分子生物学08基因的表达调控下真核生物.pptx

第八章第八章 基因的表达与调控基因的表达与调控(下下)真核基因表达调控的一般规律真核基因表达调控的一般规律真核生物的基因组真核生物的基因组 真核生物基因表达调控的特点和种类真核生物基因表达调控的特点和种类真核生物真核生物DNADNA水平上的基因表达调控水平上的基因表达调控 真核基因转录机器的主要组成真核基因转录机器的主要组成蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质乙酰化、激素与热激蛋白对基因转录的调控蛋白质乙酰化、激素与热激蛋白对基因转录的调控其他水平上的表达调控其他水平上的表达调控主要内容主要内容 研究基因调控的三个主要内容：研究基因调控的三个主要内容：诱发基因转录的信号。诱发基因转录的信号。基因调控在哪一步基因调控在哪一步(模板模板DNADNA的转录、的转录、mRNAmRNA的成熟或蛋白质合成的成熟或蛋白质合成)实现。实现。不同水平基因调控的分子机制。不同水平基因调控的分子机制。一、真核基因组结构特点真核基因组结构庞大真核基因组结构庞大 3109bp、染色质、核膜、染色质、核膜单顺反子单顺反子基因不连续性基因不连续性 断裂基因（断裂基因（interrupted gene）、）、内含子内含子(intron)、外显子外显子(exon)非编码区较多非编码区较多 多于编码序列多于编码序列(9:1)含有大量重复序列含有大量重复序列第一节 真核生物的基因组 基因组很小，大多只有一条染色体 结构简炼 有操纵子结构。数个相关的结构基因串 联在一起，受同一个调控区调节，合成多顺 反子。（存在转录单元）有重叠基因 只有一个复制起始点。原核生物基因组结构特点:二、真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及DNA的空间结构方面存在以下几个方面的差异 试说明真核细胞与原核细胞在基因转录，翻译及DNA的空间结构方面存在的主要差异，表现在哪些方面？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。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。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。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。在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调节区一般通过改变整个所控制基因调节区一般通过改变整个所控制基因5上游区上游区DNA构构型来影响它与型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。聚合酶的结合能力。在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于启动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直启动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制接促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。聚合酶与它的结合。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，原核生物中不存在这样严格的空间间隔。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。三、基本概念（一）基因家族（gene family)真核生物的基因组中有很多来源相同、结构相似、功能相关的基因，将这些基因称为基因家族。同一家族中的成员有时紧密地排列在一起，成为一个基因簇(gene cluster)。如rRNA、组蛋白基因等。如：编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的基因都属于基因家族1、简单多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。The eukaryotic ribosomal DNA repeating unit2、复杂多基因家族 复杂多基因家族一般由复杂多基因家族一般由几个相关基因家族几个相关基因家族构成，构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录独立的转录单位单位。现已发现存在不同形式的复杂多基因家族。