ZX第5章_基因的調(diào)控

1、分子遺傳學(xué)分子遺傳學(xué) Molecular Genetics第第5 5章章 基因的調(diào)控基因的調(diào)控1第第5 5章章 基因的調(diào)控基因的調(diào)控5.1 基因調(diào)控的基本模型基因調(diào)控的基本模型5.2 調(diào)控序列與調(diào)控蛋白調(diào)控序列與調(diào)控蛋白5.3 基因的分子調(diào)控基因的分子調(diào)控5.4 原核生物操縱子的特點原核生物操縱子的特點5.5 因子級聯(lián)調(diào)控模型因子級聯(lián)調(diào)控模型5.6 真核基因的分子調(diào)控真核基因的分子調(diào)控多因子調(diào)控多因子調(diào)控5.7 真核基因的染色質(zhì)調(diào)控真核基因的染色質(zhì)調(diào)控5.8 轉(zhuǎn)錄后的基因調(diào)控轉(zhuǎn)錄后的基因調(diào)控5.9 真核基因的調(diào)控模型真核基因的調(diào)控模型Davidson-Britten模型模型5.10 真核基因的

2、多位點協(xié)同調(diào)控真核基因的多位點協(xié)同調(diào)控 隨著人類及相關(guān)生物的基因組計劃的完成隨著人類及相關(guān)生物的基因組計劃的完成,人人類將進入一個對數(shù)以萬計的基因進行結(jié)構(gòu)功能的類將進入一個對數(shù)以萬計的基因進行結(jié)構(gòu)功能的研究時代。研究時代。 人類基因組僅僅含人類基因組僅僅含2.53萬個基因萬個基因，對真核基因，對真核基因的調(diào)控機制進行分析并確定基因如何行使它們的的調(diào)控機制進行分析并確定基因如何行使它們的功能，將是十分迫切而艱巨的任務(wù)。人類的發(fā)育功能，將是十分迫切而艱巨的任務(wù)。人類的發(fā)育、克隆、癌癥的治療、衰老與長壽等重大問題的、克隆、癌癥的治療、衰老與長壽等重大問題的探索與解決都說明，探索與解決都說明，今后的基

3、因調(diào)控的研究，將今后的基因調(diào)控的研究，將以真核細胞的基因調(diào)控為主。以真核細胞的基因調(diào)控為主。研究基因表達調(diào)控的重要意義研究基因表達調(diào)控的重要意義1997-2003 籍貫：蘇格蘭籍貫：蘇格蘭3 S.H.E 組合組合Life cycle of human being Alcohol metabolismEthanol 乙醇乙醇ADHAcetaldehyde乙醛乙醛Acetate乙酸乙酸ALDHADH1B.1: CaucasianADH1B.2: ChineseADH1B.3: IndianALDH1 (cytoplasm)ALDH2 (Mitochondria)50% of Chinese, Ja

4、panese do not have ALDH2 activity基因的表達是受到嚴(yán)格調(diào)控的基因的表達是受到嚴(yán)格調(diào)控的 （一）時間特異性（一）時間特異性 往往與細胞或個體的特定分化、發(fā)育階段相適往往與細胞或個體的特定分化、發(fā)育階段相適應(yīng)，又稱應(yīng)，又稱階段特異性階段特異性。（二）空間特異性（二）空間特異性 由細胞在各組織器官的分布差異所決定的，故由細胞在各組織器官的分布差異所決定的，故又稱為又稱為細胞特異性細胞特異性或或組織特異性組織特異性。迎面桃花次第開迎面桃花次第開基因表達的方式基因表達的方式 （一）組成性表達（一）組成性表達 管家基因管家基因 （housekeepinghousekeepi

5、ng genes)genes) 在生命全過程都是必需的、且在一個生物個體在生命全過程都是必需的、且在一個生物個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達的基因。的幾乎所有細胞中持續(xù)表達的基因。 組成性基因表達組成性基因表達 管家基因較少受環(huán)境因素的影響，在個體發(fā)育管家基因較少受環(huán)境因素的影響，在個體發(fā)育的任一階段都能在大多數(shù)細胞中持續(xù)表達。的任一階段都能在大多數(shù)細胞中持續(xù)表達。（二）誘導(dǎo)和阻遏表達（二）誘導(dǎo)和阻遏表達誘導(dǎo)表達誘導(dǎo)表達 在特定環(huán)境信號刺激下，基因表現(xiàn)為開放或增強，在特定環(huán)境信號刺激下，基因表現(xiàn)為開放或增強，表達產(chǎn)物增加。表達產(chǎn)物增加。阻遏表達阻遏表達 在特定環(huán)境信號刺激下，基因被抑制，從而使表在

6、特定環(huán)境信號刺激下，基因被抑制，從而使表達產(chǎn)物減少。達產(chǎn)物減少。（三）協(xié)調(diào)表達（三）協(xié)調(diào)表達 在一定機制控制下，功能相關(guān)的一組基因，協(xié)在一定機制控制下，功能相關(guān)的一組基因，協(xié)調(diào)一致，共同表達。調(diào)一致，共同表達。12- - 基因表達調(diào)控可在幾個不同水平上進行。基因表達調(diào)控可在幾個不同水平上進行。在高度復(fù)雜的生物、細胞及其代謝過程中，在高度復(fù)雜的生物、細胞及其代謝過程中，基因表達是高度有序的。如在高等生物中，基因表達是高度有序的。如在高等生物中，特定的細胞已分化成高度特化的細胞，特定的細胞已分化成高度特化的細胞，人人類眼睛的細胞只能合成眼色特有的蛋白，類眼睛的細胞只能合成眼色特有的蛋白，其絕不可能

7、合成肝細胞中特有的解毒酶，其絕不可能合成肝細胞中特有的解毒酶，各種特定細胞能阻遏不同類別的基因的表各種特定細胞能阻遏不同類別的基因的表達。達。 基因表達的調(diào)控對生物是極端重要的?；虮磉_的調(diào)控對生物是極端重要的。 真核生物：各種不同類型的細胞能阻遏不同類型基因真核生物：各種不同類型的細胞能阻遏不同類型基因的表達。的表達。 細菌具有阻遏基因表達的能力。細菌具有阻遏基因表達的能力。 在進化中，細胞具備了一套機制，它能抑制那些并在進化中，細胞具備了一套機制，它能抑制那些并非必須的酶的基因和激活那些在某一時間內(nèi)明顯必須非必須的酶的基因和激活那些在某一時間內(nèi)明顯必須的酶的基因。達到這一目的的二個條件：的

8、酶的基因。達到這一目的的二個條件： 1）必須具備關(guān)閉或打開每種特定基因的方法；）必須具備關(guān)閉或打開每種特定基因的方法；1. 2）對應(yīng)該激活一種特定基因或一組基因的特定環(huán)境具）對應(yīng)該激活一種特定基因或一組基因的特定環(huán)境具備正確識別的能力。備正確識別的能力。Three levels controlThree levels controlGene regulation very complex in eukaryotes cells !5.1 5.1 基因調(diào)控的基本模型基因調(diào)控的基本模型 5.1.1 5.1.1 原核基因調(diào)控基本模型原核基因調(diào)控基本模型 1961 1961年，提出年，提出乳糖操縱子模

