原核基因表達(dá)調(diào)控

　　(二)啟動(dòng)子

　　啟動(dòng)子(promoter，P)是指能被RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合并啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。操縱元至少有一個(gè)啟動(dòng)子，一般在第一個(gè)結(jié)構(gòu)基因5′側(cè)上游，控制整個(gè)結(jié)構(gòu)基因群的轉(zhuǎn)錄。�ビ肦NA聚合酶與分離的一段DNA雙鏈混合，再加入外切核酸酶去水解DNA，結(jié)果只有被RNA聚合酶識(shí)別結(jié)合而被保護(hù)的那段DNA不被水解，由此可以測(cè)出啟動(dòng)子的范圍及其序列。雖然不同的啟動(dòng)子序列有所不同，但比較已經(jīng)研究過(guò)的上百種原核生物的啟動(dòng)子的序列，發(fā)現(xiàn)有一些共同的規(guī)律，它們一般長(zhǎng)40－60bp，含A桾堿基對(duì)較多，某些段落是很相似的，這些相似的保守性段落稱為共有性序列(consensus sequences)。如圖19-4所示，啟動(dòng)子一般可分為識(shí)別(R,recognition)、結(jié)合(B,binding)和起始(I, initiation)三個(gè)區(qū)段。轉(zhuǎn)錄起始第一個(gè)堿基(通常標(biāo)記位置為＋1)最常見(jiàn)的是A；在－10bp附近有TATAAT一組共有序列，因?yàn)檫@段共有序列是Pribnow首先發(fā)現(xiàn)的，稱為Pribnow盒(Pribnow box)；在－35bp處又有TTGACA一組共有序列 。

圖19-4　原核生物基因轉(zhuǎn)錄起始區(qū)

　　不同的啟動(dòng)子序列不同，與RNA聚合酶的親和力不同，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的頻率高低不同，即不同的啟動(dòng)子起動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的強(qiáng)弱不同，例如：PL、PR、P�㏕7屬?gòu)?qiáng)啟動(dòng)子，而P1ac則是較弱的啟動(dòng)。

　　(三)操縱子

　　操縱子(operator)是指能被調(diào)控蛋白特異性結(jié)合的一段DNA序列，常與啟動(dòng)子鄰近或與啟動(dòng)子序列重疊，當(dāng)調(diào)控蛋白結(jié)合在操縱子序列上，會(huì)影響其下游基因轉(zhuǎn)錄的強(qiáng)弱。以前許多書中將操縱子稱為操縱基因(operator gene)。但現(xiàn)在基因定義是為蛋白質(zhì)編碼的核酸序列，而操縱序列并不是編碼蛋白質(zhì)的基因，卻是起著調(diào)控基因表達(dá)強(qiáng)弱的作用，正如啟動(dòng)序列不叫啟動(dòng)基因而稱為啟動(dòng)子一樣，操縱序列就可稱為操縱子。以前將operon譯為操縱子則可改譯為操縱元，即基因表達(dá)操縱的單元之意。

　　舉乳糖操縱元中的操縱子為例，如圖19－5所示，其操縱子(o)序列位于啟動(dòng)子(p)與被調(diào)控的基因之間，部分序列與啟動(dòng)子序列重疊。仔細(xì)分析該操縱子序列，可見(jiàn)這段雙鏈DNA具有回文(palindrome)樣的對(duì)稱性一級(jí)結(jié)構(gòu)，能形成十字形的莖環(huán)(stem loop)構(gòu)造。不少操縱子都具有類似的對(duì)稱性序列，可能與特定蛋白質(zhì)的結(jié)合相關(guān)。

圖19-5　乳糖操縱元的P-O區(qū)及O區(qū)序列

　　阻遏蛋白與操縱子結(jié)合，就妨礙了RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合及其后β－半乳糖苷酶等基因的轉(zhuǎn)錄起始，從而阻遏了這群基因的表達(dá)。最早只把與阻遏蛋白結(jié)合、起阻遏作用的序列稱為操縱子，但其后發(fā)現(xiàn)有的操縱元中同一操縱序列與不同構(gòu)像的蛋白質(zhì)結(jié)合，可以分別起阻遏或激活基因表達(dá)的作用，阿拉伯糖操縱元中的序列就是典型的例子。因而凡能與調(diào)控蛋白特異性結(jié)合、從而影響基因轉(zhuǎn)錄強(qiáng)弱的序列，不論其對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的作用是減弱、阻止或增強(qiáng)、開(kāi)放，都可稱為操縱子。

　　(四)調(diào)控基因

　　調(diào)控基因(regulatory gene)是編碼能與操縱序列結(jié)合的調(diào)控蛋白的基因。與操縱子結(jié)合后能減弱或阻止其調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白稱為阻遏蛋白(repressive protein)，其介導(dǎo)的調(diào)控方式稱為負(fù)性調(diào)控(negative regulation)；與操縱子結(jié)合后能增強(qiáng)或起動(dòng)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白稱為激活蛋白(activating protein)，所介導(dǎo)的調(diào)控方式稱為正性調(diào)控(positive regulation)。

　　某些特定的物質(zhì)能與調(diào)控蛋白結(jié)合，使調(diào)控蛋白的空間構(gòu)像發(fā)生變化，從而改變其對(duì)基因錄的影響，這些特定物質(zhì)可稱為效應(yīng)物(effector)，其中凡能引起誘導(dǎo)發(fā)生的分子稱為誘導(dǎo)劑(inducer)，能導(dǎo)致阻遏發(fā)生的分子稱為阻遏劑或輔助阻遏劑(corepressor)。

　　例如在乳糖操縱元中，調(diào)控基因1ac I位于P1ac鄰近，有其自身的啟動(dòng)子和終止子，轉(zhuǎn)錄方向和結(jié)構(gòu)基因群的轉(zhuǎn)錄方向一致，編碼產(chǎn)生由347個(gè)氨基酸組成的調(diào)控蛋白R(shí)，在環(huán)境沒(méi)有乳糖存在的情況下，R形成分子量為152000的活性四聚體，能特異地與操縱子o緊密結(jié)合，從而阻止利用乳糖的酶類基因的轉(zhuǎn)錄，所以R是乳糖操縱元的阻遏蛋白；當(dāng)環(huán)境中有足夠的乳糖時(shí)，乳糖受β－半乳糖苷酶作用轉(zhuǎn)變?yōu)閯e乳糖，別乳糖與R結(jié)合，使R的空間構(gòu)像變化，四聚體解聚成單體，失去與操縱子特異性緊密結(jié)合的能力，從而解除了阻遏蛋白的作用，使其后的基因得以轉(zhuǎn)錄合成利用乳糖的酶類。在這過(guò)程中乳糖(實(shí)際起作用的是別乳糖)就是誘導(dǎo)劑，與R結(jié)合起到去阻遏作用(derepression)，誘導(dǎo)了利用乳糖的酶類基因轉(zhuǎn)錄開(kāi)放。

　　許多調(diào)控蛋白都是變構(gòu)蛋白(allosteric protein)，通過(guò)與上述類似的方式與效應(yīng)物結(jié)合變空間構(gòu)像，從而改變活性，起到調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的作用。

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