第七、八章原核生物、真核生物基因的表達調(diào)控

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1、第第 七七 章章 原核生物基因表達調(diào)控原核生物基因表達調(diào)控(Control of Gene Expression)第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述w一、基因表達的概念一、基因表達的概念(gene(gene expressionexpression)：w 是指原核生物和真核生物基因組是指原核生物和真核生物基因組中特定的結(jié)構(gòu)基因所攜帶的遺傳信息，中特定的結(jié)構(gòu)基因所攜帶的遺傳信息，經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯等一系列過程，合成經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯等一系列過程，合成具有特定的生物學(xué)功能的各種蛋白質(zhì)。具有特定的生物學(xué)功能的各種蛋白質(zhì)。表現(xiàn)出特定的生物學(xué)效應(yīng)的全表現(xiàn)出特定的生物學(xué)效應(yīng)的全過程。二、基因表達調(diào)控的概念二、基因表達調(diào)控的

2、概念 機體的各種細胞中含有相同的遺傳信機體的各種細胞中含有相同的遺傳信息息(相同的結(jié)構(gòu)基因相同的結(jié)構(gòu)基因)，但并非在所有細，但并非在所有細胞中同時表達，而必須根據(jù)機體的不同胞中同時表達，而必須根據(jù)機體的不同發(fā)育階段、不同的組織細胞及不同的功發(fā)育階段、不同的組織細胞及不同的功能狀態(tài)，選擇性、程序性地表達特定數(shù)能狀態(tài)，選擇性、程序性地表達特定數(shù)量的特定基因，這就是基因表達的調(diào)控。量的特定基因，這就是基因表達的調(diào)控。2三、基因表達調(diào)控的目的三、基因表達調(diào)控的目的適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖；適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖；維持個體發(fā)育與分化。維持個體發(fā)育與分化。四、基因表達的調(diào)控水平:3v 基因組基因組v 轉(zhuǎn)

3、錄轉(zhuǎn)錄v 轉(zhuǎn)錄后轉(zhuǎn)錄后v 翻譯翻譯v 翻譯后翻譯后第二節(jié)第二節(jié) 原核生物基因表達的調(diào)控原核生物基因表達的調(diào)控(Control of Prokaryotic Gene Exepression)原核生物基因表達調(diào)控原核生物基因表達調(diào)控主要主要是是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控(control of transcription)(control of transcription)其次是翻譯水平的調(diào)控其次是翻譯水平的調(diào)控(control of(control of translation)translation)原核生物原核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控單位：轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控單位：操縱子操縱子(operon(oper

4、on)一、操縱子模型的提出一、操縱子模型的提出 莫洛莫洛(Monod)(Monod)和雅各布和雅各布(Jacob)(Jacob)獲獲19651965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎Discovery of OperonDiscovery of Operon 19401940年，年，MonodMonod發(fā)現(xiàn)：細菌在含葡萄發(fā)現(xiàn)：細菌在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長時，細菌先利用糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長時，細菌先利用葡萄糖，葡萄糖用完后，才利用乳糖；在葡萄糖，葡萄糖用完后，才利用乳糖；在糖源轉(zhuǎn)變期，細菌的生長會出現(xiàn)停頓。即糖源轉(zhuǎn)變期，細菌的生長會出現(xiàn)停頓。即產(chǎn)生產(chǎn)生“二次生長曲線二次生長曲線

5、”。即細菌在含葡萄糖的培養(yǎng)基中生長良好，即細菌在含葡萄糖的培養(yǎng)基中生長良好，在只含乳糖的培養(yǎng)基中開始時生長不好，在只含乳糖的培養(yǎng)基中開始時生長不好，后來生長好。在含葡萄糖的培養(yǎng)基中生長后來生長好。在含葡萄糖的培養(yǎng)基中生長時，每個細胞只有幾個時，每個細胞只有幾個-半乳糖苷酶，但半乳糖苷酶，但若轉(zhuǎn)移到若轉(zhuǎn)移到乳糖的培養(yǎng)基中，幾分鐘后，每乳糖的培養(yǎng)基中，幾分鐘后，每個細胞內(nèi)可產(chǎn)生個細胞內(nèi)可產(chǎn)生30003000個個-半乳糖苷酶分子。半乳糖苷酶分子。19511951年，年，MonodMonod與與JacobJacob合作，發(fā)現(xiàn)兩對基因：合作，發(fā)現(xiàn)兩對基因：Z Z基因：與合成基因：與合成-半乳糖苷酶有關(guān)；

6、半乳糖苷酶有關(guān)；I I基因：決定細胞對誘導(dǎo)物的反應(yīng)?；颍簺Q定細胞對誘導(dǎo)物的反應(yīng)。I I基因決定阻遏物的合成，當阻遏物存在時，基因決定阻遏物的合成，當阻遏物存在時，酶無法合成，只有有誘導(dǎo)物存在，才能去掉該酶無法合成，只有有誘導(dǎo)物存在，才能去掉該阻遏物。阻遏物。結(jié)構(gòu)基因旁有開關(guān)基因（即操縱基因），阻結(jié)構(gòu)基因旁有開關(guān)基因（即操縱基因），阻遏物通過與開關(guān)基因的結(jié)合，控制結(jié)構(gòu)基因的遏物通過與開關(guān)基因的結(jié)合，控制結(jié)構(gòu)基因的表達。表達。這類基因被稱為可誘導(dǎo)基因，這類酶稱為可這類基因被稱為可誘導(dǎo)基因，這類酶稱為可誘導(dǎo)酶，這個生化過程稱為酶的誘導(dǎo)合成。誘導(dǎo)酶，這個生化過程稱為酶的誘導(dǎo)合成。操縱子結(jié)構(gòu)操縱子結(jié)構(gòu)

7、 操縱子操縱子(operon(operon):):結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因(structural gene)(structural gene)、啟動子啟動子(promoter,(promoter,P P)和操縱基因和操縱基因(operator,(operator,O O)。阻遏物基因阻遏物基因(inhibitor,(inhibitor,i i),),產(chǎn)生阻遏物。產(chǎn)生阻遏物。(repressor)(repressor)。I結(jié)合阻遏物RNA酶結(jié)合產(chǎn)生阻遏蛋白操縱基因啟動子阻遏物基因結(jié)構(gòu)基因AYZOP二、原核生物基因轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控二、原核生物基因轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控（一）（一）轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控類型轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控類型：1 1

8、、負轉(zhuǎn)錄調(diào)控：調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是負轉(zhuǎn)錄調(diào)控：調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白，阻遏蛋白，起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。根據(jù)其作用特征又可分為根據(jù)其作用特征又可分為負控誘導(dǎo)和負控阻遏負控誘導(dǎo)和負控阻遏作用。作用。在在負控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，負控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，阻遏蛋白不與效應(yīng)物結(jié)合阻遏蛋白不與效應(yīng)物結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄；在時，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄；在負控阻遏系統(tǒng)中，負控阻遏系統(tǒng)中，阻阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。阻遏蛋白作用的部位是操縱區(qū)。遏蛋白作用的部位是操縱區(qū)。2、正、正轉(zhuǎn)錄調(diào)控：調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是轉(zhuǎn)錄調(diào)控：調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激激活蛋白，起著促進

9、結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用?；畹鞍?，起著促進結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。根據(jù)其作用特征又可分為根據(jù)其作用特征又可分為正控誘導(dǎo)和正正控誘導(dǎo)和正控阻遏作用。控阻遏作用。在在正控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，正控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子的存在，效應(yīng)物分子的存在，使激活蛋白處于活性狀態(tài)；在使激活蛋白處于活性狀態(tài)；在正控阻遏正控阻遏系統(tǒng)中，系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子的存在，使激活蛋效應(yīng)物分子的存在，使激活蛋白處于非活性狀態(tài)。白處于非活性狀態(tài)。lac（二）（二）負轉(zhuǎn)錄調(diào)控負轉(zhuǎn)錄調(diào)控1 1、laclac操縱操縱子子 （1）阻遏蛋白的）阻遏蛋白的負性負性調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)酶合成的誘導(dǎo)：酶合成的誘導(dǎo)：無乳糖無乳糖(no lactose):lac(no lactos

