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1、关于真核基因表达调控课件第一页，本课件共有65页 真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控9.19.1真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性9.29.2真核基因的转录水平调控真核基因的转录水平调控9.39.3反式作用因子的调控作用反式作用因子的调控作用9.49.4真核基因转录调控的主要模式真核基因转录调控的主要模式9.59.5其他水平的基因调控；其他水平的基因调控；第二页，本课件共有65页在真核细胞中，一条成熟的在真核细胞中，一条成熟的mRNAmRNA链只能翻译出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一条多肽链，不存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。纵子
2、形式。真核细胞真核细胞DNADNA都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分只有一小部分DNADNA是裸露的。是裸露的。高等真核细胞高等真核细胞DNADNA中很大部分是不转录的，大部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。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真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行进行DNADNA片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。因的拷贝数。真核基因组的一般结构特点真核基因组的一般结构特点第三页，本课件共有65
3、页真核基因组的一般结构特点真核基因组的一般结构特点 在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们在真核生物中，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节区一般通过改变整个所控制基因55上游区上游区DNADNA构来构来影响它与影响它与RNARNA聚合酶的结合能力。聚合酶的结合能力。真核生物的真核生物的RNARNA在细胞核中合成，只有经转运穿在细胞核中合成，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
4、。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许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程（剪接过程（maturation and splicing），），才能顺利才能顺利地翻译成蛋白质。地翻译成蛋白质。第四页，本课件共有65页91 真核生物真核生物DNA水平上的基因表达水平上的基因表达调控调控911 “开开 放放”型型 活活 性性 染染 色色 质质(active chromatin)结构对转录的影响结构对转录的影响 真真核核基基因因的的活活跃跃转转录录是是在在常常染染色色质质上上进进行行的的。转转录录发发生生之之前前，染染色色质质常常常常会会在在特特定定的的区区
5、域域被被解解旋旋松松弛弛，形形成成自自由由DNA。促促进进转转录录因因子子与与启启动动区区DNA的的结结合，诱发基因转录。合，诱发基因转录。第五页，本课件共有65页存在于存在于“灯刷型灯刷型”染色体（染色体（lamp brushlamp brush）上的环形结构可能与基因的活性转录有关。上的环形结构可能与基因的活性转录有关。第六页，本课件共有65页912 基因扩增基因扩增（amplification）基基因因扩扩增增是是指指某某些些基基因因的的拷拷贝贝数数专专一一性性大大量量增增加加的的现现象象，它它使使细细胞胞在在短短期期内内产产生生大大量量的的基基因因产产物物以以满满足足生生长发育的需要，
