原核生物與真核生物基因表達(dá)的區(qū)別

1、原核生物與真核生物基因表達(dá)的區(qū)別最佳答案 原核生物的機(jī)體能在基因表達(dá)過程的任何階段進(jìn)行調(diào)控，如調(diào)控可在轉(zhuǎn)錄階段、轉(zhuǎn)錄后加工階段和翻譯階段進(jìn)行。轉(zhuǎn)錄的調(diào)控主要發(fā)生在起始階段，這樣可避免浪費(fèi)能量合成不必要的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。通常不在轉(zhuǎn)錄延伸階段進(jìn)行調(diào)控，但可在終止階段進(jìn)行調(diào)控，終止可以防止越過終止子而進(jìn)行下一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄。RNA的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物本身是一個(gè)受調(diào)控的靶分子，轉(zhuǎn)錄物作為一個(gè)整體其有效性可以受到調(diào)控，例如，它的穩(wěn)定性可以決定它是否保存下來用于翻譯。此外，初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒旆肿拥募庸つ芰蓻Q定最后mRNA分子的組成和功能。在真核細(xì)胞中，還可對(duì)RNA從核到胞漿中的轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)行調(diào)控。但是在細(xì)菌中，mRNA

2、只要一合成，就可用于翻譯。翻譯也像轉(zhuǎn)錄一樣，在起始階段和終止階段進(jìn)行調(diào)控。DNA轉(zhuǎn)錄的起始和RNA翻譯的起始路線也很相似。真核生物基因表達(dá)的調(diào)控要比原核生物復(fù)雜得多，特別是高等生物，不僅由多細(xì)胞構(gòu)成，而且具有組織和器官的分化。細(xì)胞中由核膜將核和細(xì)胞質(zhì)分開，轉(zhuǎn)錄和翻譯并不是偶聯(lián)，而是分別在核和細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行的，基因組不再是環(huán)狀或線狀近于裸露DNA，而是由多條染色體組成，染色體本身結(jié)構(gòu)是以核小體為單位形成的多極結(jié)構(gòu)，真核生物的個(gè)體還存在著復(fù)雜的個(gè)體發(fā)育和分化，因此說真核生物的基因表達(dá)調(diào)控是多層次的，從DNA到RNA到有功能蛋白質(zhì)多途徑進(jìn)行調(diào)控的。主要的調(diào)控途徑有如下幾個(gè)方面：DNA和染色體水平上的調(diào)

3、控：基因的拷貝數(shù)擴(kuò)增或丟失和基因重排，DNA修飾，在染色體上的位置，染色體結(jié)構(gòu)（包括染色質(zhì)、異染色質(zhì)、核小體）都可影響基因表達(dá)。轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控：轉(zhuǎn)錄起始的控制和延伸的弱化對(duì)mRNA前體的水平都會(huì)產(chǎn)生影響。轉(zhuǎn)錄后RNA加工過程和運(yùn)送中的調(diào)控：真核基因轉(zhuǎn)錄出的mRNA前體，要經(jīng)過加工才能成熟為mRNA，包括切割、拼接、編輯、5和3末端修飾等，成熟的mRNA再運(yùn)出細(xì)胞核。翻譯水平上的調(diào)控：5端前導(dǎo)序列形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)降低翻譯水平或抑制蛋白結(jié)合5端，阻止mRNA的翻譯。翻譯后的調(diào)控：翻譯后產(chǎn)生的蛋白質(zhì)常常需要修飾和加工如磷酸化、糖基化、切除信號(hào)肽及構(gòu)象形成等，才能成為有活性的蛋白質(zhì)，可以利用這個(gè)過程有選

4、擇地激活或滅活某些蛋白質(zhì)。mRNA降解的調(diào)控：控制mRNA壽命就能控制一定數(shù)目的mRNA分子產(chǎn)生蛋白質(zhì)數(shù)量，這種調(diào)控是由mRNA 3端的序列決定的。 （為什么是有其決定？）真核生物基因表達(dá)調(diào)控過程與原核生物的不同之處 2010-8-29 09:12 最佳答案 真核生物中編碼蛋白質(zhì)的基因通常是間斷的、不連續(xù)的，由于轉(zhuǎn)錄時(shí)內(nèi)含子和外顯子是一起轉(zhuǎn)錄的，因而轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的信使RNA必須經(jīng)加工，將內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄部分剪切掉，將外顯子轉(zhuǎn)錄部分拼接起來，才能成為成熟的RNA。 真核生物有細(xì)胞核，核膜將核質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)隔開，因此，轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核中進(jìn)行，翻譯在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行?？梢娖滢D(zhuǎn)錄和翻譯具有時(shí)間和空間上的分隔。 真核生物大多

5、是多細(xì)胞生物，個(gè)體發(fā)育過程中要發(fā)生細(xì)胞分化。分化是不同的基因特異性表達(dá)的結(jié)果。細(xì)胞中關(guān)閉或開啟某些基因，都是在嚴(yán)格調(diào)控作用下進(jìn)行的?；虻倪@種特異性表達(dá)的調(diào)控機(jī)制也是真核生物所特有的。圖3-14真核生物基因表達(dá)過程示意圖真核生物基因表達(dá)調(diào)控的過程與原核生物有許多共同之處。例如，在真核生物結(jié)構(gòu)基因的側(cè)翼序列上，同樣存在著許多不同的調(diào)控序列，真核生物通過特異性蛋白與某些調(diào)控序列的結(jié)合與否，來調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。但是，真核生物基因表達(dá)調(diào)控與。原核生物也有許多不同之處。例如，真核生物中編碼蛋白質(zhì)的基因通常是間斷的、不連續(xù)的，由于轉(zhuǎn)錄時(shí)內(nèi)含子和外顯子是一起轉(zhuǎn)錄的，因而轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的信使RNA必須經(jīng)過加工，將內(nèi)含

6、子轉(zhuǎn)錄部分剪切掉，將外顯子轉(zhuǎn)錄部分拼接起來，才能成為有功能的成熟的信使RNA。而原核生物的基因由于不含有外顯子和內(nèi)含子，因此，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的信使RNA不需要剪切、拼接等加工過程。再有，原核生物基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯通常是在同一時(shí)間同一地點(diǎn)進(jìn)行的，即在轉(zhuǎn)錄未完成之前翻譯便開始進(jìn)行。如大腸桿菌乳糖分解代謝過程中，三個(gè)結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯就是同時(shí)在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行的。真核生物由于有細(xì)胞核，核膜將核質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)分隔開來，因此，轉(zhuǎn)錄是在細(xì)胞核中進(jìn)行的，翻譯則是在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行的。可見。真核生物基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯具有時(shí)間和空間上的分隔。上述真核生物基因轉(zhuǎn)錄后的剪切、拼接和轉(zhuǎn)移等過程，都需要有調(diào)控序列的調(diào)控，這種調(diào)控作用是原核

7、生物所沒有的。下載： 真核生物的基因表達(dá)過程與原核生物的基因在時(shí)空上不同，因而真核生物的基因在原核生物內(nèi)表達(dá)可能出現(xiàn)問題。這是什么意思啊？一是時(shí)間：原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和翻譯偶聯(lián)，轉(zhuǎn)錄和翻譯幾乎同時(shí)進(jìn)行。 真核細(xì)胞原初轉(zhuǎn)錄物不能翻譯，需要進(jìn)行后加工才能翻譯。 二者在轉(zhuǎn)錄與翻譯的時(shí)間上分離。二是空間：原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和翻譯幾乎都在擬核區(qū)進(jìn)行，沒有明顯空間上的區(qū)分。 真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄在核內(nèi)進(jìn)行，翻譯在胞質(zhì)進(jìn)行。 二者轉(zhuǎn)錄和翻譯在空間上隔離。以上兩點(diǎn)統(tǒng)稱：真核生物的基因表達(dá)過程與原核生物的基因在時(shí)空上不同。第三節(jié) 真核生物基因表達(dá)的調(diào)控原核生物操縱元調(diào)控中的一些原理也存在于真核生物基因表達(dá)中，但是，多細(xì)胞真核生物的

