基因表達(dá)調(diào)控

基因表達(dá)調(diào)控第1頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)

基因的結(jié)構(gòu)與功能第2頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四1．基因的分子基礎(chǔ)現(xiàn)代分子生物學(xué)研究已經(jīng)證實(shí)DNA是遺傳信息的主要載體，基因的化學(xué)本質(zhì)就是一段DNA分子片段。Watson和Crick提出的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型為遺傳信息傳遞提供了物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。根據(jù)這個(gè)模型，DNA分子是由2條互補(bǔ)的多核苷酸鏈相互纏繞而成，2條鏈之間通過堿基配對結(jié)合在一起。第3頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四第4頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四基因作為一個(gè)遺傳功能單位，它所對應(yīng)的一段核苷酸序列被稱為順反子（cistron）。顯然，一個(gè)順反子編碼一種完整多肽鏈。因此，順反子是一個(gè)功能單位?；蚝晚樂醋舆@兩個(gè)術(shù)語常被等同使用，但仔細(xì)分析，兩者是有區(qū)別的：在原核細(xì)胞和低等真核細(xì)胞中，基因和順反子是等價(jià)的；而在高等真核細(xì)胞中，由于基因中內(nèi)含子的存在，此時(shí)順反子等價(jià)于真核基因的外顯子。第5頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四2．基因的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上，基因由多個(gè)不同的區(qū)域組成。無論是原核基因還是真核基因，都可劃分為編碼區(qū)和非編碼區(qū)兩個(gè)基本組成部分。編碼區(qū)是可以被轉(zhuǎn)錄的區(qū)域，由連續(xù)的密碼子組成，其中包括起始密碼（通常是AUG）和終止密碼（UAA、UAG和UGA）。編碼區(qū)中包含5’端的非翻譯區(qū)（5’UTR）和3’端的非翻譯區(qū)（3’UTR）第6頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四第7頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四第8頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四啟動(dòng)子（promoter）：是位于基因5’端上游緊靠轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)的一段非編碼序列，其功能是引導(dǎo)RNA聚合酶與基因相應(yīng)部位的正確結(jié)合，啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄。一般來說，原核基因的啟動(dòng)子比較簡單，只有數(shù)十個(gè)堿基組成，而真核基因的啟動(dòng)子較大，可能涉及數(shù)千個(gè)堿基。終止子（terminator）：基因3’端下游外側(cè)與終止密碼子相鄰的一段非編碼的核苷酸短序列，具有終止轉(zhuǎn)錄的功能。即一旦RNA聚合酶完全通過了基因的轉(zhuǎn)錄單位后，聚合酶就不能繼續(xù)向前移動(dòng)，使轉(zhuǎn)錄活動(dòng)終止。第9頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四3．原核生物基因結(jié)構(gòu)與調(diào)控模式——操縱子(operon)

機(jī)制編碼序列

啟動(dòng)序列

操縱序列

其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)第10頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四由P序列、O序列和CAP結(jié)合位點(diǎn)共同構(gòu)成lac操縱子的調(diào)控區(qū)，他們相互協(xié)調(diào)，共同控制著信息區(qū)中三個(gè)酶的編碼基因的表達(dá)第11頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四3．真核生物基因結(jié)構(gòu)與調(diào)控模式1)順式作用元件(cis-actingelement)——可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列BADNA編碼序列轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)不同真核生物的順式作用元件中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些共有序列，如TATA盒、CAAT盒等，這些共有序列是RNA聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。

第12頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四2)

真核基因的調(diào)節(jié)蛋白還有蛋白質(zhì)因子可特異識(shí)別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá)，稱順式作用。由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通過與另一基因的特異的順式作用元件相互作用，調(diào)節(jié)其表達(dá)。反式作用因子(trans-actingfactor)

