第五章 基因表达的调节(regulation

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1、第第五五章章基基因因表表达达的的调调节节（（GeGenneerreeggululaattiioonn））基因表达（geneexpression）：基因被转录产生RNA，编码着蛋白质结构信息的mRNA被翻译成蛋白质，总之，基因的信息被转录，翻译成终产物的过程称为基因表达。一.引论a.基因的多样性及表达的差异性细胞在任何给定的时间内都表达的基因只有一小部分；肽链延长因子，细菌细胞中大量存在的蛋白质（基因产物）之一；DNA损伤修复酶，每个细胞只有几个拷贝；代谢途径的酶，因食物来源不同而变化数量；一些影响细胞分化的

2、蛋白只存在极短时间。b.基因表达的调节是细胞代谢平衡及维持发育期间不同细胞的结构和功能差异的关键；c.蛋白质（或RNA）在细胞内浓度可以在六个水平上被调节；RNA的转录；mRNA的转录后修饰和加工；mRNA的降解；蛋白质合成（翻译）；翻译后修饰；蛋白质降解；所有以上过程，转录水平的调节了解的最多也是最主要的。二.转录水平调节的方式基因产物的功能不同，调节方式也不同1.Housekeepinggenes（看家基因，持家基因）或称组成型表达基因（constituteexpressiongene）这些基因的产物

3、是所有细胞，所有时候都需要的，基因的表达水平相对稳定；2.因为某种信号分子的出现引起表达增加的基因称为可诱导（inducible）的基因，由于信号分子的出现导致基因表达增加的过程称诱导作用（induction）；3.因为某种信号分子浓度的增加而表达减少的基因称为可阻遏（repressible）基因，由于信号分子的出现导致基因表达减少的过程称阻遏作用（repression）；基因表达的调节是由蛋白质和DNA之间的相互作用介导的。三.启动子调节（promoter）原核启动子与RNA多聚酶的亲和力决定转录起始频率，相差可达

4、1000倍以上。四.能与DNA结合的蛋白质因子的调节1.特异性因子：能促使RNA多聚酶对特定的一些启动子的结合的蛋白质因子（σ70普通σ因子；σ32，forheatshock）；2.阻遏子（repressors）：能结合于启动子阻遏RNA多聚酶与起动子结合的蛋白质因子；3.激活子（activators）：真核生物称反激活子，能结合于启动子附近增加RNA多聚酶和启动子结合的蛋白质因子。由一种阻遏蛋白阻断转录的调节称为负调节（negativeregulation）；由激活子增加转录作用的调节称为正调节（positiv

5、eregulation）；五.许多原核基因是以操纵子（operon）为单位调节的，操纵子是细菌基因表达的调节单位（unit），包括结构基因和由调节子基因产物识别的DNA控制元件（序列）。一个操纵子通常有2-6个基因，最多可含20多个基因，是细菌普遍的基因表达调控方式；1.乳糖操纵子（Lacoperon）2.乳糖操纵子的负调控组成型（constitute）突变确定阻遏子的负调控作用a.LacI基因的突变或缺失造成LacZ，Y，A的组成型表达；部份二倍体lacI－/lacI+恢复正常的调控，说明lacI是反式作用因子（

6、transactingfactor，有游离转录产物，因而功能可以互补于另一同源染色体的等位基因位点。b.操纵基因（operator）为顺式显性因子（cis-acting，cis-dominant），它的突变造成它下游基因的组成型表达；顺式行为因子：只调节与它共价相连的基因表达的DNA顺序单位，一般无转录产物；3.Lacoperon的正调节可诱导的分解代谢操纵子受CAP蛋白的总调节（globalcontrol）；a.当E.coli生长在含葡萄糖的介质中时，许多其它糖类分解代谢酶基因的表达受到抑制，在有葡萄糖存在时，细

7、菌优先利用葡萄糖；b.葡萄糖降低细胞中c-AMP的浓度，抑制了其它糖代谢基因的表达；c.CAP蛋白（CatabolitegeneActivationProtein，CAP，分解代谢基因激活蛋白）与c-AMP结合形成活性结构，结合在启动子上游DNA顺序，促进RNA多聚酶对启动子的结合和LacmRNA的转录，CAP的结合使Lac操纵子的表达增强50倍。crp基因（cAMPreceptorprotein，CRP）：与腺苷酸环化酶基因突变抑制Lacopreon的表达。CAP的作用位点（见图）：Lac-72to-52，ga

8、l-50to-23，ara-107to-78，可能的作用方式模型I.CAP-RNA多聚酶相互作用形成转录复合物；II.CAP弯曲所结合的DNA片断，帮助RNA多聚酶转录复合物的形成；由于CAP是除葡萄糖以外的许多糖分解代谢操纵子的正调节因子，这种受一种调节蛋白所控制的操纵子网络总称调节网（regulon）。III.CAP受cAMP的激活，促进