1、第五章第五章基因表達(dá)的調(diào)控基因表達(dá)的調(diào)控 基因表達(dá)基因表達(dá)是指生物基因組中結(jié)構(gòu)基是指生物基因組中結(jié)構(gòu)基因所攜帶的遺傳信息經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯等因所攜帶的遺傳信息經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯等一系列過程，合成特定的蛋白質(zhì)，進(jìn)而一系列過程，合成特定的蛋白質(zhì)，進(jìn)而發(fā)揮其特定的生物學(xué)功能和生物學(xué)效應(yīng)發(fā)揮其特定的生物學(xué)功能和生物學(xué)效應(yīng)的全過程。但并非所有基因表達(dá)過程都的全過程。但并非所有基因表達(dá)過程都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，產(chǎn)生蛋白質(zhì)，rRNA、tRNA編碼基因轉(zhuǎn)編碼基因轉(zhuǎn)錄生成錄生成RNA的過程也屬于基因表達(dá)。的過程也屬于基因表達(dá)。 管家基因：管家基因： 在生命全過程都是必需的，且在一個(gè)生在生命全過程都是必需的，且在一個(gè)生物個(gè)體的幾

2、乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)的基因。物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)的基因。 組成性基因表達(dá)：組成性基因表達(dá)： 在個(gè)體各個(gè)生長階段的幾乎全部組織中在個(gè)體各個(gè)生長階段的幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)或變化很小。持續(xù)表達(dá)或變化很小。誘導(dǎo)表達(dá)和阻遏表達(dá)：誘導(dǎo)表達(dá)和阻遏表達(dá)： 基因表達(dá)受環(huán)境變化影響，在特定基因表達(dá)受環(huán)境變化影響，在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，有些基因的表達(dá)表現(xiàn)環(huán)境信號(hào)刺激下，有些基因的表達(dá)表現(xiàn)為開放或增強(qiáng)，則這種表達(dá)方式稱為誘為開放或增強(qiáng)，則這種表達(dá)方式稱為誘導(dǎo)表達(dá)；有些基因的表達(dá)表現(xiàn)為關(guān)閉或?qū)П磉_(dá)；有些基因的表達(dá)表現(xiàn)為關(guān)閉或下降，則這種表達(dá)方式稱為阻遏表達(dá)。下降，則這種表達(dá)方式稱為阻遏表達(dá)。協(xié)調(diào)表達(dá)和協(xié)調(diào)調(diào)

3、節(jié)協(xié)調(diào)表達(dá)和協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)： 在生物體內(nèi)，各種代謝途徑有條不紊在生物體內(nèi)，各種代謝途徑有條不紊地進(jìn)行，是在一定機(jī)制控制下，功能相關(guān)地進(jìn)行，是在一定機(jī)制控制下，功能相關(guān)的一組基因，協(xié)調(diào)一致，共同表達(dá)，即協(xié)的一組基因，協(xié)調(diào)一致，共同表達(dá)，即協(xié)調(diào)表達(dá)，這種調(diào)節(jié)被稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。調(diào)表達(dá)，這種調(diào)節(jié)被稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)?；虮磉_(dá)的調(diào)控：基因表達(dá)的調(diào)控： 在同一機(jī)體的各種細(xì)胞內(nèi)含有相同的在同一機(jī)體的各種細(xì)胞內(nèi)含有相同的遺傳信息，即相同的結(jié)構(gòu)基因，它們?cè)诟鬟z傳信息，即相同的結(jié)構(gòu)基因，它們?cè)诟鞣N細(xì)胞中并非同時(shí)表達(dá)，而是根據(jù)機(jī)體生種細(xì)胞中并非同時(shí)表達(dá)，而是根據(jù)機(jī)體生長、發(fā)育、繁殖的需要，隨著環(huán)境的變化，長、發(fā)育、繁殖的需要，隨

4、著環(huán)境的變化，有規(guī)律的選擇性、程序性、適度地表達(dá)，有規(guī)律的選擇性、程序性、適度地表達(dá)，以適應(yīng)環(huán)境，發(fā)揮其生理功能。這就是所以適應(yīng)環(huán)境，發(fā)揮其生理功能。這就是所謂的調(diào)控，即基因表達(dá)的調(diào)節(jié)和控制謂的調(diào)控，即基因表達(dá)的調(diào)節(jié)和控制（regulation and control）。）?；虮磉_(dá)的時(shí)間性及空間性基因表達(dá)的時(shí)間性及空間性（一）時(shí)間特異性（一）時(shí)間特異性 按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的定的時(shí)間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的時(shí)間特時(shí)間特異性異性(temporal specificity)。 多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性

5、又稱多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階段階段特異性特異性(stage specificity)。（二）空間特異性（二）空間特異性 基因表達(dá)伴隨時(shí)間順序所表現(xiàn)出的這種分布基因表達(dá)伴隨時(shí)間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱所以空間特異性又稱細(xì)胞或組織特異性細(xì)胞或組織特異性(cell or tissue specificity)。 在個(gè)體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按在個(gè)體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的稱之為基因表達(dá)的空空間特異性間特異性(spati

6、al specificity)?；虮磉_(dá)的多級(jí)調(diào)控基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控基因基因激活激活轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工mRNA降解降解蛋白質(zhì)降解等蛋白質(zhì)降解等蛋白質(zhì)翻譯蛋白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾翻譯后加工修飾轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始第一節(jié)第一節(jié)原核生物基因表達(dá)的調(diào)控原核生物基因表達(dá)的調(diào)控原核生物基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程是偶原核生物基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程是偶聯(lián)的，聯(lián)的，mRNAmRNA降解快、半衰期短。因此其降解快、半衰期短。因此其基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)主要在轉(zhuǎn)錄水平，基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)主要在轉(zhuǎn)錄水平，其次是翻譯水平。其次是翻譯水平。一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控（一）影響轉(zhuǎn)錄的因素（一）影響轉(zhuǎn)錄的因素1

7、 1、啟動(dòng)子、啟動(dòng)子（1 1）啟動(dòng)子決定轉(zhuǎn)錄方向及模板鏈）啟動(dòng)子決定轉(zhuǎn)錄方向及模板鏈 （2）啟動(dòng)子決定轉(zhuǎn)錄效率）啟動(dòng)子決定轉(zhuǎn)錄效率35和和10的兩個(gè)序列稱為一致性序列。的兩個(gè)序列稱為一致性序列。 35：T82G78A65C54A95 10：T80A95T45A60A50T96 （下角標(biāo)數(shù)字表示核苷酸在所有啟動(dòng)子中出現(xiàn)的（下角標(biāo)數(shù)字表示核苷酸在所有啟動(dòng)子中出現(xiàn)的頻率）。頻率）。 強(qiáng)啟動(dòng)子的序列與上述序列最接近，弱強(qiáng)啟動(dòng)子的序列與上述序列最接近，弱啟動(dòng)子則相差較大。啟動(dòng)子則相差較大。 不同的不同的因子可以競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合因子可以競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合RNA聚合酶，聚合酶，RNA聚合酶聚合酶的核心酶與不同的核心酶與不同因

8、子組成的全酶識(shí)別不同基因的啟因子組成的全酶識(shí)別不同基因的啟動(dòng)子。動(dòng)子。2、因子因子37：70-核心酶為主核心酶為主42：70-核心酶，核心酶，32-核心酶核心酶 ( 32 mRNA 主要在主要在4042翻譯翻譯) 32-核心酶識(shí)別核心酶識(shí)別 HSP 基因的啟動(dòng)子。基因的啟動(dòng)子。3、阻遏蛋白、阻遏蛋白 阻遏蛋白是在一定的條件下與阻遏蛋白是在一定的條件下與DNA結(jié)合、在結(jié)合、在轉(zhuǎn)錄水平對(duì)基因表達(dá)產(chǎn)生負(fù)調(diào)控作用的蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)錄水平對(duì)基因表達(dá)產(chǎn)生負(fù)調(diào)控作用的蛋白質(zhì)。 阻遏蛋白可以與特定的信號(hào)分子結(jié)合而阻遏蛋白可以與特定的信號(hào)分子結(jié)合而發(fā)生變構(gòu)，在不同構(gòu)象時(shí)，阻遏蛋白或者與發(fā)生變構(gòu)，在不同構(gòu)象時(shí)，阻遏蛋白

