【正文】 精確調(diào)節(jié)，具有重要意義。19. 分析大腸桿菌乳糖操縱子的正負(fù)調(diào)控機(jī)制。大腸桿菌乳糖操縱子包括三個(gè)結(jié)構(gòu)基因：Z，Y和A，以及啟動(dòng)子，控制子和阻遏子等。轉(zhuǎn)錄時(shí)，RNA聚合酶首先與啟動(dòng)區(qū)結(jié)合，通過操縱區(qū)向右轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄從啟動(dòng)區(qū)開始，按Z》Y》A方向進(jìn)行，每次轉(zhuǎn)錄出來的一條mRNA上都帶有這三個(gè)基因。轉(zhuǎn)錄的調(diào)空是在啟動(dòng)區(qū)和操縱區(qū)進(jìn)行的。正調(diào)空機(jī)制：cAMPCAP復(fù)合物與 DNA結(jié)合改變了這一區(qū)段 DNA次級(jí)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了RNA聚合酶結(jié)合區(qū)的解鏈。這可能是cAMPCAP通過與RNA聚合酶結(jié)合，再與DNA結(jié)合，因而促進(jìn)了RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合，從而增強(qiáng)了轉(zhuǎn)錄。cAMPCAP復(fù)合物的形成取決于細(xì)胞內(nèi)cAMP的濃度，當(dāng)以葡萄糖為能源時(shí)，由于其抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性，ATP不能轉(zhuǎn)化為cAMP，細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度降低，形不成CAPcAMP復(fù)合物，因而乳糖結(jié)構(gòu)基因不被轉(zhuǎn)錄。負(fù)調(diào)空機(jī)制：具有活性的阻遏物只要結(jié)合在操縱基因上，就可以阻擾RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄活動(dòng)，這是由于P和O位點(diǎn)有一定的重疊序列，O被阻遏物占據(jù)后，RNA聚合酶便不能結(jié)合到P位點(diǎn)上。阻遏物有無活性又受乳糖這種小分子誘導(dǎo)物的影響。阻遏物與乳糖結(jié)合后，由于發(fā)生構(gòu)象變化而失活，不再能同操縱基因結(jié)合，于是RNA聚合酶便能結(jié)合于啟動(dòng)子，起動(dòng)基因的表達(dá)，使乳糖利用的結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的mRNA，進(jìn)而再翻譯出蛋白質(zhì)。在酶誘導(dǎo)合成的這個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，阻遏蛋白是主要的作用因子，而誘導(dǎo)物可以影響阻遏蛋白的活性，只有阻遏物被誘導(dǎo)失活，結(jié)構(gòu)基因才得以表達(dá)。20. 解釋大腸桿菌色氨酸操縱子的調(diào)控機(jī)制。21. 解釋大腸桿菌半乳糖操縱子的兩啟動(dòng)子調(diào)控機(jī)制。大腸桿菌半乳糖操縱子(galactose operon)包括3個(gè)結(jié)構(gòu)基因galE galT galk分別編碼3種酶。這3個(gè)酶的作用是使半乳糖變成葡萄糖1磷酸。GalR與galE、T、K及操縱區(qū)O等離得很遠(yuǎn)，而galR產(chǎn)物對(duì)galO的作用與lacIlacO的作用相同。分析gal操縱子PO區(qū)的DNA序列發(fā)現(xiàn)，該操縱子存在兩個(gè)相距僅5bp的啟動(dòng)子，可以分別起始mRNA的合成。每個(gè)啟動(dòng)子擁有各自的RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)S1和S2。從S1起始的轉(zhuǎn)錄只有在培養(yǎng)基中無葡萄糖時(shí)，才能順利進(jìn)行，RNA聚合酶與S1的結(jié)合需要半乳糖、CAP和較高濃度的cAMP。從S2起始的轉(zhuǎn)錄則完全依賴于葡萄糖，高水平的cAMPCAP能抑制由這個(gè)啟動(dòng)子起始的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)有cAMPCAP時(shí)，轉(zhuǎn)錄從S1開始，當(dāng)無cAMPCAP時(shí)，轉(zhuǎn)錄從S2開始。