第六章基因表達(dá)的調(diào)控

1、第六章第六章 基因表達(dá)的調(diào)控基因表達(dá)的調(diào)控本章，我們討論4個(gè)問(wèn)題：1.什么是基因表達(dá)的調(diào)控？2.原核生物基因表達(dá)調(diào)控是如何進(jìn)行的？3.真核生物基因表達(dá)調(diào)控是如何進(jìn)行的？4.基因表達(dá)調(diào)控與醫(yī)學(xué)研究 概 述一、基因（gene)(一)概念 從化學(xué)上來(lái)說(shuō)指的是一段DNA或RNA（病毒）順序，該順序可以產(chǎn)生或影響某種表型，可以由于突變生成等位基因變異體。 從遺傳學(xué)上來(lái)說(shuō)代表一個(gè)遺傳單位、1個(gè)功能單位，1個(gè)交換單位和1個(gè)突變單位。 基因 是核酸分子中貯存遺傳信息的遺傳單位，是指貯存有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或RNA序列信息及表達(dá)這些信息所必需的全部核苷酸序列（7分P27） 1.表型和基因型 某一機(jī)體可以觀察的特

2、征，稱為表現(xiàn)型（Phenotype，簡(jiǎn)稱表型）。與表型相應(yīng)的基因組成稱為基因型（genetype）。如細(xì)菌Leu+、Leu-和Leu+、Leu-。 2.等位基因（allele） （1）二倍體細(xì)胞有2套基因，一套來(lái)自父本，另一套來(lái)自母本，每個(gè)細(xì)胞的全套基因由2套基因組成，每一對(duì)基因稱做等位基因。（2）由于突變作用引起DNA結(jié)構(gòu)變異，所以某一基因可具有若干種不同的形式，這種同一基因不同的形式互稱等位基因。3.遺傳基本功能單位 基因是遺傳的功能單位，它負(fù)責(zé)有一定的遺傳信息，在特定的條件下表達(dá)這種信息，產(chǎn)生特定的生理功能。4.交換單位 基因是結(jié)構(gòu)單位，交換只能發(fā)生在基因之間。5.作用單位 基因能產(chǎn)生一

3、種特定的表型，即基因決定蛋白質(zhì)氨基酸排列順序。6.突變單位 基因可作為一個(gè)整體變?yōu)榱硪粋€(gè)等位基因。（二）分類 基因可以分為結(jié)構(gòu)基因和調(diào)節(jié)基因。結(jié)構(gòu)基因（structural gene） 指能轉(zhuǎn)錄成為mRNA、rRNA或tRNA的DNA順序。二、基因組（genome） 1個(gè)配子（精子或卵子，1個(gè)單倍體細(xì)胞，1個(gè)病毒所包含的全套基因。（1個(gè)哺乳動(dòng)物體細(xì)胞含2套基因組，1個(gè)原核細(xì)胞、1個(gè)病毒顆粒含1套基因組） 細(xì)胞或生物體中，一套完整單倍體的遺傳物質(zhì)的總和稱為基因組。 原核、真核、病毒3大基因組比較。 三、基因表達(dá)（gene expression）（里外）（一）概念 基因產(chǎn)生功能的過(guò)程，稱基因表達(dá)，

4、也稱編碼（code）。 DNA RNA protein基因表達(dá)的過(guò)程是信息分子（DNA或RNA）轉(zhuǎn)變成功能分子（protein）的過(guò)程。mRNAtRNArRNAtranslationtranslationreplicationreversetranscription 1.轉(zhuǎn)錄 RNA pol合成RNA的過(guò)程，產(chǎn)生單鏈RNA互補(bǔ)于DNA，在某些病毒中則是互補(bǔ)于RNA模板。 2.翻譯 這是由核糖體實(shí)現(xiàn)的protein的合成過(guò)程，核糖體和tRNA解釋mRNA含有的信息密碼。 蛋白質(zhì)是大而復(fù)雜的功能分子，每1類生物各有其1套特有的蛋白質(zhì)，不同的生物體內(nèi)罕見完全相同的蛋白分子，人的蛋白質(zhì)分子不下10萬(wàn)種

5、。四、基因表達(dá)的調(diào)控 基因表達(dá)主要包括（基因）轉(zhuǎn)錄和（蛋白質(zhì)）翻譯使信息分子DNA轉(zhuǎn)變成功分子protein的過(guò)程，這一過(guò)程在體內(nèi)受到精密的調(diào)控，以保證功能的有序性。這一調(diào)控稱為基因表達(dá)的調(diào)控，簡(jiǎn)稱基因調(diào)控。五、基因表達(dá)調(diào)控的要點(diǎn)(一)調(diào)控的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)原核生物真核生物prokaryote 無(wú)真核結(jié)構(gòu)的單細(xì)胞生物。包括細(xì)菌、藍(lán)綠藻等。其DNA、protein、組成1個(gè)相當(dāng)致密的類核，但無(wú)核膜與胞質(zhì)分開。因?yàn)闊o(wú)核膜，基因受環(huán)境影響大。 eukaryote單或多細(xì)胞生物，有核膜將染色體等有關(guān)物質(zhì)包圍在內(nèi)與胞質(zhì)分開，細(xì)胞有有絲分裂和減數(shù)分裂2種形式，具有這些特征的生物稱真核生物。其細(xì)胞稱為真核細(xì)胞。（

6、二）調(diào)控最大特點(diǎn) 調(diào)控直接受環(huán)境及營(yíng)養(yǎng)狀況的影響。調(diào)控是為了適應(yīng)環(huán)境獲取營(yíng)養(yǎng)達(dá)到生存即分裂繁殖的最優(yōu)化（原核既無(wú)充足的能源貯備，又無(wú)高等植物制造有機(jī)物的本領(lǐng)）。所以調(diào)控體現(xiàn)1個(gè)“快”字，快速適應(yīng)環(huán)境，獲取營(yíng)養(yǎng)，合成必需蛋白質(zhì)、降解不必要成分。這是長(zhǎng)期進(jìn)化，獲得的適應(yīng)應(yīng)變能力。（適應(yīng)環(huán)境獲取營(yíng)養(yǎng)、解決“溫飽”問(wèn)題。）遺傳程序調(diào)控、按“既定方針辦”如動(dòng)物1個(gè)受精卵，按遺傳程序開開關(guān)關(guān)基因，發(fā)育成成熟個(gè)體，該遺傳程序是構(gòu)成胚胎發(fā)育和組織分化的基礎(chǔ)。僅極少基因間接或直接受環(huán)境因素的影響。這一特點(diǎn)使真核在千變?nèi)f化的環(huán)境下，主要組織或器官仍能維持正常功能（“處世不驚”）。（三）調(diào)控主要水平 真原核調(diào)控的主

7、要水平（主調(diào)）都在轉(zhuǎn)錄水平。因?yàn)椋?.任何連鎖反應(yīng)控制第一步是最經(jīng)濟(jì)和最有效的（既不需要，何必轉(zhuǎn)錄）。2.RNA pol 沒(méi)有糾錯(cuò)功能（DNA pol 有）微調(diào) DNA水平 轉(zhuǎn)錄后水平 原核調(diào)控余步不大，因其轉(zhuǎn)錄翻譯同一個(gè)compt進(jìn)行。 翻譯水平 是原核次要調(diào)控水平。 翻譯后水平（四）調(diào)控的基本方式 真原核調(diào)控的基本方式都是通過(guò)調(diào)控因子：1.蛋白質(zhì)（主）2.核酸 和 3.小分子化合物之間的識(shí)別和相互作用對(duì)基因表達(dá)實(shí)現(xiàn)正控制或負(fù)控制（也稱正調(diào)控和負(fù)調(diào)控）。 （五）調(diào)控物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì) 蛋白質(zhì)、核酸、小分子化合物。（六）調(diào)控模式 原核有操縱子調(diào)控模型，已發(fā)現(xiàn)100多種。真核有Britten-Dav