9、或者與DNA結(jié)合，或者與結(jié)合，或者與DNA解離。阻遏蛋白結(jié)解離。阻遏蛋白結(jié)合于合于DNA后可抑制轉(zhuǎn)錄，這種基因表達(dá)調(diào)控后可抑制轉(zhuǎn)錄，這種基因表達(dá)調(diào)控的方式稱為負(fù)調(diào)控。的方式稱為負(fù)調(diào)控。lac operon誘導(dǎo)去阻遏誘導(dǎo)阻遏4、正調(diào)控蛋白、正調(diào)控蛋白 正調(diào)控蛋白結(jié)合于特異正調(diào)控蛋白結(jié)合于特異DNA序列后促序列后促進(jìn)基因的轉(zhuǎn)錄，這種基因表達(dá)調(diào)控的方式進(jìn)基因的轉(zhuǎn)錄，這種基因表達(dá)調(diào)控的方式稱為正調(diào)控。稱為正調(diào)控。（1）CAP蛋白蛋白 E.coli 的分解代謝物基因活化蛋白的分解代謝物基因活化蛋白（catabolite gene activator protein，CAP） 是一種基因激活蛋白。是一種基

10、因激活蛋白。cAMP與與CAP結(jié)合，誘導(dǎo)結(jié)合，誘導(dǎo)CAP發(fā)生構(gòu)象改變，發(fā)生構(gòu)象改變，使之能夠結(jié)合于特定的使之能夠結(jié)合于特定的DNA序列，激活基因序列，激活基因的轉(zhuǎn)錄。的轉(zhuǎn)錄。cAMP水平降低時(shí)，水平降低時(shí)，cAMP與與CAP解離，解離，CAP轉(zhuǎn)回到無活性的構(gòu)象，并與轉(zhuǎn)回到無活性的構(gòu)象，并與DNA解離。解離。 （2）ntrC蛋白蛋白 ntrC蛋白是大腸桿菌氮代謝基因的激蛋白是大腸桿菌氮代謝基因的激活蛋白，其自身活性可通過磷酸化和去磷活蛋白，其自身活性可通過磷酸化和去磷酸化而被調(diào)節(jié)。酸化而被調(diào)節(jié)。 ntrC蛋白結(jié)合的蛋白結(jié)合的DNA元件是細(xì)菌元件是細(xì)菌DNA中的一種增強(qiáng)子。中的一種增強(qiáng)子。 谷氨酰

11、胺谷氨酰胺合成酶基因合成酶基因啟動(dòng)子的上啟動(dòng)子的上游游100多多bp處，有兩個(gè)處，有兩個(gè)ntrC蛋白結(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)。合位點(diǎn)。 ntrC蛋蛋白可以結(jié)合白可以結(jié)合這些位點(diǎn)。這些位點(diǎn)。 非磷酸非磷酸化的化的ntrC蛋蛋白也可以與白也可以與DNA上的上的ntrC蛋白結(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，合位點(diǎn)結(jié)合，但對(duì)轉(zhuǎn)錄沒但對(duì)轉(zhuǎn)錄沒有調(diào)控作用有調(diào)控作用5倒位蛋白倒位蛋白倒位蛋白是一種位點(diǎn)特異性的重組酶。倒位蛋白是一種位點(diǎn)特異性的重組酶。沙門氏菌的沙門氏菌的 H1 和和 H2 鞭毛蛋白分別由兩鞭毛蛋白分別由兩個(gè)基因編碼。個(gè)基因編碼。H2 基因表達(dá)時(shí)，同時(shí)轉(zhuǎn)錄翻譯出基因表達(dá)時(shí)，同時(shí)轉(zhuǎn)錄翻譯出 H1 基因的阻遏蛋基因的阻遏

12、蛋白，使白，使H1基因關(guān)閉。基因關(guān)閉。 H2基因的啟動(dòng)子包含一個(gè)基因的啟動(dòng)子包含一個(gè) 1000 bp 的的DNA片段內(nèi)，當(dāng)?shù)刮换蚱蝺?nèi)，當(dāng)?shù)刮换騢im表達(dá)倒位表達(dá)倒位蛋白時(shí)，可使該片段倒位，啟動(dòng)子的方向反轉(zhuǎn)。蛋白時(shí)，可使該片段倒位，啟動(dòng)子的方向反轉(zhuǎn)。 H2 基因關(guān)閉，基因關(guān)閉，H1 基因則因失去阻遏蛋白的抑制作用而基因則因失去阻遏蛋白的抑制作用而開始表達(dá)，產(chǎn)生開始表達(dá)，產(chǎn)生H1鞭毛蛋白。鞭毛蛋白。6衰減子衰減子細(xì)菌中的細(xì)菌中的mRNA轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)翻譯合成是偶聯(lián)轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)翻譯合成是偶聯(lián)在一起的。在一起的。一些操縱子中的特殊序列可以在轉(zhuǎn)錄過程中控一些操縱子中的特殊序列可以在轉(zhuǎn)錄過程中控制轉(zhuǎn)錄

13、水平。這些特殊的序列稱為衰減子（制轉(zhuǎn)錄水平。這些特殊的序列稱為衰減子（attenuator）。衰減子位于操縱子中第一個(gè)結(jié)構(gòu)基）。衰減子位于操縱子中第一個(gè)結(jié)構(gòu)基因之前，是一段能減弱轉(zhuǎn)錄作用的順序。因之前，是一段能減弱轉(zhuǎn)錄作用的順序。色氨酸操縱子，L基因中含有衰減子（二）轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制（二）轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制 在大腸桿菌的許多操縱子中，基因的轉(zhuǎn)錄不是在大腸桿菌的許多操縱子中，基因的轉(zhuǎn)錄不是由單一因子調(diào)控的，而是通過負(fù)調(diào)控因子和正調(diào)控由單一因子調(diào)控的，而是通過負(fù)調(diào)控因子和正調(diào)控因子進(jìn)行復(fù)合調(diào)控的。因子進(jìn)行復(fù)合調(diào)控的。 細(xì)菌通常優(yōu)先以葡萄糖作為能源，葡萄糖代謝細(xì)菌通常優(yōu)先以葡萄糖作為能源，葡萄糖代謝產(chǎn)物能

14、抑制細(xì)胞腺苷酸環(huán)化酶和激活磷酸二酯酶的產(chǎn)物能抑制細(xì)胞腺苷酸環(huán)化酶和激活磷酸二酯酶的活性，結(jié)果使細(xì)胞內(nèi)活性，結(jié)果使細(xì)胞內(nèi)cAMP水平降低。水平降低。 葡萄糖耗盡時(shí)，細(xì)胞內(nèi)葡萄糖耗盡時(shí)，細(xì)胞內(nèi)cAMP水平升高，即可水平升高，即可通過通過CAP 調(diào)控其它操縱子的表達(dá)。調(diào)控其它操縱子的表達(dá)。1乳糖操縱子調(diào)控的機(jī)制乳糖操縱子調(diào)控的機(jī)制E.coli的乳糖操縱子有的乳糖操縱子有Z、Y、A三個(gè)結(jié)構(gòu)基因，三個(gè)結(jié)構(gòu)基因，編碼編碼-半乳糖苷酶、乳糖透酶和半乳糖苷乙?；肴樘擒彰浮⑷樘峭该负桶肴樘擒找阴；福Y(jié)構(gòu)基因上游有一個(gè)啟動(dòng)子（酶，結(jié)構(gòu)基因上游有一個(gè)啟動(dòng)子（P）和一個(gè)）和一個(gè)operator。（。（O）。啟動(dòng)子

