-第7章真核基因表达调控课件.ppt

1、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 真核生物基因表达调控的特点和种类 真核生物DNA水平上的基因表达调控 真核生物转录水平上的基因表达调控 真核基因转录后水平上的调控Contents真核基因表达调控的层次真核基因表达调控的层次 DNA和染色体水平的调控和染色体水平的调控 基因扩增、基因丢失、基因重排、基因修基因扩增、基因丢失、基因重排、基因修 饰、基因封闭等。饰、基因封闭等。转录水平的调控转录水平的调控 转录的起始、延伸和终止等。转录的起始、延伸和终止等。转录后转录后RNA前体加工及转运的调控前体加工及转运的调控 基因在核中转录而在胞浆中翻译，转录后基因在核

2、中转录而在胞浆中翻译，转录后需经剪切、拼接、编辑、修饰和转运等过程。需经剪切、拼接、编辑、修饰和转运等过程。翻译水平的调控翻译水平的调控。翻译后水平的调控翻译后水平的调控 翻译产物剪切、修饰、构象形成、转运和翻译产物剪切、修饰、构象形成、转运和装配等。装配等。mRNA降解的调控降解的调控 细胞内有控制细胞内有控制mRNA寿命的机制。寿命的机制。和原核相比真核基因表达调控的一些特点和原核相比真核基因表达调控的一些特点相同点：相同点：都具有转录水平的调控和转录后水平的调控都具有转录水平的调控和转录后水平的调控，并且也以，并且也以转录水平转录水平的调控最为重要；的调控最为重要；真核结构基因的上游和下

3、游也存在着许多特真核结构基因的上游和下游也存在着许多特异的调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调异的调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调控成分的结合与否控制着基因是否转录控成分的结合与否控制着基因是否转录不同点不同点：原核的染色质是裸露的原核的染色质是裸露的DNADNA，而真核的，而真核的染色质则是由染色质则是由DNADNA与组蛋白紧密结合形成的与组蛋白紧密结合形成的核小体。原核中核小体。原核中染色质染色质的结构对基因的表的结构对基因的表达没有明显的达没有明显的调控调控作用，而在真核中这种作用，而在真核中这种作用是明显的。作用是明显的。和原核相比真核基因表达调控的一些特点和原核相比真核基因表达调

4、控的一些特点不同点：不同点：在原核基因转录的调控中，既有激活物的在原核基因转录的调控中，既有激活物的调控，也有阻遏物的调控，二者等同重要。调控，也有阻遏物的调控，二者等同重要。在真核生物中虽然也有正调控成分和负调在真核生物中虽然也有正调控成分和负调控成分，但迄今已知的主要是控成分，但迄今已知的主要是正调控正调控和原核相比真核基因表达调控的一些特点和原核相比真核基因表达调控的一些特点不同点：不同点：原核基因转录和翻译是偶联的，而真核生物的转录原核基因转录和翻译是偶联的，而真核生物的转录和翻译不是偶联的，和翻译不是偶联的，RNARNA在细胞核中合成，只有经在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜，到达细

5、胞质后，才能被翻译成蛋白转运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质。使得真核基因的表达有质。使得真核基因的表达有多种转录的调控机制多种转录的调控机制。如转录的如转录的RNARNA还必须经过加工形成成熟的还必须经过加工形成成熟的RNARNA才能行才能行使各自的功能使各自的功能和原核相比真核基因表达调控的一些特点和原核相比真核基因表达调控的一些特点不同点：不同点：原核生物细胞内基因表达基本一致，且对于外原核生物细胞内基因表达基本一致，且对于外界环境条件变化的反应也基本相同。界环境条件变化的反应也基本相同。真核生物大都是多细胞的复杂有机体，在个体真核生物大都是多细胞的复杂有机体，在个体发育中由一

