基因表達與調(diào)控

第十四章

基因的表達與調(diào)控第一節(jié)

原核基因轉(zhuǎn)錄的啟動與終止一、啟動子啟動子（promoter）：轉(zhuǎn)錄的起始和鏈的選擇信號的ＤＮＡ核苷酸順序就稱為啟動子，這個位點也是ＲＮＡ聚合酶的結(jié)合起點。啟動子的結(jié)構(gòu)：１９７５年P(guān)ribnow采用保護法先后測定了包括Ｔ４噬菌體及E.coli在內(nèi)的46個不同來源基因的ＲＮＡ聚合酶的保護區(qū)域，發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)保護區(qū)段長度為41~44bp，范圍在-20~+20之間，分析這一序列發(fā)現(xiàn)在－１０區(qū)有一保守順序：

T40A41T25A29A30T46G17/46

898950656510037%這一順序稱為-10區(qū)或pribnow順序（pribnowbox)。附：保護法：將DNA與RNA聚合酶結(jié)合后，加入DNaseI水解后得到的不被水解的保護片段。Shall利用保護法得到的DNA片段提純后，加入RNA聚合酶發(fā)現(xiàn)RNA聚合酶不能與DNA片段結(jié)合，說明在被保護的41~44bp的DNA區(qū)段外還有與RNA聚合酶結(jié)合有關(guān)的序列。因此他采用較溫和的核酸外切酶（S1核酸酶）及足跡法進行分析，發(fā)現(xiàn)被保護的區(qū)域有60bp（-40~+20），在-35區(qū)還有一段保守序列：

T38T37G35A27C29A26/46

858381616952%

這一序列稱為-35區(qū)或sextama順序（Sextamabox).附：足跡法（footprinting）：用于分析蛋白質(zhì)與DNA結(jié)合的一種常用方法。蛋白質(zhì)結(jié)合位點1蛋白質(zhì)結(jié)合位點2從左到右蛋白質(zhì)濃度增加整個啟動子應(yīng)包括-10和-35兩個區(qū)域。說明：這兩個區(qū)域的順序來自于E.coli,它并不代表所有原核生物。定點突變的結(jié)果表明，啟動子的作用是整個區(qū)域而不是單個核苷酸，但單個核苷酸的突變會導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄水平的上升或下降，特別是A/T突變?yōu)镚/C下降更明顯。啟動子的功能：是RNA聚合酶結(jié)合的位點，決定轉(zhuǎn)錄的起始位點及鏈的選擇。-10區(qū)是核心酶結(jié)合的位點，-35區(qū)是σ因子結(jié)合的位點。CRP結(jié)合位點（cAMPreceptionproteinbindingsite)原核生物的基因上游除了含有啟動子外，在某些編碼分解代謝的操縱子前面還有一些與某種調(diào)節(jié)因子相結(jié)合的位點，從而對基因的表達起調(diào)控作用。其中研究得較多的是E.coli乳糖操縱子與cAMP受體蛋白的結(jié)合位點，這個位點也稱為CAP位點（catabolitegeneactivationproteinsite)，位于-50~-70之間，含有兩小段回文對稱結(jié)構(gòu)：ＣＡＡＴＴＡＡＴＧＴＧＡＧＴＴＡＧＣＴＣＡＣＴＣＡＴＴＡ

二、起錄點、SD順序及起譯點起錄點：所謂的起錄點是指轉(zhuǎn)錄的起始點。這一位點位于啟動子-10區(qū)的下游10bp處，原核生物基因起錄點附近的三個核苷酸，大多數(shù)基因是CAT，所以在原核生物中也常用CAT表示起錄點。但并不是絕對的，有時會有變化，如CAC，TAC等。一般來說，起錄點可用PyA/gPu表示（A/g表示大多數(shù)情況下是Ａ，少數(shù)情況下是Ｇ）。轉(zhuǎn)錄就是從A/g位點開始。

翻譯識別點（SD順序）：這一位點是核糖體識別并與mRNA結(jié)合的位點。在每個基因起始點的下游都有一小段富含嘌呤的順序與5’AGGAGG3’

。這一順序可與核糖體３０Ｓ亞基上的16SrRNA的３’末端富含嘧啶的順序５’CCUCCU３’互補，這一順序就稱為Shine-Dalgarno（SD順序）。

典型的SD順序是AGGAGG，但事實上在這6bp中，只要有連續(xù)的３個以上bp與CCUCCU互補，便可作為核糖體的識別順序，但是SD的長度會直接影響ｍＲＮＡ與核糖體結(jié)合的緊密度，從而影響翻譯效率。