9、型乳糖操縱子模型，19881988探明，探明，除了啟動子鄰近下游的操縱區(qū)外，還在除了啟動子鄰近下游的操縱區(qū)外，還在-93-93位、位、+402+402位有兩個操縱區(qū)。位有兩個操縱區(qū)。 1990 1990年得到調(diào)節(jié)蛋白年得到調(diào)節(jié)蛋白LacILacI的結(jié)晶，并清楚的結(jié)晶，并清楚LacILacI以四聚體形式結(jié)合于以四聚體形式結(jié)合于21bp21bp的操作區(qū)。如，異丙基的操作區(qū)。如，異丙基硫代半乳糖苷（硫代半乳糖苷（IPTGIPTG）與）與LacILacI結(jié)合，結(jié)合，LacILacI的四聚的四聚體變構(gòu)而脫離操作區(qū)。體變構(gòu)而脫離操作區(qū)。乳糖操縱子模型乳糖操縱子模型20 阻遏蛋白阻遏蛋白激活蛋白激活蛋白原核

10、生物的表達調(diào)控原核生物的表達調(diào)控21經(jīng)典：乳糖操縱子經(jīng)典：乳糖操縱子(lactose operon)(lactose operon)Jacob and Monod22u細菌對乳糖的利用及其相關(guān)的細菌對乳糖的利用及其相關(guān)的酶酶:乳糖乳糖 (在通透酶作用下進入細菌）在通透酶作用下進入細菌） 半乳糖苷酶半乳糖苷酶（細菌中少量存在）（細菌中少量存在）半乳糖苷酶半乳糖苷酶（細菌中少量存在）（細菌中少量存在）葡萄糖葡萄糖+半乳糖半乳糖半乳糖苷酶半乳糖苷酶 （細菌中少量存在）（細菌中少量存在）轉(zhuǎn)乙?；皋D(zhuǎn)乙酰基酶-功能未詳功能未詳23IPOZYa控制位點控制位點結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因u乳糖操縱子（乳糖操縱子（La

11、ctose operon） 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)調(diào)控基因調(diào)控基因IOO誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)劑u乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控 操縱基因（操縱基因（Operator,簡稱簡稱O），），起到基因開關(guān)的作用。起到基因開關(guān)的作用。 啟動基因（啟動基因（Promoter，簡稱，簡稱P），），是是RNA聚合酶結(jié)合的部聚合酶結(jié)合的部位，能起動位，能起動ZYA基因的表達，基因的表達，POZYA在在DNA上幾個相鄰接上幾個相鄰接的基因共同組成一個功能單位稱操縱子。的基因共同組成一個功能單位稱操縱子。 調(diào)節(jié)基因（調(diào)節(jié)基因（I基因），基因），能編碼產(chǎn)生一種阻遏蛋白，該蛋白能能編碼產(chǎn)生一種阻遏蛋白，該蛋白能識別和結(jié)合到操縱基因上，并

12、能阻止識別和結(jié)合到操縱基因上，并能阻止RNA聚合酶啟動的轉(zhuǎn)聚合酶啟動的轉(zhuǎn)錄，使乳糖操縱子處于關(guān)閉狀態(tài)，一般情況下，阻遏蛋白錄，使乳糖操縱子處于關(guān)閉狀態(tài)，一般情況下，阻遏蛋白總是結(jié)合在操縱基因總是結(jié)合在操縱基因O區(qū)，使操縱子關(guān)閉。區(qū)，使操縱子關(guān)閉。 如何開啟操縱子表達？如何開啟操縱子表達？ 當(dāng)環(huán)境中存在乳糖及其類似物時（稱為誘導(dǎo)物），它們能當(dāng)環(huán)境中存在乳糖及其類似物時（稱為誘導(dǎo)物），它們能與阻遏物分子結(jié)合，改變阻遏蛋白的構(gòu)型，使其不能再與與阻遏物分子結(jié)合，改變阻遏蛋白的構(gòu)型，使其不能再與操縱基因操縱基因O區(qū)結(jié)合。這時，操縱基因便開啟，結(jié)合到啟動區(qū)結(jié)合。這時，操縱基因便開啟，結(jié)合到啟動子上的子上的

13、RNA聚合酶能順利啟動聚合酶能順利啟動ZYA基因的表達，合成相應(yīng)基因的表達，合成相應(yīng)的三種酶。的三種酶。二、其他基因二、其他基因I基因：基因：編碼阻遏蛋白，能阻斷編碼阻遏蛋白，能阻斷ZYA基因的表達?；虻谋磉_。O操縱基因：操縱基因：是是DNA上與阻遏物結(jié)合的特異性位置。上與阻遏物結(jié)合的特異性位置。阻遏物一旦結(jié)合到阻遏物一旦結(jié)合到O基因上，就能阻止由基因上，就能阻止由RNA聚聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄起動。合酶催化的轉(zhuǎn)錄起動。啟動基因啟動基因操縱子：操縱子：是幾個基因協(xié)同表達的遺傳功能單位。由是幾個基因協(xié)同表達的遺傳功能單位。由啟動基因，操縱基因和轉(zhuǎn)錄成一條啟動基因，操縱基因和轉(zhuǎn)錄成一條mRNA分子的分

14、子的幾個相鄰的基因組成的功能單位。幾個相鄰的基因組成的功能單位。三、乳糖操縱子阻遏物具有兩種識別功能三、乳糖操縱子阻遏物具有兩種識別功能1. 能識別操縱子上特定的操縱基因的序列；能識別操縱子上特定的操縱基因的序列；2. 能識別乳糖或乳糖類似物，能識別乳糖或乳糖類似物，當(dāng)阻遏物與乳糖或類當(dāng)阻遏物與乳糖或類似物結(jié)合時，阻遏物分子的構(gòu)型將發(fā)生變化，從似物結(jié)合時，阻遏物分子的構(gòu)型將發(fā)生變化，從而使阻遏物失去了對操縱基因的親和作用。阻遏而使阻遏物失去了對操縱基因的親和作用。阻遏物將從物將從DNA上脫落下來。上脫落下來。對對Lac系統(tǒng)的阻遏作用的解除稱為誘導(dǎo)，能使阻遏物系統(tǒng)的阻遏作用的解除稱為誘導(dǎo)，能使阻

15、遏物失活并導(dǎo)致失活并導(dǎo)致Lac基因表達的乳糖類似物稱為誘導(dǎo)物?；虮磉_的乳糖類似物稱為誘導(dǎo)物。5.1.2 5.1.2 真核基因調(diào)控基本模型真核基因調(diào)控基本模型 在真核生物中，在真核生物中，DNADNA被裝配成核小體結(jié)構(gòu)的染色被裝配成核小體結(jié)構(gòu)的染色質(zhì)。質(zhì)。染色質(zhì)是真核細胞基因調(diào)控的主要結(jié)構(gòu)染色質(zhì)是真核細胞基因調(diào)控的主要結(jié)構(gòu)。 真核細胞的調(diào)控過程中啟用聯(lián)合調(diào)控機制，細真核細胞的調(diào)控過程中啟用聯(lián)合調(diào)控機制，細胞中不同的特異的調(diào)控蛋白參與不同的調(diào)控機制胞中不同的特異的調(diào)控蛋白參與不同的調(diào)控機制，以啟動和關(guān)閉基因表達。，以啟動和關(guān)閉基因表達。 根據(jù)根據(jù)協(xié)同性和協(xié)同作用的原則協(xié)同性和協(xié)同作用的原則，一個

16、生物可以，一個生物可以通過啟用通過啟用少數(shù)少數(shù)調(diào)控蛋白完成調(diào)控蛋白完成多種多種調(diào)控作用。調(diào)控作用。 在一個基因的在一個基因的啟動啟動/ /關(guān)閉關(guān)閉的基本模型中，其上的基本模型中，其上游是一段核心啟動子序列與基因相鄰。游是一段核心啟動子序列與基因相鄰。 核心啟動子：是結(jié)合核心啟動子：是結(jié)合RNARNA聚合酶聚合酶及輔助因子及輔助因子，引導(dǎo)，引導(dǎo)polpol從正確的起始位點開始轉(zhuǎn)錄部位。從正確的起始位點開始轉(zhuǎn)錄部位。 僅靠僅靠核心啟動子核心啟動子的上游是一段的上游是一段調(diào)節(jié)啟動子調(diào)節(jié)啟動子，上，上游或下游的遠處游或下游的遠處是增強子序列是增強子序列（圖（圖5.25.2）。）。 激活因子與調(diào)節(jié)啟動子

