真核生物翻译调控

真核生物翻译的调控

原核生物基因表达的调控主要在转录水平上进行，而真核生物由于RNA较为稳定，所以除了存在转录水平的调控以外，在翻译水平上也进行各种形式的调控。

在蛋白质生物合成的起始反应中主要涉及到细胞中的四种装置,这就是:1.核糖体,它是蛋白质生物合成的场所;2.蛋白质合成的模板mRNA它是传递基因信息的媒介;3.可溶性蛋白因子,这是蛋白质生物合成起始物形成所必需的因

子;4.tRNA,它是氨基酸的携带者。只有这些装置和谐统一才能完成蛋白质的合成。

1、mRNA运输控制

运输控制（transport control）是对转录本从细胞核运送到细胞质中的数量进行调节。真核和原核生物不同，有一个核膜包被的核，此核膜就是一个基因表达的控制点。

我们知道初始转录本是在核内广泛地被加工。实验表明几乎只有一半的蛋白编码基因的初始转录本一直留在核里面，然后被降解掉。成熟的mRNA如何调节从核内转运到细胞质中呢？看来这些mRNA都要通过核孔进行转运，但是对于从核中输出的过程以及输出或保留所需的信号知道得很少。某些证据表明SnRNPs对于mRNA留在核中是很重要的。例如在抑制剪接体装配的成熟酵母中，mRNA易于从核中的输出。这就导致产生剪接体滞留模型（spliceosome retentior model）。在这个模型中剪接体的装配与mRNA的输出相竞争，这样，当前体mRNA 在剪接体经过加工的过程中，RNA滞留在核中，不能与核孔相互作用。当加工完成后，内含子被切除了，mRNA从剪接体上解离下来，游离的mRNA能与核相互作用，但内含子不行。现在还不清楚mRNA是否需要一个特殊的输出信号还是属于无规则的输出。

2、mRNA翻译的控制

mRNA分子通过核糖体对它们的选择充当了翻译调节的主角。不同的翻译明显地影响到基因的表达。例如mRNA储存在很多脊椎和无脊椎动物的未受精卵中，在未受精阶段蛋白质合成率是很低的，但一旦受精蛋白质合成立即增加。因此这各合成的增加并没有新的mRNA的合成，可能是由于存在一种翻译控制之故。最近认为这种翻译控制主要是蛋白降解控制，在控制中蛋白降解的速率是受到调节的。

在细胞质中所有的RNA都要受到降解控制（degradation control）在控制中RNA降解的速率（也称为RNA的转换率是受到调节的。通常核糖体中的 rRNA 和tRNA是很稳定的，相比之下mRNA分子的稳定性很不一致，有的mRNA的寿命可延续好几个月，有的只有几分钟。我们在某些类型的细胞中加入调节物可使某些特殊蛋白的合成增加。这可能涉及到相关基因转录速率的增加，也可能涉及到

其mRNA稳定性的增加。表18-11表明某些特殊效应分子对各种组织和细胞中的mRNA稳定性的影响。

真核生物基因的翻译调控的一个重要作用是控制mRNA的稳定性。在某些真核细胞中的mRNA进入细胞质以后，并不立即作为模板进行蛋白质合成，而是与一些蛋白质结合形成RNA蛋白质（RNP）颗粒。这种状态的mRNA的半衰期可以延长。mRNA的寿命越长，以它为模板进行翻译的次数越多。家蚕的丝芯蛋白基因是单拷贝的，但在几天内，一个细胞中可以合成多达1010个丝芯蛋白分子。这是它的mRNA分子和蛋白质结合成为RNP颗粒而延长了寿命的结果。真核细胞中mRNA的平均寿命通常为3 h，而丝芯蛋白的mRNA的平均寿命却长达4 d，从这里可以看出mRNA的寿命控制着翻译活性。不同发育时期，mRNA的寿命的长短不同，翻译的活性也不同。mRNA的寿命除与5′的帽和3′的尾有关外，还与mRNA 结合形成mRNA蛋白质颗粒的蛋白质组分有关。

其实mRNA的降解可能是基因表达调控的一个重要控制点，mRNA降解速率的不同表现了和各mRNA结构特点有关。特别是mRNA的选择性降解在很大程度上是由于核酸酶和mRNA内部结构相互作用的结果。例如在很多短寿命的mRNA 3′端非翻译区（UTR）中的一组富含AU的序列（UUAAUUUAU）是和它们的不稳定性有关系的，但现在还不清楚AU丰富区怎样使mRNA不稳定的，可能和去消poly （A）有关；也可能AU序列与80S复合物形成过程中的某种因子结合。

3、mRNA的结构和翻译的效率

5′m7G帽结构是否存在和是否易于接近eIF-4F的程度对翻译效率有着明显的影响。起始密码子AUG的位置和其侧翼的序列对翻译的效率也有影响，这些因素主要是通过与调控蛋白、核糖体、RNA等的亲和性改变影响到起始复合物的形成，以致影响到翻译的效率。

5′端非翻译区的长度也会影响到翻译的效率和起始的精确性，当此区长度在17～80Nt之间时，体外翻译效率与其长度变成正比，此区高极结构和高G·C含量对翻译的起始都有妨碍。

5′端非翻译区的二极结构影响到调控蛋白与帽结构的接近，阻碍40S前起始复合体的装配和在mRNA上的扫描，起负调控的作用。但若二极结构位于AUG的近下游，（最佳距离为14 nt），将会使移动的40亚基停靠在AUG位点，增强起始反应。真核的系列翻译起始因子可使二极结构解链，使翻译复合体顺利通过原二级结构区，继续其肽链的延伸，而不会起阻碍作用。在这种情况下二极结构又起到了正调控的作用。

MRNA 3′端的poly(A)不仅和mRNA穿越核膜的能力有关，而且影响到mRNA的稳定性和翻译效率。有ploy（A）的mRNA其翻译效率明显高于无poly(A)的mRNA ，Poly A长度和翻译效率有关。有人将poly(A)比做翻译的计数器，随着翻译次数的增加，poly(A)在逐步缩短，也就是说poly(A)越长mRNA作为模板的使用的半衰期越长。Poly(A)对翻译的促进作用是需要PABP（poly(A)结合蛋白）的存在，PAPB结合poly(A)最短的长度为12 nt，当poly(A)缺乏PAPB的结合时，mRNA 3′

端的裸露易招致降解。PAPB迁移到AU序列时，导致poly(A)的暴露促进了mRNA 的降解。

4、翻译的起始调节：免网织红细胞和大多数生物的网织红细胞一样是没有细胞核的，因此没有DNA，而mRNA也早已加工好了，所以蛋白质的合成调节只能依赖于翻译水平，很多基因表达水平的资料就是从研究网织红细胞中获得的。血红素对珠蛋白合成的调控就是一例，这种调节是通过对翻译起始的复合物的形成来控制的。

