基因的調控詳解演示文稿

基因的調控詳解演示文稿目前一頁\總數一百一十三頁\編于十三點優(yōu)選基因的調控目前二頁\總數一百一十三頁\編于十三點第5章基因的調控

5.1基因調控的基本模型

5.2調控序列與調控蛋白

5.3基因的分子調控

5.4原核生物操縱子的特點

5.5σ因子級聯調控模型

5.6真核基因的分子調控——多因子調控

5.7真核基因的染色質調控

5.8轉錄后的基因調控

5.9真核基因的調控模型——Davidson-Britten模型

5.10真核基因的多位點協(xié)同調控目前三頁\總數一百一十三頁\編于十三點隨著人類及相關生物的基因組計劃的完成,人類將進入一個對數以萬計的基因進行結構功能的研究時代。人類基因組僅僅含2.5~3萬個基因，對真核基因的調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。人類的發(fā)育、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，今后的基因調控的研究，將以真核細胞的基因調控為主。目前四頁\總數一百一十三頁\編于十三點研究基因表達調控的重要意義1997-2003籍貫：蘇格蘭3組合目前五頁\總數一百一十三頁\編于十三點Life

cycleofhumanbeing目前六頁\總數一百一十三頁\編于十三點AlcoholmetabolismEthanol

乙醇ADHAcetaldehyde乙醛Acetate乙酸ALDHADH1B.1:CaucasianADH1B.2:ChineseADH1B.3:IndianALDH1(cytoplasm)ALDH2(Mitochondria)50%ofChinese,JapanesedonothaveALDH2activity目前七頁\總數一百一十三頁\編于十三點基因的表達是受到嚴格調控的

（一）時間特異性往往與細胞或個體的特定分化、發(fā)育階段相適應，又稱階段特異性。（二）空間特異性由細胞在各組織器官的分布差異所決定的，故又稱為細胞特異性或組織特異性。迎面桃花次第開目前八頁\總數一百一十三頁\編于十三點基因表達的方式

（一）組成性表達管家基因（housekeeping

genes)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。

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)育的任一階段都能在大多數細胞中持續(xù)表達。目前九頁\總數一百一十三頁\編于十三點（二）誘導和阻遏表達誘導表達在特定環(huán)境信號刺激下，基因表現為開放或增強，表達產物增加。阻遏表達在特定環(huán)境信號刺激下，基因被抑制，從而使表達產物減少。目前十頁\總數一百一十三頁\編于十三點（三）協(xié)調表達在一定機制控制下，功能相關的一組基因，協(xié)調一致，共同表達。目前十一頁\總數一百一十三頁\編于十三點12基因轉錄激活調節(jié)基本要素原核生物真核生物特異DNA序列操縱子啟動序列(共有序列)-35區(qū)TTGACA-10區(qū)TATAAT操縱序列其他調節(jié)序列順式作用元件(DNA)

影響自身基因表達的DNA序列

TATA盒/GC盒/CAAT盒調節(jié)蛋白質阻遏蛋白(負)激活蛋白(正)反式作用因子(轉錄因子/蛋白質)與順式作用元件作用調節(jié)DNA表達RNA聚合酶RNA聚合酶+原核啟動序列/真核啟動子RNA聚合酶活性：誘導劑/阻遏劑

DNA-蛋白質、蛋白質-蛋白質目前十二頁\總數一百一十三頁\編于十三點基因表達調控可在幾個不同水平上進行。在高度復雜的生物、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，特定的細胞已分化成高度特化的細胞，人類眼睛的細胞只能合成眼色特有的蛋白，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達。目前十三頁\總數一百一十三頁\編于十三點基因表達的調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的表達。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，它能抑制那些并非必須的酶的基因和激活那些在某一時間內明顯必須的酶的基因。達到這一目的的二個條件：1）必須具備關閉或打開每種特定基因的方法；2）對應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。目前十四頁\總數一百一十三頁\編于十三點目前十五頁\總數一百一十三頁\編于十三點Threelevelscontrol目前十六頁\總數一百一十三頁\編于十三點Generegulationverycomplexineukaryotescells!目前十七頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.1基因調控的基本模型5.1.1原核基因調控基本模型1961年，提出乳糖操縱子模型，1988探明，除了啟動子鄰近下游的操縱區(qū)外，還在-93位、+402位有兩個操縱區(qū)。1990年得到調節(jié)蛋白LacI的結晶，并清楚LacI以四聚體形式結合于21bp的操作區(qū)。如，異丙基硫代半乳糖苷（IPTG）與LacI結合，LacI的四聚體變構而脫離操作區(qū)。目前十八頁\總數一百一十三頁\編于十三點乳糖操縱子模型目前十九頁\總數一百一十三頁\編于十三點20——操縱子(operon)