15、上游有一個(gè)）。啟動(dòng)子上游有一個(gè)CAP蛋白的蛋白的結(jié)合位點(diǎn)。啟動(dòng)子、結(jié)合位點(diǎn)。啟動(dòng)子、operator和和CAP結(jié)合位點(diǎn)共結(jié)合位點(diǎn)共同構(gòu)成乳糖操縱子的調(diào)控區(qū)。同構(gòu)成乳糖操縱子的調(diào)控區(qū)。 I 基因是調(diào)節(jié)基因，編碼產(chǎn)生阻遏蛋白?；蚴钦{(diào)節(jié)基因，編碼產(chǎn)生阻遏蛋白。阻遏蛋白為四聚體，每個(gè)亞基相同。在沒有阻遏蛋白為四聚體，每個(gè)亞基相同。在沒有乳糖的條件下，阻遏蛋白能與操縱區(qū)結(jié)合。乳糖的條件下，阻遏蛋白能與操縱區(qū)結(jié)合。 乳糖經(jīng)透酶作用進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)已存在的乳糖經(jīng)透酶作用進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)已存在的-半乳糖苷酶可催化乳糖轉(zhuǎn)變成半乳糖和葡萄糖，同時(shí)半乳糖苷酶可催化乳糖轉(zhuǎn)變成半乳糖和葡萄糖，同時(shí)催化一小部分乳糖轉(zhuǎn)變

16、成異半乳糖（兩個(gè)單糖以催化一小部分乳糖轉(zhuǎn)變成異半乳糖（兩個(gè)單糖以1,4-1,4-糖苷健連接，而不是糖苷健連接，而不是1,6-1,6-糖苷健），異半乳糖是真正糖苷?。?，異半乳糖是真正的誘導(dǎo)劑。的誘導(dǎo)劑。 lac啟動(dòng)子是弱啟動(dòng)子，啟動(dòng)子是弱啟動(dòng)子，RNA聚合酶與之結(jié)聚合酶與之結(jié)合的能力很弱，只有合的能力很弱，只有CAP結(jié)合到啟動(dòng)子上游的結(jié)合到啟動(dòng)子上游的CAP結(jié)合位點(diǎn)后，促進(jìn)結(jié)合位點(diǎn)后，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)子聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合，才能有效轉(zhuǎn)錄。結(jié)合，才能有效轉(zhuǎn)錄。 乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄起始由乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄起始由CAP和阻遏蛋白兩和阻遏蛋白兩種調(diào)控因子來控制，可因葡萄糖和乳糖的存在種調(diào)控因子來控制，可

17、因葡萄糖和乳糖的存在與否而有與否而有 4 種不同的組合。種不同的組合。IPTG：異丙基硫代半乳糖，強(qiáng)誘導(dǎo)劑，不被細(xì)菌代謝2阿拉伯糖操縱子的調(diào)控機(jī)制阿拉伯糖操縱子的調(diào)控機(jī)制 阿拉伯糖操縱子（阿拉伯糖操縱子（ara operon）含有）含有B、A、D三個(gè)結(jié)構(gòu)基因，編碼異構(gòu)酶、激酶、表位三個(gè)結(jié)構(gòu)基因，編碼異構(gòu)酶、激酶、表位酶，催化阿拉伯糖轉(zhuǎn)變?yōu)槊?，催化阿拉伯糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸木酮糖，后者磷酸木酮糖，后者進(jìn)入磷酸戊糖途徑。進(jìn)入磷酸戊糖途徑。araO1araO2araI啟動(dòng)子啟動(dòng)子啟動(dòng)子啟動(dòng)子CAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)C mRNABAD mRNA 調(diào)控區(qū)由啟動(dòng)子（調(diào)控區(qū)由啟動(dòng)子（P）和起始區(qū)（）和起始區(qū)（I）

18、以及操）以及操縱區(qū)（縱區(qū)（O）組成。）組成。C基因是調(diào)節(jié)基因，編碼調(diào)基因是調(diào)節(jié)基因，編碼調(diào)控蛋白控蛋白AraC，該基因的啟動(dòng)子與，該基因的啟動(dòng)子與ara操縱子的操縱子的操縱區(qū)（操縱區(qū)（araO1）重疊。此外在）重疊。此外在C基因內(nèi)存在著基因內(nèi)存在著AraC蛋白的結(jié)合位點(diǎn)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)araO2。araO1araO2araI啟動(dòng)子啟動(dòng)子啟動(dòng)子啟動(dòng)子CAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)C mRNABAD mRNA AraC蛋白、蛋白、CAP蛋白和阿拉伯糖的復(fù)合蛋白和阿拉伯糖的復(fù)合作用對(duì)操縱子的轉(zhuǎn)錄進(jìn)行調(diào)控。調(diào)控作用受葡作用對(duì)操縱子的轉(zhuǎn)錄進(jìn)行調(diào)控。調(diào)控作用受葡萄糖和阿拉伯糖的存在與否的影響。萄糖和阿拉伯糖的存在與

19、否的影響。1. no C proteinRNA pol C 蛋白cAMPCAP阿拉伯糖3. 有 C 蛋白，無葡萄糖，有阿拉伯糖2. 有 C 蛋白，有葡萄糖，有或無阿拉伯糖 3色氨酸操縱子的調(diào)控機(jī)制色氨酸操縱子的調(diào)控機(jī)制E.coli的色氨酸操縱子有五個(gè)結(jié)構(gòu)基因，的色氨酸操縱子有五個(gè)結(jié)構(gòu)基因，E、D、C、B、A基因編碼三種酶，用于合成色氨基因編碼三種酶，用于合成色氨酸。上游調(diào)控區(qū)由啟動(dòng)子（酸。上游調(diào)控區(qū)由啟動(dòng)子（P）和操縱區(qū)（）和操縱區(qū)（O）組成。）組成。R基因是調(diào)節(jié)基因，編碼阻遏蛋白?；蚴钦{(diào)節(jié)基因，編碼阻遏蛋白。 trp操縱子是一種阻遏型操縱子，無色氨酸時(shí)，操縱子是一種阻遏型操縱子，無色氨酸時(shí)

20、，阻遏蛋白不能與操縱區(qū)結(jié)合，對(duì)轉(zhuǎn)錄無抑制作用；細(xì)阻遏蛋白不能與操縱區(qū)結(jié)合，對(duì)轉(zhuǎn)錄無抑制作用；細(xì)胞內(nèi)有較大量的色氨酸時(shí)，阻遏蛋白與色氨酸形成復(fù)胞內(nèi)有較大量的色氨酸時(shí)，阻遏蛋白與色氨酸形成復(fù)合物后能與操縱區(qū)結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄。合物后能與操縱區(qū)結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄。 trp操縱子的另一個(gè)調(diào)控方式是衰減機(jī)制調(diào)節(jié)。操縱子的另一個(gè)調(diào)控方式是衰減機(jī)制調(diào)節(jié)。衰減子衰減子位于結(jié)構(gòu)基因位于結(jié)構(gòu)基因 E 和操縱區(qū)（和操縱區(qū)（O）之間的）之間的 L 基基因因中。中。 在無色氨酸的環(huán)境下，在無色氨酸的環(huán)境下，L基因基因和結(jié)構(gòu)基因能轉(zhuǎn)和結(jié)構(gòu)基因能轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生具有錄產(chǎn)生具有 6700 個(gè)核苷酸的全長多順反子個(gè)核苷酸的全長多順反子mRNA

21、，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)色氨酸增多時(shí)，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄受到抑制，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)色氨酸增多時(shí)，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄受到抑制，但，但L基因轉(zhuǎn)錄的基因轉(zhuǎn)錄的前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA（140個(gè)核苷酸）個(gè)核苷酸）并并沒有減少，這部分轉(zhuǎn)錄物稱為衰減子轉(zhuǎn)錄物。沒有減少，這部分轉(zhuǎn)錄物稱為衰減子轉(zhuǎn)錄物。Translation and Termination of transcriptionmRNA肽鏈肽鏈DNAUUUUUUUU調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū) 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 trpROP前導(dǎo)序列前導(dǎo)序列 衰減子區(qū)域衰減子區(qū)域 UUUU前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA1234衰減子結(jié)構(gòu)衰減子結(jié)構(gòu) 第第1010、1111密碼子為密碼子為trptrp密碼子密碼子 終止密碼子終止密碼子 14