SD順序位于起錄點下游，起譯點上游，距起譯點５－１６bp，而與CAT的距離變化較大。起譯點：所謂的起譯點就是翻譯的起始位點。在原核生物中一般是ＡＴＧ，極少數(shù)是ＧＴＧ，編碼ｆＭｅｔ。

三、轉(zhuǎn)錄的終止一個基因或操縱子的３’末端往往有一段特定的，有終止轉(zhuǎn)錄作用的順序，這段順序稱為轉(zhuǎn)錄終止子，簡稱終止子（terminator）。終止子的結(jié)構(gòu)：1975年Rosenberg分析了原核生物和噬菌體的２０個基因的順序發(fā)現(xiàn)在終止部位上游20±4bp處都有一小段反向重復(fù)序列（回文序列），從而使轉(zhuǎn)錄出為的ＲＮＡ具有特定的頸環(huán)結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)對終止轉(zhuǎn)錄起著決定性作用。

終止子類型：根據(jù)終止作用是否需要輔助因子，把終止子分為不依賴ρ蛋白的終止子（即強終止子）和依賴于ρ的終止子（弱終止子）。

強終止子與弱終止子在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別在于強終止子在回文區(qū)內(nèi)富含G/C對而回文區(qū)的下游區(qū)有6~8對A/T對。相反，弱終止子在回文區(qū)內(nèi)G/C對含量較少，下游區(qū)A/T對含量較少。

根據(jù)終止子所處的位置，可以把終止子分為存在于基因末端的終止子和存在于基因內(nèi)部的終止子（弱化子）。

以上幾類終止子的終止作用大都發(fā)生在離反向重復(fù)順序的對稱中心下游２０ｂｐ處。大腸桿菌色氨酸操縱子——

強終止子噬菌體λ的TR1終止子——弱終止子。終止子的作用機制：終止子的作用機制的詳細(xì)情況還不清楚，現(xiàn)在一般認(rèn)為，當(dāng)ＲＮＡ鏈轉(zhuǎn)錄到終止信號時，在ＲＮＡ鏈上可形成頸一環(huán)結(jié)構(gòu)從而誘導(dǎo)終止作用的產(chǎn)生，在終止作用過程中還有一些輔助蛋白如ρ蛋白。

CATSDATGTGATer-35-10+1上游Leadersequence

轉(zhuǎn)錄區(qū)編碼區(qū)

單順反子轉(zhuǎn)錄單位CATSDATGTGAATGTGATerCRP-35-10+1上游Leadersequence轉(zhuǎn)錄區(qū)

編碼區(qū)

編碼區(qū)下游下游多順反子轉(zhuǎn)錄單位四、總結(jié)

第二節(jié)

原核基因轉(zhuǎn)錄的啟動與終止

真核生物有三種RNA聚合酶分別識別不同的啟動子，其中RNApolI位于核仁，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄rRNA；RNApolII位于核質(zhì)，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄mRNA；RNApolIII位于核質(zhì)，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄tRNA及5srRNA。這里主要介紹RNApolII負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的基因，這些基因也稱II類真核基因。一、真核生物的啟動子真核生物啟動子的研究方法除采用保護法和足跡法外，更多地是采用所謂的反向遺傳學(xué)（reversegenetics)的方法進行研究。真核生物的啟動子大概包括以下幾個位點：１．TATA順序（TATAbox）1979年Goldberg首先注意到真核生物基因上游-25~-30處有一段與Probnow相似的保守順序：

A23/56T20/49(41/%)T37/90A39/95T37/90A35/85A37/90T18/44A14/34

在這段順序中，頭三個和倒數(shù)第二個核苷酸是高保守的。TATA順序除了可啟動轉(zhuǎn)錄外，它的位置的準(zhǔn)確性有保證轉(zhuǎn)錄起始從精確位置上開始的作用。