6、是基因活性调控的一种方式。长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。两栖类和昆虫卵母细胞rRNA基因的扩增。非洲爪蟾的染色体上有约450拷贝编码18Sr RNA和28S rRNA的DNA，在卵母细胞中它们的拷贝数扩大了1000倍。第七页，本课件共有65页913 基因重排与变换基因重排与变换将将一一个个基基因因从从远远离离启启动动子子的的地地方方移移到到距距它它很很近近的的位位点点从从而而启启动动转转录录，这这种种方方式式被被称称为基因重排。为基因重排。真核生物最典型的例子是免疫球蛋白在成熟过程中的重排以及酵母的交配型转变。第八页，本课件共有65页 酵母细胞能通过一种被称为交配型转换酵母细胞能通过
7、一种被称为交配型转换酵母细胞能通过一种被称为交配型转换酵母细胞能通过一种被称为交配型转换第九页，本课件共有65页914 DNA甲基化与基因活性的调控甲基化与基因活性的调控大大量量研研究究表表明明，DNADNA甲甲基基化化能能关关闭闭某某些些基基因因的的活活性性，去去甲甲基基化化则则诱诱导导了了基基因因的的重重新新活活化化和表达。和表达。DNA DNA甲基化修饰现象广泛存在于多种有机体中。甲基化修饰现象广泛存在于多种有机体中。实验证明，这个过程不但与实验证明，这个过程不但与DNADNA复制起始复制起始及及错误修错误修正时的定位正时的定位有关，还通过有关，还通过改变基因的表达参与细胞改变基因的表达
8、参与细胞的生长、发育过程及染色体印迹、的生长、发育过程及染色体印迹、X X染色体失活染色体失活等等的调控。的调控。第十页，本课件共有65页高等生物高等生物CpGCpG二二核苷酸序列中的核苷酸序列中的C C 通常是甲基化通常是甲基化的，的，极易自发脱极易自发脱氨，生成胸腺嘧氨，生成胸腺嘧啶。啶。由于这些由于这些CpGCpG二核苷酸通二核苷酸通常成串出现在常成串出现在DNADNA上，这段序上，这段序列往往被称为列往往被称为CpGCpG岛。岛。DNADNA甲基化甲基化第十一页，本课件共有65页真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：（1 1）日常型甲基转移酶：）日常型
9、甲基转移酶：在甲基化母链（模板链）指导下在甲基化母链（模板链）指导下使处于半甲基化的使处于半甲基化的DNADNA双链分子上与甲基胞嘧啶相对应双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化。的胞嘧啶甲基化。（2 2）从头合成型甲基转移酶：）从头合成型甲基转移酶：催化未甲基化的催化未甲基化的CpGCpG成为成为mCpGmCpG，它不需要母链指导，但速度很慢。它不需要母链指导，但速度很慢。第十二页，本课件共有65页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 DNADNA甲基化导致某些区域甲基化导致某些区域DNADNA构象变化，从而影响构象变化，从而影响了蛋白质与了蛋白质与DNADNA的
10、相互作用，抑制了转录因子与启动的相互作用，抑制了转录因子与启动区区DNADNA的结合效率。的结合效率。DNADNA甲基化与甲基化与X X染色体失活染色体失活X X染色体失活是发育过程中独特的调节机制。染色体失活是发育过程中独特的调节机制。第十三页，本课件共有65页92 真核基因的转录真核基因的转录 真核基因调控主要也是在转录水平上进真核基因调控主要也是在转录水平上进行的，受大量特定的行的，受大量特定的顺式作用元件顺式作用元件（cis-cis-acting elementacting element）和和反式作用因子反式作用因子（transtransacting factoracting fac
11、tor，又称跨域作用因又称跨域作用因子）的调控，真核生物的转录调控大多子）的调控，真核生物的转录调控大多数是通过顺式作用元件和反式作用因子数是通过顺式作用元件和反式作用因子复杂的相互作用来实现的。复杂的相互作用来实现的。第十四页，本课件共有65页顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting elements)基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的一段一段DNADNA序列。序列。9.2.1 启动子启动子(1)核心启动子成分，核心启动子成分，如如TATA框；框；(2)上游启动子成分上游启动子成分（UPEUPE），如如CAAT框，框，GC框框(3)远远上上
