分子生物学第八章-2省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,Contents,真核生物基因结构与转录活性,真核基因转录机器主要组成,蛋白质磷酸化对基因转录调控,蛋白质乙酰化对蛋白表示影响,激素与热激蛋白对基因表示影响,其它水平上表示调控,第1页,细胞是生命活动基本单位。细胞经过,DNA,复制和细胞分裂将本身所固有遗传信息由亲代传至子代，实现增殖繁衍。它们还不停地“感知”环境改变，并对其作出特定应答。,细胞应答能够分为,3,个阶段：,外界信息“感知”，即由细胞膜到细胞核内信息传递,染色质水平上基因活性调控,特定基因表示，即从,DNARNA,蛋白质遗传信息传递过程。,第2页,蛋白质磷酸化与去磷酸化过程,是生物体内普遍存在信息传导调整方式，几乎包括全部生理及病理过程，如糖代谢、光合作用、细胞生长发育、神经递质合成与释放甚至癌变等等。,第3页,能与受体呈特异性结合生物活性分子则称,配体,(ligand),。,受体定义,是,细胞膜,上或,细胞内,能尤其识别生物活性分子并与之结合成份。它能把识别和接收信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引发生物学效应特殊蛋白质。,第4页,受体分类：当前已知受体种类达百余种。,按部位分类：细胞膜受体和细胞内受体。,按结构分类：单体蛋白受体、跨膜复合蛋白受体。,按效应分类：离子通道偶联受体、,G,蛋白偶联受体、蛋白激酶偶联受体。,按功效分类：神经递质类受体、激素类受体、自体活性物质类受体。,第5页,G,蛋白,:,受体与配体结合后即与膜上偶联蛋白结合，使其释放活性因子，再与效应器发生反应。因为这些偶联蛋白结构和功效极为类似，且都能结合,GTP,或,GDP,，所以通常称,G,蛋白，即鸟苷酸调整蛋白（,guanine nucleotide regulatory protein,）,G protein,细胞表面受体经过与其对应配体作用后，可经不一样种类,G,蛋白偶联，分别发挥不一样生物学效应。,第6页,G,蛋白种类和结构：,已发觉有,40,各种，结构相同，均为异源性三聚体，由,、,、,亚基组成,.,第7页,细胞表面受体与配体分子高亲和力特异性结合，能诱导受体蛋白构象改变，使胞外信号顺利经过质膜进入细胞内，或使受体发生寡聚化而被激活。,受体分子活化细胞功效路径主要有两条,：,一是受体本身或受体结合蛋白含有内源酪氨酸激酶活性，胞内信号经过酪氨酸激酶路径得到传递；,二是配体与细胞表面受体结合，经过,G,蛋白介异效应系统产生介质，活化丝氨酸,/,苏氨酸或酪氨酸激酶，从而传递信号。,第8页,存在于,细胞质膜,上受体，依据其结构和转换信号方式又分为三大类：,离子通道受体,，,G,蛋白偶联受体,和,跨膜蛋白激酶受体,。,膜受体,(membrane receptor),第9页,P308,第10页,真核细胞主要跨膜信号传导路径,第11页,第12页,蛋白质磷酸化和,GTP,结合蛋白参加信号转导过程,第13页,依赖于,cAMP,蛋白激酶称为,A,激酶（,PKA,），,它能把,ATP,分子上末端磷酸基团加到某个特定蛋白质丝氨酸或苏氨酸残基上。,8.3.1,受,cAMP,水平调控,A,激酶,第14页,受,cAMP,水平调控,A,激酶,非活性状态,PKA,全酶由,4,个亚基,R2C2,所组成，分子量约为,150-170,，调整亚基与,cAMP,相结合，引发构象改变并释放催化亚基，后者随即成为有催化活性单体,.,第15页,不一样细胞对,cAMP,信号路径反应速度不一样：,在肌肉细胞,1,秒钟之内可开启糖原降解为葡糖,1-,磷酸（图），而抑制糖原合成。,第16页,糖原代谢时，激素与其受体在肌肉细胞外表面相结合，诱发细胞质,cAMP,合成并活化,A,激酶，后者再将活化磷酸基团传递给无活性磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最终将糖原磷酸化，进入糖酵解过程并提供,ATP,。