主要內(nèi)容：一、基因表達(dá)調(diào)控基本概念與原理二、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)三、真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)目的要求：1、掌握基因表達(dá)調(diào)控基本概念與原理2、熟悉原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)3、了解真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)前言1介紹：基因表達(dá)的概念1.1基因（gene)編碼有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或RNA所需的全部核苷酸序列（通常DNA,也有RNA),是一個(gè)功能性的遺傳單位，也是突變或重組單位1.2基因組(genome)

細(xì)胞或生物體內(nèi)一整套的遺傳物質(zhì)。2、原核基因的結(jié)構(gòu)特征原核基因組常以操縱子（operon）的形式作為表達(dá)和調(diào)控的基本單元，它包括功能上彼此相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控部位，受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單個(gè)多順反子。大腸桿菌乳糖操縱子結(jié)構(gòu)lacIlacYPlacOlacZlacA啟動(dòng)子阻遏蛋白基因結(jié)構(gòu)基因操縱基因操縱子：原核生物中幾個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因成簇串聯(lián)排列組成的一個(gè)基因表達(dá)的協(xié)同單位（DNA序列）。大多數(shù)真核基因的編碼序列被不能編碼的額外序列所分隔，以不連續(xù)的方式排列在DNA上，因此這類基因也叫斷裂基因（splitgene）。隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過程中被除去的核酸序列稱內(nèi)含子（intron），在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列叫外顯子（exon）。3、真核基因的結(jié)構(gòu)特征4.遺傳信息的表達(dá)各種生物基因中，絕大部分基因貯存的遺傳信息都是蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)信息，部分基因貯存的是tRNA、rRNA等RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)信息。除少數(shù)RNA病毒可將遺傳信息直接從RNA輸出以外，大部分生物（包括逆轉(zhuǎn)錄病毒）的遺傳信息都是從DNA分子中輸出的。遺傳信息的表達(dá)，就是貯存于DNA中的信息轉(zhuǎn)變成具體的RNA分子或蛋白質(zhì)分子。通過這些生物大分子的功能活動(dòng)使生物體表現(xiàn)出各種各樣的生理功能及千差萬別的生物性狀。DNA可以作為模板直接指導(dǎo)RNA分子的生物合成，這一過程稱為轉(zhuǎn)錄。DNA不能作為直接模板將其攜帶的信息轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)分子中，需要先通過轉(zhuǎn)錄過程將遺傳信息傳遞到RNA分子中，再通過翻譯過程將RNA分子上的核苷酸序列信息轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)分子中的氨基酸序列。對(duì)于編碼蛋白質(zhì)的基因來說，其遺傳信息的表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)階段。5轉(zhuǎn)錄模板

DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)。

DNA雙鏈中按堿基配對(duì)規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈(templatestrand)，也稱作有意義鏈或Watson鏈。相對(duì)的另一股單鏈?zhǔn)蔷幋a鏈(codingstrand)，也稱為反義鏈或Crick鏈。

5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)

在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈用作模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄；模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。mRNA是遺傳信息的攜帶者遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順反子(polycistron)

。真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子(singlecistron)

。

原核生物的多順反子真核生物的單順反子非編碼序列核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP53蛋白質(zhì)PPPmG-53蛋白質(zhì)6小結(jié)（中心法則）復(fù)制DNADNARNAPrion轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄翻譯??改變構(gòu)象復(fù)制RNA羅忠禮ChongqingMedicalUniversityChongqing,China2012-Mar-01@ZhongliLuo

第二章

基因表達(dá)調(diào)控RegulationofGeneExpression第一節(jié)

基本概念與原理（一）基因表達(dá)（GeneExpression）基因攜帶的遺傳信息，經(jīng)過一系列的生化反應(yīng)，最終產(chǎn)生具有生物學(xué)功能的產(chǎn)物的過程,也就是基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程Processoftranscriptionandtranslation（產(chǎn)物可以是蛋白質(zhì)、tRNA、rRNA）。DNA轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯蛋白質(zhì)（二）順式作用元件是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的DNA片段

啟動(dòng)子（Promoter）位于轉(zhuǎn)錄起始單位點(diǎn)上游并為RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合和啟動(dòng)賺率的DNA序列。1.1原核啟動(dòng)子（promoter）①啟動(dòng)子是基因5′端上游的一段啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的核苷酸序列，是RNApol

