发布时间 : 星期二 文章分子生物学8 基因的表达与调控（下） - 真核基因表达调控的一般规律更新完毕开始阅读1df0f01d453610661fd9f403
第七章 基因的表达与调控（下） ——真核基因表达调控的一般规律
重点：1. 真核生物的基因结构与转录活性
2. 真核基因的转录
3. 真核基因转录调控的主要模式 难点：1. 真核生物的基因结构与转录活性
2. 真核基因的转录 3. 反式作用因子
4. 真核基因转录调控的主要模式
课时分配：8学时
真核生物和原核生物在基因表达调控的巨大差别是有两者基本生活方式不同所决定的。原核生物一般为自由生活的单细胞，只要条件合适，养料供应充分，它们就能无限生长、分裂。因此，它们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基础，或使细胞在受到损伤时，尽快得到修复。它们主要通过转录调控，以开启或关闭某些基因的表达来适应环境条件。环境因子往往是调控的诱导物，群体中每个细胞对环境的反应都是直接和基本一致的。
真核生物主要由多细胞组成，每个真核细胞所携带的基因数量及总基因组中蕴藏的遗传信息量都大大高于原核生物。真核生物基因组DNA中有许多重复序列，基因内部还常插入不翻译成蛋白质的序列，都影响了真核基因的表达。真核生物的DNA还常与蛋白质（包括组蛋白和非组蛋白）结合，形成十分复杂的染色质结构。染色质构象的变化，染色质中蛋白质的变化及染色质对DNA酶敏感程度的变化等都会对基因表达产生重要影响。此外，真核生物染色质被包裹在细胞核内，基因的转录和翻译被核膜所隔开，核内RNA的合成与转运，细胞质
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中RNA的剪接和加工等无不扩大了真核生物基因调控的范围，使真核生物基因调控达到了原核生物所不可能拥有的深度和广度。
对大多数真核生物来说，基因表达调控最明显特征是能在特定的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保持正常功能。
1. 真核生物基因表达调控与原核不同点在于：
（1）转录激活与染色体转录区特定结构相适应 （2）正性调节占主导
（3）转录与翻译在空间上的分离 （4）更多、更复杂的调控蛋白
真核生物基因表达调控可分为两大类，第一类是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件的变化所作出的反应，包括某种底物或激素水平升降时，或细胞周期不同阶段中酶活性的调节；第二类是发育调控或称为不可逆性调控，是真核基因调控的精髓部分他决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。
2. 真核基因表达调控的主要步骤 （1） DNA水平的调控
① 染色质异构 染色质（chromatin）结构对基因表达的调控作用 ② 基因修饰对基因表达的调控作用 ③ 基因丢失 ④ 基因扩增 ⑤ 基因重排
（2） 转录水平的调控
① 转录水平的调控是真核基因表达调控中最重要的环节，大多数生物基因在转录水平的调控是决定细胞质中mRNA水平的一个最重要方式，调控主要通过反式作用因子和RNA聚合酶的相互作用来实现。
② 真核生物基因转录调控的三大要素：DNA调控单元、调控蛋白、RNA合成酶 （3） 转录后水平的调控
转录后水平的调控一般是指基因转录后对转录产物进行一系列修饰、加工过程，主要包括mRNA选择性剪切、胞内定位以及mRNA稳定性调节 （4）翻译水平的调控
① 翻译水平的调控主要是控制mRNA的稳定性和mRNA翻译的起始频率，是一种迅速控制基因表达的方式，是各种高等生物广泛采用的调控方式。
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② 翻译水平上的调控机制大致可以分为两种类型：固定装置式调控、非固定装置式调控
（5） 翻译后水平的调控
mRNA翻译的产物－－新生多肽链大多是没有生物学活性的，必须经过加工、修饰才能成为有活性的蛋白质研究真核生物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？
第一节 真核生物的基因结构与转录活性
一.真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及DNA空间结构等方面存在的差异
（1）在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链 ，很少存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。