,cAMP,活化糖原磷酸化酶示意图,第17页,在一些分泌细胞中，需要几个小时，激活,PKA,进入细胞核，将,CRE,结合蛋白,磷酸化，调整相关基因表示。,许多转录因子都能够经过,cAMP,介导蛋白质磷酸化过程而被激活，因为这类基因,5,端大都拥有一个或数个,cAMP,应答元件（,CRE,）。,CRE,（,cAMP response element,，,cAMP,应答元件,）,是,DNA,上调整区域。,(TGACGTCA),CRE,结合蛋白,(,cAMP response element bound protein,CREB),第18页,cAMP,信号与基因表示,该,信号路径包括反应链,可表示为,p311,：,激素,G,蛋白耦联受体,激活,G,蛋白,激活腺苷酸环化酶,cAMP ,活化依赖,cAMP,蛋白激酶,A,释放催化亚基进入核内,底物（,CREB,）磷酸化,激活基因转录,第19页,cAMP,信号与基因表示,该,信号路径包括反应链,可表示为,p311,：,激素,G,蛋白耦联受体,激活,G,蛋白,激活腺苷酸环化酶,cAMP ,活化依赖,cAMP,蛋白激酶,A,释放催化亚基进入核内,底物（,CREB,）磷酸化,激活基因转录,第20页,Contents,真核生物基因结构与转录活性,真核基因转录机器主要组成,蛋白质磷酸化对基因转录调控,蛋白质乙酰化对蛋白表示影响,激素与热激蛋白对基因表示影响,其它水平上表示调控,第21页,1.,组蛋白乙酰化及去乙酰化,1.1.,组蛋白基本组成：组蛋白是组成核小体基本成份，核小体是组成染色质基本结构单元。,组蛋白,：,H1 H2A H2B H3 H4,非组蛋白,核小体,DNA,蛋白质,染色体,第22页,核小体是由,H2A,、,H2B,、,H3,、,H4,各两个分子生成,八聚体,和由大约,200bpDNA,组成。八聚体在中间，,DNA,分子盘绕在外，而,H1,则在核小体外面。每个核小体只有一个,H1,。,核小体组成,念珠状结构,，有一条细丝连着一串直径为,10nm,球状体。,核小体,第23页,1.2.,关键组蛋白乙酰化与去乙酰化,关键组蛋白朝向外部,N-,端部分被称为,”,尾巴,”,可被组蛋白,乙酰基转移酶和乙酰基去乙酰化酶,修饰，加上或去掉乙酰基团。,图：组蛋白,N,端,”,尾巴,”,主要修饰位点,第24页,1.3.,组蛋白乙酰基转移酶（,HAT,）,当前已发觉,HAT,有两类：,一类与转录相关,另一类与核小体组装以及染色质结构相关,。,第25页,1.4.,组蛋白去乙酰化酶（,HDAC,）,组蛋白去乙酰化酶负责去除组蛋白上乙酰基团。,第26页,2.,组蛋白乙酰化及去乙酰化对基因表示影响,p320,组蛋白乙酰化状态与基因表示相关。组蛋白,N,端“尾巴”上赖氨酸残基乙酰化中和了组蛋白尾巴正电荷，降低了它与,DNA,亲和性，,造成核小体构象发生有利于转录调整蛋白与染色质相结合改变，,从和提升了基因转录活性。,相反，组蛋白去乙酰化与基因活性阻遏相关。,第27页,Contents,真核生物基因结构与转录活性,真核基因转录机器主要组成,蛋白质磷酸化对基因转录调控,蛋白质乙酰化对蛋白表示影响,激素与热激蛋白对基因表示影响,其它水平上表示调控,第28页,1.,激素对靶基因影响,许多类固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮质激素和雄激素）以及普通代谢性激素（如胰岛素）调控作用都是,经过起始基因转录而实现。,8.5,激素与热激蛋白对基因表示影响,P 323,几个常见疏水性小分子激素结构式,第29页,1.,激素对靶基因影响,体内存在许多糖皮质类激素应答基因都有一段大约,20bp,顺式作用元件（激素应答元件，简称,HRE,），该序列含有类似增强子作用，其活性受激素制约。