機制編碼序列

啟動序列

操縱序列

其他調節(jié)序列(promoter)(operator)RNA轉錄起始-35區(qū)-10區(qū)TTGACATATAATN17N7A共有序列

阻遏蛋白激活蛋白原核生物的表達調控目前二十頁\總數一百一十三頁\編于十三點21經典：乳糖操縱子(lactoseoperon)乳糖操縱子的發(fā)現：細菌以葡萄糖為能量來源葡萄糖充分時：與葡萄糖代謝有關的酶基因---表達與其他糖代謝有關的酶基因---關閉葡萄糖耗盡時，乳糖存在（培養(yǎng)基）：與乳糖代謝有關的酶基因---表達與葡萄糖代謝有關的酶基因---關閉JacobandMonod目前二十一頁\總數一百一十三頁\編于十三點22細菌對乳糖的利用及其相關的酶:

乳糖

(在通透酶作用下進入細菌）

β半乳糖苷酶

（細菌中少量存在）別位乳糖

β半乳糖苷酶

（細菌中少量存在）

葡萄糖+半乳糖

β半乳糖苷酶（細菌中少量存在）轉乙?；?-功能未詳目前二十二頁\總數一百一十三頁\編于十三點23IPOZYa

控制位點

結構基因DNA阻遏蛋白啟動序列操縱序列β半乳糖苷酶通透酶乙?；D移酶乳糖操縱子（Lactoseoperon）結構RNA聚合酶結合位點調控基因目前二十三頁\總數一百一十三頁\編于十三點IOOσ誘導劑乳糖操縱子的負調控目前二十四頁\總數一百一十三頁\編于十三點操縱基因（Operator,簡稱O），起到基因開關的作用。啟動基因（Promoter，簡稱P），是RNA聚合酶結合的部位，能起動ZYA基因的表達，POZYA在DNA上幾個相鄰接的基因共同組成一個功能單位稱操縱子。調節(jié)基因（I基因），能編碼產生一種阻遏蛋白，該蛋白能識別和結合到操縱基因上，并能阻止RNA聚合酶啟動的轉錄，使乳糖操縱子處于關閉狀態(tài)，一般情況下，阻遏蛋白總是結合在操縱基因O區(qū)，使操縱子關閉。如何開啟操縱子表達？當環(huán)境中存在乳糖及其類似物時（稱為誘導物），它們能與阻遏物分子結合，改變阻遏蛋白的構型，使其不能再與操縱基因O區(qū)結合。這時，操縱基因便開啟，結合到啟動子上的RNA聚合酶能順利啟動ZYA基因的表達，合成相應的三種酶。目前二十五頁\總數一百一十三頁\編于十三點二、其他基因I基因：編碼阻遏蛋白，能阻斷ZYA基因的表達。O操縱基因：是DNA上與阻遏物結合的特異性位置。阻遏物一旦結合到O基因上，就能阻止由RNA聚合酶催化的轉錄起動。啟動基因操縱子：是幾個基因協(xié)同表達的遺傳功能單位。由啟動基因，操縱基因和轉錄成一條mRNA分子的幾個相鄰的基因組成的功能單位。目前二十六頁\總數一百一十三頁\編于十三點三、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；2.能識別乳糖或乳糖類似物，當阻遏物與乳糖或類似物結合時，阻遏物分子的構型將發(fā)生變化，從而使阻遏物失去了對操縱基因的親和作用。阻遏物將從DNA上脫落下來。對Lac系統(tǒng)的阻遏作用的解除稱為誘導，能使阻遏物失活并導致Lac基因表達的乳糖類似物稱為誘導物。目前二十七頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.1.2真核基因調控基本模型

在真核生物中，DNA被裝配成核小體結構的染色質。染色質是真核細胞基因調控的主要結構。

真核細胞的調控過程中啟用聯合調控機制，細胞中不同的特異的調控蛋白參與不同的調控機制，以啟動和關閉基因表達。根據協(xié)同性和協(xié)同作用的原則，一個生物可以通過啟用少數調控蛋白完成多種調控作用。

在一個基因的啟動/關閉的基本模型中，其上游是一段核心啟動子序列與基因相鄰。

核心啟動子：是結合RNA聚合酶Ⅱ及輔助因子，引導polⅡ從正確的起始位點開始轉錄部位。目前二十八頁\總數一百一十三頁\編于十三點

僅靠核心啟動子的上游是一段調節(jié)啟動子，上游或下游的遠處是增強子序列（圖5.2）。

激活因子與調節(jié)啟動子和增強子結合，并通過結合在核心啟動子上的結合因子與溶液中的基本轉錄機構的相互作用，使基本轉錄機構集結到核心啟動子上，而激活基因轉錄。目前二十九頁\總數一百一十三頁\編于十三點

