（中職）生物化學(xué)基礎(chǔ)第十章教學(xué)課件高教版

生物化學(xué)基礎(chǔ)第十章第十章蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成過程即遺傳信息傳遞中心法則的翻譯過程，是按照轉(zhuǎn)錄合成的mRNA分子中核苷酸組成的密碼子信息合成蛋白質(zhì)的過程。其本質(zhì)是將核苷酸編碼的遺傳信息通過一系列原料、酶、蛋白因子及相應(yīng)的環(huán)境解讀為具有一定空間結(jié)構(gòu)或一定活性的蛋白質(zhì)的過程。知識小課堂1.掌握mRNA、tRNA、rRNA在蛋白質(zhì)合成中的作用，蛋白質(zhì)生物合成的基本過程。2.熟悉參與蛋白質(zhì)生物合成的原料、酶及其作用。3.了解蛋白質(zhì)生物合成后的加工修飾和輸送的方式。學(xué)習(xí)目標(biāo)10.1蛋白質(zhì)生物合成的體系10.1.1合成原料人體內(nèi)蛋白質(zhì)合成的基本原料是20種編碼氨基酸。此外，合成過程中還需要有ATP或GTP提供能量，以及Mg2+和K+的參與。1.氨基酰-tRNA合成酶在ATP存在的情況下，氨基酰-tRNA合成酶催化氨基酸與其對應(yīng)的tRNA結(jié)合，使該氨基酸活化生成氨基酰-tRNA。2.轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶位于核糖體大亞基內(nèi)，能夠催化“P位”的肽?；D(zhuǎn)移至“A位”的氨基酰-tRNA的氨基上，使?；桶被纬呻逆I而縮合。3.轉(zhuǎn)位酶延長因子具有轉(zhuǎn)位酶活性，可催化核糖體向mRNA3′-端移動一個(gè)密碼子的位置。10.1.2酶和蛋白因子（2）EF。EF是多肽鏈延長過程中發(fā)揮作用的蛋白因子。原核生物有3種延長因子，分別為EF-Tu、EF-Ts和EF-G。（3）RF。RF是能夠識別mRNA上終止密碼的蛋白因子，同時(shí)還具有誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)化為酯酶活性。4.蛋白因子蛋白因子包括起始因子（IF）、延長因子（EF）及釋放因子（RF）。（1）IF。IF是與多肽鏈合成起始相關(guān)的蛋白因子。原核生物中存在3種起始因子，分別為IF-1、IF-2、IF-3。1.mRNA的作用mRNA是蛋白質(zhì)生物合成的直接模板，在原核生物中，每種mRNA常攜帶多種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)編碼信息，這些編碼信息構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，指導(dǎo)多條多肽鏈合成，稱為多順反子，轉(zhuǎn)錄后即成為成熟的翻譯模板。在mRNA的開放閱讀框架區(qū)，每3個(gè)相鄰的核苷酸為一組形成三聯(lián)體，代表一種氨基酸或者一種信息，稱為遺傳密碼或密碼子。密碼子UAA、UAG、UGA不作為任何氨基酸編碼信號，而作為多肽鏈合成的終止信號，稱為終止密碼子。密碼子編碼氨基酸排列順序的重要特點(diǎn)如表10-1所示。10.1.33種RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的作用（1）方向性。mRNA中密碼子的排列有一定的方向性，翻譯時(shí)從mRNA的起始密碼子AUG開始，按5′→3′的方向逐一閱讀，直至終止密碼子。（2）連續(xù)性。mRNA序列上密碼子的排列是連續(xù)的，沒有任何分割的標(biāo)志。因此，翻譯起始時(shí)從起始密碼子AUG開始，每3個(gè)單核苷酸為1個(gè)密碼子依次向3′-端延伸，直到終止密碼子為止。（3）簡并性。一種氨基酸可有兩個(gè)或兩個(gè)以上的密碼子為其編碼，這一特性稱為密碼子的簡并性。在20種氨基酸中，除色氨酸和蛋氨酸各有一個(gè)密碼子與之對應(yīng)外，其余的氨基酸都有2～6個(gè)密碼子與之對應(yīng)。同一氨基酸所對應(yīng)的不同密碼子稱為簡并密碼子或同義密碼子。