這種調(diào)節(jié)作用稱為反式作用。第13頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四cDNAaDNA反式調(diào)節(jié)C順式調(diào)節(jié)mRNAC蛋白質(zhì)CBAmRNA蛋白質(zhì)AA第14頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四啟動(dòng)子啟動(dòng)子是RNA聚合酶特異性識(shí)別和結(jié)合的DNA序列。啟動(dòng)子有方向性，位于結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游，本身并不被轉(zhuǎn)錄。TATA盒（TATAbox）是主要的真核生物的啟動(dòng)子元件，它位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-25bp處，幾乎所有已發(fā)現(xiàn)的真核生物基因的啟動(dòng)子都有此序列。TATA盒與一種稱為TATA因子的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合后即成為完整的啟動(dòng)子，精確地決定RNA合成的起始位點(diǎn)第15頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四上游啟動(dòng)子元件上游啟動(dòng)子元件（upstreampromoterelements）是TATA盒上游的一些特定的DNA序列。反式作用因子可與這些元件結(jié)合，通過調(diào)節(jié)TATA因子與TATA盒的結(jié)合、RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合及轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成（轉(zhuǎn)錄起始因子與RNA聚合酶結(jié)合）來調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄效率。包括CAAT盒、CACA盒及GC盒等。第16頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四反應(yīng)元件（responseelements）是一類能介導(dǎo)基因?qū)?xì)胞外的某種信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)的DNA序列。反應(yīng)元件都具有較短的保守序列。這些元件通常位于啟動(dòng)子附近和增強(qiáng)子內(nèi)，如熱休克反應(yīng)元件（heatshockresponseelement，HSE）糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件（glucocorticoidresponseelement，GRE）。第17頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四增強(qiáng)子（enhancer）增強(qiáng)子是一段DNA序列，其中含有多個(gè)能被反式作用因子識(shí)別與結(jié)合的順式作用元件。反應(yīng)作用因子與這些元件結(jié)合后能夠調(diào)控（通常為增強(qiáng)）鄰近基因的轉(zhuǎn)錄。增強(qiáng)子一般位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-100～-300bp處，但在基因之外或某些內(nèi)含子也有增強(qiáng)子序列。第18頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)位基因，也稱轉(zhuǎn)位因子（transposableelements），是指可以從染色體基因組上的一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置，甚至在不同的染色體之間躍遷的基因成分，因此有些文獻(xiàn)形象地稱之為跳躍基因（jumpinggenes）。轉(zhuǎn)位基因最早由美國冷泉港實(shí)驗(yàn)室的女科學(xué)家B.McClintock，于上世紀(jì)40年代晚期在玉米中首次發(fā)現(xiàn)。4．特殊結(jié)構(gòu)與功能的基因第19頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四原核生物的轉(zhuǎn)位因子分三種不同的類型：插入序列：分子量小于2000bp

轉(zhuǎn)座子：大于2000bp

可轉(zhuǎn)座的噬菌體：如，噬菌體Mu和D108。第20頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四假基因（pseudogene）：因堿基順序發(fā)生某些突變而失去功能，不能表達(dá)或表達(dá)異常，生成無生物活性多肽的基因。假基因4個(gè)顯著特點(diǎn)：①?zèng)]有內(nèi)含子；②具有與mRNA的poly(A)尾的相應(yīng)結(jié)構(gòu)；③兩側(cè)有順向重復(fù)序列；④隨機(jī)出現(xiàn)在非正常的位置。第21頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四重疊基因（overlappinggenes），或嵌套基因（nestedgenes）：基因的核苷酸序列是彼此重疊。第22頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四基因家族（genefamily）就是指核苷酸序列或編碼產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)具有一定程度同源性的一組基因。（1）核酸序列相同即多拷貝基因。如rRNA基因，tRNA基因等。（2）核酸序列高度同源如人類生長激素基因家族：人生長激素(hGH)、人胎盤促乳素(hCS)和催乳素(prolactin)。第23頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四（3）編碼產(chǎn)物具有同源功能區(qū)：如src癌基因家族，基因產(chǎn)物都含有250個(gè)氨基酸順序的同源蛋白激酶結(jié)構(gòu)域。（4）編碼產(chǎn)物具有小段保守基序：如DEAD盒基因家族的產(chǎn)物都具有解旋酶的功能，其結(jié)構(gòu)特征是8個(gè)氨基酸序列，內(nèi)含DEAD序列：Asp-Glu-Ala-Asp。第24頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四基因超家族（genesuperfamily）是指一組由多基因家族及單基因組成的更大的基因家族。它們可能起源于相同的祖先基因，但是它們的功能并不一定相同(區(qū)別于多基因家族）。第25頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)基因組的結(jié)構(gòu)與功能一、病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)二、原核生物基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)三、真核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特點(diǎn)四、線粒體基因組五、人類基因組*基因組(genome)一個(gè)細(xì)胞或病毒所攜帶的全部遺傳信息或整套基因。第26頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四一、病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)1．不同病毒基因組大小相差較大乙肝病毒（HBV）DNA為3.2

kb痘病毒基因組DNA長達(dá)300kb第27頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四2．不同病毒的基因組可以是不同結(jié)構(gòu)的核酸腺病毒基因組為線性雙鏈DNA第28頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四3．病毒基因組有連續(xù)的也有不連續(xù)的流感病毒由8條單鏈RNA分子構(gòu)成第29頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四4．病毒基因組的編碼序列大于90%