２．CAAT順序（CAATbox）CAAT順序位于-70~-80處，比較保守的一致順序是：

GGCCAATCT３．GC順序（GCbox），也稱遠(yuǎn)端因子（distalelement），位于-80~-100處，其基本順序是：

GGGCGG

CT說明：上述三段順序并不是存在于所有真核生物的所有基因，其中TATAbox分布較廣，位于幾乎所有RNApolⅡ轉(zhuǎn)錄的基因的前端。三段順序都不是絕對不變的，不同的基因其順序可能相差較大。人工定點突變說明，這三段序列的任何一個單核苷酸突變都將使基因的轉(zhuǎn)錄水平改變（上升或下降），但并不使轉(zhuǎn)錄完全停止，說明起作用的功能單位并不是單個核苷酸。二、增強子（enhancer）真核生物基因的轉(zhuǎn)錄除了與啟動子有關(guān)外，還與一段稱為增強子的順序有關(guān)。1．核心順序：增強子的長度相差較大，可達幾十到幾百個核苷酸，其順序變化也比較大，但都含有一段較相近的核心順序（coresequence）：

GTGGGAAATTT２．作用：其作用是使轉(zhuǎn)錄能力大大提高，可達幾百至上千倍。３．作用特點：增強子與啟動子有幾個明顯不同的特點：作用沒有方向性，不論位于基因上游、下游或基因內(nèi)部，不論是３’→５’或５’→３’方向排列，都可發(fā)揮正常作用。具有種屬和組織的特異性，但對外源啟動子能正常發(fā)揮作用。作用范圍較廣，有幾個Ｋｂ范圍內(nèi)有效。順式作用。

三、起錄點核、糖體結(jié)合順序與起譯點１．起錄點：原核生物的起錄點常是ＣＡＴ，但在真核生物中變化較大，并不統(tǒng)一。但是剛開始轉(zhuǎn)錄的第一個Ｎｔ也經(jīng)常是Ａ，少數(shù)是Ｇ。由于真核生物的起錄點是轉(zhuǎn)錄后ｍＲＮＡ加工時的加帽位點，所以這一位點又稱為Cappingsite簡稱Ｃａｐ。２．核糖體結(jié)合的順序：真核生物的核糖體結(jié)合順序與原核生物的SD順序（AGGAGG）明顯不同。在真核生物中核糖體結(jié)合順序是一段富含嘧啶的TCCTTCC，這一順序是ｍＲＮＡ與核糖體中１８ＳｒＲＮＡ結(jié)合的位置。

真核生物核糖體的結(jié)合過程還與mRNA的帽結(jié)構(gòu)有關(guān)。在帽結(jié)合蛋白的介導(dǎo)下，核糖體40S亞基與mRNA5’端結(jié)合并沿3‘端移動到AUG的位點后，60S亞基結(jié)合上去，開始蛋白質(zhì)的翻譯。３．起譯點：真核生物的起譯點與原核生物相同，也是ＡＴＧ，極少數(shù)是ＧＴＧ，但不論ＡＴＧ或ＧＴＧ，結(jié)合的都是Ｍｅｔ。四、真核生物的終止子

真核生物終止子研究得不多，還不很清楚，但已在組蛋白基因、SV40基因中發(fā)現(xiàn)類似于原核生物的終止子。

AACGGCCTTTTCAGGCCACCATTTCTACGCTAGCGGCAACGACCAOHCTGA五、總結(jié)EnhancerTATAAATAAATerCAATCapEx.In.Ex.AUGUGA遠(yuǎn)上游區(qū)

近上游區(qū)

轉(zhuǎn)錄區(qū)

編碼區(qū)

編碼區(qū)

第三節(jié)

基因活性的調(diào)控一、操縱子(operon)

操縱子大體上可以分為負(fù)控制誘導(dǎo)體系，負(fù)控制阻遏體系，正控制誘導(dǎo)體系和正控制阻遏體系四大類型。1.負(fù)控制誘導(dǎo)體系——乳糖操縱子

負(fù)控制：指酶的合成受阻遏物的影響，在阻遏物存在下酶不合成，而當(dāng)阻遏物不存在或失活時，酶可合成。

乳糖操縱子調(diào)控的分子機制lacIlacPlacOlacZlacYlacA1100bp90bp35bp3062bp800bp800bpGTGAGTTAGCTCAC（CRP位點，-87~-49）-35-10

TGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACA-8-5+1+21+27CRPRNApol阻遏蛋白（四聚體）-48–35-10-49-87-8-5+1+5+21+27TGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACA基因核苷酸對氨基酸/分子量（KD）功能單位/分子量（KD）I1100360/38四聚體/152Z30621201/125四聚體/500Y800275/30單體A800275/30二聚體/602.負(fù)控制阻遏體系：負(fù)控制阻遏體系是指代謝產(chǎn)物與阻遏物結(jié)合，導(dǎo)致阻遏物的激活并與操縱基因結(jié)合，使基因關(guān)閉，酶不能合成。這種類型的操縱子常見于與合成代謝有關(guān)的操縱子。研究得較多的是大腸桿菌的trp操縱子

