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基因調(diào)控是指生物體內(nèi)控制基因表達(dá)的機(jī)制。表達(dá)的主要過程是基因的轉(zhuǎn)錄和信使核糖核酸(mRNA）的翻譯。 基本信息
正文 簡史 研究方法 篩選突變型 激素誘導(dǎo) 離體生化方法 重組DNA技術(shù) 原核生物的基因調(diào)控 DNA水平上的基因調(diào)控 操縱子模型 真核生物的基因調(diào)控 染色體DNA水平上的基因調(diào)控 轉(zhuǎn)錄水平上的基因調(diào)控 RNA加工過程中的調(diào)控 翻譯控制 翻譯后控制 實(shí)用意義 生物體內(nèi)控制基因表達(dá)的機(jī)制。基因表達(dá)的主要過程是基因的轉(zhuǎn)錄和信使核糖核酸(mRNA)的翻譯。基因調(diào)控主要發(fā)生在三個水平上，即①DNA水平上的調(diào)控、轉(zhuǎn)錄控制和翻譯控制；②微生物通過基因調(diào)控可以改變代謝方式以適應(yīng)環(huán)境的變化，這類基因調(diào)控一般是短暫的和可逆的；③多細(xì)胞生物的基因調(diào)控是細(xì)胞分化、形態(tài)發(fā)生和個體發(fā)育的基礎(chǔ)，這類調(diào)控一般是長期的，而且往往是不可逆的。基因調(diào)控的研究有廣泛的生物學(xué)意義，是發(fā)生遺傳學(xué)和分子遺傳學(xué)的重要研究領(lǐng)域。 通過基因調(diào)控，微生物可以避免過多地合成氨基酸、核苷酸之類物質(zhì)。如果使它們的調(diào)節(jié)基因發(fā)生突變，就可以得到大量合成這些物質(zhì)的菌種，把這些菌種用在發(fā)酵工業(yè)上，使產(chǎn)量大幅度增長。在遺傳工程的研究中應(yīng)用基因調(diào)控的原理可使外源基因表達(dá)(見重組DNA技術(shù))，所以基因調(diào)控的理論探討還具有生產(chǎn)實(shí)踐意義。 簡 史 1900年F.迪納特發(fā)現(xiàn)在含有乳糖和半乳糖的培養(yǎng)液中培養(yǎng)的酵母菌細(xì)胞中有分解半乳糖的酶，但是在葡萄糖的培養(yǎng)液中培養(yǎng)的酵母菌細(xì)胞中沒有相應(yīng)的酶。1930年H.卡爾斯特倫在關(guān)于細(xì)菌的研究中也發(fā)現(xiàn)類似的現(xiàn)象，并把生物細(xì)胞中的酶區(qū)分為組成酶和適應(yīng)酶兩類，前者是在任何情況下都存在的酶，后者是只在誘導(dǎo)物（一般即作用底物）存在的情況下才出現(xiàn)的酶。1938年J.尤德金用質(zhì)量作用定律解釋適應(yīng)酶的出現(xiàn)。1946年法國分子生物學(xué)家J.莫諾開始研究與大腸桿菌的乳糖發(fā)酵有關(guān)的酶的誘導(dǎo)合成現(xiàn)象。同年美國微生物遺傳學(xué)家J.萊德伯格等發(fā)現(xiàn)細(xì)菌接合的現(xiàn)象，接著在1948年分離得到大量的不能利用乳糖的大腸桿菌的突變型，也分離到不接觸乳糖也能在細(xì)胞中出現(xiàn)分解乳糖的 β-半乳糖苷酶的類型，亦即失去基因調(diào)控能力的突變型。在對大腸桿菌遺傳學(xué)研究的基礎(chǔ)上，J.莫諾和F.雅各布等對大腸桿菌的乳糖發(fā)酵中的酶和一系列突變型繼續(xù)進(jìn)行了廣泛深入的研究，終于在1960～1961年提出了乳糖操縱子模型，開創(chuàng)了基因調(diào)控機(jī)制的研究。1967年美國學(xué)者W.吉爾伯特等分離得到阻遏蛋白，1969年美國分子遺傳學(xué)家J.