和其他轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的部位。②原核基因的啟動(dòng)子定位在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（initiationsite，IS）上游5-10bp處，由-35區(qū)和-10區(qū)組成，從啟動(dòng)子到終止子（terminator）為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。③-10區(qū)的堿基序列較保守，由T和A組成，大腸桿菌的-10區(qū)為TATAAT，故稱TATAbox或Pribnow-now。④-35區(qū)的堿基序列以TTG最為保守，腸桿菌的-35區(qū)為TTGACA，因子識(shí)別并結(jié)合-35區(qū)，RNA聚合酶的特異性由因子決定，而啟動(dòng)子的強(qiáng)弱則由-35區(qū)和因子的特異性和親和力決定。從IS到-10區(qū)之間的5-10bp間隔稱5′-leader序列。⑤大腸桿菌基因啟動(dòng)子圖示-35-10IS5-leader+1上游下游5′啟動(dòng)子1.2、真核生物的啟動(dòng)子真核基因的Ⅱ型啟動(dòng)子（promoter）①真核基因的TATAｂｏｘ為ＴＡＴＡＡ／ＴＡＴ／Ａ，并且距離ＩＳ較遠(yuǎn)。②沒有-３５區(qū)。③在ＩＳ上游還有ＣＡＡＴｂｏｘ、ＧＣｂｏｘ和Ｏｃｔａｍｅｒ（八聚體）等結(jié)構(gòu)，并與ＴＡＴＡ盒一起組成Ⅱ型基因的啟動(dòng)子。必須明確，并不是所有的Ⅱ型基因都具備這４種調(diào)控元件，有的基因就沒有ＴＡＴＡ盒（如ＳＶ４０的早期基因）。由于Ⅱ型啟動(dòng)子無-35區(qū)，也沒有因子，因此，RNApolⅡ與啟動(dòng)子的結(jié)合至少與4種轉(zhuǎn)錄因子（TFⅡ

A~D）有關(guān)。1.3哺乳類RNA聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子中的元件序列元件名稱共同序列結(jié)合的蛋白因子名稱分子量結(jié)合DNA長(zhǎng)度TATAboxTATAAAATBP30,000～10bpGCboxGGGCGGSP-1105,000～20bpCAATboxGGCCAATCTCTF/NF160,000～22bpOctamerATTTGCATOct-176,000～10bp

Oct-253,000～20bpkBGGGACTTTCCNFkB44,000～10bpATFGTGACGTAFT?20bp1.4啟動(dòng)子中的元件的分類可以分為兩種：①核心啟動(dòng)子元件(corepromoterelement)指RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄所必需的最小的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及其上游－25/－30bp處的TATA盒。核心元件單獨(dú)起作用時(shí)只能確定轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)和產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。②上游啟動(dòng)子元件(upstreampromoterelement)包括通常位于－70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)更遠(yuǎn)的上游元件。這些元件與相應(yīng)的蛋白因子結(jié)合能提高或改變轉(zhuǎn)錄效率。不同基因具有不同的上游啟動(dòng)子元件，其位置也不相同，這使得不同的基因表達(dá)分別有不同的調(diào)控。2.增強(qiáng)子(enhancer)指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基因的時(shí)間、空間特異性、增強(qiáng)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列。3.沉默子(silencer)某些基因的負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時(shí)，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。4.轉(zhuǎn)錄終止子(Terminatoroftranscription)5.其他…三、基因表達(dá)調(diào)控的基本的規(guī)律（一）、基因表達(dá)具有時(shí)間性及空間性1.時(shí)間特異性Temporalspecificityorstagespecificity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。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階段特異性。2.

空間特異性Spatialspecificityorcellspecificityortissuespecificity

在個(gè)體生長(zhǎng)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)，又稱細(xì)胞特異性或組織特異性。（二）、基因表達(dá)的方式

1.組成性表達(dá)管家基因housekeepinggene有些基因在生命全過程都是必需的，如果缺少、細(xì)胞不能正常生存，這類基因被稱為管家基因。組成性基因表達(dá)constitutivegeneexpression

管家基因較少受環(huán)境因素的影響，在個(gè)體發(fā)育的任一階段都能在大多數(shù)細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)。2.適應(yīng)性表達(dá)（Adaptiveexpression）誘導(dǎo)表達(dá)induction

有些基因在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，表達(dá)增強(qiáng)，稱為誘導(dǎo)表達(dá)。阻遏表達(dá)repression另有一些基因在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，表達(dá)水平下降，稱為阻遏表達(dá)

。

3.協(xié)調(diào)表達(dá)在一定機(jī)制控制下，使功能相關(guān)聯(lián)的一組基因協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，稱此為協(xié)調(diào)表達(dá)(coordinateexpression)

