审计整改报告-广州出入境

原核生物基因的表达调控
第一节 基因表达概述
------ --基因表达就是储存遗传信息的基因，通过转录及翻译等步骤，产生具有一定生物功能的蛋
白质的整个 过程。
------一些基因产物总被需要，并且它们的基因在1种生物或有机体的全部细胞中 ，基本上以恒定的
水平表达，这些基因称为管家基因(housekeeping genes)。恒定的、似乎不被调节的基因表达被称作基
本的基因表达(constitutive gene expression)。实际上，基本的基因表达也是在一定的机制控制下进
行的。 -------在特定条件下表达产物增加的基因称为可诱导(inducible)基因。可诱导基因在特 定条件下
增强表达的过程叫诱导(induction)。在应答分子信号时表达产物减少的基因称为可 阻遏(repressible)
基因。可阻遏基因在特定条件下表达水平降低的过程叫阻遏(repr ession)。
无论在原核及真核生物中，都至少有6个环节可能调节细胞中某种蛋白质的终浓度； 初始转录物的
合成、转录后加工， RNA的降解、多肽链合成、多肽链的修饰及加工、蛋白质降解。
***** 原核生物基因表达调控的总体特点可概括为如下几点：
一、表达调节相对比较简单。
二、细菌中仅存在1种RNA聚合酶识别基因启动子的特殊顺序 (主要是以一10和一35为中心的两个
通用顺序)，并不必须其它因子的协助。
三、许多基因是以操纵子为基础进行调节的。
四、包括正性和负性两种类型的调节。
五、目的主要是使单一的细胞适应营养环境变化以便细胞的生长和分裂尽可能最佳化。
--- --由若干结构基因及共同的启动子以及行使控制功能的附加DNA顺序(如操纵基因)一起构成的基
因 表达的协同单位称为操纵子(operon)。许多基因的表达调节是以操纵子为单位进行调节的。

--- 转录就是在RNA聚合酶的催化下，以DNA双链中的1条链为模板合成RNA的过程。 这一过程包括
RNA聚合酶的模板识别、转录起始、RNA链延伸、转录终止4个阶段。
---- 能够与RNA聚合酶全酶结合并准确有效地起始转录的特异DNA序列称为启动子。
原核基因启动子一般包括转录起始点立即下游的少数碱基顺序及起始点上游-50bp范围内的 DNA顺
序。
在细菌基因的启动子特性：转录起始点；以-10为中心的一段短序列；以-3 5为中心的一段短序列；
-10与-35顺序之间的间隔距离。
起始点常见的是CAT顺序的中心碱基。但是这个三核苷酸顺序并不足以构成转录起始的专一信号。
在起始点上游六核苷酸顺序常被称作-10顺序，其通用顺序为 TATAAT。因为其首先被Prib now所认
识，故又被称作Pribnow盒。-10顺序的一个重要特征是A、T碱基丰富，这可能对 于DNA解链是重要
的。
另一个保守的六核苷酸顺序以转录起始点上游-35bp为中心，被 称作-35顺序，其通用顺序是
TTGACA。
-----启动子强度的概念被用来 描述RNA聚合酶在启动子处起始转录的频率。它与-10顺序及-35顺
序是否与通用顺序相同以及两 个顺序之间的距离相关，但也受到转录起始点立即下游区碱基顺序的影
响。
转录调节蛋白可分为阻遏蛋白和活化蛋白两种类型：
-----阻遏蛋白(或称阻遏子)是负性作用调节蛋白(negative acting regulatory proteins )，它在
启动子位点或接近启动子位点与DNA结合，抑制了转录的发生。
------阻遏 蛋白结合的DNA位点被叫做操纵基因(operator)。操纵基因位于启动子上游或下游，通常接
近启动子且常常和启动子有部分顺序交迭。
------阻遏蛋白能够与一些极大影响其与操纵基因亲 和力的小分子相结合。这些小分子称为效应物
(effectors)。
效应物有两种类型， 一类为诱导物(inducers)，当其与阻遏蛋白相结合时，减小阻遏蛋白与操纵基
因的亲和力。另 一类效应物为共阻遏物(corepressors)，有着与诱导物相反的作用。
------活化蛋白又称激活子，是正性作用调节蛋白(positive—acting proteins )，它在启动子或接
近启动子的位置与DNA结合，进而增加RNA聚合酶结合到启动子上的频率。活化 蛋白结合的DNA顺序叫
活化位点。
大多数原核生物的转录调节蛋白都具有螺旋—转折—螺旋基序结构，并且以二聚体形式与 DNA结
合。二聚体每个单体的识别螺旋进入DNA双螺旋结构的两个相邻的大沟(major groove

