生物化學(xué)與分子生物學(xué)：18_基因表達(dá)調(diào)控

1、Chapter 18 Regulation of Gene Expression學(xué)習(xí)目的：學(xué)習(xí)目的：1.理解基因表達(dá)和基因表達(dá)調(diào)控的基本概念和理解基因表達(dá)和基因表達(dá)調(diào)控的基本概念和特點(diǎn)。特點(diǎn)。2.理解原核生物基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制。理解原核生物基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制。3.理解真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)及轉(zhuǎn)錄調(diào)理解真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)及轉(zhuǎn)錄調(diào)控的分子機(jī)制?？氐姆肿訖C(jī)制?；虮磉_(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控是指生物體通過(guò)特定的蛋白質(zhì)與是指生物體通過(guò)特定的蛋白質(zhì)與DNA、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用來(lái)控制、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用來(lái)控制基因是否表達(dá)，或調(diào)節(jié)表達(dá)產(chǎn)物的多少以滿足基因是否表達(dá)，或調(diào)節(jié)表達(dá)產(chǎn)

2、物的多少以滿足生物體的自身需求以及適應(yīng)變化的過(guò)程。生物體的自身需求以及適應(yīng)變化的過(guò)程。重要概念：重要概念：regulation of gene expressionSection 1 Basal Concepts and Features of Gene Expression and its Regulation一、基因表達(dá)是基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的過(guò)程一、基因表達(dá)是基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的過(guò)程Gene Expression Is a Process of Gene Transcription and Translation基因表達(dá)基因表達(dá)是指結(jié)構(gòu)基因通過(guò)是指結(jié)構(gòu)基因通過(guò)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄合成合成RNA，或合，或合成成

3、RNA后再用以指導(dǎo)蛋白質(zhì)后再用以指導(dǎo)蛋白質(zhì)翻譯翻譯的過(guò)程，即通過(guò)的過(guò)程，即通過(guò)RNA或蛋白質(zhì)體現(xiàn)遺傳信息的過(guò)程。或蛋白質(zhì)體現(xiàn)遺傳信息的過(guò)程。不同生物的基因組中所含結(jié)構(gòu)基因的數(shù)目和種類(lèi)不同生物的基因組中所含結(jié)構(gòu)基因的數(shù)目和種類(lèi)不同。并且，在不同細(xì)胞或不同發(fā)育階段，結(jié)構(gòu)不同。并且，在不同細(xì)胞或不同發(fā)育階段，結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)狀態(tài)也不同。基因的表達(dá)狀態(tài)也不同?；虮磉_(dá)過(guò)程是受調(diào)控的過(guò)程，因而具有明顯的基因表達(dá)過(guò)程是受調(diào)控的過(guò)程，因而具有明顯的時(shí)、空特異性，即時(shí)、空特異性，即發(fā)育階段特異性發(fā)育階段特異性和和組織細(xì)胞特組織細(xì)胞特異性異性。特定基因的表達(dá)將賦予細(xì)胞一定的功能或表型。特定基因的表達(dá)將賦予細(xì)胞一定

4、的功能或表型。二、基因表達(dá)具有時(shí)間特異性和空間特異性二、基因表達(dá)具有時(shí)間特異性和空間特異性Gene Expression Shows Temporal and Spatial Specificities基因表達(dá)的時(shí)間特異性基因表達(dá)的時(shí)間特異性是指特定基因的表達(dá)嚴(yán)是指特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按照特定的時(shí)間順序發(fā)生，以適應(yīng)細(xì)胞或個(gè)格按照特定的時(shí)間順序發(fā)生，以適應(yīng)細(xì)胞或個(gè)體特定分化、發(fā)育階段的需要，故又稱(chēng)為體特定分化、發(fā)育階段的需要，故又稱(chēng)為階段階段特異性特異性。( (一一) )時(shí)間特異性是指基因表達(dá)按一定的時(shí)間順序時(shí)間特異性是指基因表達(dá)按一定的時(shí)間順序發(fā)生發(fā)生血清甲胎蛋白水平與發(fā)育階段的相關(guān)性血清甲胎蛋

5、白水平與發(fā)育階段的相關(guān)性基因表達(dá)的基因表達(dá)的空間特異性空間特異性是指多細(xì)胞生物個(gè)體是指多細(xì)胞生物個(gè)體在某一特定生長(zhǎng)發(fā)育階段，同一基因的表達(dá)在某一特定生長(zhǎng)發(fā)育階段，同一基因的表達(dá)在不同的細(xì)胞或組織器官不同，從而導(dǎo)致特在不同的細(xì)胞或組織器官不同，從而導(dǎo)致特異性的蛋白質(zhì)分布于不同的細(xì)胞或組織器官，異性的蛋白質(zhì)分布于不同的細(xì)胞或組織器官，故又稱(chēng)為故又稱(chēng)為細(xì)胞特異性或組織特異性細(xì)胞特異性或組織特異性。( (二二) )空間特異性是指同一基因在不同的細(xì)胞或組空間特異性是指同一基因在不同的細(xì)胞或組織器官的表達(dá)不同織器官的表達(dá)不同乳酸脫氫酶同工酶在不同組織細(xì)胞中的分布乳酸脫氫酶同工酶在不同組織細(xì)胞中的分布蛋白激

6、酶蛋白激酶C同工酶在大鼠不同組織器官中的分布同工酶在大鼠不同組織器官中的分布三、基因表達(dá)的方式存在多樣性三、基因表達(dá)的方式存在多樣性Gene Expression Pattern is Variable( (一一) )有些基因幾乎在所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)有些基因幾乎在所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)在個(gè)體發(fā)育的任一階段都能在大多數(shù)細(xì)胞中持續(xù)進(jìn)在個(gè)體發(fā)育的任一階段都能在大多數(shù)細(xì)胞中持續(xù)進(jìn)行的基因表達(dá)稱(chēng)為行的基因表達(dá)稱(chēng)為組成性基因表達(dá)組成性基因表達(dá)（constitutive gene expression） 。組成性基因表達(dá)產(chǎn)物通常是對(duì)生命過(guò)程必需的或必組成性基因表達(dá)產(chǎn)物通常是對(duì)生命過(guò)程必需的或必不可少的，且較少受

