遺傳學(xué)第八章基因的表達(dá)與調(diào)控

1、第八章基因的表達(dá)與調(diào)控本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 基因概念的發(fā)展基因概念的發(fā)展 基因表達(dá)調(diào)控的基本概念與原理基因表達(dá)調(diào)控的基本概念與原理 原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控 真核生物基因表達(dá)調(diào)控真核生物基因表達(dá)調(diào)控基因是一個(gè)特定的基因是一個(gè)特定的dna或或rna片片段，但并非一段段，但并非一段dna或或rna都是基都是基因。因。 從遺傳學(xué)史的角度看，基因概念的發(fā)展從遺傳學(xué)史的角度看，基因概念的發(fā)展大致分以下幾個(gè)發(fā)展階段：大致分以下幾個(gè)發(fā)展階段：孟德爾的遺傳因孟德爾的遺傳因子階段子階段；摩爾根的基因階段摩爾根的基因階段；順反子階段順反子階段和和現(xiàn)代基因階段?，F(xiàn)代基因階段。1、孟德爾的遺傳因子

2、階段：、孟德爾的遺傳因子階段： 生物的某種性狀是由生物的某種性狀是由“遺傳因子遺傳因子”負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)傳遞的，遺傳下來的不是具體的性狀，而是傳遞的，遺傳下來的不是具體的性狀，而是遺傳因子。遺傳因子是顆粒性的，在體細(xì)胞遺傳因子。遺傳因子是顆粒性的，在體細(xì)胞內(nèi)成雙存在，在生殖細(xì)胞內(nèi)成單存在。內(nèi)成雙存在，在生殖細(xì)胞內(nèi)成單存在。 孟德爾所說的孟德爾所說的“遺傳因子遺傳因子”是代表決定是代表決定某個(gè)性狀遺傳的抽象符號。某個(gè)性狀遺傳的抽象符號。孟德爾在闡明遺傳因子在世代傳遞規(guī)律孟德爾在闡明遺傳因子在世代傳遞規(guī)律是，就已經(jīng)認(rèn)識到基因的兩個(gè)基本屬性：是，就已經(jīng)認(rèn)識到基因的兩個(gè)基本屬性： 基因是世代相傳的；基因是世代

3、相傳的； 基因決定遺傳性的表達(dá)。基因決定遺傳性的表達(dá)。基因是生物體傳遞遺傳信息和表達(dá)遺傳基因是生物體傳遞遺傳信息和表達(dá)遺傳信息的信息的基本物質(zhì)單位基本物質(zhì)單位，這就是孟德爾的，這就是孟德爾的基因觀。基因觀。 1909年，丹麥遺傳學(xué)家約翰遜（年，丹麥遺傳學(xué)家約翰遜（w. johansen）創(chuàng)造了）創(chuàng)造了“基因（基因（gene）”這一術(shù)語。這一術(shù)語。2、摩爾根的基因階段：、摩爾根的基因階段： 1926年，摩爾根（年，摩爾根（t.h.morgan）的）的巨著巨著基因論基因論出版。出版。 將代表性狀的將代表性狀的特定基因特定基因與某一條與某一條特特定染色體定染色體上的上的特定位置特定位置聯(lián)系起來。基因

4、不聯(lián)系起來。基因不再是抽象的符號，而是在染色體上占有一再是抽象的符號，而是在染色體上占有一定空間的實(shí)體，賦予基因以物質(zhì)的內(nèi)涵。定空間的實(shí)體，賦予基因以物質(zhì)的內(nèi)涵。 首次完成了當(dāng)時(shí)最新的基因概念的首次完成了當(dāng)時(shí)最新的基因概念的描述，即基因以直線形式排列，它決定描述，即基因以直線形式排列，它決定著一個(gè)特定的性狀，而且能發(fā)生突變并著一個(gè)特定的性狀，而且能發(fā)生突變并隨著染色體同源節(jié)段的互換而交換，隨著染色體同源節(jié)段的互換而交換，它它不僅是決定性狀的功能單位，而且是一不僅是決定性狀的功能單位，而且是一個(gè)突變單位和交換單位。個(gè)突變單位和交換單位。 至此，人們對基因概念的理解更加至此，人們對基因概念的理解更

5、加具體和豐富了。具體和豐富了。 基因到底是何物基因到底是何物? ?其物質(zhì)結(jié)構(gòu)其物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成怎樣和化學(xué)組成怎樣? ?它是怎樣決定遺它是怎樣決定遺傳性狀的傳性狀的? ? 經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為：基因是一個(gè)：基因是一個(gè)最小的單位，不能分割；既是結(jié)構(gòu)最小的單位，不能分割；既是結(jié)構(gòu)單位，又是功能單位。單位，又是功能單位。1941年比德爾（年比德爾（g.w. beadle 1903）和塔特姆（）和塔特姆（e.l. tatum 19091975）提出）提出一個(gè)基因一個(gè)酶學(xué)說一個(gè)基因一個(gè)酶學(xué)說； 1949年鮑林（年鮑林（l.c.pauling1901）與合作者在研究鐮）與合作者在研究鐮刀型細(xì)胞貧血

6、癥時(shí)推論刀型細(xì)胞貧血癥時(shí)推論基因決定著多肽鏈的氨基酸順序基因決定著多肽鏈的氨基酸順序 ； 1944年艾弗里（年艾弗里（o.t. avery 18771955）、麥卡蒂）、麥卡蒂（m.mccarty 1911）等人發(fā)表了關(guān)于）等人發(fā)表了關(guān)于“轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化因子”的重的重要論文，首次用實(shí)驗(yàn)明確證實(shí)：要論文，首次用實(shí)驗(yàn)明確證實(shí)：dna是遺傳信息的載體是遺傳信息的載體 ；1952年赫爾希（年赫爾希（a.d. hershey）和蔡斯（）和蔡斯（m.m. chase 1927）進(jìn)一步）進(jìn)一步證明遺傳物質(zhì)是證明遺傳物質(zhì)是dna而不是蛋白質(zhì)而不是蛋白質(zhì)；1953年美國分子生物學(xué)家沃森（年美國分子生物學(xué)家沃森（j

7、.d. watson）和英國分）和英國分子生物學(xué)家克里克（子生物學(xué)家克里克（f.h.c. crick）提出了著名的）提出了著名的dna雙螺雙螺旋結(jié)構(gòu)模型旋結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)一步說明基因成分就是，進(jìn)一步說明基因成分就是dna，它控制著蛋白，它控制著蛋白質(zhì)合成。質(zhì)合成。 基因本質(zhì)的確定為分子遺傳學(xué)發(fā)展拉開了序幕。 3 3、順反子階段、順反子階段 ： 1957 1957年，本澤爾年，本澤爾（seymour benzerseymour benzer）以以t t4 4噬菌噬菌體為材料，在體為材料，在dnadna分子水平上研究基因內(nèi)部的分子水平上研究基因內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)，提出了精細(xì)結(jié)構(gòu)，提出了順反子順反子（cis

8、troncistron）概念。概念。 順反子是順反子是1 1個(gè)遺傳功能單位個(gè)遺傳功能單位，1 1個(gè)順反子決定個(gè)順反子決定1 1條多肽鏈。條多肽鏈。 1 1個(gè)順反子可以個(gè)順反子可以包含一系列突變單位包含一系列突變單位突變突變子。突變子是子。突變子是dnadna中中1 1個(gè)或若干個(gè)核苷酸構(gòu)成。個(gè)或若干個(gè)核苷酸構(gòu)成。 重組子代表重組子代表1 1個(gè)空間單位個(gè)空間單位，有起點(diǎn)和終點(diǎn)，可，有起點(diǎn)和終點(diǎn)，可以是若干個(gè)密碼子的重組，也可以是單個(gè)核苷酸的以是若干個(gè)密碼子的重組，也可以是單個(gè)核苷酸的互換?；Q。 總之：順反子學(xué)說打破了總之：順反子學(xué)說打破了“三位一體三位一體”的基因的基因概念，把基因具體化為概念，

