第十第十八章章 基因表达调控基因表达调控Chapter18 Gene Expression Regulation 第一节第一节基因表达调控的基本概念基因表达调控的基本概念Basic Conceptions of Gene Expression Regulation （一）基因（（一）基因（gene）是负载特定遗传信息）是负载特定遗传信息的的DNA功能片段能编码产生功能片段能编码产生多肽链多肽链或或RNA•在分子生物学发展过程中，人们对基因概念和基因结构的认识也不断地发展，从而促进了对基因表达及其调节的进一步认识 （二）基因组（（二）基因组（genome））一个单倍体细胞中所有遗传物质的总和一个单倍体细胞中所有遗传物质的总和Prokaryotic(Escherichia)Eukaryotic(Homo Sapiens)+线粒体/叶绿体DNA+负责编码遗传性状的质粒负责编码遗传性状的质粒 （三）基因表达（三）基因表达(gene expression) ——基因转录及翻译的过程基因转录及翻译的过程即：即：生成具有生物学功能产物的过程生成具有生物学功能产物的过程中心法则中心法则(the central dogma)(the central dogma)：：☆☆ rRNA、、tRNA的合成也属于基因表达。
的合成也属于基因表达DNA复制复制 Ø基因表达是受调控的基因表达是受调控的在某一特定时期或生长阶段，基因组中只有在某一特定时期或生长阶段，基因组中只有一部分基因处于表达仅少数的基因处于高水一部分基因处于表达仅少数的基因处于高水平转录活性状态，其余大多数基因处于静息状平转录活性状态，其余大多数基因处于静息状态或以极低的速率进行转录但是在一定的条态或以极低的速率进行转录但是在一定的条件下可引发件下可引发 二、基因表达具有时间、空间特异性二、基因表达具有时间、空间特异性（一）基因表达的时间特异性（一）基因表达的时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间时间特异性特异性(temporal specificity)(temporal specificity) 多细胞生物基因表达的时间特异性又称多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶阶段特异性段特异性(stage specificity)(stage specificity) （二）空间特异性（二）空间特异性基基因因表表达达伴伴随随时时间间顺顺序序所所表表现现出出的的这这种种分分布布差差异异，，实实际际上上是是由由细细胞胞在在器器官官的的分分布布决决定定的的，，所所以以空空间间特特异异性性又又称称细细胞胞或或组组织织特特异异性性(cell (cell or tissue specificity)or tissue specificity)。
在在个个体体生生长长全全过过程程，，某某种种基基因因产产物物在在个个体体按按不不同同组组织织空空间间顺顺序序出出现现，，称称之之为为基基因因表表达达的的空间特异性空间特异性(spatial specificity)(spatial specificity) 三、基因表达的方式存在很大差异三、基因表达的方式存在很大差异（一）基本基因表达（一）基本基因表达某某些些基基因因在在一一个个生生物物个个体体的的几几乎乎所所有有细细胞胞中中持持续续表表达达，，通通常常被被称称为为管管家家基基因因(housekeeping gene)如如编编码码微微管管蛋蛋白白、、糖氧化酶系、核糖体蛋白等的基因糖氧化酶系、核糖体蛋白等的基因 无论表达水平高低，管家基因较少受环无论表达水平高低，管家基因较少受环境因素影响，境因素影响，只受启动子与只受启动子与RNARNA聚合酶相聚合酶相互作用影响互作用影响在个体各个生长阶段的大多数在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部细胞或几乎全部细胞中持续表达，或变化很小中持续表达，或变化很小区别于其他基因，这类基因表达被视为区别于其他基因，这类基因表达被视为基本基本（或组成性）基因表达（或组成性）基因表达(constitutive gene expression)。
•管家基因高度保守并且在大多数情况管家基因高度保守并且在大多数情况下持续表达，因此管家基因常被用于下持续表达，因此管家基因常被用于分子生物学研究中作为其它基因表达分子生物学研究中作为其它基因表达的参照物的参照物最常用的此类管家基因有最常用的此类管家基因有3- 3-磷酸甘油磷酸甘油醛脱氢酶（醛脱氢酶（GAPDH ）和肌动蛋白（和肌动蛋白（β-β-actinactin ）基因 •glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogease (GAPDH) Western blot analysis of lysates from various cell lines/tissue using β-Actin Antibody （二）诱导和阻遏表达（二）诱导和阻遏表达这一类基因表达与否、表达强弱受外界这一类基因表达与否、表达强弱受外界环境的影响环境的影响诱导（诱导（induction）：）：可诱导基因可诱导基因在特定环在特定环境信号刺激下表达增强的过程境信号刺激下表达增强的过程DNA损伤损伤 →修复酶基因激活修复酶基因激活乳糖乳糖 → 利用乳糖的三种酶表达利用乳糖的三种酶表达阻遏（阻遏（repression）：）：可阻遏基因可阻遏基因在外界在外界环境变化时表达产物水平降低的过程环境变化时表达产物水平降低的过程色氨酸色氨酸 —色氨酸合成酶系表达被抑制色氨酸合成酶系表达被抑制 在在一一定定机机制制控控制制下下，，功功能能上上相相关关的的一一组组基基因因，，无无论论其其为为何何种种表表达达方方式式，，均均需需协协调调一一致致、、共共同同表表达达，，即即为为协协调调表表达达(Coordinate Expression)，，这这种种调调节节称称为为协调调节协调调节(Coordinate Regulation)。
三）生物体内不同基因的表达受（三）生物体内不同基因的表达受到协调调节到协调调节 四、（真核）基因表达受顺式作用元件四、（真核）基因表达受顺式作用元件和反式作用因子共同调节和反式作用因子共同调节•在分子遗传学领域，相对同一染色体或DNA分子而言为“顺式”（cis）；对不同染色体或DNA分子而言为“反式”（trans） aabA反式作用因子反式作用因子(Trans-factor)顺式作用元件顺式作用元件(Cis-element) 调控的基础：调控的基础：DNA - 蛋白质、蛋白质蛋白质、蛋白质-蛋白质蛋白质的相互作用的相互作用(1) (1) DNA DNA - - 蛋蛋白白质质相相互互作作用用通通常常指指的的是是反反式式作作用用因因子子与与顺顺式式作作用用元元件件之之间间的的特特异异识识别别及及结结合合一一般般是是非非共共价价结结合合，，被被识识别别的的DNADNA结结合合位位点点呈呈对对称称、、或或不不完完全全对对称称结结构构 当调节蛋白落入当调节蛋白落入DNA的大沟或小沟时，调节蛋白的的大沟或小沟时，调节蛋白的某些氨基酸残基（某些氨基酸残基（R基团）就会与基团）就会与 DNA中的某些碱基相中的某些碱基相互联系，形成互联系，形成DNA——蛋白质复合物。
