生物化學(xué)課件13講解學(xué)習(xí)

1、生物化學(xué)課件1313.1.1 基本概念基本概念n基因（基因（gene）是指一段編碼蛋白質(zhì)多肽）是指一段編碼蛋白質(zhì)多肽鏈和功能鏈和功能RNA的的DNA。n基因表達(dá)（基因表達(dá)（gene expression）是指在某）是指在某一基因指導(dǎo)下蛋白質(zhì)的合成過(guò)程。一基因指導(dǎo)下蛋白質(zhì)的合成過(guò)程。n對(duì)這個(gè)過(guò)程的調(diào)節(jié)即為基因表達(dá)調(diào)節(jié)對(duì)這個(gè)過(guò)程的調(diào)節(jié)即為基因表達(dá)調(diào)節(jié)（regulation of gene expression）。）。13.1.2 基因表達(dá)的規(guī)律基因表達(dá)的規(guī)律n一種生物含有大量的基因，這些基因在一種生物含有大量的基因，這些基因在生命活動(dòng)過(guò)程中并不都是一齊開放表達(dá)，生命活動(dòng)過(guò)程中并不都是一齊開放表達(dá)，

2、而是在有些時(shí)候，一些基因進(jìn)行表達(dá)，而是在有些時(shí)候，一些基因進(jìn)行表達(dá)，另一些基因則關(guān)閉。另一些基因則關(guān)閉。n基因表達(dá)表現(xiàn)為嚴(yán)格的規(guī)律性，即時(shí)間基因表達(dá)表現(xiàn)為嚴(yán)格的規(guī)律性，即時(shí)間特異性、空間特異性。特異性、空間特異性。 按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按照特定按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按照特定的時(shí)間順序發(fā)生，這就是基因表達(dá)的時(shí)間特異性。在的時(shí)間順序發(fā)生，這就是基因表達(dá)的時(shí)間特異性。在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程某種基因產(chǎn)物在個(gè)體內(nèi)按不同組織空個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程某種基因產(chǎn)物在個(gè)體內(nèi)按不同組織空間順序地出現(xiàn)，這就是基因表達(dá)的空間特異性。間順序地出現(xiàn)，這就是基因表達(dá)的空間特異性。 n例如：母牛只有在分娩小牛后才

3、開始泌例如：母牛只有在分娩小牛后才開始泌乳時(shí)，乳腺中的各種蛋白質(zhì)基因也只有乳時(shí)，乳腺中的各種蛋白質(zhì)基因也只有在這時(shí)才開始表達(dá)產(chǎn)生各種乳蛋白。在這時(shí)才開始表達(dá)產(chǎn)生各種乳蛋白。n生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中更為明顯，許多基因只生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中更為明顯，許多基因只有在特定的時(shí)間和空間才進(jìn)行表達(dá)，其有在特定的時(shí)間和空間才進(jìn)行表達(dá)，其余時(shí)間或空間這些基因則關(guān)閉。余時(shí)間或空間這些基因則關(guān)閉。 13.1.3 基因表達(dá)的方式基因表達(dá)的方式n13.1.3.1 組成性表達(dá)組成性表達(dá)n13.1.3.2 誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)誘導(dǎo)和阻遏表達(dá) 13.1.3.1 組成性表達(dá)組成性表達(dá)n有些基因產(chǎn)物在生命全過(guò)程都是必需的，通有些基因產(chǎn)物在生命全過(guò)

4、程都是必需的，通常把在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)常把在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)的基因稱為表達(dá)的基因稱為管家基因管家基因（housekeeping gene）。）。n管家基因很少受環(huán)境變化影響，在個(gè)體各個(gè)管家基因很少受環(huán)境變化影響，在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階段的幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)或變化生長(zhǎng)階段的幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)或變化很小，這類基因的表達(dá)方式稱為很小，這類基因的表達(dá)方式稱為組成性基因組成性基因表達(dá)表達(dá)（constitutive gene expression）。）。n這類基因表達(dá)只受啟動(dòng)子序列或啟動(dòng)子與這類基因表達(dá)只受啟動(dòng)子序列或啟動(dòng)子與RNA聚合酶聚合酶相互作用的影響，而不受其

5、他機(jī)制調(diào)節(jié)。組成性基因相互作用的影響，而不受其他機(jī)制調(diào)節(jié)。組成性基因表達(dá)水平的表達(dá)水平的“不變不變”是相對(duì)的。是相對(duì)的。13.1.3.2 誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)n有一些基因表達(dá)極易受環(huán)境變化的影響，在特有一些基因表達(dá)極易受環(huán)境變化的影響，在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，這類基因表達(dá)水平可呈現(xiàn)定環(huán)境信號(hào)刺激下，這類基因表達(dá)水平可呈現(xiàn)升高或降低的現(xiàn)象。升高或降低的現(xiàn)象。n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，這種表達(dá)方式稱為基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種表達(dá)方式稱為誘導(dǎo)表誘導(dǎo)表達(dá)（達(dá)（induction expression）。反之，有些基因的。反之

6、，有些基因的表 達(dá) 表 現(xiàn) 為 關(guān) 閉 或 下 降 ， 稱 為表 達(dá) 表 現(xiàn) 為 關(guān) 閉 或 下 降 ， 稱 為 阻 遏 表 達(dá)阻 遏 表 達(dá)（repression expression）。n在生物體內(nèi)，各種代謝途徑有條不紊地進(jìn)行，則是在一在生物體內(nèi)，各種代謝途徑有條不紊地進(jìn)行，則是在一定機(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)，稱為表達(dá)，稱為協(xié)調(diào)表達(dá)（協(xié)調(diào)表達(dá)（coordinance expression）。 13.1.4 基因表達(dá)調(diào)節(jié)的基本原理基因表達(dá)調(diào)節(jié)的基本原理n13.1.4.1 特異特異DNA序列對(duì)基因轉(zhuǎn)錄激活序列對(duì)基因轉(zhuǎn)錄激

