第十四章 基因的表达与调控
第一节 原核基因转录的启动与终止
一、启动子
启动子 （ promoter）,转录的起始和链的选择信号的ＤＮ
Ａ核苷酸顺序就称为启动子, 这个位点也是ＲＮＡ聚合酶
的结合起点 。
?启动子的结构：１９７５年 Pribnow采用保护法先后测定
了包括Ｔ４噬菌体及 E.coli在内的 46个不同来源基因的Ｒ
ＮＡ聚合酶的保护区域, 发现发现保护区段长度为
41~44bp,范围在 -20~+20之间, 分析这一序列发现在－１
０区有一保守顺序：
T40A41T25A29A30T46G17/46
89 89 50 65 65 100 37%
这一顺序称为 -10区 或 pribnow顺序 （ pribnow box)。
附：保护法：将 DNA与 RNA聚合酶结合后，加入
DNase I水解后得到的不被水解的保护片段。
Shall利用保护法得到的 DNA片段提纯后，加入
RNA聚合酶发现 RNA聚合酶不能与 DNA片段结合，
说明在被保护的 41~44bp的 DNA区段外还有与 RNA
聚合酶结合有关的序列。因此他采用较温和的核酸
外切酶（ S1核酸酶）及 足迹法 进行分析，发现被
保护的区域有 60bp（ -40~+20），在 -35区还有一段
保守序列：
T38T37G35A27C29A26/46
85 83 81 61 69 52 %
这一序列称为 -35区 或 sextama顺序 （ Sextama box).
附：足迹法（ foot printing）：用于分析蛋白质与
DNA结合的一种常用方法。
蛋白质结合位点 1
蛋白质结合位点 2
从左到右蛋白质浓度增加
整个启动子应包括 -10和 -35两个区域。
说明：
?这两个区域的顺序来自于 E.coli,它并不代表所有原
核生物。
?定点突变的结果表明，启动子的作用是整个区域
而不是单个核苷酸，但单个核苷酸的突变会导致转
录水平的上升或下降，特别是 A/T突变为 G/C下降
更明显。
?启动子的功能：是 RNA聚合酶结合的位点，决定
转录的起始位点及链的选择。 -10区是核心酶结合
的位点,-35区是 ζ因子结合的位点。
?CRP结合位点 （ cAMP reception protein binding site)
原核生物的基因上游除了含有启动子外, 在某些
编码 分解代谢的操纵子 前面还有一些与某种调节因
子相结合的位点, 从而对基因的表达起调控作用 。
其中研究得较多的是 E.coli乳糖操纵子与 cAMP受体
蛋白的结合位点, 这个位点也称为 CAP 位点
（ catabolite gene activation protein site), 位于 -50~
-70之间, 含有两小段回文对称结构：
Ｃ ＡＡＴ ＴＡＡＴ ＧＴＧＡＧ ＴＴＡＧ ＣＴＣＡ
Ｃ ＴＣ ＡＴＴ Ａ
二、起录点,SD顺序及起译点
?起录点,所谓的起录点是指转录的起始点。这一
位点位于启动子 -10区的下游 10bp处，原核生物基
因起录点附近的三个核苷酸，大多数基因是 CAT，
所以在原核生物中也常用 CAT表示起录点。但并不
是绝对的，有时会有变化，如 CAC,TAC等。一般
来说，起录点可用 PyA/gPu表示（ A/g表示大多数
情况下是Ａ，少数情况下是Ｇ）。转录就是从 A/g
位点开始。
?翻译识别点 （ SD顺序 ）,这一位点是核糖体识别并与
mRNA结合的位点 。 在每个基因起始点的下游都有一小段
富含嘌呤的顺序与 5’AGGAGG3’ 。 这一顺序可与核糖体
３０Ｓ亚基上的 16S rRNA的３ ’ 末端富含嘧啶的顺序
５ ’ CCUCCU３ ’ 互补, 这一顺序就称为 Shine-Dalgarno
（ SD顺序 ） 。
典型的 SD顺序是 AGGAGG,但事实上在这 6bp中, 只
要有连续的３个以上 bp与 CCUCCU互补, 便可作为核糖体
的识别顺序, 但是 SD的长度会直接影响ｍＲＮＡ与核糖
体结合的紧密度, 从而影响翻译效率 。
SD顺序位于起录点下游, 起译点上游, 距起译点５
－１６ bp,而与 CAT的距离变化较大 。
?起译点,所谓的起译点就是翻译的起始位点 。 在原核生
物中一般是ＡＴＧ, 极少数是ＧＴＧ, 编码ｆＭｅｔ 。