7、環(huán)境因素的影響，這類(lèi)基因通不可少的，且較少受環(huán)境因素的影響，這類(lèi)基因通常被稱(chēng)為常被稱(chēng)為管家基因管家基因（house-keeping gene）。( (二二) )有些基因的表達(dá)受到環(huán)境變化的誘導(dǎo)和阻遏有些基因的表達(dá)受到環(huán)境變化的誘導(dǎo)和阻遏在細(xì)胞中，有些基因的表達(dá)容易受到環(huán)境變化的影在細(xì)胞中，有些基因的表達(dá)容易受到環(huán)境變化的影響，其基因的表達(dá)隨外環(huán)境信號(hào)的改變而改變，這響，其基因的表達(dá)隨外環(huán)境信號(hào)的改變而改變，這類(lèi)基因表達(dá)稱(chēng)為類(lèi)基因表達(dá)稱(chēng)為可調(diào)控型基因表達(dá)可調(diào)控型基因表達(dá)（regulable gene expression）。）。誘導(dǎo)表達(dá)誘導(dǎo)表達(dá)（induction）是指在特定環(huán)境因素刺是指在特定

8、環(huán)境因素刺激下，基因被激活，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物增加，激下，基因被激活，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物增加，這類(lèi)基因稱(chēng)為可誘導(dǎo)基因。這類(lèi)基因稱(chēng)為可誘導(dǎo)基因。阻遏表達(dá)阻遏表達(dá)（repression）是指在特定環(huán)境因素是指在特定環(huán)境因素刺激下，基因被抑制，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物減少，刺激下，基因被抑制，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物減少，這類(lèi)基因稱(chēng)為可阻遏基因。這類(lèi)基因稱(chēng)為可阻遏基因。 ( (三三) )生物體內(nèi)不同基因的表達(dá)受到協(xié)同調(diào)控生物體內(nèi)不同基因的表達(dá)受到協(xié)同調(diào)控在細(xì)胞中，生物學(xué)功能相關(guān)的一組基因（例如，與同在細(xì)胞中，生物學(xué)功能相關(guān)的一組基因（例如，與同一代謝途徑相關(guān)聯(lián)的酶的基因）常常表現(xiàn)為一代謝途徑相關(guān)聯(lián)的酶的

9、基因）常常表現(xiàn)為協(xié)同表達(dá)協(xié)同表達(dá)（coordinate expression）或或協(xié)同調(diào)控協(xié)同調(diào)控（coordinate regulation），這是細(xì)胞節(jié)省資源的一，這是細(xì)胞節(jié)省資源的一種重要方式。種重要方式。四、基因表達(dá)受順式作用元件和反式作用因子的共同調(diào)節(jié)四、基因表達(dá)受順式作用元件和反式作用因子的共同調(diào)節(jié)Gene Expression Is Regulated Coordinately by Cis-acting Elements and Trans-acting Factors結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)通常需要由特定的反式作結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)通常需要由特定的反式作用因子（如轉(zhuǎn)錄因子、激活因子、

10、終止因子等）用因子（如轉(zhuǎn)錄因子、激活因子、終止因子等）與特定的順式作用元件（如啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、與特定的順式作用元件（如啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、終止子等）相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。終止子等）相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體的組裝轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體的組裝五、基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性五、基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性Regulation of Gene Expression Exhibits Multi-stage and Complexity基因表達(dá)的調(diào)控是多層次的，可以發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平，基因表達(dá)的調(diào)控是多層次的，可以發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平，也可以發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯水平以及翻譯后水也可以發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯水平以及翻譯

11、后水平。平。不同層次的基因表達(dá)調(diào)控，其調(diào)控機(jī)制常常不同。不同層次的基因表達(dá)調(diào)控，其調(diào)控機(jī)制常常不同。如：轉(zhuǎn)錄水平主要通過(guò)順式作用元件與反式作用因如：轉(zhuǎn)錄水平主要通過(guò)順式作用元件與反式作用因子的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄后水平主要通過(guò)調(diào)控特子的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄后水平主要通過(guò)調(diào)控特定定mRNA的降解來(lái)實(shí)現(xiàn)，翻譯水平主要通過(guò)調(diào)控多的降解來(lái)實(shí)現(xiàn)，翻譯水平主要通過(guò)調(diào)控多肽鏈生物合成速率來(lái)實(shí)現(xiàn)，翻譯后水平則主要通過(guò)肽鏈生物合成速率來(lái)實(shí)現(xiàn)，翻譯后水平則主要通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)的修飾及靶向轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)蛋白質(zhì)的修飾及靶向轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。Section 2 Regulation of Gene Expression in P

12、rokaryotes原核生物基因組的特點(diǎn)是：原核生物基因組的特點(diǎn)是：重復(fù)序列很少；重復(fù)序列很少；結(jié)構(gòu)基因通常為單拷貝或多拷貝的連續(xù)基因；結(jié)構(gòu)基因通常為單拷貝或多拷貝的連續(xù)基因；編碼序列所占比例編碼序列所占比例50%；結(jié)構(gòu)基因通常組織成操縱子。結(jié)構(gòu)基因通常組織成操縱子。原核生物中轉(zhuǎn)錄和翻譯在同一空間完成，其基因表達(dá)原核生物中轉(zhuǎn)錄和翻譯在同一空間完成，其基因表達(dá)調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平，其次在翻譯水平。調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平，其次在翻譯水平。一、操縱子是原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的基本單位一、操縱子是原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的基本單位The Basal Unit of Gene Transcriptional Regulat

13、ion in Prokaryotes Is Operon1961年，年，F(xiàn). Jacob和和J. L. Monod提出原提出原核基因表達(dá)調(diào)控的操核基因表達(dá)調(diào)控的操縱子模型?？v子模型。J. Monod（1910 - 1976）由功能相關(guān)的若干結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)構(gòu)成由功能相關(guān)的若干結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)構(gòu)成操縱子操縱子(operon)編碼區(qū)編碼區(qū)信息區(qū)信息區(qū)啟動(dòng)基因（啟動(dòng)子，啟動(dòng)基因（啟動(dòng)子，promoter）識(shí)別并結(jié)識(shí)別并結(jié)合合RNA聚合酶的聚合酶的DNA序列序列操縱基因（操縱元件，操縱基因（操縱元件，operater）結(jié)合阻結(jié)合阻遏蛋白或輔阻遏蛋白的遏蛋白或輔阻遏蛋白的DNA序列序列CAP反應(yīng)元件反應(yīng)元件結(jié)合