夏皮羅等分離得到乳糖操縱子，使基因調(diào)控的研究逐漸成為分子遺傳學(xué)的一個重要內(nèi)容。 研究方法 篩選突變型 這是在原核生物中廣泛應(yīng)用的方法，例如在乳糖操縱子的研究中篩選失去了基因調(diào)控能力的組成型，包括調(diào)節(jié)基因發(fā)生突變和操縱基因發(fā)生突變的突變型，以及篩選即使有乳糖或其他誘導(dǎo)物存在的情況下仍然不能合成β-半乳糖糖苷酶的超阻遏型等等。 激素誘導(dǎo) 在高等的真核生物中，除了離體培養(yǎng)的體細(xì)胞以外（見體細(xì)胞遺傳學(xué)），一般較難得到上述那些突變型。因此常利用激素能誘導(dǎo)產(chǎn)生特定蛋白質(zhì)的現(xiàn)象來研究編碼這些蛋白質(zhì)的基因調(diào)控。 離體生化方法 真核生物的染色體主要由 DNA和蛋白質(zhì)組成。所以分別抽提這些成分然后逐一添加其他成分再進(jìn)行離體轉(zhuǎn)錄或離體翻譯的測定，這也是真核生物基因調(diào)控研究中經(jīng)常采用的研究手段。 分子雜交、電鏡觀察以及各種一般的生物化學(xué)方法都是基因調(diào)控的重要研究手段。 重組DNA技術(shù) 許多基因,包括只在某一發(fā)育階段活動的基因（見基因文庫）都可以從基因組中分離出來進(jìn)行研究。應(yīng)用核酸的順序分析技術(shù)可以測定基因的核苷酸順序。再應(yīng)用體內(nèi)與體外的基因表達(dá)系統(tǒng)就能直接了解基因調(diào)控的機(jī)制。 原核生物的基因調(diào)控 DNA水平上的基因調(diào)控 鼠傷寒沙門氏菌(Salmoella typhimurium)有兩個編碼鞭毛蛋白的基因H1和H2，這兩個基因并不緊密連鎖。H2 的一邊有一個調(diào)節(jié)基因 ( H1 repressor gene,rh1),它所編碼的阻遏蛋白作用于 H1而使它不表達(dá)。H2基因的另一邊有一段經(jīng)常發(fā)生倒位的長約970對核苷酸的DNA序列，它的一端包括一個啟動子(P)。如果這一序列的取向使P和H2、rh1鄰接，這兩個基因便得以轉(zhuǎn)錄，細(xì)胞中出現(xiàn)H2基因所編碼的一種鞭毛蛋白和rh1基因所編碼的阻遏蛋白，阻遏蛋白作用于 H1基因而使它不表達(dá)，細(xì)菌的鞭毛于是由H2蛋白構(gòu)成。當(dāng)這一序列發(fā)生倒位而呈另一種取向，使P遠(yuǎn)離H2和rh1,于是H2所編碼的鞭毛蛋白和阻遏蛋白都停止合成，H1便得以表達(dá)，細(xì)菌的鞭毛便變?yōu)橛蒆1蛋白所構(gòu)成。鞭毛蛋白就是細(xì)菌的鞭毛抗原。這種抗原由一種狀態(tài)(稱為相)變?yōu)榱硪粻顟B(tài)的現(xiàn)象稱為相轉(zhuǎn)變。 類似的現(xiàn)象也出現(xiàn)在大腸桿菌的 Mu-1 噬菌體中。Mu-1 噬菌體的染色體上有一段長約 3000對核苷酸的核苷酸序列（稱為 G），這一序列也經(jīng)常發(fā)生倒位。它的一個取向使細(xì)胞中合成的噬菌體外殼蛋白是 U和 S，這種噬菌體能感染大腸桿菌，可是不能感染弗氏檸檬細(xì)菌(Citrobacter freundii)。它的另一取向則使細(xì)胞中合成的噬菌體的外殼蛋白是U′和S′，這種噬菌體能感染弗氏檸檬細(xì)菌，可是不能感染大腸桿菌。 操縱子模型 細(xì)菌和噬菌體的基因調(diào)控多數(shù)發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，操縱子是細(xì)菌的主要的基因調(diào)控單位，也就是轉(zhuǎn)錄單位。