基因表達(dá)調(diào)控08級(jí)課件

主要內(nèi)容

一、基因表達(dá)調(diào)控基本概念

二、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理三、原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)

四、真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)主要內(nèi)容一、基因表達(dá)調(diào)控基本概念二、基因表達(dá)調(diào)1

目的要求

掌握

1.基因表達(dá)、管家基因、反式作用因子與順式作用元件的概念。2.原核生物乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)機(jī)制。

3.真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件:啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子

。熟悉

1.基因表達(dá)的時(shí)間特異性和空間特異性；基因表達(dá)的方式。2.基因表達(dá)調(diào)控的基本原理。3.原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控特點(diǎn)。4.真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)；RNApolⅡ轉(zhuǎn)錄起始調(diào)節(jié)。了解

1.基因表達(dá)調(diào)控為生物體生長(zhǎng)、發(fā)育所必需。2.原核生物轉(zhuǎn)錄終止和翻譯水平調(diào)節(jié)。

3.真核生物RNApolⅠ和Ⅲ轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，RNApolⅡ轉(zhuǎn)錄終止調(diào)解，轉(zhuǎn)錄后及翻譯后水平調(diào)節(jié)。

目的要求掌握1.基因表達(dá)、管家基因、反式作用因2第一節(jié)

基因表達(dá)調(diào)控的基本概念BasicConceptionsofGeneExpressionRegulation第一節(jié)

基因表達(dá)調(diào)控的基本概念BasicConcep3本節(jié)學(xué)習(xí)主要知識(shí)點(diǎn)：基因表達(dá)、管家基因的概念?；蚣盎蚪M的概念；基因表達(dá)的時(shí)間、空間特異性；基因表達(dá)的方式：基本表達(dá)、誘導(dǎo)和阻遏、協(xié)調(diào)表達(dá)。

本節(jié)學(xué)習(xí)主要知識(shí)點(diǎn)：基因表達(dá)、管家基因的概念。4

基因是攜帶特定遺傳信息的DNA片斷，其結(jié)構(gòu)組成有：DNA編碼序列、非編碼調(diào)節(jié)序列和內(nèi)含子。基因是生物遺傳的基本單位，也就是編碼一種RNA,進(jìn)而編碼一種多肽的信息單位。由mRNA反轉(zhuǎn)錄生成的cDNA也習(xí)慣上也稱(chēng)為“基因”，但不含有基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控序列，只含翻譯調(diào)控和多肽鏈編碼序列。一、基因表達(dá)是指基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過(guò)程（一）基因(gene)基因是攜帶特定遺傳信息的DNA片斷，其結(jié)構(gòu)組5（二）基因組(genome)

基因組是指一個(gè)細(xì)胞或病毒所攜帶的全部遺傳信息或整套基因。

原核生物和噬菌體的基因組是其單個(gè)環(huán)狀染色體所含的全部基因；真核生物基因組是指一個(gè)生物體的染色體所包含的全部DNA，稱(chēng)為染色體基因組。（二）基因組(genome)基因組是指一個(gè)6（三）基因表達(dá)(geneexpression)

不同生物的基因組含有不同數(shù)量的基因。細(xì)菌基因組約含4000個(gè)基因，人類(lèi)基因組約3萬(wàn)~4萬(wàn)個(gè)基因。所有基因并非同時(shí)表達(dá)，而是在某一特定時(shí)期或生長(zhǎng)階段，只有一小部分基因處于表達(dá)狀態(tài)，大部分基因不表達(dá)。

是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯從而生成具有生物學(xué)功能產(chǎn)物的過(guò)程。大多數(shù)基因經(jīng)過(guò)激活、轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子，使細(xì)胞或個(gè)體具有一定的功能或形態(tài)表型。（三）基因表達(dá)(geneexpression)7例如：

大腸桿菌通常只有5%的基因高表達(dá)，其余不表達(dá)或低表達(dá)。平時(shí)與細(xì)菌蛋白質(zhì)生物合成有關(guān)的延長(zhǎng)因子編碼基因表達(dá)活躍，而與DNA損傷修復(fù)有關(guān)的酶分子編碼基因很少表達(dá)；當(dāng)紫外線照射引起DNA損傷時(shí)，修復(fù)酶編碼基因表達(dá)活躍。說(shuō)明基因表達(dá)是在一定調(diào)控機(jī)制下進(jìn)行。生物體隨時(shí)調(diào)整不同基因的表達(dá)狀態(tài)，適應(yīng)環(huán)境，維持生長(zhǎng)。例如：大腸桿菌通常只有5%的基因高表達(dá)，其余8二、基因表達(dá)具有時(shí)間特異性和空間特異性所有生物基因表達(dá)都表現(xiàn)嚴(yán)格的時(shí)間和空間特異性（一）時(shí)間特異性多細(xì)胞生物在組織器官形成的各個(gè)不同發(fā)育階段相應(yīng)基因嚴(yán)格按一定時(shí)間順序開(kāi)啟或關(guān)閉，表現(xiàn)為與分化、發(fā)育階段一致的時(shí)間性。這種基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱(chēng)階段特異性(stagespecificity)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(chēng)為基因表達(dá)的時(shí)間特異性(temporalspecificity)。如細(xì)菌、病毒、噬菌體感染宿主后，隨感染階段發(fā)展，生長(zhǎng)環(huán)境變化，有些基因開(kāi)放，有些基因關(guān)閉。如AFP基因-胎兒肝C-成人肝C-肝癌肝C。二、基因表達(dá)具有時(shí)間特異性和空間特異性所有生物基因表達(dá)都表現(xiàn)9（二）空間特異性

在個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育的全過(guò)程中，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體的不同組織器官表達(dá)不一致，即按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱(chēng)為基因表達(dá)的空間特異性(spatialspecificity)。如編碼胰島素的基因只在胰島的β細(xì)胞中表達(dá)；肌漿蛋白基因在肌原細(xì)胞中高表達(dá)，而在成纖維細(xì)胞中幾乎不表達(dá)?；虮磉_(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)胞所在器官的分布決定的，所以基因表達(dá)的空間特異性又稱(chēng)為細(xì)胞特異性或組織特異性(cellortissuespecificity)。（二）空間特異性在個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育的全過(guò)程中，10三、基因表達(dá)的方式及調(diào)節(jié)存在很大差異

由于不同的基因?qū)?nèi)、外環(huán)境信號(hào)刺激的反應(yīng)不同，按對(duì)刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為基本表達(dá)和誘導(dǎo)阻遏表達(dá)。（一）基本表達(dá)有些基因在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，這類(lèi)基因通常被稱(chēng)為管家基因(housekeepinggene)如：三羧循環(huán)途徑中所有酶的編碼基因。1.管家基因三、基因表達(dá)的方式及調(diào)節(jié)存在很大差異由于不11管家基因的表達(dá)水平較少受環(huán)境因素的影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。這類(lèi)基因表達(dá)被稱(chēng)為基本表達(dá)或組成性基因表達(dá)(constitutivegeneexpression)。

基本表達(dá)的調(diào)節(jié)特點(diǎn)是：只受啟動(dòng)序列或啟動(dòng)子與RNA聚合酶相互作用的影響，不受其他機(jī)制調(diào)節(jié)。2.基本表達(dá)或組成性基因表達(dá)管家基因的表達(dá)水平較少受環(huán)境因素的影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階12（二）有些基因的表達(dá)受到環(huán)境變化的誘導(dǎo)和阻遏1.誘導(dǎo)：在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱(chēng)為可誘導(dǎo)基因?？烧T導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過(guò)程，稱(chēng)為誘導(dǎo)(induction)。如：DNA損傷時(shí)，修復(fù)酶基因被激活，修復(fù)酶被誘導(dǎo)增加。

表現(xiàn)為隨著環(huán)境信號(hào)的變化其表達(dá)增強(qiáng)或降低。（二）有些基因的表達(dá)受到環(huán)境變化的誘導(dǎo)和阻遏1.誘導(dǎo)：在特定13

2.阻遏：如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答時(shí)被抑制，這種基因是可阻遏基因?？勺瓒艋虮磉_(dá)產(chǎn)物水平降低的過(guò)程稱(chēng)為阻遏(repression)。如：當(dāng)細(xì)菌培養(yǎng)基中色氨酸供應(yīng)充足時(shí)，細(xì)菌體內(nèi)與色氨酸合成有關(guān)的酶編碼基因表達(dá)被抑制。

調(diào)控特點(diǎn)：可誘導(dǎo)或可阻遏基因既受啟動(dòng)子或啟動(dòng)序列與RNA聚合酶相互作用影響，又受其他機(jī)制調(diào)節(jié)。因其調(diào)控機(jī)制中通常含有特異刺激的反應(yīng)元件。2.阻遏：如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答時(shí)被14在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無(wú)論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)(coordinateexpression)。（三）生物體內(nèi)不同基因的表達(dá)受到協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)

例如：體內(nèi)每條代謝途徑中所需要的多種酶和轉(zhuǎn)運(yùn)作用物的多種蛋白質(zhì)的編碼基因被統(tǒng)一調(diào)節(jié)，使它們的分子比例適當(dāng)，以保證代謝的正常進(jìn)行。這種調(diào)節(jié)稱(chēng)為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinateregulation)。協(xié)調(diào)表達(dá)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無(wú)論其為何種表達(dá)方式15（一）適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖

生物體對(duì)不斷變化的內(nèi)、外環(huán)境的適應(yīng)能力，與某些蛋白質(zhì)分子功能有關(guān)，而某些功能蛋白質(zhì)的多少又取決于編碼這些蛋白質(zhì)分子的基因表達(dá)。通過(guò)一定的程序調(diào)控基因表達(dá)，可使生物體表達(dá)出合適的蛋白質(zhì)分子，從而適應(yīng)環(huán)境，維持生長(zhǎng)和繁殖。四、基因表達(dá)調(diào)控為生物體生長(zhǎng)、發(fā)育所必需（一）適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖生物體對(duì)不斷變16在多細(xì)胞生物個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育的不同階段，需要不同種類(lèi)和數(shù)量的蛋白質(zhì)。同一生長(zhǎng)發(fā)育階段，不同組織、器官內(nèi)蛋白質(zhì)分子的分布也有很大差異，這是由基因表達(dá)調(diào)控所決定的。（二）維持個(gè)體發(fā)育與分化

高等動(dòng)物各組織、器官的發(fā)育、分化都是由一些特定基因控制的，當(dāng)某種基因缺陷或表達(dá)異常時(shí)，出現(xiàn)相應(yīng)組織器官發(fā)育異常。在多細(xì)胞生物個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育的不同階段，需要不同種類(lèi)和數(shù)量的蛋17

第二節(jié)

基因表達(dá)調(diào)控的基本原理BasicPrinciplesofGeneExpressionRegulation第二節(jié)

基因表達(dá)調(diào)控的基本原理Bas18

本節(jié)學(xué)習(xí)主要知識(shí)點(diǎn)：基因表達(dá)調(diào)控最重要的環(huán)節(jié)是轉(zhuǎn)錄起始水平的調(diào)控；反式作用因子與順式作用元件的概念；基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)的基本要素；特異DNA序列的概念；操縱子的組成；啟動(dòng)序列和操縱序列的作用。本節(jié)學(xué)習(xí)主要知識(shí)點(diǎn)：基因表達(dá)調(diào)控19一、基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性基因激活拷貝數(shù)重排甲基化程度轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄后加工mRNA降解蛋白質(zhì)降解等蛋白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾轉(zhuǎn)錄起始基因表達(dá)的基本控制點(diǎn)

基因表達(dá)產(chǎn)物是蛋白質(zhì)，從DNA到蛋白質(zhì)的遺傳信息傳遞過(guò)程要經(jīng)過(guò)多個(gè)層次，每個(gè)層次都具有調(diào)控作用，稱(chēng)為基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控：基因表達(dá)調(diào)控是在遺傳信息傳遞的各個(gè)水平上進(jìn)行—多級(jí)調(diào)控。其中最重要的是轉(zhuǎn)錄起始水平的調(diào)控一、基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性基因激活轉(zhuǎn)錄起始蛋白質(zhì)降20（一）特異DNA序列決定基因的轉(zhuǎn)錄活性二、基因轉(zhuǎn)錄激活受到轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白與啟動(dòng)子相互作用的調(diào)節(jié)

與基因表達(dá)調(diào)節(jié)有關(guān)的因素包括：基因的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，生物個(gè)體或細(xì)胞所處的內(nèi)、外環(huán)境，以及細(xì)胞內(nèi)所存在的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白，其中與轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)有關(guān)的要素有以下幾個(gè)方面：

特異DNA序列主要是指具有調(diào)節(jié)功能的DNA序列，它與基因特異的表達(dá)方式有關(guān)。（一）特異DNA序列決定基因的轉(zhuǎn)錄活性二、基因轉(zhuǎn)錄激活受到轉(zhuǎn)211.原核生物的基因表達(dá)調(diào)控啟動(dòng)序列操縱序列兩個(gè)以上編碼序列其他調(diào)節(jié)序列大多數(shù)基因表達(dá)調(diào)控是通過(guò)操縱子機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。操縱子（operon）組成☆在基因組中成簇串聯(lián)排列。1.原核生物的基因表達(dá)調(diào)控啟動(dòng)序列大多數(shù)基因表達(dá)調(diào)控是通過(guò)操22原核生物

蛋白質(zhì)因子——操縱子(operon)

機(jī)制特異DNA序列編碼序列

啟動(dòng)序列

操縱序列

其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)原核生物蛋白質(zhì)因子——操縱子(operon)23是RNA聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。通常含有一些相似性序列，稱(chēng)為共有序列(1)啟動(dòng)序列RNA轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)-10區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAraBADTTGACATATAAT共有序列(Pribnowbox)是RNA聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。通常含有一些相24共有序列(consensussequence)中的任一堿基突變或變異，都會(huì)影響RNA聚合酶與啟動(dòng)序列結(jié)合及轉(zhuǎn)錄起始。所以共有序列決定啟動(dòng)序列的轉(zhuǎn)錄活性大小。(2)編碼序列：編碼蛋白質(zhì)的DNA序列—結(jié)構(gòu)基因。共有序列(consensussequence)中的任一堿基25(3)操縱序列

——阻遏蛋白(repressor)的結(jié)合位點(diǎn)當(dāng)阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合時(shí)，會(huì)阻礙RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，或使RNA聚合酶不能沿DNA向前移動(dòng)，阻礙轉(zhuǎn)錄。導(dǎo)致負(fù)性調(diào)節(jié)。啟動(dòng)序列編碼序列操縱序列pol阻遏蛋白(3)操縱序列當(dāng)阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合時(shí)，會(huì)阻礙RNA聚合26(4)

其他調(diào)節(jié)序列例如:激活蛋白(activator)可結(jié)合啟動(dòng)序列鄰近的DNA序列，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶活性。導(dǎo)致正性調(diào)節(jié)。2.真核生物基因表達(dá)調(diào)控：——可結(jié)合激活蛋白的特異DNA序列

絕大多數(shù)真核基因的調(diào)控機(jī)制普遍涉及編碼基因兩側(cè)的DNA序列—順式作用元件。(4)其他調(diào)節(jié)序列例如:激活蛋白(activator)可結(jié)27真核生物1、順式作用元件(cis-actingelement)★——可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列RNA聚合酶ⅡBADNA編碼序列轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)mRNARNA聚合酶ⅡBADNA轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)mRNA圖13-2順式作用元件A.B序列是調(diào)節(jié)該基因轉(zhuǎn)錄活性的順式作用元件真核生物1、順式作用元件(cis-actingelemen28順式作用元件的特點(diǎn)及種類(lèi)不同基因具有各自不同的順式作用元件；在不同真核生物的順式作用元件中也常發(fā)現(xiàn)一些共有序列，如TATA盒、CAAT盒等；這些共有序列就是順式作用元件的核心序列，是RNA聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。順式作用元件根據(jù)在基因中的位置、激活作用性質(zhì)及作用方式分為啟動(dòng)子、增強(qiáng)子和沉默子等。順式作用元件的特點(diǎn)及種類(lèi)不同基因具有各自不同的順式作用元件；29TATA盒

CAAT盒GC盒

增強(qiáng)子

順式作用元件

結(jié)構(gòu)基因-GCGC---CAAT---TATA轉(zhuǎn)錄起始真核生物啟動(dòng)子保守序列TATA盒CAAT盒GC盒增強(qiáng)子順式作用元件結(jié)30（二）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白可增強(qiáng)或抑制轉(zhuǎn)錄活性

1.原核基因調(diào)節(jié)蛋白：分為三類(lèi)：特異因子、阻遏蛋白和激活蛋白，都是DNA結(jié)合蛋白。

(1)特異因子：是決定RNA聚合酶對(duì)一個(gè)或一套啟動(dòng)序列的特異性識(shí)別和結(jié)合能力的蛋白因子。如σ因子。(2)阻遏蛋白（repressors）：可識(shí)別、結(jié)合特異DNA序列—操縱序列，抑制基因轉(zhuǎn)錄。介導(dǎo)負(fù)性調(diào)節(jié)（二）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白可增強(qiáng)或抑制轉(zhuǎn)錄活性1.31(3)激活蛋白(activator)：可結(jié)合啟動(dòng)序列鄰近的DNA序列，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶活性。

如：分解代謝物基因激活蛋白(catabolitegeneactivatorprotein,ACP)典型的激活蛋白。

有些基因在沒(méi)有激活蛋白存在時(shí)，RNA聚合酶很少或完全不能結(jié)合啟動(dòng)序列，基因不能轉(zhuǎn)錄。(3)激活蛋白(activator)：可結(jié)合322.真核基因調(diào)節(jié)蛋白:

又叫轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子或轉(zhuǎn)錄因子。由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通過(guò)與另一基因的特異的順式作用元件相互作用，反式激活另一基因的轉(zhuǎn)錄，故稱(chēng)反式作用蛋白或反式作用因子。(1)反式作用因子(trans-actingfactor)