蛋白质复合物 调节蛋白如何识别调节蛋白如何识别DNA结合位点？结合位点？ 2 2）蛋白质－蛋白质相互作用）蛋白质－蛋白质相互作用：：•通常形成通常形成二聚体二聚体，再作用于，再作用于DNADNA是调节蛋白是调节蛋白DNADNA时最常见的形式时最常见的形式•有的调节蛋白可形成多聚体有的调节蛋白可形成多聚体•有的蛋白质形成二聚体或多聚体后，反而丧失结合有的蛋白质形成二聚体或多聚体后，反而丧失结合DNADNA的能力在原核真核均有存在在原核真核均有存在 五、基因表达调控的多层次和复杂性五、基因表达调控的多层次和复杂性基因激活基因激活拷贝数拷贝数重排重排甲基化甲基化/ /乙酰化乙酰化转录起始转录起始 转录后加工转录后加工mRNA降解降解蛋白质降解等蛋白质降解等蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰对一个基因编码产物对一个基因编码产物---蛋白质来说：至蛋白质来说：至少有以下几个调控环节：少有以下几个调控环节：DNADNARNARNAProtein 转录转录转录后加工转录后加工翻译翻译翻译后加工翻译后加工mRNA降解降解蛋白质降解蛋白质降解蛋白质定向与运输蛋白质定向与运输 1.原核生物：原核生物：基因组和染色体结构简单，转录基因组和染色体结构简单，转录和翻译在同一时间和位置发生和翻译在同一时间和位置发生—— ☆☆基因调节主要在转录水平上进行。
基因调节主要在转录水平上进行2.真核生物：真核生物：转录和翻译在时间、空间上被分转录和翻译在时间、空间上被分隔开，且转录和翻译后都有复杂的信息加工过隔开，且转录和翻译后都有复杂的信息加工过程程—— ☆☆基因表达在不同水平上都需要进行调节基因表达在不同水平上都需要进行调节 六、基因表达调控为生物体生长、发育六、基因表达调控为生物体生长、发育所必需所必需（一）适应环境、维持生长和增殖（一）适应环境、维持生长和增殖•细菌的热应激反应细菌的热应激反应•久居高原地区的居民平均久居高原地区的居民平均 Hb 浓浓度升高度升高•经常饮酒者酒量增加经常饮酒者酒量增加 （二）维持个体发育与分化（二）维持个体发育与分化果蝇（果蝇（Drosophila melanogaster）的发育）的发育 果蝇的同源异型基因突变，肢体发育异常 哺乳动物的胚胎发育 第二节第二节原核基因表达调控原核基因表达调控Gene Expression Regulation of Prokaryotes ——调节的主要环节在调节的主要环节在转录起始转录起始* *原核基因转录调节原核基因转录调节*σ因子决定因子决定RNA聚合酶识别特异性聚合酶识别特异性 •在转录起始阶段，在转录起始阶段，σ亚基（又称亚基（又称σ因子）因子）识别特异启动序列；不同的识别特异启动序列；不同的σ因子因子决定决定特异编码基因的转录激活，也决定不同特异编码基因的转录激活，也决定不同RNA（（mRNA、、rRNA和和tRNA）基因的）基因的转录转录。
•σ亚基在转录延长时脱落亚基在转录延长时脱落 一、操纵子是原核生物基因表达调控的一、操纵子是原核生物基因表达调控的基本单位：基本单位：—— 操纵子操纵子(Operon) 模型模型 操纵子定义：操纵子定义：原核生物原核生物基因组中，能转录出基因组中，能转录出一条一条mRNAmRNA的几个功能相关的的几个功能相关的结构基因结构基因及其及其调控区域调控区域，称为一个操纵子，称为一个操纵子(Operon)(Operon)组成：组成：结构基因结构基因----2----2个以上的编码序列个以上的编码序列 启动序列（子）启动序列（子）----RNA----RNA聚合酶辨认、结合聚合酶辨认、结合 操纵序列操纵序列--------（（Operator)Operator) 调节序列调节序列---- ---- 如编码阻遏蛋白的序列如编码阻遏蛋白的序列 终止序列终止序列—— 依赖、和不依赖依赖、和不依赖ρ因子因子 操操纵纵子子中中被被调调控控的的编编码码蛋蛋白白质质的的基基因因可可称称为为结结构构基基因因( (S Structural tructural G Gene, ene, SG)SG)。
一一个个操操纵纵子子中中含含有有2 2个个以以上上的的结结构构基基因因，，多多的的可可达达十十几几个个因因此此原原核核生生物物基基因因组组成成为为多顺反子多顺反子A. A. 结构基因结构基因 E.E.ColiColi乳糖操纵子的结构基因乳糖操纵子的结构基因 B. B. 启动序列启动序列能被能被RNARNA聚合酶识别、结合并启动聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段基因转录的一段DNADNA序列序列操纵子至少有一个启动序列，一般在第一至少有一个启动序列，一般在第一个结构基因个结构基因5 5＇侧上游＇侧上游，控制整个结，控制整个结构基因群的转录构基因群的转录 共共有有序序列列(consensus (consensus sequence)sequence) 的的任任一一碱碱基基突突变变或或变变异异都都会会影影响响RNARNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结结合合及及转转录录起起始始，，因因此此共共有有序序列列决定启动序列的转录活性大小决定启动序列的转录活性大小 在转录起始点上游存在的一些具有调在转录起始点上游存在的一些具有调控作用的相似序列称为控作用的相似序列称为共有序列共有序列Consensus sequence RNA转录起始转录起始-35区区-10区区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列共有序列5 5种种E.E.colicoli启动序列的共有序列启动序列的共有序列 C C、、 操纵序列操纵序列 操操纵纵序序列列（（operatoroperator））是是指指能能被被调调控控蛋蛋白白特特异异性性结结合合的的一一段段DNADNA序序列列，，常常与与启启动动序序列列邻邻近近或或与与其其重重叠叠，，也也可可位位于于启启动动序序列列下下游游，，甚甚至至在在结结构构基基因因内内部部。