在网织红细胞中有两个合成酶系，一个合成血红素，另一个合成珠蛋白，血红素通过自身的反馈调节来控制，而其浓度又可调节珠蛋白合成的速率，使珠蛋白合成速度为血红素的两位，这种调控是通过控制翻译起始复合物的形成来进行的。

依赖cAMP的蛋白激酶（R2C2）是由调节亚基R2和催化亚基C2构成，当它和cAMP结合释放出自由的C 亚基，成为活化的蛋白激酶，而血红素的存在对这一步反应是抑制的。自由的C亚基可催化无活性的HCR（控制血红素阻遏物hemim-controlled repressor,又称EIF-2激酶）磷酸化而成有活性的HCR，而有活性的HCR又使eIF-2磷酶化失去活性，而血红素抑制这一系列反应就可使EIF-2不被磷酸化，保持活性状态，和细胞中的tRNAinit及ESP

（eIF-2-stimulating protein）形成翻译起始复合物，开始合成珠蛋白，因此缺乏血红素时，珠蛋白也不能合成。

5、选择性翻译：在原核生物中常通过操纵子来控制合成的相关蛋白浓度比，而在真核中不存在操纵了，所以就要采用别的方式，选择性翻译就是其中一例，比如α和β珠蛋白的合成。众所周知珠蛋白是由两条α链和两条β链组成的。但在二倍体细胞中都有4个α-珠蛋白基因，如果它们相同转录和翻译的话它们之间的浓度比应是α：β=2：1，而实际上是1：1，那么是通过转录调控还是通过翻译调控使它们的产物达到以了平衡呢？人们进行了以下的体外实验，在无细胞系统中加入等量的αmRNA和βmRNA以及少量的起始因子，结果合成的α-珠蛋白仅占3%，说明β-mRNA和起始因子的亲和性远大于α-mRNA。当加入过量的起始因子时α珠蛋白和β珠蛋白之比为1.4：1，接近1：1，表明是在翻译水平上存在的差异，即和翻译起始因子的亲和性不同，此是由于mRNA本身的二极结构和高极结构所致。

6、反义RNA调控：在原核生物反义RNA发现以后，人们开始注意真核生物中反义RNA的存在及功能。1984年Adelman等发现大鼠的促性腺激素释放激素（GnRH）的基因两条链都能转录，首次在真核中发现了反义RNA；1986年Green等发现来自骨髓细胞瘤病毒的癌基因myc三个外显子中的第1，2两个外显之间有部分互补。在有的细胞中，当失去外显子1时，myc基因过量表达，推测外显子1可能通过互补来抑制myc的表达。现已弄清在C.elegans中，控制幼虫发育的基因lin 14受到lin 4基因的反义调节。这是一种对翻译模板的抑制来进行调控的途经。人们已将反义RNA发展成一门反义技术应用于动、植物病毒的抑制，果蔬的保鲜，甚至期重用于肿瘤的治疗。反义药物的开发无疑具有着广泛的前景。

7、翻译的自我调节：在真核生物中也存蛋白质合成的自我调节。例如微管蛋白是构成枋棰体的主要成分。而秋水仙碱和长春花碱都能抑制维管蛋白的多聚化，从而使细胞中游离的微管蛋白浓度增加。若在组织培养细胞中加入秋水仙碱或长春花碱侧会使微管蛋白的mRNA消失，如果用微量注射器将微管蛋白注入到哺乳动物细胞中，那么就会抑制微管蛋白的进一步合成。可能过量的微管蛋白结合于核糖体的新生蛋白上或结合于mRNA上，阻止翻译，导致mRNA的降解所致。

真核生物基因表达的调控

真核生物基因表达的调控 一、生物基因表达的调控的共性 首先，我们来看看在生物基因表达调控这一过程中体现的共性和一些基本模式。 1、作用范围。生物体内的基因分为管家基因和奢侈基因。管家基因始终表达，奢侈基因只在需要的时候表达，但二者的表达都受到调控。可见，调控是普遍存在的现象。 2、调控方式。基因表达有两种调控方式，即正调控与负调控，原核生物和真核生物都离不开这两种模式。 3、调控水平。一种基因表达的调控可以在多种层面上展开，包括DNA水平、转录水平、转录后加工水平、翻译后加工水平等。然为节省能量起见，转录的起始阶段往往作为最佳调控位点。 二、真核生物基因表达调控的特点 真核生物与原核细胞在结构上就有着诸多不同，这决定了二者在运行方面的迥异途径。真核生物比原核生物复杂，转录与翻译不同时也不同地，基因组与染色体结构复杂，因而有着更为复杂的调控机制。 1、 2、 3、 4、多层次。真核生物的基因表达可发生在染色质水平、转录起始水平、无操纵子和衰减子。 大多数原核生物以负调控为主，而真核生物启动子以正调控为主。 个体发育复杂，而受环境影响较小。真核生物多为多细胞生物，在转录后水平、翻译水平以及翻译后水平。

生长发育过程中，不仅要随细胞内外环境的变化调节基因表达，还要随发育的不同阶段表达不同基因。前者为短期调控，后者属长期调控。 从整体上看，不可逆的长期调控影响更深远。 三、真核生物基因表达调控的机制 介于真核生物表达以多层次性为最主要特点，我们可以分别从它的几个水平着眼，剖析它的调控机制。 1、染色质水平。真核生物基因组DNA以致密的染色质形式存在，发生在染色质水平的调控也称作转录前水平的调控，产生永久性DNA序列和染色质结构的变化，往往伴随细胞分化。染色质水平的调控包括染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰，等等。a.基因丢失：丢失一段DNA或整条染色体的现象。在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。如马蛔虫2n＝2，但染色体上有多个着丝粒。第一次卵裂是横裂，产生上下2个子细胞。第二次卵裂时，一个子细胞仍进行横裂，保持完整的基因组，而另一个子细胞却进行纵向分裂，丢失部分染色体。目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发现类似的基因丢失现象。 b.基因扩增：基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。如非洲爪蟾卵母细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现的基因扩增现象；基因组拷贝数增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的现象。基因组拷贝数增加使可供遗传重组的物质增多，这可能构成了加速基因进化、基因组重组和最终物种形成的一种方式。 c.基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋白结构基因的表达。在人类基因组中，所有抗体的重链和轻链都不是由固定的完整基因编码的，而是由不同基因片段经重排后形成的完整基因编码的。