10、e):lac操縱子處于操縱子處于阻遏狀態(tài)阻遏狀態(tài)(repression)(repression)，即這類基因平時都是處于關(guān)閉狀，即這類基因平時都是處于關(guān)閉狀態(tài)；態(tài)；有乳糖有乳糖(presence of lactose)(presence of lactose)：laclac操縱子即可操縱子即可被被誘導(dǎo)誘導(dǎo)(derepression(derepression,induction),induction)，即這類基因，即這類基因由平時的關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)由平時的關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)。誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)劑(inducer):(inducer):別乳糖、別乳糖、IPTGIPTG（異丙（異丙基硫代半乳糖苷）

11、和巰甲基半乳糖苷?；虼肴樘擒眨┖蛶€甲基半乳糖苷。IPTG(異丙基硫代半乳糖苷異丙基硫代半乳糖苷)極強的誘導(dǎo)劑極強的誘導(dǎo)劑乳糖操縱子乳糖操縱子(laclac operon operon)的調(diào)控方式的調(diào)控方式mRNA-半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶-半乳糖苷通透酶-半乳糖苷酶翻譯轉(zhuǎn)錄無活性的阻遏蛋白誘導(dǎo)物阻遏蛋白阻遏物蛋白亞基有誘導(dǎo)物時lac ALac YLac ZOPi基因CAPcAMPCAP-cAMPRNA聚合酶阻遏蛋白 阻遏物蛋白亞基無誘導(dǎo)物時lac ALac YLac ZOPi基因 20 -10 +1 +10 +20 +30 .5ATGTTGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTC

12、ACACAGGAA 33TACAACACACCTTAACACTCGCCTATTGTTAAAGTGTGTCCTT 5 laclac操縱區(qū)序列是一個以操縱區(qū)序列是一個以+11+11位位GCGC堿基對為中心的反向重復(fù)序列堿基對為中心的反向重復(fù)序列。操縱基因在操縱子的位置是從操縱基因在操縱子的位置是從-7-7至至+28+28，啟動子所，啟動子所占的區(qū)域是從占的區(qū)域是從-20-20至至+20+20，兩者有部分重疊。這也說明，兩者有部分重疊。這也說明，阻遏蛋白和阻遏蛋白和RNARNA聚合酶與聚合酶與DNADNA的結(jié)合是相互排斥的。的結(jié)合是相互排斥的。與與laclac阻遏蛋白結(jié)合的操縱基因區(qū)域具有反向重阻遏

13、蛋白結(jié)合的操縱基因區(qū)域具有反向重復(fù)序列復(fù)序列,這種反向重復(fù)序列是能與蛋白質(zhì)特異結(jié)合的這種反向重復(fù)序列是能與蛋白質(zhì)特異結(jié)合的DNADNA的特征性結(jié)構(gòu)。的特征性結(jié)構(gòu)。（2 2）CAPCAP的的正性正性調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)（PositivePositive Control of Control of CAPCAP）CAP(cataboliteCAP(catabolite activator protein)activator protein)：分解代謝產(chǎn)：分解代謝產(chǎn)物激活物蛋白或物激活物蛋白或分解代謝基因激活蛋白，分解代謝基因激活蛋白，現(xiàn)稱為現(xiàn)稱為cAMPcAMP受體蛋白，是同二聚體。受體蛋白，是同二聚體。當它

14、特異地結(jié)合在啟動子上時，能促進當它特異地結(jié)合在啟動子上時，能促進RNARNA聚合酶與聚合酶與啟動子結(jié)合，促進轉(zhuǎn)錄。但游離的啟動子結(jié)合，促進轉(zhuǎn)錄。但游離的CAPCAP是不能與啟動是不能與啟動子結(jié)合，必須在細胞內(nèi)有足夠的子結(jié)合，必須在細胞內(nèi)有足夠的CAPCAP時，時，CAPCAP首先與首先與cAMPcAMP形成復(fù)合物，此復(fù)合物才能與啟動子結(jié)合。葡萄形成復(fù)合物，此復(fù)合物才能與啟動子結(jié)合。葡萄糖的降解產(chǎn)物能降低細胞內(nèi)糖的降解產(chǎn)物能降低細胞內(nèi)cAMPcAMP的含量，因而當向乳的含量，因而當向乳糖培養(yǎng)基中加入葡萄糖時，造成糖培養(yǎng)基中加入葡萄糖時，造成cAMPcAMP濃度降低，濃度降低，CAPCAP便不能結(jié)

15、合在啟動子上，此時，即使有乳糖存在，已便不能結(jié)合在啟動子上，此時，即使有乳糖存在，已解除了對操縱基因的阻遏，也不能進行轉(zhuǎn)錄。解除了對操縱基因的阻遏，也不能進行轉(zhuǎn)錄。CAPPOTTTACA -35區(qū)TATGTT -10區(qū)CAP位點5-ATTAAT GTGAGTTAGCTCACTCATTAGG-3R基因-35-100CAPcAMPORNA聚合酶結(jié)合無葡萄糖:有葡萄糖:cAMPcAMP(促進轉(zhuǎn)錄)(不促進轉(zhuǎn)錄)乳糖操縱子的降解物阻遏RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基基 因因 表表達達CAP基因基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因TCGP(CAP)OCAP結(jié)結(jié)合部位合部位 RNA聚合酶

16、聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖葡萄糖分解代分解代謝產(chǎn)物謝產(chǎn)物腺苷酸腺苷酸環(huán)化酶環(huán)化酶磷酸二磷酸二酯酶酯酶ATPcAMP5-AMP抑制抑制激活激活葡萄糖降解物與葡萄糖降解物與cAMP的關(guān)系的關(guān)系cAMP CGPCGP：降解物基因活化蛋白（：降解物基因活化蛋白（catabolic catabolic gene activation proteingene activation protein）CAPCAP：環(huán)腺苷酸受體蛋白（：環(huán)腺苷酸受體蛋白（cyciliccycilic AMP AMP receptor protein receptor protein）降低降低cAMP濃度濃度使使CAP呈失活

17、狀態(tài)呈失活狀態(tài) 協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinate regulation)(coordinate regulation)負性調(diào)節(jié)與正性調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)合作負性調(diào)節(jié)與正性調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)合作*阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAPCAP不發(fā)揮作用不發(fā)揮作用*如沒有如沒有CAPCAP加強轉(zhuǎn)錄，即使阻遏蛋白從加強轉(zhuǎn)錄，即使阻遏蛋白從P P上解上解聚仍無轉(zhuǎn)錄活性聚仍無轉(zhuǎn)錄活性 葡萄糖葡萄糖/乳糖共同存在時，細菌優(yōu)先利用乳糖共同存在時，細菌優(yōu)先利用葡萄糖葡萄糖葡萄糖可降低葡萄糖可降低cAMPcAMP濃度，阻礙其與濃度，阻礙其與CAPCAP結(jié)結(jié)合從而抑制轉(zhuǎn)錄合從而抑制轉(zhuǎn)錄 結(jié)論結(jié)論：laclac操縱子強的誘導(dǎo)

