现代分子生物学总结（朱玉贤、最新版）

HAT（组蛋白乙酰基转移酶）和HDAC（组蛋白去乙酰化酶）通过使组蛋白乙酰化和去乙酰化对基因表达产生影响：组蛋白N端尾巴上赖氨酸残基的乙酰化中和了组蛋白尾巴的正电荷，降低了它与DNA的亲和性，导致核小体构象发生有利于转录调节蛋白与染色质相结合的变化，提高了基因转录的活性。组蛋白去乙酰化则与基因活性的阻遏有关。 HAT和HDAC只能有选择地影响一部分基因的转录。 P53乙酰化对转录活性的影响

乙酰化使p53蛋白的DNA结合区域暴露，增强了它与DNA结合的能力，促进靶基因转录。

激素与热激蛋白对基因表达的影响

激素对靶基因的影响

激素到达靶细胞时能迅速与受体结合生成激素-受体复合物，诱导生理生物化学反应，有3种假说：1、受体流动假说，当激素与受体结合后，激素-受体复合物可在膜内移动并与腺苷酸环化酶结合，激活环化酶，引发后续反应；2、中介物假说，研究腺苷酸环化酶和胰高血糖素发现，受体与酶之间可能通过膜脂偶联在一起；3、邻位互调假说，GTP能影响激素与受体结合并进而影响腺苷酸环化酶活性。 热休克蛋白诱导的基因表达

能与某个专一蛋白因子结合，从而控制基因特异表达的DNA上游序列称为应答元件，应答元件主要有：热休克应答元件（HSE）、糖皮质应答元件（GRE）、金属应答元件（MRE）等

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（HSP），又称热激蛋白。受热后，果蝇细胞内HspmRNA水平提高1000倍，就是因为热激因子（HSF）与hsp70基因TATA区上游60bp处的HSE结合，诱发转录起始。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成分，一般称它们为分子伴侣或伴侣蛋白。

其他水平上的表达调控

RNA的加工成熟

rRNA和tRNA的加工成熟

rRNA加工有两个内容，一个是分子内切割，另一个是化学修饰。真核生物的rRNA基因转录时先产生一个45S的前体rRNA，然后被核酸酶逐渐降解，形成成熟的18S、28S和5.8SrRNA；原核生物rRNA主要是碱基甲基化，真核生物主要是核糖甲基化。

tRNA基因转录产物进入细胞质后，首先经过核苷的修饰，生成4.5S前体tRNA，再剪接成4S成熟tRNA。 mRNA的加工成熟

hnRNA是mRNA前体的证据：1、在真核生物细胞核中发现存在代谢十分活跃、平均相对分子质量为2×107，长度不均一的RNA，而细胞质中mRNA的平均相对质量仅为1.5×106，说明在mRNA的加工成熟过程中有相当一部分核苷酸被删除；2、hnRNA很不稳定，半衰期只有5~15分钟，而真核生物的半衰期都比较长，说明hnRNA只能是中间产物；3、用放射性同位素做脉冲标记证明，75%被标记的RNA是hnRNA。它们大都位于细胞核内，只有10%进入细胞质，所以认为它们是前体；4、hnRNA只占全部RNA的3%；5、hnRNA也带有polyA；6、加入dAR（脱氧腺嘌呤核苷）抑制polyA的合成，hnRNA和mRNA的合成

25 都受到抑制。

真核生物基因转录后加工的多样性

1、简单转录单位：这类基因只编码产生一个多肽，转录加工有3中形式 a、基因没有内含子，转录后无需加工，没有polyA b、基因没有内含子，无需剪接，但要加polyA

c、基因有内含子，需要加工剪接，还要加polyA，但只产生一个有功能的mRNA

2、复杂转录单位：含有数量不等的内含子，其原始产物可通过不同方式加工成两个或两个以上mRNA

a、利用多个5’端转录起始位点或剪接位点产生不同的蛋白质

b、有一个起始位点，但有多个polyA位点，不同的剪接方式可得到不同的蛋白质 c、虽无剪接，但有多个转录起始位点或加polyA的基因 3、mRNA有效性的调控

翻译水平的调控

在蛋白质生物合成起始反应中主要涉及细胞中的4种装置：1、核糖体；2、mRNA；3、可溶性蛋白因子；4、tRNA

真核生物mRNA扫描模式与蛋白质合成的起始

40S核糖体首先与mRNA5’端结合，向3’端滑行，遇到AUG时，与60S结合形成80S起始复合物，即扫描模式。但只有当AUG处于适合的前后序列时才能如此。即A/GNNAUGG决定了40S是否与60S结合。

mRNA5’端帽子结构的识别与蛋白质合成

真核生物mRNA5’末端可能有三种不同的帽子，即O型、Ⅰ型和Ⅱ型，主要差异在于帽子中碱基甲基化程度不同。帽子结合蛋白（CBP）是能专一识别帽子结构的蛋白，具有促进帽子mRNA的蛋白质合成的活性。

