第13章基因表達(dá)調(diào)控

1、第第13章章基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控Regulation of Gene Expression 基因表達(dá)調(diào)控是分子生物學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究課題，是運(yùn)基因表達(dá)調(diào)控是分子生物學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究課題，是運(yùn)用各種分子生物學(xué)技術(shù)用各種分子生物學(xué)技術(shù)(包括基因工程的技術(shù)包括基因工程的技術(shù))，再結(jié)合細(xì)，再結(jié)合細(xì)胞生物學(xué)、分子遺傳學(xué)及發(fā)育胚胎學(xué)等領(lǐng)域的原理和技術(shù)，胞生物學(xué)、分子遺傳學(xué)及發(fā)育胚胎學(xué)等領(lǐng)域的原理和技術(shù)，研究細(xì)胞或個(gè)體生長(zhǎng)過(guò)程中基因表達(dá)的方式、規(guī)律及其調(diào)研究細(xì)胞或個(gè)體生長(zhǎng)過(guò)程中基因表達(dá)的方式、規(guī)律及其調(diào)節(jié)機(jī)制，以及這些表達(dá)規(guī)律、調(diào)節(jié)機(jī)制與發(fā)育分化、個(gè)體節(jié)機(jī)制，以及這些表達(dá)規(guī)律、調(diào)節(jié)機(jī)制與發(fā)育分化、個(gè)體適應(yīng)

2、環(huán)境的關(guān)系。適應(yīng)環(huán)境的關(guān)系。 第一節(jié)第一節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的基本規(guī)律及相關(guān)概念基因表達(dá)調(diào)控的基本規(guī)律及相關(guān)概念1.1.基因表達(dá)的概念基因表達(dá)的概念2.2.基因表達(dá)是受到調(diào)控的基因表達(dá)是受到調(diào)控的3.3.基因表達(dá)調(diào)控的基本規(guī)律基因表達(dá)調(diào)控的基本規(guī)律4.4.基因表達(dá)的方式基因表達(dá)的方式1.1.基因表達(dá)的概念基因表達(dá)的概念 是指在各種調(diào)節(jié)機(jī)制控制下，從基因激活開(kāi)始，經(jīng)歷轉(zhuǎn)是指在各種調(diào)節(jié)機(jī)制控制下，從基因激活開(kāi)始，經(jīng)歷轉(zhuǎn)錄、翻譯等過(guò)程產(chǎn)生具有生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子，從而錄、翻譯等過(guò)程產(chǎn)生具有生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子，從而賦予細(xì)胞一定的功能或表型，或使生物體獲得一定的遺傳賦予細(xì)胞一定的功能或表型，或使生物體

3、獲得一定的遺傳性狀。性狀。簡(jiǎn)單地說(shuō)，基因表達(dá)就是指基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的過(guò)程，簡(jiǎn)單地說(shuō)，基因表達(dá)就是指基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的過(guò)程，即：生成具有生物學(xué)功能產(chǎn)物的過(guò)程。即：生成具有生物學(xué)功能產(chǎn)物的過(guò)程。廣義上說(shuō)，編碼廣義上說(shuō)，編碼rRNArRNA和和tRNAtRNA的基因，轉(zhuǎn)錄生成的基因，轉(zhuǎn)錄生成rRNArRNA和和tRNAtRNA，無(wú)翻譯過(guò)，無(wú)翻譯過(guò)程，也屬基因表達(dá)。程，也屬基因表達(dá)。 基因表達(dá)基因表達(dá)(gene expression) 生物體基因數(shù)量很多，但在某一特定時(shí)期只有一小部分生物體基因數(shù)量很多，但在某一特定時(shí)期只有一小部分基因處于活化狀態(tài)，能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄基因處于活化狀態(tài)，能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄( (例如，真核細(xì)胞

