分子生物学-10基因表达调控课件.ppt

第十章 基因表达调控（Regulation of Gene Expression）,本章主要内容 基本概念与原理 原核生物基因转录调控 真核生物基因表达调控,第一节 基因表达调控基本概念与原理 一、基因表达的概念 二、基因表达的特异性 三、基因表达的方式 四、基因表达调控的生物学意义 五、基因转录激活调节的基本要素,一、基因表达的概念 基因表达 是指生物体基因组种结构基因所携带的遗传信息经过转录及翻译等一系列过程，合成特定的蛋白质，进而发挥其特定生物学功能的全过程。基因表达产物 各种RNA(tRNA、mRNA和rRNA)以及蛋白质、多肽。,二、基因表达的特异性,（一）时间特异性 往往与细胞或个体的特定分化、发育阶段相适应，又称阶段特异性。（二）空间特异性 由细胞在各组织器官的分布差异所决定的，故又称为细胞特异性或组织特异性。,三、基因表达的方式,（一）组成性表达 管家基因 在生命全过程都是必需的、且在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。组成性基因表达 管家基因较少受环境因素的影响，在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续表达。,（二）诱导和阻遏表达诱导表达 在特定环境信号刺激下，基因表现为开放或增强，表达产物增加。阻遏表达 在特定环境信号刺激下，基因被抑制，从而使表达产物减少。,（三）协调表达 协调表达 在一定机制控制下，功能相关的一组基因，协调一致，共同表达。,四、基因表达调控的生物学意义,（一）适应环境变化、维持细胞增殖、分化（二）维持个体生长、发育,五、基因转录激活调节基本要素（一）特异DNA序列（二）调节蛋白（三）RNA聚合酶,原核生物的特异DNA序列 原核生物的基因表达与调控是通过操纵子机制实现的。操纵子 是由功能上相关联的多个编码序列（2个以上）及其上游的调控序列（包括操纵序列、启动序列和调节序列）等成簇串联在一起，构成的一个转录协调单位。,（一）特异DNA序列,操纵子调节序列 启动序列 操纵序列 编码序列 表达 转录,I,CAP,P,O,Z,Y,A,阻遏蛋白结合部位,RNA聚合酶结合部位,编码序列 规定蛋白质结构，又称结构基因；多顺反子mRNA 由多个结构基因串联在一起，受同一个启动序列调控，转录生成一个mRNA,翻译生成多个蛋白质,称此为多顺反子mRNA.,多顺反子mRNA,阻遏蛋白,原核生物的共有序列 原核生物的启动序列，在距离转录起始点10区和35区往往含有一些重要的保守序列（共有序列）。10区：含TATAAT序列，又称Pribnow盒。35区：含TTGACA序列。,RNA聚合酶结合部位 决定转录起始点,真核生物的特异DNA序列 真核生物基因组中含有可以调控自身基因表达活性的特异DNA序列，称为顺式作用元件。顺式作用元件能够被转录调节蛋白特异识别和结合，从而影响基因表达活性。启动子 顺式作用元件又分 增强子 沉默子,（1）启动子 是RNA聚合酶结合位点及其周围的一组转录调控组件（包括转录起始点以及典型的TATA盒）。（2）增强子 是增强启动子转录活性的DNA序列，并决定组织特异性表达。（3）沉默子 能够对基因转录起阻遏作用的DNA片段，属于负性调控元件。,（二）调节蛋白,原核生物的调节蛋白（3类）特异因子 决定RNA聚合酶对启动序列的特异识别和结合能力；(RNA聚合酶的因子)阻遏蛋白 通过与操纵序列结合，阻遏基因转录；（由调节基因表达的阻遏蛋白）激活蛋白 与启动子上游DNA序列结合，促进RNA聚合酶与启动序列 结合，促进基因转录。（CAP分解代谢物基因活化蛋白）,2.真核生物的调节蛋白 反式作用因子 能直接或间接与顺式作用元件相互作用，进而调控基因转录的一类调节蛋白，统称为反式作用因子。按其功能不同，常有以下三类：（基本）转录因子 转录调节因子：DNA-蛋白质 共调节因子：蛋白质-蛋白质,（1）基本转录因子 是指能够直接或间接与启动子核心序列TATA盒特异结合、并启动转录的一类调节蛋白。（参与构成基础转录装置所需的一类通用转录因子）真核生物 RNA聚合酶（RNApol）识别启动子所需的转录因子（TF）有多种亚类：TFA，TFB，TFD，TFE，TFF，TF-I等。