原核生物与真核生物基因表达的区别

1、原核生物与真核生物基因表达的区别最佳答案 原核生物的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

2、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。真核生物基因表达的调控要比原核生物复杂得多，特别是高等生物，不仅由多细胞构成，而且具有组织和器官的分化。细胞中由核膜将核和细胞质分开，转录和翻译并不是偶联，而是分别在核和细胞质中进行的，基因组不再是环状或线状近于裸露DNA，而是由多条染色体组成，染色体本身结构是以核小体为单位形成的多极结构，真核生物的个体还存在着复杂的个体发育和分化，因此说真核生物的基因表达调控是多层次的，从DNA到RNA到有功能蛋白质多途径进行调控的。主要的调控途径有如下几个方面：DNA和染色体水平上的调

3、控：基因的拷贝数扩增或丢失和基因重排，DNA修饰，在染色体上的位置，染色体结构（包括染色质、异染色质、核小体）都可影响基因表达。转录水平上的调控：转录起始的控制和延伸的弱化对mRNA前体的水平都会产生影响。转录后RNA加工过程和运送中的调控：真核基因转录出的mRNA前体，要经过加工才能成熟为mRNA，包括切割、拼接、编辑、5和3末端修饰等，成熟的mRNA再运出细胞核。翻译水平上的调控：5端前导序列形成茎环结构降低翻译水平或抑制蛋白结合5端，阻止mRNA的翻译。翻译后的调控：翻译后产生的蛋白质常常需要修饰和加工如磷酸化、糖基化、切除信号肽及构象形成等，才能成为有活性的蛋白质，可以利用这个过程有选

4、择地激活或灭活某些蛋白质。mRNA降解的调控：控制mRNA寿命就能控制一定数目的mRNA分子产生蛋白质数量，这种调控是由mRNA 3端的序列决定的。 （为什么是有其决定？）真核生物基因表达调控过程与原核生物的不同之处 2010-8-29 09:12 最佳答案 真核生物中编码蛋白质的基因通常是间断的、不连续的，由于转录时内含子和外显子是一起转录的，因而转录产生的信使RNA必须经加工，将内含子转录部分剪切掉，将外显子转录部分拼接起来，才能成为成熟的RNA。 真核生物有细胞核，核膜将核质与细胞质隔开，因此，转录在细胞核中进行，翻译在细胞质中进行。可见其转录和翻译具有时间和空间上的分隔。 真核生物大多

5、是多细胞生物，个体发育过程中要发生细胞分化。分化是不同的基因特异性表达的结果。细胞中关闭或开启某些基因，都是在严格调控作用下进行的。基因的这种特异性表达的调控机制也是真核生物所特有的。图3-14真核生物基因表达过程示意图真核生物基因表达调控的过程与原核生物有许多共同之处。例如，在真核生物结构基因的侧翼序列上，同样存在着许多不同的调控序列，真核生物通过特异性蛋白与某些调控序列的结合与否，来调控基因的转录。但是，真核生物基因表达调控与。原核生物也有许多不同之处。例如，真核生物中编码蛋白质的基因通常是间断的、不连续的，由于转录时内含子和外显子是一起转录的，因而转录产生的信使RNA必须经过加工，将内含

6、子转录部分剪切掉，将外显子转录部分拼接起来，才能成为有功能的成熟的信使RNA。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。再有，原核生物基因的转录和翻译通常是在同一时间同一地点进行的，即在转录未完成之前翻译便开始进行。如大肠杆菌乳糖分解代谢过程中，三个结构基因的转录和翻译就是同时在细胞质中进行的。真核生物由于有细胞核，核膜将核质与细胞质分隔开来，因此，转录是在细胞核中进行的，翻译则是在细胞质中进行的。可见。真核生物基因的转录和翻译具有时间和空间上的分隔。上述真核生物基因转录后的剪切、拼接和转移等过程，都需要有调控序列的调控，这种调控作用是原核

7、生物所没有的。下载： 真核生物的基因表达过程与原核生物的基因在时空上不同，因而真核生物的基因在原核生物内表达可能出现问题。这是什么意思啊？一是时间：原核细胞转录和翻译偶联，转录和翻译几乎同时进行。 真核细胞原初转录物不能翻译，需要进行后加工才能翻译。 二者在转录与翻译的时间上分离。二是空间：原核细胞转录和翻译几乎都在拟核区进行，没有明显空间上的区分。 真核细胞转录在核内进行，翻译在胞质进行。 二者转录和翻译在空间上隔离。以上两点统称：真核生物的基因表达过程与原核生物的基因在时空上不同。第三节 真核生物基因表达的调控原核生物操纵元调控中的一些原理也存在于真核生物基因表达中，但是，多细胞真核生物的

8、形态、结构、功能和生长发育过程要比原核生物复杂得多，具有精确的发育程序和大量分化的特殊细胞群，因此它需要更为多样化的调控机制。首先，高等真核生物的基因组远比细菌基因组大，包含的DNA量和遗传信息也多得多。例如，根据已测定的基因组全部序列，E.coli有4.6106 bp，可编码4288个基因，每个基因含有约1100bp。这个基因长度与已全部测序的8个原核生物相似。真核生物啤酒酵母有1.2107bp，可编码5885个基因，每个基因含约2000bp。在高等植物中，据对拟南芥菜第4染色体长臂的一段长为1.9106 bp的DNA片段全序列测定，这段DNA可编码389个基因，每个基因有4800bp。这些