★

反式作用因子多數(shù)是DNA結(jié)合蛋白。這種調(diào)節(jié)作用稱(chēng)為反式作用。2.真核基因調(diào)節(jié)蛋白:由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通過(guò)與33(2)順式作用因子：有些蛋白質(zhì)因子可特異識(shí)別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá)，稱(chēng)順式作用，這些蛋白質(zhì)因子稱(chēng)為順式作用因子。

(3)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用：有些調(diào)節(jié)蛋白不能直接結(jié)合DNA，通過(guò)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。(2)順式作用因子：有些蛋白質(zhì)因子可特異識(shí)別、結(jié)合自身基因的34cDNAaDNA反式調(diào)節(jié)C順式調(diào)節(jié)

mRNAC蛋白質(zhì)CbAmRNA蛋白質(zhì)AA圖13-3反式與順式作用蛋白cDNAaDNA反式調(diào)節(jié)C順式調(diào)節(jié)mRNAC蛋白質(zhì)C351.DNA-蛋白質(zhì)相互作用：

是指反式作用因子與順式作用元件之間的特異識(shí)別及結(jié)合。通常是非共價(jià)結(jié)合，被識(shí)別的DNA結(jié)合位點(diǎn)通常呈對(duì)稱(chēng)、或不完全對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)調(diào)節(jié)蛋白進(jìn)入DNA大溝或小溝時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)蛋白的某些氨基酸殘基側(cè)鏈與DNA中的某些堿基相互聯(lián)系，形成DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物。(三)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白通過(guò)與DNA或與蛋白質(zhì)相互作用對(duì)轉(zhuǎn)錄起始進(jìn)行調(diào)節(jié)1.DNA-蛋白質(zhì)相互作用：是指反式作362.蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用：

絕大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)合DNA前，先通過(guò)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，形成二聚體(dimer)或多聚體(polymer)。最常見(jiàn)的是二聚體，是由兩個(gè)蛋白質(zhì)分子單體通過(guò)一定結(jié)構(gòu)域結(jié)合而成。與DNA結(jié)合的能力異二聚體強(qiáng)于同二聚體。由于調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)構(gòu)不同，有時(shí)形成二聚體后會(huì)喪失結(jié)合DNA的能力。也有一些蛋白質(zhì)，不是通過(guò)二聚化或多聚化，而是通過(guò)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用間接結(jié)合DNA，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。2.蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用：絕大多數(shù)調(diào)節(jié)37(四）RNA聚合酶活性的調(diào)節(jié)

啟動(dòng)序列或啟動(dòng)子是由轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)及轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)組件構(gòu)成。啟動(dòng)序列或啟動(dòng)子的核苷酸序列會(huì)影響其與RNA聚合酶的親和力，影響轉(zhuǎn)錄起始。如：E.coli的有些基因每秒轉(zhuǎn)錄一次，而有些基因的轉(zhuǎn)錄在一代細(xì)胞中可能還不到一次。這種差異就是因?yàn)閱?dòng)序列不同所致。

影響RNA聚合酶活性的主要因素是啟動(dòng)序列/啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)蛋白性質(zhì)。⑴

啟動(dòng)序列/啟動(dòng)子與RNA聚合酶活性(四）RNA聚合酶活性的調(diào)節(jié)啟動(dòng)序列或啟動(dòng)子38

如果E.coli的啟動(dòng)序列－10區(qū)和－35區(qū)共有序列TATAAT和TTGACA被置換為非共有序列，轉(zhuǎn)錄活性會(huì)降低；啟動(dòng)序列的非共有序列換成共有序列，轉(zhuǎn)錄活性會(huì)增加。因此，RNA聚合酶活性與啟動(dòng)序列或啟動(dòng)子有關(guān)。

在真核細(xì)胞，RNA聚合酶必須先與基本轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合成復(fù)合物才能與啟動(dòng)子結(jié)合，RNA聚合酶單獨(dú)存在時(shí)與啟動(dòng)子親和力很低。故真核細(xì)胞RNA聚合酶活性與啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子二者有關(guān)。如果E.coli的啟動(dòng)序列－10區(qū)和－3539⑵調(diào)節(jié)蛋白與RNA聚合酶活性

一些特異調(diào)節(jié)蛋白在適當(dāng)環(huán)境信號(hào)刺激下被表達(dá)，然后通過(guò)DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用影響RNA聚合酶活性，改變表達(dá)水平。

誘導(dǎo)劑、阻遏劑等小分子信號(hào)可引起調(diào)節(jié)蛋白分子構(gòu)象改變，再經(jīng)DNA-蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，調(diào)節(jié)RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄活性。例一：⑵調(diào)節(jié)蛋白與RNA聚合酶活性一些特異調(diào)節(jié)蛋40例二：

熱休克蛋白反應(yīng)時(shí)，細(xì)菌RNA聚合酶全酶中通常的σ70被σ32取代，使RNA聚合酶改變了對(duì)常規(guī)啟動(dòng)序列的識(shí)別而結(jié)合另一套啟動(dòng)序列，啟動(dòng)另一套基因表達(dá)。這是因?yàn)樵颂禺愐蜃应腋淖兞薘NA聚合酶識(shí)別啟動(dòng)序列的特異性。例二：熱休克蛋白反應(yīng)時(shí)，細(xì)菌RNA聚合酶全酶41第三節(jié)

原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)RegulationofProkaryoticGeneTranscription第三節(jié)

原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)Regulationof42

本節(jié)學(xué)習(xí)主要知識(shí)點(diǎn)：原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。（標(biāo)題）操縱子(operon)的概念；乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)機(jī)制。（詳細(xì)）本節(jié)學(xué)習(xí)主要知識(shí)點(diǎn)：原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的43——調(diào)節(jié)的主要環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)錄起始一、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(diǎn)

原核生物RNA聚合酶只有一種，轉(zhuǎn)錄起始需要全酶。轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，由σ因子識(shí)別起始序列，不同的σ因子決定不同特異基因的轉(zhuǎn)錄，從而決定三種RNA的轉(zhuǎn)錄。（一）σ因子決定RNA聚合酶識(shí)別特異性——調(diào)節(jié)的主要環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)錄起始一、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(diǎn)44

原核生物絕大多數(shù)功能相關(guān)的基因成簇串連在一起，共同組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位——操縱子。如乳糖操縱子，色氨酸操縱子等。在原核基因的調(diào)控中普遍存在操縱子機(jī)制。在一個(gè)操縱子中，只有一個(gè)啟動(dòng)序列，同時(shí)有多個(gè)可轉(zhuǎn)錄的編碼基因，都受同一啟動(dòng)序列調(diào)控，產(chǎn)生協(xié)調(diào)表達(dá)，轉(zhuǎn)錄出多順?lè)醋觤RNA。（二）操縱子模型的普遍性原核生物絕大多數(shù)功能相關(guān)的基因成簇串連在一起45（三）原核操縱子受到阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)

在原核操縱子調(diào)控機(jī)制中，特異阻遏蛋白是調(diào)控啟動(dòng)序列的重要因素。當(dāng)阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合時(shí)，特異基因受阻遏而關(guān)閉；當(dāng)阻遏蛋白脫離啟動(dòng)序列時(shí)，特異基因去阻遏而開(kāi)放表達(dá)。（三）原核操縱子受到阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)在原核46

調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列操縱序列

結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNAI調(diào)節(jié)基因二.原核生物轉(zhuǎn)錄起始調(diào)節(jié)（重點(diǎn)）

原核生物的基因表達(dá)調(diào)控中，普遍存在操縱子調(diào)控機(jī)制，以乳糖操縱子為例介紹原核生物操縱子調(diào)控模型（一）乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列操縱序列結(jié)構(gòu)基因Z：β-47mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒(méi)有乳糖存在時(shí)（二）乳糖操縱子受阻遏蛋白和CAP的雙重調(diào)節(jié)阻遏基因1、阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)β-半乳糖苷酶通透酶乙?；D(zhuǎn)移酶mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒(méi)有乳糖存在時(shí)（二）48mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)IDNAZYAOPpol啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶半乳糖是真正的誘導(dǎo)劑。mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)IDNAZYAOPpol啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄49++++轉(zhuǎn)錄無(wú)葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)2.CAP的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP

CAP分子內(nèi)有DNA結(jié)合區(qū)和cAMP結(jié)合位點(diǎn)。++++轉(zhuǎn)錄無(wú)葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)有葡萄糖，cA503.協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(1)當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對(duì)該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；(2)如無(wú)CAP存在，即使沒(méi)有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。阻遏蛋白負(fù)性調(diào)節(jié)與CAP正性調(diào)節(jié)兩種機(jī)制相互協(xié)調(diào)，相互制約，共同調(diào)節(jié)基因表達(dá)。

是指阻遏蛋白負(fù)性調(diào)節(jié)與CAP正性調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)作用。3.協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(1)當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)51葡萄糖對(duì)乳糖操縱子的阻遏作用單純有乳糖存在時(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源；有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖。原因：葡萄糖存在時(shí)，葡萄糖通過(guò)降低cAMP濃度，阻礙cAMP與CAP結(jié)合，抑制乳糖操縱子轉(zhuǎn)錄，不能生成β-半乳糖苷酶，細(xì)菌不能利用乳糖，只能利用葡萄糖。葡萄糖對(duì)乳糖操縱子的阻遏作用稱(chēng)為分解代謝阻遏。葡萄糖對(duì)乳糖操縱子的阻遏作用單純有乳糖存在時(shí)，細(xì)菌利用乳糖作52mRNA低半乳糖時(shí)高半乳糖時(shí)