17、和增強子結(jié)合，并通過激活因子與調(diào)節(jié)啟動子和增強子結(jié)合，并通過結(jié)合在核心啟動子上的結(jié)合因子與溶液中的基本結(jié)合在核心啟動子上的結(jié)合因子與溶液中的基本轉(zhuǎn)錄機構(gòu)的相互作用，使基本轉(zhuǎn)錄機構(gòu)集結(jié)到核轉(zhuǎn)錄機構(gòu)的相互作用，使基本轉(zhuǎn)錄機構(gòu)集結(jié)到核心啟動子上，而激活基因轉(zhuǎn)錄。心啟動子上，而激活基因轉(zhuǎn)錄。 有些激活因子在所有的細胞中表達，而一些僅在有些激活因子在所有的細胞中表達，而一些僅在某些特定的細胞中表達，調(diào)控細胞中某些特殊功能某些特定的細胞中表達，調(diào)控細胞中某些特殊功能的基因。的基因?；巨D(zhuǎn)錄因子復(fù)合體基本轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合體5.2 5.2 調(diào)控序列與調(diào)控蛋白調(diào)控序列與調(diào)控蛋白 基因調(diào)控完全是一個基因調(diào)控完全是一個

18、DNADNA與蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用相互作用的過程。的過程。 一些特異的一些特異的DNADNA序列作為相應(yīng)的基因的開關(guān)，序列作為相應(yīng)的基因的開關(guān)，一些基因調(diào)控蛋白結(jié)合上去打開一些基因調(diào)控蛋白結(jié)合上去打開/ /關(guān)閉這些開關(guān)，關(guān)閉這些開關(guān)，稱為稱為: : 正調(diào)控（正調(diào)控（positive regulationpositive regulation） 或負(fù)調(diào)控（或負(fù)調(diào)控（negative regulation negative regulation ）。）。 相應(yīng)的調(diào)控蛋白則稱為相應(yīng)的調(diào)控蛋白則稱為: : 激活因子（激活因子（activaorsactivaors） 或抑制因子或抑制因子(repres

19、sors)(repressors)。5.2.1 DNA5.2.1 DNA雙螺旋的表面可被調(diào)控蛋白識別雙螺旋的表面可被調(diào)控蛋白識別 基因表達總是在基因表達總是在DNADNA雙螺旋的一條鏈上進行，雙螺旋的一條鏈上進行，想象中的調(diào)控蛋白要結(jié)合到調(diào)控序列上必須把想象中的調(diào)控蛋白要結(jié)合到調(diào)控序列上必須把DNADNA雙螺旋打開，然后再結(jié)合上去?，F(xiàn)在知道并不需雙螺旋打開，然后再結(jié)合上去。現(xiàn)在知道并不需要如此。要如此。暴露在暴露在DNADNA雙螺旋大、小溝表面的酶對堿雙螺旋大、小溝表面的酶對堿基的外緣都提供了它的氫鍵供體、氫鍵受體以及基的外緣都提供了它的氫鍵供體、氫鍵受體以及疏水區(qū)的情況各異的型式，這些型式是

20、反映四種疏水區(qū)的情況各異的型式，這些型式是反映四種堿基的準(zhǔn)確信息；堿基的準(zhǔn)確信息；調(diào)控蛋白就是依靠它們的識別調(diào)控蛋白就是依靠它們的識別來與調(diào)控序列結(jié)合。但是，來與調(diào)控序列結(jié)合。但是，只有在大溝中才能反只有在大溝中才能反映出四個堿基對排列的完整信息映出四個堿基對排列的完整信息。調(diào)控蛋白一般調(diào)控蛋白一般都結(jié)合于大溝中。（圖都結(jié)合于大溝中。（圖5.45.4）5.2.2 5.2.2 調(diào)控蛋白可以識別調(diào)控蛋白可以識別DNADNA的幾何構(gòu)型的幾何構(gòu)型 DNA DNA雙螺旋中，每兩個相鄰的核苷酸對準(zhǔn)確地雙螺旋中，每兩個相鄰的核苷酸對準(zhǔn)確地彎曲彎曲36360 0，形成每十個核苷酸對一個螺旋的幾何，形成每十個核

21、苷酸對一個螺旋的幾何構(gòu)型。后來發(fā)現(xiàn)多數(shù)核苷酸段都有不規(guī)則之處，構(gòu)型。后來發(fā)現(xiàn)多數(shù)核苷酸段都有不規(guī)則之處，如核苷酸對的傾斜、螺旋彎曲度大于或小于如核苷酸對的傾斜、螺旋彎曲度大于或小于3636度度使雙螺旋有輕度的彎曲，累積可使使雙螺旋有輕度的彎曲，累積可使DNADNA出現(xiàn)明顯出現(xiàn)明顯的彎曲。另一個有關(guān)的特點是某些序列有可以變的彎曲。另一個有關(guān)的特點是某些序列有可以變形的傾向。這些都可被調(diào)控蛋白所識別。形的傾向。這些都可被調(diào)控蛋白所識別。 在識別過程中，在識別過程中，蛋白與蛋白與DNADNA緊密結(jié)合緊密結(jié)合，DNADNA做出一做出一定程度的變形。定程度的變形。5.2.3 5.2.3 調(diào)控蛋白含有識別

22、調(diào)控蛋白含有識別DNADNA序列的結(jié)構(gòu)型式序列的結(jié)構(gòu)型式 調(diào)控蛋白對調(diào)控蛋白對DNADNA的識別，歸根結(jié)底是對的識別，歸根結(jié)底是對DNADNA序列序列的識別。主要是蛋白質(zhì)對一定區(qū)域的的識別。主要是蛋白質(zhì)對一定區(qū)域的DNADNA雙螺旋的雙螺旋的特異表面的特異表面的強烈互補強烈互補。 調(diào)控蛋白都含有一種與調(diào)控蛋白都含有一種與DNADNA結(jié)合的結(jié)合的結(jié)構(gòu)基序（結(jié)構(gòu)基序（structural motifstructural motif）。）。這些型式的每一種都是以這些型式的每一種都是以螺旋及螺旋及 折疊與折疊與DNADNA大溝相結(jié)合大溝相結(jié)合。（圖。（圖5.65.6）大溝含有大溝含有DNADNA序列相

23、互識別的足夠信息序列相互識別的足夠信息 最簡單、最常見的一種就是最簡單、最常見的一種就是HTHHTH（helix-turn helix-turn helix motifhelix motif）型式。）型式。HTHHTH有兩個有兩個螺旋構(gòu)成期間螺旋構(gòu)成期間有一小段氨基酸連接，兩個有一小段氨基酸連接，兩個螺旋間的相互作用螺旋間的相互作用使之保持一定角度。使之保持一定角度。HTHHTH肽鏈的肽鏈的羧基端羧基端為識別螺旋為識別螺旋，與，與DNADNA大溝中的大溝中的DNADNA結(jié)合；結(jié)合；氨基端氨基端識別特異識別特異DNADNA序序列方面起作用。列方面起作用。螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋(HTH) 最

