第十四章

基因的表達(dá)與調(diào)控第一節(jié)

原核基因轉(zhuǎn)錄的啟動與終止一、啟動子啟動子（promoter）：轉(zhuǎn)錄的起始和鏈的選擇信號的ＤＮＡ核苷酸順序就稱為啟動子，這個(gè)位點(diǎn)也是ＲＮＡ聚合酶的結(jié)合起點(diǎn)。啟動子的結(jié)構(gòu)：１９７５年P(guān)ribnow采用保護(hù)法先后測定了包括Ｔ４噬菌體及E.coli在內(nèi)的46個(gè)不同來源基因的ＲＮＡ聚合酶的保護(hù)區(qū)域，發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)保護(hù)區(qū)段長度為41~44bp，范圍在-20~+20之間，分析這一序列發(fā)現(xiàn)在－１０區(qū)有一保守順序：

T40A41T25A29A30T46G17/46

898950656510037%這一順序稱為-10區(qū)或pribnow順序（pribnowbox)。附：保護(hù)法：將DNA與RNA聚合酶結(jié)合后，加入DNaseI水解后得到的不被水解的保護(hù)片段。Shall利用保護(hù)法得到的DNA片段提純后，加入RNA聚合酶發(fā)現(xiàn)RNA聚合酶不能與DNA片段結(jié)合，說明在被保護(hù)的41~44bp的DNA區(qū)段外還有與RNA聚合酶結(jié)合有關(guān)的序列。因此他采用較溫和的核酸外切酶（S1核酸酶）及足跡法進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)被保護(hù)的區(qū)域有60bp（-40~+20），在-35區(qū)還有一段保守序列：

T38T37G35A27C29A26/46

858381616952%

這一序列稱為-35區(qū)或sextama順序（Sextamabox).附：足跡法（footprinting）：用于分析蛋白質(zhì)與DNA結(jié)合的一種常用方法。蛋白質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)1蛋白質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)2從左到右蛋白質(zhì)濃度增加整個(gè)啟動子應(yīng)包括-10和-35兩個(gè)區(qū)域。說明：這兩個(gè)區(qū)域的順序來自于E.coli,它并不代表所有原核生物。定點(diǎn)突變的結(jié)果表明，啟動子的作用是整個(gè)區(qū)域而不是單個(gè)核苷酸，但單個(gè)核苷酸的突變會導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄水平的上升或下降，特別是A/T突變?yōu)镚/C下降更明顯。啟動子的功能：是RNA聚合酶結(jié)合的位點(diǎn)，決定轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn)及鏈的選擇。-10區(qū)是核心酶結(jié)合的位點(diǎn)，-35區(qū)是σ因子結(jié)合的位點(diǎn)。CRP結(jié)合位點(diǎn)（cAMPreceptionproteinbindingsite)原核生物的基因上游除了含有啟動子外，在某些編碼分解代謝的操縱子前面還有一些與某種調(diào)節(jié)因子相結(jié)合的位點(diǎn)，從而對基因的表達(dá)起調(diào)控作用。其中研究得較多的是E.coli乳糖操縱子與cAMP受體蛋白的結(jié)合位點(diǎn)，這個(gè)位點(diǎn)也稱為CAP位點(diǎn)（catabolitegeneactivationproteinsite)，位于-50~-70之間，含有兩小段回文對稱結(jié)構(gòu)：ＣＡＡＴＴＡＡＴＧＴＧＡＧＴＴＡＧＣＴＣＡＣＴＣＡＴＴＡ

二、起錄點(diǎn)、SD順序及起譯點(diǎn)起錄點(diǎn)：所謂的起錄點(diǎn)是指轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)。這一位點(diǎn)位于啟動子-10區(qū)的下游10bp處，原核生物基因起錄點(diǎn)附近的三個(gè)核苷酸，大多數(shù)基因是CAT，所以在原核生物中也常用CAT表示起錄點(diǎn)。但并不是絕對的，有時(shí)會有變化，如CAC，TAC等。一般來說，起錄點(diǎn)可用PyA/gPu表示（A/g表示大多數(shù)情況下是Ａ，少數(shù)情況下是Ｇ）。轉(zhuǎn)錄就是從A/g位點(diǎn)開始。

翻譯識別點(diǎn)（SD順序）：這一位點(diǎn)是核糖體識別并與mRNA結(jié)合的位點(diǎn)。在每個(gè)基因起始點(diǎn)的下游都有一小段富含嘌呤的順序與5’AGGAGG3’

。這一順序可與核糖體３０Ｓ亞基上的16SrRNA的３’末端富含嘧啶的順序５’CCUCCU３’互補(bǔ)，這一順序就稱為Shine-Dalgarno（SD順序）。