14、結(jié)合降解產(chǎn)物基因激活蛋白降解產(chǎn)物基因激活蛋白（CAP）的）的DNA序列序列調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因阻遏蛋白阻遏蛋白誘導(dǎo)劑存在時(shí)被激活誘導(dǎo)劑存在時(shí)被激活輔阻遏蛋白輔阻遏蛋白輔阻遏物存在時(shí)輔阻遏物存在時(shí)被抑制被抑制CAP依賴(lài)依賴(lài)cAMP的激活蛋白的激活蛋白在原核生物中，功能相關(guān)的若干結(jié)構(gòu)基因成串在原核生物中，功能相關(guān)的若干結(jié)構(gòu)基因成串排列，由同一組調(diào)控序列調(diào)控，這種基因的組排列，由同一組調(diào)控序列調(diào)控，這種基因的組織形式稱(chēng)為織形式稱(chēng)為操縱子操縱子。 重要概念：重要概念：operon乳糖操縱子的調(diào)控機(jī)制即是典型的誘導(dǎo)乳糖操縱子的調(diào)控機(jī)制即是典型的誘導(dǎo)/阻遏基阻遏基因表達(dá)調(diào)控。因表達(dá)調(diào)控。乳糖操縱子常見(jiàn)的誘導(dǎo)劑

15、包括乳糖的代謝物乳糖操縱子常見(jiàn)的誘導(dǎo)劑包括乳糖的代謝物別位別位乳糖乳糖，或人工合成底物，或人工合成底物異丙基硫代半乳糖苷異丙基硫代半乳糖苷（IPTG）。二、乳糖操縱子是典型的誘導(dǎo)型調(diào)控二、乳糖操縱子是典型的誘導(dǎo)型調(diào)控Lactose Operon Is a Typical Induction Regulation乳糖操縱子的基本結(jié)構(gòu)乳糖操縱子的基本結(jié)構(gòu)編碼區(qū)編碼區(qū)信息區(qū)信息區(qū) 乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控：乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控：介質(zhì)中葡萄糖濃度增高介質(zhì)中葡萄糖濃度增高阻遏蛋白與操縱基因（阻遏蛋白與操縱基因（O）結(jié)合）結(jié)合細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度降低，濃度降低，CAP失活失活阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄乳

16、糖操縱子的負(fù)調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控機(jī)制轉(zhuǎn)錄阻遏轉(zhuǎn)錄阻遏 乳糖操縱子的正調(diào)控：乳糖操縱子的正調(diào)控： 底物誘導(dǎo)：底物誘導(dǎo)：介質(zhì)中別位乳糖或介質(zhì)中別位乳糖或IPTG濃度增高濃度增高與阻遏蛋白結(jié)合并誘導(dǎo)其構(gòu)象改變與阻遏蛋白結(jié)合并誘導(dǎo)其構(gòu)象改變阻遏蛋白與操縱基因（阻遏蛋白與操縱基因（O）解離）解離促進(jìn)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄促進(jìn)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄 CAP激活：激活：介質(zhì)中葡萄糖濃度降低介質(zhì)中葡萄糖濃度降低細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)cAMP增高增高cAMP與與CAP結(jié)合而使之變構(gòu)激活結(jié)合而使之變構(gòu)激活活化的活化的CAP與操縱子上的與操縱子上的CAP反應(yīng)元件結(jié)合反應(yīng)元件結(jié)合使使DNA雙螺旋穩(wěn)定性降低雙螺旋穩(wěn)定性降低促進(jìn)促進(jìn)RNA聚合酶

17、與啟動(dòng)子結(jié)合聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合乳糖操縱子的正調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子的正調(diào)控機(jī)制轉(zhuǎn)錄激活轉(zhuǎn)錄激活三、色氨酸操縱子通過(guò)轉(zhuǎn)錄衰減的方式阻遏基因三、色氨酸操縱子通過(guò)轉(zhuǎn)錄衰減的方式阻遏基因表達(dá)表達(dá)Tryptophan Operon can Repress Gene Expression by Transcriptional Attenuation轉(zhuǎn)錄衰減轉(zhuǎn)錄衰減（attenuation）是利用原核生物中轉(zhuǎn)）是利用原核生物中轉(zhuǎn)錄與翻譯過(guò)程偶聯(lián)進(jìn)行翻譯時(shí)，先合成的一段錄與翻譯過(guò)程偶聯(lián)進(jìn)行翻譯時(shí)，先合成的一段前導(dǎo)序列前導(dǎo)序列L來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)實(shí)現(xiàn)。色氨酸操縱子是通過(guò)轉(zhuǎn)錄衰減作用實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄調(diào)色氨酸操縱子是通過(guò)轉(zhuǎn)錄衰減作用實(shí)

18、現(xiàn)轉(zhuǎn)錄調(diào)控的典型例子?？氐牡湫屠?。色氨酸操縱子的編碼區(qū)由色氨酸操縱子的編碼區(qū)由TrpE、TrpD、TrpC、TrpB、TrpA五個(gè)與色氨酸合成代謝有關(guān)的結(jié)五個(gè)與色氨酸合成代謝有關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成。構(gòu)基因組成。色氨酸操縱子的信息區(qū)由啟動(dòng)子（色氨酸操縱子的信息區(qū)由啟動(dòng)子（P）、操縱）、操縱基因（基因（O）、衰減子（）、衰減子（TrpL）和調(diào)節(jié)基因）和調(diào)節(jié)基因（TrpR）組成。）組成。色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)色氨酸操縱子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（色氨酸操縱子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（mRNA）的前導(dǎo)序列）的前導(dǎo)序列為前導(dǎo)肽編碼區(qū)，含有為前導(dǎo)肽編碼區(qū)，含有4個(gè)互補(bǔ)的調(diào)節(jié)序列，這個(gè)互補(bǔ)的調(diào)節(jié)序列，這4個(gè)調(diào)節(jié)序列均可配對(duì)形成

19、發(fā)卡結(jié)構(gòu)（個(gè)調(diào)節(jié)序列均可配對(duì)形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)（1-2、2-3、3-4）。）。在在1區(qū)的前導(dǎo)肽編碼區(qū)中有兩個(gè)區(qū)的前導(dǎo)肽編碼區(qū)中有兩個(gè)Trp密碼子，可密碼子，可被被tRNATrp識(shí)別與結(jié)合。識(shí)別與結(jié)合。 3-4發(fā)卡結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)錄終止結(jié)構(gòu)（衰減子）。發(fā)卡結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)錄終止結(jié)構(gòu)（衰減子）。Stem and Loop Structure of Leader mRNA細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)Trp濃度降低濃度降低tRNATrp濃度降低，前導(dǎo)肽濃度降低，前導(dǎo)肽翻譯受阻，停滯于翻譯受阻，停滯于1區(qū)區(qū)mRNA的的2-3區(qū)形成發(fā)卡區(qū)形成發(fā)卡mRNA能繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。能繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。 (1) 轉(zhuǎn)錄衰減的調(diào)控轉(zhuǎn)錄衰減的調(diào)控 低色氨酸濃度：低色氨酸濃度