24、早發(fā)現(xiàn)于噬菌體的阻抑蛋白中。一個最早發(fā)現(xiàn)于噬菌體的阻抑蛋白中。一個螺旋螺旋位于位于DNADNA寬溝中，另一個位于穿過寬溝中，另一個位于穿過DNADNA的角中。的角中。5.3 5.3 基因的分子調(diào)控基因的分子調(diào)控 基因的表達與抑制實際上是一個分子水平上的基因的表達與抑制實際上是一個分子水平上的開開/關(guān)機制，而板動這個開關(guān)的是細胞周圍環(huán)境關(guān)機制，而板動這個開關(guān)的是細胞周圍環(huán)境中的各種信號。這種開關(guān)機制普遍存在于原核及中的各種信號。這種開關(guān)機制普遍存在于原核及真核細胞之中，只不過有簡單與復(fù)雜而己。真核細胞之中，只不過有簡單與復(fù)雜而己。 5.3.1 5.3.1 單因子調(diào)控單因子調(diào)控-色氨酸操縱子色氨酸

25、操縱子 色氨酸操縱子（色氨酸操縱子（tryptophan operon）,5個相鄰個相鄰的的trp基因。基因。Trp作為一個作為一個輔阻遏物輔阻遏物，其活化特異，其活化特異的的抑制者抑制者與與trp 操縱基因結(jié)合阻止轉(zhuǎn)錄。操縱基因結(jié)合阻止轉(zhuǎn)錄。色氨酸抑色氨酸抑制者是一種制者是一種HTH型調(diào)控蛋白型調(diào)控蛋白，兩個色氨酸分子與兩個色氨酸分子與其結(jié)合后才能與其結(jié)合后才能與trp操縱子操縱子DNA大溝結(jié)合。大溝結(jié)合。 色氨酸抑制著色氨酸抑制著是色氨酸調(diào)控是色氨酸調(diào)控trptrp操縱子的唯一因操縱子的唯一因子，而子，而色氨酸色氨酸則是開關(guān)這個因子的單一信號。則是開關(guān)這個因子的單一信號。色氨酸阻抑蛋白（色

26、氨酸阻抑蛋白（HTHHTH）的兩種狀態(tài)）的兩種狀態(tài) 奇怪的是轉(zhuǎn)錄往往不能徹底完成，大部分奇怪的是轉(zhuǎn)錄往往不能徹底完成，大部分trp trp mRNAmRNA鏈的增長剛一開始，在第一個鏈的增長剛一開始，在第一個trptrp基因（基因（gene gene E E）開始轉(zhuǎn)錄前就停止了。）開始轉(zhuǎn)錄前就停止了。這種奇怪現(xiàn)象是因為在這種奇怪現(xiàn)象是因為在trpEtrpE與啟動子與啟動子-操縱子區(qū)域之間存在著一個操縱子區(qū)域之間存在著一個161bp161bp的先導(dǎo)區(qū)，在先導(dǎo)區(qū)內(nèi)部有一個衰減區(qū)（的先導(dǎo)區(qū)，在先導(dǎo)區(qū)內(nèi)部有一個衰減區(qū)（123 123 150bp 150bp）。）。RNARNA多聚酶往往不能通過這個衰多

27、聚酶往往不能通過這個衰減區(qū)只產(chǎn)生約減區(qū)只產(chǎn)生約140140個核苷酸的片段，其中包含一部個核苷酸的片段，其中包含一部分衰減區(qū)的序列。只有當(dāng)一個特異的調(diào)控因子作分衰減區(qū)的序列。只有當(dāng)一個特異的調(diào)控因子作用于衰減器的時候，用于衰減器的時候，RNARNA多聚酶才能通過衰減區(qū)。多聚酶才能通過衰減區(qū)。 色氨酸色氨酸的量即能直接影響的量即能直接影響trptrp阻抑蛋白，也能阻抑蛋白，也能間接影響衰減區(qū)域。間接影響衰減區(qū)域。5.3.2 5.3.2 雙因子調(diào)控雙因子調(diào)控-乳糖操縱子乳糖操縱子 乳糖操縱子的基因開關(guān)裝置是由乳糖操縱子的基因開關(guān)裝置是由正調(diào)控與負(fù)調(diào)正調(diào)控與負(fù)調(diào)控組成控組成。它的調(diào)控蛋白除了。它的調(diào)控

28、蛋白除了laclac抑制者抑制者外，還有一外，還有一個個正調(diào)控蛋白正調(diào)控蛋白-CAP-CAP（catabolit activator catabolit activator proteinprotein）, ,又稱又稱基因激活蛋白?；蚣せ畹鞍住?葡萄糖與乳糖作為兩個信號葡萄糖與乳糖作為兩個信號，分別通過它們對分別通過它們對laclac抑制者與抑制者與CAPCAP的作用而板動基因開關(guān)。的作用而板動基因開關(guān)。 因此，乳糖操縱子是雙因子調(diào)控，它的表達只因此，乳糖操縱子是雙因子調(diào)控，它的表達只有當(dāng)有當(dāng)乳糖存在而葡萄糖缺乏乳糖存在而葡萄糖缺乏時才能實現(xiàn)。時才能實現(xiàn)。 （圖（圖5.105.10） Cap

29、 Cap結(jié)合于結(jié)合于DNADNA后，引起后，引起DNADNA彎曲而有利于基因的彎曲而有利于基因的打開。打開。LacLac抑制者是由同一肽鏈的四聚體構(gòu)成，每一抑制者是由同一肽鏈的四聚體構(gòu)成，每一肽鏈含有肽鏈含有247247個個aa,aa,分子量分子量37kDa37kDa。 所有抑制者都結(jié)合與所有抑制者都結(jié)合與DNADNA的特殊部位，阻止相應(yīng)的特殊部位，阻止相應(yīng)的的mRNAmRNA分子的轉(zhuǎn)錄。分子的轉(zhuǎn)錄。 DNADNA與抑制者結(jié)合的特異核苷酸序列，稱為操縱與抑制者結(jié)合的特異核苷酸序列，稱為操縱基因（基因（operatoroperator）。）。 一般說來，一個操縱基因至少有一般說來，一個操縱基因至

30、少有10121012個堿基個堿基與阻抑蛋白以氫鍵相結(jié)合。與阻抑蛋白以氫鍵相結(jié)合。LacLac阻抑蛋白一旦與阻抑蛋白一旦與DNADNA結(jié)合，便留在上面，直到下次與它的誘導(dǎo)物相結(jié)合，便留在上面，直到下次與它的誘導(dǎo)物相互作用?；プ饔谩?對乳糖操縱基因，利用它與抑制者結(jié)合不被核酸對乳糖操縱基因，利用它與抑制者結(jié)合不被核酸酶消化的特點而得以測定。酶消化的特點而得以測定。整個區(qū)域為整個區(qū)域為2121個個bp ,bp ,并并以第以第1111為堿基為中心，兩側(cè)的堿基呈交叉對稱。為堿基為中心，兩側(cè)的堿基呈交叉對稱。 這種對稱形式允許四聚體這種對稱形式允許四聚體laclac抑制者的兩個亞單抑制者的兩個亞單位能同時

31、結(jié)合于操縱基因。位能同時結(jié)合于操縱基因。 在某些情況下，一種阻抑蛋白僅能控制一種蛋在某些情況下，一種阻抑蛋白僅能控制一種蛋白質(zhì)的合成，但也有控制一個以上的蛋白質(zhì)合成白質(zhì)的合成，但也有控制一個以上的蛋白質(zhì)合成的阻抑蛋白。如：的阻抑蛋白。如：E.coliE.coli一個阻抑蛋白控制三個一個阻抑蛋白控制三個酶的合成。酶的合成。 早期認(rèn)為一個阻抑蛋白只用于一個操縱子。后早期認(rèn)為一個阻抑蛋白只用于一個操縱子。后來發(fā)現(xiàn)一個特異的阻抑蛋白可以作用精氨酸合成來發(fā)現(xiàn)一個特異的阻抑蛋白可以作用精氨酸合成基因的基因的3 3個不連續(xù)的操縱子上。個不連續(xù)的操縱子上。抑制者可以特異抑制者可以特異地作用于地作用于2 2個操