9、把基因具體化為dnadna分子上特定的一段順分子上特定的一段順序序- - 順反子，其內(nèi)部又是可分的，包含多個(gè)順反子，其內(nèi)部又是可分的，包含多個(gè)突變子和重組子。突變子和重組子。近代基因的概念：近代基因的概念：基因是一段有功能的基因是一段有功能的dnadna序列，是序列，是一個(gè)遺傳功能單位，其內(nèi)部存在有許多的重組一個(gè)遺傳功能單位，其內(nèi)部存在有許多的重組子和突變子。子和突變子。 突變子：指改變后可以產(chǎn)生突變型表型的最突變子：指改變后可以產(chǎn)生突變型表型的最小單位。小單位。 重組子：不能由重組分開的基本單位。重組子：不能由重組分開的基本單位。4 4、現(xiàn)代基因階段、現(xiàn)代基因階段 ： 1961 1961年法

10、國雅各布年法國雅各布（f. jacobf. jacob）和莫諾和莫諾（j.l. j.l. monodmonod）的研究成果，又大大擴(kuò)大了人們關(guān)于基因的研究成果，又大大擴(kuò)大了人們關(guān)于基因功能的視野。他們在研究大腸桿菌乳糖代謝的調(diào)功能的視野。他們在研究大腸桿菌乳糖代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制中發(fā)現(xiàn)了有些基因不起合成蛋白質(zhì)模板作節(jié)機(jī)制中發(fā)現(xiàn)了有些基因不起合成蛋白質(zhì)模板作用，只起調(diào)節(jié)或操縱作用，提出了用，只起調(diào)節(jié)或操縱作用，提出了操縱子學(xué)說。操縱子學(xué)說。從此從此根據(jù)基因功能把基因分為結(jié)構(gòu)基因、調(diào)節(jié)基根據(jù)基因功能把基因分為結(jié)構(gòu)基因、調(diào)節(jié)基因和操縱基因因和操縱基因。 1）操縱子：）操縱子：2）現(xiàn)代分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概

11、念）現(xiàn)代分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念基因是基因是dna分子上帶有遺傳信息的特定核分子上帶有遺傳信息的特定核苷酸序列區(qū)段；苷酸序列區(qū)段；基因由重組子、突變子序列構(gòu)成；基因由重組子、突變子序列構(gòu)成；重組子重組子是是dna重組的最小可交換單位重組的最小可交換單位突變子突變子是基因突變的最小單位是基因突變的最小單位重組子和突變子都是一個(gè)核苷酸對或堿基對重組子和突變子都是一個(gè)核苷酸對或堿基對(bp)基因決定某一性狀表現(xiàn)。基因決定某一性狀表現(xiàn)。可以包含多個(gè)功能單位可以包含多個(gè)功能單位(順反子順反子)（1）現(xiàn)代基因概念）現(xiàn)代基因概念(2) 基因的功能類型基因的功能類型根據(jù)基因的原初功能可以將基因分為：根據(jù)基因的

12、原初功能可以將基因分為： 編碼蛋白質(zhì)的基因，即有翻譯產(chǎn)物的基因編碼蛋白質(zhì)的基因，即有翻譯產(chǎn)物的基因 如結(jié)構(gòu)蛋白、酶等如結(jié)構(gòu)蛋白、酶等結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因和產(chǎn)生調(diào)節(jié)蛋白的和產(chǎn)生調(diào)節(jié)蛋白的調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因 沒有翻譯產(chǎn)物，不產(chǎn)生蛋白質(zhì)的基因沒有翻譯產(chǎn)物，不產(chǎn)生蛋白質(zhì)的基因 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物rna不翻譯，如編碼不翻譯，如編碼trna、rrna 不轉(zhuǎn)錄的不轉(zhuǎn)錄的dna區(qū)段區(qū)段 如啟動(dòng)基因、操縱基因。啟動(dòng)基因是轉(zhuǎn)錄時(shí)如啟動(dòng)基因、操縱基因。啟動(dòng)基因是轉(zhuǎn)錄時(shí)rna多聚酶與多聚酶與dna結(jié)合的部位。操縱基因是阻結(jié)合的部位。操縱基因是阻遏蛋白、激活蛋白與遏蛋白、激活蛋白與dna結(jié)合的部位結(jié)合的部位結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因(s

13、tructural gene)(structural gene)：指可編碼指可編碼rnarna或蛋白質(zhì)的一段或蛋白質(zhì)的一段dnadna序列。序列。(3) 基因的幾種特殊形式基因的幾種特殊形式 指其表達(dá)產(chǎn)物參與調(diào)控其它基因表達(dá)指其表達(dá)產(chǎn)物參與調(diào)控其它基因表達(dá)的基因。的基因。調(diào)控基因調(diào)控基因(regulator gene)(regulator gene)：lac 調(diào)控基因 指在同一段指在同一段dnadna順序上，由于閱讀框架不同順序上，由于閱讀框架不同或終止早晚不同，同時(shí)編碼兩個(gè)以上基因的現(xiàn)或終止早晚不同，同時(shí)編碼兩個(gè)以上基因的現(xiàn)象。象。 因此基因在染色體上可能有重疊，甚至一因此基因在染色體上可能

14、有重疊，甚至一個(gè)基因完全存在于另一個(gè)基因內(nèi)部。個(gè)基因完全存在于另一個(gè)基因內(nèi)部。重疊基因重疊基因(overlapping gene)(overlapping gene)： 指在染色體組上存在指在染色體組上存在多份拷貝多份拷貝的基因，往的基因，往往是生命活動(dòng)中最基本、最重要的基因。往是生命活動(dòng)中最基本、最重要的基因。 最典型的重復(fù)基因是最典型的重復(fù)基因是rrna、trna和組蛋和組蛋白基因等。白基因等。重復(fù)基因：重復(fù)基因： 指基因內(nèi)部被一個(gè)或更多不翻譯的編碼順序指基因內(nèi)部被一個(gè)或更多不翻譯的編碼順序即內(nèi)含子所隔裂。即內(nèi)含子所隔裂。內(nèi)含子內(nèi)含子(intron)(intron)：dnadna序列中不出

15、現(xiàn)在成熟序列中不出現(xiàn)在成熟mrnamrna的片的片段；段；外顯子外顯子(extron)(extron)：dnadna序列中出現(xiàn)在成熟序列中出現(xiàn)在成熟mrnamrna中的片中的片段。段。隔裂基因隔裂基因(split gene)(split gene)：卵清蛋白基因即轉(zhuǎn)座因子，指染色體組上可以轉(zhuǎn)移的基即轉(zhuǎn)座因子，指染色體組上可以轉(zhuǎn)移的基因。因。實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：能夠轉(zhuǎn)移位置的能夠轉(zhuǎn)移位置的dnadna片斷。片斷。功能：功能：在同一染色體內(nèi)或不同染色體之間在同一染色體內(nèi)或不同染色體之間移動(dòng)，引起插入突變、移動(dòng)，引起插入突變、dnadna結(jié)構(gòu)變異（如重復(fù)、結(jié)構(gòu)變異（如重復(fù)、缺失、畸變），缺失、畸變），通過表