3.正控制體系

指基因的轉(zhuǎn)錄受激活物的影響，在激活物的存在下，基因才可轉(zhuǎn)錄。

如上述的乳糖操縱子的CRP位點，40年代發(fā)現(xiàn)了葡萄糖效應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)crp基因編碼的產(chǎn)物CRP與cAMP結(jié)合或形成cAMP-CRP復(fù)合物，該復(fù)合物與乳糖操縱子的CRP結(jié)合位點結(jié)合或會促使乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)存在葡萄糖時，葡萄糖的代謝中間產(chǎn)物會抑制cAMP環(huán)化酶的活性，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)cAMP水平下降，操縱子轉(zhuǎn)錄水平下降。

CRP作用機理：目前有兩個學(xué)說變構(gòu)學(xué)說：認(rèn)為cAMP-CRP與CRP位點結(jié)合后導(dǎo)致DNA構(gòu)型的局部改變，促使RNApol與啟動子的結(jié)合。雙啟動子學(xué)說：認(rèn)為乳糖操縱子有兩個啟動子P1和P2，P1與RNApol結(jié)合能力低但轉(zhuǎn)錄效率高；P2與RNApol結(jié)合能力高但轉(zhuǎn)錄效力低。在無cAMP-CRP時RNApol優(yōu)先與P2結(jié)合但轉(zhuǎn)錄效率很低，有

cAMP-CRP時，cAMP-CRP與CRP結(jié)合位點結(jié)合從而覆蓋了P2，此時RNApol與P1結(jié)合，轉(zhuǎn)錄效率高?？偨Y(jié)：四類操縱子調(diào)控模型二、弱化子（attenuator,也稱衰減子）：

原核生物有些與氨基酸合成有關(guān)的操縱子，如trp、his、ile等操縱子，含有兩個終止子。一個位于操縱子的末端，為正常的終止子，另一個位于操縱子的上游前導(dǎo)區(qū)，有調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的功能，稱為弱化子。

弱化子在結(jié)構(gòu)上是一個反向重復(fù)序列，可以形成發(fā)夾式結(jié)構(gòu)。如trp操縱子的反向重復(fù)序列有四個區(qū)域（54~68，74~92，108~121，126~134）可以互補配對，可形成1、2和3、4的配對或2、3的配對。調(diào)控機理：由于原核生物的轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)，并且在上游+54~+59處有兩個Trp密碼子（UGG），翻譯到此處時：

如果細(xì)胞內(nèi)有較多的Trp，核糖體可以很快地通過此處而占據(jù)1區(qū)和2區(qū)，從而導(dǎo)致3區(qū)和4區(qū)配對，形成終止子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄被終止。如果細(xì)胞內(nèi)Trp含量少，核糖體到達此處時將陷入停頓，此時核糖體只占據(jù)1區(qū)，導(dǎo)致2區(qū)與3區(qū)的配對，4區(qū)處于游離狀態(tài)，轉(zhuǎn)錄可以繼續(xù)下去。這是一種通過翻譯過程來調(diào)控轉(zhuǎn)錄的現(xiàn)象。

三、調(diào)節(jié)子與真核生物的協(xié)同調(diào)控原核生物的調(diào)節(jié)子：指一個調(diào)節(jié)基因所發(fā)出的信息同時控制幾個操縱子的表達，我們將這些操縱子稱為一個調(diào)節(jié)子。例如：

大腸桿菌與Arg合成有關(guān)的基因共有8個，分處5個操縱子，這5個操縱子都受1個調(diào)節(jié)基因的調(diào)控。

RAGDBCEHF真核生物的協(xié)同調(diào)控

1969年，Britten&Davidson在原核生物協(xié)同的啟發(fā)下，提出了真核生物協(xié)同調(diào)控的模型，稱Britten-Davidson模型。外界刺激因子80年代以后才陸續(xù)有一些證據(jù)支持這一假設(shè)：酵母與His合成有關(guān)的基因有四個，這四個基因5’端都有一段TGACTC的共有序列（consensussequence)。野生型酵母在氨基酸饑餓的情況下，這四個基因都能轉(zhuǎn)錄，但如果缺失共有序列的基因則不能轉(zhuǎn)錄。果蠅的熱誘導(dǎo)蛋白（heatshockproteinHSP）是一組熱誘導(dǎo)下表達的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)的5’端上游都有一段共有順序CTNGAATNTTCTAGA。缺失這一順序，在熱誘導(dǎo)下基因不再表達。將這一序列接在tk基因（胸苷激酶基因）的5’端，可使tk基因變?yōu)闊嵴T導(dǎo)的。同源異型盒（hemeobox）同源異型盒的發(fā)現(xiàn)或許可以認(rèn)為是真核生物基因的協(xié)同調(diào)控的證據(jù)之一。并獲1995年諾貝爾獎。