18、作用既需要乳糖操縱子強的誘導(dǎo)作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖。又需缺乏葡萄糖。（二）轉(zhuǎn)錄起始的轉(zhuǎn)錄起始的正正調(diào)控調(diào)控 1、阿拉伯糖操縱子：是利用同一蛋白的不同結(jié)構(gòu)形、阿拉伯糖操縱子：是利用同一蛋白的不同結(jié)構(gòu)形式活化和抑制操縱子的調(diào)控方式，是正調(diào)控的典型式活化和抑制操縱子的調(diào)控方式，是正調(diào)控的典型例子。例子。阿拉伯糖操縱子的基因結(jié)構(gòu)圖阿拉伯糖操縱子的基因結(jié)構(gòu)圖 注注:操縱子由結(jié)構(gòu)基因操縱子由結(jié)構(gòu)基因B B、A A、D D以及調(diào)控元件以及調(diào)控元件I I1 1、I I2 2、O O1 1、O O2 2和和啟動子構(gòu)成。啟動子構(gòu)成。AraCAraC基因編碼調(diào)節(jié)蛋白基因編碼調(diào)節(jié)蛋白AraCAraC。21阿拉伯

19、糖操縱子阿拉伯糖操縱子(The ara Operon)結(jié)構(gòu)基因為：結(jié)構(gòu)基因為：B B、A A、D D，分別編碼異構(gòu)酶、，分別編碼異構(gòu)酶、激酶、表位酶激酶、表位酶 功能：催化阿拉伯糖轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ埽捍呋⒗寝D(zhuǎn)變?yōu)?-5-磷酸木酮磷酸木酮糖，進入磷酸戊糖途徑。糖，進入磷酸戊糖途徑。特點：調(diào)節(jié)基因為特點：調(diào)節(jié)基因為C C基因，編碼調(diào)控蛋白基因，編碼調(diào)控蛋白C C蛋白。蛋白。AraC 對阿拉伯糖操縱子的調(diào)節(jié)圖對阿拉伯糖操縱子的調(diào)節(jié)圖當有阿拉伯糖時，當有阿拉伯糖時，AraAra C C蛋白二聚體與阿拉伯糖形成復(fù)合物蛋白二聚體與阿拉伯糖形成復(fù)合物,使使AraAra C C形狀改形狀改變，變，I I1 1和

20、和I I2 2由一個由一個AraAra C C二聚體占據(jù)，從而激發(fā)二聚體占據(jù)，從而激發(fā)B B、A A、D D基因轉(zhuǎn)錄。此時，可基因轉(zhuǎn)錄。此時，可有一過性高水平的有一過性高水平的araara C mRNA C mRNA形成，維持到形成，維持到O O1 1-O-O2 2環(huán)結(jié)構(gòu)形成。環(huán)結(jié)構(gòu)形成。23 AraC 對阿拉伯糖操縱子的調(diào)節(jié)圖對阿拉伯糖操縱子的調(diào)節(jié)圖 不存在阿拉伯糖時，不存在阿拉伯糖時，AraAra C C二聚體與二聚體與O O1 1、O O2 2及及I I1 1結(jié)合，結(jié)合，與與O O2 2和和I I1 1結(jié)合的結(jié)合的AraAra C C二聚體間相互作用使二聚體間相互作用使DNADNA彎曲形

21、彎曲形成環(huán)結(jié)構(gòu)（相當于成環(huán)結(jié)構(gòu)（相當于190bp190bp）。由于）。由于I I2 2 不被占據(jù)，不被占據(jù)，B B、A A、D D基因不發(fā)生轉(zhuǎn)錄，但有低水平的基因不發(fā)生轉(zhuǎn)錄，但有低水平的araara C C基因轉(zhuǎn)錄?；蜣D(zhuǎn)錄。22ara（三）轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)控三）轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)控 原核生物的轉(zhuǎn)錄終止調(diào)控方式分兩大類：原核生物的轉(zhuǎn)錄終止調(diào)控方式分兩大類：A.A.依賴依賴因子的終止調(diào)控；因子的終止調(diào)控；B.B.不依賴不依賴因子的終止調(diào)控。因子的終止調(diào)控。此外，此外，核糖體也參與轉(zhuǎn)錄終止。核糖體也參與轉(zhuǎn)錄終止。例例:色氨酸操色氨酸操縱子的調(diào)控模式，色氨酸操縱子表達的調(diào)控有縱子的調(diào)控模式，色氨酸操縱子表達的

22、調(diào)控有兩種方式，一種通過阻遏蛋白的負調(diào)控，另一兩種方式，一種通過阻遏蛋白的負調(diào)控，另一種是通過衰減子作用種是通過衰減子作用。29色氨酸操縱子色氨酸操縱子(The trp Operon)trptrp操縱子操縱子阻遏型操縱子阻遏型操縱子 1 1、衰減機制、衰減機制(attenuation)(attenuation)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)在在trp mRNA 5trp mRNA 5端端trpEtrpE基因的起始密碼前有一個基因的起始密碼前有一個長長162bp162bp的的mRNAmRNA片段，被稱為前導(dǎo)區(qū)。其中片段，被稱為前導(dǎo)區(qū)。其中123-150123-150位堿基序列具有終止轉(zhuǎn)錄的作用，位堿基序列具有終止轉(zhuǎn)錄

23、的作用，故故將這個區(qū)域稱為弱化子或衰減子將這個區(qū)域稱為弱化子或衰減子。即結(jié)構(gòu)基因。即結(jié)構(gòu)基因與與 O O 之間有一衰減子區(qū)域之間有一衰減子區(qū)域 (a)(a)衰減子：有衰減子：有4 4段特殊的序列，可形成不依賴段特殊的序列，可形成不依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止信號因子的轉(zhuǎn)錄終止信號莖環(huán)結(jié)構(gòu)，有典型的終莖環(huán)結(jié)構(gòu)，有典型的終止子特點。止子特點。2 2、前導(dǎo)肽、前導(dǎo)肽前導(dǎo)區(qū)可編碼一段前導(dǎo)肽。前導(dǎo)區(qū)可編碼一段前導(dǎo)肽。前導(dǎo)序列在第前導(dǎo)序列在第1010和第和第1111為上有相鄰的兩個為上有相鄰的兩個色氨酸密碼色氨酸密碼子。所以這個子。所以這個前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽(leader peptide,L)(leader peptid

24、e,L)的翻譯必的翻譯必定定對對tRNAtRNATrpTrp的濃度敏感。的濃度敏感。當培養(yǎng)基中的色氨酸濃度很低時，當培養(yǎng)基中的色氨酸濃度很低時，tRNAtRNATrpTrp也很少，也很少，這樣翻譯通過這樣翻譯通過兩個相鄰的兩個相鄰的色氨酸密碼子的速度就會色氨酸密碼子的速度就會很慢很慢，當，當4 4區(qū)被轉(zhuǎn)錄完成時，核糖體才進行到區(qū)被轉(zhuǎn)錄完成時，核糖體才進行到1 1區(qū)，區(qū)，這時的前導(dǎo)區(qū)結(jié)構(gòu)是這時的前導(dǎo)區(qū)結(jié)構(gòu)是2-32-3配對，不形成配對，不形成3-43-4配對的終配對的終止結(jié)構(gòu)，所以轉(zhuǎn)錄可繼續(xù)進行，直到止結(jié)構(gòu)，所以轉(zhuǎn)錄可繼續(xù)進行，直到將將trptrp操縱子操縱子中的結(jié)構(gòu)基因全部轉(zhuǎn)錄。中的結(jié)構(gòu)基因全

25、部轉(zhuǎn)錄。當培養(yǎng)基中的色氨酸濃度高時，當培養(yǎng)基中的色氨酸濃度高時，tRNAtRNATrpTrp很多，很多，這樣翻譯通過這樣翻譯通過兩個相鄰的兩個相鄰的色氨酸密碼子的速色氨酸密碼子的速度就會很快度就會很快，在，在4 4區(qū)被轉(zhuǎn)錄之前，核糖體就達區(qū)被轉(zhuǎn)錄之前，核糖體就達到到2 2區(qū)，這時的前導(dǎo)區(qū)結(jié)構(gòu)區(qū)，這時的前導(dǎo)區(qū)結(jié)構(gòu)2-32-3不能配對，不能配對，3-43-4可以自由配對形成莖環(huán)狀的終止結(jié)構(gòu)，所以可以自由配對形成莖環(huán)狀的終止結(jié)構(gòu)，所以轉(zhuǎn)錄停止，轉(zhuǎn)錄停止，RNARNA聚合酶脫落，轉(zhuǎn)錄終止，聚合酶脫落，轉(zhuǎn)錄終止，trptrp操縱子中的結(jié)構(gòu)基因被關(guān)閉而不再合成操縱子中的結(jié)構(gòu)基因被關(guān)閉而不再合成色氨色氨酸酸