8、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能和生長發(fā)育過程要比原核生物復(fù)雜得多，具有精確的發(fā)育程序和大量分化的特殊細(xì)胞群，因此它需要更為多樣化的調(diào)控機(jī)制。首先，高等真核生物的基因組遠(yuǎn)比細(xì)菌基因組大，包含的DNA量和遺傳信息也多得多。例如，根據(jù)已測(cè)定的基因組全部序列，E.coli有4.6106 bp，可編碼4288個(gè)基因，每個(gè)基因含有約1100bp。這個(gè)基因長度與已全部測(cè)序的8個(gè)原核生物相似。真核生物啤酒酵母有1.2107bp，可編碼5885個(gè)基因，每個(gè)基因含約2000bp。在高等植物中，據(jù)對(duì)擬南芥菜第4染色體長臂的一段長為1.9106 bp的DNA片段全序列測(cè)定，這段DNA可編碼389個(gè)基因，每個(gè)基因有4800bp。這些

9、結(jié)果說明，高等生物基因組中有很多重復(fù)序列。據(jù)分析，人類基因組有3109 bp，編碼蛋白質(zhì)的基因約為3.5萬個(gè)。其余的都是重復(fù)序列。高等植物不同物種的基因組大小差別很大，如擬南芥有1108bp，水稻有4.3108 bp，小麥則有1.61010 bp。高等植物的基因組中很多是重復(fù)序列，尤其是象小麥這類DNA含量高的大基因組，重復(fù)序列比例更大。很多重復(fù)序列與調(diào)控作用有關(guān)。例如，擬南芥的重復(fù)序列在轉(zhuǎn)基因煙草中具有基因表達(dá)增強(qiáng)子的作用。其次，真核生物的DNA與組蛋白等結(jié)合形成染色質(zhì)，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化可以調(diào)控基因表達(dá)。真核生物基因表達(dá)分散在整個(gè)基因組的各個(gè)染色體上，而不象細(xì)菌那樣全部基因串連在一起。所以真

10、核生物不僅存在同一染色體上不同基因間的調(diào)控問題，而且還存在不同染色體之間的基因調(diào)控問題。第三，在真核生物中，不同組織的細(xì)胞在功能上是高度分化的。大多數(shù)真核生物都是多細(xì)胞的復(fù)雜有機(jī)體，在個(gè)體發(fā)育過程中，由一個(gè)受精卵經(jīng)過一系列的細(xì)胞分裂和分化形成不同類型的細(xì)胞和組織。分化就是不同基因表達(dá)的結(jié)果。在不同的發(fā)育階段和不同類型的細(xì)胞中，基因表達(dá)在時(shí)空上受到嚴(yán)密的調(diào)控。例如，在動(dòng)物胰臟細(xì)胞中不會(huì)產(chǎn)生視網(wǎng)膜色素，而在視網(wǎng)膜細(xì)胞中也不會(huì)產(chǎn)生胰島素。真核細(xì)胞具有選擇性激活和抑制基因表達(dá)的機(jī)制。如果基因在錯(cuò)誤的時(shí)間或細(xì)胞中表達(dá)、表達(dá)不足或過量地表達(dá)，都會(huì)破壞細(xì)胞的正常代謝，甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡。 原核生物大多是單細(xì)胞

11、的，在相同的環(huán)境條件下，同一群體的細(xì)胞對(duì)環(huán)境的變化具有基本相同的反應(yīng)，基因的表達(dá)基本一致。但是在相同的環(huán)境條件下，多細(xì)胞真核生物體內(nèi)的不同細(xì)胞的反應(yīng)則全然不同，只有部分或很少一部分細(xì)胞的基因表達(dá)直接受到環(huán)境條件變化的影響，其余細(xì)胞中的基因表達(dá)只是間接受到影響或者基本不受影響。這就保證了真核生物的一些主要組織和器官在千變?nèi)f化的環(huán)境條件下能夠維持正常功能。第四，真核生物細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯在時(shí)間和空間上是分隔的。真核生物具有由核膜包被的細(xì)胞核，基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯分別在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。因此，轉(zhuǎn)錄的RNA還必須經(jīng)過加工以及從細(xì)胞核中運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)中才能行使功能，而且，相對(duì)于原核生物來說，mRNA的壽命比

12、較長。這就為翻譯水平的調(diào)控提供了方便。真核生物基因表達(dá)可以在多個(gè)層次上進(jìn)行調(diào)控。綜上所述，真核生物基因表達(dá)的調(diào)控遠(yuǎn)比原核生物復(fù)雜，可以發(fā)生在DNA水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后的修飾、翻譯水平和翻譯后的修飾等多種不同層次（圖 真核生物基因表達(dá)中可能的調(diào)控環(huán)節(jié)）。但是，最經(jīng)濟(jì)、最主要的調(diào)控環(huán)節(jié)仍然是在轉(zhuǎn)錄水平上。 （是因?yàn)椋琣t the very beginning 就阻止了，就避免了不必要的浪費(fèi)！）（一）DNA水平的調(diào)控 DNA水平上的調(diào)控是通過改變基因組中有關(guān)基因的數(shù)量、結(jié)構(gòu)順序和活性而控制基因的表達(dá)。這一類的調(diào)控機(jī)制包括基因的擴(kuò)增、重排或化學(xué)修飾。其中有些改變是可逆的。1、基因劑量與基因擴(kuò)增 細(xì)胞

13、中有些基因產(chǎn)物的需要量比另一些大得多，細(xì)胞保持這種特定比例的方式之一是基因組中不同基因的劑量不同。例如，有A、B兩個(gè)基因，假如他們的轉(zhuǎn)錄、翻譯效率相同，若A基因拷貝數(shù)比B基因多20 倍，則A基因產(chǎn)物也多20倍。組蛋白基因是基因劑量效應(yīng)的一個(gè)典型實(shí)例。為了合成大量組蛋白用于形成染色質(zhì)，多數(shù)物種的基因組含有數(shù)百個(gè)組蛋白基因拷貝。（基因拷貝數(shù)不同）基因劑量也可經(jīng)基因擴(kuò)增臨時(shí)增加。兩棲動(dòng)物如蟾蜍的卵母細(xì)胞很大，是正常體細(xì)胞的一百倍，需要合成大量核糖體。核糖體含有rRNA分子，基因組中的rRNA基因數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足卵母細(xì)胞合成核糖體的需要。所以在卵母細(xì)胞發(fā)育過程中，rRNA基因數(shù)目臨時(shí)增加了4000倍。

14、卵母細(xì)胞的前體同其他體細(xì)胞一樣，含有約500個(gè)rRNA基因（rDNA）。在基因擴(kuò)增后，rRNA基因拷貝數(shù)高達(dá)2106。這個(gè)數(shù)目可使得卵母細(xì)胞形成1012個(gè)核糖體，以滿足胚胎發(fā)育早期蛋白質(zhì)大量合成的需要。在基因擴(kuò)增之前，這500個(gè)rRNA基因以串聯(lián)方式排列。在發(fā)生擴(kuò)增的3周時(shí)間里，rDNA不再是一個(gè)單一連續(xù)DNA片段，而是形成大量小環(huán)即復(fù)制環(huán)，以增加基因拷貝數(shù)目。這種rRNA基因擴(kuò)增發(fā)生在許多生物的卵母細(xì)胞發(fā)育過程中，包括魚、昆蟲和兩棲類動(dòng)物。目前對(duì)這種基因擴(kuò)增的機(jī)制并不清楚。在某些情況下，基因擴(kuò)增發(fā)生在異常的細(xì)胞中。例如，人類癌細(xì)胞中的許多致癌基因，經(jīng)大量擴(kuò)增后高效表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞繁殖和生長失控

