《生物化學(xué)課件》課件

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1、13基因表達(dá)的調(diào)節(jié)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)n13.1基因表達(dá)調(diào)節(jié)的基本概念及原理基因表達(dá)調(diào)節(jié)的基本概念及原理n13.2原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)n13.3真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)113.1基因表達(dá)調(diào)節(jié)的基本概念及原理基因表達(dá)調(diào)節(jié)的基本概念及原理n13.1.1基本概念基本概念n13.1.2基因表達(dá)的規(guī)律基因表達(dá)的規(guī)律n13.1.3基因表達(dá)的方式基因表達(dá)的方式n13.1.4基因表達(dá)調(diào)節(jié)的基本原理基因表達(dá)調(diào)節(jié)的基本原理213.1.1基本概念基本概念n基因（基因（gene）是指一段編碼蛋白質(zhì)多肽）是指一段編碼蛋白質(zhì)多肽鏈和功能鏈和功能RNA的的DNA。n基因表達(dá)（基因表達(dá)（geneexpressi

2、on）是指在某）是指在某一基因指導(dǎo)下蛋白質(zhì)的合成過程。一基因指導(dǎo)下蛋白質(zhì)的合成過程。n對(duì)這個(gè)過程的調(diào)節(jié)即為基因表達(dá)調(diào)節(jié)對(duì)這個(gè)過程的調(diào)節(jié)即為基因表達(dá)調(diào)節(jié)（regulationofgeneexpression）。）。313.1.2基因表達(dá)的規(guī)律基因表達(dá)的規(guī)律n一種生物含有大量的基因，這些基因在一種生物含有大量的基因，這些基因在生命活動(dòng)過程中并不都是一齊開放表達(dá)，生命活動(dòng)過程中并不都是一齊開放表達(dá)，而是在有些時(shí)候，一些基因進(jìn)行表達(dá)，而是在有些時(shí)候，一些基因進(jìn)行表達(dá)，另一些基因則關(guān)閉。另一些基因則關(guān)閉。n基因表達(dá)表現(xiàn)為嚴(yán)格的規(guī)律性，即時(shí)間基因表達(dá)表現(xiàn)為嚴(yán)格的規(guī)律性，即時(shí)間特異性、空間特異性。特異性、空

3、間特異性。按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按照特定按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按照特定的時(shí)間順序發(fā)生，這就是基因表達(dá)的時(shí)間特異性。在的時(shí)間順序發(fā)生，這就是基因表達(dá)的時(shí)間特異性。在個(gè)體生長(zhǎng)全過程某種基因產(chǎn)物在個(gè)體內(nèi)按不同組織空個(gè)體生長(zhǎng)全過程某種基因產(chǎn)物在個(gè)體內(nèi)按不同組織空間順序地出現(xiàn)，這就是基因表達(dá)的空間特異性。間順序地出現(xiàn)，這就是基因表達(dá)的空間特異性。4n例如：母牛只有在分娩小牛后才開始泌例如：母牛只有在分娩小牛后才開始泌乳時(shí)，乳腺中的各種蛋白質(zhì)基因也只有乳時(shí)，乳腺中的各種蛋白質(zhì)基因也只有在這時(shí)才開始表達(dá)產(chǎn)生各種乳蛋白。在這時(shí)才開始表達(dá)產(chǎn)生各種乳蛋白。n生長(zhǎng)發(fā)育過程中更為明顯，許多基因

4、只生長(zhǎng)發(fā)育過程中更為明顯，許多基因只有在特定的時(shí)間和空間才進(jìn)行表達(dá)，其有在特定的時(shí)間和空間才進(jìn)行表達(dá)，其余時(shí)間或空間這些基因則關(guān)閉。余時(shí)間或空間這些基因則關(guān)閉。513.1.3基因表達(dá)的方式基因表達(dá)的方式n13.1.3.1組成性表達(dá)組成性表達(dá)n13.1.3.2誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)613.1.3.1組成性表達(dá)組成性表達(dá)n有有些些基基因因產(chǎn)產(chǎn)物物在在生生命命全全過過程程都都是是必必需需的的，通通常常把把在在一一個(gè)個(gè)生生物物個(gè)個(gè)體體的的幾幾乎乎所所有有細(xì)細(xì)胞胞中中持持續(xù)續(xù)表表達(dá)達(dá)的基因稱為的基因稱為管家基因管家基因（housekeepinggene）。）。n管管家家基基因因很很少少受受環(huán)環(huán)境境

5、變變化化影影響響，在在個(gè)個(gè)體體各各個(gè)個(gè)生生長(zhǎng)長(zhǎng)階階段段的的幾幾乎乎全全部部組組織織中中持持續(xù)續(xù)表表達(dá)達(dá)或或變變化化很很小小，這這類類基基因因的的表表達(dá)達(dá)方方式式稱稱為為組組成成性性基基因因表表達(dá)達(dá)（constitutivegeneexpression）。）。n這這類類基基因因表表達(dá)達(dá)只只受受啟啟動(dòng)動(dòng)子子序序列列或或啟啟動(dòng)動(dòng)子子與與RNA聚聚合合酶酶相相互互作作用用的的影影響響，而而不不受受其其他他機(jī)機(jī)制制調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)。組組成成性性基基因因表達(dá)水平的表達(dá)水平的“不變不變”是相對(duì)的。是相對(duì)的。713.1.3.2誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)n有有一一些些基基因因表表達(dá)達(dá)極極易易受受環(huán)環(huán)境境變變化化的的影

6、影響響，在在特特定定環(huán)環(huán)境境信信號(hào)號(hào)刺刺激激下下，這這類類基基因因表表達(dá)達(dá)水水平平可可呈呈現(xiàn)現(xiàn)升高或降低的現(xiàn)象。升高或降低的現(xiàn)象。n在在特特定定環(huán)環(huán)境境信信號(hào)號(hào)刺刺激激下下，相相應(yīng)應(yīng)的的基基因因被被激激活活，基基因因表表達(dá)達(dá)產(chǎn)產(chǎn)物物增增加加，這這種種表表達(dá)達(dá)方方式式稱稱為為誘誘導(dǎo)導(dǎo)表表達(dá)達(dá)（inductionexpression）。反反之之，有有些些基基因因的的表表 達(dá)達(dá) 表表 現(xiàn)現(xiàn) 為為 關(guān)關(guān) 閉閉 或或 下下 降降，稱稱 為為 阻阻 遏遏 表表 達(dá)達(dá)（repressionexpression）。n在生物體內(nèi)，各種代謝途徑有條不紊地進(jìn)行，則是在一在生物體內(nèi)，各種代謝途徑有條不紊地進(jìn)行，則是在