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，調控細胞中某些特殊功能的基因。目前三十頁\總數一百一十三頁\編于十三點基本轉錄因子復合體目前三十一頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.2調控序列與調控蛋白

基因調控完全是一個DNA與蛋白質相互作用的過程。

一些特異的DNA序列作為相應的基因的開關，一些基因調控蛋白結合上去打開/關閉這些開關，稱為:

正調控（positiveregulation）

或負調控（negativeregulation）。相應的調控蛋白則稱為:

激活因子（activaors）

或抑制因子(repressors)。目前三十二頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.2.1DNA雙螺旋的表面可被調控蛋白識別基因表達總是在DNA雙螺旋的一條鏈上進行，想象中的調控蛋白要結合到調控序列上必須把DNA雙螺旋打開，然后再結合上去。現在知道并不需要如此。暴露在DNA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確信息；調控蛋白就是依靠它們的識別來與調控序列結合。但是，只有在大溝中才能反映出四個堿基對排列的完整信息。調控蛋白一般都結合于大溝中。（圖5.4）目前三十三頁\總數一百一十三頁\編于十三點目前三十四頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.2.2調控蛋白可以識別DNA的幾何構型DNA雙螺旋中，每兩個相鄰的核苷酸對準確地彎曲360，形成每十個核苷酸對一個螺旋的幾何構型。后來發(fā)現多數核苷酸段都有不規(guī)則之處，如核苷酸對的傾斜、螺旋彎曲度大于或小于36度使雙螺旋有輕度的彎曲，累積可使DNA出現明顯的彎曲。另一個有關的特點是某些序列有可以變形的傾向。這些都可被調控蛋白所識別。目前三十五頁\總數一百一十三頁\編于十三點

在識別過程中，蛋白與DNA緊密結合，DNA做出一定程度的變形。目前三十六頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.2.3調控蛋白含有識別DNA序列的結構型式調控蛋白對DNA的識別，歸根結底是對DNA序列的識別。主要是蛋白質對一定區(qū)域的DNA雙螺旋的特異表面的強烈互補。

調控蛋白都含有一種與DNA結合的結構基序（structuralmotif）。這些型式的每一種都是以α螺旋及β折疊與DNA大溝相結合。（圖5.6）目前三十七頁\總數一百一十三頁\編于十三點大溝含有DNA序列相互識別的足夠信息目前三十八頁\總數一百一十三頁\編于十三點最簡單、最常見的一種就是HTH（helix-turnhelixmotif）型式。HTH有兩個α螺旋構成期間有一小段氨基酸連接，兩個α螺旋間的相互作用使之保持一定角度。HTH肽鏈的羧基端為識別螺旋，與DNA大溝中的DNA結合；氨基端識別特異DNA序列方面起作用。目前三十九頁\總數一百一十三頁\編于十三點螺旋-轉角-螺旋(HTH)

最早發(fā)現于噬菌體的阻抑蛋白中。一個α螺旋位于DNA寬溝中，另一個位于穿過DNA的角中。目前四十頁\總數一百一十三頁\編于十三點目前四十一頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.3基因的分子調控基因的表達與抑制實際上是一個分子水平上的開//關機制，而板動這個開關的是細胞周圍環(huán)境中的各種信號。這種開關機制普遍存在于原核及真核細胞之中，只不過有簡單與復雜而己。5.3.1單因子調控---色氨酸操縱子

色氨酸操縱子（tryptophanoperon）,5個相鄰的trp基因。Trp作為一個輔阻遏物，其活化特異的抑制者與trp操縱基因結合阻止轉錄。色氨酸抑制者是一種HTH型調控蛋白，兩個色氨酸分子與其結合后才能與trp操縱子DNA大溝結合。目前四十二頁\總數一百一十三頁\編于十三點

色氨酸抑制著是色氨酸調控trp操縱子的唯一因子，而色氨酸則是開關這個因子的單一信號。目前四十三頁\總數一百一十三頁\編于十三點色氨酸阻抑蛋白（HTH）的兩種狀態(tài)目前四十四頁\總數一百一十三頁\編于十三點

奇怪的是轉錄往往不能徹底完成，大部分trpmRNA鏈的增長剛一開始，在第一個trp基因（geneE）開始轉錄前就停止了。這種奇怪現象是因為在trpE與啟動子-----操縱子區(qū)域之間存在著一個161bp的先導區(qū)，在先導區(qū)內部有一個衰減區(qū)（123~150bp）。RNA多聚酶往往不能通過這個衰減區(qū)只產生約140個核苷酸的片段，其中包含一部分衰減區(qū)的序列。只有當一個特異的調控因子作用于衰減器的時候，RNA多聚酶才能通過衰減區(qū)。