8、idsen（法）模型尚未為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。 病毒基因表達(dá)調(diào)控 各種病毒、噬菌體等除部分帶有RNA pol或逆轉(zhuǎn)錄酶外主要是利用宿主的基因表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)。原核病毒適應(yīng)原核生物遺傳策略，真核病毒適應(yīng)真核生物遺傳策略。（七）基因表達(dá)的時(shí)間性和空間性 （1）時(shí)間特異性：按功能需要，某一特定基因表達(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：在個(gè)體生過(guò)程中，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，這實(shí)際是由細(xì)胞在器官的分布決定的，因此又稱細(xì)胞特異性或組織特異性。（八）基因表達(dá)的方式 （1）組成性的基因表達(dá)：細(xì)胞對(duì)不同蛋白質(zhì)的需要是不一樣的，一些基因產(chǎn)物對(duì)生命全

9、過(guò)程都是必需的，這類基因的表達(dá)水平在所有細(xì)胞或組織中幾乎是不變的，如三羧酸循環(huán)這個(gè)中心代謝途徑的酶類，它們的基因表達(dá)就屬于這一類，這類基因稱為管家基因（house keeping gene）。這類穩(wěn)定的幾乎不用調(diào)節(jié)的表達(dá)方式稱為組成性的基因表達(dá)或基本性的表達(dá)（constitute expression）。 （2）誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)：某些基因表達(dá)產(chǎn)物數(shù)量隨著外界環(huán)境信號(hào)變化而變化，這類基因稱為調(diào)節(jié)基因。有些基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答時(shí)被激活，基因表達(dá)增加的過(guò)程稱為誘導(dǎo)（indution），被誘導(dǎo)才表達(dá)的基因稱為可誘導(dǎo)基因（inducible genes），反過(guò)來(lái)有些基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答時(shí)被抑制，基因表達(dá)產(chǎn)物水

10、平降低，這種基因表達(dá)方式稱為阻遏，這類基因稱作可阻遏基因。例如，當(dāng)色氨酸供給豐富的情況下，細(xì)菌中有關(guān)色氨酸合成酶的基因表達(dá)就會(huì)受到阻遏。六、操縱子 上世紀(jì)60年代法國(guó)分子生物學(xué)家Jacob和Monod在E.coli 一半乳糖苷酶誘導(dǎo)生成研究中，發(fā)現(xiàn)了適應(yīng)酶（adaptive enzyme）基因負(fù)調(diào)控系統(tǒng)，提出著名乳糖操縱子模型（Lac operon），是基因調(diào)控研究的1個(gè)里程碑。 細(xì)菌調(diào)控的1個(gè)共同特點(diǎn)是 1個(gè)啟動(dòng)子作用1組基因，一般地說(shuō)1個(gè)細(xì)菌代謝途徑所需要的酶是由1組基因所編碼的，這樣的1組基因就是操縱子。 1.操縱子（operon）概念 是發(fā)現(xiàn)于細(xì)菌體內(nèi)的1種基因調(diào)節(jié)單位，由控制區(qū)和信息

11、區(qū)組成，信息區(qū)包括相鄰的，功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因，在控制區(qū)的調(diào)節(jié)下轉(zhuǎn)錄成mRNA，控制區(qū)主要含操縱基因，啟動(dòng)子和CAP結(jié)合位點(diǎn)，有些操縱子尚含有衰誠(chéng)子。2.類型與結(jié)構(gòu) 不同的操縱子結(jié)構(gòu)區(qū)（結(jié)構(gòu)基因串）不同，調(diào)控區(qū)（P-O）也不一樣，因而調(diào)控的方式也不完全相同，據(jù)操縱子對(duì)于能調(diào)節(jié)它們表達(dá)的小分子應(yīng)答的性質(zhì)可將操縱子分為二大類。（1）可誘導(dǎo)的操縱子(inciduble operon)加入調(diào)節(jié)小分子開啟基因轉(zhuǎn)錄活性，這種作用及其過(guò)程稱誘導(dǎo)(induction)產(chǎn)生誘導(dǎo)作用的小分子稱誘導(dǎo)物(inducer)。誘導(dǎo)物一般為操縱子編碼的酶蛋白分解的底物。如：乳糖操縱子（乳糖）。（2）可阻遇的操縱子(repre

12、ssible operon)加入調(diào)節(jié)小分子，關(guān)閉基因轉(zhuǎn)錄活性這種作用及過(guò)程稱阻遏(repression)，產(chǎn)生阻遏的小分子物質(zhì)稱輔阻遏物(corepressor)。輔阻遏物一般為操縱子編碼的酶合成的物質(zhì)（產(chǎn)物）如：色氨酸操縱子（色氨酸）。第一節(jié) 原核生物基因表達(dá)的調(diào)控 從調(diào)控方式來(lái)看，原核生物調(diào)控最重要的特點(diǎn)是操縱子模式。 從調(diào)控水平來(lái)看，主調(diào)在轉(zhuǎn)錄水平，翻譯水平次之。一、DNA水平的調(diào)控DNA序列重排對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控，有稱反向倒位。 研究得比較清楚的是沙門氏菌鞭毛抗菌素原H1和H2選擇性表達(dá)，H1表達(dá)，H2關(guān)閉，反之亦然。機(jī)制1.h2基因表達(dá)時(shí)，同時(shí)轉(zhuǎn)錄翻譯出h1基因的阻遏蛋白。2.h2基因不表

13、達(dá)時(shí)，阻遏h1的蛋白（rh1）也不表達(dá)，h1基因表達(dá)H1鞭毛抗原。3.h2-rh1 轉(zhuǎn)錄單元是否表達(dá)受其上游一段DNA的排列方向所控制。4.105次細(xì)胞分裂中發(fā)生1次，1個(gè)細(xì)菌克隆以表達(dá)1種鞭毛抗原為主。倒位基因啟動(dòng)子H2阻遏蛋白基因啟動(dòng)子H1OFFOFFOnOnOnmRNAH2蛋白阻遏物蛋白倒位基因啟動(dòng)子H2阻遏蛋白基因OFFOFF啟動(dòng)子H1OnOnmRNA可倒位區(qū) 倒位基因DNA序列 位于h2-rh1（鞭毛H2-H1阻遏蛋白）轉(zhuǎn)錄單元上游，全長(zhǎng)995bp。 IRL、IRR 995bp左右末端倒轉(zhuǎn)重復(fù)順序（反向重復(fù)順序、也稱回文順序、（palindiome、invertedrepeat se

14、quence）即在DNA鏈上正讀反讀有一樣意義的序列）各長(zhǎng)14bp。 hin hin基因位于995bp序列中，其編碼的蛋白產(chǎn)生可催化995bp序列倒位。當(dāng)啟動(dòng)子Ph2向h2時(shí)，h2-rh1轉(zhuǎn)錄單元表達(dá)H2抗原-h1阻遏蛋白，h1不能表達(dá)。當(dāng)995bp序列倒位后，啟動(dòng)子Ph2倒向另一側(cè)，背離h2，h2-rh1不能表達(dá)，h1表達(dá)。 h1、h2基因并不緊密連鎖。二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄是基因表達(dá)的第一步： RNA pol只有聚合作用，沒(méi)有校正功能。轉(zhuǎn)錄精確性依賴于: 1.一個(gè)精確起點(diǎn)。 2.據(jù)堿基互補(bǔ)準(zhǔn)確轉(zhuǎn)錄DNA序列生成mRNA。 3.一個(gè)特異性的轉(zhuǎn)錄終止部位。 轉(zhuǎn)錄是基因調(diào)控主要水平。 影響轉(zhuǎn)錄因

15、素較多，研究得也較為清楚，從原核生物來(lái)說(shuō)基因調(diào)控的基本要素是：轉(zhuǎn)錄起始，終止和mRNA的快速轉(zhuǎn)換。（一）影響轉(zhuǎn)錄的因素1.2.啟動(dòng)子和起始因子啟動(dòng)子啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄，起始因子識(shí)別啟動(dòng)子。概念1.啟動(dòng)子（promoter）2.起始因子（sigma） 促進(jìn)DNA轉(zhuǎn)錄的DNA順序，是DNA分子上可與RNA pol結(jié)合并使之轉(zhuǎn)錄的部位。又稱啟動(dòng)基因，但啟動(dòng)子本身不被轉(zhuǎn)錄。 因子，有稱起始因子，是RNA pol組成的亞基之一（2）,重要功能是識(shí)別啟動(dòng)子。種類有強(qiáng)弱之分。強(qiáng)促轉(zhuǎn)錄效率高，弱次之。不同基因種有不同的因子，都可識(shí)別特征序列一致的啟動(dòng)子， 因子的更換對(duì)細(xì)菌的時(shí)序調(diào)控非常重要。 如E.coli啟動(dòng)子全