在研究果蠅的胚胎發(fā)育時發(fā)現(xiàn)控制果蠅胚胎發(fā)育過程中有許多主基因（mastergene，指可以調(diào)節(jié)控制許多其它相關(guān)基因的活性的基因）。這些主基因都含有一段高度保守的，長約180bp的順序，這一順序稱為同源異型盒（hemeobox）。具有同源異型盒的基因稱同源異型基因。

同源異型盒180bp的序列編碼一段富含堿性氨基酸的肽段，一旦這些主基因發(fā)生突變將產(chǎn)生非常嚴(yán)重的外觀畸型，所以估計，這些主基因編碼的蛋白質(zhì)都有一段富含堿性氨基酸的肽段，而富含堿性氨基酸肽段的蛋白質(zhì)是一個ＤＮＡ結(jié)合蛋白，可以調(diào)節(jié)許多其它基因的活性。按照這個假說，可以認(rèn)為含有同源異型盒的基因（稱同源異型基因，是主基因的一種），類似于操縱子中的調(diào)節(jié)基因。

果蠅控制胚胎體節(jié)發(fā)育的基因至少有8個，分處兩個基因復(fù)合體，分別稱頭角足復(fù)合體（5個基因）和雙胸復(fù)合體（3個基因）。這些基因的突變將帶來嚴(yán)重的后果。

同源異型盒基因除了在果蠅中發(fā)現(xiàn)外，在人、老鼠、蛙類中均有發(fā)現(xiàn)，并具有和高的同源性。老鼠MO-10，蛙MM3及三個果蠅同源異型盒的同源性比較四、ＤＮＡ甲基化作用在大多數(shù)真核生物中，胞嘧啶約有２－７％是甲基化的，這些甲基化的胞嘧啶往往出現(xiàn)在ＣＧ順序中（m5C）。由于這二個Ｎｔ是自身互補的，并且細(xì)胞內(nèi)含有維持甲基化的酶，所以在ＤＮＡ的兩條鏈上總是同時出現(xiàn)甲基化現(xiàn)象。ＤＮＡ甲基化作用是到目前為止在真核生物的調(diào)節(jié)中唯一可以遺傳的。經(jīng)半保留復(fù)制后，子鏈中的一條鏈?zhǔn)羌谆鹊?，另一條新鏈隨即可在甲基化酶的作用下進行甲基比。所以推測甲基化作用可能在胚胎發(fā)育中起調(diào)節(jié)作用，它可以使某一細(xì)胞產(chǎn)生的子代表達哪些基因，從而決定某種發(fā)育命運。

DNA甲基化可在細(xì)胞間遺傳，因此有人提出了“后生遺傳”的概念。

ＤＮＡ甲基化與基因活性調(diào)節(jié)的關(guān)系目前還不很清楚。已知在染色質(zhì)發(fā)生變化而對DNaseI敏感的部位（一般是活性轉(zhuǎn)錄的位點）往往伴隨著去甲基化作用。體外實驗證據(jù)也表明，甲基化的基因轉(zhuǎn)錄活性低，而去甲基化的基因轉(zhuǎn)錄活性高。至于甲基化作用是如何控制基因轉(zhuǎn)錄活性的，目前還不清楚。

五、免疫球蛋白的基因重排（rearrangment）

在除淋巴細(xì)胞以外的體細(xì)胞和生殖細(xì)胞中，免疫球蛋白基因在基因組上是由多個基因片段編碼的。編碼可變區(qū)的基因（Ｖ基因）有許多個，編碼恒定區(qū)的基因（Ｃ基因）也有幾個，這兩類基因是“獨立”的，但都不能以獨立的單獨進行表達。它們必須在淋巴細(xì)胞的發(fā)育過程中，使Ｖ基因和Ｃ基因連接在一起，才能組成一個完全的有功能的基因，才可進行表達。在淋巴細(xì)胞中這種Ｖ－J的連接過程就稱為基因重排，或者稱為體細(xì)胞重組（somaticrecombination）基因重排的分子機理：