7、一定機(jī)制控制下，功能相關(guān)的一組基因，協(xié)調(diào)一致，共同定機(jī)制控制下，功能相關(guān)的一組基因，協(xié)調(diào)一致，共同表達(dá)，稱為表達(dá)，稱為協(xié)調(diào)表達(dá)（協(xié)調(diào)表達(dá)（coordinanceexpression）。813.1.4基因表達(dá)調(diào)節(jié)的基本原理基因表達(dá)調(diào)節(jié)的基本原理n13.1.4.1特異特異DNA序列對(duì)基因轉(zhuǎn)錄激活序列對(duì)基因轉(zhuǎn)錄激活的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)n13.1.4.2調(diào)節(jié)蛋白對(duì)轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)蛋白對(duì)轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)n13.1.4.3 影響影響RNARNA聚合酶活性聚合酶活性n對(duì)對(duì)于于一一個(gè)個(gè)基基因因編編碼碼產(chǎn)產(chǎn)物物蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)來(lái)來(lái)說說，可可以以在在7 7個(gè)個(gè)水水平平上上進(jìn)進(jìn)行行調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)：基基因因活活化化、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄起起始始、

8、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄后后加加工工、mRNAmRNA降降解解、蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)的的翻翻譯譯、翻翻譯譯后后加加工工修修飾飾及及蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)的降解。的降解。9基因的表達(dá)最為有效的調(diào)控表現(xiàn)在兩個(gè)層基因的表達(dá)最為有效的調(diào)控表現(xiàn)在兩個(gè)層次上：次上：第一：是控制從第一：是控制從DNA模板上轉(zhuǎn)錄模板上轉(zhuǎn)錄mRNA的的速度。速度。從而免去從從而免去從 mRNA mRNA 合成蛋白所需的各種材料，是合成蛋白所需的各種材料，是十分經(jīng)濟(jì)的。這種調(diào)控通常稱為轉(zhuǎn)錄水平（十分經(jīng)濟(jì)的。這種調(diào)控通常稱為轉(zhuǎn)錄水平（transcription transcription levellevel）的調(diào)控。）的調(diào)控。第二：是控制從第二：是控制從mRNA

9、翻譯成翻譯成多肽鏈多肽鏈的速的速度。度。稱為稱為 翻譯水平（翻譯水平（translational leveltranslational level）的調(diào)控。大多）的調(diào)控。大多數(shù)生物多采用轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，翻譯水平調(diào)控較少。數(shù)生物多采用轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，翻譯水平調(diào)控較少。1013.2原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)n13.2.1原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的特點(diǎn)原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的特點(diǎn)n13.2.2乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制n13.2.3其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機(jī)制其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機(jī)制1113.2.1原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的特點(diǎn)原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的特點(diǎn)n（1）因子決定因子決定RNA聚合酶識(shí)別特異性。聚合酶識(shí)別特

10、異性。n（2）操縱子模型的普遍性。）操縱子模型的普遍性。n（3）阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性。12操縱子（操縱子（operon）：）：是指原核生物基因是指原核生物基因組的一個(gè)表達(dá)調(diào)控序列，它包括參與同一代謝途徑組的一個(gè)表達(dá)調(diào)控序列，它包括參與同一代謝途徑的幾個(gè)酶的基因，編碼在一起形成一個(gè)特殊轉(zhuǎn)錄單的幾個(gè)酶的基因，編碼在一起形成一個(gè)特殊轉(zhuǎn)錄單位（結(jié)構(gòu)基因，位（結(jié)構(gòu)基因，structuralgene），及在結(jié)構(gòu)基因前），及在結(jié)構(gòu)基因前面的調(diào)節(jié)基因（面的調(diào)節(jié)基因（regulatorygene，R）、操縱基因）、操縱基因（operator，O）和啟動(dòng)基因（）和啟動(dòng)基因（prom

11、oter，P）。）。13操縱子的作用操縱子的作用:當(dāng)代謝需要當(dāng)代謝需要結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因表達(dá)酶時(shí)，操縱子表達(dá)酶時(shí)，操縱子即開放，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成即開放，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成mRNA并表達(dá)為并表達(dá)為酶酶參加代謝。如果不需要時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不被參加代謝。如果不需要時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不被轉(zhuǎn)錄，或以很低的速度進(jìn)行。這是一個(gè)典型轉(zhuǎn)錄，或以很低的速度進(jìn)行。這是一個(gè)典型的轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控模式。的轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控模式。1413.2.2乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制 乳糖操縱子的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象乳糖操縱子的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:當(dāng)大腸桿菌在葡萄糖培當(dāng)大腸桿菌在葡萄糖培養(yǎng)基中生長(zhǎng)時(shí)，它不能代謝乳糖。因?yàn)槿鄙偎仞B(yǎng)基中生長(zhǎng)時(shí)，它不能代謝乳糖。因?yàn)槿?/p>

12、少所必需的酶。當(dāng)生長(zhǎng)在沒有葡萄糖而只有乳糖的培養(yǎng)需的酶。當(dāng)生長(zhǎng)在沒有葡萄糖而只有乳糖的培養(yǎng)基中時(shí)，代謝乳糖的酶量增加近基中時(shí)，代謝乳糖的酶量增加近1000倍，可代謝倍，可代謝乳糖。乳糖。如果此時(shí)在培養(yǎng)基中又加入一些葡萄糖，培如果此時(shí)在培養(yǎng)基中又加入一些葡萄糖，培養(yǎng)基中既有乳糖又有葡萄糖，則乳糖的代謝又停養(yǎng)基中既有乳糖又有葡萄糖，則乳糖的代謝又停止，大腸桿菌又轉(zhuǎn)向利用葡萄糖而不利用乳糖。止，大腸桿菌又轉(zhuǎn)向利用葡萄糖而不利用乳糖。只有葡萄糖消耗殆盡，大腸桿菌才能又利用乳糖。只有葡萄糖消耗殆盡，大腸桿菌才能又利用乳糖。15（1 1）乳糖）乳糖操縱子操縱子的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和阻遏和阻遏蛋白的蛋白的負(fù)性調(diào)負(fù)性

13、調(diào)節(jié)節(jié)16（2）CAP的正性調(diào)節(jié)的正性調(diào)節(jié)n在乳糖操縱子中，其啟動(dòng)子是弱啟動(dòng)子，在乳糖操縱子中，其啟動(dòng)子是弱啟動(dòng)子，RNA聚合酶與之結(jié)合的能力很弱，只有聚合酶與之結(jié)合的能力很弱，只有降解物基因活化蛋白（降解物基因活化蛋白（catabolitegeneactivatorprotein，CAP）結(jié)合到啟動(dòng)子）結(jié)合到啟動(dòng)子上游的上游的CAP結(jié)合位點(diǎn)，促進(jìn)結(jié)合位點(diǎn)，促進(jìn)RNA聚合酶聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合后，才能有效轉(zhuǎn)錄。與啟動(dòng)子結(jié)合后，才能有效轉(zhuǎn)錄。17n但游離的但游離的 CAP是不能與啟動(dòng)子上游的是不能與啟動(dòng)子上游的 CAP結(jié)結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合的，在細(xì)胞內(nèi)有足夠的合位點(diǎn)結(jié)合的，在細(xì)胞內(nèi)有足夠的cAMP時(shí)，時(shí)，

