原核生物基因表達(dá)與調(diào)控

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1、第3章原核生物基因表達(dá)與調(diào)控基因表達(dá)(geneexpression)是指儲(chǔ)存遺傳信息的基因經(jīng)過一系列步驟表現(xiàn)出其生物功能的整個(gè)過程。典型的基因表達(dá)是基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的過程。rRNA或tRNA的基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后加工產(chǎn)生成熟的rRNA或tRNA,也是rRNA或tRNA的基因表達(dá)，因?yàn)閞RNA或tRNA就具有在蛋白質(zhì)翻譯方面的功能?；蚪M(genome)是指單倍體細(xì)胞中所包含的全部基因的總和。生物基因組的遺傳信息并不是同時(shí)全部都表達(dá)出來的：大腸桿菌:約4000個(gè)基因，一般情況下只有5-10%在高水平轉(zhuǎn)錄狀態(tài)。哺乳類:人含有10萬個(gè)基因，開放轉(zhuǎn)錄的約1萬個(gè)上下。即使蛋白質(zhì)

2、合成量比較多、基因開放比例較高的肝細(xì)胞，一般也只有不超過20%的基因處于表達(dá)狀態(tài)。基因表達(dá)的組織特異性:不同組織細(xì)胞中不僅表達(dá)的基因數(shù)量不相同，而且基因表達(dá)的強(qiáng)度和種類也各不相同?；虮磉_(dá)的階段特異性:一般在胚胎時(shí)期基因開放的數(shù)量最多，隨著分化發(fā)展，細(xì)胞中某些基因關(guān)閉、某些基因轉(zhuǎn)向開放，胚胎發(fā)育不同階段、不同部位的細(xì)胞中開放的基因及其開放的程度不一樣，合成蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量都不相同。即使是同一個(gè)細(xì)胞，處在不同的細(xì)胞周期狀態(tài)，其基因的表達(dá)和蛋白質(zhì)合成的情況也不盡相同?；虮磉_(dá)的特點(diǎn)基因表達(dá)調(diào)控(generegulationorgenecontrol):任何影響基因轉(zhuǎn)錄過程和翻譯過程的開啟、關(guān)閉

3、和這兩個(gè)過程速率的較為直接的因素及其作用。第一節(jié)細(xì)菌的轉(zhuǎn)錄調(diào)控一、細(xì)菌操縱子操縱子（operon）:細(xì)菌基因表達(dá)和調(diào)控的單位，包括共轉(zhuǎn)錄到一條mRNA上的多個(gè)結(jié)構(gòu)基因和這些基因轉(zhuǎn)錄所需的順式作用元件，這些元件包括啟動(dòng)子、操作子和轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)的序列。操作子（operator，操縱基因）:指DNA上的一個(gè)位點(diǎn)，阻遏物能與之結(jié)合抑制相鄰啟動(dòng)子起始轉(zhuǎn)錄。操縱子學(xué)說———關(guān)于原核生物基因結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)控的學(xué)說。順式作用元件（cis-actingelement）:不轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问剑≧NA或蛋白質(zhì)）而只以DNA形式在原來位置起作用的DNA序列。起作用的過程稱順式作用。反式作用因子（trans-acting

4、factor）:能從合成地點(diǎn)擴(kuò)散到其它場(chǎng)所對(duì)其他基因的表達(dá)起調(diào)控作用的蛋白質(zhì)因子（有時(shí)為RNA）。起作用的過程稱反式作用。阻遏物（repressor）:阻止基因表達(dá)的蛋白質(zhì)，可與操作子結(jié)合來阻止轉(zhuǎn)錄，為負(fù)調(diào)控蛋白。激活物（activator）:促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)，為正調(diào)控蛋白。二者都是調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物。二、阻遏物和激活物結(jié)構(gòu)基因（structuralgene）編碼各類具有不同結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)和RNA的基因。調(diào)節(jié)基因（regulatorgene）編碼蛋白質(zhì)或RNA來調(diào)節(jié)其他基因表達(dá)的基因。調(diào)控蛋白上存在與DNA相互作用的位點(diǎn)，形成α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋（HTH）結(jié)構(gòu)。由20個(gè)氨基酸殘基的小肽組

5、成,其中羧基端的α螺旋為識(shí)別螺旋(由7~9個(gè)氨基酸組成),負(fù)責(zé)識(shí)別DNA大溝的特異堿基序列；另一個(gè)螺旋(由7~9個(gè)氨基酸組成),沒有堿基特異性,與DNA磷酸戊糖鏈骨架接觸。在與DNA特異結(jié)合時(shí),靠蛋白質(zhì)的氨基酸側(cè)鏈與特異堿基對(duì)之間形成氫鍵、疏水鍵和發(fā)生靜電相互作用。調(diào)控蛋白（調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：*兩個(gè)α螺旋被一個(gè)β轉(zhuǎn)角隔開*一個(gè)螺旋起識(shí)別結(jié)合DNA的作用正調(diào)控（positivecontrol）:激活物通過與啟動(dòng)子元件結(jié)合來激活基因的表達(dá)。即：沒有調(diào)節(jié)蛋白（激活物）存在時(shí)，結(jié)構(gòu)基因是關(guān)閉的，而加入調(diào)節(jié)蛋白后,結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)活性被開啟。三、正調(diào)控與負(fù)調(diào)控負(fù)調(diào)控（negativecontr

6、ol）:阻遏物與操作子結(jié)合來阻止基因的表達(dá)。即：沒有調(diào)節(jié)蛋白（阻遏物）存在時(shí)，結(jié)構(gòu)基因是開啟的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白后，結(jié)構(gòu)基因表達(dá)活性被關(guān)閉?！锼^“關(guān)閉”指表達(dá)水平很低。本底水平的基因表達(dá)(1～2個(gè)mRNA分子／細(xì)胞周期)?！伴_啟”也常有程度的差異?；虮磉_(dá)調(diào)控主要表現(xiàn)在以下二方面：轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控（transcriptionalregulation）；轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控（post-transcriptionalregulation），包括（1）mRNA加工成熟水平調(diào)控（differentialprocessingofRNAtranscrpt）；（2）翻譯水平調(diào)控（differentialt

7、ranslationofmRNA）。第二節(jié)負(fù)調(diào)控FrancisJacobJacquesMonod一、lac操縱子(乳糖操縱子)模型A.lacZ、Y、A基因產(chǎn)物由同一條多順反子mRNA分子所編碼。B.該mRNA分子的啟動(dòng)區(qū)（P）位于阻遏基因（I）與操作子（O）之間，不能單獨(dú)起始lacmRNA的合成。C.操作子是DNA上的一小段序列（僅為26bp），是阻遏物的結(jié)合位點(diǎn)。D.當(dāng)阻遏物與操作子相結(jié)合時(shí)，lacmRNA