26、。原核生物基因表達特點原核生物基因表達特點轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)。轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)。色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄衰減作用色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄衰減作用 色氨酸豐富時，核蛋白體順利沿引導(dǎo)序列移動直達最后一個密碼子色氨酸豐富時，核蛋白體順利沿引導(dǎo)序列移動直達最后一個密碼子UGAUGA，合，合成完整的引導(dǎo)肽。成完整的引導(dǎo)肽。UGAUGA位于位于1 1區(qū)和區(qū)和2 2區(qū)之間，核蛋白體占據(jù)區(qū)之間，核蛋白體占據(jù)2 2區(qū)，使區(qū)，使3 3區(qū)不能與區(qū)不能與2 2區(qū)互區(qū)互補而與補而與4 4區(qū)互補，形成終止子發(fā)夾結(jié)構(gòu)，區(qū)互補，形成終止子發(fā)夾結(jié)構(gòu)，RNA RNA 聚合酶停止在衰減子部位。聚合酶停止在衰減子部位。色氨酸缺乏時，核蛋白體因原料缺乏

27、終止在色氨酸缺乏時，核蛋白體因原料缺乏終止在1 1區(qū)區(qū)TrpTrp密碼子部位，密碼子部位，2 2區(qū)無法與區(qū)無法與1 1區(qū)配對且在區(qū)配對且在4 4區(qū)被轉(zhuǎn)錄出來之前與區(qū)被轉(zhuǎn)錄出來之前與3 3區(qū)互補，區(qū)互補，4 4區(qū)處于單鏈狀態(tài)，不能形成終止發(fā)區(qū)處于單鏈狀態(tài)，不能形成終止發(fā)夾，夾，RNA RNA 聚合酶通過衰減子而繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。聚合酶通過衰減子而繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。33大腸桿菌色氨酸操縱子的衰減作用的可能機制Trp密碼子密碼子111232233444核糖體核糖體核糖體核糖體轉(zhuǎn)錄繼續(xù)轉(zhuǎn)錄繼續(xù)轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止C.C.高濃度色氨酸使核高濃度色氨酸使核糖體到達糖體到達2 2部位，部位，3 3與與4 4 堿基配對，轉(zhuǎn)錄堿基

28、配對，轉(zhuǎn)錄終止。終止。A.游離游離mRNAmRNA中中1 1與與2 2以以及及3 3與與4 4堿基配對。堿基配對。B.B.低濃度色氨酸使核低濃度色氨酸使核糖體停留在糖體停留在1 1部位，部位，轉(zhuǎn)錄得以完成。轉(zhuǎn)錄得以完成。小小 結(jié)結(jié)：色氨酸增多時，色氨酸增多時，即使不足以誘導(dǎo)阻遏蛋白結(jié)合即使不足以誘導(dǎo)阻遏蛋白結(jié)合操縱基因，也足可以使大量的操縱基因，也足可以使大量的mRNAmRNA提前終止。提前終止。色氨酸減少時，色氨酸減少時，即使失去了誘導(dǎo)阻遏蛋白的阻即使失去了誘導(dǎo)阻遏蛋白的阻遏作用，但只要還能維持前導(dǎo)肽的合成，仍可繼續(xù)遏作用，但只要還能維持前導(dǎo)肽的合成，仍可繼續(xù)阻止轉(zhuǎn)錄。阻止轉(zhuǎn)錄。這種機制可以

29、保證充分地消耗色氨酸，使其合這種機制可以保證充分地消耗色氨酸，使其合成維持在滿足需要的水平，防止色氨酸堆積和過多成維持在滿足需要的水平，防止色氨酸堆積和過多地消耗能量。同時，也使細菌能夠優(yōu)先將環(huán)境中的地消耗能量。同時，也使細菌能夠優(yōu)先將環(huán)境中的色氨酸消耗完，然后開始自身合成。色氨酸消耗完，然后開始自身合成。34三、翻譯水平的調(diào)控三、翻譯水平的調(diào)控 1 1、翻譯起始的調(diào)控：翻譯起始的調(diào)控：SDSD序列對翻譯的影響：序列對翻譯的影響：遺傳信息翻譯起始于遺傳信息翻譯起始于mRNAmRNA上的核糖體結(jié)合位點（上的核糖體結(jié)合位點（RBSRBS）。）。所謂所謂RBSRBS是指是指mRNAmRNA起始密碼起

30、始密碼AUGAUG前的一段非翻譯區(qū)。在前的一段非翻譯區(qū)。在RBSRBS中有中有SDSD序列序列(Shine-Dalgarno(Shine-Dalgarno sequence)sequence)，長度一，長度一般為般為5 5個核苷酸個核苷酸(9-(9-1212bpbp)，富含，富含A A、G G嘌呤核苷酸，該序嘌呤核苷酸，該序列與列與核糖體核糖體16srRNA16srRNA的的3 3 端互補配對促使核糖體結(jié)合端互補配對促使核糖體結(jié)合到到mRNAmRNA上，有利于翻譯的起始。上，有利于翻譯的起始。5-5-AGGAAGGAPuPuUUUPuPuPuPuUUUPuPuAUGAUG-3-32.反義RNA

31、的調(diào)控作用（1 1）反義）反義RNARNA的概念：的概念：反義反義RNARNA，又稱，又稱mRNAmRNA干擾性互補干擾性互補RNARNA（mRNA mRNA interfering complementary RNA,micRNAinterfering complementary RNA,micRNA）。）。指能與特定指能與特定mRNAmRNA互補結(jié)合的互補結(jié)合的RNARNA片段，反義片段，反義RNARNA由反義基因轉(zhuǎn)錄而來。天然的具有功能的反由反義基因轉(zhuǎn)錄而來。天然的具有功能的反義義RNARNA分子一般在分子一般在200200個堿基以下。個堿基以下。36（2）反義RNA的作用方式：反義反義

32、RNARNA與與mRNA 5mRNA 5 端非翻譯區(qū)包括端非翻譯區(qū)包括SDSD序列相序列相結(jié)合。反義結(jié)合。反義RNARNA與與SDSD序列結(jié)合后，阻止序列結(jié)合后，阻止mRNAmRNA與與核糖體小亞基結(jié)合，直接抑制翻譯。核糖體小亞基結(jié)合，直接抑制翻譯。反義反義RNARNA與與mRNA 5mRNA 5 端編碼區(qū)起始密碼子端編碼區(qū)起始密碼子AUGAUG結(jié)結(jié)合，抑制合，抑制mRNAmRNA翻譯起始。翻譯起始。反義反義RNARNA與與mRNAmRNA的非編碼區(qū)互補結(jié)合，使的非編碼區(qū)互補結(jié)合，使mRNAmRNA構(gòu)象改變，影響其與核糖體結(jié)合，間接抑構(gòu)象改變，影響其與核糖體結(jié)合，間接抑制了制了mRNAmRNA

33、的翻譯。的翻譯。37 反義反義RNARNA調(diào)控調(diào)控Tn10Tn10轉(zhuǎn)位酶基因的表達示意圖轉(zhuǎn)位酶基因的表達示意圖Tn10Tn10轉(zhuǎn)位酶基因由轉(zhuǎn)位酶基因由P PININ啟動子控制，反義啟動子控制，反義RNARNA的基因由的基因由P POUTOUT啟動子控制。啟動子控制。兩個啟動子方向相反，轉(zhuǎn)錄區(qū)有兩個啟動子方向相反，轉(zhuǎn)錄區(qū)有3535個堿基重疊，互補區(qū)覆蓋了個堿基重疊，互補區(qū)覆蓋了Tn10Tn10轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位酶位酶mRNAmRNA的翻譯起始區(qū)，其活性的翻譯起始區(qū)，其活性P POUTOUT比比P PININ更強。其結(jié)果是轉(zhuǎn)位酶的表達更強。其結(jié)果是轉(zhuǎn)位酶的表達效率非常低，轉(zhuǎn)位作用也極少發(fā)生。因而細菌效率非常低

