第八讲真核生物的基因调控一、真核生物的基因结构特点①在真核细胞中,一条成熟的mRNA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纵子形式。②真核细胞DNA都与组蛋白和大量非组蛋白相结合,只有一小部分DNA是裸露的。③高等真核细胞DNA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。④真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排,还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。⑤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,这些调节区一般通过改变整个所控制基因5'上游区DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。在原核生物中,转录的调节区都很小,大都位于启动子上游不远处,调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑RNA聚合酶与它的结合。⑥真核生物的RNA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,原核生物中不存在这样严格的空间间隔。⑦许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程(maturationandsplicing),才能顺利地翻译成蛋白质。二、真核生物的转录特点原核生物中,密切相关的基因往往组成操纵子,并且以多顺反子mRNA的方式进行转录,整个体系置于一个启动子的控制之下。真核生物的DNA是单顺反子,很少有置于一个启动子的控制之下的操纵子。真核生物中许多相关的基因按功能成套组合,被称为基因家族(genefamily)。1、基因家族一组功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因。可能由某一共同祖先基因(ancestralgene)经重复(duplication)和突变产生。基因家族的特点:①基因家族的成员可以串联排列在一起,形成基因簇(genecluster)或串联重复基因(tandemlyrepeatedgenes),它们可同时发挥作用,合成某些蛋白质,如rRNA、tRNA和组蛋白的基因;②有些基因家族的成员也可位于不同的染色体上,这些不同成员编码一组功能上紧密相关的蛋白质,如珠蛋白基因;③有些成员不产生有功能的基因产物,这种基因称为假基因(Pseudogene)。假基因与有功能的基因同源,原来可能也是有功能的基因,但由于缺失,倒位或点突变等,使这一基因失去活性,成为无功能基因。与相应的正常基因相比,假基因往往缺少正常基因的内含子,两侧有顺向重复序列。人们推测,假基因的来源之一,可能是基因经过转录后生成的RNA前体通过剪接失去内含子形成mRNA,如果mRNA经反复转录产生cDNA,再整合到染色体DNA中去,便有可能成为假基因,因此该假基因是没有内含子的,在这个过程中,可能同时会发生缺失,倒位或点突变等变化,从而使假基因不能表达。1)简单基因家族2)复杂基因家族海胆,5个基因组成串联单位,可以重复1000次。串联单位中的每个基因分别被转录成单顺反子RNA,这些RNA都没有内含子,而且各基因在同一条DNA链上按同一方向转录,每个基因的转录与翻译速度都受到调节。3)发育调控的复杂基因家族在生物个体不同发育阶段,出现几种不同形式的α和β亚基。人的α-珠蛋白基因簇位于16号染色体短臂上,其中ζ为胚胎期基因;β-珠蛋白基因簇位于11号染色体短臂上,其中ε为胚胎期基因,Gγ和Aγ为胎儿型基因,δ和β为成人期基因。在每个基因家族中,基因排列的顺序就是它们在发育阶段的表达顺序。原始珠蛋白大约产生于8亿年前,由单基因编码,现代珠蛋白基因家族是由同一个原始基因通过一系列重复、突变和转位演变而成的。随着物种的进化,动物的体积相对变大,对氧的需求量越来越大,在进化压力下,血红蛋白基因通过自发突变产生杂合基因,编码出对氧的结合和释放能力要大大高于单分子血红蛋白的四聚体。在哺乳动物的进化中,β链基因又发生突变和重复,形成了胎儿中的ε和γ型珠蛋白。胎儿血红蛋白对氧的亲和力比成人更大,因而利于胎儿得快速发育。4)假基因1977年,G·Jacp在对非洲爪赡5SrRNA基因簇的研究后提出了假基因的概念,这是一种核苷酸序列同其相应的正常功能基因基本相同,但却不能合成出功能蛋白质的失活基因。假基因的发现是真核生物应用重组DNA技术和序列分析的结果。现已在大多数真核生物中发现了假基因,如Hb的假基因、干扰素、组蛋白、α球蛋白和...