15、。有些致癌基因擴(kuò)增的速度與病癥的發(fā)展及癌細(xì)胞擴(kuò)散程度高度相關(guān)。2基因丟失在一些低等真核生物的細(xì)胞分化過程中，有些體細(xì)胞可以通過丟失某些基因，從而達(dá)到調(diào)控基因表達(dá)的目的，這是一種極端形式的不可逆的基因調(diào)控方式。如某些原生動(dòng)物、線蟲、昆蟲和甲殼類動(dòng)物在個(gè)體發(fā)育到一定階段后，許多體細(xì)胞常常丟失整條染色體或部分染色體，而只有在將來分化生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞中保留著整套的染色體。在馬蛔蟲中，個(gè)體發(fā)育到一定階段后，體細(xì)胞中的染色體破碎，形成許多小的染色體，其中有些小染色體沒有著絲粒，它們因不能在細(xì)胞分裂中正常分配而丟失，在將來形成生殖細(xì)胞的細(xì)胞中不存在染色體破碎現(xiàn)象。但是，基因丟失現(xiàn)象在高等真核生物中還未發(fā)現(xiàn)

16、。3DNA重排（基因重排） 基因重排(gene rearrangement)是指DNA分子中核苷酸序列的重新排列。這些序列的重排可以形成新的基因，也可以調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。這種重排是由基因組中特定的遺傳信息決定的，重排后的基因序列轉(zhuǎn)錄成mRNA，翻譯成蛋白質(zhì)。盡管基因組中的DNA序列重排并不是一種普通方式，但它是有些基因調(diào)控的重要機(jī)制，在真核生物細(xì)胞生長發(fā)育中起關(guān)鍵作用。酵母交配型轉(zhuǎn)換。啤酒酵母交配型轉(zhuǎn)換是DNA重排的結(jié)果。酵母菌有兩種交換型，分別a和。單倍體a和之間配合才能產(chǎn)生二倍體a/，經(jīng)減數(shù)分裂及產(chǎn)孢過程形成單倍體四分子，其中a和的孢子的比例為2：2。如果單獨(dú)培養(yǎng)基因型a和的孢子，由于僅有與

17、親代相同的交配型基因型，所以形成的孢子之間不能發(fā)生交配。但酵母菌中有一種同宗配合交配類型，其細(xì)胞可轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的交配類型，使細(xì)胞之間可發(fā)生配合。如圖8-18所示。起始的單倍體孢子（這里是）發(fā)育成一個(gè)母細(xì)胞及一個(gè)芽細(xì)胞，芽細(xì)胞再長成子細(xì)胞。在下一次分裂后，這個(gè)母細(xì)胞及新形成的子細(xì)胞轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的交配型a，結(jié)果是兩個(gè) 和兩個(gè)a型細(xì)胞。相對(duì)應(yīng)交配型細(xì)胞融合形成a/二倍體合子（交配）。再經(jīng)有絲分裂及產(chǎn)孢過程又形成單倍體孢子。這種交配型轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)是遺傳物質(zhì)的重排?？刂平慌湫偷腗AT基因位于酵母菌第3染色體上，MATa和MAT互為等位基因。含有MATa單倍體細(xì)胞為a交配型，具有MAT基因型的細(xì)胞為交配型。MA

18、T位點(diǎn)的兩端，還有類似MAT基因的HMLa和HMRa基因，他們分別位于第3染色體左臂和右臂上。這兩個(gè)基因分別具有與MAT和MATa 相同的序列，但在其基因上游各有一個(gè)抑制轉(zhuǎn)錄起始的沉默子，所以不表達(dá)。交換型轉(zhuǎn)換是由HO內(nèi)切核酸酶(HO endonuclease)的作用開始的(圖819)。這個(gè)內(nèi)切酶將MATa基因內(nèi)的一段24bp的雙鏈DNA切開，另一種核酸外切酶在雙鏈DNA的切口，從5到3加工產(chǎn)生一段突出的3單鏈尾端序列（約500個(gè)核苷酸），MATa基因用這一段單鏈系列插入到MAT基因的同源序列中，以HML序列為模板，合成一段新的HML基因序列，再通過重組使HML整合到MATa序列中，導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)

19、換，由MATa轉(zhuǎn)換成MAT。在這個(gè)重組過程中，有一段244bp的重組強(qiáng)化子(recombinant enhancer, RE)對(duì)重組起順式調(diào)控作用，是基因轉(zhuǎn)換所必須的，RE缺失則不能發(fā)生基因轉(zhuǎn)換。這段RE序列也位于第3染色體左臂上，靠近HML位點(diǎn)。MAT基因編碼一種與MCM1轉(zhuǎn)錄因子互作的調(diào)控蛋白，控制其它基因轉(zhuǎn)錄。MATa和MAT基因產(chǎn)物對(duì)MCM1具有不同的影響，因而表現(xiàn)出不同的等位基因特異表達(dá)模式。在紅色面包霉及其它真菌中出現(xiàn)的四分孢子異常比例，也是重組后產(chǎn)成的基因轉(zhuǎn)換形成的。（2）動(dòng)物抗體基因重排 一個(gè)正常哺乳動(dòng)物可產(chǎn)生108以上不同的抗體分子，每一種抗體具有與特定抗原結(jié)合的能力?？贵w是

20、蛋白質(zhì)，每一種特異抗體具有不同的氨基酸序列。如果抗體的遺傳表達(dá)是一個(gè)基因編碼一條多肽鏈，那么一個(gè)哺乳動(dòng)物就需要108以上的基因來編碼抗體，這個(gè)數(shù)目至少是整個(gè)基因組中基因數(shù)目（現(xiàn)在估計(jì)人類基因組中編碼蛋白質(zhì)的基因大概只有30000個(gè)左右）的1000倍。這是不可能實(shí)現(xiàn)的!那么哺乳動(dòng)物是采用什么機(jī)制形成如此眾多的不同抗體分子的呢？首先我們看一下抗體分子的結(jié)構(gòu)（圖 抗體分子結(jié)構(gòu)）?？贵w包括兩條分別約440個(gè)氨基酸的重鏈（heavy chain, H）和兩條分別約214個(gè)氨基酸的輕鏈（light chain, L）。不同抗體分子的差別主要在重鏈和輕鏈的氨基端（N端），故將N端稱為變異區(qū)（variable

21、 region, V），N端的長度約為110個(gè)氨基酸。不同抗體羧基端（C端）的序列非常相似，稱為恒定區(qū)（constant region, C）?？贵w的輕鏈、重鏈之間和兩條重鏈之間由二硫鍵連接，形成一種四鏈（H2L2）結(jié)構(gòu)的免疫球蛋白分子。在人類基因組中，所有抗體的重鏈和輕鏈都不是由固定的完整基因編碼的，而是由不同基因片段經(jīng)重排后形成的完整基因編碼的。完整的重鏈基因由VH、D、J和C四個(gè)基因片斷組合而成，完整的輕鏈基因由VL、J和C三3個(gè)片段組合而成。人的第14號(hào)染色體上具有86個(gè)重鏈變異區(qū)片段（VH），30個(gè)多樣區(qū)片段（diverse，D），9個(gè)連接區(qū)片段（jioning，J）以及11個(gè)恒定區(qū)