14、CAP首先與首先與 cAMP形成復(fù)合物，此復(fù)合物才能形成復(fù)合物，此復(fù)合物才能與啟動(dòng)子結(jié)合。因此與啟動(dòng)子結(jié)合。因此CAP也稱做也稱做cAMP受體蛋白。受體蛋白。n葡萄糖的降解產(chǎn)物能降低細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的降解產(chǎn)物能降低細(xì)胞內(nèi)cAMP的含量，的含量，因而當(dāng)向乳糖培養(yǎng)基中加入葡萄糖時(shí)，造成因而當(dāng)向乳糖培養(yǎng)基中加入葡萄糖時(shí)，造成cAMP濃度降低，濃度降低，CAP便不能結(jié)合在便不能結(jié)合在CAP結(jié)合位結(jié)合位點(diǎn)上。此時(shí)即使有乳糖存在，已解除了對(duì)操縱基點(diǎn)上。此時(shí)即使有乳糖存在，已解除了對(duì)操縱基因的阻遏，也不能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，所以仍不能利用乳因的阻遏，也不能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，所以仍不能利用乳糖。糖。n這就是在含葡萄糖的培養(yǎng)基中大腸

15、桿菌不能利用這就是在含葡萄糖的培養(yǎng)基中大腸桿菌不能利用乳糖，只有改用乳糖時(shí)才能利用乳糖的調(diào)節(jié)機(jī)理乳糖，只有改用乳糖時(shí)才能利用乳糖的調(diào)節(jié)機(jī)理。18（3）協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)阻阻遏遏蛋蛋白白的的負(fù)負(fù)性性調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)與與CAP的的正正性性調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)兩兩種種機(jī)機(jī)制制協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)合合作作，相相輔輔相相成成、互互相相協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)、相相互互制約。制約。協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)后的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)后的4種不同的情況：種不同的情況：n（1）葡葡萄萄糖糖存存在在而而乳乳糖糖不不存存在在時(shí)時(shí)，無(wú)無(wú)誘誘導(dǎo)導(dǎo)劑劑存存在在，阻阻遏遏蛋蛋白白與與DNA結(jié)結(jié)合合。而而且且由由于于葡葡萄萄糖糖的的存存在在，CAP也也不不能能發(fā)發(fā)揮揮正正調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)作作用用，基基因處于關(guān)閉

16、狀態(tài)。因處于關(guān)閉狀態(tài)。n（2）葡葡萄萄糖糖和和乳乳糖糖都都不不存存在在時(shí)時(shí)，沒沒有有葡葡萄萄糖糖存存在在的的情情況況下下，CAP可可以以發(fā)發(fā)揮揮正正調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)作作用用。但但由由于于沒沒有有誘誘導(dǎo)導(dǎo)劑劑，阻阻遏遏蛋蛋白白的的負(fù)負(fù)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)作作用用使使基因仍然處于關(guān)閉狀態(tài)?；蛉匀惶幱陉P(guān)閉狀態(tài)。19n（3）葡葡萄萄糖糖和和乳乳糖糖都都存存在在時(shí)時(shí)，乳乳糖糖的的存存在在對(duì)對(duì)基基因因的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄產(chǎn)產(chǎn)生生誘誘導(dǎo)導(dǎo)作作用用。但但由由于于葡葡萄萄糖糖 的的 存存 在在 使使 細(xì)細(xì) 胞胞 內(nèi)內(nèi) cAMP水水 平平 降降 低低，cAMPCAP復(fù)復(fù)合合物物不不能能形形成成，CAP不不能能結(jié)結(jié)合合到到CAP結(jié)結(jié)合合位位

17、點(diǎn)點(diǎn)上上，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄仍仍不不能能啟啟動(dòng)動(dòng)，基因處于關(guān)閉狀態(tài)?；蛱幱陉P(guān)閉狀態(tài)。n（4）葡萄糖不存在而乳糖存在時(shí)，）葡萄糖不存在而乳糖存在時(shí)，CAP可可以發(fā)揮正調(diào)節(jié)作用，阻遏蛋白由于誘導(dǎo)劑以發(fā)揮正調(diào)節(jié)作用，阻遏蛋白由于誘導(dǎo)劑的存在而失去負(fù)調(diào)節(jié)作用，基因被打開，的存在而失去負(fù)調(diào)節(jié)作用，基因被打開，轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)。2013.2.3其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機(jī)制其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機(jī)制n（1）阿拉伯糖操縱子）阿拉伯糖操縱子n（2）色氨酸操縱子）色氨酸操縱子21（1）阿拉伯糖操縱子）阿拉伯糖操縱子（araoperon）n這這是是一一個(gè)個(gè)利利用用同同一一調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)蛋蛋白白的的不不同同結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形式，活化或抑制操縱子的調(diào)節(jié)方式。形式

18、，活化或抑制操縱子的調(diào)節(jié)方式。n阿阿拉拉伯伯糖糖操操縱縱子子含含有有3個(gè)個(gè)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)基基因因：B、A、D基基因因，分分別別編編碼碼異異構(gòu)構(gòu)酶酶、激激酶酶、表表位位酶酶，催催化化阿阿拉拉伯伯糖糖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉?-磷磷酸酸木木酮酮糖糖，后后者者進(jìn)進(jìn)入入磷磷酸酸戊戊糖糖途途徑徑。也也包包括括調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)基基因因（araC）、操操縱縱基基因因（araO）、啟啟動(dòng)動(dòng)子子（araI）。）。22n操縱基因被操縱基因被araC的產(chǎn)物所調(diào)節(jié)，它是一個(gè)的產(chǎn)物所調(diào)節(jié)，它是一個(gè)具有具有2種不同功能構(gòu)象（種不同功能構(gòu)象（P1和和P2）的蛋白質(zhì)。）的蛋白質(zhì)。n無(wú)阿拉伯糖存在時(shí)，它以無(wú)阿拉伯糖存在時(shí)，它以P1型存在，型存在，P1型

19、型為阻遏物，為阻遏物，P1與操縱基因結(jié)合而阻止操縱與操縱基因結(jié)合而阻止操縱子的轉(zhuǎn)錄（負(fù)性調(diào)節(jié)）。子的轉(zhuǎn)錄（負(fù)性調(diào)節(jié)）。n在有阿拉伯糖存在時(shí)，阿拉伯糖可將在有阿拉伯糖存在時(shí)，阿拉伯糖可將P1從從操縱基因移開，并使構(gòu)象間的平衡移向操縱基因移開，并使構(gòu)象間的平衡移向P2。P2是激活物，能與是激活物，能與CAPcAMP復(fù)合物一起復(fù)合物一起結(jié)合到啟動(dòng)子上，促進(jìn)結(jié)合到啟動(dòng)子上，促進(jìn)RNA聚合酶開始轉(zhuǎn)聚合酶開始轉(zhuǎn)錄（正性調(diào)節(jié)）。錄（正性調(diào)節(jié)）。23（2）色氨酸操縱子）色氨酸操縱子ntrp操縱子的阻遏物是由距操縱子的阻遏物是由距trp操縱子較操縱子較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)的R基因合成的一個(gè)基因合成的一個(gè)58KD的蛋白質(zhì)。的蛋