16、現(xiàn)型變異得到通過表現(xiàn)型變異得到鑒別。鑒別。跳躍基因跳躍基因(jumping gene)(jumping gene)： 同已知的基因相似，處于不同的位點(diǎn)，因缺同已知的基因相似，處于不同的位點(diǎn)，因缺失或突變而不能轉(zhuǎn)錄或翻譯，是沒有功能的基因。失或突變而不能轉(zhuǎn)錄或翻譯，是沒有功能的基因。真核生物中的血紅素蛋白基因真核生物中的血紅素蛋白基因家族中就存在假基因現(xiàn)象。家族中就存在假基因現(xiàn)象。假基因假基因(pseudogene):(pseudogene):血紅蛋白分子的四條多肽鏈基因與基因與dna一個(gè)基因大約有一個(gè)基因大約有500-6000個(gè)核苷酸對，但并非個(gè)核苷酸對，但并非dna分子上任一含有幾千個(gè)核苷酸

17、對的區(qū)段都分子上任一含有幾千個(gè)核苷酸對的區(qū)段都是一個(gè)基因，是一個(gè)基因，基因是一個(gè)含有特定遺傳信息的基因是一個(gè)含有特定遺傳信息的dna分子區(qū)段分子區(qū)段。如何判斷一段核苷酸序列是否是某個(gè)基因？如何判斷一段核苷酸序列是否是某個(gè)基因？ 要看這個(gè)特定的核苷酸序列是否與其轉(zhuǎn)錄要看這個(gè)特定的核苷酸序列是否與其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物產(chǎn)物rna核苷酸序列或翻譯產(chǎn)物多肽鏈的氨基核苷酸序列或翻譯產(chǎn)物多肽鏈的氨基酸序列相對應(yīng)，這樣就必須同時(shí)測定某一段酸序列相對應(yīng)，這樣就必須同時(shí)測定某一段dna的的核苷酸序列核苷酸序列和和相應(yīng)產(chǎn)物的序列相應(yīng)產(chǎn)物的序列。二、基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)：二、基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)：（一）互補(bǔ)測驗(yàn)（一）互補(bǔ)測驗(yàn)互補(bǔ)測驗(yàn)（順反

18、測驗(yàn)）：互補(bǔ)測驗(yàn)（順反測驗(yàn)）：根據(jù)功能確定等根據(jù)功能確定等位基因的測驗(yàn)。即根據(jù)順式表現(xiàn)型和反式位基因的測驗(yàn)。即根據(jù)順式表現(xiàn)型和反式表現(xiàn)型來確定兩個(gè)突變體是否屬于同一個(gè)表現(xiàn)型來確定兩個(gè)突變體是否屬于同一個(gè)基因（順反子）?；颍樂醋樱?。對于兩個(gè)獨(dú)立起源的、表型相似的對于兩個(gè)獨(dú)立起源的、表型相似的隱性隱性突變，如何判定是屬于突變，如何判定是屬于同一基因同一基因( (功能功能單位單位) )還是還是兩個(gè)基因突變兩個(gè)基因突變產(chǎn)生的呢？產(chǎn)生的呢？根據(jù)兩突變根據(jù)兩突變反式雙雜合體反式雙雜合體的表現(xiàn)，就可的表現(xiàn)，就可以解決上述問題。以解決上述問題。 雙突變雜合體有兩種形式：順式雙突變雜合體有兩種形式：順式(c

19、is)和反式和反式(trans)。順式排列順式排列為對照（為對照（是兩個(gè)突變座位位于同一條是兩個(gè)突變座位位于同一條染色體上染色體上），其表現(xiàn)型永遠(yuǎn)是野生型。），其表現(xiàn)型永遠(yuǎn)是野生型。實(shí)質(zhì)上是進(jìn)行實(shí)質(zhì)上是進(jìn)行反式測驗(yàn)反式測驗(yàn)（反式排列：是兩個(gè)突反式排列：是兩個(gè)突變座位位于不同的染色體上變座位位于不同的染色體上）。）。1、順反測驗(yàn)與順反子、順反測驗(yàn)與順反子 根據(jù)兩突變反式雙雜合體的表現(xiàn)：根據(jù)兩突變反式雙雜合體的表現(xiàn)：突變型突變型無互補(bǔ)作用無互補(bǔ)作用為同一功能單位的突變?yōu)橥还δ軉挝坏耐蛔円吧鸵吧陀谢パa(bǔ)作用有互補(bǔ)作用為不同功能單位的突變?yōu)椴煌δ軉挝坏耐蛔?互補(bǔ)測驗(yàn)互補(bǔ)測驗(yàn)，也稱，也稱順反測驗(yàn)順

20、反測驗(yàn)(cis-trans test)。benzer將將順反測驗(yàn)所確定的最小遺傳功能單位稱為順反測驗(yàn)所確定的最小遺傳功能單位稱為順反子順反子(cistron) 順反子內(nèi)發(fā)生的突變間不能互補(bǔ)順反子內(nèi)發(fā)生的突變間不能互補(bǔ) 表型表型 有無功能互補(bǔ)有無功能互補(bǔ) 結(jié)論結(jié)論 a a+ + b b反式反式: : a b a b+ + a a+ + b b反式反式: : a b a b+ + 突變型突變型 屬同一順反子屬同一順反子 野生型野生型 屬不同順反子屬不同順反子 互補(bǔ)試驗(yàn)的原理互補(bǔ)試驗(yàn)的原理: seymour benzer(1955)用用e. coli烈烈性噬菌體性噬菌體t4突變型遺傳研究發(fā)現(xiàn)：突變型

21、遺傳研究發(fā)現(xiàn)：t4野生型野生型在在e. coli菌苔上產(chǎn)生菌苔上產(chǎn)生小而不小而不規(guī)則規(guī)則噬菌斑；噬菌斑；t4突變品系突變品系按表型可分為：按表型可分為：ri、rii、riii三類。其中三類。其中rii在在e. coli b上產(chǎn)生快速溶上產(chǎn)生快速溶菌現(xiàn)象，形成菌現(xiàn)象，形成大而圓大而圓噬菌斑，在噬菌斑，在e. coli k()上不能生長。上不能生長。2、rii順反測驗(yàn)順反測驗(yàn)rii區(qū)段突變的性質(zhì)：區(qū)段突變的性質(zhì)： rii突變具有共同性狀，按經(jīng)典遺傳學(xué)理論，突變具有共同性狀，按經(jīng)典遺傳學(xué)理論，rii區(qū)段為一個(gè)基因區(qū)段為一個(gè)基因(功能單位功能單位)。benzer通過順反測驗(yàn)表明：通過順反測驗(yàn)表明： 3

22、000多個(gè)多個(gè)rii突變型可以分為突變型可以分為a、b兩組，兩組，組間突變型間能夠互補(bǔ)，而組內(nèi)的突變型間組間突變型間能夠互補(bǔ)，而組內(nèi)的突變型間不能互補(bǔ)。不能互補(bǔ)。 與與rii區(qū)段連鎖圖對照發(fā)現(xiàn)：兩組突變分區(qū)段連鎖圖對照發(fā)現(xiàn)：兩組突變分別位于別位于rii區(qū)段的兩端：區(qū)段的兩端：| a | b |r47與與r106 r106與與r51兩個(gè)突變位點(diǎn)若可以互補(bǔ)，即順式和兩個(gè)突變位點(diǎn)若可以互補(bǔ)，即順式和反式排列都有功能，那么這兩個(gè)突變反式排列都有功能，那么這兩個(gè)突變位點(diǎn)位點(diǎn)不在不在同一個(gè)順反子內(nèi)；同一個(gè)順反子內(nèi)；若兩個(gè)突變位點(diǎn)不能互補(bǔ)，即順式有若兩個(gè)突變位點(diǎn)不能互補(bǔ)，即順式有功能，反式?jīng)]有功能，說明這兩