※可降低细胞内cAMP含量的酶是D

A.腺苷酸环化酶 B.ATP酶 C.酪氨酸蛋白激酶 D.磷酸二脂酶 E.蛋白激酶

腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP，当激素激活腺苷酸环化酶后，cAMP含量急剧增加；腺苷酸磷酸二脂酶可降解cAMP生成5’-AMP，导致其水平下降。

※比较原核生物与真核生物基因表达调控的异同点 原核

1、 σ因子决定RNA聚合酶识别特性。原核生物的RNA聚合酶有全酶和核心酶之分，两者

仅差一个σ因子，核心酶参与转录延长，全酶参与转录起始，σ因子识别特异启动序列，不同的σ因子决定特异基因的转录激活，决定RNA基因的转录

2、 原核生物中操纵子模型的普遍性。原核生物绝大多数基因按功能相关性成簇地串联、密

集于染色体上，共同组成一个转录单位——操纵子。原核基因的协调表达就是通过调控每个操纵子中的启动序列的活性来完成的

3、 阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性。原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋白参与的转录开、关

调节机制 真核

1、 RNA聚合酶：真核RNA聚合酶有三种，即RNA polⅠ、Ⅱ、Ⅲ，分别负责三种RNA

26 转录，TATA盒结合蛋白为三种聚合酶所共有；

2、 活性染色质结构变化：基因激活时，可观察到染色体相应区域发生结构和性质的变化；

○

1对核酸酶敏感：活化基因的一个明显特征是对DNase特别敏感； ○

2DNA拓扑结构的变化：几乎所有天然状态的双链DNA都以负超螺旋存在，基因活化时，RNA聚合酶前方的转录区DNA拓扑结构为正超螺旋，而在其后的仍为负超螺旋；

○

3DNA碱基修饰变化：真核DNA有5%的胞嘧啶被甲基化为5甲基胞嘧啶，甲基化常发生在基因5’端的CpG序列，甲基化范围与基因表达程度成反比； ○

4组蛋白变化 3、 正调节占主导：真核RNA聚合酶对启动子的亲和力极小，必须依赖一种或多种激活蛋

白的作用；

4、 转录与翻译分隔进行：真核细胞有细胞核及胞浆等区间分布，转录与翻译在不同的亚细

胞结构中进行；

5、 转录后修饰、加工：转录后剪接及修饰等过程比原核复杂。

※DNA甲基化修饰的生物学意义

调控DNA的复制与错配修复；在转录水平抑制基因表达；参与真核生物胚胎发育调节；参与基因组印记和X染色体失活；与细胞分化、增殖有关。

※DNA甲基化对基因表达调控的机制

DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。

1、 DNA甲基化抑制基因转录的直接机制：某些转录因子的结合位点内含有CpG序列，甲

基化以后直接影响了蛋白质因子的结合活性，不能起始转录；

2、 甲基化抑制转录的间接机制：CpG甲基化，通过改变染色质的构象或者通过与甲基化

CpG结合的蛋白因子间接影响转录因子与DNA结合；

3、 DNA甲基化与X染色体失活：失活的染色体上绝大多数基因都处于关闭状态，DNA序

列都呈高度甲基化。

※分层次简要说明真核生物编码蛋白质基因的表达调控的5个主要阶段及内容 1、转录前水平调节

转录前水平调节主要有染色质丢失，基因扩增、重排及染色质异化，所有这些改变都是通过改变DNA序列和染色质结构从而影响基因表达的 2、转录活性调节

真核生物的基因调节主要表现在对基因转录活性的控制上，首先由某些调节分子识别基因的特异部位并使染色质疏松，然后才能由激活蛋白和阻遏蛋白进一步影响基因活性 ○