22、片段（C）。輕鏈基因分為3個(gè)片段，變異區(qū)（VL），連接區(qū)(J)和恒定區(qū)(C)。人類的輕鏈分為2型：型（Kappa輕鏈，）和型（Lambda輕鏈，）。輕鏈基因位于第2號(hào)染色體上，輕鏈基因位于第22號(hào)染色體上。 人類基因組中抗體基因片斷 抗體組成 基因座位 所在染色體 基因片斷數(shù)目 V D J C 重鏈 IGH 14 86 30 9 11 Kappa 輕鏈（） IGK 2 76 0 5 1 Lambda 輕鏈（） IGL 22 52 0 7 7 隨著B淋巴細(xì)胞的發(fā)育，基因組中的抗體基因在DNA水平發(fā)生重組，形成編碼抗體的完整基因（圖 人類抗體重鏈基因結(jié)構(gòu)）。在每一個(gè)重鏈分子重排時(shí)，首先V區(qū)段與D區(qū)

23、段連接，然后與J區(qū)段連接，最后與C區(qū)段連接，形成一個(gè)完整的抗體重鏈基因。每一個(gè)淋巴細(xì)胞中只有一種重排的抗體基因。輕鏈的重排方式與重鏈基本相似（圖 人類抗體鏈基因結(jié)構(gòu)），所不同的是輕鏈由3個(gè)不同的片斷組成。重鏈和輕鏈基因重排后轉(zhuǎn)錄，再翻譯成蛋白質(zhì)，由二硫鍵連接，形成抗體分子。產(chǎn)生免疫球蛋白分子多樣性的遺傳控制：重鏈和輕鏈的不同組合，、H；在重鏈中，V、D、J和C片段的組合；輕鏈中V和C的組合；輕鏈中V、J和C的組合；此外，基因片段之間的連接點(diǎn)也可以在幾個(gè)bp的范圍內(nèi)移動(dòng)。因此，可以從約300個(gè)抗體基因片段中產(chǎn)生109 數(shù)量級(jí)的免疫球蛋白分子。4. DNA甲基化和去甲基化 在真核生物DNA分子中，

24、少數(shù)胞嘧啶堿基第5碳上的氫可以在甲基化酶的催化下被一個(gè)甲基取代，使胞嘧啶甲基化(methylation)。甲基化多發(fā)生在5CG3二核苷酸對(duì)上。有時(shí)CG二核苷酸對(duì)上的兩個(gè)C都甲基化，稱為完全甲基化，只有一個(gè)C甲基化稱為半甲基化。甲基化酶可識(shí)別這種半甲基化DNA分子，使另一條鏈上的胞嘧啶也甲基化。DNA的甲基化可以引起基因的失活?；钴S表達(dá)的基因都是甲基化不足的基因。表達(dá)活性與甲基化程度呈負(fù)相關(guān)。甲基化的程度可以在轉(zhuǎn)錄的充分激活和完全阻遏之間起調(diào)節(jié)作用。把甲基化和未甲基化的病毒DNA或細(xì)胞核基因分別導(dǎo)入活細(xì)胞，已甲基化的基因不表達(dá)，而未甲基化的能夠表達(dá)。在大鼠個(gè)體發(fā)育過程中，核內(nèi)DNA甲基化的水平失

25、不斷提高的，14d的胚胎肝臟只有8的rDNA甲基化，18d的胚胎肝臟有30的rDNA甲基化，而成年大鼠肝組織中rDNA的甲基化程度高達(dá)60。某些玉米Ac轉(zhuǎn)座因子在沒有任何DNA序列變化的情況下，失去了轉(zhuǎn)座酶基因活性，就是因?yàn)檫@個(gè)基因的富含CG區(qū)域發(fā)生了高度甲基化。經(jīng)化學(xué)處理去甲基化后，又可使轉(zhuǎn)座酶基因活性恢復(fù)。（二）轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 持家基因和奢侈基因在多細(xì)胞的高等真核生物中，各種類型的細(xì)胞中都有相同的一些基因在表達(dá)，這些基因的產(chǎn)物是維持細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、以及參與新成代謝等生命活動(dòng)所必須的，由于它們的功能對(duì)于每一個(gè)細(xì)胞來說都是必不可少的，所以將這些基因稱為持家基因（house keeping

26、 gene）。如組蛋白基因、核糖體蛋白基因、線粒體蛋白基因、糖酵解酶基因等。在哺乳動(dòng)物中，持家基因大約有10000個(gè)左右。另一類基因是組織特異性基因（tissue-specific gene）,又稱為奢侈基因(luxury gene)。這類基因與細(xì)胞的特定功能有關(guān)，是在各種組織中選擇性表達(dá)的基因。如表皮的角蛋白基因、肌細(xì)胞中的肌動(dòng)蛋白基因和肌球蛋白基因等。據(jù)估計(jì)，各類細(xì)胞中的奢侈基因的總和大于持家基因的數(shù)目。 持家基因和奢侈基因的表達(dá)調(diào)控通常發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。 前面介紹了細(xì)菌中的基因經(jīng)誘導(dǎo)可使表達(dá)效率提高千倍以上。這種極端的調(diào)控水平很難發(fā)生在真核生物基因表達(dá)中（酵母菌除外）。大多數(shù)真核生物基因經(jīng)

27、誘導(dǎo)可提高幾倍至數(shù)十倍的表達(dá)效率。多數(shù)真核生物基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是正調(diào)控。1、真核基因表達(dá)調(diào)控的順式作用元件順式作用元件(cis-acting element)是指DNA分子上對(duì)基因表達(dá)有調(diào)節(jié)活性的特定核苷酸序列。順式作用元件的活性只影響同一DNA分子上的基因。這種DNA序列多位于基因上游或內(nèi)含子中。真核基因的順式作用元件按其功能可以分為：啟動(dòng)子、增強(qiáng)子和靜止子。啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)和功能啟動(dòng)子是轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶的結(jié)合位點(diǎn)，位于受其調(diào)控的基因上游，鄰近基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，是基因的一部分（圖 真核生物啟動(dòng)子元件）。TATA框（TATA box）：中心位于30位置，是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合位點(diǎn)。富含AT

28、堿基，一般有8bp，改變其中任何一個(gè)堿基都會(huì)顯著降低轉(zhuǎn)錄活性，又稱為Hogness box。如人類的珠蛋白基因啟動(dòng)子中TATA序列發(fā)生突變，珠蛋白產(chǎn)量就會(huì)大幅度下降而引起貧血癥。 CAAT框（CAAT box）：位于7080位置，共有序列GGCC(T)CAATCT。決定啟動(dòng)子的起始頻率。兔的珠蛋白基因的CAAT框變成TTCCAATCT，其轉(zhuǎn)錄效率只有原來的12。GC框(GC box)：110位置，GGGCGG。增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性。真核基因的啟動(dòng)子有三個(gè)元件構(gòu)成，而原核基因的啟動(dòng)子一般只有兩個(gè)元件，-10位置的TATAbox和35位置的TTGACAbox。增強(qiáng)子的結(jié)構(gòu)和功能增強(qiáng)子（enhancer），

29、又稱強(qiáng)化子（transcriptional enhancer），是一種遠(yuǎn)端調(diào)控元件，至少距轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游100bp以上，通常位于7001000處，所以又稱為上游激活序列(upstream activator sequence, UAS)。增強(qiáng)子區(qū)的跨度一般有100200bp，和啟動(dòng)子一樣，由一個(gè)或多個(gè)各具特征的DNA序列組成，常由812bp的核心序列和其他序列相間排列。增強(qiáng)子也要通過與特定的蛋白質(zhì)因子(轉(zhuǎn)錄因子)結(jié)合而實(shí)現(xiàn)其對(duì)轉(zhuǎn)錄的增強(qiáng)作用。靜止子是一種類似增強(qiáng)子但起負(fù)調(diào)控作用的順式作用元件。有人稱為沉默基因。靜止子與相應(yīng)的反式作用因子結(jié)合后，可以使正調(diào)控系統(tǒng)失去作用。2、真核基因調(diào)控的反式作

