基因表達調(diào)控

1、第十四章基因表達調(diào)控一、教學(xué)的基本要求解釋基因表達的概念，簡述基因表達方式和特點。敘述原核生物、真核生物基因表達調(diào)控的意義記住基因表達調(diào)控的要素，解釋重要的概念，如順式作用元件、反式作用因子、啟動子和啟動序列、增強子、轉(zhuǎn)錄因子等描述乳糖操縱子結(jié)構(gòu)及調(diào)解原理，解釋乳糖操縱子概念寫出原核真核基因調(diào)控的主要區(qū)別。二、教學(xué)內(nèi)容精要(一)基因表達的概念，規(guī)律(特點)及方式1 .基因組(genome)一個細胞或病毒攜帶的全部遺傳信息或整套基因，稱為基因組。不同生物基因組所含的基因多少不同。在某一特定時期，基因組中只有一部分基因處于表達狀態(tài)。在個體不同生長時期、不同生活環(huán)境下，某種功能的基因產(chǎn)物在細胞中的數(shù)

2、量會隨時間、環(huán)境而變化。2 .基因表達基因表達(geneexpression)就是基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程。在一定調(diào)節(jié)機制控制下，大多數(shù)基因經(jīng)歷基因激活、轉(zhuǎn)錄及翻譯等過程，產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子，賦予細胞或個體一定的功能或形態(tài)表型。但并非所有基因表達過程都產(chǎn)生蛋白質(zhì)。rRNA和tRNA編碼基因轉(zhuǎn)錄生成RNA勺過程也屬于基因表達。3 .基因表達的規(guī)律基因表達表現(xiàn)為嚴格的規(guī)律性，即時間特異性(temporalspecificity)、空間特異性(specialspecificity)。基因表達的時間、空間特異性由特異基因的啟動子(promoter)和/或增強子(enhancer)與調(diào)節(jié)蛋白

3、(regulatoryprotein)相互作用決定。(1)時間特異性：噬菌體、病毒或細菌侵人宿主后，呈現(xiàn)一定的感染階段。隨感染階段發(fā)展生長環(huán)境變化，有些基因開啟(turnon),有些基因關(guān)閉(turnoff)。按功能需要，某一特定基因的表達嚴格按特定的時間順序發(fā)生，這就是基因表達的時間特異性。在多細胞生物從受精卵到組織、器官形成的各個不同發(fā)育階段，相應(yīng)基因嚴格按一定時間順序開啟或關(guān)閉，表現(xiàn)為與分化、發(fā)育階段一致的時間性。因此多細胞生物基因表達的時間特異性又稱階段特異性(stagespecificity)。(2)空間特異性：在多細胞生物個體某一發(fā)育、生長階段，同一基因產(chǎn)物在不同的組織器官表達多少

4、是不一樣的；在同一生長階段，不同的基因表達產(chǎn)物在不同的組織、器官分布也不完全相同。在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)，這就是基因表達的空間特異性?；虮磉_伴隨時間或階段順序所表現(xiàn)出的這種空間分布差異，實際上是由細胞在器官的分布決定的，因此基因表達的空間特異性又稱細胞特異性或組織特異性(tissuespecificity)。4 .基因表達的方式不同種類的生物遺傳背景不同，同種生物不同個體生活環(huán)境的差異，可導(dǎo)致不同的基因功能和性質(zhì)也不相同。因此不同基因的表達方式或調(diào)節(jié)類型存在很大差異。(1)組成性表達(constitutivegeneexpression)：某些基因產(chǎn)物對生

5、命全過程都是必需的或必不可少的，這類基因在一個生物個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達，通常被稱為管家基因(housekeepinggene)。例如，三竣酸循環(huán)是一中樞性代謝途徑，催化該途徑各階段反應(yīng)的酶編碼基因就屬這類基因。管家基因較少受環(huán)境因素影響，它在個體各個生長階段以及幾乎全部組織中持續(xù)表達，變化很小。與其他基因的區(qū)別是這類基因表達被視為基本的、或組成性基因表達。這類基因表達只受啟動序列或啟動子與RNA聚合酶相互作用的影響。事實上，組成性基因表達水平“不變”是相對的。(2)誘導(dǎo)和阻遏：與管家基因不同，另有一些基因表達極易受環(huán)境變化影響。因外界信號的變化，這類基因表達水平可呈現(xiàn)升高或降低的現(xiàn)象。