20、：細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)Trp濃度增高濃度增高tRNATrp濃度增高，前導(dǎo)濃度增高，前導(dǎo)肽翻譯順利并通過(guò)肽翻譯順利并通過(guò)1區(qū)區(qū)2區(qū)被核糖體占據(jù)不能區(qū)被核糖體占據(jù)不能形成形成2-3區(qū)發(fā)卡，而形成區(qū)發(fā)卡，而形成3-4區(qū)發(fā)卡結(jié)構(gòu)（終止結(jié)區(qū)發(fā)卡結(jié)構(gòu)（終止結(jié)構(gòu)）構(gòu)）mRNA轉(zhuǎn)錄終止。轉(zhuǎn)錄終止。 高色氨酸濃度：高色氨酸濃度：當(dāng)當(dāng)Trp濃度高時(shí)，濃度高時(shí)，Trp與輔阻遏蛋白結(jié)合，構(gòu)象與輔阻遏蛋白結(jié)合，構(gòu)象改變而活化并與操縱基因（改變而活化并與操縱基因（O）結(jié)合，阻斷結(jié)）結(jié)合，阻斷結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)當(dāng)Trp濃度低時(shí)，操縱基因（濃度低時(shí)，操縱基因（O）置空，結(jié)構(gòu)基）置空，結(jié)構(gòu)基因可以轉(zhuǎn)錄。因可以轉(zhuǎn)錄。(2)

21、 (2) 輔阻遏蛋白的調(diào)控輔阻遏蛋白的調(diào)控Regulation Mechanism of Trp Repressor四、原核基因表達(dá)在翻譯水平受到精細(xì)調(diào)控四、原核基因表達(dá)在翻譯水平受到精細(xì)調(diào)控Expression of Prokaryotic Genes can be Tightly Regulated at Translation Level( (一一) )轉(zhuǎn)錄與翻譯的偶聯(lián)調(diào)節(jié)提高了基因表達(dá)調(diào)控轉(zhuǎn)錄與翻譯的偶聯(lián)調(diào)節(jié)提高了基因表達(dá)調(diào)控的有效性的有效性色氨酸操縱子的基因表達(dá)調(diào)控就是一種典型的色氨酸操縱子的基因表達(dá)調(diào)控就是一種典型的轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)的精細(xì)調(diào)控。轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)的精細(xì)調(diào)控。( (二二)

22、)翻譯阻遏利用調(diào)節(jié)蛋白與自身翻譯阻遏利用調(diào)節(jié)蛋白與自身mRNAmRNA的結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)翻的結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)翻譯起始的調(diào)控譯起始的調(diào)控調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合于mRNA的起始密碼子，或其上游的翻的起始密碼子，或其上游的翻譯起始區(qū)序列（如譯起始區(qū)序列（如SD序列和小核苷酸序列），阻止核序列和小核苷酸序列），阻止核糖體對(duì)起始密碼子或翻譯起始區(qū)的結(jié)合，從而阻斷翻糖體對(duì)起始密碼子或翻譯起始區(qū)的結(jié)合，從而阻斷翻譯起始。譯起始。調(diào)節(jié)蛋白通?？勺饔糜诰幋a該蛋白的調(diào)節(jié)蛋白通常可作用于編碼該蛋白的mRNA，從而實(shí)，從而實(shí)現(xiàn)自身合成的控制?，F(xiàn)自身合成的控制。此外，此外，SD序列和小核苷酸序列與起始密碼子的距離也序列和小核苷

23、酸序列與起始密碼子的距離也會(huì)影響翻譯的效率。會(huì)影響翻譯的效率。某些小分子某些小分子RNA由于其堿基序列與特定的由于其堿基序列與特定的mRNA模板序列互補(bǔ)，故可通過(guò)堿基配對(duì)而模板序列互補(bǔ)，故可通過(guò)堿基配對(duì)而干擾或阻遏干擾或阻遏mRNA的翻譯作用，這些小分子的翻譯作用，這些小分子RNA稱(chēng)為稱(chēng)為mRNA干擾性互補(bǔ)干擾性互補(bǔ)RNA或或阻遏阻遏RNA。由反義由反義RNA介導(dǎo)的翻譯調(diào)控作用稱(chēng)為反義調(diào)介導(dǎo)的翻譯調(diào)控作用稱(chēng)為反義調(diào)控。控。( (三三) )反義反義RNARNA結(jié)合結(jié)合mRNAmRNA翻譯起始部位互補(bǔ)序列以翻譯起始部位互補(bǔ)序列以調(diào)節(jié)翻譯起始調(diào)節(jié)翻譯起始小分子反義小分子反義RNA在翻譯水平的調(diào)控作用

24、在翻譯水平的調(diào)控作用( (四四)mRNA)mRNA密碼子的編碼頻率影響翻譯速率密碼子的編碼頻率影響翻譯速率大多數(shù)氨基酸都有大多數(shù)氨基酸都有26個(gè)簡(jiǎn)并密碼子，但其中個(gè)簡(jiǎn)并密碼子，但其中有些密碼子的使用頻率很低，稱(chēng)為稀有密碼子。有些密碼子的使用頻率很低，稱(chēng)為稀有密碼子。mRNA模板中所含的稀有密碼子越多則翻譯速模板中所含的稀有密碼子越多則翻譯速率越慢。率越慢。( (五五)mRNA)mRNA的穩(wěn)定性調(diào)控翻譯的模板數(shù)目的穩(wěn)定性調(diào)控翻譯的模板數(shù)目mRNA是細(xì)胞內(nèi)降解速度最快的是細(xì)胞內(nèi)降解速度最快的RNA，許多，許多mRNA的平均壽命僅的平均壽命僅2分鐘。因此，分鐘。因此，mRNA的降解速率也是的降解速率

25、也是調(diào)控翻譯的重要因素之一。調(diào)控翻譯的重要因素之一。mRNA的穩(wěn)定性與其序列本身和結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般說(shuō)的穩(wěn)定性與其序列本身和結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，在來(lái)，在mRNA的的5 -端和端和3 -端形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)可提高端形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)可提高其穩(wěn)定性。其穩(wěn)定性。此外，此外，mRNA與核糖體結(jié)合后也可防止其被核酸酶與核糖體結(jié)合后也可防止其被核酸酶水解。水解。 Section 3 Regulation of Gene Expression in Eukaryote一、真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)一、真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)Features of Regulation for Eukaryotic Gene Expression