22、aa14aa前導(dǎo)肽編碼區(qū)前導(dǎo)肽編碼區(qū): 包含序列包含序列1 1 形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)弱：形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)弱： 序列序列1/21/2序列序列2/32/3序列序列3/4 3/4 trp 密碼子密碼子 UUUUUUUU34UUUU 334核糖體核糖體 前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽 前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA1. 1.當(dāng)色氨酸濃度高時(shí)當(dāng)色氨酸濃度高時(shí) 轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制 125 trp 密碼子密碼子 衰減子結(jié)構(gòu)衰減子結(jié)構(gòu)就是終止子就是終止子可使轉(zhuǎn)錄可使轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)前導(dǎo)DNA UUUU 3 RNA RNA聚合酶聚合酶 終止終止UUUU342423UUUU核糖體核糖體 前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽 前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA 15 trp 密碼子密碼子

23、結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因前導(dǎo)前導(dǎo)DNA RNA RNA聚合酶聚合酶 2. 2.當(dāng)色氨酸濃度低時(shí)當(dāng)色氨酸濃度低時(shí) Trp合成酶系相關(guān)合成酶系相關(guān)結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄 序列序列3 3、4 4不能不能形成衰減子結(jié)構(gòu)形成衰減子結(jié)構(gòu) trp高高trp低低無蛋白質(zhì)合成無蛋白質(zhì)合成 色氨酸操縱子色氨酸操縱子L基因的翻譯產(chǎn)物中基因的翻譯產(chǎn)物中具有相鄰的色氨酸殘基這一現(xiàn)象，在具具有相鄰的色氨酸殘基這一現(xiàn)象，在具有衰減調(diào)節(jié)作用的有衰減調(diào)節(jié)作用的pheA，his，leu，thr等操縱子中也存在。等操縱子中也存在。二、翻譯水平的調(diào)控二、翻譯水平的調(diào)控（一）（一） SD序列對(duì)翻譯的影響序列對(duì)翻譯的影響1SD序列的順序及

24、位置對(duì)翻譯的影響序列的順序及位置對(duì)翻譯的影響不同的不同的SD序列有一定的差異，因而翻序列有一定的差異，因而翻譯起始效率不一樣。譯起始效率不一樣。SD序列與起始密碼子之間的距離，也序列與起始密碼子之間的距離，也影響影響mRNA翻譯效率。翻譯效率。SD序列與核糖體小亞基中序列與核糖體小亞基中16S rRNA 3端的序列互補(bǔ)端的序列互補(bǔ)，當(dāng)，當(dāng)mRNA與小亞基結(jié)合時(shí)，與小亞基結(jié)合時(shí)，SD序列與序列與16S rRNA 3端的互補(bǔ)序列配對(duì)結(jié)合，使起始密碼子定位于翻譯端的互補(bǔ)序列配對(duì)結(jié)合，使起始密碼子定位于翻譯起始部位。起始部位。 SD序列的核心序列是六個(gè)嘌呤（序列的核心序列是六個(gè)嘌呤（AGGAGG）AG

25、GAGGUAGGAGGUUCCUCCAUCCUCCAmRNA16S rRNAU UCCUCCCUCCACA16S rRNAU UGGAGGGAGCGCGmRNA結(jié)合力強(qiáng)結(jié)合力弱 SD1、SD2和和SD3的序列可以不同，的序列可以不同， SD1/ORF1, SD2/ORF2, SD3/ORF3的的AUG和和SD之間的距離也不同。核糖體以之間的距離也不同。核糖體以不同的效率結(jié)合不同的不同的效率結(jié)合不同的SD和起始翻譯。和起始翻譯。在研究重組白細(xì)胞介素在研究重組白細(xì)胞介素-2（IL-2）時(shí)發(fā)現(xiàn)，）時(shí)發(fā)現(xiàn)，lac啟動(dòng)子啟動(dòng)子的的SD順序距順序距AUG為為7個(gè)核苷酸時(shí)，個(gè)核苷酸時(shí)，IL-2表達(dá)最高，而表

26、達(dá)最高，而間隔間隔8個(gè)核苷酸時(shí)，個(gè)核苷酸時(shí)，IL-2表達(dá)水平可降低表達(dá)水平可降低500倍。倍。 SD序列位于起始密碼子序列位于起始密碼子AUG上游上游813個(gè)堿基處，個(gè)堿基處，不同的開放閱讀框上游的不同的開放閱讀框上游的SD序列與起始密碼子之間的序列與起始密碼子之間的距離是不同的，這使得起始密碼子在翻譯起始部位定距離是不同的，這使得起始密碼子在翻譯起始部位定位的精確度不同，因而翻譯的起始效率也不相同。位的精確度不同，因而翻譯的起始效率也不相同。 2mRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)隱蔽二級(jí)結(jié)構(gòu)隱蔽SD序列的作用序列的作用在某些在某些mRNA分子中，核糖體結(jié)合位點(diǎn)在莖環(huán)分子中，核糖體結(jié)合位點(diǎn)在莖環(huán)中，使核糖體無法

27、結(jié)合，只有破壞莖環(huán)結(jié)構(gòu)，核中，使核糖體無法結(jié)合，只有破壞莖環(huán)結(jié)構(gòu)，核糖體才能結(jié)合。糖體才能結(jié)合。 紅霉素抗性的細(xì)菌編碼一種紅霉素甲基化酶紅霉素抗性的細(xì)菌編碼一種紅霉素甲基化酶 （erythromycin methylase），該酶使核糖體），該酶使核糖體 23S mRNA特定位點(diǎn)的一個(gè)腺嘌呤甲基化，阻止紅霉特定位點(diǎn)的一個(gè)腺嘌呤甲基化，阻止紅霉素的結(jié)合。紅霉素通過該位點(diǎn)結(jié)合于核糖體，抑素的結(jié)合。紅霉素通過該位點(diǎn)結(jié)合于核糖體，抑制蛋白質(zhì)合成。（翻譯調(diào)控）制蛋白質(zhì)合成。（翻譯調(diào)控）（二）（二）mRNA的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性許多細(xì)菌許多細(xì)菌mRNA降解速度很快。降解速度很快。E.coli的許的許多多mRNA

28、在在37時(shí)的平均壽命大約為時(shí)的平均壽命大約為2分鐘，分鐘，很快被酶解，這意味著，誘導(dǎo)基因表達(dá)的因素很快被酶解，這意味著，誘導(dǎo)基因表達(dá)的因素一旦消失，蛋白質(zhì)的合成就會(huì)迅速停止。一旦消失，蛋白質(zhì)的合成就會(huì)迅速停止。不同操縱子轉(zhuǎn)錄出的不同操縱子轉(zhuǎn)錄出的mRNA分子的平均壽命分子的平均壽命是不同的，有些是不同的，有些mRNA編碼的蛋白質(zhì)是持續(xù)存編碼的蛋白質(zhì)是持續(xù)存在的，在的，mRNA也較穩(wěn)定。也較穩(wěn)定。mRNA的穩(wěn)定與其序列和結(jié)構(gòu)有關(guān)。的穩(wěn)定與其序列和結(jié)構(gòu)有關(guān)。 RNase識(shí)別一種特殊的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，將識(shí)別一種特殊的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，將其裂解，使其裂解，使RNA能夠被其他能夠被其他RNA酶降解。其酶降解。其他他R

29、NA酶不能破壞這種發(fā)夾結(jié)構(gòu)。有些特殊酶不能破壞這種發(fā)夾結(jié)構(gòu)。有些特殊的調(diào)控蛋白可以結(jié)合這種發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使之受的調(diào)控蛋白可以結(jié)合這種發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使之受到保護(hù)而延長到保護(hù)而延長mRNA的壽命。的壽命。（三）翻譯產(chǎn)物對(duì)翻譯的調(diào)控（三）翻譯產(chǎn)物對(duì)翻譯的調(diào)控1核糖體蛋白核糖體蛋白細(xì)菌中細(xì)菌中50余種核糖體蛋白的基因分布在幾個(gè)不余種核糖體蛋白的基因分布在幾個(gè)不同的操縱子中，最大的操縱子可含有同的操縱子中，最大的操縱子可含有11個(gè)基因。個(gè)基因。這些操縱子在轉(zhuǎn)錄水平是可調(diào)控的。但核糖體這些操縱子在轉(zhuǎn)錄水平是可調(diào)控的。但核糖體蛋白合成的控制主要是在翻譯水平。蛋白合成的控制主要是在翻譯水平。 每個(gè)操縱子轉(zhuǎn)錄的每個(gè)操縱