32、縱子，其中一個在調(diào)節(jié)基因的左側(cè)個操縱子，其中一個在調(diào)節(jié)基因的左側(cè)，一個在右側(cè)。，一個在右側(cè)。 在負(fù)調(diào)控系統(tǒng)中，如果不被阻抑蛋白關(guān)閉，在負(fù)調(diào)控系統(tǒng)中，如果不被阻抑蛋白關(guān)閉，基因就能夠表達?；蚓湍軌虮磉_。 任何干擾基因表達的作用都是負(fù)調(diào)控。其共同任何干擾基因表達的作用都是負(fù)調(diào)控。其共同特點是一個阻抑蛋白或與特點是一個阻抑蛋白或與DNA結(jié)合，阻止結(jié)合，阻止RNA聚聚合酶啟動轉(zhuǎn)錄，或與合酶啟動轉(zhuǎn)錄，或與mRNA結(jié)合阻止核糖體啟動結(jié)合阻止核糖體啟動翻譯。翻譯。 受正調(diào)控的基因，僅當(dāng)活性調(diào)控蛋白存在時受正調(diào)控的基因，僅當(dāng)活性調(diào)控蛋白存在時，才能表達。，才能表達。正調(diào)控中控制特定操縱子的機制正正調(diào)控中控制

33、特定操縱子的機制正好與負(fù)調(diào)控相對應(yīng)。正調(diào)控與負(fù)調(diào)控不同，它不好與負(fù)調(diào)控相對應(yīng)。正調(diào)控與負(fù)調(diào)控不同，它不妨礙起始，而調(diào)控蛋白對正調(diào)控來說，則必不可妨礙起始，而調(diào)控蛋白對正調(diào)控來說，則必不可少。少。 調(diào)節(jié)蛋白與調(diào)節(jié)蛋白與DNA及及RNA聚合酶相互作用，協(xié)助聚合酶相互作用，協(xié)助轉(zhuǎn)錄起始。正調(diào)節(jié)蛋白應(yīng)答的小分子通常稱為激轉(zhuǎn)錄起始。正調(diào)節(jié)蛋白應(yīng)答的小分子通常稱為激活物活物(activator)。 操縱子分為誘導(dǎo)型和阻抑型兩類操縱子分為誘導(dǎo)型和阻抑型兩類: 只有在小分子誘導(dǎo)物存在時，只有在小分子誘導(dǎo)物存在時，誘導(dǎo)型誘導(dǎo)型操縱子操縱子才能發(fā)揮作用才能發(fā)揮作用. 只有在小分子輔阻抑物不存在時，只有在小分子輔阻

34、抑物不存在時，阻抑型阻抑型操操縱子才能發(fā)揮作用縱子才能發(fā)揮作用.5.4 5.4 原核生物操縱子的特點原核生物操縱子的特點 （1 1）由被調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物所識別的由被調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物所識別的操縱基因，啟操縱基因，啟動基因以動基因以及及( (為單一為單一mRNAmRNA分子編碼的幾個分子編碼的幾個) )相鄰的相鄰的結(jié)結(jié)構(gòu)基因構(gòu)基因所組成的功能單位總稱所組成的功能單位總稱- -操縱子（操縱子（operonoperon）。 啟動基因（啟動基因（promoterpromoter）位于）位于調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因與與操縱基操縱基因因之間，在合成之間，在合成mRNAmRNA時時RNARNA多聚酶先結(jié)合到啟動基多聚酶先

35、結(jié)合到啟動基因上。因上。 因此，因此，RNARNA多聚酶在轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因之前必須首多聚酶在轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因之前必須首先通過操縱基因，如果操縱基因和阻抑蛋白結(jié)合，先通過操縱基因，如果操縱基因和阻抑蛋白結(jié)合，則則RNARNA多聚酶與啟動基因的結(jié)合會受到干擾，并使多聚酶與啟動基因的結(jié)合會受到干擾，并使RNARNA多聚酶無法通過操縱基因，這樣結(jié)構(gòu)基因?qū)⒉欢嗑勖笩o法通過操縱基因，這樣結(jié)構(gòu)基因?qū)⒉荒鼙磉_。能表達。 （2）同一操縱子中的同一操縱子中的3 3種蛋白質(zhì)不是由種蛋白質(zhì)不是由3 3個個mRNAmRNA翻翻譯譯 ，而是由一個，而是由一個mRNAmRNA分子攜帶分子攜帶3 3種蛋白質(zhì)的遺傳種蛋白質(zhì)的遺傳信息。

36、在組氨酸生物合成中，操縱子中信息。在組氨酸生物合成中，操縱子中1010個基因個基因的密碼子也是由一個的密碼子也是由一個mRNAmRNA分子攜帶的。分子攜帶的。 （3 3）被一條）被一條mRNAmRNA編碼的不同蛋白質(zhì)的產(chǎn)量不同。編碼的不同蛋白質(zhì)的產(chǎn)量不同。 （4 4）許多蛋白質(zhì)的合成并不適應(yīng)外界環(huán)境的變化）許多蛋白質(zhì)的合成并不適應(yīng)外界環(huán)境的變化。 如：如：E.E.colicoli中控制葡萄糖降解的酶的數(shù)量并不中控制葡萄糖降解的酶的數(shù)量并不因培養(yǎng)基中加入或移去葡萄糖而發(fā)生明顯變化。因培養(yǎng)基中加入或移去葡萄糖而發(fā)生明顯變化。5.5 5.5 因子級聯(lián)調(diào)控模型因子級聯(lián)調(diào)控模型 Losick Losic

37、k和和PeroPero（19811981）提出）提出因子級聯(lián)的基因因子級聯(lián)的基因調(diào)控模型。認(rèn)為細菌或噬菌體在不同的生長時期，調(diào)控模型。認(rèn)為細菌或噬菌體在不同的生長時期，或不同的生長環(huán)境中，所表達的基因種類和程度或不同的生長環(huán)境中，所表達的基因種類和程度各不相同，而各不相同，而因子的級聯(lián)式交替，則是實現(xiàn)這因子的級聯(lián)式交替，則是實現(xiàn)這種專一性調(diào)控的重要分子基礎(chǔ)之一。種專一性調(diào)控的重要分子基礎(chǔ)之一。 而而WatsonWatson模型指出，不僅有模型指出，不僅有因子，而且還有因子，而且還有反反因子，這二種因子的級聯(lián)反應(yīng)，把功能相關(guān)因子，這二種因子的級聯(lián)反應(yīng)，把功能相關(guān)而不相鄰的一些基因或操縱子組成了一

38、個行使某而不相鄰的一些基因或操縱子組成了一個行使某一功能的統(tǒng)一體系。一功能的統(tǒng)一體系。 早期由宿主的早期由宿主的4343負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄，中期和后期分別受噬菌體自負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄，中期和后期分別受噬菌體自己編碼的兩個己編碼的兩個因子（因子（gpgp2828、gpgp3434）所控制。）所控制。 Watson Watson 模型不僅體現(xiàn)了基因調(diào)控程序，而且體現(xiàn)了反饋模型不僅體現(xiàn)了基因調(diào)控程序，而且體現(xiàn)了反饋性（反性（反因子）以及整體性。因子）以及整體性。5.6 5.6 真核基因的分子調(diào)控真核基因的分子調(diào)控多因子調(diào)控多因子調(diào)控 5.6.1 真核細胞中基因調(diào)控的特點真核細胞中基因調(diào)控的特點 5.6.1.1真核細胞轉(zhuǎn)