免疫球蛋白基因的重排是通過反向重復(fù)序列形成徑環(huán)結(jié)構(gòu)，而后由專一的酶系進行切割和連接。免疫球蛋白類群的轉(zhuǎn)換：

根據(jù)鏈恒定區(qū)的不同，可以將免疫球蛋白分為五類，即IgM，IgG，IgE，IgD和IgA，其對應(yīng)的重鏈分別稱為μ，ｒ，ε，δ和α鏈。

在免疫應(yīng)答過程中，免疫球蛋白的分泌常進行類群的變換，最早分泌的免疫球蛋白是IgM，而后是IgG（即μ-ｒ變換）。這種變換必然是以免疫球蛋白Ｃ基因的變換為基礎(chǔ)的，我們將免疫球蛋白Ｃ基因的這種變換作用稱為類群的轉(zhuǎn)換（classswitching，也稱轉(zhuǎn)轍）作用

重鏈轉(zhuǎn)換的機理與V-J或V-D-J拼接的機理不同，他不是通過反向重復(fù)序列產(chǎn)生徑-環(huán)結(jié)構(gòu)完成的，而是通過轉(zhuǎn)換區(qū)S為中介進行的。S區(qū)為一些較短片段的重復(fù)，拼接時由兩C基因間的S區(qū)進行重組，去除中間的區(qū)域。第四節(jié)

ＲＮＡ的加工與調(diào)控真核生物的細(xì)胞內(nèi)成熟的ＲＮＡ往往與原先轉(zhuǎn)錄出來的ＲＮＡ的大小不同，原先轉(zhuǎn)錄出來的ＲＮＡ總是比較大，稱為前體，從前體轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓模遥危恋倪^程稱為加工（processing）。

對原核生物而言，目前僅發(fā)現(xiàn)ｔＲＮＡ和ｒＲＮＡ有加工過程。

本節(jié)主要介紹真核生物的ｍＲＮＡ加工工程及其與基因表達有關(guān)的調(diào)控過程。

RNA加工包括三個步驟：一、５’端加帽

５’端的所謂帽結(jié)構(gòu)是一個7-甲基鳥嘌呤（m7GpppNm）。m7Ｇ與下一個核苷酸（即原初轉(zhuǎn)錄物的第一個核苷酸，常是Ａ或G）的連接為５’－５’連接，這種結(jié)構(gòu)稱為相對核苷酸結(jié)構(gòu)（confrontednucleotidestructure）。過程：

pppGpNp---

ppGpNp----

ppGpNp----+GTPGpppGpNp----GpppGpNp---+SAMm7GpppGpNp--核苷酸磷酸水解酶mRNA鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶mRNA嘌呤7-甲基轉(zhuǎn)移酶m7GpppGpNp--+SAMm7GpppGmpNp--2’O-甲基轉(zhuǎn)移酶帽結(jié)構(gòu)的功能：促進ｍＲＮＡ與核糖體結(jié)合。帽結(jié)構(gòu)為核糖體與mRNA的結(jié)合提供信號，能夠促使核糖體與RNA的結(jié)合，但不是決定性的。增加ｍＲＮＡ的穩(wěn)定性。

避免5’核酸外切酶的水解。二、3’端加尾ＲＮＡ裂解信號：在大多數(shù)真核生物的基因的３’端有一段ＡＡＴＡＡＡ順序，多聚腺苷酸化就發(fā)生在這段順序下游的14~20bp處，這一順序就稱為ＲＮＡ裂解信號。其作用就是指導(dǎo)核酸內(nèi)切酶在下游14~20bp處將ＲＮＡ裂解，并在polyＡ多聚酶作用下加上50~200個腺苷酸組成的ｐｏｌｙＡ。功能：ｐｏｌｙＡ的功能還不很清楚，

估計與下列幾個方面有關(guān)：（１）與ｍＲＮＡ運入細(xì)胞質(zhì)有關(guān)；（２）延長ｍＲＮＡ的壽命；（３）可控制翻譯效率

三、hnＲＮＡ的剪接（splicing）真核生物基因中的內(nèi)含子和外顯子都可能轉(zhuǎn)錄在ｍＲＮＡ上，在ｍＲＮＡ成熟過程中必須切除內(nèi)含子，使幾個外顯子拼接起來，這一過程稱為ｍＲＮＡ的剪接（或稱拼接）。剪接的識別信號內(nèi)含子的切除必須是準(zhǔn)確的，否則將會打亂mRNA上的閱讀框從而帶來相當(dāng)嚴(yán)重的后果。要保證切除的準(zhǔn)確性，可能與許多因素有關(guān)，就目前所知其最關(guān)鍵的因素是內(nèi)含子——外顯子的邊界順序，即內(nèi)含子與外顯子的接頭（exon-intronjunction）。