。這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinateregulation)1反式作用因子類別（后面講）概念：凡直接或者間接與順式元件相互作用并影響基因表達(dá)的蛋白質(zhì)類別A普通轉(zhuǎn)錄因子（三）、基因表達(dá)調(diào)控的分子基礎(chǔ)是DNA/蛋白質(zhì)的相互作用

B特異轉(zhuǎn)錄因子(specialtranscriptionfactors)為個(gè)別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時(shí)間、空間特異性表達(dá)。轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄抑制因子2.轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域TF蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)結(jié)合域（二聚化結(jié)構(gòu)域）谷氨酰胺富含域酸性激活域脯氨酸富含域鋅指(zincfinger)α-螺旋其他四、基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義1）使細(xì)胞能適應(yīng)環(huán)境變化，以維持其增殖、分化2）促進(jìn)個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育

原核生物和真核生物在基因表達(dá)調(diào)控的細(xì)節(jié)上盡管差異很大，但兩者的調(diào)控模式卻具有驚人的相似性和可比性，除此之外，原核生物和真核生物的基因表達(dá)調(diào)控元件也具有統(tǒng)一性。然而，不管是原核生物還是真核生物，轉(zhuǎn)錄環(huán)節(jié)是最主要的調(diào)控位點(diǎn)?；蛘{(diào)控元件按其屬性可分為核酸和蛋白質(zhì)兩大類，所有基因表達(dá)調(diào)控模式的實(shí)質(zhì)無非是兩者之間的相互作用，包括核酸分子內(nèi)或分子間的相互作用、核酸分子與蛋白分子之間的相互作用以及蛋白分子內(nèi)或分子間的相互作用。其中第二種作用尤為重要。第二節(jié)

原核生物基因表達(dá)的調(diào)控一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控（一）影響轉(zhuǎn)錄的因素二、翻譯水平的調(diào)控（二）轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制（一）SD序列對(duì)翻譯的影響

（二）mRNA的穩(wěn)定性

（三）翻譯產(chǎn)物對(duì)翻譯的調(diào)控

（四）小分子RNA的調(diào)控作用介紹：原核生物mRNA結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：（1）原核生物mRNA往往是多順反子的，即每分子mRNA帶有幾種蛋白質(zhì)的遺傳信息（來自幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因）。在編碼區(qū)的序列之間有間隔序列，間隔序列中含有核糖體識(shí)別、結(jié)合部位。在5‘端和3＇端也有非編碼區(qū)。（2）mRNA5＇端無帽子結(jié)構(gòu)，3＇端一般無多聚A尾巴。（3）mRNA一般沒有修飾堿基，即這類mRNA的分子鏈完全不被修飾。原核生物基因多以操縱子（operon）的形式存在。操縱子由調(diào)控區(qū)與信息區(qū)組成，上游是調(diào)控區(qū)，包括啟動(dòng)子與操縱基因兩部分。啟動(dòng)子是同RNA聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異性DNA序列，操縱基因是特異的阻遏物結(jié)合區(qū)。原核生物基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)，主要在轉(zhuǎn)錄水平，其次是翻譯水平。

一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控1、啟動(dòng)子2、σ因子

3、阻遏蛋白

4、正調(diào)控蛋白

5、倒位蛋白（inversionprotein）

（一）影響轉(zhuǎn)錄的因素6、RNA聚合酶抑制物

7、衰減子

不講（1）啟動(dòng)子決定轉(zhuǎn)錄方向及模板鏈1、啟動(dòng)子基因轉(zhuǎn)錄時(shí)，σ因子識(shí)別并結(jié)合-35區(qū)，而RNA聚合酶結(jié)合于-10區(qū)，全酶結(jié)合DNA后覆蓋的區(qū)域是-40～+20。開始合成RNA后，RNA聚合酶是沿著信息鏈的5′3′方向移動(dòng)，只能以信息鏈的互補(bǔ)鏈為模板合成RNA。5＇—TAGTGATTGACATGATAGAAGCACTCTACTATATTCTCAATAGGTCCACG—3＇-35-10+13＇—

