《分子生物學(xué)許曉東》PPT課件

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1、8基因的表達(dá)與調(diào)控（下）——真核基因表達(dá)調(diào)控一般規(guī)律真核基因的表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)：原核細(xì)胞——環(huán)境因素對(duì)調(diào)控起決定性的作用。群體中每一個(gè)細(xì)胞對(duì)環(huán)境變化的反應(yīng)是直接的和一致的。真核細(xì)胞——基因表達(dá)調(diào)控最明顯的特征是在特定時(shí)間，特定的細(xì)胞中特定的基因被激活，實(shí)現(xiàn)“預(yù)定”的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育，并使生物的組織和器官保持正常功能。這是生命活動(dòng)規(guī)律決定的，環(huán)境因素在其中作用不大。真核生物基因調(diào)控可分為兩大類：第一類是瞬時(shí)調(diào)控或稱可逆性調(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，或細(xì)胞周期不同階段酶活性的調(diào)節(jié)；第二類是

2、發(fā)育調(diào)控或稱不可逆調(diào)控，是真核基因調(diào)控的精髓部分，決定了真核細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、發(fā)育的進(jìn)程。根據(jù)基因調(diào)控發(fā)生的先后次序，又可分為：轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控（RNA加工成熟過(guò)程的調(diào)控，翻譯水平的調(diào)控，蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控）。研究基因調(diào)控的三個(gè)主要內(nèi)容：誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的信號(hào)？基因調(diào)控在哪一步（模板DNA的轉(zhuǎn)錄、mRNA的成熟或蛋白質(zhì)合成）實(shí)現(xiàn)的？不同水平基因調(diào)控的分子機(jī)制什么？本章內(nèi)容：真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成蛋白質(zhì)磷酸化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白質(zhì)乙?；瘜?duì)基因表達(dá)的影響激素與熱激蛋白對(duì)基因表達(dá)的影響其他水平上的表達(dá)調(diào)控8.1真核

3、生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性真核細(xì)胞與原核細(xì)胞在基因轉(zhuǎn)錄、翻譯及DNA的空間結(jié)構(gòu)方面存在的差異:在真核細(xì)胞中，成熟mRNA為單順?lè)醋觤RNA，很少存在原核生物中常見(jiàn)的多基因操縱子形式。真核細(xì)胞DNA與組蛋白和大量非組蛋白相結(jié)合，只有一小部分DNA是裸露的。高等真核細(xì)胞DNA中很大部分是不轉(zhuǎn)錄的，大部分真核細(xì)胞的基因中間存在不被翻譯的內(nèi)含子。真核生物能夠有序地根據(jù)生長(zhǎng)發(fā)育階段的需要進(jìn)行DNA片段重排，能在需要時(shí)增加細(xì)胞內(nèi)某些基因的拷貝數(shù)。在原核生物中，轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)都很小，大都位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游不遠(yuǎn)處，調(diào)控蛋白結(jié)合到調(diào)節(jié)位點(diǎn)上可直接促進(jìn)或抑制RNA聚

4、合酶對(duì)它的結(jié)合。在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)則大得多，它們可能遠(yuǎn)離核心啟動(dòng)子達(dá)幾百個(gè)甚至上千個(gè)堿基對(duì)。真核生物的RNA在細(xì)胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)穿過(guò)核膜，到達(dá)細(xì)胞質(zhì)后，才能被翻譯成蛋白質(zhì)。原核生物中不存在這樣嚴(yán)格的空間間隔。許多真核生物的基因只有經(jīng)過(guò)復(fù)雜的成熟和剪接過(guò)程，才能被順利地翻譯成蛋白質(zhì)。8.1.1基因家族在原核細(xì)胞中，密切相關(guān)的基因往往組成操縱子，并以多順?lè)醋拥姆绞竭M(jìn)行轉(zhuǎn)錄。而真核細(xì)胞中的DNA是單順販子結(jié)構(gòu)，很少置于同一啟動(dòng)子之下的操縱子。真核細(xì)胞中許多相關(guān)的基因常按功能成套組合，被稱為基因家族。同一家族的成員有時(shí)緊密排列在一起，成

5、為一個(gè)基因簇；更多時(shí)候，分散在同一染色體不同部位，甚至位于不同染色體上，具有各自不同的表達(dá)調(diào)控模式。簡(jiǎn)單多基因家族簡(jiǎn)單多基因家族中的基因一般以串聯(lián)方式前后相連。細(xì)菌中所有rRNA和部分tRNA都來(lái)自這個(gè)分子量為30S（約6500個(gè)核苷酸）的前rRNA在真核生物中，前rRNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的分子量為45S，（約有14000個(gè)核苷酸），包括18S，28S和5.8S三個(gè)主要rRNA分子。復(fù)雜多基因家族復(fù)雜多基因家族一般由幾個(gè)相關(guān)基因家族構(gòu)成，基因家族之間由間隔序列隔開(kāi)，并作為獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位。海膽組蛋白基因家族：編碼不同組蛋白的基因處于一個(gè)約為6000bp的片

6、段中，分別被間隔序列所隔開(kāi)。這5個(gè)基因組成的串聯(lián)單位在整個(gè)海膽基因組中可能重復(fù)多達(dá)1000次。發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜多基因家族血紅蛋白是所有動(dòng)物體內(nèi)輸送分子氧的主要載體，由2α2β組成的四聚體加上一個(gè)血紅素輔基（結(jié)合鐵原子）后形成功能性血紅蛋白。在生物個(gè)體發(fā)育的不同階段出現(xiàn)幾種不同形式的α和β亞基。延伸-假基因（Pseudogene）是指脫氧核糖核酸（DNA）的堿基序列中，一段與其他生物體內(nèi)已知的基因序列非常相似的片段。但是這個(gè)片段無(wú)法發(fā)揮原有的基因功能，也就是無(wú)法制造出蛋白質(zhì)。這種基因片段是來(lái)自演化過(guò)程中的突變累積，有些無(wú)法轉(zhuǎn)錄，有些則是轉(zhuǎn)錄不完全。有

7、些雖然能夠轉(zhuǎn)錄完成，但是也會(huì)在轉(zhuǎn)譯階段途中終止作用。8.1.2真核基因的斷裂結(jié)構(gòu)1.外顯子與內(nèi)含子內(nèi)含子是指存在于原始轉(zhuǎn)錄物或基因組DNA中，但不存在于成熟mRNA、rRNA或tRNA中的那部分核苷酸序列。大多數(shù)真核基因都是由蛋白質(zhì)編碼序列和非蛋白質(zhì)編碼序列兩部分組成的?；蛑械膬?nèi)含子數(shù)量和大小都不同。膠原蛋白基因長(zhǎng)約40kb，至少有40個(gè)內(nèi)含子，其中短的只有50bp，長(zhǎng)的可達(dá)到2000bp。少數(shù)基因，如組蛋白及α型、β型干擾素基因，根本不帶內(nèi)含子。哺乳動(dòng)物二氫葉酸還原酶基因，全長(zhǎng)25-31kb左右，但其6個(gè)外顯子總長(zhǎng)只有2kb內(nèi)含子的生理功能還

8、不清楚。有些基因除去內(nèi)含子后可以產(chǎn)生有活性的mRNA。有些基因一旦出去內(nèi)含子，mRNA運(yùn)入細(xì)胞質(zhì)的過(guò)程就被阻斷。內(nèi)含子的存在可能有利于生