20、白質(zhì)。n當(dāng)機(jī)體色氨酸不足時(shí)，阻遏物游離存在，當(dāng)機(jī)體色氨酸不足時(shí)，阻遏物游離存在，不能與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因得以轉(zhuǎn)錄不能與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因得以轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，生成色氨酸。和表達(dá)，生成色氨酸。n當(dāng)機(jī)體生成的色氨酸過量時(shí)，色氨酸與阻當(dāng)機(jī)體生成的色氨酸過量時(shí)，色氨酸與阻遏物形成復(fù)合物，此復(fù)合物可結(jié)合操縱基遏物形成復(fù)合物，此復(fù)合物可結(jié)合操縱基因，阻止結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。因，阻止結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。24n反饋?zhàn)瓒簦悍答佔(zhàn)瓒簦哼@種以終產(chǎn)物阻止該產(chǎn)物基這種以終產(chǎn)物阻止該產(chǎn)物基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理稱為反饋?zhàn)瓒?。此終產(chǎn)物因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理稱為反饋?zhàn)瓒?。此終產(chǎn)物（色氨酸）稱為輔阻遏物（色氨酸）稱為輔阻遏物（Corepressor）。

21、）。n反饋?zhàn)瓒舻膬?yōu)點(diǎn)：反饋?zhàn)瓒舻膬?yōu)點(diǎn)：造成在色氨酸充足造成在色氨酸充足時(shí)，完全阻斷轉(zhuǎn)錄；在色氨酸水平下降很時(shí)，完全阻斷轉(zhuǎn)錄；在色氨酸水平下降很低時(shí)，阻遏消除，轉(zhuǎn)錄開放，合成色氨酸。低時(shí)，阻遏消除，轉(zhuǎn)錄開放，合成色氨酸。這樣易于保持細(xì)菌細(xì)胞中色氨酸水平的衡這樣易于保持細(xì)菌細(xì)胞中色氨酸水平的衡定。定。25衰減子：衰減子：n另外，色氨酸操縱子中還存在一個(gè)輔助另外，色氨酸操縱子中還存在一個(gè)輔助調(diào)控結(jié)構(gòu)，可用以終止調(diào)控結(jié)構(gòu)，可用以終止和減弱轉(zhuǎn)錄，這和減弱轉(zhuǎn)錄，這個(gè)調(diào)控結(jié)構(gòu)稱為衰減子（個(gè)調(diào)控結(jié)構(gòu)稱為衰減子（attenuator，a）。n結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 起始密碼子前，有長(zhǎng)起始密碼子前，有長(zhǎng) 162 個(gè)核苷

22、酸個(gè)核苷酸的前導(dǎo)序列（的前導(dǎo)序列（leader Sequence，L）。該前）。該前導(dǎo)序列編碼一小段導(dǎo)序列編碼一小段 14 肽（前導(dǎo)肽）。在肽（前導(dǎo)肽）。在 14 肽里有肽里有兩個(gè)色氨酸（兩個(gè)色氨酸（UGG）密碼子）密碼子，它們?cè)冢鼈冊(cè)谡{(diào)節(jié)中起著重要的作用。調(diào)節(jié)中起著重要的作用。26n衰減子起作用的方式：衰減子起作用的方式：前導(dǎo)序列的終止區(qū)與一般轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)前導(dǎo)序列的終止區(qū)與一般轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)的特征相同，具有潛在的二重對(duì)稱結(jié)構(gòu)能的特征相同，具有潛在的二重對(duì)稱結(jié)構(gòu)能形成莖環(huán)，具有成串的形成莖環(huán)，具有成串的 U。完整的前導(dǎo)序。完整的前導(dǎo)序列分為列分為1、2、3、4個(gè)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域，這 4 個(gè)區(qū)可個(gè)區(qū)可

23、根據(jù)需要彼此互補(bǔ)，形成奇特的二級(jí)結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要彼此互補(bǔ)，形成奇特的二級(jí)結(jié)構(gòu)，達(dá)到調(diào)節(jié)基因表達(dá)的目的。達(dá)到調(diào)節(jié)基因表達(dá)的目的。27當(dāng)色氨酸充足時(shí)，完整的前導(dǎo)肽（當(dāng)色氨酸充足時(shí)，完整的前導(dǎo)肽（14肽）可被合成，這時(shí)在核糖肽）可被合成，這時(shí)在核糖體參與下，前導(dǎo)序列形成終止信號(hào)，體參與下，前導(dǎo)序列形成終止信號(hào)，RNA聚合酶不能通過，阻止轉(zhuǎn)錄聚合酶不能通過，阻止轉(zhuǎn)錄進(jìn)行，減少結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。進(jìn)行，減少結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。28當(dāng)色氨酸不足時(shí)，由于色氨酸當(dāng)色氨酸不足時(shí)，由于色氨酸-tRNA不能形成，前導(dǎo)肽翻譯不能形成，前導(dǎo)肽翻譯至至色色氨酸密碼子（氨酸密碼子（UGG）處即終止，在核糖體參與下，前導(dǎo)序列不能形成）

24、處即終止，在核糖體參與下，前導(dǎo)序列不能形成終止信號(hào)，終止信號(hào)，RNA聚合酶可以超越衰減子而繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，結(jié)構(gòu)基因得到表聚合酶可以超越衰減子而繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，結(jié)構(gòu)基因得到表達(dá)，產(chǎn)生色氨酸達(dá)，產(chǎn)生色氨酸。29衰減子調(diào)控的意義：衰減子調(diào)控的意義：衰減子調(diào)控，是一種翻譯與轉(zhuǎn)錄相偶聯(lián)衰減子調(diào)控，是一種翻譯與轉(zhuǎn)錄相偶聯(lián)的調(diào)控機(jī)制。在這里可以看到核酸分子和蛋的調(diào)控機(jī)制。在這里可以看到核酸分子和蛋白質(zhì)分子一樣，能以構(gòu)象的改變起到調(diào)節(jié)作白質(zhì)分子一樣，能以構(gòu)象的改變起到調(diào)節(jié)作用。用。衰減子調(diào)節(jié)在大腸桿菌的其它氨基酸合衰減子調(diào)節(jié)在大腸桿菌的其它氨基酸合成操縱子中也普遍存在。成操縱子中也普遍存在。30翻譯水平調(diào)節(jié)翻譯水平調(diào)節(jié)反