為什么gal操縱子需要兩個(gè)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)？半乳糖不僅可以作為唯一碳源供細(xì)胞生長(zhǎng)，而且與之相關(guān)的物質(zhì)尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal）是大腸桿菌細(xì)胞壁合成的前體。在沒有外源半乳糖的情況下，UDPgal是通過半乳糖差向異構(gòu)酶的作用由UDP葡萄糖合成的，該酶是galE基因的產(chǎn)物。生長(zhǎng)過程中的所有時(shí)間里細(xì)胞必須能夠合成差向異構(gòu)酶。如果只有S1一個(gè)啟動(dòng)子，那么由于這個(gè)啟動(dòng)子的活性依賴于cAMPCRP，當(dāng)培養(yǎng)基中有葡萄糖存在時(shí)就不能合成異構(gòu)酶。假如唯一的啟動(dòng)子是S2，那么，即使在葡萄糖存在的情況下，半乳糖也將使操縱子處于充分誘導(dǎo)狀態(tài)，這無疑是一種浪費(fèi)。無論從必要性或經(jīng)濟(jì)性考慮，都需要一個(gè)依賴于cAMPCAP的啟動(dòng)子（S1）對(duì)高水平合成進(jìn)行調(diào)節(jié)，以及一個(gè)不依賴于cAMPCAP的啟動(dòng)子（S2）進(jìn)行本底水平的永久型合成。21. 解釋大腸桿菌HSP蛋白在溫度變化時(shí)的調(diào)控機(jī)制。在正常狀態(tài)下，HSF以無活性的單體形式存在于細(xì)胞漿中，并與某些HSP結(jié)合在一起。溫度升高時(shí)，胞漿中的變性蛋白質(zhì)增多。這些變性蛋白的折疊發(fā)生改變，暴露出分子內(nèi)部的疏水區(qū)域，從而導(dǎo)致HSP與其結(jié)合。HSP與受損傷蛋白質(zhì)結(jié)合后釋放出HSF單體，HSF單體再聚合成具有轉(zhuǎn)錄活性的的三聚體。經(jīng)過磷酸化修飾，HSF三聚體向核內(nèi)轉(zhuǎn)移并結(jié)合至HSP基因啟動(dòng)子區(qū)的HSE，激活HSP基因的轉(zhuǎn)錄，使HSP產(chǎn)生增多。增多的HSP一方面可增強(qiáng)細(xì)胞的抗損傷能力，同時(shí)又可與HSF結(jié)合，抑制其繼續(xù)活化，對(duì)細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)控。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，維持蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的力量會(huì)遭到破壞，蛋白質(zhì)開始伸展開來。處于伸展?fàn)顟B(tài)或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)不但失去了活性，而且還會(huì)與其他功能性蛋白質(zhì)結(jié)合形成不溶的聚合體。 大腸桿菌的最適生長(zhǎng)溫度是37℃，當(dāng)環(huán)境溫度升至43℃左右時(shí)，細(xì)菌還能正常生長(zhǎng)。但是，當(dāng)溫度上升至46℃時(shí)，大腸桿菌幾乎停止生長(zhǎng)。在46℃下細(xì)胞合成的蛋白質(zhì)大約30％為一組相當(dāng)保守的熱激蛋白（heat shock protein, HSP）。很多熱激蛋白是分子伴侶（molecular chaperones）和蛋白酶。分子伴侶的作用是介導(dǎo)蛋白質(zhì)正確折疊；蛋白酶的作用則是降解受到熱損傷而又不能修復(fù)的蛋白質(zhì)。熱激蛋白的表達(dá)調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上。熱激蛋白基因的啟動(dòng)子被σ32而不是通常的σ70識(shí)別。σ32也不能識(shí)別σ70啟動(dòng)子，因?yàn)檫@兩種σ因子識(shí)別的啟動(dòng)子序列不一樣。HSP的誘導(dǎo)合成是由于細(xì)胞內(nèi)的σ32水平瞬間升高引起的。在熱激條件下，σ32的合成會(huì)增加。熱激誘導(dǎo)σ32的合成發(fā)生在翻譯水平。mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是翻譯起始調(diào)控的重要因素之一。