7、活 的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)n 13.1.4.2 調(diào)節(jié)蛋白對(duì)轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)蛋白對(duì)轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)n13.1.4.3 影響影響RNARNA聚合酶活性聚合酶活性n對(duì)于一個(gè)基因編碼產(chǎn)物對(duì)于一個(gè)基因編碼產(chǎn)物蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)，可以在蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)，可以在7 7個(gè)個(gè)水平上進(jìn)行調(diào)節(jié)：基因活化、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄后加工、水平上進(jìn)行調(diào)節(jié)：基因活化、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄后加工、mRNAmRNA降解、蛋白質(zhì)的翻譯、翻譯后加工修飾及蛋白質(zhì)降解、蛋白質(zhì)的翻譯、翻譯后加工修飾及蛋白質(zhì)的降解。的降解。 基因的表達(dá)最為有效的調(diào)控表現(xiàn)在兩個(gè)層基因的表達(dá)最為有效的調(diào)控表現(xiàn)在兩個(gè)層次上：次上： 第一：是控制從第一：是控制從 DNA 模板上轉(zhuǎn)錄模板上轉(zhuǎn)錄 mRN

8、A 的的速度。速度。 從而免去從從而免去從 mRNA mRNA 合成蛋白所需的各種材料，是合成蛋白所需的各種材料，是十分經(jīng)濟(jì)的。這種調(diào)控通常稱為轉(zhuǎn)錄水平（十分經(jīng)濟(jì)的。這種調(diào)控通常稱為轉(zhuǎn)錄水平（transcription transcription levellevel）的調(diào)控。）的調(diào)控。 第二：是控制從第二：是控制從 mRNA 翻譯成翻譯成 多肽鏈多肽鏈 的速的速度。度。 稱為稱為 翻譯水平（翻譯水平（translational leveltranslational level）的調(diào)控。大多）的調(diào)控。大多數(shù)生物多采用轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，翻譯水平調(diào)控較少。數(shù)生物多采用轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，翻譯水平調(diào)控較少

9、。 13.2 原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)n13.2.1 原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的特點(diǎn)原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的特點(diǎn)n13.2.2 乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制n13.2.3 其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機(jī)制其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機(jī)制13.2.1 原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的特點(diǎn)原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的特點(diǎn)n（1）因子決定因子決定RNA聚合酶識(shí)別特異性。聚合酶識(shí)別特異性。n（2）操縱子模型的普遍性。）操縱子模型的普遍性。n（3）阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性 。操縱子（操縱子（operon）：）：是指原核生物基因是指原核生物基因組的一個(gè)表達(dá)調(diào)控序列，它包括參與同一代謝途徑組的一個(gè)表達(dá)調(diào)控序列，它包括

10、參與同一代謝途徑的幾個(gè)酶的基因，編碼在一起形成一個(gè)特殊轉(zhuǎn)錄單的幾個(gè)酶的基因，編碼在一起形成一個(gè)特殊轉(zhuǎn)錄單位（結(jié)構(gòu)基因，位（結(jié)構(gòu)基因，structural gene），及在結(jié)構(gòu)基因前），及在結(jié)構(gòu)基因前面的調(diào)節(jié)基因（面的調(diào)節(jié)基因（regulatory gene，R）、操縱基因）、操縱基因（operator，O）和啟動(dòng)基因（）和啟動(dòng)基因（promoter，P）。）。結(jié)構(gòu)基因操縱基因調(diào)節(jié)基因啟動(dòng)基因操縱子的作用操縱子的作用: 當(dāng)代謝需要當(dāng)代謝需要 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 表達(dá)酶時(shí)，操縱子表達(dá)酶時(shí)，操縱子即開放，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成即開放，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成 mRNA 并表達(dá)為并表達(dá)為 酶酶 參加代謝。如果不需要時(shí)

11、，結(jié)構(gòu)基因不被參加代謝。如果不需要時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不被轉(zhuǎn)錄，或以很低的速度進(jìn)行。這是一個(gè)典型轉(zhuǎn)錄，或以很低的速度進(jìn)行。這是一個(gè)典型的轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控模式。的轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控模式。 13.2.2 乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制 乳糖操縱子的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象乳糖操縱子的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象: 當(dāng)大腸桿菌在葡萄糖培當(dāng)大腸桿菌在葡萄糖培養(yǎng)基中生長(zhǎng)時(shí)，它不能代謝乳糖。因?yàn)槿鄙偎仞B(yǎng)基中生長(zhǎng)時(shí)，它不能代謝乳糖。因?yàn)槿鄙偎匦璧拿浮．?dāng)生長(zhǎng)在沒(méi)有葡萄糖而只有乳糖的培養(yǎng)需的酶。當(dāng)生長(zhǎng)在沒(méi)有葡萄糖而只有乳糖的培養(yǎng)基中時(shí)，代謝乳糖的酶量增加近基中時(shí)，代謝乳糖的酶量增加近1000倍，可代謝倍，可代謝乳糖。乳糖。 如果此時(shí)在培養(yǎng)基中又加入一

12、些葡萄糖，培如果此時(shí)在培養(yǎng)基中又加入一些葡萄糖，培養(yǎng)基中既有乳糖又有葡萄糖，則乳糖的代謝又停養(yǎng)基中既有乳糖又有葡萄糖，則乳糖的代謝又停止，大腸桿菌又轉(zhuǎn)向利用葡萄糖而不利用乳糖。止，大腸桿菌又轉(zhuǎn)向利用葡萄糖而不利用乳糖。只有葡萄糖消耗殆盡，大腸桿菌才能又利用乳糖。只有葡萄糖消耗殆盡，大腸桿菌才能又利用乳糖。（1 1）乳糖）乳糖操縱子操縱子的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和阻遏和阻遏蛋白的蛋白的負(fù)性調(diào)負(fù)性調(diào)節(jié)節(jié) imRNAimRNA阻遏物與操縱基因結(jié)合,阻止了和的轉(zhuǎn)錄z ya,A.B.- 半乳糖苷酶 透酶 轉(zhuǎn)乙?；缸瓒粑镎T導(dǎo)劑復(fù)合物乳糖操縱子被誘導(dǎo)狀態(tài)ipzyao ipzya lacmRNA 乳糖有乳糖時(shí)無(wú)乳糖時(shí)（