真核生物的基因表达调控机制

一、真核基因组的复杂性 与原核生物比较，真核生物的基因组更为复杂，可列举如下。 1. 真核基因组比原核基因组大得多，大肠杆菌基因组约4×106bp，哺乳类基因组在 109bp数量级，比细菌大千倍；大肠杆菌约有4000个基因，人则约有10万个基因。 2. 真核生物主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质，被包裹在核膜内，核外还有遗传 成分(如线粒体DNA等)，这就增加了基因表达调控的层次和复杂性。 3. 原核生物的基因组基本上是单倍体，而真核基因组是二倍体。 4. 如前所述，细菌多数基因按功能相关成串排列，组成操纵元的基因表达调控的单元， 共同开启或关闭，转录出多顺反子(polycistron)的mRNA；真核生物则是一个结构基因转录生成一条mRNA，即mRNA是单顺反子(monocistron)，基本上没有操纵元的结构，而真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽形成的亚基构成的，这就涉及到多个基因协调表达的问题，真核生物基因协调表达要比原核生物复杂得多。 5. 原核基因组的大部分序列都为基因编码，而核酸杂交等实验表明：哺乳类基因组中 仅约10%的序列为蛋白质、rRNA、tRNA等编码，其余约90%的序列功能至今还不清楚。 6. 原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连续的，而真核生物为蛋白质编码 的基因绝大多数是不连续的，即有外显子(exon)和内含子(intron)，转录后需经剪接(splicing)去除内含子，才能翻译获得完整的蛋白质，这就增加了基因表达调控的环节。 7. 原核基因组中除rRNA、tRNA基因有多个拷贝外，重复序列不多。哺乳动物基因组 中则存在大量重复序列(repetitive sequences)。用复性动力学等实验表明有三类重复序列：1）高度重复序列(highly repetitive sequences)，这类序列一般较短，长10－300bp，在哺乳类基因组中重复106次左右，占基因组DNA序列总量的10－60%，人的基因组中这类序列约占20%，功能还不明了。2）中度重复序列(moderately repetitive sequences)，这类序列多数长100－500bp，重复101－105次，占基因组10-40%。例如哺乳类中含量最多的一种称为Alu的序列，长约300bp，在哺乳类不同种属间相似，在基因组中重复3×105次，在人的基因组中约占7%，功能也还不很清楚。在人的基因组中18S/28SrRNA基因重复280次，5SrRNA基因重复2000次，tRNA基因重复1300次，5种组蛋白的基因串连成簇重复30-40次，这些基因都可归入中度重复序列范围。3）单拷贝序列(single copy sequences)。这类序列基本上不重复，占哺乳类基因组的50-80%，在人基因组中约占65%。绝大多数真核生物为蛋白质编码的基因在单倍体基因组中都不重复，是单拷贝的基因。 从上述可见真核基因组比原核基因组复杂得多，至今人类对真核基因组的认识还很有限，使现在国际上制订的人基因组研究计划(human gene project)完成，绘出人全部基因的染色体定位图，测出人基因组109bp全部DNA序列后，要搞清楚人全部基因的功能及其相互关系，特别是要明了基因表达调控的全部规律，还需要经历很长期艰巨的研究过程。 二、真核基因表达调控的特点 尽管我们现在对真核基因表达调控知道还不多，但与原核生物比较它具有一些明显的特点。

真核生物基因表达调控

真核生物基因表达的调控远比原核生物复杂，可以发生在DNA水平、转录水平、转录后的修饰、翻译水平和翻译后的修饰等多种不同层次。但是，最经济、最主要的调控环节仍然是在转录水平上。 DNA水平的调控 DNA水平上的调控主要指通过染色体DNA的断裂，删除，扩增，重排，修饰（如甲基化与去甲基化，乙酰化与去乙酰化等）和染色质结构变化等改变基因的数量、结构顺序和活性而控制基因的表达。 转录水平的调控 转录水平的调控包括染色质的活化和基因的活化。通过染色质改型，组蛋白乙酰化，染色质变得疏松化及DNA去甲基化以便被酶和调节蛋白作用，基因的表达受顺式作用元件包括启动子及应答元件，转座元件，增强子，抑制子的调控，同时受反式作用因子包括基本转录因子，上游转录因子和转录调节因子等的调控。 转录后调控 转录后调控包括hnRNA的选择性加工运输和RNA编辑 在真核生物中，蛋白质基因的转录产物统称为hn RNA，必须经过加工才能成为成熟的mRNA分子。加工过程包括三个方面：加帽、加尾和去掉内含子。同一初级转录产物在不同细胞中可以用不同方式剪接加工，形成不同的成熟mRNA分子，使翻译成的蛋白质都可能不同。转录后的RNA在编码区发生碱基插入，缺失或转换的现象。

翻译水平的调控 阻遏蛋白与mRNA结合，可以阻止蛋白质的翻译并使成熟的mRNA变为失活状态贮存起来。一些调控作用的micRNAh和siRNA 还可以与mRNA作用降解mRNA，阻止其翻译 此外，还可以控制mRNA的稳定性和有选择的进行翻译。 翻译后调控 直接来自核糖体的线状多肽链是没有功能的，必须经过加工才具有活性。在蛋白质翻译后的加工过程中，还有一系列的调控机制。 1．蛋白质折叠 线性多肽链必须折叠成一定的空间结构，才具有生物学功能。在细胞中，蛋白质的折叠必须有分子伴侣的作用下才能完成折叠。 2．蛋白酶切割 末端切割 有些膜蛋白、分泌蛋白，在氨基端具有一段疏水性强的氨基酸序列，称为信号肽，用于前体蛋白质在细胞中的定位。信号肽必须切除多肽链才具有功能。 多聚蛋白质的切割 有些新合成的多肽链含有几个蛋白质分子的序列，切割以后产生具有不同功能的蛋白质分子。