6、个受精卵逐步分化形成不同的细胞类发育中由一个受精卵逐步分化形成不同的细胞类型和各种组织，分化是不同基因表达的结果，型和各种组织，分化是不同基因表达的结果，在在不同发育阶段和不同细胞类型中，基因的时空表不同发育阶段和不同细胞类型中，基因的时空表达受到严密的调控。达受到严密的调控。和原核相比真核基因表达调控的一些特点和原核相比真核基因表达调控的一些特点 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。真核生物基因调控，根据其性质可分为两大类：真核生物基因调控，根据其

7、性质可分为两大类：第一类是瞬时调控或称可逆性调控，第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原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。的调节。第二类是发育调控或称不可逆调控，第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因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。育的全部进程。和原核相比真核基因表达调控的一些特点和原核相比真核基因表达调控的一些特点一、真核基因组结构特点

8、 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 存在转录单元多顺反子原核生物基因组结构特点 有重叠基因二、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

9、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

10、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，大都位于启在原核生物中，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接动子上游不远处，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 fam

11、ily)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：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，基构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。现已发现存在不同形式

12、的复杂多基因家族。位。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

13、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。PS 外显子 S PL 外显子 L 外显子 2 外显子 3 DNA 50b 2800bp 161bp 4500bp 205bp 327bp 初始转录本：在唾腺中转录 成熟 mRNA：1663nt 初始转录本：在肝中转录 成熟 mRNA：1773nt 图 18-57 小鼠淀粉酶(amy)基因利用不同启动子产生两个不同的 mRNA(三)假基因是基因组中因突变而失活的基因，无蛋

14、白质产物。一般是启动子出现问题。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DNA水平上的基因表达调控 真核生物转录水平上的基因表达调控 真核基因转录后水平上的调控Contents第二节 真核生物基因表达调控的特点和种类一、真核生物基因表达调控的特点1、RNA聚合酶 2、多层次3、个体发育复杂4、活性染色体结构变化：对核酸酶敏感、DNA拓扑结构变化、DNA碱基修饰变化、组蛋白变化 5、正性调节占主导6、转录与翻译间隔进行 7、转录后修饰、加工 根据其性质可分为两大类：一是一是瞬时调控或称为可逆性调控瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出

15、的反应。瞬时调控包括某种底对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底物或激素水平升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性物或激素水平升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。和浓度的调节。二是二是发育调控或称不可逆调控发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。进程。根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：DNA水平调控水平调控转录水平调控转录水平调控转录后水平调转录后水平调控控翻译水平调控翻译水平调控蛋白质加工水平的调控蛋白质加工水平的调控二、真核生物基因表达调控的

16、种类：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DNA水平上的基因表达调控 真核生物转录水平上的基因表达调控 真核基因转录后水平上的调控Contents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这些在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分

17、的染色体，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整套的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。染色体。目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发现类目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发现类似的基因丢失现象。似的基因丢失现象。二、基因扩增：二、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，基因扩增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。发育的需要，是基因活性调控的一种方式

18、。如如非洲爪蟾非洲爪蟾在卵裂期和胚胎期需大量蛋白质，在卵裂期和胚胎期需大量蛋白质，rDNArDNA原原有拷贝为有拷贝为500500个，在卵母细胞发育过程中，由于个，在卵母细胞发育过程中，由于rDNArDNA的扩增使核仁数达几百个。的扩增使核仁数达几百个。rDNArDNA的拷贝数可由原来单的拷贝数可由原来单个核仁中的个核仁中的500500个扩增到个扩增到2 210106 6个个 将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位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，这种方式被称为点从而启动转录，这种方式被称为基因重排基因重排。非定向重排非定向重排 例如转座子在染色体上的移动，转座

19、子的插入可激例如转座子在染色体上的移动，转座子的插入可激活或抑制某些基因。如顺向末端重复序列的转座可活或抑制某些基因。如顺向末端重复序列的转座可能导致某些片段的缺失而使启动子邻近结构基因而能导致某些片段的缺失而使启动子邻近结构基因而使其转录。使其转录。定向重排与变换定向重排与变换 定向重排可使一个基因从远离其启动子的位置移到定向重排可使一个基因从远离其启动子的位置移到启动子附近位点而被启动。启动子附近位点而被启动。如小鼠免疫球蛋白结构基因的表达。如小鼠免疫球蛋白结构基因的表达。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