13、2） CAP的正性調(diào)節(jié)的正性調(diào)節(jié)n在乳糖操縱子中，其啟動(dòng)子是弱啟動(dòng)子，在乳糖操縱子中，其啟動(dòng)子是弱啟動(dòng)子，RNA聚合酶與之結(jié)合的能力很弱，只有聚合酶與之結(jié)合的能力很弱，只有降解物基因活化蛋白（降解物基因活化蛋白（catabolitegene activator protein，CAP）結(jié)合到啟動(dòng)子）結(jié)合到啟動(dòng)子上游的上游的CAP結(jié)合位點(diǎn)，促進(jìn)結(jié)合位點(diǎn)，促進(jìn)RNA聚合酶聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合后，才能有效轉(zhuǎn)錄。與啟動(dòng)子結(jié)合后，才能有效轉(zhuǎn)錄。n但游離的但游離的 CAP 是不能與啟動(dòng)子上游的是不能與啟動(dòng)子上游的 CAP 結(jié)結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合的，在細(xì)胞內(nèi)有足夠的合位點(diǎn)結(jié)合的，在細(xì)胞內(nèi)有足夠的cAMP時(shí)，時(shí)，CAP

14、 首先與首先與 cAMP 形成復(fù)合物，此復(fù)合物才能形成復(fù)合物，此復(fù)合物才能與啟動(dòng)子結(jié)合。因此與啟動(dòng)子結(jié)合。因此CAP也稱做也稱做cAMP受體蛋白。受體蛋白。n葡萄糖的降解產(chǎn)物能降低細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的降解產(chǎn)物能降低細(xì)胞內(nèi)cAMP的含量，的含量，因而當(dāng)向乳糖培養(yǎng)基中加入葡萄糖時(shí)，造成因而當(dāng)向乳糖培養(yǎng)基中加入葡萄糖時(shí)，造成cAMP濃度降低，濃度降低，CAP便不能結(jié)合在便不能結(jié)合在CAP結(jié)合位結(jié)合位點(diǎn)上。此時(shí)即使有乳糖存在，已解除了對(duì)操縱基點(diǎn)上。此時(shí)即使有乳糖存在，已解除了對(duì)操縱基因的阻遏，也不能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，所以仍不能利用乳因的阻遏，也不能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，所以仍不能利用乳糖。糖。n這就是在含葡萄糖的培養(yǎng)基中大腸桿

15、菌不能利用這就是在含葡萄糖的培養(yǎng)基中大腸桿菌不能利用乳糖，只有改用乳糖時(shí)才能利用乳糖的調(diào)節(jié)機(jī)理乳糖，只有改用乳糖時(shí)才能利用乳糖的調(diào)節(jié)機(jī)理。 （3）協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié) 阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)與CAP的正性調(diào)節(jié)的正性調(diào)節(jié)兩種機(jī)制協(xié)調(diào)合作，相輔相成、互相協(xié)調(diào)、兩種機(jī)制協(xié)調(diào)合作，相輔相成、互相協(xié)調(diào)、相互制約。相互制約。協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)后的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)后的4 種不同的情況：種不同的情況：n（1）葡萄糖存在而乳糖不存在時(shí)，）葡萄糖存在而乳糖不存在時(shí)，無(wú)誘導(dǎo)劑無(wú)誘導(dǎo)劑存在，阻遏蛋白與存在，阻遏蛋白與DNA結(jié)合。而且由于葡萄結(jié)合。而且由于葡萄糖的存在，糖的存在，CAP 也不能發(fā)揮正調(diào)節(jié)作用，基也不能發(fā)揮正調(diào)

16、節(jié)作用，基因處于關(guān)閉狀態(tài)。因處于關(guān)閉狀態(tài)。n（2）葡萄糖和乳糖都不存在時(shí)，）葡萄糖和乳糖都不存在時(shí)，沒(méi)有葡萄糖沒(méi)有葡萄糖存在的情況下，存在的情況下，CAP 可以發(fā)揮正調(diào)節(jié)作用?？梢园l(fā)揮正調(diào)節(jié)作用。但由于沒(méi)有誘導(dǎo)劑，阻遏蛋白的負(fù)調(diào)節(jié)作用但由于沒(méi)有誘導(dǎo)劑，阻遏蛋白的負(fù)調(diào)節(jié)作用使基因仍然處于關(guān)閉狀態(tài)。使基因仍然處于關(guān)閉狀態(tài)。n（3）葡萄糖和乳糖都存在時(shí)，）葡萄糖和乳糖都存在時(shí)，乳糖的存在乳糖的存在對(duì)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生誘導(dǎo)作用。但由于葡萄對(duì)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生誘導(dǎo)作用。但由于葡萄糖的存在使細(xì)胞內(nèi)糖的存在使細(xì)胞內(nèi)cAMP水平降低，水平降低，cAMPCAP復(fù)合物不能形成，復(fù)合物不能形成，CAP不能結(jié)不能結(jié)合到合到C

17、AP結(jié)合位點(diǎn)上，轉(zhuǎn)錄仍不能啟動(dòng)，結(jié)合位點(diǎn)上，轉(zhuǎn)錄仍不能啟動(dòng)，基因處于關(guān)閉狀態(tài)?；蛱幱陉P(guān)閉狀態(tài)。n（4）葡萄糖不存在而乳糖存在時(shí)，）葡萄糖不存在而乳糖存在時(shí)，CAP可可以發(fā)揮正調(diào)節(jié)作用，阻遏蛋白由于誘導(dǎo)劑以發(fā)揮正調(diào)節(jié)作用，阻遏蛋白由于誘導(dǎo)劑的存在而失去負(fù)調(diào)節(jié)作用，基因被打開，的存在而失去負(fù)調(diào)節(jié)作用，基因被打開，轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)。13.2.3 其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機(jī)制其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機(jī)制n（1）阿拉伯糖操縱子）阿拉伯糖操縱子n（2）色氨酸操縱子）色氨酸操縱子（1）阿拉伯糖操縱子）阿拉伯糖操縱子（ara operon）n這是一個(gè)利用同一調(diào)節(jié)蛋白的不同結(jié)構(gòu)這是一個(gè)利用同一調(diào)節(jié)蛋白的不同結(jié)構(gòu)形式，活化或抑制操縱子