23、個(gè)突功能，反式?jīng)]有功能，說明這兩個(gè)突變位點(diǎn)變位點(diǎn)在在同一個(gè)順反子內(nèi)。同一個(gè)順反子內(nèi)。riirii的兩個(gè)順反子的兩個(gè)順反子經(jīng)典遺傳學(xué)意義上的一個(gè)基經(jīng)典遺傳學(xué)意義上的一個(gè)基因因(rii區(qū)段區(qū)段)實(shí)際上有實(shí)際上有兩個(gè)順兩個(gè)順反子反子(功能單位功能單位)；基因也很可能不是遺傳的最基因也很可能不是遺傳的最小功能單位；小功能單位；有些基因具有一個(gè)順反子，有些基因具有一個(gè)順反子，有些基因具有多個(gè)順反子；有些基因具有多個(gè)順反子；在多順反子情況下，基因是在多順反子情況下，基因是幾個(gè)功能單位的復(fù)合體幾個(gè)功能單位的復(fù)合體benzer提出提出“一個(gè)順反子一一個(gè)順反子一條多肽鏈條多肽鏈”。( (二二) )基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)

24、基因的微細(xì)結(jié)構(gòu): :試驗(yàn)方法：試驗(yàn)方法： 最初得到最初得到8個(gè)不同的個(gè)不同的r突變型品系，突變型品系，8個(gè)突變個(gè)突變基因均定位于基因均定位于t4dna的一個(gè)區(qū)段內(nèi)的一個(gè)區(qū)段內(nèi)(rii區(qū)段區(qū)段) 將將8種突變型兩兩組合混和感染種突變型兩兩組合混和感染e. coli b菌株菌株(雙重感染雙重感染, double infection) 從混和培養(yǎng)物中提取噬菌體顆粒感染從混和培養(yǎng)物中提取噬菌體顆粒感染e. coli k()試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)結(jié)果： 在菌苔上獲得了許多小而粗糙的在菌苔上獲得了許多小而粗糙的野生型噬菌斑野生型噬菌斑benzer的重組實(shí)驗(yàn)的重組實(shí)驗(yàn): 重組值計(jì)算：重組值計(jì)算：rxry的數(shù)量與的數(shù)

25、量與r+r+ 相同，計(jì)算相同，計(jì)算時(shí)時(shí)r+r+ 噬菌體數(shù)噬菌體數(shù)2。 此種測定方法稱為重組測驗(yàn)此種測定方法稱為重組測驗(yàn)（recombination test) ，它以遺傳圖的，它以遺傳圖的方式方式確定突變子之間確定突變子之間關(guān)系，它的精確度可關(guān)系，它的精確度可達(dá)達(dá)十萬分之一，十萬分之一，即即0.001，也就是，也就是0.001個(gè)圖距單位。個(gè)圖距單位。 故稱為故稱為基因的精細(xì)作圖基因的精細(xì)作圖。結(jié)論：結(jié)論：這些基因是這些基因是rii區(qū)段區(qū)段(一個(gè)基因一個(gè)基因)突變形成的突變形成的復(fù)復(fù)等位基因；等位基因；野生型產(chǎn)生于野生型產(chǎn)生于基因內(nèi)重組基因內(nèi)重組，基因是由，基因是由更小的更小的重組單位重組單位構(gòu)

26、成，從而推翻了經(jīng)典遺傳學(xué)基因構(gòu)成，從而推翻了經(jīng)典遺傳學(xué)基因不可分性的性質(zhì)。不可分性的性質(zhì)。 根據(jù)根據(jù)benzer的分析，在的分析，在r區(qū)的區(qū)的a、b兩兩個(gè)順反子中約有個(gè)順反子中約有400個(gè)左右的個(gè)左右的突變位點(diǎn)突變位點(diǎn)，每，每個(gè)突變位點(diǎn)都可以作為一個(gè)個(gè)突變位點(diǎn)都可以作為一個(gè)重組單位重組單位。順反子概念的具體化：順反子概念的具體化： 順反子順反子為為dna分子的一段序列，它負(fù)責(zé)分子的一段序列，它負(fù)責(zé)傳遞遺傳信息，是決定一條多肽鏈的完整的傳遞遺傳信息，是決定一條多肽鏈的完整的功能單位功能單位。 但它又是可分的，一個(gè)順反子可以包含但它又是可分的，一個(gè)順反子可以包含一些列突變單位一些列突變單位-突變子

27、突變子，突變子是構(gòu)成基，突變子是構(gòu)成基因的因的dna中的一個(gè)或若干個(gè)核苷酸；順反子中的一個(gè)或若干個(gè)核苷酸；順反子中的核苷酸也可以獨(dú)自發(fā)生重組中的核苷酸也可以獨(dú)自發(fā)生重組-重組子重組子。 生物的遺傳信息是以基因的形式儲藏在細(xì)胞生物的遺傳信息是以基因的形式儲藏在細(xì)胞內(nèi)的內(nèi)的dna(或或rna)分子中的。隨著個(gè)體的發(fā)育，分子中的。隨著個(gè)體的發(fā)育，dna有序地將遺傳信息，通過轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程有序地將遺傳信息，通過轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)，執(zhí)行各種生理生化功能，完成生轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)，執(zhí)行各種生理生化功能，完成生命的全過程。命的全過程。 從從dna到蛋白質(zhì)的過程，叫做到蛋白質(zhì)的過程，叫做基因表達(dá)基因表達(dá)

28、(gene expression)，對這個(gè)過程的調(diào)節(jié)就稱為，對這個(gè)過程的調(diào)節(jié)就稱為基因表達(dá)基因表達(dá)調(diào)控調(diào)控(gene regulation或或gene control)。第二節(jié)第二節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的概念及原理基因表達(dá)調(diào)控的概念及原理 基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控是現(xiàn)階段分子生物學(xué)是現(xiàn)階段分子生物學(xué)研究的中心課題。要了解研究的中心課題。要了解動(dòng)、植物生動(dòng)、植物生長發(fā)育的規(guī)律長發(fā)育的規(guī)律、形態(tài)結(jié)構(gòu)特征和生物形態(tài)結(jié)構(gòu)特征和生物學(xué)功能學(xué)功能，就必須弄清楚基因表達(dá)調(diào)控，就必須弄清楚基因表達(dá)調(diào)控的時(shí)間和空間概念。的時(shí)間和空間概念。基因組基因組(genome) 是指含有一個(gè)生物體生是指含有一個(gè)生物體生存、發(fā)育、

29、活動(dòng)和繁殖所需要的全部遺傳信存、發(fā)育、活動(dòng)和繁殖所需要的全部遺傳信息的整套核酸。息的整套核酸。 但生物基因組的遺傳信息并不是同時(shí)全部都表但生物基因組的遺傳信息并不是同時(shí)全部都表達(dá)出來的，大腸桿菌基因組含有約達(dá)出來的，大腸桿菌基因組含有約4000個(gè)基因，個(gè)基因，一般情況下只有一般情況下只有510%在高水平轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，其它在高水平轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，其它基因有的處于較低水平的表達(dá)，有的就暫時(shí)不表達(dá)?；蛴械奶幱谳^低水平的表達(dá)，有的就暫時(shí)不表達(dá)。一、基因表達(dá)調(diào)控是生命的必需一、基因表達(dá)調(diào)控是生命的必需二、基因表達(dá)的時(shí)間性及空間性二、基因表達(dá)的時(shí)間性及空間性（一）時(shí)間特異性（一）時(shí)間特異性按功能需要，某一特定基因