20、 DNA DNA甲基化能关闭甲基化能关闭某些基因的活性某些基因的活性 X X染色体上染色体上DNADNA的的高度甲基化可引起高度甲基化可引起X X染色体的失活。染色体的失活。研究证实，研究证实，CpGCpG二二核苷酸中胞嘧啶的核苷酸中胞嘧啶的甲基化导致了人体甲基化导致了人体1 13 3以上由于碱基转以上由于碱基转换而引起的遗传病换而引起的遗传病。真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：日常型甲基转移酶 从头合成型甲基转移酶 2 2、DNADNA甲基化抑制基因转录的机理甲基化抑制基因转录的机理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

21、合效率。甲基化达到一定程度时会发生从常规的B-DNA到Z-DNA的转变。由于Z-DNA结构收缩，螺旋加深，使许多蛋白质因子赖以接合的元件缩入小沟而不利于基因转录的起始。启动子启动子DNADNA分子上分子上的的甲基化密度甲基化密度与基因与基因转录受抑制的程度密转录受抑制的程度密切相关。切相关。对于弱启动子来说，稀少的甲基化就能使其完全失去转对于弱启动子来说，稀少的甲基化就能使其完全失去转录活性。录活性。当这一类启动子被增强时当这一类启动子被增强时(带有增强子带有增强子)，即使不去甲基，即使不去甲基化也可以恢复其转录活性。化也可以恢复其转录活性。若进一步提高甲基化密度，即使增强后的启动子仍无转若进

22、一步提高甲基化密度，即使增强后的启动子仍无转录活性。录活性。DNA甲基化还提高了该位点的突变频率甲基化还提高了该位点的突变频率嘧啶嘧啶(Pyrimidines)(Pyrimidines)胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶由于由于CGCG甲基化增加了胞嘧啶残基突变的甲基化增加了胞嘧啶残基突变的可能性，可能性，5-mC 5-mC 也作为内源性诱变剂或也作为内源性诱变剂或致癌因子调节基因表达致癌因子调节基因表达五、染色质结构与基因表达调控：五、染色质结构与基因表达调控：按功能状态的不同可将染色质分为按功能状态的不同可将染色质分为活性染色质和非活性染活性染色质和非活性染色质色质，所谓活性染色质是指具有转录活

23、性的染色质；非活，所谓活性染色质是指具有转录活性的染色质；非活性染色质是指没有转录活性的染色质。性染色质是指没有转录活性的染色质。活性染色质由于核小体构型发生构象的改变，往往具有疏活性染色质由于核小体构型发生构象的改变，往往具有疏松的染色质结构从而便于转录调控因子与顺式调控元件结松的染色质结构从而便于转录调控因子与顺式调控元件结合和合和RNARNA聚合酶在转录模板上滑动。聚合酶在转录模板上滑动。活性染色质真核细胞中真核细胞中基因转录的模板是染色质基因转录的模板是染色质而不是裸而不是裸露的露的DNA，因此染色质呈疏松或紧密结构，即，因此染色质呈疏松或紧密结构，即是否处于活化状态是决定是否处于活化

24、状态是决定RNA聚合酶能否有效聚合酶能否有效行使转录功能的关键。行使转录功能的关键。活性染色质的主要特点在结构上：在结构上：活性染色质上具有DNaseI超敏感位点活性染色质上具有基因座控制区活性染色质上具有核基质结合区（MAR序列）染色质结构对转录的影响染色质结构对转录的影响 转录发生之前，染色质常常在特定的区域转录发生之前，染色质常常在特定的区域被解旋或松弛，形成自由被解旋或松弛，形成自由DNADNA。这种变化可能。这种变化可能包括核小体结构的消除或改变，包括核小体结构的消除或改变，DNADNA本身局部本身局部结构的变化，导致结构基因暴露，促进转录因结构的变化，导致结构基因暴露，促进转录因子