三, 转录的终止
’ 末端往往有一段特定的,
有终止转录作用的顺序, 这段顺序称为转录终止子,
简称终止子 （ terminator） 。
?终止子的结构,1975年 Rosenberg分析了原核生物
和噬菌体的２０个基因的顺序发现在终止部位上游
20± 4bp处都有一小段反向重复序列 （ 回文序列 ）,
从而使转录出为的ＲＮＡ具有特定的颈环结构 。 这
一结构对终止转录起着决定性作用 。
?,
把终止子分为不依赖 ρ蛋白的终止子 （ 即强终止子 ）
和依赖于 ρ的终止子 （ 弱终止子 ） 。
强终止子与弱终止子在结构上的区别在于强终
止子在回文区内富含 G/C对而回文区的下游区有
6~8对 A/T对 。 相反, 弱终止子在回文区内 G/C对含
量较少, 下游区 A/T对含量较少 。
根据终止子所处的位置, 可以把终止子分为存
在于基因末端的终止子和存在于基因内部的终止子
（ 弱化子 ） 。
以上几类终止子的终止作用大都发生在离反向
重复顺序的对称中心下游２０ｂｐ处 。
大
肠
杆
菌
色
氨
酸
操
纵
子——
强
终
止
子
噬菌体 λ的
TR1终止
子 ——弱终
止子。
?终止子的作用机制：终止子的作用机制的详细情
况还不清楚, 现在一般认为, 当ＲＮＡ链转录到终
止信号时, 在ＲＮＡ链上可形成颈一环结构从而诱
导终止作用的产生, 在终止作用过程中还有一些辅
助蛋白如 ρ蛋白 。
CAT SD ATG TGA Ter
-35 -10 +1
上游
Leader sequence 转录区
编码区
单顺反子转录单位
CAT SD ATG TGA ATG TGA TerCRP -35 -10 +1
上游
Leader sequence 转录区
编码区 编码区
下游
下游多顺反子转录单位
四、总结
第二节 原核基因转录的启动与终止
真核生物有三种 RNA聚合酶分别识别不同的启
动子，其中 RNA pol I位于核仁，负责转录 rRNA；
RNA pol II位于核质，负责转录 mRNA； RNA pol
III位于核质，负责转录 tRNA及 5s rRNA。这里主要
介绍 RNA pol II负责转录的基因，这些基因也称 II
类真核基因 。
一、真核生物的启动子
真核生物启动子的研究方法除采用保护法和足迹法
外，更多地是采用所谓的 反向遗传学（ reverse
genetics)的方法进行研究。
真核生物的启动子大概包括以下几个位点：
１, TATA顺序 （ TATA box）
1979年 Goldberg首先注意到真核生物基因上游
-25~-30处有一段与 Probnow相似的保守顺序：
A23/56 T20/49 (41/%)T
37/90A39/95T37/90A35/85 A37/90T
18/44 A14/34
在这段顺序中, 头三个和倒数第二个核苷酸是
高保守的 。 TATA顺序除了可启动转录外, 它的位
置的准确性有保证转录起始从精确位置上开始的作
用 。
２, CAAT顺序 （ CAAT box）
CAAT顺序位于 -70~-80处, 比较保守的一致顺序
是：
GGC CAATCT
３, GC顺序 （ GC box）, 也称远端因子 （ distal
element）, 位于 -80~-100处, 其基本顺序是：
GGGCGG
C
T
说明：
?上述三段顺序并不是存在于所有真核生物的所有
基因, 其中 TATA box分布较广, 位于几乎所有
RNA polⅡ 转录的基因的前端 。
?三段顺序都不是绝对不变的, 不同的基因其顺序
可能相差较大 。
?人工定点突变说明, 这三段序列的任何一个单核
苷酸突变都将使基因的转录水平改变 （ 上升或下
降 ）, 但并不使转录完全停止, 说明起作用的功能
单位并不是单个核苷酸 。
二, 增强子 （ enhancer）
,还与
一段称为增强子的顺序有关 。
1,核心顺序：增强子的长度相差较大, 可达几十
到几百个核苷酸, 其顺序变化也比较大, 但都含有
一段较相近的核心顺序 （ core sequence）,
GTGG GAAATTT
２, 作用：其作用是使转录能力大大提高, 可达几
百至上千倍 。
３, 作用特点：增强子与启动子有几个明显不同的
特点：