12、游游顺顺序序（UAS）：如如增增强强子子，减减弱弱子子、静静息息子等。子等。(4)特特殊殊细细胞胞中中的的启启动动子子成成分分：如如淋淋巴巴细细胞胞中中的的Oct（octamer）和）和B。第十五页，本课件共有65页表表表表 哺乳动物哺乳动物哺乳动物哺乳动物RNA PolRNA PolRNA PolRNA Pol启动子上游转录因子结合的序列元件启动子上游转录因子结合的序列元件启动子上游转录因子结合的序列元件启动子上游转录因子结合的序列元件（UPEUPEUPEUPE）组件组件保守顺序保守顺序DNADNA长长度度结合因结合因子子大小大小（DaDa）丰度丰度(/细胞细胞)分布分布TATA boxTA
13、TA boxTATAAAATATAAAA10bp10bpTBPTBP27,00027,000?普遍普遍CAAT boxCAAT boxGGCCAATCTGGCCAATCT22bp22bpCTF/NF1CTF/NF160,00060,000300,000300,000普遍普遍GC boxGC boxGGGCGGGGGCGG20bp20bpSP1SP1165,000165,00060,00060,000普遍普遍OctamerOctamerATTTGCATATTTGCAT20bp20bpOct-1Oct-176,00076,000?普遍普遍OctamerOctamerATTTGCATATTTGCAT
14、 23bp 23bpOct-2Oct-252,00052,000?淋巴细胞淋巴细胞KBKBGGGACTTTCCGGGACTTTCC10bp10bpNFNFK KB B44,00044,000?淋巴细胞淋巴细胞KBKBGGGACTTTCCGGGACTTTCC10bp10bpH2H2TH1TH1?普遍普遍ATFATFGTGACGTGTGACGT20bp20bpATFATF?普遍普遍第十六页，本课件共有65页9.2.2 增强子（增强子（Enhancer）增强子：是指能使与它连锁的基因转录频率增强子：是指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的明显增加的DNADNA序列。序列。100-200bp100-2
15、00bp长度，由若干长度，由若干组件构成，其基本核心组件常为组件构成，其基本核心组件常为8-12bp8-12bp，可以，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。单拷贝或多拷贝串连形式存在。第十七页，本课件共有65页增强子通常具有下列特性增强子通常具有下列特性(1)(1)增增强强效效应应十十分分明明显显 一一般般能能使使基基因因转转录录频频率率增增加加1010200200倍倍，有有的的可可以以增增加加上上千千倍倍，如如经经人人巨巨大大细细胞胞病病毒毒增增强强子子增增强强后后的的珠珠蛋蛋白白基基阅阅表表达达频频率率比该基因正常转录高比该基因正常转录高600600-1 0001 000倍；倍；第十八页，本课
16、件共有65页增强子通常具有下列特性增强子通常具有下列特性(2)(2)增增强强效效应应与与其其位位置置和和取取向向无无关关 不不论论增增强强子子以以什什么么方方向向排排列列(5(5一一3 3，或或3 3，一一5 5)，甚甚至至与与靶靶基基因因相相距距3 3 000bp000bp或或在在靶靶基基因因下下游游，均均表表现现出出增增强效应；强效应；第十九页，本课件共有65页增强子通常具有下列特性增强子通常具有下列特性(3)(3)大多为重复序列大多为重复序列 一般长约一般长约50bp50bp，适合与某些蛋白因子结合。其内部常适合与某些蛋白因子结合。其内部常含有一个核心序列：含有一个核心序列：(C)TGG
