原核基因表達的調(diào)控

1、2021-11-11一、操縱子 二、乳糖操縱子的表達調(diào)控 三、色氨酸操縱子的表達調(diào)控 四、翻譯水平的調(diào)控五、翻譯后調(diào)控六、原核生物基因表達其他調(diào)控方式2021-11-12(operon) 細(xì)菌能隨環(huán)境的變化，迅速改變某些基因表達的狀態(tài)，這就是很好的基因表達調(diào)控的實驗?zāi)Ｐ?。人們就是從研究這種現(xiàn)象開始，打開認(rèn)識基因表達調(diào)控分子機理的窗口的。2021-11-13 大腸桿菌可以利用葡萄糖、乳糖、麥芽糖、阿拉伯糖等作為碳源而生長繁殖，當(dāng)培養(yǎng)基中含有葡萄糖和乳糖時，細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄糖，當(dāng)葡萄糖耗盡，細(xì)菌停止生長，經(jīng)過短時間的適應(yīng)，就能利用乳糖，細(xì)菌繼續(xù)呈指數(shù)式繁殖增長。2021-11-14 大腸桿菌利用乳

2、糖至少需要兩個酶：促使乳糖進入細(xì)菌的半乳糖透過酶(lactose permease)和催化乳糖分解第一步的 半乳糖苷酶( -galactosidase)。2021-11-15 在環(huán)境中沒有乳糖或其他 -半乳糖苷時，大腸桿菌合成 -半乳糖苷酶量極少，加入乳糖2-3分鐘后，細(xì)菌大量合成 -半乳糖苷酶，其量可提高千倍以上，在以乳糖作為唯一碳源時，菌體內(nèi)的 -半乳糖苷酶量可占到細(xì)菌總蛋白量的3%。 在上述二階段生長細(xì)菌利用乳糖再次繁殖前，也能測出細(xì)菌中 -半乳糖苷酶活性顯著增高的過程。2021-11-16這種典型的誘導(dǎo)現(xiàn)象，是研究基因表達調(diào)控極好的模型。針對大腸桿菌利用乳糖的適應(yīng)現(xiàn)象，法國的jocob

3、和monod等人做了一系列遺傳學(xué)和生化學(xué)研究實驗，于1961年提出乳糖操縱子（lac operon）學(xué)說。2021-11-17 乳糖操縱子模型已被許多研究實驗所證實，對其有了更深入的認(rèn)識，并且發(fā)現(xiàn)其他原核生物基因調(diào)控也有類似的操縱子組織，操縱子是原核基因表達調(diào)控的一種重要的組織形式，大腸桿菌的基因多數(shù)以操縱子的形式組成基因表達調(diào)控的單元。 下面就以乳糖操縱子為例子說明操縱子的最基本的組成元件（elements）。2021-11-18 操縱子中被調(diào)控的編碼蛋白質(zhì)的基因可稱為結(jié)構(gòu)基因(structural gene, sg)。一個操縱子中含有2個以上的結(jié)構(gòu)基因，多的可達十幾個。每個結(jié)構(gòu)基因是一個連

4、續(xù)的開放閱讀框(open reading frame), 5端有起始密碼atg，3端有終止密碼taa、tga或tag。各結(jié)構(gòu)基因頭尾銜接、串連排列，組成結(jié)構(gòu)基因群。2021-11-19 至少在第一個結(jié)構(gòu)基因5側(cè)具有核糖體結(jié)合位點(ribosome binding site, rbs)，因而當(dāng)這段含多個結(jié)構(gòu)基因的dna被轉(zhuǎn)錄成多順反子mrna，就能被核糖體所識別結(jié)合、并起始翻譯。核糖體沿mrna移動，在合成完第一個編碼的多肽后，核糖體可以不脫離mrna而繼續(xù)翻譯合成下一個基因編碼的多肽，直至合成完這條多順反子mrna所編碼的全部多肽。2021-11-110 乳糖操縱子含有、和3個結(jié)構(gòu)基因。 基因

5、長3510bp，編碼含1170個氨基酸、分子量為135,000的多肽，以四聚體形式組成有活性的-半乳糖苷酶，催化乳糖轉(zhuǎn)變?yōu)閯e乳糖(allolactose)，再分解為半乳糖和葡萄糖； 2021-11-111基因長780bp，編碼有260個氨基酸、分子量為30,000的半乳糖透過酶，促使環(huán)境中的乳糖進入細(xì)菌； 基因長825bp，編碼275氨基酸、分子量為32,000的轉(zhuǎn)乙?；?，以二聚體活性形式催化半乳糖的乙?；?。2021-11-112 基因5側(cè)具有大腸桿菌核糖體識別結(jié)合位點（rbs）特征的shine-dalgarno(sd)序列，因而當(dāng)乳糖操縱子開放時，核糖體能結(jié)合在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mrna上。 由于

6、、三個基因頭尾相接，上一個基因的翻譯終止密碼靠近下一個基因的2021-11-113翻譯起始密碼，因而同一個核糖體能沿此轉(zhuǎn)錄生成的多順反子（polycistron）mrna移動，在翻譯合成了上一個基因編碼的蛋白質(zhì)后，不從mrna上掉下來而繼續(xù)沿mrna移動合成下一個基因編碼的蛋白質(zhì)，一氣依次合成這基因群所編碼所有的蛋白質(zhì)。2021-11-1142021-11-115 啟動子(promoter, p)是指能被rna聚合酶識別、結(jié)合并啟動基因轉(zhuǎn)錄的一段dna序列。操縱子至少有一個啟動子，一般在第一個結(jié)構(gòu)基因5側(cè)上游，控制整個結(jié)構(gòu)基因群的轉(zhuǎn)錄。用rna聚合酶與分離的一段dna雙鏈混合，再加入外切核酸酶

7、去水解dna，結(jié)果只有被rna聚合酶識別結(jié)合而被保護的那段dna不被水解，由此可以測出啟動子的范圍及其序列。2021-11-116雖然不同的啟動子序列有所不同，但比較已經(jīng)研究過的上百種原核生物的啟動子的序列，發(fā)現(xiàn)有一些共同的規(guī)律，它們一般長40-60bp，含a-t bp較多，某些段落很相似的，有保守性，稱為共有性序列(consensus sequences)。 啟動子一般可分為識別(r，recognition)、結(jié)合(b，binding)和起始(i，initiation)三個區(qū)段。 2021-11-117轉(zhuǎn)錄起始第一個堿基（通常標(biāo)記位置為+1）最常見的是a；在-10bp附近有tataat一組共

8、有序列，因為這段共有序列是pribnow首先發(fā)現(xiàn)的，稱為pribnow盒（pribnow box）；在-35bp處又有ttgaca一組共有序列。2021-11-1182021-11-119不同的啟動子序列不同，與rna聚合酶的親和力不同、啟動轉(zhuǎn)錄的頻率高低不同，即不同的啟動子起動基因轉(zhuǎn)錄的強弱不同，例如：pl、pr、pt7屬強啟動子，而plac則是較弱的啟動子。2021-11-120 操縱區(qū)（operator）是指能被調(diào)控蛋白特異性結(jié)合的一段dna序列，常與啟動子鄰近或與啟動子序列重疊，當(dāng)調(diào)控蛋白結(jié)合在操縱子序列上，會影響其下游基因轉(zhuǎn)錄的強弱。2021-11-121 以 前 將 操 縱 區(qū) 稱