（4）通用性。在一般情況下，簡單的病毒到細(xì)菌，再到人類，幾乎使用的是同一套遺傳密碼表，基本上適用于生物界的所有物種，稱為遺傳密碼的通用性。但在某些動物細(xì)胞的線粒體及植物細(xì)胞的葉綠體中，遺傳密碼的通用性存在例外情況，如線粒體的起始密碼子是AUA，終止密碼子為AGA、AGG。（5）擺動性。mRNA中的密碼子與tRNA中的反密碼子在配對識別時(shí)有時(shí)不完全遵守堿基配對原則，mRNA上的密碼子的第3位堿基與tRNA上的反密碼子的第1位堿基不嚴(yán)格互補(bǔ)，也可以相互識別，稱為密碼子的擺動性。2.tRNA的作用tRNA具有兩個(gè)關(guān)鍵部位：一個(gè)是氨基酸結(jié)合部位，另一個(gè)是mRNA結(jié)合部位。tRNA的功能是在蛋白質(zhì)生物合成中作為氨基酸的載體，通過其反密碼子識別mRNA的密碼子，將其所攜帶的氨基酸準(zhǔn)確地運(yùn)送到核糖體中完成蛋白質(zhì)的合成。3.rRNA的作用在蛋白質(zhì)生物合成中，rRNA并不能單獨(dú)起作用，它們需與核糖體蛋白結(jié)合構(gòu)成核糖體，核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所。核糖體由大、小亞基組裝而成。核糖體中的rRNA能夠與mRNA在核糖體中堿基互補(bǔ)配對結(jié)合，核糖體沿著mRNA5′→3′方向閱讀遺傳密碼。如圖10-1所示，原核生物核糖體有3個(gè)位點(diǎn)，第一個(gè)稱為受位或A位，能結(jié)合氨基酰-tRNA；第二個(gè)稱為給位或P位，能結(jié)合肽酰-tRNA；第三個(gè)稱為E位，是排出空載tRNA的排出位。圖10-1核糖體的結(jié)構(gòu)10.2.1氨基酸的活化在合成多肽鏈之前，氨基酸必須先經(jīng)過活化，然后與其特異的tRNA結(jié)合，運(yùn)輸?shù)絤RNA相應(yīng)的位置上，這個(gè)過程靠氨基酰-tRNA合成酶催化。此酶催化特定的氨基酸與特異的tRNA相結(jié)合，生成各種氨基酰-tRNA。此反應(yīng)使氨基酸羧基活化，并使活化氨基酸轉(zhuǎn)移到tRNA3′-端CCA—OH上，形成氨基酸的活性形式——氨基酰-tRNA。10.2蛋白質(zhì)生物合成的過程原核生物的蛋白質(zhì)合成過程包括起始、延長和終止3個(gè)階段。這3個(gè)階段都是在核糖體上完成的，稱為核糖體循環(huán)。1.起始階段翻譯過程的起始階段是指模板mRNA和起始的氨基酰-tRNA結(jié)合到核糖體上形成起始復(fù)合物的過程。原核生物蛋白質(zhì)合成的起始階段如圖10-2所示。（1）核糖體大、小亞基的分離。（2）mRNA在小亞基上準(zhǔn)確定位結(jié)合。10.2.2肽鏈的合成——核糖體循環(huán)圖10-2原核生物蛋白質(zhì)合成的起始階段（3）起始氨基酰-tRNA的結(jié)合。甲酰甲硫氨酰-tRNA（fMet-tRNAfMet，f代表甲?；┙Y(jié)合到核糖體小亞基P位與IF-2及GTP形成復(fù)合體，識別位于小亞基P位mRNA序列上的起始密碼子AUG，而起始時(shí)的A位被IF-1占據(jù)，不與任何氨基酰-tRNA結(jié)合。（4）核糖體大、小亞基的結(jié)合。結(jié)合了mRNA、fMet-tRNAfMet的小亞基與大亞基重新結(jié)合，同時(shí)與IF-2結(jié)合的GTP被水解，釋放能量促使各種IF釋放，形成由核糖體大、小亞基及mRNA、fMet-tRNAfMet組成的翻譯起始復(fù)合物。此時(shí)，fMet-tRNAfMet識別密碼子AUG并結(jié)合于P位而A位空缺，為延長階段做好了準(zhǔn)備。2.延長階段翻譯的延長階段是指在翻譯起始復(fù)合物的基礎(chǔ)上，不同的氨基酰-tRNA按照mRNA序列上的密碼子的順序逐一排列并形成多肽鏈的過程。這一階段是在核糖體上連續(xù)進(jìn)行的，分為3個(gè)步驟，即進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位，如圖10-3所示。