39、錄啟動是多步驟的真核細胞轉(zhuǎn)錄啟動是多步驟的 真核細胞的真核細胞的RNA轉(zhuǎn)錄酶（轉(zhuǎn)錄酶（RNA polymerase）本身）本身不能啟動轉(zhuǎn)錄，必須事先有一套轉(zhuǎn)錄因子裝配到啟不能啟動轉(zhuǎn)錄，必須事先有一套轉(zhuǎn)錄因子裝配到啟動子上，轉(zhuǎn)錄才開始，使得轉(zhuǎn)錄的啟動是多步驟的。動子上，轉(zhuǎn)錄才開始，使得轉(zhuǎn)錄的啟動是多步驟的。 這些因子是獨立的蛋白質(zhì)因子，在啟動子上裝這些因子是獨立的蛋白質(zhì)因子，在啟動子上裝配成配成 轉(zhuǎn)錄復(fù)合體而使轉(zhuǎn)錄復(fù)合體而使RNA轉(zhuǎn)錄酶就位。轉(zhuǎn)錄酶就位。 如圖：如圖：5.155.6.1.25.6.1.2 真核細胞的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白對轉(zhuǎn)錄啟動子的真核細胞的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白對轉(zhuǎn)錄啟動子的作用是遠距離的，多因

40、子的作用是遠距離的，多因子的 增強子（增強子（enhancerenhancer）可位于啟動子的上、下游）可位于啟動子的上、下游數(shù)千個堿基對而發(fā)揮作用。數(shù)千個堿基對而發(fā)揮作用。真核細胞增強子上結(jié)真核細胞增強子上結(jié)合著調(diào)控蛋白復(fù)合體。事實上，一個啟動子可被合著調(diào)控蛋白復(fù)合體。事實上，一個啟動子可被沿沿DNADNA鏈分布的很多調(diào)控序列及其上面的調(diào)控蛋白鏈分布的很多調(diào)控序列及其上面的調(diào)控蛋白復(fù)合體所調(diào)控。真核細胞基因調(diào)控是遠距離、多復(fù)合體所調(diào)控。真核細胞基因調(diào)控是遠距離、多因子的調(diào)控。因子的調(diào)控。 遠距離調(diào)控的實現(xiàn)是啟動子與增強子之間形成遠距離調(diào)控的實現(xiàn)是啟動子與增強子之間形成一個彎曲（一個彎曲（lo

41、oploop），而使增強子上的調(diào)控蛋白復(fù)），而使增強子上的調(diào)控蛋白復(fù)合體可以直接與啟動子上的轉(zhuǎn)錄因子及轉(zhuǎn)錄酶接合體可以直接與啟動子上的轉(zhuǎn)錄因子及轉(zhuǎn)錄酶接觸。圖觸。圖5.16.5.16.5.6.2 5.6.2 真核細胞的調(diào)控序列真核細胞的調(diào)控序列-基因調(diào)控區(qū)基因調(diào)控區(qū) 包括啟動子及對其調(diào)控的所有的調(diào)控序列，稱為基因包括啟動子及對其調(diào)控的所有的調(diào)控序列，稱為基因調(diào)控區(qū)（調(diào)控區(qū)（gene control regiongene control region）。）。 這些調(diào)控序列距離啟動子或遠或近。多數(shù)在啟動子上這些調(diào)控序列距離啟動子或遠或近。多數(shù)在啟動子上游，也有的位于下游。對基因起正調(diào)控游，也有的位

42、于下游。對基因起正調(diào)控/ /負(fù)調(diào)控作用。負(fù)調(diào)控作用。5.6.3 5.6.3 真核基因的調(diào)控蛋白真核基因的調(diào)控蛋白 5.6.3.1 5.6.3.1 活化蛋白與抑制蛋白活化蛋白與抑制蛋白 起正調(diào)控的蛋白，稱為基因活化蛋白起正調(diào)控的蛋白，稱為基因活化蛋白/ /激活蛋激活蛋白（白（gene activator proteinsgene activator proteins）。）。 這種蛋白至少有兩個不同的功能區(qū)：這種蛋白至少有兩個不同的功能區(qū)： 一是一是具有與特異具有與特異DNADNA調(diào)控序列識別并激活的分調(diào)控序列識別并激活的分子子結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式（strctural motifsstrctural mo

43、tifs）/ /結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域。 二是二是與啟動子上的轉(zhuǎn)錄機構(gòu)接觸并加速轉(zhuǎn)錄與啟動子上的轉(zhuǎn)錄機構(gòu)接觸并加速轉(zhuǎn)錄啟動的啟動的活化區(qū)域活化區(qū)域/ /功能域功能域?；罨瘏^(qū)酸性氨基酸表面活化區(qū)酸性氨基酸表面帶正電荷，具有加速轉(zhuǎn)錄因子在啟動子裝配作用帶正電荷，具有加速轉(zhuǎn)錄因子在啟動子裝配作用。如。如,TFIIB,TFIIB的裝配對轉(zhuǎn)錄啟動有限速作用，酸性的裝配對轉(zhuǎn)錄啟動有限速作用，酸性活化蛋白能加速活化蛋白能加速TFIIBTFIIB的裝配，克服限速。的裝配，克服限速。 許多活化蛋白結(jié)合在許多活化蛋白結(jié)合在DNADNA的不同的調(diào)控序列上的不同的調(diào)控序列上來調(diào)控它們。來調(diào)控它們。應(yīng)該強調(diào)的是這些基因調(diào)控蛋白都

44、應(yīng)該強調(diào)的是這些基因調(diào)控蛋白都必須是結(jié)合在必須是結(jié)合在DNADNA上才能發(fā)揮作用。上才能發(fā)揮作用。 并非所有真細胞基因調(diào)控蛋白都是活化蛋白，并非所有真細胞基因調(diào)控蛋白都是活化蛋白，有很多是有很多是基因基因阻抑蛋白（阻抑蛋白（gene repressor gene repressor proteinsproteins）。）。 這些阻抑蛋白與原核細胞不同，并不直接與這些阻抑蛋白與原核細胞不同，并不直接與RNARNA轉(zhuǎn)錄酶競爭轉(zhuǎn)錄酶競爭DNADNA結(jié)合位點。結(jié)合位點。 作用機制（作用機制（圖圖5.185.18） 與活化蛋白競爭結(jié)合位點（與活化蛋白競爭結(jié)合位點（A A）；）； 掩蓋活化蛋白的活化表面掩

45、蓋活化蛋白的活化表面 (B)(B)； 直接與轉(zhuǎn)錄因子相作用而起到抑制作用直接與轉(zhuǎn)錄因子相作用而起到抑制作用 (C)(C)。5.6.3.2 5.6.3.2 調(diào)控蛋白復(fù)合體調(diào)控蛋白復(fù)合體 某些調(diào)控蛋白可以單獨行動，但多數(shù)是以復(fù)合某些調(diào)控蛋白可以單獨行動，但多數(shù)是以復(fù)合體形式發(fā)揮作用。復(fù)合體結(jié)合它的體形式發(fā)揮作用。復(fù)合體結(jié)合它的DNA序列上，序列上，單獨蛋白是不能結(jié)合的。首先兩個蛋白以微弱的單獨蛋白是不能結(jié)合的。首先兩個蛋白以微弱的親和力結(jié)合，然后結(jié)合到親和力結(jié)合，然后結(jié)合到DNA位點上，這個二聚位點上，這個二聚體隨即創(chuàng)造一個為第三個蛋白所識別的結(jié)合面。體隨即創(chuàng)造一個為第三個蛋白所識別的結(jié)合面。以此

