第五章真核生物基因表達的调控.ppt

第五章 真核生物基因 表达的调控 真核生物和原核生物由于基本生活方式不同所决定基因表达调控上的巨大差别。 原核生物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条件，或使细胞在受到损伤时，尽快得到修复，所以，原核生物基因表达的开关经常是通过控制转录的起始来调节的。 ? 真核生物（除酵母、藻类和原生动物等单细胞类之外）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。人类细胞单倍体基因组就包含有3×109bp总DNA，约为大肠杆菌总DNA的1000倍，是噬菌体总DNA的10万倍左右！ 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：?  第一类是瞬时调控或称可逆性调控，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。 ? 第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。 研究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？ 真核基因组的一般构造特点 ① 在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，不存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。 ② 真核细胞DNA都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，大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。 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。 ⑤ 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，这些调节区一般通过改变整个所控制基因5‘上游区DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。 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促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。 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，原核生物中不存在这样严格的空间间隔。 ⑦ 许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程（maturation and splicing），才能顺利地翻译成蛋白质。 基因的典型结构及特点 (1)染色体结构复杂 由DNA、组蛋白、非组蛋白等大分子组成。 其基本结构物质是DNA和组蛋白。 核小体是染色质的基本单位。 真核染色体上三要素： DNA复制起始点、着丝点(centromere)和端粒(telomere)。 (2) DNA顺序重复 轻度、中度、高度重复序列三种： 轻度重复序列：单拷贝基因；一个基因组中有一个或几个拷贝的序列；例如结构基因基本上属于不重复序列，如蛋清蛋白、蚕的丝心蛋白等。 中度重复序列：l0个至几百个拷贝的序列;各种rRNA、tRNA及某些结构蛋白基因（如组蛋白基因）。 高度重复序列：从几百到几百万个，通常说的卫星DNA就属于高度重复序列。 重复序列的存在是真核生物DNA区别于原核生物DNA的一个重要特征。 (3) 基因不连续性(interrupted gene) 基因的编码序列在DNA分子上是不连续的，为不编码的序列所隔开。 不连续基因是通过mRNA和DNA杂交试验发现的。 外显子(exon)：编码序列 内含子(intron)：非编码序列 外显子和内含子的概念与是否编码氨基酸的概念并不相对应。 从不连续基因到成熟mRNA之间存在着一个基因转录的中间体,叫做初级转录物，叫做不均一核RNA(heterogeneous nuclear RNA, hnRNA), 这个基因的初级转录物既含有外显子又含有内合子序列， 从不均一核RNA到成熟mRNA要经过一转录后的加工拼接过程。 真核生物基因的不连续性和转录后加工是真核基因有别于原核基因的又一重要特征。 (4) 存在许多基因家族(gene family) 来源相同、结构相似、功能相关的基因组成为单一的基因簇或称基因家族。 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；更多的时候，它们却分散在同一染色体的不同部位，甚至位于不同的染色体上，具有各自不同的表达调控模式。 简单多基因家族