接頭順序：考察了包括人、小鼠、兔、爪蟾、酵母等不同生物來源的基因的90個供體（指內(nèi)含子5’斷區(qū)域）和85個受體（內(nèi)含子3’端區(qū)域），發(fā)現(xiàn)這兩個區(qū)域都沒有廣泛的同源性，但有一個非常保守、很短的接頭順序，即在內(nèi)含子的５’端為ＧＴ，３’端為ＡＧ，這四個堿基是高度保守的，稱為GT-AG法則或Chambon法則（Chambonrule）。

A3238599G20111268C2537134T2341290050619149003012779004811109069356A46203850G75191085C3127256300T4347211800

11242719152693219供體

受體ＧＴ－ＡＧ雖然很短，但對于剪接則是必須的，一旦發(fā)生突變往往會帶來相當(dāng)嚴(yán)重的后果。不論是ＧＴ或ＡＧ突變，其結(jié)果是在ＧＴ或ＡＧ附近有相同順序的位點進行剪接（即所謂的潛在位點的活化），合成無效的蛋白質(zhì)。接頭順序以外的因素：雖然發(fā)現(xiàn)了ＧＴ－ＡＧ法則，但是在基因內(nèi)肯定會有不少并不起剪接作用的ＧＴ或ＡＧ（即所謂的潛在位點）的存在，如何保證在正確的ＧＴ－ＡＧ位點上進行剪接肯定還有其它因素的影響，只是目前還了解得不多。只在內(nèi)含子3’端上游20~50bp處有一保守序列：PyNPyTPuAPy

（Py嘧啶，Pu嘌呤）剪接機理

雖然發(fā)現(xiàn)了ＧＴ－ＡＧ法則及邊界以外與剪接有關(guān)的順序，但還不能說明剪接的機理。目前有一些證據(jù)說明核內(nèi)一些小分子ＲＮＡ(共有六種）可能與內(nèi)含子的剪接有關(guān)，這些核內(nèi)小分子ＲＮＡ（smallnuclearRNA，sｎＲＮＡ）由100~400個bp組成，相當(dāng)于6~8s，每個細(xì)胞內(nèi)含104~106個分子，因為這些小分子ＲＮＡ富含尿嘧啶（ｕ）故而以U1,U2……等表示。其中以U1最為重要。snRNA的堿基排列非常保守，例如人和小鼠的U1只有２個bp的差異。

現(xiàn)在知道它是通過U1RNA形成一個套索結(jié)構(gòu)，然后在多個蛋白質(zhì)（酶）的參與下完成剪接。四、其他類型內(nèi)含子的剪接

內(nèi)含子至少可以分為三種類型：自我剪接：RNA剪接還有另外一種特殊的現(xiàn)象，就是所謂的自身剪接（self-splicing）。1982年Cech等人發(fā)現(xiàn)四膜蟲rRNA的一個413bp的內(nèi)含子可以在沒有任何蛋白質(zhì)存在下被正確切除，所以不得不承認(rèn)ｒＲＮＡ有自身催化剪接的活性，也將這種有催化活性的ＲＮＡ稱為核糖核酸擬酶（ribozyme）。

根據(jù)內(nèi)含子的結(jié)構(gòu)差異及剪接機理的不同，自身剪接的內(nèi)含子分為I型和II型兩種。I型內(nèi)含子的自身剪接模型II型內(nèi)含子的自身剪接模型1982年Cech等人報道了RNA自身剪接反應(yīng)之后，許多學(xué)者對ＲＮＡ催化活性進行了許多研究，并取得了驚人的進展，1983年，Altman和Pace兩個小組證明了細(xì)菌核糖核酸酶RNaseＰ中的ＲＮＡ部分具有催化活性。1986年Cech進一步證明四膜蟲rRNA不僅可催化自我剪接，而且具有核苷酸轉(zhuǎn)移酶，磷酸二酯酶（核糖核酸酶），RNA限制性內(nèi)切酶，磷酸轉(zhuǎn)移酶和磷酸酯酶等多種活性。1987年Uhlenbeck實驗室人工合成了具有催化活性的１９