葡萄糖低cAMP濃度高

葡萄糖高cAMP濃度低RNA-polOOOO乳糖操縱子的強(qiáng)誘導(dǎo)作用需要有乳糖而無(wú)葡萄糖。mRNA低半乳糖時(shí)高半乳糖時(shí)葡萄糖低cAMP濃度53三、原核生物轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)機(jī)制（了解）（一）不依賴(lài)Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止（二）依賴(lài)Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止常見(jiàn)于噬菌體中，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不清楚。①兩段富含GC的反向重復(fù)序列，中間間隔若干核苷酸。②下游含一系列T序列。這種結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄生成的RNA分子形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)及下游的多個(gè)U序列，使轉(zhuǎn)錄終止。是依賴(lài)模板DNA上的終止子，其序列結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：三、原核生物轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)機(jī)制（了解）（一）不依賴(lài)Rho因子的54E.coli轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)節(jié)有兩種方式：一種是轉(zhuǎn)錄衰減，通過(guò)衰減子在距離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)較近的位置過(guò)早終止轉(zhuǎn)錄，使下游基因不能被轉(zhuǎn)錄。另一種為抗終止，阻止轉(zhuǎn)錄衰減發(fā)生，使下游基因得以轉(zhuǎn)錄。E.coli轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)節(jié)有兩種方式：一種55四.原核生物在翻譯水平的調(diào)節(jié)

（了解）

翻譯水平的調(diào)節(jié)一般也是發(fā)生在起始和終止階段，尤其是起始階段。調(diào)節(jié)翻譯起始的物質(zhì)稱(chēng)為調(diào)節(jié)分子，調(diào)節(jié)分子可以是蛋白質(zhì)，也可以是RNA。它們可以直接或間接地影響核糖體對(duì)翻譯起始點(diǎn)的識(shí)別和結(jié)合，影響翻譯起始。

調(diào)節(jié)蛋白一般結(jié)合于自身mRNA靶位點(diǎn)，阻止核糖體識(shí)別翻譯起始區(qū)，從而阻斷調(diào)節(jié)蛋白自身的合成，故稱(chēng)自我調(diào)控。（一）蛋白質(zhì)分子結(jié)合于啟動(dòng)序列或啟動(dòng)序列周?chē)M(jìn)行自我調(diào)節(jié)

四.原核生物在翻譯水平的調(diào)節(jié)（了解）翻譯水56（二）反義RNA結(jié)合mRNA翻譯起始部位的

互補(bǔ)序列對(duì)翻譯進(jìn)行調(diào)節(jié)有些RNA分子能調(diào)節(jié)基因表達(dá)，被稱(chēng)為調(diào)節(jié)RNA。細(xì)菌中有種調(diào)節(jié)RNA，稱(chēng)為反義RNA。反義RNA含有與特定mRNA翻譯起始部位互補(bǔ)的堿基序列，可與mRNA發(fā)生雜交，阻斷核糖體小亞基對(duì)mRNA起始密碼子的識(shí)別以及與SD序列的結(jié)合，抑制翻譯起始，故稱(chēng)反義控制(antisensecontrol)

。（二）反義RNA結(jié)合mRNA翻譯起始部位的

57第四節(jié)

真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)RegulationofEukaryoticGeneTranscription第四節(jié)

真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)Regulationo58

本節(jié)學(xué)習(xí)主要知識(shí)點(diǎn)：真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)。（大小標(biāo)題）真核基因順式作用元件的功能組件及其作用。啟動(dòng)子(promoter)、增強(qiáng)子(enhancer)、沉默子(silencer)的英文單詞及概念?；巨D(zhuǎn)錄因子、特異轉(zhuǎn)錄因子的概念。本節(jié)學(xué)習(xí)主要知識(shí)點(diǎn)：真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)59一、真核基因組具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)哺乳動(dòng)物基因組DNA約由3×109

堿基對(duì)組成。人類(lèi)基因組約有3萬(wàn)~4萬(wàn)個(gè)基因，編碼序列僅占總?cè)L(zhǎng)的1%。其中重復(fù)基因約占5%~10%。其余80%~90%的基因組沒(méi)有編碼功能。真核細(xì)胞DNA與組蛋白結(jié)合形成復(fù)雜的染色體，使基因表達(dá)調(diào)控更加復(fù)雜。（一）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大（二）真核基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順?lè)醋?/p>

即一個(gè)編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)mRNA分子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。多種真核蛋白質(zhì)由幾條不同肽鏈組成，需幾個(gè)基因協(xié)調(diào)表達(dá)。一、真核基因組具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)哺乳動(dòng)物基因組DNA約由60（三）真核基因組含有大量的重復(fù)序列

在真核DNA中含有比原核更多出現(xiàn)的重復(fù)核苷酸序列。根據(jù)重復(fù)頻率將重復(fù)序列分為：?jiǎn)慰截愋蛄校ㄒ淮位驍?shù)次）高度重復(fù)序列（106

次）中度重復(fù)序列（103~104次）多拷貝序列

反轉(zhuǎn)重復(fù)序列：是由兩個(gè)互補(bǔ)序列，在同一DNA鏈上反向排列。

某些重復(fù)序列出現(xiàn)在調(diào)控區(qū)，可能對(duì)DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄具有調(diào)控作用。（三）真核基因組含有大量的重復(fù)序列在真核DN61（四）真核基因中存在非編碼序列和間隔區(qū)，

故：具有不連續(xù)性真核基因稱(chēng)之為斷裂基因。原因是：(1)在結(jié)構(gòu)基因兩側(cè)有不被轉(zhuǎn)錄的非編碼序列，一般是基因表達(dá)的調(diào)控區(qū)。(2)在編碼基因內(nèi)有編碼序列（外顯子）和非編碼序列（內(nèi)含子）相間組成。故真核基因是不連續(xù)的。在轉(zhuǎn)錄后的加工過(guò)程中切除內(nèi)含子，拼接外顯子，形成成熟的mRNA。（四）真核基因中存在非編碼序列和間隔區(qū)，

62二、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)

真核細(xì)胞RNA聚合酶有三種，分別稱(chēng)為RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，分別轉(zhuǎn)錄生成三種RNA。三種酶都約由10個(gè)亞基組成，有些亞基在三種酶是相同的，有些亞基是每種酶所特有的。如：TATA盒結(jié)合蛋白(TBP)就是三種RNA聚合酶共有的。轉(zhuǎn)錄因子D(TFⅡD)在RNAPolⅡ催化mRNA轉(zhuǎn)錄中起核心作用。TFⅡD是由TBP和TBP相關(guān)因子(TAF)組成的多蛋白復(fù)合物，其中TAF起傳遞上游激活因子(UAS)信息作用。

真核基因表達(dá)調(diào)控同樣主要是在轉(zhuǎn)錄起始階段。（一）真核細(xì)胞內(nèi)含有多種RNA聚合酶二、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)真核細(xì)胞RNA聚合酶63（二）處于轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化

基因被激活時(shí)，發(fā)現(xiàn)染色體相應(yīng)區(qū)域的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生變化，稱(chēng)為活性染色體。1.對(duì)核酸酶敏感活化基因?qū)怂崦府a(chǎn)生極度敏感。用DNaseⅠ處理時(shí)，染色體DNA常出現(xiàn)一些DNaseⅠ超敏位點(diǎn)，通常位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)附近。（二）處于轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生基因被642.DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化天然雙鏈DNA均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在；基因活化后RNA-pol正超螺旋負(fù)超螺旋轉(zhuǎn)錄方向3.DNA堿基修飾變化真核DNA約有5%的胞嘧啶被甲基化，最常發(fā)生的部位是某些基因的5′側(cè)翼區(qū)CPG序列(CPG島)。甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。有利于核小體再形成阻礙核小體形成，促進(jìn)組蛋白H2A、H2B二聚體釋放2.DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化天然雙鏈DNA均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在654.組蛋白變化①富含Lys組蛋白水平降低，既H1樣組蛋白減少②H2A,H2B二聚體不穩(wěn)定性增加，容易從核心組蛋白中被置換出來(lái)。③組蛋白修飾：最常見(jiàn)的是H3、H4組蛋白發(fā)生乙?；?、磷酸化、甲基化。使核小體結(jié)構(gòu)松弛。基因的轉(zhuǎn)錄活性與DNA的結(jié)合能力下降

組蛋白被磷酸化、甲基化、乙酰化等修飾4.組蛋白變化①富含Lys組蛋白水平降低，既H1樣組蛋66（三）在真核基因表達(dá)調(diào)控中以正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)

真核RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)子的親和力極小，必須依賴(lài)一種或多種激活蛋白的作用，所以正性調(diào)節(jié)機(jī)制廣泛存在。相反，負(fù)性調(diào)節(jié)元件的存在并不普遍。因此，真核生物以正性調(diào)節(jié)為主。其原因是：（三）在真核基因表達(dá)調(diào)控中真核RNA聚合酶對(duì)67