6、在特定環(huán)境信號刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達產(chǎn)物增加，這種基因是可誘導(dǎo)(induction)的?？烧T導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達增強的過程稱為誘導(dǎo)。例如有DN頗傷時，修復(fù)酶基因就會在細菌內(nèi)被誘導(dǎo)激活，使修復(fù)酶反應(yīng)性地增加。相反，如果基因?qū)Νh(huán)境信號應(yīng)答時被抑制，這種基因是可阻遏(repression)的。可阻遏基因表達產(chǎn)物水平降低的過程稱為阻遏。例如，當培養(yǎng)基中色氨酸供應(yīng)充分時，在細菌內(nèi)與色氨酸合成有關(guān)的酶編碼基因表達就會被抑制?？烧T導(dǎo)或可阻遏基因除受啟動序列或啟動子與RN咪合酶相互作用的影響外，尚受其他機制調(diào)節(jié)；這類基因的調(diào)控序列含有特異刺激的反應(yīng)元件。(二)原核生物、真核生物基因表達調(diào)控的意義

7、1 .適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖：生物體賴于生存的外環(huán)境是在不斷變化的。從低等生物到高等生物，都必須對外環(huán)境的變化作出適當反應(yīng)，調(diào)節(jié)代謝，使生物體能更好地適應(yīng)變化的外環(huán)境。這種適應(yīng)調(diào)節(jié)的能力與某些蛋白質(zhì)分子的功能有關(guān)。細胞內(nèi)某種功能的蛋白質(zhì)分子有或無、多或少等數(shù)量變化是由這些蛋白質(zhì)分子的編碼基因表達與否、表達水平高低等狀況決定的。原核生物、單細胞生物調(diào)節(jié)基因的表達就是為適應(yīng)環(huán)境、維持生長和細胞分裂。高等生物也普遍存在適應(yīng)性表達方式。經(jīng)常飲酒者體內(nèi)醇氧化酶活性高即與相應(yīng)基因表達水平升高有關(guān)。2.維持個體發(fā)育與分化：在多細胞個體生長、發(fā)育的不同階段，細胞中的蛋白質(zhì)分子種類和含量差異很大；即使在同一生

8、長發(fā)育階段，不同組織器官內(nèi)蛋白質(zhì)分子分布也存在很大差異，這些差異是調(diào)節(jié)細胞表型的關(guān)鍵。高等哺乳類動物各種組織、器官的發(fā)育、分化都是由一些特定基因控制的。當某種基因缺陷或表達異常時，則會出現(xiàn)相應(yīng)組織或器官的發(fā)育異常。(三)基因表達調(diào)控的要素和概念1.基因表達的多級調(diào)控對于一個基因的編碼產(chǎn)物一蛋白質(zhì)來說，至少有以下幾個環(huán)節(jié)可調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的濃度，即基因激活、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄后加工、mRNA降解、蛋白質(zhì)翻譯、翻譯后加工修飾及蛋白質(zhì)降解等。上述任一環(huán)節(jié)機制發(fā)生異常均會影響某個基因的表達水平。所以，基因結(jié)構(gòu)活化、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄后加工及載運、翻譯及翻譯后加工等均為基因表達調(diào)控的控制點，其中轉(zhuǎn)錄起始是基因

9、表達的基本控制點。2 .基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素(1)特異DN際列：不同基因特異的表達方式與基因結(jié)構(gòu)有關(guān)，這里主要指具有調(diào)節(jié)功能的DNA序列。原核生物大多數(shù)基因表達調(diào)控是通過操縱子(元)機制實現(xiàn)的。操縱子(operator)通常由2個以上的編碼序列與啟動序列、操縱序列以及其他調(diào)節(jié)序列在基因組中串聯(lián)組成。各種原核基因啟動序列在轉(zhuǎn)錄起始點上游-10及-35區(qū)域，這些序列常常表現(xiàn)類似稱為共有序列。一些細菌啟動序列的共有序列(consensussequence)在-10區(qū)域是TATAAT又稱Pribnow盒(Pribnowbox),在-35區(qū)域為TTGACA這些共有序列中的任一堿基突變或變異都會影響R

10、NA聚合酶與啟動序列的結(jié)合及轉(zhuǎn)錄起始。操縱序列與啟動序列毗鄰或接近，其DN際列常與啟動序列交錯、重疊，它是原核阻遏蛋白的結(jié)合位點。當操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時會阻礙RNAm合酶與啟動序列的結(jié)合，或使RNAm合酶不能沿DNA前移動，阻遏轉(zhuǎn)錄，介導(dǎo)負性調(diào)節(jié)。原核操縱子(元)調(diào)節(jié)序列中還有一種特異DNA列可結(jié)合激活蛋白CAP,此時RNA聚合酶活性增強，使轉(zhuǎn)錄激活，介導(dǎo)正性調(diào)節(jié)(positiveregulation)。機制幾乎普遍涉及編碼基因兩側(cè)的DNAR列一順式作用元件(cis-actingelement)。所謂順式作用元件就是指可影響自身基因表達活性的DN際列。與原核基因類似，在不同真核基因的順式作

