现代生物化学.doc

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1、1转录水平2转录后水平加工，3.包括RNA加工水平4.翻译水平5.蛋白质翻译后的加工水平真核生物的基因调控真核生物的基因调控比原核生物复杂得多。这是因为这两类生物在三个不同水平上存在着重大的差别：①在遗传物质的分子水平上，真核细胞基因组的DNA含量和基因的总数都远远高于原核生物，而且DNA不是染色体中的唯一成分，DNA和蛋白质以及少量的RNA构成以核小体为基本单位的染色质；②在细胞水平上，真核细胞的染色体包在核膜里面，转录和翻译分别发生在细胞核和细胞质中，这两个过程在时间上和空间上都是分开的，而且在转录和翻译之间存在

2、着一个相当复杂的RNA加工过程；③在个体水平上，真核生物是由不同的组织细胞构成的，从受精卵到完整个体要经过复杂的分化发育过程，除了那些为了维持细胞的基本生命活动所必需的基因之外，其他不同组织的细胞中的基因总是在不同的时空序列中被活化或受阻遏。真核生物基因表达调控的活动范围很广，通常包括以下几条途径：DNA水平的调控，转录前水平的调控，转录水平的调控，转录后水平的调控，翻译水平的调控和翻译后水平的调控。DNA水平的基因调控。DNA水平的基因调控是通过改变基因组中有关基因的数量和顺序结构而实现的基因调控。从表面上看，真核

3、生物的体细胞都是受精卵通过有丝分裂而来的，应该都保留有全套染色体的基因组，但是实际上并不都是这样。例如，有一种叫小麦瘿蚊的昆虫，卵裂时，只是形成卵一端的细胞保持全部40条染色体，这些细胞将来形成生殖细胞，而其他部位的细胞只保留8条染色体。马蛔虫卵裂的早期也发现有染色体丢失的现象。当然被丢掉的染色体上的基因是不可能再在某些体细胞中表达了，这种调控是不可逆的。另一方面，一些基因在生物体发育的某一阶段可以扩增。例如，非洲爪蟾的卵母细胞在大量合成蛋白质时，细胞中的rDNA的拷贝数目，可由平时的1500份急剧增加到2×106份

4、，经转录生成大量的核糖体RNA(rRNA)，以满足细胞大量合成蛋白质的需要。这一基因扩增仅发生在卵母细胞中，当胚胎期开始时，这些增加的rDNA便失去功能并逐渐消失。除了基因的丢失和扩增外，还有一种是染色体上基因的重排。例如，哺乳动物产生免疫球蛋白的有关基因有3种：一种是编码恒定区的蛋白质的，另一种是编码可变区的蛋白质的，第三种是编码将它们连接起来的物质的。上述三种基因处于同一条染色体上，但是相距较远。在产生抗体的浆细胞中，这三个DNA序列通过重排而成为一个完整的转录单位，进而产生抗体分子。转录前的调控。真核生物核染色

5、质的化学组成中，除DNA之外还有组蛋白、非组蛋白和RNA等物质。实验表明在上述几种物质中，组蛋白有抑制基因转录的作用，非组蛋白则可以解除组蛋白对基因的抑制作用。科学家根据染色质重组实验提出了一个“基因活化的组蛋白转位模型”来说明非组蛋白解除组蛋白抑制作用的机理：组蛋白带有正电荷，DNA带有负电荷，带正电荷的组蛋白与带负电荷的DNA结合抑制了基因的转录。非组蛋白原来连接在DNA的某一特定位置上，当非组蛋白磷酸化以后，磷酸基带负电荷，于是非组蛋白与带正电荷的组蛋白结合成复合物，这个复合物与带负电荷的DNA相排斥，就从DN

6、A上脱离下来。这样，使原来与组蛋白结合的那个区段的DNA暴露出来，裸露的这段DNA可被RNA聚合酶识别而开始转录。转录水平的调控。我们已经知道细菌的代谢作用会直接受环境因素的影响，它的基因调控的信号常来自环境因素。多细胞的高等生物的代谢作用受环境的直接影响较少，它的基因调控信号主要来自体内的激素。真核细胞基因调控系统很复杂，科学家根据实验提出了一个真核生物的基因调控系统的模型。这个模型提出，真核生物的结构基因受控于其相邻的感受器，感受器相当于原核生物的操纵基因，经常抑制着结构基因的转录活性。此外，整合基因相当于原核生

7、物的调节基因，它可以形成活化物。活化物可能是一种RNA或蛋白质，作用于感受器，使之解除对结构基因的抑制。整合基因又受感受基因的激活。整个调控过程是：当细胞膜上的受体与激素结合成激素受体复合物以后，作用于感受基因，感受基因可激活其邻近的整合基因，整合基因所形成的活化物可解除感受器对结构基因的抑制，从而开始转录。除此之外，真核细胞基因在具体的转录中，每个基因的5′端都有启动子(TATA框和CAAT框等)，能为RNA聚合酶提供附着部位并准确识别转录起始点。增强子的存在更能加强启动子的效应。RNA聚合酶的种类和数量对转录也

8、有重要作用。RNA聚合酶I催化rRNA的转录，RNA聚合酶II催化mRNA的转录，RNA聚合酶III催化tRNA和5sRNA的转录。这些因素对转录水平都有重要影响。转录后调控在真核细胞中，基因转录的最初产物是前体mRNA，其长度比成熟的mRNA长得多，经过剪切、拼接、戴帽和加尾等加工，才能形成成熟的mRNA。这里所说的剪切和拼接是指剪切掉内含子