25、義反義RNAn反義反義 RNA：就是一種與就是一種與mRNA互互補(bǔ)的補(bǔ)的RNA分子，它是分子，它是反義基因或基因反義基因或基因的反義鏈轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物。它與的反義鏈轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物。它與mRNA結(jié)合結(jié)合后即阻斷后即阻斷mRNA的翻譯，從而調(diào)節(jié)基因的翻譯，從而調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。的表達(dá)。31反義的反義的RNA的應(yīng)用：的應(yīng)用：基因治療基因治療反義反義RNA調(diào)控的特點(diǎn)是高度的特異性，一種調(diào)控的特點(diǎn)是高度的特異性，一種反義反義RNA抑制一種抑制一種mRNA。現(xiàn)在根據(jù)原理可人工?，F(xiàn)在根據(jù)原理可人工設(shè)計(jì)合成反義設(shè)計(jì)合成反義RNA，抑制靶基因的表達(dá)，從而達(dá)，抑制靶基因的表達(dá)，從而達(dá)到治療疾病的目的，稱為基因治療。到治療疾病

26、的目的，稱為基因治療。如乙肝病毒、口蹄疫病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒及如乙肝病毒、口蹄疫病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒及人的愛滋病病毒（人的愛滋病病毒（HIV）等都是）等都是單鏈單鏈RNA病毒，病毒，可利用可利用反義反義RNA抑制其在體內(nèi)的復(fù)制。抑制其在體內(nèi)的復(fù)制。再如可用反義再如可用反義RNA抑制抑制癌蛋白癌蛋白的表達(dá)。的表達(dá)。3213.3真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)n13.3.1真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)n13.3.2真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)n13.3.3真核基因轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)3313.3.1真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)n13.3.1.1龐大的

27、真核基因組結(jié)構(gòu)龐大的真核基因組結(jié)構(gòu)n13.3.1.2染色質(zhì)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)染色質(zhì)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)n13.3.1.3單順反子單順反子n13.3.1.4重復(fù)序列重復(fù)序列n13.3.1.5基因不連續(xù)性基因不連續(xù)性n13.3.1.6基因家族基因家族34n13.3.1.1龐大的真核基因組結(jié)構(gòu)龐大的真核基因組結(jié)構(gòu) 真真核核生生基基因因組組約約占占全全部部DNADNA序序列列的的6。此此外外尚尚有有510的的rRNA等等重重復(fù)復(fù)基基因因，其其余余8090的的哺哺乳乳類類DNADNA序序列列可能沒有直接的遺傳學(xué)功能。可能沒有直接的遺傳學(xué)功能。35n13.3.1.2染色質(zhì)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)染色質(zhì)的獨(dú)特結(jié)構(gòu) 真核生物的真核生物的DN

28、A是由是由DNA與組蛋白、非組與組蛋白、非組蛋白和少量蛋白和少量RNA及其他物質(zhì)結(jié)合而形成的核小及其他物質(zhì)結(jié)合而形成的核小體結(jié)構(gòu)。體結(jié)構(gòu)。組蛋白與組蛋白與DNA結(jié)合，可保護(hù)結(jié)合，可保護(hù)DNA免受損傷，免受損傷，維持基因組穩(wěn)定性，抑制基因的表達(dá)，去除組蛋維持基因組穩(wěn)定性，抑制基因的表達(dá)，去除組蛋白則基白則基因轉(zhuǎn)錄活性增高。因轉(zhuǎn)錄活性增高。組蛋白的許多側(cè)鏈可以被組蛋白的許多側(cè)鏈可以被乙?；?、甲基乙?；⒓谆?、化、ADP-核糖化核糖化及磷酸化所修飾及磷酸化所修飾。這種修飾可。這種修飾可以改變組蛋白的電荷性質(zhì)，改變?nèi)旧w的基因結(jié)以改變組蛋白的電荷性質(zhì)，改變?nèi)旧w的基因結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響構(gòu)，進(jìn)而影響DNA

29、的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的機(jī)會(huì)。的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的機(jī)會(huì)。36n13.3.1.3單順反子單順反子 即即一一個(gè)個(gè)編編碼碼基基因因轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄生生成成一一個(gè)個(gè)mRNA分分子子，經(jīng)經(jīng)翻翻譯譯生生成成一一條條多多肽肽鏈鏈。有有很很多多真真核核蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)由由幾幾條條不不同同的的多多肽肽鏈鏈組組成成，因因此此存存在多個(gè)基因協(xié)調(diào)表達(dá)的問題。在多個(gè)基因協(xié)調(diào)表達(dá)的問題。n13.3.1.4重復(fù)序列重復(fù)序列重重復(fù)復(fù)序序列列及及基基因因重重組組均均與與生生物物進(jìn)進(jìn)化化有有關(guān)關(guān)。某某些些重重復(fù)復(fù)序序列列發(fā)發(fā)生生在在調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)區(qū)區(qū)，如如轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄終終止止區(qū)區(qū)、衰衰減減調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)區(qū)區(qū)及及某某些些酶酶或或蛋蛋白白因因子子結(jié)結(jié)合合位位點(diǎn)點(diǎn)，則則可可能能

30、對(duì)對(duì)DNA復(fù)復(fù)制制、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)具具有有重要意義重要意義。3713.3.1.5基因不連續(xù)性基因不連續(xù)性n真真核核生生物物的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)基基因因是是不不連連續(xù)續(xù)的的，編編碼碼氨氨基基酸酸的的序序列列被被非非編編碼碼序序列列打打斷斷，因因而而被被稱稱為為斷斷裂裂基基因因（splitgene）。在在編編碼碼基基因因內(nèi)內(nèi)部部尚尚有有一一些些不不為為 蛋蛋 白白 質(zhì)質(zhì) 編編 碼碼 的的 間間 隔隔 序序 列列，稱稱 為為 內(nèi)內(nèi) 含含 子子（intron），被被分分隔隔開開的的編編碼碼序序列列稱稱為為外外顯顯子子（exon）。）。n內(nèi)內(nèi)含含子子與與外外顯顯子子在在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄時(shí)時(shí)被被同同時(shí)時(shí)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄下下來(lái)來(lái)

31、。內(nèi)內(nèi)含含子子在在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄后后經(jīng)經(jīng)一一定定規(guī)規(guī)律律的的剪剪接接機(jī)機(jī)制制從從轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄產(chǎn)產(chǎn)物物中中去去除除，使使外外顯顯子子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄產(chǎn)產(chǎn)物物連連接接在在一一起起，形形成成熟的成成熟的mRNA。3813.3.1.6基因家族基因家族 n基基因因家家族族（genefamily）就就是是指指核核苷苷酸酸序序列列或或編編碼碼產(chǎn)產(chǎn)物物的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)具具有有一一定定程程度度同同源源性性的的一一組組基基因因。同同一一個(gè)個(gè)家家族族的的基基因因成成員員是是由由同同一一祖祖先先基基因因進(jìn)進(jìn)化化而而來(lái)來(lái)，同同源源性性最最高高的的可可達(dá)達(dá)100（即即多多拷拷貝貝基基因因）。同同源源性性也也可可以以很很低低，只只有有一一小小段