因?yàn)檎婧嘶蚪M龐大，造成在不適當(dāng)位點(diǎn)出現(xiàn)特異結(jié)合序列的幾率增加，使DNA-蛋白質(zhì)相互作用的特異性降低。同時(shí)采用幾種負(fù)性元件不會(huì)改變特異性，因?yàn)橐粋€(gè)負(fù)性調(diào)節(jié)元件的結(jié)合就足以阻斷RNA聚合酶的結(jié)合。如果采用多種正性調(diào)節(jié)元件和正性調(diào)節(jié)蛋白可提高基因表達(dá)的特異性和精確性。⑴采用正性調(diào)節(jié)機(jī)制更有效：因?yàn)檎婧嘶蚪M龐大，造成在不適當(dāng)位點(diǎn)出現(xiàn)特異68

因?yàn)槿祟?lèi)基因組3~4萬(wàn)個(gè)基因，需要細(xì)胞合成3~4萬(wàn)個(gè)阻遏蛋白。正性調(diào)節(jié)中大多數(shù)基因不結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白，只要細(xì)胞表達(dá)一組激活蛋白，就可使相關(guān)靶基因被激活。⑵采用負(fù)性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)：因?yàn)槿祟?lèi)基因組3~4萬(wàn)個(gè)基因，需要細(xì)胞合成369（四）轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行真核細(xì)胞是有核細(xì)胞，轉(zhuǎn)錄在胞核，翻譯在胞漿。因此，轉(zhuǎn)錄與翻譯產(chǎn)物的分布、定位等環(huán)節(jié)均可以被調(diào)控。（五）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工真核基因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故轉(zhuǎn)錄后剪接及修飾等過(guò)程更為復(fù)雜。（四）轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行真核細(xì)胞是有核細(xì)胞，轉(zhuǎn)錄在胞核，翻譯70三.RNAPolⅠ和PolⅢ轉(zhuǎn)錄體系的調(diào)節(jié)（了解）（一）RNAPolⅠ轉(zhuǎn)錄體系的調(diào)節(jié)

RNAPolⅠ的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有rRNA前體。在基因組中存有多套rRNA前體轉(zhuǎn)錄單位。

1.啟動(dòng)元件：人rRNA前體基因的啟動(dòng)子只有兩個(gè)元件，一個(gè)位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近，足以起始轉(zhuǎn)錄，稱(chēng)為核心元件或核心啟動(dòng)子。另一個(gè)位于起始點(diǎn)上游，可用于提高轉(zhuǎn)錄起始效率，稱(chēng)為上游控制元件(UCE)

(2)選擇性因子1(SL1):繼UBF1后與二個(gè)元件無(wú)序列特異性結(jié)合，促進(jìn)RNAPolⅠ結(jié)合啟動(dòng)子起始轉(zhuǎn)錄2.轉(zhuǎn)錄因子：PolⅠ需二種轉(zhuǎn)錄因子協(xié)助起始轉(zhuǎn)錄

(1)上游結(jié)合因子1(UBF1):既能與上游控制元件結(jié)合，又能特異性結(jié)合核心元件。三.RNAPolⅠ和PolⅢ轉(zhuǎn)錄體系的調(diào)節(jié)（了解）（一）RN71（二）RNAPolⅢ轉(zhuǎn)錄體系的控制

RNAPolⅢ能轉(zhuǎn)錄多種RNA的基因，生成tRNA、5SrRNA等多種RNA。tRNA和5SrRNA基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是啟動(dòng)子位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)下游的轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)，稱(chēng)為內(nèi)部控制區(qū)(ICR)。1.tRNA的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)

(1)調(diào)控元件：tRNA的內(nèi)部控制區(qū)主要有二種調(diào)控元件，既A盒(TGGCNNAGTGG)和B盒(GGTTCGANNCC)。

(2)轉(zhuǎn)錄因子：有二種。TFⅢC和TFⅢB,幫助RNAPolⅢ起始轉(zhuǎn)錄。

(3)起始過(guò)程：首先由TFⅢC結(jié)合A盒和B盒，然后TFⅢB結(jié)合于A盒上游，TFⅢC脫落，接著RNA聚合酶Ⅲ結(jié)合于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近開(kāi)始轉(zhuǎn)錄。（二）RNAPolⅢ轉(zhuǎn)錄體系的控制RNAPo722.5SrRNA的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)

(1)調(diào)控元件：與tRNA基因相同，A盒和B盒。

(2)轉(zhuǎn)錄因子：三種：TFⅢA、TFⅢB和TFⅢC

(3)轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程：首先由TFⅢA與內(nèi)部控制區(qū)結(jié)合，然后TFⅢC結(jié)合，再后TFⅢB結(jié)合，TFⅢA、TFⅢC脫落，接著RNA聚合酶Ⅲ結(jié)合于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近轉(zhuǎn)錄起始。

在轉(zhuǎn)錄中，真正的起始因子是TFⅢB，TFⅢA和TFⅢC起輔助因子作用。2.5SrRNA的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)(1)調(diào)控元件：與tRNA73四、

RNA

PolⅡ轉(zhuǎn)錄起始調(diào)節(jié)（重點(diǎn)）（一）順式作用元件影響基因轉(zhuǎn)錄活性1.啟動(dòng)子(promoter)★真核基因啟動(dòng)子是指RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周?chē)囊唤M轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個(gè)以上的功能組件。TATA盒GC盒CAAT盒

RNAPolⅡ的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是mRNA前體，其轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控和轉(zhuǎn)錄因子比前二者復(fù)雜。四、RNAPolⅡ轉(zhuǎn)錄起始調(diào)節(jié)（重點(diǎn)）（一）順式作用74CAAT盒

TATA盒結(jié)構(gòu)基因+1

決定基因表達(dá)的基礎(chǔ)水平①是RNApolII結(jié)合位點(diǎn)；②調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始的頻率及精確性。③轉(zhuǎn)錄因子TFⅡD結(jié)合位點(diǎn)。GC盒

上游啟動(dòng)子序列（UPS）-25-30-70-80-110轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)CAAT盒結(jié)構(gòu)基因+1決定基因表達(dá)的基礎(chǔ)水平①75※典型的啟動(dòng)子由TATA盒和上游的GC盒和CAAT盒組成。一般只有一個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，具有較高轉(zhuǎn)錄活性※不典型的啟動(dòng)子很多不含TATA盒，分為二類(lèi)：一類(lèi)是富含GC的啟動(dòng)子，一般有多個(gè)分離的轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)。另一類(lèi)是既不含TATA盒也沒(méi)有GC盒的啟動(dòng)子，可有一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，大多轉(zhuǎn)錄活性很低或無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。CCAAT盒GC盒TATA盒轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)高等真核生物上游激活序列（UAS）TATA盒轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)酵母※典型的啟動(dòng)子由TATA盒和上游的GC盒和CAAT盒組成。一762.增強(qiáng)子(enhancer)★指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基因的時(shí)間、空間特異性、增強(qiáng)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列。⑴由多個(gè)功能組件構(gòu)成，有些功能組件既可存在于增強(qiáng)子，又可存在于啟動(dòng)子，是特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合DNA的核心序列。

⑵增強(qiáng)子和啟動(dòng)子的作用相互依存，如果沒(méi)有增強(qiáng)子，啟動(dòng)子不能表現(xiàn)活性；如果沒(méi)有啟動(dòng)子，增強(qiáng)子也不能發(fā)揮作用。特點(diǎn)：2.增強(qiáng)子(enhancer)★指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基773.沉默子(silencer)某些基因的負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其與特異蛋白因子結(jié)合時(shí)，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。

⑶增強(qiáng)子和啟動(dòng)子常交錯(cuò)覆蓋或連接，所以有時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系，無(wú)法區(qū)分的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子樣結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱(chēng)啟動(dòng)子。3.沉默子(silencer)某些基因的負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其78（二）反式作用因子是重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白★1.轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類(lèi)（按功能特性）分為兩類(lèi)：

(1)基本轉(zhuǎn)錄因子(generaltranscriptionfactors)是RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子所必需的一組蛋白因子，決定三種RNA(mRNA、tRNA及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類(lèi)別。

在基本轉(zhuǎn)錄因子中，個(gè)別成分可為三種RNA聚合酶所共用，如：TFⅡD。大多數(shù)成分為不同RNA聚合酶所特有。如：TFⅡA、B、D、E、F、及TFⅡH是RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄所有mRNA所必需的。

大多數(shù)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子是以反式作用調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，故稱(chēng)為反式作用因子。簡(jiǎn)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄因子（TF)。（二）反式作用因子是重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白★1.轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分79(2)特異轉(zhuǎn)錄因子(specialtranscriptionfactors)為個(gè)別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因表達(dá)的時(shí)間、空間特異性。故稱(chēng)特異轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄激活因子：起轉(zhuǎn)錄激活作用，通常是一些增強(qiáng)子結(jié)合蛋白(EBP）。轉(zhuǎn)錄抑制因子：起轉(zhuǎn)錄抑制作用，多數(shù)是沉默子，少數(shù)是通過(guò)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，抵消轉(zhuǎn)錄激活因子或TFⅡD，降低它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)的濃度，抑制基因轉(zhuǎn)錄。特異轉(zhuǎn)錄因子分為兩類(lèi)：(2)特異轉(zhuǎn)錄因子(specialtranscriptio802.轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的結(jié)構(gòu)（了解）DNA結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域TF蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)結(jié)合域（二聚化結(jié)構(gòu)域）