16、長(zhǎng)約4060bp，3個(gè)功能部位，2個(gè)重要功能：（1）起始部位 轉(zhuǎn)錄合成的第一個(gè)互補(bǔ)堿基對(duì)，用+1表示，左為上游，右為下游，用負(fù)、正表示，沒(méi)有O的位置。（2）結(jié)合部位 RNA pol 與啟動(dòng)子結(jié)合位置，位于-10bp，富含AT，同源性強(qiáng)，又稱TATAbox或pribnow盒。（3）識(shí)別部位 位于-35區(qū)，RNApol識(shí)別啟動(dòng)子部位，保守性極強(qiáng)。（1）主要功能是識(shí)別P（特別是其R位點(diǎn)），與P的選擇、轉(zhuǎn)錄方向及哪能一條DNA鏈轉(zhuǎn)錄有關(guān)。和2構(gòu)成全酶，參入RNA pol與P的結(jié)合，（2）通常情況下，E.coli沒(méi)有因子更換，當(dāng)環(huán)境升溫（4250時(shí)， 32（KD）大量增加， 32是一種特殊的亞基，負(fù)責(zé)熱

17、休克蛋白基因的識(shí)別。 32的由rpoh（舊稱hipR）基因編碼。結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)（4）決定轉(zhuǎn)錄方向及那一條DNA鏈作模板（以信息鏈的互補(bǔ)鏈作模板，轉(zhuǎn)錄mRNA與信息鏈一致）。（5）決定轉(zhuǎn)錄效率、與標(biāo)準(zhǔn)序列越一致越強(qiáng)。強(qiáng)P與標(biāo)準(zhǔn)序列一致，弱次之。熱休克反應(yīng)（heat shock response）由于E.coil環(huán)境溫度升高導(dǎo)致某些基因迅速表達(dá)的這種現(xiàn)象稱之. 32作用機(jī)制及這類基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制是研究一熱門,但機(jī)制并非太清楚。標(biāo)準(zhǔn)（一致）序列因?yàn)?10、-35區(qū)（眾多）啟動(dòng)子同源性極強(qiáng)稱之，相應(yīng)的稱之為標(biāo)準(zhǔn)、為70。3.阻遏蛋白概念 是一類由調(diào)節(jié)基因編碼，在轉(zhuǎn)錄水平對(duì)基因表達(dá)產(chǎn)生負(fù)調(diào)控作用（關(guān)閉基因

18、表達(dá)活性）的蛋白質(zhì)。有稱陰性調(diào)節(jié)蛋白（negative-actingprorein）或阻遏物（repressor）。這種基因表達(dá)調(diào)控方式稱負(fù)調(diào)控。功能（1）與操縱基因（O）結(jié)合（P與O重迭或P與O附近的DNA重迭）阻止RNA pol結(jié)合該基因或O，從而抑制mRNA的合成（不改變RNA pol 與其它的P結(jié)合）。（2）阻遏蛋白能夠被小分子誘導(dǎo),該小分子稱效應(yīng)物（effector）。 4.正調(diào)控蛋白 與負(fù)控反之，使關(guān)閉基因開放的一類調(diào)節(jié)蛋白。有稱陽(yáng)性調(diào)節(jié)蛋白（positive prate）或激活因子（activator）。這種類型基因表達(dá)調(diào)控方式稱正調(diào)控。現(xiàn)介紹2種正控蛋白。（1）CAP蛋白* 這

19、種蛋白可將葡萄糖饑餓信號(hào)傳給許多操縱子使細(xì)菌在缺乏葡萄糖的環(huán)境中可利用其它的碳源。（2）ntrc蛋白* ntrc磷酸化有活性可發(fā)揮調(diào)節(jié)功能啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。 據(jù)效應(yīng)物與阻遏蛋白結(jié)合是否使基因開放轉(zhuǎn)錄，可分成2類：（1）誘導(dǎo)物（inducer）誘導(dǎo)物與阻遏蛋白結(jié)合，解除阻遏作用。例：乳糖操縱子，乳糖誘導(dǎo)作用。（2）協(xié)同阻遏物（corepressor）協(xié)同阻遏蛋白（阻遏蛋白與O結(jié)合）封閉基因不轉(zhuǎn)錄。如色氨酸操縱子，色氨酸。*（1）CAP-障解物基因激活蛋白（catabolic gene activator protein）*（2）Ntrc-Ecoli氨代謝（nitrogen metabolism）基因激活

20、蛋白，該蛋白磷酸化有活性。其磷酸化又受ntrB的調(diào)節(jié)。5.倒位蛋白（inversion protein）是一種位點(diǎn)特異性的重組酶（site-speciFic recombinotion enzyme）（前述、DNA水平調(diào)控）。6.RNA pol抑制物-嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)（stringent respsnse） 細(xì)菌在缺乏氨基酸的環(huán)境中，RNA pol活性降低，RNA pol活性降低，RNA（rRNA,tRNA）合成減少或停止，這種現(xiàn)象稱為嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)。 其機(jī)制是在氨基酸缺乏時(shí)，游離核糖體（與空載的tRNA增加，在ATP存在下，產(chǎn)生pppGpp(鳥苷-5磷酸)和ppGpp（鳥甘-4-磷酸）。后者與RNA po

21、l 形成ppGpp-RNA pol 復(fù)合物，進(jìn)而使RNA pol 變構(gòu)，活性rRNA和tRNA合成 或停止。當(dāng)培養(yǎng)液中富含氨基酸時(shí)，則與上述情況相反，RNA pol 活性，rRNA，tRNA合成 ）。7.終止子（teminator）概念 在基因3端或操縱子3末端有一段特殊的核苷酸序列，它有終止轉(zhuǎn)錄的功能，稱其為轉(zhuǎn)錄終止子，簡(jiǎn)稱終止子。分2類：（1）不依因子的終止子（強(qiáng)）（2）依賴因子的終止子（弱）共同特征 在轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)之前都有回文順序。（1）回文順序有2個(gè)重復(fù)部分，每個(gè)7-20bp，由幾個(gè)不重復(fù)的節(jié)段隔開。（2）回文順序?qū)ΨQ軸一般距轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)1624bp。不同點(diǎn)（1）回文順序富含G,C （1）

22、GC含量少（2）回文順序下游常有（2）下游無(wú)固68個(gè)ATbp。（不依賴 定的特征。因子終止子） （依賴因子終 止子）8.rho()因子 是協(xié)助轉(zhuǎn)錄終止的一種蛋白質(zhì)，具有6個(gè)相同的亞基。 終止子依賴因子機(jī)理是：（1） 因子促進(jìn)轉(zhuǎn)錄終止子的活性。（2） 因子利用NTPase水解NTP能量在“淺齒輪”地方追上RNA pol，并與后者都從核酸上游離出來(lái)。RNA pol轉(zhuǎn)錄回文順序（發(fā)夾結(jié)構(gòu)）與RNA特定的空間結(jié)構(gòu)嵌合，阻礙了RNA鏈從三無(wú)復(fù)合體進(jìn)一步釋放，RNADNA雜交體解離，局部解開，DNA恢復(fù)雙螺旋RNA pol 從模板釋放（深齒輪）。由于GC含量低，盡管轉(zhuǎn)錄出回文結(jié)構(gòu)，但只能暫緩延遲RNA p