30、子轉(zhuǎn)錄的mRNA所編碼的蛋白質(zhì)中所編碼的蛋白質(zhì)中都有一種蛋白（或兩種蛋白形成的一個(gè)復(fù)合物都有一種蛋白（或兩種蛋白形成的一個(gè)復(fù)合物）可以結(jié)合到多順反子上游的一個(gè)特定部位，）可以結(jié)合到多順反子上游的一個(gè)特定部位，阻止核糖體結(jié)合和起始翻譯。阻止核糖體結(jié)合和起始翻譯。2翻譯終止因子翻譯終止因子RF2調(diào)節(jié)自身的翻譯調(diào)節(jié)自身的翻譯RF2 識(shí)別終止密碼識(shí)別終止密碼 UGA 和和 UAA，RF1 識(shí)別終止密碼識(shí)別終止密碼 UAG 和和 UAA。RF2的的mRNA不是一個(gè)連續(xù)的開放閱讀框，不是一個(gè)連續(xù)的開放閱讀框，前面前面25個(gè)氨基酸與后面?zhèn)€氨基酸與后面315 個(gè)氨基酸不是同個(gè)氨基酸不是同一閱讀框，兩個(gè)編碼區(qū)之

31、間是一個(gè)終止密碼一閱讀框，兩個(gè)編碼區(qū)之間是一個(gè)終止密碼UGA和一個(gè)和一個(gè)C（UGAC）。）。frame-shifting region of RF2 mRNA（四）小分子（四）小分子RNA的調(diào)控作用的調(diào)控作用1調(diào)整基因表達(dá)產(chǎn)物的類型調(diào)整基因表達(dá)產(chǎn)物的類型 大腸桿菌滲透壓調(diào)節(jié)基因大腸桿菌滲透壓調(diào)節(jié)基因ompR的產(chǎn)物的產(chǎn)物OmpR 蛋白，在不同的滲透壓時(shí)具有不同的構(gòu)蛋白，在不同的滲透壓時(shí)具有不同的構(gòu)象，分別結(jié)合滲透壓蛋白象，分別結(jié)合滲透壓蛋白o(hù)mpF和和ompC基因的基因的調(diào)控區(qū)。調(diào)控區(qū)。micRNA：mRNA干擾性互補(bǔ)干擾性互補(bǔ)RNA（mRNA interfering complementary

32、 RNA）2低水平表達(dá)基因的控制低水平表達(dá)基因的控制 Tn10 轉(zhuǎn)位酶基因由轉(zhuǎn)位酶基因由pIN啟動(dòng)子控制，啟動(dòng)子控制，RNA阻遏物的基因由阻遏物的基因由pOUT啟動(dòng)子控制。啟動(dòng)子控制。 兩個(gè)啟動(dòng)子方向相反，交叉進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，兩個(gè)啟動(dòng)子方向相反，交叉進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，使得基因轉(zhuǎn)錄水平很低。兩個(gè)轉(zhuǎn)錄區(qū)有使得基因轉(zhuǎn)錄水平很低。兩個(gè)轉(zhuǎn)錄區(qū)有35個(gè)堿基重疊。個(gè)堿基重疊。第二節(jié)第二節(jié)真核生物基因表達(dá)的調(diào)控真核生物基因表達(dá)的調(diào)控 真核生物基因表達(dá)的調(diào)控可以發(fā)生真核生物基因表達(dá)的調(diào)控可以發(fā)生DNA水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯水平和水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平。翻譯后水平。一、一、DNA水平的調(diào)控水

33、平的調(diào)控 1染色質(zhì)的丟失染色質(zhì)的丟失 一些低等生物（如線蟲等）的細(xì)胞發(fā)育過一些低等生物（如線蟲等）的細(xì)胞發(fā)育過程中的染色質(zhì)丟失。程中的染色質(zhì)丟失。 高等動(dòng)物紅細(xì)胞在發(fā)育成熟中過程的染色高等動(dòng)物紅細(xì)胞在發(fā)育成熟中過程的染色質(zhì)丟失。質(zhì)丟失。 都是一些不可逆的調(diào)控。都是一些不可逆的調(diào)控。 2基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增3基因重排基因重排 基因重排是指某些基因片段改變?cè)瓉泶婊蛑嘏攀侵改承┗蚱胃淖冊(cè)瓉泶嬖陧樞颍ㄟ^調(diào)整有關(guān)基因片段的銜接順序在順序，通過調(diào)整有關(guān)基因片段的銜接順序，再重排成為一個(gè)完整的轉(zhuǎn)錄單位。，再重排成為一個(gè)完整的轉(zhuǎn)錄單位。 例如免疫球蛋白基因在例如免疫球蛋白基因在B淋巴細(xì)胞分化淋巴細(xì)胞分化和

34、漿細(xì)胞生成過程中的重排。和漿細(xì)胞生成過程中的重排。4基因修飾基因修飾基因的甲基化與基因的表達(dá)呈反比關(guān)系?；虻募谆c基因的表達(dá)呈反比關(guān)系。 基因的甲基化直接改變了基因的構(gòu)型，基因的甲基化直接改變了基因的構(gòu)型，影響影響DNA特異順序與轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，使基特異順序與轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，使基因不能轉(zhuǎn)錄。因不能轉(zhuǎn)錄。 基因基因5端調(diào)控序列甲基化后與核內(nèi)甲基端調(diào)控序列甲基化后與核內(nèi)甲基化的化的CG序列結(jié)合蛋白（序列結(jié)合蛋白（methyl CpG-binding protein）結(jié)合，阻止了轉(zhuǎn)錄因子與基因形成）結(jié)合，阻止了轉(zhuǎn)錄因子與基因形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。 5染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用染色質(zhì)結(jié)構(gòu)

35、對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用真核生物的染色質(zhì)或染色體是由真核生物的染色質(zhì)或染色體是由DNA與組蛋與組蛋白、非組蛋白和少量白、非組蛋白和少量RNA及其它物質(zhì)結(jié)合而形及其它物質(zhì)結(jié)合而形成，具有核小體結(jié)構(gòu)。成，具有核小體結(jié)構(gòu)。 組蛋白組蛋白N末端絲氨酸磷酸化，使其帶正電荷末端絲氨酸磷酸化，使其帶正電荷減少，與減少，與DNA結(jié)合能力降低，組蛋白中絲氨酸結(jié)合能力降低，組蛋白中絲氨酸和精氨酸的乙酰化，同樣使組蛋白帶正電荷減和精氨酸的乙?；瑯邮菇M蛋白帶正電荷減少，與少，與DNA結(jié)合力減弱，從而有利于轉(zhuǎn)錄。結(jié)合力減弱，從而有利于轉(zhuǎn)錄。特定的非組蛋白可以與組蛋白競(jìng)爭(zhēng)性地特定的非組蛋白可以與組蛋白競(jìng)爭(zhēng)性地與與DNA結(jié)

36、合，解除組蛋白對(duì)基因表達(dá)的抑結(jié)合，解除組蛋白對(duì)基因表達(dá)的抑制作用。目前已知的許多結(jié)合于制作用。目前已知的許多結(jié)合于DNA的非的非組蛋白為反式作用因子。組蛋白為反式作用因子。轉(zhuǎn)錄活性高的基因都位于結(jié)構(gòu)較松散的轉(zhuǎn)錄活性高的基因都位于結(jié)構(gòu)較松散的常染色質(zhì)中，而不具有轉(zhuǎn)錄活性的基因都常染色質(zhì)中，而不具有轉(zhuǎn)錄活性的基因都位于結(jié)構(gòu)緊密的異染色質(zhì)中。位于結(jié)構(gòu)緊密的異染色質(zhì)中。二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控（一）轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成（一）轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是真核生物基因表達(dá)調(diào)轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是真核生物基因表達(dá)調(diào)控中最重要環(huán)節(jié)。調(diào)控作用主要是通過反控中最重要環(huán)節(jié)。調(diào)控作用主要是通過反式作用因