病毒基因組的大部分是用來編碼蛋白質(zhì)的，只有很小的一部分不編碼蛋白質(zhì)。第30頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四5．單倍體基因組除逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個(gè)拷貝外，至今發(fā)現(xiàn)的病毒基因組都是單倍體，每個(gè)基因在病毒顆粒中只出現(xiàn)一次。第31頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四6．基因有連續(xù)的和間斷的感染細(xì)菌的病毒（噬菌體）基因組與細(xì)菌基因組結(jié)構(gòu)特征相似，基因是連續(xù)的；而感染真核細(xì)胞的病毒基因組與真核生物基因組結(jié)構(gòu)特征相似，有的基因含有內(nèi)含子，基因是間斷的。第32頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四7．相關(guān)基因叢集如腺病毒晚期基因編碼表達(dá)的12種外殼蛋白，在晚期基因轉(zhuǎn)錄時(shí)是在1個(gè)啟動(dòng)子作用下生成多順反子mRNA，然后加工成各種mRNA，編碼病毒的各種外殼蛋白，它們在功能上都是相關(guān)的。第33頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四8．基因重疊有些病毒核酸分子很小，又需要裝入盡可能多的基因，因此在進(jìn)化過程中形成了重疊基因，即同一段核酸序列能夠編碼2種或2種以上蛋白質(zhì)。第34頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四9．病毒基因組含有不規(guī)則結(jié)構(gòu)基因主要類型有：①幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因的編碼區(qū)無間隔，而是連續(xù)的、不間斷的。②mRNA沒有5端的帽結(jié)構(gòu)。③結(jié)構(gòu)基因本身沒有翻譯起始序列第35頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四二、原核生物基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)1．具有操縱子結(jié)構(gòu)這是原核基因組的一個(gè)突出的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。所謂操縱子由信息區(qū)和調(diào)控區(qū)組成，前者包括數(shù)個(gè)編碼蛋白質(zhì)的序列，后者包括啟動(dòng)子、操縱基因，以及下游的轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)。2．編碼序列在基因組中約占50%

原核生物基因的編碼序列在基因組中約占50%，遠(yuǎn)大于真核基因組，但又小于病毒基因組；編碼順序不重疊，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物多為多順反子結(jié)構(gòu)。第36頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四3．多順反子結(jié)構(gòu)，無內(nèi)含子原核基因是多順反子結(jié)構(gòu)，同時(shí)基因內(nèi)無內(nèi)含子，是連續(xù)的，因此轉(zhuǎn)錄后不需要剪切。4．基因組中重復(fù)序列很少原核基因很少重復(fù)序列，其結(jié)構(gòu)基因多為單拷貝，只有編碼rRNA的基因往往是多拷貝的，這有利于核糖體的快速組裝。5．存在移動(dòng)基因原核基因組中存在著可移動(dòng)的DNA序列，包括插入序列和轉(zhuǎn)座子。第37頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四三、真核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特點(diǎn)

