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1、分子生物学真核生物基因表达调控现在学习的是第1页，共45页教学要求教学要求u掌握转录因子重要的结构域掌握转录因子重要的结构域现在学习的是第2页，共45页第第2节节 真核生物转录因子真核生物转录因子主要内容主要内容 第第1节节 真核生物转录调控概述真核生物转录调控概述 现在学习的是第3页，共45页第第1节节 真核生物转录调控概述真核生物转录调控概述一、真核基因结构现在学习的是第4页，共45页“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。一、真核基因结构一、真核基因结构现在学习的是第5页，共45页 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
2、，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。 二、真核生物基因表达调控的特点二、真核生物基因表达调控的特点现在学习的是第6页，共45页真核生物基因表达调控与原核的共同点：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。现在学习的是第7页，共45页8 真核生物基因表达调控与原核的不同点：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
3、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。现在学习的是第8页，共45页根据其性质可分为两大类： 一是，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，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。二、真核生物基因表达调控的种类二、真核生物基因表达调控的种类现在学习的是第9页，
4、共45页根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为： 现在学习的是第10页，共45页单林娜 制作 11 现在学习的是第11页，共45页四、顺式作用元件四、顺式作用元件定义：影响自身基因表达活性的非编码定义：影响自身基因表达活性的非编码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。（2）能从启动子的上游或下游数千个碱基处激活转录的能从启动子的上游或下游数千个碱基处激活转录的序列元件序列元件（3 3）沉默子：某些基因含有沉默子：某些基因含有负性负性调节元件调节元件沉默子沉默子，当其结合
5、特异蛋白因子时，对基因转录起，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏阻遏作用。作用。现在学习的是第12页，共45页五、五、 反式作用因子反式作用因子 1.定义：能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件定义：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率的核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质蛋白质。 TFD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、HSF（热激蛋白启动区）现在学习的是第13页，共45页（1 1） 基本转录因子基本转录因子（TFTF） 是指能够在启动子部位与核心序列是指能够在启动子部位与核心序列TATATATA盒和盒和RNA
6、PolRNA Pol结合，结合，形成形成转录前起始复合物转录前起始复合物（PICPIC）的一类调节蛋白，以起动转录。）的一类调节蛋白，以起动转录。 与与RNARNA聚合酶聚合酶(RNA Pol )(RNA Pol )结合的结合的( (基本基本) )转录因子有：转录因子有： TFATFA，TFBTFB，TFDTFD，TFETFE，TFFTFF，TFH, TFJ TFH, TFJ 等。等。 首先由首先由TFDTFD与启动子与启动子TATATATA盒盒结合，然后按一定的时空顺序结合，然后按一定的时空顺序依次结合依次结合RNA PolRNA Pol和和其它转录因子其它转录因子，形成，形成PICPIC。
7、 现在学习的是第14页，共45页(2) (2) 转录调节因子转录调节因子 这类调节蛋白能识别并结合转录起始点上游的调控序列或远端的增强子元这类调节蛋白能识别并结合转录起始点上游的调控序列或远端的增强子元件，通过蛋白质件，通过蛋白质- -DNA相互作用而影响转录活性。相互作用而影响转录活性。 起激活转录作用起激活转录作用转录激活因子转录激活因子； 起阻遏转录作用起阻遏转录作用转录阻遏因子转录阻遏因子。（3 3） 共调节因子共调节因子 另有一类与另有一类与转录调节因子转录调节因子发生蛋白蛋白相互作用，进而影响它发生蛋白蛋白相互作用，进而影响它们的分子构象，影响转录活性，称们的分子构象，影响转录活性