37、子、順式作用元件和式作用因子、順式作用元件和RNA聚合酶聚合酶的相互作用來完成的。的相互作用來完成的。反式作用因子通過結(jié)合順式作用元件影反式作用因子通過結(jié)合順式作用元件影響轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成。響轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成。TATA因子（或稱因子（或稱TFD）結(jié)合）結(jié)合TATA盒，盒，并與其它轉(zhuǎn)錄因子一起輔助并與其它轉(zhuǎn)錄因子一起輔助RNA pol與與啟動(dòng)子結(jié)合，形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。啟動(dòng)子結(jié)合，形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。反式作用因子的作用主要是促進(jìn)或抑制反式作用因子的作用主要是促進(jìn)或抑制形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的各步反應(yīng)。形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的各步反應(yīng)。TATA盒一致性序列位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游盒一致性序列位于轉(zhuǎn)錄

38、起始點(diǎn)上游 2530 bp處。處。T82A97T93A85（A or T）100A83（A or T）83轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成：轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成： T82A97T93A85（A or T）100A83（A or T）83 效率效率 ?HEA TBPBFJ（二）反式作用因子（二）反式作用因子1反式作用因子（反式作用因子（trans-acting factor）真核細(xì)胞內(nèi)含有大量的序列特異性的真核細(xì)胞內(nèi)含有大量的序列特異性的DNA結(jié)合蛋結(jié)合蛋白，其中一些蛋白的主要功能是使基因開放或關(guān)閉白，其中一些蛋白的主要功能是使基因開放或關(guān)閉，稱為反式作用因子。，稱為反式作用因子。反式作用因子識(shí)別特定的反式

39、作用因子識(shí)別特定的DNA序列（通常序列（通常815個(gè)個(gè)核苷酸），與核苷酸），與DNA結(jié)合后，可以促進(jìn)（正調(diào)控）或結(jié)合后，可以促進(jìn)（正調(diào)控）或抑制（負(fù)調(diào)控）一個(gè)鄰近基因的轉(zhuǎn)錄。抑制（負(fù)調(diào)控）一個(gè)鄰近基因的轉(zhuǎn)錄。2反式作用因子的主要特點(diǎn)反式作用因子的主要特點(diǎn) 一般具有三個(gè)功能結(jié)構(gòu)域一般具有三個(gè)功能結(jié)構(gòu)域: DNA識(shí)別結(jié)合識(shí)別結(jié)合域，轉(zhuǎn)錄活性域，結(jié)合其他蛋白的結(jié)合域。域，轉(zhuǎn)錄活性域，結(jié)合其他蛋白的結(jié)合域。 能識(shí)別并結(jié)合上游調(diào)控區(qū)中的順式作用能識(shí)別并結(jié)合上游調(diào)控區(qū)中的順式作用元件。元件。 對(duì)基因表達(dá)有正性和負(fù)性調(diào)控作用，即對(duì)基因表達(dá)有正性和負(fù)性調(diào)控作用，即激活和阻遏基因的表達(dá)。激活和阻遏基因的表達(dá)。3

40、. 反式作用因子結(jié)構(gòu)域的模式反式作用因子結(jié)構(gòu)域的模式（1）DNA結(jié)合域（結(jié)合域（DNA-binding domain） 1）鋅指結(jié)構(gòu)）鋅指結(jié)構(gòu) 2）同源結(jié)構(gòu)域）同源結(jié)構(gòu)域 3）亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)）亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu) 4）螺旋）螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu) 5）堿性）堿性-螺旋螺旋1）鋅指結(jié)構(gòu)（）鋅指結(jié)構(gòu)（zinc finger motif） 是指是指DNA結(jié)合域中含有較多半胱氨酸和組氨結(jié)合域中含有較多半胱氨酸和組氨酸的區(qū)域，借肽鏈的彎曲使酸的區(qū)域，借肽鏈的彎曲使 2 個(gè)個(gè) Cys和和 2 個(gè)個(gè) His 或或4 個(gè)個(gè) Cys 與一個(gè)與一個(gè) Zn+ 絡(luò)合成的指狀結(jié)構(gòu)。絡(luò)合成的指狀結(jié)構(gòu)。 ZnCysHis1

41、23表示鋅離子表示鋅離子2）同源結(jié)構(gòu)域（）同源結(jié)構(gòu)域（homodomain，HD） 許多反式作用因子的許多反式作用因子的DNA結(jié)合域中有一結(jié)合域中有一段相同的保守序列，是段相同的保守序列，是60個(gè)左右氨基酸組成個(gè)左右氨基酸組成的螺旋回折螺旋（的螺旋回折螺旋（helix-turn-helix, HTH）結(jié)構(gòu)的區(qū)域，稱為同源結(jié)構(gòu)域（簡(jiǎn)稱同源）結(jié)構(gòu)的區(qū)域，稱為同源結(jié)構(gòu)域（簡(jiǎn)稱同源域）。域）。常結(jié)合常結(jié)合CAAT盒盒 螺旋螺旋 3 結(jié)合結(jié)合DNA的大溝，的大溝，1 和和 2 位于雙螺位于雙螺旋之外，旋之外，螺旋螺旋 3 可接觸磷酸骨架和特定的堿基。可接觸磷酸骨架和特定的堿基。N端臂可進(jìn)入小溝，與堿基接

42、觸。端臂可進(jìn)入小溝，與堿基接觸。3）亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)）亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu) 是是DNA結(jié)合域中一段約結(jié)合域中一段約 30 個(gè)氨基酸組成的核個(gè)氨基酸組成的核心序列，心序列，N-端富含堿性氨基酸端富含堿性氨基酸，形成，形成DNA結(jié)合面結(jié)合面;另一側(cè)每另一側(cè)每隔隔 6 個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸殘基出現(xiàn)殘基出現(xiàn) 1 個(gè)亮氨酸個(gè)亮氨酸殘基，殘基，稱為亮氨酸拉鏈區(qū)。稱為亮氨酸拉鏈區(qū)。兩個(gè)具有亮氨酸拉鏈區(qū)的反式作用因子以疏水力兩個(gè)具有亮氨酸拉鏈區(qū)的反式作用因子以疏水力相互作用形成亮氨酸拉鏈（相互作用形成亮氨酸拉鏈（leucine zipperleucine zipper）。）。是含是含100200個(gè)氨個(gè)氨基酸殘基的肽段，有

43、基酸殘基的肽段，有兩個(gè)兩個(gè)-螺旋區(qū)域，附近螺旋區(qū)域，附近有一段富含堿性氨基有一段富含堿性氨基酸區(qū)域，螺旋區(qū)是形酸區(qū)域，螺旋區(qū)是形成二聚體所必需的，成二聚體所必需的，堿性氨基酸區(qū)對(duì)結(jié)合堿性氨基酸區(qū)對(duì)結(jié)合DNA是必需的。是必需的。4）螺旋）螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)（螺旋結(jié)構(gòu)（helix-loop-helix，HLH）5）堿性）堿性-螺旋螺旋 轉(zhuǎn)錄復(fù)制因子轉(zhuǎn)錄復(fù)制因子CTF/NF-1的的DNA結(jié)結(jié)合區(qū)域具有合區(qū)域具有-螺旋結(jié)構(gòu)，并含有高密度螺旋結(jié)構(gòu)，并含有高密度的堿性氨基酸，但無鋅指結(jié)構(gòu)、同源結(jié)的堿性氨基酸，但無鋅指結(jié)構(gòu)、同源結(jié)構(gòu)域及亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)。構(gòu)域及亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)。6）片層和環(huán)結(jié)構(gòu)中特殊氨基酸也可

44、識(shí)）片層和環(huán)結(jié)構(gòu)中特殊氨基酸也可識(shí)別別DNA大溝表面的特殊序列。大溝表面的特殊序列。（2）轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域 （transcriptional activation domain）1）酸性酸性-螺旋螺旋結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 （acidic -helix domain） 其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是含有較多的負(fù)電荷，并能形其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是含有較多的負(fù)電荷，并能形成親脂性成親脂性-螺旋。螺旋。 2）富含谷氨酰胺富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 （glutamine-rich domain）3）富含脯氨酸富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 （proline-rich domain） （三）轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控（三）轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控真核基因表達(dá)的