真核基因組結(jié)構(gòu)龐大哺乳類動(dòng)物基因組DNA

約3×109

堿基對編碼基因約有40000個(gè)，占總長的6%rDNA等重復(fù)基因約占5%~10%第38頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四1．多條染色體，兩份同源的基因組配子（精子和卵子）為單倍體，體細(xì)胞一般為雙倍體，即含兩份同源的基因組，而原核生物的基因組則是單拷貝的。2．基因組龐大、復(fù)雜真核基因組遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原核生物的基因組，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，基因數(shù)龐大，具有許多復(fù)制起點(diǎn)。3．單順反子結(jié)構(gòu)（monocistron）即一分子mRNA只能翻譯成一種蛋白質(zhì)。第39頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四4．非編碼順序占絕大部分，含有大量重復(fù)順序真核生物基因組內(nèi)非編碼的順序占90%以上。這是與細(xì)菌、病毒的重要區(qū)別，且在一定程度上也是生物進(jìn)化的標(biāo)尺。6．具有內(nèi)含子結(jié)構(gòu)，普遍存在選擇性剪接大多數(shù)真核生物的結(jié)構(gòu)基因具有內(nèi)含子結(jié)構(gòu)，是斷裂基因。7．有基因家族功能相關(guān)的基因可串聯(lián)在一起，構(gòu)成各種基因家族。第40頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四四、線粒體基因組一個(gè)細(xì)胞里有許多個(gè)線粒體，而且一個(gè)線粒體里也有幾份基因組拷貝，所以一個(gè)細(xì)胞里也就有許多個(gè)線粒體基因組。真核細(xì)胞內(nèi)存在兩個(gè)遺傳系統(tǒng)，一個(gè)在細(xì)胞核內(nèi)，一個(gè)在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，各自合成一些蛋白質(zhì)和基因產(chǎn)物，造成了細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)對遺傳的相互作用；但是，核基因在生物體的遺傳控制中仍起主宰作用。第41頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四五、人類基因組（一）人類基因組DNA的多態(tài)性

DNA序列存在著多態(tài)性(polymorphism)，這種多態(tài)性可以分為兩類，即DNA位點(diǎn)多態(tài)性和長度多態(tài)性。第42頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四（二）人類基因組的重復(fù)序列

1．反向重復(fù)序列是指兩個(gè)順序相同的拷貝在DNA鏈上呈反向排列。人類基因組約含5%的反向重復(fù)序列，散布于整個(gè)基因組中，常見于基因組調(diào)控區(qū)內(nèi)，可能與復(fù)制的調(diào)控有關(guān)。第43頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四2．串聯(lián)重復(fù)序列（tandemrepeats）其特點(diǎn)是具有一個(gè)固定的重復(fù)單位，該重復(fù)單位頭尾相連形成重復(fù)順序片段，約占整個(gè)人類基因組的10%。第44頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)基因的表達(dá)與調(diào)控

第45頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四一、基因表達(dá)的概念基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子的過程。*基因表達(dá)(geneexpression)基因表達(dá)是受調(diào)控的第46頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四二、基因表達(dá)的時(shí)間性及空間性（一）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，稱之為基因表達(dá)的時(shí)間特異性(temporalspecificity)。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階段特異性(stagespecificity)。第47頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四（二）空間特異性基因表達(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細(xì)胞或組織特異性(cellortissuespecificity)。在個(gè)體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的空間特異性(spatialspecificity)。第48頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四三、基因表達(dá)的方式按對刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為：（一）組成性表達(dá)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)，通常被稱為管家基因(housekeepinggene)。第49頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四無論表達(dá)水平高低，管家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。區(qū)別于其他基因，這類基因表達(dá)被視為組成性基因表達(dá)(constitutivegeneexpression)。第50頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四（二）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，這種基因稱為可誘導(dǎo)基因?？烧T導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過程，稱為誘導(dǎo)(induction)。

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?？勺瓒艋虮磉_(dá)產(chǎn)物水平降低的過程稱為阻遏(repression)。第51頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)(coordinateexpression)，這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinateregulation)。第52頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四四、基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義（一）適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖（二）維持個(gè)體發(fā)育與分化第53頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四五、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理（一）基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控基因激活轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄后加工mRNA降解蛋白質(zhì)降解等蛋白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾轉(zhuǎn)錄起始第54頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四（二）基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素基因表達(dá)的調(diào)節(jié)與基因的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，生物個(gè)體或細(xì)胞所處的內(nèi)、外環(huán)境，以及細(xì)胞內(nèi)所存在的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白有關(guān)。1.特異DNA序列和調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)第55頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四原核生物

蛋白質(zhì)因子——操縱子(operon)

機(jī)制特異DNA序列編碼序列

啟動(dòng)序列

操縱序列

其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)第56頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四是RNA聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。1)

啟動(dòng)序列RNA轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)-10區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAraBADTTGACATATAAT共有序列第57頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四共有序列(consensussequence)

決定啟動(dòng)序列的轉(zhuǎn)錄活性大小。某些特異因子（蛋白質(zhì)）決定RNA聚合酶對一個(gè)或一套啟動(dòng)序列的特異性識(shí)別和結(jié)合能力。第58頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四2操縱序列