23、ol的轉(zhuǎn)錄，若無(wú)因子就會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)錄下去，這叫通該（read through），有因子就會(huì)協(xié)助轉(zhuǎn)錄的終止，機(jī)理參左（“淺齒輪”）終止機(jī)理DNA模板、RNA pol 和新轉(zhuǎn)錄RNA組成三元復(fù)合體。9.衰減子（attenuator） 又稱弱化子，是在可阻遏的操縱子中第一個(gè)結(jié)構(gòu)基因之前常有一段能減弱轉(zhuǎn)錄作用的順序稱之（“可變動(dòng)的終止子”）。（二）轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控下面以操縱子為例說(shuō)明轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控1.乳糖操縱子的調(diào)控機(jī)理（可誘導(dǎo)的操縱子） （1）人們?cè)缭谏蟼€(gè)世紀(jì)初就發(fā)現(xiàn)了酵母中酶的誘導(dǎo)現(xiàn)象。即分解底物的酶只有底物存在時(shí)才出現(xiàn)。酶受底物的誘導(dǎo)，這種可誘導(dǎo)現(xiàn)象在細(xì)菌中普遍存在。 在培養(yǎng)基中加入適合底物-乳糖或半

24、乳糖后23分鐘，一半乳糖苷酶可迅速達(dá)到5000個(gè)酶分子，增加了1000倍，占細(xì)菌蛋白總量的510%。 一半乳糖苷酸水解乳糖半乳糖+葡萄糖 2個(gè)單糖。 若撤消底物，該酶合成迅速停止，就象當(dāng)初迅速合成一樣。從60年代乳糖操縱子模型提出1996年分離得到該操縱子的阻遏蛋白1975年乳糖操縱子的堿基序列已全部測(cè)定清楚了。（2）乳糖操縱子（Lactose operon ，Lac operon）結(jié)構(gòu)示意圖CAPCAMPIPOZYA結(jié)構(gòu)基因區(qū)（信息區(qū)）RNA pol調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū) I-調(diào)節(jié)基因P-啟動(dòng)子O-操縱基因（OP有一定的重疊）CAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)構(gòu)基因Z-半乳糖苷酶基因（ -galactosidase）Y

25、-半乳糖苷透酶（乳糖透酶）（ -galotoside porinerase）A-硫代半乳糖轉(zhuǎn)乙?；福╰rans acetylase）（3）調(diào)控機(jī)理 乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄起始受到CAP和阻遏蛋白的雙重調(diào)控，即正、負(fù)調(diào)控。 CAP（正控） 結(jié)合到啟動(dòng)子上游CAP結(jié)合位點(diǎn)的一致序列附近后，促進(jìn)RNA pol與P的結(jié)合，才能有效的轉(zhuǎn)錄，原因是： Lac p 是弱啟動(dòng)子，與一致序列的差異極大，CAP位點(diǎn)結(jié)合cAmp-CAP復(fù)合物后，Lac p結(jié)合RNA pol 的牢固性增強(qiáng)。所以CAP是Lac operon 的正控因子。 啟動(dòng)子p與操縱基因有一定的重疊，妨礙RNA pol與P的結(jié)合，結(jié)合CAP后，改變了空

26、間結(jié)構(gòu) 促進(jìn)了RNA pol與P的結(jié)合。 阻遏蛋白（負(fù)控） 調(diào)節(jié)基因I（除Lac operon用I外，其余均用R）產(chǎn)生的阻遏蛋白結(jié)合到操縱基因O上，就抑制了結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)物（或稱效應(yīng)物）可以去阻遏，實(shí)現(xiàn)對(duì)基因的轉(zhuǎn)錄，這是Lac operon的負(fù)控機(jī)制。 CAP結(jié)合到CAP位點(diǎn)發(fā)揮正控作用，乳糖誘導(dǎo)去阻遏，這樣1個(gè)操縱子中的1組基因就有2道開關(guān)，只有2道開關(guān)同時(shí)打開時(shí)，基因才能轉(zhuǎn)錄。2個(gè)CAP分子和RNA pol 在Lac p 一致序列上排列CAPCAP-35RNA pol-10IPOZYADNAmRNA阻遏蛋白效應(yīng)物（乳糖）ZYA基因產(chǎn)物（酶） 細(xì)菌優(yōu)先到利用葡萄（G）-葡萄糖效應(yīng) 如果

27、細(xì)菌生長(zhǎng)環(huán)境中，乳糖、G同時(shí)存在，盡管有誘導(dǎo)物乳糖存在，但細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄糖，不予理睬乳糖，在G耗盡之前，Lac operon也不會(huì)表達(dá)。也就是說(shuō)G阻礙了Lac operon的表達(dá)。這種G效應(yīng)在半乳糖、阿拉伯糖操縱子中也存在。 G效應(yīng)的原因是 G降解代謝產(chǎn)物 腺苷環(huán)化酶 磷酸二酯酶結(jié)果使胞內(nèi)cAmp 當(dāng)G耗盡，cAmp開始集累，cAmp和CAP結(jié)合使CAP變構(gòu)才能結(jié)合到CAP結(jié)合位點(diǎn)上，促進(jìn)RNA pol與P結(jié)合。 CAP在胞內(nèi)合成是相對(duì)穩(wěn)定的。CAMP-CAP含量與腺苷環(huán)化酶、膜結(jié)構(gòu)、生理狀況及G代謝途徑中許多酶，與呼吸鏈酶系統(tǒng)大多數(shù)酶都有一定關(guān)系，該酶均表現(xiàn)對(duì)G效應(yīng)敏感。抑制激活 結(jié)合乳糖

28、、G存在與否及與操縱子正、負(fù)控因素、基因開放與關(guān)閉情況如下：葡萄糖（G） 乳糖 基因開放 基因關(guān)閉 機(jī)理簡(jiǎn)述（學(xué)生填充） CAP正控、乳糖去阻遏、基因開放、轉(zhuǎn)錄進(jìn)行 不能誘導(dǎo)去阻遏，CAP即使結(jié)合，基因未開放 細(xì)菌優(yōu)先用G，無(wú)CAP結(jié)合，無(wú)誘導(dǎo)去阻遏 CAMP-CAP復(fù)合物無(wú)，CAP位點(diǎn)空，去阻遏 也無(wú)RNA pol結(jié)合2、阿拉伯糖操縱子調(diào)控機(jī)理（具有正負(fù)調(diào)控雙重功能調(diào)節(jié)蛋白，可略講） （1）概述 阿拉伯操縱子（Ara operon）的轉(zhuǎn)錄起始是由CAP、Arac蛋白Ara糖是1個(gè)可作碳源的5碳糖，和乳糖一樣，Ecoli以Ara糖為能源生長(zhǎng)時(shí)，能產(chǎn)生該糖代謝途徑的3種酶催化Ara糖轉(zhuǎn)換成5磷酸

29、木酮糖糖酵解途徑（磷酸戊糖途徑）。 （2）Ara operon的結(jié)構(gòu)DNAaraC IO2 ParaC IO1BADPBADCAP位點(diǎn)CAmP CAPmRNAProtein(Arac)mRNABADArac-調(diào)節(jié)蛋白C的編碼基因Parc PBAD-啟動(dòng)子IO1O2-調(diào)控元件B-L核酮糖激酶（isomerase）A-L阿拉伯糖異構(gòu)酶（kinase）D-L核酮糖與磷4表異構(gòu)酶（opimerase）I-起始部位（3）調(diào)控機(jī)理 調(diào)控要素 從結(jié)構(gòu)圖可以看出，arac和araBAD的轉(zhuǎn)錄方向相反，有各自的啟動(dòng)子。 AraC有2種形式（亞基聚合數(shù)不同？）：Cind和Crep 有Ara糖存在AraCind+A

30、ra糖（結(jié)合）表現(xiàn)為誘導(dǎo)araBAD轉(zhuǎn)錄作用和 阻遏araC的阻遏作用。 無(wú)Ara糖存在AraCrep 表現(xiàn)為對(duì)araBAD和araC阻遏作用 Ara operon 與Lac operon一樣存在“G效應(yīng)”，所以cAmp-CAP復(fù)合物是 araC和araBAD表達(dá)必需的。 所以，Ara operon的正控因子Cind和CAMP-CAP，負(fù)控因子為Crep， Ara糖可視作誘導(dǎo)因子。阻遏機(jī)理 無(wú)Ara糖時(shí)，認(rèn)為AraCrep二聚體同時(shí)結(jié)合araO2、I，將二者拉在一起形成DNA環(huán)狀結(jié)構(gòu)，有效阻遏了araBAD的轉(zhuǎn)錄。激活機(jī)理 有Ara糖時(shí)，Ara糖+AraC去阻遏，同時(shí)cAMP-CAP結(jié)合CAP

