《真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控》PPT課件

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1、第七章真核生物基因的表達(dá)及其調(diào)控第一節(jié)真核生物表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)真核生物基因的表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)遠(yuǎn)比原核生物復(fù)雜真核生物和原核生物由于基本生活方式不同所決定基因表達(dá)調(diào)控上的巨大差別。原核生物的調(diào)控系統(tǒng)就是要在一個(gè)特定的環(huán)境中為細(xì)胞創(chuàng)造高速生長(zhǎng)的條件，或使細(xì)胞在受到損傷時(shí)，盡快得到修復(fù)，所以，原核生物基因表達(dá)的開(kāi)關(guān)經(jīng)常是通過(guò)控制轉(zhuǎn)錄的起始來(lái)調(diào)節(jié)的。真核生物（除酵母、藻類(lèi)和原生動(dòng)物等單細(xì)胞類(lèi)之外）主要由多細(xì)胞組成，每個(gè)真核細(xì)胞所攜帶的基因數(shù)量及總基因組中蘊(yùn)藏的遺傳信息量都大大高于原核生物。人類(lèi)細(xì)胞單倍體基因組就包含有3×109bp總D

2、NA，約為大腸桿菌總DNA的1000倍，是噬菌體總DNA的10萬(wàn)倍左右！真核基因表達(dá)調(diào)控的最顯著特征是能在特定時(shí)間和特定的細(xì)胞中激活特定的基因，從而實(shí)現(xiàn)"預(yù)定"的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過(guò)程，并使生物的組織和器官在一定的環(huán)境條件范圍內(nèi)保持正常功能。真核生物基因調(diào)控，根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類(lèi)：第一類(lèi)是瞬時(shí)調(diào)控或稱(chēng)可逆性調(diào)控，它相當(dāng)于原核細(xì)胞對(duì)環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)，包括某種底物或激素水平升降及細(xì)胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。第二類(lèi)是發(fā)育調(diào)控或稱(chēng)不可逆調(diào)控，是真核基因調(diào)控的精髓部分，它決定了真核細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、

3、發(fā)育的全部進(jìn)程。原核生物真核生物操縱元調(diào)控。多樣化調(diào)控，更為復(fù)雜。基因組小，大腸桿菌：總長(zhǎng)4.6×106bp,編碼4288個(gè)基因,每個(gè)基因約1100bp?；蚪M大，人類(lèi)基因組全長(zhǎng)3×109bp，編碼10萬(wàn)個(gè)基因，其余為重復(fù)序列?；蚍植荚谕蝗旧w上，操縱元控制。DNA與組蛋白結(jié)合成染色質(zhì)，染色質(zhì)的變化調(diào)控基因表達(dá)；基因分布在不同的染色體上，存在不同染色體間基因的調(diào)控問(wèn)題。適應(yīng)外界環(huán)境，操縱元調(diào)控表達(dá)?；虿顒e表達(dá)是細(xì)胞分化和功能的核心。轉(zhuǎn)錄和翻譯同時(shí)進(jìn)行，大部分為轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控。轉(zhuǎn)錄和翻譯在時(shí)間和空間上均不同，從DNA

4、到蛋白質(zhì)的各層次上都有調(diào)控，但多數(shù)為轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控真核生物與原核生物的調(diào)控差異一、真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)與原核生物比較它具有一些明顯的特點(diǎn)：(一)真核基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)更多基因表達(dá)是基因經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯、產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的整個(gè)過(guò)程。同原核生物一樣，轉(zhuǎn)錄依然是真核生物基因表達(dá)調(diào)控的主要環(huán)節(jié)。但真核基因轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核(線粒體基因的轉(zhuǎn)錄在線粒體內(nèi))，翻譯則多在胞漿，兩個(gè)過(guò)程是分開(kāi)的，因此其調(diào)控增加了更多的環(huán)節(jié)和復(fù)雜性，轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控占有了更多的分量。(二)真核基因的轉(zhuǎn)錄與染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化相關(guān)。真核基因組DNA絕大部分都在