延長過程需要延長因子的參與。（1）進(jìn)位。進(jìn)位又稱注冊，是指相應(yīng)的氨基酰-tRNA按照mRNA模板中密碼子的指令進(jìn)入并結(jié)合到核糖體A位的過程。在翻譯起始復(fù)合物形成后，核糖體P位已被fMet-tRNAfMet占據(jù)，A位空缺。此時(shí)，與A位對應(yīng)mRNA的第2個(gè)密碼子相應(yīng)的氨基酰-tRNA和EF-Tu、GTP形成復(fù)合物，EF-Ts分離。圖10-3原核生物蛋白質(zhì)合成的延長階段（2）成肽。在轉(zhuǎn)肽酶的作用下，大亞基P位上的起始氨基酰-tRNA所攜帶的N-甲酰甲硫氨酰基（真核生物為甲硫氨?；┺D(zhuǎn)移到A位，并與A位氨基酰-tRNA上的氨基結(jié)合形成肽鍵。（3）轉(zhuǎn)位。在轉(zhuǎn)位酶的催化下，核糖體向mRNA3′-端移動1個(gè)密碼子的距離，從而使A位的肽酰-tRNA移入P位。延長因子EF-G具有轉(zhuǎn)位酶和GTP水解酶活性，結(jié)合GTP并水解釋放能量，卸載的tRNA進(jìn)入E位，A位空出，以提供對應(yīng)下一個(gè)mRNA密碼子的氨基酰-tRNA入位。每進(jìn)行一次進(jìn)位、成肽、轉(zhuǎn)位，則使新合成的肽鏈增加一個(gè)氨基酸殘基，每增加一個(gè)氨基酸殘基需消耗2分子GTP。核糖體沿著mRNA模板從5′-端向3′-端閱讀遺傳密碼并合成肽鏈，直到終止密碼出現(xiàn)在核糖體A位時(shí)終止。3.終止階段肽鏈合成的終止是指核糖體沿著mRNA模板從5′-端向3′-端移動，直到出現(xiàn)終止密碼子后停止合成，合成的肽鏈從肽酰-tRNA上釋放出來，mRNA、核糖體大、小亞基相互分離，如圖10-4所示。該過程需要釋放因子RF的參與。當(dāng)多肽鏈合成至A位出現(xiàn)終止密碼子時(shí)，沒有與終止密碼子所對應(yīng)的氨基酰-tRNA，只有釋放因子RF可與其辨認(rèn)并進(jìn)入A位。結(jié)合的RF可誘導(dǎo)轉(zhuǎn)位酶的構(gòu)象發(fā)生改變，發(fā)揮酯酶活性，水解新合成的肽鏈與tRNA之間的酯鍵，釋放肽鏈。圖10-4原核生物蛋白質(zhì)合成的終止階段當(dāng)多肽鏈合成至A位出現(xiàn)終止密碼子時(shí)，沒有與終止密碼子所對應(yīng)的氨基酰-tRNA，只有釋放因子RF可與其辨認(rèn)并進(jìn)入A位。結(jié)合的RF可誘導(dǎo)轉(zhuǎn)位酶的構(gòu)象發(fā)生改變，發(fā)揮酯酶活性，水解新合成的肽鏈與tRNA之間的酯鍵，釋放肽鏈。GTP可以提供能量，使tRNA及RF釋放，使核糖體與mRNA模板分離。蛋白質(zhì)生物合成的起始、延長、終止3個(gè)階段反復(fù)進(jìn)行，可以得到長短不一、尚未成熟的蛋白質(zhì)多肽鏈，如圖10-5所示。圖10-5蛋白質(zhì)的生物合成過程體外蛋白質(zhì)的合成1961年，美國生物學(xué)家尼倫伯格和馬太合成了由許多尿苷酸連接成的、被稱為“多聚尿苷酸UUUU……”的長鏈，他們把這條人工合成的長鏈加入含有多種氨基酸、酶、核糖體和一些合成蛋白質(zhì)所需要的其他物質(zhì)的溶液中。溶液中形成了一條只有苯丙氨酸連接而成的多肽鏈。因此，尼倫伯格和馬太確認(rèn)苯丙氨酸的三聯(lián)體密碼是UUU。知識鏈接新合成的多肽鏈并不具有生物學(xué)活性，必須經(jīng)過復(fù)雜的加工和修飾才能轉(zhuǎn)變成具有一定空間構(gòu)象和一定生物學(xué)活性的蛋白質(zhì)，這一過程稱為蛋白質(zhì)翻譯后的加工修飾。在胞質(zhì)中合成的各種蛋白質(zhì)還需要定向輸送到特定的組織細(xì)胞部位才能發(fā)揮生物學(xué)活性，稱為靶向輸送。10.2.3翻譯后的加工修飾和輸送01020304（1）N-端甲酰甲硫氨酸或甲硫氨酸的切除。N-端甲酰甲硫氨酸是多肽鏈合成的起始氨基酸。（3）二硫鍵的形成。二硫鍵的形成是指由專一性的氧化酶催化，將—SH氧化為—S—S—。（2）個(gè)別氨基酸的修飾。