30、用因子不論是啟動(dòng)子還是增強(qiáng)子序列，他們的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能都是通過與特定的DNA結(jié)合蛋白的相互作用而實(shí)現(xiàn)的。真核生物的RNA聚合酶與原核生物的RNA聚合酶不同，它本身不能啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，純化了的真核生物RNA聚合酶在體外是不能啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的。因此必須事先有一套轉(zhuǎn)錄因子裝配到啟動(dòng)子上，RNA聚合酶才能啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。這些轉(zhuǎn)錄因子一般并不是RNA聚合酶的組成成分。能直接或間接識(shí)別各種順式調(diào)控元件并與之結(jié)合從而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄效率的各種蛋白質(zhì)分子稱為反式作用因子 (trans-acting factor)。能激活真核生物基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)稱為轉(zhuǎn)錄因子(transcription factor, TF)。轉(zhuǎn)錄因子是參與正調(diào)控的反

31、式作用因子，是轉(zhuǎn)錄起始過程中RNA聚合酶所需要的輔助因子。這類DNA結(jié)合蛋白有很多種，順式調(diào)控元件也有多種，正是不同的DNA序列和不同的DNA結(jié)合蛋白之間在空間結(jié)構(gòu)上的相互作用，以及蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用，構(gòu)成了復(fù)雜的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制。真核生物的RNA聚合酶類型 產(chǎn)物 rRNA MRNA, snRNA 5S rRNA tRNA 反式作用因子的結(jié)構(gòu)特征反式作用因子一般都具有三個(gè)不同功能結(jié)構(gòu)域(domain)。（看來我研究的ER也是一種反式作用因子？也是轉(zhuǎn)錄因子?。〥NA結(jié)合結(jié)構(gòu)域 （不就是ER的BD么？）與順式調(diào)控元件結(jié)合的部位。對(duì)大量轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子結(jié)構(gòu)的研究表明，DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域大多在10

32、0bp以下。大體上有4種結(jié)構(gòu)特征：螺旋轉(zhuǎn)角螺旋(helix-turn-helix, HTH)結(jié)構(gòu)（圖 螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋）、鋅指(zinc finger)結(jié)構(gòu)（圖 鋅指結(jié)構(gòu)）、亮氨酸拉鏈(leucine zipper)結(jié)構(gòu)（圖 亮氨酸拉鏈）等。激活基因轉(zhuǎn)錄的功能結(jié)構(gòu)域 一般有20100個(gè)氨基酸組成。有時(shí)一個(gè)反式作用因子可能有一個(gè)以上的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)。結(jié)構(gòu)特征有：含有很多帶負(fù)電荷的螺旋、富含谷氨酰胺或者富含脯氨酸。與其他蛋白質(zhì)因子結(jié)合的結(jié)構(gòu)域不同的反式調(diào)控因子（轉(zhuǎn)錄因子）與順式調(diào)控元件相互作用，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的效率不同。2選擇性啟動(dòng)子 有些真核生物基因具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的啟動(dòng)子，用于在不同細(xì)胞中表達(dá)。不同啟

33、動(dòng)子可產(chǎn)生不同的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物和不相同的蛋白質(zhì)編碼序列。果蠅的乙醇脫氫酶基因是一個(gè)典型的例子。這個(gè)基因的結(jié)構(gòu)見圖8-31A。在幼蟲（圖8-31B）和成蟲期（圖8-31C）分別利用不同啟動(dòng)子進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。成蟲期的轉(zhuǎn)錄具有一段很長的5端前導(dǎo)序列，其中大多數(shù)在mRNA加工中去掉。多啟動(dòng)子可使幼蟲和成蟲具有獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。真核基因表達(dá)的激素調(diào)控 多細(xì)胞真核生物的一些基因表達(dá)經(jīng)常受到體內(nèi)外激素（hormone）的控制。許多甾類激素如皮質(zhì)激素、鹽皮質(zhì)激素、雌激素、雄激素和一些多肽激素都可以誘導(dǎo)某些基因的轉(zhuǎn)錄。如昆蟲發(fā)生變態(tài)時(shí)多線染色體的疏松區(qū)有規(guī)律變化就是由蛻皮激素控制的。雙翅目昆蟲幼蟲的唾腺細(xì)胞內(nèi)有巨大的唾腺

34、染色體，其上的橫帶被認(rèn)為相當(dāng)于基因或操縱元。在幼蟲發(fā)育的不同階段，可以看到一個(gè)或幾個(gè)橫帶發(fā)生疏松現(xiàn)象（圖8-33）即染色絲高度松散而不纏繞。同位素標(biāo)記試驗(yàn)證明，疏松區(qū)出現(xiàn)大量新合成的mRNA。疏松出現(xiàn)的時(shí)間和部位隨著發(fā)育階段而順序消長。以果蠅唾腺染色體為例，其幼蟲在三齡前期，第III染色體不出現(xiàn)疏松。到三齡后期，74區(qū)EF段、75區(qū)B段和78區(qū)D段出現(xiàn)疏松（圖8-34）。進(jìn)入蛹期，上述3個(gè)區(qū)段的疏松消失，71區(qū)C-E段出現(xiàn)疏松?；计?，71區(qū)C-E段的疏松消失，而74 區(qū)EF段和75區(qū)B段重新出現(xiàn)疏松。說明74區(qū)EF段和75區(qū)B段的基因作用與幼蟲的蛻皮和化蛹有關(guān)。74區(qū)EF段和75區(qū)B段在蛻皮

35、時(shí)發(fā)生疏松是和幼蟲體內(nèi)分泌的蛻皮激素有關(guān)。蛻皮激素是一種類固醇化合物，由幼蟲前胸腺分泌，傳送到蟲體各部分，激活74區(qū)EF段和75區(qū)B段的基因，導(dǎo)致幼蟲蛻皮。如果在三齡早期用尼龍線將唾腺部分緊緊扎起，如圖8-35所示，被結(jié)扎的受到蛻皮激素的作用，提前化蛹，而后半部分仍為幼蟲。取出唾腺細(xì)胞進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)前半部分唾腺細(xì)胞中第III染色體上74區(qū)EF段、75區(qū)B段和78區(qū)D段都有疏松出現(xiàn)。更為直接的證據(jù)是用蛻皮激素注入搖蚊四齡幼蟲體內(nèi)，1530分鐘后，在唾腺染色體的18區(qū)C段形成疏松。大約1H后，疏松體積擴(kuò)大到最大限度。正常情況下，搖蚊幼蟲或蛹蛻皮時(shí)，正是在I-18-C區(qū)段出現(xiàn)疏松。說明蛻皮激素引起該

36、部位基因的活化。類固醇是疏水性很強(qiáng)的化合物，可經(jīng)擴(kuò)散通過質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞。在細(xì)胞中，類固醇與其受體結(jié)合形成二聚體。而類固醇受體本身是一組轉(zhuǎn)錄因子，具有與DNA結(jié)合的保守序列。這種二聚體一旦與目的基因啟動(dòng)子結(jié)合，即可直接啟動(dòng)目的基因轉(zhuǎn)錄。而且，類固醇受體必須在類固醇存在時(shí)，才能與DNA結(jié)合，起始基因轉(zhuǎn)錄（圖 激素調(diào)控）。（和我研究的ER一模一樣！）（三）轉(zhuǎn)錄后調(diào)控在真核生物中，蛋白質(zhì)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物統(tǒng)稱為核不均一RNA，必須經(jīng)過加工才能成為成熟的mRNA分子。在第三章已經(jīng)講過，加工過程包括三個(gè)方面：加帽、加尾和去掉內(nèi)含子。轉(zhuǎn)錄后的內(nèi)含子剪切過程在基因表達(dá)的調(diào)控中具有重要意義。選擇性mRNA切割 我們知