大腸桿菌的乳糖操縱子是第一個被發(fā)現(xiàn)的典型的操縱子，它包括依次排列著的啟動子(promoter,P)、操縱基因(operator,lac O)和三個結(jié)構(gòu)基因。結(jié)構(gòu)基因lac Z編碼分解乳糖的β-半乳糖苷酶、lac Y編碼吸收乳糖的β-半乳糖苷透性酶,lac A編碼β-半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶。緊靠著lac Z是操縱基因lacO,它不編碼任何蛋白質(zhì)，它是另一位置上的調(diào)節(jié)基因lac I所編碼的阻遏蛋白的結(jié)合部位。阻遏蛋白是一種變構(gòu)蛋白，當(dāng)細(xì)胞中有乳糖或其他誘導(dǎo)物的情況下阻遏蛋白便和它們相結(jié)合，這一結(jié)合使阻遏蛋白的構(gòu)象變?yōu)椴荒芙Y(jié)合在lac O上，于是轉(zhuǎn)錄便得以進(jìn)行，吸收和分解乳糖的酶便得以產(chǎn)生（圖la）；如果細(xì)胞中沒有乳糖或其他誘導(dǎo)物則阻遏蛋白就結(jié)合在lac O上，從而阻止了結(jié)合在旁邊的啟動子P上的RNA多聚酶的前進(jìn)道路，使轉(zhuǎn)錄不能進(jìn)行（圖1b）。通過這種方式的基因調(diào)控能使細(xì)菌在有乳糖的環(huán)境中合成有關(guān)利用乳糖的酶，在沒有乳糖的環(huán)境中停止合成這些酶。  基因調(diào)控 乳糖操縱子的基因lacI所編碼的阻遏蛋白所起的是負(fù)控制作用，當(dāng)它作用于操縱基因時轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行被阻止。另一個調(diào)節(jié)基因稱為環(huán)腺苷受體蛋白基因 (cyclic AMP receptor protein gene,CRP),它所編碼的CRP蛋白質(zhì)和環(huán)腺苷酸（cAMP）相結(jié)合并以結(jié)合狀態(tài)作用于啟動子時便能促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行。這種基因調(diào)控屬于正控制。葡萄糖的降解物能降低細(xì)胞中的cAMP的濃度，cAMP濃度降低后CRP蛋白便不再和它結(jié)合，從而改變構(gòu)象并失去了促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的功能。這一效應(yīng)稱為葡萄糖效應(yīng)。因此 CRP蛋白又稱為降解物激活蛋白，CRP基因又稱為CAP基因。由此可見乳糖操縱子既受到負(fù)控制，也受到正控制。這種雙重的基因調(diào)控同樣符合于細(xì)菌的需要：在有乳糖的情況下細(xì)菌需要合成、吸收和分解乳糖的酶，可是在同時存在葡萄糖和乳糖的情況下細(xì)菌就沒有必要再去利用乳糖，所以也就沒有必要合成吸收和分解乳糖的酶。 相類似的基因調(diào)控也作用于合成代謝。例如在細(xì)菌自身合成或從外面供給了足夠量的色氨酸的情況下，色氨酸便和特定的調(diào)節(jié)基因所編碼的阻遏蛋白相結(jié)合，結(jié)合狀態(tài)的阻遏蛋白作用于操縱基因，從而轉(zhuǎn)錄被阻止，合成色氨酸所必需的酶便停止合成（圖1c）。在色氨酸用于合成蛋白質(zhì)而減少的情況下，游離狀態(tài)的阻遏蛋白便不再作用于操縱基因，于是轉(zhuǎn)錄便能進(jìn)行，酶便合成，色氨酸便又通過這些酶的作用而產(chǎn)生（圖1d）。色氨酸操縱子是色氨酸合成代謝中的基因調(diào)控單位，也是一個整體，具有和乳糖操縱子相同的特性。 