9、结果说明，高等生物基因组中有很多重复序列。据分析，人类基因组有3109 bp，编码蛋白质的基因约为3.5万个。其余的都是重复序列。高等植物不同物种的基因组大小差别很大，如拟南芥有1108bp，水稻有4.3108 bp，小麦则有1.61010 bp。高等植物的基因组中很多是重复序列，尤其是象小麦这类DNA含量高的大基因组，重复序列比例更大。很多重复序列与调控作用有关。例如，拟南芥的重复序列在转基因烟草中具有基因表达增强子的作用。其次，真核生物的DNA与组蛋白等结合形成染色质，染色质结构的变化可以调控基因表达。真核生物基因表达分散在整个基因组的各个染色体上，而不象细菌那样全部基因串连在一起。所以真

10、核生物不仅存在同一染色体上不同基因间的调控问题，而且还存在不同染色体之间的基因调控问题。第三，在真核生物中，不同组织的细胞在功能上是高度分化的。大多数真核生物都是多细胞的复杂有机体，在个体发育过程中，由一个受精卵经过一系列的细胞分裂和分化形成不同类型的细胞和组织。分化就是不同基因表达的结果。在不同的发育阶段和不同类型的细胞中，基因表达在时空上受到严密的调控。例如，在动物胰脏细胞中不会产生视网膜色素，而在视网膜细胞中也不会产生胰岛素。真核细胞具有选择性激活和抑制基因表达的机制。如果基因在错误的时间或细胞中表达、表达不足或过量地表达，都会破坏细胞的正常代谢，甚至导致细胞死亡。 原核生物大多是单细胞

11、的，在相同的环境条件下，同一群体的细胞对环境的变化具有基本相同的反应，基因的表达基本一致。但是在相同的环境条件下，多细胞真核生物体内的不同细胞的反应则全然不同，只有部分或很少一部分细胞的基因表达直接受到环境条件变化的影响，其余细胞中的基因表达只是间接受到影响或者基本不受影响。这就保证了真核生物的一些主要组织和器官在千变万化的环境条件下能够维持正常功能。第四，真核生物细胞的转录和翻译在时间和空间上是分隔的。真核生物具有由核膜包被的细胞核，基因的转录和翻译分别在细胞核和细胞质中进行。因此，转录的RNA还必须经过加工以及从细胞核中运输到细胞质中才能行使功能，而且，相对于原核生物来说，mRNA的寿命比

12、较长。这就为翻译水平的调控提供了方便。真核生物基因表达可以在多个层次上进行调控。综上所述，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（图 真核生物基因表达中可能的调控环节）。但是，最经济、最主要的调控环节仍然是在转录水平上。 （是因为，at the very beginning 就阻止了，就避免了不必要的浪费！）（一）DNA水平的调控 DNA水平上的调控是通过改变基因组中有关基因的数量、结构顺序和活性而控制基因的表达。这一类的调控机制包括基因的扩增、重排或化学修饰。其中有些改变是可逆的。1、基因剂量与基因扩增 细胞

13、中有些基因产物的需要量比另一些大得多，细胞保持这种特定比例的方式之一是基因组中不同基因的剂量不同。例如，有A、B两个基因，假如他们的转录、翻译效率相同，若A基因拷贝数比B基因多20 倍，则A基因产物也多20倍。组蛋白基因是基因剂量效应的一个典型实例。为了合成大量组蛋白用于形成染色质，多数物种的基因组含有数百个组蛋白基因拷贝。（基因拷贝数不同）基因剂量也可经基因扩增临时增加。两栖动物如蟾蜍的卵母细胞很大，是正常体细胞的一百倍，需要合成大量核糖体。核糖体含有rRNA分子，基因组中的rRNA基因数目远远不能满足卵母细胞合成核糖体的需要。所以在卵母细胞发育过程中，rRNA基因数目临时增加了4000倍。

14、卵母细胞的前体同其他体细胞一样，含有约500个rRNA基因（rDNA）。在基因扩增后，rRNA基因拷贝数高达2106。这个数目可使得卵母细胞形成1012个核糖体，以满足胚胎发育早期蛋白质大量合成的需要。在基因扩增之前，这500个rRNA基因以串联方式排列。在发生扩增的3周时间里，rDNA不再是一个单一连续DNA片段，而是形成大量小环即复制环，以增加基因拷贝数目。这种rRNA基因扩增发生在许多生物的卵母细胞发育过程中，包括鱼、昆虫和两栖类动物。目前对这种基因扩增的机制并不清楚。在某些情况下，基因扩增发生在异常的细胞中。例如，人类癌细胞中的许多致癌基因，经大量扩增后高效表达，导致细胞繁殖和生长失控

15、。有些致癌基因扩增的速度与病症的发展及癌细胞扩散程度高度相关。2基因丢失在一些低等真核生物的细胞分化过程中，有些体细胞可以通过丢失某些基因，从而达到调控基因表达的目的，这是一种极端形式的不可逆的基因调控方式。如某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育到一定阶段后，许多体细胞常常丢失整条染色体或部分染色体，而只有在将来分化生殖细胞的那些细胞中保留着整套的染色体。在马蛔虫中，个体发育到一定阶段后，体细胞中的染色体破碎，形成许多小的染色体，其中有些小染色体没有着丝粒，它们因不能在细胞分裂中正常分配而丢失，在将来形成生殖细胞的细胞中不存在染色体破碎现象。但是，基因丢失现象在高等真核生物中还未发现