当当调调控控蛋蛋白白结结合合在在操操纵纵序序列列上上，，会影响结构基因转录的强弱会影响结构基因转录的强弱 以以乳乳糖糖操操纵纵子子中中的的操操纵纵序序列列为为例例，，其其主主要要操操纵纵序序列列（（O O1 1））序序列列位位于于启启动动子子（（p p））与与被被调调控的基因之间，部分序列与启动子序列重叠控的基因之间，部分序列与启动子序列重叠 D、 调控基因 调调控控基基因因(regulatory (regulatory gene)gene)是是编编码码能能与与操操纵纵序序列列结结合合的的调调控控蛋蛋白白的的基基因因调控蛋白有：调控蛋白有： 阻遏蛋白阻遏蛋白(repressive protein)(repressive protein)：与操纵：与操纵区结合后能减弱或阻止其调控的基因区结合后能减弱或阻止其调控的基因转录，其介导的调控方式为转录，其介导的调控方式为负调控 激活蛋白激活蛋白(activating protein)(activating protein)：与操纵区：与操纵区结合后能结合后能增强或启动增强或启动其调控的基因转其调控的基因转录，所介导的调控方式为录，所介导的调控方式为正调控。
正调控 *原核操纵子多受到阻遏蛋白的负性调节原核操纵子多受到阻遏蛋白的负性调节•阻遏蛋白对转录的抑制作用是原核生物阻遏蛋白对转录的抑制作用是原核生物中普遍存在的共性调节这种调控称为中普遍存在的共性调节这种调控称为负调控•若激活蛋白对转录起激活或促进作用，若激活蛋白对转录起激活或促进作用，这种调控称为正调控这种调控称为正调控注意：正、负调控并不指调控的结果，而特注意：正、负调控并不指调控的结果，而特指调节蛋白的类型指调节蛋白的类型 负控诱导负控诱导负控阻遏负控阻遏正控诱导正控诱导正控阻遏正控阻遏负转录调控系统负转录调控系统正转录调控系统正转录调控系统原核原核真核真核 二、二、E.coli乳糖操纵子调控机制乳糖操纵子调控机制（1）操纵子(Operon)模型的提出 操纵子模型的代表：操纵子模型的代表：E.coli 乳糖乳糖操纵子操纵子的结构的结构负控负控阻遏阻遏 大肠杆菌可以利用大肠杆菌可以利用葡萄糖、乳糖、麦葡萄糖、乳糖、麦芽糖、阿拉伯糖芽糖、阿拉伯糖等作为碳源而生长繁殖，等作为碳源而生长繁殖，当培养基中含有当培养基中含有葡萄糖和乳糖葡萄糖和乳糖时，细菌时，细菌优优先先利用葡萄糖，当葡萄糖耗尽，细菌停止利用葡萄糖，当葡萄糖耗尽，细菌停止生长，但经过短时间的生长，但经过短时间的适应适应，就能完全利，就能完全利用乳糖，细菌继续呈指数式繁殖增长。
用乳糖，细菌继续呈指数式繁殖增长 •大肠杆菌能够利用乳大肠杆菌能够利用乳糖作为它的唯一碳源，糖作为它的唯一碳源，就必须使得：就必须使得：1.乳糖能进入细胞乳糖能进入细胞2. 将乳糖水解为将乳糖水解为 半乳糖和葡萄糖半乳糖和葡萄糖•β半乳糖苷酶、透酶和半乳糖苷酶、透酶和乙酰基转移酶乙酰基转移酶是大肠是大肠杆菌杆菌DNA上乳糖操纵上乳糖操纵子的子的3个结构基因，经个结构基因，经转录和翻译而成转录和翻译而成β半乳糖苷酶半乳糖苷酶异（别）乳糖异（别）乳糖半乳糖半乳糖葡萄糖葡萄糖 （（一一））乳糖操纵子乳糖操纵子(lac operon)的结构的结构 调控区调控区CAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因Z：： β-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：： 透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPPII阻遏蛋白阻遏蛋白 （（二二））乳糖操纵子受到阻遏蛋白和乳糖操纵子受到阻遏蛋白和CAP的双重调节的双重调节 １、阻遏蛋白的负性调节１、阻遏蛋白的负性调节 没有乳糖时没有乳糖时： I I 序列在序列在 P PI I 启动序列操纵下表达的阻遏蛋白与启动序列操纵下表达的阻遏蛋白与O O序列结合，阻碍序列结合，阻碍RNARNA聚合酶与聚合酶与 P P 序列结合，抑制转序列结合，抑制转录起动，录起动，Z Z、、Y Y、、A A基因不能转录，处于关闭状态。
基因不能转录，处于关闭状态 IDNAZYAOP没有乳糖存在时没有乳糖存在时阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节阻遏基因阻遏基因I无酶产生无酶产生pol 有有乳糖存在时：乳糖存在时：Lac operon Lac operon 被诱导表达被诱导表达 诱导物刚开始怎样进入细胞？诱导物刚开始怎样进入细胞？ 异乳糖异乳糖乳糖乳糖阻遏蛋白阻遏蛋白结合异乳糖后，阻结合异乳糖后，阻遏蛋白构象改变遏蛋白构象改变 •阻遏蛋白的阻遏作用并非绝对，偶有阻遏蛋阻遏蛋白的阻遏作用并非绝对，偶有阻遏蛋白与白与O O序列解聚、因此每个细胞中可能有寥序列解聚、因此每个细胞中可能有寥寥数分子寥数分子β-β-半乳糖苷酶、透酶生成半乳糖苷酶、透酶生成 （诱导水（诱导水平的平的0.1%0.1%）乳糖可经过这数分子的透酶催）乳糖可经过这数分子的透酶催化进入细胞，再经过化进入细胞，再经过β-β-半乳糖苷酶催化转变半乳糖苷酶催化转变为异乳糖为异乳糖，，异乳糖作为一种诱导剂（异乳糖作为一种诱导剂（inducer)inducer)与阻遏蛋白结合，使之构象改变，导致阻遏与阻遏蛋白结合，使之构象改变，导致阻遏蛋白与蛋白与O O序列解离，而发生转录。
序列解离，而发生转录 mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录启动转录mRNA乳糖乳糖异乳糖异乳糖β-半乳糖苷酶半乳糖苷酶 图示缺乏乳糖时，阻遏蛋白（四聚体）与操纵序图示缺乏乳糖时，阻遏蛋白（四聚体）与操纵序列列O1，，O2，，O3结合，使结合，使DNA弯曲成套索状，阻弯曲成套索状，阻止止SG转录转录 原本的图像结合了异乳糖的图像阻遏蛋白与诱导物结合后发生变构，与阻遏蛋白与诱导物结合后发生变构，与DNA脱离脱离 •异异乳糖的类似物乳糖的类似物异丙基硫代半乳糖苷异丙基硫代半乳糖苷（（IPTG）因与异乳糖结构类似，是一种作）因与异乳糖结构类似，是一种作用极强的诱导剂常被实验室采用作为基用极强的诱导剂常被实验室采用作为基因工程中因工程中β-β-半乳糖苷酶的诱导剂半乳糖苷酶的诱导剂 人工诱导剂人工诱导剂IPTG Lac operon 1.营养缺陷菌生长在含有营养缺陷菌生长在含有IPTG及及X-gal的培养基上菌的培养基上菌落呈白色落呈白色2.缺陷菌基因组恢复正常，在缺陷菌基因组恢复正常，在IPTG诱导下表达诱导下表达β半乳糖半乳糖苷酶，后者作用于底物苷酶，后者作用于底物X-gal使之呈现蓝色。
使之呈现蓝色人工诱导剂人工诱导剂IPTG ２、２、CAPCAP的正性调节的正性调节CRP：cAMP receptor proteinCAP：cAMP activated protein / Catabolite Activator Protein 葡萄糖葡萄糖↑ ，，[cAMP]↓葡萄糖葡萄糖↓ ，，[cAMP]↑ Transcription activation by catabolite activator protein ２、２、CAPCAP的正性调节的正性调节+ + + ++ + + + 转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，[cAMP]↑有葡萄糖，有葡萄糖，[cAMP]↓ZYAOPZYAOPCAPCAPCAPcAMP 3.Lac3.Lac阻遏蛋白阻遏蛋白负负性性调节调节与与CAPCAP正性正性调节调节协协调调节调调节细菌对环境碳源的利用细菌对环境碳源的利用※当当阻阻遏遏蛋蛋白白封封闭闭转转录录时时，，CAP对对该该系系统统不不能能发挥作用；发挥作用；※如如无无CAP，，即即使使没没有有阻阻遏遏蛋蛋白白与与操操纵纵序序列列结结合，操纵子仍无转录活性合，操纵子仍无转录活性两者相辅相成，缺一不可。