細(xì)菌的基因調(diào)控還有其他形式，但是乳糖操縱子是它的基本模式。調(diào)控方式有正控制和負(fù)控制，且往往正負(fù)控制同時作用于一個操縱子。這種多重控制比單一控制更有效。在大腸桿菌中已知的操縱子已超過100。 真核生物的基因調(diào)控 真核生物的基因調(diào)控比原核生物復(fù)雜得多。這是因?yàn)檫@兩類生物在三個不同水平上存在著重大的差別：①在遺傳物質(zhì)的分子水平上，真核細(xì)胞基因組的DNA含量和基因的總數(shù)都遠(yuǎn)高于原核生物，而且 DNA不是染色體中的唯一成分，DNA和蛋白質(zhì)以及少量的RNA構(gòu)成以核小體為基本單位的染色質(zhì)；②在細(xì)胞水平上，真核細(xì)胞的染色體包在核膜里面，轉(zhuǎn)錄和翻譯分別發(fā)生在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中，這兩個過程在時間上和空間上都是分開的，而且在轉(zhuǎn)錄和翻譯之間存在著一個相當(dāng)復(fù)雜的 RNA加工過程；③在個體水平上，真核生物是由不同的組織細(xì)胞構(gòu)成的，從受精卵到完整個體要經(jīng)過復(fù)雜的分化發(fā)育過程，除了那些為了維持細(xì)胞的基本生命活動所必需的基因之外，其他不同組織的細(xì)胞中的基因總是在不同的時空序列中被活化或受阻遏。與分化發(fā)育有關(guān)的基因調(diào)控機(jī)制是發(fā)生遺傳學(xué)研究的主要內(nèi)容。 染色體 DNA水平上的基因調(diào)控 通過改變基因組中有關(guān)基因的數(shù)量和順序結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)的基因調(diào)控。 染色質(zhì)丟失 在發(fā)育過程中一些體細(xì)胞失去了某些基因，這些基因便永不表達(dá)，這是一種極端形式的不可逆的基因調(diào)控。 在某些線蟲、原生動物、甲殼動物發(fā)育過程中的體細(xì)胞有遺傳物質(zhì)丟失現(xiàn)象。在這些生物中，只有生殖細(xì)胞才保留著該種生物基因組的全套基因。例如在馬副蛔蟲(Ascaris megacephala)卵裂的早期就發(fā)現(xiàn)有染色體的丟失現(xiàn)象。蜜蜂的工蜂和蜂后是二倍體，而單倍體則發(fā)育成為雄蜂。這也可以認(rèn)為是一種通過染色體丟失的基因調(diào)控。 基因擴(kuò)增 另一種改變基因數(shù)量而調(diào)節(jié)基因表達(dá)的方式稱為基因擴(kuò)增。基因擴(kuò)增是細(xì)胞短期內(nèi)大量產(chǎn)生出某一基因拷貝的一種非常手段。某些脊椎動物和昆蟲的卵母細(xì)胞能夠?qū)Ｒ恍缘卦黾泳幋a核糖體RNA的DNA(rDNA)序列。例如非洲爪蟾(Xenopus laevis)的卵母細(xì)胞中的rDNA的拷貝數(shù)可由平時的 1500急劇增加至2000000。這一基因擴(kuò)增僅發(fā)生在卵母細(xì)胞中，它適應(yīng)于胚胎發(fā)育中對于大量核糖體的需要。當(dāng)胚胎期開始時這些染色體外的rDNA拷貝即失去功能并逐漸消失。 除了rDNA的專一性擴(kuò)增以外，還發(fā)現(xiàn)果蠅的卵巢囊泡細(xì)胞中的絨毛膜蛋白質(zhì)基因在轉(zhuǎn)錄之前也先進(jìn)行專一性的擴(kuò)增。通過這一手段，細(xì)胞在很短的時間內(nèi)積累起大量的基因拷貝，從而合成出大量的絨毛膜蛋白質(zhì)。 