30、的表達(dá)嚴(yán)格按按功能需要，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，稱之為基因表達(dá)的特定的時(shí)間順序發(fā)生，稱之為基因表達(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)間特異性又稱多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階階段特異性段特異性(stage specificity)。（二）空間特異性（二）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，布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱所以空間特異性又稱細(xì)胞或組織特異性細(xì)胞或組織特異性(cell or tissu

31、e specificity)。在個(gè)體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體在個(gè)體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的稱之為基因表達(dá)的空間特異性空間特異性(spatial specificity)。 從上所述，不難看出：生物的基因從上所述，不難看出：生物的基因表達(dá)不是雜亂無章的，而是受著表達(dá)不是雜亂無章的，而是受著嚴(yán)密、嚴(yán)密、精確調(diào)控精確調(diào)控的，不僅生命的遺傳信息是生的，不僅生命的遺傳信息是生物生存所必需的，而且遺傳信息的表達(dá)物生存所必需的，而且遺傳信息的表達(dá)調(diào)控也是生命本質(zhì)所在。調(diào)控也是生命本質(zhì)所在。 組成性表達(dá)組成性表達(dá)(constituti

32、ve expression)(constitutive expression) 適應(yīng)性表達(dá)適應(yīng)性表達(dá)(adaptive expression(adaptive expression）三、基因表達(dá)的方式三、基因表達(dá)的方式 1 1、組成性表達(dá)：組成性表達(dá)： 指較少受環(huán)境變動(dòng)而變化的一類基因指較少受環(huán)境變動(dòng)而變化的一類基因表達(dá)。表達(dá)。 某些基因在一個(gè)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)，通常被稱為中持續(xù)表達(dá)，通常被稱為管家基因管家基因(housekeeping gene)。 2、適應(yīng)性表達(dá)適應(yīng)性表達(dá) 指環(huán)境的變化容易使其表達(dá)水平變動(dòng)的一類指環(huán)境的變化容易使其表達(dá)水平變動(dòng)的一類

33、基因表達(dá)。基因表達(dá)。 應(yīng)環(huán)境條件變化基因表達(dá)水平增高的現(xiàn)象稱應(yīng)環(huán)境條件變化基因表達(dá)水平增高的現(xiàn)象稱為為誘導(dǎo)誘導(dǎo)(induction)，這類基因被稱為，這類基因被稱為可誘導(dǎo)的基可誘導(dǎo)的基因因(inducible gene)； 相反，隨環(huán)境條件變化而基因表達(dá)水平降低相反，隨環(huán)境條件變化而基因表達(dá)水平降低的現(xiàn)象稱為的現(xiàn)象稱為阻遏阻遏(repression)，相應(yīng)的基因被稱為，相應(yīng)的基因被稱為可阻遏的基因可阻遏的基因(repressible gene)。 在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無論其為何種表達(dá)方式，均一組基因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)

34、，即為需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)協(xié)調(diào)表達(dá)(coordinate expression)，這種調(diào)節(jié)稱為，這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinate regulation)。改變基因表達(dá)的情況以適應(yīng)環(huán)境，在改變基因表達(dá)的情況以適應(yīng)環(huán)境，在原原核生物核生物、單細(xì)胞生物單細(xì)胞生物中尤其顯得突出和重中尤其顯得突出和重要，因?yàn)榧?xì)胞的生存環(huán)境經(jīng)常會有劇烈的要，因?yàn)榧?xì)胞的生存環(huán)境經(jīng)常會有劇烈的變化。變化?；虮磉_(dá)調(diào)控是生物適應(yīng)環(huán)境生存的必基因表達(dá)調(diào)控是生物適應(yīng)環(huán)境生存的必需。需。原核生物原核生物中，中，營養(yǎng)狀況營養(yǎng)狀況（nutritional status）和）和環(huán)境因素環(huán)境因素（enviro

35、nmental factor）對基因表達(dá)起著舉足輕重的影響。）對基因表達(dá)起著舉足輕重的影響。真核生物真核生物尤其是高等真核生物中，尤其是高等真核生物中，激素水激素水平平（hormone level）和）和發(fā)育階段發(fā)育階段（developmental stage）是基因表達(dá)調(diào)控）是基因表達(dá)調(diào)控的最主要手段，營養(yǎng)和環(huán)境因素的影響力大的最主要手段，營養(yǎng)和環(huán)境因素的影響力大為下降。為下降。 因?yàn)橐驗(yàn)榧?xì)菌細(xì)菌mrna在形成過程中與核糖體混合在形成過程中與核糖體混合在一起，所以，細(xì)菌的轉(zhuǎn)錄與翻譯過程幾乎發(fā)生在一起，所以，細(xì)菌的轉(zhuǎn)錄與翻譯過程幾乎發(fā)生在同一時(shí)間間隔內(nèi)，轉(zhuǎn)錄與翻譯相耦聯(lián)在同一時(shí)間間隔內(nèi)，轉(zhuǎn)錄與

36、翻譯相耦聯(lián)（coupled transcription and translation）。）。真核生物真核生物中，轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物錄產(chǎn)物（primary transcript）只有）只有從核內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)到核從核內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)到核外，才能被核糖外，才能被核糖體翻譯成蛋白質(zhì)。體翻譯成蛋白質(zhì)。四、基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)的基本要素：四、基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)的基本要素： 在轉(zhuǎn)錄水平上對基因表達(dá)的調(diào)控決在轉(zhuǎn)錄水平上對基因表達(dá)的調(diào)控決定于定于dna的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、rna聚合酶的功能聚合酶的功能、蛋白因子蛋白因子及其他及其他小分子配基小分子配基的相互作用的相互作用。 （1 1）原核生物的特異）原核生物的特異dnadna序列序列 原核生物

37、的基因表達(dá)與調(diào)控是通過原核生物的基因表達(dá)與調(diào)控是通過操縱子操縱子機(jī)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。制實(shí)現(xiàn)的。 操縱子：操縱子：是由功能上相關(guān)聯(lián)的多個(gè)是由功能上相關(guān)聯(lián)的多個(gè)編碼序列編碼序列（2 2個(gè)以上）及其上游的個(gè)以上）及其上游的調(diào)控序列調(diào)控序列（包括操縱序列、（包括操縱序列、啟動(dòng)序列和調(diào)節(jié)序列）等成簇串聯(lián)在一起，構(gòu)成啟動(dòng)序列和調(diào)節(jié)序列）等成簇串聯(lián)在一起，構(gòu)成的一個(gè)轉(zhuǎn)錄協(xié)調(diào)單位。的一個(gè)轉(zhuǎn)錄協(xié)調(diào)單位。1 1、dnadna的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 操縱子操縱子調(diào)節(jié)序列調(diào)節(jié)序列 啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列 操縱序列操縱序列 編碼序列編碼序列 表達(dá)表達(dá) 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄icappozya阻遏蛋白阻遏蛋白結(jié)合部位結(jié)合部位rnarna聚合酶聚合酶結(jié)合部位

38、結(jié)合部位編碼序列：編碼序列：規(guī)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，又稱結(jié)構(gòu)基因；規(guī)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，又稱結(jié)構(gòu)基因；多順反子多順反子mrnamrna：由多個(gè)結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，受同一個(gè)由多個(gè)結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，受同一個(gè)啟動(dòng)序列調(diào)控，轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)啟動(dòng)序列調(diào)控，轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)mrna, mrna, 翻譯生成多個(gè)蛋白翻譯生成多個(gè)蛋白質(zhì)質(zhì), ,稱此為多順反子稱此為多順反子mrnamrna。多順反子多順反子mrnamrna阻遏蛋白阻遏蛋白 1) 啟動(dòng)序列（啟動(dòng)子）：是啟動(dòng)序列（啟動(dòng)子）：是rna聚合酶結(jié)合聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異dna序列。序列。 rna rna聚合酶識別部位聚合酶識別部位 rnarna聚合酶結(jié)合部

