【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 弱化子繼續(xù)參與轉(zhuǎn)錄 。 加上取消阻遏增加的約 70倍的表達(dá) ， 總表達(dá)量可 增加約 700倍 。 2022/2/11 60 當(dāng)培養(yǎng)基中色氨酸 濃度高 時(shí) ， 核糖體可順利通過(guò)兩個(gè)相鄰的色氨酸密碼子 ， 在 4區(qū)被轉(zhuǎn)錄之前 ， 核糖體就到達(dá) 2區(qū) ， 這樣使23不能配對(duì) ， 34區(qū)可以自由配對(duì)形成莖環(huán)式的終止子結(jié)構(gòu) ， 使得只有約 10％ 的RNA聚合酶能繼續(xù)參與色氨酸操縱子結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄 （ 圖 910 ） 。 由此可見(jiàn) ， 弱化子對(duì) RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄的終止依賴(lài)于前導(dǎo)肽翻譯中 核糖體所處的位置 ， 而細(xì)胞中色氨 2022/2/11 61 酸 存在與否 ，決定了 mRNA 轉(zhuǎn)錄的 弱化子結(jié)構(gòu) ，使弱化子中 4區(qū)域呈現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)性 配對(duì)， 從而 產(chǎn)生弱化效應(yīng) ，這是色氨酸操縱子 第二水平調(diào)控的機(jī)制 。應(yīng)該指出，色氨酸含量變化對(duì)阻遏過(guò)程和弱化過(guò)程的作用 方向是相同 的。前者主要控制操縱子基因表達(dá)的 啟動(dòng) ，而后者主要決定轉(zhuǎn)錄和翻譯 是否能繼續(xù)進(jìn)行下去 。 2022/2/11 62 ?衰減子作用 2022/2/11 63 2022/2/11 64 2022/2/11 65 小結(jié)： 原核基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控的基本方式： 1. 通過(guò)特殊的代謝物調(diào)控基因的活性 ⑴ 可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)方式 負(fù)調(diào)控：阻遏蛋白的調(diào)節(jié) 正調(diào)節(jié)：激活蛋白的調(diào)節(jié) ⑵ 可阻遏調(diào)節(jié)方式 2022/2/11 66 2. 通過(guò)衰減方式進(jìn)行調(diào)節(jié)； 3. 通過(guò)異化抑制作用進(jìn)行調(diào)節(jié)； 4. 應(yīng)急調(diào)節(jié) 2022/2/11 67 通過(guò)異化抑制作用進(jìn)行調(diào)節(jié)： 當(dāng)細(xì)菌在含有葡萄糖和其它糖的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)時(shí) ， 通常優(yōu)先利用葡萄糖 ， 而不利用其它糖 。只有當(dāng)葡萄糖耗盡后 ， 細(xì)菌經(jīng)過(guò)一段停滯期 ，不久在其它糖的誘導(dǎo)下 ， 合成利用其它糖的酶類(lèi) ， 這種現(xiàn)象稱(chēng)為葡萄糖效應(yīng) ， 或叫異化抑制作用 。 這種作用也是在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行的 。 不過(guò)葡萄糖對(duì)轉(zhuǎn)錄的作用并不是直接的 ，而是由于葡萄糖降解物抑制了腺苷酸環(huán)化酶活性或活化磷酸二酯酶 ， 使 cAMP濃度降低 ，造成 cAMP－ CAP濃度不夠 ， 使許多分解代謝酶的基因不能轉(zhuǎn)錄 。 