4、約例如，真核細(xì)胞約2%2%5 5基因具轉(zhuǎn)錄活性基因具轉(zhuǎn)錄活性) )。因此，機(jī)體內(nèi)存在著復(fù)雜的調(diào)節(jié)機(jī)因此，機(jī)體內(nèi)存在著復(fù)雜的調(diào)節(jié)機(jī)制，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。制，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)?；虮磉_(dá)調(diào)控的意義在于通過(guò)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控的意義在于通過(guò)調(diào)控基因表達(dá)，使生物體適應(yīng)環(huán)境、調(diào)節(jié)代謝、維持機(jī)體的生基因表達(dá)，使生物體適應(yīng)環(huán)境、調(diào)節(jié)代謝、維持機(jī)體的生長(zhǎng)與繁殖。長(zhǎng)與繁殖。 2.2.基因表達(dá)是受到調(diào)控的基因表達(dá)是受到調(diào)控的 無(wú)論是真核生物還是原核生物，其基無(wú)論是真核生物還是原核生物，其基因的表達(dá)都遵循一定的規(guī)律，即因的表達(dá)都遵循一定的規(guī)律，即基因表達(dá)基因表達(dá)具有時(shí)間特異性和空間特異性。具有時(shí)間特異性和空間特異性。3.3.

5、基因表達(dá)調(diào)控的基本規(guī)律基因表達(dá)調(diào)控的基本規(guī)律（1 1）時(shí)間特異性）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(chēng)之為基因表達(dá)的定的時(shí)間順序發(fā)生，稱(chēng)之為基因表達(dá)的時(shí)間時(shí)間特異性特異性(temporal specificity)。 多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱(chēng)多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱(chēng)階段階段特異性特異性(stage specificity)。（2）空間特異性）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

6、的，所以空間特異性又稱(chēng)所以空間特異性又稱(chēng)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(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)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(chēng)之為基因表達(dá)的稱(chēng)之為基因表達(dá)的空間特異性空間特異性(spatial specificity)。4.4.基因表達(dá)的方式基因表達(dá)的方式按對(duì)刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為：按對(duì)刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為： 基本（或組成性）表達(dá)基本（或組成性）表達(dá) 誘導(dǎo)或阻遏表達(dá)誘導(dǎo)或阻遏表達(dá)（1 1）基本（或組成性）表達(dá)）基本（或組成性）表達(dá) 某些基因在一個(gè)

7、個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞某些基因在一個(gè)個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，通常被稱(chēng)為中持續(xù)表達(dá)，通常被稱(chēng)為管家基因管家基因(housekeeping gene)。 無(wú)論表達(dá)水平高低，管家基因較少受環(huán)無(wú)論表達(dá)水平高低，管家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階段境因素影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。區(qū)別于其他基因，這類(lèi)基或變化很小。區(qū)別于其他基因，這類(lèi)基因 表 達(dá) 被 視 為因 表 達(dá) 被 視 為 組 成 性 基 因 表 達(dá)組 成 性 基 因 表 達(dá)(constitutive gene expression)。（2 2）誘導(dǎo)和

8、阻遏表達(dá)）誘導(dǎo)和阻遏表達(dá) 在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱(chēng)為基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱(chēng)為可誘導(dǎo)基可誘導(dǎo)基因因( (inducible gene) )。 可誘導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過(guò)程，可誘導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過(guò)程，稱(chēng)為稱(chēng)為誘導(dǎo)誘導(dǎo)(induction)。 如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答是被抑制，這種基如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答是被抑制，這種基因是因是可阻遏基因可阻遏基因(repressible gene)。可阻遏。可阻遏基因表達(dá)產(chǎn)物水平降低的過(guò)程稱(chēng)為基因表達(dá)產(chǎn)物水平降低的過(guò)程稱(chēng)為阻遏阻遏(repression)。5

9、.5.基因表達(dá)調(diào)控的意義基因表達(dá)調(diào)控的意義（1 1）以適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖）以適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖生物體所處的內(nèi)、外環(huán)境是在不斷變化的。通過(guò)一生物體所處的內(nèi)、外環(huán)境是在不斷變化的。通過(guò)一定的程序調(diào)控基因的表達(dá)，可使生物體表達(dá)出合適的蛋定的程序調(diào)控基因的表達(dá)，可使生物體表達(dá)出合適的蛋白質(zhì)分子，以便更好地適應(yīng)環(huán)境，維持其生長(zhǎng)和增殖。白質(zhì)分子，以便更好地適應(yīng)環(huán)境，維持其生長(zhǎng)和增殖。 （2 2）以維持細(xì)胞分化與個(gè)體發(fā)育）以維持細(xì)胞分化與個(gè)體發(fā)育在多細(xì)胞個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育的不同階段，或同一生長(zhǎng)在多細(xì)胞個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育的不同階段，或同一生長(zhǎng)發(fā)育階段，不同組織器官內(nèi)蛋白質(zhì)分子分布、種類(lèi)和含發(fā)育階段，不同組