典型的SD順序是AGGAGG，但事實(shí)上在這6bp中，只要有連續(xù)的３個(gè)以上bp與CCUCCU互補(bǔ)，便可作為核糖體的識別順序，但是SD的長度會直接影響ｍＲＮＡ與核糖體結(jié)合的緊密度，從而影響翻譯效率。

SD順序位于起錄點(diǎn)下游，起譯點(diǎn)上游，距起譯點(diǎn)５－１６bp，而與CAT的距離變化較大。起譯點(diǎn)：所謂的起譯點(diǎn)就是翻譯的起始位點(diǎn)。在原核生物中一般是ＡＴＧ，極少數(shù)是ＧＴＧ，編碼ｆＭｅｔ。

三、轉(zhuǎn)錄的終止一個(gè)基因或操縱子的３’末端往往有一段特定的，有終止轉(zhuǎn)錄作用的順序，這段順序稱為轉(zhuǎn)錄終止子，簡稱終止子（terminator）。終止子的結(jié)構(gòu)：1975年Rosenberg分析了原核生物和噬菌體的２０個(gè)基因的順序發(fā)現(xiàn)在終止部位上游20±4bp處都有一小段反向重復(fù)序列（回文序列），從而使轉(zhuǎn)錄出為的ＲＮＡ具有特定的頸環(huán)結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)對終止轉(zhuǎn)錄起著決定性作用。

終止子類型：根據(jù)終止作用是否需要輔助因子，把終止子分為不依賴ρ蛋白的終止子（即強(qiáng)終止子）和依賴于ρ的終止子（弱終止子）。

強(qiáng)終止子與弱終止子在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別在于強(qiáng)終止子在回文區(qū)內(nèi)富含G/C對而回文區(qū)的下游區(qū)有6~8對A/T對。相反，弱終止子在回文區(qū)內(nèi)G/C對含量較少，下游區(qū)A/T對含量較少。

根據(jù)終止子所處的位置，可以把終止子分為存在于基因末端的終止子和存在于基因內(nèi)部的終止子（弱化子）。

以上幾類終止子的終止作用大都發(fā)生在離反向重復(fù)順序的對稱中心下游２０ｂｐ處。大腸桿菌色氨酸操縱子——

強(qiáng)終止子噬菌體λ的TR1終止子——弱終止子。終止子的作用機(jī)制：終止子的作用機(jī)制的詳細(xì)情況還不清楚，現(xiàn)在一般認(rèn)為，當(dāng)ＲＮＡ鏈轉(zhuǎn)錄到終止信號時(shí)，在ＲＮＡ鏈上可形成頸一環(huán)結(jié)構(gòu)從而誘導(dǎo)終止作用的產(chǎn)生，在終止作用過程中還有一些輔助蛋白如ρ蛋白。

CATSDATGTGATer-35-10+1上游Leadersequence

轉(zhuǎn)錄區(qū)編碼區(qū)

單順反子轉(zhuǎn)錄單位CATSDATGTGAATGTGATerCRP-35-10+1上游Leadersequence轉(zhuǎn)錄區(qū)

編碼區(qū)

編碼區(qū)下游下游多順反子轉(zhuǎn)錄單位四、總結(jié)

第二節(jié)

原核基因轉(zhuǎn)錄的啟動與終止

真核生物有三種RNA聚合酶分別識別不同的啟動子，其中RNApolI位于核仁，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄rRNA；RNApolII位于核質(zhì)，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄mRNA；RNApolIII位于核質(zhì)，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄tRNA及5srRNA。這里主要介紹RNApolII負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的基因，這些基因也稱II類真核基因。一、真核生物的啟動子真核生物啟動子的研究方法除采用保護(hù)法和足跡法外，更多地是采用所謂的反向遺傳學(xué)（reversegenetics)的方法進(jìn)行研究。真核生物的啟動子大概包括以下幾個(gè)位點(diǎn)：１．TATA順序（TATAbox）1979年Goldberg首先注意到真核生物基因上游-25~-30處有一段與Probnow相似的保守順序：

A23/56T20/49(41/%)T37/90A39/95T37/90A35/85A37/90T18/44A14/34

在這段順序中，頭三個(gè)和倒數(shù)第二個(gè)核苷酸是高保守的。TATA順序除了可啟動轉(zhuǎn)錄外，它的位置的準(zhǔn)確性有保證轉(zhuǎn)錄起始從精確位置上開始的作用。

