本章的主要內容：

　　 基因表達調控的基本概念、特點、基本原理。乳糖操縱子的結構、負性調控、正性調控、協(xié)調調節(jié)、轉錄衰減、SOS反應。真核基因及基因表達調控的特點、順式作用元件和反式作用因子的概念、種類和特點. 以及它們在轉錄激活中的作用。

　　本章的要點：

　　第一節(jié) 基因表達調控基本概念與原理

　　一、 基因表達的概念

　　基因是一段DNA分子，編碼一種多肽鏈或 RNA?；蛲ㄟ^轉錄和翻譯產生具有一定功能的蛋白質的過程。大多數基因的表達產物是蛋白質，部分基因如rRNA和tRNA 基因的表達產物是RNA.

　　二、基因表達的特點

　?。ˋ）時間特異性或發(fā)育階段特異性、（B）空間特異性或組織細胞特異性，（C）有兩種表達方式，管家基因幾乎在所有的細胞和所有的發(fā)育階段持續(xù)表達，基本不受環(huán)境因素的影響，只受啟動子調節(jié)。另外一些基因的表達受環(huán)境因素的誘導或阻遏。（D）基因表達可在多層次上受到調節(jié)如基因、轉錄、轉錄后加工 翻譯和翻譯后加工等水平上進行調節(jié)。但最主要的是轉錄水平的調節(jié)，本章討論的內容是原核基因和真核基因轉錄水平的調節(jié)。

　　三、基因轉錄激活的基本要素

　　 （A）特異的ＤＮＡ調節(jié)序列 是調節(jié)基因轉錄的ＤＮＡ片段,如原核生物操縱子調控區(qū)中的啟動序列、操縱序列、ＣＡP蛋白結合位點和真核基因的啟動子、增強子和沉默子等。（B）調節(jié)蛋白 是調節(jié)基因轉錄的蛋白因子，如原核生物的阻遏蛋白和ＣＡｐ蛋白、真核生物的基本轉錄因子和特異轉錄因子等。（C）ＲＮＡ聚合酶 是催化基因轉錄最主要的酶。原核生物只有一種ＲＮＡ聚合酶，催化所有ＲＮＡ的轉錄。真核生物有三種ＲＮＡ聚合酶，催化不同ＲＮＡ的轉錄。ＤＮＡ調節(jié)元件和調節(jié)蛋白可以通過影響RNA聚合酶的活性來調接基因轉錄激活。

　　第二節(jié) 原核基因轉錄調控

　　一 原核基因表達調節(jié)的特點：

　?。ˋ）σ因子決定ＲＮＡ聚合酶識別特異性，幫助ＲＮＡ聚合酶識別不同啟動子，對不同基因進行轉錄。（B）轉錄調節(jié)普遍采用操縱子模式, 原核生物功能相關的基因往往串聯地排列在一起，在一個共同的調控區(qū)的調節(jié)下，一起轉錄生成一個多順反子，最終表達產物是一些功能相關的酶或蛋白質，它們－起參與某種底物的代謝或某種產物的合成。（C）阻遏蛋白對轉錄的抑制作用是普遍存在的貢性調節(jié)。

　　二、乳糖操縱子的結構、負性和正性調節(jié)及協(xié)調調節(jié)

　?。ˋ）乳糖操縱子包括三個結構基因（Z、 Y、 A）三個調節(jié)序列：啟動序列、操縱序列和CAP蛋白結合位點，以及一個調節(jié)基因，調節(jié)基因編碼阻遏蛋白。（B）、阻遏蛋白的負性調節(jié) 蛋白質與DNA結合抑制基因的轉錄屬于負性調節(jié)。操縱序列是控制操縱子中結構基因轉錄的開關,阻遏蛋白與操縱序列結合可阻止RNA聚合酶對結構基因的轉錄。當乳糖存在時，乳糖的分鮮產物半乳糖與阻遏蛋白結合，導致阻遏蛋白與操縱序列解離，誘導基因的轉錄。（C） CAP的正性調節(jié) 蛋白質與DNA結合增強基因轉錄屬于正性調節(jié)。在啟動子上游子存在CAP結合位點, CAP與其結合后可促進RNA聚合酶與啟動秀列結合，從而促進轉錄。但是,CAP單獨不能與其位點結合，只有與cAMP形成復合物后才能與CAP位點結合。細胞內葡萄糖缺乏時，cAMP水平升高，cAMP一CAP復合物形成并與CAP結合位點結合，促進RNA聚合酶與啟動序列結合并啟動轉錄。葡萄糖豐富時，cAMP水平降低，cAMP一CAＭP復合物不能形成，ＣＡP不能與DNA結合，不能啟動轉錄。（D）、協(xié)調調節(jié) 即阻遏蛋白的負性調節(jié)與ＣＡＰ蛋白正性調節(jié)的協(xié)同作用。當阻遏蛋白與操縱序列結合封閉轉錄后，ＣＡＰ不能啟動轉錄，但是阻遏蛋白脫離操縱序列而解除封閉后，如果沒有ＣＡｐ的作用也不能啟動轉錄，所以乳糖操子的誘導作用即需要乳糖的存在又需要葡萄糖的缺乏。

　　三、 操縱子的其他轉錄調節(jié)機制

　?。ˋ）轉錄衰減作用 最早在阻遏型的色氨酸操縱子發(fā)現，當色氨酸豐富時，核蛋白體迅速通過前導編碼序列！使后面的序列形成衰減子，導致ＲＮＡ聚合酶的脫落和轉錄終止。轉錄衰減實質上是轉錄和前導肽翻譯過程的偶聯，，是原核生物特有的轉錄調節(jié)機制。（B）Ｓ0Ｓ反應 是大腸桿菌特有的一種ＤＮＡ損傷修復機制 . 參與ＤＮＡ損傷修復的一些Ｓ0Ｓ基因受一個共同的LｅｘＡ阻遏蛋白的控制，正常情況下LｅｘＡ與ＤＮＡ結合阻止了這些基因的表達，當紫外線照射造成ＤＮＡ損傷時，Ｒｅｃ蛋白產生蛋白水解酶活性，使LｅｘＡ蛋白水解失活，導致Ｓ0Ｓ基因轉錄表達，并對損傷的ＤＮＡ進行 修復