,激素,元件,序列,糖皮质,GRE,TGGTACANNNTGTTCG,雌激素,ERE,GGTCANNNTGTCC,甲状腺素,TRE,CAGGGACGTGACCGCA,第30页,固醇类激素受体蛋白分子有相同结构框架，包含保守性极高并位于分子中央,DNA,结合区，,位于,C,端激素结合区,和,保守性较低,N,端,。,N,端功效不详，但它存在确保了转录高效进行,。,第31页,保守性极高,DNA,结合区，,位于,C,端激素结合区,和,保守性较低,N,端,。,图示,不一样激素受体,DNA,结合区,第32页,类固醇激素经过胞内受体调整生理过程,靶细胞中含有大量激素受体蛋白，而非靶细胞中没有或极少有这类受体。研究表明，,激素，受体，顺式作用元件结合位点,三者缺一不可。,第33页,2.,热激蛋白诱导基因表示,能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而控制基因特异表示,DNA,上游序列称为,应答元件,。应答元件主要有：,热激应答元件（,HSE,）,糖皮质应答元件（,GRE,）,金属应答元件（,MRE,）,应答元件与细胞内专一转录因子相互作用，协调相关基因转录。,调控因子,应答元件,DNA,序列,结合蛋白,热激,HSE,CNNGAANNTCCNNG,HSF,镉,MRE,CGNCCCGGNCNC,？,佛波酯,TRE,TGACTCA,AP1,血清,SRE,CCATATTAGG,SRF,第34页,2.,热激蛋白诱导基因表示,许多生物在最适温度范围以上，能受热诱导合成一系列热休克蛋白（,heat shock protein,，,HSP,），又称,热激蛋白,。,受热后，果蝇细胞内,Hsp70 mRNA,水平提升1 000,倍，就是因为,热激因子（,heat shock factor,，,HSF,）,与,hsp70,基因,TATA,区上游,60bp,处,HSE,（,热激应答元件）,相结合，诱发转录起始。,第35页,不受热或其它环境胁迫时，,HSF,（,热激因子）,主要以单体形式存在于细胞质和核内。单体,HSF,没有,DNA,结合能力。,第36页,受热激或其它环境胁迫时，细胞内变性蛋白增多，与,HSF,竞争结合,Hsp70,，从而释放,HSF,，使之形成三体并输入核内,。,HSF,三体能与,HSE,（热激应答元件）,特异结合，促进基因转录。,第37页,HSF,这种能力可能还受,磷酸化水平,影响。热激后HSF,不但形成三体，还会,快速被磷酸化,。,HSF,与,HSE,特异性结合，引发包含,Hsp70,在内许多热激应答基因表示，大量产生,Hsp70,蛋白。伴随热激温度消失，细胞内出现大量游离,Hsp70,蛋白，它们,与,HSF,相结合，形成没有,DNA,结合能力单体并脱离,DNA,。,第38页,Contents,真核生物基因结构与转录活性,真核基因转录机器主要组成,蛋白质磷酸化对基因转录调控,蛋白质乙酰化对蛋白表示影响,激素与热激蛋白对基因表示影响,其它水平上表示调控,第39页,8.6,其它水平上表示调控,8.6.1 RNA,加工成熟,1,、,rRNA,和,tRNA,加工成熟,第40页,rRNA,加工有两个内容，一个是,分子内切割,，另一个是,化学修饰,。,真核生物,rRNA,基因转录时先产生一个,45S,前体,rRNA,，然后前体,rRNA,很快就会被加工降解，生成不一样相对分子质量成熟,rRNA,。,第41页,rRNA,化学修饰：,甲基化,原核生物：,碱基甲基化,真核生物：,核糖甲基化,tRNA,基因转录时也可能先生成前体,tRNA，,然后再进行加工成熟。普通认为，,tRNA,基因初级转录产物在进入细胞质后，首先经过核苷修饰，生成4.5,S,前体,tRNA，,再行剪接成为成熟,tRNA（4S）。,第42页,编码蛋白质基因转录产生,mRNA,。