******乳糖操纵子的转录调节一正性和负性复合调控
乳糖操纵子包括依次排列着的启动子、操纵基因和3个结构基因，一个编码阻遏蛋白的调节基 因位
于乳糖操纵子的上游。因此乳糖操纵子是受到正性和负性双重调节，Lac阻遏蛋白起负性调节作用 ，而
CAP起正性调节作用。
当在无乳糖的普通培养基中生长时，乳糖操纵子的调 节基因编码的阻遏蛋白与操纵基因结
合，抑制转录起始,不产生或每个细胞仅产生几个分子的代谢乳糖的 酶。但当大肠杆菌在以乳糖为唯一碳
源的培养基中生长时，乳糖等诱导物与阻遏蛋白的结合引起阻遏蛋白 构象的改变，使之不能结合到操纵
基因上行使转录抑制作用。这3种酶在每个细胞内可达到各几千个分子 。。
当在以葡萄糖及乳糖为碳源的培养基中生长时，葡萄糖分解代谢的降解物能抑制腺苷酸环化
酶的活性, 因而降低cAMP的浓度。调节乳糖操纵子转录的另一种蛋白--环腺苷酸结合蛋白(CAP)，当没
有 cAMP与之结合时，CAP处于非活化状态，不能增强转录。只产生极少的代谢乳糖的酶。只有当葡萄糖
耗尽，cAMP的浓度升高，环腺苷酸结合蛋白(CAP)与cAMP结合后被活化，促进转录的进行。在乳糖 的诱
导下产生代谢乳糖的酶。


第七节 转录终止调节
在 中已经发现了两种转录终止调节机制，称作衰减(attenuation)及抗终止(antitermination).
一、不依赖于Rho的终止位点有着特征顺序
转录终止子位点的顺序特征是：有一系列T残基，接着是GC丰富的带有若干间隔核苷酸的自身互补区，如(5′) CCCACTNNNNAGTGGG—(3′)。转录产物 RNA的3′端有一串U残基 ，紧接着是GC丰富
的自身互补顺序。互补顺序便可能相互配对形成茎环结构与RNA聚合酶相互作用， 致使RNA聚合酶
停止移动。新生RNA3′端与DNA模板之间的rU—dA碱基配对是极其不稳定的 ，当RNA聚合酶停止
移动时，这一短的(rU)n— (dA)n杂合区发生解链，导致RNA链从转录复合物中释放。
------- 转录衰减 的DNA作用部位称为衰减子(attenuator)。它是一种位于结构基因上游前导区具
有终止子 结构的短顺序，其调节机制涉及前导顺序转录的RNA 5′端162个核苷酸顺序，这段mRNA前导
顺序包含4个彼此互补的区域，可形成奇特的二级结构，当3、4区配对形成发卡结构时，便成为一个类
似于转录终止子的结构。这种转最终止是不依赖于Rho的。

第十六章 真核基因表达调控概论
真核基因的表达调控是一个非常复杂而精确的多级调控过程。涉及到转录 前染色质的活化；转录水平
的调节；转最后的加工；翻译水平的调节及翻译后的修饰等。在这些调控步骤 中，基因的转录是遗传信
息传递过程中最具有选择性的步骤，’也是基因表达的中心环节。
**********转录起始因子的种类和功能