5、細(xì)胞核內(nèi)與組蛋白等結(jié)合成染色質(zhì)，染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)、染色質(zhì)中DNA和組蛋白的結(jié)構(gòu)狀態(tài)都影響轉(zhuǎn)錄，至少有以下現(xiàn)象：1.染色質(zhì)結(jié)構(gòu)影響基因轉(zhuǎn)錄染色體結(jié)構(gòu)復(fù)雜由DNA、組蛋白、非組蛋白等大分子組成;DNA順序重復(fù);基因不連續(xù)性,真核生物基因的不連續(xù)性和轉(zhuǎn)錄后加工是真核基因有別于原核基因的又一重要特征。2、存在許多基因家族(genefamily)來(lái)源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因組成單一的基因簇或稱(chēng)基因家族。同一家族中的成員有時(shí)緊密地排列在一起，成為一個(gè)基因簇；更多的時(shí)候，它們卻分散在同一染色體的不同部位，甚至位于不同的染色體上，具

6、有各自不同的表達(dá)調(diào)控模式。3、組蛋白的作用：組蛋白與DNA結(jié)合阻止DNA上基因的轉(zhuǎn)錄，去除組蛋白基因又能夠轉(zhuǎn)錄。組蛋白是堿性蛋白質(zhì)，帶正電荷，可與DNA鏈上帶負(fù)電荷的磷酸基相結(jié)合，從而遮蔽了DNA分子，妨礙了轉(zhuǎn)錄，可能扮演了非特異性阻遏蛋白的作用；染色質(zhì)中的非組蛋白成分具有組織細(xì)胞特異性，可能消除組蛋白的阻遏，起到特異性的去阻遏促轉(zhuǎn)錄作用。4.轉(zhuǎn)錄活躍的區(qū)域也常缺乏核小體的結(jié)構(gòu)。這些都表明核小體結(jié)構(gòu)影響基因轉(zhuǎn)錄。5.轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域?qū)怂崦缸饔妹舾卸仍黾??；钴S進(jìn)行轉(zhuǎn)錄的染色質(zhì)區(qū)域受DNaseⅠ消化常出現(xiàn)100－200bp

7、的DNA片段，且長(zhǎng)短不均一，說(shuō)明其DNA受組蛋白掩蓋的結(jié)構(gòu)有變化，出現(xiàn)了對(duì)DNaseⅠ高敏感點(diǎn)(hypersensitivesite)。這種高敏感點(diǎn)常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄基因的5′側(cè)區(qū)、3′末端或在基因上，多在調(diào)控蛋白結(jié)合位點(diǎn)的附近，分析該區(qū)域核小體的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可能有利于調(diào)控蛋白結(jié)合而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。6.DNA堿基修飾變化：真核DNA中的胞嘧啶約有5%被甲基化為5-甲基胞嘧啶(5methylcytidine,m5C)，而活躍轉(zhuǎn)錄的DNA段落中胞嘧啶甲基化程度常較低。這種甲基化最常發(fā)生在某些基因5′側(cè)區(qū)的CG序列中實(shí)驗(yàn)表明這段序

8、列甲基化可使其后的基因不能轉(zhuǎn)錄，甲基化可能阻礙轉(zhuǎn)錄因子與DNA特定部位的結(jié)合從而影響轉(zhuǎn)錄。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發(fā)育而死亡，可見(jiàn)DNA的甲基化對(duì)基因表達(dá)調(diào)控是重要的。由此可見(jiàn)，染色質(zhì)中的基因轉(zhuǎn)錄前先要有一個(gè)被激活的過(guò)程，但目前對(duì)激活機(jī)制還缺乏認(rèn)識(shí)。(三)真核基因表達(dá)以正性調(diào)控為主：真核R