染色體上DNA順序的重排 改變基因組中有關(guān)基因順序結(jié)構(gòu)的基因調(diào)控方式。哺乳動物的免疫球蛋白的可變區(qū)與恒定區(qū)的順序分別由不同的基因片段編碼。它們處于同一染色體上但是相距較遠(yuǎn)，中間還有一些編碼連接區(qū)的DNA順序。在產(chǎn)生抗體的漿細(xì)胞成熟過程中，這三個序列通過染色體重排而成為一個完整的轉(zhuǎn)錄單位。由于可變區(qū)基因片段為數(shù)眾多，而且不同的連接方式又帶來相應(yīng)的核苷酸順序的變化，所以通過這種形式的 DNA重排可以產(chǎn)生種類繁多的免疫球蛋白基因（見免疫遺傳學(xué)）。 在啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的細(xì)胞中有關(guān)接合型的兩個基因 a和 α究竟哪一個表達(dá)取決于一種特殊的轉(zhuǎn)座因子的移位。但就大多數(shù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的真核生物的轉(zhuǎn)座因子來講，它們是否參與正常的基因調(diào)控現(xiàn)在還沒有定論。 轉(zhuǎn)錄水平上的基因調(diào)控 真核生物的基因調(diào)控主要表現(xiàn)在對基因轉(zhuǎn)錄活性的控制上而不涉及 DNA序列在數(shù)量和結(jié)構(gòu)上的改變。轉(zhuǎn)錄水平上的基因調(diào)控可以通過不同的途徑實(shí)現(xiàn)。 異染色質(zhì)化和染色質(zhì)的活化 染色質(zhì)處在固縮的狀態(tài)稱為異染色質(zhì)化。在異染色質(zhì)化部位的基因的轉(zhuǎn)錄活性顯著降低。真核生物可以改變?nèi)旧w某一區(qū)域的異染色質(zhì)化的程度而控制基因的表達(dá)。雌性哺乳動物細(xì)胞中的一個 X染色體的失活便是高度異染色質(zhì)化的結(jié)果（見劑量補(bǔ)償效應(yīng)）。基因由于改變位置而處在異染色質(zhì)區(qū)附近時，轉(zhuǎn)錄作用也會受到阻礙（見位置效應(yīng)）。粉蚧科的一種介殼蟲有兩類個體，一類個體的細(xì)胞中的10個染色體都沒有異染色質(zhì)化，因而都是有功能的；另一類個體細(xì)胞的 10個染色體中有5個高度異染色質(zhì)化，因而是沒有功能的。這就造成了和蜜蜂相似的情況，蜜蜂的二倍體是雌性的，單倍體是雄性的；在這里則前一類個體是雌性的，而后一類個體是雄性的。 與異染色質(zhì)化相反的情況是染色質(zhì)的活化。在活化的染色質(zhì)中，基因 DNA以某種不同的方式裝配到染色質(zhì)的核小體中，使RNA多聚酶能夠轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)中的DNA。研究結(jié)果表明凡有基因表達(dá)活性的染色質(zhì) DNA對核酸內(nèi)切限制酶的降解作用比沒有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)要敏感得多。例如雞的網(wǎng)織細(xì)胞能大量合成珠蛋白，從這種細(xì)胞中分離的含珠蛋白基因的染色質(zhì)DNA易遭受DNA酶Ｉ的降解作用，而大多數(shù)其他的染色質(zhì) DNA則不被降解，在不合成珠蛋白的雞輸卵管細(xì)胞中含珠蛋白基因的染色質(zhì) DNA也不被這種酶降解。在活化的染色質(zhì)中 DNA的超螺旋狀態(tài)有所改變，這是基因活化的前提。 修飾作用 真核細(xì)胞修飾 DNA的主要途徑是胞嘧啶(c)在5位上的甲基化反應(yīng)。