TFⅡ- D负责识别和结合TATA盒。
TFⅡ—B能与酸性激活蛋白相互作用，增强转录效率。TFⅡ- B也负责募集转录酶Ⅱ。
TFⅡ—E的功能是促进TFⅡ—H的激酶活性，降低TFⅡ—H的解旋酶活性。
TFⅡ—F 可与TFⅡ—B协同募集RNA聚合酶Ⅱ。对聚合酶Ⅱ的链延伸也有作用。TFⅡ—F还具有依赖
于AT P供给能量的DNA解旋酶活性。
TFⅡ—H是依赖ATP、参与DNA损伤修复的DNA解 旋酶。蛋白激酶活性能使RNA聚合酶Ⅱ大亚基的
CTD中Ser或Thr磷酸化，使转录酶脱离起始复 合体，进入延伸状态。
TFⅡ—I可以识别起始子INR(initiator)序列。与 TBF结合参与形成转录起始复合体。
TFⅡ—A只在RNA聚合酶Ⅱ转录时对 TFⅡ- D与TATA盒的结合起稳定作用，在转录起始中并非必
需。
*********
真 核基因转录的顺式作用元件(Cis—actingElement)
：
可分为启动 子元件和调节元件。启动子元件是精确的转录起始及维持基础转录所必需的。调节元件
可以增强或减弱转 录效率。
(一)启动子
1．TATA盒
启动子一般位 于真核基因转录起始点上游200bp以内。典型的真核基因具有TATA盒，多数真核基因
的TATA 盒位于转录起始点上游25～30bp处。TATA盒决定转录的方向和精确的转录起始点。

2．起始子
某些无TATA盒的基因转录起始点附近发现了 起始子元件INR。也有一些真核基因既具有典型的TATA
盒，也有INR序列.
3.上游启动子元件(upstreampromotorelement)
上游启动子元件UPE，或启动子近侧元件(promoter proximal sequence element，PSE)，也称为上
游激活序列(upstream activiting seq uence，UAS)。这类序列中最常见的为转录起始点上游-70bp的
CAAT盒，还包括GC盒 (GGGCGG)。此外还有GCCACACCC序列等。UPE元件能通过调节转录起始复合体，增
强 TATA元件、 INR元件的转录效率。
(二)调节元件(regulatory element)：
调节元件一般是指基因转录起始点上游200bp以上区域的顺式作用元 件，包括两大类，1类是起正
调控作用的顺式元件，如增强子(enhencer)；1类是起负调控作 用的顺式元件，如沉寂子(silencer)。
1．增强子
增强子是位 于真核基因中远离转录起始点，能明显增加启动子转录效率的顺式作用元件，通常距转
录起始点0.2到 5Kb，个别情况可远离转录起始点几十Kb。增强子区别于一般正调控元件的1个重要特
征是它对方向 和定位没有依赖性。增强子序列在真核基因中的序列长度一般在70～200bp之间，可由多
个独立的 短序列组成，对碱基顺序有严格要求的核心序列常由8—12个核苷酸组成。部分序列有回文结
构的特征 。核心序列单位可以形成多拷贝的串联体。每个单位序列可称为增强子元(enhanson)。
2．沉寂子
起负调控作用的沉寂子所具有的特性与增强子类似，即沉寂子的功能不受定位和 方向的限制。沉寂
子与相应的反式作用因子结合后，可降低或封闭某些基因的表达。由增强子和沉寂子的 协调作用，可决
定基因表达的时空顺序。
3．转座元件(transposable element)
在真核细胞基因组中，有一些序列元件可在染色体间转换，即这些DNA序 列在染色体上座位不是固
定不变的，而是可以在一系列的靶位点之间插入或移出，由此被称为转座元件。 转座元件的长度一般在
1Kb到10Kb范围内。
*******真核基因转录调控的反式作用因子的结构特点
反式作用因子是指能够直接或间 接地识别各顺式作用元件，参与调控靶基因转录效率的一类蛋白
质。不同DNA顺式作用元件与相应的反 式作用元件的相互作用，以及不同反式作用因子之间的相互作用
是真核基因复杂的转录调控机制的基础。
反式作用因子一般具有两大类结构域：一类是识别和结合特异DNA顺式元件所必需的；另一类 是调
节基因转录效率所必需的。
(一)反式作用因子的DNA序列识别与结合结构域
1.螺旋—转折—螺旋(helix—turn—helix，HTH)
此 类蛋白因子中至少含有两个螺旋，两个螺旋间可由短肽形成大约120度的转角。HTH结构域可结
合 于靶DNA序列的主沟。
2．锌指(Zinc Finger，ZF)
结构域单位 中，一对半胱氨酸存在于片层结构中，一对组氨酸存在于螺旋结构中，每个单位的两
个Cys和两个 His通过配位键结合1个锌离子,称为锌指结构域。
3．亮氨酸拉链(1eucine zipper，LZ)
此结构域的氨基酸残基序列的特征是含有数个亮氨酸，而且亮氨酸出现的位置很 有规律，每7个氨基酸
中的第7个都为亮氨酸，这样就使此区域的螺旋上每隔两圈的同一位置出现一个 亮氨酸，也可能是其他
疏水性氨基酸，两个蛋白质分子对应的螺旋区之间的两行亮氨酸通过疏水性相互 作用形成1个类似拉链
的结构。由此称为亮氨酸拉链。
4螺旋—环—螺旋(helix—loop—helix，HLH)
DNA结合区中，存在两个两性的螺旋，其间被长短不同的肽段分隔而形成螺旋—环—螺旋结构。
(二)反式作用因子的活化域
在真核基因的转录调控过程中，目前比较清楚的活化域有以下几种结构特征。
1.富含酸性氨基酸的螺旋结构域：
2．富含谷氨酰胺的结构域：
3．富含脯氨酸的结构域：
------ 本身具有序列结构相似性，又能结合同一类顺式作用元件的反式作用因子称为反式作用因
子家族。