26、真核生物基因組遠(yuǎn)比原核生物復(fù)雜，其主要特點(diǎn)有：真核生物基因組遠(yuǎn)比原核生物復(fù)雜，其主要特點(diǎn)有：基因組十分龐大，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜；基因組十分龐大，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜；含大量重復(fù)序列，可占含大量重復(fù)序列，可占90%以上；以上；結(jié)構(gòu)基因多數(shù)為斷裂基因，并且為獨(dú)立調(diào)控；結(jié)構(gòu)基因多數(shù)為斷裂基因，并且為獨(dú)立調(diào)控；轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通常為單順?lè)醋?；轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通常為單順?lè)醋?；DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核蛋白復(fù)合體；與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核蛋白復(fù)合體；存在相對(duì)獨(dú)立的核內(nèi)基因和線粒體基因。存在相對(duì)獨(dú)立的核內(nèi)基因和線粒體基因。因此，真核基因的表達(dá)調(diào)控遠(yuǎn)比原核基因復(fù)雜，因此，真核基因的表達(dá)調(diào)控遠(yuǎn)比原核基因復(fù)雜，主要表現(xiàn)多層次、多樣性、協(xié)調(diào)性、時(shí)序性和

27、主要表現(xiàn)多層次、多樣性、協(xié)調(diào)性、時(shí)序性和整體性的特點(diǎn)。整體性的特點(diǎn)。真核基因表達(dá)的多層次復(fù)雜調(diào)控真核基因表達(dá)的多層次復(fù)雜調(diào)控二、染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與真核基因表達(dá)密切相關(guān)二、染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與真核基因表達(dá)密切相關(guān)Structure of Chromatin Is Related with Eukaryotic Gene Expression DirectlyRNA聚合酶和各種轉(zhuǎn)錄因子不能進(jìn)入壓縮的染色聚合酶和各種轉(zhuǎn)錄因子不能進(jìn)入壓縮的染色質(zhì)，因此高度壓縮的染色質(zhì)不能轉(zhuǎn)錄表達(dá)。質(zhì)，因此高度壓縮的染色質(zhì)不能轉(zhuǎn)錄表達(dá)。染色質(zhì)的壓縮程度依賴(lài)于組蛋白的乙?；图谆旧|(zhì)的壓縮程度依賴(lài)于組蛋白的乙?；图谆⒒?、D

28、NA的甲基化、以及與其他蛋白的相互作用。的甲基化、以及與其他蛋白的相互作用。( (一一) )轉(zhuǎn)錄活化區(qū)的染色質(zhì)對(duì)核酸酶高度敏感轉(zhuǎn)錄活化區(qū)的染色質(zhì)對(duì)核酸酶高度敏感轉(zhuǎn)錄活化區(qū)的染色質(zhì)通常會(huì)解壓縮以釋放轉(zhuǎn)錄活化區(qū)的染色質(zhì)通常會(huì)解壓縮以釋放DNA，缺，缺乏組蛋白保護(hù)的乏組蛋白保護(hù)的DNA對(duì)核酸酶對(duì)核酸酶DNase高度敏感。高度敏感。據(jù)此，據(jù)此，可用以判斷轉(zhuǎn)錄活化區(qū)可用以判斷轉(zhuǎn)錄活化區(qū)。DNaseDNase高度敏感區(qū)高度敏感區(qū)染色質(zhì)染色質(zhì)DNase高度敏感位點(diǎn)圖譜與細(xì)胞的分高度敏感位點(diǎn)圖譜與細(xì)胞的分化發(fā)育密切相關(guān)，即處于不同分化發(fā)育階段的化發(fā)育密切相關(guān)，即處于不同分化發(fā)育階段的細(xì)胞，其細(xì)胞，其DNase

29、高度敏感位點(diǎn)不同。高度敏感位點(diǎn)不同。染色質(zhì)染色質(zhì)DNase高度敏感位點(diǎn)的改變，與其特高度敏感位點(diǎn)的改變，與其特異轉(zhuǎn)錄因子及異轉(zhuǎn)錄因子及RNA聚合酶的復(fù)位，以及核小體聚合酶的復(fù)位，以及核小體和其他非組蛋白的再定位有關(guān)。和其他非組蛋白的再定位有關(guān)。( (二二) )轉(zhuǎn)錄活化區(qū)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)控轉(zhuǎn)錄活化區(qū)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)控參與真核生物染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)的因素主要包括參與真核生物染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)的因素主要包括ATP-依賴(lài)的染色質(zhì)重建復(fù)合物依賴(lài)的染色質(zhì)重建復(fù)合物和和共價(jià)修飾酶類(lèi)共價(jià)修飾酶類(lèi)。ATP-依賴(lài)的染色質(zhì)重建復(fù)合物依賴(lài)的染色質(zhì)重建復(fù)合物ATP-依賴(lài)的染色質(zhì)重建復(fù)合物的功能主要有：依賴(lài)的染色質(zhì)重建復(fù)合物的功能主

30、要有：調(diào)節(jié)染色質(zhì)的壓縮與解壓縮，激活或阻遏結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)染色質(zhì)的壓縮與解壓縮，激活或阻遏結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)；基因的表達(dá)；促使核小體的移位，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)錄延伸過(guò)程或改變促使核小體的移位，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)錄延伸過(guò)程或改變轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)；轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)；參與高度歸整的核小體陣列形成，導(dǎo)致基因沉參與高度歸整的核小體陣列形成，導(dǎo)致基因沉默。默。促使核小體中組蛋白的交換，改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)促使核小體中組蛋白的交換，改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能。構(gòu)與功能。各種各種共價(jià)修飾酶類(lèi)共價(jià)修飾酶類(lèi)可對(duì)染色質(zhì)的組成成分，如可對(duì)染色質(zhì)的組成成分，如DNA、RNA、組蛋白、非組蛋白進(jìn)行化學(xué)基團(tuán)、組蛋白、非組蛋白進(jìn)行化學(xué)基團(tuán)的添加或去除的反應(yīng)過(guò)程。的添加或去除的反應(yīng)過(guò)程。

