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第十四章
基因表达的调控
< br>基因表达的调控是目前研究的热点，主要强调基因调控的基本概念、主要
理论、整
个调控系统与遗传信息传递
每个细
胞都含有整套遗传密码，只是这本密码在每个细胞中并不全部译出应用，而是
不同细胞选
用其中各自需要的密码子加以转录和翻译。
为什么基因只有在它应该发挥作用的
细胞内和应该发挥作用的时间，才呈现活化状态，而在它不应该发挥作用的时间和细胞内，
则处于不活化的状态呢？
这种控制特定基因产物合成的机制称为基因调控
无论是真核还是原核生物转录调节
都是涉及到编码蛋白的基因和
DNA
上的元件
< br>
DNA
< br>元件是
DNA
上一段顺序，但它作为一种原位顺序具有特
殊的功能。由于它只能
作用同一条
DNA
，因此称顺式作用元件。顺式作用位点通常总是在靶基因的上游
调节基因的产物可以自由地结合到
其相应的靶上，因此被为反式作用因子
负调控：存在细胞中的阻遏物阻止转录过程的调控
正调控：调节蛋白和
DNA
以及
RNA
聚合酶相
互作用来帮助起始。诱导物通常与另一
蛋白质结合形成一种激活子复合物，与基因启动子
DNA
序列结合，激活基因起始转录
原核生物中基因表达以负调控为主
,
真核生物中则主要是正调控机制
一、原核生物的基因调控
1
、转录水平的调控
原核生物基因表达的调控主要发生在转录水平。当需要某一特
定基因产物时，合成这
种
mRNA
。当
不需要这种产物时，
mRNA
转录受到抑制
（
1
）乳糖操纵元模型
大肠杆菌的乳糖降解代谢途径：
Mo
nod
等发现，当大肠杆菌生长在含有乳糖的培养基上时，乳糖代谢酶浓度急剧增加；<
/p>
当培养基中没有乳糖时，
乳糖代谢基因不表达，
< br>乳糖代谢酶合成停止。
为此，
Jacob
和
Monod
（
1961
）提出了乳糖操纵元模型，用来阐述乳糖代谢中基因表达的调控机制
目前，
通过遗传分析证明
lac
操纵元的存在；已经分离出阻遏蛋白，
并成功地测定了阻
遏蛋白的结晶结构，以及阻遏蛋白与诱导物及操纵子序列结合的结构<
/p>
乳糖操纵元的正调控
除了阻遏蛋白能抑制
lac
操纵元转录外，其它因子
也能有效地抑制
lac mRNA
转录，这
个因子的活性与葡萄糖有关：
葡萄糖抑制腺苷酸环化酶的活性
腺苷
酸环化酶催化
ATP
前体→
cAmp
cAmp+
代谢激活蛋白
(CAP)<
/p>
→
cAmp-
CAP
复合物，作为操纵元的正调控因子
当
cAmp-CAP
复合物的二聚体插
入到
lac
启动子区域特异核苷酸序列时，
使启动子
DNA
弯曲形成新的构型，
RNA
聚合酶与这种
DNA
新构型的结合更加牢固，因而转录效率更高
在有葡萄糖存在时，
不能形成
cAmp
，
也就没有操纵元的正调控因子
cAmp-
CAP
复合物，
因此基因不表达
（
2
）色氨
酸操纵元
大肠杆菌色氨酸操纵元是
合成代谢途径中基因调控的典型例子：色氨酸操纵元包括色
氨酸合成中
< br>5
种酶的结构基因。
当培养基中有色氨酸时，
色氨酸操纵元
5
种酶的转录同时受
到抑制；在色氨酸供应不足时，发生转录。色氨酸直接作为阻遏物而不是诱导物参与调控色
氨酸
mRNA
的转录。因此
trp
操纵元是一个典型的可阻遏操纵元
阻遏物
trp
R
由相距较远的阻遏物基因编码→无辅基阻遏物
+
trp
→活性无辅基阻遏物
—
色氨酸复合物，与操纵子结合，阻止转录
色氨酸不足
时，无辅基阻遏物的三维空间结构发生改变，不能与操纵子结合，进行转录
活性的阻遏物与操纵子结合并不足以抑制转录的起始
衰减子与衰减作用：
①
在高浓度色氨酸存在时，
转录的前导序列
mRNA
只含有
140
个核苷酸，
其中有一段
28bp
的衰减子区域，它在转录后可迅速形成发夹环结构，
R
NA
聚合酶转录时不能通过这种
发夹环结构。所以衰减子是一种
内部终止子
②
无色氨酸时，由于前导肽中色氨酸密码子的作用，使衰减子不能形成发夹结构而成
为
单链，继续向前转录
2
、翻译水平的调控
（
1
）反馈
调控机制
如果某种蛋白质过量积累，将与其自身的
mRNA
结合，阻止进一步翻译。这种结合位
点通
常包括
mRNA
5
’
端非翻译区，也包括启动子区域的
Shine-Dalgarno
序列
（
2
）反义
RNA
调控
反义
RNA
可与目的基因的
5
’
UTR
互补配对，配
对的区域通常也包括启动子的
Shine-Dalgarno
序
列，使
mRNA
不能与核糖体有效结合，从而阻止蛋白质的合成
反义<
/p>
RNA
基因已被导入真核细胞，控制真核生物基因表达。例如，将
乙烯形成酶基因
的反义
RNA
导入蕃茄
，大大延长了蕃茄常温贮藏期
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