25、与启动区子与启动区DNADNA的结合，从而使基因转录。的结合，从而使基因转录。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DNA水平上的基因表达调控 真核生物转录水平上的基因表达调控 真核基因转录后水平上的调控Contents第四节 真核生物转录水平上的基因表达调控原核生物基因表达以操纵子为单位启动或关闭结构基因转录。转录的调控区很小，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制RNA聚合酶的结合而调控转录。真核生物基因组中无操纵子结构。基因转录的调节区相对较大，转录调控是通过顺式作用元件和反式作用因子的相互作用实现的。“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全

26、部核苷酸序列。一、真核基因转录（一）真核基因结构（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

27、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

28、特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。（三）反式作用因子 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。TFD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、HSF（热激蛋白启动区）2、结构DNA结合结构域结合结构域转录活化结构域转录活化结构域结构域结构域连接区与转录因子结合的DNA区常是一段反向重复序列，因此许多转录因子常以二聚体形式与DNA结合（1）DNA结合结构域：螺旋螺旋-转折转折-螺旋（螺旋（锌指结构锌指结构 碱性碱性-亮氨酸拉链（亮氨

29、酸拉链（basic-leucine zipper）碱性碱性-螺旋螺旋-环环-螺旋（螺旋（basic helix/loop/helix，bHLH）1、螺旋、螺旋-转折转折-螺旋螺旋a-螺旋常带有几个与DNA序列相识别的氨基酸可与DNA大沟结合 2、锌指结构配位键配位键2-9个个定义：是一种常出现在DNA结合蛋白中的结构基元。是由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上的4个Cys或2个Cys和2个His配位的Zn构成，形成的结构像手指状。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等等转录因子转录因子SP1（GC盒）盒）、连、连续的

30、续的3个锌指重复结构。个锌指重复结构。3、碱性-亮氨酸拉链二聚体二聚体亮氨酸之间相互作用形成亮氨酸之间相互作用形成二聚体，形成二聚体，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构域与碱性氨基酸结构域与DNA结合。结合。这类蛋白质的这类蛋白质的DNA结合结构域实际是以碱结合结构域实际是以碱性区和亮氨酸拉链结构域整体作为基础的。性区和亮氨酸拉链结构域整体作为基础的。定义：出现在DNA结合蛋白质和其它蛋白质中的一种结构基元（motif）。当来自同一个或不同多肽链的两个-螺旋的疏水面（常常含有亮氨酸残基）相互作用形成一个圈对圈的二聚体结构时就形成了亮氨酸拉链。4、碱性-螺旋

31、-环-螺旋转录激活结构域转录激活结构域（transcription activating domain）转录因子除了有DNA结合结构域外还有与蛋白（基础转录因子）结合的结构域，用于和RNA pol或其它转录因子相互作用。各结构域是相互独立的。转录激活域一般由30100氨基酸残基组成，这些结构域有富含酸性氨基酸、富含Gln和富含Pro等不同种类。（四）转录起始复合物蛋白质磷酸化对基因转录的调控 蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程是生物体内普遍存在的信息传导调节方式，几乎涉及所有生理及病理过程、如糖代谢、光合作用、细胞的生长发育、神经递质的合成与释放甚至癌变。细胞表面受体与配体分子的高亲和力特异性结合，

32、能诱导受体蛋白构象变化，或使受体发生寡聚化而被激活，使胞外信号顺利通过质膜进入细胞内。受体分子活化细胞功能的途径有两条：受体本身或受体结合蛋白具有内源酪氨酸激酶活性，胞外信号通过酪氨酸激酶途径得到传递受体分子活化细胞功能的途径有两条：配体与细胞表面受体结合，通过G蛋白介导的效应系统产生介质，活化丝氨酸/苏氨酸或酪氨酸激酶，从而传递信号。受cAMP水平调控的A激酶PKAPKC腺苷腺苷酸环酸环化酶化酶磷磷酸酸酯酯酶酶A激酶（PKA）：依赖于cAMP的蛋白激酶称为A激酶(PKA)，它能把ATP分子上的末端磷酸基团加到某个特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上。非活性状态的PKA全酶由4个亚基R2C2所组成