两者相辅相成，缺一不可即即：：E.coli只只有有在在葡葡萄萄糖糖(-)，，乳乳糖糖(+)时时，，才才会表达会表达lac的的3个结构基因个结构基因 葡萄糖葡萄糖:（（——））乳乳 糖糖:（（+））葡萄糖葡萄糖:（（+））乳乳 糖糖:（（——））葡萄糖葡萄糖:（（ —— ））乳乳 糖糖:（（——））葡萄糖葡萄糖:（（ + ））乳乳 糖糖:（（+）） lac操纵子的调控机制操纵子的调控机制 •衰减衰减和和抗终止抗终止现象最早在现象最早在E.coli Trp操纵子中发操纵子中发现，其结构和机制异常精细衰减可以使得转录现，其结构和机制异常精细衰减可以使得转录提前结束，抗终止使得转录继续进行下去提前结束，抗终止使得转录继续进行下去•阻遏和衰减虽然都在转录水平上进行，但两者的阻遏和衰减虽然都在转录水平上进行，但两者的机制完全不同：前者控制转录的起始，后者决定机制完全不同：前者控制转录的起始，后者决定转录起始后是否进行下去衰减作用比阻遏作用转录起始后是否进行下去衰减作用比阻遏作用是更为精细的调节是更为精细的调节 E.Coli Trp操纵子的衰减机制是多么的精细！操纵子的衰减机制是多么的精细！先导区决定衰减机制先导区决定衰减机制E.Coli Trp操纵子结构操纵子结构 •序列序列1编码先导肽，其唯一作用就编码先导肽，其唯一作用就是调控基因表达是调控基因表达•序列序列2:3或或3:4都可都可 配对，配对，3:4 配对配对形成后将停止转录（结构类似终形成后将停止转录（结构类似终止序列），止序列），2:3配对不影响转录配对不影响转录•注意序列注意序列1中的两个连续中的两个连续Trp密码密码子子 当环境当环境Trp浓度低时，浓度低时，Trp-tRNATrp浓度也很低，核浓度也很低，核糖体在两个糖体在两个Trp密码子处短暂停顿，序列密码子处短暂停顿，序列3就与序列就与序列2配对，无衰减子结构形成，转录继续配对，无衰减子结构形成，转录继续 当环境当环境Trp浓度高时，浓度高时，Trp-tRNATrp浓度也很高，浓度也很高，核糖体遇到序列核糖体遇到序列1中的两个中的两个Trp密码子时就可以密码子时就可以很快通过而进入序列很快通过而进入序列2，这样序列，这样序列2就被核糖体就被核糖体覆盖，序列覆盖，序列3无法与无法与2配对，配对，3:4配对形成，转录配对形成，转录终止。
终止 四、原核生物具有不同的转录终止四、原核生物具有不同的转录终止调节机制调节机制（（一一）不依）不依赖赖RhoRho因子的因子的转录终转录终止止（二）依（二）依赖赖RhoRho因子的因子的转录终转录终止止 五、原核生物翻译水平调节五、原核生物翻译水平调节（一）调节蛋白结合于翻译起始区进行（一）调节蛋白结合于翻译起始区进行自我调节自我调节 1.调节蛋白结合调节蛋白结合mRNA靶位点，阻止核蛋靶位点，阻止核蛋白体识别翻译起始区，从而阻断翻译白体识别翻译起始区，从而阻断翻译 2.核糖体蛋白是自身翻译的抑制蛋白，这种调控称核糖体蛋白是自身翻译的抑制蛋白，这种调控称自我控制自我控制 (autogenous control) •组成大肠杆菌核糖体的蛋白质有组成大肠杆菌核糖体的蛋白质有50种之多，种之多，基因分别定位于基因分别定位于20多个操纵子上这些蛋多个操纵子上这些蛋白质必需以相同的速度合成出来，且它们必白质必需以相同的速度合成出来，且它们必需严格保持与需严格保持与rRNA相应的水平相应的水平•当有过量核糖体蛋白游离存在时即会引起它当有过量核糖体蛋白游离存在时即会引起它自身以及有关蛋白质合成的阻遏。
自身以及有关蛋白质合成的阻遏 在核糖体组装时，在核糖体组装时，与与rRNA结合的结合的蛋白为蛋白为r-蛋白蛋白，，它对核糖体蛋白它对核糖体蛋白的合成起调控作的合成起调控作用，每一个操纵用，每一个操纵子编码自己的子编码自己的r-蛋白，它抑制整蛋白，它抑制整个操纵子的表达个操纵子的表达 某种某种r-蛋白相对过量蛋白相对过量时，可与其自身模板时，可与其自身模板mRNA上的上的SD序列序列结合阻止其翻译，使结合阻止其翻译，使这种这种r蛋白合成速度蛋白合成速度降低 （二）反义（二）反义RNA结合结合mRNA翻译起始部位的翻译起始部位的互补序列对翻译进行调节互补序列对翻译进行调节Ø可调节基因表达的可调节基因表达的RNA称为调节称为调节RNAØ细细菌菌中中含含有有与与特特定定mRNA翻翻译译起起始始部部位位互互补补的的RNA，，通通过过与与mRNA杂杂交交阻阻断断30S小小亚亚基基对对起起始始密密码码子子的的识识别别及及与与SD序序列列的的结结合合，，抑抑制制翻翻译译起起始始这这种种调调节节称称为为反反义义控控制制(antisense control) 高渗透压低渗透压E.Coli对外界渗透压变化应答机制对外界渗透压变化应答机制 第三节第三节真核基因表达调控真核基因表达调控Gene Expression Regulation of Eukaryotes 一、真核基因组结构特点一、真核基因组结构特点（（一）真核基因组结构庞大一）真核基因组结构庞大哺乳类动哺乳类动物基因组物基因组DNA 约约 3 × 10 9 碱基对碱基对编码基因编码基因约约 有有39000 个个，仅，仅占总长的占总长的2%左右。
左右 •其中其中80-90%的非编码序列，包括内含子、调的非编码序列，包括内含子、调控序列、重复序列等控序列、重复序列等•真核基因组中约真核基因组中约60%的基因存在可变剪切的基因存在可变剪切每个基因平均可产生的蛋白质：每个基因平均可产生的蛋白质：细菌：细菌：1.2~1.3种种酵母：酵母：3种种人：人：10种种 （（二）真核基因转录产物为单顺反子二）真核基因转录产物为单顺反子单顺反子单顺反子(monocistron) 即即一一个个编编码码基基因因转转录录生生成成一一个个mRNA分子，经翻译生成一条多肽链分子，经翻译生成一条多肽链三）真核基因组含有大量的重复序列三）真核基因组含有大量的重复序列单拷贝序列（一次或数次）人类：单拷贝序列（一次或数次）人类：65% 高度重复序列（高度重复序列（106 次）次）中度重复序列（中度重复序列（103 ~ 104次）次）多拷贝序列多拷贝序列 （四）断裂基因（（四）断裂基因（splite gene ）） •真核生物基因表真核生物基因表达调控可在更多达调控可在更多层面上发生层面上发生二、真核基因表达调二、真核基因表达调控更为复杂控更为复杂 •DNA水平（转录前）的调控水平（转录前）的调控•转录水平的调控转录水平的调控•转录后水平的调控转录后水平的调控•翻译水平的调控翻译水平的调控•翻译后水平的调控翻译后水平的调控 （（一）真核细胞内含有多种一）真核细胞内含有多种RNA聚合酶聚合酶真核真核RNA聚合酶有三种，即聚合酶有三种，即RNA pol I、、II及及 III，分别负责三种，分别负责三种RNA转录。