２．CAAT順序（CAATbox）CAAT順序位于-70~-80處，比較保守的一致順序是：

GGCCAATCT３．GC順序（GCbox），也稱遠(yuǎn)端因子（distalelement），位于-80~-100處，其基本順序是：

GGGCGG

CT說明：上述三段順序并不是存在于所有真核生物的所有基因，其中TATAbox分布較廣，位于幾乎所有RNApolⅡ轉(zhuǎn)錄的基因的前端。三段順序都不是絕對不變的，不同的基因其順序可能相差較大。人工定點(diǎn)突變說明，這三段序列的任何一個(gè)單核苷酸突變都將使基因的轉(zhuǎn)錄水平改變（上升或下降），但并不使轉(zhuǎn)錄完全停止，說明起作用的功能單位并不是單個(gè)核苷酸。二、增強(qiáng)子（enhancer）真核生物基因的轉(zhuǎn)錄除了與啟動子有關(guān)外，還與一段稱為增強(qiáng)子的順序有關(guān)。1．核心順序：增強(qiáng)子的長度相差較大，可達(dá)幾十到幾百個(gè)核苷酸，其順序變化也比較大，但都含有一段較相近的核心順序（coresequence）：

GTGGGAAATTT２．作用：其作用是使轉(zhuǎn)錄能力大大提高，可達(dá)幾百至上千倍。３．作用特點(diǎn)：增強(qiáng)子與啟動子有幾個(gè)明顯不同的特點(diǎn)：作用沒有方向性，不論位于基因上游、下游或基因內(nèi)部，不論是３’→５’或５’→３’方向排列，都可發(fā)揮正常作用。具有種屬和組織的特異性，但對外源啟動子能正常發(fā)揮作用。作用范圍較廣，有幾個(gè)Ｋｂ范圍內(nèi)有效。順式作用。

三、起錄點(diǎn)核、糖體結(jié)合順序與起譯點(diǎn)１．起錄點(diǎn)：原核生物的起錄點(diǎn)常是ＣＡＴ，但在真核生物中變化較大，并不統(tǒng)一。但是剛開始轉(zhuǎn)錄的第一個(gè)Ｎｔ也經(jīng)常是Ａ，少數(shù)是Ｇ。由于真核生物的起錄點(diǎn)是轉(zhuǎn)錄后ｍＲＮＡ加工時(shí)的加帽位點(diǎn)，所以這一位點(diǎn)又稱為Cappingsite簡稱Ｃａｐ。２．核糖體結(jié)合的順序：真核生物的核糖體結(jié)合順序與原核生物的SD順序（AGGAGG）明顯不同。在真核生物中核糖體結(jié)合順序是一段富含嘧啶的TCCTTCC，這一順序是ｍＲＮＡ與核糖體中１８ＳｒＲＮＡ結(jié)合的位置。

真核生物核糖體的結(jié)合過程還與mRNA的帽結(jié)構(gòu)有關(guān)。在帽結(jié)合蛋白的介導(dǎo)下，核糖體40S亞基與mRNA5’端結(jié)合并沿3‘端移動到AUG的位點(diǎn)后，60S亞基結(jié)合上去，開始蛋白質(zhì)的翻譯。３．起譯點(diǎn)：真核生物的起譯點(diǎn)與原核生物相同，也是ＡＴＧ，極少數(shù)是ＧＴＧ，但不論ＡＴＧ或ＧＴＧ，結(jié)合的都是Ｍｅｔ。四、真核生物的終止子

真核生物終止子研究得不多，還不很清楚，但已在組蛋白基因、SV40基因中發(fā)現(xiàn)類似于原核生物的終止子。

AACGGCCTTTTCAGGCCACCATTTCTACGCTAGCGGCAACGACCAOHCTGA五、總結(jié)EnhancerTATAAATAAATerCAATCapEx.In.Ex.AUGUGA遠(yuǎn)上游區(qū)

近上游區(qū)

轉(zhuǎn)錄區(qū)

編碼區(qū)

編碼區(qū)

第三節(jié)

基因活性的調(diào)控一、操縱子(operon)

操縱子大體上可以分為負(fù)控制誘導(dǎo)體系，負(fù)控制阻遏體系，正控制誘導(dǎo)體系和正控制阻遏體系四大類型。1.負(fù)控制誘導(dǎo)體系——乳糖操縱子

負(fù)控制：指酶的合成受阻遏物的影響，在阻遏物存在下酶不合成，而當(dāng)阻遏物不存在或失活時(shí)，酶可合成。

乳糖操縱子調(diào)控的分子機(jī)制lacIlacPlacOlacZlacYlacA1100bp90bp35bp3062bp800bp800bpGTGAGTTAGCTCAC（CRP位點(diǎn)，-87~-49）-35-10

TGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACA-8-5+1+21+27CRPRNApol阻遏蛋白（四聚體）-48–35-10-49-87-8-5+1+5+21+27TGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACA基因核苷酸對氨基酸/分子量（KD）功能單位/分子量（KD）I1100360/38四聚體/152Z30621201/125四聚體/500Y800275/30單體A800275/30二聚體/602.負(fù)控制阻遏體系：負(fù)控制阻遏體系是指代謝產(chǎn)物與阻遏物結(jié)合，導(dǎo)致阻遏物的激活并與操縱基因結(jié)合，使基因關(guān)閉，酶不能合成。這種類型的操縱子常見于與合成代謝有關(guān)的操縱子。研究得較多的是大腸桿菌的trp操縱子