33、，调节亚基与cAMP相结合，引起构象变化并释放催化亚基，后者随即成为有催化活性的单体。转录因子可以通过cAMP介导的蛋白质磷酸化过程而被激活。在某些分泌细胞，需要几个小时，激活的PKA 进入细胞核，将CRE结合蛋白磷酸化，调节相关基因的表达。CRE（cAMP response element，cAMP应答元件）是DNA上的调节区域。(TGACGTCA)CRE结合蛋白(cAMP response element bound protein,CREB)cAMP活化糖原磷酸化酶示意图cAMPcAMP的合成并活的合成并活化化A A激酶，后者再激酶，后者再将活化磷酸基团将活化磷酸基团传递给传递给无活性的

34、无活性的磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化活化糖原磷酸化酶，最终将糖原酶，最终将糖原磷酸化，进入糖磷酸化，进入糖酵解过程并提供酵解过程并提供ATPATP。C激酶与PIP2、IP3和DAG C激酶：该蛋白激酶活性是依赖于Ca2+的，所以称为C激酶(PKC)。C激酶主要实施对丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，它具有一个催化结构域和一个调节结构域。磷酸酯酶C-，这种酶可水解磷酸肌醇酯（PIP2）为磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DAG）。IP3引起细胞质Ca2+浓度升高，导致C激酶从胞质转运到靠近原生质膜内侧处，并被DAG和Ca2+的双重影响所激活。磷脂酰肌醇途径4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）磷脂

35、酶C（PLC-）1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）二酰基甘油（DAG）通常，NFB与抑制因子IB相结合，以非活性形式存在于细胞中。当 IB蛋白被迅速磷酸化并被降解，释放NFB并向核内迁移，激活靶基因转录。PKC使IB磷酸化CaM激酶与MAP激酶 MAP激酶（mitogen-activated protein kinase,MAP-kinase,又称extracellular-signal-regulated kinase,ERKS)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G蛋白受体系统的调控。MAP激酶的活性取决于该蛋白中仅有一个氨基酸之隔的酪氨酸/丝氨酸残基是否被磷酸化

36、能同时催化这两个氨基酸残基磷酸化的酶为MAP-激酶-激酶，它的反应底物是MAP-激酶 MAP-激酶-激酶本身被MAP-激酶-激酶-激酶所磷酸化激活 MAP-激酶-激酶-激酶被C激酶或酪暗算激酶家族的Ras 等激活，从而在信息传导中发挥功能。酪氨酸激酶途径受体酪氨酸激酶 胞外结合配体结构域 跨膜结构域 细胞质酪氨酸激酶结构域组成。受体酪氨酸激酶是大多数生长因子的受体 上皮细胞生长因子(Epidermal growth factor，EGF)，血小板起源生长因子(Platelet-derived growth factor，PDGF)胰岛素(Insulin)受体酪氨酸激酶（RTK）信号传导方式 受

37、体酪氨酸激酶信号传导的主要过程是：配体与酪氨酸激酶受体胞外结构域的结合引发二聚体，两个亚基相互催化引起自动磷酸化，导致受体胞质结构域构象变化，从而激活酪氨酸激酶的催化活性，磷酸化的酪氨酸招引靶蛋白与胞质结构域结合，引起偶联反应将信号传导下去。和激活的受体酪氨酸激酶结合的蛋白质多种多样，例如：GTP酶激活蛋白（GAP）、磷酯酶、Src类非受体蛋白质酪氨酸激酶、磷酯酰肌醇3-激酶（PI3-kinase)等等。对于这些蛋白质的功能了解得不多，但他们中许多与细胞增生和癌变有关。尽管他们具有不同的结构和功能，他们都在结构上有两个高度保守的非催化区域，称为SH2和SH3。SH2区域的功能就是与磷酸化的酪氨