ATCACTAACTGTACTATCTTCGTGAGATGATATAAGAGTTATCCAGGTGC—5＇AGGUCCACG……RNA

3＇

轉(zhuǎn)錄5

＇

RNA聚合酶σ因子+1，不是從起始密碼子AUG開始。（2）啟動(dòng)子決定轉(zhuǎn)錄效率

在E.coli啟動(dòng)子中，在-35和-10的兩個(gè)序列稱為一致性序列（consensussequences）。兩個(gè)序列中各堿基的出現(xiàn)頻率為：-35：T82G78A65C54A95；-10：T80A95T45A60T96。一般說來，強(qiáng)啟動(dòng)子的序列與上述序列最接近，弱啟動(dòng)子（基因表達(dá)較少量的mRNA）則與上述序列相差較大，這種調(diào)控作用與σ因子的作用有關(guān)。識(shí)別E.coli啟動(dòng)子中一致性序列的σ因子主要是σ70亞單位。啟動(dòng)子序列與上述序列越接近，σ70與之結(jié)合的能力越強(qiáng)。σ因子與RNA聚合酶緊密結(jié)合，轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)后，大約合成至8個(gè)核苷酸時(shí)，σ因子解離，游離的σ因子本身并不直接結(jié)合特定的DNA。不同的σ因子可以競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合RNA聚合酶。環(huán)境變化可誘導(dǎo)產(chǎn)生特定的σ因子，從而打開一套特定的基因。

2、σ因子Note：σ因子是一種非專一性蛋白，作為所有RNA聚合酶的輔助因子起作用。σ因子是DNA依賴的RNA聚合酶的固有組分，它識(shí)別啟動(dòng)子共有序列且與全酶結(jié)合。σ因子通常與DNA結(jié)合，且沿著DNA搜尋，直到在啟動(dòng)子碰到核心酶。它與DNA的結(jié)合不需依靠核心酶。阻遏蛋白是一類在轉(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)。阻遏蛋白在一定的條件下與DNA結(jié)合。在E.coli中，主要有誘導(dǎo)（induction）和阻遏（repression）兩種類型。在這兩種類型中，阻遏蛋白都可以與特定的信號(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DNA結(jié)合，或者與DNA解離。

3、阻遏蛋白（repressor）與負(fù)調(diào)控相反，當(dāng)調(diào)控蛋白結(jié)合于特異DNA序列后促進(jìn)基因的轉(zhuǎn)錄，這種基因表達(dá)調(diào)控的方式稱為正調(diào)控。E.coli中的一些弱啟動(dòng)子，本身結(jié)合RNA聚合酶的作用很弱,對(duì)于這些啟動(dòng)子來說,正調(diào)控作用是很重要的CAP蛋白（分解代謝物基因活化蛋白

catabolitegeneactivatorprotein）：這種蛋白可將葡萄糖饑餓信號(hào)傳遞給許多操縱子，使細(xì)菌在缺乏葡萄糖的環(huán)境中可以利用其他碳源。CAP結(jié)合DNA由cAMP控制。4、正調(diào)控蛋白乳糖操縱子調(diào)控的機(jī)制

（二）轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制在含有葡萄糖和半乳糖的培養(yǎng)基中，E.coli和某些腸道菌優(yōu)先利用葡萄糖生長(zhǎng)，當(dāng)葡萄糖耗盡后，細(xì)菌暫時(shí)停止生長(zhǎng)，開始合成與半乳糖利用有關(guān)的酶，然后細(xì)胞又恢復(fù)生長(zhǎng)，這就是細(xì)胞二度生長(zhǎng)現(xiàn)象。這種分解代謝產(chǎn)物阻遏有時(shí)也稱為葡萄糖效應(yīng)。

在葡萄糖不存在、乳糖存在時(shí)，CAP發(fā)揮正調(diào)控作用，阻遏蛋白由于誘導(dǎo)劑的存在而失去負(fù)調(diào)控作用，基因被打開，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。其他幾種情況，基因都處于關(guān)閉狀態(tài)。葡萄糖cAMPcAMPcAMP—CAPCAPDNA乳糖代謝操縱子cAMPCAP轉(zhuǎn)錄CAP—DNA二、乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制（一）乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列操縱序列結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNAIPOZYA調(diào)控基因控制位點(diǎn)結(jié)構(gòu)基因DNA阻遏蛋白啟動(dòng)序列cAMP-CAP結(jié)合位點(diǎn)操縱序列β半乳糖苷酶通透酶乙?；D(zhuǎn)移酶乳糖操縱子（lactoseopron）結(jié)構(gòu)RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)（－67~－59）（－7~＋28）mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時(shí)（二）阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)阻遏基因在沒有乳糖存在時(shí)，Lac操縱子處于阻遏狀態(tài)。阻遏蛋白與O序列結(jié)合，阻遏RNA聚合酶與P序列結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄起動(dòng)。mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)IDNAZYAOPpol啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶當(dāng)乳糖存在時(shí)，Lac操縱子即可被誘導(dǎo)。乳糖，半乳糖（誘導(dǎo)劑）與結(jié)合阻遏蛋白，使阻遏蛋白構(gòu)象變化，導(dǎo)致阻遏蛋白與O序列解離，發(fā)生轉(zhuǎn)錄。