10、織器官內(nèi)蛋白質(zhì)分子分布、種類(lèi)和含量存在很大差異，這些差異是調(diào)節(jié)細(xì)胞表型的關(guān)鍵。量存在很大差異，這些差異是調(diào)節(jié)細(xì)胞表型的關(guān)鍵。 二二. .基因表達(dá)調(diào)控的基本原理基因表達(dá)調(diào)控的基本原理1.1.基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控 基因表達(dá)調(diào)控是在多級(jí)水平上進(jìn)行的，從基因激活至蛋白基因表達(dá)調(diào)控是在多級(jí)水平上進(jìn)行的，從基因激活至蛋白質(zhì)合成，至少有下述幾個(gè)環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的濃度質(zhì)合成，至少有下述幾個(gè)環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的濃度 : :基因激活基因激活拷貝數(shù)拷貝數(shù)重排重排甲基化程度甲基化程度轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工mRNA降解降解最重要的是轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控最重要的是轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控蛋白質(zhì)翻譯蛋

11、白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾翻譯后加工修飾蛋白質(zhì)降解等蛋白質(zhì)降解等第二節(jié)第二節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的基本原理基因表達(dá)調(diào)控的基本原理2. 2. 原核生物以操縱子為單位進(jìn)行調(diào)節(jié)原核生物以操縱子為單位進(jìn)行調(diào)節(jié) 蛋白質(zhì)因子蛋白質(zhì)因子特異特異DNA序列序列編碼序列編碼序列 啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列 操縱序列操縱序列 其他調(diào)節(jié)序列其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator) 操縱子操縱子(operon)是由功能上相關(guān)的一組基因在染色體上是由功能上相關(guān)的一組基因在染色體上串聯(lián)，共同構(gòu)成的一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。通常一個(gè)操縱子含有一串聯(lián)，共同構(gòu)成的一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。通常一個(gè)操縱子含有一個(gè)啟動(dòng)序列及數(shù)個(gè)編碼基因個(gè)啟動(dòng)序列及數(shù)個(gè)編碼基因(

12、26個(gè)，甚至更多個(gè)，甚至更多)，還有其，還有其它調(diào)節(jié)序列。它調(diào)節(jié)序列。 （2 2）操縱序列）操縱序列 阻遏蛋白阻遏蛋白( (repressor) )的結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)合位點(diǎn)當(dāng)操縱序列結(jié)合有當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白阻遏蛋白時(shí)，會(huì)阻礙時(shí)，會(huì)阻礙RNA聚合酶與啟聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，或是動(dòng)序列的結(jié)合，或是RNA聚合酶不能沿聚合酶不能沿DNA向前移動(dòng)向前移動(dòng) ，阻礙，阻礙轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列編碼序列編碼序列操縱序列操縱序列pol阻遏蛋白阻遏蛋白是是RNA聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異特異DNA序列。序列。（1 1）啟動(dòng)序列）啟動(dòng)序列（3 3）其他調(diào)節(jié)序列、調(diào)節(jié)蛋白）其他調(diào)節(jié)序列

13、、調(diào)節(jié)蛋白 激活蛋白激活蛋白(activator)可結(jié)合啟動(dòng)序列鄰近的可結(jié)合啟動(dòng)序列鄰近的DNA序列，促序列，促進(jìn)進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，增強(qiáng)聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶活性。聚合酶活性。3.3.真核生物的轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)：真核生物的轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)： 順式作用元件與反式作用因子的相互作用決定基因是否轉(zhuǎn)錄順式作用元件與反式作用因子的相互作用決定基因是否轉(zhuǎn)錄 （1）順式作用元件）順式作用元件(cis-acting element)可影響自身基因表達(dá)活性的可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列序列 不同真核生物的順式作用元件中發(fā)現(xiàn)一些共有序列，如不同真核生物的順式作用元件中發(fā)現(xiàn)一些共有序列