——阻遏蛋白(repressor)的結(jié)合位點(diǎn)當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時(shí)，會(huì)阻礙RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移動(dòng)，阻礙轉(zhuǎn)錄。啟動(dòng)序列編碼序列操縱序列pol阻遏蛋白第59頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四3)

其他調(diào)節(jié)序列、調(diào)節(jié)蛋白例如：激活蛋白(activator)可結(jié)合啟動(dòng)序列鄰近的DNA序列，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶活性。有些基因在沒有激活蛋白存在時(shí)，RNA聚合酶很少或完全不能結(jié)合啟動(dòng)序列。第60頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四(1)螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（helix-turn-helix）這種結(jié)構(gòu)模式具有兩個(gè)較短的α螺旋片段，每個(gè)片段有7至9個(gè)氨基酸殘基，兩個(gè)螺旋片段之間有β轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)聯(lián)系。一個(gè)α螺旋被認(rèn)為是識(shí)別螺旋，含有較多能與DNA相互作用的氨基酸殘基，此螺旋進(jìn)入DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的大溝。2.DNA與蛋白質(zhì)之間的相互作用第61頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四(2)鋅指（zincfingers）鋅指結(jié)構(gòu)含有約30個(gè)氨基酸殘基，其中4個(gè)氨基酸殘基（兩個(gè)是半脫氨酸兩個(gè)是組氨酸，或4個(gè)都是半脫氨酸）以配位鍵與Zn2+相互作用，如圖2-6所示。鋅指能與DNA雙螺旋大溝結(jié)合。第62頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四2.DNA與蛋白質(zhì)之間的相互作用(1)亮氨酸拉鏈（leucinezippers）這種結(jié)構(gòu)是指在一段肽鏈中每隔7個(gè)氨基酸殘基就有一個(gè)亮氨酸殘基，這段肽鏈所形成的α-螺旋就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)由亮氨酸殘基組成的疏水面，而另一面則是由親水性氨基酸殘基所構(gòu)成的親水面。第63頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四(2)螺旋-環(huán)-螺旋（helix-loop-helix）第64頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四六、原核生物的基因表達(dá)調(diào)控

第65頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四——調(diào)節(jié)的主要環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)錄起始（一）原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(diǎn)1.σ因子決定RNA聚合酶識(shí)別特異性2.操縱子模型的普遍性3.阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性第66頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四（二）乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制1.乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)

調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列操縱序列

結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA第67頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時(shí)2.阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)阻遏基因第68頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)IDNAZYAOPpol啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶第69頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四++++轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)3.CAP的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP第70頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四4.協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)

※

當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；

※

如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對lac操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏(catabolicrepression)。

第71頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四mRNA低半乳糖時(shí)高半乳糖時(shí)

葡萄糖低cAMP濃度高

葡萄糖高cAMP濃度低RNA-polOOOO第72頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四TrpTrp高時(shí)Trp低時(shí)mRNAOPtrpR調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)基因RNA聚合酶RNA聚合酶?（三）其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機(jī)制1.轉(zhuǎn)錄衰減色氨酸操縱子第73頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四UUUU……UUUU……調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)基因trpROP前導(dǎo)序列衰減子區(qū)域UUUU……前導(dǎo)mRNA1234衰減子結(jié)構(gòu)

第10、11密碼子為trp密碼子終止密碼子14aa前導(dǎo)肽編碼區(qū):

包含序列1形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)弱：序列1/2>序列2/3>序列3/4

trp密碼子

UUUU……第74頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四UUUU……34UUUU3’34核糖體前導(dǎo)肽前導(dǎo)mRNA1.當(dāng)色氨酸濃度高時(shí)轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制125’trp密碼子衰減子結(jié)構(gòu)就是終止子可使轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)DNAUUUU3’RNA聚合酶終止第75頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四UUUU……342423UUUU……核糖體前導(dǎo)肽前導(dǎo)mRNA15’trp密碼子

結(jié)構(gòu)基因前導(dǎo)DNARNA聚合酶2.當(dāng)色氨酸濃度低時(shí)Trp合成酶系相關(guān)結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄序列3、4不能形成衰減子結(jié)構(gòu)第76頁，共87頁，2023年，2月20日，星期四2.基因重組沙門菌鞭毛素基因的調(diào)節(jié)H2鞭毛素