色氨酸的量即能直接影響trp阻抑蛋白，也能間接影響衰減區(qū)域。目前四十五頁\總數一百一十三頁\編于十三點目前四十六頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.3.2雙因子調控----乳糖操縱子乳糖操縱子的基因開關裝置是由正調控與負調控組成。它的調控蛋白除了lac抑制者外，還有一個正調控蛋白----CAP（catabolitactivatorprotein）,又稱基因激活蛋白。

葡萄糖與乳糖作為兩個信號，分別通過它們對lac抑制者與CAP的作用而板動基因開關。

因此，乳糖操縱子是雙因子調控，它的表達只有當乳糖存在而葡萄糖缺乏時才能實現。

（圖5.10）目前四十七頁\總數一百一十三頁\編于十三點目前四十八頁\總數一百一十三頁\編于十三點Cap結合于DNA后，引起DNA彎曲而有利于基因的打開。Lac抑制者是由同一肽鏈的四聚體構成，每一肽鏈含有247個aa,分子量37kDa。目前四十九頁\總數一百一十三頁\編于十三點所有抑制者都結合與DNA的特殊部位，阻止相應的mRNA分子的轉錄。

DNA與抑制者結合的特異核苷酸序列，稱為操縱基因（operator）。一般說來，一個操縱基因至少有10~12個堿基與阻抑蛋白以氫鍵相結合。Lac阻抑蛋白一旦與DNA結合，便留在上面，直到下次與它的誘導物相互作用。目前五十頁\總數一百一十三頁\編于十三點對乳糖操縱基因，利用它與抑制者結合不被核酸酶消化的特點而得以測定。整個區(qū)域為21個bp,并以第11為堿基為中心，兩側的堿基呈交叉對稱。

這種對稱形式允許四聚體lac抑制者的兩個亞單位能同時結合于操縱基因。目前五十一頁\總數一百一十三頁\編于十三點在某些情況下，一種阻抑蛋白僅能控制一種蛋白質的合成，但也有控制一個以上的蛋白質合成的阻抑蛋白。如：E.coli一個阻抑蛋白控制三個酶的合成。

早期認為一個阻抑蛋白只用于一個操縱子。后來發(fā)現一個特異的阻抑蛋白可以作用精氨酸合成基因的3個不連續(xù)的操縱子上。γ抑制者可以特異地作用于2個操縱子，其中一個在調節(jié)基因的左側，一個在右側。目前五十二頁\總數一百一十三頁\編于十三點正調控和負調控

在負調控系統(tǒng)中，如果不被阻抑蛋白關閉，基因就能夠表達。

任何干擾基因表達的作用都是負調控。其共同特點是一個阻抑蛋白或與DNA結合，阻止RNA聚合酶啟動轉錄，或與mRNA結合阻止核糖體啟動翻譯。

受正調控的基因，僅當活性調控蛋白存在時，才能表達。正調控中控制特定操縱子的機制正好與負調控相對應。正調控與負調控不同，它不妨礙起始，而調控蛋白對正調控來說，則必不可少。目前五十三頁\總數一百一十三頁\編于十三點調節(jié)蛋白與DNA及RNA聚合酶相互作用，協(xié)助轉錄起始。正調節(jié)蛋白應答的小分子通常稱為激活物(activator)。操縱子分為誘導型和阻抑型兩類:

只有在小分子誘導物存在時，誘導型操縱子才能發(fā)揮作用.

只有在小分子輔阻抑物不存在時，阻抑型操縱子才能發(fā)揮作用.目前五十四頁\總數一百一十三頁\編于十三點目前五十五頁\總數一百一十三頁\編于十三點目前五十六頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.4原核生物操縱子的特點（1）由被調節(jié)基因的產物所識別的操縱基因，啟動基因以及(為單一mRNA分子編碼的幾個)相鄰的結構基因所組成的功能單位總稱-操縱子（operon）。

啟動基因（promoter）位于調節(jié)基因與操縱基因之間，在合成mRNA時RNA多聚酶先結合到啟動基因上。

因此，RNA多聚酶在轉錄結構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合，則RNA多聚酶與啟動基因的結合會受到干擾，并使RNA多聚酶無法通過操縱基因，這樣結構基因將不能表達。目前五十七頁\總數一百一十三頁\編于十三點目前五十八頁\總數一百一十三頁\編于十三點（2）同一操縱子中的3種蛋白質不是由3個mRNA翻譯，而是由一個mRNA分子攜帶3種蛋白質的遺傳信息。在組氨酸生物合成中，操縱子中10個基因的密碼子也是由一個mRNA分子攜帶的。（3）被一條mRNA編碼的不同蛋白質的產量不同。（4）許多蛋白質的合成并不適應外界環(huán)境的變化。如：E.coli中控制葡萄糖降解的酶的數量并不因培養(yǎng)基中加入或移去葡萄糖而發(fā)生明顯變化。目前五十九頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.5σ因子級聯調控模型Losick和Pero（1981）提出σ因子級聯的基因調控模型。認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各不相同，而σ因子的級聯式交替，則是實現這種專一性調控的重要分子基礎之一。