其中TFD最先、最直接与启动子TATA盒结合的转录因子，然后按一定时空顺序依次结合RNApol 和其他转录因子，形成一个转录前起始复合物（PIC）。,转录前起始复合体的组装（PIC),转录前起始复合物（PIC）,(2)转录调节因子 这类调经蛋白能识别并结合转录起始点的上游激活序列和远端的增强子元件，通过DNA蛋白质相互作用而调节转录活性。起激活转录作用转录激活因子；阻遏转录作用转录阻遏因子。（3）共调节因子 首先与转录因子或转录调节因子发生蛋白蛋白相互作用，进而影响它们的分子构象，以调节转录活性。如果与转录激活因子有协同作用共激活因子；与转录阻遏因子有协同作用共阻遏因子。,反式作用因子的特殊功能域 DNA结合域；转录激活域；结合其他蛋白质的功能域。,锌指结构 亮氨酸拉链结构,(三)RNA聚合酶 1.启动子与RNA聚合酶活性 启动子核苷酸序列影响与RNA聚合酶的亲和力。2.调节蛋白与RNA聚合酶的活性 调节蛋白通过DNA-蛋白质相互作用、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA酶活性。,六、基因表达的多级调控,基因结构活化 转录水平 转录起始 转录后加工 转录后水平 转录产物的转运 翻译调控 翻译水平 翻译后加工,第二节 原核生物基因转录调控一、乳糖操纵子调节机制,控制区,信息区,结构基因(S),操纵序列（O）,启动序列（P）,调节基因（I）,CPA,乳糖操纵子结构基因表达产物,（一）阻遏蛋白的负性调节作用,I,阻遏蛋白,无乳糖存在时，结构基因受阻遏,有乳糖存在时，结构基因表达,2,CAP,CAP位点,-G,-Lac,阻遏蛋白,操纵序列,-G,+Lac,RNA聚合酶,无葡萄糖，无乳糖 无葡萄糖，有乳糖 有葡萄糖，无乳糖 有葡萄糖，有乳糖,启动序列,cAMP,mRNA 5,（二）CAP的正性调节作用,G,-Lac+G,+Lac,代谢物激活蛋白（CAP）/环腺甘酸受体蛋白（CRP）,当培养基中乳糖浓度降低而葡萄糖浓度升高时,细胞中cAMP浓度降低,缺乏乳糖与阻遏蛋白结合,CAP失活,阻抑蛋白与操纵基因结合,CAP及RNA聚合酶不能与启动基因结合,基因转录被阻遏,阻遏蛋白的负性调节,当培养基中乳糖浓度升高而葡萄糖浓度降低时,细胞中cAMP浓度升高,乳糖作为诱导剂与阻抑蛋白结合,cAMP与CRP结合并使之激合,促使阻抑蛋白与操纵基因分离,CRP与启动基因结合并促使RNA聚合酶与启动基因结合,基因转录激活,CAP的正性调节,二、色氨酸操纵子的调节机制,色氨酸操纵子（trp operon）：阻遏型操纵子；主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的转录合成。当细胞内缺乏色氨酸时，此操纵子开放；而当细胞内合成的色氨酸过多时，此操纵子被关闭。,O,阻遏蛋白（无活性）,mRNA,trpR,P,trpE,trpD,trpC,trpB,trpA,前导trpL,衰减子,结 构 基 因,调控区,二、色氨酸操纵子的调节机制,色氨酸合成的酶蛋白,O,阻遏蛋白,mRNA,Trp,trpR,P,trpE,trpD,trpC,trpB,trpA,前导序列（L）,衰减子,（结构基因关闭）,调节区,在高浓度色氨酸存在下，通过形成特殊的“衰减子”结构，对转录进行更精细的调控。,色氨酸的负性调控作用,有活性,Trp操纵子的trpE基因5端“前导序列”,衰减子 结构,10、11,前导肽,核蛋白体,衰减子结构,RNA聚合酶,5,mRNA,Trp密码子,1,2,3,4,UUUU 3,DNA,DNA,前导肽,5,1,2,3,4,Trp结构基因,MKAIFVLKG,MKAIFVLKGWWRTS,RNA聚合酶,Trp操纵子的转录衰减机制,三、原核生物基因表达调控的特点,主要在转录水平进行调节1）因子的特异启动作用 2）操纵子调控机制具有普遍性3）结构基因进行多顺反子转录4）阻遏蛋白阻遏转录具有普遍性,第三节 真核生物基因表达调控一、真核生物基因组特点,（一）基因组结构庞大 人类的单倍体基因组由 3X109 的核苷酸组成，含有大约2.6 3.9万个基因。（二）形成染色体结构 真核生物的基因组是以DNA和蛋白质结合形成染色体结构形式而存在于细胞核。,（三）单顺反子 真核基因的转录产物一般是单顺反子。单顺反子 一个编码基因转录生成一个mRNA分子，并指导翻译一条多肽链。（四）重复序列 真核生物基因普遍存在重复序列。