14、，如TATA盒、盒、CAAT盒等，這些共有序列是盒等，這些共有序列是RNA聚合酶或特異聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。（2）反式作用因子）反式作用因子(trans-acting factor) 直接或間接與直接或間接與DNA的順式作用元件識(shí)別、結(jié)合的蛋白質(zhì)因子。的順式作用元件識(shí)別、結(jié)合的蛋白質(zhì)因子。啟動(dòng)子啟動(dòng)子真核基因啟動(dòng)子是真核基因啟動(dòng)子是RNA聚合酶結(jié)合位聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周?chē)囊唤M轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一點(diǎn)周?chē)囊唤M轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個(gè)個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個(gè)以上的以及一個(gè)以上的功能組件功能組件。TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒（1）順式作用元件）順式作用元件

15、CCAAT盒盒GC盒盒TATA盒盒轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)高等真核生物高等真核生物上游激活序上游激活序列（列（UAS）TATA盒盒轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)酵母酵母真核基因啟動(dòng)子的典型結(jié)構(gòu)真核基因啟動(dòng)子的典型結(jié)構(gòu)增強(qiáng)子增強(qiáng)子(enhancer)指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基因的時(shí)間、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)錄活性的空間特異性、增強(qiáng)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列。其發(fā)揮作用的方式通常與方向、距離序列。其發(fā)揮作用的方式通常與方向、距離無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。 沉默子沉默子(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。異

16、蛋白因子時(shí)，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。 還有蛋白質(zhì)因子可特異識(shí)別、結(jié)合自身還有蛋白質(zhì)因子可特異識(shí)別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá)，調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá)，稱(chēng)稱(chēng)順式作用順式作用。 由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通過(guò)與另一基因的特異的順式作用元件相過(guò)與另一基因的特異的順式作用元件相互作用，調(diào)節(jié)其表達(dá)。這種調(diào)節(jié)作用稱(chēng)互作用，調(diào)節(jié)其表達(dá)。這種調(diào)節(jié)作用稱(chēng)為為反式作用反式作用。 1 1）反式作用因子的作用方式：）反式作用因子的作用方式：（2）反式作用因子）反式作用因子(trans-acting factor) cDNAaDNA反式調(diào)節(jié)反式調(diào)節(jié)C順式調(diào)

17、節(jié)順式調(diào)節(jié) mRNA C蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)CbA mRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)AA圖圖13-3 反式與順式作用蛋白反式與順式作用蛋白2 2）反式作用因子的分類(lèi)（按功能特性）反式作用因子的分類(lèi)（按功能特性）基本轉(zhuǎn)錄因子基本轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors)是是RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子所必需的一組蛋白因子，決聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子所必需的一組蛋白因子，決定三種定三種RNA(mRNA、tRNA及及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類(lèi)別。轉(zhuǎn)錄的類(lèi)別。特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子(special transcription factors)為個(gè)別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時(shí)間、空間特為個(gè)別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定

18、該基因的時(shí)間、空間特異性表達(dá)。異性表達(dá)。 轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄激活因子 轉(zhuǎn)錄抑制因子轉(zhuǎn)錄抑制因子3 3）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的結(jié)構(gòu)）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合域結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域轉(zhuǎn)錄激活域TF蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)結(jié)合域蛋白質(zhì)結(jié)合域（二聚化結(jié)構(gòu)域）（二聚化結(jié)構(gòu)域） 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域最常見(jiàn)的最常見(jiàn)的DNA結(jié)合域：結(jié)合域：鋅指鋅指(zinc finger)常結(jié)合常結(jié)合GC盒盒a a-螺旋螺旋常結(jié)合常結(jié)合CAAT盒盒堿性螺旋堿性螺旋- -環(huán)環(huán)- -螺旋螺旋堿性亮氨酸拉鏈堿性亮氨酸拉鏈 反式作用因子與順式作用元件之間的特異識(shí)別及反式作用因子與順式作用元件之間的