（三）

CAP的正性調(diào)節(jié)。CAP（也稱CRP、CGP)是同二聚體，在其分子內(nèi)有DNA結(jié)合區(qū)及cAMP結(jié)合位點(diǎn)。sCAP是同二聚體當(dāng)沒有葡萄糖存在時(shí)cAMP↑，cAMP與CAP結(jié)合，CAP結(jié)合在lac啟動(dòng)序列附近的CAP位點(diǎn)，可刺激RNA聚合酶活性，表達(dá)↑。當(dāng)有葡萄糖存在時(shí)，cAMP↓、cAMP與CAP結(jié)合受阻，lac操縱子表達(dá)↓。（四）協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)※當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對(duì)該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；※如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對(duì)lac操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏(catabolicrepression)。

CAP①HighglucoseLowcAMPLowlactosePOzyaDNApromoteroperatorrepressorCAPsiteNotranscription②LowglucoseHighcAMPLowlactosePOzyaDNArepressorNotranscriptioncAMPPOzyaDNApromoteroperatorrepressorCAPsiteNotranscriptionCAP③

HighglucoseLowcAMPHighlactose

POzyaDNATranscriptionLowleveltranscription：polymerasedoesnotbindpromoterefficiently.Maximalleveloftranscription:CAPenhancespolymerasebinding.④LowglucoseHighcAMPHighlactose

POzyaDNAcAMPTranscriptionRNApolymerasezyazyazyazyazyaCAP乳糖操縱子的實(shí)際應(yīng)用

lacZ基因作為轉(zhuǎn)錄和翻譯融合體中的報(bào)告基因得到廣泛應(yīng)用，從細(xì)菌到果蠅甚至人類細(xì)胞。該基因的產(chǎn)物—β-半乳糖苷酶可以將X-gal分解產(chǎn)生顯示出藍(lán)色的反應(yīng)，利用這一特性可在基因克隆中進(jìn)行藍(lán)白菌落篩選。含有重組DNA的菌落為無色，而含非重組DNA的菌落為藍(lán)色。1、SD序列（SDsequence）的順序及位置對(duì)翻譯的影響

SD序列，在mRNA的翻譯起始信號(hào)（AUG）前的核糖體結(jié)合部位，它是與核糖體16SrRNA3＇末端序列互補(bǔ)的核苷酸序列。一般與核糖體結(jié)合強(qiáng)的SD序列翻譯效率較高。不同的SD序列有一定的差異，因而翻譯起始效率不一樣。SD序列與起始密碼子之間的距離，也是影響mRNA翻譯效率的重要因素之一。另外，某些蛋白質(zhì)與SD序列的結(jié)合也會(huì)影響mRNA與核糖體的結(jié)合，從而影響蛋白質(zhì)的翻譯。二、翻譯水平的調(diào)控（一）SD序列對(duì)翻譯的影響2、mRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)隱蔽SD序列的作用在某些mRNA分子中，核糖體結(jié)合位點(diǎn)在一個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)（莖環(huán)）中，使核糖體無法結(jié)合，只有打破莖環(huán)結(jié)構(gòu)，核糖體才能結(jié)合。

細(xì)菌mRNA通常是不穩(wěn)定的。mRNA的降解速度是翻譯調(diào)控的另一個(gè)重要機(jī)制。蛋白質(zhì)合成速率的快速改變，不僅是因?yàn)閙RNA不斷合成以及mRNA合成與蛋白質(zhì)翻譯偶聯(lián)，更重要的是，許多細(xì)菌mRNA降解很快。E.coli的許多mRNA在370C時(shí)的平均壽命大約為2min，很快被酶解。（二）mRNA的穩(wěn)定性

細(xì)菌的生理狀態(tài)和環(huán)境因素都會(huì)影響mRNA的降解速度。另外，mRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)和次級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)mRNA的穩(wěn)定性也有很大的影響，一般在其5＇端和3＇端的發(fā)夾結(jié)構(gòu)可保護(hù)其不被外切酶迅速水解。mRNA的5＇端與核糖體結(jié)合，可明顯提高其穩(wěn)定性。