39、位聚合酶結(jié)合部位 決定轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)決定轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)在啟動(dòng)子與終止子之間是一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，通常在啟動(dòng)子與終止子之間是一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，通常將將mrna開始的一個(gè)核苷酸定為開始的一個(gè)核苷酸定為o點(diǎn)點(diǎn)(即即+1)。由此向右常稱為下游由此向右常稱為下游(downstream)，其核苷酸，其核苷酸依次編為正序號；依次編為正序號；起始點(diǎn)左例稱為上游起始點(diǎn)左例稱為上游(upstream)。其核苷酸則。其核苷酸則依次以負(fù)號表示。緊接起始點(diǎn)左側(cè)的核苷酸為依次以負(fù)號表示。緊接起始點(diǎn)左側(cè)的核苷酸為-1。-35序列序列 -10序列序列tgttgaca11-15bptataat轉(zhuǎn)錄起轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)始位點(diǎn)普普 遍遍 模模 式式5-8

40、bp細(xì)菌啟動(dòng)子有細(xì)菌啟動(dòng)子有4（可能有（可能有5個(gè)）個(gè)保守的序列特征：個(gè)）個(gè)保守的序列特征：起始轉(zhuǎn)錄點(diǎn)：起始點(diǎn)通常（大于起始轉(zhuǎn)錄點(diǎn)：起始點(diǎn)通常（大于90%）是嘌啉堿）是嘌啉堿基?；?。-10區(qū)：在起始點(diǎn)上游，幾乎都存在一個(gè)區(qū)：在起始點(diǎn)上游，幾乎都存在一個(gè)6bp區(qū)域。區(qū)域。六聯(lián)體（六聯(lián)體（hexamer）的中心通?？拷鹗键c(diǎn)上游）的中心通?？拷鹗键c(diǎn)上游10bp。它的共有序列為。它的共有序列為tataat，可被總結(jié)為如下，可被總結(jié)為如下形式：形式： t80a95t45a60a50t96 下標(biāo)表示堿基出現(xiàn)最大頻率的百分?jǐn)?shù)下標(biāo)表示堿基出現(xiàn)最大頻率的百分?jǐn)?shù)。-35區(qū)：此六聯(lián)體是以起始點(diǎn)上游區(qū)：此六聯(lián)體是

41、以起始點(diǎn)上游35bp為中心。為中心。其共有序列為其共有序列為ttgaca，詳細(xì)形式為：，詳細(xì)形式為： t82t84g78a65c54a45-10區(qū)和區(qū)和-35區(qū)之間的間隔：區(qū)之間的間隔：90%的啟動(dòng)子中，的啟動(dòng)子中， -10區(qū)和區(qū)和-35區(qū)之間的間隔在區(qū)之間的間隔在16-18bp之間。盡管間隔之間。盡管間隔區(qū)的真實(shí)序列并不重要，但其距離大小對幫助即核區(qū)的真實(shí)序列并不重要，但其距離大小對幫助即核對成的對成的rna聚合酶結(jié)合到一定間隔的兩個(gè)聚合酶結(jié)合到一定間隔的兩個(gè)dna位位點(diǎn)很重要。點(diǎn)很重要。在較遠(yuǎn)的上游，一些啟動(dòng)子有一段富含在較遠(yuǎn)的上游，一些啟動(dòng)子有一段富含at的序的序列，稱作列，稱作up元件

42、元件（up element ）。）。 它和它和rna聚合酶的亞基相互作用。典型的例聚合酶的亞基相互作用。典型的例子出現(xiàn)在一些高表達(dá)基因的啟動(dòng)子。子出現(xiàn)在一些高表達(dá)基因的啟動(dòng)子。2) 操縱序列操縱序列（operator）：）：是是阻遏蛋白阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn)。的結(jié)合位點(diǎn)。 當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時(shí)，會阻礙當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時(shí)，會阻礙rna聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，或使聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，或使rna聚聚 合酶不能沿合酶不能沿dna向前移動(dòng)，阻礙轉(zhuǎn)錄。向前移動(dòng)，阻礙轉(zhuǎn)錄。rna pol阻遏蛋白編碼序列編碼序列3) 其他調(diào)節(jié)序列：其他調(diào)節(jié)序列：有的特異有的特異dna序列可結(jié)合激活蛋白，序列可結(jié)

43、合激活蛋白，增強(qiáng)增強(qiáng)rna聚合酶活性，使轉(zhuǎn)錄激活。聚合酶活性，使轉(zhuǎn)錄激活。（2 2）真核生物的特異）真核生物的特異dnadna序列序列 真核生物基因組中含有可以真核生物基因組中含有可以調(diào)控自身基因表達(dá)調(diào)控自身基因表達(dá)活性的特異活性的特異dnadna序列序列，稱為，稱為順式作用元件順式作用元件。 順式作用元件順式作用元件能夠被能夠被轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白特異識別和特異識別和結(jié)合，從而影響基因表達(dá)活性。結(jié)合，從而影響基因表達(dá)活性。 啟動(dòng)子啟動(dòng)子 順式作用元件順式作用元件又分為又分為 增強(qiáng)子增強(qiáng)子 沉默子沉默子 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

44、的可影響自身基因表達(dá)活性的dna序列序列badna編碼序列編碼序列轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)不同真核生物的順式作用元件中也會發(fā)現(xiàn)不同真核生物的順式作用元件中也會發(fā)現(xiàn)一些共有序列一些共有序列 ，如，如tata盒、盒、caat盒等，這盒等，這些共有序列是順式作用元件的核心序列，也是些共有序列是順式作用元件的核心序列，也是rna聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。 2、調(diào)節(jié)蛋白、調(diào)節(jié)蛋白（1 1）原核生物的調(diào)節(jié)蛋白（）原核生物的調(diào)節(jié)蛋白（3 3類）類） 特異因子特異因子 決定決定rnarna聚合酶對啟動(dòng)序列的特異識別和結(jié)合能力；聚合酶對啟動(dòng)序列的特異識別和結(jié)合能力； ( (rn

45、arna聚合酶的聚合酶的 因子因子) ) 阻遏蛋白阻遏蛋白 通過與操縱序列結(jié)合，阻遏基因轉(zhuǎn)錄；通過與操縱序列結(jié)合，阻遏基因轉(zhuǎn)錄； （由調(diào)節(jié)基因表達(dá)的阻遏蛋白由調(diào)節(jié)基因表達(dá)的阻遏蛋白） 激活蛋白激活蛋白 與啟動(dòng)子上游與啟動(dòng)子上游dnadna序列結(jié)合，促進(jìn)序列結(jié)合，促進(jìn)rnarna聚合酶與啟動(dòng)序列聚合酶與啟動(dòng)序列 結(jié)合，促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄。（結(jié)合，促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄。（capcap分解代謝激活蛋白分解代謝激活蛋白） 某些真核轉(zhuǎn)錄因子可特異識別、結(jié)合某些真核轉(zhuǎn)錄因子可特異識別、結(jié)合自身基因自身基因的調(diào)節(jié)序列的調(diào)節(jié)序列, , 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)自身基因自身基因的表的表達(dá)，稱達(dá)，稱順式作用順式作用（ciscis-acting

