录活性;反之如果转录因子先与基因控制区结合,则不能与组蛋白形成核小体,基因具有转录活性。
3、转录后水平真核生物可以通过选择不同的5’-起始点或者3’-加尾位点产生不同的成熟mRNA,最终合成不同的蛋白;也可以进行组织特异性的选择性拼接,表达具有不同生物活性的蛋白。
3.1可变拼接mRNA前体可以选择不同的拼接途径产生不同的成熟mRNA,称为可变拼接。
例子:大鼠的免疫球蛋白μ重链基因大鼠的免疫球蛋白μ重链有两种存在形式:分泌型和膜结合型。
两种蛋白的区别在于羧基末端,膜结合型的羧基末端为疏水区,可以锚定在膜上;分泌型羧基端为亲水区,不能锚定在膜上而称为分泌型蛋白。
真核基因表达调控的特点
真核基因表达调控有以下几个特点:
1. 基因组的复杂性:真核生物的基因组通常比原核生物更大且更复杂。
真核基因组包含多个非编码区域和大量的调控元件,这些元件可以影响基因的表达水平和模式。
2. 转录的调控:真核生物中的基因表达主要通过转录调控来实现。
转录调控包括转录因子的结合和调节,以及染色质状态的改变。
转录因子是一类能够结合到特定DNA序列上并调控相关基因转录的蛋白质。
它们可以增强或抑制基因的转录,从而影响基因表达。
3. 多级调控网络:真核生物中的基因表达调控是一个多级的网络系统。
这个网络包括许多调控元件、转录因子和其他调控蛋白质之间的相互作用。
这些元件和因子可以形成复杂的调控回路和信号传递路径,从而调控基因的表达。
4. 组蛋白修饰:染色质状态的改变在真核基因表达调控中起着重要作用。
染色质是DNA与蛋白质的复合物,通过不同的化学修饰可以改变染色质的结构和可及性,从而影响基因的转录。
常见的染色质修饰包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化和甲基化等。
5. RNA后转录调控:除了转录调控外,真核生物中还存在着RNA 后转录调控机制。
这些调控机制包括RNA剪接、RNA编辑和非编码RNA 的功能等。
它们可以影响基因的转录后处理和调控基因表达的多样性。
综上所述,真核基因表达调控具有基因组的复杂性、转录的调控、多级调控网络、组蛋白修饰和RNA后转录调控等特点,这些特点共同
作用来调控基因的表达水平和模式。
真核生物基因表达调控的层次引言:基因表达调控是指基因转录和翻译过程中的调节机制,它决定了细胞在不同时间和环境中产生不同功能的蛋白质。
真核生物基因表达调控具有多个层次,包括染色质结构调控、转录水平调控、RNA加工和转运调控、翻译调控以及蛋白质修饰和定位调控。
本文将就这些层次进行详细介绍。
一、染色质结构调控:染色质结构调控是指通过改变染色质的结构和组织方式来调控基因表达。
染色质的结构包括开放的区域和紧密的区域,开放的区域便于转录因子的结合和启动子的访问,从而促进基因的转录。
染色质结构调控包括DNA甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA的参与等。
DNA甲基化是一种常见的染色质结构调控方式,通过甲基化酶催化DNA上的甲基化反应,使得某些基因的启动子区域被甲基化,从而阻止转录因子的结合。
组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化等,这些修饰可以改变染色质的结构,影响基因的转录水平。
非编码RNA是一类不编码蛋白质的RNA分子,它可以通过与染色质相互作用来调控基因的表达。
二、转录水平调控:转录水平调控是指在转录过程中对RNA合成的调控。
转录调控涉及到转录因子的结合、启动子的可访问性以及转录复合物的组装等。
转录因子是一类蛋白质,它们可以通过与DNA结合来调控基因的转录。
转录因子的结合位点通常位于启动子区域,它们可以通过激活或抑制转录的方式来调控基因的表达。
启动子的可访问性是指转录复合物能否顺利结合到启动子上,这涉及到染色质的开放程度以及转录因子的作用。
转录复合物的组装包括RNA聚合酶与转录因子的结合以及其他辅助因子的参与,这些因子的作用可以影响基因的转录速度和效率。
三、RNA加工和转运调控:RNA加工和转运调控是指在RNA合成后对RNA分子的修饰和定位调控。
RNA加工包括剪接、剪切和多聚腺苷酸化等过程,这些过程可以改变RNA的结构和功能。
剪接是指将RNA前体分子中的内含子剪切掉,从而形成成熟的mRNA分子。
剪切的方式和位置不同,可以产生不同的转录产物。
真核基因表达调控的五个水平真核基因表达调控是指在真核生物中,通过一系列的调控机制来控制基因的表达。
这些调控机制可以分为五个水平:染色质水平、转录水平、RNA加工水平、转运水平和翻译水平。
染色质水平是指通过改变染色质的结构和状态来调控基因表达。
在真核生物中,染色质通常会以一种紧密的形式存在,称为紧密染色质。
这种紧密染色质不容易被转录因子识别和结合,从而抑制基因的转录。
而在某些特定的时机,染色质会发生松弛,使得转录因子能够更容易地与基因的启动子结合,从而促进基因的转录。
这种染色质的结构和状态的改变可以通过DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等机制来实现。
转录水平是指通过调控转录过程来控制基因表达。
转录是指将DNA 中的基因信息转录成RNA的过程。
在转录过程中,转录因子会结合到基因的启动子区域,通过与RNA聚合酶的相互作用来启动和调节转录过程。
转录因子的结合位置和数量可以影响基因的转录水平。
此外,还有一些转录调控因子可以通过与转录因子相互作用,调节其活性和稳定性,从而进一步调控基因的转录。
RNA加工水平是指通过对转录后的RNA分子进行剪接、修饰和降解等加工过程来调控基因表达。
在转录后,RNA分子需要经过剪接来去除其中的内含子序列,形成成熟的mRNA分子。
剪接的方式和位置可以影响基因的表达模式。
此外,还有一些修饰酶可以对RNA 分子进行修饰,如加上甲基或磷酸基团,从而影响其稳定性和功能。
另外,RNA分子还会受到RNA降解酶的作用,从而降解掉一部分RNA分子,进一步调控基因的表达水平。
转运水平是指通过调控RNA分子的运输和定位来调控基因表达。
在真核生物中,RNA分子需要通过核孔复合体来从细胞核转运到细胞质,然后再到达特定的亚细胞位置。
在细胞质中,RNA分子可以与翻译机器相互作用,从而进一步调控基因的翻译。
此外,还有一些RNA分子可以通过与RNA结合蛋白相互作用,形成RNA颗粒体或RNA复合体,从而影响RNA的稳定性和功能。
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。
信号肽必须切除多肽链才具有功能。
多聚蛋白质的切割
有些新合成的多肽链含有几个蛋白质分子的序列,切割以后产生具有不同功能的蛋白质分子。
3、蛋白质的化学修饰
简单的化学修饰是将一些小的化学基团,如乙酰基、甲基、磷酸基加到氨基酸侧链上,或者加到氨基端或羧基端。
复杂的修饰是蛋白质的糖基化(glycosylation),就是将一些分子量很大的碳水化合物加到多肽链上。
4、切除蛋白质内含子
有些mRNA翻译的最初产物也具有内含子(intein)序列,位于多肽链序列的中间,经剪接后,蛋白质的外显子(extein)才能连接成为成熟的蛋白质。