谷氨酰胺富含域酸性激活域脯氨酸富含域所有轉(zhuǎn)錄因子至少有二個(gè)結(jié)構(gòu)域，DNA結(jié)合域和轉(zhuǎn)錄激活域，很多轉(zhuǎn)錄因子還有一個(gè)介導(dǎo)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的結(jié)構(gòu)域，最常見(jiàn)的是二聚化結(jié)構(gòu)域。最常見(jiàn)的是鋅指結(jié)構(gòu)及堿性α螺旋。2.轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的結(jié)構(gòu)（了解）DNA結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域81最常見(jiàn)的DNA結(jié)合域是：

①

鋅指(zincfinger)結(jié)構(gòu)：C——CysH——His常結(jié)合GC盒(1)DNA結(jié)合域：由60~100個(gè)氨基酸殘基組成。由30個(gè)氨基酸殘基組成，有2個(gè)Cys和2個(gè)His分別位于正四面體的頂角，與中心的鋅離子配價(jià)結(jié)合。Cys和His之間有12個(gè)氨基酸殘基，其中有幾個(gè)保守性殘基。最常見(jiàn)的DNA結(jié)合域是：①鋅指(zincfinger)82ZnCysHisZnCysHis83

2.堿性α-螺旋：常結(jié)合CAAT盒類(lèi)似的還有：堿性亮氨酸拉鏈和螺旋-環(huán)-螺旋。識(shí)別CAAT盒的轉(zhuǎn)錄因子CTF1（CAAT盒結(jié)合因子）的DNA結(jié)構(gòu)域是堿性α-螺旋2.堿性α-螺旋：常結(jié)合CAAT盒類(lèi)似的還有：堿性亮氨酸843.堿性亮氨酸拉鏈：是由兩組平行走向的帶亮氨酸的α螺旋形成的二聚體，每條鏈上的亮氨酸又規(guī)律的每隔6個(gè)氨基酸出現(xiàn)一次，亮氨酸側(cè)鏈基團(tuán)的分支，剛好互相交錯(cuò)排列，形成拉鏈狀結(jié)構(gòu)。3.堿性亮氨酸拉鏈：是由兩組平行走向的帶亮氨85二聚體4.堿性螺旋-環(huán)-螺旋：2個(gè)α螺旋之間有一個(gè)長(zhǎng)度可變得的連接區(qū)。二聚體4.堿性螺旋-環(huán)-螺旋：2個(gè)α螺旋之間有一個(gè)長(zhǎng)度可變得86（三）mRNA轉(zhuǎn)錄激活需轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成

首先由基本轉(zhuǎn)錄因子TFⅡD的成分—TATA盒結(jié)合蛋白(TBP)識(shí)別TATA盒或啟動(dòng)子，并有TBP相關(guān)因子(TAF)參與結(jié)合，形成TFⅡD-啟動(dòng)子復(fù)合物。然后在TFⅡA~F等基本轉(zhuǎn)錄因子參與下，RNA聚合酶Ⅱ與TFⅡB、TFⅡD聚合，形成前起始復(fù)合物(PIC)。

真核生物RNA聚合酶Ⅱ不能直接識(shí)別結(jié)合啟動(dòng)子，而是在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，形成的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。1.前起始復(fù)合物(PIC)的形成（三）mRNA轉(zhuǎn)錄激活需轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成87

結(jié)合了增強(qiáng)子的轉(zhuǎn)錄激活因子與前起始復(fù)合物中的TFⅡD接近，或通過(guò)TBP相關(guān)因子(TAF)與TFⅡD聯(lián)系，形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，RNA聚合酶Ⅱ啟動(dòng)mRNA轉(zhuǎn)錄。2.轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成結(jié)合了增強(qiáng)子的轉(zhuǎn)錄激活因子與前起始復(fù)合物中的88polⅡTFⅡHTAFTFⅡFTAFTAFTFⅡATFⅡBTBP真核RNA聚合酶Ⅱ在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，形成的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。TATADNATBP相關(guān)因子EBP增強(qiáng)子結(jié)合蛋白TFⅡD

真核生物RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成TFⅡD-啟動(dòng)子復(fù)合物

前起始復(fù)合物

轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物polⅡTFⅡHTAFTFⅡFTAFTAFTFⅡATFⅡBT89轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)就是對(duì)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物形成的調(diào)節(jié)*不同的DNA元件組合可產(chǎn)生多種類(lèi)型的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)方式；*多種轉(zhuǎn)錄因子又可結(jié)合相同或不同的DNA元件*轉(zhuǎn)錄因子與DNA元件結(jié)合后，對(duì)轉(zhuǎn)錄激活過(guò)程所產(chǎn)生的效果各異，有正性調(diào)節(jié)或負(fù)性調(diào)節(jié)之分。轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)：（了解）*特異轉(zhuǎn)錄因子不同，結(jié)合DNA前所形成的二聚體結(jié)合DNA的能力就不同。轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)就是對(duì)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物形成的調(diào)節(jié)*不同的DNA元件90五.RNAPolⅡ轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)（了解）（一）HIV基因組轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)

HIV是一種病毒基因，其表達(dá)需要一種抗終止蛋白Tat，Tat蛋白能與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物5′端特異RNA序列結(jié)合，并與宿主蛋白質(zhì)、RNAPolⅡ相互作用，使延長(zhǎng)中的RNA形成一定的二級(jí)結(jié)構(gòu)，阻止HIV基因過(guò)早終止轉(zhuǎn)錄。調(diào)節(jié)機(jī)制目前尚不清楚。五.RNAPolⅡ轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)（了解）（一）HIV基因組轉(zhuǎn)91真核細(xì)胞在受到環(huán)境溫度升高或其他應(yīng)急條件刺激時(shí)，可暫時(shí)停止大多數(shù)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，而啟動(dòng)一套熱休克蛋白(HSP)基因轉(zhuǎn)錄，以提高細(xì)胞生存能力。熱休克時(shí)，HSP的轉(zhuǎn)錄可在幾秒鐘內(nèi)由極低水平提高到最高水平。（二）熱休克蛋白的轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)真核細(xì)胞在受到環(huán)境溫度升高或其他應(yīng)急條件刺激時(shí)，可暫時(shí)停止大92六、轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)（一）hnRNA

加工成熟的調(diào)節(jié)

mRNA前體hnRNA在核內(nèi)進(jìn)行加工修飾的過(guò)程包括：加帽、加尾、剪接、堿基修飾和編輯等過(guò)程，其中剪接和編輯對(duì)某些基因的調(diào)節(jié)有一定作用。（二）mRNA運(yùn)輸、胞漿內(nèi)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)

mRNA的加工、運(yùn)輸及停留直至降解都是通過(guò)與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體復(fù)合物形式而進(jìn)行的。其運(yùn)輸及在胞漿內(nèi)的穩(wěn)定性與某些蛋白質(zhì)成分有關(guān)。通過(guò)調(diào)節(jié)某些RNA的穩(wěn)定性，可一定程度的控制相應(yīng)蛋白質(zhì)的合成量。六、轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)（一）hnRNA加工成熟的調(diào)節(jié)93七、翻譯水平以及翻譯后階段調(diào)節(jié)（了解）

蛋白質(zhì)合成速率的快慢變化，很大程度取決于起始水平，通過(guò)磷酸化調(diào)節(jié)起始因子活性，對(duì)起始階段有重要的控制作用。（一）翻譯起始因子活性主要通過(guò)磷酸化調(diào)節(jié)ATPeIF2αADPeIF2-P（失活）Pi

磷酸酶蛋白激酶轉(zhuǎn)錄起始受阻例如七、翻譯水平以及翻譯后階段調(diào)節(jié)（了解）蛋白94RNA結(jié)合蛋白（RBP）是指那些能與RNA特異序列結(jié)合的蛋白質(zhì)，基因表達(dá)的許多調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)如：轉(zhuǎn)錄終止、RNA剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)、胞漿內(nèi)穩(wěn)定性控制、翻譯起始等，都有RNA結(jié)合蛋白參與調(diào)節(jié)。（二）RNA結(jié)合蛋白參與了對(duì)翻譯的調(diào)節(jié)RNA結(jié)合蛋白（RBP）是指那些能與RNA特95（三）對(duì)翻譯產(chǎn)物水平及活性的調(diào)節(jié)可以快速調(diào)控基因表達(dá)新合成蛋白質(zhì)的半衰期長(zhǎng)短是決定蛋白質(zhì)生物學(xué)功能的重要影響因素。因此，通過(guò)對(duì)新生肽鏈的水解和運(yùn)輸，可以控制蛋白質(zhì)的濃度在特定的部位或亞細(xì)胞器保持在合適的水平。許多蛋白質(zhì)需要在合成后經(jīng)過(guò)特定的修飾才具有功能活性。通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)的可逆的磷酸化、甲基化、?；揎?，可以達(dá)到調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能的作用，是基因表達(dá)的快速調(diào)節(jié)方式。