3.正控制體系

指基因的轉(zhuǎn)錄受激活物的影響，在激活物的存在下，基因才可轉(zhuǎn)錄。

如上述的乳糖操縱子的CRP位點(diǎn)，40年代發(fā)現(xiàn)了葡萄糖效應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)crp基因編碼的產(chǎn)物CRP與cAMP結(jié)合或形成cAMP-CRP復(fù)合物，該復(fù)合物與乳糖操縱子的CRP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合或會促使乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)存在葡萄糖時(shí)，葡萄糖的代謝中間產(chǎn)物會抑制cAMP環(huán)化酶的活性，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)cAMP水平下降，操縱子轉(zhuǎn)錄水平下降。

CRP作用機(jī)理：目前有兩個(gè)學(xué)說變構(gòu)學(xué)說：認(rèn)為cAMP-CRP與CRP位點(diǎn)結(jié)合后導(dǎo)致DNA構(gòu)型的局部改變，促使RNApol與啟動子的結(jié)合。雙啟動子學(xué)說：認(rèn)為乳糖操縱子有兩個(gè)啟動子P1和P2，P1與RNApol結(jié)合能力低但轉(zhuǎn)錄效率高；P2與RNApol結(jié)合能力高但轉(zhuǎn)錄效力低。在無cAMP-CRP時(shí)RNApol優(yōu)先與P2結(jié)合但轉(zhuǎn)錄效率很低，有

cAMP-CRP時(shí)，cAMP-CRP與CRP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合從而覆蓋了P2，此時(shí)RNApol與P1結(jié)合，轉(zhuǎn)錄效率高。總結(jié)：四類操縱子調(diào)控模型二、弱化子（attenuator,也稱衰減子）：

原核生物有些與氨基酸合成有關(guān)的操縱子，如trp、his、ile等操縱子，含有兩個(gè)終止子。一個(gè)位于操縱子的末端，為正常的終止子，另一個(gè)位于操縱子的上游前導(dǎo)區(qū)，有調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的功能，稱為弱化子。

弱化子在結(jié)構(gòu)上是一個(gè)反向重復(fù)序列，可以形成發(fā)夾式結(jié)構(gòu)。如trp操縱子的反向重復(fù)序列有四個(gè)區(qū)域（54~68，74~92，108~121，126~134）可以互補(bǔ)配對，可形成1、2和3、4的配對或2、3的配對。調(diào)控機(jī)理：由于原核生物的轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)，并且在上游+54~+59處有兩個(gè)Trp密碼子（UGG），翻譯到此處時(shí)：

如果細(xì)胞內(nèi)有較多的Trp，核糖體可以很快地通過此處而占據(jù)1區(qū)和2區(qū)，從而導(dǎo)致3區(qū)和4區(qū)配對，形成終止子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄被終止。如果細(xì)胞內(nèi)Trp含量少，核糖體到達(dá)此處時(shí)將陷入停頓，此時(shí)核糖體只占據(jù)1區(qū)，導(dǎo)致2區(qū)與3區(qū)的配對，4區(qū)處于游離狀態(tài)，轉(zhuǎn)錄可以繼續(xù)下去。這是一種通過翻譯過程來調(diào)控轉(zhuǎn)錄的現(xiàn)象。

三、調(diào)節(jié)子與真核生物的協(xié)同調(diào)控原核生物的調(diào)節(jié)子：指一個(gè)調(diào)節(jié)基因所發(fā)出的信息同時(shí)控制幾個(gè)操縱子的表達(dá)，我們將這些操縱子稱為一個(gè)調(diào)節(jié)子。例如：

大腸桿菌與Arg合成有關(guān)的基因共有8個(gè)，分處5個(gè)操縱子，這5個(gè)操縱子都受1個(gè)調(diào)節(jié)基因的調(diào)控。