不同操縱子轉(zhuǎn)錄出的mRNA分子的平均壽命是不同的，有些mRNA編碼的蛋白質(zhì)是持續(xù)存在的,mRNA也較穩(wěn)定.如:RNaseⅢ識(shí)別一種特殊的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，將其裂解，使RNA能夠被其它RNA酶降解。而這種發(fā)夾結(jié)構(gòu)可能是其它RNA酶所不能破壞的。如果這種發(fā)夾結(jié)構(gòu)被保護(hù)，mRNA的壽命就延長(zhǎng)了。有些mRNA編碼的蛋白質(zhì)，本身就在蛋白質(zhì)翻譯過程中發(fā)揮作用的因子。這些因子可對(duì)自身的翻譯產(chǎn)生調(diào)控作用。1、核糖體蛋白在細(xì)菌中，每個(gè)核糖體含有約50種不同的蛋白質(zhì)，必須以同樣的速率合成，而且，合成這些蛋白質(zhì)的速率是與細(xì)胞增殖相適應(yīng)的。生長(zhǎng)條件的改變，可以導(dǎo)致所有核糖體組分的迅速增加或降低，翻譯水平調(diào)控在這些協(xié)調(diào)控制中起著關(guān)鍵作用。（三）翻譯產(chǎn)物對(duì)翻譯的調(diào)控

1、調(diào)整基因表達(dá)產(chǎn)物的類型

2、低水平表達(dá)基因的控制

（四）小分子RNA的調(diào)控作用主要有兩種類型：自我挑戰(zhàn)設(shè)計(jì)：學(xué)習(xí)了乳糖操縱子，那么您使用它來挑戰(zhàn)什么醫(yī)學(xué)問題呢？？幫助網(wǎng)站：

,...能否第三節(jié)真核生物基因表達(dá)的調(diào)控真核生物比原核生物基因表達(dá)的調(diào)控復(fù)雜得多。單細(xì)胞真核生物，如酵母基因表達(dá)的調(diào)控和原核生物表達(dá)的調(diào)控基本相同，主要通過及時(shí)調(diào)整酶系統(tǒng)基因的表達(dá)來適應(yīng)環(huán)境變化。而多細(xì)胞真核生物的機(jī)體只有少數(shù)基因的表達(dá)調(diào)控與外界環(huán)境變化直接有關(guān)，絕大多數(shù)的基因表達(dá)與生物體的發(fā)育、分化等生命現(xiàn)象密切相連。真核細(xì)胞是有核的細(xì)胞，其轉(zhuǎn)錄主要在核內(nèi)，翻譯則在細(xì)胞質(zhì)中有規(guī)律地進(jìn)行，而翻譯產(chǎn)物的分布、定位及功能活性調(diào)節(jié)也都是可控制的環(huán)節(jié)。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、翻譯水平和翻譯后水平。

真核生物基因表達(dá)在不同水平上進(jìn)行調(diào)節(jié)介紹1：

真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（一）

真核基因組結(jié)構(gòu)的龐大，大多為非編碼區(qū)（二）

形成染色體結(jié)構(gòu)，數(shù)目一定，二倍體（三）單順反子：一個(gè)基因只編碼一條多肽。（四）重復(fù)序列（五）斷裂基因（不連續(xù)性）:內(nèi)含子與外顯子有三種，分工不同，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)的因子較多。2、

真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)

轉(zhuǎn)錄起始仍是最基本環(huán)節(jié)。（一）

RNA聚合酶（二）

基因激活與染色體結(jié)構(gòu)變化（三）

正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)（四）轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行（五）