18、的調(diào)節(jié)方式。形式，活化或抑制操縱子的調(diào)節(jié)方式。n阿拉伯糖操縱子含有阿拉伯糖操縱子含有3個(gè)結(jié)構(gòu)基因：個(gè)結(jié)構(gòu)基因：B、A、D基因，基因，分別編碼異構(gòu)酶、激酶、表位酶，催化阿拉伯糖轉(zhuǎn)變分別編碼異構(gòu)酶、激酶、表位酶，催化阿拉伯糖轉(zhuǎn)變?yōu)闉?-磷酸木酮糖，后者進(jìn)入磷酸戊糖途徑。也包括調(diào)磷酸木酮糖，后者進(jìn)入磷酸戊糖途徑。也包括調(diào)節(jié)基因（節(jié)基因（araC）、操縱基因（）、操縱基因（araO）、啟動(dòng)子）、啟動(dòng)子（araI）。）。n操縱基因被操縱基因被araC的產(chǎn)物所調(diào)節(jié)，它是一個(gè)的產(chǎn)物所調(diào)節(jié)，它是一個(gè)具有具有2種不同功能構(gòu)象（種不同功能構(gòu)象（P1和和P2）的蛋白質(zhì)。）的蛋白質(zhì)。n無(wú)阿拉伯糖存在時(shí)，它以無(wú)阿拉伯糖

19、存在時(shí)，它以P1型存在，型存在，P1型型為阻遏物，為阻遏物，P1與操縱基因結(jié)合而阻止操縱與操縱基因結(jié)合而阻止操縱子的轉(zhuǎn)錄（負(fù)性調(diào)節(jié)）。子的轉(zhuǎn)錄（負(fù)性調(diào)節(jié)）。n在有阿拉伯糖存在時(shí)，阿拉伯糖可將在有阿拉伯糖存在時(shí)，阿拉伯糖可將P1從從操縱基因移開，并使構(gòu)象間的平衡移向操縱基因移開，并使構(gòu)象間的平衡移向P2。P2是激活物，能與是激活物，能與CAPcAMP復(fù)合物一起復(fù)合物一起結(jié)合到啟動(dòng)子上，促進(jìn)結(jié)合到啟動(dòng)子上，促進(jìn)RNA聚合酶開始轉(zhuǎn)聚合酶開始轉(zhuǎn)錄（正性調(diào)節(jié)）。錄（正性調(diào)節(jié)）。 （2）色氨酸操縱子）色氨酸操縱子ntrp 操縱子的阻遏物是由距操縱子的阻遏物是由距 trp 操縱子較操縱子較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)的 R 基因

20、合成的一個(gè)基因合成的一個(gè) 58 KD 的蛋白質(zhì)。的蛋白質(zhì)。n當(dāng)機(jī)體色氨酸不足時(shí)，阻遏物游離存在，當(dāng)機(jī)體色氨酸不足時(shí)，阻遏物游離存在，不能與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因得以轉(zhuǎn)錄不能與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因得以轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，生成色氨酸。和表達(dá)，生成色氨酸。n當(dāng)機(jī)體生成的色氨酸過(guò)量時(shí)，色氨酸與阻當(dāng)機(jī)體生成的色氨酸過(guò)量時(shí)，色氨酸與阻遏物形成復(fù)合物，此復(fù)合物可結(jié)合操縱基遏物形成復(fù)合物，此復(fù)合物可結(jié)合操縱基因，阻止結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。因，阻止結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。n反饋?zhàn)瓒簦悍答佔(zhàn)瓒簦哼@種以終產(chǎn)物阻止該產(chǎn)物基這種以終產(chǎn)物阻止該產(chǎn)物基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理稱為反饋?zhàn)瓒?。此終產(chǎn)物因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理稱為反饋?zhàn)瓒?。此終產(chǎn)物（色氨酸）稱為輔阻遏物（

21、色氨酸）稱為輔阻遏物（Corepressor）。）。n反饋?zhàn)瓒舻膬?yōu)點(diǎn)：反饋?zhàn)瓒舻膬?yōu)點(diǎn)： 造成在色氨酸充造成在色氨酸充足時(shí)，完全阻斷轉(zhuǎn)錄；在色氨酸水平下降足時(shí)，完全阻斷轉(zhuǎn)錄；在色氨酸水平下降很低時(shí)，阻遏消除，轉(zhuǎn)錄開放，合成色氨很低時(shí)，阻遏消除，轉(zhuǎn)錄開放，合成色氨酸。這樣易于保持細(xì)菌細(xì)胞中色氨酸水平酸。這樣易于保持細(xì)菌細(xì)胞中色氨酸水平的衡定。的衡定。衰減子：衰減子：n另外，色氨酸操縱子中還存在一個(gè)輔助另外，色氨酸操縱子中還存在一個(gè)輔助調(diào)控結(jié)構(gòu)，可用以終止調(diào)控結(jié)構(gòu)，可用以終止 和減弱轉(zhuǎn)錄，這和減弱轉(zhuǎn)錄，這個(gè)調(diào)控結(jié)構(gòu)稱為衰減子（個(gè)調(diào)控結(jié)構(gòu)稱為衰減子（attenuator，a） 。n結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 起

22、始密碼子前，有長(zhǎng)起始密碼子前，有長(zhǎng) 162 個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸的前導(dǎo)序列（的前導(dǎo)序列（leader Sequence，L）。該前）。該前導(dǎo)序列編碼一小段導(dǎo)序列編碼一小段 14 肽（前導(dǎo)肽）。在肽（前導(dǎo)肽）。在 14 肽里有肽里有兩個(gè)色氨酸（兩個(gè)色氨酸（UGG）密碼子）密碼子，它們?cè)?，它們?cè)谡{(diào)節(jié)中起著重要的作用。調(diào)節(jié)中起著重要的作用。n衰減子起作用的方式：衰減子起作用的方式： 前導(dǎo)序列的終止區(qū)與一般轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)前導(dǎo)序列的終止區(qū)與一般轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)的特征相同，具有潛在的二重對(duì)稱結(jié)構(gòu)能的特征相同，具有潛在的二重對(duì)稱結(jié)構(gòu)能形成莖環(huán)，具有成串的形成莖環(huán)，具有成串的 U。完整的前導(dǎo)序。完整的前導(dǎo)序列分為列分為1、