?作用没有方向性, 不论位于基因上游, 下游或基
因内部, 不论是３ ’ → ５ ’ 或５ ’ → ３ ’ 方向排列,
都可发挥正常作用 。
?具有种属和组织的特异性, 但对外源启动子能正
常发挥作用 。
?作用范围较广, 有几个Ｋｂ范围内有效 。
?顺式作用 。
三, 起录点核, 糖体结合顺序与起译点
,起录点：原核生物的起录点常是ＣＡＴ, 但
在真核生物中变化较大, 并不统一 。 但是刚开始转
录的第一个Ｎｔ也经常是Ａ, 少数是Ｇ 。
的加帽位点, 所以这一位点又称为 Capping site 简
称Ｃａｐ 。
２, 核糖体结合的顺序：真核生物的核糖体结合顺
序与原核生物的 SD顺序 （ AGGAGG） 明显不同 。
在真核生物中核糖体结合顺序是一段富含嘧啶的
TCCTTCC,这一顺序是ｍＲＮＡ与核糖体中１８
ＳｒＲＮＡ结合的位置 。
真核生物核糖体的结合过程还与 mRNA的帽结
构有关。在帽结合蛋白的介导下，核糖体 40S亚基
与 mRNA 5’端结合并沿 3‘端移动到 AUG的位点后，
60S亚基结合上去，开始蛋白质的翻译。
３, 起译点：真核生物的起译点与原核生物相同,
也是ＡＴＧ, 极少数是ＧＴＧ, 但不论ＡＴＧ或Ｇ
ＴＧ, 结合的都是Ｍｅｔ 。
四, 真核生物的终止子
真核生物终止子研究得不多, 还不很清楚, 但
已在组蛋白基因, SV40基因中发现类似于原核生
物的终止子 。
AACGGC CTTTTCAG GCCACCA
T T
T C
T A
C G
CT AG
C G
G C
AACG ACCAOH
C
T
G
A
五、总结
Enhancer TATA AATAAA Ter
CAAT Cap Ex,In,Ex.
AUG UGA
远上游区 近上游区 转录区
编码区 编码区
第三节 基因活性的调控
一, 操纵子 (operon)
操纵子大体上可以分为负控制诱导体系, 负控
制阻遏体系, 正控制诱导体系和正控制阻遏体系四
大类型 。
1.负控制诱导体系 ——乳糖操纵子
负控制：指酶的合成受阻遏物的影响, 在阻遏
物存在下酶不合成, 而当阻遏物不存在或失活时,
酶可合成 。
?乳糖操纵子调控的分子机制
lac I lac P lac O lac Z lac Y lac A
1100bp 90bp 35bp 3062bp 800bp 800bp
GTGAGTTAGCTCAC
（ CRP位点,-87~-49）
-35 -10
TGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACA
-8 -5 +1 +21 +27
CRP
RNA pol 阻遏蛋白（四聚体）
-48 –35 -10
-49-87
-8 -5 +1 +5 +21 +27
TGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACA
基因 核苷酸对 氨基酸 /分子量
（ KD）
功能单位 /分子量
（ KD）
I 1100 360/38 四聚体 /152
Z 3062 1201/125 四聚体 /500
Y 800 275/30 单体
A 800 275/30 二聚体 /60
2.负控制阻遏体系：
,导
致阻遏物的激活并与操纵基因结合, 使基因关闭,
酶不能合成 。 这种类型的操纵子常见于与合成代谢
有关的操纵子 。
trp操纵子
3.正控制体系
指基因的转录受激活物的影响，在激活物的存
在下，基因才可转录。
如上述的乳糖操纵子的 CRP位点,40年代发现
了葡萄糖效应，研究发现 crp基因编码的产物 CRP
与 cAMP结合或形成 cAMP-CRP复合物，该复合物
与乳糖操纵子的 CRP结合位点结合或会促使乳糖操
纵子的转录。当细胞内存在葡萄糖时，葡萄糖的代
谢中间产物会抑制 cAMP环化酶的活性，导致细胞
内 cAMP水平下降，操纵子转录水平下降。
CRP作用机理：目前有两个学说
?变构学说：认为 cAMP-CRP与 CRP位点结合后导
致 DNA构型的局部改变，促使 RNA pol与启动子的
结合。
?双启动子学说：认为乳糖操纵子有两个启动子 P1
和 P2,P1与 RNA pol结合能力低但转录效率高； P2