9、 為 操 縱 基 因（operator gene）。但現(xiàn)在基因定義是為蛋白質(zhì)或rna編碼的核酸序列，而操縱序列并不是編碼蛋白質(zhì)的基因，卻是起著調(diào)控基因表達強弱的作用，正如啟動序列不叫啟動基因而稱為啟動子一樣，操縱序列就可稱為操縱區(qū)。operon譯為操縱子，即基因表達操縱的單元之意。2021-11-122以乳糖操縱子中的操縱區(qū)為例，其操縱區(qū)（o）序列位于啟動子（p）與被調(diào)控的基因之間，部分序列與啟動子序列重疊。 仔細(xì)分析操縱區(qū)序列，可見這段雙鏈dna具有回文（palindrome）樣的對稱性一級結(jié)構(gòu)，能形成十字形的莖環(huán)（stem loop）構(gòu)造。不少操縱區(qū)都具有類似的對稱性序列，可能與特定蛋白質(zhì)

10、的結(jié)合相關(guān)。2021-11-123阻遏蛋白與操縱區(qū)結(jié)合，就妨礙了rna聚合酶與啟動子的結(jié)合及其后 -半乳糖苷酶等基因的轉(zhuǎn)錄起始，從而阻遏了這群基因的表達。 最早只把與阻遏蛋白結(jié)合、起阻遏作用的序列稱為操縱區(qū)，但其后發(fā)現(xiàn)有的操縱子中2021-11-124同一操縱序列與不同構(gòu)像的蛋白質(zhì)結(jié)合，可以分別起阻遏或激活基因表達的作用，阿拉伯糖操縱子中的操縱序列就是典型的例子。因而凡能與調(diào)控蛋白特異性結(jié)合、從而影響基因轉(zhuǎn)錄強弱的序列，不論其對基因轉(zhuǎn)錄的作用是減弱、阻止或增強、開放，都可稱為操縱區(qū)。2021-11-125 調(diào)控基因(regulatory gene)是編碼能與操縱序列結(jié)合的調(diào)控蛋白的基因。調(diào)控蛋

11、白有： 阻遏蛋白(repressive protein)：與操縱區(qū)結(jié)合后能減弱或阻止其調(diào)控的基因轉(zhuǎn)錄，其介 導(dǎo) 的 調(diào) 控 方 式 為 負(fù) 調(diào) 控 ( n e g a t i v e regulation)； 2021-11-126激活蛋白(activating protein)：與操縱區(qū)結(jié)合后能增強或起動其調(diào)控的基因轉(zhuǎn)錄，所介導(dǎo)的調(diào)控方式為正調(diào)控(positive regulation)。2021-11-127某些特定的物質(zhì)能與調(diào)控蛋白結(jié)合，使調(diào)控蛋白的空間構(gòu)像發(fā)生變化，從而改變其對基因轉(zhuǎn)錄的影響，這些特定物質(zhì)可稱為效應(yīng)物（effector）。有兩種： 誘導(dǎo)劑(inducer)：能引起誘導(dǎo)發(fā)

12、生的分子；阻遏劑或輔助阻遏劑(corepressor)：能導(dǎo)致阻遏發(fā)生的分子。2021-11-128例如在乳糖操縱子中，調(diào)控基因lac i位于plac鄰近，有其自身的啟動子和終止子，轉(zhuǎn)錄方向和結(jié)構(gòu)基因群的轉(zhuǎn)錄方向一致，編碼產(chǎn)生由347個氨基酸組成的調(diào)控蛋白r。 在環(huán)境沒有乳糖存在的情況下，r形成分子量為152,000的活性四聚體，能特異性與操縱區(qū)緊密結(jié)合，從而阻止利用乳糖的酶類基因的轉(zhuǎn)錄，所以r是乳糖操縱子的阻遏蛋白；2021-11-129 當(dāng)環(huán)境中有足夠的乳糖時，乳糖與r結(jié)合，使r的空間構(gòu)像變化，四聚體解聚成單體，失去與操縱區(qū)特異性緊密結(jié)合的能力，從而解除了阻遏蛋白的作用，使其后的基因得以轉(zhuǎn)

13、錄合成利用乳糖的酶類。 在這過程中乳糖就是誘導(dǎo)劑，與r結(jié)合起到去阻遏作用(derepression)，誘導(dǎo)了利用乳糖的酶類基因轉(zhuǎn)錄開放。2021-11-130 許多調(diào)控蛋白都是變構(gòu)蛋白（allosteric protein），通過與上述類似的方式與效應(yīng)物結(jié)合改變空間構(gòu)像，從而改變活性，起到調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄表達的作用。2021-11-131 終止子（terminator，t）是給予rna聚合酶轉(zhuǎn)錄終止信號的dna序列。在一個操縱子中至少在結(jié)構(gòu)基因群最后一個基因的后面有一個終止子。2021-11-132終止子至少可以分為兩類：一類是不依賴因子（蛋白性終止因子）的終止子，這類終止子在序列上有一些共通的特

14、點，即有一段富含gc的反向重復(fù)序列（inverted repeat sequence），其后跟隨一段富含at的序列，因而轉(zhuǎn)錄生成的mrna的序列中能形成發(fā)夾式結(jié)構(gòu)，后繼一連串u，2021-11-133正是rna聚合酶轉(zhuǎn)錄生成的這段mrna的結(jié)構(gòu)阻止rna聚合酶繼續(xù)沿dna移動、并使聚合酶從dna鏈上脫落下來，終止轉(zhuǎn)錄。 另一類是依賴因子的終止子，即其終止轉(zhuǎn)錄的作用需要因子的協(xié)同，或至少是受因子的影響。2021-11-1342021-11-135 不同的終止子的作有強弱之分： 有的終止子幾乎能完全停止轉(zhuǎn)錄； 有的則只是部分終止轉(zhuǎn)錄，一部分rna聚合酶能越過這類終止序列繼續(xù)沿dna移動并轉(zhuǎn)錄。如果

15、一串結(jié)構(gòu)基因群中間有這種弱終止子的存在，則前后轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的量會有所不同，這也是終止子調(diào)節(jié)基因群中不同基因表達產(chǎn)物比例的一種方式。 2021-11-136有的蛋白因子能作用于終止序列，減弱或取消終止子的作用，稱為抗終止作用(antitermination)，這種蛋白因子就稱為抗終止因子(antiterminator)。以上5種元件是每一個操縱子必定含有的。其中啟動子、操縱區(qū)位于緊鄰結(jié)構(gòu)基因群的上游，終止子在結(jié)構(gòu)基因群之后，2021-11-137它們都在結(jié)構(gòu)基因的附近，只能對同一條dna鏈上的基因表達起調(diào)控作用，這種作用在遺傳學(xué)實驗上稱為順式作用（cis-action），啟動子、操縱子和終止子就屬于