34、，轉(zhuǎn)位作用也極少發(fā)生。因而細菌DNADNA發(fā)生突變的機會愈少，發(fā)生突變的機會愈少，使細菌愈易于存活。使細菌愈易于存活。38Tn10micRNA393 3、RNA RNA 干擾干擾 (RNA interference,RNAi(RNA interference,RNAi)將與將與mRNAmRNA編碼區(qū)某段序列相對應(yīng)的正義編碼區(qū)某段序列相對應(yīng)的正義RNA RNA 和反義和反義RNA RNA 組成的雙鏈組成的雙鏈RNA(double-stranded RNA(double-stranded RNA,dsRNARNA,dsRNA)導(dǎo)入細胞，使導(dǎo)入細胞，使mRNAmRNA發(fā)生特異性的降發(fā)生特異性的降解，

35、導(dǎo)致其相應(yīng)的基因沉默解，導(dǎo)致其相應(yīng)的基因沉默(表達受抑制表達受抑制)。這。這種轉(zhuǎn)錄后基因沉默（種轉(zhuǎn)錄后基因沉默（post-transcriptional post-transcriptional gene silencing,PTGS)gene silencing,PTGS)被稱為被稱為RNAiRNAi.40 dsRNAdsRNA 導(dǎo)入細胞后，首先被核酸酶解降成導(dǎo)入細胞后，首先被核酸酶解降成21-2321-23個個核苷酸核苷酸 (nt(nt)小片段小片段,稱稱(short interfering RNA(short interfering RNA，siRNAsiRNA).).dsRNA dsR

36、NA降解成小片段的原因可能為：降解成小片段的原因可能為：a.a.增加細胞內(nèi)小片段體積克分子濃度，使其有效地擴增加細胞內(nèi)小片段體積克分子濃度，使其有效地擴散。散。b.b.dsRNAdsRNA 降解成降解成21-23 nt21-23 nt 可為同源搜索機制提供最可為同源搜索機制提供最佳特佳特 異性。異性。c.c.能與核酸酶有效形成復(fù)合體。能與核酸酶有效形成復(fù)合體。4.RNA4.RNA的穩(wěn)定性與調(diào)控的關(guān)系的穩(wěn)定性與調(diào)控的關(guān)系 細菌細菌mRNAmRNA通常是不穩(wěn)定的。通常是不穩(wěn)定的。mRNAmRNA的降解速的降解速度是翻譯調(diào)控的另一個重要機制。蛋白質(zhì)合成度是翻譯調(diào)控的另一個重要機制。蛋白質(zhì)合成速率的快

37、速改變，與許多細菌速率的快速改變，與許多細菌mRNAmRNA降解速度很降解速度很快有很大關(guān)系?？煊泻艽箨P(guān)系。E.coliE.coli的許多的許多mRNAmRNA在在3737時的時的平均壽命大約為平均壽命大約為2min2min，細菌可以通過轉(zhuǎn)錄水平，細菌可以通過轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控而對環(huán)境變化作出快速反應(yīng)。的調(diào)控而對環(huán)境變化作出快速反應(yīng)。44 5.5.蛋白質(zhì)合成中的自身調(diào)控蛋白質(zhì)合成中的自身調(diào)控 大腸桿菌核糖體蛋白有大腸桿菌核糖體蛋白有5050余種，它們既可與余種，它們既可與 rRNArRNA 組裝成核糖體，也可與自身組裝成核糖體，也可與自身 mRNA mRNA 翻譯起翻譯起始區(qū)結(jié)合，對前者的親和力大

38、于后者。始區(qū)結(jié)合，對前者的親和力大于后者。5050種核糖種核糖體蛋白的基因分布在幾個不同的操縱子中，而核體蛋白的基因分布在幾個不同的操縱子中，而核糖體蛋白合成的控制主要是翻譯水平。糖體蛋白合成的控制主要是翻譯水平。456、稀有密碼對翻譯的影響、稀有密碼對翻譯的影響 含有高頻率稀有密碼（如含有高頻率稀有密碼（如dnaGdnaG蛋白基因所蛋白基因所含的含的AUAAUA）的基因，由于細胞內(nèi)對應(yīng)于?。┑幕颍捎诩毎麅?nèi)對應(yīng)于稀有密碼子的有密碼子的tRNAtRNA較少，所以其翻譯過程容較少，所以其翻譯過程容易受阻，影響蛋白質(zhì)合成的總量。易受阻，影響蛋白質(zhì)合成的總量。7、重疊基因?qū)Ψg的影響、重疊基因?qū)Ψ?/p>

39、譯的影響 病毒、線粒體和細菌染色體病毒、線粒體和細菌染色體DNADNA上都有上都有重疊基因。如重疊基因。如trpEtrpE基因的終止密碼和基因的終止密碼和trpDtrpD基因的起始密碼子共用一個核苷酸，由于基因的起始密碼子共用一個核苷酸，由于trpEtrpE基因的終止密碼和基因的終止密碼和trpDtrpD基因的起始密基因的起始密碼重疊，碼重疊，trpEtrpE翻譯終止時，核糖體立即處翻譯終止時，核糖體立即處在在trpDtrpD起始翻譯的環(huán)境中，這種重疊的密起始翻譯的環(huán)境中，這種重疊的密碼保證了同一核糖體對兩個連續(xù)基因進行碼保證了同一核糖體對兩個連續(xù)基因進行翻譯，即偶聯(lián)翻譯可能是保證兩個基因產(chǎn)翻

40、譯，即偶聯(lián)翻譯可能是保證兩個基因產(chǎn)物在數(shù)量上相等的重要手段物在數(shù)量上相等的重要手段。8、poly（A）對翻譯的影響）對翻譯的影響 細胞中蛋白質(zhì)合成旺盛時，細胞中蛋白質(zhì)合成旺盛時，mRNAmRNA鏈上鏈上核核糖體數(shù)量就多，糖體數(shù)量就多，mRNAmRNA鏈上的鏈上的polypoly（A A）也較長；當某些也較長；當某些mRNAmRNA鏈不再翻譯時，鏈不再翻譯時，核核糖體就被釋放出來，其糖體就被釋放出來，其polypoly（A A）也）也相應(yīng)縮短。相應(yīng)縮短。poly（A）（）（30個左右個左右A）9、魔斑核苷酸水平對翻譯的影響、魔斑核苷酸水平對翻譯的影響 缺乏氨基酸時缺乏氨基酸時relrel (嚴緊

41、型嚴緊型)菌株能合成鳥苷四磷酸菌株能合成鳥苷四磷酸（ppGppppGpp）和鳥苷五磷酸（）和鳥苷五磷酸（pppGpp pppGpp），），relrel (松散型松散型)菌株則不能合成這些鳥苷酸。菌株則不能合成這些鳥苷酸。鳥苷四磷酸和鳥苷五磷酸在層析譜上可檢出斑點，這些鳥苷四磷酸和鳥苷五磷酸在層析譜上可檢出斑點，這些斑點稱為魔斑斑點稱為魔斑。ppGppppGpp的主要作用可能是影響的主要作用可能是影響RNARNA聚合酶聚合酶與啟動子結(jié)合的專一性。與啟動子結(jié)合的專一性。有人將鳥苷四磷酸（有人將鳥苷四磷酸（ppGppppGpp）稱為警報素，當細胞缺乏）稱為警報素，當細胞缺乏氨基酸時產(chǎn)生（氨基酸時產(chǎn)生