17、A(C)TGGATATATATAT(C)T(C)，该序列是产生增强效应时，该序列是产生增强效应时所必需的；所必需的；第二十页，本课件共有65页增强子通常具有下列特性增强子通常具有下列特性(4)(4)其其增增强强效效应应有有严严密密的的组组织织和和细细胞胞特特异异性性 说说明明增增强强子子只只有有与与特特定定蛋蛋白白质质(转转录录因因子子)相相互作用才能发挥功能；互作用才能发挥功能；(5)(5)没没有有基基因因专专一一性性，可可以以在在不不同同的的基基因因组组合合上上表现增强效应；表现增强效应；(6)(6)许多增强子还受外部信号的调控许多增强子还受外部信号的调控，如金属硫蛋白基因启动区上游所带的
18、增强子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。第二十一页，本课件共有65页9.2.3 沉默子沉默子 （silencersilencer）负性调控元件负性调控元件，它与转录抑制因子结合抑制转录。，它与转录抑制因子结合抑制转录。最早在酵母中发现，以后在最早在酵母中发现，以后在T T淋巴细胞的淋巴细胞的T T抗原受体基抗原受体基因的转录和重排中证实其存在。因的转录和重排中证实其存在。沉默子的作用特点沉默子的作用特点：不受序列方向的影响不受序列方向的影响，能能远距离发挥远距离发挥作用，作用，并可对并可对异源基因异源基因的表达起作用。的表达起作用。第二十二页，本课件共有65页93 反式作用因子反式作用因子
19、 反式作用因子反式作用因子(trans(transacting factor)acting factor)：能调节与它能调节与它们接触的基因的表达的各种扩散分子（通常是们接触的基因的表达的各种扩散分子（通常是蛋蛋白质白质），如转录因子；其编码基因与其识别或结），如转录因子；其编码基因与其识别或结合的靶核苷酸序列不在同一个合的靶核苷酸序列不在同一个DNADNA分子上。分子上。转录因子转录因子(transcription factor)(transcription factor)是起正调控作是起正调控作用的反式作用因子。用的反式作用因子。转录因子是转录起始过程中转录因子是转录起始过程中RNARNA
20、聚合酶所需的辅助聚合酶所需的辅助因子。因子。真核生物基因在无转录因子时处于不表达状态，真核生物基因在无转录因子时处于不表达状态，RNARNA聚合酶自身无法启动基因转录。聚合酶自身无法启动基因转录。第二十三页，本课件共有65页锌指（锌指（Zinc finger region）螺旋螺旋-转角转角-螺旋结构（螺旋结构（helix-turn-helix，HLH）；螺旋螺旋-环环-螺旋结构（螺旋结构（helix-loop-helix，HLH）：亮氨酸亮氨酸“拉链拉链”式二聚体（式二聚体（leucine zipper）；）；第二十四页，本课件共有65页至少有两个至少有两个螺旋，其间由短肽段形成的螺旋，其间
21、由短肽段形成的转转角或环连接角或环连接;距离正好相当于距离正好相当于DNADNA一个螺距（一个螺距（3.4nm3.4nm），两个），两个螺旋刚好分别嵌入螺旋刚好分别嵌入DNADNA的深沟。的深沟。1 1螺旋螺旋转折转折螺旋螺旋(helix(helixturnturnhelixhelix，H HT TH)H)结构结构第二十五页，本课件共有65页第二十六页，本课件共有65页2锌指锌指(zinc finger)结构结构Zn2+与与4个个Cys、或、或2个个Cys和和2个个His相结合。相结合。整个蛋白质分子有整个蛋白质分子有2-9个锌指重复单位。个锌指重复单位。每一个单位的指部伸入每一个单位的指部伸
22、入DNA双螺旋的深沟，接触双螺旋的深沟，接触5个核苷酸。个核苷酸。第二十七页，本课件共有65页第二十八页，本课件共有65页A.A.经典的经典的锌指结构锌指结构,Cys2/His223aaCys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-HisCys，His与与Zn2+结合形成结合形成4面体结面体结构，使中部的氨基酸回折成环，凸构，使中部的氨基酸回折成环，凸出如手指出如手指中部芳香族氨基酸保守，疏水中部芳香族氨基酸保守，疏水串联重复排列，两指间串联重复排列，两指间7-8aa锌指数目多少不等锌指数目多少不等第二十九页，本课件共有65页B.SP1B.SP1与与GC盒结合的转录
