基因表达的调节

b. 调节蛋白识别结构模序中常含Asn，Gln， Lys或Arg，可与碱基形成氢键；
2. 调节蛋白与DNA结合motif的结构类型 a. 螺旋－转角－螺旋（Helix-Turn-Helix） 这种结构含两个α -螺旋（7－9个氨基酸) 由β -转角（20个氨基酸）连系，其中一 个螺旋为识别螺旋，通常含有许多与 DNA接触的氨基酸残基，位于大沟之中； b. 锌指（Zinc Finger） 真核生物调节蛋白常含有许多由30个氨

λ 的调节因子及功能 调节因子 功能 cI λ 阻遏子，在PR和PL的阻遏子， PRM的激活子，也是PRM的阻遏子 cII PRE和Pint的激活子 Cro 反阻遏子PRM的阻遏子，高浓度 时也阻遏PR,PL N 作用于tL1，tR1,tR2的反终止子 Q 后期基因转录的反终止子
b. 当细胞中araC蛋白浓度超过40 copies/cell， 它结合O1，阻止自身基因的转录了； c. araC既是阿拉伯糖操纵子的正调节因子， 又是负调控因子。 （1）当glucose丰富而ara不存在时araC结合 于araO1，O2和I ，结合在O2和I上的araC 蛋白相结合使DNA形成一个环，阻止 araBAD基因的转录； （2）当葡萄糖不存在（或低水平）而ara 糖存在时，此时CAP-cAMP结合于araI附

RNA的转录； mRNA的转录后修饰和加工； mRNA的降解； 蛋白质合成（翻译）； 翻译后修饰； 蛋白质降解； 所有以上过程，转录水平的调节了解的 最多也是最主要的。

二. 转录水平调节的方式 基因产物的功能不同，调节方式也不同 1. Housekeeping genes（看家基因，持家基 因）或称组成型表达基因（constitute expression gene） 这些基因的产物是所有细胞，所有时候 都需要的，基因的表达水平相对稳定； 2. 因为某种信号分子的出现引起表达增加 的基因称为可诱导（inducible）的基因， 由于信号分子的出现导致基因表达增加 的过程称诱导作用（induction）；
当色氨酸丰富时，终止子结构形成； 当色氨酸处于饥饿状态时，终止子顺序 不形成有效的转录终止结构，使mRNA 的转录得以继续；

弱化作用：用与翻译偶联的转录终止作 用来调节一个细菌操纵子的表达的过程。 3. 弱化子调节的普遍性 多价阻遏（multivalent repression）：前导 肽中有两种或两种以上用于弱化调节作 用的氨基酸残基的现象。
a. 当E.coli生长在含葡萄糖的介质中时，许 多其它糖类分解代谢酶基因的表达受到 抑制，在有葡萄糖存在时，细菌优先利 用葡萄糖； b. 葡萄糖降低细胞中c-AMP的浓度，抑制 了其它糖代谢基因的表达； c. CAP蛋白（Catabolite gene Activation Protein，CAP，分解代谢基因激活蛋白） 与c-AMP结合形成活性结构，结合在启 动子上游DNA顺序，促进RNA多聚酶对 启动子的结合和Lac mRNA的转
三个结构基因ara A，B，D编码着阿拉伯 糖异构酶，核酮糖激酶，5－磷酸核酮糖 差向异构酶，通过三步反应把ara变Xyl－ 5－P （5－磷酸－木糖），一个五碳糖代 谢的中间体）； ara操纵子的调节蛋白araC基因在ara操纵 子的上游。在ara operon有三个araC的结 合顺序araO1，O2，I，还有CAP结合位点， 结构基因ara BAD转录方重控制 1. 色氨酸操纵子是可以阻遏的 终产物色氨酸为辅阻遏子(co-repressor) promoter －40到+18 oprerator －10（－23到－3） RNA polymerase与repressor对promoter的 结合互相排斥； 基线水平表达（basal或repressed level） 2. 色氨酸操纵子还被转录弱化作用控制
弱化子（或衰减子，Attenuator）：能使 弱化作用发生的DNA顺序（转录产物 RNA两种不同的二级结构控制后续的转 录）。 色氨酸操纵子mRNA的前导顺序（leader sequence）有不同的碱基配对结构。 转录衰减机制：由于转录和翻译偶联， 前导顺序中富含色氨酸密码，可作为细 胞中色氨酸浓度的传感器，前导肽合成 的速度影响核糖体的位置，进而影响前 导顺序的二级结构。

2. 乳糖操纵子的负调控 组成型（constitute）突变确定阻遏子的负 调控作用 a. Lac I 基因的突变或缺失造成LacZ，Y， A的组成型表达； 部份二倍体lac I－/lac I+ 恢复正常的调控， 说明lac I是反式作用因子（trans acting factor，有游离转录产物，因而功能可以 互补于另一同源染色体的等位基因位点。
7个氨基酸出现一个Leu。
七. 阿拉伯糖操纵子：一种既进行正调节也 能起负调节作用的调节蛋白。 ara operon调节方法：几种特殊的调节机 制。 1. araC蛋白既能进行正调控也能进行负调 控，信号分子的结合使它由阻遏子变构 成激活子；
2. araC蛋白调节它本身基因的表达。当它 细胞内含量多时阻遏自己基因转录，这 种现象叫自我调节（autoregulation）； 3. 一些调节顺序能远距离起作用，通过蛋 白对蛋白和蛋白对DNA的互相作用把远 距离顺序靠DNA的环化（DNA looping） 引到启动子附近，这种特点使ara调节系 统成为真核生物基因远距离调控的一个 重要范例。 a. ara operon的组成
b. 操纵基因（operator）为顺式显性因子 （cis-acting，cis-dominant），它的突变 造成它下游基因的组成型表达； 顺式行为因子：只调节与它共价相连的 基因表达的DNA顺序单位，一般无转录 产物； 3. Lac operon的正调节 可诱导的分解代谢操纵子受CAP蛋白的 总调节（global control）；