现已发现存在不同形式的复杂多基因家族。Organization of histone genes in the animal genome（二）断裂基因 基因的编码序列在DNA分子上是不连续的，为非编码序列所隔开，其中编码的序列称为外显子，非编码序列称内含子。外显子(Exon)：真核细胞基因DNA中的编码序列，这些序列被转录成RNA并进而翻译为蛋白质。内含子(Intron)：真核细胞基因DNA中的间插序列，这些序列被转录成RNA，但随即被剪除而不翻译。1、外显子与内含子的连接区 指外显子和内含子的交界或称边界序列，它有两个重要特征：内含子的两端序列之间没有广泛的同源性连接区序列很短，高度保守，是RNA剪接的信号序列 5GTAG 32、外显子与内含子的可变调控组成型剪接：一个基因的转录产物通过剪接只能产生一种成熟的mRNA。选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同mRNA。(三)假基因（pseudogene）假基因是指基因组中与正常基因序列相似,但是缺乏功能的DNA序列。或基因组中存在的一段与正常基因非常相似但不能表达的DNA序列。1977年在爪蟾的5S rRNA基因系统中发现了假基因，以后在珠蛋白基因簇、免疫球蛋白基因簇以及组织相容性抗原基因簇中都发现有假基因，而且通常是散布于有活性的功能基因之间。关于假基因的来源一般认为是由mRNA反转录成cDNA，然后整合在基因组中。一、真核生物基因表达调控的多级、多层次：第二节 真核生物基因表达调控的多级多层次调控二、真核生物基因表达调控的特点1、RNA聚合酶 2、多层次3、活性染色体结构变化：对核酸酶敏感、DNA拓扑结构变化等 4、正性调节占主导5、转录与翻译间隔进行 6、转录后修饰、加工 第三节 真核生物DNA水平上的基因表达调控 基因丢失基因丢失基因扩增基因扩增基因重排基因重排DNA甲基化状态与调控甲基化状态与调控染色体结构与调控染色体结构与调控一、基因丢失：一、基因丢失：在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫原生动物、线虫、昆虫和和甲壳类动甲壳类动物物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。整套的染色体。二、基因扩增：二、基因扩增：基因扩增基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象。是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象。它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。的需要，是基因活性调控的一种方式。如非洲爪蟾体细胞中如非洲爪蟾体细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而的基因扩增是因发育需要而出现的基因扩增现象。出现的基因扩增现象。(500拷贝拷贝200万拷贝万拷贝（双线期）（双线期）基因组拷贝数增加，即基因组拷贝数增加，即多倍性，多倍性，在植物中是非常普遍在植物中是非常普遍的现象。基因组拷贝数增加使可供遗传重组的物质增多，的现象。基因组拷贝数增加使可供遗传重组的物质增多，这可能构成了加速基因进化、基因组重组和最终物种形成这可能构成了加速基因进化、基因组重组和最终物种形成的一种方式。的一种方式。将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称为位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排基因重排。通过基因重排调节基因活性的典型例子是通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球免疫球蛋白蛋白结构基因的表达。（结构基因的表达。（人血红蛋白人血红蛋白基因表达也存基因表达也存在基因重排现象。）在基因重排现象。）三、基因重排：三、基因重排：四、四、DNA的甲基化与基因调控：的甲基化与基因调控：1 1、DNADNA的甲基化的甲基化 DNADNA的的甲基化甲基化能能关闭关闭某些基因的活性，去甲基某些基因的活性，去甲基化则诱导基因的重新活化化则诱导基因的重新活化和表达。和表达。甲基化对转录的抑制甲基化对转录的抑制强度与强度与MeCP1MeCP1(methyl(methyl CpG-binding protein 1)CpG-binding protein 1)结合呈结合呈正相关正相关。甲基化甲基化CpGCpG的密度的密度和和启启动子强度动子强度之间的平衡决定之间的平衡决定该启动子是否具有转录活该启动子是否具有转录活性。