真核生物基因表达调控

第十章作业 1. 简述真核生物基因表达调控的7个层次。 ①染色体和染色质水平上的结构变化与基因活化 ②转录水平上的调控，包括基因的开与关，转录效率的高与低 ③RNA加工水平的调控，包括对出事转录产物的特异性剪接、修饰、编辑等。 ④转录后加工产物在从细胞核向细胞质转运过程中所受到的调控 ⑤在翻译水平上的控制，即对哪一种mRNA结合核糖体进行翻译的选择以及蛋白质成量的控制 ⑥对蛋白质合成后选择性地被激活的控制，蛋白质和酶分子水平上的剪接等的控制 ⑦对mRNA选择性降解的调控 2. 真核基因表达调控与原核生物相比有何异同？ 相同点：①与原核基因的调控一样，真核基因表达调控也有转录水平调控和转录后水平的调控，并且也以转录水平调控为最重要； ②在真核结构基因的上游和下游(甚至内部)也存在着许多特异的调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调控成分的结合与否调控基因的转录。 不同点：①原核细胞的染色质是裸露的DNA，而真核细胞染色质则是由DNA与组蛋白紧密结合形成的核小体。 ②在原核基因转录的调控中，既有激活物参与的正调控，也有阻遏物参与的负调控，二者同等重要。 ③原核基因的转录和翻译通常是相互偶联的，即在转录尚未完成之前翻译便已开始。 ④真核生物大都为多细胞生物，在个体发育过程中发生细胞分化后，不同细胞的功能不同，基因表达的情况也就不一样，某些基因仅特异地在某种细胞中表达，称为细胞特异性或组织特异性表达，因而具有调控这种特异性表达的机制。 3. DNA 甲基化对基因表达的调控机制。 甲基化抑制基因转录的机制：DNA甲基化会导致某些区域DNA构象改变，包括甲基化后染色质对于核酸酶或限制性内切酶的敏感度下降，更容易与组蛋白H1相结合，DNaseⅠ超敏感位点丢失，使染色质高度螺旋化, 凝缩成团, 直接影响了转录因子与启动区DNA的结合效率的结合活性，不能启始基因转录。DNA的甲基化不利于模板与RNA聚合酶的结合，降低了转录活性。 4. 转录因子结合DNA的结构基序（结构域）有哪几类？ ①螺旋-转折-螺旋 ②锌指结构 ③碱性-亮氨酸拉链 ④碱性-螺旋-环-螺旋 5. 真核基因转调控中有几种方式能够置换核小体？ ①占先模式：可以解释转录时染色质结构的变化。该模型认为基因能否转录取决于特定位置上组蛋白和转录因子之间的不可逆竞争性结合。 ②动态模式该模型认为转录因子与组蛋白处于动态竞争之中，基因转录前染色质必须经历结构上的改变，即转换核小体中的全部或部分成分并重新组装，这个耗能的基因活化过程称为染色质重构 6. 简述真核生物转录水平调控过程。 真核生物在转录水平的调控主要是通过反式作用因子、顺式作用元件和RNA聚合酶的相互作用来完成的，主要是反式作用因子结合顺式作用元件后影响转录起始复合物的形成过程：①转录起始复合物的形成：真核生物RNA聚合酶识别的是由通用转录因子与DNA形成的

13 生物化学习题与解析--基因表达调控

基因表达调控 一、选择题 （一） A 型选择题 1 ．基因表达调控的最基本环节是 A ．染色质活化 B ．基因转录起始 C ．转录后的加工 D ．翻译 E ．翻译后的加工 2 ．将大肠杆菌的碳源由葡萄糖转变为乳糖时，细菌细胞内不发生 A ．乳糖→ 半乳糖 B ． cAMP 浓度升高 C ．半乳糖与阻遏蛋白结合 D ． RNA 聚合酶与启动序列结合 E ．阻遏蛋白与操纵序列结合 3 ．增强子的特点是 A ．增强子单独存在可以启动转录 B ．增强子的方向对其发挥功能有较大的影响 C ．增强子不能远离转录起始点 D ．增强子增加启动子的转录活性 E ．增强子不能位于启动子内 4 ．下列那个不属于顺式作用元件 A ． UAS B ． TATA 盒 C ． CAAT 盒 D ． Pribnow 盒 E ． GC 盒 5 ．关于铁反应元件（ IRE ）错误的是 A ．位于运铁蛋白受体 (TfR) 的 mRNA 上 B ． IRE 构成重复序列 C ．铁浓度高时 IRE 促进 TfR mRNA 降解 D ．每个 IR E 可形成柄环节构 E ． IRE 结合蛋白与 IRE 结合促进 TfR mRNA 降解 6 ．启动子是指 A ． DNA 分子中能转录的序列 B ．转录启动时 RNA 聚合酶识别与结合的 DNA 序列 C ．与阻遏蛋白结合的 DNA 序列 D ．含有转录终止信号的 DNA 序列 E ．与反式作用因子结合的 RNA 序列 7 ．关于管家基因叙述错误的是 A ．在同种生物所有个体的全生命过程中几乎所有组织细胞都表达 B ．在同种生物所有个体的几乎所有细胞中持续表达 C ．在同种生物几乎所有个体中持续表达 D ．在同种生物所有个体中持续表达、表达量一成不变 E ．在同种生物所有个体的各个生长阶段持续表达 8 ．转录调节因子是 A ．大肠杆菌的操纵子 B ． mRNA 的特殊序列 C ．一类特殊的蛋白质 D ．成群的操纵子组成的凋控网络 E ．产生阻遏蛋白的调节基因 9 ．对大多数基因来说， CpG 序列高度甲基化 A ．抑制基因转录 B ．促进基因转录 C ．与基因转录无关 D ．对基因转录影响不大 E ．既可抑制也可促进基因转录 10 ． HIV 的 Tat 蛋白的功能是 A ．促进 RNA po l Ⅱ 与 DNA 结合 B ．提高转录的频率

原核生物基因表达调控概述

原核生物基因表达调控概述 基因表达调控是生物体内基因表达调节控制机制，使细胞中基因表达的过程在时间，空间上处于有序状态，并对环境条件的变化做出适当的反应复杂过程。 1.基因表达调控意义 在生命活动中并不是所有的基因都同时表达，代谢过程中所需各种酶和蛋白质基因以及构成细胞化学成分的各种编码基因，正常情况下是经常表达的，而与生物发育过程有关的基因则需在特定的时空才表达，还有许多基因被暂时的或永久的关闭而不来表达。 2.原核基因表达调控特点 原核生物基因表达调控存在于转录和翻译的起始、延伸和终止的每一步骤中。这种调控多以操纵子为单位进行，将功能相关的基因组织在一起，同时开启或关闭基因表达即经济又有效，保证其生命活动的需要。调控主要发生在转录水平，有正、负调控两种机制在转录水平上对基因表达的调控决定于DNA的结构，RNA 聚合酶的功能、蛋白质因子及其他小分子配基的相互作用。细菌的转录和翻译过程几乎在同一时间内相互偶联。 细胞要控制各种蛋白质在不同时期的表达水平，有两条途径：（1）细胞控制从其DNA模板上转录其特异的mRNA的速度，这是一条经济的途径，可减少从mRNA合成蛋白质的小分子物质消耗，这是生物长期进化过程中自然选择的结果，这种控制称为转录水平调控。（2）在mRNA合成后，控制从mRNA翻译肽链速度，包括一些与翻译有关的酶及其复合体分子缔合的装配速度等过程。这种蛋白质合成及其基因表达的控制称为翻译水平的调控。 二.原核生物表达调控的概念 （1）细菌细胞对营养的适应