19、特異識(shí)別及結(jié)合通常是非共價(jià)結(jié)合，被識(shí)別的結(jié)合通常是非共價(jià)結(jié)合，被識(shí)別的DNA結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)通常呈對(duì)稱(chēng)、或不完全對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。通常呈對(duì)稱(chēng)、或不完全對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。 絕大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)合絕大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)合DNA前，需通過(guò)蛋白質(zhì)前，需通過(guò)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，形成蛋白質(zhì)相互作用，形成二聚體二聚體(dimer)或或多聚體多聚體(polymer)。第三節(jié)第三節(jié) 原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)的主要環(huán)節(jié)在調(diào)節(jié)的主要環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)錄起始。轉(zhuǎn)錄起始。1.1.原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的特點(diǎn)原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄與翻譯兩過(guò)程緊密偶聯(lián)。因原核細(xì)胞無(wú)核轉(zhuǎn)錄與翻譯兩過(guò)程緊密偶聯(lián)。因原核細(xì)胞無(wú)核 膜，所以膜，所以轉(zhuǎn)錄與翻譯過(guò)

20、程是緊密偶聯(lián)的。轉(zhuǎn)錄與翻譯過(guò)程是緊密偶聯(lián)的。功能相關(guān)的多個(gè)基因成簇串聯(lián)，形成操縱子，眾多基因功能相關(guān)的多個(gè)基因成簇串聯(lián)，形成操縱子，眾多基因在同一操縱子控制下共同開(kāi)啟或關(guān)閉。在同一操縱子控制下共同開(kāi)啟或關(guān)閉。操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制中普遍存在阻遏蛋白介導(dǎo)的負(fù)性調(diào)節(jié)。操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制中普遍存在阻遏蛋白介導(dǎo)的負(fù)性調(diào)節(jié)。因操縱子內(nèi)多個(gè)基因串聯(lián)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為多順?lè)醋右虿倏v子內(nèi)多個(gè)基因串聯(lián)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為多順?lè)醋觤RNA，即多個(gè)功能相關(guān)的基因串聯(lián)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在一條即多個(gè)功能相關(guān)的基因串聯(lián)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在一條mRNA上，上，翻譯產(chǎn)物為多個(gè)多肽鏈。翻譯產(chǎn)物為多個(gè)多肽鏈。轉(zhuǎn)錄起始是基因表達(dá)調(diào)控的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)錄起始是基因表達(dá)調(diào)控的最

21、關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 原核生物絕大多數(shù)基因按功能相關(guān)性成簇原核生物絕大多數(shù)基因按功能相關(guān)性成簇地串聯(lián)、密集于染色體上，共同組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄地串聯(lián)、密集于染色體上，共同組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位單位操縱子（操縱子（operon）。一個(gè)操縱子只含一）。一個(gè)操縱子只含一個(gè)啟動(dòng)序列（個(gè)啟動(dòng)序列（promoter）及數(shù)個(gè)可轉(zhuǎn)錄的編碼）及數(shù)個(gè)可轉(zhuǎn)錄的編碼基因。通常，這些編碼基因可轉(zhuǎn)錄出多順?lè)醋踊?。通常，這些編碼基因可轉(zhuǎn)錄出多順?lè)醋觤RNA。原核基因的協(xié)調(diào)表達(dá)就是通過(guò)調(diào)控單。原核基因的協(xié)調(diào)表達(dá)就是通過(guò)調(diào)控單個(gè)啟動(dòng)基因的活性來(lái)完成的。個(gè)啟動(dòng)基因的活性來(lái)完成的。 2. 2. 操縱子調(diào)控模式在原核基因轉(zhuǎn)錄起始操縱子調(diào)控模式在原核基因轉(zhuǎn)

22、錄起始的調(diào)節(jié)中具有普遍性的調(diào)節(jié)中具有普遍性（1）乳糖操縱子乳糖操縱子(lac operon)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列操縱序列操縱序列 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y： 透酶透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA以乳糖操縱子為例介紹操縱子的調(diào)控模式以乳糖操縱子為例介紹操縱子的調(diào)控模式mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒(méi)有乳糖存在時(shí)沒(méi)有乳糖存在時(shí)（2）乳糖操縱子受阻遏蛋白和乳糖操縱子受阻遏蛋白和CAP的雙重調(diào)節(jié)的雙重調(diào)節(jié)阻遏基因阻遏基因阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)有乳糖存在