性。DNADNA的甲基化可以提高的甲基化可以提高该位点的突变频率。该位点的突变频率。（如（如C TC T）=O=ON在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。CpG二核苷酸通常成串出现在DNA上，该区域称为CpG岛。2 2、DNADNA甲基化抑制基因转录的甲基化抑制基因转录的机理机理 DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响了蛋白质与DNA的相互作用，抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率。图8-14 DNA甲基化对基因转录的抑制作用 第四节 真核基因转录机器的主要组成一、真核基因转录（一）真核基因结构“基因”的分子生物学定义：是产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。（二）顺式作用元件定义：影响定义：影响自身基因自身基因表达活性的非编码表达活性的非编码DNA序列。序列。例：例：启动子、增强子、沉默子等启动子、增强子、沉默子等（1）启动子：在DNA分子中，RNA聚合酶能够识别、结合并导致转录起始的序列。核心启动子和上游启动子（2 2）增强子：指能使与它连锁的基因转录频率明增强子：指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的显增加的DNA序列。序列。SV40的转录单元上发现，转录起始位点上游约200 bp处有两段长72 bp的正向重复序列。增强子特点：增强效应十分明显，一般能使基因转录频率增加10-200倍 增强效应与其位置和取向无关，不论增强子以什么方向排列（53或35），甚至和靶基因相距3 kb，或在靶基因下游，均表现出增强效应；大多为重复序列，一般长约50bp，适合与某些蛋白因子结合。其内部常含有一个核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），该序列是产生增强效应时所必需的；增强效应有严密的组织和细胞特异性，说明增强子只有与特定的蛋白质（转录因子）相互作用才能发挥其功能；没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应；许多增强子还受外部信号的调控，如金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。增强子作用机理：（3）沉默子：某些基因含有负性调节元件沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。（三）反式作用因子（trans-acting factors）1、定义：能直接或间接地识别或结合在各类顺定义：能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的率的蛋白质蛋白质。如：TFD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、HSF（热激蛋白启动区）不同基因有不同的上游启动子元件组成，能与不同的转录因子结合，这些转录因子通过与基础的转录复合体影响转录的效率。能直接结合DNA序列的蛋白因子是少数的，但不同的蛋白因子间可以相互作用，因而多数转录因子是通过蛋白质-蛋白质间作用与DNA序列联系并影响转录效率的。转录因子之间或转录因子与DNA的结合都会引起构象的变化，从而影响转录的效率。Transcriptional activator proteins frequently consist of two modular domains:作为蛋白质的作为蛋白质的转录因子转录因子从功能上分析从功能上分析其结构可包含有不同区域：其结构可包含有不同区域：DNA结合域结合域（DNA binding domain），），多由多由60-100个氨基酸残基组成的几个亚区组个氨基酸残基组成的几个亚区组成成 转录激活域转录激活域（activating domain），常由），常由30-100氨基酸残基组成，这结构域有富含氨基酸残基组成，这结构域有富含酸酸性氨基酸性氨基酸、富含、富含谷氨酰胺谷氨酰胺、富含、富含脯氨酸脯氨酸等等不同种类不同种类 连接区连接区，即连接上两个结构域的部分。，即连接上两个结构域的部分。