本章的主要内容：

　　 基因表达调控的基本概念、特点、基本原理。乳糖操纵子的结构、负性调控、正性调控、协调调节、转录衰减、SOS反应。真核基因及基因表达调控的特点、顺式作用元件和反式作用因子的概念、种类和特点. 以及它们在转录激活中的作用。

　　本章的要点：

　　第一节 基因表达调控基本概念与原理

　　一、 基因表达的概念

　　基因是一段DNA分子，编码一种多肽链或 RNA。基因通过转录和翻译产生具有一定功能的蛋白质的过程。大多数基因的表达产物是蛋白质，部分基因如rRNA和tRNA 基因的表达产物是RNA.

　　二、基因表达的特点

　　（A）时间特异性或发育阶段特异性、（B）空间特异性或组织细胞特异性，（C）有两种表达方式，管家基因几乎在所有的细胞和所有的发育阶段持续表达，基本不受环境因素的影响，只受启动子调节。另外一些基因的表达受环境因素的诱导或阻遏。（D）基因表达可在多层次上受到调节如基因、转录、转录后加工 翻译和翻译后加工等水平上进行调节。但最主要的是转录水平的调节，本章讨论的内容是原核基因和真核基因转录水平的调节。

　　三、基因转录激活的基本要素

　　 （A）特异的ＤＮＡ调节序列 是调节基因转录的ＤＮＡ片段,如原核生物操纵子调控区中的启动序列、操纵序列、ＣＡP蛋白结合位点和真核基因的启动子、增强子和沉默子等。（B）调节蛋白 是调节基因转录的蛋白因子，如原核生物的阻遏蛋白和ＣＡｐ蛋白、真核生物的基本转录因子和特异转录因子等。（C）ＲＮＡ聚合酶 是催化基因转录最主要的酶。原核生物只有一种ＲＮＡ聚合酶，催化所有ＲＮＡ的转录。真核生物有三种ＲＮＡ聚合酶，催化不同ＲＮＡ的转录。ＤＮＡ调节元件和调节蛋白可以通过影响RNA聚合酶的活性来调接基因转录激活。

　　第二节 原核基因转录调控

　　一 原核基因表达调节的特点：

　　（A）σ因子决定ＲＮＡ聚合酶识别特异性，帮助ＲＮＡ聚合酶识别不同启动子，对不同基因进行转录。（B）转录调节普遍采用操纵子模式, 原核生物功能相关的基因往往串联地排列在一起，在一个共同的调控区的调节下，一起转录生成一个多顺反子，最终表达产物是一些功能相关的酶或蛋白质，它们－起参与某种底物的代谢或某种产物的合成。（C）阻遏蛋白对转录的抑制作用是普遍存在的贡性调节。

　　二、乳糖操纵子的结构、负性和正性调节及协调调节

　　（A）乳糖操纵子包括三个结构基因（Z、 Y、 A）三个调节序列：启动序列、操纵序列和CAP蛋白结合位点，以及一个调节基因，调节基因编码阻遏蛋白。（B）、阻遏蛋白的负性调节 蛋白质与DNA结合抑制基因的转录属于负性调节。操纵序列是控制操纵子中结构基因转录的开关,阻遏蛋白与操纵序列结合可阻止RNA聚合酶对结构基因的转录。当乳糖存在时，乳糖的分鲜产物半乳糖与阻遏蛋白结合，导致阻遏蛋白与操纵序列解离，诱导基因的转录。（C） CAP的正性调节 蛋白质与DNA结合增强基因转录属于正性调节。在启动子上游子存在CAP结合位点, CAP与其结合后可促进RNA聚合酶与启动秀列结合，从而促进转录。但是,CAP单独不能与其位点结合，只有与cAMP形成复合物后才能与CAP位点结合。细胞内葡萄糖缺乏时，cAMP水平升高，cAMP一CAP复合物形成并与CAP结合位点结合，促进RNA聚合酶与启动序列结合并启动转录。葡萄糖丰富时，cAMP水平降低，cAMP一CAＭP复合物不能形成，ＣＡP不能与DNA结合，不能启动转录。（D）、协调调节 即阻遏蛋白的负性调节与ＣＡＰ蛋白正性调节的协同作用。当阻遏蛋白与操纵序列结合封闭转录后，ＣＡＰ不能启动转录，但是阻遏蛋白脱离操纵序列而解除封闭后，如果没有ＣＡｐ的作用也不能启动转录，所以乳糖操子的诱导作用即需要乳糖的存在又需要葡萄糖的缺乏。

　　三、 操纵子的其他转录调节机制

　　（A）转录衰减作用 最早在阻遏型的色氨酸操纵子发现，当色氨酸丰富时，核蛋白体迅速通过前导编码序列！使后面的序列形成衰减子，导致ＲＮＡ聚合酶的脱落和转录终止。转录衰减实质上是转录和前导肽翻译过程的偶联，，是原核生物特有的转录调节机制。（B）Ｓ0Ｓ反应 是大肠杆菌特有的一种ＤＮＡ损伤修复机制 . 参与ＤＮＡ损伤修复的一些Ｓ0Ｓ基因受一个共同的LｅｘＡ阻遏蛋白的控制，正常情况下LｅｘＡ与ＤＮＡ结合阻止了这些基因的表达，当紫外线照射造成ＤＮＡ损伤时，Ｒｅｃ蛋白产生蛋白水解酶活性，使LｅｘＡ蛋白水解失活，导致Ｓ0Ｓ基因转录表达，并对损伤的ＤＮＡ进行 修复