42、（ppGppppGpp），可在很大范圍內(nèi)做出如抑制），可在很大范圍內(nèi)做出如抑制核糖體和其他大分子合成等應(yīng)急反應(yīng)，活化某些氨基酸核糖體和其他大分子合成等應(yīng)急反應(yīng)，活化某些氨基酸操縱子的轉(zhuǎn)錄表達，抑制與氨基酸轉(zhuǎn)運無關(guān)的系統(tǒng)，活操縱子的轉(zhuǎn)錄表達，抑制與氨基酸轉(zhuǎn)運無關(guān)的系統(tǒng)，活化蛋白水解酶等?；鞍姿饷傅取５诎苏碌诎苏?真核生物基因表達的調(diào)控真核生物基因表達的調(diào)控 單細胞真核生物單細胞真核生物，如酵母基因表達的調(diào)控，如酵母基因表達的調(diào)控和原核生物表達的調(diào)控基本相同。和原核生物表達的調(diào)控基本相同。多細胞真核生物多細胞真核生物，遺傳信息從細胞核的基，遺傳信息從細胞核的基因組因組DNADNA傳遞到基因編碼

43、的蛋白質(zhì)均受到多層傳遞到基因編碼的蛋白質(zhì)均受到多層次的調(diào)控。次的調(diào)控。一、真核生物基因表達的特點一、真核生物基因表達的特點 （1 1）細胞具有全能性）細胞具有全能性 所謂全能性是指同一種生物所謂全能性是指同一種生物的所有細胞都含有相同的基因組的所有細胞都含有相同的基因組DNADNA，即基因的數(shù)目和，即基因的數(shù)目和種類是一樣的，盡管細胞的類型不同，分化程度也不種類是一樣的，盡管細胞的類型不同，分化程度也不一樣，但他們都有發(fā)育成完整個體的潛能。一樣，但他們都有發(fā)育成完整個體的潛能。（2 2）基因表達的時間性和空間性）基因表達的時間性和空間性 所謂所謂時間性時間性是指是指在個體發(fā)育的不同階段，基因表

44、達的種類和數(shù)量是不在個體發(fā)育的不同階段，基因表達的種類和數(shù)量是不同的；所謂同的；所謂空間性空間性指在不同組織和器官中，基因表達指在不同組織和器官中，基因表達的種類和數(shù)量是不同的。的種類和數(shù)量是不同的。47（3 3）轉(zhuǎn)錄和翻譯分開進行：）轉(zhuǎn)錄和翻譯分開進行：真核生物真核生物DNADNA在核中轉(zhuǎn)錄在核中轉(zhuǎn)錄生成生成 mRNAmRNA，穿過核膜至胞質(zhì)指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成；轉(zhuǎn)錄，穿過核膜至胞質(zhì)指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成；轉(zhuǎn)錄和翻譯不是同步進行的，受多層次調(diào)控。和翻譯不是同步進行的，受多層次調(diào)控。（4 4）初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工修飾：）初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工修飾：初級初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物核不均一性核不均一性R

45、NARNA（heterogeneous heterogeneous nuclear RNA,hnRNAnuclear RNA,hnRNA），即），即mRNAmRNA前體分子要經(jīng)過戴前體分子要經(jīng)過戴帽帽(m(m7 7GpppN)GpppN)、加、加PolyAPolyA尾、切除插入的內(nèi)含子和拼接尾、切除插入的內(nèi)含子和拼接外顯子等過程，才能形成成熟的外顯子等過程，才能形成成熟的mRNAmRNA分子。分子。48 （5 5）不存在超基因式操縱子結(jié)構(gòu)：）不存在超基因式操縱子結(jié)構(gòu)：真核生物基因真核生物基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子，一條轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子，一條 mRNAmRNA只翻譯一種蛋白質(zhì)。只翻譯一種蛋白質(zhì)。功

46、能相關(guān)的基因大多數(shù)分散在不同的染色體上，即功能相關(guān)的基因大多數(shù)分散在不同的染色體上，即使空間位置很近，也是分別進行轉(zhuǎn)錄的。使空間位置很近，也是分別進行轉(zhuǎn)錄的。（6 6）部分基因多拷貝：）部分基因多拷貝：某些基因以多拷貝形式存某些基因以多拷貝形式存在，如組蛋白和在，如組蛋白和 tRNAtRNA等，這樣既可滿足細胞的需要，等，這樣既可滿足細胞的需要，也是表達調(diào)控的一種有效方式。也是表達調(diào)控的一種有效方式。49 1、DNADNA水平（既基因組水平）調(diào)控；水平（既基因組水平）調(diào)控；2 2、轉(zhuǎn)錄水平轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控；調(diào)控；3 3、轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控：、轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控：4 4、翻譯水平調(diào)控：、翻譯水平調(diào)控：5 5

47、、翻譯后水平調(diào)控。、翻譯后水平調(diào)控。五個層次闡述真核生物基因表達的五個層次闡述真核生物基因表達的調(diào)控及機制。調(diào)控及機制。二、真核生物基因表達調(diào)控的水平二、真核生物基因表達調(diào)控的水平52多層次調(diào)控多層次調(diào)控失活失活三、真核生物基因表達的調(diào)控機制三、真核生物基因表達的調(diào)控機制（一）基因組（一）基因組DNADNA水平的調(diào)控：水平的調(diào)控：1.1.染色質(zhì)的丟失：染色質(zhì)的丟失：不可逆的調(diào)控。不可逆的調(diào)控。如如一些低等生物（如線蟲）一些低等生物（如線蟲）體細胞發(fā)育過程中發(fā)生染色質(zhì)丟失。體細胞發(fā)育過程中發(fā)生染色質(zhì)丟失。54線蟲線蟲 胚胎期：胚胎期：10901090個細胞個細胞 成成 蟲：蟲：959959個細胞

48、個細胞 131131個細胞在發(fā)育過程中發(fā)生凋亡。個細胞在發(fā)育過程中發(fā)生凋亡。2.2.基因擴增（基因擴增（gene amplificationgene amplification）基因擴增是指某些基因的拷貝數(shù)大量增加的現(xiàn)象。它使基因擴增是指某些基因的拷貝數(shù)大量增加的現(xiàn)象。它使細胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物一滿足生長發(fā)育的需細胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物一滿足生長發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。要，是基因活性調(diào)控的一種方式。當細胞對某種基因產(chǎn)當細胞對某種基因產(chǎn)物需要量劇增，單純靠調(diào)節(jié)其表達活性不足滿足需要，物需要量劇增，單純靠調(diào)節(jié)其表達活性不足滿足需要，只有增加這種基因的拷貝數(shù)。只有增加這種

49、基因的拷貝數(shù)。例如：非洲爪蟾卵母細胞例如：非洲爪蟾卵母細胞rRNArRNA基因卵裂時，擴增基因卵裂時，擴增40004000倍倍.然而，不適當?shù)幕驍U增可導(dǎo)致某些疾病的發(fā)生，如基然而，不適當?shù)幕驍U增可導(dǎo)致某些疾病的發(fā)生，如基因擴增是癌基因活化的一種主要方式，某些原癌基因拷因擴增是癌基因活化的一種主要方式，某些原癌基因拷貝數(shù)異常增加，使細胞持續(xù)分裂而致癌變。貝數(shù)異常增加，使細胞持續(xù)分裂而致癌變。55 3.3.基因重排（基因重排（gene rearrangementgene rearrangement）：）：將一個基因從遠離啟動子的地方移到距它很近的位點將一個基因從遠離啟動子的地方移到距它很近的位