根据重复频率不同，分为以下3类：高度重复序列 中度重复序列 单拷贝重复序列 反向重复序列（回文序列）,1.高度重复序列 重复数百万次，序列简单序列，不到10bp;称为卫星DNA；2.中度重复序列 重复上千次，序列由几百个bp构成；3.单拷贝序列 只出现1次或几次。真核生物极大多数为单一基因；反向重复序列 是指在DNA链某些区域，出现反向排列的碱基序列。如：“CGTACC-/-CCATGC-”,又称“回文结构”。,（五）断裂基因,外显子 具有实际编码意义的结构基因序列；内含子 不具有编码意义的碱基序列，又称插入序列。（六）大多数为非编码区（95左右）,（一）DNA、染色体水平的变化特点,二、真核基因表达调控的特点,1对核酸酶极度敏感,2DNA拓朴结构变化 天然双链DNA几乎均以负性超螺旋构象存在。当基因激活后，则转录区前方的DNA拓朴结构变为正性超螺旋，有利于RNA聚合酶向前移动，进行转录。3.DNA甲基化 DNA甲基化程度与基因表达呈反比。4染色体结构的变化 组蛋白发生修饰，碱基暴露等原因而引起核小体结构改变，使核小体不稳定性增加。,（二）RNA聚合酶、mRNA的转录激活及调节 真核生物有3种RNA聚合酶：RNA pol、。每种RNA聚合酶有约10个亚基组成，其中TATA盒结合蛋白（TBP）为3种酶共有。RNA pol对催化mRNA的生成起主要作用。转录前RNA pol必须与TBP、TFD等各种通用转录因子形成转录前复合体（PIC），从而激活或抑制RNA的转录。,聚合酶转录前起始复合体的组装,聚合酶转录起始复合体的组装,（三）正性调节占主导 真核基因一般都处于阻遏状态，RNA聚合酶对启动子的亲和力很低。通过利用各种转录因子正性激活RNA聚合酶是真核基因调控的主要机制。采用正性调节机制更有效、经济、特异；采用负性调节不经济（四）转录和翻译过程分开进行 转录与翻译过程分别存在于不同的亚细胞部位（胞核与胞浆），可分别进行调控。,（五）转录后加工 真核基因大多为断裂基因，内含子和外显子一起被转录。转录后产物（hnRNA）经剪接、加帽、加尾等加工修饰，才能转变为成熟的mRNA.,1、根据其性质可分为两大类：,A.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升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。,B.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。,2、根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：,DNA水平调控转录水平调控转录后水平调控翻译水平调控蛋白质加工水平的调控,三、真核生物基因表达调控的种类：,第四节 真核生物DNA水平上的基因表达调控,基因丢失,基因扩增,基因重排,DNA甲基化状态与调控,染色体结构与调控,抗体分子的形成Ti质粒转座子,一、基因丢失：,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。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。,二、基因扩增：,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。如非洲爪蟾体细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现的基因扩增现象。,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。,发育或系统发生中的倍性增加在植物中普遍存在,DNA含量的发育控制 利用流式细胞仪对从拟南芥不同发育阶段的组织中分离到的间期细胞核进行分析，发现多倍体的DNA含量与组织的成熟程度成正比。对于一给定的物种，C是单倍体基因组中的DNA质量。,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。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。