16、順式作用元件（cis-acting element）。調(diào)控基因可以在結(jié)構(gòu)基因群附近、也可以遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)基因，它是通過其基因產(chǎn)物調(diào)控蛋白來發(fā)揮作用的，因而調(diào)控基因不僅能對同一條dna鏈上的結(jié)構(gòu)基因起表達調(diào)控作用，而且2021-11-138能對不在一條dna鏈上的結(jié)構(gòu)基因起作用，在遺傳學(xué)實驗上稱為反式作用（trans-action），調(diào)控基因就屬于反式作用元件（trans-acting element），其編碼產(chǎn)生的調(diào)控蛋白稱為反式調(diào)控因子（trans-acting factor）。 由此也可窺測到基因表達調(diào)控機理的關(guān)鍵在蛋白質(zhì)與核酸的相互作用上。2021-11-1392021-11-1402021-

17、11-1412021-11-142 當(dāng)大腸桿菌在沒有乳糖的環(huán)境中生存時，lac操縱子處于阻遏狀態(tài)。此基因在其自身的啟動子pi控制下，低水平、組成性表達產(chǎn)生阻遏蛋白r，每個細(xì)胞中僅維持約10個分子的阻遏蛋白。r以四聚體形式與操縱子結(jié)合，阻礙了rna聚合酶與啟動子plac的結(jié)合，阻止了基因的轉(zhuǎn)錄起動。r的阻遏作用不是絕對的，r與2021-11-143偶爾解離，使細(xì)胞中還有極低水平的半乳糖苷酶及透過酶的生成。 當(dāng)有乳糖存在時，乳糖受 半乳糖苷酶的催化轉(zhuǎn)變?yōu)閯e乳糖，與r結(jié)合，使r構(gòu)象變化，r四聚體解聚成單體，失去與的親和力，與解離，基因轉(zhuǎn)錄開放，使 半乳糖苷酶在細(xì)胞內(nèi)的含量可增加1000倍。這就是乳糖

18、對lac操縱子的誘導(dǎo)作用。2021-11-1442021-11-145 一些化學(xué)合成的乳糖類似物，不受 半乳糖苷酶的催化分解，卻也能與r特異性結(jié)合使r構(gòu)象變化，誘導(dǎo)lac操縱子的開放。例如異丙基硫代半乳糖苷(isopropylthiog-alactoside，iptg)就是很強的誘導(dǎo)劑；不被細(xì)菌代謝而十分穩(wěn)定。x-gal（5-溴-4-氯-3-吲哚-半乳糖苷）也是一種人工化學(xué)合成的半乳糖苷，可被 半乳糖苷酶水解產(chǎn)生蘭色化合物，因此可以用作 半乳糖苷酶活性的指示劑。iptg和x-gal都被廣泛應(yīng)用在分子生物學(xué)和基因工程的工作中。2021-11-1462021-11-147 細(xì)菌中的camp含量與葡

19、萄糖的分解代謝有關(guān)，當(dāng)細(xì)菌利用葡萄糖分解產(chǎn)生能量時，camp生成少而分解多，camp含量低；相反，當(dāng)環(huán)境中無葡萄糖可供利用時，camp含量就升高。細(xì)菌中有一種能與camp特異結(jié)合的camp受體蛋白crp(camp receptor protein)，當(dāng)crp未與camp結(jié)合時它是沒有活性的，當(dāng)camp濃度升高時，crp與camp結(jié)合并發(fā)生空間構(gòu)象的變化而活化，稱為cap(crp-camp activated protein)，能以二聚體的方式與特定的dna序列結(jié)合。2021-11-148在lac操縱子的啟動子plac上游端有一段序列與plac部分重疊的序列，能與cap特異結(jié)合，稱為cap結(jié)合位

20、點（cap binding site）。cap與這段序列結(jié)合時，可增強rna聚合酶的轉(zhuǎn)錄活性，使轉(zhuǎn)錄提高50倍。相反，當(dāng)有葡萄糖可供分解利用時，camp濃度降低，crp不能被活化，lac操縱子的結(jié)構(gòu)基因表達下降。2021-11-1492021-11-150由于plac是弱啟動子，單純因乳糖的存在發(fā)生去阻遏使lac操縱子轉(zhuǎn)錄開放，還不能使細(xì)菌很好利用乳糖，必需同時有cap來加強轉(zhuǎn)錄活性，細(xì)菌才能合成足夠的酶來利用乳糖。lac操縱子的強誘導(dǎo)既需要有乳糖的存在又需要沒有葡萄糖可供利用。通過這機制，細(xì)菌是優(yōu)先利用環(huán)境中的葡萄糖，只有無葡萄糖而又有乳糖時，細(xì)菌才去充分利用乳糖。2021-11-151細(xì)菌

21、對葡萄糖以外的其他糖（如阿拉伯糖、半乳糖、麥芽糖等）的利用上也有類似對乳糖利用的情況，在含有編碼利用阿拉伯糖的酶類基因群的阿拉伯糖操縱子（ara operon）、半乳糖操縱子（gal operon）中也有cap結(jié)合位點，cap也起類似的正性調(diào)控作用。所以cap的通用名稱是分解代謝基因激活蛋白（catabolic gene activator protein）。2021-11-152不難看出：cap結(jié)合位點就是一種起正性調(diào)控作用的操縱子，cap則是對轉(zhuǎn)錄起正性作用的調(diào)控蛋白激活蛋白，編碼crp的基因也是一個調(diào)控基因，不過它并不在lac操縱子的附近，cap可以對幾個操縱子都起作用。從上所述，乳糖操

22、縱子屬于可誘導(dǎo)操縱子（inducible operon），這類操縱子通常使是關(guān)閉的，當(dāng)受效應(yīng)物作用后誘導(dǎo)開放轉(zhuǎn)錄。這類操縱子使細(xì)菌能適應(yīng)環(huán)境的變化，最有效地利用環(huán)境能提供的能源底物。2021-11-153乳糖操縱子的誘導(dǎo)乳糖操縱子的誘導(dǎo) 2021-11-154圖例說明： 一些基因調(diào)控蛋白可以控制基因轉(zhuǎn)錄的開啟和關(guān)閉，大腸桿菌的乳糖操縱子就是這樣一個雙重控制的例子。葡萄糖和半乳糖的水平控制著乳糖操縱子轉(zhuǎn)錄的起始，決定操縱子是“開”還是“關(guān)”。 1.培養(yǎng)大腸桿菌時，如果不加入半乳糖，一個抑制蛋白就會結(jié)合到操縱子上，阻止rna聚合酶轉(zhuǎn)錄操縱子基因。此時操縱子就處于關(guān)閉狀態(tài); 2.當(dāng)加入誘導(dǎo)物半乳糖后