37、道，在DNA水平上，真核生物基因與原核生物基因有一個(gè)明顯的不同之處，也就是真核生物的基因是不連續(xù)的，外顯子與內(nèi)含子相間排列，而轉(zhuǎn)錄的時(shí)候外顯子和內(nèi)含子是一起轉(zhuǎn)錄的。轉(zhuǎn)錄以后必須降內(nèi)含子切除，才能形成成熟的mRNA分子。這個(gè)過程成為剪接（splicing）。同一初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在不同細(xì)胞中可以用不同方式切割加工，形成不同的成熟mRNA分子，使翻譯成的蛋白質(zhì)在含量或組成上都可能不同（圖 選擇性剪接）。例如，老鼠-淀粉酶基因，由于切割位置不同使來自同一基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物產(chǎn)生不同mRNA分子（圖8-32）。 -淀粉酶基因的編碼序列從外顯子2中第50bp處開始，與外顯子3及其他外顯子連接。在腺體中，外顯子S與2

38、連接（外顯子L作為內(nèi)含子同1 和2一起切割掉了）。在肝臟中，外顯子L與2連接，而外顯子S與內(nèi)含子1及前導(dǎo)序列L一起被切割掉了。這樣加工以后，外顯子S和L分別成為腺體和肝臟mRNA的前導(dǎo)序列，形成的不同mRNA以不同速率翻譯成蛋白質(zhì)。果蠅的Dscam基因經(jīng)過選擇性剪切可以產(chǎn)生38000種不同的產(chǎn)物，超過整個(gè)基因組全部基因數(shù)目的2倍。（四）翻譯水平的調(diào)控在真核生物中，基因表達(dá)的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，但是，翻譯水平的調(diào)控也是十分重要的。阻遏蛋白與mRNA結(jié)合，可以阻止蛋白質(zhì)的翻譯。鐵蛋白的功能是在細(xì)胞內(nèi)貯存鐵。鐵蛋白mRNA的翻譯取決于鐵的供應(yīng)。鐵供應(yīng)充足，則鐵蛋白合成就多。當(dāng)細(xì)胞中沒有鐵時(shí)，阻

39、遏蛋白與鐵蛋白mRNA結(jié)合，阻止翻譯的進(jìn)行。當(dāng)細(xì)胞中有鐵存在時(shí)，阻遏蛋白就不與鐵蛋白mRNA結(jié)合，使翻譯得以進(jìn)行。成熟的mRNA可以失活狀態(tài)貯存起來。例如，植物的種子可以貯存多年，一旦條件適合，立即可以發(fā)芽。在種子萌發(fā)的最初階段，蛋白質(zhì)合成活躍，但是卻沒有mRNA的合成。20世紀(jì)50年代，在遼寧省新金縣出土的蓮子，已經(jīng)在地下埋沒了一千多年，播種后仍然能夠發(fā)芽開花?？磥?，mRNA很容易降解，這句話也不一定正確??！動(dòng)物中也有這樣的情況。海膽卵內(nèi)的mRNA在受精前是不翻譯的，一旦受精，蛋白質(zhì)的合成立即開始。用放線菌素D處理，蛋白質(zhì)仍然能夠翻譯。放線菌素D可以抑制mRNA的轉(zhuǎn)錄，這說明指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的

40、mRNA是早已存在于卵細(xì)胞內(nèi)的，而不是當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)錄的。當(dāng)海膽受精卵發(fā)育一段時(shí)間，再用放線菌素D處理，蛋白質(zhì)的合成就會(huì)停止。（五）翻譯后調(diào)控從mRNA翻譯成蛋白質(zhì)，并不意味著基因表達(dá)的調(diào)控就結(jié)束了。直接來自核糖體的線狀多肽鏈?zhǔn)菦]有功能的，必須經(jīng)過加工才具有活性。在蛋白質(zhì)翻譯后的加工過程中，還有一系列的調(diào)控機(jī)制。1蛋白質(zhì)折疊線性多肽鏈必須折疊成一定的空間結(jié)構(gòu)，才具有生物學(xué)功能。在細(xì)胞中，蛋白質(zhì)的折疊必須有伴蛋白的作用下才能完成折疊。2蛋白酶切割末端切割有些膜蛋白、分泌蛋白，在氨基端具有一段疏水性強(qiáng)的氨基酸序列，稱為信號(hào)肽，用于前體蛋白質(zhì)在細(xì)胞中的定位。信號(hào)肽必須切除多肽鏈才具有功能。脊椎動(dòng)物胰腺中形成

41、的胰島素，最初的長度是105個(gè)氨基酸，稱為前胰島素原，在加工中首先將氨基端的24個(gè)氨基酸殘基切除，成為前體胰島素，再將中間的一段切除，留下兩端有活性的部分，即21個(gè)氨基酸殘基的A鏈和30個(gè)殘基的B鏈，這兩條鏈再由兩個(gè)二硫鍵連接成有生物活性的胰島素。多聚蛋白質(zhì)的切割有些新合成的多肽鏈含有幾個(gè)蛋白質(zhì)分子的序列，切割以后產(chǎn)生具有不同功能的蛋白質(zhì)分子。如腦下丘腺產(chǎn)生的一種多肽鏈，包括4種不同的激素分子，經(jīng)蛋白酶切割以后成型。在不同的細(xì)胞中切割的方式和位點(diǎn)不同，從而產(chǎn)生多種不同的激素，適應(yīng)不同細(xì)胞生長發(fā)育的需要。3、蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾簡單的化學(xué)修飾是將一些小的化學(xué)基團(tuán)，如乙酰基、甲基、磷酸基加到氨基酸側(cè)鏈

42、上，或者加到氨基端或羧基端。這種修飾的方式是特異的，不同蛋白質(zhì)可以有完全相同的修飾，相同的蛋白質(zhì)可以有完全不同的修飾。有些蛋白質(zhì)經(jīng)磷酸化活化以后，在基因表達(dá)中具有重要的調(diào)控作用。復(fù)雜的修飾是蛋白質(zhì)的糖基化（glycosylation），就是將一些分子量很大的碳水化合物加到多肽鏈上。人類的ABO血型也是蛋白質(zhì)化學(xué)修飾的典型例子?？刂艫BO血型的是一個(gè)復(fù)等位基因座位，編碼負(fù)責(zé)將糖基加到紅細(xì)胞膜上的糖蛋白分子上的酶。這個(gè)座位上有三個(gè)基因（alleles），編碼三個(gè)不同的酶。一個(gè)是將N乙酰半乳糖胺（Nacetygalactosamine）加到糖蛋白上，表現(xiàn)為A血型。第二個(gè)酶是將半乳糖（galactos