11、用元件中也會時常發(fā)現(xiàn)一些共有序列，如TATA盒、CCAA怖等。這些共有序列就是順式作用元件的核心序列，它們是真核RNA聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點。順式作用元件并非都位于轉(zhuǎn)錄起始點上游(5端)。根據(jù)順式作用元件在基因中的位置、轉(zhuǎn)錄激活作用的性質(zhì)及發(fā)揮作用的方式，可將真核基因的這些功能元件分為啟動子、增強子及沉默子(silencer)等。(2)調(diào)節(jié)蛋白：原核生物基因調(diào)節(jié)蛋白(regulationprotein)都是一些DNA吉合蛋白，分為三類：特異因子(specificfactor)、阻遏蛋白(repressor)和激活蛋白(activator)。1)特異因子：決定RNAm合酶對一個或一套啟動

12、序列的特異性識別和結(jié)合能力。2)阻遏蛋白：可結(jié)合特異DNA序列一一一操縱序列，阻遏基因轉(zhuǎn)錄。阻遏蛋白介導(dǎo)的負性調(diào)節(jié)機制在原核生物普遍存在3)激活蛋白：可結(jié)合啟動序列鄰近的DN際列，促進RNAm合酶與啟動序列的結(jié)合，增強RNA聚合酶活性。 分解(代謝)物基因激活蛋白(CAP就是一種激活蛋白。 某些基因在沒有激活蛋白存在時，RNA聚合酶很少或全然不能結(jié)合啟動序列。真核基因調(diào)節(jié)蛋白又稱轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子或轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionfactor,TF)。絕大多數(shù)真核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子由某一基因表達后，通過與特異的順式作用元件相互作用(DNA-蛋白質(zhì)相作用)反式激活另一基因的轉(zhuǎn)錄，故稱反式作用蛋白或反式作

13、用因子(trans-actingfactor)。(3)DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用：DNA蛋白質(zhì)相互作用指反式調(diào)節(jié)因子與順式作用元件之間的特異識別及結(jié)合。這種結(jié)合通常是非共價結(jié)合，形成DNA毒白質(zhì)復(fù)合物。絕大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合DNA前需通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(protein-proteininteraction)形成二聚體(dimer)或多聚體。兩分子單體通過一定結(jié)構(gòu)域結(jié)合成二聚體，是調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合DNA寸最常見的形式。二聚體有同種分子間形成的同二聚體(homodimer)和異種分子間形成的雜二聚體(heterodimer)。雜二聚體比同二聚體具有更強的DNA結(jié)合能力；有時，有些調(diào)節(jié)

14、蛋白經(jīng)二聚活化后會喪失結(jié)合DNA的能力。另有一些調(diào)節(jié)蛋白不能直接結(jié)合DNA而是通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用間接結(jié)合DNA調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，這在真核生物很常見。不同的真核細胞中所含的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子種類及濃度不同，所以同一基因在不同細胞中的表達狀態(tài)不同。(4)RNA聚合酶：DNA元件、調(diào)節(jié)蛋白對轉(zhuǎn)錄激活的調(diào)節(jié)最終是由RNA聚合酶活性體現(xiàn)的。啟動序列/啟動子的結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)蛋白的性質(zhì)對RNAm合酶活性影響很大。1)啟動序列/啟動子與RNAm合酶活性：原核啟動序列或真核啟動子是由轉(zhuǎn)錄起點、RNA聚合酶結(jié)合位點及控制轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)元件組成。啟動序列或啟動子核甘酸序列會影響與RNA聚合酶的親和力，而親和力大小則直接影響轉(zhuǎn)

15、錄啟動的頻率。如果一個啟動序列的共有序列被置換為非共有序列，或非公有序列被置換為共有序列，則會得到使轉(zhuǎn)錄活性降低或增加兩種截然不同的結(jié)果。真核RNA聚合酶單獨存在時與啟動子的親和力低或無親和力，必須與基因轉(zhuǎn)錄子形成復(fù)合物才能與啟動子結(jié)合。真核RNA聚合酶的活性不僅與啟動子序列有關(guān)，也與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子相關(guān)。2)調(diào)節(jié)蛋白與RN咪合酶活性：許多基因與管家基因不同，它們的基因產(chǎn)物濃度隨環(huán)境信號而變化。 因為這些基因激活所需要的一些特異調(diào)節(jié)蛋白在適當環(huán)境信號刺激下在細胞內(nèi)表達， 隨后這些調(diào)節(jié)蛋白通過DNA毒白質(zhì)相互作用、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用影響RNAm合酶活性，使基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄頻率發(fā)生變化，出現(xiàn)表達水平變化。