而Watson模型指出，不僅有σ因子，而且還有反σ因子，這二種因子的級聯反應，把功能相關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。目前六十頁\總數一百一十三頁\編于十三點

早期由宿主的σ43負責轉錄，中期和后期分別受噬菌體自己編碼的兩個σ因子（gp28、gp34）所控制。

Watson模型不僅體現了基因調控程序，而且體現了反饋性（反σ因子）以及整體性。目前六十一頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.6真核基因的分子調控——多因子調控5.6.1真核細胞中基因調控的特點真核細胞轉錄啟動是多步驟的真核細胞的RNA轉錄酶（RNApolymerase）本身不能啟動轉錄，必須事先有一套轉錄因子裝配到啟動子上，轉錄才開始，使得轉錄的啟動是多步驟的。

這些因子是獨立的蛋白質因子，在啟動子上裝配成轉錄復合體而使RNA轉錄酶就位。如圖：5.15目前六十二頁\總數一百一十三頁\編于十三點目前六十三頁\總數一百一十三頁\編于十三點

真核細胞的轉錄調控蛋白對轉錄啟動子的作用是遠距離的，多因子的

增強子（enhancer）可位于啟動子的上、下游數千個堿基對而發(fā)揮作用。真核細胞增強子上結合著調控蛋白復合體。事實上，一個啟動子可被沿DNA鏈分布的很多調控序列及其上面的調控蛋白復合體所調控。真核細胞基因調控是遠距離、多因子的調控。

遠距離調控的實現是啟動子與增強子之間形成一個彎曲（loop），而使增強子上的調控蛋白復合體可以直接與啟動子上的轉錄因子及轉錄酶接觸。圖5.16.目前六十四頁\總數一百一十三頁\編于十三點目前六十五頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.6.2真核細胞的調控序列---基因調控區(qū)

包括啟動子及對其調控的所有的調控序列，稱為基因調控區(qū)（genecontrolregion）。

這些調控序列距離啟動子或遠或近。多數在啟動子上游，也有的位于下游。對基因起正調控/負調控作用。目前六十六頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.6.3真核基因的調控蛋白5.6.3.1活化蛋白與抑制蛋白

起正調控的蛋白，稱為基因活化蛋白/激活蛋白（geneactivatorproteins）。這種蛋白至少有兩個不同的功能區(qū)：

一是具有與特異DNA調控序列識別并激活的分子結構式（strcturalmotifs）/結構域。

二是與啟動子上的轉錄機構接觸并加速轉錄啟動的活化區(qū)域/功能域。活化區(qū)酸性氨基酸表面帶正電荷，具有加速轉錄因子在啟動子裝配作用。如,TFIIB的裝配對轉錄啟動有限速作用，酸性活化蛋白能加速TFIIB的裝配，克服限速。目前六十七頁\總數一百一十三頁\編于十三點許多活化蛋白結合在DNA的不同的調控序列上來調控它們。應該強調的是這些基因調控蛋白都必須是結合在DNA上才能發(fā)揮作用。

并非所有真細胞基因調控蛋白都是活化蛋白，有很多是基因阻抑蛋白（generepressorproteins）。

這些阻抑蛋白與原核細胞不同，并不直接與RNA轉錄酶競爭DNA結合位點。

作用機制（圖5.18）①與活化蛋白競爭結合位點（A）；②掩蓋活化蛋白的活化表面(B)；③直接與轉錄因子相作用而起到抑制作用(C)。目前六十八頁\總數一百一十三頁\編于十三點目前六十九頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.6.3.2調控蛋白復合體某些調控蛋白可以單獨行動，但多數是以復合體形式發(fā)揮作用。復合體結合它的DNA序列上，單獨蛋白是不能結合的。首先兩個蛋白以微弱的親和力結合，然后結合到DNA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合面。以此類推，形成一個活化/抑制的功能集團，或者叫調控艙（regulatory

modul）。

蛋白復合體作用/形成過程（圖5.19）目前七十頁\總數一百一十三頁\編于十三點①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DNA上裝配。因此，一定的DNA調控序列就成為相應蛋白質裝配的“晶核”（nucleationsite）。