23、因子盒结合的转录因子SP1中有连续的中有连续的3个锌指重复结构。个锌指重复结构。第三十页，本课件共有65页C.TF III AC.TF III A344aa，N端与端与DNA结合结合9个锌指，每个个锌指，每个30aa与与5s rRNA基因内启动基因内启动子子 （50bp)结合结合第三十一页，本课件共有65页D.Cys2/Cys2 zinc fingerD.Cys2/Cys2 zinc fingerCys-X2-Cys-X13-Cys-X2-CysZn2+与与4个个Cys结合结合DNA结合序列较短，对称结合序列较短，对称无大量重复性锌指无大量重复性锌指 Cys2/Cys2与与 Cys2/His2
24、不同不同例如例如GAL4，酵母的转录因子，酵母的转录因子,哺乳类的固醇类激素受体哺乳类的固醇类激素受体第三十二页，本课件共有65页类固醇激素受体是以二聚类固醇激素受体是以二聚体形式发挥其促进转录作体形式发挥其促进转录作用的。它们的两个锌指的用的。它们的两个锌指的功能不同。功能不同。第第1 1个锌指的右侧是控制与个锌指的右侧是控制与DNADNA结合的，第结合的，第2 2个锌指的个锌指的左侧则是控制形成二聚体左侧则是控制形成二聚体的能力的。的能力的。糖皮质激素特异性糖皮质激素特异性雌激素特异性雌激素特异性第三十三页，本课件共有65页3碱性碱性亮氨酸拉链亮氨酸拉链(basic1eucine zipp
25、er)即即bZIP结构结构此种结构基元的特点是蛋白质的此种结构基元的特点是蛋白质的螺旋的一侧集中了许多疏水氨基螺旋的一侧集中了许多疏水氨基酸，两分子蛋白质的这种疏水侧酸，两分子蛋白质的这种疏水侧面相互作用使之形成二聚体，这面相互作用使之形成二聚体，这些些螺旋的一个突出特点是频繁出螺旋的一个突出特点是频繁出现亮氨酸，并且趋于每现亮氨酸，并且趋于每7 7个氨基酸个氨基酸残基出现一个亮氨酸，这种出现频残基出现一个亮氨酸，这种出现频率使得在形成率使得在形成螺旋时，亮氨酸螺旋时，亮氨酸出现在出现在螺旋的疏水一侧，并且直螺旋的疏水一侧，并且直线排列线排列 第三十四页，本课件共有65页-COOH，每隔，每隔
26、7个氨基酸出现一个个氨基酸出现一个Leu，后所有，后所有Leu出现在同一侧面，出现在同一侧面，成直线排列，形成疏水面成直线排列，形成疏水面依靠依靠Leu的疏水作用的疏水作用,2个个helix 相互缠绕，形成拉链结构相互缠绕，形成拉链结构-NH2,富含碱性氨基酸，螺旋富含碱性氨基酸，螺旋状，碱性状，碱性DNA结合域，结合域，与与DNA双螺旋链上带负电双螺旋链上带负电荷的磷酸基团结合荷的磷酸基团结合碱性碱性-亮氨酸拉链亮氨酸拉链（leucine zipper，ZIP）第三十五页，本课件共有65页第三十六页，本课件共有65页4碱性碱性螺旋螺旋环环螺旋螺旋(basichelixloophelix)即即
27、bHLH结构。结构。40-50aa含含2个个-helix（1516aa）,由连接区由连接区（1228aa）连接；两亲性）连接；两亲性(amphipathic)；通；通过疏水面作用形成二聚体；过疏水面作用形成二聚体；NH2端为端为碱性碱性结合区，结合区，16aa，其中其中6aa6aa为保为保守序列守序列。第三十七页，本课件共有65页MyoD-DNA MyoD-DNA 第三十八页，本课件共有65页缺乏碱性区的蛋白质，即使形成（同、异）二聚体，缺乏碱性区的蛋白质，即使形成（同、异）二聚体，也无法同也无法同DNA结合结合zyj278第三十九页，本课件共有65页5.同源域蛋白同源域（同源域（homeo
28、domainshomeo domains）：是指编码）：是指编码6060个保守氨基酸序列的个保守氨基酸序列的DNADNA片段，它广片段，它广泛存在于真核生物基因组内，由于最早泛存在于真核生物基因组内，由于最早从果蝇中克隆得到，该遗传位点的基因从果蝇中克隆得到，该遗传位点的基因产物决定了躯体发育。产物决定了躯体发育。第四十页，本课件共有65页第四十一页，本课件共有65页932 转录活化结构域转录活化结构域 1带负电荷的螺旋结构2富含谷氨酰胺的结构 3富含脯氨酸的结构 第四十二页，本课件共有65页2.富含谷氨酰胺的结构：富含谷氨酰胺的结构：SPl是启动子是启动子GC盒的结合蛋白，除结合盒的结合蛋白