（2）真核细胞DNA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，有由几个或几十个碱基组成的DNA重复序列，基因中还有不翻译的内含子。
（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，原核生物没有这种能力。
（5）在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于转录起始位点上游不远处，调控蛋白结合到调节位点可直接促进或抑制RNA聚合酶对它的结合。在真核生物中，基因转录的调节区则大得多，它们可能远离核心启动子几百甚至上千个碱基对。调节区可与调节位点结合，但并不直接影响启动子区对于RNA聚合酶的接受程度，而是通过整个所控制基因5’上游区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。原核生物中不存在严格的空间间隔，转录和翻译是相偶联的。
（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。 二、基因家族 gene family
在原核细胞中，密切相关的基因往往组成操纵子，并且以多顺反子mRNA的方式进行转录，整个体系被置于一个启动子的控制之下。真核细胞DNA是单顺反子结构，很少有置于一个启动子控制之下的操纵子。真核细胞中许多相关的基因常按功能成套组合，被称为基因家族。同一家族中的成员有时紧密排列在一起，成为一个基因簇；更多的时候，它们却分散在同一染色体的不同部位，甚至在不同染色体上，具有各自不同的调控模式。 1. 概念
基因组中来源相同、结构相似、功能相关的一组基因成为基因家族（gene family）。一
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些基因彼此靠近，成串地排列在一起，这种基因排列结构叫基因簇（gene cluster）。在基因家族结构中经常会看到基因簇结构。
基因家族：基因组中来源相同、结构相似、功能相关的一组基因。
基因簇：来源相同、结构相似、功能相关的一些基因彼此靠近，成串地排列在一起所形成的结构。
基因簇——多顺反子结构 2. 分类：
（1） 串联重复多基因家族：组蛋白、tRNA rRNA （2） 分散重复多基因家族：Alu 家族
（3） 不同组织、细胞类型、发育时期表达的多基因家族：同工酶（珠蛋白）3. 简单多基因家族
研究发现，不同真核生物的rRNA转录起始位点邻近的序列完全不同——RNA聚合酶 I 启动子区有较大变异。rRNA基因具有转录的种属特异性。
rRNA基因的特点：以基因家族、基因簇的形式串联排列，外显子较为保守，内含子的长度和序列有较大差异。 （1）细菌的rRNA基因家族
简单多基因家族中的基因一般以串联方式前后相连。在大肠杆菌中，16s、23s、5s rRNA基因联合成一个转录单位，各种rRNA分子都是从这个转录单位上剪切下来的。细菌中所有rRNA和部分tRNA都来自这个分子量为30S的前rRNA。原始转录产物首先被特异性甲基化，然后分别由RNaseIII、RNaseP、RNaseE在特定位点切开，生成17S、tRNA、25S和5S rRNA。大肠杆菌中共有7个这样的拷贝，每个拷贝中只有tRNA基因的种类、数量和存在部位有些变化。个别拷贝中5S rRNA基因下游还发现了部分共同转录的tRNA基因。 （2）脊椎动物的rRNA基因家族
在真核基因中，前rRNA转录产物的分子量为45S，包括18S、28S、5.8S三个主要rRNA分子。前rRNA分子中至少有100处被甲基化，原始转录产物也被特异性RNA酶切割降解，产生成熟rRNA分子。5S rRNA作为一个独立的转录单位，由RNA聚合酶III（而不是聚合酶I）完成转录。4. 复杂多基因家族
复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。在海胆的组蛋白基因家族中，5个编码不同组蛋白的基因处于一个约为6000bp的片段中，分别被间隔序列所隔开。这5个基因组成的串联单位在整个海胆基因组中可能重复多达1000次。串联单位中的每一个基因分别被转录成为单顺反子RNA，这些RNA都没有内含子，而且各基因在同一条DNA链上按同一方向转录，每个基因的转录与翻译都受到调控。因为组蛋白只有在适合于染色体复制的情况下才大量合成，而且所合成的H2A、H2B、H3、H4摩尔数相等，H1的量恰好是前者的一半。
研究还表明，在一个特定的细胞中，并不是所有串联的都得到转录。胚胎发育的不同阶段或不同组织中，有不同的串联单位被转录，暗示可能存在具有不同专一性的组蛋白亚类和
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