细菌必须能够广泛适应变化的环境条件。这些条件包括营养、水分、溶液浓度、温度，pH等。而这些条件须通过细胞内的各种生化反应途径，为细胞生长 的繁荣提供能量和构建细胞组分所需的小分子化合物。 （2）顺式作用元件和反式作用元件 基因活性的调节主要通过反式作用因子与顺式作用元件的相互作用而实现。反式作用因子的编码基因与其识别或结合的靶核苷酸序列在同一个DNA分子上。RNA聚合酶是典型的反式作用因子。 顺式作用元件是指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其 自身同处于一个DNA分子上的基因；这种基因DNA序列通常不编码蛋白质， 多位于基因旁侧或内含子中。位于转录单位开始和结束位置上启动子和终止子，都是典型的顺式作用元件。 （3）结构基因和调节基因 结构基因是编码蛋白或RNA基因。细菌的结构基因一般成簇排列，多个结 构基因受单一启动子共同控制，使整套基因或者都不表达。结构基因编码大量功能各异的蛋白质，其中有组成细胞核组织器官基本成分的结构蛋白，有催化活性的酶和各种调节蛋白等。调节基因是编码合成那些参与基因表达调控的RNA和蛋白质的特异性DNA序列。调节基因编码的调节物通过与DNA上的特定位点 结合控制转录是调控关键。 （4）操纵基因和阻遏蛋白 操纵基因是操纵子中的控制基因，在操纵子上一般与启动子相邻，通常处于开放状态，使RNA聚合酶能够通过并作用于启动子启动转录，阻遏蛋白是负调控系统中由调节基因编码的调节蛋白，它本身或与辅阻遏蛋白物一起合成于操纵基因，阻遏蛋白操纵因子结构基因的转变，阻遏蛋白可被诱导物变构失活，从而导致不可阻遏或去阻遏。

真核生物基因表达调控

真核生物基因表达的调控 河南大学民生学院王磊生物技术 一、生物基因表达的调控的共性 首先，我们来看看在生物基因表达调控这一过程中体现的共性和一些基本模式。 1、作用范围。生物体内的基因分为管家基因和奢侈基因。管家基因始终表达，奢侈基因只在需要的时候表达，但二者的表达都受到调控。可见，调控是普遍存在的现象。 2、调控方式。基因表达有两种调控方式，即正调控与负调控，原核生物和真核生物都离不开这两种模式。 3、调控水平。一种基因表达的调控可以在多种层面上展开，包括DNA水平、转录水平、转录后加工水平、翻译后加工水平等。然为节省能量起见，转录的起始阶段往往作为最佳调控位点。 二、真核生物基因表达调控的特点 真核生物与原核细胞在结构上就有着诸多不同，这决定了二者在运行方面的迥异途径。真核生物比原核生物复杂，转录与翻译不同时也不同地，基因组与染色体结构复杂，因而有着更为复杂的调控机制。 1、多层次。真核生物的基因表达可发生在染色质水平、转录起始水平、转录后水平、翻译水平以及翻译后水平。 2、无操纵子和衰减子。 3、大多数原核生物以负调控为主，而真核生物启动子以正调控为主。 4、个体发育复杂，而受环境影响较小。真核生物多为多细胞生物，在生长发育过程中，不仅要随细胞内外环境的变化调节基因表达，还要随发育的不同阶段表达不同基因。前者为短期调控，后者属长期调控。从整体上看，不可逆的长期调控影响更深远。 三、真核生物基因表达调控的机制 介于真核生物表达以多层次性为最主要特点，我们可以分别从它的几个水平着眼，剖析它的调控机制。 1、染色质水平。真核生物基因组DNA以致密的染色质形式存在，发生在染色质水平的调控也称作转录前水平的调控，产生永久性DNA序列和染色质结构的变化，往往伴随细胞分化。染色质水平的调控包括染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰，等等。 a.基因丢失：丢失一段DNA或整条染色体的现象。在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。如马蛔虫2n＝2，但染色体上有多个着丝粒。第一次卵裂是横裂，产生上下2个子细胞。第二次卵裂时，一个子细胞仍进行横裂，保持完整的基因组，而另一个子细胞却进行纵向分裂，丢失部分染色体。目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发现类似的基因丢失现象。 b.基因扩增：基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。如非洲爪蟾卵母细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现的基因扩增现象；基因组拷贝数增加，即多

原核生物和真核生物基因表达调控复制、转录、翻译特点的比较

原核生物和真核生物基因表达调控、复制、转录、翻译特点的比较 1.相同点：转录起始是基因表达调控的关键环节 ①结构基因均有调控序列； ②表达过程都具有复杂性，表现为多环节； ③表达的时空性，表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性； 2.不同点: ①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。 ②原核基因表达调控主要为负调控，真核主要为正调控。 ③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性，真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子，依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。 ④原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。 ⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平，其次是翻译水平。原核生物基因以操纵子的形式存在。转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。 真核生物基因表达的调控环节较多： 在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。 在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TA TA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。 在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。 在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。 真核基因调控中最重要的环节是基因转录，真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。 真核生物和原核生物复制的不同点： ①真核生物DNA的合成只是在细胞周期的S期进行，而原核生物则在整个细胞生长过程中都可进行DNA合成 ②原核生物DNA的复制是单起点的，而真核生物染色体的复制则为多起点的。真核生物中前导链的合成并不像原核生物那样是连续的，而是以半连续的方式，由一个复制起点控制一个复制子的合成，最后由连接酶将其连接成一条完整的新链。 ③真核生物DNA的合成所需的RNA引物及后随链上合成的冈崎片段的长度比原

真核生物翻译调控

真核生物翻译的调控 原核生物基因表达的调控主要在转录水平上进行，而真核生物由于RNA较为稳定，所以除了存在转录水平的调控以外，在翻译水平上也进行各种形式的调控。 在蛋白质生物合成的起始反应中主要涉及到细胞中的四种装置,这就是:1.核糖体,它是蛋白质生物合成的场所;2.蛋白质合成的模板mRNA它是传递基因信息的媒介;3.可溶性蛋白因子,这是蛋白质生物合成起始物形成所必需的因 子;4.tRNA,它是氨基酸的携带者。只有这些装置和谐统一才能完成蛋白质的合成。 1、mRNA运输控制 运输控制（transport control）是对转录本从细胞核运送到细胞质中的数量进行调节。真核和原核生物不同，有一个核膜包被的核，此核膜就是一个基因表达的控制点。 我们知道初始转录本是在核内广泛地被加工。实验表明几乎只有一半的蛋白编码基因的初始转录本一直留在核里面，然后被降解掉。成熟的mRNA如何调节从核内转运到细胞质中呢？看来这些mRNA都要通过核孔进行转运，但是对于从核中输出的过程以及输出或保留所需的信号知道得很少。某些证据表明SnRNPs对于mRNA留在核中是很重要的。例如在抑制剪接体装配的成熟酵母中，mRNA易于从核中的输出。这就导致产生剪接体滞留模型（spliceosome retentior model）。在这个模型中剪接体的装配与mRNA的输出相竞争，这样，当前体mRNA 在剪接体经过加工的过程中，RNA滞留在核中，不能与核孔相互作用。当加工完成后，内含子被切除了，mRNA从剪接体上解离下来，游离的mRNA能与核相互作用，但内含子不行。现在还不清楚mRNA是否需要一个特殊的输出信号还是属于无规则的输出。 2、mRNA翻译的控制 mRNA分子通过核糖体对它们的选择充当了翻译调节的主角。不同的翻译明显地影响到基因的表达。例如mRNA储存在很多脊椎和无脊椎动物的未受精卵中，在未受精阶段蛋白质合成率是很低的，但一旦受精蛋白质合成立即增加。因此这各合成的增加并没有新的mRNA的合成，可能是由于存在一种翻译控制之故。最近认为这种翻译控制主要是蛋白降解控制，在控制中蛋白降解的速率是受到调节的。 在细胞质中所有的RNA都要受到降解控制（degradation control）在控制中RNA降解的速率（也称为RNA的转换率是受到调节的。通常核糖体中的 rRNA 和tRNA是很稳定的，相比之下mRNA分子的稳定性很不一致，有的mRNA的寿命可延续好几个月，有的只有几分钟。我们在某些类型的细胞中加入调节物可使某些特殊蛋白的合成增加。这可能涉及到相关基因转录速率的增加，也可能涉及到