31、常見(jiàn)的染色質(zhì)化學(xué)修飾方式有：甲基化常見(jiàn)的染色質(zhì)化學(xué)修飾方式有：甲基化-去甲基去甲基化，乙?；阴；?去乙酰化，磷酸化去乙酰化，磷酸化-去磷酸化等。去磷酸化等。目前，已在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一系列的染色質(zhì)共價(jià)修目前，已在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一系列的染色質(zhì)共價(jià)修飾酶類(lèi)，這些酶不僅具有高度的飾酶類(lèi)，這些酶不僅具有高度的位點(diǎn)特異性位點(diǎn)特異性，而，而且對(duì)底物原有的且對(duì)底物原有的修飾狀態(tài)修飾狀態(tài)也有也有選擇性選擇性。組蛋白的化學(xué)修飾位點(diǎn)通常位于其組蛋白的化學(xué)修飾位點(diǎn)通常位于其N(xiāo)-端或端或C-端尾端尾區(qū)，極少數(shù)情況下（如區(qū)，極少數(shù)情況下（如H3-Lys79）位于內(nèi)部；有）位于內(nèi)部；有些位點(diǎn)可發(fā)生些位點(diǎn)可發(fā)生雙修飾雙修飾

32、反應(yīng)。反應(yīng)。組蛋白尾的修飾位點(diǎn)和類(lèi)型組蛋白尾的修飾位點(diǎn)和類(lèi)型2000年，年，Strahl等提出了等提出了“組蛋白密碼組蛋白密碼”假說(shuō)，假說(shuō)，認(rèn)為核小體核心組蛋白的認(rèn)為核小體核心組蛋白的N-端或端或C-端尾區(qū)端尾區(qū)特異的特異的位點(diǎn)修飾及組合位點(diǎn)修飾及組合，構(gòu)成了一套調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和，構(gòu)成了一套調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的遺傳密碼。轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的遺傳密碼。此套遺傳密碼由位點(diǎn)特異的此套遺傳密碼由位點(diǎn)特異的共價(jià)修飾酶共價(jià)修飾酶所配置，所配置，并由對(duì)位點(diǎn)修飾敏感的并由對(duì)位點(diǎn)修飾敏感的非組蛋白非組蛋白來(lái)解讀。來(lái)解讀。組蛋白密碼的解讀控制染色質(zhì)的壓縮狀態(tài)及基因表達(dá)組蛋白密碼的解讀控制染色質(zhì)的壓縮狀態(tài)及基因表達(dá)(三

33、三) GpG島甲基化修飾促進(jìn)染色質(zhì)壓縮島甲基化修飾促進(jìn)染色質(zhì)壓縮DNA的甲基化修飾也是真核生物在染色質(zhì)水平控的甲基化修飾也是真核生物在染色質(zhì)水平控制基因轉(zhuǎn)錄的重要機(jī)制。制基因轉(zhuǎn)錄的重要機(jī)制。真核細(xì)胞基因組中約有真核細(xì)胞基因組中約有5%的胞嘧啶在的胞嘧啶在DNA甲基甲基轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶的作用下被甲基化為的作用下被甲基化為5-甲基胞嘧啶，并且甲基胞嘧啶，并且以位于結(jié)構(gòu)基因上游的富含以位于結(jié)構(gòu)基因上游的富含CG的序列中（的序列中（CpG島島） ，胞嘧啶的甲基化最為常見(jiàn)。，胞嘧啶的甲基化最為常見(jiàn)。一般來(lái)說(shuō)，一般來(lái)說(shuō)，CpG島的高甲基化修飾促進(jìn)染色質(zhì)形島的高甲基化修飾促進(jìn)染色質(zhì)形成壓縮結(jié)構(gòu)成壓縮結(jié)構(gòu)，阻遏結(jié)

34、構(gòu)基因表達(dá)。，阻遏結(jié)構(gòu)基因表達(dá)。三、基因組中的順式作用元件是轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵調(diào)節(jié)部位三、基因組中的順式作用元件是轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵調(diào)節(jié)部位Cis-acting Elements in Genome Are Important Regulation Points for Transcriptional Initiation( (一一) )真核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)較原核生物復(fù)雜真核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)較原核生物復(fù)雜真核生物啟動(dòng)子序列較原核生物更長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)更復(fù)真核生物啟動(dòng)子序列較原核生物更長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。雜。真核生物啟動(dòng)子除含有真核生物啟動(dòng)子除含有TATA盒以外，通常還含盒以外，通常還含有多個(gè)有多個(gè)CAAT

35、盒和盒和GC盒。但也有一些啟動(dòng)子沒(méi)盒。但也有一些啟動(dòng)子沒(méi)有這些保守序列（見(jiàn)第十六章）。有這些保守序列（見(jiàn)第十六章）。真核生物轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游的順式作用元件( (二二) )增強(qiáng)子能提高轉(zhuǎn)錄效率增強(qiáng)子能提高轉(zhuǎn)錄效率在真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中，增強(qiáng)子發(fā)揮重要的提高轉(zhuǎn)在真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中，增強(qiáng)子發(fā)揮重要的提高轉(zhuǎn)錄效率的作用。同一結(jié)構(gòu)基因常常受若干增強(qiáng)子的錄效率的作用。同一結(jié)構(gòu)基因常常受若干增強(qiáng)子的調(diào)控。調(diào)控。增強(qiáng)子通常具有以下特點(diǎn)：增強(qiáng)子通常具有以下特點(diǎn)： 在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)5 或或3 側(cè)均能起作用；側(cè)均能起作用； 相對(duì)于啟動(dòng)子的任一指向均能起作用；相對(duì)于啟動(dòng)子的任一指向均能起作用； 發(fā)揮作用與受控基因

36、的遠(yuǎn)近距離相對(duì)無(wú)關(guān)；發(fā)揮作用與受控基因的遠(yuǎn)近距離相對(duì)無(wú)關(guān)； 對(duì)異源性啟動(dòng)子也能發(fā)揮作用；對(duì)異源性啟動(dòng)子也能發(fā)揮作用； 通常具有一些短的重復(fù)順序。通常具有一些短的重復(fù)順序。( (三三) )沉默子能夠抑制基因的轉(zhuǎn)錄沉默子能夠抑制基因的轉(zhuǎn)錄沉默子屬于負(fù)性調(diào)控元件，當(dāng)與特異蛋白因子結(jié)沉默子屬于負(fù)性調(diào)控元件，當(dāng)與特異蛋白因子結(jié)合后可對(duì)基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生阻遏效應(yīng)，其作用特點(diǎn)與合后可對(duì)基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生阻遏效應(yīng)，其作用特點(diǎn)與增強(qiáng)子類(lèi)似。增強(qiáng)子類(lèi)似。包括包括通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子和和特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子兩大類(lèi)，通兩大類(lèi)，通過(guò)反式作用方式參與過(guò)反式作用方式參與 基因表達(dá)調(diào)控?；虮磉_(dá)調(diào)控。( (一一) )通用轉(zhuǎn)錄因子