23、，半乳糖就會和抑制蛋白結(jié)合，并改變抑制蛋白的構(gòu)象使得它不能結(jié)合到操縱子上。只要沒有抑制蛋白的結(jié)合，rna聚合酶就可以識別啟動子并轉(zhuǎn)錄操縱子的結(jié)構(gòu)基因，得到mrna。此時操縱子是開啟的。2021-11-1552021-11-156 色氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的組分，一般的環(huán)境難以給細(xì)菌提供足夠的色氨酸，細(xì)菌要生存繁殖通常需要自己經(jīng)過許多步驟合成色氨酸，但是一旦環(huán)境能夠提供色氨酸時，細(xì)菌就會充分利用外界的色氨酸、減少或停止合成色氨酸，以減輕自己的負(fù)擔(dān)。細(xì)菌所以能做到這點是因為有色氨酸操縱子（trp operon）的調(diào)控。2021-11-1572021-11-158 合成色氨酸所需要酶類的基因e、d、c、b

24、、a等頭尾相接串連排列組成結(jié)構(gòu)基因群，受其上游的啟動子ptrp和操縱子的調(diào)控，調(diào)控基因trpr的位置遠(yuǎn)離p-結(jié)構(gòu)基因群，在其自身的啟動子作用下，以組成性方式低水平表達其編碼分子量為47000的調(diào)控蛋白r，r并沒有與結(jié)合的活性，當(dāng)環(huán)境能提供足夠濃度的色氨酸時，r與色氨酸結(jié)合后構(gòu)象變化而活化，就能夠與特異性親和結(jié)合，阻遏結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。2021-11-159 因此色氨酸操縱子屬于一種負(fù)性調(diào)控的、可阻遏的操縱子（repressible operon），即這操縱子通常是開放轉(zhuǎn)錄的，有效應(yīng)物（色氨酸為阻遏劑）作用時則阻遏關(guān)閉轉(zhuǎn)錄。細(xì)菌不少生物合成系統(tǒng)的操縱子都屬于這種類型，其調(diào)控可使細(xì)菌處在生存繁殖最經(jīng)

25、濟最節(jié)省的狀態(tài)。2021-11-160 實驗觀察表明：當(dāng)色氨酸達到一定濃度、但還沒有高到能夠活化r使其起阻遏作用的程度時，產(chǎn)生色氨酸合成酶類的量已經(jīng)明顯降低，而且產(chǎn)生的酶量與色氨酸濃度呈負(fù)相關(guān)。仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)這種調(diào)控現(xiàn)象與色氨酸操縱子特殊的結(jié)構(gòu)有關(guān)。2021-11-161在色氨酸操縱子ptrp-與第一個結(jié)構(gòu)基因trpe之間有162bp的一段先導(dǎo)序列（leading sequence，l），實驗證明當(dāng)色氨酸有一定濃度時，rna聚合酶的轉(zhuǎn)錄會終止在這里。 這段序列中含有編碼由14個氨基酸組成的短肽的開放閱讀框，其序列中有2個色氨酸相連，在此開放閱讀框前有核糖體識別結(jié)合位點（rbs）序列，提示這段短開

26、放閱讀框在轉(zhuǎn)錄后是能被翻譯的。2021-11-162 mrna前導(dǎo)區(qū)序列分析 trp前導(dǎo)區(qū)的堿基序列已經(jīng)全部測定， 發(fā)現(xiàn)完整的前導(dǎo)序列可分為1、2、3、4區(qū)域，這四個區(qū)域的片段能以兩種不同的方式進行堿基配對（圖9-10），2021-11-163圖圖9-10 色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄與翻譯調(diào)控色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄與翻譯調(diào)控2021-11-164有時以1-2和3-4配對，有時只以2-3方式互補配對。核糖體經(jīng)過前導(dǎo)區(qū)繼續(xù)翻譯的能力控制著這兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，它決定mrna是否形成終止所需的結(jié)構(gòu)。前導(dǎo)序列的終止區(qū)與一般的轉(zhuǎn)錄2021-11-165 終止位點特點相同，具有成串的 u和潛在的能形成莖環(huán)的二重對稱結(jié)構(gòu)。

27、通過rnaset1降解實驗（此酶不水解配對的rna）表明純化的trp前導(dǎo)序列中只有1-2和3-4的配對方式。由此定位的3-4配對區(qū)正好位于終止密碼子識別區(qū)，當(dāng)這個區(qū)域發(fā)生破壞自我堿基突變，有利于轉(zhuǎn)錄的繼續(xù)進行。 2021-11-166 轉(zhuǎn)錄的弱化理論認(rèn)為，mrna轉(zhuǎn)錄的終止是通過前導(dǎo)肽基因的翻譯來調(diào)節(jié)的，在前導(dǎo)肽基因中有兩個相鄰的色氨酸密碼子，在翻譯時對trnatrp的濃度十分敏感。當(dāng)培養(yǎng)基中色氨酸的濃度很低時，負(fù)載有色氨酸的trnatrp也少，由此推斷，翻譯通過兩個相鄰色氨酸密碼子的速度就會很慢，當(dāng)4區(qū)被轉(zhuǎn)錄完成時，核糖體才進行到1區(qū)（或停留在兩個相鄰的色2021-11-167氨酸密碼子處）

28、，這時的前導(dǎo)區(qū)結(jié)構(gòu)是2-3配對，不形成3-4配對的終止結(jié)構(gòu)，所以轉(zhuǎn)錄可繼續(xù)進行，直到將色氨酸操縱子中的結(jié)構(gòu)基因全部轉(zhuǎn)錄完畢為止。測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在缺乏色氨酸時所有的rna聚合酶都能經(jīng)過弱化子繼續(xù)參與轉(zhuǎn)錄。加上取消阻遏增加的約70倍的表達，總表達量可增加約700倍。 2021-11-168當(dāng)培養(yǎng)基中色氨酸濃度高時，核糖體可順利通過兩個相鄰的色氨酸密碼子，在4區(qū)被轉(zhuǎn)錄之前，核糖體就到達2區(qū)，這樣使2-3不能配對，3-4區(qū)可以自由配對形成莖-環(huán)式的終止子結(jié)構(gòu)，使得只有約10的rna聚合酶能繼續(xù)參與色氨酸操縱子結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄（圖9-10 ）。由此可見，弱化子對rna聚合酶轉(zhuǎn)錄的終止依賴于前導(dǎo)肽翻譯中核糖

29、體所處的位置，而細(xì)胞中色氨2021-11-169 酸存在與否，決定了mrna 轉(zhuǎn)錄的弱化子結(jié)構(gòu)，使弱化子中1、2、3、4區(qū)域呈現(xiàn)競爭性配對，從而產(chǎn)生弱化效應(yīng)，這是色氨酸操縱子第二水平調(diào)控的機制。應(yīng)該指出，色氨酸含量變化對阻遏過程和弱化過程的作用方向是相同的。前者主要控制操縱子基因表達的啟動，而后者主要決定轉(zhuǎn)錄和翻譯是否能繼續(xù)進行下去。2021-11-170衰減子作用2021-11-1712021-11-1722021-11-173 原核基因表達轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控的基本方式：1. 通過特殊的代謝物調(diào)控基因的活性 可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)方式 負(fù)調(diào)控：阻遏蛋白的調(diào)節(jié) 正調(diào)節(jié)：激活蛋白的調(diào)節(jié) 可阻遏調(diào)節(jié)方式2021-1