46、acting）。）。順順-反式作用元件與順反式作用元件與順-反式作用反式作用 dna- dna-蛋白質(zhì)相互作用蛋白質(zhì)相互作用指反式作用因子與指反式作用因子與順式作用元件之間的特異識別及結(jié)合。通常順式作用元件之間的特異識別及結(jié)合。通常是非共價(jià)結(jié)合，被調(diào)節(jié)蛋白識別的是非共價(jià)結(jié)合，被調(diào)節(jié)蛋白識別的dnadna結(jié)合結(jié)合位點(diǎn)通常呈對稱、或不完全對稱結(jié)構(gòu)。位點(diǎn)通常呈對稱、或不完全對稱結(jié)構(gòu)。3、dna-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用蛋白質(zhì)相互作用 絕大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白在結(jié)合絕大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白在結(jié)合dna前，需要通過前，需要通過蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用蛋白質(zhì)相互作用形成二聚體或多聚體。形成二聚體或

47、多聚體。 還有一些調(diào)節(jié)蛋白不能直接結(jié)合還有一些調(diào)節(jié)蛋白不能直接結(jié)合dna，而是，而是通過蛋白質(zhì)一蛋白質(zhì)相互作用間接結(jié)合通過蛋白質(zhì)一蛋白質(zhì)相互作用間接結(jié)合dna，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。 也有的是在結(jié)合也有的是在結(jié)合dna前，需要蛋白質(zhì)與蛋白前，需要蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的解聚過程。質(zhì)之間的解聚過程。 （1 1）啟動(dòng)子與啟動(dòng)子與rnarna聚合酶活性聚合酶活性 啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列/ /啟動(dòng)子是由轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、啟動(dòng)子是由轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、rnarna聚合聚合 酶結(jié)合位點(diǎn)及控制轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)組件組成。酶結(jié)合位點(diǎn)及控制轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)組件組成。 啟動(dòng)子核苷酸序列影響與啟動(dòng)子核苷酸序列影響與rnarna聚合酶的親和聚合酶的

48、親和力，親和力大小直接影響轉(zhuǎn)錄起始頻率。力，親和力大小直接影響轉(zhuǎn)錄起始頻率。所以啟所以啟動(dòng)子有強(qiáng)弱之分。動(dòng)子有強(qiáng)弱之分。 另外，由于真核啟動(dòng)子與另外，由于真核啟動(dòng)子與rna-pol的結(jié)合需的結(jié)合需要轉(zhuǎn)錄因子的參與，所以真核的要轉(zhuǎn)錄因子的參與，所以真核的rna-pol活性除活性除與啟動(dòng)子序列有關(guān)，和轉(zhuǎn)錄因子的存在與否有關(guān)與啟動(dòng)子序列有關(guān)，和轉(zhuǎn)錄因子的存在與否有關(guān)4、rna聚合酶聚合酶（2）調(diào)節(jié)蛋白與調(diào)節(jié)蛋白與rna聚合酶的活性聚合酶的活性 啟動(dòng)序列決定基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄頻率，一些特異啟動(dòng)序列決定基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄頻率，一些特異調(diào)節(jié)蛋白在適當(dāng)環(huán)境信號（如誘導(dǎo)劑和阻遏調(diào)節(jié)蛋白在適當(dāng)環(huán)境信號（如誘導(dǎo)劑和阻遏劑等）刺激下在

49、細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，然后通過劑等）刺激下在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，然后通過dna-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用影響蛋白質(zhì)相互作用影響rna聚聚合酶活性，使基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄頻率發(fā)生變化，從而合酶活性，使基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄頻率發(fā)生變化，從而引起表達(dá)的變化。引起表達(dá)的變化。五、基因表達(dá)的多級調(diào)控五、基因表達(dá)的多級調(diào)控 基因結(jié)構(gòu)活化基因結(jié)構(gòu)活化 轉(zhuǎn)錄水平轉(zhuǎn)錄水平 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工 轉(zhuǎn)錄后水平轉(zhuǎn)錄后水平 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn) 翻譯調(diào)控翻譯調(diào)控 翻譯水平翻譯水平 翻譯后加工翻譯后加工 第三節(jié)第三節(jié) 原核基因表達(dá)調(diào)控原核基因表達(dá)調(diào)控 regulation of prokaryotic gene ex

50、pression1、dna水平的調(diào)節(jié)水平的調(diào)節(jié)2、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控（transcriptional regulation）：是最主要的調(diào)控方式。）：是最主要的調(diào)控方式。3、轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控（post-transcriptional regulation）一、原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)：一、原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)：（一）原核生物的基因調(diào)控主要發(fā)生在（一）原核生物的基因調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平轉(zhuǎn)錄水平上上，根據(jù)調(diào)控機(jī)制的不同可分為：，根據(jù)調(diào)控機(jī)制的不同可分為：在在負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是物是阻遏蛋白阻遏蛋白（repr

51、essor），其與），其與dna上特異位點(diǎn)相結(jié)合，起著阻止結(jié)構(gòu)上特異位點(diǎn)相結(jié)合，起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。基因轉(zhuǎn)錄的作用。在在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是物是激活蛋白激活蛋白（activator），其不是阻），其不是阻止起始，而是幫助起始。止起始，而是幫助起始。 無論是正調(diào)控還是負(fù)調(diào)控都是通過無論是正調(diào)控還是負(fù)調(diào)控都是通過利用調(diào)節(jié)蛋白與利用調(diào)節(jié)蛋白與小分子誘導(dǎo)物或輔阻遏小分子誘導(dǎo)物或輔阻遏物物（corepressor）之間的相互作用來完成之間的相互作用來完成誘導(dǎo)和阻遏的。誘導(dǎo)和阻遏的。 每一個(gè)每一個(gè)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物使阻遏物失活或活化使阻遏物失活或活化激活蛋白時(shí)

52、產(chǎn)生誘導(dǎo)；當(dāng)激活蛋白時(shí)產(chǎn)生誘導(dǎo)；當(dāng)輔阻遏物輔阻遏物活化活化阻礙蛋白或使激活蛋白失活時(shí)產(chǎn)生阻遏。阻礙蛋白或使激活蛋白失活時(shí)產(chǎn)生阻遏。原核生物結(jié)構(gòu)基因的原核生物結(jié)構(gòu)基因的4種表達(dá)調(diào)控類型種表達(dá)調(diào)控類型（二二）原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(diǎn)原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(diǎn)1、因子決定因子決定rna聚合酶識別特異性聚合酶識別特異性2、主要通過操縱子模式進(jìn)行調(diào)節(jié)、主要通過操縱子模式進(jìn)行調(diào)節(jié)3、阻遏蛋白對轉(zhuǎn)錄的抑制作用（阻遏機(jī)制）、阻遏蛋白對轉(zhuǎn)錄的抑制作用（阻遏機(jī)制）是普遍存在的負(fù)調(diào)控作用是普遍存在的負(fù)調(diào)控作用1、因子決定因子決定rna聚合酶識別特異性聚合酶識別特異性核心酶核心酶全酶全酶 在在e.colie.coli中中, ,

53、當(dāng)細(xì)胞從基本的轉(zhuǎn)錄機(jī)當(dāng)細(xì)胞從基本的轉(zhuǎn)錄機(jī)制轉(zhuǎn)入各種特定基因表達(dá)時(shí)，需要不同的制轉(zhuǎn)入各種特定基因表達(dá)時(shí)，需要不同的 因子指導(dǎo)因子指導(dǎo)rnarna聚合酶與各種啟動(dòng)子結(jié)合。聚合酶與各種啟動(dòng)子結(jié)合。 可變可變 因子改變了細(xì)菌因子改變了細(xì)菌rnarna聚合酶的特聚合酶的特異性，使得它可以識別不同基因的啟動(dòng)子。異性，使得它可以識別不同基因的啟動(dòng)子。因子因子識別的啟動(dòng)子識別的啟動(dòng)子啟動(dòng)子一致序列啟動(dòng)子一致序列-35盒框盒框-10盒框盒框7070大多數(shù)基因大多數(shù)基因ttgacatataat3232熱激誘導(dǎo)基因熱激誘導(dǎo)基因tctcncccttgaaccccatnta2828運(yùn)動(dòng)與趨異化基因運(yùn)動(dòng)與趨異化基因cta