29、，除结合DNA的锌指结构以外，的锌指结构以外，SPl共有共有4个参与转录活化的区域，其中最强个参与转录活化的区域，其中最强的转录活化域很少有极性氨基酸，却富含谷氨酰胺的转录活化域很少有极性氨基酸，却富含谷氨酰胺1带带负负电电荷荷的的螺螺旋旋结结构构：这这种种酸酸性性螺螺旋旋结结构构特特异异性性诱诱导导转转录录起起始始的的活活性性并并不不是是很很强强，它它们们可可能能与与TFD复复合合物物中中某某个个通通用用因因子子或或RNA聚聚合合酶酶本身结合，并有稳定转录起始复合物的作用。本身结合，并有稳定转录起始复合物的作用。3富含脯氨酸的结构：富含脯氨酸的结构：CTFNFl因子的羧基端富含脯氨酸因子的羧
30、基端富含脯氨酸(达达20-30)，很难形成，很难形成螺旋。螺旋。第四十三页，本课件共有65页94 真核基因转录调控的主要模式真核基因转录调控的主要模式 9.4.1 9.4.1 蛋白质磷酸化、信号转导及基因表达蛋白质磷酸化、信号转导及基因表达9.4.2 9.4.2 激素及其影响激素及其影响9.4.3 9.4.3 热激蛋白诱导的基因表达热激蛋白诱导的基因表达9.4.4 9.4.4 金属硫蛋白基因的多重调控金属硫蛋白基因的多重调控第四十四页，本课件共有65页941 蛋白质磷酸化、信号转导及基因表达蛋白质磷酸化、信号转导及基因表达 蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催化的把蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催
31、化的把ATP或或GTP上上位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程，其逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化的，上的过程，其逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化的，称为蛋白质脱磷酸化称为蛋白质脱磷酸化蛋白质的磷酸化与去磷酸蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程是生物体内普遍存化过程是生物体内普遍存在的信息传导调节方式，在的信息传导调节方式，几乎涉及所有的生理及病几乎涉及所有的生理及病理过程，如糖代谢、光合理过程，如糖代谢、光合作用、细胞的生长发育、作用、细胞的生长发育、神经递质的合成与释放甚神经递质的合成与释放甚至癌变等等。至癌变等等。第四十五页，本课件共有65页1 蛋白质磷酸化在
32、细胞信号转导中的作用蛋白质磷酸化在细胞信号转导中的作用(1)在胞内介导胞外信号时具有专一应答特点。与信号传在胞内介导胞外信号时具有专一应答特点。与信号传递有关的蛋白激酶类主要受控于胞内信使，如递有关的蛋白激酶类主要受控于胞内信使，如cAMP，Ca2+，DG（二酰甘油，二酰甘油，diacyl glycerol）等，这种共价修等，这种共价修饰调节方式显然比变构调节较少受胞内代谢产物的影响。饰调节方式显然比变构调节较少受胞内代谢产物的影响。(2)蛋白质的磷酸化与脱磷酸化控制了细胞内已有的酶蛋白质的磷酸化与脱磷酸化控制了细胞内已有的酶“活性活性”。与酶的重新合成及分解相比，这种方式能对外界刺激做出更迅
33、与酶的重新合成及分解相比，这种方式能对外界刺激做出更迅速的反应。速的反应。(3)对外界信号具有级联放大作用；对外界信号具有级联放大作用；(4)蛋白质的磷酸化与脱磷酸化保证了细胞对外界信号的持续蛋白质的磷酸化与脱磷酸化保证了细胞对外界信号的持续反应。反应。被磷酸化的主要氨基酸残基：被磷酸化的主要氨基酸残基：丝氨酸丝氨酸、苏氨酸苏氨酸和和酪氨酸酪氨酸。组氨酸和赖氨酸残基也可能被磷酸化。组氨酸和赖氨酸残基也可能被磷酸化。第四十六页，本课件共有65页2.真核细胞主要跨膜信号转导途径真核细胞主要跨膜信号转导途径第四十七页，本课件共有65页3.蛋白激酶的种类与功能蛋白激酶的种类与功能根据底物蛋白质被磷酸化