（三）對(duì)翻譯產(chǎn)物水平及活性的調(diào)節(jié)可以快速調(diào)控基因表達(dá)新合成蛋96本章重點(diǎn)掌握的內(nèi)容:1.名詞：管家基因(housekeepinggene)、操縱子(operon)順式作用元件(cis-actingelement)、反式作用因子(trans-actingfctors)、啟動(dòng)子(promoter)、增強(qiáng)子(enhancer)、Pribnowbox2.問(wèn)題：(1)基因表達(dá)的特異性的類(lèi)型。

(2)基因激活調(diào)節(jié)的基本要素。（標(biāo)題）

(3)原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。（標(biāo)題）

(4)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)機(jī)制。（詳細(xì)）

(5)真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)。（大小標(biāo)題）

(6)真核基因順式作用元件的功能組件及其作用。本章重點(diǎn)掌握的內(nèi)容:1.名詞：管家基因(housekeepi97

主要內(nèi)容

一、基因表達(dá)調(diào)控基本概念

二、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理三、原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)

四、真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)主要內(nèi)容一、基因表達(dá)調(diào)控基本概念二、基因表達(dá)調(diào)98

目的要求

掌握

1.基因表達(dá)、管家基因、反式作用因子與順式作用元件的概念。2.原核生物乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)機(jī)制。

3.真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件:啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子

。熟悉

1.基因表達(dá)的時(shí)間特異性和空間特異性；基因表達(dá)的方式。2.基因表達(dá)調(diào)控的基本原理。3.原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控特點(diǎn)。4.真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)；RNApolⅡ轉(zhuǎn)錄起始調(diào)節(jié)。了解

1.基因表達(dá)調(diào)控為生物體生長(zhǎng)、發(fā)育所必需。2.原核生物轉(zhuǎn)錄終止和翻譯水平調(diào)節(jié)。

3.真核生物RNApolⅠ和Ⅲ轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，RNApolⅡ轉(zhuǎn)錄終止調(diào)解，轉(zhuǎn)錄后及翻譯后水平調(diào)節(jié)。

目的要求掌握1.基因表達(dá)、管家基因、反式作用因99第一節(jié)

基因表達(dá)調(diào)控的基本概念BasicConceptionsofGeneExpressionRegulation第一節(jié)

基因表達(dá)調(diào)控的基本概念BasicConcep100本節(jié)學(xué)習(xí)主要知識(shí)點(diǎn)：基因表達(dá)、管家基因的概念?；蚣盎蚪M的概念；基因表達(dá)的時(shí)間、空間特異性；基因表達(dá)的方式：基本表達(dá)、誘導(dǎo)和阻遏、協(xié)調(diào)表達(dá)。

本節(jié)學(xué)習(xí)主要知識(shí)點(diǎn)：基因表達(dá)、管家基因的概念。101

基因是攜帶特定遺傳信息的DNA片斷，其結(jié)構(gòu)組成有：DNA編碼序列、非編碼調(diào)節(jié)序列和內(nèi)含子?；蚴巧镞z傳的基本單位，也就是編碼一種RNA,進(jìn)而編碼一種多肽的信息單位。由mRNA反轉(zhuǎn)錄生成的cDNA也習(xí)慣上也稱(chēng)為“基因”，但不含有基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控序列，只含翻譯調(diào)控和多肽鏈編碼序列。一、基因表達(dá)是指基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過(guò)程（一）基因(gene)基因是攜帶特定遺傳信息的DNA片斷，其結(jié)構(gòu)組102（二）基因組(genome)

基因組是指一個(gè)細(xì)胞或病毒所攜帶的全部遺傳信息或整套基因。

原核生物和噬菌體的基因組是其單個(gè)環(huán)狀染色體所含的全部基因；真核生物基因組是指一個(gè)生物體的染色體所包含的全部DNA，稱(chēng)為染色體基因組。（二）基因組(genome)基因組是指一個(gè)103（三）基因表達(dá)(geneexpression)

不同生物的基因組含有不同數(shù)量的基因。細(xì)菌基因組約含4000個(gè)基因，人類(lèi)基因組約3萬(wàn)~4萬(wàn)個(gè)基因。所有基因并非同時(shí)表達(dá)，而是在某一特定時(shí)期或生長(zhǎng)階段，只有一小部分基因處于表達(dá)狀態(tài)，大部分基因不表達(dá)。

是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯從而生成具有生物學(xué)功能產(chǎn)物的過(guò)程。大多數(shù)基因經(jīng)過(guò)激活、轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子，使細(xì)胞或個(gè)體具有一定的功能或形態(tài)表型。（三）基因表達(dá)(geneexpression)104例如：

大腸桿菌通常只有5%的基因高表達(dá)，其余不表達(dá)或低表達(dá)。平時(shí)與細(xì)菌蛋白質(zhì)生物合成有關(guān)的延長(zhǎng)因子編碼基因表達(dá)活躍，而與DNA損傷修復(fù)有關(guān)的酶分子編碼基因很少表達(dá)；當(dāng)紫外線照射引起DNA損傷時(shí)，修復(fù)酶編碼基因表達(dá)活躍。說(shuō)明基因表達(dá)是在一定調(diào)控機(jī)制下進(jìn)行。生物體隨時(shí)調(diào)整不同基因的表達(dá)狀態(tài)，適應(yīng)環(huán)境，維持生長(zhǎng)。例如：大腸桿菌通常只有5%的基因高表達(dá)，其余105二、基因表達(dá)具有時(shí)間特異性和空間特異性所有生物基因表達(dá)都表現(xiàn)嚴(yán)格的時(shí)間和空間特異性（一）時(shí)間特異性多細(xì)胞生物在組織器官形成的各個(gè)不同發(fā)育階段相應(yīng)基因嚴(yán)格按一定時(shí)間順序開(kāi)啟或關(guān)閉，表現(xiàn)為與分化、發(fā)育階段一致的時(shí)間性。這種基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱(chēng)階段特異性(stagespecificity)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(chēng)為基因表達(dá)的時(shí)間特異性(temporalspecificity)。如細(xì)菌、病毒、噬菌體感染宿主后，隨感染階段發(fā)展，生長(zhǎng)環(huán)境變化，有些基因開(kāi)放，有些基因關(guān)閉。如AFP基因-胎兒肝C-成人肝C-肝癌肝C。二、基因表達(dá)具有時(shí)間特異性和空間特異性所有生物基因表達(dá)都表現(xiàn)106（二）空間特異性

在個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育的全過(guò)程中，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體的不同組織器官表達(dá)不一致，即按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱(chēng)為基因表達(dá)的空間特異性(spatialspecificity)。如編碼胰島素的基因只在胰島的β細(xì)胞中表達(dá)；肌漿蛋白基因在肌原細(xì)胞中高表達(dá)，而在成纖維細(xì)胞中幾乎不表達(dá)?；虮磉_(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)胞所在器官的分布決定的，所以基因表達(dá)的空間特異性又稱(chēng)為細(xì)胞特異性或組織特異性(cellortissuespecificity)。（二）空間特異性在個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育的全過(guò)程中，107三、基因表達(dá)的方式及調(diào)節(jié)存在很大差異

由于不同的基因?qū)?nèi)、外環(huán)境信號(hào)刺激的反應(yīng)不同，按對(duì)刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為基本表達(dá)和誘導(dǎo)阻遏表達(dá)。（一）基本表達(dá)有些基因在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，這類(lèi)基因通常被稱(chēng)為管家基因(housekeepinggene)如：三羧循環(huán)途徑中所有酶的編碼基因。1.管家基因三、基因表達(dá)的方式及調(diào)節(jié)存在很大差異由于不108管家基因的表達(dá)水平較少受環(huán)境因素的影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。這類(lèi)基因表達(dá)被稱(chēng)為基本表達(dá)或組成性基因表達(dá)(constitutivegeneexpression)。

基本表達(dá)的調(diào)節(jié)特點(diǎn)是：只受啟動(dòng)序列或啟動(dòng)子與RNA聚合酶相互作用的影響，不受其他機(jī)制調(diào)節(jié)。2.基本表達(dá)或組成性基因表達(dá)管家基因的表達(dá)水平較少受環(huán)境因素的影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階109（二）有些基因的表達(dá)受到環(huán)境變化的誘導(dǎo)和阻遏1.誘導(dǎo)：在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱(chēng)為可誘導(dǎo)基因?？烧T導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過(guò)程，稱(chēng)為誘導(dǎo)(induction)。如：DNA損傷時(shí)，修復(fù)酶基因被激活，修復(fù)酶被誘導(dǎo)增加。

表現(xiàn)為隨著環(huán)境信號(hào)的變化其表達(dá)增強(qiáng)或降低。（二）有些基因的表達(dá)受到環(huán)境變化的誘導(dǎo)和阻遏1.誘導(dǎo)：在特定110

2.阻遏：如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答時(shí)被抑制，這種基因是可阻遏基因?？勺瓒艋虮磉_(dá)產(chǎn)物水平降低的過(guò)程稱(chēng)為阻遏(repression)。如：當(dāng)細(xì)菌培養(yǎng)基中色氨酸供應(yīng)充足時(shí)，細(xì)菌體內(nèi)與色氨酸合成有關(guān)的酶編碼基因表達(dá)被抑制。