37、通用轉(zhuǎn)錄因子主要功能是促進(jìn)主要功能是促進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合并聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄，對(duì)所有結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄都是必須的，起始轉(zhuǎn)錄，對(duì)所有結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄都是必須的，且沒(méi)有組織細(xì)胞特異性。且沒(méi)有組織細(xì)胞特異性。四、轉(zhuǎn)錄因子是轉(zhuǎn)錄調(diào)控的關(guān)鍵分子四、轉(zhuǎn)錄因子是轉(zhuǎn)錄調(diào)控的關(guān)鍵分子Transcription Factors Are Key Molecules for Transcription Regulation( (二二) )特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子包括包括轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄激活因子和和轉(zhuǎn)錄抑制因子轉(zhuǎn)錄抑制因子，其表達(dá)具有發(fā)，其表達(dá)具有發(fā)育階段特異性和組織細(xì)胞特異性。育階段特異性和組織細(xì)胞特

38、異性。主要功能是識(shí)別并結(jié)合啟動(dòng)子上游元件、增強(qiáng)子或主要功能是識(shí)別并結(jié)合啟動(dòng)子上游元件、增強(qiáng)子或沉默子，起始并調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄效率。沉默子，起始并調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄效率。此外，此外，可誘導(dǎo)蛋白因子可誘導(dǎo)蛋白因子，如金屬反應(yīng)蛋白、胞內(nèi)激，如金屬反應(yīng)蛋白、胞內(nèi)激素受體等，通過(guò)作用于相應(yīng)的反應(yīng)元件而發(fā)揮其調(diào)素受體等，通過(guò)作用于相應(yīng)的反應(yīng)元件而發(fā)揮其調(diào)控基因表達(dá)的作用，也可歸屬于特異轉(zhuǎn)錄因子。控基因表達(dá)的作用，也可歸屬于特異轉(zhuǎn)錄因子。( (三三) )轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)大多數(shù)轉(zhuǎn)錄因子含有三種結(jié)構(gòu)域：大多數(shù)轉(zhuǎn)錄因子含有三種結(jié)構(gòu)域：DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域、結(jié)合結(jié)構(gòu)域、轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域和蛋白質(zhì)相互作

39、用結(jié)構(gòu)域。轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域和蛋白質(zhì)相互作用結(jié)構(gòu)域。1.DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域：結(jié)合結(jié)構(gòu)域： 鋅指模體（鋅指模體（zinc finger）典型的鋅指模體結(jié)構(gòu)由約典型的鋅指模體結(jié)構(gòu)由約30個(gè)氨基酸殘基組成，序列特征為：個(gè)氨基酸殘基組成，序列特征為：Cys-X2-5-Cys-X12-His/Cys-X2-5-His/Cys。由。由12個(gè)殘基構(gòu)成的個(gè)殘基構(gòu)成的 -螺旋，靠螺旋，靠Zn2+與相對(duì)的與相對(duì)的 -折疊結(jié)構(gòu)相連，其連續(xù)存在的鋅指識(shí)別折疊結(jié)構(gòu)相連，其連續(xù)存在的鋅指識(shí)別螺旋位于螺旋位于DNA的大溝。的大溝。 鋅指模體與鋅指模體與DNA的結(jié)合的結(jié)合 螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋模體（螺旋模體（helix-loop-

40、helix）通常以通常以二聚體的形式存在，每條多肽鏈由兩段二聚體的形式存在，每條多肽鏈由兩段 -螺旋構(gòu)成，螺旋構(gòu)成，其間由一段環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連接。其間由一段環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連接。多肽鏈的多肽鏈的N-末端末端富含富含堿性氨基酸殘基，堿性氨基酸殘基，通過(guò)夾持方式與通過(guò)夾持方式與DNA的大溝特異的大溝特異性結(jié)合。性結(jié)合。 螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋模體與螺旋模體與DNA的結(jié)合的結(jié)合 堿性亮氨酸拉鏈（堿性亮氨酸拉鏈（basic leucine zipper）通通常以同二聚體或異二聚體的形式存在，兩條多肽常以同二聚體或異二聚體的形式存在，兩條多肽鏈的鏈的C-末端重復(fù)序列形成左手卷曲螺旋，每間隔末端重復(fù)序列形成左手卷曲螺

41、旋，每間隔7個(gè)殘基出現(xiàn)一個(gè)亮氨酸，其側(cè)鏈基團(tuán)相互嵌合，個(gè)殘基出現(xiàn)一個(gè)亮氨酸，其側(cè)鏈基團(tuán)相互嵌合，故稱(chēng)之為亮氨酸拉鏈。多肽鏈的故稱(chēng)之為亮氨酸拉鏈。多肽鏈的N-末端富含堿性末端富含堿性氨基酸殘基（堿性區(qū)），并可通過(guò)夾持方式與氨基酸殘基（堿性區(qū)），并可通過(guò)夾持方式與DNA的大溝特異性結(jié)合。的大溝特異性結(jié)合。 堿性亮氨酸拉鏈模體與堿性亮氨酸拉鏈模體與DNA的結(jié)合的結(jié)合2.2. 轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域根據(jù)氨基酸組成特點(diǎn)分為三類(lèi)：根據(jù)氨基酸組成特點(diǎn)分為三類(lèi)：富含酸性氨基酸結(jié)構(gòu)域富含酸性氨基酸結(jié)構(gòu)域由一段富含酸性氨基酸由一段富含酸性氨基酸殘基的保守序列組成，常形成殘基的保守序列組成，常形成 -折疊，可

42、協(xié)助轉(zhuǎn)錄折疊，可協(xié)助轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的組裝。起始復(fù)合物的組裝。富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域其其N(xiāo)-端谷氨酸殘基含量高端谷氨酸殘基含量高達(dá)達(dá)25%，可結(jié)合，可結(jié)合GC盒。盒。富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域其其C端脯氨酸含量可高達(dá)端脯氨酸含量可高達(dá)2030%，可結(jié)合，可結(jié)合CAAT盒。盒。3.3. 蛋白質(zhì)相互作用結(jié)構(gòu)域：蛋白質(zhì)相互作用結(jié)構(gòu)域：最常見(jiàn)的蛋白質(zhì)相互作用結(jié)構(gòu)域是最常見(jiàn)的蛋白質(zhì)相互作用結(jié)構(gòu)域是二聚化結(jié)構(gòu)二聚化結(jié)構(gòu)域域。該結(jié)構(gòu)域存在于含螺旋該結(jié)構(gòu)域存在于含螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋、堿性亮氨酸拉螺旋、堿性亮氨酸拉鏈以及活化胞內(nèi)受體等轉(zhuǎn)錄因子中。鏈以及活化胞內(nèi)受體等轉(zhuǎn)錄因子中。五、轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物