②不同的復合體具有不同的活化或抑制轉錄功能，而同一種調控蛋白卻可以參與到不同的復合體。

③調控蛋白復合體可以活化基因，也可以抑制基因。目前七十一頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.6.4真核基因表達的組合調控機制5.6.4.1調控蛋白二聚體組合調控調控蛋白二聚體（regulatorydimer）對DNA具有強的識別和結合能力。如亮氨酸拉鏈二聚體（leucinezipperdimer，LZD）。二條α鏈螺旋在中部的疏水區(qū)氨基酸側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α鏈螺旋彼此分離。這種二聚體結合于DNA大溝中（就像一個曬衣夾子夾住曬衣繩）。圖5.20目前七十二頁\總數一百一十三頁\編于十三點LZD與DNA結合目前七十三頁\總數一百一十三頁\編于十三點目前七十四頁\總數一百一十三頁\編于十三點LZD結合結合有同型二聚體（homodimers）和異型二聚體(heterodimers)。異型二聚體中的二個蛋白具有不同的DNA結合、識別特異性，因而具有更高的特異性。兩種蛋白單體可產生3種DNA結合特異性，3種蛋白單體則可產生6種不同的DNA結合特異性，余此類推。這就是一種組合調控。通過幾種不同蛋白組合而產生靈活、多樣的DNA結合特異性。是真核細胞具有調控的重要機制之一。目前七十五頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.6.4.2調控蛋白多聚體組合調控

另一類調控蛋白是以一個或一個以上的Zn原子為結構成分。這類配備Zn原子的DNA結合型式的蛋白稱為“鋅指”(zinefingers)。鋅指蛋白的特點是結構簡單，由Zn原子所連接的只是一個α螺旋和一個β折疊。另一個特點是一個以上的鋅指可以重復成串地沿大溝排列，每一鋅指的α螺旋都與大溝DNA接觸，形成多聚體組合。鋅指結構還有更復雜的，如胞外受體蛋白是兩個α螺旋和兩個Zn原子構成。目前七十六頁\總數一百一十三頁\編于十三點鋅指結構鋅指結構基序含一個DNA結合域。目前七十七頁\總數一百一十三頁\編于十三點目前七十八頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.6.4.3調控艙組合的立體調控機制各種調控蛋白組成不同的復合體，它們必須在與相應的調控序列結合的情況下才能活化/抑制不同的基因。調控序列是調控蛋白復合體賴以形成與作用的基礎。在同一基因長的調控區(qū)（約50kb）中往往組織成不同的“艙位”（module），特異的接納在生物體的不同時空坐標中形成的調控蛋白復合體，而使基因有序地表達/抑制。這對于發(fā)育過程中性狀的表達形式特別重要。如：果蠅eve基因的表達。

果蠅胚胎發(fā)育早期的合胞體細胞質中含有各種調控蛋白，它們沿胚胎縱長不均勻分布，因而提供了胚胎各部分的定位信息。不同部分處于不同的調控蛋白的組合濃度中而表達不同的基因。目前七十九頁\總數一百一十三頁\編于十三點

eve基因沿胚胎縱軸形成7個調控序列艙位，可接納7個不同區(qū)域的調控蛋白組合。使之在不同區(qū)域表達。目前八十頁\總數一百一十三頁\編于十三點一個基因的眾多調控艙的組合調控，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空間的特異表達-----基因表達與發(fā)育分化。

調控艙的組合調控在進化、變異中存在巨大潛力。目前八十一頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.7真核基因的染色質調控第三章已有討論，本節(jié)再作補充。

5.7.1常染色質與異染色質異染色質：高度凝縮且無轉錄能力的區(qū)域，占基因組的10%，集中在染色粒周圍，高度重復序列，如衛(wèi)星DNA。常染色質：凝縮程度輕且有轉錄能力的區(qū)域，雖有轉錄能力，但并不是全部處于活性狀態(tài)，不同細胞類型表達不同。10%處于活性狀態(tài)。目前八十二頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.7.2染色質結構對基因表達的作用5.7.2.1染色質結構的位置效應

包括異染色質在內的非活性染色質具有使其鄰近基因沉默的作用，稱為位置效應（positioneffect）。如：酵母的ADE2基因。當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)域，盡管所需的各類調控蛋白依然存在，但該基因不表達。由于ADE2基因沉默阻遏了腺苷酸的合成，使酵母菌落有正常的白色轉變?yōu)榧t色。目前八十三頁\總數一百一十三頁\編于十三點類似的位置效應亦見于果蠅白眼基因。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，白眼基因有時因染色體倒位而接近異染色質，使眼顯紅白相間的斑點。目前八十四頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.7.2.2染色質去凝縮的活化效應如：β珠蛋白基因簇，5個基因組成。包括調控區(qū)在內長達100kb。5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DNaseI敏感，說明染色質已經去凝縮，染色質的高級包裝已失去，使DNA易于被DNaseI接近。