31、位點(diǎn)促進(jìn)araBAD和arac的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)araC表達(dá)過(guò)多時(shí)Cind結(jié)合O1，阻礙了C的表達(dá)。 若有足夠的araBAD酶產(chǎn)出，則Cind減少或消失，這樣BAD基因關(guān)閉。 結(jié)合Ara糖、G存在與否及Ara operon正、負(fù)控因素基因開放、關(guān)閉情況如下： G Ara糖 基因開放 基因關(guān)閉 機(jī)理簡(jiǎn)述（學(xué)生填充） 或 CAMPCAP位點(diǎn)空，Arac使AraI和O2成環(huán) CAMPCAP結(jié)合位點(diǎn)，C釋放O2、無(wú)Ara糖激活作用 Ara糖+AraCRNA pol與PBAD結(jié)合轉(zhuǎn)錄（Trp operon調(diào)控機(jī)理放在轉(zhuǎn)錄終止調(diào)控作用中講）（三）轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)控 1.轉(zhuǎn)錄終止可能發(fā)生的3種情況終止部位意 義(1)操

32、縱子結(jié)構(gòu)基因之前 RNA pol到達(dá)operon之前，DNA轉(zhuǎn)錄就提前終止，這是以1個(gè)“否決”形式構(gòu)成合成mRNA的第二次調(diào)節(jié)。(2)在1個(gè)operon結(jié)構(gòu)基因之間 使距離更近DNA的啟動(dòng)子，較距離遠(yuǎn)的P轉(zhuǎn)錄更多的mRNA，這將產(chǎn)生個(gè)“極性”作用，隨著與P距離增加，RNA合成減少。(3)在2個(gè)操縱子之間 如果RNA pol被允許繼續(xù)轉(zhuǎn)錄從1個(gè)operon到另1個(gè)operon，那么第2個(gè)operon將接受轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)，起始將終止。 據(jù)認(rèn)為上述可能機(jī)制之1種在各種細(xì)菌或噬菌體中至少起到某種作用。2.轉(zhuǎn)錄終止的“2+1”種鏈終止基本形式 轉(zhuǎn)錄終止比起始了解得更少，現(xiàn)已清楚有幾個(gè)因子參加鏈終止，有2

33、種基本形式： （1）依賴因子的鏈終止子。 （2）不依賴因子的鏈終止子。 （3）衰減子是變動(dòng)的終止子鏈終止的第3種形式 衰減子（attenutor,A）又稱弱化子，在可阻遏的操縱子中第1個(gè)結(jié)構(gòu)基因之前有一段減弱轉(zhuǎn)錄作用的順序稱之。 A使轉(zhuǎn)錄在結(jié)構(gòu)基因之前就遭到否決，是合成mRNA的第二次調(diào)節(jié)，符合終止發(fā)生3種情況中的第1種。 從鏈終止的形式來(lái)說(shuō)，是可變動(dòng)的終止子，因?yàn)橛兴p子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，是否形成終止RNA pol的轉(zhuǎn)錄作用，有賴于操縱子的調(diào)節(jié)機(jī)制，決定是否否決已啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的RNA pol繼續(xù)轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因。下面以 Trp operon為例說(shuō)明這一機(jī)制。色氨酸操縱子(trp operoon)可阻遏系統(tǒng)

34、1.Trp operon結(jié)構(gòu)示意圖RPOalEDCBADNAmRNA阻遏蛋白效應(yīng)物（trp，輔阻遏物，co-repressor)R-調(diào)節(jié)基因，編碼阻遏蛋白P-啟動(dòng)子O-操縱基因al-表誠(chéng)子前導(dǎo)序式ED-編碼鄰氨基苯甲酸合成酶（antlnanilate synthetase）2個(gè)單體（260KD）C-編碼吲哚甘油磷酸合成酶（indeleglycerol-phosphatr synHietdse）45KDBA-編碼Trp合成酶亞基（50KD）和亞基（29KD）2.調(diào)控機(jī)理（1）輔阻遏物Trp激活無(wú)輔基的阻遏蛋白與操縱基因O結(jié)合。（2）阻遏（物）是Trp operon的第一控制系統(tǒng) 阻遏發(fā)生在轉(zhuǎn)錄起

35、始水平，Trp合成酶系統(tǒng)及酶合成都受Trp抑制。 是Trp對(duì)已有的酶的反饋抑制作用（fecdback inhibition） 是Trp為輔阻遏物激活無(wú)輔基阻遏蛋白（R的產(chǎn)物）從而結(jié)合到O上，阻止操縱子的轉(zhuǎn)錄，R編碼12.5KD亞基阻遏蛋白，以4聚體形式存在，每個(gè)細(xì)胞約有20個(gè)4聚體，單獨(dú)4聚體不能與O結(jié)合，只有結(jié)合了Trp的有活性4聚體才能與O結(jié)合。 Ptrp有正常-10、-35序列，但-10完全位于有完美的反向重復(fù)順序的TrpO之內(nèi)，故結(jié)合了阻遏蛋白后，完全排斥了RNA pol的結(jié)合。（3）衰減子（A）是Trp operon的第二控制系統(tǒng)。 第二控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)證據(jù)提示：Trp operon酶本

36、底只有1/70，Lac operon為1/1000，說(shuō)明Trp operon的阻遏要比Lac operon低得多，但仍可以滿足細(xì)菌適應(yīng)生存的需要，說(shuō)明Trp存在第二控制系統(tǒng)。 衰減子前導(dǎo)肽（aL）及其空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)aL離E基因上游約3060bp有4個(gè)GC特征的片段，其后是8個(gè)U，是不依賴因子的終止子，終止作用有賴于前面片段發(fā)夾結(jié)構(gòu)形成情況。當(dāng)Trp，片段3,4形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄終止。有2個(gè)串聯(lián)UGG（Trp密碼子）全長(zhǎng)多順?lè)醋?700bp?？?間 結(jié) 構(gòu)特 點(diǎn)DNARPO aL EBCDA aLmRNAL肽UGGUGG1234位于第60位核苷酸-Trp-Trp-aL“可變動(dòng)終止子”作用機(jī)制 作用

37、機(jī)制基本條件 第一，空間結(jié)構(gòu) 2個(gè)串聯(lián)的UGG 4個(gè)片段，12，2.3，3.4GC配對(duì)形成發(fā)夾（荃環(huán)）結(jié)構(gòu)強(qiáng)弱依次是1.22.33.4， 3，4后是不依賴因子的終止信號(hào)8個(gè)U。 第二，原核轉(zhuǎn)錄翻譯同一個(gè)compt進(jìn)行，在aL轉(zhuǎn)錄中，RNA pol轉(zhuǎn)錄至aL+90有一次延宕（喘了一口氣），給了核糖體追趕的機(jī)會(huì)。aL基因轉(zhuǎn)錄不久就開始翻譯。 作用機(jī)制 胞內(nèi)Trp形成Trp-tRNA，核糖體很快通過(guò)片段1，并封閉片段2（“堵車”），片段1.2,2.3形成不了發(fā)夾結(jié)構(gòu)，片段3.4形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)形成一個(gè)不依賴因子終止結(jié)構(gòu)衰減子，使前方RNA pol 脫落，轉(zhuǎn)錄終止。 胞內(nèi)Trp沒(méi)有Trp-tRNA供給；核