16、誘導(dǎo)劑、阻遏劑等小分子信號所引真核生物基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)的序列比原核復(fù)雜。絕大多數(shù)真核基因調(diào)控(genecontrol)起的基因表達都是通過使調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)分子構(gòu)象改變，直接(DNA-蛋白質(zhì)相互作用)或間接(蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用）調(diào)節(jié)RN咪合酶轉(zhuǎn)錄起動過程。原核特異因子 b 決定RN咪合酶識別啟動序列的特異性。例如，當細胞發(fā)生熱應(yīng)激時，全酶中通常的（T70被（T32所取代，這時RNA聚合酶就會改變其對常規(guī)啟動序列的識別、而結(jié)合另一套啟動序列，啟動一套基因表達。這就是所謂的熱休克反應(yīng)（heatshockresponse）。（四）基因表達調(diào)控基本原理及真核與真核基因表達調(diào)控的區(qū)別1.原核基因表達調(diào)控（

17、1）原核基因表達調(diào)控特點：原核特異記憶的表達也受多級調(diào)控，調(diào)控的關(guān)鍵機制主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄起始。概括原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)有以下特點。1）b 因子決定RNA聚合酶識別特異性：原核生物細胞僅含有一種RNA聚合酶，核心酶參與轉(zhuǎn)錄延長，全酶參與轉(zhuǎn)錄起始。在轉(zhuǎn)錄起始階段，（T亞基（又稱（T因子）識別特異啟動序列；不同的 b 因子決定特異基因的轉(zhuǎn)錄激活，決定mRNArRNA和tRNA基因的轉(zhuǎn)錄。2）操縱子（元）模型的普遍性：除個別基因外，原核生物絕大數(shù)基因按功能相關(guān)性成簇地串聯(lián)、密集于染色體上，共同組成一個轉(zhuǎn)錄單位一一操縱子（元），如乳糖（lac）操縱子、阿拉伯糖（ara）操縱子（元）及色氨酸（trp）操縱子（元

18、）等。一個操縱子（元）只含一個啟動序列及數(shù)個可轉(zhuǎn)錄的編碼基因。通常編碼基因為26個，多的可達20個以上，在同一啟動序列控制下可轉(zhuǎn)錄出多順反子mRNA原核基因的協(xié)調(diào)表達就是通過調(diào)控單個啟動基因的活性來完成。3）阻遏蛋白與阻遏機制的普遍性：在很多原核操縱子（元）系統(tǒng)，特異的組遏蛋白是控制原核啟動序列活性的重要因素。當阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合或解聚時，就會發(fā)生特異基因的阻遏與去阻遏。原核基因的調(diào)控普遍涉及特異阻遏蛋白參與得開關(guān)調(diào)節(jié)機制。（2）乳糖操縱子（元）調(diào)節(jié)機制1）乳糖操縱子（元）的結(jié)構(gòu)：Ecoli的乳糖操縱子（lacoperon）含Z、Y及A三個結(jié)構(gòu)基因，分別編碼3-半乳糖甘酶、透酶和乙?；D(zhuǎn)移

19、酶，此外還有一個操縱序列O（operator,O）、一個啟動序列P（promoter,P）及一個調(diào)節(jié)基因I。I基因編碼一種阻遏蛋白，后者與。序列結(jié)合，使操縱子（元）受阻遏而處于關(guān)閉狀態(tài)。在啟動序列P上游還有一分解代謝物基因激活蛋白（catabolitegeneactivatorprotein,CAP）結(jié)合位點。由P序列，O序列和CAP吉合位點共同構(gòu)成lac操縱子的調(diào)控區(qū)，三個酶的編碼基因即由同一調(diào)控區(qū)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)基因產(chǎn)物的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。2）阻遏蛋白的負性調(diào)節(jié)：在沒有乳糖存在時，lac操縱子（元）處于阻遏狀態(tài)。此時，I序列表達的lac阻遏蛋白與。序列結(jié)合，阻遏RNA聚合酶與P序列結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄起動。當