46、類推，形成一個活化以此類推，形成一個活化/抑制的功能集團，或者抑制的功能集團，或者叫叫調(diào)控艙（調(diào)控艙（regulatory modul）。 蛋白復(fù)合體作用蛋白復(fù)合體作用/形成過程（圖形成過程（圖5.19）蛋白與蛋白之間的作用力很弱，以致它們不能事先在溶液蛋白與蛋白之間的作用力很弱，以致它們不能事先在溶液中裝配，只能在中裝配，只能在DNADNA上裝配。因此，一定的上裝配。因此，一定的DNADNA調(diào)控序列就成調(diào)控序列就成為相應(yīng)蛋白質(zhì)裝配的為相應(yīng)蛋白質(zhì)裝配的“晶核晶核”（nucleation sitenucleation site）。）。不同的復(fù)合體具有不同的活化或抑制轉(zhuǎn)錄功能，而同一種不同的復(fù)合體

47、具有不同的活化或抑制轉(zhuǎn)錄功能，而同一種調(diào)控蛋白卻可以參與到不同的復(fù)合體。調(diào)控蛋白卻可以參與到不同的復(fù)合體。調(diào)控蛋白復(fù)合體可以活化基因，也可以抑制基因。調(diào)控蛋白復(fù)合體可以活化基因，也可以抑制基因。5.6.4 5.6.4 真核基因表達的真核基因表達的組合調(diào)控組合調(diào)控機制機制 5.6.4.1 5.6.4.1 調(diào)控蛋白二聚體調(diào)控蛋白二聚體組合調(diào)控組合調(diào)控 調(diào)控蛋白二聚體（調(diào)控蛋白二聚體（regulatory dimerregulatory dimer）對）對DNADNA具有具有強的識別和結(jié)合強的識別和結(jié)合能力。能力。 如亮氨酸拉鏈二聚體如亮氨酸拉鏈二聚體（leucine zipper leucine

48、zipper dimerdimer，LZDLZD）。）。二條二條鏈螺旋在中部的疏水區(qū)氨鏈螺旋在中部的疏水區(qū)氨基酸側(cè)鏈相互作用而鉸鏈一起形成拉鏈。拉鏈部基酸側(cè)鏈相互作用而鉸鏈一起形成拉鏈。拉鏈部分很短，其余部分的二條分很短，其余部分的二條鏈螺旋彼此分離。這鏈螺旋彼此分離。這種二聚體結(jié)合于種二聚體結(jié)合于DNADNA大溝中（就像一個曬衣夾子夾大溝中（就像一個曬衣夾子夾住曬衣繩）住曬衣繩） 。圖。圖5.205.20LZDLZD與與DNADNA結(jié)合結(jié)合 LZD LZD結(jié)合結(jié)合有同型二聚體（結(jié)合結(jié)合有同型二聚體（homodimershomodimers）和異型二聚體）和異型二聚體(heterodimers

49、)(heterodimers)。異型二聚體中的二個蛋白具有不同的異型二聚體中的二個蛋白具有不同的DNADNA結(jié)合、識別特異性，因而具有更高的特異性。結(jié)合、識別特異性，因而具有更高的特異性。兩種蛋白單體兩種蛋白單體可產(chǎn)生可產(chǎn)生3 3種種DNADNA結(jié)合特異性，結(jié)合特異性，3 3種蛋白單體則可產(chǎn)生種蛋白單體則可產(chǎn)生6 6種不同的種不同的DNADNA結(jié)合特異性，余此類推。結(jié)合特異性，余此類推。這就是一種組合調(diào)控。通過幾這就是一種組合調(diào)控。通過幾種不同蛋白組合而產(chǎn)生靈活、多樣的種不同蛋白組合而產(chǎn)生靈活、多樣的DNADNA結(jié)合特異性。是真結(jié)合特異性。是真核細胞具有調(diào)控的重要機制之一。核細胞具有調(diào)控的重要

50、機制之一。5.6.4.2 5.6.4.2 調(diào)控蛋白調(diào)控蛋白多聚體組合多聚體組合調(diào)控調(diào)控 另一類調(diào)控蛋白是以一個或一個以上的另一類調(diào)控蛋白是以一個或一個以上的ZnZn原子原子為結(jié)構(gòu)成分。為結(jié)構(gòu)成分。這類配備這類配備ZnZn原子的原子的DNADNA結(jié)合型式的蛋結(jié)合型式的蛋白稱為白稱為“鋅指鋅指”(zine fingers)(zine fingers)。 鋅指蛋白的特點是結(jié)構(gòu)簡單，由鋅指蛋白的特點是結(jié)構(gòu)簡單，由ZnZn原子所連接原子所連接的只是一個的只是一個螺旋和一個螺旋和一個折疊。另一個特點是折疊。另一個特點是一個以上的鋅指可以重復(fù)成串地沿大溝排列，每一個以上的鋅指可以重復(fù)成串地沿大溝排列，每一鋅

51、指的一鋅指的螺旋都與大溝螺旋都與大溝DNADNA接觸，形成多聚體組接觸，形成多聚體組合。合。鋅指結(jié)構(gòu)還有更復(fù)雜的，如胞外受體蛋白是鋅指結(jié)構(gòu)還有更復(fù)雜的，如胞外受體蛋白是兩個兩個螺旋和兩個螺旋和兩個ZnZn原子構(gòu)成。原子構(gòu)成。鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu) 鋅指結(jié)構(gòu)基序含一個鋅指結(jié)構(gòu)基序含一個DNA結(jié)合域。結(jié)合域。5.6.4.3 5.6.4.3 調(diào)控艙組合的調(diào)控艙組合的立體調(diào)控機制立體調(diào)控機制 各種調(diào)控蛋白組成不同的復(fù)合體，它們必須在與相應(yīng)各種調(diào)控蛋白組成不同的復(fù)合體，它們必須在與相應(yīng)的調(diào)控序列結(jié)合的情況下才能活化的調(diào)控序列結(jié)合的情況下才能活化/ /抑制不同的基因。調(diào)抑制不同的基因。調(diào)控序列是調(diào)控蛋白復(fù)合體賴

52、以形成與作用的基礎(chǔ)?？匦蛄惺钦{(diào)控蛋白復(fù)合體賴以形成與作用的基礎(chǔ)。在同一在同一基因長的調(diào)控區(qū)（約基因長的調(diào)控區(qū)（約50kb50kb）中往往組織成不同的）中往往組織成不同的“艙位艙位”（modulemodule），特異的接納在生物體的不同時空坐標(biāo)中形成的），特異的接納在生物體的不同時空坐標(biāo)中形成的調(diào)控蛋白復(fù)合體，而使基因有序地表達調(diào)控蛋白復(fù)合體，而使基因有序地表達/ /抑制。抑制。這對于發(fā)這對于發(fā)育過程中性狀的表達形式特別重要。育過程中性狀的表達形式特別重要。 如：果蠅如：果蠅eveeve基因的表達?；虻谋磉_。 果蠅胚胎發(fā)育早期的合胞體細胞質(zhì)中含有各種調(diào)控蛋果蠅胚胎發(fā)育早期的合胞體細胞質(zhì)中含有各

53、種調(diào)控蛋白，它們沿胚胎縱長不均勻分布，因而提供了胚胎各部分白，它們沿胚胎縱長不均勻分布，因而提供了胚胎各部分的定位信息。不同部分處于不同的調(diào)控蛋白的組合濃度中的定位信息。不同部分處于不同的調(diào)控蛋白的組合濃度中而表達不同的基因。而表達不同的基因。 eveeve基因沿胚胎縱軸形成基因沿胚胎縱軸形成7 7個調(diào)控序列艙位，可接納個調(diào)控序列艙位，可接納7 7個不個不同區(qū)域的調(diào)控蛋白組合。使之在不同區(qū)域表達。同區(qū)域的調(diào)控蛋白組合。使之在不同區(qū)域表達。 一個基因的眾多調(diào)控艙的組合調(diào)控，是一個基因特異地一個基因的眾多調(diào)控艙的組合調(diào)控，是一個基因特異地接受生物體不同時期、不同空間信息而使該基因進行時間與接受生物