2、结构 DNADNA结合结构域：结合结构域：螺旋螺旋-转折转折-螺旋（螺旋（Helix-turn-helixHelix-turn-helix，H-T-HH-T-H）锌指结构锌指结构（zinc fingerzinc finger）碱性碱性-亮氨酸拉链（亮氨酸拉链（basic-leucine zipper,bZIP）碱性碱性-螺旋螺旋-环环-螺旋（螺旋（basic helix/loop/helix，bHLH）螺旋螺旋-转折转折-螺旋螺旋(识别或结合的顺式作用元识别或结合的顺式作用元 件：件：CAAT、TATA等）等）这一类蛋白质分子中有至少两个这一类蛋白质分子中有至少两个螺旋，中间由短侧链螺旋，中间由短侧链氨基酸残基形成氨基酸残基形成“转折转折”，近竣基端的，近竣基端的螺旋中氨基酸残螺旋中氨基酸残基的替换会影响该蛋白质在基的替换会影响该蛋白质在DNADNA双螺旋大沟中的结合。双螺旋大沟中的结合。锌指结构配位键配位键 锌指锌指（zinc finger）：）：一种常出现在一种常出现在DNA结结合蛋白中的一种结构合蛋白中的一种结构基元。是由一个含有基元。是由一个含有大约大约30个氨基酸的环个氨基酸的环和一个与环上的和一个与环上的4个个Cys或或2个个Cys和和2个个His配位的配位的Zn构成，构成，形成的结构像手指状。形成的结构像手指状。具有锌指结构的蛋白具有锌指结构的蛋白大多都是与基因表达大多都是与基因表达的调控有关的功能蛋的调控有关的功能蛋白。白。锌指环上的锌指环上的赖氨酸赖氨酸、精氨酸精氨酸参与参与DNA的结的结合。合。kR Cys2/Cys2锌指锌指Cys2/His2锌指锌指见于见于甾体激素受体甾体激素受体见于见于SP1，TF A等等 碱性-亮氨酸拉链亮氨酸之间相互作亮氨酸之间相互作用形成用形成二聚体二聚体，形成，形成“拉链拉链”。肽链氨基端肽链氨基端2030个富含个富含碱性氨基酸结碱性氨基酸结构域构域与与DNA结合。结合。（如如CAAT盒或增强盒或增强子等子等）这类蛋白质的这类蛋白质的DNA结合结构域实际是以结合结构域实际是以碱碱性区性区和和亮氨酸拉链结构域亮氨酸拉链结构域整体作为基础的。整体作为基础的。碱性-螺旋-环-螺旋（如结合于增强子等区域）具有具有DNADNA结合结合和和形成形成蛋白质二聚体蛋白质二聚体的功能，其主要特的功能，其主要特点是可形成一长一点是可形成一长一短短两个双性两个双性-螺螺旋旋，螺旋之间由，螺旋之间由环环状结构状结构相连，其相连，其DNADNA结合功能是由结合功能是由一个较短的富碱性一个较短的富碱性氨基酸区所决定的。氨基酸区所决定的。螺旋-环-螺旋与DNA结合模式图C CNN 蛋白质磷酸化蛋白质磷酸化是指由是指由蛋白质激酶蛋白质激酶催化的把催化的把ATPATP或或GTPGTP上上位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程。位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程。其逆转过程是由其逆转过程是由蛋白质磷酸酶蛋白质磷酸酶催化的，称为催化的，称为蛋白质去蛋白质去磷酸化。磷酸化。第五节第五节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控 蛋白质磷酸化与去磷酸化蛋白质磷酸化与去磷酸化过程是生物体内普遍存过程是生物体内普遍存 在的在的信息传导信息传导调节方式。调节方式。被磷酸化的主要氨基酸残基：被磷酸化的主要氨基酸残基：丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸。组氨酸和赖氨酸残基也可能被磷酸化。组氨酸和赖氨酸残基也可能被磷酸化。真核细胞主要真核细胞主要跨膜信号转导途径跨膜信号转导途径 补充补充1 1：受体与配体：受体与配体受体（受体（receptorreceptor）：）：是细胞膜上或细胞内能是细胞膜上或细胞内能 特异识别生物活性分子并与之结合，起特异识别生物活性分子并与之结合，起 生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。（位于细胞浆和细胞核中的受体称为（位于细胞浆和细胞核中的受体称为胞内受体胞内受体，它们全部，它们全部为为DNADNA结合蛋白。存在于细胞质膜上的受体则称为结合蛋白。存在于细胞质膜上的受体则称为膜受体膜受体，它，它们绝大部分是镶嵌糖蛋白。）们绝大部分是镶嵌糖蛋白。）配体（配体（ligandligand）：）：能与受体呈特异性结合的能与受体呈特异性结合的 生物活性分子则称为生物活性分子则称为。细胞间信息物质细胞间信息物质就是一类最常见的配体。除此以就是一类最常见的配体。除此以外，外，某些药物、维生素和毒物某些药物、维生素和毒物也可作为配体而发挥生也可作为配体而发挥生物学作用。物学作用。