上海交通大学遗传学课件真核生物基因的表达及其调控培训资料.ppt

第十章 真核生物基因的表达及其调控 真核生物的主要特点： 有细胞核，转录在细胞核中进行，翻 译在细胞质中进行. 多细胞生物，细胞中基因表达是间接受到外界环境的影响，或者不受影响。 另外，染色体组大，基因多，有内含子，外显子，染色体与蛋白质结合 在不同组织和细胞中基因的表达有差别 其调控存在于： DNA水平的基因拷贝数，基因重排； 转录水平、转录后RNA的加工和运输； 蛋白质翻译以及翻译后蛋白质的修饰等 真核生物基因表达及调控的特点： 原核生物 真核生物 　　操纵元调控。 　　多样化调控，更为复杂。 　　 基因组小，大肠杆菌：总长4.6×106bp, 编码4288个基因, 每个基因约1100bp。 　　 基因组大，人类基因组全长3×109 bp，编码10万个基因，其余为重复序列。 　　基因分布在同一染色体上，操纵元控制。 　　 DNA与组蛋白结合成染色质，染色质的变化调控基因表达；基因分布在不同的染色体上，存在不同染色体间基因的调控问题。 　　 适应外界环境，操纵元调控表达。 　　 基因差别表达是细胞分化和功能的核心。 　　转录和翻译同时进行，大部分为转录水平调控。 　　 转录和翻译在时间和空间上均不同，从DNA到蛋白质的各层次上都有调控，但多数为转录水平调控 真核生物与原核生物的调控差异 第一节 真核生物中基因表达水平的分析 真核生物基因表达分析表明： 真核生物细胞中含有的整套基因组相同，或染色体相同，但不同组织和细胞中表达的基因——处于工作状态的基因不同 整套基因组相同 不同组织和细胞中表达的基因 可以用组织中不同RNA的丰余度来表示 持家基因 在一个组织中丰余的RNA,在另一个组织中可能很少，或不存在，有的是某一类型细胞中所特有的； 一般哺乳动物中只有10％mRNA是该类细胞所特有的，大多数mRNA90％是某类细胞或所有细胞都有的，是维持细胞正常结构，运动及新陈代谢等生命活动所必须的，称之为“持家基因” 一、真核基因组的复杂性 与原核生物比较，真核生物的基因组更为复杂，可列举如下: 真核基因组比原核基因组大得多，大肠杆菌基因组约4×106bp，哺乳类基因组在109bp数量级，比细菌大千倍；大肠杆菌约有4000个基因，人则约有10万个基因。 真核生物主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质，被包裹在核膜内，核外还有遗传成分(如线粒体DNA等)，这就增加了基因表达调控的层次和复杂性。  原核生物的基因组基本上是单倍体，而真核基因组是二倍体 ; 细菌多数基因按功能相关成串排列，组成操纵元的基因表达调控的单元，共同开启或关闭，转录出多顺反子(polycistron)的mRNA；真核生物则是一个结构基因转录生成一条mRNA，即mRNA是单顺反子(monocistron)，基本上没有操纵元的结构，而真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽形成的亚基构成的，这就涉及到多个基因协调表达的问题，真核生物基因协调表达要比原核生物复杂得多。 原核基因组的大部分序列都为基因编码，而核酸杂交等实验表明：哺乳类基因组中仅约10%的序列为蛋白质、rRNA、tRNA等编码，其余约90%的序列功能至今还不清楚。 原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连续的，而真核生物为蛋白质编码的基因绝大多数是不连续的，即有外显子(exon)和内含子(intron)，转录后需经剪接(splicing)去除内含子，才能翻译获得完整的蛋白质，这就增加了基因表达调控的环节。 原核基因组中除rRNA、tRNA基因有多个拷贝外，重复序列不多。哺乳动物基因组中则存在大量重复序列(repetitive sequences)。 (二)真核基因的转录与染色质的结构变化相关 。 真核基因组DNA绝大部分都在细胞核内与组蛋白等结合成染色质，染色质的结构、染色质中DNA和组蛋白的结构状态都影响转录，至少有以下现象： 1.染色质结构影响基因转录 2.组蛋白的作用：组蛋白与DNA结合阻止DNA上基因的转录，去除组蛋白基因又能够转录。组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷，可与DNA链上带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了DNA分子，妨碍了转录，可能扮演了非特异性阻遏蛋白的作用；染色质中的非组蛋白成分具有组织细胞特异性，可能消除组蛋白的阻遏，起到特异性的去阻遏促转录作用。 3.转录活跃的区域也常缺乏核小体的结构。这些都表明核小体结构影响基因转录。 4.转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加。活跃进行转录的染色质区域受DNase Ⅰ消化常出现100－200bp的DNA片段，且长短不均一，说明其DNA受组蛋白掩盖的结构有变化，出现了对DNase Ⅰ高敏感点(hypersensitive site)。这种高敏感点常出