RAGDBCEHF真核生物的協(xié)同調(diào)控

1969年，Britten&Davidson在原核生物協(xié)同的啟發(fā)下，提出了真核生物協(xié)同調(diào)控的模型，稱Britten-Davidson模型。外界刺激因子80年代以后才陸續(xù)有一些證據(jù)支持這一假設(shè)：酵母與His合成有關(guān)的基因有四個(gè)，這四個(gè)基因5’端都有一段TGACTC的共有序列（consensussequence)。野生型酵母在氨基酸饑餓的情況下，這四個(gè)基因都能轉(zhuǎn)錄，但如果缺失共有序列的基因則不能轉(zhuǎn)錄。果蠅的熱誘導(dǎo)蛋白（heatshockproteinHSP）是一組熱誘導(dǎo)下表達(dá)的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)的5’端上游都有一段共有順序CTNGAATNTTCTAGA。缺失這一順序，在熱誘導(dǎo)下基因不再表達(dá)。將這一序列接在tk基因（胸苷激酶基因）的5’端，可使tk基因變?yōu)闊嵴T導(dǎo)的。同源異型盒（hemeobox）同源異型盒的發(fā)現(xiàn)或許可以認(rèn)為是真核生物基因的協(xié)同調(diào)控的證據(jù)之一。并獲1995年諾貝爾獎。

在研究果蠅的胚胎發(fā)育時(shí)發(fā)現(xiàn)控制果蠅胚胎發(fā)育過程中有許多主基因（mastergene，指可以調(diào)節(jié)控制許多其它相關(guān)基因的活性的基因）。這些主基因都含有一段高度保守的，長約180bp的順序，這一順序稱為同源異型盒（hemeobox）。具有同源異型盒的基因稱同源異型基因。

同源異型盒180bp的序列編碼一段富含堿性氨基酸的肽段，一旦這些主基因發(fā)生突變將產(chǎn)生非常嚴(yán)重的外觀畸型，所以估計(jì)，這些主基因編碼的蛋白質(zhì)都有一段富含堿性氨基酸的肽段，而富含堿性氨基酸肽段的蛋白質(zhì)是一個(gè)ＤＮＡ結(jié)合蛋白，可以調(diào)節(jié)許多其它基因的活性。按照這個(gè)假說，可以認(rèn)為含有同源異型盒的基因（稱同源異型基因，是主基因的一種），類似于操縱子中的調(diào)節(jié)基因。

果蠅控制胚胎體節(jié)發(fā)育的基因至少有8個(gè)，分處兩個(gè)基因復(fù)合體，分別稱頭角足復(fù)合體（5個(gè)基因）和雙胸復(fù)合體（3個(gè)基因）。這些基因的突變將帶來嚴(yán)重的后果。

同源異型盒基因除了在果蠅中發(fā)現(xiàn)外，在人、老鼠、蛙類中均有發(fā)現(xiàn)，并具有和高的同源性。老鼠MO-10，蛙MM3及三個(gè)果蠅同源異型盒的同源性比較四、ＤＮＡ甲基化作用在大多數(shù)真核生物中，胞嘧啶約有２－７％是甲基化的，這些甲基化的胞嘧啶往往出現(xiàn)在ＣＧ順序中（m5C）。由于這二個(gè)Ｎｔ是自身互補(bǔ)的，并且細(xì)胞內(nèi)含有維持甲基化的酶，所以在ＤＮＡ的兩條鏈上總是同時(shí)出現(xiàn)甲基化現(xiàn)象。ＤＮＡ甲基化作用是到目前為止在真核生物的調(diào)節(jié)中唯一可以遺傳的。經(jīng)半保留復(fù)制后，子鏈中的一條鏈?zhǔn)羌谆鹊模硪粭l新鏈隨即可在甲基化酶的作用下進(jìn)行甲基比。所以推測甲基化作用可能在胚胎發(fā)育中起調(diào)節(jié)作用，它可以使某一細(xì)胞產(chǎn)生的子代表達(dá)哪些基因，從而決定某種發(fā)育命運(yùn)。

DNA甲基化可在細(xì)胞間遺傳，因此有人提出了“后生遺傳”的概念。

ＤＮＡ甲基化與基因活性調(diào)節(jié)的關(guān)系目前還不很清楚。已知在染色質(zhì)發(fā)生變化而對DNaseI敏感的部位（一般是活性轉(zhuǎn)錄的位點(diǎn)）往往伴隨著去甲基化作用。體外實(shí)驗(yàn)證據(jù)也表明，甲基化的基因轉(zhuǎn)錄活性低，而去甲基化的基因轉(zhuǎn)錄活性高。至于甲基化作用是如何控制基因轉(zhuǎn)錄活性的，目前還不清楚。

五、免疫球蛋白的基因重排（rearrangment）

在除淋巴細(xì)胞以外的體細(xì)胞和生殖細(xì)胞中，免疫球蛋白基因在基因組上是由多個(gè)基因片段編碼的。編碼可變區(qū)的基因（Ｖ基因）有許多個(gè)，編碼恒定區(qū)的基因（Ｃ基因）也有幾個(gè)，這兩類基因是“獨(dú)立”的，但都不能以獨(dú)立的單獨(dú)進(jìn)行表達(dá)。它們必須在淋巴細(xì)胞的發(fā)育過程中，使Ｖ基因和Ｃ基因連接在一起，才能組成一個(gè)完全的有功能的基因，才可進(jìn)行表達(dá)。在淋巴細(xì)胞中這種Ｖ－J的連接過程就稱為基因重排，或者稱為體細(xì)胞重組（somaticrecombination）基因重排的分子機(jī)理：