16、。3DNA重排（基因重排） 基因重排(gene rearrangement)是指DNA分子中核苷酸序列的重新排列。这些序列的重排可以形成新的基因，也可以调节基因的表达。这种重排是由基因组中特定的遗传信息决定的，重排后的基因序列转录成mRNA，翻译成蛋白质。尽管基因组中的DNA序列重排并不是一种普通方式，但它是有些基因调控的重要机制，在真核生物细胞生长发育中起关键作用。酵母交配型转换。啤酒酵母交配型转换是DNA重排的结果。酵母菌有两种交换型，分别a和。单倍体a和之间配合才能产生二倍体a/，经减数分裂及产孢过程形成单倍体四分子，其中a和的孢子的比例为2：2。如果单独培养基因型a和的孢子，由于仅有与

17、亲代相同的交配型基因型，所以形成的孢子之间不能发生交配。但酵母菌中有一种同宗配合交配类型，其细胞可转换成对应的交配类型，使细胞之间可发生配合。如图8-18所示。起始的单倍体孢子（这里是）发育成一个母细胞及一个芽细胞，芽细胞再长成子细胞。在下一次分裂后，这个母细胞及新形成的子细胞转换成对应的交配型a，结果是两个 和两个a型细胞。相对应交配型细胞融合形成a/二倍体合子（交配）。再经有丝分裂及产孢过程又形成单倍体孢子。这种交配型转换的基础是遗传物质的重排。控制交配型的MAT基因位于酵母菌第3染色体上，MATa和MAT互为等位基因。含有MATa单倍体细胞为a交配型，具有MAT基因型的细胞为交配型。MA

18、T位点的两端，还有类似MAT基因的HMLa和HMRa基因，他们分别位于第3染色体左臂和右臂上。这两个基因分别具有与MAT和MATa 相同的序列，但在其基因上游各有一个抑制转录起始的沉默子，所以不表达。交换型转换是由HO内切核酸酶(HO endonuclease)的作用开始的(图819)。这个内切酶将MATa基因内的一段24bp的双链DNA切开，另一种核酸外切酶在双链DNA的切口，从5到3加工产生一段突出的3单链尾端序列（约500个核苷酸），MATa基因用这一段单链系列插入到MAT基因的同源序列中，以HML序列为模板，合成一段新的HML基因序列，再通过重组使HML整合到MATa序列中，导致基因转

19、换，由MATa转换成MAT。在这个重组过程中，有一段244bp的重组强化子(recombinant enhancer, RE)对重组起顺式调控作用，是基因转换所必须的，RE缺失则不能发生基因转换。这段RE序列也位于第3染色体左臂上，靠近HML位点。MAT基因编码一种与MCM1转录因子互作的调控蛋白，控制其它基因转录。MATa和MAT基因产物对MCM1具有不同的影响，因而表现出不同的等位基因特异表达模式。在红色面包霉及其它真菌中出现的四分孢子异常比例，也是重组后产成的基因转换形成的。（2）动物抗体基因重排 一个正常哺乳动物可产生108以上不同的抗体分子，每一种抗体具有与特定抗原结合的能力。抗体是

20、蛋白质，每一种特异抗体具有不同的氨基酸序列。如果抗体的遗传表达是一个基因编码一条多肽链，那么一个哺乳动物就需要108以上的基因来编码抗体，这个数目至少是整个基因组中基因数目（现在估计人类基因组中编码蛋白质的基因大概只有30000个左右）的1000倍。这是不可能实现的!那么哺乳动物是采用什么机制形成如此众多的不同抗体分子的呢？首先我们看一下抗体分子的结构（图 抗体分子结构）。抗体包括两条分别约440个氨基酸的重链（heavy chain, H）和两条分别约214个氨基酸的轻链（light chain, L）。不同抗体分子的差别主要在重链和轻链的氨基端（N端），故将N端称为变异区（variable

21、 region, V），N端的长度约为110个氨基酸。不同抗体羧基端（C端）的序列非常相似，称为恒定区（constant region, C）。抗体的轻链、重链之间和两条重链之间由二硫键连接，形成一种四链（H2L2）结构的免疫球蛋白分子。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。完整的重链基因由VH、D、J和C四个基因片断组合而成，完整的轻链基因由VL、J和C三3个片段组合而成。人的第14号染色体上具有86个重链变异区片段（VH），30个多样区片段（diverse，D），9个连接区片段（jioning，J）以及11个恒定区

22、片段（C）。轻链基因分为3个片段，变异区（VL），连接区(J)和恒定区(C)。人类的轻链分为2型：型（Kappa轻链，）和型（Lambda轻链，）。轻链基因位于第2号染色体上，轻链基因位于第22号染色体上。 人类基因组中抗体基因片断 抗体组成 基因座位 所在染色体 基因片断数目 V D J C 重链 IGH 14 86 30 9 11 Kappa 轻链（） IGK 2 76 0 5 1 Lambda 轻链（） IGL 22 52 0 7 7 随着B淋巴细胞的发育，基因组中的抗体基因在DNA水平发生重组，形成编码抗体的完整基因（图 人类抗体重链基因结构）。在每一个重链分子重排时，首先V区段与D区