补充补充2 2：受体（与配体结合）的特点：受体（与配体结合）的特点 高度专一性高度专一性 高度亲和力高度亲和力 可饱和性可饱和性 可逆性可逆性 特定的作用模式特定的作用模式 补充补充3 3：跨膜信号转导的一般步骤：跨膜信号转导的一般步骤特定的细胞释放信息物质特定的细胞释放信息物质信息物质经扩散或血循环到达靶细胞信息物质经扩散或血循环到达靶细胞与靶细胞的受体特异性结合与靶细胞的受体特异性结合受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统靶细胞产生生物学效应靶细胞产生生物学效应一、一、受受cAMP调控的调控的A激酶激酶 A A激酶（激酶（PKAPKA）：即依赖：即依赖cAMPcAMP的蛋白激酶，的蛋白激酶，一种由环腺苷酸(cAMP)激活，催化将磷酸基从ATP转移至蛋白质的丝氨酸和苏氨酸残基上的蛋白激酶。PKA全酶全酶由由4个亚基组成个亚基组成(R2C2）包括两个相同）包括两个相同的调节亚基（的调节亚基（R）和两个相同的催化亚基（）和两个相同的催化亚基（C）。）。全酶的分子量为全酶的分子量为150-170kD。C C亚基具有催化活性，亚基具有催化活性，R R亚基具有调节功能，有亚基具有调节功能，有两个两个cAMPcAMP结合位点。结合位点。R R亚基对亚基对C C亚基具有抑制作用，亚基具有抑制作用，所以，所以，R R和和C C聚合后的全酶（聚合后的全酶（R R2 2C C2 2 ）无催化活性）无催化活性。R R亚基与亚基与cAMPcAMP的结合导致的结合导致C C亚基解离并表现出催化亚基解离并表现出催化活性活性。补充：补充：1、cAMP-AcAMP-A激酶激酶信号传递途径信号传递途径:胞外信号物质胞外信号物质(如激素如激素)受体受体G蛋白蛋白腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶蛋蛋白激酶白激酶酶或功能蛋白酶或功能蛋白生物学效应生物学效应。例如：激素（例如：激素（肾上腺素或胰高血糖素肾上腺素或胰高血糖素）与其）与其受体在肌肉细胞外表面相结合，诱发细胞质受体在肌肉细胞外表面相结合，诱发细胞质cAMPcAMP的合成并活化的合成并活化A A激酶，再将活化磷酸基团激酶，再将活化磷酸基团传递给无活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸传递给无活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最终将糖原磷酸化，进入糖酵解并提供化酶，最终将糖原磷酸化，进入糖酵解并提供ATPATP。2、A激酶（激酶（PKA）的作用：）的作用：（1）A激酶（激酶（PKA）对基因表达调节。）对基因表达调节。例如，例如，cAMPcAMP浓度升高可使某些基因表达量浓度升高可使某些基因表达量增加，这些基因转录调控区有共同的增加，这些基因转录调控区有共同的DNADNA序列，序列，称为称为cAMPcAMP应答元件（应答元件（CRECRE），转录因子称），转录因子称CRECRE结结合蛋白能与合蛋白能与CRECRE结合；结合；C C亚基还可催化亚基还可催化CRECRE调节调节蛋白及转录因子磷酸化激活，促进基因转录表蛋白及转录因子磷酸化激活，促进基因转录表达。达。（2）A激酶（激酶（PKA）对代谢调节。）对代谢调节。PKA使物质代谢中关键酶磷酸化共价修饰，使物质代谢中关键酶磷酸化共价修饰，改变关键酶活性，可调节糖原代谢、脂肪动员改变关键酶活性，可调节糖原代谢、脂肪动员等物质代谢过程。等物质代谢过程。二、二、C激酶与激酶与PIP2、IP3和和DAG C C激酶激酶（PKCPKC）：依赖于：依赖于CaCa2+2+的蛋白激酶。的蛋白激酶。其分其分子量子量77KD77KD，含，含737-872737-872个氨基酸，个氨基酸，C-C-末端是催化部末端是催化部位，位，N-N-末端是调节部位。末端是调节部位。磷酸肌醇级联放大的细胞内信使是磷脂酰肌醇磷酸肌醇级联放大的细胞内信使是磷脂酰肌醇-4-4，5-5-二磷酸（二磷酸（PIP2PIP2）的两个酶解产物：肌醇）的两个酶解产物：肌醇1 1，4 4，5-5-三磷酸（三磷酸（IP3IP3）和二酰基甘油（）和二酰基甘油（DAGDAG）。由于）。由于IP3IP3所引起的细胞质所引起的细胞质Ca2+Ca2+浓度升高，导致浓度升高，导致C C激酶从胞激酶从胞质转运到靠原生质膜内侧处，并被质转运到靠原生质膜内侧处，并被DAGDAG和和Ca2+Ca2+的双的双重影响所激活。重影响所激活。C C激酶的活性也受磷脂酰丝氨酸的影响，原因激酶的活性也受磷脂酰丝氨酸的影响，原因是后者大大提高了是后者大大提高了C C激酶对于激酶对于Ca2+Ca2+的亲和力，从而的亲和力，从而使得使得C C激酶能被生理水平的激酶能被生理水平的Ca2+Ca2+离子所活化。离子所活化。