免疫球蛋白基因的重排是通過反向重復(fù)序列形成徑環(huán)結(jié)構(gòu)，而后由專一的酶系進(jìn)行切割和連接。免疫球蛋白類群的轉(zhuǎn)換：

根據(jù)鏈恒定區(qū)的不同，可以將免疫球蛋白分為五類，即IgM，IgG，IgE，IgD和IgA，其對應(yīng)的重鏈分別稱為μ，ｒ，ε，δ和α鏈。

在免疫應(yīng)答過程中，免疫球蛋白的分泌常進(jìn)行類群的變換，最早分泌的免疫球蛋白是IgM，而后是IgG（即μ-ｒ變換）。這種變換必然是以免疫球蛋白Ｃ基因的變換為基礎(chǔ)的，我們將免疫球蛋白Ｃ基因的這種變換作用稱為類群的轉(zhuǎn)換（classswitching，也稱轉(zhuǎn)轍）作用

重鏈轉(zhuǎn)換的機(jī)理與V-J或V-D-J拼接的機(jī)理不同，他不是通過反向重復(fù)序列產(chǎn)生徑-環(huán)結(jié)構(gòu)完成的，而是通過轉(zhuǎn)換區(qū)S為中介進(jìn)行的。S區(qū)為一些較短片段的重復(fù)，拼接時(shí)由兩C基因間的S區(qū)進(jìn)行重組，去除中間的區(qū)域。第四節(jié)

ＲＮＡ的加工與調(diào)控真核生物的細(xì)胞內(nèi)成熟的ＲＮＡ往往與原先轉(zhuǎn)錄出來的ＲＮＡ的大小不同，原先轉(zhuǎn)錄出來的ＲＮＡ總是比較大，稱為前體，從前體轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓模遥危恋倪^程稱為加工（processing）。

對原核生物而言，目前僅發(fā)現(xiàn)ｔＲＮＡ和ｒＲＮＡ有加工過程。

本節(jié)主要介紹真核生物的ｍＲＮＡ加工工程及其與基因表達(dá)有關(guān)的調(diào)控過程。

RNA加工包括三個(gè)步驟：一、５’端加帽

５’端的所謂帽結(jié)構(gòu)是一個(gè)7-甲基鳥嘌呤（m7GpppNm）。m7Ｇ與下一個(gè)核苷酸（即原初轉(zhuǎn)錄物的第一個(gè)核苷酸，常是Ａ或G）的連接為５’－５’連接，這種結(jié)構(gòu)稱為相對核苷酸結(jié)構(gòu)（confrontednucleotidestructure）。過程：

pppGpNp---

ppGpNp----

ppGpNp----+GTPGpppGpNp----GpppGpNp---+SAMm7GpppGpNp--核苷酸磷酸水解酶mRNA鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶mRNA嘌呤7-甲基轉(zhuǎn)移酶m7GpppGpNp--+SAMm7GpppGmpNp--2’O-甲基轉(zhuǎn)移酶帽結(jié)構(gòu)的功能：促進(jìn)ｍＲＮＡ與核糖體結(jié)合。帽結(jié)構(gòu)為核糖體與mRNA的結(jié)合提供信號，能夠促使核糖體與RNA的結(jié)合，但不是決定性的。增加ｍＲＮＡ的穩(wěn)定性。

避免5’核酸外切酶的水解。二、3’端加尾ＲＮＡ裂解信號：在大多數(shù)真核生物的基因的３’端有一段ＡＡＴＡＡＡ順序，多聚腺苷酸化就發(fā)生在這段順序下游的14~20bp處，這一順序就稱為ＲＮＡ裂解信號。其作用就是指導(dǎo)核酸內(nèi)切酶在下游14~20bp處將ＲＮＡ裂解，并在polyＡ多聚酶作用下加上50~200個(gè)腺苷酸組成的ｐｏｌｙＡ。功能：ｐｏｌｙＡ的功能還不很清楚，

估計(jì)與下列幾個(gè)方面有關(guān)：（１）與ｍＲＮＡ運(yùn)入細(xì)胞質(zhì)有關(guān)；（２）延長ｍＲＮＡ的壽命；（３）可控制翻譯效率