34、的氨基酸残基的种类可根据底物蛋白质被磷酸化的氨基酸残基的种类可分为三大类：分为三大类：丝氨酸丝氨酸/苏氨酸型苏氨酸型 这类蛋白激酶使底物蛋白这类蛋白激酶使底物蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化。质的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化。酪氨酸型酪氨酸型 被磷酸化的是底物的酪氨酸残基。被磷酸化的是底物的酪氨酸残基。双重底物特异性蛋白激酶双重底物特异性蛋白激酶 既可使丝氨酸和苏氨既可使丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化又可使酪氨酸残基磷酸化。酸残基磷酸化又可使酪氨酸残基磷酸化。第四十八页，本课件共有65页根据是否有调节物来分又可分成两大类信使依赖性蛋白质激酶（信使依赖性蛋白质激酶（messenger-dependent
35、protein kinase），），包括胞内第二信使或调节因子依赖性蛋白激酶包括胞内第二信使或调节因子依赖性蛋白激酶及激素（生长因子）依赖性激酶两个亚类；及激素（生长因子）依赖性激酶两个亚类；非信使依赖型蛋白激酶。非信使依赖型蛋白激酶。第四十九页，本课件共有65页第五十页，本课件共有65页4.受受cAMP调控的调控的A激酶激酶被被A激酶磷酸化的蛋白质其激酶磷酸化的蛋白质其N端上游往往存在两个或两个以上端上游往往存在两个或两个以上碱性氨基酸，特异氨基酸的磷酸化（碱性氨基酸，特异氨基酸的磷酸化（X-Arg-Arg-X-Ser-X）改变了这一蛋白的酶活性。改变了这一蛋白的酶活性。PKA全酶由全酶由4
36、个亚基组成个亚基组成(R2C2）包括两个相同的调节亚基（包括两个相同的调节亚基（R）和两个相和两个相同的催化亚基（同的催化亚基（C）。）。全酶的分子量为全酶的分子量为150-170kD。第五十一页，本课件共有65页激素与其受体在激素与其受体在肌肉细胞外表面肌肉细胞外表面相结合，诱发细相结合，诱发细胞质胞质cAMP的合的合成并活化成并活化A激激酶，再将活化酶，再将活化磷酸基团传递磷酸基团传递给无活性的磷给无活性的磷酸化酶激酶，酸化酶激酶，活化糖原磷酸活化糖原磷酸化酶，最终将化酶，最终将糖原磷酸化，糖原磷酸化，进入糖酵解并进入糖酵解并提供提供ATP。第五十二页，本课件共有65页5.C激酶与激酶与P
37、IP2、IP3和和DAGC C激酶（激酶（PKCPKC）是依赖于是依赖于CaCa2+2+的蛋白质激酶。的蛋白质激酶。主要实施对丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，它具主要实施对丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，它具有一个催化结构域和一个调节结域。有一个催化结构域和一个调节结域。磷酸肌醇级联放大的细胞内信使是磷脂酰肌磷酸肌醇级联放大的细胞内信使是磷脂酰肌醇醇-4-4，5-5-二磷酸（二磷酸（PIPPIP2 2）的两个酶解的两个酶解 产物：肌产物：肌醇醇1 1，4 4，5-5-三磷酸（三磷酸（IPIP3 3）和二酰基甘油和二酰基甘油（DAGDAG）。）。第五十三页，本课件共有65页第五十四页，本课件共有65页6.6.C
38、aMCaM激酶及激酶及MAPMAP激酶激酶7.7.酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶第五十五页，本课件共有65页8.蛋白质磷酸化与基因表达蛋白质磷酸化与基因表达 处于信号传递链终端的蛋白质磷酸化处于信号传递链终端的蛋白质磷酸化既能对许多酶蛋白及生理代谢过程起直既能对许多酶蛋白及生理代谢过程起直接的调节作用，又能通过使转录因子磷接的调节作用，又能通过使转录因子磷酸化来调节基因活性。酸化来调节基因活性。第五十六页，本课件共有65页942 激素及其影响激素及其影响许多类固醇激素许多类固醇激素（如雌激素、孕（如雌激素、孕激素、醛固酮、激素、醛固酮、糖皮质激素和雄糖皮质激素和雄激素）以及一般激素）以及一般代谢