与 RNA pol结合能力高但转录效力低。在无 cAMP-
CRP时 RNA pol优先与 P2结合但转录效率很低，有
cAMP-CRP时,cAMP-CRP与 CRP结合位点结合从
而覆盖了 P2，此时 RNA pol与 P1结合，转录效率高。
总
结
：
四
类
操
纵
子
调
控
模
型
二、弱化子（ attenuator,也称衰减子）：
原核生物有些与氨基酸合成有关的操纵子，如
trp,his,ile等操纵子，含有两个终止子。一个位
于操纵子的末端，为正常的终止子，另一个位于操
纵子的上游前导区，有调控基因转录的功能，称为
弱化子。
弱化子在结构上是一个反向重复序列，可以形
成发夹式结构。如 trp操纵子的反向重复序列有四
个区域（ 54~68,74~92,108~121,126~134）可
以互补配对，可形成 1,2和 3,4的配对或 2,3的配
对。
调控机理：由于原核生物的转录与翻译偶联，并且
在上游 +54~+59处有两个 Trp密码子（ UGG），翻
译到此处时：
如果细胞内有较多的 Trp，核糖体可以很快地
通过此处而占据 1区和 2区，从而导致 3区和 4区配对，
形成终止子结构，转录被终止。
如果细胞内 Trp含量少，核糖体到达此处时将陷入
停顿，此时核糖体只占据 1区，导致 2区与 3区的配
对,4区处于游离状态，转录可以继续下去。
这是一种通过翻译过程来调控转录的现象。
三、调节子与真核生物的协同调控
?原核生物的调节子：指一个调节基因所发出的信
息同时控制几个操纵子的表达, 我们将这些操纵子
称为一个调节子 。
例如,大肠杆菌 与 Arg合成有关的基因共有 8个,
分处 5个操纵子, 这 5个操纵子都受 1个调节基因的
调控 。
R A G D B C E H F
?真核生物的协同调控
1969年,Britten & Davidson在原核生物协同的
启发下，提出了真核生物协同调控的模型，称
Britten-Davidson模型。
外
界
刺
激
因
子
80年代以后才陆续有一些证据支持这一假设：
?酵母与 His合成有关的基因有四个，这四个基因 5’
端都有一段 TGACTC的共有序列（ consensus
sequence)。野生型酵母在氨基酸饥饿的情况下，这
四个基因都能转录，但如果缺失共有序列的基因则
不能转录。
?果蝇的热诱导蛋白（ heat shock protein HSP）是一
组热诱导下表达的蛋白质，这些蛋白质的 5’端上游
都有一段共有顺序 CTNGAATNTTCTAGA。缺失这
一顺序，在热诱导下基因不再表达。将这一序列接
在 tk基因（胸苷激酶基因）的 5’端，可使 tk基因变
为热诱导的。
?同源异型盒（ hemeo box）
同源异型盒的发现或许可以认为是真核生物基因的
协同调控的证据之一 。 并获 1995年诺贝尔奖 。
在研究果蝇的胚胎发育时发现控制果蝇胚胎发
育过程中有许多主基因 （ master gene,指可以调节
控制许多其它相关基因的活性的基因 ） 。 这些主基
因都含有一段高度保守的, 长约 180bp的顺序, 这
一顺序称为同源异型盒 （ hemeo box） 。 具有同源
异型盒的基因称同源异型基因 。
同源异型盒 180bp的序列编码一段富含碱性氨
基酸的肽段, 一旦这些主基因发生突变将产生非常
严重的外观畸型, 所以估计, 这些主基因编码的蛋
白质都有一段富含碱性氨基酸的肽段, 而富含碱性
氨基酸肽段的蛋白质是一个ＤＮＡ结合蛋白, 可以
调节许多其它基因的活性 。 按照这个假说, 可以认
为含有同源异型盒的基因 （ 称同源异型基因, 是主
基因的一种 ）, 类似于操纵子中的调节基因 。
果蝇控制胚胎体节发育的基因至少有 8个，分处
两个基因复合体，分别称头角足复合体（ 5个基因）
和双胸复合体（ 3个基因）。这些基因的突变将带
来严重的后果。
同源异型盒基因除了在果蝇中发现外，在人、
老鼠、蛙类中均有发现，并具有和高的同源性。
老鼠 MO-10，蛙 MM3及三个果蝇同源异型盒的同源性比较
四, ＤＮＡ甲基化作用
,胞嘧啶约有２－７ ％ 是甲
基化的, 这些甲基化的胞嘧啶往往出现在ＣＧ顺序
中 （ m5C） 。 由于这二个Ｎｔ是自身互补的, 并且