45、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控機(jī)制涉真核基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控機(jī)制涉及反式作用因子的激活以及反式作用因子及反式作用因子的激活以及反式作用因子的作用。的作用。1反式作用因子的活性調(diào)節(jié)反式作用因子的活性調(diào)節(jié) （1）表達(dá)式調(diào)節(jié)）表達(dá)式調(diào)節(jié)（2）共價(jià)修飾）共價(jià)修飾（3）配體結(jié)合）配體結(jié)合（4）蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用）蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用2反式作用因子與順式元件的結(jié)合反式作用因子與順式元件的結(jié)合3反式作用因子的作用方式反式作用因子的作用方式（1）成環(huán)（）成環(huán)（looping）反式作用因子結(jié)合于增強(qiáng)子后，利用反式作用因子結(jié)合于增強(qiáng)子后，利用DNA的的柔曲性，彎曲成環(huán)，與柔曲性，彎曲成環(huán)，與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)靠聚合酶

46、結(jié)合位點(diǎn)靠近而發(fā)揮作用。近而發(fā)揮作用。（2）扭曲（）扭曲（twisting）使使DNA構(gòu)型改變而發(fā)揮作用。構(gòu)型改變而發(fā)揮作用。（3）滑動(dòng)（）滑動(dòng)（sliding）反式作用因子結(jié)合到特異的位點(diǎn)上，然后反式作用因子結(jié)合到特異的位點(diǎn)上，然后沿沿DNA滑動(dòng)到另一特異的序列發(fā)揮作用?；瑒?dòng)到另一特異的序列發(fā)揮作用。（4）Oozing（接力）（接力）一種反式作用因子與順式作用元件結(jié)合一種反式作用因子與順式作用元件結(jié)合，促進(jìn)另一種反式作用因子與鄰近的順式，促進(jìn)另一種反式作用因子與鄰近的順式作用元件結(jié)合，后者又促進(jìn)下一個(gè)反式作作用元件結(jié)合，后者又促進(jìn)下一個(gè)反式作用因子與其順式作用元件的結(jié)合，直到基用因子與其順式

47、作用元件的結(jié)合，直到基因的轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，進(jìn)而影響基因的轉(zhuǎn)錄。因的轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，進(jìn)而影響基因的轉(zhuǎn)錄。4反式作用因子的組合式調(diào)控作用反式作用因子的組合式調(diào)控作用反式作用因子結(jié)合順式元件后，可激反式作用因子結(jié)合順式元件后，可激活轉(zhuǎn)錄，也可抑制轉(zhuǎn)錄?；钷D(zhuǎn)錄，也可抑制轉(zhuǎn)錄。反式作用因子對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控不是反式作用因子對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控不是由單一因子完成的，而是幾種因子組合由單一因子完成的，而是幾種因子組合，發(fā)揮特定的作用，稱為組合式基因調(diào)，發(fā)揮特定的作用，稱為組合式基因調(diào)控（控（conbinatorial gene regulation）。）。三、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控三、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控（一）（一）5端加帽和端加

48、帽和3 端多聚腺苷酸化端多聚腺苷酸化 的調(diào)控意義的調(diào)控意義 加帽和加帽和 poly(A) 尾不是尾不是mRNA穩(wěn)定的唯穩(wěn)定的唯一因素，但是十分重要的因素。這兩個(gè)因一因素，但是十分重要的因素。這兩個(gè)因素至少保證素至少保證mRNA在轉(zhuǎn)錄過程中不被降解在轉(zhuǎn)錄過程中不被降解。目目 錄錄除組蛋白外，所有真核細(xì)胞除組蛋白外，所有真核細(xì)胞mRNA都有都有5 端的端的“帽帽”和和3 端的端的Poly(A)尾結(jié)構(gòu)尾結(jié)構(gòu) 。5 端的端的“帽帽”和和3 端的端的Poly(A)尾均有其尾均有其特有的作用。特有的作用。目目 錄錄5 加帽的作用在于：加帽的作用在于： 有助于保護(hù)有助于保護(hù)mRNA免于被核糖核酸酶降解；免于

49、被核糖核酸酶降解；5 帽結(jié)合蛋白復(fù)合體參與帽結(jié)合蛋白復(fù)合體參與mRNA和核糖體的和核糖體的結(jié)合來起始翻譯結(jié)合來起始翻譯 。促進(jìn)促進(jìn)mRNA從細(xì)胞核運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞漿；從細(xì)胞核運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞漿；協(xié)助協(xié)助mRNA的剪接。在剪接第一個(gè)外顯子時(shí)，的剪接。在剪接第一個(gè)外顯子時(shí)，剪接體的形成需要帽結(jié)合蛋白的參與；剪接體的形成需要帽結(jié)合蛋白的參與；目目 錄錄poly(A)尾可結(jié)合一種或多種特殊蛋白，尾可結(jié)合一種或多種特殊蛋白，避免避免mRNA被酶降解，并在翻譯過程中具有被酶降解，并在翻譯過程中具有重要作用。許多原核重要作用。許多原核mRNA也含有也含有Poly(A)尾，尾，但是此尾的功能是促進(jìn)但是此尾的功能是促進(jìn)mR

50、NA降解，而不是降解，而不是保護(hù)保護(hù)mRNA免于被降解。免于被降解。poly(A)尾的作用：尾的作用： 核糖體在核內(nèi)組裝，核糖體在核內(nèi)組裝，rRNA受到蛋白受到蛋白質(zhì)的保護(hù)而不被降解。質(zhì)的保護(hù)而不被降解。 tRNA在合成后，形成特殊的空間結(jié)構(gòu)在合成后，形成特殊的空間結(jié)構(gòu)，可抵抗降解。，可抵抗降解。 mRNA如果沒有如果沒有5帽和帽和3poly(A)尾，尾，在合成過程中就會(huì)被迅速降解。在合成過程中就會(huì)被迅速降解。（二）（二）mRNA的選擇剪接對(duì)基因表達(dá)的調(diào)的選擇剪接對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用控作用 1mRNA的選擇剪接的選擇剪接 真核細(xì)胞前體真核細(xì)胞前體mRNA的剪接過程中，參加拼的剪接過程中，參加拼

51、接的外顯子可以不按其在基因組的線性分布次序接的外顯子可以不按其在基因組的線性分布次序拼接，內(nèi)含子也可以不被切除而保留，即一個(gè)外拼接，內(nèi)含子也可以不被切除而保留，即一個(gè)外顯子或內(nèi)含子是否出現(xiàn)在成熟的顯子或內(nèi)含子是否出現(xiàn)在成熟的mRNA中是可以中是可以選 擇 的 ， 這 種 剪 接 方 式 稱 為 選 擇 剪 接 （選 擇 的 ， 這 種 剪 接 方 式 稱 為 選 擇 剪 接 （alternative splicing）。）。structural gene and poly(A) signalsnRNP與與hnRNA結(jié)合成為并接體結(jié)合成為并接體（1）外顯子選擇（）外顯子選擇（optional e

52、xon）（2）內(nèi)含子選擇）內(nèi)含子選擇 （optional intron）（3）互斥外顯子（）互斥外顯子（mutually exclusive exon）（4）內(nèi)部剪接位點(diǎn)（）內(nèi)部剪接位點(diǎn)（internal splice site）2選擇剪接對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用選擇剪接對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用（1）Bax基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的選擇剪接基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的選擇剪接 Bax基因的編碼產(chǎn)物是與細(xì)胞凋亡有關(guān)的分子基因的編碼產(chǎn)物是與細(xì)胞凋亡有關(guān)的分子 Bax基因編碼產(chǎn)生的蛋白質(zhì)有幾種（基因編碼產(chǎn)生的蛋白質(zhì)有幾種（、等），結(jié)構(gòu)略有差異，差異的產(chǎn)生來自于等），結(jié)構(gòu)略有差異，差異的產(chǎn)生來自于mRNA的選擇剪接。的選擇剪接。alt