转录 真核生物基因表达调控与原核不同：真核生物基因表达调控与原核不同： 1. 具有转录活性的染色质区域对核酸酶更加具有转录活性的染色质区域对核酸酶更加敏感敏感（（二）转录激活状态的染色质结构发生明二）转录激活状态的染色质结构发生明显变化显变化（转录前水平）（转录前水平）正常染色质正常染色质DNA200bp左右规则片段左右规则片段转录活跃期转录活跃期DNA短的不规则片段短的不规则片段DNase ⅠⅠDNase ⅠⅠDNase ⅠⅠDNA受组蛋白掩盖的结构有变化，暴露出了对受组蛋白掩盖的结构有变化，暴露出了对DNase ⅠⅠ高敏感位点高敏感位点(hypersensitive site)高敏感位点常出现在调控蛋白结合位点的附近）敏感位点常出现在调控蛋白结合位点的附近） 2.DNA拓扑结构变化拓扑结构变化正常的正常的DNA维持在超螺旋的状态将维持在超螺旋的状态将DNA从细胞中萃取出来时也是维持在超螺从细胞中萃取出来时也是维持在超螺旋结构 基因活化后基因活化后:RNA-pol正超螺旋正超螺旋负超螺旋负超螺旋转录方向转录方向正性超螺旋会拆散核小体，有利于正性超螺旋会拆散核小体，有利于RNA聚合酶向前聚合酶向前移动转录；而负性超螺旋则有利于核小体的再形成移动转录；而负性超螺旋则有利于核小体的再形成 3.DNA碱基的甲基化修饰变化碱基的甲基化修饰变化Ø真核真核DNA约有约有5%的胞嘧啶被甲基化为的胞嘧啶被甲基化为5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶(5-methylcytidine, m5C) ，甲基化位点多在基因，甲基化位点多在基因5′端端位于启位于启动子附近动子附近的的“CpG”岛（岛（CpG island）。
甲基化范围与基甲基化范围与基因表达程度呈反比因表达程度呈反比 •甲基化的基因伴随相应的组蛋白甲基化的基因伴随相应的组蛋白H3、、H4去乙酰化，导去乙酰化，导致基因转录减弱反之亦然致基因转录减弱反之亦然4.4.组蛋白变化组蛋白变化Ø富含富含Lys组蛋白水平降低，组蛋白水平降低，H1减少减少ØH2A·H2B二聚体不稳定性增二聚体不稳定性增加加Ø组蛋白组蛋白H3、、H4的其它修饰的其它修饰（乙酰化，磷酸化、甲基化、（乙酰化，磷酸化、甲基化、泛素化等）泛素化等）组蛋白发生的变化还包括：组蛋白发生的变化还包括： （（三三）正性）正性调节调节占主占主导导①①采用正性调节机制更精确采用正性调节机制更精确②②采用负性调节不经济采用负性调节不经济（四）转录与翻译分隔进行（四）转录与翻译分隔进行（五）转录后修饰、加工较复杂五）转录后修饰、加工较复杂 真核生物真核生物转录水平转录水平的调控的调控•最重要最重要•顺式作用元件顺式作用元件•反式作用因子反式作用因子•转录起始的调控转录起始的调控 三、真核生物的顺式作用元件是转录起三、真核生物的顺式作用元件是转录起始的关键调节部位始的关键调节部位 ——位于编码基因两侧，可影响位于编码基因两侧，可影响自身自身基因基因表达活性的表达活性的DNA序列序列RNA聚合酶聚合酶ⅡⅡBADNA编码序列编码序列转录起始点转录起始点mRNARNA聚合酶聚合酶ⅡⅡBADNA转录起始点转录起始点mRNA Ø不不同同真真核核生生物物的的顺顺式式作作用用元元件件中中也也会会发发现现一一些些共共有有序序列列，，如如TATA盒盒、、CAAT盒盒、、GC盒盒等等，，这这些些共共有有序序列列是是RNA聚聚合合酶酶或或特异转录因子的结合位点。
特异转录因子的结合位点 基基因因的的组组织织结结构构及及顺顺式式作作用用元元件件 Ø不同基因具有各自特异的顺式作用元件不同基因具有各自特异的顺式作用元件Ø常见的真核基因的顺式作用元件有：常见的真核基因的顺式作用元件有：启动启动子（子（promoterpromoter）、增强子（）、增强子（enhancerenhancer）、沉）、沉默子（默子（silencersilencer））等Ø通常是非编码序列，但通常是非编码序列，但并非并非都位于转录起都位于转录起始点上游始点上游 （一）启动子（一）启动子真真核核基基因因启启动动子子是是RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶结结结结合合合合位位位位点点点点周周周周围围围围的的的的一一一一组组组组转转转转录录录录控控控控制制制制组组组组件件件件，，，，至至至至少少少少包包包包括括括括一一一一个个个个转录起始点转录起始点转录起始点转录起始点以及一个以上的以及一个以上的以及一个以上的以及一个以上的功能组件功能组件功能组件功能组件 最典型的功能组件是最典型的功能组件是TATATATA盒：盒： 位于转录起始点上游位于转录起始点上游-25 -25 ~ -30bp, -30bp,控制转控制转录起始的准确性及频率，是录起始的准确性及频率，是TFⅡDTFⅡD的结的结合位点。
合位点以及以及近端作用元件近端作用元件：：GCGC盒：盒： －－30 30 ~ －－110bp110bp区域区域GGGCGG; GGGCGG; CAATCAAT盒：盒：－－30 30 ~ －－110bp110bp区域区域GCCAATGCCAAT，， 常见与启动子元件结合的转录因子常见与启动子元件结合的转录因子 （二）增强子（二）增强子(enhancer)指指远远离离转转录录起起始始点点、、决决定定基基因因的的时时间间、、空空间间特特异异性性表表达达、、增增强强启动子转录活性的启动子转录活性的DNA序列酵酵母母中中的的增增强强子子称称为为上上游游激激活活序列（序列（UAS） CCAAT盒盒GC盒盒TATA盒盒转录起始点转录起始点高等真核生物高等真核生物上游激活序上游激活序列（列（UAS））TATA盒盒转录起始点转录起始点酵母酵母图图13-7 真核基因启动子的典型结构真核基因启动子的典型结构 增强子通常具有下列性质：增强子通常具有下列性质： 1、增强效应十分明显，、增强效应十分明显，一般能使基因转录频率增加10-200倍2、增强效应与其位置和取向无关，、增强效应与其位置和取向无关，不论增强子以什么方向排列（5′→3 ′或3 ′ →5 ′)，甚至和基因相距3 kb，或在基因下游，有的还可位于基因的内含子中。