Ｎｔ組成的寡核糖核苷酸。1989年，Szostak和Cech報道ＲＮＡ催化劑能催化ＲＮＡ自我復(fù)制，這些證據(jù)足以證明ＲＮＡ是一種真正的生物催化劑，正日益受到人們的矚目。

五、差別加工和基因調(diào)控：

大鼠甲狀腺中合成的降鈣素和腦下垂體合成的神經(jīng)肽是來自于同一個初級轉(zhuǎn)錄物，在這個初級轉(zhuǎn)錄物中有兩個polyＡ加尾信號，在甲狀腺是用第一個polyＡ加尾信號合成降鈣酸，而在腦下垂體中利用第二個polyＡ加尾信號合成神經(jīng)肽，所以它們有共同的Ｎ末端順序。

腺病毒的晚期蛋白是一個復(fù)合轉(zhuǎn)錄單位，含有５個polyＡ位點和許多外顯子，它的初級轉(zhuǎn)錄物可以被剪接成12種不同的mRNA。每種mRNA由四個外顯子組成，前三個外顯子在所有的mRNA中都是一樣的，而后一個外顯子則各不相同。

這種可以加工成不同的ｍＲＮＡ的初級轉(zhuǎn)錄物稱為復(fù)合轉(zhuǎn)錄單位。

小鼠可以在肝臟和唾腺中合成淀粉酶，兩者是有同一個基因編碼，但具有不同的前導(dǎo)序列。exonLintronexonSintronexon2intronexon350bp2800bp161bp4500bp205bp327bpL23S23

肝臟

唾腺五、RNA編輯（RNAedition）1986年Benne等在布氏錐蟲及簇生短膜蟲中發(fā)現(xiàn)，它們的線粒體的coxII（細(xì)胞色素C氧化酶亞基II）基因的mRNA含有4個非基因組編碼的U殘基，正是因為它們的插入而抑制了原來基因的移碼突變，形成完整的開放閱讀框，產(chǎn)生了有活性的coxII。

以后在一些植物的線粒體mRNA、哺乳動物某些核基因mRNA、某些病毒的mRNA也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。甚至有些基因還進行了相當(dāng)大范圍的改動，達序列的50%，甚至60%（如線粒體的coxIII）。由于原基因與mRNA在序列上有非常大的差異，因此有人將原基因稱為模糊基因（隱秘基因，cryptogene）模糊基因的類型：I型：內(nèi)部編輯的模糊基因II型：5’端編輯的模糊基因III型：泛編輯的模糊基因RNA編輯的類型：包括核苷酸的插入、取代及刪除等。RNA編輯的可能機理：RNA編輯與細(xì)胞內(nèi)的一類小分子RNA（50~70bp）有關(guān)，它們的作用是為插入或刪除U提供模板，因此稱為指導(dǎo)RNA（guideRNA，gRNA）。gRNA的5’端可以與被編輯的RNA互補配對，從而確定被編輯的區(qū)域，稱為錨區(qū)。不能與錨區(qū)配對的mRNA的第一個核苷酸成為被編輯的對象。gRNA的3’端有5~25個寡聚U，是提供（添加）U或接受（刪除）U的區(qū)域，即活性區(qū)域。RNA編輯的生物學(xué)意義：RNA編輯的普遍性：從病毒到哺乳動物，從線粒體基因到核基因都存在。RNA編輯的多樣性：從內(nèi)部編輯到泛編輯；從起始密碼、終止密碼到移碼序列的消除或建立，使一個意義模糊的基因（模糊基因）變成一個有意義的mRNA。RNA編輯的特異性：編輯具有種的特意性及組織的特異性，是一種遺傳的特征，是遺傳信息加工的一種重要形式。RNA編輯的存在問題：RNA編輯的遺傳信息是如何編碼的？是一種古老的遺傳信息的加工方式？是對中心法則的一個挑戰(zhàn)？第五節(jié)

翻譯水平上的調(diào)控一、稀有密碼子與翻譯調(diào)控

稀有密碼子：指在一般情況下利用率很低的密碼子。

E.coli的dnaG（編碼岡崎片段前ＲＮＡ引物的聚合酶），rpoD（編碼RNApolymerase的σ亞基）和rpsU（編碼核糖體上的一種小分子蛋白質(zhì)S２１）同屬一個操縱子(rpsU-dnaG-rpo