43、的動(dòng)態(tài)構(gòu)成是轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要方式五、轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的動(dòng)態(tài)構(gòu)成是轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要方式Dynamic Assembly of Transcriptional Initiation Complex Is the Major Pattern for Transcriptional Regulation真核結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄起始涉及多種順式作用元件與真核結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄起始涉及多種順式作用元件與反式作用因子的動(dòng)態(tài)組裝，這是基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主反式作用因子的動(dòng)態(tài)組裝，這是基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要方式。要方式。( (一一) )啟動(dòng)子與啟動(dòng)子與RNARNA聚合酶活性聚合酶活性與原核生物類(lèi)似，真核基因啟動(dòng)子的核苷酸序列不與原核生物

44、類(lèi)似，真核基因啟動(dòng)子的核苷酸序列不同，與同，與RNA聚合酶的親和力也不同，故啟動(dòng)子核苷聚合酶的親和力也不同，故啟動(dòng)子核苷酸序列可調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的效率。酸序列可調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的效率。( (二二) )轉(zhuǎn)錄因子與轉(zhuǎn)錄因子與RNA聚合酶活性聚合酶活性真核真核RNA聚合酶不能單獨(dú)識(shí)別并結(jié)合啟動(dòng)子，必須聚合酶不能單獨(dú)識(shí)別并結(jié)合啟動(dòng)子，必須首先與通用轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合后，才能結(jié)合到啟動(dòng)子，首先與通用轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合后，才能結(jié)合到啟動(dòng)子，形成形成轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物。并且，。并且，TFD中的中的TAF亞亞基具有組織細(xì)胞特異性。基具有組織細(xì)胞特異性。轉(zhuǎn)錄激活因子識(shí)別并結(jié)合增強(qiáng)子后，再通過(guò)介導(dǎo)因轉(zhuǎn)錄激活因子識(shí)別并結(jié)

45、合增強(qiáng)子后，再通過(guò)介導(dǎo)因子作用于轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物，形成子作用于轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。因此，通用轉(zhuǎn)錄因子和特異轉(zhuǎn)錄因子在細(xì)胞中的濃因此，通用轉(zhuǎn)錄因子和特異轉(zhuǎn)錄因子在細(xì)胞中的濃度和種類(lèi)最終決定度和種類(lèi)最終決定RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄活性。聚合酶的轉(zhuǎn)錄活性。轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體的組裝轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體的組裝六、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控主要影響真核基因六、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控主要影響真核基因mRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能Post-transcriptional Regulation Affects on the Structure and Function of Eukaryotic mRNA Mainly真

46、核生物基因通常屬于斷裂基因，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的真核生物基因通常屬于斷裂基因，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的hnRNA不能直接作為蛋白質(zhì)合成的模板，必須不能直接作為蛋白質(zhì)合成的模板，必須經(jīng)一系列的加工，才能成為成熟的經(jīng)一系列的加工，才能成為成熟的mRNA，并從，并從細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入胞漿中。在這些加工或轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入胞漿中。在這些加工或轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，都可以產(chǎn)生調(diào)控作用。中，都可以產(chǎn)生調(diào)控作用。(一一)mRNA穩(wěn)定性影響真核生物基因表達(dá)穩(wěn)定性影響真核生物基因表達(dá)5 -端加帽和端加帽和3 -端加尾可以提高端加尾可以提高mRNA的穩(wěn)定性，的穩(wěn)定性，明顯延長(zhǎng)明顯延長(zhǎng)mRNA的半壽期，防止的半壽期，防止mRNA被核酸酶被核酸酶迅速

47、降解；同時(shí)，也可以提高翻譯的效率并有利迅速降解；同時(shí)，也可以提高翻譯的效率并有利于于mRNA向胞漿中轉(zhuǎn)運(yùn)。向胞漿中轉(zhuǎn)運(yùn)。此外，此外，mRNA的降解速率也受胞漿內(nèi)某些蛋白質(zhì)的降解速率也受胞漿內(nèi)某些蛋白質(zhì)成分的影響，并與其自身結(jié)構(gòu)有關(guān)。如鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋成分的影響，并與其自身結(jié)構(gòu)有關(guān)。如鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白受體白受體mRNA分子中存在特定的重復(fù)序列（分子中存在特定的重復(fù)序列（IRE），），可與相應(yīng)的結(jié)合蛋白作用后，調(diào)節(jié)其穩(wěn)定性?？膳c相應(yīng)的結(jié)合蛋白作用后，調(diào)節(jié)其穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)鐵蛋白受體轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)真核真核mRNA的穩(wěn)定性還可由特異的去穩(wěn)定元件的穩(wěn)定性還可由特異的去穩(wěn)定元件來(lái)控制。來(lái)控制。當(dāng)

48、去穩(wěn)定元件被引入當(dāng)去穩(wěn)定元件被引入mRNA分子，則引起該分子，則引起該mRNA的降解。的降解。( (二二)mRNA)mRNA前體的選擇性剪接可調(diào)控基因表達(dá)前體的選擇性剪接可調(diào)控基因表達(dá)真核基因多數(shù)為斷裂基因，因此同一結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)真核基因多數(shù)為斷裂基因，因此同一結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄合成的錄合成的HnRNA，可通過(guò)選擇不同的外顯子進(jìn)行，可通過(guò)選擇不同的外顯子進(jìn)行拼接而產(chǎn)生不同的成熟拼接而產(chǎn)生不同的成熟mRNA，即同一結(jié)構(gòu)基因，即同一結(jié)構(gòu)基因可表達(dá)若干種不同的蛋白質(zhì)分子，從而調(diào)控生物可表達(dá)若干種不同的蛋白質(zhì)分子，從而調(diào)控生物的多樣性。的多樣性。- -原肌球蛋白的選擇性剪接原肌球蛋白的選擇性剪接七、真核基因表達(dá)在翻譯及翻譯后仍可受到調(diào)控七、真核基因表達(dá)在翻譯及翻譯后仍可受到調(diào)控Expression of Eukaryotic Gene could be Regulated at Translation