5-甲基胞嘧啶通常位于鳥嘌呤(G)的旁邊。可見 GC順序最容易被甲基化。在剛剛完成復(fù)制的 DNA分子中只有母鏈(模板鏈)是甲基化的。新生 DNA鏈的甲基化在母鏈的指導(dǎo)下進(jìn)行。用限制酶進(jìn)行分析的結(jié)果表明在不轉(zhuǎn)錄的DNA中的GC有 70％以上是甲基化的，而在表達(dá)活性高的DNA中,GC順序只有20～30％是甲基化的。這意味著 DNA甲基化的作用也是一種基因調(diào)控手段。 蛋白質(zhì)也可以被修飾，修飾作用包括乙酰化、磷酸化等。除了組蛋白和染色體 DNA牢固結(jié)合以外，許多非組蛋白也可以和 DNA相結(jié)合，對這些蛋白質(zhì)的修飾作用同樣能改變它們與 DNA的結(jié)合方式，并改變?nèi)旧|(zhì)和核小體的結(jié)構(gòu)，從而影響基因的轉(zhuǎn)錄活性。某些非組蛋白成分還能和激素相結(jié)合而激活某些基因。此外,RNA聚合酶也可以由于被修飾而改變活性。 激素和基因轉(zhuǎn)錄的誘導(dǎo) 細(xì)菌的代謝作用直接受環(huán)境的影響，它的基因調(diào)控的信號常來自環(huán)境因素。多細(xì)胞的高等生物的代謝作用較少為環(huán)境所影響，它的基因調(diào)控的信號常來自體內(nèi)的激素。 在搖蚊(Chironomus)和果蠅(Drosophila)等雙翅目昆蟲的唾腺中的巨大的多線染色體上可以看到一條條各有特征的橫紋。在幼蟲和蛹期的各個發(fā)育時期可以看到某些橫紋變得疏松膨大，這膨大處稱為疏松區(qū)。疏松區(qū)的出現(xiàn)有一定的時間表，而且各個疏松區(qū)出現(xiàn)以后隔一定時間又消失。這些部位是合成大量RNA的部位，而且通過分子雜交可以證明疏松區(qū)的成分具有mRNA的性質(zhì)。用蛻皮激素處理幼蟲或離體的唾腺細(xì)胞，可以誘發(fā)某些橫紋形成疏松區(qū)，意味著某些基因被激活。這是激素誘發(fā)特定基因的轉(zhuǎn)錄的最為直觀的證據(jù)。 在高等動物中，注射雌性激素能促使公雞或小雞的肝臟細(xì)胞中產(chǎn)生卵黃蛋白原mRNA并合成卵黃蛋白原；注射孕酮能促使爬行動物或鳥類的輸卵管細(xì)胞產(chǎn)生卵清蛋白mRNA并合成卵清蛋白；腦垂體前葉的促乳腺激素能促使哺乳動物的乳腺細(xì)胞合成酪蛋白。 甾體激素作用的機(jī)制一般認(rèn)為是這樣的，它首先和靶細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的受體蛋白結(jié)合成為激素和受體的復(fù)合物，然后這一復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核，在染色體上有某些非組蛋白存在的情況下，復(fù)合物便能結(jié)合在染色體的特定位置上，從而促使特定基因轉(zhuǎn)錄。 RNA多聚酶的分工 與原核生物不同，真核生物有三種不同的 RNA多聚酶，它們各自負(fù)責(zé)不同類型的基因的轉(zhuǎn)錄。從表中不難看出由RNA多聚酶Ⅰ和Ⅲ轉(zhuǎn)錄的RNA都與所有細(xì)胞的生命活動的基本功能──翻譯有關(guān)，而只有 RNA多聚酶Ⅱ才能轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因而進(jìn)一步產(chǎn)生蛋白質(zhì)。顯然這種分工反映了這三類基因在表達(dá)機(jī)制上的重大差別（見表）。  