C C激酶激酶主要实施对丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，它具有一个主要实施对丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，它具有一个催化结构域和一个调节结域。催化结构域和一个调节结域。磷脂酶C（PLC-）4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）二酰基甘油（DAG）三、三、CaM激酶及激酶及MAP激酶激酶 CaMCaM激酶激酶（CaM-kinaseCaM-kinase）：钙调蛋白激酶，是一类丝氨钙调蛋白激酶，是一类丝氨酸酸/苏氨酸激酶，仅应答于细胞内苏氨酸激酶，仅应答于细胞内Ca2+Ca2+水平。水平。(钙调蛋白钙调蛋白:是细胞内的重要调节蛋白是细胞内的重要调节蛋白,由一条多肽链组成由一条多肽链组成,有有4 4个结合位点个结合位点,当胞浆内当胞浆内Ca2+Ca2+增高增高,与其结合与其结合,其构象发生改其构象发生改变而激活变而激活CaCa2+2+-CaM-CaM激酶激酶.).)MAPMAP激酶激酶（mitogen-activated proteinkinase,MAP-mitogen-activated proteinkinase,MAP-kinasekinase）：）：有丝分裂原激活蛋白激酶，其有丝分裂原激活蛋白激酶，其活性受许多外源细活性受许多外源细胞生长、分化因子的诱导，也受到酪氨酸蛋白激酶及胞生长、分化因子的诱导，也受到酪氨酸蛋白激酶及G G蛋白蛋白受体系统的调控。受体系统的调控。MAP-MAP-激酶的活性激酶的活性取决于该蛋白中仅有一个取决于该蛋白中仅有一个氨基酸之隔的酪氨酸、丝氨酸残基是否都被磷酸化。科学家氨基酸之隔的酪氨酸、丝氨酸残基是否都被磷酸化。科学家把能同时催化这两个氨基酸残基磷酸化的酶称为把能同时催化这两个氨基酸残基磷酸化的酶称为MAP-MAP-激酶激酶-激酶激酶，它的反应底物是，它的反应底物是MAPMAP激酶。激酶。MAP-MAP-激酶激酶-激酶本身能被激酶本身能被MAP-MAP-激酶激酶-激酶激酶-激酶所磷酸化激活，后者能同时被激酶所磷酸化激活，后者能同时被C C激酶或激酶或酪氨酸激酶家族的酪氨酸激酶家族的RasRas蛋白等激活，从而在信息传导中发挥蛋白等激活，从而在信息传导中发挥功能。功能。四、四、酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶（Tyrosine protein kinaseTyrosine protein kinase，TPK)TPK)特异地催化蛋白质的酪氨酸残基磷酸化，蛋白质酪氨特异地催化蛋白质的酪氨酸残基磷酸化，蛋白质酪氨酸磷酸化在细胞生长，分化和转化的调节中起重要作用。酸磷酸化在细胞生长，分化和转化的调节中起重要作用。例：例：经典的经典的srcsrc激酶家族激酶家族具有酪氨酸蛋白激酶活性的蛋白具有酪氨酸蛋白激酶活性的蛋白质，是连接许多细胞外和细胞内重要信号途径的膜结合开关质，是连接许多细胞外和细胞内重要信号途径的膜结合开关分子。分子。原癌基因原癌基因c-srcc-src蛋白产物蛋白产物SrcSrc是一种酪氨酸蛋白激酶，它有三是一种酪氨酸蛋白激酶，它有三个基本结构域：从个基本结构域：从C-C-端至端至N-N-端依次为端依次为SH1SH1、SH2SH2，SH3SH3。SHlSHl结构域：具酪氨酸激酶活性；结构域：具酪氨酸激酶活性；SH2SH2结构域：能识别并结合含磷酸化酪氨酸的短序列；结构域：能识别并结合含磷酸化酪氨酸的短序列；SH3SH3结构域：通过脯氨酸和疏水性氨基酸残基与靶蛋白结合。结构域：通过脯氨酸和疏水性氨基酸残基与靶蛋白结合。五、蛋白质磷酸化与细胞分裂调控五、蛋白质磷酸化与细胞分裂调控 p21蛋白过量时，细胞分裂受阻：蛋白过量时，细胞分裂受阻：细胞通过细胞通过p53p53及及p21p21蛋白控制蛋白控制 CDKCDK（cyclin-cyclin-dependent protein kinase)dependent protein kinase)活性，调控细胞分裂活性，调控细胞分裂的进程。如果的进程。如果p21p21蛋白过量，大量细胞周期蛋白蛋白过量，大量细胞周期蛋白E-E-CDK2CDK2复合物与复合物与p21p21蛋白结合，使蛋白结合，使CDK2CDK2丧失磷酸化丧失磷酸化pRbpRb蛋白的功能。没有被磷酸化的蛋白的功能。没有被磷酸化的pRbpRb蛋白与转录蛋白与转录因子因子E2FE2F结合并使后者不能激活一系列与结合并使后者不能激活一系列与DNADNA合成合成有关的酶，导致细胞无法由有关的酶，导致细胞无法由G1G1进入进入S S，细胞分裂受，细胞分裂受阻。阻。