【正文】 基因表達(dá)和調(diào)控的單元，典型的操縱子包括 : ? 結(jié)構(gòu)基因 （除調(diào)節(jié)基因以外的所有基因），編碼那些在某一特定的生物合成途徑中起作用的、其表達(dá)被協(xié)同調(diào)控的酶。 乳糖操縱子與負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng) ? 1961年， Jacob和 Monod提出了 操縱子 模型，這是與特殊代謝途徑有關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄的協(xié)同調(diào)控模型。 ppGpp 影響 RNA聚合酶與這些基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的結(jié)合，使基因被關(guān)閉。 ?當(dāng)氨基酸饑餓時(shí)，細(xì)胞中便存在大量的不帶氨基酸的tRNA，這種空載的 tRNA會(huì)激活焦磷酸轉(zhuǎn)移酶，使ppGpp大量合成。 ? 實(shí)施這一應(yīng)急反應(yīng)的信號(hào)是鳥(niǎo)苷四磷酸 (ppGpp)和鳥(niǎo)苷五磷酸 (pppGpp)。 ? 細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng) ? 細(xì)菌有時(shí)會(huì)碰到緊急狀況，比如氨基酸饑餓 —— 氨基酸的全面匱乏。 ? 降解物對(duì)基因活性的調(diào)節(jié) ? 有葡萄糖存在的情況下，即使在細(xì)菌培養(yǎng)基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖或麥芽糖等誘導(dǎo)物，與其相對(duì)應(yīng)的操縱子也不會(huì)啟動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生出代謝這些糖的酶來(lái)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為 葡萄糖效應(yīng) 或稱(chēng)為 降解物抑制作用 。當(dāng)操縱子被阻遏， RNA合成被終止時(shí)，起終止轉(zhuǎn)錄信號(hào)作用的那一段 DNA序列被稱(chēng)為 弱化子 。 ? σ70啟動(dòng)子只有在核心酶結(jié)合到 DNA鏈上之后才能與啟動(dòng)子區(qū)相結(jié)合，而 σ54則類(lèi)似于真核生物的 TATA區(qū)結(jié)合蛋白（ TBP），可以在無(wú)核心酶時(shí)獨(dú)立結(jié)合到啟動(dòng)子上。 負(fù) 控 誘 導(dǎo) 系 統(tǒng) 正 控 誘 導(dǎo) 系 統(tǒng) 負(fù) 控 阻 遏 系 統(tǒng) 正 控 阻 遏 系 統(tǒng) ? σ因子在結(jié)構(gòu)上具有同源性，所以統(tǒng)稱(chēng) σ70家族，含有 4個(gè)保守區(qū)，其中第 2個(gè)和第 4個(gè)保守區(qū)參與結(jié)合啟動(dòng)區(qū)DNA，第 2個(gè)保守區(qū)的另一部分還參與雙鏈 DNA解開(kāi)成單鏈的過(guò)程。 ? 在 正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng) 中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是 激活蛋白（ activator）。 ? 在 負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng) 中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是 阻遏蛋白（ repressor），起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。 ? 誘導(dǎo)物 ： 如果某種物質(zhì)能夠促使細(xì)菌產(chǎn)生酶來(lái)分解它，這種物質(zhì)就是誘導(dǎo)物。 ? 負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控 ? 在沒(méi)有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時(shí)基因是表達(dá)的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因表達(dá)活性便被關(guān)閉，這樣的調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控。 這類(lèi)基因平時(shí)都是開(kāi)啟的，處在產(chǎn)生蛋白質(zhì)或酶的工作過(guò)程中，由于一些特殊代謝物或化合物的積累而將其關(guān)閉，阻遏了基因的表達(dá)。這類(lèi)基因中最突出的例子是 大腸桿菌的乳糖操縱子 。 ? 原核生物通過(guò)特殊代謝物調(diào)節(jié)的基因活性主要分為可誘導(dǎo)和可阻遏兩大類(lèi) : ?可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)。 ?在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是 激活蛋白(activator)。 ?在負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是 阻遏蛋白(repressor)。 ?真核生物中，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有從核內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)到核外，才能被核糖體翻譯成蛋白質(zhì)。 ? 在轉(zhuǎn)錄水平上對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控決定于 DNA的結(jié)構(gòu)、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其他小分子配基的相互作用 。 ? 原核生物中， 營(yíng)養(yǎng)狀況 和 環(huán)境因素 對(duì)基因表達(dá)起著舉足輕重的影響。 本章主要內(nèi)容 ? 原核基因表達(dá)調(diào)控總論 ? 乳糖操縱子與負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng) ? 色氨酸操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng) ? 其他操縱子 ? 固氮基因調(diào)控（自學(xué)） ? 轉(zhuǎn)錄水平上的其他調(diào)控方式（自學(xué)） ? 轉(zhuǎn)錄后調(diào)控 原核基因表達(dá)調(diào)控總論 ? 基因表達(dá)調(diào)控是現(xiàn)階段分子生物學(xué)研究的中心課題。實(shí)際上，當(dāng)我們說(shuō)一個(gè)系統(tǒng)處于“ off ”狀態(tài)時(shí)，也可能有本底水平的基因表達(dá)，常常是每世代每個(gè)細(xì)胞只合成 1或 2個(gè) mRNA分子和極少量的蛋白質(zhì)分子。 ? 細(xì)菌中所利用的大多數(shù)基本調(diào)控機(jī)制一般執(zhí)行如下規(guī)律：一個(gè)體系在需要時(shí)被打開(kāi)，不需要時(shí)被關(guān)閉。 ? 另一類(lèi)則被稱(chēng)為 適應(yīng)型 或 調(diào)節(jié)型 （ adaptive or regulated），因?yàn)檫@類(lèi)蛋白質(zhì)的合成速率明顯地受環(huán)境的影響而改變。 ?基因表達(dá)調(diào)控大多數(shù)是對(duì)這些基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯速率的調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致其編碼產(chǎn)物的水平發(fā)生改變，影響其功能。 ? 誘導(dǎo)和阻遏表達(dá) ?在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱(chēng)為 可誘導(dǎo)基因 (inducible genes)。 ? 下圖：人體發(fā)育過(guò)程中不同類(lèi)型 β珠蛋白的含量變化 ? 基因表達(dá)的方式 ? 按對(duì)刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為： ? 組成性表達(dá) (constitutive expression) ?某些基因在一個(gè)個(gè)體的幾乎 所有 細(xì)胞中 持續(xù) 表達(dá)，通常被稱(chēng)為 管家基因 (housekeeping gene)。 ? 空間特異性 ?在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱(chēng)之為基因表達(dá)的 空間特異性 (spatial specificity)。 D N A R N A 蛋 白 質(zhì)復(fù) 制轉(zhuǎn) 錄 翻 譯逆 轉(zhuǎn) 錄R N A復(fù) 制? 基因表達(dá)的時(shí)間性及空間性 ? 時(shí)間特異性 ?按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，稱(chēng)之為基因表達(dá)的 時(shí)間特異性 (temporal specificity)。 ? 最小基因組？ 分類(lèi)大腸桿菌基因組支原體最小基因組總讀碼框數(shù) 4288 470氨基酸合成 131 1輔基等的合成 103 5核苷酸合成 58 19細(xì)胞膜合成與裝配 237 17能量代謝 243 31其它合成代謝 188 6脂肪代謝 48 6D N A 復(fù)制、重組和修復(fù) 115 32蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 9 7調(diào)控蛋白 178 7轉(zhuǎn)錄 55 12翻譯 182 101吸收與運(yùn)轉(zhuǎn) 427 34基本概念與原理 （ Basic Concepts and Principles） ? 基因表達(dá) (gene expression) ? 基因經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的 蛋白質(zhì) 分子或 RNA分子的過(guò)程。 ? 原核生物細(xì)胞的基因和蛋白質(zhì)種類(lèi)較少，如大腸桿菌基因組約為 106bp共有 4288個(gè)開(kāi)放讀碼框。? 自然選擇傾向于保留高效率的生命過(guò)程。在每 30分鐘增殖一次的 109細(xì)菌群體中，若一個(gè)細(xì)菌變成，經(jīng)過(guò) 80天的連續(xù)生長(zhǎng)后，這個(gè)群體中的 %都將具有速度。據(jù)估計(jì)，一個(gè)細(xì)胞中總共含有 107個(gè)蛋白質(zhì)分子。 ? 基因表達(dá)調(diào)控 (gene regulation, or regulation of gene expression) ? 基因表達(dá)是受內(nèi)源及外源信號(hào)調(diào)控的。 ?多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱(chēng) 階段特異性 (stage specificity)。 ?基因表達(dá)伴隨時(shí)間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱(chēng) 細(xì)胞或組織特異性 (cell or tissue specificity)。 ?這類(lèi)基因表達(dá)又稱(chēng)為 組成性基因表達(dá) (constitutive gene expression)。 ?如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答是被抑制，這種基因是 可阻遏基因 (repressible genes)。 ? 每個(gè)大腸桿菌細(xì)胞有約 15000個(gè)核糖體， 50種核糖體蛋白、糖酵解體系的酶