真核生物与原核生物基因表达调控的区别复习课程

真核生物与原核生物基因表达调控的区别

精品文档 原核生物和真核生物基因表达调控特点的比较1.相同点:转录起始是基因表达调控的关键环节2.不同点:A.原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次B.原核基因表达调控主要为负调控,真核主要为正调控C.原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活D.原核基因表达调控主要采用操纵子模型转录出多顺反子RNA 实现协调调节真核基因转录产物为单顺反子RNA 功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平其次是翻译水平。原核生物基因以操纵子的形式存在。转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA 聚合酶抑制物、衰减子等。翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA 的调控作用。真核生物基因表达的调控环节较多在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TATA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA 复合物的结合及转录起始复合物的形成。在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA 运输的控制来影响基因表达。在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。真核基因调控中最重要的环节是基因转录真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。葡萄糖存在乳糖不存在此时无诱导剂 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除

真核生物基因表达的调控

第10章真核生物基因表达的调控 本章教学要求 1.熟悉真核基因组的结构特点、真核生物在DNA水平、转录水平和翻译水平上基因表达调控的特点。 2.掌握以下概念：顺式作用元件、反式作用因子、启动子、增强子，熟悉沉默子、基本转录因子、特异转录因子。 3.了解转录因子的结构特点。 本章教学重点和难点 1、真核生物在DNA水平和转录水平基因表达调控的特点。 2、转录因子的结构特点。 教学方法与手段 讲授与交流互动相结合，采用多媒体教学。 授课内容 10.1 真核生物基因表达调控的特点和种类 一、真核生物基因表达调控的特点 原核生物的调控系统就是要在一个特定的环境中为细胞创造高速生长的条件，或使细胞在受到损伤时，尽快得到修复，所以，原核生物基因表达的开关经常是通过控制转录的起始来调节的。 真核基因表达调控的最显著特征是能在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现"预定"的、有序的、不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围内保持正常功能。 真核生物基因表达调控与原核的共同点： ?基因表达都有转录水平和转录后的调控，且以转录水平调控为最重要； ?在结构基因上游和下游、甚至内部存在多种调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调控成分的结合与否调控基因的转录。 真核生物基因表达调控与原核的不同点： 1、真核基因表达调控的环节更多：转录与翻译间隔进行，具有多种原核生物没有的调控机制；个体发育复杂，具有调控基因特异性表达的机制。 2、真核生物活性染色体结构的变化对基因表达具有调控作用：DNA拓扑结构变化、DNA 碱基修饰变化、组蛋白变化； 3、正性调节占主导，且一个真核基因通常有多个调控序列，需要有多个激活物。

真核细胞蛋白质翻译起始研究进展

浙江工程学院学报,第21卷,第4期,2004年12月 Journal of Zhejiang Institute of Science and T echnology V ol .21,N o .4,Dec 12004 文章编号:100924741(2004)04-0312-04 收稿日期:2004-06-14 作者简介:周　培(1979-　 ),男,浙江宁波人,硕士,讲师,主要从事ACAT 转录以及翻译的研究。真核细胞蛋白质翻译起始研究进展 周　培1,杨　力2,陈　佳2,李伯良2,赵学明1,张耀洲3 (1.天津大学化工学院,天津　300072; 2.中国科学院上海生化及细胞研究所,上海;200031; 3.浙江理工大学生物化学研究所,浙江杭州　310033) 摘要:在大量有关机制的研究基础上,针对真核蛋白质翻译起始,提出了核糖体沿mRNA 滑动识别翻 译起始位点的机制和核糖体从mRNA 内部识别翻译起始位点的机制。 关键词:真核细胞;蛋白质;翻译起始 中图分类号:Q243 文献标识码:A 细胞的新陈代谢、生长和分化等许多基本的生命现象都受到细胞内基因的调控,而基因的这种调控作用则是通过其相应的蛋白质产物来实现的。作为细胞内最基本和最关键的反应之一,越来越多的实验证据表明,蛋白质的翻译对细胞内基因的正常功能发挥起到关键的调控作用。细胞内蛋白质的翻译一般被分为主要的三步:起始、延伸和终止,而已有的报道基本上都集中在对蛋白质翻译起始阶段的研究上。1　核糖体与mRNA 的识别结合 真核细胞蛋白质翻译起始远比原核细胞的复杂。真核细胞的核糖体主要由40S 小亚基和60S 大亚基构成。40S 核糖体亚基通过对mRNA 序列结构的识别首先与mRNA 结合,在到达正确的翻译起始密码子后与60S 核糖体亚基一起形成有活性的80S 核糖体复合物,起始蛋白质的翻译。核糖体对mRNA 的识别结合是蛋白质翻译起始的关键步骤,已有的文献报道主要分为两类,分别是核糖体对mRNA 5′-末端序列结构的识别结合和核糖体对mRNA 内部序列结构的识别结合。 40S 核糖体亚基与mRNA 5′-末端的识别结合需要真核翻译起始因子-4F (elF -4F )复合物的参与。由elF4E 、elF4G 和elF4A 组成的起始因子elF -4F 复合物可以帮助40S 核糖体识别mRNA 的5′-端帽子结构(7mG cap ),这同时还需要负责与tRNA -Met i 结合的真核翻译起始因子-2(elF -2)和与40S 核糖体亚单位相互作用的真核翻译起始因子-3(elF -3)的参予。这些因子的参与保证了40S 核糖体亚基与mRNA 的5π-末端帽子结构相结合,这种结合方式也可被称为依赖于帽子结构的翻译起始(cap 2dependent initiation )。 在另一种情况下,40S 核糖体亚基通过对mRNA 内部的核糖体进入位点(internal ribos ome enter site ,IRES )序列结构的识别,直接与mRNA 的内部序列结合[1]。这种翻译起始与IRES 上存在的二级结构直接相关,而不依赖于mRNA 的5π-末端帽子结构,也可被称为是不依赖于帽子结构的翻译起始(cap 2independent initiation )。有报道表明,这种核糖体与mRNA 的结合可能需要另外一些特殊的真核翻译起始因子的参与。 针对上述两种不同的核糖体进入mRNA 的形式,分别提出了核糖体沿mRNA 滑动识别翻译起始位点的机制和核糖体从mRNA 内部识别翻译起始位点的机制并给予了相应的阐述,这些将在后面(真核细胞蛋白质翻译起始机制)详细介绍。