43、e）加到糖蛋白上，表現(xiàn)為B血型。第三個(gè)基因編碼的是一個(gè)沒有功能的酶，不能將任何糖加到糖蛋白上，表現(xiàn)為O血型。4、切除蛋白質(zhì)內(nèi)含子有些mRNA翻譯的最初產(chǎn)物同DNA轉(zhuǎn)錄的最初產(chǎn)物一樣，具有內(nèi)含子（intein）序列，位于多肽鏈序列的中間，經(jīng)剪接后，蛋白質(zhì)的外顯子（extein）才能連接成為成熟的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)內(nèi)含子的切割位點(diǎn)十分保守。內(nèi)含子前面的氨基酸通常是半胱氨酸，僅有少數(shù)是絲氨酸，而后面總是組氨酸天門冬酰氨，緊接著內(nèi)含子的外顯子序列通常是半胱氨酸、絲氨酸或蘇氨酸。內(nèi)含子內(nèi)的有些序列也是十分保守的。內(nèi)含子的一個(gè)重要特點(diǎn)是具有自動(dòng)切割加工的能力。例如，果蠅胚胎發(fā)育有一種蛋白質(zhì)Hedgehog，其

44、內(nèi)含子就能將本身的前提蛋白切割成兩個(gè)有功能的蛋白質(zhì)分子。內(nèi)含子的另一個(gè)特點(diǎn)是，有些切割下來的內(nèi)含子具有核酸內(nèi)切酶活性。這種酶可以識(shí)別DNA序列中與編碼自身序列對(duì)應(yīng)但沒有自身編碼序列的位置，并將其切開，使內(nèi)含子的編碼序列插入這個(gè)位置。如果一個(gè)細(xì)胞中與這個(gè)內(nèi)含子有關(guān)的基因是雜合體，一個(gè)含有編碼內(nèi)含子的序列，另一個(gè)不含編碼內(nèi)含子的序列，加工切割下來的蛋白質(zhì)內(nèi)含子可以切開沒有編碼內(nèi)含子序列的DNA，使其插入相應(yīng)序列，使雜合體成為純合體。激活子 激活子是一種與強(qiáng)化子結(jié)合的蛋白（所以是反式作用因子！），也屬于一種轉(zhuǎn)錄因子。能促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的是正激活子，而抑制轉(zhuǎn)錄的是負(fù)激活子，他們控制基因轉(zhuǎn)錄的時(shí)間、地點(diǎn)和效率。

45、正激活子中又包括真激活子和抗阻遏物激活子，前者是與啟動(dòng)子區(qū)域的轉(zhuǎn)錄復(fù)合體直接接觸來激活轉(zhuǎn)錄；后者是通過改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，以便其他轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，從而提高轉(zhuǎn)錄效率的。（1）真激活子 包括兩個(gè)功能區(qū)域（具有特殊功能的一段氨基酸）：與強(qiáng)化子結(jié)合的DNA 結(jié)合區(qū)域和與轉(zhuǎn)錄復(fù)合體中的蛋白質(zhì)互作的反式調(diào)控激活區(qū)域。真核生物基因的轉(zhuǎn)錄真激活因子最早是在酵母菌中發(fā)現(xiàn)的，這種真激活因子也具有兩個(gè)不同的區(qū)域，其DNA結(jié)合區(qū)域具有特定的三維結(jié)構(gòu)，包括-螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋、鋅指和堿性亮氨酸拉鏈。HTH是最早發(fā)現(xiàn)的DNA結(jié)合區(qū)域，噬菌體的cro 阻遏物以及乳糖和色氨酸阻遏蛋白均具有HTH 構(gòu)型。HTH的三維構(gòu)型中由轉(zhuǎn)角分

46、隔的兩個(gè)-螺旋與DNA結(jié)合（圖8-27）。與其他DNA結(jié)合蛋白不同的是，HTH不能單獨(dú)折疊或與DNA結(jié)合，他只是DNA結(jié)合蛋白的一部分，HTH構(gòu)型以外的氨基酸在控制識(shí)別和結(jié)合DNA中具有重要作用。許多控制發(fā)育過程的真核生物基因具有HTH構(gòu)型。幾乎所有生物都具有的同型異位盒，在一段180個(gè)氨基酸中，由60氨基酸組成的同型異位區(qū)域就形成HTH構(gòu)型。在這60個(gè)氨基酸中有許多精氨酸和賴氨酸，以及其他保守的氨基酸序列。具有鋅指構(gòu)型的蛋白是一種參與許多真核生物基因調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子，最早在爪蟾轉(zhuǎn)錄因子TFIIA中發(fā)現(xiàn)的?，F(xiàn)在知道，這種構(gòu)型存在于致癌基因、果蠅中控制發(fā)育的基因、以及受生長因子和分化信號(hào)誘導(dǎo)合成的

47、蛋白質(zhì)序列中。一個(gè)鋅指區(qū)域包括兩個(gè)半胱氨酸（Cys）以及兩個(gè)組氨酸族，其保守重復(fù)序列為Cys- N2- Cys- N12- 14- His- N3- His。其中的Cys和His殘基與鋅離子形成的配位鍵，使氨基酸折疊成環(huán)，形成類似于手指的構(gòu)型（圖8-28）。鋅指蛋白可形成的手指數(shù)目為213。每個(gè)手指包括約23個(gè)氨基酸殘基，各手指由78個(gè)氨基酸連接。鋅指與DNA 大溝結(jié)合并環(huán)繞DNA分子（圖8-28）。在大溝內(nèi)，鋅指與特異DNA堿基互作，并可能與堿基尤其是富含GC的區(qū)形成氫鍵。第三種DNA結(jié)合蛋白區(qū)域是堿基亮氨酸拉鏈，bZIP具有可形成蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)二聚體的亮氨酸拉鏈區(qū)（LP）。LP最早是在老鼠

48、肝臟中的一種核蛋白中發(fā)現(xiàn)的，具有35個(gè)氨基酸殘基，其中有4個(gè)亮氨酸，每個(gè)之間正好相距7個(gè)其他氨基酸，兩端是堿性氨基酸。這種區(qū)域形成的-螺旋的側(cè)面，每兩圈有一個(gè)伸出的亮氨酸，當(dāng)兩個(gè)這樣的蛋白質(zhì)分子形成二聚體時(shí)，兩個(gè)-螺旋之間由亮氨酸殘基間的疏水作用力形成一條拉鏈，堿性-螺旋與DNA 中的磷酸殘基和堿基結(jié)合，使二聚體形成一種剪刀結(jié)構(gòu)（圖8-29）。除了DNA結(jié)合區(qū)域外，激活子還具有與其他轉(zhuǎn)錄因子互作的區(qū)域，與結(jié)合在啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄因子或直接與RNA聚合酶互作，這些區(qū)域的長度為30100個(gè)氨基酸。有些激活子還具有與輔助激活子互作的區(qū)域。（2）抗阻遏激活子 抗阻遏激活子是通過染色質(zhì)重建來激活基因表達(dá)的。染

49、色質(zhì)結(jié)構(gòu)在細(xì)胞間期到有絲分裂期發(fā)生變化，其中最重要的是基因表達(dá)時(shí)發(fā)生染色質(zhì)重建。研究表明，當(dāng)基因轉(zhuǎn)錄或即將起始轉(zhuǎn)錄時(shí)，染色質(zhì)DNA I酶降解敏感或超敏感。而在基因完全不轉(zhuǎn)錄是，染色質(zhì)對(duì)DNA I酶不敏感，著是因?yàn)镈NA 酶I很容易消化開放（即松散）的染色質(zhì)，不能消化緊縮的染色質(zhì)。所以染色質(zhì)結(jié)構(gòu)成為基因表達(dá)的開關(guān)。有兩種不同方式可以改變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)。一種方式是通過ATP水解-重建復(fù)合體途徑催化的。酵母菌中的SWI/SNF系統(tǒng)屬于這種類型。SWI/SNF是具有11個(gè)亞基的復(fù)合體，廣泛存在于酵母菌及其他真核生物中。這種重建復(fù)合體通過激活子、轉(zhuǎn)錄因子以及與不同的重建復(fù)合體一起作用于靶基因。有些激活子可以