38、糖體翻譯停在片段1中2個(gè)Trp密碼子前（等料）片段2、3形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，3、4形成不了發(fā)夾結(jié)構(gòu)不能形成終止信號(hào)，RNA轉(zhuǎn)錄繼續(xù)進(jìn)行、EDCBA得以轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄衰減實(shí)質(zhì)上是轉(zhuǎn)錄與一個(gè)前導(dǎo)肽翻譯過(guò)程的偶聯(lián)。 aL與阻遏蛋白作用一致性（轉(zhuǎn)錄衰減是原核特有的一種基因調(diào)控機(jī)制，代述生物學(xué)意義） 當(dāng)Trp但不足以誘導(dǎo)阻遏蛋白衰減子也能使mRNA合成終止在EDCBA結(jié)構(gòu)基因前，反之，當(dāng)Trp 即使失去了阻遏作用，只要能使前導(dǎo)肽繼續(xù)合成，仍阻遏轉(zhuǎn)錄。 這是對(duì)Trp濃度的一種更為精細(xì)、敏感調(diào)節(jié)，其生物學(xué)意義不是很清楚。也許這就是生物學(xué)的意義。這樣一個(gè)操縱子的1組基因就有2道開頭，只有2道門都關(guān)了，才能阻遏結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)

39、錄。 三、翻譯水平的調(diào)控 轉(zhuǎn)錄是原（真）核基因調(diào)控的重要水平，由于原核生物沒(méi)有核膜，轉(zhuǎn)錄翻譯同時(shí)同一個(gè)compt,進(jìn)行，所以轉(zhuǎn)錄后調(diào)控余步不大。翻譯是原核生物基因表達(dá)調(diào)控的另一個(gè)重要層次。 （一）SD序列對(duì)翻譯的影響 1.SD序列（SD Sequence,SDs）概念 原核生物mRNA起始密碼子AuG上游310bp處有1個(gè)RbS稱為SD序列。 （1）種類不同基因有不同的SDs，其一致序列為AGGAGG，從而控制單位時(shí)間起始復(fù)合物形成的數(shù)目，最后控制翻譯產(chǎn)物的數(shù)量。 （2）位置mRNA起始密碼子AuG上游413bp處，與AuG間隔413bp。 （3）堿基特點(diǎn)富含A，與核糖體小亞基16SRNA端富

40、含U序列互補(bǔ)，被其識(shí)別與結(jié)合，mRNA轉(zhuǎn)錄不久，即被之結(jié)合、翻譯。 （4）多順?lè)醋泳幋a多個(gè)蛋白質(zhì)，每1個(gè)編碼區(qū)前都有1個(gè)AuG和SD序列，多個(gè)核糖體與SDs結(jié)合將蛋白質(zhì)分別譯出來(lái)。2.SD序列對(duì)翻譯水平的影響 （1）SDs與AuG距離長(zhǎng)短的影響 據(jù)認(rèn)為此距離是影響翻譯效率主要因素。例，重組IL-2，Plac的SDs距AuG 7個(gè)核苷酸，IL-2表達(dá)最高，距8個(gè)核苷酸，IL-2表達(dá)降低500倍。 （2）SDs組成與一致序列差異的影響 Plac3種酶翻譯合成比例為1:0.5:0.2，這種現(xiàn)象反映 SDs與一致序列差異導(dǎo)致核糖體結(jié)合速率有塊有慢 密碼子對(duì)應(yīng)tRNA太少，等待運(yùn)輸周轉(zhuǎn)。3.mRNA二級(jí)

41、結(jié)構(gòu)隱蔽SD序列的作用 SDs存在mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)夾（莖環(huán)）中，受到了隱蔽核糖體無(wú)法靠近與之結(jié)合，只有打開二級(jí)結(jié)構(gòu)，暴露位點(diǎn)、方可結(jié)合。 例:紅霉素抗性菌有1個(gè)質(zhì)粒omrc 該質(zhì)粒可以編碼使23srRNA甲基化酶(紅霉素甲基化酶(erythromycin methylase)使23srRNA2057-2060位GAAG的A甲基化，阻止紅霉素結(jié)合。（紅霉素通過(guò)該位點(diǎn)結(jié)合于核糖體）,抑制蛋白質(zhì)合成。紅霉素甲基化酶可使核糖對(duì)紅霉素產(chǎn)生抗性。（1）amrc翻譯起始區(qū)有一個(gè)反向重復(fù)順序，其上游先導(dǎo)肽也有一個(gè)反向重復(fù)順序，類似Trp operon的前導(dǎo)肽，能形成轉(zhuǎn)錄衰減子發(fā)夾結(jié)構(gòu)，稱為翻譯弱化子。（2

42、）紅霉素甲基化酶基因、mRNA與前導(dǎo)肽對(duì)應(yīng)空間結(jié)構(gòu)前導(dǎo)肽 mRNA1.2,2.3,3.4,4.3片段可以互補(bǔ)形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)SD1前導(dǎo)肽核糖體結(jié)合位點(diǎn)SD2紅霉素甲基化酶核糖體結(jié)合位點(diǎn)DNAamrCLmRNA前導(dǎo)肽SD1123 SD24紅霉素甲基化酶前導(dǎo)肽紅霉素前導(dǎo)肽4個(gè)片形成二級(jí)結(jié)構(gòu)情況甲基化霉生成情況23srRNA甲基化與紅霉素抗性無(wú)前導(dǎo)肽正常翻譯，正常釋出片段1、2，3、4形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)隱匿SD2核糖體元法靠近不能譯出紅霉素甲基化酶無(wú)23srRNA甲基化無(wú)紅霉素抗性有紅霉素結(jié)合核糖體使之滯留于前導(dǎo)肽，片段1.2，2.3、成發(fā)夾，3.4不能成發(fā)夾，暴露SD2核糖體結(jié)合，譯出紅霉素甲基化酶23sr

43、RNA甲基化，抗紅霉素 當(dāng)23srRNA全部甲基化后核糖體不再結(jié)合紅霉素順利譯出先導(dǎo)肽隱匿SD2 核糖體無(wú)法靠近不再譯出甲基化酶。甲基化酶可能有本底水平，當(dāng)有紅霉素時(shí)，可使甲基化酶大量表達(dá)。（二）mRNA的穩(wěn)定性 1.細(xì)菌基因調(diào)控3要素轉(zhuǎn)錄起始、終止和mRNA的快速轉(zhuǎn)換 mRNA快速轉(zhuǎn)換即舊mRNA快速降解，新mRNA快速合成，這是細(xì)菌快速適應(yīng)環(huán)境在mRNA的具體體現(xiàn)。 2.mRNA降解速度的影響因素（一級(jí)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)） 不同mRNA降解速度不同，降解作用不是隨機(jī)的，長(zhǎng)不一定比短的不穩(wěn)。 （1）生理狀況、環(huán)境因素均影響mRNA的降解，但最重要的是： （2）mRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)和二級(jí)結(jié)構(gòu)降解mR

44、NA的內(nèi)切酶主要是：RNase（識(shí)別特殊發(fā)夾結(jié)構(gòu)），該酶降解片段才再被其它核酸酶降解（如3外切核酸酶，RNase）。目前所知，mRNA 終止子（尤是不依賴因子終止子）或類似的發(fā)夾結(jié)構(gòu)都可以不同程度阻礙RNase對(duì)mRNA的降解。 （3）原核mRNA半壽期多為23min，降解NTP用于新的mRNA合成。決定mRNA壽命的許多因素都影響到基因表達(dá)。（三）翻譯產(chǎn)物對(duì)翻譯的調(diào)控（蛋白質(zhì)合成的自體調(diào)控） 有些mRNA編碼的蛋白質(zhì)（pr.），本身就是pr翻譯過(guò)程中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用的因子，這些因子對(duì)自身翻譯也起調(diào)控制作用。 1.核糖體蛋白 （1）核糖體是1座合成pr.流動(dòng)工廠，沿mRNA移動(dòng) 快速合成pr.核糖