30、1-1742.通過衰減方式進行調(diào)節(jié)；3.通過異化抑制作用進行調(diào)節(jié)；4.應(yīng)急調(diào)節(jié) 2021-11-175通過異化抑制作用進行調(diào)節(jié)：當(dāng)細(xì)菌在含有葡萄糖和其它糖的培養(yǎng)基中生長時，通常優(yōu)先利用葡萄糖，而不利用其它糖。只有當(dāng)葡萄糖耗盡后，細(xì)菌經(jīng)過一段停滯期，不久在其它糖的誘導(dǎo)下，合成利用其它糖的酶類，這種現(xiàn)象稱為葡萄糖效應(yīng)，或叫異化抑制作用。這種作用也是在轉(zhuǎn)錄水平上進行的。不過葡萄糖對轉(zhuǎn)錄的作用并不是直接的，而是由于葡萄糖降解物抑制了腺苷酸環(huán)化酶活性或活化磷酸二酯酶，使camp濃度降低，造成campcap濃度不夠，使許多分解代謝酶的基因不能轉(zhuǎn)錄。2021-11-176通過異化抑制作用進行調(diào)節(jié)：受camp

31、cap系統(tǒng)調(diào)節(jié)的操縱子，即對葡萄糖降解物敏感的操縱子，包括許多負(fù)責(zé)糖分解代謝的可誘導(dǎo)操縱子，如乳糖、半乳糖、阿拉伯糖、麥芽糖等的操縱子，以及負(fù)責(zé)氨基酸合成代謝的阻遏操縱子，如異亮氨酸、纈氨酸操縱子。這一調(diào)節(jié)機制是積極的，開源式的，有很重要的意義。2021-11-177應(yīng)急調(diào)節(jié)：當(dāng)細(xì)菌處于十分危急的狀態(tài)時，比如食物全面匱乏，這時必須緊縮開支，減少消耗，借以渡過艱難時期，等待培養(yǎng)條件的改善。為此必須一下子關(guān)閉幾乎所有的基因，合成維持生命最低限度需要的物質(zhì)基因除外，這種現(xiàn)象稱為嚴(yán)緊控制。嚴(yán)緊控制造成穩(wěn)定rna(rrna和trna）的合成顯著下降。mrna合成的降低程度較小，而且只有某些種類的mrna

32、合成才有降低現(xiàn)象。2021-11-178應(yīng)急調(diào)節(jié)：任何一種氨基酸的缺乏，或突變導(dǎo)致任何一種氨基酰trna合成酶的失活都將引起嚴(yán)緊控制生長代謝的反應(yīng)。其調(diào)節(jié)物質(zhì)是鳥苷四磷酸（ppgpp）和鳥苷五磷酸（pppgpp），它們是由空載的trna誘導(dǎo)活化焦磷酸轉(zhuǎn)移酶而合成出來的。關(guān)于它的作用機制有一些說法，這個調(diào)節(jié)因子可以調(diào)節(jié)許多基因，是一個超級的調(diào)控因子，其中有兩個突出的效應(yīng)，一是抑制rrna操縱子啟動子的轉(zhuǎn)錄起始作用；另一是增加rna聚合酶在轉(zhuǎn)錄過程中的暫停，因而放慢延長相。2021-11-179一、真核基因組的復(fù)雜性真核基因組的復(fù)雜性二、真核基因表達調(diào)控的特點三、真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控四、真核基因

33、轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控五、翻譯水平的調(diào)控六、翻譯后水平的調(diào)控2021-11-180真核基因組比原核基因組大得多，大腸桿菌基因組約4106bp，哺乳類基因組在109bp數(shù)量級，比細(xì)菌大千倍；大腸桿菌約有4000個基因，人則約有35萬個基因。真核生物主要的遺傳物質(zhì)與組蛋白等構(gòu)成染色質(zhì)，被包裹在核膜內(nèi)，核外還有遺傳成分（如線粒體dna等），這就增加了基因表達調(diào)控的層次和復(fù)雜性。2021-11-181原核生物的基因組基本上是單倍體，而真核基因組是二倍體。如前所述，細(xì)菌多數(shù)基因按功能相關(guān)成串排列，組成操縱子的基因表達調(diào)控的單元，共同開啟或關(guān)閉，轉(zhuǎn)錄出多順反子(polycistron)的mrna；真核生物則是一個結(jié)

34、構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成一條mrna，即mrna是單順反子(monocistron),基本上沒有操縱子的結(jié)構(gòu)，而真核細(xì)胞的許多活性蛋白是由相同和不同的多肽鏈形成的亞基構(gòu)成的，這就涉及到多個基因協(xié)調(diào)表達的問題，真核生物基因協(xié)調(diào)表達要比原核生物復(fù)雜得多。2021-11-182原核基因組的大部分序列都為基因編碼，而核酸雜交等實驗表明：哺乳類基因組的中僅約10%的序列是編碼蛋白質(zhì)或rrna、trna等的基因，其余約90%的序列功能至今還不清楚。原核生物的基因為蛋白質(zhì)編碼的序列絕大多數(shù)是連續(xù)的，而真核生物為蛋白質(zhì)編碼的基因絕大多數(shù)是不連續(xù)的，即有外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)，在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)剪接(spli

35、cing)去除內(nèi)含子，才能翻譯獲得完整的蛋白質(zhì)，這就增加了基因表達調(diào)控的環(huán)節(jié)。2021-11-183原核基因組中除rrna、trna基因有多個拷貝外，重復(fù)序列不多。哺乳動物基因組中則存在大量重復(fù)序列(repetitive sequences)。用復(fù)性動力學(xué)等實驗表明有三類重復(fù)序列： 高度重復(fù)序列(high repetitive sequences),這類序列一般較短，長10-300bp，在哺乳類基因組中重復(fù)106次左右，占基因組dna序列總量的10-60%，人的基因組中這類序列約占20%，功能還不明了。2021-11-184中度重復(fù)序列(moderate repetitive sequence

36、s)，這類序列序列多數(shù)長100-500bp，重復(fù)101-105次，占基因組10-40%。例如哺乳類中含量最多的一種稱為alu的序列，長約300bp，在哺乳類不同種屬間相似，在基因組中重復(fù)3-5105次，在人的基因組中約占7%，功能也還不很清楚。在人的基因組中18s/28srrna基因重復(fù)280次，5srrna基因重復(fù)2000次，trna基因重復(fù)1300次，5種組蛋白的基因串連成族重復(fù)30-40次，這些基因都可歸入中度重復(fù)序列范圍。2021-11-185單拷貝序列(single copy sequences)。這類序列基本上不重復(fù)，占哺乳類基因組的50-80%，在人基因組中約占65%。絕大多數(shù)真