23、段连接，然后与J区段连接，最后与C区段连接，形成一个完整的抗体重链基因。每一个淋巴细胞中只有一种重排的抗体基因。轻链的重排方式与重链基本相似（图 人类抗体链基因结构），所不同的是轻链由3个不同的片断组成。重链和轻链基因重排后转录，再翻译成蛋白质，由二硫键连接，形成抗体分子。产生免疫球蛋白分子多样性的遗传控制：重链和轻链的不同组合，、H；在重链中，V、D、J和C片段的组合；轻链中V和C的组合；轻链中V、J和C的组合；此外，基因片段之间的连接点也可以在几个bp的范围内移动。因此，可以从约300个抗体基因片段中产生109 数量级的免疫球蛋白分子。4. DNA甲基化和去甲基化 在真核生物DNA分子中，

24、少数胞嘧啶碱基第5碳上的氢可以在甲基化酶的催化下被一个甲基取代，使胞嘧啶甲基化(methylation)。甲基化多发生在5CG3二核苷酸对上。有时CG二核苷酸对上的两个C都甲基化，称为完全甲基化，只有一个C甲基化称为半甲基化。甲基化酶可识别这种半甲基化DNA分子，使另一条链上的胞嘧啶也甲基化。DNA的甲基化可以引起基因的失活。活跃表达的基因都是甲基化不足的基因。表达活性与甲基化程度呈负相关。甲基化的程度可以在转录的充分激活和完全阻遏之间起调节作用。把甲基化和未甲基化的病毒DNA或细胞核基因分别导入活细胞，已甲基化的基因不表达，而未甲基化的能够表达。在大鼠个体发育过程中，核内DNA甲基化的水平失

25、不断提高的，14d的胚胎肝脏只有8的rDNA甲基化，18d的胚胎肝脏有30的rDNA甲基化，而成年大鼠肝组织中rDNA的甲基化程度高达60。某些玉米Ac转座因子在没有任何DNA序列变化的情况下，失去了转座酶基因活性，就是因为这个基因的富含CG区域发生了高度甲基化。经化学处理去甲基化后，又可使转座酶基因活性恢复。（二）转录水平的调控 持家基因和奢侈基因在多细胞的高等真核生物中，各种类型的细胞中都有相同的一些基因在表达，这些基因的产物是维持细胞的正常结构、运动、以及参与新成代谢等生命活动所必须的，由于它们的功能对于每一个细胞来说都是必不可少的，所以将这些基因称为持家基因（house keeping

26、 gene）。如组蛋白基因、核糖体蛋白基因、线粒体蛋白基因、糖酵解酶基因等。在哺乳动物中，持家基因大约有10000个左右。另一类基因是组织特异性基因（tissue-specific gene）,又称为奢侈基因(luxury gene)。这类基因与细胞的特定功能有关，是在各种组织中选择性表达的基因。如表皮的角蛋白基因、肌细胞中的肌动蛋白基因和肌球蛋白基因等。据估计，各类细胞中的奢侈基因的总和大于持家基因的数目。 持家基因和奢侈基因的表达调控通常发生在转录水平。 前面介绍了细菌中的基因经诱导可使表达效率提高千倍以上。这种极端的调控水平很难发生在真核生物基因表达中（酵母菌除外）。大多数真核生物基因经

27、诱导可提高几倍至数十倍的表达效率。多数真核生物基因转录水平的调控是正调控。1、真核基因表达调控的顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)是指DNA分子上对基因表达有调节活性的特定核苷酸序列。顺式作用元件的活性只影响同一DNA分子上的基因。这种DNA序列多位于基因上游或内含子中。真核基因的顺式作用元件按其功能可以分为：启动子、增强子和静止子。启动子的结构和功能启动子是转录因子和RNA聚合酶的结合位点，位于受其调控的基因上游，邻近基因转录起始点，是基因的一部分（图 真核生物启动子元件）。TATA框（TATA box）：中心位于30位置，是RNA聚合酶识别和结合位点。富含AT

28、碱基，一般有8bp，改变其中任何一个碱基都会显著降低转录活性，又称为Hogness box。如人类的珠蛋白基因启动子中TATA序列发生突变，珠蛋白产量就会大幅度下降而引起贫血症。 CAAT框（CAAT box）：位于7080位置，共有序列GGCC(T)CAATCT。决定启动子的起始频率。兔的珠蛋白基因的CAAT框变成TTCCAATCT，其转录效率只有原来的12。GC框(GC box)：110位置，GGGCGG。增强转录活性。真核基因的启动子有三个元件构成，而原核基因的启动子一般只有两个元件，-10位置的TATAbox和35位置的TTGACAbox。增强子的结构和功能增强子（enhancer），

29、又称强化子（transcriptional enhancer），是一种远端调控元件，至少距转录起始点上游100bp以上，通常位于7001000处，所以又称为上游激活序列(upstream activator sequence, UAS)。增强子区的跨度一般有100200bp，和启动子一样，由一个或多个各具特征的DNA序列组成，常由812bp的核心序列和其他序列相间排列。增强子也要通过与特定的蛋白质因子(转录因子)结合而实现其对转录的增强作用。静止子是一种类似增强子但起负调控作用的顺式作用元件。有人称为沉默基因。静止子与相应的反式作用因子结合后，可以使正调控系统失去作用。2、真核基因调控的反式作