32、段序序列列相相同同。在在基基因因家家族族中中的的基基因因，其其編編碼碼產(chǎn)產(chǎn)物物常常常常具有相似的功能。具有相似的功能。n假基因（假基因（pseudogene），用），用表示。表示。3913.3.2真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)n13.3.2.1組織特異性表達(dá)和時(shí)相性組織特異性表達(dá)和時(shí)相性n13.3.2.2活性染色體結(jié)構(gòu)變化活性染色體結(jié)構(gòu)變化n13.3.2.3正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)n13.3.2.4多級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)多級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)4013.3.2.1組織特異性表達(dá)和時(shí)相性組織特異性表達(dá)和時(shí)相性n時(shí)間特異性時(shí)間特異性/階段特異性階段特異性在在多多細(xì)細(xì)胞胞生生物物從從受受精精卵卵到到組組

33、織織、器器官官形形成成的的各各個(gè)個(gè)不不同同發(fā)發(fā)育育階階段段，相相應(yīng)應(yīng)基基因因嚴(yán)嚴(yán)格格按按照照一一定定時(shí)時(shí)間間順順序序開開啟啟或或關(guān)關(guān)閉閉，這這就就是是基基因因表表 達(dá)達(dá) 的的 時(shí)時(shí) 間間 特特 異異 性性（temporalspecificity）。）。同同時(shí)時(shí)對(duì)對(duì)于于多多細(xì)細(xì)胞胞生生物物而而言言，這這種種特特異異性性與與分分化化、發(fā)發(fā)育育階階段段相相一一致致，故故又又稱稱階階段段特異性（特異性（stagespecificity）。）。41n空間特異性細(xì)胞特異性組織特異性空間特異性細(xì)胞特異性組織特異性在在個(gè)個(gè)體體生生長(zhǎng)長(zhǎng)全全過過程程，某某種種基基因因產(chǎn)產(chǎn)物物在在個(gè)個(gè)體體按按不不同同組組織織空空間

34、間順順序序出出現(xiàn)現(xiàn)，即即某某些些基基因因僅僅特特異異地地在在某某種種細(xì)細(xì)胞胞中中表表達(dá)達(dá)，這這就就是是基基因因表表達(dá)達(dá)的空間特異性（的空間特異性（spatialspecificity）。）。基基因因表表達(dá)達(dá)伴伴隨隨時(shí)時(shí)間間或或階階段段順順序序所所表表現(xiàn)現(xiàn)出出的的這這種種空空間間分分布布差差異異，實(shí)實(shí)際際上上是是由由細(xì)細(xì)胞胞在在器器官官的的分分布布決決定定的的，因因此此基基因因表表達(dá)達(dá)的的空空間間特特異異性性又又稱稱細(xì)細(xì)胞胞特特異異性性（cellspecificity）或或組組織織特異性（特異性（tissuespecificity）。）。4213.3.2.2活性染色體結(jié)構(gòu)變化活性染色體結(jié)構(gòu)變化當(dāng)

35、當(dāng)基基因因被被激激活活時(shí)時(shí)，可可觀觀察察到到染染色色體體相相應(yīng)應(yīng)區(qū)區(qū)域發(fā)生某些結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化。域發(fā)生某些結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化。n核酸酶敏感核酸酶敏感nDNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化nDNA堿基修飾變化堿基修飾變化n組蛋白變化組蛋白變化4313.3.2.3正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)n采用正性調(diào)節(jié)機(jī)制更有效采用正性調(diào)節(jié)機(jī)制更有效n采用負(fù)性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)采用負(fù)性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)4413.3.2.4多級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)多級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)真真核核生生物物基基因因表表達(dá)達(dá)的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)可可以以發(fā)發(fā)生生DNA水水平平（轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄前前水水平平）、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄水水平平、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄后后水水平平、翻翻譯譯水平和翻譯后水平。水平和翻譯后水平。nDNA水水

36、平平的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)主主要要通通過過下下列列幾幾種種方式：方式：染色質(zhì)的丟失染色質(zhì)的丟失基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增基因重排基因重排DNA甲基化甲基化45轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)n真核生物的基因調(diào)節(jié)主要表現(xiàn)在對(duì)基因真核生物的基因調(diào)節(jié)主要表現(xiàn)在對(duì)基因轉(zhuǎn)錄活性的控制上。而基因轉(zhuǎn)錄活性由轉(zhuǎn)錄活性的控制上。而基因轉(zhuǎn)錄活性由激活蛋白和阻遏蛋白或其他調(diào)節(jié)物影響激活蛋白和阻遏蛋白或其他調(diào)節(jié)物影響基因活性?；蚧钚?。46nmRNA前體加工對(duì)基因表達(dá)調(diào)節(jié)的影響前體加工對(duì)基因表達(dá)調(diào)節(jié)的影響nmRNA的剪接對(duì)基因表達(dá)調(diào)節(jié)的影響的剪接對(duì)基因表達(dá)調(diào)節(jié)的影響nmRNA運(yùn)輸?shù)目刂七\(yùn)輸?shù)目刂妻D(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)47翻譯水平的

37、調(diào)節(jié)翻譯水平的調(diào)節(jié)n翻譯起始的調(diào)節(jié)翻譯起始的調(diào)節(jié)A.阻遏蛋白的調(diào)節(jié)作用阻遏蛋白的調(diào)節(jié)作用B.翻譯起始因子的功能調(diào)節(jié)翻譯起始因子的功能調(diào)節(jié)C.5AUG對(duì)翻譯的調(diào)節(jié)作用對(duì)翻譯的調(diào)節(jié)作用D.mRNA5端非編碼區(qū)長(zhǎng)度對(duì)翻譯的影響端非編碼區(qū)長(zhǎng)度對(duì)翻譯的影響nmRNA穩(wěn)定性調(diào)節(jié)穩(wěn)定性調(diào)節(jié)n小分子小分子RNA對(duì)翻譯水平的影響對(duì)翻譯水平的影響48翻譯后水平的調(diào)節(jié)翻譯后水平的調(diào)節(jié)n對(duì)對(duì)翻翻譯譯后后水水平平的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)尚尚了了解解很很少少，調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)方方式式主主要要包包括括肽肽鏈鏈合合成成后后的的加加工工，新新生生肽肽鏈鏈的的水水解解速速度度，信信號(hào)號(hào)肽肽的的分分揀揀、運(yùn)運(yùn)輸輸、定位等。定位等。4913.3.3真核