真核生物的基因表达调控概述

真核生物的基因表达调控概述 真核生物基因在染色质活性、DNA水平、转录水平和翻译水平的表达调控特点。答：真核基因组结构具有基因组结构庞大、单顺反子、含有大量重复序列、基因不连续性、非编码区较多等特点。 （1）染色质结构水平对基因表达调控：①常染色质或异染色质；②染色质的状态（活性或阻遏），紧密结构会抑制基因表达，解凝集结构利于基因表达；③可以通过对组蛋白结构的修饰来实现，有组蛋白翻译后的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等；④DNA水平的调控包括基因丢失、扩增、重排和移位等方式。 （2）转录水平的调控：①RNA聚合酶、转录因子等反式作用因子和顺式作用元件（启动子强弱、增强子、沉默子）相互作用对基因转录的调控；②同一基因转录起始位点的不同，导致在不同组织细胞中的基因表达差异。 （3）转录后的加工：转录后加工的多样性，包括①加尾和剪接；②多个5′端转录起始位点或剪接位点；③多个加多聚（A）位点和不同的剪接方式；④虽无剪接，但有多个转录起始位点或加多聚（A）位点等多种方式调控基因的表达。（4）翻译水平的调控：①翻译起始因子eIF-4F 的磷酸化激活蛋白质的合成，eIF-2α 的磷酸化引起翻译起始受阻，降低蛋白质的生物合成水平；② mRNA 结构与翻译控制：mRNA5′端m7G 帽有增强翻译水平的作用，上游AUG 密码子的存在往往抑制下游开放读框的翻译效率；③起始AUG 上游序列对翻译效率的影响，如Kozak序列；④poly(A)尾增加翻译效率；⑤poly(A)尾中富含UA 序列抑制翻译。 （5）翻译后加工水平的调控：翻译的蛋白质还需要加工、修饰、折叠和分选后才具有功能。综上所述，真核生物基因表达调控是一个十分复杂的过程。

真核生物基因表达调控

第十章真核生物基因表达调控 第一节染色质结构与基因表达 染色质是细胞核中基因组DNA与蛋白质构成的复合体。染色质的基本结构单位是核小体。10 nm粗的纤维可以进一步盘绕成30 nm粗的纤维。在分裂期，30 nm粗纤维再折叠成具有一定形态结构的染色体。分裂期结束后，染色体又转化为染色质。按照功能不同，可将染色质划分为活性染色质和非活性染色质。前者是指那些具有转录活性的染色质，而后者则用于表示缺乏转录活性的染色质。在结构上，活性染色质和非活性染色质也有很大的差异。具有转录活性的染色质区域为一种开放、松散的结构。而非活性染色质呈现一种高度浓缩的形态，转录机器不能与其中的启动子结合，因而没有转录活性。异染色质就是一种典型的非活性染色质。 一、位置效应 位置效应（position effect）是指一个基因由于在基因组的位置发生改变，而发生的表达上的变化。 二、活性染色质的特征 与非表达区域中核小体结构紧密、间隔规则相比，其核小体组装较为伸展或不规则。这样的一种结构有利于转录因子的结合，以及RNA聚合酶沿模板的滑动。在转录起始区以及某些特殊的区域，核小体的构象变化更为明显，DNase I和微球菌核酸酶等非特异性内切酶可用于检测这种变化。 三、染色质结构的调节 在原核细胞中，RNA聚合酶和调节蛋白可以自由地接近DNA。由组蛋白和基因组DNA两部分组成的染色质结构限制了转录因子对DNA的接近与结合，实际上起着阻遏转录的作用。基因转录需要染色质发生一系列重要的变化，如染色质去凝集，核小体变成开放式的疏松结构，使转录因子等更容易接近并结合核小体DNA。有两种方式可以显著改变DNA的易接近性：组蛋白的乙酰化和核小体重塑。组蛋白的去乙酰化，则可以使染色质凝集，引起基因沉默。 1．组蛋白N端尾的修饰对染色质结构及基因转录的影响 每种核心组蛋白包括一个～80个氨基酸残基构成的保守的区域称为组蛋白

真核基因和原核基因表达调控的异同

真核基因和原核基因表达调控的异同？ 真核基因表达调控的基本原理与原核基因相同，主要表现在： 1、与原核基因的调控一样，真核基因表达调控也以转录水平调控为最重要； 2、在结构基因均有调控序列，并依靠特异蛋白因子与这些调控序列的结合与否调控基因的表达。 3、都要经历转录、翻译的过程。 4、表达过程都有复杂性，多环节 不同 1、真核基因表达调控过程更复杂。 2、在染色质结构上。原核细胞的DNA是裸露的，而真核细胞DNA包装在染色体中。DNA与组蛋白组成核小体形成为染色体基本单位。在原核细胞中染色质结构对基因的表达没有明显的调控作用，而在真核细胞中染色质的变化调控基因表达，并且基因分布在不同的染色体上，存在染色体间基因的调控问题； 3、真核生物中编码蛋白质的基因通常是断裂基因，含有有非编码序列即内含子，因而转录产生的mRNA前体必须剪切加工才能成为有功能的成熟的mRNA，而不同拼接方式的可产生不同的mRNA。而原核生物的基因由于不含有外显子和内含子，因此，转录产生的信使RNA不需要剪切、拼接等加工过程。 4、在原核基因转录的调控中，既有正调控，也有负调控，二者同等重要，而真核细胞中虽然也有正调控成分和负调控成分，但目前已知的主要是正调控，且一个真核基因通常都有多个调控序列，必须有多个激活物同时特异地结合上去才能调节基因的转录； 5、原核基因的转录和翻译通常是相互偶联的，而真核基因的转录与翻译在时空上是分开的，从而使真核基因的表达有多种调控机制。 6、真核生物细胞中存在mRNA的稳定性调控