*******转录起始的过程和调节机制
RNA聚合酶Ⅱ必需几种通用性起始因子的协同作用才能组 装成有转录活性的前转录起始复合体
(preinitiation complex，PIC)。一般情况下，PIC的组装由TFⅡ- D与真核基因启动子核心元件TATA
盒结合开始，TFⅡ-D与TATA形成复合体后，RNA聚合酶 Ⅱ和其余的起始因子可以相继加入这一复合体，
依次加入TFⅡ-B，RNA聚合酶Ⅱ，TFⅡ-F后， 即可形成最低限度的复合体，激活后可启动mRNA的转
录。但不能使RNA链的合成顺利延伸，只有再 加入具有激酶和解旋酶活性的TFⅡ-E，TFⅡ- H等因子之后
才能组装成具有完整功能的PIC。TFⅡ- A虽然不是mRNA转录所必需的因子，但它可以协助TFⅡ-D与
TATA盒的结合，加快PIC的组 装过程，从而增加转录效率。一旦转录起始，TFⅡ-D，TFⅡ-A停留在转录
起始点，而其它转录起 始因子可与RNA聚合酶一起随mRNA的延伸，在DNA模板上移动。真核基因转录起
始复合体形成之 后，转录的启动往往还需要其它激活或辅助因子与转录起始因子之间的相互作用。
起负调控作用的因子 的作用机制可能包括与TFⅡ—D的TAF结合，阻断有活性的转录起始复合体的
形成，也可能降低转录 起始复合体的稳定性，甚至将转录起始因子从复合体上解离，从而影响转录起始
复合体正确组装。而起正 调控作用的因子的作用机制则可能是和激活蛋白结合后，解除负调控辅助因子
的作用，增强转录起始复合 体的转录效率。有些辅助因子本身也可能激活特定的转录调控因子或通过连
接激活蛋白与转录起始复合体 ，提高转录效率。
(二)远端调控机制
-----远端调控元件的调控模型：
增强子加速真核基因转录的机制可能存在以下几种形式 ：在反式作用因子和其它辅助因子的参与
下，和转录起始复合体之间以成环(looping)方式相连 接，直接增强转录起始复合体的转录活性。另1种
可能的模式是可将DNA转录模板固定在细胞核基质上 ，有助于DNA拓扑异构酶改变DNA双螺旋的构象，
更有利于RNA聚合酶为核心的转录起始复合体对 DNA的稳定结合，解旋及其在DNA模板上滑动的速度，
从而增加转录效率。
2．协同调控机制
转录起始点上游存在同源的
上游激活序列
(upstream activation seq uence，UAS)，UAS序列的功能
类似于高等真核生物的增强子序列，但UAS一般距转录起始 点几百bp以内才能起作用，而且对方向和定
位都有依赖性。这种顺式作用元件之间的协同作用在多数情 况下是通过反式作用因子相互作用的介导产
生的。。
3．
多功能蛋白因子与组成性应答元件