20、有乳糖存在時，lac操縱子（元）即可被誘導(dǎo)。在這個操縱子（元）體系中，誘導(dǎo)劑并非乳糖本身。乳糖經(jīng)3-半乳糖甘酶催化，轉(zhuǎn)變?yōu)榘肴樘?，它是真正的誘導(dǎo)劑。異丙基硫代半乳糖（isopropylthio-galactoside,IPTG）時一種強誘導(dǎo)劑，不被細菌代謝，十分穩(wěn)定，被實驗室廣泛應(yīng)用。3）CAP的正性調(diào)節(jié)：分解代謝物基因激活蛋白CAP是同二聚體，在其分子內(nèi)有DNA吉合區(qū)及cAMP吉合位點。當沒有葡萄糖及cAM瞰度高時，cAM*CAP吉合，這時CA*lac啟動序列附近的CAP位點結(jié)合，刺激RNA轉(zhuǎn)錄活性，使之提高50倍；當有葡萄糖存在時，cAMP度降低，cAMP與CAP結(jié)合受阻，因此lac操縱子

21、表達下降。由此可見，對lac操縱子（元）來說CA幅正性調(diào)節(jié)因素，lac阻遏蛋白是負性調(diào)節(jié)因素。兩種調(diào)節(jié)機制根據(jù)存在的碳源性質(zhì)及水平協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)lac操縱子的表達。4）協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)：lac阻遏蛋白負性調(diào)節(jié)與CAP正性調(diào)節(jié)兩種機制協(xié)調(diào)合作，當lac阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；但是如果沒有CAP存在來加強轉(zhuǎn)錄活性，即使阻遏蛋白從操縱序列上解聚仍幾無轉(zhuǎn)錄活性?？梢?，兩種機制相輔相成、相互協(xié)調(diào)、相互制約。Lac操縱子（元）負性調(diào)節(jié)機制可以解釋為：單純?nèi)樘谴嬖跁r細菌是如何利用乳糖作碳源的。因細菌生長環(huán)境是復(fù)雜的，倘若有葡萄糖或葡萄糖/半乳糖共同存在時，細菌首先利用葡萄糖才是最節(jié)能的。這時，葡萄

22、糖通過降低cAMP濃度，阻礙cAMP與CAP結(jié)合而抑制lac操縱子轉(zhuǎn)錄，使細菌只能利用葡萄糖。葡萄糖對lac操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏（catabolecrepession）。Lac操縱子強的誘導(dǎo)作用既需要乳糖存在又需要缺乏葡萄糖。（3）其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機制：原核基因通過操縱子（元）機制調(diào)節(jié)是主要的，此外尚有其他特異調(diào)節(jié)機制，如轉(zhuǎn)錄衰減、基因重組、SO阪應(yīng)等。2.真核基因表達調(diào)控（1）真核基因組結(jié)構(gòu)特點1）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大：哺乳類動物基因組DNA由233X109bp（堿基對）的核甘酸組成。其中表達的基因約占全部基因組的6%2）單順反子：與原核不同，真核基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是單順反子（monocist

23、ron）,即一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個mRN吩子、經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。有很多真核蛋白質(zhì)由幾條不同的多肽鏈組成，因此存在多個基因協(xié)調(diào)表達的問題。3）重復(fù)序列：在真核DNA中重復(fù)出現(xiàn)的核甘酸序列較原核更普通。根據(jù)重復(fù)序列出現(xiàn)的頻率可將重復(fù)序列區(qū)分為高度重復(fù)序列（106次）、中度重復(fù)序列（103104次）及單拷貝序列。4）基因不連續(xù)性：真核結(jié)構(gòu)基因兩側(cè)存在有不被轉(zhuǎn)錄的非編碼序列，往往是基因表達的調(diào)控區(qū)。在編碼基因內(nèi)部尚有一些不為蛋白質(zhì)編碼的間隔序，稱內(nèi)含子（intron）;編碼序列稱外顯子（exon）,因此真核基因是不連續(xù)的。（2）真核基因表達調(diào)控特點：同原核一樣，轉(zhuǎn)錄起始仍是真核基因表達調(diào)控的最基

24、本環(huán)節(jié)，而且某些機制是一樣的。但在下述方面與原核存在明顯差別：1）活性染色體結(jié)構(gòu)變化：當基因被激活時，可觀察到染色體相應(yīng)區(qū)域發(fā)生某些結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化，如活化基因?qū)怂崦父叨让舾校划敾蚧罨瘯r，轉(zhuǎn)錄區(qū)DNA由拓撲結(jié)卞變化；DNA堿基修飾（如甲基化）變化及組蛋白變化。2）正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)：真核RNA聚合酶對啟動子的親和力極小或根本沒有實質(zhì)性的親和力，必須依賴一種或多種激活蛋白的作用。盡管已發(fā)現(xiàn)某些基因含有負性順式作用元件存在，很多真核調(diào)節(jié)一種既可作為激活蛋白又可作為阻遏蛋白發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，但負性調(diào)節(jié)元件并不普遍存在。真核基因組廣泛存在正性調(diào)節(jié)機制。在正性調(diào)節(jié)中，大多數(shù)基因不結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白即沒有活性；只有細