7、真核生物大都为多细胞生物，基因的表达随细胞内外环境条件的改变和时间程序在不同的表达水平上进行着精确调控，而原核生物主要受环境因素和营养状况影响基因调控。 8、真核生物由三种RNA聚合酶分别负责三种RNA的转录，而原核生物只有一种。

原核生物基因表达调控

第六章基因的调控1：原核生物基因表达调控 第一节概述 机体能在基因表达过程的任何阶段进行调控，如调控可在转录阶段、转录后加工阶段和翻译阶段进行。转录的调控主要发生在起始阶段，这样可避免浪费能量合成不必要的转录产物。通常不在转录延伸阶段进行调控，但可在终止阶段进行调控，终止可以防止越过终止子而进行下一个基因的转录。RNA的初级转录产物本身是一个受调控的靶分子，转录物作为一个整体其有效性可以受到调控，例如，它的稳定性可以决定它是否保存下来用于翻译。此外，初级转录产物转变为成熟分子的加工能力可决定最后mRNA分子的组成和功能。在真核细胞中，还可对RNA从核到胞浆中的转运进行调控。但是在细菌中，mRNA只要一合成，就可用于翻译。翻译也像转录一样，在起始阶段和终止阶段进行调控。DNA转录的起始和RNA翻译的起始路线也很相似。 在原核生物和真核生物最常见的调控是转录过程的调控。因此本章先讨论转录调控，然后，再介绍翻译水平的调控。为了便于理解，在介绍具体的调控过程之前，先介绍一些基本概念。 1．顺式作用元件和反式作用因子 基因活性的调控主要通过反式作用因子(通常是蛋白质)与顺式作用元件(通常在 DNA上)相互作用而实现。基因是编码可扩散产物的DNA序列，基因所编码的产物可以是蛋白质(大多数基因都编码蛋白质)，也可以是RNA(tRNA和rRNA)。其最重要的特点是基因产物将从合成的场所扩散到其发挥作用的其他场所。游离基因产物扩散至其目标场所的过程称为反式作用trans-acting)。因此反式作用因子(trans-acting factor)的编码基因与其识别或结合的靶核苷酸序列不在同一个DNA分子上。 顺式作用(cis-acting)的概念用于任一不转变为任何其他形式的DNA序列，它只在原位发挥DNA 序列的作用，它仅影响与其在物理上相连的DNA。有时顺式调节序列最终发挥作用的分子不是DNA，而是RNA。因此，顺式作用元件(cis-acting element)是指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身同处在一个DNA分子上的基因；同时，这种DNA序列通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中。 2．结构基因和调节基因 为了区分调控过程中的调控成分和其调控的基因，有时用结构基因和调节基因的概念。结构基因(structural gene)是编码蛋白质或RNA的任何基因。结构基因编码着大量功能各异的蛋白质，所编码的蛋白质有组成细胞和组织基本成分的结构蛋白、催化活性的酶和调节蛋白等。调节基因(regulatory gene)是参与其他基因表达调控的RNA和蛋白质的编码基因。 调节基因编码的调节物通过与DNA上的特定位点结合控制转录是调控的关键。调节物与DNA特定位点的相互作用能以正调控的方式(启动或增强基因表达活性)调节靶基因，也能以负调控的方式(关闭或降低基因表达活性)调节靶基因。DNA位点通常位于受调节基因的上游，但有时也有例外。3．启动子和终止子 位于转录单位开始和结束位置上的序列为启动子(promoter)和终止子(terminator)，两者都是典型的顺式作用位点。启动子位于基因转录起始点的上游，负责基因转录的起始。终止子能终止基因的转录。启动子和终止子是能受同一类反式作用因子识别的顺式作用元件，这一类反式作用因子就是RNA聚合酶。当然，两个位点也能各自结合一些特定的其他因子。

为什么原核生物转录和翻译要偶联在一起

为什么原核生物转录和翻译要偶联在一起？ 与真核生物相比，原核生物基因表达的一个重要特点是，转录和翻译偶联在一起。具体说，也就是在一个mRNA转录尚未完成时，此mRNA已经合成的区段便开始了蛋白质翻译过程。 这一现象，分子生物学教科书中给出的理由是：只有转录和翻译同时进行，才有可能实现色氨酸操纵子的衰减调控（attenuator）。学习生物学要注意，教材（包括国际著名教材）中的很多说法都经不住深究，善于思考的同学应该能发现这些经不起推敲的说法。这种操作子在基因组中占少数，但原核生物所有的编码蛋白质的基因转录和翻译都是偶联。 前几年，有人提出转录和翻译同时进行是为了避免R-loop的形成（1）。基因转录过程中，新产生的mRNA可能和DNA模板结合形成DNA:RNA双链，另外一条DNA 链单独存在，此状态称为R-loop。研究显示，R-loop会引起DNA损伤等一些不良效应。如果新产生的mRNA结合上了蛋白质合成机器-核糖体，mRNA也就没机会与DNA互补配对了。因此，有关学者提出，转录和翻译紧密偶联是为了避免 R-loop的形成及其对生物体的不良影响。这种说法至少在逻辑上没有漏洞，属于令人满意的假说。将来也许证明R-loop的危害不是太大，或者核糖体的阻隔效果不够强，从而说明转录和翻译紧密偶联对避免R-loop的形成及其对生物体的不良影响意义不大。但目前，这种假说至少还是应该关注。 去年，Science上发表了三篇论文（一篇评论+两篇原始研究论文）（2-4），发现核糖体有效地结合在mRNA上并不断向前移动可以起到推着RNA聚合酶向前走、防止倒退的作用。"Efficient binding and progression of ribosomes along mRNA increase the speed of RNA polymerase" "prevents retraction of the emerging mRNA into RNA polymerase, and thus inhibits backtracking-associated pauses that slow RNA polymerase in the absence of the ribosome." 看完了这些文章，喜欢思考问题的读者会想到，RNA聚合酶倒退（backtracking）是什么大事吗？我查了查文献，确是有一些关于backtracking的介绍，但也没看出来危害有多大。我想这种情况下，在Science上发表论文就需要“嘴大”了。“嘴大”，就像很多专权社会的领导"嘴大"一样。领导、权威这样说可以，普通人这么说就需要拿出证据了。所以，那两篇论文，如果是我们实验室做出来的绝对上不了Science。 下一步，那就应该认真研究研究RNA聚合酶backtracking到底有什么害处？嘴大虽然可以发表论文，但不能说问题不存在。那几位作者心里肯定明白。于是，其中一个课题组就此做了较为深入的研究，论文发表在最近一期Cell上（5）。 细菌细胞中，如果把DNA复制过程比作奔驰车，那基因转录过程充其量也就是拖拉机，慢得很。二者都需要DNA作为模板。也就相当于单行道上同时有奔驰和拖