45、體以rRNA為骨架加核糖體pr構(gòu)成。Ecoli核糖體pr55種，（大亞基34，小亞基21），核糖體是細(xì)菌細(xì)胞重要成份之一。 （2）細(xì)菌中50余種核糖體pr.基因分布在不同的操縱子中，合成這些pr.，速率是與細(xì)胞增殖適應(yīng)的，受生長(zhǎng)條件營(yíng)養(yǎng)環(huán)境影響。 （3）實(shí)驗(yàn)證明，這些操縱子轉(zhuǎn)錄水平是可調(diào)控的，但核糖體pr.合成的控制主要在翻譯水平。因?yàn)榧尤腩~外操縱子于細(xì)菌，mRNA核糖體pr.并不增加。 （4）每1個(gè)operon轉(zhuǎn)錄的mRNA編碼蛋白中的一種（或2種pr復(fù)合體）可以結(jié)合到多順?lè)醋由嫌蔚?個(gè)特定部位，阻止核糖體結(jié)合和起始翻譯。2.翻譯終止子RF2合成的自體調(diào)控（1）終止密碼和釋放因子（終止子）

46、無(wú)論原核、真核都有3種終止碼：UAG、UGA和UAA 沒(méi)有1種tRNA與終止碼作用，而是由特殊的pr.因子促成終止作用，這類pr.因子稱做釋放因子，也有稱翻譯終止子。 原核有3種釋放因子 RF1 識(shí)別UAA、UAG RF2 識(shí)別UAA、UGA RF3 能刺激RF、RF2的活性。 真核只有1種，即eIF。（2）RF2mRNA的移框窗口及其附近結(jié)構(gòu) 相關(guān)知識(shí)鏈接 閱讀框（reading-frame）也稱讀碼。mRNA核苷酸序列中，3個(gè)核苷酸為1組（稱為密碼子），由核糖體進(jìn)行翻譯。每個(gè)密碼子代表Pr.合成中單個(gè)氨基酸，閱讀框規(guī)定了哪3個(gè)核苷酸成為1組讀作1個(gè)密碼子，這是由起始密碼子AuG決定的。例如

47、AuG CCA AAA uuu ccc可以讀成AuG/GCA/AAA/UUU/CCC，而不會(huì)讀A/UGG/CAA/AAU/UUC/CC。 開放閱讀框（open reading-frame）沒(méi)有終止密碼子打斷的閱讀，通常是從DNA（不是RNA）順序推論出開放閱讀框的存在。 基因密碼閱讀的3個(gè)特點(diǎn) 每個(gè)基因都有特定的閱讀框（如組Pr.），閱讀必須從第1個(gè)密碼子開始到最后1個(gè)密碼子結(jié)束。 閱讀是不停頓的，停頓只能合成肽而不是Pr。（學(xué)理發(fā)） 閱讀（mRNA）方向53，合成肽鏈方向NC，而不能反之。mRNA 5 AUGGGG UAU CUU UGAC UAC GAC 3合成肽鏈方向 NH2 Gly T

48、yr Leu Asp -Tyr - Asp-COOH 前面25個(gè)氨基酸 后面315個(gè)氨基酸(AA) RF2是由340氨基酸組成的Pr.它的密碼子并不處于同1個(gè)閱讀框中，前25個(gè)AA處于AUG所在閱讀框中，后315AA處于（+1）另1閱讀框中。 RF2整個(gè)閱讀框分成2個(gè)閱讀框，中間多了1個(gè)U，U與第26個(gè)AA（ASP）密碼子的前2個(gè)核苷酸構(gòu)成了RF2識(shí)別的終止碼UGA，而且是前框（25個(gè)AA）同框終止密碼子。 移框窗口至少含15個(gè)核苷酸。RF2mRNA移框窗口及其結(jié)構(gòu) 移框窗口（轉(zhuǎn)換區(qū)）至少15個(gè)核苷酸才能發(fā)生移框23 24 25 26 27 28 RF2合成的自體調(diào)控 細(xì)胞內(nèi)RF2供應(yīng)充足時(shí)當(dāng)

49、核糖體A位到達(dá)第25個(gè)密碼子后面的UGA時(shí)RF2就促成了肽鏈合成終止。 RF2 RF2mRNA譯至第25個(gè)AA 在其后UGA處將不成熟的肽釋放。 胞內(nèi)缺乏RF2核糖體向前滑動(dòng)1個(gè)核苷酸（U） 即移框作用繼續(xù)合成第25個(gè)AA 直到最后的終止碼UAG UAG由另1個(gè)釋放因子RF1識(shí)別并促使RF2肽鏈的釋放。 移框作用如此精細(xì)的自體調(diào)控機(jī)制目前仍不清楚，可能與前面25肽的結(jié)構(gòu)有關(guān)。（四）反義RNA的調(diào)控作用1.反義RNA對(duì)E.coli滲透壓Pr.（外膜Pr.）的調(diào)控作用細(xì)菌環(huán)境omPRDNAomPRPr.omPCDNA高滲低滲正控變構(gòu)micFRNA反義RNA（174個(gè)核苷酸）ompcmRNA翻譯Om

50、pc Pr.結(jié)合雜交雙鏈omPR Pr.正控轉(zhuǎn)錄DNAomPFomPF DNA轉(zhuǎn)錄omPFmRNAmicFmRNA翻譯omPFmRNAomPFPr.（1）低滲omPR Pr. omPF 。 omPC基因關(guān)閉。（2）高滲變構(gòu)OmPR Pr. Ompc ompc mRNA ompc Pr. micF（3）micF能與ompF mRNA前導(dǎo)序列（L）中的44個(gè)核苷酸（包括SDs）及編碼區(qū)（包括起始碼AUG）形成雜合雙鏈，從而抑制了ompF mRNA翻譯。（4）2種Pr.（ompF.ompc）隨滲透壓變化而變化此消彼長(zhǎng)，總量不變。（5）反義RNA與mRNA反義，通過(guò)互補(bǔ)堿基與特定的mRNA結(jié)合，抑制m

51、RNA的翻譯，有稱干擾mRNA的互補(bǔ)RNA,簡(jiǎn)稱micRNA（mRNA-interfering complementary RNA）。正控正控轉(zhuǎn)錄翻譯同時(shí)轉(zhuǎn)錄2.反義RNA對(duì)Tn10轉(zhuǎn)位酶的調(diào)控作用（1）Tn10帶有terr，轉(zhuǎn)座最大的特點(diǎn)是原位轉(zhuǎn)座不動(dòng)，僅將1個(gè)新的合成復(fù)本插到另1個(gè)新的位點(diǎn)上上去。（2）Tn10的基本結(jié)構(gòu)ISStructralgene3反義（阻遏）RNA5（RNA-out）5Pin（啟動(dòng)子）35Pin啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄Tn10轉(zhuǎn)位酶（RNA-in）Pout 啟動(dòng)子（RNA-out）阻遏RNA3535互補(bǔ)Tn10轉(zhuǎn)位酶mRNA（3）調(diào)控機(jī)理 Tn10轉(zhuǎn)位酶由pin控制，反義RNA基因由

52、Pout控制。2啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄方向相反，在轉(zhuǎn)錄區(qū)有35（40）bp重疊，導(dǎo)致2條RNA互補(bǔ)。 2啟動(dòng)子交叉轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)物RNA互補(bǔ)重疊成雙股鏈核糖體不能接觸轉(zhuǎn)位酶不能譯出無(wú)酶無(wú)法轉(zhuǎn)位。 只有RNA-in擺脫了RNA-out配對(duì)才有機(jī)會(huì)翻譯。RNA-out活性較RNA-in大8倍，所以Tn10的份數(shù)越多，轉(zhuǎn)座機(jī)會(huì)就越少。 生物學(xué)意義 對(duì)于細(xì)菌來(lái)說(shuō)，Tn是入侵者，除抗生素抗性基因?qū)?xì)菌有利外，過(guò)多Tn對(duì)細(xì)菌是一個(gè)況重負(fù)擔(dān)、甚至置細(xì)菌于死地（轉(zhuǎn)座引起插入突變等）Tn10用反義RNA約束自己不要過(guò)多繁殖以免與宿主同歸于盡。第二節(jié) 真核生物基因表達(dá)的調(diào)控 真核生物基因調(diào)控遠(yuǎn)比原核生物復(fù)雜，人們對(duì)其了解尚處于探索