個(gè)別氨基酸的修飾是指由專一性的酶催化一些氨基酸進(jìn)行修飾。（4）肽段的切除。肽段的切除是指由專一性的蛋白酶催化，將部分肽段切除，生成有活性的肽鏈。1.一級結(jié)構(gòu)加工修飾（1）構(gòu)象的形成。在折疊酶、輔助酶及分子伴侶的協(xié)助下，多肽鏈形成特定的空間構(gòu)象。（2）亞基的聚合。具有亞基的蛋白質(zhì)需要通過非共價(jià)鍵將亞基聚合為寡聚體，形成蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。（3）輔基的連接。各種結(jié)合蛋白質(zhì)，如糖蛋白、脂蛋白、金屬蛋白等帶輔基的蛋白質(zhì)是通過多肽鏈合成后進(jìn)一步與輔基連接而形成的具有活性的結(jié)合蛋白。2.高級結(jié)構(gòu)的形成3.靶向輸送蛋白質(zhì)合成后，被定向地輸送到其發(fā)揮功能的場所。所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中都存在位于N-端的特異氨基酸序列作為分選信號，其可引導(dǎo)蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)教囟ńM織細(xì)胞的靶位置，這類序列稱為信號序列。在大多數(shù)情況下，被輸送的蛋白質(zhì)分子需穿過膜性結(jié)構(gòu)才能到達(dá)特定的地點(diǎn)。因此，在這些蛋白質(zhì)分子的氨基端一般都帶有一段疏水的肽段，稱為信號肽。常見的信號肽由13～36個(gè)氨基酸殘基組成。分泌型蛋白質(zhì)的定向輸送就是靠信號肽與胞質(zhì)中的信號肽識別粒子（SRP）相互識別并特異結(jié)合，然后通過SRP與膜上的對接蛋白（DP）相互識別并結(jié)合后，將所攜帶的蛋白質(zhì)送出細(xì)胞的。1.分子病分子病是基因突變導(dǎo)致的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)或合成量的異常所引起的疾病。實(shí)際上，任何由遺傳因素引起的蛋白質(zhì)功能異常所帶來的疾病都是分子病，但習(xí)慣上把酶蛋白分子催化功能異常引起的疾病歸屬于先天性代謝缺陷，而把除酶蛋白以外的其他蛋白質(zhì)異常引起的疾病稱為分子病。臨床上常見的分子病包括鐮狀細(xì)胞貧血、血紅蛋白病、各種血漿白蛋白異常、球蛋白異常、脂蛋白異常、銅藍(lán)蛋白異常、轉(zhuǎn)鐵蛋白異常、補(bǔ)體異常、受體蛋白異常等。10.2.4蛋白質(zhì)的生物合成與醫(yī)學(xué)2.影響蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)（1）抗生素。許多抗生素都是以直接抑制細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成而對人體不良反應(yīng)最小為目的制成的，它們可作用于蛋白質(zhì)生物合成的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括抑制起始因子、延長因子及核糖體的作用等。（2）其他干擾蛋白質(zhì)合成的物質(zhì)。白喉霉素是由白喉?xiàng)U菌所產(chǎn)生的真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成抑制劑。白喉霉素實(shí)際上是由寄生于白喉?xiàng)U菌體內(nèi)的溶源性噬菌體β基因編碼的，由白喉?xiàng)U菌轉(zhuǎn)運(yùn)分泌出來再進(jìn)入組織細(xì)胞內(nèi)。干擾素（interferon，IFN）是病毒感染后，感染病毒的細(xì)胞合成和分泌的一種小分子蛋白質(zhì)。機(jī)體可從白細(xì)胞中得到α-干擾素，從成纖維細(xì)胞中得到β-干擾素，從免疫細(xì)胞中得到γ-干擾素?；虮磉_(dá)調(diào)控是指生物體內(nèi)控制細(xì)胞基因表達(dá)的分子機(jī)制。1961年，雅各布（F.Jacob）和莫諾德（J.Monod）提出了基因表達(dá)調(diào)控的操縱子學(xué)說，開創(chuàng)了基因表達(dá)調(diào)控研究的新紀(jì)元。