第六节第六节 蛋白质乙酰化、激素与热蛋白质乙酰化、激素与热激蛋白对基因转录的调控激蛋白对基因转录的调控一、蛋白质乙酰化对基因转录的调控一、蛋白质乙酰化对基因转录的调控 1 1、组蛋白的乙酰化组蛋白的乙酰化与去乙酰化与去乙酰化 （1 1）乙酰化与去乙酰化的）乙酰化与去乙酰化的修饰位点修饰位点“尾巴尾巴”“尾巴尾巴”：核心组蛋白的朝向外部的：核心组蛋白的朝向外部的N N端部分。端部分。其修饰酶分别为组蛋白乙酰基转移酶（其修饰酶分别为组蛋白乙酰基转移酶（HATHAT）和去乙酰化酶（和去乙酰化酶（HDACHDAC）。）。（2 2）组蛋白的乙酰化与去乙酰化对基因转录的调控）组蛋白的乙酰化与去乙酰化对基因转录的调控的影响的影响 组蛋白的乙酰化影响组蛋白的乙酰化影响：组蛋白的乙酰化提高基因转组蛋白的乙酰化提高基因转录的活性。录的活性。（组蛋白（组蛋白N N端端“尾巴尾巴”上赖氨酸残基的乙酰化中和了组上赖氨酸残基的乙酰化中和了组蛋白尾巴的正电荷，降低了它与蛋白尾巴的正电荷，降低了它与DNADNA的亲和性，导致核小的亲和性，导致核小体构象发生有利于转录调节蛋白与染色质相结合的变化，体构象发生有利于转录调节蛋白与染色质相结合的变化，从而提高基因转录的活性。）从而提高基因转录的活性。）组蛋白的去乙酰化影响：组蛋白的去乙酰化，导致染组蛋白的去乙酰化影响：组蛋白的去乙酰化，导致染色质结构发生不利于基因转录的变化，降低基因转录的活色质结构发生不利于基因转录的变化，降低基因转录的活性。性。DNA甲基化甲基化可诱导组蛋白的可诱导组蛋白的去去乙酰化乙酰化作用，使靶基作用，使靶基因因转录受抑制转录受抑制。（。（P322P322：图：图8-428-42）2、p53p53乙酰化乙酰化对转录活性的影响对转录活性的影响 p53p53蛋白是蛋白是p53基因基因(位于人类位于人类17号染号染色体短臂色体短臂)编码的一种肿瘤抑制因子，能编码的一种肿瘤抑制因子，能参与多种信号通路参与多种信号通路,如细胞周期调控、如细胞周期调控、DNA损伤修复、血管的生成与抑制以及损伤修复、血管的生成与抑制以及细胞凋亡等调控细胞凋亡等调控。（p53蛋白的蛋白的正常功能正常功能是是调控细胞增调控细胞增殖殖，在白血病、骨肉瘤、肺癌和结直肠，在白血病、骨肉瘤、肺癌和结直肠癌中有癌中有p53蛋白的突变和缺失。）蛋白的突变和缺失。）p53p53蛋白乙酰化对转录活性的影响蛋白乙酰化对转录活性的影响:乙酰化使乙酰化使p53p53蛋白的蛋白的DNADNA结合区域暴露，结合区域暴露，增强了增强了DNADNA结合能力，从而促进靶基因转录。结合能力，从而促进靶基因转录。Rb Rb蛋白（视网膜母细胞瘤蛋白）是另一蛋白（视网膜母细胞瘤蛋白）是另一类肿瘤抑制因子，该蛋白主要与类肿瘤抑制因子，该蛋白主要与E2FE2F类转类转录激活因子相互作用，抑制靶基因的转录激活因子相互作用，抑制靶基因的转录活性。（录活性。（原因之一原因之一：与：与E2FE2F类转录激活类转录激活因子相结合的因子相结合的RbRb蛋白能进一步募集去乙蛋白能进一步募集去乙酰化酶酰化酶1 1（HDAC1HDAC1），使这一类基因的启），使这一类基因的启动子区发生特异性的去乙酰化反应，导动子区发生特异性的去乙酰化反应，导致该区段染色质浓缩，靶基因转录活性致该区段染色质浓缩，靶基因转录活性消失。）消失。）二、激素与热激蛋白对基因转录的调控二、激素与热激蛋白对基因转录的调控 1、激素对基因转录的调控、激素对基因转录的调控 激素激素由一类细胞分泌，然后将信号转移给另一类细胞。由一类细胞分泌，然后将信号转移给另一类细胞。靶细胞具有大量的激素受体蛋白，通过激素与专一受体蛋靶细胞具有大量的激素受体蛋白，通过激素与专一受体蛋白相互作用，导致三维结构甚至化学性质的变化，进一步白相互作用，导致三维结构甚至化学性质的变化，进一步控制基因转录的起始或关闭。控制基因转录的起始或关闭。如如类固醇激素类固醇激素是脂溶性的，可以穿过细胞膜与被称作是脂溶性的，可以穿过细胞膜与被称作类固醇激素受体的转录因子相互作用。在没有类固醇激素类固醇激素受体的转录因子相互作用。在没有类固醇激素存在的条件下，该受体与抑制蛋白结合，游离在细胞质中，存在的条件下，该受体与抑制蛋白结合，游离在细胞质中，对转录有阻抑作用。当类固醇激素与受体结合后，可以使对转录有阻抑作用。当类固醇激素与受体结合后，可以使受体从抑制蛋白上游离出来，然后受体二聚化，进而转移受体从抑制蛋白上游离出来，然后受体二聚化，进而转移到细胞核中，转化为转录激活因子。到细胞核中，转化为转录激活因子。激素的作用机理：激素的作用机理：第一种方式：通过第一种方式：通过cAMP起作用。起作用。第二种方式：通过导致磷酸肌醇第二种方式：通过导致磷酸肌醇(IP3)、二酰、二酰 甘油甘油(DG)而起作用。而起作用。