　　第三节 真核基因转录调节

　　真核基因数量多，基因表达调节机制复杂，基因表达可在ＤＮＡ、染色质、转录、转录后加工、翻译和翻译后加工等水平上调节，但最主要的是转录水平的调节。

　　－、 真核基因组结构特点

　　（A） 真核基因组结构庞大，由30亿碱基对组成，有4万多个基因。（B）单顺反子 真核细胞一般以一个基因为转录单位，转录产物是单顺反子、即编码一种多肽的ｍＲＮＡ。（C）重复序列 真核基因组中编码序列只占5一10%，其余80－90% 是非编码序列，其中有大量的重复序列。重复序列长短不同,重复率不等，而且具有种属特异性。（D）基因不连续性 真核基因的编码序列不连续排列，被一些非编码序列间隔开，编码序列称外显子，非编码序列称内含子。

　　二、真核基因表达调节特点

　　（A）RNA聚合酶 原核生物只有一种RNA 聚合酶，真核生物有三种，分别转录不同的RNA，RNA聚合酶II负责转录蛋白质的基因 ，因此该酶最为重要 。（B）活性染色质结构的变化 基因转录可在染色质水平上调节，基因转录激活的染色质在结构和性质上发生如下变化；（1） 由于转录激活区组蛋白部分脱落，产生DNase I超敏位点 。（2）DNA 拓扑构像发生变化，DNA转录时，RNA 聚合酶的前面是正超螺旋，后面是负螺旋。（3）DNA碱基修饰变化 转录激活的基因处于低甲基化状态。（4）组蛋白的数量、结构和化学修饰发生变化 （C）正性调节占主导地位 蛋白质与 DNA结合抑制转录是负性调节， 蛋白质与 DNA结合后促进基因转录是正性调节。 在原核生物中阻遏蛋白与 DNA结合抑制转录是负性调节。在真核生物中有许多转录激活因子，它们与增强子DNA结合促进转录属于正性调节。

　　三、真核基因转录激活调节

　　真核基因转录激活也需要DNA调节序列 调节蛋白和RNA聚合酶三大要素。（A）顺式作用元件 真核生物的DNA调控元件称为顺式作用元件， 包括启动子，增强子和沉默子。它们通过DNA和蛋白质、蛋白质和蛋白质的相互作用，最终改变RNA聚合酶的活性而调节转录。典型的启动子由TATA盒及其上游的GC盒和CAAT盒组成 。增强子是远离启动子的、可促进转录的调控元件，其作用与方向和位置无关，而且具有组织特异性。它一般与转录激活因子结合，通过作用于转录起始复合物增强RNA聚合酶的活性 ，从而促进转录。沉默子是一种负性调控元件，它与转录抑制因子结合抑制转录。（B）反式作用因子 是影响基因转录的调节蛋白，包括基本转录因子和特异转录因子，基本转录因子与RNA聚合酶构成转录起始复合物，有人将它们称为RNA聚合酶的亚基， 它们在所有的细胞中都存在 ，对于三种RNA聚合酶，除个别基本转录因子都是通用的。特异转录录因子包括转录激活因子和转录抑制因子，前者与增强子结合增强基因转录，后者与沉默子结合抑制基因转录。转录因子一般含有DNA结合域和转录激活域，前者是转录因子与DNA结合的位点，如锌指结构和碱性氨基酸组成的螺旋. 后者是转录因子与转录起始复合物中某种蛋白质相互作用的位点，此外，某些转录因子还有蛋白质和蛋白质相互的结构域

　　（三）mRNA基因转录激活及其调节

　　 mRNA基因是蛋白质基因，在基因组中占据绝大多数，由RNA聚合酶II转录，真核RNA聚合酶II与十几种基本转录因子结合成转录起始复合物，对蛋白质基因进行转录。基本转录因子中只有TFII D可以和TATA盒结合. TFII D由TBP（TATA结合蛋白）和十几种TBP相关因子（TAF）构成。真核基因调节的三大要素是顺式作用元件 反式作用因子和RNA聚合酶，它们通过DNA和蛋白质及蛋白质和蛋白质的相互作用调节的转录。例如一种转录激活因子和某种增强子结合，通过作用于转录起始复合物中的某种蛋白质引起RNA聚合酶的构想改变或化学修饰，最终导致其活性增加，从而激活转录。虽然增强子距离启动子和RNA聚合酶很远，但是DNA可以弯曲，使转录激活因子与启动子上的转录起始复合物靠近，与复合物中的某种蛋白质（TBP或 TAF）相互作用，然后通过它作用于RNA聚合酶，从而激活转录。