23、2、3、4個(gè)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域，這 4 個(gè)區(qū)可個(gè)區(qū)可根據(jù)需要彼此互補(bǔ)，形成奇特的二級(jí)結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要彼此互補(bǔ)，形成奇特的二級(jí)結(jié)構(gòu)，達(dá)到調(diào)節(jié)基因表達(dá)的目的。達(dá)到調(diào)節(jié)基因表達(dá)的目的。 當(dāng)色氨酸充足時(shí)，完整的前導(dǎo)肽（當(dāng)色氨酸充足時(shí)，完整的前導(dǎo)肽（14肽）可被合成，這時(shí)在核糖肽）可被合成，這時(shí)在核糖體參與下，前導(dǎo)序列形成終止信號(hào)，體參與下，前導(dǎo)序列形成終止信號(hào)，RNA 聚合酶不能通過(guò)，阻止轉(zhuǎn)錄聚合酶不能通過(guò)，阻止轉(zhuǎn)錄進(jìn)行，減少結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。進(jìn)行，減少結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。 當(dāng)色氨酸不足時(shí)，由于色氨酸當(dāng)色氨酸不足時(shí)，由于色氨酸 - tRNA不能形成，前導(dǎo)肽翻譯不能形成，前導(dǎo)肽翻譯 至至 色色氨酸密碼子（氨酸密碼子

24、（UGG）處即終止，在核糖體參與下，前導(dǎo)序列不能形成）處即終止，在核糖體參與下，前導(dǎo)序列不能形成終止信號(hào)，終止信號(hào)，RNA 聚合酶可以超越衰減子而繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，結(jié)構(gòu)基因得到聚合酶可以超越衰減子而繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，結(jié)構(gòu)基因得到表達(dá)，產(chǎn)生色氨酸表達(dá)，產(chǎn)生色氨酸 。 衰減子調(diào)控的意義：衰減子調(diào)控的意義： 衰減子調(diào)控，是一種翻譯與轉(zhuǎn)錄相偶聯(lián)衰減子調(diào)控，是一種翻譯與轉(zhuǎn)錄相偶聯(lián)的調(diào)控機(jī)制。在這里可以看到核酸分子和蛋的調(diào)控機(jī)制。在這里可以看到核酸分子和蛋白質(zhì)分子一樣，能以構(gòu)象的改變起到調(diào)節(jié)作白質(zhì)分子一樣，能以構(gòu)象的改變起到調(diào)節(jié)作用。用。 衰減子調(diào)節(jié)在大腸桿菌的其它氨基酸合衰減子調(diào)節(jié)在大腸桿菌的其它氨基酸合成操縱子中也普

25、遍存在。成操縱子中也普遍存在。翻譯水平調(diào)節(jié)翻譯水平調(diào)節(jié)反義反義 RNAn反義反義 RNA： 就是一種與就是一種與 mRNA 互互補(bǔ)的補(bǔ)的 RNA 分子，它是分子，它是 反義基因或基因反義基因或基因的反義鏈轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物。它與的反義鏈轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物。它與 mRNA 結(jié)合結(jié)合后即阻斷后即阻斷 mRNA 的翻譯，從而調(diào)節(jié)基因的翻譯，從而調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。的表達(dá)。 反義的反義的 RNA的應(yīng)用：的應(yīng)用：基因治療基因治療 反義反義 RNA 調(diào)控的特點(diǎn)是高度的特異性，一種調(diào)控的特點(diǎn)是高度的特異性，一種反義反義 RNA 抑制一種抑制一種 mRNA ?，F(xiàn)在根據(jù)原理可人工。現(xiàn)在根據(jù)原理可人工設(shè)計(jì)合成反義設(shè)計(jì)合成反義 RNA

26、，抑制靶基因的表達(dá)，從而達(dá)，抑制靶基因的表達(dá)，從而達(dá)到治療疾病的目的，稱為基因治療。到治療疾病的目的，稱為基因治療。 如乙肝病毒、口蹄疫病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒及如乙肝病毒、口蹄疫病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒及人的愛滋病病毒（人的愛滋病病毒（HIV）等都是）等都是 單鏈單鏈 RNA 病毒，病毒，可利用可利用反義反義 RNA 抑制其在體內(nèi)的復(fù)制。抑制其在體內(nèi)的復(fù)制。 再如可用反義再如可用反義 RNA 抑制抑制癌蛋白癌蛋白的表達(dá)。的表達(dá)。13.3 真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)n13.3.1 真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)n13.3.2 真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)n13.3.3 真核

27、基因轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié) 13.3.1 真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)n13.3.1.1 龐大的真核基因組結(jié)構(gòu)龐大的真核基因組結(jié)構(gòu)n13.3.1.2 染色質(zhì)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)染色質(zhì)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)n13.3.1.3 單順?lè)醋訂雾樂(lè)醋觧13.3.1.4 重復(fù)序列重復(fù)序列n13.3.1.5 基因不連續(xù)性基因不連續(xù)性n13.3.1.6 基因家族基因家族n13.3.1.1 龐大的真核基因組結(jié)構(gòu)龐大的真核基因組結(jié)構(gòu) 真核生基因組約占全部真核生基因組約占全部DNADNA序列的序列的6。此外尚有。此外尚有510的的rRNA等重復(fù)等重復(fù)基因，其余基因，其余8090的哺乳類的哺乳類DNADNA序列序列可