　　第三節(jié) 真核基因轉錄調節(jié)

　　真核基因數量多，基因表達調節(jié)機制復雜，基因表達可在ＤＮＡ、染色質、轉錄、轉錄后加工、翻譯和翻譯后加工等水平上調節(jié)，但最主要的是轉錄水平的調節(jié)。

　　－、 真核基因組結構特點

　?。ˋ） 真核基因組結構龐大，由30億堿基對組成，有4萬多個基因。（B）單順反子 真核細胞一般以一個基因為轉錄單位，轉錄產物是單順反子、即編碼一種多肽的ｍＲＮＡ。（C）重復序列 真核基因組中編碼序列只占5一10%，其余80－90% 是非編碼序列，其中有大量的重復序列。重復序列長短不同,重復率不等，而且具有種屬特異性。（D）基因不連續(xù)性 真核基因的編碼序列不連續(xù)排列，被一些非編碼序列間隔開，編碼序列稱外顯子，非編碼序列稱內含子。

　　二、真核基因表達調節(jié)特點

　?。ˋ）RNA聚合酶 原核生物只有一種RNA 聚合酶，真核生物有三種，分別轉錄不同的RNA，RNA聚合酶II負責轉錄蛋白質的基因 ，因此該酶最為重要 。（B）活性染色質結構的變化 基因轉錄可在染色質水平上調節(jié)，基因轉錄激活的染色質在結構和性質上發(fā)生如下變化；（1） 由于轉錄激活區(qū)組蛋白部分脫落，產生DNase I超敏位點 。（2）DNA 拓撲構像發(fā)生變化，DNA轉錄時，RNA 聚合酶的前面是正超螺旋，后面是負螺旋。（3）DNA堿基修飾變化 轉錄激活的基因處于低甲基化狀態(tài)。（4）組蛋白的數量、結構和化學修飾發(fā)生變化 （C）正性調節(jié)占主導地位 蛋白質與 DNA結合抑制轉錄是負性調節(jié)， 蛋白質與 DNA結合后促進基因轉錄是正性調節(jié)。 在原核生物中阻遏蛋白與 DNA結合抑制轉錄是負性調節(jié)。在真核生物中有許多轉錄激活因子，它們與增強子DNA結合促進轉錄屬于正性調節(jié)。

　　三、真核基因轉錄激活調節(jié)

　　真核基因轉錄激活也需要DNA調節(jié)序列 調節(jié)蛋白和RNA聚合酶三大要素。（A）順式作用元件 真核生物的DNA調控元件稱為順式作用元件， 包括啟動子，增強子和沉默子。它們通過DNA和蛋白質、蛋白質和蛋白質的相互作用，最終改變RNA聚合酶的活性而調節(jié)轉錄。典型的啟動子由TATA盒及其上游的GC盒和CAAT盒組成 。增強子是遠離啟動子的、可促進轉錄的調控元件，其作用與方向和位置無關，而且具有組織特異性。它一般與轉錄激活因子結合，通過作用于轉錄起始復合物增強RNA聚合酶的活性 ，從而促進轉錄。沉默子是一種負性調控元件，它與轉錄抑制因子結合抑制轉錄。（B）反式作用因子 是影響基因轉錄的調節(jié)蛋白，包括基本轉錄因子和特異轉錄因子，基本轉錄因子與RNA聚合酶構成轉錄起始復合物，有人將它們稱為RNA聚合酶的亞基， 它們在所有的細胞中都存在 ，對于三種RNA聚合酶，除個別基本轉錄因子都是通用的。特異轉錄錄因子包括轉錄激活因子和轉錄抑制因子，前者與增強子結合增強基因轉錄，后者與沉默子結合抑制基因轉錄。轉錄因子一般含有DNA結合域和轉錄激活域，前者是轉錄因子與DNA結合的位點，如鋅指結構和堿性氨基酸組成的螺旋. 后者是轉錄因子與轉錄起始復合物中某種蛋白質相互作用的位點，此外，某些轉錄因子還有蛋白質和蛋白質相互的結構域

　　（三）mRNA基因轉錄激活及其調節(jié)

　　 mRNA基因是蛋白質基因，在基因組中占據絕大多數，由RNA聚合酶II轉錄，真核RNA聚合酶II與十幾種基本轉錄因子結合成轉錄起始復合物，對蛋白質基因進行轉錄。基本轉錄因子中只有TFII D可以和TATA盒結合. TFII D由TBP（TATA結合蛋白）和十幾種TBP相關因子（TAF）構成。真核基因調節(jié)的三大要素是順式作用元件 反式作用因子和RNA聚合酶，它們通過DNA和蛋白質及蛋白質和蛋白質的相互作用調節(jié)的轉錄。例如一種轉錄激活因子和某種增強子結合，通過作用于轉錄起始復合物中的某種蛋白質引起RNA聚合酶的構想改變或化學修飾，最終導致其活性增加，從而激活轉錄。雖然增強子距離啟動子和RNA聚合酶很遠，但是DNA可以彎曲，使轉錄激活因子與啟動子上的轉錄起始復合物靠近，與復合物中的某種蛋白質（TBP或 TAF）相互作用，然后通過它作用于RNA聚合酶，從而激活轉錄。