基因調(diào)控 在由RNA多聚酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄的5SRNA基因的內(nèi)部（而不是在它的轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)的上游）有一段與轉(zhuǎn)錄控制有關(guān)的順序，長約30堿基對，它的存在對該基因轉(zhuǎn)錄的起始起著控制作用。已經(jīng)證明這段順序能專一性地結(jié)合一種蛋白質(zhì)因子，后者可以指導(dǎo) RNA多聚酶Ⅲ從它的結(jié)合位置的上游約50堿基對處開始轉(zhuǎn)錄。 RNA加工過程中的調(diào)控 真核生物的RNA加工過程主要包括三個步驟：①在新生RNA的5′端加上一個甲基化的鳥嘌呤核苷酸，形成一個所謂的帽子(cap)即m7GpppN（m7G是7-甲基鳥嘌呤核苷,P是磷酸,N是 RNA的5′端第一個核苷酸）這一過程通常發(fā)生在新生鏈完成之前。②在轉(zhuǎn)錄后的RNA3′部位上加上多聚腺嘌呤核苷酸（多聚A）尾部。這種加尾作用一般不直接發(fā)生在轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物的3′末端上，而另外需要核酸內(nèi)切酶的作用產(chǎn)生一個新的3′末端，然后再加上多聚A。③對于具有內(nèi)含子的那部分 RNA順序必須被切除，接著兩邊的外顯子再重新連起來，這一過程稱為拼接。拼接是個十分精確的過程，它的機(jī)制還沒有闡明，但幾乎所有的內(nèi)含子在5′邊界處都有CT順序，在3′邊界處都有AG順序。多聚A加尾作用一般發(fā)生在拼接之前，但不總是如此。現(xiàn)在還不清楚影響這個過程的各種因素，但已經(jīng)知道同一種基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物前體mRNA可以被加工成幾種不同的mRNA。 幾乎所有的真核生物的 mRNA都有一個5′帽端，但并不是所有基因的mRNA都有3′多聚A尾部，也不是所有基因的mRNA都必須經(jīng)過拼接。根據(jù)這后兩種加工過程的有無和復(fù)雜程度，可將真核基因的轉(zhuǎn)錄單位分為兩大類型：一類是簡單的只編碼產(chǎn)生一種蛋白質(zhì)的基因，另一類是復(fù)雜的編碼兩種或更多種蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄單位(圖2)。在3′端加尾部位或拼接部位上的變化都會使同一基因最終形成不同的蛋白質(zhì)產(chǎn)物。圖2a是表示多聚 A加尾部位不同而使基因終產(chǎn)物不同的模式，屬于這種情況的有腺病毒的晚期基因、小鼠免疫球蛋白的重鏈基因和一種多肽激素降血鈣素基因。圖2b是表示拼接部位不同而使基因終末產(chǎn)物不同的模式，迄今為止僅在哺乳動物細(xì)胞的病毒（如腺病毒、SV40病毒、多瘤病毒和反轉(zhuǎn)錄病毒等）中發(fā)現(xiàn)有這種形式的加工調(diào)控。  基因調(diào)控 某些激素對mRNA也能起穩(wěn)定作用。例如在離體培養(yǎng)的乳腺組織中添加催乳激素能使酪蛋白的mRNA分子在24小時內(nèi)積累到25000個拷貝。在這期間mRNA的半衰期增加了20倍，但新的mRNA合成只增加2～3倍。如果在培養(yǎng)液中再除去催乳激素，48小時內(nèi)酪蛋白mRNA便喪失了95％，可見該激素的主要作用在于維持酪蛋白mRNA的穩(wěn)定性。 翻譯控制的另外兩種形式是對翻譯速度的控制和進(jìn)行有選擇的翻譯，例如，海膽未受精的卵與受精的卵在mRNA的含量和組成上都相同，但是受精卵的翻譯活性至少高出50倍。