28、能沒(méi)有直接的遺傳學(xué)功能?？赡軟](méi)有直接的遺傳學(xué)功能。n13.3.1.2 染色質(zhì)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)染色質(zhì)的獨(dú)特結(jié)構(gòu) 真核生物的真核生物的DNA是由是由DNA與組蛋白、非組與組蛋白、非組蛋白和少量蛋白和少量RNA及其他物質(zhì)結(jié)合而形成的核小及其他物質(zhì)結(jié)合而形成的核小體結(jié)構(gòu)。體結(jié)構(gòu)。 組蛋白與組蛋白與DNA結(jié)合，可保護(hù)結(jié)合，可保護(hù)DNA免受損傷，免受損傷，維持基因組穩(wěn)定性，抑制基因的表達(dá)，去除組蛋維持基因組穩(wěn)定性，抑制基因的表達(dá)，去除組蛋白則基白則基因轉(zhuǎn)錄活性增高。因轉(zhuǎn)錄活性增高。 組蛋白的許多側(cè)鏈可以被組蛋白的許多側(cè)鏈可以被 乙酰化、甲基乙酰化、甲基化、化、ADP-核糖化核糖化 及磷酸化所修飾及磷酸化所修飾

29、。這種修飾可。這種修飾可以改變組蛋白的電荷性質(zhì)，改變?nèi)旧w的基因結(jié)以改變組蛋白的電荷性質(zhì)，改變?nèi)旧w的基因結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響構(gòu)，進(jìn)而影響 DNA 的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的機(jī)會(huì)。的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的機(jī)會(huì)。n13.3.1.3 單順?lè)醋訂雾樂(lè)醋?即一個(gè)編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)即一個(gè)編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)mRNA分分子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。有很多真核子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。有很多真核蛋白質(zhì)由幾條不同的多肽鏈組成，因此存蛋白質(zhì)由幾條不同的多肽鏈組成，因此存在多個(gè)基因協(xié)調(diào)表達(dá)的問(wèn)題。在多個(gè)基因協(xié)調(diào)表達(dá)的問(wèn)題。n13.3.1.4 重復(fù)序列重復(fù)序列 重復(fù)序列及基因重組均與生物進(jìn)化有關(guān)。重復(fù)序列及基因重組均與生物進(jìn)化有關(guān)。某些重復(fù)序

30、列發(fā)生在調(diào)節(jié)區(qū)，如轉(zhuǎn)錄終止某些重復(fù)序列發(fā)生在調(diào)節(jié)區(qū)，如轉(zhuǎn)錄終止區(qū)、衰減調(diào)節(jié)區(qū)及某些酶或蛋白因子結(jié)合區(qū)、衰減調(diào)節(jié)區(qū)及某些酶或蛋白因子結(jié)合位點(diǎn)，則可能對(duì)位點(diǎn)，則可能對(duì)DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)具有復(fù)制、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)具有重要意義重要意義。13.3.1.5 基因不連續(xù)性基因不連續(xù)性n真核生物的結(jié)構(gòu)基因是不連續(xù)的，編碼氨基酸真核生物的結(jié)構(gòu)基因是不連續(xù)的，編碼氨基酸的序列被非編碼序列打斷，因而被稱為斷裂基的序列被非編碼序列打斷，因而被稱為斷裂基因（因（split gene）。在編碼基因內(nèi)部尚有一些不）。在編碼基因內(nèi)部尚有一些不為 蛋 白 質(zhì) 編 碼 的 間 隔 序 列 ， 稱 為 內(nèi) 含 子為 蛋 白 質(zhì) 編 碼

31、的 間 隔 序 列 ， 稱 為 內(nèi) 含 子（intron），被分隔開的編碼序列稱為外顯子），被分隔開的編碼序列稱為外顯子（exon）。）。n內(nèi)含子與外顯子在轉(zhuǎn)錄時(shí)被同時(shí)轉(zhuǎn)錄下來(lái)。內(nèi)內(nèi)含子與外顯子在轉(zhuǎn)錄時(shí)被同時(shí)轉(zhuǎn)錄下來(lái)。內(nèi)含子在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)一定規(guī)律的剪接機(jī)制從轉(zhuǎn)錄產(chǎn)含子在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)一定規(guī)律的剪接機(jī)制從轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中去除，使外顯子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物連接在一起，形物中去除，使外顯子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物連接在一起，形成成熟的成成熟的mRNA。13.3.1.6 基因家族基因家族 n 基因家族（基因家族（gene family）就是指核苷酸）就是指核苷酸序列或編碼產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)具有一定程度同序列或編碼產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)具有一定程度同源性的一組基因。

32、同一個(gè)家族的基因成源性的一組基因。同一個(gè)家族的基因成員是由同一祖先基因進(jìn)化而來(lái)，同源性員是由同一祖先基因進(jìn)化而來(lái)，同源性最高的可達(dá)最高的可達(dá)100（即多拷貝基因）。（即多拷貝基因）。同源性也可以很低，只有一小段序列相同源性也可以很低，只有一小段序列相同。在基因家族中的基因，其編碼產(chǎn)物同。在基因家族中的基因，其編碼產(chǎn)物常常具有相似的功能。常常具有相似的功能。n假基因（假基因（pseudogene），用），用表示。表示。13.3.2 真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)n13.3.2.1 組織特異性表達(dá)和時(shí)相性組織特異性表達(dá)和時(shí)相性 n13.3.2.2 活性染色體結(jié)構(gòu)變化活性染色體結(jié)構(gòu)變化

33、n13.3.2.3 正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)n13.3.2.4 多級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)多級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)13.3.2.1 組織特異性表達(dá)和時(shí)相性組織特異性表達(dá)和時(shí)相性n 時(shí)間特異性時(shí)間特異性/ / 階段特異性階段特異性 在多細(xì)胞生物從受精卵到組織、器官形在多細(xì)胞生物從受精卵到組織、器官形成的各個(gè)不同發(fā)育階段，相應(yīng)基因嚴(yán)格按成的各個(gè)不同發(fā)育階段，相應(yīng)基因嚴(yán)格按照一定時(shí)間順序開啟或關(guān)閉，這就是基因照一定時(shí)間順序開啟或關(guān)閉，這就是基因表 達(dá) 的 時(shí) 間 特 異 性 （表 達(dá) 的 時(shí) 間 特 異 性 （ t e m p o r a l specificity）。）。 同時(shí)對(duì)于多細(xì)胞生物而言，這種特異同時(shí)對(duì)于多細(xì)胞