38、基因轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄水水平平的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)是是真真核核生生物物基基因因表表達(dá)達(dá)調(diào)節(jié)中最重要的環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)中最重要的環(huán)節(jié)。調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)作作用用主主要要是是通通過過反反式式作作用用因因子子、順順式式作作用用元元件件和和RNA聚聚合合酶酶的的相相互互作作用用來(lái)來(lái)完完成的。成的。5013.3.3.1順式作用元件順式作用元件啟動(dòng)子啟動(dòng)子增強(qiáng)子增強(qiáng)子沉默子沉默子某某些些基基因因含含有有負(fù)負(fù)性性調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)元元件件-沉沉默默子子（silencersilencer），當(dāng)當(dāng)其其結(jié)結(jié)合合特特異異蛋蛋白白因因子子時(shí)時(shí)，對(duì)對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。5113.3.3.2反式作用因子反式作

39、用因子反式作用因子的主要特點(diǎn)反式作用因子的主要特點(diǎn)n一一般般具具有有3個(gè)個(gè)功功能能結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)域域：DNA結(jié)結(jié)合合域域、蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)結(jié)結(jié)合合結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)域域和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄活活性性域域。這這些些功功能能區(qū)區(qū)含含有有幾十到幾百個(gè)氨基酸殘基。幾十到幾百個(gè)氨基酸殘基。n能識(shí)別并結(jié)合上游調(diào)節(jié)區(qū)中的順式作用元件。能識(shí)別并結(jié)合上游調(diào)節(jié)區(qū)中的順式作用元件。n對(duì)對(duì)基基因因表表達(dá)達(dá)有有正正性性和和負(fù)負(fù)性性調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)作作用用，即即激激活活和和阻阻遏遏基基因因的的表表達(dá)達(dá)。具具有有正正性性調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)作作用用的的反反式式因因子子和和相相應(yīng)應(yīng)的的順順式式元元件件結(jié)結(jié)合合后后，可可能能還還要要通通過過與與RNA聚聚合合酶酶或或其其它它反

40、反式式因因子子與與相相應(yīng)應(yīng)的的順順式式元元件結(jié)合后才能產(chǎn)生效應(yīng)。件結(jié)合后才能產(chǎn)生效應(yīng)。52反式作用因子結(jié)構(gòu)域模式反式作用因子結(jié)構(gòu)域模式n DNA DNA結(jié)合域結(jié)合域 n蛋白質(zhì)結(jié)合域蛋白質(zhì)結(jié)合域n轉(zhuǎn)錄活性域轉(zhuǎn)錄活性域5313.3.3.3轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)真真核核基基因因表表達(dá)達(dá)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄水水平平調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)機(jī)機(jī)制制涉涉及及反反式作用因子的激活、反式作用因子的作用等。式作用因子的激活、反式作用因子的作用等。反式作用因子的活性調(diào)節(jié)反式作用因子的活性調(diào)節(jié)反式作用因子的激活通過以下幾種方式進(jìn)行：反式作用因子的激活通過以下幾種方式進(jìn)行：表達(dá)式調(diào)節(jié)表達(dá)式調(diào)節(jié)共價(jià)修飾共價(jià)修飾配體結(jié)合配體結(jié)合蛋白質(zhì)蛋白

41、質(zhì)蛋白質(zhì)相互作用蛋白質(zhì)相互作用54反式作用因子與順式作用元件的結(jié)合反式作用因子與順式作用元件的結(jié)合反反式式作作用用因因子子被被激激活活后后，即即可可識(shí)識(shí)別別并并結(jié)結(jié)合合上上游游啟啟動(dòng)動(dòng)子子元元件件和和增增強(qiáng)強(qiáng)子子中中的的保保守性序列。守性序列。55反式作用因子的作用方式反式作用因子的作用方式成成環(huán)環(huán)：反反式式作作用用因因子子結(jié)結(jié)合合于于增增強(qiáng)強(qiáng)子子后后，利利用用DNA的的柔柔曲曲性性，彎彎曲曲成成環(huán)環(huán)，使使增增強(qiáng)強(qiáng)子子區(qū)區(qū)域域與與RNA聚聚合合酶酶結(jié)結(jié)合合位位點(diǎn)點(diǎn)靠靠近近，直直接接接接觸觸而而發(fā)發(fā)揮揮作用。作用。扭扭曲曲：通通過過DNA結(jié)結(jié)合合蛋蛋白白與與變變形形的的DNA（如如左左旋旋DNA

42、）結(jié)結(jié)合合或或者者結(jié)結(jié)合合蛋蛋白白使使DNA構(gòu)構(gòu)象象改改變（如解旋等）而發(fā)揮作用。變（如解旋等）而發(fā)揮作用。協(xié)協(xié)同同：一一種種反反式式作作用用因因子子與與其其順順式式作作用用元元件件結(jié)結(jié)合合，促促進(jìn)進(jìn)另另一一種種反反式式作作用用因因子子與與鄰鄰近近的的順順式式作作用用元元件件結(jié)結(jié)合合，后后者者又又促促進(jìn)進(jìn)下下一一個(gè)個(gè)反反式式作作用用因因子子與與其其順順式式作作用用元元件件的的結(jié)結(jié)合合，直直到到基基因因的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄起始點(diǎn)，進(jìn)而影響基因的轉(zhuǎn)錄。起始點(diǎn)，進(jìn)而影響基因的轉(zhuǎn)錄。56反式作用因子的組合式調(diào)節(jié)作用反式作用因子的組合式調(diào)節(jié)作用n每每一一種種反反式式作作用用因因子子結(jié)結(jié)合合順順式式作作用用元元件

43、件后后雖雖然然可可發(fā)發(fā)揮揮促促進(jìn)進(jìn)或或抑抑制制作作用用，但但反反式式作作用用因因子子對(duì)對(duì)基基因因表表達(dá)達(dá)的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)不不是是由由單單一一因因子子完完成成的的，而而是是幾幾種種因因子子組組合合，發(fā)發(fā)揮揮特特定定的的作作用用，稱稱為為組組合合式式基基因因調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)（combinatorialgeneregulation）。57調(diào)控蛋白結(jié)構(gòu)域中與調(diào)控蛋白結(jié)構(gòu)域中與DNA接接觸的觸的結(jié)構(gòu)基元結(jié)構(gòu)基元，主要有，主要有：鋅指基元鋅指基元和和螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋。58鋅指基元鋅指基元（zincfinger）是：在保守的半胱氨酸和是：在保守的半胱氨酸和組氨酸殘基形成的四面體結(jié)構(gòu)中鑲著一個(gè)鋅原子。組氨酸殘