30、用因子不论是启动子还是增强子序列，他们的转录调节功能都是通过与特定的DNA结合蛋白的相互作用而实现的。真核生物的RNA聚合酶与原核生物的RNA聚合酶不同，它本身不能启动转录，纯化了的真核生物RNA聚合酶在体外是不能启动转录的。因此必须事先有一套转录因子装配到启动子上，RNA聚合酶才能启动转录。这些转录因子一般并不是RNA聚合酶的组成成分。能直接或间接识别各种顺式调控元件并与之结合从而调控基因转录效率的各种蛋白质分子称为反式作用因子 (trans-acting factor)。能激活真核生物基因转录的蛋白质称为转录因子(transcription factor, TF)。转录因子是参与正调控的反

31、式作用因子，是转录起始过程中RNA聚合酶所需要的辅助因子。这类DNA结合蛋白有很多种，顺式调控元件也有多种，正是不同的DNA序列和不同的DNA结合蛋白之间在空间结构上的相互作用，以及蛋白质与蛋白质之间的相互作用，构成了复杂的基因转录调控机制。真核生物的RNA聚合酶类型 产物 rRNA MRNA, snRNA 5S rRNA tRNA 反式作用因子的结构特征反式作用因子一般都具有三个不同功能结构域(domain)。（看来我研究的ER也是一种反式作用因子？也是转录因子！）DNA结合结构域 （不就是ER的BD么？）与顺式调控元件结合的部位。对大量转录调控因子结构的研究表明，DNA结合结构域大多在10

32、0bp以下。大体上有4种结构特征：螺旋转角螺旋(helix-turn-helix, HTH)结构（图 螺旋-转角-螺旋）、锌指(zinc finger)结构（图 锌指结构）、亮氨酸拉链(leucine zipper)结构（图 亮氨酸拉链）等。激活基因转录的功能结构域 一般有20100个氨基酸组成。有时一个反式作用因子可能有一个以上的转录激活区。结构特征有：含有很多带负电荷的螺旋、富含谷氨酰胺或者富含脯氨酸。与其他蛋白质因子结合的结构域不同的反式调控因子（转录因子）与顺式调控元件相互作用，启动转录的效率不同。2选择性启动子 有些真核生物基因具有两个或两个以上的启动子，用于在不同细胞中表达。不同启

33、动子可产生不同的初级转录产物和不相同的蛋白质编码序列。果蝇的乙醇脱氢酶基因是一个典型的例子。这个基因的结构见图8-31A。在幼虫（图8-31B）和成虫期（图8-31C）分别利用不同启动子进行转录。成虫期的转录具有一段很长的5端前导序列，其中大多数在mRNA加工中去掉。多启动子可使幼虫和成虫具有独立的转录调控。真核基因表达的激素调控 多细胞真核生物的一些基因表达经常受到体内外激素（hormone）的控制。许多甾类激素如皮质激素、盐皮质激素、雌激素、雄激素和一些多肽激素都可以诱导某些基因的转录。如昆虫发生变态时多线染色体的疏松区有规律变化就是由蜕皮激素控制的。双翅目昆虫幼虫的唾腺细胞内有巨大的唾腺

34、染色体，其上的横带被认为相当于基因或操纵元。在幼虫发育的不同阶段，可以看到一个或几个横带发生疏松现象（图8-33）即染色丝高度松散而不缠绕。同位素标记试验证明，疏松区出现大量新合成的mRNA。疏松出现的时间和部位随着发育阶段而顺序消长。以果蝇唾腺染色体为例，其幼虫在三龄前期，第III染色体不出现疏松。到三龄后期，74区EF段、75区B段和78区D段出现疏松（图8-34）。进入蛹期，上述3个区段的疏松消失，71区C-E段出现疏松。化蛹期，71区C-E段的疏松消失，而74 区EF段和75区B段重新出现疏松。说明74区EF段和75区B段的基因作用与幼虫的蜕皮和化蛹有关。74区EF段和75区B段在蜕皮

35、时发生疏松是和幼虫体内分泌的蜕皮激素有关。蜕皮激素是一种类固醇化合物，由幼虫前胸腺分泌，传送到虫体各部分，激活74区EF段和75区B段的基因，导致幼虫蜕皮。如果在三龄早期用尼龙线将唾腺部分紧紧扎起，如图8-35所示，被结扎的受到蜕皮激素的作用，提前化蛹，而后半部分仍为幼虫。取出唾腺细胞进行检查，发现前半部分唾腺细胞中第III染色体上74区EF段、75区B段和78区D段都有疏松出现。更为直接的证据是用蜕皮激素注入摇蚊四龄幼虫体内，1530分钟后，在唾腺染色体的18区C段形成疏松。大约1H后，疏松体积扩大到最大限度。正常情况下，摇蚊幼虫或蛹蜕皮时，正是在I-18-C区段出现疏松。说明蜕皮激素引起该