轉(zhuǎn)錄后修飾、加工（六）瞬時(shí)調(diào)控（可逆）和發(fā)育調(diào)控（不可逆）1、

對(duì)核酸酶敏感2、

DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化3、

DNA堿基修飾變化4、組蛋白變化原因有二：1、采用正性調(diào)節(jié)機(jī)制更有效2、采用負(fù)性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)真核細(xì)胞有細(xì)胞核及胞漿等區(qū)間分布，轉(zhuǎn)錄與翻譯在不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中進(jìn)行。3、真核生物mRNA結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：（1）5′末端有帽子結(jié)構(gòu)。（2）3′端絕大多數(shù)均帶有多聚腺苷酸尾巴，其長(zhǎng)度為20～30個(gè)腺苷酸。（3）分子中可能有修飾堿基，主要有甲基化。（4）分子中有編碼區(qū)與非編碼區(qū)。一、DNA水平的調(diào)控二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控三、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控四、翻譯水平的調(diào)控五、翻譯后水平的調(diào)控六、組織特異性表達(dá)和時(shí)相性本節(jié)學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容真核生物基因表達(dá)在DNA水平的調(diào)控主要通過一列幾種方式：1、染色質(zhì)的丟失一些低等生物（如線蟲等）的細(xì)胞發(fā)育過程中發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)丟失現(xiàn)象及高等動(dòng)物紅細(xì)胞在發(fā)育成熟過程中也有染色質(zhì)的丟失，都是一些不可逆的調(diào)控。2、基因擴(kuò)增（geneamplification）細(xì)胞在發(fā)育分化或環(huán)境改變時(shí)，對(duì)某種基因產(chǎn)物的需要量劇增，而單純靠調(diào)節(jié)其表達(dá)活性不足以滿足需要，只有增加這種基因的拷貝數(shù)（即基因的擴(kuò)增或基因放大）來滿足需要。這是調(diào)控基因表達(dá)活性的一種有效方式。非洲爪蟾卵母細(xì)胞rRNA基因卵裂時(shí)，擴(kuò)增4000倍，達(dá)1012個(gè)核糖體。一、DNA水平的調(diào)控3、基因重排（generearrangement）基因重排是指基因片段改變?cè)瓉泶嬖陧樞颍ㄟ^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?；蛑嘏攀荄NA水平調(diào)控的重要方式之一。如免疫球蛋白基因重排，多樣性4、DNA甲基化(DNAmethylation)：甲基化(methylated)程度高，基因表達(dá)降低；去甲基化(undermethylated)：基因表達(dá)增加5、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用組蛋白與DNA結(jié)合，可保護(hù)DNA免受損傷，維持基因組穩(wěn)定性，抑制基因的表達(dá)。去除組蛋白則基因轉(zhuǎn)錄活性增高。這種組蛋白與DNA結(jié)合與解離是真核基因表達(dá)調(diào)控的重要機(jī)制之一。轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是真核生物基因表達(dá)調(diào)控中重要的環(huán)節(jié)。調(diào)控作用主要是通過反式作用因子、順式作用元件和RNA聚合酶的相互作用來完成的。調(diào)控作用主要是反式作用因子結(jié)合順式作用元件后影響轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成。了解真核生物基因表達(dá)在轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，主要是了解反式作用因子的特點(diǎn)以及反式作用因子對(duì)轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控。二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控順式作用元件：指那些與結(jié)構(gòu)基因表達(dá)調(diào)控相關(guān)、能夠被基因調(diào)控蛋白特異性識(shí)別和結(jié)合的DNA序列。包括：?jiǎn)?dòng)子、上游啟動(dòng)子元件、增強(qiáng)子、終止子、沉默子、隔離子、加尾信號(hào)和一些反應(yīng)元件等。增強(qiáng)子

是一種能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式調(diào)控元件，最早是在SV40病毒中發(fā)現(xiàn)的長(zhǎng)約200bp的一段DNA，可使旁側(cè)的基因轉(zhuǎn)錄提高100倍，其后在多種真核生物，甚至在原核生物中都發(fā)現(xiàn)了增強(qiáng)子。增強(qiáng)子通常占100－200bp長(zhǎng)度，也和啟動(dòng)子一樣由若干組件構(gòu)成，基本核心組件常為8－12bp，可以單拷貝或多拷貝串連形式存在。增強(qiáng)子的作用有以下特點(diǎn)①增強(qiáng)子提高同一條DNA鏈上基因轉(zhuǎn)錄效率，可以遠(yuǎn)距離作用，通?？删嚯x1－4kb、個(gè)別情況下離開所調(diào)控的基因30kb仍能發(fā)揮作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。②增強(qiáng)子作用與其序列的正反方向無關(guān)，將增強(qiáng)子方向倒置依然能起作用。而將啟動(dòng)子倒就不能起作用，可見增強(qiáng)子與啟動(dòng)子是很不相同的。③增強(qiáng)子要有啟動(dòng)子才能發(fā)揮作用，沒有啟動(dòng)子存在，增強(qiáng)子不能表現(xiàn)活性。但增強(qiáng)子對(duì)啟動(dòng)子沒有嚴(yán)格的專一性，同一增強(qiáng)子可以影響不同類型啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄。例如當(dāng)含有增強(qiáng)子的病毒基因組整合入宿主細(xì)胞基因組時(shí)，能夠增強(qiáng)整合區(qū)附近宿主某些基因的轉(zhuǎn)錄；當(dāng)增強(qiáng)子隨某些染色體段落移位時(shí)，也能提高移到的新位置周圍基因的轉(zhuǎn)錄。使某些癌基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)增強(qiáng)，可能是腫瘤發(fā)生的因素之一。④增強(qiáng)子的作用機(jī)理雖然還不明確，但與其他順式調(diào)控元件一樣，必須與特定的蛋白質(zhì)因子結(jié)合后才能發(fā)揮增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄的作用。增強(qiáng)子一般具有組織或細(xì)胞特異性，許多增強(qiáng)子只在某些細(xì)胞或組織中表現(xiàn)活性，是由這些細(xì)胞或組織中具有的特異性蛋白質(zhì)因子所決定的。沉默子（silencer）：與增強(qiáng)子作用相反，能抑制上游或下游基因轉(zhuǎn)錄的DNA序列。隔離子（insulators）：真核基因組內(nèi)能限定獨(dú)立轉(zhuǎn)錄活性結(jié)構(gòu)域的DNA元件。無論是原核生物還是真核生物，在轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物形成過程中，RNA聚合酶（RNApol）與啟動(dòng)子的結(jié)合都是關(guān)鍵的一步。真核生物的RNApolⅠ、Ⅱ、Ⅲ，識(shí)別不同的啟動(dòng)子，需要不同的轉(zhuǎn)錄因子（transcriptionfactor,TF）：TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ。每一類又依發(fā)現(xiàn)先后命名為A、B……，如TFⅢA、TFⅢB等。真核生物的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成過程有三步：①TFⅡD結(jié)合TATA盒；②RNApol識(shí)別并結(jié)合TFⅡD-DNA復(fù)合物，形成的是閉合的復(fù)合物，DNA雙鏈沒有打開，尚不能啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄；③其它轉(zhuǎn)錄因子與RNApol結(jié)合，轉(zhuǎn)錄起始部位的DNA解鏈，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，或稱開放的復(fù)合物（opencomplex），開始轉(zhuǎn)錄。在轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程中，反式作用因子的作用主要是促進(jìn)或抑制TFⅡD與TATA盒結(jié)合、RNApol與TFⅡD-DNA復(fù)合物結(jié)合以及轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成。（一）轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成1、反式作用因子（trans-actingfactor）