調(diào)控特點(diǎn)：可誘導(dǎo)或可阻遏基因既受啟動(dòng)子或啟動(dòng)序列與RNA聚合酶相互作用影響，又受其他機(jī)制調(diào)節(jié)。因其調(diào)控機(jī)制中通常含有特異刺激的反應(yīng)元件。2.阻遏：如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答時(shí)被111在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無(wú)論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)(coordinateexpression)。（三）生物體內(nèi)不同基因的表達(dá)受到協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)

例如：體內(nèi)每條代謝途徑中所需要的多種酶和轉(zhuǎn)運(yùn)作用物的多種蛋白質(zhì)的編碼基因被統(tǒng)一調(diào)節(jié)，使它們的分子比例適當(dāng)，以保證代謝的正常進(jìn)行。這種調(diào)節(jié)稱(chēng)為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinateregulation)。協(xié)調(diào)表達(dá)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無(wú)論其為何種表達(dá)方式112（一）適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖

生物體對(duì)不斷變化的內(nèi)、外環(huán)境的適應(yīng)能力，與某些蛋白質(zhì)分子功能有關(guān)，而某些功能蛋白質(zhì)的多少又取決于編碼這些蛋白質(zhì)分子的基因表達(dá)。通過(guò)一定的程序調(diào)控基因表達(dá)，可使生物體表達(dá)出合適的蛋白質(zhì)分子，從而適應(yīng)環(huán)境，維持生長(zhǎng)和繁殖。四、基因表達(dá)調(diào)控為生物體生長(zhǎng)、發(fā)育所必需（一）適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖生物體對(duì)不斷變113在多細(xì)胞生物個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育的不同階段，需要不同種類(lèi)和數(shù)量的蛋白質(zhì)。同一生長(zhǎng)發(fā)育階段，不同組織、器官內(nèi)蛋白質(zhì)分子的分布也有很大差異，這是由基因表達(dá)調(diào)控所決定的。（二）維持個(gè)體發(fā)育與分化

高等動(dòng)物各組織、器官的發(fā)育、分化都是由一些特定基因控制的，當(dāng)某種基因缺陷或表達(dá)異常時(shí)，出現(xiàn)相應(yīng)組織器官發(fā)育異常。在多細(xì)胞生物個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育的不同階段，需要不同種類(lèi)和數(shù)量的蛋114

第二節(jié)

基因表達(dá)調(diào)控的基本原理BasicPrinciplesofGeneExpressionRegulation第二節(jié)

基因表達(dá)調(diào)控的基本原理Bas115

本節(jié)學(xué)習(xí)主要知識(shí)點(diǎn)：基因表達(dá)調(diào)控最重要的環(huán)節(jié)是轉(zhuǎn)錄起始水平的調(diào)控；反式作用因子與順式作用元件的概念；基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)的基本要素；特異DNA序列的概念；操縱子的組成；啟動(dòng)序列和操縱序列的作用。本節(jié)學(xué)習(xí)主要知識(shí)點(diǎn)：基因表達(dá)調(diào)控116一、基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性基因激活拷貝數(shù)重排甲基化程度轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄后加工mRNA降解蛋白質(zhì)降解等蛋白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾轉(zhuǎn)錄起始基因表達(dá)的基本控制點(diǎn)

基因表達(dá)產(chǎn)物是蛋白質(zhì)，從DNA到蛋白質(zhì)的遺傳信息傳遞過(guò)程要經(jīng)過(guò)多個(gè)層次，每個(gè)層次都具有調(diào)控作用，稱(chēng)為基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控：基因表達(dá)調(diào)控是在遺傳信息傳遞的各個(gè)水平上進(jìn)行—多級(jí)調(diào)控。其中最重要的是轉(zhuǎn)錄起始水平的調(diào)控一、基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性基因激活轉(zhuǎn)錄起始蛋白質(zhì)降117（一）特異DNA序列決定基因的轉(zhuǎn)錄活性二、基因轉(zhuǎn)錄激活受到轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白與啟動(dòng)子相互作用的調(diào)節(jié)

與基因表達(dá)調(diào)節(jié)有關(guān)的因素包括：基因的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，生物個(gè)體或細(xì)胞所處的內(nèi)、外環(huán)境，以及細(xì)胞內(nèi)所存在的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白，其中與轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)有關(guān)的要素有以下幾個(gè)方面：

特異DNA序列主要是指具有調(diào)節(jié)功能的DNA序列，它與基因特異的表達(dá)方式有關(guān)。（一）特異DNA序列決定基因的轉(zhuǎn)錄活性二、基因轉(zhuǎn)錄激活受到轉(zhuǎn)1181.原核生物的基因表達(dá)調(diào)控啟動(dòng)序列操縱序列兩個(gè)以上編碼序列其他調(diào)節(jié)序列大多數(shù)基因表達(dá)調(diào)控是通過(guò)操縱子機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。操縱子（operon）組成☆在基因組中成簇串聯(lián)排列。1.原核生物的基因表達(dá)調(diào)控啟動(dòng)序列大多數(shù)基因表達(dá)調(diào)控是通過(guò)操119原核生物

蛋白質(zhì)因子——操縱子(operon)

機(jī)制特異DNA序列編碼序列

啟動(dòng)序列

操縱序列

其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)原核生物蛋白質(zhì)因子——操縱子(operon)120是RNA聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。通常含有一些相似性序列，稱(chēng)為共有序列(1)啟動(dòng)序列RNA轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)-10區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAraBADTTGACATATAAT共有序列(Pribnowbox)是RNA聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。通常含有一些相121共有序列(consensussequence)中的任一堿基突變或變異，都會(huì)影響RNA聚合酶與啟動(dòng)序列結(jié)合及轉(zhuǎn)錄起始。所以共有序列決定啟動(dòng)序列的轉(zhuǎn)錄活性大小。(2)編碼序列：編碼蛋白質(zhì)的DNA序列—結(jié)構(gòu)基因。共有序列(consensussequence)中的任一堿基122(3)操縱序列

——阻遏蛋白(repressor)的結(jié)合位點(diǎn)當(dāng)阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合時(shí)，會(huì)阻礙RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，或使RNA聚合酶不能沿DNA向前移動(dòng)，阻礙轉(zhuǎn)錄。導(dǎo)致負(fù)性調(diào)節(jié)。啟動(dòng)序列編碼序列操縱序列pol阻遏蛋白(3)操縱序列當(dāng)阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合時(shí)，會(huì)阻礙RNA聚合123(4)

其他調(diào)節(jié)序列例如:激活蛋白(activator)可結(jié)合啟動(dòng)序列鄰近的DNA序列，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶活性。導(dǎo)致正性調(diào)節(jié)。2.真核生物基因表達(dá)調(diào)控：——可結(jié)合激活蛋白的特異DNA序列

絕大多數(shù)真核基因的調(diào)控機(jī)制普遍涉及編碼基因兩側(cè)的DNA序列—順式作用元件。(4)其他調(diào)節(jié)序列例如:激活蛋白(activator)可結(jié)124真核生物1、順式作用元件(cis-actingelement)★——可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列RNA聚合酶ⅡBADNA編碼序列轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)mRNARNA聚合酶ⅡBADNA轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)mRNA圖13-2順式作用元件A.B序列是調(diào)節(jié)該基因轉(zhuǎn)錄活性的順式作用元件真核生物1、順式作用元件(cis-actingelemen125順式作用元件的特點(diǎn)及種類(lèi)不同基因具有各自不同的順式作用元件；在不同真核生物的順式作用元件中也常發(fā)現(xiàn)一些共有序列，如TATA盒、CAAT盒等；這些共有序列就是順式作用元件的核心序列，是RNA聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。順式作用元件根據(jù)在基因中的位置、激活作用性質(zhì)及作用方式分為啟動(dòng)子、增強(qiáng)子和沉默子等。順式作用元件的特點(diǎn)及種類(lèi)不同基因具有各自不同的順式作用元件；126TATA盒

CAAT盒GC盒

增強(qiáng)子

順式作用元件

結(jié)構(gòu)基因-GCGC---CAAT---TATA轉(zhuǎn)錄起始真核生物啟動(dòng)子保守序列TATA盒CAAT盒GC盒增強(qiáng)子順式作用元件結(jié)127（二）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白可增強(qiáng)或抑制轉(zhuǎn)錄活性

1.原核基因調(diào)節(jié)蛋白：分為三類(lèi)：特異因子、阻遏蛋白和激活蛋白，都是DNA結(jié)合蛋白。

(1)特異因子：是決定RNA聚合酶對(duì)一個(gè)或一套啟動(dòng)序列的特異性識(shí)別和結(jié)合能力的蛋白因子。如σ因子。(2)阻遏蛋白（repressors）：可識(shí)別、結(jié)合特異DNA序列—操縱序列，抑制基因轉(zhuǎn)錄。介導(dǎo)負(fù)性調(diào)節(jié)（二）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白可增強(qiáng)或抑制轉(zhuǎn)錄活性1.128(3)激活蛋白(activator)：可結(jié)合啟動(dòng)序列鄰近的DNA序列，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶活性。

如：分解代謝物基因激活蛋白(catabolitegeneactivatorprotein,ACP)