2022/2/11 68 通過(guò)異化抑制作用進(jìn)行調(diào)節(jié)： 受 cAMP－ CAP系統(tǒng)調(diào)節(jié)的操縱子 ， 即對(duì)葡萄糖降解物敏感的操縱子 ， 包括許多負(fù)責(zé)糖分解代謝的可誘導(dǎo)操縱子 ， 如乳糖 、 半乳糖 、 阿拉伯糖 、 麥芽糖等的操縱子 ， 以及負(fù)責(zé)氨基酸合成代謝的阻遏操縱子 ， 如異亮氨酸 、 纈氨酸操縱子 。 這一調(diào)節(jié)機(jī)制是積極的 ， 開(kāi)源式的 ， 有很重要的意義 。 2022/2/11 69 應(yīng)急調(diào)節(jié)： 當(dāng)細(xì)菌處于十分危急的狀態(tài)時(shí) ， 比如食物全面匱乏 ， 這時(shí)必須緊縮開(kāi)支 ， 減少消耗 ， 借以渡過(guò)艱難時(shí)期 ， 等待培養(yǎng)條件的改善 。 為此必須一下子關(guān)閉幾乎所有的基因 ， 合成維持生命最低限度需要的物質(zhì)基因除外 ， 這種現(xiàn)象稱(chēng)為嚴(yán)緊控制 。 嚴(yán)緊控制造成穩(wěn)定 RNA(rRNA和 tRNA） 的合成顯著下降 。 mRNA合成的降低程度較小 ， 而且只有某些種類(lèi)的 mRNA合成才有降低現(xiàn)象 。 2022/2/11 70 應(yīng)急調(diào)節(jié)： 任何一種氨基酸的缺乏 ， 或突變導(dǎo)致任何一種氨基酰－ tRNA合成酶的失活都將引起嚴(yán)緊控制生長(zhǎng)代謝的反應(yīng) 。 其調(diào)節(jié)物質(zhì)是鳥(niǎo)苷四磷酸 （ ppGpp） 和鳥(niǎo)苷五磷酸 （ pppGpp） ， 它們是由空載的 tRNA誘導(dǎo)活化焦磷酸轉(zhuǎn)移酶而合成出來(lái)的 。 關(guān)于它的作用機(jī)制有一些說(shuō)法 ，這個(gè)調(diào)節(jié)因子可以調(diào)節(jié)許多基因 ， 是一個(gè)超級(jí)的調(diào)控因子 ， 其中有兩個(gè)突出的效應(yīng) ， 一是抑制 rRNA操縱子啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄起始作用；另一是增加 RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的暫停 ，因而放慢延長(zhǎng)相 。 2022/2/11 71 第十章 真核基因表達(dá)的調(diào)控 一、 真核基因組的復(fù)雜性 二、真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn) 三、真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 四、真核基因轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控 五、翻譯水平的調(diào)控 六、翻譯后水平的調(diào)控 2022/2/11 72 一、 真核基因組的復(fù)雜性 真核基因組比原核基因組 大得多 ， 大腸桿菌基因組約 4 106bp， 哺乳類(lèi)基因組在 109bp數(shù)量級(jí) ， 比細(xì)菌大千倍；大腸桿菌約有 4000個(gè)基因 ， 人則約有 3～ 5萬(wàn) 個(gè)基因 。 真核生物主要的遺傳物質(zhì)與 組蛋白等構(gòu)成染色質(zhì) ， 被包裹在核膜內(nèi) ， 核外還有遺傳成分（ 如線粒體 DNA等 ） ， 這就增加了基因表達(dá)調(diào)控的 層次和復(fù)雜性 。 2022/2/11 73 原核生物的基因組基本上是 單倍體 ， 而真核基因組是 二倍體 。 如前所述 ， 細(xì)菌多數(shù)基因按功能相關(guān)成串排列 ， 組成操縱子的基因表達(dá)調(diào)控的單元 ， 共同開(kāi)啟或關(guān)閉 ， 轉(zhuǎn)錄出多順?lè)醋?(polycistron)的 mRNA；真核生物則是 一個(gè)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成一條 mRNA， 即 mRNA是單順?lè)醋?