均表现出增强效应；3、其作用与启动子相互依赖，但对启动子无严格、其作用与启动子相互依赖，但对启动子无严格专一性专一性 （三）沉默子（三）沉默子(silencer)某些基因的负性调节元件，当某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用录起阻遏作用 调节调节基因表达水平基因表达水平决定基因决定基因表达的基表达的基础水平础水平与与RNA pol II 结合结合，决定转，决定转录起始点的精录起始点的精确定位确定位+1结构基因结构基因决定基因表达的决定基因表达的时空特异性时空特异性激素，金属离子激素，金属离子等反应元件等反应元件其他反其他反应元件应元件使转录使转录增强增强或或减弱减弱增强子增强子或或 沉默子沉默子维持维持基本基本的表达水平的表达水平CAAT盒盒 GC盒盒 上游启动子上游启动子-110~-40TATA 盒盒启动子启动子-25•RNA pol II 转录体系的调节转录体系的调节 转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒增强子增强子n典典型型的的真真核核生生物物顺顺式式作作用用元元件件(cis-acting element)AATAAA切离加尾切离加尾转录终止点转录终止点修饰点修饰点外显子外显子翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 四、真核生物的调节蛋白四、真核生物的调节蛋白(又称转录因又称转录因子，子，transcription factors，，TF)反式作用蛋白（反式作用蛋白（trans-acting factorstrans-acting factors））: : 某一基因表达产生的蛋白质因子，通过某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与与另一基因另一基因的特异的顺式作用元件识别、的特异的顺式作用元件识别、结合反式激活其转录，调节其表达结合反式激活其转录，调节其表达 。
这这种调节作用称为种调节作用称为反式作用反式作用这种调节蛋白这种调节蛋白称称反式作用蛋白反式作用蛋白或或反式作用因子反式作用因子 •以反式作用影响转录的蛋白质，可统称为转录因子(transcription factors, TF)•在真核细胞中RNA聚合酶通常不能单独发挥转录作用，而需要与其他转录因子共同协作 真核生物通过蛋白与真核生物通过蛋白与DNA间以及蛋白与蛋白间的相互间以及蛋白与蛋白间的相互作用形成复杂的起始转录复合物而实现转录起始作用形成复杂的起始转录复合物而实现转录起始 1. 转录调节因子分类（按功能特性）转录调节因子分类（按功能特性）* 基本转录因子基本转录因子(general transcription factors)是是RNA聚聚合合酶酶结结合合启启动动子子所所必必需需的的一一组组蛋蛋白白因因子子，，决决定定三三种种RNA (mRNA、、tRNA及及rRNA) 转录的类别转录的类别 * 特异转录因子特异转录因子(special transcription factors)为为个个别别基基因因转转录录所所必必需需，，决决定定该基因的时间、空间特异性表达该基因的时间、空间特异性表达。
根根据据所所起起作作用用的的不不同同，，分分为为转转录录激激活活因因子子和和转转录录抑抑制制因因子子（（少少见见）） •To be fulfilled （三）转录调节因子结构（三）转录调节因子结构三三个个结结构构域域蛋白质蛋白质-蛋白质结合域蛋白质结合域（二聚化结构域）（二聚化结构域）转录激活域转录激活域 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域DNA结合域结合域螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋锌指锌指(zinc finger)碱性亮氨酸拉链碱性亮氨酸拉链碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋螺旋 DNADNA结合域结合域 ————常见的有：常见的有：•锌指结构锌指结构（（Zinc finger Zinc finger ））•螺旋螺旋- -转角转角- -螺旋螺旋（（Helix-turn-helixHelix-turn-helix））•碱性螺旋－环－螺旋碱性螺旋－环－螺旋（（basic helix-loop-helix --basic helix-loop-helix --bHLHbHLH））•碱性亮氨酸拉链碱性亮氨酸拉链（（basic leucine zipper basic leucine zipper – bZIP )bZIP ) •Zinc fingerZinc finger（锌指）（锌指）Ø长约长约3030个个aaaa，其中，其中4 4个氨基酸（个氨基酸（2 2××CysCys，，2 2××HisHis）与一个）与一个ZnZn原子相结合。
与原子相结合与ZnZn结合后锌指结构较稳定结合后锌指结构较稳定Ø具有锌指结构的转录因子常结合具有锌指结构的转录因子常结合GCGC盒 2个个Cys和和2个个His分别位于正四面体的顶角，与四面体中分别位于正四面体的顶角，与四面体中心的锌离子配价结合，在心的锌离子配价结合，在Cys和和His之间有之间有12个个aa残基，残基，形成手指状结构形成手指状结构CysHis 一个蛋白质分子可有一个蛋白质分子可有2——9个锌指重复单位，锌指以个锌指重复单位，锌指以指部伸入指部伸入DNA的双螺旋的深沟，接触的双螺旋的深沟，接触5个核苷酸个核苷酸 Cys2/His2锌指结构锌指结构12AA特异结合位点特异结合位点 锌指结构靠锌指结构靠α-螺旋区识别、结合螺旋区识别、结合DNA大沟大沟 TFⅢⅢA有连续有连续9个锌个锌指重复结构与指重复结构与DNA结合结合 •Helix-turn-helix（螺旋（螺旋-转角转角-螺旋，螺旋，HTH）是最早发现于原核生物是最早发现于原核生物中的一个关键因子，该中的一个关键因子，该结构域长约结构域长约20个个aa，主，主要是两个要是两个α-螺旋区和将螺旋区和将其隔开的其隔开的β转角。
其中转角其中的一个被称为识别螺旋的一个被称为识别螺旋区，因为它常常带有数区，因为它常常带有数个直接与个直接与DNA序列相识序列相识别的氨基酸别的氨基酸 碱性亮氨酸拉链碱性亮氨酸拉链 两组平行走两组平行走向的带亮氨酸的向的带亮氨酸的α α－螺旋形成对－螺旋形成对称的二聚体，每称的二聚体，每条链上的亮氨酸条链上的亮氨酸有规律的每隔有规律的每隔7 7个个aaaa就出现一次就出现一次（两圈，每圈（两圈，每圈3.6aa3.6aa）其侧链上）其侧链上的的R R－基团的分－基团的分支，刚好排列形支，刚好排列形成拉链状结构成拉链状结构α螺旋螺旋Leu側链位于側链位于α螺旋的疏水螺旋的疏水面面,呈拉链状排列呈拉链状排列（（basic leucine zipper – LZIP ) 亮氨酸每间隔亮氨酸每间隔7个个aa出现一次出现一次肽链上每隔肽链上每隔7个残基就有个残基就有1个疏水的个疏水的Leu残基，导致残基，导致Leu残基都集中在残基都集中在α-螺旋的同一侧两条肽链靠螺旋的同一侧两条肽链靠Leu间的疏水作用形成二聚体，形同拉链状间的疏水作用形成二聚体，形同拉链状 亮氨酸拉链二聚体另一端肽段富含碱性氨基酸残基（亮氨酸拉链二聚体另一端肽段富含碱性氨基酸残基（Lys、、Arg），借其正电荷与），借其正电荷与DNA链上的磷酸基团结合。