8、，称共调节因子共调节因子。 如果与转录激活因子有协同作用如果与转录激活因子有协同作用共激活因子共激活因子； 与转录阻遏因子有协同作用与转录阻遏因子有协同作用共阻遏因子共阻遏因子。现在学习的是第15页，共45页1 转录因子结构域转录因子结构域 (1) DNA-binding domains DNA-结合结构域结合结构域 (2) Dimerization domains 二聚体结构域二聚体结构域 (3) Transcription activation domains 转录转录激活结构域激活结构域 (4) Repressor domains 阻抑物结构域阻抑物结构域2 转录调控的靶位点转录调控的靶
9、位点 第第2节节 真核生物转录因子真核生物转录因子Section N: Regulation of transcription in eukaryotes现在学习的是第16页，共45页单一基因的转录是通过许多不同因子与转录序列的上游或下游的单一基因的转录是通过许多不同因子与转录序列的上游或下游的调控元件相互作用进行调节。调控元件相互作用进行调节。Gene XStart site+1Regulatory elements to bind transcription factors现在学习的是第17页，共45页Example:The metallothionein (MT, 金属硫蛋白金属硫蛋白)
10、 geneThe metallothionein protects the cell against excess concentrations of heavy metals, by binding the metal and removing it from the cell. The gene is expressed at a basal level, but is induced to greater levels of expression by heavy metal ions (such as cadmium，镉，镉) or by glucocorticoids (糖皮质素糖皮
11、质素) ). 现在学习的是第18页，共45页转录因子一般特性转录因子一般特性 能特异结合一些启动子位点能特异结合一些启动子位点1. 激活或抑制转录激活或抑制转录现在学习的是第19页，共45页Transcription factors domain structure Transcription factor Pdr1现在学习的是第20页，共45页(1) DNA-binding domains DNA结合结构域结合结构域u The helix-turn-helix domain 螺旋螺旋-转角转角-螺螺旋结构域旋结构域u The zinc finger domain 锌指结构域锌指结构域u Th
12、e basic domain 碱性结构域碱性结构域 现在学习的是第21页，共45页The helix-turn-helix domain 螺旋螺旋-转角转角-螺旋结构域螺旋结构域 含有一含有一60个氨基酸组成的同源域结构，是有一段称为个氨基酸组成的同源域结构，是有一段称为同源框序列编码。同源框序列编码。 HTH的基本结构是两个的基本结构是两个螺旋被一个转角结构分开。螺旋被一个转角结构分开。 螺旋由短肽链组成，肽链的氨基酸顺序因不同的转录因子螺旋由短肽链组成，肽链的氨基酸顺序因不同的转录因子而不同。而不同。 其中一个其中一个螺旋识别特异的顺式作用元件上的螺旋识别特异的顺式作用元件上的DNA序列，
13、另一个序列，另一个螺旋则结合在螺旋则结合在DNA上，调控基因的转录。上，调控基因的转录。 现在学习的是第22页，共45页The helix-turn-helix domain 螺旋螺旋-转角转角-螺旋结构域螺旋结构域The recognition helix 识别螺旋识别螺旋 部分位于大沟中，跟部分位于大沟中，跟DNA相互作用。相互作用。 仅一个氨基酸残基的改变就能改变仅一个氨基酸残基的改变就能改变DNA结合的特异性。结合的特异性。现在学习的是第23页，共45页The helix-turn-helix domain现在学习的是第24页，共45页现在学习的是第25页，共45页The zinc f
14、inger domain 锌指结构域锌指结构域C2H2 zinc finger： 有一个有一个12个氨基酸的环，由两个半光氨酸和两个组氨酸与一个氨基酸的环，由两个半光氨酸和两个组氨酸与一个锌离子形成一个四面体的结构。个锌离子形成一个四面体的结构。 这种锌指结构折叠成一个紧密的结构，由两条这种锌指结构折叠成一个紧密的结构，由两条-链和一个链和一个螺旋组成。螺旋组成。现在学习的是第26页，共45页The zinc finger domain现在学习的是第27页，共45页 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等等现在学习