37、核生物生物為蛋白質(zhì)編碼的基因在單倍體基因組中都不重復(fù)，是單拷貝的基因。2021-11-186從上述可見真核基因組比原核基因組復(fù)雜得多，至今人類對真核基因組的認(rèn)識還很有限，即使現(xiàn)在國際上制訂的人基因組研究計劃（human gene project）完成，繪出人全部基因的染色體定位圖、測出人基因組3109bp全部dna序列后，要搞清楚人全部基因的功能及其相互關(guān)系、特別是要明了基因表達調(diào)控的全部規(guī)律，還需要經(jīng)歷很長期艱巨的研究過程。2021-11-1872021-11-188真核生物和原核生物基因表達的對比真核生物和原核生物基因表達的對比2021-11-189如前所述：基因表達是基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯、

38、產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的整個過程。同原核生物一樣，轉(zhuǎn)錄依然是真核生物基因表達調(diào)控的主要環(huán)節(jié)。但真核基因轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核（線粒體基因的轉(zhuǎn)錄在線粒體內(nèi)），翻譯則多在胞漿，兩個過程是分開的，因此其調(diào)控增加了更多的環(huán)節(jié)和復(fù)雜性，轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控占有了更多的分量。 2021-11-190真核細(xì)胞在分化過程中會發(fā)生基因重排（gene rearrangement），即胚原性基因組中某些基因會再組合變化形成第二級基因。例如編碼完整抗體蛋白的基因是在淋巴細(xì)胞分化發(fā)育過程中，由原來分開的幾百個不同的可變區(qū)基因經(jīng)選擇、組合、變化、與恒定區(qū)基因一起構(gòu)成穩(wěn)定的、為特定的完整抗體蛋白編碼的可表達的基因。這種基因重排使細(xì)胞可能

39、利用幾百個抗體基因的片段，組合變化而產(chǎn)生能編碼達109種不同抗體的基因，其中就有復(fù)雜的基因表達調(diào)控機理。2021-11-191此外，真核細(xì)胞中還會發(fā)生基因擴增（gene amplification），即基因組中的特定段落在某些情況下會復(fù)制產(chǎn)生許多拷貝。最早發(fā)現(xiàn)的是蛙的成熟卵細(xì)胞在受精后的發(fā)育程中其rrna基因（可稱為rdna）可擴增2000倍，以后發(fā)現(xiàn)其他動物的卵細(xì)胞也有同樣的情況，這很顯然適合了受精卵其后迅速發(fā)育分裂要合成大量蛋白質(zhì)要求有大量核糖體的需要。2021-11-192真核基因組dna絕大部分都在細(xì)胞核內(nèi)與組蛋白等結(jié)合成染色質(zhì)，染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)、染色質(zhì)中dna和組蛋白的結(jié)構(gòu)狀態(tài)都影響轉(zhuǎn)錄

40、。2021-11-193染色質(zhì)結(jié)構(gòu)影響基因轉(zhuǎn)錄 細(xì)胞分裂時染色體的大部分到間期時松開分散在核內(nèi)，稱為常染色質(zhì)（euchromatin），松散的染色質(zhì)中的基因可以轉(zhuǎn)錄。染色體中的某些區(qū)段到分裂期后不像其他部分解旋松開，仍保持緊湊折疊的結(jié)構(gòu)，在間期核中可以看到其濃集的斑塊，稱為異染色質(zhì)（hetrochromatin），其中從未見有基因轉(zhuǎn)錄表達；原本在常染色質(zhì)中表達的基因如移到異染色質(zhì)內(nèi)也會停止表達；哺乳類雌體細(xì)胞2條x染色體，到間期一條變成異染色質(zhì)者，這條x染色體上的基因就全部失活?？梢娋o密的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)阻止基因表達。2021-11-194 真核生物基因組至少包括兩類遺傳信息：第一類是三聯(lián)體密碼所編

41、碼的蛋白質(zhì)的基因信息，其遺傳信息的傳遞包括基因轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)合成過程，例如現(xiàn)在已經(jīng)知道由于存在真核生物基因的不連續(xù)性，轉(zhuǎn)錄后的剪接、特別是可變剪接、rna編輯2021-11-195 （例如在單個前體mrna編碼序列中單個堿基的插入或刪除等）以及翻譯后的蛋白質(zhì)肽鏈剪接等，可導(dǎo)致dna序列與蛋白質(zhì)氨基酸序列的不完全對應(yīng)關(guān)系；而第二類遺傳信息則指非編碼蛋白質(zhì)序列能調(diào)節(jié)基因選擇性表達的遺傳信息。已經(jīng)知道，蛋白質(zhì)基因只占整個真核生物基因組序列的較少部分，因此基因組中大部分dna是用來編碼第二類遺傳信息的。 2021-11-196在真核rna聚合酶對啟動子的親和力很低，基本上不能獨靠其自身來起始轉(zhuǎn)錄，而是需

42、要依賴多種激活蛋白的協(xié)同作用。真核基因調(diào)控中雖然也發(fā)現(xiàn)有負(fù)性調(diào)控元件，但其存在并不普遍；真核基因轉(zhuǎn)錄表達的調(diào)控蛋白也有起阻遏和激活作用或兼有兩種作用者，但總的是以激活蛋白的作用為主。即多數(shù)真核基因在沒有調(diào)控蛋白作用時是不轉(zhuǎn)錄的，需要表達時就要有激活的蛋白質(zhì)來促進轉(zhuǎn)錄。換言之：真核基因表達以正調(diào)控為主導(dǎo)。2021-11-197真核細(xì)胞的三種rna聚合酶（、和）中，只有rna聚合酶能轉(zhuǎn)錄生成mrna，以下主要討論rna聚合酶的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。2021-11-198真核基因的順式調(diào)控元件是基因周圍能與特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而影響轉(zhuǎn)錄的dna序列。其中主要是起正調(diào)控作用的順式作用元件，包括啟動子(promoter

43、)、增強子(enhancer)；近年又發(fā) 現(xiàn) 起 負(fù) 調(diào) 控 作 用 的 元 件 沉 默 子(silencer)。2021-11-199與原核啟動子的含義相同，是指rna聚合酶結(jié)合并起動轉(zhuǎn)錄的dna序列，但真核不同啟動子間不像原核那樣有明顯共同一致的序列，而且單靠rna聚合酶難以結(jié)合dna而起動轉(zhuǎn)錄，而是需要多種蛋白質(zhì)因子的相互協(xié)調(diào)作用，不同蛋白質(zhì)因子又能與不同dna序列相互作用，不同基因轉(zhuǎn)錄起始及其調(diào)控所需的蛋白因子也完全相同，因而不同啟動子序列也很不相同，要比原核更復(fù)雜、序列也更長。2021-11-1100真核啟動子一般包括轉(zhuǎn)錄起始點及其上游約100-200bp序列，包含有若干具有獨立功能

44、的dna序列元件，每個元件約長7-30bp。最常見的哺乳類rna聚合酶啟動子中的元件序列見下表 。2021-11-1101表 哺乳類rna聚合酶啟動子中常見的元件元件名稱元件名稱共同序列共同序列結(jié)合的蛋白因子名稱結(jié)合的蛋白因子名稱 分子量分子量 結(jié)合結(jié)合dna長度長度 tata boxtataaaa tbp 30,000 10bpgc box gggcgg sp-1 105,000 20bpcaat box ggccaatct ctf/nf1 60,000 22bp2021-11-1102啟動子中的元件可以分為兩種:核心啟動子元件(core promoter element) 指rna聚合酶起