某些反式因子和顺式元件自身就具有多功能性 。由此可分别称为多功能蛋白因子和组成性应答元件
(composite response element)。 和多功能蛋白因子类似，有一些特定的顺式作用元件在不同细胞中，
由于与不同的 蛋白因子的作用而表现不同的调控活性，此类元件称为组成性应答元件。即此类元件的调
控活性取决于细 胞中的蛋白因子的组成。

真核基因mRNA的翻译调控
一、翻译起始的模式：
Kozak的滑动扫描模型(scanning model)，其学 说要点为：真核生物核糖体40s亚单位在与mRNA结
合之前，先与真核翻译起始因子elf-3、e lf-4c结合，而后再与携带有elf-2和GTP的Met-tRNA结合形
成复合中间体。而同时 ，mRNA则先要ATP提供能量与起始因子elf-4F、elf-4A、elf-4B形成复合中间
体。然后前一个复合中间体识别并结合在后一复合中间体的mRNA帽子结构上，形成一个起始滑动的复合
体。该复合体沿着真核mRNA的5′端非翻区向翻译起始点滑动，寻找起始密码子AUG。当到达正确的起< br>始密码子AUG位点时，核糖体60s亚单位结合于40s亚单位复合体上，并同时伴随elf-5因子的 结合与
elf-2-GDP的释放，形成完整的翻译起始复合体，并开始肽链的生物合成。

三、mRNA非翻译区对翻译的调控
对翻译起重要调控作用的顺式作用元件主要存在于mRNA的5′非翻译区和3′非翻译区内。
*******5′非翻译区对翻译起始的调控
7
1．5′帽子mG
帽子结构对于起始因子elf-4F识别并结合于mRNA以及最终形成翻译起始复合体所必需的。此外，
帽子结构可以保持mRNA不被5′核酸外切酶降解，增加mRNA的半寿期；帽子结构有利于mRNA从细胞 核
向胞质转运；帽子结构还可通过翻译调节因子与polyA协同作用而增加翻译效率。
2．起始密码AUG及上游AUG的作用：