在非紅細胞樣細胞中β珠蛋白基因簇不表達，抗DNaseI消化，說明染色質處于凝縮的包裝中。目前八十五頁\總數一百一十三頁\編于十三點基因的活化可能分為兩個步驟：

首先，染色質去凝縮，使某些調控蛋白易于接近，為轉錄做好準備。

其次，其余的調控蛋白裝配到“調控艙”，而使具體的基因進行特異表達。目前八十六頁\總數一百一十三頁\編于十三點

去凝縮過程需要一個DNA區(qū)域的作用。該區(qū)域稱為LCR（locuscontrolregion,LCR），它位于被調控基因上游的遠端，包含在該基因簇100kb的調控區(qū)內（圖5.27a）。在地貧病人的紅細胞樣細胞中，LCR遺傳性缺失，盡管β珠蛋白基因簇及其調控蛋白依然完整，但基因不能表達。此時的β珠蛋白基因簇具有抗DNaseI性能，說明染色質沒有去凝縮。

如果把LCR序列與人β珠蛋白基因簇及其區(qū)域調控序列重組，插入小鼠基因組后，無論那個位置，β珠蛋白基因簇都高水平表達。說明LCR序列具有抗染色質位置效應。目前八十七頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.7.2.3染色質的異染色質化

真核細胞中廣泛存在常染色質的異染色質化的基因調控。這種整體性的調控涉及大片段的基因失活，而起遺傳平衡的作用。這在生物的發(fā)育分化中是至關重要的。

如：人和大多數哺乳動物雌性的兩條X染色體在早期胚胎（人胚16天）都是常染色質，以后則其中一條被持久異染色質化。也就是說在這些細胞中只允許一條X染色體上的基因活動，否則將使細胞的功能失調。lyon假說：解釋該現象。如：三色貓，G-6-PDH,無汗腺外胚層發(fā)育不良。目前八十八頁\總數一百一十三頁\編于十三點

lyon假說：解釋該現象。1）人胚16天開始失活，失活是隨機的；2)體細胞中失活，在生殖細胞中恢復活性；3）劑量補償，不完全失活。如：三色貓，G-6-PDH,無汗腺外胚層發(fā)育不良。討論:45,XO和XXX綜合征----產生異常？1）組蛋白和非組蛋白；2）高泳動蛋白、LCR，特化染色質結構。3）基因組甲基化。目前八十九頁\總數一百一十三頁\編于十三點再如：半翅目粉蚧科的蚧殼蟲。它們有5對染色體，其雌性的所有染色體都是常染色質，而雄性中來自父方的5條染色體被選擇地異染色質化。

但是，在某些蚧殼蟲屬的一些組織中，這些失活的染色體又變成常染色體，而且十分活躍，這說明異染色質化是功能性的，具有調控基因表達的作用。目前九十頁\總數一百一十三頁\編于十三點

異染色質化是在染色質水平上調控基因表達的一種作用形式，而染色質消減則是另外一種形式，這是一種不可逆的極端形式。著名的例子是馬蛔蟲的染色體。它的合子中有2條很大的復合染色體。在卵裂中，只有生殖細胞系細胞維持完整的染色體；而在體細胞中，染色體末端部分的大塊異染色質被刪除，其余的碎裂為許多小的染色體。

ying癭蚊科則是許多染色體在體細胞中被整條的刪除。如小麥癭蚊，生殖系細胞保留全部40條染色體，而體細胞中則消減了32條染色體。只保留8條。類似現象在節(jié)支動物、脊椎動物中均有發(fā)現。5.7.2.4染色質的消減---調控基因的極端手段目前九十一頁\總數一百一十三頁\編于十三點染色質消減例子。棘蟲新形成的大核保有全部的染色體。

第15hr開始，1/3染色體多線化，2/3染色體被降解。

38hr左右多線化達到高潮，DNA含量等于原來二倍體全部染色體DNA的16倍。

50hr,多線化染色體沿橫向囊泡化93%區(qū)域被消減掉。

75hr，大核中的囊泡破裂，染色質片段散布于大核中。此時DNA成分僅為整個基因組的1.6倍，而DNA含量卻為原來的2048倍。

目前九十二頁\總數一百一十三頁\編于十三點近年來，從分子水平研究DNA的消減機制。表明，在四膜蟲基因組中存在一種染色體斷裂序列。15bp的保守序列。小核基因組中有許多拷貝，大核中已不存在。在CBS識別因子及具有核酸酶活性的輔助因子的作用下，把裂解序列連同它兩翼的20bp左右切除。染色體斷裂成許多小片端。目前九十三頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.8轉錄后的基因調控5.8.1變通性斷裂基因表達