25、胞表達一組激活蛋白時，相關(guān)靶基因方可被激活。3）轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進行：真核細胞由細胞核及胞漿等區(qū)間分布，轉(zhuǎn)錄與翻譯在不同細胞部位進行。4）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工：真核基因轉(zhuǎn)錄后剪切及修飾等過程比原核復(fù)雜。（3）真核基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)1）順式作用元件：按功能特性，真核基因順式作用元件分為啟動子、增強子及沉默子。a.啟動子：是原核操縱子（元）中啟動序列的同義語。真核基因啟動子是RNA聚合酶結(jié)合位點及其周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件（module）,每一組件含720bp的DNA列。啟動子包括至少一個轉(zhuǎn)錄起始點（initiationsite）以及一個以上的機能組件。在這些機能組件中最具典型意義的就是TATA盒，它位于轉(zhuǎn)

26、錄起始點上游-25-30bp,控制轉(zhuǎn)錄起始的準確性及頻率。TATA盒是基本轉(zhuǎn)錄因子TFHD結(jié)合位點。 除TATA盒外，G%和CAA怖也是很多基因常見的， 它們通常位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-30-110bp區(qū)域。此外，還發(fā)現(xiàn)很多其他類型的機能組件。由TATA盒及轉(zhuǎn)錄起始點即可構(gòu)成最簡單的啟動子。b.增強子：是遠離轉(zhuǎn)錄起始點、決定基因的時間、空間特異性表達、增強啟動子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列， 它的作用方式通常與方向、 距離無關(guān)。 增強子也是由若干機能組件組成， 有些機能組件既可在增強子、也可在啟動子中出現(xiàn)。這些機能組件是特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合DNA的核心序列。如果沒有增強子，啟動子通常不能表現(xiàn)活性；沒有啟動子時

27、，增強子也無法發(fā)揮作用。對結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系而無法區(qū)分的啟動子、增強子樣結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱啟動子。通常具有獨立的轉(zhuǎn)錄活性和決定基因時間、空間特異性表達能力的啟動子，就是這類定義的啟動子。c.沉默子：某些基因含有負性調(diào)節(jié)元件，當其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。2)反式作用因子：除少數(shù)順式作用蛋白，大多數(shù)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子以反式作用調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。這些調(diào)節(jié)蛋白又稱轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，簡稱轉(zhuǎn)錄因子(TF)。按功能特性可將其分兩類：a.基本轉(zhuǎn)錄因子：是RNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋白因子，決定三種RNA專錄的類別，又稱基本轉(zhuǎn)錄因子。對RNA三種聚合酶來說，除個別基本轉(zhuǎn)錄因子是通用的，如TFnD;多數(shù)因子是不同RN

28、AM合酶所特有的。例如TFnDTFIIA、TFIIRIFnE、nF及IFnH為RN咪合酶催n化所以mRNA專錄所必需。b.特異轉(zhuǎn)錄因子：為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時間、空間特異性表達，故稱特異轉(zhuǎn)錄因子。此類特異因子有的起轉(zhuǎn)錄激活作用，有的起轉(zhuǎn)錄抑制作用。轉(zhuǎn)錄激活因子通常是一些增強子結(jié)合蛋白；多數(shù)轉(zhuǎn)錄抑制因子(transcriptioninhibitor)是沉默子結(jié)合蛋白，但也有抑制因子以不依賴DNA的方式起作用，而是通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用、“中和”轉(zhuǎn)錄激活因子或TFIID,降低它們在細胞內(nèi)的有效濃度， 抑制基因轉(zhuǎn)錄。 因為在不同的組織或細胞中各種特異轉(zhuǎn)錄因子分布不同，所以基因表達狀

29、態(tài)、方式不同。3)mRNA專錄激活及其調(diào)節(jié)： 真核RNAm合酶n不能單獨識別、 結(jié)合啟動子， 而是先由基本轉(zhuǎn)錄因子TFnD組成成分TBP(TATAbindingprotein,TBP)識別TATA盒或啟動元件(Inr)， 并有TAF參與結(jié)合， 形成TFnD-啟動子復(fù)合物； 繼而在TFnAF等參與下，RNA聚合酶n與TFnDTFnB聚合， 形成一個功能性的前起始復(fù)合物PIC。在幾種基本轉(zhuǎn)錄因子中，TFnD是惟一具有位點特異的DNA結(jié)合能力的因子，在上述有序的組裝過程起關(guān)鍵性指導(dǎo)作用。這樣形成的前起始復(fù)合物尚不穩(wěn)定，還需要其他因子如TBP相關(guān)因子(TAF)與TFnD聯(lián)系，形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。