,三、基因重排：,四、DNA的甲基化与基因调控：,1、DNA的甲基化,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中,CpG二核苷酸通常成串出现在DNA上，CpG岛,真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：,日常型甲基转移酶,从头合成型甲基转移酶,2、DNA甲基化抑制基因转录的机理,DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响了蛋白质与DNA的相互作用，抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率。,3DNA甲基化与X染色体失活 雌性胎生哺乳类动物细胞中两条X染色体之一在发育早期随机失活，以确保其与只有一条X染色体的雄性个体内X染色体基因的剂量相同。一旦发生X染色体失活，使该细胞有丝分裂所产生的后代都保持同一条X染色体失活。,科学家发现，在X染色体上存在一个与X染色体失活有密切联系的核心部位称为X染色体失活中心（X-chromosome inactivation center，Xic），定位在Xq13区（正好是Barr氏小体浓缩部位）。Xi-specific transcript(Xist)基因只在失活的X染色体上表达，其产物是一功能性RNA，没有ORF却含有大量的终止密码子。实验证明，Xist RNA分子能可能与Xic位点相互作用，引起后者构象变化，易于结合各种蛋白因子，最终导致X染色体失活。,五、染色质结构与基因表达调控：,按功能状态的不同可将染色质分为活性染色质和非活性染色质，所谓活性染色质是指具有转录活性的染色质；非活性染色质是指没有转录活性的染色质。活性染色质由于核小体构型发生构象的改变，往往具有疏松的染色质结构从而便于转录调控因子与顺式调控元件结合和RNA聚合酶在转录模板上滑动。,(一)活性染色质,（二）活性染色体结构变化,1.对核酸酶敏感,活化基因常有超敏位点，位于调节蛋白结合位点附近。,2.DNA拓扑结构变化,天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在；,基因活化后,3.DNA碱基修饰变化,4.组蛋白变化,富含Lys组蛋白水平降低 H2A,H2B二聚体不稳定性增加 组蛋白修饰 H3组蛋白巯基暴露,活性染色质上具有DNaseI超敏感位点。每个活跃表达的基因都有一个或几个超敏感位点，大部分位于基因5端启动子区域。,活性染色质上具有核基质结合区（matrix attachment region，MAR）。MAR一般位于DNA放射环或活性转录基因的两端。在外源基因两端接上MAR，可增加基因表达水平倍以10上，说明MAR在基因表达调控中有作用。是一种新的基因调控元件。,真核细胞中基因转录的模板是染色质而不是裸露的DNA，因此染色质呈疏松或紧密结构，即是否处于活化状态是决定RNA聚合酶能否有效行使转录功能的关键。,活性染色质的主要特点,在结构上：,活性染色质上具有DNaseI超敏感位点活性染色质上具有基因座控制区活性染色质上具有核基质结合区（MAR序列）,第五节 真核生物转录水平上的基因表达调控,一、真核基因转录（一）真核基因结构,“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。,（二）顺式作用元件定义：影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。例：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。,核心启动子和上游启动子,（2）增强子：指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。,SV40的转录单元上发现，转录起始位点上游约200 bp处有两段长72 bp的正向重复序列。,增强子特点：,增强效应十分明显，一般能使基因转录频率增加10-200倍,增强效应与其位置和取向无关，不论增强子以什么方向排列（53或35），甚至和靶基因相距3 kb，或在靶基因下游，均表现出增强效应；,大多为重复序列，一般长约50bp，适合与某些蛋白因子结合。