36、部位基因的活化。类固醇是疏水性很强的化合物，可经扩散通过质膜进入细胞。在细胞中，类固醇与其受体结合形成二聚体。而类固醇受体本身是一组转录因子，具有与DNA结合的保守序列。这种二聚体一旦与目的基因启动子结合，即可直接启动目的基因转录。而且，类固醇受体必须在类固醇存在时，才能与DNA结合，起始基因转录（图 激素调控）。（和我研究的ER一模一样！）（三）转录后调控在真核生物中，蛋白质基因的转录产物统称为核不均一RNA，必须经过加工才能成为成熟的mRNA分子。在第三章已经讲过，加工过程包括三个方面：加帽、加尾和去掉内含子。转录后的内含子剪切过程在基因表达的调控中具有重要意义。选择性mRNA切割 我们知

37、道，在DNA水平上，真核生物基因与原核生物基因有一个明显的不同之处，也就是真核生物的基因是不连续的，外显子与内含子相间排列，而转录的时候外显子和内含子是一起转录的。转录以后必须降内含子切除，才能形成成熟的mRNA分子。这个过程成为剪接（splicing）。同一初级转录产物在不同细胞中可以用不同方式切割加工，形成不同的成熟mRNA分子，使翻译成的蛋白质在含量或组成上都可能不同（图 选择性剪接）。例如，老鼠-淀粉酶基因，由于切割位置不同使来自同一基因的转录产物产生不同mRNA分子（图8-32）。 -淀粉酶基因的编码序列从外显子2中第50bp处开始，与外显子3及其他外显子连接。在腺体中，外显子S与2

38、连接（外显子L作为内含子同1 和2一起切割掉了）。在肝脏中，外显子L与2连接，而外显子S与内含子1及前导序列L一起被切割掉了。这样加工以后，外显子S和L分别成为腺体和肝脏mRNA的前导序列，形成的不同mRNA以不同速率翻译成蛋白质。果蝇的Dscam基因经过选择性剪切可以产生38000种不同的产物，超过整个基因组全部基因数目的2倍。（四）翻译水平的调控在真核生物中，基因表达的调控主要发生在转录水平上，但是，翻译水平的调控也是十分重要的。阻遏蛋白与mRNA结合，可以阻止蛋白质的翻译。铁蛋白的功能是在细胞内贮存铁。铁蛋白mRNA的翻译取决于铁的供应。铁供应充足，则铁蛋白合成就多。当细胞中没有铁时，阻

39、遏蛋白与铁蛋白mRNA结合，阻止翻译的进行。当细胞中有铁存在时，阻遏蛋白就不与铁蛋白mRNA结合，使翻译得以进行。成熟的mRNA可以失活状态贮存起来。例如，植物的种子可以贮存多年，一旦条件适合，立即可以发芽。在种子萌发的最初阶段，蛋白质合成活跃，但是却没有mRNA的合成。20世纪50年代，在辽宁省新金县出土的莲子，已经在地下埋没了一千多年，播种后仍然能够发芽开花。看来，mRNA很容易降解，这句话也不一定正确啊！动物中也有这样的情况。海胆卵内的mRNA在受精前是不翻译的，一旦受精，蛋白质的合成立即开始。用放线菌素D处理，蛋白质仍然能够翻译。放线菌素D可以抑制mRNA的转录，这说明指导蛋白质合成的

40、mRNA是早已存在于卵细胞内的，而不是当时转录的。当海胆受精卵发育一段时间，再用放线菌素D处理，蛋白质的合成就会停止。（五）翻译后调控从mRNA翻译成蛋白质，并不意味着基因表达的调控就结束了。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伴蛋白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。脊椎动物胰腺中形成

41、的胰岛素，最初的长度是105个氨基酸，称为前胰岛素原，在加工中首先将氨基端的24个氨基酸残基切除，成为前体胰岛素，再将中间的一段切除，留下两端有活性的部分，即21个氨基酸残基的A链和30个残基的B链，这两条链再由两个二硫键连接成有生物活性的胰岛素。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。如脑下丘腺产生的一种多肽链，包括4种不同的激素分子，经蛋白酶切割以后成型。在不同的细胞中切割的方式和位点不同，从而产生多种不同的激素，适应不同细胞生长发育的需要。3、蛋白质的化学修饰简单的化学修饰是将一些小的化学基团，如乙酰基、甲基、磷酸基加到氨基酸侧链

42、上，或者加到氨基端或羧基端。这种修饰的方式是特异的，不同蛋白质可以有完全相同的修饰，相同的蛋白质可以有完全不同的修饰。有些蛋白质经磷酸化活化以后，在基因表达中具有重要的调控作用。复杂的修饰是蛋白质的糖基化（glycosylation），就是将一些分子量很大的碳水化合物加到多肽链上。人类的ABO血型也是蛋白质化学修饰的典型例子。控制ABO血型的是一个复等位基因座位，编码负责将糖基加到红细胞膜上的糖蛋白分子上的酶。这个座位上有三个基因（alleles），编码三个不同的酶。一个是将N乙酰半乳糖胺（Nacetygalactosamine）加到糖蛋白上，表现为A血型。第二个酶是将半乳糖（galactos

43、e）加到糖蛋白上，表现为B血型。第三个基因编码的是一个没有功能的酶，不能将任何糖加到糖蛋白上，表现为O血型。4、切除蛋白质内含子有些mRNA翻译的最初产物同DNA转录的最初产物一样，具有内含子（intein）序列，位于多肽链序列的中间，经剪接后，蛋白质的外显子（extein）才能连接成为成熟的蛋白质。蛋白质内含子的切割位点十分保守。内含子前面的氨基酸通常是半胱氨酸，仅有少数是丝氨酸，而后面总是组氨酸天门冬酰氨，紧接着内含子的外显子序列通常是半胱氨酸、丝氨酸或苏氨酸。内含子内的有些序列也是十分保守的。内含子的一个重要特点是具有自动切割加工的能力。例如，果蝇胚胎发育有一种蛋白质Hedgehog，其