54、體不同時期、不同空間信息而使該基因進行時間與空間的特異表達空間的特異表達-基因表達與發(fā)育分化?；虮磉_與發(fā)育分化。 調(diào)控艙的組合調(diào)控在進化、變異中存在巨大潛力。調(diào)控艙的組合調(diào)控在進化、變異中存在巨大潛力。5.7 5.7 真核基因的染色質(zhì)調(diào)控真核基因的染色質(zhì)調(diào)控 第三章已有討論，本節(jié)再作補充。第三章已有討論，本節(jié)再作補充。5.7.1 5.7.1 常染色質(zhì)與異染色質(zhì)常染色質(zhì)與異染色質(zhì) 異染色質(zhì)：異染色質(zhì)：高度凝縮且無轉(zhuǎn)錄能力的區(qū)域，占基高度凝縮且無轉(zhuǎn)錄能力的區(qū)域，占基因組的因組的10%10%，集中在染色粒周圍，高度重復(fù)序列，集中在染色粒周圍，高度重復(fù)序列，如衛(wèi)星如衛(wèi)星DNADNA。 常染色質(zhì)：常染

55、色質(zhì)：凝縮程度輕且有轉(zhuǎn)錄能力的區(qū)域，雖凝縮程度輕且有轉(zhuǎn)錄能力的區(qū)域，雖有轉(zhuǎn)錄能力，但并不是全部處于活性狀態(tài)，不同有轉(zhuǎn)錄能力，但并不是全部處于活性狀態(tài)，不同細胞類型表達不同。細胞類型表達不同。10%10%處于活性狀態(tài)。處于活性狀態(tài)。5.7.2 5.7.2 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對基因表達的作用染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對基因表達的作用 5.7.2.1 5.7.2.1 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的位置效應(yīng)位置效應(yīng) 包括異染色質(zhì)在內(nèi)的非活性染色質(zhì)具有使其鄰包括異染色質(zhì)在內(nèi)的非活性染色質(zhì)具有使其鄰近基因沉默的作用，稱為位置效應(yīng)（近基因沉默的作用，稱為位置效應(yīng)（position position effecteffect）。）。 如：

56、酵母的如：酵母的ADE ADE 2 2基因基因。當(dāng)它在正常位置時正。當(dāng)它在正常位置時正常表達。如人工將其移到染色體末端鄰近端粒區(qū)常表達。如人工將其移到染色體末端鄰近端粒區(qū)域，盡管所需的各類調(diào)控蛋白依然存在，但該基域，盡管所需的各類調(diào)控蛋白依然存在，但該基因不表達。由于因不表達。由于ADE ADE 2 2基因基因沉默阻遏了腺苷酸的合沉默阻遏了腺苷酸的合成，使酵母菌落有正常的白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色。成，使酵母菌落有正常的白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色。 類似的位置效應(yīng)亦見于果蠅類似的位置效應(yīng)亦見于果蠅白眼基因白眼基因。正常時眼顯紅色。正常時眼顯紅色。突變后被抑制則顯白色，因而叫白眼基因。在發(fā)育中，白眼突變后被抑制則顯白色

57、，因而叫白眼基因。在發(fā)育中，白眼基因有時因染色體倒位而接近異染色質(zhì)，使眼顯紅白相間的基因有時因染色體倒位而接近異染色質(zhì)，使眼顯紅白相間的斑點。斑點。5.7.2.2 5.7.2.2 染色質(zhì)去凝縮的染色質(zhì)去凝縮的活化效應(yīng)活化效應(yīng) 如：如：珠蛋白基因簇，珠蛋白基因簇，5 5個基因組成。包括調(diào)個基因組成。包括調(diào)控區(qū)在內(nèi)長達控區(qū)在內(nèi)長達100kb100kb。 5 5個基因在發(fā)育不同時期、不同器官中，專一地個基因在發(fā)育不同時期、不同器官中，專一地在紅細胞樣細胞中表達。對在紅細胞樣細胞中表達。對DNaseI DNaseI 敏感，說明染敏感，說明染色質(zhì)已經(jīng)去凝縮，染色質(zhì)的高級包裝已失去，使色質(zhì)已經(jīng)去凝縮，染色

58、質(zhì)的高級包裝已失去，使DNADNA易于被易于被DNaseIDNaseI接近。接近。 在非紅細胞樣細胞中在非紅細胞樣細胞中珠蛋白基因簇不表達，珠蛋白基因簇不表達，抗抗DNaseIDNaseI消化，說明染色質(zhì)處于凝縮的包裝中。消化，說明染色質(zhì)處于凝縮的包裝中?；虻幕罨赡芊譃閮蓚€步驟：基因的活化可能分為兩個步驟： 首先，染色質(zhì)去凝縮，使某些調(diào)控蛋白易于接近，為轉(zhuǎn)錄首先，染色質(zhì)去凝縮，使某些調(diào)控蛋白易于接近，為轉(zhuǎn)錄做好準(zhǔn)備。做好準(zhǔn)備。 其次，其余的調(diào)控蛋白裝配到其次，其余的調(diào)控蛋白裝配到“調(diào)控艙調(diào)控艙”，而使具體的基因，而使具體的基因進行特異表達。進行特異表達。 去凝縮過程需要一個去凝縮過程需要一

59、個DNADNA區(qū)域區(qū)域的作用。的作用。該區(qū)域稱為該區(qū)域稱為LCRLCR（locus control region,LCRlocus control region,LCR），），它位于被調(diào)控基因上游的它位于被調(diào)控基因上游的遠端，包含在該基因簇遠端，包含在該基因簇100kb100kb的調(diào)控區(qū)內(nèi)（圖的調(diào)控區(qū)內(nèi)（圖5.27a5.27a）。在地）。在地貧病人的紅細胞樣細胞中，貧病人的紅細胞樣細胞中，LCRLCR遺傳性缺失，盡管遺傳性缺失，盡管珠蛋白基珠蛋白基因簇及其調(diào)控蛋白依然完整，但基因不能表達。此時的因簇及其調(diào)控蛋白依然完整，但基因不能表達。此時的珠珠蛋白基因簇具有抗蛋白基因簇具有抗DNaseIDN

60、aseI性能，說明染色質(zhì)沒有去凝縮。性能，說明染色質(zhì)沒有去凝縮。如果把如果把 LCR LCR序列與人序列與人珠蛋白基因簇及其區(qū)域調(diào)控序列重組，珠蛋白基因簇及其區(qū)域調(diào)控序列重組，插入小鼠基因組后，無論那個位置，插入小鼠基因組后，無論那個位置，珠蛋白基因簇都高水珠蛋白基因簇都高水平表達。說明平表達。說明LCRLCR序列具有抗染色質(zhì)位置效應(yīng)。序列具有抗染色質(zhì)位置效應(yīng)。5.7.2.3 5.7.2.3 染色質(zhì)的異染色質(zhì)化染色質(zhì)的異染色質(zhì)化 真核細胞中廣泛存在真核細胞中廣泛存在常染色質(zhì)的異染色質(zhì)化常染色質(zhì)的異染色質(zhì)化的的基因調(diào)控。這種整體性的調(diào)控涉及大片段的基因基因調(diào)控。這種整體性的調(diào)控涉及大片段的基因失