30、此時，RNA聚合酶H才能真正啟動mRNA專錄。TBP相關(guān)因子也是細胞特異的，與轉(zhuǎn)錄激活因子共同決定組織特異性轉(zhuǎn)錄?！居洃浄椒ā勘菊碌母拍詈投x較多，應(yīng)在理解的基礎(chǔ)上加以記憶。例如：表達的時間特異性、表達的空間特異性、順式作用元件、反式作用因子等?；虮磉_調(diào)控原理分為兩個系統(tǒng)：原核與真核。原核系統(tǒng)應(yīng)掌握其表達調(diào)控特點，熟記乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)與調(diào)節(jié)機制。調(diào)節(jié)機制包括阻遏蛋白的負性調(diào)節(jié)，CAP的正性調(diào)節(jié)和協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。真核系統(tǒng)要清楚真核基因結(jié)構(gòu)的特點，真核基因表達調(diào)控特點，它以正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)，在轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)中，有各種順式作用元件及不同的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。三、典型試題分析A型題1.基因表達調(diào)控的基本控制點是(1

31、996年生化試題)A.基因結(jié)構(gòu)活化B.轉(zhuǎn)錄起始C.轉(zhuǎn)錄后加工D.蛋白質(zhì)翻譯及翻譯后加工E.mRNW細胞核轉(zhuǎn)運到細胞漿【答案】B【評析】本題考點：基因表達調(diào)控特點。特異基因的表達受多級調(diào)控，它包括復(fù)制水平、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄后加工和蛋白質(zhì)翻譯及翻譯后加工等調(diào)節(jié)。但調(diào)控基因表達開、關(guān)的關(guān)鍵機制主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄起始。2 .分解代謝物基因激活蛋白(CAP)對乳糖操縱子表達的影響是A.正性調(diào)控B.負性調(diào)控C.正/負性調(diào)控D.無調(diào)控作用E.可有可無【答案】A【評析】本題考點：乳糖操縱子的表達調(diào)控機制。乳糖操縱子的調(diào)節(jié)包括：阻遏蛋白的負性調(diào)節(jié)，分解代謝基因激活蛋白（CAP）的正性調(diào)節(jié)與協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)三種形式。CAP的正

32、性調(diào)節(jié)是在沒有葡萄糖及cAMP濃度較高時，cAMP與CAP結(jié)合，此時CAP吉合在lac啟動序列的CA暇點，刺激RNA轉(zhuǎn)錄活性，使其提高50倍；當有葡萄糖存在時，cAM限度降低，cAM*CAP吉合受阻，因此lac操縱子表達下降。3.反式作用因子確切的定義是（1999年生化試題）A.通過DNA蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用控制任意基因轉(zhuǎn)錄的某一基因編碼蛋白質(zhì)B.通過DNA蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用控制另一基因轉(zhuǎn)錄的某一基因編碼蛋白質(zhì)C.具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能的蛋白質(zhì)因子D.具有翻譯調(diào)節(jié)功能的蛋白質(zhì)因子E.具有基因表達調(diào)控功能的核因子【答案】B【評析】本題考點：反式作用因子的概念。絕大多數(shù)真核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)

33、因子由某一基因表達后，通過與特異的順式作用元件相互作用（DNA蛋白質(zhì)相互作用）反式激活另一基因的轉(zhuǎn)錄，故稱反式作用蛋白或反式作用因子。4.真核基因處于活化狀態(tài)時對DNaseI的敏感性表現(xiàn)為（1999年生化試題）A.高度敏感性B.中度敏感性C.低度敏感性D.不敏感E.不一定【答案】A【評析】本題考點：活性染色體結(jié)構(gòu)變化特點。真核基因轉(zhuǎn)錄特點有三個方面，染色體轉(zhuǎn)錄區(qū)的多樣性結(jié)構(gòu)變化是其中之一。活化基因一個明顯特性是對核酸酶高度敏感。另外還有DNAfe撲結(jié)構(gòu)白變化，DNA堿基修飾變化及組蛋白的變化。5.阻遏蛋白識別操縱子中的（2000年生化試題）A.啟動基因B.結(jié)構(gòu)基因C.操縱基因D.內(nèi)含子E.外顯