斷裂基因的初級轉錄本的剪接中，總是剪除內含子，把外顯子依次連接起來。因此，一種斷裂基因只能產生一種成熟的mRNA，合成一種多肽鏈。后來發(fā)現很多斷裂基因在其轉錄本剪接中，由于內含子/外顯子界定的變化，使斷裂基因可以產生兩種以上甚至幾十種成熟的mRNA，從而合成幾十種肽鏈。對于這種一個基因多種表達方式的調控機制，目前還不十分清楚。例如：小鼠αA水晶體蛋白基因的初級轉錄本可以產生兩種水晶體mRNA：αA水晶體mRNA與αAins水晶體mRNA。圖5.30.目前九十四頁\總數一百一十三頁\編于十三點初級轉錄本含有2個外顯子和一個內含子(1376bp)，內含子中含有個小的exon（69bp）剪接后產生兩種mRNA：αA水晶體mRNA和αAins水晶體mRNA。目前九十五頁\總數一百一十三頁\編于十三點

另一個變通性剪接的例子是肌鈣蛋白T基因。含有18個exon，其中第4～8共5個exon可以隨機組合而產生32種組合；再加上16、17兩個外顯子是互斥性表達。因而,可能表達64種mRNA（圖5.31）。變通性斷裂基因通過不同的剪接方式產生多種肽鏈，打破了“一個基因，一個蛋白”，“一個順反子，一條肽鏈”的概念。

變通性剪接實際上是外顯子/內含子水平上對基因表達的調控。

基因內有基因，基因本身變化基因，使基因的定義變得似是而非。分子遺傳學把基因放在分子水平上研究的結果，不得不面對這樣一個問題：基因是什么？目前九十六頁\總數一百一十三頁\編于十三點肌鈣蛋白T基因mRNA剪接目前九十七頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.8.2反義RNA

反義RNA（antisenseRNA）：是一種與mRNA互補的RNA分子，它是反義基因或基因的反義鏈轉錄的產物。反義RNA與mRNA形成的RNA-RNA雙體結構，阻止了mRNA的有效翻譯，從而調控基因表達。反義RNA不必具有和mRNA等長的核苷酸鏈，短的片段（50個核苷酸）就可能起到抑制翻譯，調控基因表達的作用。目前九十八頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.8.2.1IS10的多拷貝抑制

IS10是抑制比較簡單的轉位/座子（tran-sposon），又叫插入序列。它的表達屬于一種多拷貝抑制現象。即每個拷貝的轉位速率隨著細胞中IS10拷貝數增加而減少。這種調控機制是由于反義RNA參與轉錄后抑制的結果。

IS10僅僅轉錄一種蛋白質---－－轉位酶（transposae）,但它同時在反義鏈上編碼一種反義RNA，該反義RNA的啟動子位于轉位酶基因5

′區(qū)的反義鏈之內，其反義序列沿相反方向延伸，直至越過轉位酶基因的5＇末端，從而到達調控基因表達的目的。目前九十九頁\總數一百一十三頁\編于十三點當IS10的拷貝數愈來愈多時，反義RNA的濃度也愈來愈高，其反義抑制效應也愈來愈高，而每一拷貝的轉位酶的表達則隨之降低。這就是所謂的多拷貝抑制。這是因為在轉錄酶mRNA與反義RNA的濃度都很稀的情況下，二者不易形成RNA-RNA二聚體。目前一百頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.8.2.2ColE1質粒復制的反義RNA

ColE1是細菌中的一種小的、多拷貝質粒，同類的質粒還有pMB1、REF1030、NTP1等。此類質粒的復制是借助一個自ColE1復制起點延伸約500nt的轉錄物----RNAⅡ作為先導鏈的引物來進行的。而反義RNA是在該引物表達區(qū)域內的反義鏈所表達的一小段RNA---RNAⅠ，約100nt。它在ColE1復制過量時，可與RNAⅡ的5′末端區(qū)互補結合，使其構型改變而喪失引物功能，使菌體中的ColE1質粒不能繼續(xù)復制，而保持數目穩(wěn)定。目前一百零一頁\總數一百一十三頁\編于十三點RNAI的反義效應能調控ColE1質粒在細胞里的數目。ColE1質粒一般維持20個左右，而在ColE1因突變部分缺乏反義RNAI時，ColE1轉錄數目可達250.｛｝目前一百零二頁\總數一百一十三頁\編于十三點5.9真核基因的調控模型—Davidson-Br