第10章真核生物基因表达的调控
本章教学要求
1.熟悉真核基因组的结构特点、真核生物在DNA水平、转录水平和翻译水平上基因表达调控的特点。
2.掌握以下概念：顺式作用元件、反式作用因子、启动子、增强子，熟悉沉默子、基本转录因子、特异转录因子。
3.了解转录因子的结构特点。
本章教学重点和难点
1、真核生物在DNA水平和转录水平基因表达调控的特点。 2、转录因子的结构特点。
教学方法与手段
讲授与交流互动相结合，采用多媒体教学。
授课内容
10.1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
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。
真核生物基因表达调控与原核的共同点： ? ?
基因表达都有转录水平和转录后的调控，且以转录水平调控为最重要；
在结构基因上游和下游、甚至内部存在多种调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调
控成分的结合与否调控基因的转录。
真核生物基因表达调控与原核的不同点：
1、真核基因表达调控的环节更多：转录与翻译间隔进行，具有多种原核生物没有的调控机制；个体发育复杂，具有调控基因特异性表达的机制。
2、真核生物活性染色体结构的变化对基因表达具有调控作用：DNA拓扑结构变化、DNA碱基修饰变化、组蛋白变化；
3、正性调节占主导，且一个真核基因通常有多个调控序列，需要有多个激活物。
二、真核生物基因表达调控的种类
根据其性质可分为两大类：
一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底物或激素水平的升降，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。
二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。
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Replicationalregulation 转录水平调控transcriptionalregulation 转录后水平调控posttranscriptionalregulation
– –
翻译水平调控translationalregulation
蛋白质加工水平的调控regulationofproteinmaturation
10.2真核生物DNA水平上的基因表达调控
一、基因丢失 二、基因扩增 三、基因重排
四、DNA的甲基化与基因调控 五、染色质结构与基因表达调控
一、基因丢失
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丢失一段DNA或整条染色体的现象。
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染色体。
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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。
图马蛔虫受精卵的早期分裂 ?
马蛔虫2n＝2，但染色体上有多个着丝粒。第一次卵裂是横裂，产生上下2个子细胞。
第二次卵裂时，一个子细胞仍进行横裂，保持完整的基因组，而另一个子细胞却进行纵向分裂，丢失部分染色体。
图小麦瘿蚊的染色体丢弃
瘿蚊卵跟果蝇相似（始核分裂胞质不分裂），其卵的后端含有一种特殊的细胞质 极细胞质核→保持了全部40条染色体→生殖细胞 其他细胞质区域核→丢失32条、留8条→体细胞
二、基因扩增
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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发育的需要，是基因活性调控的一种方式。
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如非洲爪蟾卵母细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现的基因扩增现象。
发育或系统发生中的倍性增加在植物中普遍存在
基因组拷贝数增加，即多倍性，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，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。
三、基因重排
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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
基因重排。
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通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋白结构基因的表达。
在人类基因组中，所有抗体的重链和轻链都不是由固定的完整基因编码的，而是由不
同基因片段经重排后形成的完整基因编码的。
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完整的重链基因由VH、D、J和C四个基因片断组合而成。 完整的轻链基因由VL、J和C3个片段组合而成。
人类基因组中抗体基因片断
产生免疫球蛋白分子多样性的遗传控制 重链和轻链的不同组合，κ、λ、H； 在重链中，V、D、J和C片段的组合； κ轻链中V和C的组合； λ轻链中V、J和C的组合；
基因片段之间的连接点也可以在几个bp的范围内移动。
因此，可以从约300个抗体基因片段中产生109数量级的免疫球蛋白分子。
四、DNA的甲基化与基因调控
1、DNA的甲基化 ? ? ?
胞嘧啶被甲基化修饰形成5-甲基胞嘧啶(mC)
几乎所有的mC与其3’的鸟嘌呤以5’mCpG3’的形式存在。 当两条链上的胞嘧啶都被
甲基化时称为完全甲基化。 ?
一般在复制刚完成时，子链
上的C呈非甲基化状态，称 为半甲基化。 ? 中
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CpG二核苷酸通常成串出现在DNA上，CpG岛
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
甲基化位点的检测 ? ? ?
特殊的限制性内切酶——同裂酶
HpaⅡ识别并切割未甲基化的CCGG(C↓CGG)
MspⅠ识别无论是否甲基化的CCGG(C↓CGG或C↓CmGG)
真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性： ?
构建性甲基转移酶：作用于非甲基化位点，对发育早期DNA甲基化位点的确定起重
要作用。
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维持性甲基转移酶：作用于半甲基化位点，使子代细胞具备亲代的甲基化状态。 在一些不表达的基因中，启动区的甲基化程度很高，而处于活化状态的基因则甲基化
程度较低。
第章真核生物基因表达的调控