45、始轉(zhuǎn)錄所必需的最小的dna序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點及其上游-25/-30bp處的tata盒。核心元件單獨起作用時只能確定轉(zhuǎn)錄起始位點和產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。2021-11-1103上游啟動子元件(upstream promoter elements) 包括通常位于-70bp附近的caat盒和gc盒、以及距轉(zhuǎn)錄起始點更遠(yuǎn)的上游元件。這些元件與相應(yīng)的蛋白因子結(jié)合能提高或改變轉(zhuǎn)錄效率。不同基因具有不同的上游啟動子元件組成，其位置也不相同，就使得不同的基因表達分別有不同的調(diào)控。2021-11-1104) ) 是一種能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式調(diào)控元件，最早是在sv40病毒中發(fā)現(xiàn)長約200bp的一段dna，可使旁側(cè)

46、的基因轉(zhuǎn)錄提高100倍，其后在多種真核生物、甚至在原核生物中都發(fā)現(xiàn)了增強子。增強子通常占100-200bp長度，也和啟動子一樣由若干組件構(gòu)成，其基本核心組件常為8-12bp，可以單拷貝或多拷貝串連形式存在。增強子的作用有以下特點：2021-11-1105增強子提高同一條dna鏈上基因轉(zhuǎn)錄效率，可以遠(yuǎn)距離起作用，通?？删嚯x1-4kb、個別情況下離開所調(diào)控的基因30kb仍能發(fā)揮作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。增強子的作用與其序列的正反方向無關(guān)，將增強子方向倒置依然能起作用。而將啟動子倒置就不能起作用，可見增強子與啟動子是很不相同的。2021-11-1106增強子要有啟動子才能發(fā)揮作用，沒有

47、啟動子存在，增強子不能表現(xiàn)活性。但增強子對啟動子沒有嚴(yán)格的專一性，同一增強子可以影響不同類型啟動子的轉(zhuǎn)錄。例如當(dāng)含有增強子的病毒基因組整合入宿主細(xì)胞基因組時，可能夠增強整合區(qū)附近宿主某些基因的轉(zhuǎn)錄；當(dāng)增強子隨某些染色體段落移位時，也能提高移到的新位置周圍基因的轉(zhuǎn)錄。使某些癌基因轉(zhuǎn)錄表達增強，可能是腫瘤發(fā)生的因素之一。2021-11-1107增強子的作用機理雖然還不明確，但與其他順式調(diào)控元件一樣，必須與特定的蛋白質(zhì)因子結(jié)合后才能發(fā)揮增強轉(zhuǎn)錄的作用。增強子一般具有組織或細(xì)胞特異性，許多增強子只在某些細(xì)胞或組織中表現(xiàn)活性，是由這些細(xì)胞或組織中具有特異性蛋白質(zhì)因子所決定的。2021-11-1108 最

48、早在酵母中發(fā)現(xiàn)，以后在t淋巴細(xì)胞的t抗原受體基因的轉(zhuǎn)錄和重排中證實這種負(fù)調(diào)控順式元件的存在。目前對這種在基因轉(zhuǎn)錄降低或關(guān)閉中起作用的序列研究還不多，但從已有的例子看到：沉默子的作用可不受序列方向的影響，也能遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用，并可對異源基因的表達起作用。2021-11-1109以反式作用影響轉(zhuǎn)錄的因子可統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)錄因子（transcription factors，tf）。在真核細(xì)胞中rna聚合酶通常不能單獨發(fā)揮轉(zhuǎn)錄作用，而需要與其他轉(zhuǎn)錄因子共同協(xié)作。與rna聚合酶、相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子分別稱為tf、tf、tf，對tf研究最多。下表列出對真核基因轉(zhuǎn)錄需要基本的tf。2021-11-1110表 rna聚合酶的

49、基本轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子分子量分子量(kd)功能功能tbp30與與tata盒結(jié)合盒結(jié)合tf-b33介導(dǎo)介導(dǎo)rna聚合酶聚合酶的結(jié)合的結(jié)合tf-f30,74解旋酶解旋酶tf-e34,37atp酶酶tf-h62,89解旋酶解旋酶tf-a12,19,35穩(wěn)定穩(wěn)定tf-d的結(jié)合的結(jié)合tf-i120促進促進tf-d的結(jié)合的結(jié)合2021-11-1111以前認(rèn)為與tata盒結(jié)合的蛋白因子是tf-d，后來發(fā)現(xiàn)tf-d實際包括兩類成分：與tata盒結(jié)合的蛋白是tbp（tatabox binding protein），是唯一能識別tata盒并與其結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，是三種rna聚合酶轉(zhuǎn)錄時都需要的；其他稱為tbp

50、相關(guān)因子taf（tbp-associated factors），至少包括8種能與tbp緊密結(jié)合的因子。2021-11-1112作為蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄因子從功能上分析其結(jié)構(gòu)可包含有不同區(qū)域：dna結(jié)合域（dna binding domain），多由60-100個氨基酸殘基組 成 的 幾 個 亞 區(qū) 組 成 ； 轉(zhuǎn) 錄 激 活 域（activating domain），常由30-100氨基酸殘基組成，這結(jié)構(gòu)域有富含酸性氨基酸、富含谷氨酰胺、富含脯氨酸等不同種類；連接區(qū)，即連接上兩個結(jié)構(gòu)域的部分。2021-11-1113與dna結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子大多以二聚體形式起作用，與dna結(jié)合的功能域結(jié)構(gòu)常見有以幾種：螺

51、旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（helix-turn-helix，hth）及 螺旋-環(huán)-螺旋（helix-loop-helix，hlh） 這類結(jié)構(gòu)至少有兩個螺旋其間由短肽段形成的轉(zhuǎn)角或環(huán)連接，兩個這樣的motif結(jié)構(gòu)以二聚體形式相連，距離正好相當(dāng)于dna一個螺距（3.4nm）,兩個螺旋剛好分別嵌入dna的深溝。 2021-11-1114圖 hth結(jié)構(gòu)及其與dna的結(jié)合 2021-11-1115鋅指（zinc finger） 其結(jié)構(gòu)如下圖 所示，每個重復(fù)的“指”狀結(jié)構(gòu)約含23個氨基酸殘基，鋅以4個配價鍵與4個半胱氨酸、或2個半胱氨酸和2個組氨酸相結(jié)合。整個蛋白質(zhì)分子可有2-9個這樣的鋅指重復(fù)單位。每一個單位可以