53、ernative splicing of mRNA from bax gene（2）選擇剪接產(chǎn)生的）選擇剪接產(chǎn)生的IB NF-B是一種廣泛存在的反式作用因子，是一種廣泛存在的反式作用因子，可與很多基因的上游啟動(dòng)子元件或增強(qiáng)子內(nèi)部可與很多基因的上游啟動(dòng)子元件或增強(qiáng)子內(nèi)部的的B元件結(jié)合而調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。元件結(jié)合而調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。 NF-B與與IB結(jié)合時(shí)，以無活性的結(jié)合時(shí)，以無活性的NF-B/IB復(fù)合體（復(fù)合體（105 kD）存在于胞漿。）存在于胞漿。IB基因表達(dá)時(shí)，通過選擇剪接，使基因表達(dá)時(shí)，通過選擇剪接，使IB mRNA中的中的178個(gè)或個(gè)或67個(gè)密碼子個(gè)密碼子刪除，引起刪除，引起閱讀框架移動(dòng)，

54、產(chǎn)生兩種具有新閱讀框架移動(dòng)，產(chǎn)生兩種具有新C末端的蛋末端的蛋白異構(gòu)體，即白異構(gòu)體，即IB1和和IB2。在在IB1和和IB2中缺失了一個(gè)蛋白激酶中缺失了一個(gè)蛋白激酶 A 識(shí)別位點(diǎn)，該位點(diǎn)的磷酸化調(diào)節(jié)識(shí)別位點(diǎn)，該位點(diǎn)的磷酸化調(diào)節(jié)IB的活的活性。性。 mRNA的編輯的編輯(mRNA editing) 指轉(zhuǎn)錄后的指轉(zhuǎn)錄后的RNARNA在編碼區(qū)發(fā)生堿基的加在編碼區(qū)發(fā)生堿基的加入、丟失或轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象，是在入、丟失或轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象，是在mRNAmRNA水平改水平改變遺傳信息，能改變表達(dá)產(chǎn)物的性質(zhì)。變遺傳信息，能改變表達(dá)產(chǎn)物的性質(zhì)。人類人類apoB基因基因 mRNA（14500個(gè)核苷酸）個(gè)核苷酸）肝臟肝臟apo B

55、100（分子量為（分子量為500,000）腸道細(xì)胞腸道細(xì)胞apo B48（分子量為（分子量為240,000）mRNA編輯編輯機(jī)制：機(jī)制：尚不清楚。研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)線粒體轉(zhuǎn)錄一尚不清楚。研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)線粒體轉(zhuǎn)錄一類特殊的類特殊的RNA分子，其分子，其3 端有一段端有一段 poly(U), 其其5 端序列與端序列與mRNAs被編輯的區(qū)域互補(bǔ)，被被編輯的區(qū)域互補(bǔ)，被稱為引導(dǎo)稱為引導(dǎo)RNA（guide RNA）。引導(dǎo)）。引導(dǎo)RNA可可能作為編輯過程的模板，并將其能作為編輯過程的模板，并將其3 端的端的U轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移給被編輯的給被編輯的mRNAs。 （三）（三）mRNA運(yùn)輸?shù)目刂七\(yùn)輸?shù)目刂?mRNA的運(yùn)輸

56、是受到控制的。的運(yùn)輸是受到控制的。 mRNA通過核膜的運(yùn)輸是一個(gè)主動(dòng)運(yùn)輸過程通過核膜的運(yùn)輸是一個(gè)主動(dòng)運(yùn)輸過程，核膜上的核孔是大約，核膜上的核孔是大約9-nm的通道，但可以運(yùn)的通道，但可以運(yùn)輸大于輸大于9 nm的顆粒，如核糖體（的顆粒，如核糖體（15 nm）。核）。核糖體均在核內(nèi)組裝，再運(yùn)輸?shù)桨麧{。糖體均在核內(nèi)組裝，再運(yùn)輸?shù)桨麧{。RNA從核從核運(yùn)輸至胞漿的運(yùn)輸調(diào)控的機(jī)理目前還不清楚。運(yùn)輸至胞漿的運(yùn)輸調(diào)控的機(jī)理目前還不清楚。實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明：成熟的成熟的mRNA大約只有大約只有20的的mRNA進(jìn)入胞進(jìn)入胞漿，留在核內(nèi)的漿，留在核內(nèi)的RNA約在約在 1 小時(shí)內(nèi)降解成小時(shí)內(nèi)降解成小片段。小片段。hn

57、RNA, average length : 6000 ntmRNA , average length : 1500 nt ( 1/4 of hnRNA )目目 錄錄（四）、一些（四）、一些RNA分子定位于細(xì)胞漿的分子定位于細(xì)胞漿的特殊區(qū)域特殊區(qū)域現(xiàn)象：現(xiàn)象：一些一些mRNA分子攜帶有信息，可以在翻分子攜帶有信息，可以在翻譯開始前自我導(dǎo)向定位于細(xì)胞內(nèi)的特定譯開始前自我導(dǎo)向定位于細(xì)胞內(nèi)的特定位置。位置。 作用：作用：在細(xì)胞的特定部位集中產(chǎn)生所需要的大在細(xì)胞的特定部位集中產(chǎn)生所需要的大量蛋白質(zhì)。量蛋白質(zhì)。 目目 錄錄機(jī)制：機(jī)制：導(dǎo)向信號(hào)存在于導(dǎo)向信號(hào)存在于mRNA的的3 端非翻譯區(qū)端非翻譯區(qū)（3 u

58、ntranslated region, 3 UTR）。）。 mRNA被連接在附著于細(xì)胞骨架上的動(dòng)力蛋白被連接在附著于細(xì)胞骨架上的動(dòng)力蛋白（motor proteins）上，利用其水解）上，利用其水解ATP所提供的能量沿所提供的能量沿著骨架成分朝目的方向移動(dòng)，最終在目的地被錨蛋白著骨架成分朝目的方向移動(dòng)，最終在目的地被錨蛋白（anchor proteins）固定。）固定。mRNA在細(xì)胞漿中隨機(jī)擴(kuò)散并被不斷地降解，只有在細(xì)胞漿中隨機(jī)擴(kuò)散并被不斷地降解，只有碰上錨蛋白才能得到保護(hù)。碰上錨蛋白才能得到保護(hù)。mRNA通過在細(xì)胞漿中的隨機(jī)擴(kuò)散，在其定位處被通過在細(xì)胞漿中的隨機(jī)擴(kuò)散，在其定位處被錨蛋白捕捉、

59、固定。錨蛋白捕捉、固定。第二種情況第二種情況第三種情況第三種情況第一種情況第一種情況目目 錄錄mRNA分子的分子的3種不同定位過程種不同定位過程目目 錄錄五、五、mRNA穩(wěn)定性的改變也可調(diào)控穩(wěn)定性的改變也可調(diào)控基因表達(dá)基因表達(dá) 意義：意義：降解途徑保證降解途徑保證mRNA不在細(xì)胞中累積并不在細(xì)胞中累積并避免合成過多的蛋白質(zhì)。避免合成過多的蛋白質(zhì)。不同真核基因的不同真核基因的mRNA的降解速率大不相同。的降解速率大不相同。 暫時(shí)需要的基因產(chǎn)物：暫時(shí)需要的基因產(chǎn)物：半衰期可能僅為幾分鐘、半衰期可能僅為幾分鐘、甚至幾秒鐘。甚至幾秒鐘。 經(jīng)常需要的基因產(chǎn)物：經(jīng)常需要的基因產(chǎn)物：其其mRNA 可在多代細(xì)

60、胞可在多代細(xì)胞中穩(wěn)定存在。中穩(wěn)定存在。 目目 錄錄真核細(xì)胞真核細(xì)胞mRNA降解有兩種途徑，是由每降解有兩種途徑，是由每種種mRNA分子的序列所決定。分子的序列所決定。 Poly(A)的逐漸短縮：最常見的途徑的逐漸短縮：最常見的途徑vmRNA分子一旦進(jìn)入細(xì)胞漿中，核酸外切酶會(huì)使分子一旦進(jìn)入細(xì)胞漿中，核酸外切酶會(huì)使Poly(A)末端逐步短縮，當(dāng)剩下約末端逐步短縮，當(dāng)剩下約30個(gè)個(gè)A時(shí)，時(shí)，5 端端發(fā)生脫帽，發(fā)生脫帽，mRNA分子被迅速降解。分子被迅速降解。v一些一些mRNA分子的分子的3 UTR的特殊序列有助于特殊的特殊序列有助于特殊蛋白質(zhì)的結(jié)合，增加或降低蛋白質(zhì)的結(jié)合，增加或降低Poly(A)短