1染色质的活化 具有转录活性的染色质增加了对核酸酶降解的敏感性，染色质中与转录相关的结构变化称为染色质改型，其中包括核小体组蛋白核心的酶促乙酰化和脱乙酰化。除此以外，还需要活化基因，真核细胞RNA聚合酶自身对启动子并无亲和力，单独不能进行转录。真核RNA聚合酶Ⅱ不能单独识别、结合启动子，而是先由基本转录因子TFⅡD组成成分TBP识别TATA盒或启动元件，并有TFⅡA参与结合，形成TFⅡD-启动子复合物，继而在TGⅡAF参与下，RNA聚合酶Ⅱ与TFⅡD、TFⅡB聚合，形成一个功能性的起始复合物。 ○

2启动子和增强子的顺式作用元件

27 真核细胞基因的启动子由一些分散的保守序列组成，包括TATA框、CAAT框和多个GC框等，后两个均属于上游控制元件，由增强子沉默子及其他应答元件进一步调节转录活性。增强子促进转录，它由比较集中的保守序列组成，具有组织特异性，优先或只能在某种类型的细胞中表现功能。增强子常存在于DNA酶的超敏感部位，它与启动子之间的距离对活性并无影响，因为DNA可以弯曲 ○

3调节转录的反式因子 调节和控制转录活性的蛋白质有三类：基本转录因子，上游因子和可诱导因子。所有结合DNA的反式作用因子都有结合DNA的结构域，并由一些共同的结构结合DNA：螺旋-转角-螺旋、锌指结构、亮氨酸拉链、螺旋-环-螺旋等 3、转录后水平的调节

在真核细胞中，基因转录的最初产物是前体mRNA，其长度比成熟的mRNA长得多，经过剪接和拼接、戴帽、加尾可得成熟的mRNA分子。由不同的转录起始和终点转录的产物以及内部不同拼接点进行拼接，加上不同编辑，可得到不同的mRNA分子 4、翻译水平的调节

真核生物在翻译水平的调控主要是控制mRNA的稳定性和有选择的进行翻译 5、翻译后水平的调控

【见12页真核生物蛋白质翻译后的加工】

※举例说明蛋白质磷酸化如何影响基因表达

蛋白质的磷酸化就是在蛋白质激酶的催化下，把ATP或GTP上γ位的磷酸基转移到蛋白质氨基酸残基上的过程，其逆过程为去磷酸化。如糖原代谢时，激素与受体在肌肉细胞外表面结合，诱发细胞质cAMP的合成并活化A激酶，后者再将活化磷酸基团传递给无活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最终将糖原磷酸化，进入糖酵解过程并提供ATP

※分子伴侣的分类及其影响基因表达的机制

分子伴侣广泛存在于原核生物和真核生物中，是在生物大分子的折叠、组装、转运及降解等过程中起协助作用，参与协助抗原的呈递和遗传物质的复制、转录及构象的确立，但自身并不发生任何变化的一类蛋白质分子。可分为核质蛋白家族、Hsp70家族、Hsp60家族、TCP-1、Hsp90家族、Hsp100家族、分子内伴侣、周质分子伴侣、RNA分子伴侣等

影响基因表达机制：通过与某个专一蛋白因子结合，从而控制基因特异性表达。如，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（HSP），又称热激蛋白。受热后，果蝇细胞内HspmRNA水平提高1000倍，就是因为热激因子（HSF）与hsp70基因TATA区上游60bp处的HSE结合，诱发转录起始。

在没有受热或其他环境胁迫时，HSF主要以单体的形式存在于细胞质和核内。单体HSF没有DNA结合能力，Hsp70可能参与了维持HSF单体形式。受热时，细胞内变性蛋白增多，它们都与HSF竞争结合Hsp70，从而释放HSF，使之形成三体并输入核内。HSF一旦形成三体，便拥有与HSE特异结合、促进基因转录功能。这种能力可能还受磷酸化水平影响，因为热激以后，HSF不但形成三体，还会迅速被磷酸化。HSF与HSE的特异性结合，引起包括Hsp70在内的许多热激应答基因表达，大量产生Hsp70蛋白，随着热激温度消失，细胞内出现大量游离Hsp70蛋白，它们与HSF相结合，形成没有DNA结合能力的单体并脱离DNA。

疾病与人类健康

肿瘤与癌症

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