44、内含子就能将本身的前提蛋白切割成两个有功能的蛋白质分子。内含子的另一个特点是，有些切割下来的内含子具有核酸内切酶活性。这种酶可以识别DNA序列中与编码自身序列对应但没有自身编码序列的位置，并将其切开，使内含子的编码序列插入这个位置。如果一个细胞中与这个内含子有关的基因是杂合体，一个含有编码内含子的序列，另一个不含编码内含子的序列，加工切割下来的蛋白质内含子可以切开没有编码内含子序列的DNA，使其插入相应序列，使杂合体成为纯合体。激活子 激活子是一种与强化子结合的蛋白（所以是反式作用因子！），也属于一种转录因子。能促进转录的是正激活子，而抑制转录的是负激活子，他们控制基因转录的时间、地点和效率。

45、正激活子中又包括真激活子和抗阻遏物激活子，前者是与启动子区域的转录复合体直接接触来激活转录；后者是通过改变染色质的结构，以便其他转录因子的结合，从而提高转录效率的。（1）真激活子 包括两个功能区域（具有特殊功能的一段氨基酸）：与强化子结合的DNA 结合区域和与转录复合体中的蛋白质互作的反式调控激活区域。真核生物基因的转录真激活因子最早是在酵母菌中发现的，这种真激活因子也具有两个不同的区域，其DNA结合区域具有特定的三维结构，包括-螺旋-转角-螺旋、锌指和碱性亮氨酸拉链。HTH是最早发现的DNA结合区域，噬菌体的cro 阻遏物以及乳糖和色氨酸阻遏蛋白均具有HTH 构型。HTH的三维构型中由转角分

46、隔的两个-螺旋与DNA结合（图8-27）。与其他DNA结合蛋白不同的是，HTH不能单独折叠或与DNA结合，他只是DNA结合蛋白的一部分，HTH构型以外的氨基酸在控制识别和结合DNA中具有重要作用。许多控制发育过程的真核生物基因具有HTH构型。几乎所有生物都具有的同型异位盒，在一段180个氨基酸中，由60氨基酸组成的同型异位区域就形成HTH构型。在这60个氨基酸中有许多精氨酸和赖氨酸，以及其他保守的氨基酸序列。具有锌指构型的蛋白是一种参与许多真核生物基因调控的转录因子，最早在爪蟾转录因子TFIIA中发现的。现在知道，这种构型存在于致癌基因、果蝇中控制发育的基因、以及受生长因子和分化信号诱导合成的

47、蛋白质序列中。一个锌指区域包括两个半胱氨酸（Cys）以及两个组氨酸族，其保守重复序列为Cys- N2- Cys- N12- 14- His- N3- His。其中的Cys和His残基与锌离子形成的配位键，使氨基酸折叠成环，形成类似于手指的构型（图8-28）。锌指蛋白可形成的手指数目为213。每个手指包括约23个氨基酸残基，各手指由78个氨基酸连接。锌指与DNA 大沟结合并环绕DNA分子（图8-28）。在大沟内，锌指与特异DNA碱基互作，并可能与碱基尤其是富含GC的区形成氢键。第三种DNA结合蛋白区域是碱基亮氨酸拉链，bZIP具有可形成蛋白质-蛋白质二聚体的亮氨酸拉链区（LP）。LP最早是在老鼠

48、肝脏中的一种核蛋白中发现的，具有35个氨基酸残基，其中有4个亮氨酸，每个之间正好相距7个其他氨基酸，两端是碱性氨基酸。这种区域形成的-螺旋的侧面，每两圈有一个伸出的亮氨酸，当两个这样的蛋白质分子形成二聚体时，两个-螺旋之间由亮氨酸残基间的疏水作用力形成一条拉链，碱性-螺旋与DNA 中的磷酸残基和碱基结合，使二聚体形成一种剪刀结构（图8-29）。除了DNA结合区域外，激活子还具有与其他转录因子互作的区域，与结合在启动子的转录因子或直接与RNA聚合酶互作，这些区域的长度为30100个氨基酸。有些激活子还具有与辅助激活子互作的区域。（2）抗阻遏激活子 抗阻遏激活子是通过染色质重建来激活基因表达的。染

49、色质结构在细胞间期到有丝分裂期发生变化，其中最重要的是基因表达时发生染色质重建。研究表明，当基因转录或即将起始转录时，染色质DNA I酶降解敏感或超敏感。而在基因完全不转录是，染色质对DNA I酶不敏感，着是因为DNA 酶I很容易消化开放（即松散）的染色质，不能消化紧缩的染色质。所以染色质结构成为基因表达的开关。有两种不同方式可以改变染色体结构。一种方式是通过ATP水解-重建复合体途径催化的。酵母菌中的SWI/SNF系统属于这种类型。SWI/SNF是具有11个亚基的复合体，广泛存在于酵母菌及其他真核生物中。这种重建复合体通过激活子、转录因子以及与不同的重建复合体一起作用于靶基因。有些激活子可以