(monocistron),基本上沒(méi)有操縱子的結(jié)構(gòu) ， 而真核細(xì)胞的許多活性蛋白是由相同和不同的多肽鏈形成的 亞基構(gòu)成的 ， 這就涉及到多個(gè)基因協(xié)調(diào)表達(dá)的問(wèn)題 ，真核生物基因協(xié)調(diào)表達(dá)要比原核生物 復(fù)雜得多 。 2022/2/11 74 原核基因組的大部分序列都為 基因編碼 ，而核酸雜交等實(shí)驗(yàn)表明：哺乳類(lèi)基因組的中僅約 10%的序列是編碼蛋白質(zhì)或 rRNA、 tRNA等的基因 ， 其余約 90%的序列功能至今還不清楚 。 原核生物的基因?yàn)榈鞍踪|(zhì)編碼的序列絕大多數(shù)是 連續(xù)的 ， 而真核生物為蛋白質(zhì)編碼的基因絕大多數(shù)是 不連續(xù)的 ， 即有 外顯子 (exon)和內(nèi)含子 (intron)， 在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)剪接 (splicing)去除內(nèi)含子 ， 才能翻譯獲得完整的蛋白質(zhì) ， 這就增加了基因表達(dá)調(diào)控的 環(huán)節(jié) 。 2022/2/11 75 原核基因組中除 rRNA、 tRNA基因有多個(gè)拷貝外 ， 重復(fù)序列不多 。 哺乳動(dòng)物基因組中則存在 大量重復(fù)序列 (repetitive sequences)。 用復(fù)性動(dòng)力學(xué)等實(shí)驗(yàn)表明有三類(lèi)重復(fù)序列： ① 高度重復(fù)序列 (high repetitive sequences),這類(lèi)序列一般較短 ， 長(zhǎng) 10300bp，在哺乳類(lèi)基因組中重復(fù) 106次左右 ， 占基因組DNA序列總量的 1060%， 人的基因組中這類(lèi)序列約占 20%， 功能還不明了 。 2022/2/11 76 ② 中 度 重 復(fù) 序 列 (moderate repetitive sequences)， 這類(lèi)序列序列多數(shù)長(zhǎng) 100500bp，重復(fù) 101105次 ， 占基因組 1040%。 例如哺乳類(lèi)中含量最多的一種稱(chēng)為 Alu的序列 ， 長(zhǎng)約 300bp，在哺乳類(lèi)不同種屬間相似 ， 在基因組中重復(fù) 35 105次 ， 在人的基因組中約占 7%， 功能也還不很清楚 。 在人的基因組中 18S/28SrRNA基因 重復(fù) 280次 ， 5SrRNA基因重復(fù) 2022次 ， tRNA基因 重復(fù) 1300次 ， 5種組蛋白的基因串連成族重復(fù) 3040次 ， 這些基因都可歸入 中度重復(fù)序列范圍 。 2022/2/11 77 ③ 單拷貝序列 (single copy sequences)。這類(lèi)序列基本上不重復(fù) ， 占哺乳類(lèi)基因組的 5080%， 在人基因組中約占 65%。 絕大多數(shù)真核生物生物為 蛋白質(zhì)編碼的基因 在單倍體基因組中都不重復(fù) ， 是 單拷貝的基因 。 2022/2/11 78 從上述可見(jiàn)真核基因組比原核基因組復(fù)雜得多 ， 至今人類(lèi)對(duì)真核基因組的認(rèn)識(shí)還 很有限 ，即使現(xiàn)在國(guó)際上制訂的人基因組研究計(jì)劃（ human gene project） 完成 ， 繪出人全部基因的染色體定位圖 、 測(cè)出人基因組 3 109bp全部 DNA序列后 ， 要搞清楚人全部基因的功能及其相互關(guān)系 、 特別是要 明了基因表達(dá)調(diào)控的全部規(guī)律 ， 還需要經(jīng)歷很長(zhǎng)期艱巨的研究過(guò)程 。 2022/2/11 79 二、 真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn) 2022/2/11 80 真核生物和原核生物基因表達(dá)的對(duì)比 2022/2/11 81 1. 