34、生物而言，這種特異性與分化、發(fā)育階段相一致，故又稱階段性與分化、發(fā)育階段相一致，故又稱階段特異性（特異性（stage specificity）。）。n空間特異性細(xì)胞特異性組織特異性空間特異性細(xì)胞特異性組織特異性 在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)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)，即某些基因僅體按不同組織空間順序出現(xiàn)，即某些基因僅特異地在某種細(xì)胞中表達(dá)，這就是基因表達(dá)特異地在某種細(xì)胞中表達(dá)，這就是基因表達(dá)的空間特異性（的空間特異性（spatial specificity）。）。 基因表達(dá)伴隨時(shí)間或階段順序所表現(xiàn)出基因表達(dá)伴隨時(shí)間或階段順序所表現(xiàn)出的這種空間分布差異，實(shí)際

35、上是由細(xì)胞在器的這種空間分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，因此基因表達(dá)的空間特異官的分布決定的，因此基因表達(dá)的空間特異性又稱細(xì)胞特異性（性又稱細(xì)胞特異性（cell specificity）或組織）或組織特異性（特異性（tissue specificity）。）。13.3.2.2 活性染色體結(jié)構(gòu)變化活性染色體結(jié)構(gòu)變化 當(dāng)基因被激活時(shí)，可觀察到染色體相應(yīng)區(qū)當(dāng)基因被激活時(shí)，可觀察到染色體相應(yīng)區(qū)域發(fā)生某些結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化。域發(fā)生某些結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化。n 核酸酶敏感核酸酶敏感 n DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化 n DNA堿基修飾變化堿基修飾變化 n 組蛋白變化組蛋白變化 13.3.2.3 正性調(diào)

36、節(jié)占主導(dǎo)正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)n 采用正性調(diào)節(jié)機(jī)制更有效采用正性調(diào)節(jié)機(jī)制更有效 n 采用負(fù)性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)采用負(fù)性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì) 13.3.2.4 多級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)多級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 真核生物基因表達(dá)的調(diào)節(jié)可以發(fā)生真核生物基因表達(dá)的調(diào)節(jié)可以發(fā)生DNA水平水平（轉(zhuǎn)錄前水平）、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯（轉(zhuǎn)錄前水平）、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平。水平和翻譯后水平。n DNA水平的調(diào)節(jié)主要通過(guò)下列幾種水平的調(diào)節(jié)主要通過(guò)下列幾種方式：方式： 染色質(zhì)的丟失染色質(zhì)的丟失 基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增 基因重排基因重排 DNA甲基化甲基化 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)n真核生物的基因調(diào)節(jié)主要表現(xiàn)在對(duì)基因真核生物的基因調(diào)節(jié)主要表現(xiàn)

37、在對(duì)基因轉(zhuǎn)錄活性的控制上。而基因轉(zhuǎn)錄活性由轉(zhuǎn)錄活性的控制上。而基因轉(zhuǎn)錄活性由激活蛋白和阻遏蛋白或其他調(diào)節(jié)物影響激活蛋白和阻遏蛋白或其他調(diào)節(jié)物影響基因活性?；蚧钚浴?n mRNA前體加工對(duì)基因表達(dá)調(diào)節(jié)的影響前體加工對(duì)基因表達(dá)調(diào)節(jié)的影響n mRNA的剪接對(duì)基因表達(dá)調(diào)節(jié)的影響的剪接對(duì)基因表達(dá)調(diào)節(jié)的影響n mRNA運(yùn)輸?shù)目刂七\(yùn)輸?shù)目刂?轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié) 翻譯水平的調(diào)節(jié)翻譯水平的調(diào)節(jié)n 翻譯起始的調(diào)節(jié)翻譯起始的調(diào)節(jié) A. 阻遏蛋白的調(diào)節(jié)作用阻遏蛋白的調(diào)節(jié)作用 B. 翻譯起始因子的功能調(diào)節(jié)翻譯起始因子的功能調(diào)節(jié) C. 5AUG對(duì)翻譯的調(diào)節(jié)作用對(duì)翻譯的調(diào)節(jié)作用 D. mRNA5端非編碼區(qū)長(zhǎng)

38、度對(duì)翻譯的影響端非編碼區(qū)長(zhǎng)度對(duì)翻譯的影響 n mRNA穩(wěn)定性調(diào)節(jié)穩(wěn)定性調(diào)節(jié)n 小分子小分子RNA對(duì)翻譯水平的影響對(duì)翻譯水平的影響 翻譯后水平的調(diào)節(jié)翻譯后水平的調(diào)節(jié)n對(duì)翻譯后水平的調(diào)節(jié)尚了解很少，調(diào)節(jié)對(duì)翻譯后水平的調(diào)節(jié)尚了解很少，調(diào)節(jié)方式主要包括肽鏈合成后的加工，新生方式主要包括肽鏈合成后的加工，新生肽鏈的水解速度，信號(hào)肽的分揀、運(yùn)輸、肽鏈的水解速度，信號(hào)肽的分揀、運(yùn)輸、定位等。定位等。13.3.3 真核基因轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)是真核生物基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)是真核生物基因表達(dá)調(diào)節(jié)中最重要的環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)中最重要的環(huán)節(jié)。 調(diào)節(jié)作用主要是通過(guò)反式作用因子、順調(diào)節(jié)作用主要

39、是通過(guò)反式作用因子、順式作用元件和式作用元件和RNA聚合酶的相互作用來(lái)完聚合酶的相互作用來(lái)完成的。成的。13.3.3.1 順式作用元件順式作用元件 啟動(dòng)子啟動(dòng)子 增強(qiáng)子增強(qiáng)子 沉默子沉默子 某些基因含有負(fù)性調(diào)節(jié)元件某些基因含有負(fù)性調(diào)節(jié)元件- -沉默子沉默子（silencersilencer），當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時(shí)，對(duì)），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?；蜣D(zhuǎn)錄起阻遏作用。13.3.3.2 反式作用因子反式作用因子 反式作用因子的主要特點(diǎn)反式作用因子的主要特點(diǎn) n一般具有一般具有3個(gè)功能結(jié)構(gòu)域：個(gè)功能結(jié)構(gòu)域：DNA結(jié)合域、蛋白結(jié)合域、蛋白質(zhì)結(jié)合結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄活性域。這些功能區(qū)含有質(zhì)