在正常條件下，rpoH mRNA核糖體結(jié)合位點(diǎn)，包括SD序列和起始密碼子參與了二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成，妨礙了核糖體與mRNA的結(jié)合。在熱激條件下，二級(jí)結(jié)構(gòu)被破壞，提高了翻譯起始的效率。另一方面，在熱激條件下σ32的穩(wěn)定性也增加了。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)的水平比較低時(shí)，分子伴侶DnaK和蛋白酶HflB是游離的，它們與σ32結(jié)合并使之降解。它們還能與正在合成的σ32結(jié)合，阻止其進(jìn)一步的合成。熱激條件下，細(xì)胞內(nèi)錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)的水平升高，它們使游離狀態(tài)的DnaK和HflB被中和，σ32的穩(wěn)定性增加，誘導(dǎo)HSP的合成。隨后積累的HSP，包括DnaK/HflB，促進(jìn)σ32的降解，并抑制其合成。這樣就形成了一個(gè)自我調(diào)控回路22. 介紹真核生物實(shí)現(xiàn)蛋白基因調(diào)控表達(dá)的機(jī)制（舉5例）。真核生物基因表達(dá)受到多級(jí)調(diào)控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，可以包括：轉(zhuǎn)錄前水平調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)、翻譯水平調(diào)節(jié)、翻譯后水平調(diào)節(jié)等。轉(zhuǎn)錄前水平的調(diào)節(jié)主要指染色體DNA的斷裂、刪除、擴(kuò)增、重排、修飾和異染色質(zhì)化等改變基因結(jié)構(gòu)和活性的過程。轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)包括染色質(zhì)的活化和基因的活化。轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)包括轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的嘉禾和轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)節(jié)；通過不同方式的拼接可產(chǎn)生不同的mRNA。翻譯水平的調(diào)節(jié)主要是控制mRNA的穩(wěn)定性和有選擇的進(jìn)行翻譯。翻譯后水平的調(diào)節(jié)主要控制多肽鏈的加工和折疊；通過不同方式的加工可產(chǎn)生不同的活性多肽。. 染色體丟失：某些低等真核生物，如蛔蟲，在其發(fā)育早期卵裂階段，所有分裂細(xì)胞出一個(gè)外，均將異染色質(zhì)部分刪除掉，從而使染色質(zhì)減少約一半。而保持完整基因組的細(xì)胞則成為下一代的生殖細(xì)胞。推測(cè)所刪除的DNA僅對(duì)生殖細(xì)胞是必需的。在此加工過程中DNA必定發(fā)生切除并重新連接。 真核生物可以通過異染色質(zhì)化而關(guān)閉某些基因的表達(dá)。如雌性哺乳動(dòng)物細(xì)胞有兩個(gè)x染色體，其中一個(gè)高度異染色質(zhì)化而永久失去活性。 順式作用元件：如增強(qiáng)子，存在于真核細(xì)胞中，能顯著加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性，由比較集中的保守序列組成，它與啟動(dòng)子的相對(duì)位置無關(guān)，也無方向性。無論在啟動(dòng)子的上游下游，都對(duì)其有作用，同時(shí)具有組織特異性，往往優(yōu)先或只能在某種類型的細(xì)胞中發(fā)揮作用。 順式作用元件: 如絕緣子: 在染色體結(jié)構(gòu)域的邊界,可阻止增強(qiáng)子對(duì)區(qū)域外啟動(dòng)子的影響。 mRNA前體通過不同的拼接途徑可產(chǎn)生不同的mRNA。如抗體基因的準(zhǔn)連轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)過不同的拼接方式可以經(jīng)翻譯形成兩種抗體分子：分泌型和膜結(jié)合型抗體。