真核細(xì)胞內(nèi)含有大量的序列特異性的DNA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，稱為反式作用因子，簡(jiǎn)稱反式因子，這是一類細(xì)胞核內(nèi)蛋白因子。在結(jié)構(gòu)上含有與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，是結(jié)合特異的DNA序列所必需的。反式作用因子在細(xì)胞中的數(shù)量很小，大約每3000個(gè)核小體中有一個(gè)分子，或每個(gè)哺乳類細(xì)胞中有104個(gè)左右。這些蛋白質(zhì)識(shí)別特定的DNA序列（通常8—15個(gè)核苷酸），與DNA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。在多細(xì)胞有機(jī)體中，不同的細(xì)胞類型具有不同的反式作用因子群體，引起每一細(xì)胞類型表達(dá)不同的成套基因。

（二）反式作用因子①一般具有三個(gè)功能結(jié)構(gòu)域：DNA識(shí)別結(jié)合域，轉(zhuǎn)錄活性域，結(jié)合其它蛋白的結(jié)合域。這些功能區(qū)含有幾十到幾百個(gè)氨基酸殘基。②能識(shí)別并結(jié)合上游調(diào)控區(qū)中的順式作用元件。③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)。具有正性調(diào)節(jié)作用的反式因子和相應(yīng)的順式元件結(jié)合后，可能還要通過與RNA聚合酶或其它反式因子與相應(yīng)的順式元件結(jié)合后才能產(chǎn)生效應(yīng)。2、反式作用因子的主要特點(diǎn)3、反式作用因子結(jié)構(gòu)域的模式（1）DNA結(jié)合域（DNA-bindingdomain）①鋅指結(jié)構(gòu)（zincfingermotif）指在結(jié)合DNA的結(jié)構(gòu)域中含有較多的半胱氨酸和組氨酸的區(qū)域，借肽鏈的彎曲使2個(gè)Cys和2個(gè)His或4個(gè)Cys與一個(gè)鋅離子絡(luò)合成的指狀結(jié)構(gòu)。②同源結(jié)構(gòu)域（homodomain,HD）指在結(jié)合DNA的結(jié)構(gòu)域中的一段保守序列，由60個(gè)左右氨基酸組成的螺旋-回折-螺旋結(jié)構(gòu)。③亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)在結(jié)合DNA結(jié)構(gòu)域中有一段約由30個(gè)氨基酸組成的核心序列，可形成兩性α-螺旋。在螺旋的一側(cè)以帶電荷的氨基酸殘基為主，具有親水性，另一側(cè)是排列成行的亮氨酸，具有疏水性，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作用形成亮氨酸拉鏈。④螺旋-環(huán)-螺旋（helix-loop-helix,HLH）結(jié)構(gòu)100～200個(gè)氨基酸的肽段，具有兩個(gè)能形成兩性α-螺旋的區(qū)域。螺旋-環(huán)-螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（2）轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域（transcriptionalactivationdomain）②富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域（glatamine-richdomain）⑤堿性α-螺旋（alkaline