50、點從而啟動轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排。或從而啟動轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排?；蛑改承┗蛑改承┗蚱胃淖冊瓉泶嬖陧樞蚨匦屡帕薪M合，成為一個完整的片段改變原來存在順序而重新排列組合，成為一個完整的轉(zhuǎn)錄單位。轉(zhuǎn)錄單位?；蛑嘏呕蛑嘏攀鞘荄NADNA水平調(diào)控的重要方式之一。水平調(diào)控的重要方式之一。如免疫球蛋白基因許多片段發(fā)生重排，為免疫球蛋白如免疫球蛋白基因許多片段發(fā)生重排，為免疫球蛋白分子的多樣性奠定了基礎(chǔ)；許多腫瘤或細胞系都有特定的分子的多樣性奠定了基礎(chǔ)；許多腫瘤或細胞系都有特定的染色體改變?yōu)楸順酥救旧w，如慢性白血病中染色體第染色體改變?yōu)楸順酥救旧w，如慢性白血病中染色體第9 9號和

51、第號和第2222號易位，形成號易位，形成BCR-ABLBCR-ABL融合基因。融合基因。564 4.基因的甲基化修飾：基因的甲基化修飾：是指是指DNADNA上特定的上特定的CpGCpG序列處的胞嘧啶可發(fā)生甲基化序列處的胞嘧啶可發(fā)生甲基化修飾（修飾（5mC5mC）。）。甲基化程度與基因的表達一般呈反比關(guān)系。甲基化程度與基因的表達一般呈反比關(guān)系。甲基化程度愈高，基因的表達則降低。去甲基化，又可使甲基化程度愈高，基因的表達則降低。去甲基化，又可使基因的表達增加?；虻谋磉_增加。DNADNA甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域DNADNA構(gòu)象變化，構(gòu)象變化，從而影響了蛋白質(zhì)與從而影響了蛋白質(zhì)與DNAD

52、NA的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)啟動區(qū)DNADNA的結(jié)合效率。的結(jié)合效率。意義：調(diào)控真核生物基因的表達，維護染色體的完整意義：調(diào)控真核生物基因的表達，維護染色體的完整性，調(diào)節(jié)性，調(diào)節(jié)DNADNA重組的某些環(huán)節(jié)重組的某些環(huán)節(jié)。5859 在所有組織發(fā)育過程都表達的基因在所有組織發(fā)育過程都表達的基因(如看家基因如看家基因)多呈低甲基化，組織中不表達的基因多呈高甲基化。多呈低甲基化，組織中不表達的基因多呈高甲基化。如果在基因啟動子區(qū)域的如果在基因啟動子區(qū)域的CpGCpG島發(fā)生過度甲基化，島發(fā)生過度甲基化，那么該基因就可能失活。那么該基因就可能失活。DNADNA甲基化狀

53、態(tài)的改變與細胞癌變：大量的腫瘤細甲基化狀態(tài)的改變與細胞癌變：大量的腫瘤細胞中抑癌基因的失活與啟動子區(qū)域過度甲基化有關(guān)；胞中抑癌基因的失活與啟動子區(qū)域過度甲基化有關(guān)；癌基因癌基因DNADNA甲基化水平越低，其表達水平愈高，腫瘤甲基化水平越低，其表達水平愈高，腫瘤的生物學(xué)特性愈復(fù)雜。的生物學(xué)特性愈復(fù)雜。5.5.染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對基因表達的調(diào)控作用染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對基因表達的調(diào)控作用 常染色質(zhì)中疏松狀態(tài)的活性染色質(zhì)是基因轉(zhuǎn)常染色質(zhì)中疏松狀態(tài)的活性染色質(zhì)是基因轉(zhuǎn)錄前在染色質(zhì)水平上獨特的調(diào)控機制。錄前在染色質(zhì)水平上獨特的調(diào)控機制。60q 組蛋白與組蛋白與DNADNA結(jié)合與解離是真核基因表達調(diào)控的結(jié)合與解離是真核基因

54、表達調(diào)控的重要機制之一。組蛋白可保護重要機制之一。組蛋白可保護DNADNA免受損傷，維持免受損傷，維持基因組穩(wěn)定性，抑制基因表達。去除組蛋白基因轉(zhuǎn)基因組穩(wěn)定性，抑制基因表達。去除組蛋白基因轉(zhuǎn)錄活性增高。錄活性增高。q 非組蛋白主要作為調(diào)節(jié)基因表達的反式作用因子。非組蛋白主要作為調(diào)節(jié)基因表達的反式作用因子。常染色質(zhì)常染色質(zhì):結(jié)構(gòu)松散，結(jié)構(gòu)松散，基因表達；基因表達；異染色質(zhì)異染色質(zhì):結(jié)構(gòu)緊密，結(jié)構(gòu)緊密，基因不表達?；虿槐磉_。有基因表達活性的染有基因表達活性的染色質(zhì)色質(zhì)DNADNA對對DNaseDNase更敏更敏感，即感，即DnaseDnase的的敏感敏感性性可作為該基因的轉(zhuǎn)錄可作為該基因的轉(zhuǎn)錄活

55、性的標志活性的標志。（二）轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控（二）轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 真核生物基因調(diào)控主要也是在轉(zhuǎn)錄水平上真核生物基因調(diào)控主要也是在轉(zhuǎn)錄水平上進行的。而且轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控主要通過進行的。而且轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控主要通過反式作用反式作用因子與順式作用元件和因子與順式作用元件和RNARNA聚合酶（聚合酶（RNA RNA polymerase,RNA polpolymerase,RNA pol）的相互作用完成。的相互作用完成。611.1.順式作用元件順式作用元件(cis(cis-acting element)-acting element)指某些能影響基因表達但不編碼新的指某些能影響基因表達但不編碼新的蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)和

56、RNARNA的的DNADNA序列，序列，按照功能分為啟按照功能分為啟動子、增強子、終止子、沉默子和衰減子動子、增強子、終止子、沉默子和衰減子等。等。影響影響自身基因自身基因表達活性的表達活性的DNADNA序列；非編碼序列；非編碼序列。序列。62 （1 1）啟動子）啟動子(promoter)(promoter)真核基因啟動子是在基因轉(zhuǎn)錄起始位真核基因啟動子是在基因轉(zhuǎn)錄起始位點點(+1)(+1)及其及其55上游近端大約上游近端大約100-200bp100-200bp以內(nèi)以內(nèi)的一組具有獨立功能的的一組具有獨立功能的DNADNA序列。序列。每個元件每個元件長度約為長度約為7-20bp7-20bp，是決

57、定，是決定RNARNA聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄起始點和轉(zhuǎn)錄頻率的關(guān)鍵元件。起始點和轉(zhuǎn)錄頻率的關(guān)鍵元件。63 真核真核類基因的順式作用元件圖類基因的順式作用元件圖 核心啟動子核心啟動子(core promoter)(core promoter)指足以使指足以使RNARNA聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的、最少的正常起始所必需的、最少的DNADNA序列。序列。包括包括“轉(zhuǎn)錄起始位點轉(zhuǎn)錄起始位點”即即相當于相當于mRNAmRNA的的CAPCAP位點及其上游位點及其上游-25-25-30bp-30bp處的富含處的富含TATA的典型元的典型元件件“TATA”TATA”盒即盒即HognessHogness

58、盒。核心序列為盒。核心序列為TATAAAATATAAAA，功能為確定功能為確定轉(zhuǎn)錄起始位點并產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄起始位點并產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。上游啟動子元件上游啟動子元件(upstream promoter element,UPE)(upstream promoter element,UPE)包包括通常位于括通常位于-70bp-70bp附近的附近的CAATCAAT盒盒(CCAAT)(CCAAT)和和GCGC盒盒(GGGCGG)(GGGCGG)等，等，功功能是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的頻率，提高轉(zhuǎn)錄效率。能是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的頻率，提高轉(zhuǎn)錄效率。64(2)(2)增強子增強子(enhancer)(enhanc