三、hnＲＮＡ的剪接（splicing）真核生物基因中的內(nèi)含子和外顯子都可能轉(zhuǎn)錄在ｍＲＮＡ上，在ｍＲＮＡ成熟過程中必須切除內(nèi)含子，使幾個(gè)外顯子拼接起來，這一過程稱為ｍＲＮＡ的剪接（或稱拼接）。剪接的識別信號內(nèi)含子的切除必須是準(zhǔn)確的，否則將會打亂mRNA上的閱讀框從而帶來相當(dāng)嚴(yán)重的后果。要保證切除的準(zhǔn)確性，可能與許多因素有關(guān)，就目前所知其最關(guān)鍵的因素是內(nèi)含子——外顯子的邊界順序，即內(nèi)含子與外顯子的接頭（exon-intronjunction）。

接頭順序：考察了包括人、小鼠、兔、爪蟾、酵母等不同生物來源的基因的90個(gè)供體（指內(nèi)含子5’斷區(qū)域）和85個(gè)受體（內(nèi)含子3’端區(qū)域），發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)區(qū)域都沒有廣泛的同源性，但有一個(gè)非常保守、很短的接頭順序，即在內(nèi)含子的５’端為ＧＴ，３’端為ＡＧ，這四個(gè)堿基是高度保守的，稱為GT-AG法則或Chambon法則（Chambonrule）。

A3238599G20111268C2537134T2341290050619149003012779004811109069356A46203850G75191085C3127256300T4347211800

11242719152693219供體

受體ＧＴ－ＡＧ雖然很短，但對于剪接則是必須的，一旦發(fā)生突變往往會帶來相當(dāng)嚴(yán)重的后果。不論是ＧＴ或ＡＧ突變，其結(jié)果是在ＧＴ或ＡＧ附近有相同順序的位點(diǎn)進(jìn)行剪接（即所謂的潛在位點(diǎn)的活化），合成無效的蛋白質(zhì)。接頭順序以外的因素：雖然發(fā)現(xiàn)了ＧＴ－ＡＧ法則，但是在基因內(nèi)肯定會有不少并不起剪接作用的ＧＴ或ＡＧ（即所謂的潛在位點(diǎn)）的存在，如何保證在正確的ＧＴ－ＡＧ位點(diǎn)上進(jìn)行剪接肯定還有其它因素的影響，只是目前還了解得不多。只在內(nèi)含子3’端上游20~50bp處有一保守序列：PyNPyTPuAPy

（Py嘧啶，Pu嘌呤）剪接機(jī)理

雖然發(fā)現(xiàn)了ＧＴ－ＡＧ法則及邊界以外與剪接有關(guān)的順序，但還不能說明剪接的機(jī)理。目前有一些證據(jù)說明核內(nèi)一些小分子ＲＮＡ(共有六種）可能與內(nèi)含子的剪接有關(guān)，這些核內(nèi)小分子ＲＮＡ（smallnuclearRNA，sｎＲＮＡ）由100~400個(gè)bp組成，相當(dāng)于6~8s，每個(gè)細(xì)胞內(nèi)含104~106個(gè)分子，因?yàn)檫@些小分子ＲＮＡ富含尿嘧啶（ｕ）故而以U1,U2……等表示。其中以U1最為重要。snRNA的堿基排列非常保守，例如人和小鼠的U1只有２個(gè)bp的差異。

現(xiàn)在知道它是通過U1RNA形成一個(gè)套索結(jié)構(gòu)，然后在多個(gè)蛋白質(zhì)（酶）的參與下完成剪接。四、其他類型內(nèi)含子的剪接

內(nèi)含子至少可以分為三種類型：自我剪接：RNA剪接還有另外一種特殊的現(xiàn)象，就是所謂的自身剪接（self-splicing）。1982年Cech等人發(fā)現(xiàn)四膜蟲rRNA的一個(gè)413bp的內(nèi)含子可以在沒有任何蛋白質(zhì)存在下被正確切除，所以不得不承認(rèn)ｒＲＮＡ有自身催化剪接的活性，也將這種有催化活性的ＲＮＡ稱為核糖核酸擬酶（ribozyme）。

根據(jù)內(nèi)含子的結(jié)構(gòu)差異及剪接機(jī)理的不同，自身剪接的內(nèi)含子分為I型和II型兩種。I型內(nèi)含子的自身剪接模型II型內(nèi)含子的自身剪接模型1982年Cech等人報(bào)道了RNA自身剪接反應(yīng)之后，許多學(xué)者對ＲＮＡ催化活性進(jìn)行了許多研究，并取得了驚人的進(jìn)展，1983年，Altman和Pace兩個(gè)小組證明了細(xì)菌核糖核酸酶RNaseＰ中的ＲＮＡ部分具有催化活性。1986年Cech進(jìn)一步證明四膜蟲rRNA不僅可催化自我剪接，而且具有核苷酸轉(zhuǎn)移酶，磷酸二酯酶（核糖核酸酶），RNA限制性內(nèi)切酶，磷酸轉(zhuǎn)移酶和磷酸酯酶等多種活性。1987年Uhlenbeck實(shí)驗(yàn)室人工合成了具有催化活性的１９