23、時(shí)IDNAZYAOPpol啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶圖圖13-4 13-4 laclac 操縱子與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)操縱子與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)+ + + + + + + + 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄無(wú)葡萄糖，無(wú)葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)濃度高時(shí)有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)濃度低時(shí)CAP的正性調(diào)節(jié)的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié) 當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對(duì)該系統(tǒng)不能對(duì)該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用。發(fā)揮作用。 如無(wú)如無(wú)CAP存在，即使沒(méi)有阻遏蛋白與操縱序存在，即使沒(méi)有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活

24、性。列結(jié)合，操縱子仍無(wú)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有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對(duì)先利用葡萄糖。葡萄糖對(duì) lac 操縱子的阻遏作操縱子的阻遏作用稱(chēng)用稱(chēng)分解代謝阻遏分解代謝阻遏(catabolic repression)。 mRNA低半乳糖時(shí)低半乳糖時(shí)高半乳糖時(shí)高半乳糖時(shí) 葡萄糖低葡萄糖低 cAMP濃度高濃度高 葡萄糖高葡萄糖高cAMP濃度低濃度低RNA-polOOOO第四節(jié)第四節(jié) 真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)1 1、真核基因組具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、真核基因組具有獨(dú)特

25、的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大 哺乳類(lèi)動(dòng)物基因組哺乳類(lèi)動(dòng)物基因組DNA 約約 3109堿基對(duì)，人編碼基因堿基對(duì)，人編碼基因約約4萬(wàn)個(gè)，編碼序列僅占總長(zhǎng)的萬(wàn)個(gè)，編碼序列僅占總長(zhǎng)的1%。（2）真核基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順?lè)醋樱┱婧嘶蜣D(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順?lè)醋?monocistron) （3）真核基因組含有大量的重復(fù)序列）真核基因組含有大量的重復(fù)序列（4）真核基因中存在非編碼序列和間隔區(qū)，即具有不連續(xù)性）真核基因中存在非編碼序列和間隔區(qū)，即具有不連續(xù)性2 2、真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)、真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)（1）真核細(xì)胞內(nèi)含有多種）真核細(xì)胞內(nèi)含有多種RNA聚合酶聚合酶真核真核RNA聚合酶有

26、三種，即聚合酶有三種，即RNA pol I、II及及 III，分別負(fù)責(zé)三種，分別負(fù)責(zé)三種RNA轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。 （2）處于轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化）處于轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化1）對(duì)核酸酶敏感：）對(duì)核酸酶敏感：活化基因常有超敏位點(diǎn)，位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)附近?；罨虺Ｓ谐粑稽c(diǎn)，位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)附近。2）DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化：天然雙鏈天然雙鏈DNA均以負(fù)性超螺旋構(gòu)均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在；基因活化后變?yōu)檎猿菪龢?gòu)象。象存在；基因活化后變?yōu)檎猿菪龢?gòu)象。3）DNA堿基的甲基化修飾變化：堿基的甲基化修飾變化：真核真核DNA約有約有5%的胞嘧啶被甲基化，的胞嘧啶被甲基化，甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。4）組蛋白變化：）組蛋白變化：富含富含Lys組蛋白水平降低；組蛋白水平降低；H2AH2B二聚體不穩(wěn)定性增加；二聚體不穩(wěn)定性增加；組蛋白組蛋白H3、H4發(fā)生乙酰化、甲基化或磷酸化修飾。發(fā)生乙?；⒓谆蛄姿峄揎?。 （3）在真核基因表達(dá)調(diào)控中以正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)）在真核基因表達(dá)調(diào)控中以正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo) 采用正性調(diào)節(jié)機(jī)制更精確采用正性調(diào)節(jié)機(jī)制更精確：一個(gè)負(fù)性調(diào)節(jié)元件的結(jié)合足可阻斷：一個(gè)負(fù)性調(diào)節(jié)元件的