38、酸结合。Several types of proteins involved in signaling have SH2 and SH3 domains.是因为他们最先在Src蛋白的同源性区域2和3发现（src homology region 2 and 3)受体自身磷酸化的酪氨酸结构区域，是靶蛋白的高亲和力结合区，一旦与受体的这一区域结合，靶蛋白也在其酪氨酸残基上被磷酸化而被激活受体酪氨酸激酶：EGF 或PDGF 受体。受体通过一种衔接蛋白质激活Ras 途径。激酶磷酸化它的靶激酶，最终磷酸化转录因子蛋白质乙酰化对基因表达的影响 组蛋白的乙酰化和去乙酰化组蛋白乙酰转移酶（histone ace

39、tyltransferase,HAT)组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase,HDAC)组蛋白N端尾巴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DNA的亲和力，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，从而提高了基因转录的活性。激素对靶基因的影响 类固醇类激素：雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮质激素、雄激素 代谢性激素：胰岛素 它们的调控作用都是通过启动基因转录实现的 类固醇激素通过简类固醇激素通过简单扩散穿过细胞膜单扩散穿过细胞膜在细胞内，类固醇激在细胞内，类固醇激素与其受体结合素与其受体结合 但当激素结合到受但当激素结合到受体上时，蛋白质转变体上

40、时，蛋白质转变成活性形式。成活性形式。类固醇类固醇-受体复合物受体复合物结合到结合到HREHRE上时，邻近上时，邻近的启动子被活化并起的启动子被活化并起始转录。始转录。激素对靶基因的影响激素对靶基因的影响Chaperon person,usually a married or elderly woman who,for the sake of propriety,accompanies a younger unmarried lady in public as guide and protector.（欧洲中世纪）（欧洲中世纪）Molecular chaperon A functional c

41、lass of unrelated families of proteins that assist the correct non-covalent assembly of other polypeptide-containing structure in vivo,but are not components of these assembled structure when they are performing their normal biological functions已被证明的分子伴侣已被证明的分子伴侣Heat Shock Protein Hsp60,Hsp70,hsp90(

42、最大类别最大类别)二硫键异构酶二硫键异构酶(disulfide isomerase)可提高可提高SH的形成，的形成，肽基脯氨酸顺反异构酶肽基脯氨酸顺反异构酶(peptidyl prolyl cis-trans isomerase)具分子伴侣功能具分子伴侣功能非分子伴侣非分子伴侣 Molecular Chaperons function in peptides folding Molecular Chaperons function in peptides folding-帮助多肽选择正确折叠，组装的途径（帮助多肽选择正确折叠，组装的途径（pathway）在正确在正确(on-pathway)&错

43、误错误(off-pathway)折叠方式的选择或竞争中折叠方式的选择或竞争中准确识别多肽在选择准确识别多肽在选择off-pathway中暴露的错误区段中暴露的错误区段并与之结合并与之结合 形成复合体形成复合体阻止最终在阻止最终在off-pathway的错误折叠发生的错误折叠发生-防止过早折叠，防止过早折叠，帮助越膜，转运帮助越膜，转运完全折叠完全折叠越膜越膜-消除过早过多的折叠，有助越膜消除过早过多的折叠，有助越膜过早过多折叠过早过多折叠去折叠去折叠（unfolding）越膜越膜refolding（部分折叠）（部分折叠）防止过早折叠防止过早折叠 分子伴侣的作用机理分子伴侣的作用机理-识别；识别

44、；具有一定的特异性，但特异性不高具有一定的特异性，但特异性不高e.g.pseudomonas capacia 的酯酶具有的酯酶具有private chaperon 一般而言，分子伴侣通过对暴露于表面的疏水基团结合一般而言，分子伴侣通过对暴露于表面的疏水基团结合-结合；结合；不同的分子伴侣与靶蛋白的结合，形成不同的分子伴侣与靶蛋白的结合，形成Chaperonins(伴侣蛋白伴侣蛋白)的能力各异的能力各异 （在（在chaperonins中，中，target 为失活状态）为失活状态）-解离；解离；具有具有ATPase是解离的必要条件是解离的必要条件(chaperon ATPase)水解水解解离解离m