真核基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)更多 如前所述： 基因表達(dá)是基因經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄 、 翻譯 、 產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的整個(gè)過(guò)程 。 同原核生物一樣 ， 轉(zhuǎn)錄依然是真核生物基因表達(dá)調(diào)控的主要環(huán)節(jié) 。 但真核基因轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核 （ 線粒體基因的轉(zhuǎn)錄在線粒體內(nèi) ） ， 翻譯則多在胞漿 ， 兩個(gè)過(guò)程是分開(kāi)的 ， 因此其調(diào)控增加了 更多的環(huán)節(jié)和復(fù)雜性 ， 轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控 占有了更多的分量 。 2022/2/11 82 真核細(xì)胞在分化過(guò)程中會(huì)發(fā)生 基因重排（ gene rearrangement） ， 即胚原性基因組中某些基因會(huì) 再組合變化形成第二級(jí)基因 。 例如編碼完整抗體蛋白的基因是在淋巴細(xì)胞分化發(fā)育過(guò)程中 ， 由原來(lái)分開(kāi)的 幾百個(gè)不同的可變區(qū)基因經(jīng)選擇 、 組合 、 變化 、 與恒定區(qū)基因一起構(gòu)成穩(wěn)定的 、 為特定的完整抗體蛋白編碼的可表達(dá)的基因 。 這種基因重排使細(xì)胞可能利用幾百個(gè)抗體基因的片段 ， 組合變化而產(chǎn)生能編碼達(dá) 109種不同抗體的基因 ， 其中就有復(fù)雜的基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理 。 2022/2/11 83 此外 ， 真核細(xì)胞中還會(huì)發(fā)生 基因擴(kuò)增（ gene amplification） ， 即基因組中的特定段落在某些情況下會(huì) 復(fù)制產(chǎn)生許多拷貝 。 最早發(fā)現(xiàn)的是蛙的成熟卵細(xì)胞在受精后的發(fā)育程中其 rRNA基因 （ 可稱(chēng)為 rDNA） 可擴(kuò)增 2022倍 ， 以后發(fā)現(xiàn)其他動(dòng)物的卵細(xì)胞也有同樣的情況 ， 這很顯然適合了受精卵其后迅速發(fā)育分裂要合成大量蛋白質(zhì)要求有大量核糖體的需要 。 2022/2/11 84 相關(guān) 真核基因組 DNA絕大部分都在細(xì)胞核內(nèi)與組蛋白等結(jié)合成 染色質(zhì) ， 染色質(zhì)的結(jié)構(gòu) 、 染色質(zhì)中 DNA和組蛋白的結(jié)構(gòu)狀態(tài)都影響轉(zhuǎn)錄 。 2022/2/11 85 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)影響基因轉(zhuǎn)錄 細(xì)胞分裂時(shí)染色體的大部分到間期時(shí)松開(kāi)分散在核內(nèi) ， 稱(chēng)為常染色質(zhì) （ euchromatin） ， 松散的染色質(zhì)中的基因 可以轉(zhuǎn)錄 。 染色體中的某些區(qū)段到分裂期后不像其他部分解旋松開(kāi) ， 仍保持緊湊折疊的結(jié)構(gòu) ， 在間期核中可以看到其濃集的斑塊 ， 稱(chēng)為 異染色質(zhì) （ hetrochromatin） ， 其中從未見(jiàn)有基因轉(zhuǎn)錄表達(dá) ；原本在常染色質(zhì)中表達(dá)的基因如 移到異染色質(zhì)內(nèi)也會(huì)停止表達(dá) ；哺乳類(lèi)雌體細(xì)胞 2條 X染色體 ， 到間期一條變成異染色質(zhì)者 ， 這條 X染色體上的基因就全部失活 。 可見(jiàn) 緊密的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)阻止基因表達(dá) 。 2022/2/11 86