40、結(jié)合結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄活性域。這些功能區(qū)含有幾十到幾百個(gè)氨基酸殘基。幾十到幾百個(gè)氨基酸殘基。n能識(shí)別并結(jié)合上游調(diào)節(jié)區(qū)中的順式作用元件。能識(shí)別并結(jié)合上游調(diào)節(jié)區(qū)中的順式作用元件。n對(duì)基因表達(dá)有正性和負(fù)性調(diào)節(jié)作用，即激活對(duì)基因表達(dá)有正性和負(fù)性調(diào)節(jié)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(guò)因子和相應(yīng)的順式元件結(jié)合后，可能還要通過(guò)與與RNA聚合酶或其它反式因子與相應(yīng)的順式元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)。件結(jié)合后才能產(chǎn)生效應(yīng)。 反式作用因子結(jié)構(gòu)域模式反式作用因子結(jié)構(gòu)域模式n DNA DNA結(jié)合域結(jié)

41、合域 n 蛋白質(zhì)結(jié)合域蛋白質(zhì)結(jié)合域n 轉(zhuǎn)錄活性域轉(zhuǎn)錄活性域 13.3.3.3 轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié) 真核基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)機(jī)制涉及反真核基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)機(jī)制涉及反式作用因子的激活、反式作用因子的作用等。式作用因子的激活、反式作用因子的作用等。 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) 反式作用因子的激活通過(guò)以下幾種方式進(jìn)行：反式作用因子的激活通過(guò)以下幾種方式進(jìn)行： 表達(dá)式調(diào)節(jié)表達(dá)式調(diào)節(jié) 共價(jià)修飾共價(jià)修飾 配體結(jié)合配體結(jié)合 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)相互作用蛋白質(zhì)相互作用 反式作用因子與順式作用元件的結(jié)合反式作用因子與順式作用元件的結(jié)合 反式作用因子被激活后，即可識(shí)別反式作用因子被

42、激活后，即可識(shí)別并結(jié)合上游啟動(dòng)子元件和增強(qiáng)子中的保并結(jié)合上游啟動(dòng)子元件和增強(qiáng)子中的保守性序列。守性序列。 反式作用因子的作用方式反式作用因子的作用方式 成環(huán)：反式作用因子結(jié)合于增強(qiáng)子后，利用成環(huán)：反式作用因子結(jié)合于增強(qiáng)子后，利用DNA的柔曲性，彎曲成環(huán)，使增強(qiáng)子區(qū)域與的柔曲性，彎曲成環(huán)，使增強(qiáng)子區(qū)域與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)靠近，直接接觸而發(fā)揮聚合酶結(jié)合位點(diǎn)靠近，直接接觸而發(fā)揮作用。作用。 扭曲：通過(guò)扭曲：通過(guò)DNA結(jié)合蛋白與變形的結(jié)合蛋白與變形的DNA（如（如左旋左旋DNA）結(jié)合或者結(jié)合蛋白使）結(jié)合或者結(jié)合蛋白使DNA構(gòu)象改構(gòu)象改變（如解旋等）而發(fā)揮作用。變（如解旋等）而發(fā)揮作用。 協(xié)同協(xié)同 ：

43、一種反式作用因子與其順式作用元件：一種反式作用因子與其順式作用元件結(jié)合，促進(jìn)另一種反式作用因子與鄰近的順結(jié)合，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)反式作式作用元件結(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，直到基因用因子與其順式作用元件的結(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。的轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，進(jìn)而影響基因的轉(zhuǎn)錄。 反式作用因子的組合式調(diào)節(jié)作用反式作用因子的組合式調(diào)節(jié)作用n 每一種反式作用因子結(jié)合順式作用元件每一種反式作用因子結(jié)合順式作用元件后雖然可發(fā)揮促進(jìn)或抑制作用，但反式后雖然可發(fā)揮促進(jìn)或抑制作用，但反式作用因子對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)不是由單一作用因

44、子對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)不是由單一因子完成的，而是幾種因子組合，發(fā)揮因子完成的，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)節(jié)特定的作用，稱為組合式基因調(diào)節(jié)（combinatorial gene regulation）。 調(diào)控蛋白結(jié)構(gòu)域中與調(diào)控蛋白結(jié)構(gòu)域中與 DNA 接接觸的觸的 結(jié)構(gòu)基元結(jié)構(gòu)基元 ，主要有，主要有 ： 鋅指基元鋅指基元 和和 螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋 。鋅指基元鋅指基元（zinc finger）是：在保守的半胱氨酸和是：在保守的半胱氨酸和組氨酸殘基形成的四面體結(jié)構(gòu)中鑲著一個(gè)鋅原子。組氨酸殘基形成的四面體結(jié)構(gòu)中鑲著一個(gè)鋅原子。鋅指基元由約鋅指基元由約 23 個(gè)氨基酸組成。在

45、含鋅指的蛋白中鋅指通常是個(gè)氨基酸組成。在含鋅指的蛋白中鋅指通常是成串的重復(fù)排列。鋅指間的聯(lián)接物通常是成串的重復(fù)排列。鋅指間的聯(lián)接物通常是7 - 8 氨基酸。不同蛋白氨基酸。不同蛋白質(zhì)的鋅指數(shù)目不同。含有鋅指的調(diào)控蛋白在與質(zhì)的鋅指數(shù)目不同。含有鋅指的調(diào)控蛋白在與 DNA 結(jié)合時(shí)，是結(jié)合時(shí)，是鋅指的尖端進(jìn)入到鋅指的尖端進(jìn)入到 DNA 的大溝或小溝，以識(shí)別它特異結(jié)合的的大溝或小溝，以識(shí)別它特異結(jié)合的 DNA 序列并與之結(jié)合。迄今僅在真核生物中發(fā)現(xiàn)有鋅指蛋白，在序列并與之結(jié)合。迄今僅在真核生物中發(fā)現(xiàn)有鋅指蛋白，在原核中尚未發(fā)現(xiàn)。原核中尚未發(fā)現(xiàn)。螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋（螺旋（helix-turn-helix）基元：）基元： 基本組成：基本組成： 兩個(gè)兩個(gè) -螺旋螺旋 之間被之間被 -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 隔開。