,这类基因产物在转录后要进行一系列加工改变，才能成为成熟有生物功效,mRNA,。,编码蛋白质基因转录时首先生成前体,pre-mRNA(,或称核不均一,RNA,，,hnRNA),，,然后再加工剪接为成熟,mRNA,。,这些加工主要包含在,mRNA,5,末端加,帽子,，,在其,3,末端加上,poly(A),，进行,RNA,剪接,以及核苷酸,甲基化修饰,等。,因为,mRNA,这些结构与它作为蛋白质合成模板功效有亲密关系，,所以是基因表示主要调控步骤。,2,、,mRNA,加工成熟,第43页,3,、真核生物基因转录后加工多样性,真核生物基因能够按其转录方式分为两大类：即简单转录单位和复杂转录单位。,(1,),简单转录单位。,这类基因只编码产生一个多肽，其原始转录产物有时需要加工，有时则不需要加工。这类基因转录后加工有3种不一样形式：,第44页,简单转录单位转录后加工有,3,种不一样形式,第一个简单转录单位，如组蛋白基因，它们没有内含子，所以不存在转录后加工问题，其,mRNA3,末端没有,poly(A),，但有一个保守回文序列作为转录终止信号,第45页,简单转录单位转录后加工有,3,种不一样形式,第二种简单转录单位包含腺病毒蛋白,IX,、,-,干扰素和许多酵母蛋白质基因，它们没有内含子，所编码,mRNA,不需要剪接，但需要加,poly(A),。,第46页,简单转录单位转录后加工有,3,种不一样形式,第三种简单转录单位包含,和珠蛋白基因及许多细胞蛋白基因，这些基因即使都有内含子，需要进行转录后加工剪接，还要加,poly(A),，但它们只产生一个有功效,mRNA,，所以依然是简单转录单位。,第47页,(2),复杂转录单位。,含有复杂转录单位主要是一些编码组织和发育特异性蛋白质基因，它们除了含有数量不等内含子以外，其原始转录产物能经过各种不一样方式加工成两个或两个以上,mRNA。,第48页,利用多个5端转录起始位点或剪接位点产生不一样蛋白质。,第49页,利用多个加多聚（,A）,位点和不一样剪接方式产生不一样蛋白质。,前,mRNA,不一样剪接方式造成了不一样组织中不一样降钙素样蛋白,第50页,虽无剪接，但有多个转录起始位点或加多聚（,A）,位点基因。,第51页,mRNA,有效性调控,真核生物能否长时间、及时地利用成熟,mRNA,分子翻译出蛋白质以供生长、发育需要，是与,mRNA,稳定性亲密相关。,原核生物,mRNA,半衰期很短，平均大约,3min,。高等真核生物快速生长细胞中,mRNA,半衰期平均约为,3h,。在高度分化终端细胞中许多,mRNA,极其稳定，有寿命长达几天或十几天，加上强开启子转录，使一些终端细胞特有蛋白质合成到达惊人水平。,第52页,比如，家蚕丝心蛋白基因含有很强开启子，几天内即可转录出,10,5,个丝心蛋白,mRNA,，而它寿命长达,4,天，每个,mRNA,分子能重复翻译出,10,5,个丝心蛋白，所以,4,天内可产生,10,10,个丝心蛋白，,说明,mRNA,寿命延长是,mRNA,有效性一个主要原因。,第53页,(A),顺式作用元件,(B),反式作用元件,(C),顺式作用因子,(D),反式作用因子,(E),顺反式作用元件,对本身基因转录激活含有调控作用,DNA,序列,由特定基因编码、对另一基因转录含有调控作用转录因子,A,D,第54页,反式作用因子上几个主要,DNA,结合结构域有,:,螺旋,-,转折,-,螺旋、锌指结构、亮氨酸拉链和碱性,-,螺旋,-,环,-,螺旋,第55页,依赖,cAMP,蛋白激酶是,:,A.PKC,B.PLC,C.CK,D.PKG,E.PKA,E,第56页,真核生物,DNA,中胞嘧啶存在甲基化修饰，绝大多数甲基化发生（）二核苷酸对上,A,、,CC,B,、,CT,C,、,CG,D,、,CA,C,第57页,增强子作用含有细胞或组织特异性。（）,增强效应与其位置与取向相关,。（）,增强子有基因专一性，必须在特异性基因组合上表现增强效应。（）,第58页,