SOS反应

SOS反应诱导的部分基因 基因 功能 pol B DNA多聚酶II uvrA,B,C 核苷酸切割修复内切酶 umuC,D 差错倾向修复所需 recA ……

DNA损伤触发SOS反应是由一种阻遏蛋 白水解导致的； recA蛋白是一种多功能蛋白，当它和 ssDNA结合时，它有蛋白水解酶活性； LexA蛋白是recA合成的阻遏子； LexA蛋白被recA水解造成recA蛋白本身 及其他蛋白的合成；
九. 噬菌体λ 的发育调控 λ 的转录调控用级联（cascade）调控方 法，为了有序地组装噬菌体颗粒，把基 因分组分阶段表达； λ 决定溶源化或溶菌命运的调控，为了 解真核生物的发育调控提供了一种模式。
1. 溶菌（Lysis）和溶源化（Lysogeny） λ 进入细菌细胞后的两种命运： 溶菌周期（lytic cycle）：新一代噬菌体 颗粒产生并导致细胞溶解； 溶源化：噬菌体DNA在寄主染色体上整 合，并随寄主DNA复制传代的过程。
肽链延长因子，细菌细胞中大量存在的蛋白 质（基因产物）之一； DNA损伤修复酶，每个细胞只有几个拷贝； 代谢途径的酶，因食物来源不同而变化数量； 一些影响细胞分化的蛋白只存在极短时间。 b. 基因表达的调节是细胞代谢平衡及维持发育 期间不同细胞的结构和功能差异的关键； c. 蛋白质（或RNA）在细胞内浓度可以在六个 水平上被调节；
录，CAP的结合使Lac操纵子的表达增强 50倍。 crp基因（cAMP receptor protein，CRP）： 与腺苷酸环化酶基因突变抑制Lac opreon 的表达。 CAP的作用位点（见图）： Lac -72 to-52，gal -50 to -23，ara -107 to 78，可能的作用方式模型 I. CAP-RNA多聚酶相互作用形成转录复合 物； II. CAP弯曲所结合的DNA片断，帮助RNA 多聚酶转录复合物的形成；

六. 调节蛋白与DNA的结合 1. 调节蛋白有着独特的与DNA结合的特殊 结构域（domain），结合DNA特殊顺序 的能力比普通顺序高出105-107倍。 用于与DNA结合的是调节蛋白中的几个 二级结构元件的固定组合，称为模序 （或模体，motif），motif是核酸或蛋白 质中的超二级结构。 a. 在双螺旋DNA的大沟与小沟中有着可供 识别的碱基上的氢键供体和受体及疏水 基团；
由于CAP是除葡萄糖以外的许多糖分解 代谢操纵子的正调节因子，这种受一种 调节蛋白所控制的操纵子网络总称调节 网（regulon）。 III. CAP受cAMP的激活，促进Lac mRNA 的转录； IV. 葡萄糖存在时cAMP的水平下降，结果 是葡萄糖存在时，E.coli先利用葡萄糖不 用乳糖。乳糖操纵子的三种状态表明只 有阻遏蛋白不在而cAMP-CAP存在时Lac mRNA才被大量转录。
第五章 基因表达的调节 （Gene regulation）

基因表达（gene expression）：基因被转 录产生RNA，编码着蛋白质结构信息的 mRNA被翻译成蛋白质，总之，基因的 信息被转录，翻译成终产物的过程称为 基因表达。
一. 引论 a. 基因的多样性及表达的差异性 细胞在任何给定的时间内都表达的基因 只有一小部分；
四. 能与DNA结合的蛋白质因子的调节 1. 特异性因子：能促使RNA多聚酶对特定 的一些启动子的结合的蛋白质因子（σ70 普通σ因子；σ 32，for heat shock）； 2. 阻遏子（repressors）：能结合于启动子 阻遏RNA多聚酶与起动子结合的蛋白质 因子； 3. 激活子（activators）：真核生物称反激 活子，能结合于启动子附近增加RNA多 聚酶和启动子结合的蛋白质因子。
基酸组成的“锌指”，其中4个AA残基 （4个Cys或2个Cys＋2个His），配位结 合着锌粒子，形成指状结构。 3. 调节蛋白还和其他蛋白相互作用 调节蛋白的其它结构域参加与RNA多聚 酶结合或者与同一种蛋白结合成二聚体 或多聚体。 介导蛋白质－蛋白质相互作用的结构模 序具有特征性，如转录辅因子中的亮氨 酸拉链（Leucine Zipper），α-螺旋中每