一般情况下，mRNA翻译从靠近 5′端的第一个AUG密码开始。90％以上的真核mRNA的翻译符合第一
AUG规律。但是，也有一 些真核mRNA的翻译不符合第一AUG规律。在这些mRNA中，在真正开始多肽合
成的AUG上游的 5′非翻译区内存在其它的AUG位点，称为上游AUG密码。上游AUG组成的开放阅读框
一般对于翻 译起始起负调控作用。AUG不但是翻译的起始密码子，而在非翻译区内的AUG可作为翻译调
控中重要 的顺式作用元件。
3．起始密码的旁侧序列
AUG两侧的序列对翻译效率 也具有重要影响。mRNA起始密码子AUG两侧有共有序列
(consensussequence) 。AUG上游-3位的A和下游+4位的G可使AUG成为一个起始翻译的最适密码子。
此外， AUG上游的-1位～-3位的3个核苷酸序列也存在一定的规律性。
4．起始密码AUG的先导序列
因为40S翻译起始复合体要占据一定的空间，因此mRNA 5′端非翻译区中的帽子距离第一个AUG之
间必须有一合适的长度范围，才能保证第一个起始密码子能 被翻译起始复合体识别。5′端帽子到第一个
AUG之间的距离也称做先导序列的长度(1eader length)。有效的翻译还要求先导序列要有一定的长度。
无论是真核细胞还是原核细胞，mRNA 的翻译起始点上游都需具备稳定翻译起始复合体的先导序列。
5．前导序列的二级结构
许多真核生物mRNA具有较长的非翻译区，其中的反向重复序列可形成茎环 或发卡状的二级结构。发
卡结构影响40S亚单位转录起始复合体对翻译模板的结合与移动，因而可对翻 译起抑制作用。其影响的
大小取决于二级结构的稳定性及其与转录起始密码AUG之间的距离。
*****3´非翻译区对翻译的調控
元件
一些真核细胞mRNA脱尾之 后，还可以在细胞质中重新加尾，并恢复翻译活性。这是因为在这些
mRNA的3´非翻译区内存在细胞 质多聚腺苷酸元件(cytoplasmk poly A element，CPE )。这种加尾过程
是在细胞质中进行的，与核内加尾的过程不同，必需有CPE元件的参与。在这种翻译调控机制中，CPE元件具有十分重要的作用。
2．终止密码
通过对终止密码的旁侧序列 的分析，发现mRNA中GC含量可能影响对终止密码的选用。此外，还发
现编码天冬氨酸的AAC和编 码赖氨酸的AAG密码经常出现在紧邻终止码的 5´端。在终止密码的旁侧序列
中，发现终止码上游紧邻的第1个核苷酸常为C或 U，下游紧邻的第1个核苷酸常为A或。
3．PolyA尾
polyA 尾对翻译的调控作用不仅表现在增加mRNA的稳定性。作为翻译过程的1个重要的顺式元
件，它还通过 前面提到的polyA结合蛋白PABP的介导，直接激活翻译的起始过程。
4．UA序列元件
许多短效mRNA的3´非翻译区内常含有UA序列元件。它由相向排列的数个UUAUUUAU 8核苷酸核心
序列组成。UA序列属于对翻译效率有抑制作用的顺式作用元件。其抑制作用的强弱取决于拷贝数的多< br>少，而与距离终止密码子的远近无关。但只在3´非翻译区中起作用，置于5´非翻译区则不显示功能。
四、mRNA的稳定性对翻译的调节
通过调节mRNA的稳定性控制蛋白质 生物合成是翻译调控的一个重要途径，一些短效细胞因子mRNA
内含有UA序列，UA序列可加速mR NA的降解速率。在这些细胞因子的mRNA翻译出合适量的多肽后，即
迅速降解，以避免过量表达影响 细胞的正常生存状态。除去UA序列外，某些mRNA中还存在一些调节
mRNA的稳定性的特异序列元 件。
真核细胞mRNA的polyA尾是增加mRNA稳定性的重要因素，polyA尾逐步消减到完 全消失常常是
mRNA开始降解的先兆。而失去或无polyA尾的mRNA加尾后可大大提高半寿期。

mRNA不但是多肽合成的模板，而且它本身的序列结构也是翻译调节的分子基础。诸多在翻 译水平具
有调控作用的反式作用因子，都需要直接或间接地与mRNA上特异的序列元件相互作用，才能 发挥调控功
能。而mRNA上特异的调控元件大多存在于5´，或3´非翻译区，可见mRNA上的非编 码序列并非多余的附
属物，而是复杂的翻译调控机制所必需的。
五、再编码信号和蛋白质合成支路
某些mRNA(如逆转录病毒基因组)的特征性分子结构可能形成再编码信号(recoding signal )，使正
常的翻译过程中止，并发生翻译移码(translationalframeshift)， 导致1个mRNA分子合成一种以上的
蛋白。
翻译移码出现于一个特殊的密码子 ，其下游的mRNA序列具有特殊的再编码信号。翻译移码往往是
-1，+l者比较少见。

终止密码子周围特异的核苷酸序列还可能造成终止密码子渗漏 (1eaky)，以至在多肽链末端插入若
干额外的氨基酸。
除了翻译移码和天然校正(利用校正tRNA)以外，蛋白质合成支路也是再编码途径之一。
有1种特殊的翻译读码方式，核糖体能够跳过一个终止密码子继续合成。换言之，在多肽链
合成过程中核 糖体可以通过支路(非正常途径)移位，故称之为蛋白质合成支路或核糖体跳跃(ribosome
jumping)或tRNA跳跃(hopping)。
后来又陆续在噬菌体和高等真核生物 中发现这种翻译方式，跳过去的mRNA碱基数可多达55个，同
时也能发生-1或+1移码。