44、基形成的四面體結(jié)構(gòu)中鑲著一個(gè)鋅原子。鋅指基元由約鋅指基元由約 23 個(gè)氨基酸組成。在含鋅指的蛋白中鋅指通常是個(gè)氨基酸組成。在含鋅指的蛋白中鋅指通常是成串的重復(fù)排列。鋅指間的聯(lián)接物通常是成串的重復(fù)排列。鋅指間的聯(lián)接物通常是7-8 氨基酸。不同蛋白氨基酸。不同蛋白質(zhì)的鋅指數(shù)目不同。含有鋅指的調(diào)控蛋白在與質(zhì)的鋅指數(shù)目不同。含有鋅指的調(diào)控蛋白在與 DNA 結(jié)合時(shí)，是結(jié)合時(shí)，是鋅指的尖端進(jìn)入到鋅指的尖端進(jìn)入到 DNA 的大溝或小溝，以識(shí)別它特異結(jié)合的的大溝或小溝，以識(shí)別它特異結(jié)合的 DNA 序列并與之結(jié)合。迄今僅在真核生物中發(fā)現(xiàn)有鋅指蛋白，在序列并與之結(jié)合。迄今僅在真核生物中發(fā)現(xiàn)有鋅指蛋白，在原核中尚未

45、發(fā)現(xiàn)。原核中尚未發(fā)現(xiàn)。59螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋（螺旋（helix-turn-helix）基元：）基元：基本組成：基本組成：兩個(gè)兩個(gè)-螺旋螺旋之間被之間被-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角隔開。本身通常隔開。本身通常不穩(wěn)定，但它是較大的結(jié)合不穩(wěn)定，但它是較大的結(jié)合DNA的結(jié)構(gòu)域的活的結(jié)構(gòu)域的活性部分。其中的一個(gè)性部分。其中的一個(gè)-螺旋通常含有多個(gè)與螺旋通常含有多個(gè)與DNA相互作用的氨基酸殘基，起識(shí)別的作用，相互作用的氨基酸殘基，起識(shí)別的作用，并且被安置在大溝中。并且被安置在大溝中。含有螺旋含有螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋基元的結(jié)合蛋白最先在原螺旋基元的結(jié)合蛋白最先在原核中發(fā)現(xiàn)，目前許多真核調(diào)控蛋白也含有非常相核中發(fā)現(xiàn)，目前

46、許多真核調(diào)控蛋白也含有非常相似的基元。似的基元。60調(diào)控蛋白與蛋白質(zhì)結(jié)合的結(jié)構(gòu)域調(diào)控蛋白與蛋白質(zhì)結(jié)合的結(jié)構(gòu)域調(diào)控蛋白除了與調(diào)控蛋白除了與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域外，通結(jié)合的結(jié)構(gòu)域外，通常還有與蛋白質(zhì)結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，用以和常還有與蛋白質(zhì)結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，用以和RNA聚合酶及其它調(diào)控蛋白相互作用，也用于相同聚合酶及其它調(diào)控蛋白相互作用，也用于相同調(diào)控蛋白分子之間的作用，共同調(diào)節(jié)基因表達(dá)。調(diào)控蛋白分子之間的作用，共同調(diào)節(jié)基因表達(dá)。這種與蛋白質(zhì)結(jié)合的結(jié)構(gòu)域也含有幾種結(jié)這種與蛋白質(zhì)結(jié)合的結(jié)構(gòu)域也含有幾種結(jié)構(gòu)基元。比較清楚的有構(gòu)基元。比較清楚的有螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋螺旋和和亮氨酸亮氨酸拉鏈拉鏈兩種。兩種。61螺旋螺旋

47、-環(huán)環(huán)-螺旋螺旋（helix-loop-helix，HLH）：結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：在一個(gè)在一個(gè)40-50個(gè)氨基酸殘基的片段中有個(gè)氨基酸殘基的片段中有兩個(gè)雙親兩個(gè)雙親-螺旋，每個(gè)螺旋區(qū)為螺旋，每個(gè)螺旋區(qū)為15-16個(gè)氨個(gè)氨基酸長(zhǎng)，其中含有幾個(gè)保守殘基。兩個(gè)螺旋基酸長(zhǎng)，其中含有幾個(gè)保守殘基。兩個(gè)螺旋間用長(zhǎng)短不等的聯(lián)結(jié)區(qū)（環(huán)）聯(lián)起來(lái)。間用長(zhǎng)短不等的聯(lián)結(jié)區(qū)（環(huán)）聯(lián)起來(lái)。含有含有HLH基元的蛋白質(zhì)用基元的蛋白質(zhì)用兩個(gè)螺旋相應(yīng)兩個(gè)螺旋相應(yīng)面上的疏水基團(tuán)相互作用的方式形成二聚體面上的疏水基團(tuán)相互作用的方式形成二聚體發(fā)揮作用。發(fā)揮作用。62亮氨酸拉鏈（亮氨酸拉鏈（leucinezipper）：在蛋白質(zhì)的在蛋白質(zhì)的-螺

48、旋一側(cè)集中了許多疏螺旋一側(cè)集中了許多疏水氨基酸，一般約每水氨基酸，一般約每7個(gè)氨基酸殘基出現(xiàn)個(gè)氨基酸殘基出現(xiàn)一個(gè)亮氨酸。一個(gè)亮氨酸。即即亮氨酸都出現(xiàn)在亮氨酸都出現(xiàn)在-螺旋螺旋的疏水一側(cè)，呈的疏水一側(cè)，呈直線排列。當(dāng)直線排列。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)相互作用時(shí)兩相互作用時(shí)兩個(gè)個(gè)-螺旋的亮氨酸殘基是肩并肩地排列起螺旋的亮氨酸殘基是肩并肩地排列起來(lái)有如拉鏈，因而稱為亮氨酸拉鏈。來(lái)有如拉鏈，因而稱為亮氨酸拉鏈。63增強(qiáng)子與轉(zhuǎn)座子：增強(qiáng)子與轉(zhuǎn)座子：真核轉(zhuǎn)錄中除調(diào)控蛋白外，在真核轉(zhuǎn)錄中除調(diào)控蛋白外，在DNA上還有一些序列對(duì)轉(zhuǎn)錄有顯著的影響。上還有一些序列對(duì)轉(zhuǎn)錄有顯著的影響。最突出的是增強(qiáng)子（最突出的是增強(qiáng)子（enhancer）。此）。此外，外，基因中還發(fā)現(xiàn)有轉(zhuǎn)座子?；蛑羞€發(fā)現(xiàn)有轉(zhuǎn)座子。64增強(qiáng)子（enhancer）示意圖65轉(zhuǎn)座子：轉(zhuǎn)座子：另外一類有特定結(jié)構(gòu)的另外一類有特定結(jié)構(gòu)的DNA順序，這些順序，這些順序不斷地改變它們?cè)陧樞虿粩嗟馗淖兯鼈冊(cè)诩?xì)胞基因組內(nèi)的位置細(xì)胞基因組內(nèi)的位置，或從一個(gè)基因組移動(dòng)到另一個(gè)基因組上，它或從一個(gè)基因組移動(dòng)到另一個(gè)基因組上，它起著多方面的基因表達(dá)調(diào)控作用，稱為可轉(zhuǎn)起著多方面的基因表達(dá)調(diào)控作用，稱為可轉(zhuǎn)座的遺傳因子（座的遺傳因子（transposablegeneticelements）或簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)座子）或簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)座子。66