59、er)指位于啟動子上游或下游并通過啟指位于啟動子上游或下游并通過啟動子增強鄰近基因轉(zhuǎn)錄效率的動子增強鄰近基因轉(zhuǎn)錄效率的DNADNA順序，順序，增強子本身不具備啟動子活性。增強子本身不具備啟動子活性。6566增強子具有如下特性：增強子具有如下特性：增強效應(yīng)十分明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增強效應(yīng)十分明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加增加10-20010-200倍，有的可以增加上千倍；倍，有的可以增加上千倍；增強效應(yīng)與其位置和取向無關(guān)：增強效應(yīng)與其位置和取向無關(guān)：位置可在基位置可在基因因55上游、基因內(nèi)或其上游、基因內(nèi)或其 33下游序列中；可遠下游序列中；可遠離轉(zhuǎn)錄起始位點；即在離轉(zhuǎn)錄起始位點；即在DN

60、ADNA雙鏈中沒有雙鏈中沒有55與與33固定的方向性，即增強子從固定的方向性，即增強子從5353或是由或是由3535均可對啟動子發(fā)揮作用，均表現(xiàn)出均可對啟動子發(fā)揮作用，均表現(xiàn)出增強增強效應(yīng)。效應(yīng)。增強子大多為重復(fù)序列：一般長約增強子大多為重復(fù)序列：一般長約5050個個bpbp，其，其內(nèi)常含有一個核心序列內(nèi)常含有一個核心序列（G G）TGGA/TA/TA/TTGGA/TA/TA/T（G G），該序列是產(chǎn)生增強效應(yīng)所必需的。），該序列是產(chǎn)生增強效應(yīng)所必需的。對同源和異源基因同樣有效，對各種基因啟動對同源和異源基因同樣有效，對各種基因啟動子均有作用；但具有嚴密的組織或細胞特異性；子均有作用；但具有嚴

61、密的組織或細胞特異性；活性與其在活性與其在DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中的空間向性有關(guān)雙螺旋結(jié)構(gòu)中的空間向性有關(guān) 許多許多增強子還受到外部信號的調(diào)節(jié)，如金屬增強子還受到外部信號的調(diào)節(jié)，如金屬硫蛋白基因啟動區(qū)上游所帶的增強子，就可以對硫蛋白基因啟動區(qū)上游所帶的增強子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應(yīng)。環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應(yīng)。感染真核細胞的病毒感染真核細胞的病毒DNADNA，大多具有可被寄主，大多具有可被寄主細胞蛋白質(zhì)激活的增強子。細胞蛋白質(zhì)激活的增強子。小鼠乳腺瘤病毒（小鼠乳腺瘤病毒（MMTVMMTV）的）的DNADNA，具有糖皮質(zhì)，具有糖皮質(zhì)激素基因的增強子。在能被類固醇激活的細激素基因的增強

62、子。在能被類固醇激活的細胞（如乳腺上皮細胞）中，胞（如乳腺上皮細胞）中，MMTVMMTV病毒能旺盛病毒能旺盛生長。生長。病毒有寄主范圍，因它有組織特異和物種病毒有寄主范圍，因它有組織特異和物種特異的增強子。特異的增強子。(3)(3)沉默子（沉默子（silencersilencer）或衰減子（或衰減子（dehancerdehancer）指在真核基因內(nèi)能抑制基因轉(zhuǎn)錄的指在真核基因內(nèi)能抑制基因轉(zhuǎn)錄的DNADNA序列序列,與反式作用因子相互結(jié)合而起作用。不受距離和與反式作用因子相互結(jié)合而起作用。不受距離和方向的限制，并可對異源基因的表達起作用。方向的限制，并可對異源基因的表達起作用。67（4 4）終止

63、子）終止子 指在模板指在模板DNADNA分子的分子的55端轉(zhuǎn)錄終止信號。端轉(zhuǎn)錄終止信號。通常具有通常具有po1yApo1yA尾的基因終止信號為尾的基因終止信號為G GT T簇，簇，例如在例如在SV40SV40中的中的AGGTTTTTTAGGTTTTTT序列為終止轉(zhuǎn)錄序列為終止轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件。調(diào)控元件。672.反式作用因子(trans-acting factor)（1 1）指能直接或間指能直接或間接地識別或結(jié)合在各順式作用元件接地識別或結(jié)合在各順式作用元件8-12bp8-12bp核心核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的一組蛋白序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的一組蛋白質(zhì)，也稱序列特異性質(zhì)，也稱序列特

64、異性DNADNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白(sequence(sequence specific DNA binding proteinspecific DNA binding protein，SDBP)SDBP)，這這是一類細胞核內(nèi)蛋白質(zhì)因子。在結(jié)構(gòu)上含有與是一類細胞核內(nèi)蛋白質(zhì)因子。在結(jié)構(gòu)上含有與DNADNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域。結(jié)合的結(jié)構(gòu)域。68 概念：概念：為為DNADNA結(jié)合蛋白，核內(nèi)蛋白，可使鄰結(jié)合蛋白，核內(nèi)蛋白，可使鄰近基因開放（正調(diào)控）或關(guān)閉（負調(diào)控）。近基因開放（正調(diào)控）或關(guān)閉（負調(diào)控）。通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合在結(jié)合在TATATATA盒上的蛋白質(zhì)因盒上的蛋白質(zhì)因子。子。TFATFA、TFB

65、TFB、TFDTFD、TFETFE等等 轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子結(jié)合在結(jié)合在UPEUPE上的蛋白質(zhì)因子。上的蛋白質(zhì)因子。（2）反式作用因子類型：根據(jù)作用方式分為三類：通用轉(zhuǎn)錄因子。通用轉(zhuǎn)錄因子。普遍存在的轉(zhuǎn)錄因子。如普遍存在的轉(zhuǎn)錄因子。如TATA TATA boxbox結(jié)合因子結(jié)合因子TFTFD D、GC boxGC box結(jié)合因子結(jié)合因子SP1 SP1 等。等。組織特異性轉(zhuǎn)錄因子。組織特異性轉(zhuǎn)錄因子。與基因表達的組織特異性與基因表達的組織特異性有很大關(guān)系。如有很大關(guān)系。如IgIg基因在淋巴細胞中特異性表達是基因在淋巴細胞中特異性表達是由淋巴細胞中特異性轉(zhuǎn)錄因子由淋巴細胞中特異性轉(zhuǎn)錄因子Oct

66、-2Oct-2決定的。決定的。誘導(dǎo)性反式作用因子。誘導(dǎo)性反式作用因子。活性能被特異的誘導(dǎo)因子活性能被特異的誘導(dǎo)因子所誘導(dǎo)。誘導(dǎo)活性的可以是新蛋白的合成。如類固所誘導(dǎo)。誘導(dǎo)活性的可以是新蛋白的合成。如類固醇激素受體等。醇激素受體等。69轉(zhuǎn)錄因子(transcription factor，TF)是是RNARNA合成起始所必需的因子。合成起始所必需的因子。TFTF不依賴不依賴RNARNA聚合酶而獨立地結(jié)合聚合酶而獨立地結(jié)合DNADNA，并且在轉(zhuǎn)錄過程，并且在轉(zhuǎn)錄過程中促使許多中促使許多RNARNA聚合酶分子與啟動子結(jié)合。聚合酶分子與啟動子結(jié)合。真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶、，識別不同的，識別不同的啟動子，需要不同的啟動子，需要不同的TFTF，即，即TFTF、TFTF和和TFTF。每。每一類又依發(fā)現(xiàn)先后命名為一類又依發(fā)現(xiàn)先后命名為A A、B B。其中，。其中，由由RNARNA聚聚合酶合酶轉(zhuǎn)錄的基因稱為二類基因。此類基因種類多，轉(zhuǎn)錄的基因稱為二類基因。此類基因種類多，與細胞生長、分化直接相關(guān)，與細胞生長、分化直接相關(guān)，其表達調(diào)控最為復(fù)雜。其表達調(diào)控最為復(fù)雜。70 轉(zhuǎn)錄因子參與轉(zhuǎn)錄