通過對基因表達(dá)調(diào)控的研究，人們不僅能認(rèn)識一個(gè)受精卵是如何發(fā)育成一個(gè)完整的個(gè)體的，還能了解具有相同遺傳信息的不同組織細(xì)胞為什么可以產(chǎn)生各自特有的蛋白質(zhì)產(chǎn)物。細(xì)胞的生長和增殖是細(xì)胞最基本而又重要的行為，也是一個(gè)受多種因素精細(xì)調(diào)控的復(fù)雜過程。癌基因和抑癌基因作為細(xì)胞生長和增殖的調(diào)控基因，在功能上相互拮抗、相互協(xié)調(diào)，當(dāng)兩類基因中任何一種或它們共同變化時(shí)，都可引起細(xì)胞增殖失去控制而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。10.3基因表達(dá)調(diào)控1.基因表達(dá)的概念基因表達(dá)是指在一定調(diào)節(jié)因素的作用下，DNA分子上特定的基因被激活并轉(zhuǎn)錄生成RNA，或由此引起蛋白質(zhì)合成的過程，即基因轉(zhuǎn)錄及翻譯過程。不同生物的基因組含有不同數(shù)量的基因，如細(xì)菌的基因組約含4000個(gè)基因，人類基因組含2萬～2.5萬個(gè)基因。在某一特定時(shí)期或生長階段，基因組中只有小部分基因處于表達(dá)狀態(tài)。例如，大腸埃希菌通常只有約5%的基因處于高水平轉(zhuǎn)錄活性狀態(tài)，其余大多數(shù)基因不表達(dá)或表達(dá)水平極低。10.3.1基因表達(dá)調(diào)控的基本概念2.基因表達(dá)調(diào)控的概念基因表達(dá)調(diào)控是指在基因表達(dá)的不同階段控制基因表達(dá)速率和產(chǎn)量的過程。例如，轉(zhuǎn)錄時(shí)可通過控制mRNA的拷貝數(shù)來調(diào)節(jié)基因表達(dá)產(chǎn)物的量。基因表達(dá)調(diào)控可見于從基因激活到蛋白質(zhì)生物合成的各個(gè)階段，包括轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯水平及翻譯后水平的調(diào)控，但以轉(zhuǎn)錄水平的基因表達(dá)調(diào)控最重要。基因表達(dá)具有兩個(gè)基本特點(diǎn)，即時(shí)間特異性和空間特異性。1.基因表達(dá)的時(shí)間特異性按功能需要，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，稱為基因表達(dá)的時(shí)間特異性。例如，在生物體的不同發(fā)育階段，都會有不同的基因嚴(yán)格按照自己特定的時(shí)間順序開啟或關(guān)閉，表現(xiàn)為與分化和發(fā)育相一致的時(shí)間特異性?；虮磉_(dá)的時(shí)間特異性可作為判斷生物體是否異常的標(biāo)志。例如，編碼甲胎蛋白（AFP）的基因在胎兒肝細(xì)胞中活躍表達(dá)，合成大量的甲胎蛋白；但成年后這一基因就很少表達(dá)或不表達(dá)，幾乎檢測不到AFP。10.3.2基因表達(dá)的特點(diǎn)2.基因表達(dá)的空間特異性在個(gè)體生長發(fā)育的全過程中，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體不同組織空間出現(xiàn)，稱為基因表達(dá)的空間特異性，使不同的組織細(xì)胞發(fā)揮不同的生理功能?；虮磉_(dá)的空間特異性可作為判斷機(jī)體組織或器官是否異常的標(biāo)志。例如，編碼心肌肌鈣蛋白I（cTnI）的基因主要在心肌細(xì)胞中表達(dá)，在骨骼肌細(xì)胞中不表達(dá)，當(dāng)心肌損傷時(shí)，存在于心肌細(xì)胞中的cTnI隨細(xì)胞的壞死釋放入血，使血漿中cTnI的含量增高。因此，臨床上將cTnI作為診斷心肌梗死的標(biāo)志物?；虮磉_(dá)的基本方式有兩種，即組成性表達(dá)和適應(yīng)性表達(dá)。