53、階段，單細(xì)胞真核生物如酵母和原核類似，主要通過(guò)及時(shí)調(diào)整酶系統(tǒng)基因表達(dá)以適應(yīng)環(huán)境，獲取營(yíng)養(yǎng)外，而 絕大多數(shù)真核生物基因極少數(shù)與環(huán)境變化有直接或間接的關(guān)系，而與真核生物體生長(zhǎng)發(fā)育，分化等生命現(xiàn)象息息相關(guān)。 其調(diào)控最大特點(diǎn)是遺傳程序調(diào)控。 調(diào)控主要水平是轉(zhuǎn)錄水平。其次為轉(zhuǎn)錄后水平、DNA水平、翻譯及翻譯后水平等。 一、DNA水平的調(diào)控1.基因丟失（染色質(zhì)的丟失） 一些低等生物（線蟲，昆蟲），甲殼類動(dòng)物細(xì)胞在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中丟失掉某些基因去除這些基因活性，通過(guò)改變基因數(shù)目達(dá)到調(diào)控目的，只有來(lái)分化產(chǎn)生殖細(xì)胞的哪能些細(xì)胞保留整套染色體。 高等動(dòng)物Rbc在發(fā)痛成熟過(guò)程也有染色質(zhì)丟失。 這些調(diào)控是不可逆的。2.

54、基因擴(kuò)增（gene amplification） 基因擴(kuò)增是指細(xì)胞內(nèi)某些特定基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象。它是細(xì)胞在短期內(nèi)為滿足某種需要而產(chǎn)生足夠基因產(chǎn)物一種調(diào)節(jié)手段。 其機(jī)制多數(shù)人認(rèn)為是基因反復(fù)復(fù)制的結(jié)果，也有人認(rèn)為是姐妹染色體不均等交換從而使一些細(xì)胞中的某種基因增多。例：非洲爪蟾（chan，癩蛤蟆）卵母細(xì)胞rRNA基因（rDNA）是一般體細(xì)胞的4000倍（2000000/500），這是由于卵母細(xì)胞rRNA的大量擴(kuò)增，以適應(yīng)胚胎發(fā)育對(duì)核糖體的大量需要。氨甲蝶呤，重金屬鎘汞分別誘導(dǎo)二氫葉酸還原酶，金屬硫鐵Pr.及其它抗藥性基因的擴(kuò)增。原癌基因拷貝數(shù)增加，其表達(dá)產(chǎn)物增加使細(xì)胞持續(xù)分裂導(dǎo)致癌變

55、。3.基因重排（gene rearrangement） 基因重排是通過(guò)調(diào)整有關(guān)基因片段的銜接順序，使之重排成為1個(gè)完整的轉(zhuǎn)錄單位。 典例是免疫球Pr.Ig基因在B淋巴細(xì)胞和漿細(xì)胞生成過(guò)程的重排。 Ig有2條相同的重鏈和輕鏈，輕鏈包括恒定區(qū)、可變區(qū)及2者之間的連接區(qū)，每個(gè)區(qū)由DNA不同片段編碼，不同區(qū)重排連接是抗體多樣性（106）分子基礎(chǔ)。4.基因修飾（gene modification）DNA甲基化 在DNA分子加上某些基團(tuán)/去掉某些基團(tuán)改變了DNA的微細(xì)結(jié)構(gòu)以達(dá)到調(diào)控基因表達(dá)的目的。其中最重要的是甲基化/去甲基化。 甲基化/去（低）甲基化在真核基因調(diào)控中有重要作用。一般認(rèn)為基因表達(dá)與甲基化程

56、度成反比，高則低，低則高。（1）管家基因調(diào)控區(qū)多低甲基化，不表達(dá)基因多高甲基化。（2）激素或致癌物使不表達(dá)基因調(diào)控區(qū)低甲基化重新開放。目前認(rèn)為甲基化影響基因表達(dá)機(jī)制有：（1）直接作用改變DNA構(gòu)型（左、右旋轉(zhuǎn)換） 影響DNA特異順序不能與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。（2）間接作用5調(diào)控區(qū)甲基化后與核內(nèi)甲基化CG結(jié)合Pr結(jié)合阻止轉(zhuǎn)錄因子與基因形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。（3）DNA去甲基化與DNaseI高敏區(qū)出現(xiàn)，后者為基因活化的標(biāo)志。5. 染色體結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用 （1）真核染色體的基本結(jié)構(gòu)單位核小體結(jié)構(gòu)保護(hù)作用。 166168bpDNA以左手方向纏繞（2圈）在組Pr.的八聚體上形成串株樣的核小體由非組Pr.參入

57、+少量RNA及其它物質(zhì)壓縮800010000倍形成染色體（chromosome）或染色染（chromatin）。 核小體緊密纏繞，使許多酶不能接近DNA?；钴S梁色體處于活躍表達(dá)狀態(tài)（視細(xì)胞種類不同而異，占115%），表達(dá)則失去染色體結(jié)構(gòu)。 （2）組Pr.的保護(hù)作用 組Pr.（histone）、種類少，共5種，保守，種族的特異性不大，如豌豆與5牛，進(jìn)化10億年、H4僅相差2個(gè)AA，可見其重要作用（大家都舍不得）。組Pr.保護(hù)DNA穩(wěn)定（骨架8聚體）不受損傷。H1封閉核小體進(jìn)出口，同時(shí)控制基因表達(dá)。 凡影響組Pr.正電荷減少的因素，如組Pr.N端中間Ser的磷酸化，中間Arg的磷酸化、都可以使組P

58、r與DNA的結(jié)合能力從而影響轉(zhuǎn)錄。（3）非組Pr.（non-histon） 目前分離達(dá)300600多種，種屬、組織特異性高，高遷移組分（high mobility group,HMG）可以與H1、H5競(jìng)爭(zhēng)性與DNA結(jié)合，調(diào)控基因表達(dá)活性。二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 轉(zhuǎn)錄是真核調(diào)控主要水平，主要通過(guò)反式作用因子，順式作用元件與RNA pol相互作用完成。反式作用因子通過(guò)順式作用影響轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成。 原核RNA pol-1種 （1）由2 亞基組成， 識(shí)別P（啟動(dòng)子）與DNA形穩(wěn)定復(fù)合物，即RNA pol 識(shí)別單純DNA。 （2）起始因子識(shí)別起動(dòng)轉(zhuǎn)錄后就脫離核心酶（ 2 ）,真核RNA pol 3種I

59、（基因產(chǎn)物18，（1）28、5.8rRNA前體，（基因產(chǎn)物與srRNA前體）。 （基因產(chǎn)物mRNA前體）。只能識(shí)別Pr.-DNA復(fù)合物（TF D或稱TATA因子+TATA盒）這是識(shí)別啟動(dòng)子的最低需要。（2）起始因子TF不依賴RNA pol，始終結(jié)合DNA，促進(jìn)多個(gè)RNA pol 結(jié)合P（啟動(dòng)子）。 TATAbox一致序列（consonsus sequence）位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游2530bp處是T82A97T93A85（AorT）100A83（AorT）83（角標(biāo)校為核苷酸在一致序列中出現(xiàn)頻率。對(duì)于許多編碼Pr.基因，它對(duì)P活性和決定轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)很重要）。（一）轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成1.TFD結(jié)合T

60、ATAboxPr.-DNA復(fù)合物2.RNA pol識(shí)別并結(jié)合TF D-DNA復(fù)合物閉合復(fù)合物3.其它轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合RNA pol 開放性復(fù)合物反式作用因子的作用主要是促進(jìn)或抑制上述3步反應(yīng)。TATA盒 RNA轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn) DNATATA因子結(jié)合RNA pol結(jié)合起始因子結(jié)合開放的起始復(fù)合物（二）反式作用因子 1.反式作用因子（trans-acting factor） 真核細(xì)胞內(nèi)含大量序列特異性的DNA結(jié)合Pr.，其中一些Pr.的主要功能是使基因開放或關(guān)閉稱之。 反式作用因子識(shí)別特定DNA序列（通常815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）1個(gè)鄰近基因的轉(zhuǎn)錄。2.反式作用因子