15、的是第28页，共45页转录因子转录因子SP1 （GC盒）盒） 、连续、连续的的3个锌指重复结构。个锌指重复结构。 现在学习的是第29页，共45页The basic domain 碱性结构域碱性结构域跟二聚体结构域中的一个单体相连。跟二聚体结构域中的一个单体相连。 Basic leucine zipper 碱性亮氨酸拉链碱性亮氨酸拉链 Basic helix-loop-helix 碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋螺旋跟跟DNA相互作用相互作用现在学习的是第30页，共45页(2) Dimerization domains 二聚体结构域二聚体结构域uLeucine zippers 亮氨酸拉链亮氨酸拉链u
16、The helix-loop-helix domain (HLH) 螺旋螺旋-环螺旋结构域环螺旋结构域现在学习的是第31页，共45页现在学习的是第32页，共45页Leucine zippers 亮氨酸拉链亮氨酸拉链basic leucine zipper (bZIP) 碱性亮碱性亮氨酸拉链氨酸拉链l在亮氨酸拉链的在亮氨酸拉链的N端含有一个碱性端含有一个碱性DNA结结合结构域。合结构域。l形成一个对称的结构，与对称的形成一个对称的结构，与对称的DNA识别识别位点发生作用，像个夹子夹在位点发生作用，像个夹子夹在DNA上。上。现在学习的是第33页，共45页34 二聚体二聚体 亮氨酸之间相互作用亮氨酸
17、之间相互作用形成二聚体，形成形成二聚体，形成“拉链拉链” 。 肽链氨基端肽链氨基端2030个富含碱性氨基酸结个富含碱性氨基酸结构域与构域与DNA结合。结合。现在学习的是第34页，共45页这 类 蛋 白 质这 类 蛋 白 质的的DNA结合结结合结构域实际是以构域实际是以碱性区和亮氨碱性区和亮氨酸拉链结构域酸拉链结构域整体作为基础整体作为基础的。的。现在学习的是第35页，共45页The helix-loop-helix domain (HLH) 螺旋螺旋-环环螺旋结构域螺旋结构域在每隔单体蛋白中两个在每隔单体蛋白中两个螺旋被一个非螺螺旋被一个非螺旋的多态环分开。旋的多态环分开。C端端螺旋一侧的疏水
18、残基可以二聚化。螺旋一侧的疏水残基可以二聚化。现在学习的是第36页，共45页The helix-loop-helix domain (HLH) 螺旋螺旋-环环螺旋结构域螺旋结构域HLH结构域经常跟碱性结构域相连，跟结构域经常跟碱性结构域相连，跟DNA相互结合。相互结合。碱性碱性HLH蛋白跟蛋白跟bZIP形成异型二聚体。形成异型二聚体。现在学习的是第37页，共45页4、碱性-螺旋-环-螺旋现在学习的是第38页，共45页二聚体二聚体 螺旋区域环二聚体形成的螺旋二聚体形成的螺旋-环环-螺旋蛋白螺旋蛋白a ：b 现在学习的是第39页，共45页(3) Transcription activation d
19、omains 转录激活结构域转录激活结构域uAcidic activation domains 酸性激活结构酸性激活结构域域uGlutamine-rich domains 富含谷氨酰胺富含谷氨酰胺结构域结构域uProline-rich domains 富含脯氨酸结构域富含脯氨酸结构域现在学习的是第40页，共45页Acidic activation domains 酸性激活酸性激活结构域结构域富含酸性氨基酸富含酸性氨基酸存在许多转录激活结构域存在许多转录激活结构域 yeast Gcn4 and Gal4 mammalian glucocorticoid receptor 糖皮质糖皮质激素受体激素
20、受体 herpes virus(疱疹病毒疱疹病毒) activator VP16 现在学习的是第41页，共45页Glutamine-rich domains 富含谷氨酰富含谷氨酰胺结构域胺结构域富含谷氨酰胺富含谷氨酰胺存在于通用转录因子存在于通用转录因子SP1中。中。现在学习的是第42页，共45页Proline-rich domains 富含脯氨酸结富含脯氨酸结构域构域富含富含脯氨酸脯氨酸存在转录因子存在转录因子 c-jun, AP2 and Oct-2.现在学习的是第43页，共45页(4) Repressor domains 阻抑物结阻抑物结构域构域转录的阻抑可能干扰激活因子的功能。转录的阻
21、抑可能干扰激活因子的功能。阻断激活因子的阻断激活因子的DNA结合位点结合位点非非DNA结合复合体的形成结合复合体的形成掩盖了激活结构域掩盖了激活结构域现在学习的是第44页，共45页2 .转录调控的靶位点转录调控的靶位点(1) chromatin structure;染色质结构染色质结构(2) interaction with TFIID through specific TAFIIS;通过通过特异的特异的TAFII与与TFIID相互作用相互作用(3) interaction with TFIIB; 与与TFIIB相互作用相互作用(4) 对对TFIIH复合体活性的作用或调整导致复合体活性的作用或调整导致RNA聚合酶聚合酶II羧基羧基末端特异的磷酸化。末端特异的磷酸化。现在学习的是第45页，共45页