52、其指部伸入dna雙螺旋的深溝，接觸5個核苷酸。例如與gc盒結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子sp1中就有連續(xù)的3個鋅指重復(fù)結(jié)構(gòu)。2021-11-1116圖 蛋白質(zhì)的鋅指結(jié)構(gòu)2021-11-1117堿性-亮氨酸拉鏈（basic leucine zipper，bzip） 這結(jié)構(gòu)的特點是蛋白質(zhì)分子的肽鏈上每隔6個氨基酸就有一個亮氨酸殘基，結(jié)果就導(dǎo)致這些亮氨酸殘基都在螺旋的同一個方向出現(xiàn)。兩個相同的結(jié)構(gòu)的兩排亮氨酸殘基就能以疏水鍵結(jié)合成二聚體，這二聚體的另一端的肽段富含堿性氨基酸殘基，借其正電荷與dna雙螺旋鏈上帶負(fù)電荷的磷酸基團結(jié)合。2021-11-1118若不形成二聚體則對dna的親和結(jié)合力明顯降低。在肝臟、小腸上皮

53、、脂肪細(xì)胞和某些腦細(xì)胞中有稱為c/ebp家族的一大類蛋白質(zhì)能夠與caat盒和病毒增強子結(jié)合，其特征就是能形成bzip二聚體結(jié)構(gòu)。2021-11-1119從上述可見：轉(zhuǎn)錄調(diào)控的實質(zhì)在于蛋白質(zhì)與dna、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用，構(gòu)象的變化正是蛋白質(zhì)和核酸“活”的表現(xiàn)。但對生物大分子間的辨認(rèn)、相互作用、結(jié)構(gòu)上的變化及其在生命活動中的意義，人們的認(rèn)識和研究還只在起步階段，其中許多內(nèi)容甚至重要的規(guī)律我們可能至今還一無所知，有待于努力探索。2021-11-1120真核生物基因組中只有10%的基因是工作的，而且，真核細(xì)胞有高度的分化，各個細(xì)胞并不表達全部的基因。因此，在基因表達之前，真核基因組要進行一系

54、列的調(diào)整，即通過改變dna序列和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)從而影響基因表達，使該表達的基因進入工作狀態(tài)，而不該表達的基因則被很好地安置，以免干擾了整個機體的代謝，這就是轉(zhuǎn)錄前的調(diào)節(jié)，包括五個方面：2021-11-1121這是一種用激烈手段來處理掉不轉(zhuǎn)錄基因的方法。在胚胎發(fā)生時，已決定了一些細(xì)胞將要發(fā)育為種細(xì)胞，為了保持物種在遺傳上的穩(wěn)定性，而保留完整的基因組，不會被削減掉。但對于發(fā)育成體細(xì)胞的來說，它們只需保存生活必須的基因，其它無關(guān)基因可以削減去除。 2021-11-1122 基因削減現(xiàn)象在許多生物細(xì)胞中都已見到，比如，原生動物、線蟲、昆蟲、甲殼類都見到染色體的丟失，研究得比較多是尖毛蟲和馬蛔蟲。在哺乳動物

55、的淋巴細(xì)胞分化，形成漿細(xì)胞時，由于免疫球蛋白基因的重排，也發(fā)生了基因削減的現(xiàn)象。2021-11-1123為了得到大量的專一的基因產(chǎn)物，一是調(diào)節(jié)基因的工作量，使一個基因能產(chǎn)生出許多的基因產(chǎn)物來，這也叫蛋白質(zhì)合成的放大。另一種方式是增加這個基因的拷貝數(shù)，即基因的擴增。2021-11-1124某些脊椎動物和昆蟲的卵母細(xì)胞，在分裂時要合成大量的蛋白質(zhì)，這需要大量的核糖體。盡管作為核糖體主要成分的rrna的基因是中度重復(fù)順序，但此時仍嫌不夠，于是rdna基因必須擴增。例如非洲爪蟾的二倍體卵母細(xì)胞發(fā)育到四倍體時，rdna擴增了二千多倍。這時細(xì)胞核的核仁數(shù)目也由4個變成6001000個。由于rdna的擴增，

56、使每個卵母細(xì)胞迅速蓄積起105個核糖體。如果沒有基因的放大，要在一個細(xì)胞中積累105個核糖體，就需要500年的時間。2021-11-1125rdna擴增的機制被認(rèn)為帶有rdna的核小體從染色體上掉下來，然后rdna與組蛋白分離，rdna再以原核生物dna復(fù)制的方式滾動環(huán)復(fù)制大量復(fù)制自己。當(dāng)然rdna擴增只發(fā)生在卵生成時，一旦細(xì)胞分裂完成，rdna就不再擴增，擴增的便逐漸消失，而以正常的狀態(tài)工作。 另外有些體細(xì)胞（如癌細(xì)胞）基因，在某種選擇壓力下也會被迫擴增。有些基因在進化過程中就已經(jīng)擴增了許多倍。2021-11-1126基因重排是基因表達調(diào)節(jié)控制的重要方式之一。 基因重排會導(dǎo)致基因的活化。比如

57、，許多原致癌基因在它們處于原先的染色體時，是不活化的。一旦發(fā)生基因重排，這些基因由一個染色體轉(zhuǎn)座到另一個染色體時，就被激活，而最終導(dǎo)致細(xì)胞的癌變。如cmyc基因在人第八號染色體上面時，是無活性的。但當(dāng)它轉(zhuǎn)座到第14號染色體時就活化了，產(chǎn)生cmyc蛋白，2021-11-1127使人患上burkit淋巴癌。又如，cabl基因在正常情況下位于9號染色體上，生產(chǎn)p150蛋白，當(dāng)它轉(zhuǎn)座到22號染色體時，就活化產(chǎn)生p210蛋白，這種蛋白質(zhì)有激酶活性，使細(xì)胞癌變。 基因重排也是細(xì)胞分化的機制之一。哺乳動物在受到外源蛋白侵染時，淋巴細(xì)胞會發(fā)生分化，變成漿細(xì)胞，每一個漿細(xì)胞只能產(chǎn)生一種或幾種抗體（免疫球蛋白），

58、無數(shù)的漿細(xì)胞就能產(chǎn)生無數(shù)種類的抗體。2021-11-1128抗體分子由兩條輕鏈（l）和兩條重鏈（h）所組成，它們分別由三個獨立的基因族所編碼，分別位于不同染色體上。輕鏈包括可變區(qū)、恒定區(qū)以及二者之間的連接區(qū)。每個區(qū)域都由位于同一染色體不同位置的dna片段編碼，在形成活性基因前，一個可變區(qū)基因和一個恒定區(qū)基因及其上游的某一個連接區(qū)通過染色體內(nèi)重組而連到一起。2021-11-1129對于重鏈，除上述三區(qū)外，還包括一個介于可變區(qū)和連接區(qū)之間的歧化區(qū)，歧化區(qū)由同一染色體上另一dna片段中幾個患聯(lián)的d編碼，重鏈活性基因的形成涉及到將這些區(qū)通過染色體內(nèi)重組而連接起來。除可變區(qū)外，歧化區(qū)和連接區(qū)也是增加特異性抗體數(shù)目的因素，因此淋巴細(xì)胞可根據(jù)抗原的不同情況，連接不同的可變區(qū)、歧化區(qū)和連接區(qū)使細(xì)胞產(chǎn)生各種不同的特異