39、性激素（如代谢性激素（如胰岛素）的调控胰岛素）的调控作用都是通过起作用都是通过起始基因转录而实始基因转录而实现的。现的。第五十七页，本课件共有65页943 热激蛋白诱导的基因表达热激蛋白诱导的基因表达生物学上把能与某个（类）专一蛋白因子生物学上把能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而控制基因特异表达的结合，从而控制基因特异表达的DNADNA上游上游序列称为应答元件（序列称为应答元件（response elementresponse element），），如热激应答元件，糖皮质应答元件如热激应答元件，糖皮质应答元件,金属应金属应答元件等等，这些应答元件与细胞内专一答元件等等，这些应答元件与细胞内专
40、一的转录因子相互作用，协调相关基因的转的转录因子相互作用，协调相关基因的转录。录。第五十八页，本课件共有65页许多生物在最适温度范围以上，能受热诱导合成一系列热休克蛋白（许多生物在最适温度范围以上，能受热诱导合成一系列热休克蛋白（heat shock heat shock proteinprotein）。）。受热后，果蝇细胞内受热后，果蝇细胞内Hsp70 mRNAHsp70 mRNA水平提高水平提高1 0001 000倍，就是因为热激倍，就是因为热激因子（因子（heat shock factorheat shock factor，HSFHSF）与与hsp70hsp70基因基因TATATATA区
41、上游区上游6060bpbp处的处的HSEHSE相相结合，结合，诱发转录起始。诱发转录起始。第五十九页，本课件共有65页 真核细胞的热休克蛋白可能具有机体保护功能真核细胞的热休克蛋白可能具有机体保护功能并在细胞的正常生长和发育中起重要作用，并在细胞的正常生长和发育中起重要作用，HSP70HSP70的主的主要功能是要功能是参与蛋白质的代谢，而泛素的的主要功能是清除细胞参与蛋白质的代谢，而泛素的的主要功能是清除细胞内的变性蛋白质。内的变性蛋白质。HSPHSP还常与具有不同功能的多种蛋白质形成天然复合物，还常与具有不同功能的多种蛋白质形成天然复合物，参与有关蛋白质折叠、亚基的组装、细胞内运输以及降参与
42、有关蛋白质折叠、亚基的组装、细胞内运输以及降解等过程。解等过程。热休克蛋白参与靶蛋白活性和功能的调节，热休克蛋白参与靶蛋白活性和功能的调节，却不是靶蛋白的组成部分，因此，一般称它为却不是靶蛋白的组成部分，因此，一般称它为分子伴分子伴侣或伴侣蛋白（侣或伴侣蛋白（chaperoninechaperonine）。）。第六十页，本课件共有65页9.4.4 金属硫蛋白基因的多重调控金属硫蛋白基因的多重调控金属硫蛋白（金属硫蛋白（metallothioneinmetallothionein，MTMT）基因，其基因，其5 5 端调控区端调控区有着十分复杂的结构，包含许多调控元件，可以同时受几有着十分复杂的结
43、构，包含许多调控元件，可以同时受几种转录因子的影响。种转录因子的影响。TATATATA区、区、GCGC区、两个本底水平调控元件（区、两个本底水平调控元件（basal level basal level elementelement，BLEBLE），），它们共同参与了该基因本底水平的表达它们共同参与了该基因本底水平的表达MREMRE序列足以引发重金属离子诱导的基因表达序列足以引发重金属离子诱导的基因表达GREGRE是固醇类激素受体的结合位点是固醇类激素受体的结合位点第六十一页，本课件共有65页95 其他水平上的基因调控其他水平上的基因调控9.5.1 RNA9.5.1 RNA的加工的加工9.5.2
44、9.5.2 翻译水平的调控翻译水平的调控第六十二页，本课件共有65页952 翻译水平的调控翻译水平的调控9 95 52 21 1 真核生物真核生物mRNAmRNA的的“扫描模式扫描模式”与蛋白质合成的起始与蛋白质合成的起始 9 95 52 22 2 mRNA mRNA 5 5，末末端端帽帽子子结结构构的的识识别与蛋白质合成别与蛋白质合成第六十三页，本课件共有65页9523 mRNA的稳定性与基因表达调控的稳定性与基因表达调控 真核生物能否长时间、及时地利用成熟的真核生物能否长时间、及时地利用成熟的mRNAmRNA分子翻译出蛋白质以供生长、发育分子翻译出蛋白质以供生长、发育的需要，是与的需要，是与mRNAmRNA的稳定性以及屏蔽状态的的稳定性以及屏蔽状态的解除密切相关的。解除密切相关的。第六十四页，本课件共有65页感谢大家观看第六十五页，本课件共有65页