其内部常含有一个核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），该序列是产生增强效应时所必需的；,增强效应有严密的组织和细胞特异性，说明增强子只有与特定的蛋白质（转录因子）相互作用才能发挥其功能；,没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应；,许多增强子还受外部信号的调控，如金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。,增强子作用机理：,（3）沉默子：某些基因含有负性调节元件沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。,（三）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核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。,TFD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、HSF（热激蛋白启动区）,2、结构,DNA结合结构域,转录活化结构域,结构域,连接区,（1）DNA结合结构域：,螺旋-转折-螺旋（Helix-turn-helix，H-T-H）锌指结构（zinc finger）碱性-亮氨酸拉链（basic-leucine zipper）碱性-螺旋-环-螺旋（basic helix/loop/helix，bHLH）,1、螺旋-转折-螺旋,2、锌指结构,配位键,2-9个,定义：是一种常出现在DNA结合蛋白中的结构基元。是由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上的4个Cys或2个Cys和2个His配位的Zn构成，形成的结构像手指状。,Cys2/Cys2锌指,Cys2/His2锌指,见于甾体激素受体,见于SP1，TF A等,转录因子SP1（GC盒）、连续的3个锌指重复结构。,3、碱性-亮氨酸拉链,二聚体亮氨酸之间相互作用形成二聚体，形成“拉链”。肽链氨基端2030个富含碱性氨基酸结构域与DNA结合。,这类蛋白质的DNA结合结构域实际是以碱性区和亮氨酸拉链结构域整体作为基础的。,定义：出现在DNA结合蛋白质和其它蛋白质中的一种结构基元（motif）。当来自同一个或不同多肽链的两个-螺旋的疏水面（常常含有亮氨酸残基）相互作用形成一个圈对圈的二聚体结构时就形成了亮氨酸拉链。,4、碱性-螺旋-环-螺旋,（四）转录起始复合物,第六节、蛋白质磷酸化与基因表达 蛋白质的磷酸化反应是指通过酶促反应把磷酸基团从一个化合物转移到另一个化合物上的过程，是生物体内存在的一种普遍的调节方式，在细胞信号的传递过程中占有极其重要的地位。,已经发现在人体内有多达2000个左右的蛋白质激酶和1000个左右的蛋白质磷酸酶基因。蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催化的把ATP或GTP上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，称为蛋白质脱磷酸化。,1 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，diacyl glycerol）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。(2).蛋白质的磷酸化与脱磷酸化控制了细胞内已有的酶“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速的反应。,(3).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反应。被磷酸化的主要氨基酸残基：丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸。组氨酸和赖氨酸残基也可能被磷酸化。,2.真核细胞主要跨膜信号转导途径,3.蛋白激酶的种类与功能 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：第一类为丝氨酸/苏氨酸型。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第二类为酪氨酸型。被磷酸化的是底物的酪氨酸残基。