50、结合并打开紧缩的染色质，改变DNA与核小体中心颗粒缠绕的途径，或改变核小体中心颗粒本身的结构，从而促进转录因子及RNA聚合酶与启动子结合，起始转录。重建染色质的另一种方式是经组氨酸乙酰转移酶（HAT）修饰组氨酸。当一个乙酰基转移到组蛋白末端的碱性氨基酸后，会降低碱性组蛋白与酸性DNA之间的吸引力。HAT也是在特异激活子的作用下作用于靶位点。重建复合体与HAT总是以协同工作的方式重建染色质，通常在强化子位点发生的染色质重建，再延伸扩展到基因的启动子位点，使RNA聚合酶等与启动子结合，转录RNA。有些可结合特殊蛋白的DNA 序列，称为隔绝元件(insulator element)，可以阻止染色质重

51、建扩展到临近基因。另外，乙酰化的组蛋白也可在组氨酸脱乙酰酶（histone deacetylase, HD）作用下除去乙酰基，恢复紧缩的染色质结构。酵母菌乳糖代谢的正调控 早在1900年就被发现的酵母菌乳糖代谢酶诱导系统，是真核生物中最早研究的基因调控系统之一。酵母菌半乳糖基因的作用方式与细菌中的乳糖操纵元和阿拉伯糖操纵元相似，半乳糖的存在与否决定半乳糖代谢基因是否表达。在没有半乳糖时，基因不表达；加入半乳糖后，mRNA浓度可迅速增加1000倍。但是只有在低浓度葡萄糖存在时，才出现这种诱导表达，说明酵母菌半乳糖基因表达也是受另一种方式调控的，即代谢抑制。半乳糖基因是受GAL4调控蛋白调控，调控

52、蛋白存在时激活基因转录，因此，酵母菌半乳糖基因表达是正调控。这里利用两个半乳糖基因GAL1和GAL10来说明这种基因调控机制。这两个基因的转录受一个长约170bp的上游激活序列（UAS）调控，UAS与强化子的功能相似，其染色质结构为组成型开放，没有核小体，对DNA 酶I超敏感。这种开放的染色质结构需要SWI/SNF重建复合体参与。UAS序列具有4个GAL4蛋白质（Gal4p）结合位点，无论基因是否转录，这4 个位点总是与Gal4p 结合。同时，Gal4p 又受另一个调控蛋白GAL80p的负调控，GAL80p总是与Gal4p 结合，覆盖了GAL4p的活性中心（图8-30），当磷酸化的半乳糖与Ga

53、l80p/Gal4p复合体结合时，改变他们的构型，使Gal4p 的活性中心外露，结果诱导gal基因表达。这种诱导系统涉及一种蛋白质激酶。这个诱导过程包括集中其他转录因子，进一步重建染色质，以使gal基因启动子的TATA盒能与TBP结合。Gal4p含有881个氨基酸，具有能识别UAS序列的DNA结合区域，以及一个激活转录的反式调控区域。利用不同的Gal4p缺失突变进行功能性研究表明，这个蛋白质的N端（198个氨基酸）是与UAS DNA结合的区域；还有两个转录激活子区域，分别位于第148至第196个氨基酸（I）和第768至第881个氨基酸处（II）。利用重组DNA技术构建不同Gal4p 缺失突变体

54、，分析其DNA结合和转录激活功能，结果表明，含DNA结合区域以及一种转录激活区域的构建体都降低转录活性。转录活性区域功能性研究还分离出一些突变体，可提高转录效率，他们都含有较多的带负电荷的氨基酸，一个具有4个带负电荷氨基酸的突变，可将转录效率提高9倍。这些结果表明，转录激活的过程涉及蛋白质-蛋白质的互作，从而引起染色质重建，稳定DNA与RNA聚合酶的结合，提高转录区域DNA双链的解链效率，加速RNA聚合酶的释放，或引导和稳定同启动子或RNA聚合酶结合的其他因子。真核生物基因和原核生物基因的表达有哪些主要差异? 2011-3-15 15:58 提问者：weqwe1214 | 浏览次数：510次推

55、荐答案 2011-3-15 16:19 若是高中阶段，下面这句话就差不多够用了吧。相同点：原核生物和真核生物的基因组成大体上都分为编码区和非编码区；不同点：原核生物的基因编码区是连续的，而真核生物的基因编码区是不连续的，分为内含子和外显子。要更详细的话，下面基因上，真核生物和原核生物基因表达不同。因为真核生物的基因结构比较复杂（有内含子、外显子之分，且有复杂的调控用非编码序列，还有多个染色体）具体来说： 1. 在真核细胞中，刚转录出来的RNA初级转录物包含内含子和外显子。然后在酶的催化下对它的两端进行修饰，内含子被剪切。最后成熟的RNA从细胞核迁移到细胞质，并在核糖体上翻译蛋白质。虽然这些步骤从图上看起来是一步一步按顺序完成的，事实上他们经常是同时发生的。例如，RNA加帽和拼接在RNA初级转录物完成时就开始了。 但总的说，在时间上和空间上还是分开了！ 2. 在原核生物中，mRNA的合成相对比较容易。由于原核生物细胞没有细胞核，所以转录和翻译发生在同一地方，而且细菌mRNA的翻译经常在转录完成之前就开始了。即没有时间与空间的分隔！ 而且，真核生物（除少数较低等真核生物外）一个m