54、aaccgatat3838穩(wěn)定期表達(dá)基因穩(wěn)定期表達(dá)基因？-24盒框盒框-12盒框盒框5454氮代謝于其他功能氮代謝于其他功能gtggnattgca大腸桿菌中的各種大腸桿菌中的各種因子比較因子比較 溫度較高溫度較高, ,誘導(dǎo)產(chǎn)生各種熱休克蛋白誘導(dǎo)產(chǎn)生各種熱休克蛋白 由由3232參與構(gòu)成的參與構(gòu)成的rnarna聚合酶與熱休克應(yīng)答基因聚合酶與熱休克應(yīng)答基因啟動(dòng)子結(jié)合，誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的熱休克蛋白，適啟動(dòng)子結(jié)合，誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的熱休克蛋白，適應(yīng)環(huán)境需要。應(yīng)環(huán)境需要。 枯草芽孢桿菌芽孢形成枯草芽孢桿菌芽孢形成 有序的有序的因子的替換，因子的替換，rnarna聚合酶識別不同基聚合酶識別不同基因的啟動(dòng)子，使芽孢形

55、成有關(guān)的基因有序地表因的啟動(dòng)子，使芽孢形成有關(guān)的基因有序地表達(dá)。達(dá)。 參與大腸桿菌中基因表達(dá)調(diào)控最常見的參與大腸桿菌中基因表達(dá)調(diào)控最常見的蛋白質(zhì)可能是蛋白質(zhì)可能是因子因子，共存在六種，共存在六種因子，因子，其中其中70是調(diào)控最基本的生理功能如碳代是調(diào)控最基本的生理功能如碳代謝、生物合成等基因的轉(zhuǎn)錄所必須的。謝、生物合成等基因的轉(zhuǎn)錄所必須的。 除除參與氮代謝的參與氮代謝的54以外，其它以外，其它5種種因子在因子在結(jié)構(gòu)上具有同源性，所以統(tǒng)稱結(jié)構(gòu)上具有同源性，所以統(tǒng)稱70家族。家族。與上述與上述因子特異性結(jié)合因子特異性結(jié)合dna上的上的-35區(qū)和區(qū)和-10區(qū)區(qū)不同，不同，54因子識別并與因子識別并與

56、dna上的上的-24和和-12區(qū)區(qū)相結(jié)合。相結(jié)合。 在與啟動(dòng)子結(jié)合的順序上，在與啟動(dòng)子結(jié)合的順序上，70類啟動(dòng)子在核類啟動(dòng)子在核心酶結(jié)合到心酶結(jié)合到dna鏈上之后才能與啟動(dòng)子區(qū)相結(jié)鏈上之后才能與啟動(dòng)子區(qū)相結(jié)合合，而，而54則類似于真核生物的則類似于真核生物的tata區(qū)結(jié)合蛋區(qū)結(jié)合蛋白（白（tbp），可以在無核心酶時(shí)獨(dú)立結(jié)合到啟），可以在無核心酶時(shí)獨(dú)立結(jié)合到啟動(dòng)子上。動(dòng)子上。存在于原核生物中的一種主要的調(diào)控模式是操縱存在于原核生物中的一種主要的調(diào)控模式是操縱子（子（operon）調(diào)控模式，該模式也見于低等真）調(diào)控模式，該模式也見于低等真核生物中。核生物中。所謂所謂操縱子操縱子（operon）是指

57、原核生物基因組的）是指原核生物基因組的一個(gè)表達(dá)調(diào)控序列，長度約一個(gè)表達(dá)調(diào)控序列，長度約1000bp1000bp左右，由若干左右，由若干結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，其表達(dá)受到同一調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，其表達(dá)受到同一調(diào)控系統(tǒng)的調(diào)控的調(diào)控。 2、主要通過操縱子模式進(jìn)行調(diào)節(jié)、主要通過操縱子模式進(jìn)行調(diào)節(jié)3、阻遏蛋白對轉(zhuǎn)錄的抑制作用（阻遏機(jī)制）、阻遏蛋白對轉(zhuǎn)錄的抑制作用（阻遏機(jī)制）是普遍存在的負(fù)調(diào)控作用是普遍存在的負(fù)調(diào)控作用 在很多原核操縱子（元）系統(tǒng)，在很多原核操縱子（元）系統(tǒng)，特異的阻遏特異的阻遏蛋白是控制原核啟動(dòng)序列活性的重要因素蛋白是控制原核啟動(dòng)序列活性的重要因素。 當(dāng)阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合或解聚時(shí)

58、，就會當(dāng)阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合或解聚時(shí)，就會發(fā)生特異基因的阻遏或去阻遏。原核基因調(diào)控普發(fā)生特異基因的阻遏或去阻遏。原核基因調(diào)控普遍涉及特異阻遏蛋白參與的開、關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制遍涉及特異阻遏蛋白參與的開、關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制 。二、操縱子學(xué)說二、操縱子學(xué)說 法國巴斯德研究院的法國巴斯德研究院的francois jacob與與jacques monod于于1960年在法國科學(xué)院院報(bào)年在法國科學(xué)院院報(bào)(proceeding of the french academy of sciences)上發(fā)表了一篇論文，提出乳糖代謝中上發(fā)表了一篇論文，提出乳糖代謝中的兩個(gè)基因被一靠近它們的遺傳因子所調(diào)節(jié)。這的兩個(gè)基因被一靠近它們

59、的遺傳因子所調(diào)節(jié)。這二個(gè)基因?yàn)槎€(gè)基因?yàn)?半乳糖苷酶半乳糖苷酶(-galactosidase)和半和半乳糖苷透過酶乳糖苷透過酶(galactoside permease)。 在此文中他們首先提出了在此文中他們首先提出了操縱子操縱子(operon)和和操縱基因操縱基因(operator)的概念的概念，他們的操縱子學(xué)說，他們的操縱子學(xué)說(theory of operon)使我們得以從分子水平認(rèn)識使我們得以從分子水平認(rèn)識基因表達(dá)的調(diào)控，是一個(gè)劃時(shí)代的突破，因此他基因表達(dá)的調(diào)控，是一個(gè)劃時(shí)代的突破，因此他們二人于們二人于1965年榮獲諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)。年榮獲諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)。ipozya大腸桿菌能以乳糖為

60、唯一碳源生長，這是由于它大腸桿菌能以乳糖為唯一碳源生長，這是由于它能產(chǎn)生一套利用乳糖的酶。能產(chǎn)生一套利用乳糖的酶。 這些酶受這些酶受乳糖操縱子乳糖操縱子的控制。大腸桿菌乳糖操縱的控制。大腸桿菌乳糖操縱子是大腸桿菌子是大腸桿菌dna的一個(gè)特定區(qū)段，由的一個(gè)特定區(qū)段，由調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因i，啟動(dòng)基因啟動(dòng)基因p，操縱基因，操縱基因o和結(jié)構(gòu)基因和結(jié)構(gòu)基因z、y、a組成組成。 p區(qū)是轉(zhuǎn)錄起始時(shí)區(qū)是轉(zhuǎn)錄起始時(shí)rna聚合酶的結(jié)合部位。聚合酶的結(jié)合部位。 o區(qū)是阻遏蛋白的結(jié)合部位，其功能是控制結(jié)構(gòu)區(qū)是阻遏蛋白的結(jié)合部位，其功能是控制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄?；虻霓D(zhuǎn)錄。 平時(shí)平時(shí)i基因經(jīng)常進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯，產(chǎn)生有活性的基因