第三类是双重底物特异性蛋白激酶（dual-specificity protein kinase），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。,根据是否有调节物来分又可分成两大类：A、信使依赖性蛋白质激酶（messenger-dependent protein kinase），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；B、非信使依赖型蛋白激酶。,4.受cAMP调控的A激酶 被A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。这一酶活性代表了绝大多数细胞中cAMP所引起的全部反应。PKA全酶由4个亚基组成(R2C2）包括两个相同的调节亚基（R）和两个相同的催化亚基（C）。全酶的分子量为150-170kD。,C亚基具有催化活性，R亚基具有调节功能，有两个cAMP结合位点。R亚基对C亚基具有抑制作用，所以，R和C聚合后的全酶（R2C2）无催化活性。R亚基与cAMP的结合导致C亚基解离并表现出催化活性。激素与其受体在肌肉细胞外表面相结合，诱发细胞质cAMP的合成并活化A激酶，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，进入糖酵解并提供ATP。,5.C激酶与PIP2、IP3和DAG 磷酸肌醇级联放大的细胞内信使：磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2）的两个酶解 产物：肌醇1，4，5-三磷酸（IP3）和二酰基甘油（DAG）。C激酶（PKC）是依赖于Ca2+的蛋白质激酶。由于IP3所引起的细胞质Ca2+浓度升高，导致C激酶从胞质转运到靠原生质膜内侧处，并被DAG和Ca2+的双重影响所激活。,C激酶的活性也受磷脂酰丝氨酸的影响，原因是后者大大提高了C激酶对于Ca2+的亲和力，从而使得C激酶能被生理水平的Ca2+离子所活化。C激酶主要实施对丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，它具有一个催化结构域和一个调节结域。,6.CaM激酶及MAP激酶 Ca2+的细胞学功能主要通过钙调蛋白激酶（CaM-kinase）来实现，它们也是一类丝氨酸/苏氨酸激酶，但仅应答于细胞内Ca2+水平。MAP激酶（mitogen-activated proteinkinase,MAP-kinase，又称为extracellular-signal-regulated kinase，ERKS）活性受许多外源 细胞生长、分化因子的诱导，也受到酪氨酸蛋白激酶及G蛋白受体系统的调控。,MAP-激酶的活性取决于该蛋白中仅有一个氨基酸之隔的酪氨酸、丝氨酸残基是否都被磷酸化。科学家把能同时催化这两个氨基酸残基磷酸化的酶称为MAP-激酶-激酶，它的反应底物是MAP激酶。MAP-激酶-激酶本身能被MAP-激酶-激酶-激酶所磷酸化激活，后者能同时被C激酶或酪氨酸激酶家族的Ras蛋白等激活，从而在信息传导中发挥功能。,7.酪氨酸蛋白激酶 对于许多生长因子受体的研究表明，跨膜的酪氨酸蛋白激酶在信息传递过程中起着重要作用。表皮生长因子（EGF）、胰岛素样生长因子（IGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）、神经生长因子（NGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）和血管内皮细胞生长因子（VEGF）受体都拥有定位于胞内的酪氨酸激酶功能区域和膜外区。,具有受体功能的酪氨酸 蛋白激酶(receptor protein tyrosine kinase,RPTK)。包括三个结构域：胞外的配体结合区，细胞内部具有酪氨酸蛋白激酶活性的区域和连接这两个区域的跨膜结构。胞外配体结合区：RPTK的N端大约500-850个氨基酸组成亲水性胞外配体结合区域，氨基酸序列变化较大，是不同RPTK与相应配体特异性结合的结构基础。,跨膜结构区：是连接受体细胞内、外两部分，镶嵌在细胞膜中的结构，在靠近膜内侧C端常常是由碱性氨基酸形成簇状结构。胞内活性区：保守性较高，由三个不同的部分组成。