第十三章 基因表达的调节

　　基因表达有几个水平的调节

　　⑴转录水平

　　⑵翻泽水平

　　⑶加工水平： 转录后加工、翻译后加工

　　⑷蛋白质活性调节

　　其中最关键的是⑴，基因表达的控制主要发生在转录水平,原核生物尤其如此。基因表达有时间特异性和空间特异性。

　　一、 原核生物基因表达的调节

　　1、 纵子模型

　　操纵子是基因表达的协调单位，它含有在功能上彼此有关的多个结构基因及控制位，控制部位由启动子和操纵基因组成。一个操纵子的全部基因排列在一起，其中含多个结构基因，转录产物是单个多顺反mRNA，操纵子的控制部位可受调节基因产物的调节。

　　2、 组成型基因和诱导型基因

　　组成酶(构成酶)，受环境影响小，正常代谢条件下表达。如糖酵解的酶。

　　诱导酶(适应型酶)，对不同的生存环境有不同的表达。如半乳糖苷酶。

　　3、 正调控和负调控

　　在没有调节蛋白质存在时，基因是关闭的，加入调节蛋白后，基因活性被开启，此为正调控。

　　在没有调节蛋白存在时，基因是表达的，加入调节蛋白后基因表达活性被关闭，此为负调控。

　　在正调控中，调节蛋白称诱导蛋白。

　　在负调控中，调节蛋白称阻遇蛋白。

　　4、 原核生物结构基因表达的4种控制模式。

　　负调控：诱导作用，应使阻遇蛋白解离DNA。

　　阻遇作用，应使阻遇蛋白结合DNA。

　　正调控：诱导作用，应使诱导蛋白结合DNA。

　　阻遇作用，应使诱导蛋白解离DNA。

　　5、 大肠杆菌乳糖操纵子 Lac操纵子

　　LacZ、LacY、LacA为结构基因，上游依次为操纵基因、启动子和调节基因LacI。

　　当细胞内无诱导物(乳糖或IPTG)存在时，阻遏蛋白与操纵基因结合。由于操纵基因与启动子有一定程度重叠，妨碍了RNA聚合酶在-10序列上形成开放性启动子复合物。

　　当细胞内有诱导物(乳糖或IPTG)存在时，诱导物与阻遏蛋白结合，改变阻遏蛋白构象，使之迅速从操纵基因上解离下来。这样RNA聚合酶就能与启动子结合，并形成开放性启动子复合物，从而开始转录LacZYA结构基因。

　　IPTG：异丙基-β-D硫代半乳糖苷(安慰诱导物)，能对乳糖操纵子产生极强的诱导效应，是强诱导物。

　　6、 色氨酸操纵子(trp)的转录调控

　　trp操纵子负责Trp的合成，通常是开放的，调节基因的产物使它关闭，这种调控作用称为可阻遏型的负调控。

　　⑴E.coli trp操纵子有5个结构基因，trpE-D-C-B-A。

　　⑵在trpE的上游有三个区段trpP-O-L， trpL是一段162bp序列，转录到mRNA中成为前导序列，对操纵子的转录起调控作用。

　　⑶在染色体90分区有trpR基因，编码12.5kd的阻遏蛋白亚基,能以四聚体形式结合到trpO。

　　TrpP与一般原核基因启动子一样，具有-10序列和-35序列，-10序列完全位于trpP之内。

　　E.coli trp操纵子的组成及基因产物的功能。

　　E.coli 具有合成各种a.a的能力。在多数情况下，只有在培养基不供应外源a.a时，才去合成产生该a.a所必须的酶系。

　　当细胞内Trp浓度较高时，Trp与阻遏蛋白(trpR基因产物)结合，产使它具有活性，从而与trpO基因结合，关闭转录。

　　当细胞内Trp浓度很低时，阻遏遇蛋白上的Trp解离出来，使阻遏蛋白失活，并失去与trpO结合的能力，开启转录。

　　7、 trp操纵子的前导序列

　　trp mRNA分子一旦开始合成，在trpE基因开始转录之前，大多数mRNA会停止生长，这是因为前导序列(trpL)对操纵子调控发挥了重要作用。

　　trp mRNA的前导序列及前导肽。

　　结构基因上游具有：启动子—操纵基因—前导序列—衰减子区。

　　mRNA 5，端有162b，其中139个构成前导序列。前导序列由14个a.a的前导肽、4个互补区段和1个衰减子终止点构成。

　　衰减子：位于结构基因上游前导区的终止信号。

　　前导序列的特点：

　　⑴前导序列的某些区段富含GC。尾部有一个含8个U的区段，易极成不依赖于ρ的终止信号。(3区与4区构成终止信号的发夹结构)

　　⑵1区和2区构成第二个发夹结构，其中1区处于14个a.a的前导肽序列中。

　　⑶3区与2区也能形成另一个发夹结构，从而可阻止3区与4区形成终止发夹结构。

　　⑷前导序列RNA编码一段14a.a的前导肽，并有一终止密码子UGA

　　⑸前导序列中，并列二个Trp密码子.

　　在mRNA合成过程中，1区与2区若先配对，则3区与4区配对,终止转录.

　　阻遏和衰减机制，虽然都是在转录水平上进行调节，但是它们的作用机制完全不同，前者控制转录的起始，后者控制转录起始后是否继续下去。

　　氨基酸合成操纵子前导肽序列

　　二、 真核基因表达的调节(略)