45、olecular chaperon 介导所产生的生物学功能介导所产生的生物学功能 对传统的对传统的“新生肽链可自行折叠新生肽链可自行折叠”概念的根本修概念的根本修正正 胁迫保护；胁迫保护；Hsp70 from cytoplasm into nuclear protect inactivation of nuclear-protein from high temperate.help refolding of nuclear-protein after stress disappear 协助组装细胞骨架协助组装细胞骨架TriC+肌动蛋白肌动蛋白 肌动蛋白单体释放肌动蛋白单体释放构建细胞骨架构建细

46、胞骨架+ATP 帮助转运，越膜帮助转运，越膜RNA的加工成熟的加工成熟 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翻译水平的调控翻译水平的调控其他水平上的基因调控其他水平上的基因调控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真核生物的基因可以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)(1)简单转录单位简单转录单位。这类基因只编码产生一。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时则不需要加工。这类基因转录后加工有3 3种不同形式：种不同形式：(2)(2

47、)复杂转录单位。复杂转录单位。含有复杂转录单位的主要含有复杂转录单位的主要是一些编码组织和发育特异性蛋白质的基因，是一些编码组织和发育特异性蛋白质的基因，它们除了含有数量不等的内含子以外，其原始它们除了含有数量不等的内含子以外，其原始转录产物能通过多种不同方式加工成两个或两转录产物能通过多种不同方式加工成两个或两个以上的个以上的mRNAmRNA。组成型剪接：组成型剪接：一个基因的转录产物通过剪接只能一个基因的转录产物通过剪接只能产生一种成熟的产生一种成熟的mRNAmRNA。选择性剪接：选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的剪同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同接方式形成不同mRNAm

48、RNA。利用多个5端转录起始位点和剪接位点产生不同的蛋白质。在肝脏中，在肝脏中，mMA 5端的端的161个碱基是由个碱基是由L外显子编码的。外显子编码的。在唾液腺中，在唾液腺中，mMA 5端的端的50个碱基是由个碱基是由S外显子编码的。外显子编码的。SL-淀粉酶淀粉酶肌球蛋白碱性轻链基因剪接多样性肌球蛋白碱性轻链基因剪接多样性人类降血钙素（人类降血钙素（CALC）基因在甲状腺和神经元细胞中的选择性加尾和剪接）基因在甲状腺和神经元细胞中的选择性加尾和剪接利用多个加多聚（利用多个加多聚（A A）位点和不同的剪接方式产生不）位点和不同的剪接方式产生不同的蛋白质。同的蛋白质。降血钙素相关蛋白降血钙素相

49、关蛋白虽无剪接，但有多个转录起始位点或加多聚（虽无剪接，但有多个转录起始位点或加多聚（A A）位点的基因。位点的基因。酵母蔗糖酶基因拥有多个酵母蔗糖酶基因拥有多个5末端。这类基因表达末端。这类基因表达时，往往产生不同时，往往产生不同5末端的末端的mRNA。mRNA的结构对翻译水平的调控的结构对翻译水平的调控Leading seq.(5-Untranslation region,UTR)Leading seq.(5-Untranslation region,UTR)Cap 具有增译作用具有增译作用Cap+poly(A)具有增译的协同效应具有增译的协同效应Cap对对eIF4b的相对浓度的选择的相对

50、浓度的选择 Shatkin(1976)-m-m7 7GpppN(Cap)GpppN(Cap)-AUG flanked seq.effect-AUG flanked seq.effect5 L.S 存在存在AUG 对第一个对第一个AUG密码的起译产生负控效应密码的起译产生负控效应5-AUG-AUG-NNN-L.S错误起译错误起译改变读框改变读框降低速率降低速率-AUG flanked consensus seq(-3A,+4G)Kozak(1987)699种脊椎动物，植物，酵母和原生动物种脊椎动物，植物，酵母和原生动物-5UTR二级结构的影响二级结构的影响Hairpin(Stem-loop)顺式