第三种方式：通过激素对受体中酪氨酸的磷第三种方式：通过激素对受体中酪氨酸的磷 酸化作用而起作用。酸化作用而起作用。第四种方式：通过基因形成特异的蛋白质而第四种方式：通过基因形成特异的蛋白质而 起作用。起作用。2 2、热激蛋白对基因转录的调控、热激蛋白对基因转录的调控 (1)(1)定义定义;热激蛋白：热激蛋白：又称为热休克蛋白，是在高温诱导又称为热休克蛋白，是在高温诱导下迅速产生的一种蛋白质，在生物体细胞内含量特别下迅速产生的一种蛋白质，在生物体细胞内含量特别丰富。热激蛋白的主要作用有：丰富。热激蛋白的主要作用有：提高生物体的耐寒、提高生物体的耐寒、耐热性；耐热性；对生物体的一些疾病（如微粒子病、肿瘤对生物体的一些疾病（如微粒子病、肿瘤等）有很好的治疗作用；等）有很好的治疗作用；在生物体内充当分子伴侣在生物体内充当分子伴侣的角色，帮助肽链的折叠；的角色，帮助肽链的折叠；由于其基因序列的高度由于其基因序列的高度保守性为生物分子进化研究提供了依据。保守性为生物分子进化研究提供了依据。(2)(2)热激蛋白诱导的基因表达举例：热激蛋白诱导的基因表达举例：受热后，果蝇细胞内受热后，果蝇细胞内hsp70 mRNAhsp70 mRNA水平提高水平提高10001000倍倍,就是因为热激因子与就是因为热激因子与hsp70 hsp70 基因基因TATATATA区上游区上游60 bp60 bp处的处的HSEHSE结合结合,诱发转录起始诱发转录起始.第七节 其他水平上的表达调控一、一、RNA的加工成熟的加工成熟 1 1、rRNArRNA和和tRNAtRNA的加工成熟的加工成熟 （1 1）rRNA的加工成熟的加工成熟 rRNA的加工方式：的加工方式：A、分子内切割；、分子内切割；B、化学修饰、化学修饰 真核生物分子切割：真核生物分子切割：45S 18S、28S、5.8S 化学修饰：甲基化（原核化学修饰：甲基化（原核主要是碱基甲基化；主要是碱基甲基化；真核真核主要是核糖甲基化）主要是核糖甲基化）（2）tRNA的加工成熟的加工成熟 tRNA的初级转录产物在进入细胞质后，经过核苷修的初级转录产物在进入细胞质后，经过核苷修饰、剪接成成熟的饰、剪接成成熟的tRNA（4S）。）。2、mRNA的加工成熟的加工成熟 （1）真核生物）真核生物mRNA前体加工三过程前体加工三过程:、在新生的、在新生的mRNA前体前体5端加一个甲基端加一个甲基化的帽子化的帽子(鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸);、在、在3端加一个多聚腺苷酸的尾巴端加一个多聚腺苷酸的尾巴;、将、将mRNA前体内含子部分切去前体内含子部分切去,将外显将外显 子连在一起子连在一起,实现实现mRNA前体的拼接。前体的拼接。选择性剪接或可变剪接选择性剪接或可变剪接:同一个同一个mRNA前前体分子通过不同的拼接途径产生不同的体分子通过不同的拼接途径产生不同的mRNA的过程。的过程。（2 2）真核生物基因转录后加工的多样性真核生物基因转录后加工的多样性:简单转录单位简单转录单位：这类基因只编码一个多肽，其原始：这类基因只编码一个多肽，其原始转录产物有的不一定需要加工。转录产物有的不一定需要加工。A、组蛋白基因组蛋白基因：没有内含子，不存在转录后加工：没有内含子，不存在转录后加工问题，其问题，其mRNA 3端没有多聚腺苷酸尾巴，但只有一端没有多聚腺苷酸尾巴，但只有一个保守的回文序列作为转录终止信号。个保守的回文序列作为转录终止信号。B、腺病毒蛋白腺病毒蛋白、-干扰素和许多酵母蛋白基因干扰素和许多酵母蛋白基因：没有没有内含子，所编码的内含子，所编码的 mRNA不需要剪接，但需要加不需要剪接，但需要加多聚腺苷酸尾巴。多聚腺苷酸尾巴。C C、-和和-珠蛋白基因及许多细胞蛋白基因珠蛋白基因及许多细胞蛋白基因：具：具有有内含子，需要内含子，需要 进行进行mRNA剪接和加多聚腺苷酸尾巴。剪接和加多聚腺苷酸尾巴。复杂转录单位复杂转录单位：编码组织和发育特异性编码组织和发育特异性蛋白质的基因，通过选择性剪接，切去蛋白质的基因，通过选择性剪接，切去部分内含子部分内含子,连接外显子连接外显子,产生不同的成产生不同的成熟熟mRNAmRNA。A A、利用多个、利用多个55端转录起始位点或剪接端转录起始位点或剪接位点产生不同的蛋白质。位点产生不同的蛋白质。下图说明下图说明肌球蛋白碱性轻链基因肌球蛋白碱性轻链基因选用选用了不同的了不同的55转录起始位点及剪接不同外转录起始位点及剪接不同外显子产生蛋白质异构体显子产生蛋白质异构体LCLCl l和和LCLC3 3的过程。的过程。B B、利用多个加、利用多个加polyApolyA位点和不同的剪接方式产位点和不同的剪接方式产生不同的蛋白质。生不同的蛋白质。这类基因调控点在于有两个或多个加这类基因调控点在于有两个或多个加po