8真核基因表达调控例析.ppt

CHAPTER 8 真核生物基因表达的调控 真核基因表达调控的最显著特征是能在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现“预定”的、有序的、不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围内保持正常功能。 原核生物的调控系统就是要在一个特定的环境中为细胞创造高速生长的条件，或使细胞在受到损伤时，尽快得到修复，所以，原核生物基因表达的开关经常是通过控制转录的起始来调节的。 真核生物基因调控，根据其性质可分为两大类： 第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应，包括某种底物或激素水平升降及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。? 第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。 研究基因调控主要应回答3个问题：① 什么是诱发基因转录的信号？② 基因调控主要是在哪一步（模板DNA的转录、mRNA的成熟或蛋白质合成）实现的？③ 不同水平基因调控的分子机制是什么？ 真核基因组结构特点 ① 在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，不存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。② 真核细胞DNA都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分DNA是裸露的。③ 高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。④ 真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。 ⑤真核生物结构基因的调节区也能与蛋白质结合，但是并不直接影响启动子与RNA聚合酶的结合，而是通过改变整个所控制基因5’上游去DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。 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。 ⑦许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，才能被顺利地翻译成蛋白质。 原核生物和真核生物基因表达调控的差别 （1） 原核生物的DNA不与蛋白质形成核小体结构，也没有核膜将基因转录和翻译隔离开来，基因转录和翻译相互偶联，而且mRNA的半衰期很短，一种mRNA必须持续转录才能维持蛋白质的合成，因此原核生物基因表达的调控主要在转录水平。而真核生物形成了以核小体为单位的染色质结构，出现了染色质结构对基因表达的调控作用，尤其是核膜的存在，把基因的转录和翻译分别分隔在细胞核和细胞质中进行，使它们在时空上得以分开，而且转录和翻译产物还需要经过复杂的加工与转运过程，从而形成了真核生物基因表达调控的多层次性 （2） 无论原核生物还是真核生物，基因表达调控的机制都包括正调控和负调控，原核生物以负调控为主，而真核生物以正调控更为常见，这与它们染色质的结构有关。真核生物与组蛋白形成核小体和染色质结构，使得RNA聚合酶难以发现启动子序列，因而常态下的真核生物基因表达处于非活化状态。只有在各种激活蛋白的帮助下，使RNA聚合酶和转录因子能够接近启动子序列，才能启动基因的表达。真核生物的基因转录表现为独立模式，即一个基因产生一个单顺反子mRNA（秀丽隐杆线虫是目前发现唯一的例外），而原核生物中可由一组基因产生一个多顺反子mRNA。 （3） 真核生物的基因数目比原核生物多，而且大多数基因都有内含子，还存在大量的重复序列。如人类细胞基因组约有DNA 3.3×109bp，约为大肠杆菌总DNA的700倍，其中约2.9×109bp为常染色质，人类基因组含2.0～2.5万个基因，与蛋白质合成有关的外显子序列仅占1%。原核生物蛋白质的长度较真核生物小，如大肠杆菌蛋白质的平均长度是317个氨基酸，达500个氨基酸大小的蛋白质极少，而真核细胞中约1/3蛋白质具有500个氨基酸。 （4） 真核生物基因表达调控不仅受细胞内外环境的影响，还要随发育的不同阶段表达不同的基因，前者属于短期调控或称可逆调控，后者属于长期调控或称不可逆调控，决定真核生物细胞生长分化的发育进程。 不同层次真核生物基因表达的调控 DNA水平的调控 转录水平的调控(transcriptional regulation) 转录后水平的调控(post transcriptional regulation) RNA加工成熟过程的调控 (RNA processing) 翻译水平的调控 (translational regulation) 蛋白质加工和成熟过程的调控(protein maturation and processing) 8.1 DNA水平的调控 通过改变DNA序列和染色质结构从而影响基因表达的过程都属于DNA水平的调控。 核的全能性（totipoten