50、結(jié)合并打開緊縮的染色質(zhì)，改變DNA與核小體中心顆粒纏繞的途徑，或改變核小體中心顆粒本身的結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子及RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合，起始轉(zhuǎn)錄。重建染色質(zhì)的另一種方式是經(jīng)組氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶（HAT）修飾組氨酸。當(dāng)一個(gè)乙?；D(zhuǎn)移到組蛋白末端的堿性氨基酸后，會(huì)降低堿性組蛋白與酸性DNA之間的吸引力。HAT也是在特異激活子的作用下作用于靶位點(diǎn)。重建復(fù)合體與HAT總是以協(xié)同工作的方式重建染色質(zhì)，通常在強(qiáng)化子位點(diǎn)發(fā)生的染色質(zhì)重建，再延伸擴(kuò)展到基因的啟動(dòng)子位點(diǎn)，使RNA聚合酶等與啟動(dòng)子結(jié)合，轉(zhuǎn)錄RNA。有些可結(jié)合特殊蛋白的DNA 序列，稱為隔絕元件(insulator element)，可以阻止染色質(zhì)重

51、建擴(kuò)展到臨近基因。另外，乙?；慕M蛋白也可在組氨酸脫乙酰酶（histone deacetylase, HD）作用下除去乙酰基，恢復(fù)緊縮的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。酵母菌乳糖代謝的正調(diào)控 早在1900年就被發(fā)現(xiàn)的酵母菌乳糖代謝酶誘導(dǎo)系統(tǒng)，是真核生物中最早研究的基因調(diào)控系統(tǒng)之一。酵母菌半乳糖基因的作用方式與細(xì)菌中的乳糖操縱元和阿拉伯糖操縱元相似，半乳糖的存在與否決定半乳糖代謝基因是否表達(dá)。在沒有半乳糖時(shí)，基因不表達(dá)；加入半乳糖后，mRNA濃度可迅速增加1000倍。但是只有在低濃度葡萄糖存在時(shí)，才出現(xiàn)這種誘導(dǎo)表達(dá)，說明酵母菌半乳糖基因表達(dá)也是受另一種方式調(diào)控的，即代謝抑制。半乳糖基因是受GAL4調(diào)控蛋白調(diào)控，調(diào)控

52、蛋白存在時(shí)激活基因轉(zhuǎn)錄，因此，酵母菌半乳糖基因表達(dá)是正調(diào)控。這里利用兩個(gè)半乳糖基因GAL1和GAL10來說明這種基因調(diào)控機(jī)制。這兩個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄受一個(gè)長約170bp的上游激活序列（UAS）調(diào)控，UAS與強(qiáng)化子的功能相似，其染色質(zhì)結(jié)構(gòu)為組成型開放，沒有核小體，對(duì)DNA 酶I超敏感。這種開放的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)需要SWI/SNF重建復(fù)合體參與。UAS序列具有4個(gè)GAL4蛋白質(zhì)（Gal4p）結(jié)合位點(diǎn)，無論基因是否轉(zhuǎn)錄，這4 個(gè)位點(diǎn)總是與Gal4p 結(jié)合。同時(shí)，Gal4p 又受另一個(gè)調(diào)控蛋白GAL80p的負(fù)調(diào)控，GAL80p總是與Gal4p 結(jié)合，覆蓋了GAL4p的活性中心（圖8-30），當(dāng)磷酸化的半乳糖與Ga

53、l80p/Gal4p復(fù)合體結(jié)合時(shí)，改變他們的構(gòu)型，使Gal4p 的活性中心外露，結(jié)果誘導(dǎo)gal基因表達(dá)。這種誘導(dǎo)系統(tǒng)涉及一種蛋白質(zhì)激酶。這個(gè)誘導(dǎo)過程包括集中其他轉(zhuǎn)錄因子，進(jìn)一步重建染色質(zhì)，以使gal基因啟動(dòng)子的TATA盒能與TBP結(jié)合。Gal4p含有881個(gè)氨基酸，具有能識(shí)別UAS序列的DNA結(jié)合區(qū)域，以及一個(gè)激活轉(zhuǎn)錄的反式調(diào)控區(qū)域。利用不同的Gal4p缺失突變進(jìn)行功能性研究表明，這個(gè)蛋白質(zhì)的N端（198個(gè)氨基酸）是與UAS DNA結(jié)合的區(qū)域；還有兩個(gè)轉(zhuǎn)錄激活子區(qū)域，分別位于第148至第196個(gè)氨基酸（I）和第768至第881個(gè)氨基酸處（II）。利用重組DNA技術(shù)構(gòu)建不同Gal4p 缺失突變體

54、，分析其DNA結(jié)合和轉(zhuǎn)錄激活功能，結(jié)果表明，含DNA結(jié)合區(qū)域以及一種轉(zhuǎn)錄激活區(qū)域的構(gòu)建體都降低轉(zhuǎn)錄活性。轉(zhuǎn)錄活性區(qū)域功能性研究還分離出一些突變體，可提高轉(zhuǎn)錄效率，他們都含有較多的帶負(fù)電荷的氨基酸，一個(gè)具有4個(gè)帶負(fù)電荷氨基酸的突變，可將轉(zhuǎn)錄效率提高9倍。這些結(jié)果表明，轉(zhuǎn)錄激活的過程涉及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的互作，從而引起染色質(zhì)重建，穩(wěn)定DNA與RNA聚合酶的結(jié)合，提高轉(zhuǎn)錄區(qū)域DNA雙鏈的解鏈效率，加速RNA聚合酶的釋放，或引導(dǎo)和穩(wěn)定同啟動(dòng)子或RNA聚合酶結(jié)合的其他因子。真核生物基因和原核生物基因的表達(dá)有哪些主要差異? 2011-3-15 15:58 提問者：weqwe1214 | 瀏覽次數(shù)：510次推

55、薦答案 2011-3-15 16:19 若是高中階段，下面這句話就差不多夠用了吧。相同點(diǎn)：原核生物和真核生物的基因組成大體上都分為編碼區(qū)和非編碼區(qū)；不同點(diǎn)：原核生物的基因編碼區(qū)是連續(xù)的，而真核生物的基因編碼區(qū)是不連續(xù)的，分為內(nèi)含子和外顯子。要更詳細(xì)的話，下面基因上，真核生物和原核生物基因表達(dá)不同。因?yàn)檎婧松锏幕蚪Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜（有內(nèi)含子、外顯子之分，且有復(fù)雜的調(diào)控用非編碼序列，還有多個(gè)染色體）具體來說： 1. 在真核細(xì)胞中，剛轉(zhuǎn)錄出來的RNA初級(jí)轉(zhuǎn)錄物包含內(nèi)含子和外顯子。然后在酶的催化下對(duì)它的兩端進(jìn)行修飾，內(nèi)含子被剪切。最后成熟的RNA從細(xì)胞核遷移到細(xì)胞質(zhì)，并在核糖體上翻譯蛋白質(zhì)。雖然這些步驟從圖上看起來是一步一步按順序完成的，事實(shí)上他們經(jīng)常是同時(shí)發(fā)生的。例如，RNA加帽和拼接在RNA初級(jí)轉(zhuǎn)錄物完成時(shí)就開始了。 但總的說，在時(shí)間上和空間上還是分開了！ 2. 在原核生物中，mRNA的合成相對(duì)比較容易。由于原核生物細(xì)胞沒有細(xì)胞核，所以轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生在同一地方，而且細(xì)菌mRNA的翻譯經(jīng)常在轉(zhuǎn)錄完成之前就開始了。即沒有時(shí)間與空間的分隔！ 而且，真核生物（除少數(shù)較低等真核生物外）一個(gè)m