链上的磷酸基团结合 亮氨酸拉亮氨酸拉链链Lzip •碱性螺旋--环--螺旋（basic helix-loop-helix，HLH）同时具有DNA结合和形成蛋白质二聚体的功能，其主要特点是可形成两个亲脂性α-螺旋，两个螺旋之间由环状结构相连，其DNA结合功能是由一个较短的富碱性氨基酸区所决定的 ⑵ ⑵ 转录激活域转录激活域 分为：酸性活性域、分为：酸性活性域、 谷氨酰胺富含域、脯氨酸富含域谷氨酰胺富含域、脯氨酸富含域 -- - ：酸性活性域PPP：脯氨酸富含域Q：谷氨酰胺富含域 ⑶⑶ 二聚化结构域二聚化结构域 与与bZIP 和和 bHLH结构有关结构有关 五、五、mRNA转录激活需要转录起始复合物的转录激活需要转录起始复合物的形成形成RNA聚合酶聚合酶II需要需要与其他转录因子与其他转录因子结合，才能顺利结合，才能顺利起始转录这些起始转录这些启动子上游调控启动子上游调控区及所需转录因区及所需转录因子在绝大多数甚子在绝大多数甚至全部基因中都至全部基因中都是高度保守的是高度保守的 先由先由TFⅡDTFⅡD组成组成成分成分TBPTBP(TATA(TATA结合蛋白）结合蛋白）识别识别TATATATA盒或启动盒或启动元件元件（（initiator initiator Inr Inr ）） 并有并有TAFTAF（（TBPTBP相关相关因子）因子）参与形成参与形成TFⅡDTFⅡD－启动子－启动子复合物，继而在复合物，继而在TFⅡA----FTFⅡA----F等参等参与下形成转录起与下形成转录起始前复合物始前复合物PICPIC 真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶II转录起始调控机制转录起始调控机制 真核转录起始真核转录起始调控的例子：调控的例子：酵母半乳糖代酵母半乳糖代谢调控机制谢调控机制 拼板理论拼板理论(piecing theory) 一个真核生物基因的转录需要一个真核生物基因的转录需要3至至5个转个转录因子。
转录因子之间不同方案组合，生成录因子转录因子之间不同方案组合，生成有活性、专一性的复合物，再与有活性、专一性的复合物，再与RNA聚合酶聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因搭配而有针对性地结合、转录相应的基因 按不同组合，人类约３按不同组合，人类约３.５万个基因，估５万个基因，估计需转录因子３００余个即可计需转录因子３００余个即可 目前对真核生物的转录终止仍然知之甚少目前对真核生物的转录终止仍然知之甚少五、五、RNA polⅡ的转录终止的调节的转录终止的调节ØHIV基因组转录终止调节基因组转录终止调节Ø热休克蛋白基因的转录终止调节热休克蛋白基因的转录终止调节 六、转录后水平的调节六、转录后水平的调节（一）（一）hnRNA加工成熟的调节加工成熟的调节•5′加帽加帽•3 ′加尾加尾•内含子剪切或剪接内含子剪切或剪接（包括可变剪接）（包括可变剪接）•RNA碱基修饰（如甲基化）碱基修饰（如甲基化）•RNA编辑编辑 大鼠降钙素基因的选择性剪切大鼠降钙素基因的选择性剪切降钙素降钙素,维持钙浓度稳定维持钙浓度稳定降钙素降钙素-基因相关肽基因相关肽,舒舒张血管张血管,降低血压降低血压 （二）（二）mRNA运输、胞浆内稳定性的调节：运输、胞浆内稳定性的调节： 所有所有RNA分子中，分子中，mRNA寿命最短。
寿命最短mRNA稳定性是由合成速率和降解速率共稳定性是由合成速率和降解速率共同决定的同决定的 •转铁蛋白受体转铁蛋白受体(TfR)介导含铁的铁蛋白从细介导含铁的铁蛋白从细胞外进入细胞内胞外进入细胞内 其其mRNA的降解速率受的降解速率受胞浆内某些蛋白质成分的调节胞浆内某些蛋白质成分的调节 当细胞内铁足量时：当细胞内铁足量时：TfR mRNA降解速度降解速度加快 细胞内铁不足时（如缺铁性贫血）：细胞内铁不足时（如缺铁性贫血）：TfR mRNA稳定性增加，受体蛋白合成增加稳定性增加，受体蛋白合成增加例： •TfR的的 3′UTR区存在一些特殊的序列，称为区存在一些特殊的序列，称为铁应答元件（铁应答元件（iron response element，，IRE）由富含）由富含A-U配对的茎配对的茎-环结构组成环结构组成•IRE是是IRE结合蛋白（结合蛋白（IRE-BP））的特异性识的特异性识别区域，别区域， IRE-BP受细胞内铁浓度的影响受细胞内铁浓度的影响缺铁缺铁铁足量铁足量 七、翻译水平的调节七、翻译水平的调节（一）翻译起始因子（（一）翻译起始因子（eIF）活性的调节：）活性的调节： 如如eIF-2α亚单位的磷酸化可阻遏亚单位的磷酸化可阻遏eIF的正常运行，从而抑制蛋白质合成的起始。
的正常运行，从而抑制蛋白质合成的起始ATPADP （二）（二）RNA结合蛋白对翻译起始的调节：结合蛋白对翻译起始的调节：RNA结合蛋白（结合蛋白（RBP），是指能与），是指能与RNA特异序列结合的蛋白质如前述的特异序列结合的蛋白质如前述的IRE-BP，，可调节可调节TfR mRNA 的降解除此之外，除此之外， 与铁代谢有关的另外两个蛋与铁代谢有关的另外两个蛋白质：白质：铁蛋白和铁蛋白和ALA合酶合酶（合成血红素的关（合成血红素的关键酶）的键酶）的表达都受表达都受IRE-BP调节而此时是对调节而此时是对翻译起始的调节翻译起始的调节 缺铁缺铁铁足量铁足量ALA合酶合酶 翻译水平的调节具有类似机制翻译水平的调节具有类似机制 Fe↓TfR mRNA不降解不降解 ↑铁蛋白翻译铁蛋白翻译↓ALA翻译翻译↓IRE-BP↑细胞内细胞内[Fe] ↑细胞对铁的利用下降细胞对铁的利用下降 （三）对翻译产物水平及活性的调节可以快速（三）对翻译产物水平及活性的调节可以快速调控基因表达调控基因表达Ø通过对新生肽链的水解和运输，可以控通过对新生肽链的水解和运输，可以控制蛋白质的浓度制蛋白质的浓度Ø蛋白质的可逆的蛋白质的可逆的磷酸化、甲基化、酰基磷酸化、甲基化、酰基化修饰化修饰。
基本要素四：基本要素四：RNA聚合酶聚合酶⑴⑴ 原核启动序列原核启动序列/真核启动子与真核启动子与RNA聚合酶聚合酶活性活性 不同的启动序列与不同的启动序列与RNA RNA 聚合酶的亲和力不聚合酶的亲和力不同，亲和力大小直接影响转录的起动频率不同，亲和力大小直接影响转录的起动频率不同的启动序列同的启动序列RNARNA聚合酶的转录活性不同聚合酶的转录活性不同 ⑵⑵ 调节蛋白与调节蛋白与RNA聚合酶活性聚合酶活性一一些些特特异异调调节节蛋蛋白白在在适适当当环环境境信信号号刺刺激激下下表表达达，，然然后后通通过过DNA-DNA-蛋蛋白白质质、、蛋蛋白白质质- -蛋蛋白白质质相相互互作作用用影影响响RNARNA聚聚合酶活性如合酶活性如E.coliE.coli的的σσ因子就是一个特异调节蛋白因子就是一个特异调节蛋白正常正常σ70，， RNA聚合酶结合一般启动序列聚合酶结合一般启动序列高温σ32，RNA聚合酶结合热休克基因启动序列聚合酶结合热休克基因启动序列 第三节第三节 原核基因表达调节原核基因表达调节Regulation of Gene Expression in Prokaryote 第四节第四节 真核基因表达调节真核基因表达调节Regulation of Gene Expression in Eukaryote 细胞内产生的具有茎环结构的细胞内产生的具有茎环结构的miRNA前体，经过前体，经过Dicer加工之后的一类非编码的小加工之后的一类非编码的小RNA分子（分子（~21-23个核苷酸）。