Ｎｔ組成的寡核糖核苷酸。1989年，Szostak和Cech報(bào)道ＲＮＡ催化劑能催化ＲＮＡ自我復(fù)制，這些證據(jù)足以證明ＲＮＡ是一種真正的生物催化劑，正日益受到人們的矚目。

五、差別加工和基因調(diào)控：

大鼠甲狀腺中合成的降鈣素和腦下垂體合成的神經(jīng)肽是來自于同一個(gè)初級轉(zhuǎn)錄物，在這個(gè)初級轉(zhuǎn)錄物中有兩個(gè)polyＡ加尾信號，在甲狀腺是用第一個(gè)polyＡ加尾信號合成降鈣酸，而在腦下垂體中利用第二個(gè)polyＡ加尾信號合成神經(jīng)肽，所以它們有共同的Ｎ末端順序。

腺病毒的晚期蛋白是一個(gè)復(fù)合轉(zhuǎn)錄單位，含有５個(gè)polyＡ位點(diǎn)和許多外顯子，它的初級轉(zhuǎn)錄物可以被剪接成12種不同的mRNA。每種mRNA由四個(gè)外顯子組成，前三個(gè)外顯子在所有的mRNA中都是一樣的，而后一個(gè)外顯子則各不相同。

這種可以加工成不同的ｍＲＮＡ的初級轉(zhuǎn)錄物稱為復(fù)合轉(zhuǎn)錄單位。

小鼠可以在肝臟和唾腺中合成淀粉酶，兩者是有同一個(gè)基因編碼，但具有不同的前導(dǎo)序列。exonLintronexonSintronexon2intronexon350bp2800bp161bp4500bp205bp327bpL23S23

肝臟

唾腺五、RNA編輯（RNAedition）1986年Benne等在布氏錐蟲及簇生短膜蟲中發(fā)現(xiàn)，它們的線粒體的coxII（細(xì)胞色素C氧化酶亞基II）基因的mRNA含有4個(gè)非基因組編碼的U殘基，正是因?yàn)樗鼈兊牟迦攵种屏嗽瓉砘虻囊拼a突變，形成完整的開放閱讀框，產(chǎn)生了有活性的coxII。

以后在一些植物的線粒體mRNA、哺乳動物某些核基因mRNA、某些病毒的mRNA也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。甚至有些基因還進(jìn)行了相當(dāng)大范圍的改動，達(dá)序列的50%，甚至60%（如線粒體的coxIII）。由于原基因與mRNA在序列上有非常大的差異，因此有人將原基因稱為模糊基因（隱秘基因，cryptogene）模糊基因的類型：I型：內(nèi)部編輯的模糊基因II型：5’端編輯的模糊基因III型：泛編輯的模糊基因RNA編輯的類型：包括核苷酸的插入、取代及刪除等。RNA編輯的可能機(jī)理：RNA編輯與細(xì)胞內(nèi)的一類小分子RNA（50~70bp）有關(guān)，它們的作用是為插入或刪除U提供模板，因此稱為指導(dǎo)RNA（guideRNA，gRNA）。gRNA的5’端可以與被編輯的RNA互補(bǔ)配對，從而確定被編輯的區(qū)域，稱為錨區(qū)。不能與錨區(qū)配對的mRNA的第一個(gè)核苷酸成為被編輯的對象。gRNA的3’端有5~25個(gè)寡聚U，是提供（添加）U或接受（刪除）U的區(qū)域，即活性區(qū)域。RNA編輯的生物學(xué)意義：RNA編輯的普遍性：從病毒到哺乳動物，從線粒體基因到核基因都存在。RNA編輯的多樣性：從內(nèi)部編輯到泛編輯；從起始密碼、終止密碼到移碼序列的消除或建立，使一個(gè)意義模糊的基因（模糊基因）變成一個(gè)有意義的mRNA。RNA編輯的特異性：編輯具有種的特意性及組織的特異性，是一種遺傳的特征，是遺傳信息加工的一種重要形式。RNA編輯的存在問題：RNA編輯的遺傳信息是如何編碼的？是一種古老的遺傳信息的加工方式？是對中心法則的一個(gè)挑戰(zhàn)？第五節(jié)

翻譯水平上的調(diào)控一、稀有密碼子與翻譯調(diào)控

稀有密碼子：指在一般情況下利用率很低的密碼子。

E.coli的dnaG（編碼岡崎片段前ＲＮＡ引物的聚合酶），rpoD（編碼RNApolymerase的σ亞基）和rpsU（編碼核糖體上的一種小分子蛋白質(zhì)S２１）同屬一個(gè)操縱子(rpsU-dnaG-rpo