1.組成性表達(dá)組成性表達(dá)是指生物體內(nèi)不受環(huán)境變化影響的一類基因表達(dá)。這類基因表達(dá)的產(chǎn)物是細(xì)胞或生物體整個(gè)生命過程中都持續(xù)需要而必不可少的。2.適應(yīng)性表達(dá)適應(yīng)性表達(dá)是指生物體內(nèi)易受環(huán)境影響的一類基因表達(dá)。適應(yīng)環(huán)境條件變化基因表達(dá)水平增高的現(xiàn)象稱為誘導(dǎo)性表達(dá)，相應(yīng)的基因稱為可誘導(dǎo)基因；隨環(huán)境條件變化基因表達(dá)水平降低的現(xiàn)象稱為阻遏性表達(dá)，相應(yīng)的基因稱為可阻遏基因。10.3.3基因表達(dá)的基本方式1.適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖生物體處在不斷變化的環(huán)境中，為了適應(yīng)各種環(huán)境變化，生物體必須通過調(diào)整自身狀態(tài)對內(nèi)、外環(huán)境的變化做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。例如，當(dāng)葡萄糖供應(yīng)充足時(shí)，細(xì)菌中與葡萄糖代謝有關(guān)的酶編碼基因表達(dá)增強(qiáng)，而與其他糖類代謝有關(guān)的酶編碼基因關(guān)閉。2.維持細(xì)胞分化與個(gè)體發(fā)育多細(xì)胞生物在生長發(fā)育的不同階段對蛋白質(zhì)種類和含量的要求不同，為了適應(yīng)這種需求，生物體就需要對基因表達(dá)譜及表達(dá)量做出調(diào)整，這也是通過基因表達(dá)調(diào)控實(shí)現(xiàn)的。10.3.4基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義原核生物的細(xì)胞沒有細(xì)胞核，亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)及其基因組也比真核生物簡單。因此，原核生物基因表達(dá)調(diào)控有其自身的特點(diǎn)。10.3.5原核生物的基因表達(dá)調(diào)控01020304（1）RNA聚合酶。基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的啟動過程就是RNA聚合酶與特異的啟動子相互識別和結(jié)合的過程。（3）阻遏因子。阻遏因子能夠與其特異的操縱基因元件相識別并結(jié)合，阻斷基因的表達(dá)。（2）σ因子。σ因子主要參與RNA聚合酶對特異啟動子的識別作用。（4）激活因子。激活因子能夠介導(dǎo)或促進(jìn)特異基因的表達(dá)，常見的是cAMP受體蛋白或分解產(chǎn)物基因激活蛋白。1.參與原核生物基因表達(dá)調(diào)控的蛋白因子2.原核生物基因表達(dá)調(diào)控模式——操縱子1961年，雅各布和莫諾德在研究大腸埃希菌乳糖分解代謝的調(diào)控機(jī)制時(shí)，首次發(fā)現(xiàn)并提出了操縱子的概念。在原核生物中，若干結(jié)構(gòu)基因可串聯(lián)在一起，其表達(dá)受到同一調(diào)控系統(tǒng)的調(diào)控，這種基因的組織形式稱為操縱子，是原核生物基因表達(dá)調(diào)控的主要模式。（1）操縱子的基本結(jié)構(gòu)。典型的操縱子可分為控制區(qū)和信息區(qū)兩部分（見圖10-6）。常見的控制區(qū)由3種調(diào)控元件組成。①調(diào)節(jié)基因（R），為阻遏因子或調(diào)節(jié)蛋白的編碼基因。②啟動基因（P），即啟動子，為RNA聚合酶的識別與結(jié)合區(qū)。③操縱基因（O），為阻遏因子或調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)。信息區(qū)由若干功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起構(gòu)成。