和這情況不相同的是蚶的卵，受精卵蛋白質(zhì)合成的總量并沒有提高，可是對于未受精和受精卵進(jìn)行離體翻譯的雙相電泳分析結(jié)果說明雖然兩者的mRNA在含量和種類上都是相同的，但某些蛋白質(zhì)是受精前的卵所特有的，而另一些蛋白質(zhì)則是受精后特有的。 翻譯后控制 翻譯后控制的事例不多。一般認(rèn)為腦垂體后葉細(xì)胞產(chǎn)生的促腎上腺皮質(zhì)激素和脂肪酸釋放激素是由同一原始翻譯產(chǎn)物經(jīng)不同的加工而形成的。迄今為止對于真核生物基因調(diào)控作用的了解仍然處在探索的階段，特別是對于高等動植物的基因調(diào)控過程了解得更少，還不能形成一個完整的模式。1972年美國學(xué)者E.戴維森和R.J.布里頓在實(shí)驗(yàn)事實(shí)還不充分的情況下提出了一個真核生物的基因調(diào)控模型，這一模型也可以用來解釋真核生物中大量的脫氧核糖核酸重復(fù)順序的功用。 按照這一模型，外來的信號物質(zhì)和感應(yīng)蛋白結(jié)合后作用于感應(yīng)基因，于是綜合基因組轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生激活蛋白的mRNA，并進(jìn)一步合成激活蛋白，這些激活蛋白又作用于結(jié)構(gòu)基因前面的接受順序，于是結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄而產(chǎn)生一系列的酶或其他蛋白質(zhì)。 在這模型中假定感應(yīng)基因便是一些重復(fù)順序，又假定各個結(jié)構(gòu)基因分布在染色體的不同位置上。這一模型企圖解釋重復(fù)順序的功能以及分布在不同位置上的基因怎樣能被協(xié)調(diào)控制。 曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)在真核生物的細(xì)胞核中存在著大量與結(jié)構(gòu)基因無關(guān)的 RNA，這一事實(shí)是和這一模型符合的。這一模型還是一個有待充分驗(yàn)證的假說。這一模型提出以后，又出現(xiàn)了一些修改這一模型的假說，它們都可以作為進(jìn)一步研究的出發(fā)點(diǎn)。 實(shí)用意義 細(xì)菌通過基因調(diào)控可以避免合成過量的氨基酸、核苷酸等物質(zhì)。人們要利用細(xì)菌來生產(chǎn)這些物質(zhì)，就必須使它們喪失有關(guān)的基因調(diào)控作用。在一般的野生型細(xì)菌中，阻遏蛋白和氨基酸等代謝最終產(chǎn)物結(jié)合后便作用于操縱基因而使轉(zhuǎn)錄停止。有兩類突變型可以使細(xì)菌處于消阻遏狀態(tài)而合成過量的氨基酸等物質(zhì)。一類是操縱基因突變型，由于操縱基因的結(jié)構(gòu)改變，使阻遏蛋白不能和它結(jié)合，因而操縱子便經(jīng)常處于活動狀態(tài)；另一類是調(diào)節(jié)基因突變型，它編碼一種不能和代謝最終產(chǎn)物相結(jié)合的阻遏蛋白，因而阻遏蛋白不再作用于操縱基因而同樣可使操縱子經(jīng)常處于活動狀態(tài)。 氨基酸的結(jié)構(gòu)類似物（例如5-甲基色氨酸是色氨酸的類似物）有抑制細(xì)菌生長的作用。許多抗類似物突變型屬于上述兩類突變型，在這些突變型細(xì)菌中與合成這一氨基酸直接有關(guān)的酶的量增加了，這一氨基酸也大量地被合成。目前在氨基酸、核苷酸的發(fā)酵生產(chǎn)中所應(yīng)用的菌種多數(shù)是這些突變型。 配圖  基因調(diào)控 |
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