与跨膜区相连的近膜区包括41-50个氨基酸，可能是RPTK活性的功能的调节部位。第二部分为活性位点所在的催化区，其氨基酸组成具有很高的保守性。,该区含有ATP结合位点和底物结合位点，可能是不同类型RPTK底物特异性的决定区域。第三部分是多变的C末端，包括70-200个氨基酸，主要是由小分子量氨基酸组成的亲水性结构，具有高度的可塑性。,没有Cyclin，CDK无活性。Cyclin的合成和积累。形成Cyclin和CDK复合物。Tyr磷酸化阻碍了ATP的结合，CDK仍然无活性。T-环中的Thr被磷酸化，Tyr上的磷酸基团被去掉，CDK活性大为增强。CDK使磷酸酯酶磷酸化，进一步提高其活性。CDK使DBRP磷酸化，具有酶活性。在DBRP的帮助下，泛素连接酶把泛素加到Cyclin上。Cyclin被降解，CDK失活。见Lehninger,figure 13-33。,CDK通过蛋白质磷酸化过程控制细胞分裂。没有被磷酸化的PRb能与转录因子E2F相结合并使后者不能激活一系列与DNA合成有关的酶，导致细胞无法由G1进入S。erbB原癌基因其实编码了一个突变的EGF受体蛋白，它的胞内激酶活性区被永久性激活（相当于EGF到正常EGF受体上）。因此，erbB导致了细胞的永久型分裂。,8.蛋白磷酸酯酶 Ser/Thr蛋白磷酸酯酶主要包括：PP-1，PP-2A，PP-2B和PP-2C四类。PP-1是糖代谢中的一个关键酶，具有很高的活性，其催化亚基为38kDa，可以与其它组分或调节亚基组成全酶。PP-2A全酶包括一个36kDa的催化亚基和一个65kDa的调节亚基。PP-2B是目前所发现的唯一受Ca和CaM调节的蛋白磷酸酶,催化了磷酸化酶激酶亚基的脱磷酸化作用。由61kDa的A亚基和16kDa的B亚基组成。A为催化亚基。PP-2C的分子量为43-48kDa，其活性需要mmol/L水平的Mg2+，现对其参与调节的生理过程知之甚少。,酪氨酸蛋白磷酸酶（PTP）主要有:胞内型，跨膜受体型。两类PTP的共同点是它们 的催化域中氨基酸顺序极为相似，共有240个氨基酸，内含-HCXGXXR（S/T）G-的signature motif。胞内型PTP只有一个催化域。受体型中常有两个催化区，其不同类型的胞外结构往往不同。PTP1B（胞内型）是一个37kDa的胞内酶，在氨基酸水平上与CD45（跨膜受体型）的胞内部分有很高的同源性。CD45是一类在结构上相关的，高分子量（150-280kD）跨膜蛋白，具有与受体极为相似的结构特点，在免疫T细胞和B细胞中含量极高。,9.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酸化来调节基因活性。a.对转录因子核定位的调节 SV40抗原未磷酸化时存在于胞质，其111和112位残基被酪蛋白激酶II（CKII）磷酸化后，其分子内的核转位信号结构域(nuclear transport signal，NTS)变构而易于进入细胞核发挥作用。,转录因子SWI5只在G1期存在于细胞核内，激活核酸内切酶基因转录。在其它时期则以磷酸化的形式存在于细胞质中。CdC2使其核转位信号结构域附近的3个Ser残基磷酸化，使之无法进入核内，失去激活基因转录功能。,有时转录因子上存在一种抑制结构（R），掩盖了它的NTS功能区，从而不能进入核内；磷酸化使该区暴露，从而易于进入核内。有时，非磷酸化状态下转录因子与胞质锚定或抑制亚基结合，掩盖其NTS结构使之不能进入核内。当转录因子本身或者其抑制亚基被磷酸化，使NTS结构暴露，进入核内发挥功能。转录因子NF-KB常与IKB结合成复合体存在于胞质中。只有在被各种刺激因子或佛波脂（PKC激活剂）作用后IKB磷酸化并与NF-KB解离，后者才能进入核内,b.对转录因子DNA结合活性的调节 转录因子上的DNA结合结构域（DBD）或其附近残基被磷酸化后，由于负电荷增加而减弱了转录因子DBD和DNA序列的静电相互作用。静止态细胞中，AP-1复合体中转录因子c-Jun DBD附近的3个氨基酸残基（Thr231，Ser243和Ser249）被Gsk-3和CKII磷酸化，不能与DNA结合。受到生长因子等刺激时，c-Jun脱磷酸，恢复DNA结合活性并激活基因转录。血清反应因子（SRF）DBD区上游附近有4个磷酸化位点(577/579/583/585)，未磷酸化时无DNA结合活性。受到刺激时，4个残基全被磷酸化，有较强的DNA结合活性,