圖10-6乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)與調(diào)控機(jī)制（2）乳糖操縱子的調(diào)控機(jī)制。大腸埃希菌乳糖操縱子參與細(xì)菌乳糖分解代謝相關(guān)的3個(gè)酶基因的表達(dá)調(diào)控。乳糖操縱子的控制區(qū)包括調(diào)節(jié)基因或抑制基因（I），啟動基因和操縱基因；其信息區(qū)則是由3種與乳糖分解代謝相關(guān)的基因，即β-半乳糖苷酶基因（lacZ）、透酶基因（lacY）和乙?；D(zhuǎn)移酶基因（lacA）串聯(lián)在一起構(gòu)成的。①阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)。在沒有乳糖存在時(shí)，乳糖操縱子處于阻遏狀態(tài)。此時(shí)，I表達(dá)的阻遏蛋白與O序列結(jié)合，阻礙RNA聚合酶與P序列結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄啟動。當(dāng)有乳糖存在時(shí)，乳糖操縱子即可被誘導(dǎo)。乳糖經(jīng)透酶催化轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)細(xì)胞，再經(jīng)原有的少量β-半乳糖苷酶催化，轉(zhuǎn)變?yōu)閯e乳糖。②CAP的正性調(diào)節(jié)。CAP是同二聚體，分子中有DNA結(jié)合區(qū)和cAMP結(jié)合位點(diǎn)。當(dāng)沒有葡萄糖時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的cAMP濃度增高，cAMP與CAP結(jié)合，使CAP活化，活化的CAP結(jié)合在乳糖操縱子啟動序列附近的CAP位點(diǎn)，可刺激RNA的轉(zhuǎn)錄活性，使之提高約50倍；當(dāng)有葡萄糖時(shí)，cAMP濃度降低，cAMP與CAP結(jié)合受阻，乳糖操縱子表達(dá)下降。由此可見，對乳糖操縱子來說乳糖阻遏蛋白是負(fù)性調(diào)節(jié)因素，CAP是正性調(diào)節(jié)因素。兩種調(diào)節(jié)機(jī)制根據(jù)碳源的性質(zhì)及水平協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)乳糖操縱子的表達(dá)。真核生物基因組結(jié)構(gòu)及基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制較原核生物復(fù)雜得多。就人類染色體DNA而言，就有30億個(gè)堿基對，2萬～2.5萬個(gè)基因。通常，這些基因中只有2%～15%處于表達(dá)狀態(tài)，并且受遺傳、內(nèi)環(huán)境及外環(huán)境因素的影響。真核生物基因表達(dá)調(diào)控是通過特異的蛋白因子與特異的DNA序列相互作用來實(shí)現(xiàn)的。這些與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的特異DNA序列稱為順式作用元件，而與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的蛋白因子則稱為反式作用因子。10.3.6真核生物的基因表達(dá)調(diào)控1.順式作用元件的類型與功能（1）啟動子。啟動子是RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄起始時(shí)所識別和結(jié)合的一段DNA序列。典型的真核生物啟動子序列由核心啟動子和啟動子近端元件兩部分組成。核心啟動子位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-25～-30bp處，通常是一段富含TATA的序列，稱為TATA盒。核心啟動子為真核RNA