在动物和植物中广泛表达因之具有破个核苷酸）在动物和植物中广泛表达因之具有破坏目标特异性基因的转录产物或者诱导翻译抑制的功坏目标特异性基因的转录产物或者诱导翻译抑制的功能，能，miRNA被认为被认为在调控发育过程中有重要作用在调控发育过程中有重要作用 （四）小分子（四）小分子RNA的调节作用的调节作用1．微小．微小RNA (microRNA, miRNA) Micro RNA70-90nt20-25nt Ø是是 细细 胞胞 内内 产产 生生 的的 或或 外外 源源 引引 入入 的的 一一 类类 双双 链链RNA(double-stranded RNA，，dsRNA)Ø在在特特定定情情况况下下通通过过一一定定酶酶切切机机制制，，转转变变为为具具有有特特定定长度长度(21~23个碱基个碱基)和特定序列的小片段和特定序列的小片段RNAØ双双链链siRNA参参与与RISC组组成成，，与与特特异异的的靶靶mRNA完完全互补结合，导致靶全互补结合，导致靶mRNA降解，阻断翻译过程降解，阻断翻译过程Ø由由siRNA介介导导的的基基因因表表达达抑抑制制作作用用被被称称为为RNA干干涉涉(RNA interference，，RNAi)。
2．小干扰．小干扰RNA (small interfering RNA, siRNA) siRNA与与miRNA •RNAi技术和技术和miRNA作为作为一种有效的基因沉默方法，一种有效的基因沉默方法，现在是分子生物学领域的现在是分子生物学领域的一个研究热点近些年，一个研究热点近些年，有关两者的研究论文呈现有关两者的研究论文呈现井喷式的增长，具有非常井喷式的增长，具有非常广阔的前景广阔的前景 掌握：乳糖操纵子定义、结构和调节机制；基因掌握：乳糖操纵子定义、结构和调节机制；基因表达的概念；管家基因、可诱导基因概念；基因表达的概念；管家基因、可诱导基因概念；基因转录激活调节基本要素；转录激活调节基本要素；熟悉：原核基因转录调节特点；真核基因组结构熟悉：原核基因转录调节特点；真核基因组结构特点；真核基因转录调节特点；特点；真核基因转录调节特点；RNA pol ⅡⅡ转录转录起始的调节起始的调节理解：理解：RNA polⅠⅠ和和pol ⅢⅢ的转录调节，转录后的转录调节，转录后水平的调节，翻译水平的调节水平的调节，翻译水平的调节miRNA与与siRNA 本章小结本章小结 思考题：思考题：1.关于基因表达的概念叙述错误的是：关于基因表达的概念叙述错误的是：A．其过程总是经历基因转录及翻译的过程．其过程总是经历基因转录及翻译的过程B．某些基因表达经历基因转录及翻译等过程．某些基因表达经历基因转录及翻译等过程C．某些基因表达产物是蛋白质分子．某些基因表达产物是蛋白质分子 D．某些基因表达产物不是蛋白质分子．某些基因表达产物不是蛋白质分子E．某些基因表达产物是．某些基因表达产物是RNA分子分子2.启动子是指：启动子是指：A．．DNA分子中能转录的序列分子中能转录的序列 B．与．与RNA聚合酶结合的聚合酶结合的DNA序列序列C．与阻遏蛋白结合的．与阻遏蛋白结合的DNA序列序列 D．有转录终止信号的．有转录终止信号的DNA序列序列E．与反式作用因子结合的．与反式作用因子结合的RNA序列序列 3.关于操纵基因的叙述，下列那项是正确的：关于操纵基因的叙述，下列那项是正确的：A．与阻遏蛋白结合的部位．与阻遏蛋白结合的部位 B．与．与RNA聚合酶结聚合酶结合的部位合的部位C．属于结构基因的一部分．属于结构基因的一部分 D．具有转录活性．具有转录活性E．促进结构基因转录．促进结构基因转录4.顺式作用元件是指：顺式作用元件是指：A．具有转录调节功能的蛋白质．具有转录调节功能的蛋白质 B．具有转录调．具有转录调节功能的节功能的DNA序列序列C．具有转录调节功能的．具有转录调节功能的RNA序列序列 D．具有转录．具有转录调节功能的调节功能的DNA和和RNA序列序列E．具有转录调节功能的氨基酸序列．具有转录调节功能的氨基酸序列 5.什么叫操纵子？以乳糖操纵子为例说明操什么叫操纵子？以乳糖操纵子为例说明操纵子的调节机制。
纵子的调节机制6.什么叫顺式作用元件？常见的顺式作用元什么叫顺式作用元件？常见的顺式作用元件有哪些？件有哪些？7. 试举几例说明试举几例说明DNA-蛋白质相互作用蛋白质相互作用8.真核基因转录激活区会有那些典型变化？真核基因转录激活区会有那些典型变化？ 基本要素二：基本要素二：转录调节蛋白转录调节蛋白(1)原核生物原核生物的调节蛋白分为三类：的调节蛋白分为三类： 特异因子特异因子决定决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别及结合能力如：特异性识别及结合能力如：σ因子 阻遏蛋白阻遏蛋白结合特异结合特异DNA序列－－操纵序列序列－－操纵序列,抑制基因抑制基因转录 激活蛋白激活蛋白结合启动序列临近的结合启动序列临近的DNA序列，促序列，促 进进RNA聚合酶与启动序列结合，增强聚合酶与启动序列结合，增强RNA聚合酶活性聚合酶活性这些原核调节蛋白都是一些这些原核调节蛋白都是一些DNA结合蛋白．结合蛋白． 三、三、RNA Pol I和和Pol III的调节的调节（一）（一）RNA Pol I转录体系转录体系•RNA Pol I催化转录的产物为催化转录的产物为45s rRNA，经剪接形成，经剪接形成5.8S、、18S和和28SrRNA 。
由由RNA聚合酶聚合酶I负责转录的负责转录的rRNA基因，启动子由转录起始基因，启动子由转录起始位点附近的两部分序列构成位点附近的两部分序列构成核心启动子（核心启动子（core promoter）：）：-45~+20位核苷酸，单位核苷酸，单独存在时就足以起始转录独存在时就足以起始转录上游调控元件（上游调控元件（UCE））：：-156~-107位序列能有效地增位序列能有效地增强转录效率强转录效率 RNA polⅠ需要两种转录因子：需要两种转录因子：UBF1SL1 （二）（二）RNA Pol III转录体系转录体系ØRNA Pol III的转录产物：多种小分子的转录产物：多种小分子RNA，，包括包括tRNA、、5S rRNA和一部分和一部分snRNAØ启动子位于转录起始点下游，称启动子位于转录起始点下游，称内部控制区内部控制区(internal control regions, ICR) RNA Pol III转录体系的结构：转录体系的结构： 。