34、子【答案】C【評析】本題考點：操縱子的結(jié)構(gòu)。Eooli的乳糖操縱子含Z、丫、及A三個結(jié)構(gòu)基因，此外還有一個操縱序列O;一個啟動序列P及一個調(diào)節(jié)序列IoI基因編碼一種阻遏蛋白，它與O序列結(jié)合，使乳糖操縱子受阻遏而處于關(guān)閉狀態(tài)。6.原核生物基因表達調(diào)控的乳糖操縱子系統(tǒng)屬于（2000年生化試題）A.復(fù)制水平調(diào)節(jié)B.轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)C.逆轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)D.翻譯水平調(diào)節(jié)E.翻譯后水平調(diào)節(jié)【答案】B【評析】本題考點：原核生物基因表達調(diào)控特點。原則上講，原核特異基因的表達也受多級調(diào)控，但調(diào)控基因表達開、關(guān)的關(guān)鍵機制主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄起始。7.直接識別并結(jié)合真核基因TATA盒的是（2001年生化試題）A.TFAB.TF

35、BC.TFDD.TFFE.TFH【答案】C【評析】本題考點：真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的反式調(diào)節(jié)因子。反式作用因子又稱轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，按功能可分為兩類：一類是基本轉(zhuǎn)錄因子，是RNA聚合酶結(jié)合啟動子必需的蛋白因子，在基本轉(zhuǎn)錄因子中，只有TFIID具有識別特異序列DNA的功能。另一類是特異轉(zhuǎn)錄因子，為個別基因轉(zhuǎn)錄所必須的。8.某基因在胚胎期表達、出生后不表達，是為（2003年生化試題）A.空間特異性表達B.時間特異性表達C.器官特異性表達D.組織特異性表達E.細胞特異性表達【答案】B【評析】本題考點：基因表達的時間與空間的概念。按功能需要，某一特定基因的表達嚴格按特定的時間順序發(fā)生，這就是基因表達的時間特異性

36、。在多細胞生物從受精卵到組織、器官形成的各個不同發(fā)育階段，相應(yīng)基因嚴格按一定時間順序開啟或關(guān)閉，表現(xiàn)為與分化、發(fā)育階段一致的時間性。因此多細胞生物基因表達的時間特異性又稱階段特異性。X型題1.下面關(guān)于啟動子的描述正確的是（1990年生化試題）A.作為模板轉(zhuǎn)錄成RNAB.是DNAdq專一堿基順序C.具有多聚U尾巴和回文結(jié)構(gòu)D.作為轉(zhuǎn)錄酶的結(jié)合位點【答案】BD【評析】本題考點：順式作用元件的作用。真核基因順式作用元件有啟動子、增強子和沉默子。啟動子是RNAm合酶結(jié)合位點周圍的轉(zhuǎn)錄調(diào)控組件。啟動子包括至少一個轉(zhuǎn)錄起始點及一個以上的機能組件。機能組件中包括TATA盒，它控制轉(zhuǎn)錄起始的準確性及頻率。除T

37、ATA盒外，G%和CAAT盒也是很多基因常見的。2.真核基因結(jié)構(gòu)特點是（1999年生化試題）A.基因不連續(xù)性B.單順反子C.含重復(fù)序列D.一個啟動序列后接幾個編碼基因【答案】ABC【評析】本題考點：真核基因的結(jié)構(gòu)特點。真核基因的結(jié)構(gòu)特點包括：基因組結(jié)構(gòu)龐大，基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子，真核基因組中普遍含重復(fù)序列， 真核結(jié)構(gòu)基因兩側(cè)及編碼基因內(nèi)部， 尚有不被轉(zhuǎn)錄的非編碼序列， 因此真核基因具有基因不連續(xù)性。四、復(fù)習(xí)自測試題（一）名詞解釋1 .基因組（genome）2 .基因表達（geneexpression）（二）選擇題A型題I類題：1.關(guān)于“基因表達”的概念敘述錯誤的是A.其過程總是經(jīng)歷基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程B.某些基因表達經(jīng)歷基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程C.某些基因表達產(chǎn)物是蛋白質(zhì)分子D.某些基因表達產(chǎn)物不是蛋白質(zhì)分子E.某些基因表達產(chǎn)物是RNA分子2.從侵入細菌到溶菌不同感染階段噬菌體DNA的表達表現(xiàn)為A.細胞特異性B.組織特異性C.空間特異性D.階段特異性E.器官特異性n類題1.當培養(yǎng)基內(nèi)色氨酸濃度較大時，色氨酸操縱子處于A.誘導(dǎo)表達B.阻遏表達C.基本表達D.組成表達E.協(xié)調(diào)表達2.如果一種化學(xué)修飾可促進蛋白質(zhì)降解，這種化學(xué)機制A.抑制這種蛋白質(zhì)基因的表達B.刺激這種蛋白基因的表達C.調(diào)節(jié)這種蛋白基因的表