细胞内含有维持甲基化的酶, 所以在ＤＮＡ的两条
链上总是同时出现甲基化现象 。
ＤＮＡ甲基化作用是到目前为止在真核生物的调节
中唯一可以遗传的 。 经半保留复制后, 子链中的一
条链是甲基比的, 另一条新链随即可在甲基化酶的
作用下进行甲基比 。 所以推测甲基化作用可能在胚
胎发育中起调节作用, 它可以使某一细胞产生的子
代表达哪些基因, 从而决定某种发育命运 。
DNA甲基化可在细胞间遗传, 因此有人提出了, 后
生遗传, 的概念 。
ＤＮＡ甲基化与基因活性调节的关系目前还不很清楚 。
已知在染色质发生变化而对 DNase I敏感的部位 （ 一般是
活性转录的位点 ） 往往伴随着去甲基化作用 。 体外实验证
据也表明, 甲基化的基因转录活性低, 而去甲基化的基因
转录活性高 。 至于甲基化作用是如何控制基因转录活性的,
目前还不清楚 。
五、免疫球蛋白的基因重排（ rearrangment）
在除淋巴细胞以外的体细胞和生殖细胞中, 免
疫球蛋白基因在基因组上是由多个基因片段编码的 。
编码可变区的基因 （ Ｖ基因 ） 有许多个, 编码恒定
区的基因 （ Ｃ基因 ） 也有几个, 这两类基因是, 独
立, 的, 但都不能以独立的单独进行表达 。 它们必
须在淋巴细胞的发育过程中, 使Ｖ基因和Ｃ基因连
接在一起, 才能组成一个完全的有功能的基因, 才
可进行表达 。 在淋巴细胞中这种Ｖ－ J的连接过程
就称为基因重排, 或者称为体细胞重组 （ somatic
recombination）
基因重排的分子机理：
免疫球蛋白基因的重排是通过反向重复序列形
成径环结构，而后由专一的酶系进行切割和连接。
免疫球蛋白类群的转换：
根据链恒定区的不同, 可以将免疫球蛋白分为
五类, 即 IgM,IgG,IgE,IgD和 IgA,其对应的重
链分别称为 μ,ｒ, ε,δ和 α链 。
在免疫应答过程中, 免疫球蛋白的分泌常进行
类群的变换, 最早分泌的免疫球蛋白是 IgM,而后
是 IgG（ 即 μ -ｒ变换 ） 。 这种变换必然是以免疫球
蛋白Ｃ基因的变换为基础的, 我们将免疫球蛋白Ｃ
基因的这种变换作用称为类群的转换 （ class
switching,也称转辙 ） 作用
重链转换的机理与 V-J或 V-D-J拼接的机理不同，
他不是通过反向重复序列产生径 -环结构完成的，
而是通过转换区 S为中介进行的。 S区为一些较短
片段的重复，拼接时由两 C基因间的 S区进行重组，
去除中间的区域。
第四节 ＲＮＡ的加工与调控
出来的ＲＮＡ的大小不同, 原先转录出来的ＲＮＡ
总是比较大, 称为前体, 从前体转变为成熟的ＲＮ
Ａ的过程称为加工 （ processing） 。
对原核生物而言, 目前仅发现ｔＲＮＡ和ｒＲ
ＮＡ有加工过程 。
本节主要介绍真核生物的ｍＲＮＡ加工工程及
其与基因表达有关的调控过程。
RNA加工包括三个步骤：
一、５ ’ 端加帽
５ ’ 端的所谓帽结构是一个 7-甲基鸟嘌呤
（ m7GpppNm） 。 m7Ｇ与下一个核苷酸 （ 即原初转
录物的第一个核苷酸, 常是Ａ或 G） 的连接为５ ’
－５ ’ 连接, 这种结构称为相对核苷酸结构
（ confronted nucleotide structure） 。
过程：
pppGpNp--- ppGpNp----
ppGpNp----+GTP GpppGpNp----
GpppGpNp---+SAM m7GpppGpNp--
核苷酸磷酸水解酶
mRNA鸟苷酸转移酶
mRNA嘌呤 7-甲基转移酶
m7GpppGpNp--+SAM m7GpppGmpNp--2’O-甲基转移酶
帽结构的功能：
?促进ｍＲＮＡ与核糖体结合。帽结构为核糖体与
mRNA的结合提供信号，能够促使核糖体与 RNA的
结合，但不是决定性的。
?增加ｍＲＮＡ的稳定性。 避免 5’核酸外切酶的水
解。
二, 3’端加尾
?ＲＮＡ裂解信号：在大多数真核生物的基因的３ ’
端有一段ＡＡＴＡＡＡ顺序, 多聚腺苷酸化就发生
在这段顺序下游的 14~20bp处, 这一顺序就称为Ｒ
ＮＡ裂解信号 。 其作用就是指导核酸内切酶在下游
14~20bp处将ＲＮＡ裂解, 并在 polyＡ多聚酶作用
下加上 50~200个腺苷酸组成的ｐｏｌｙＡ 。
?功能：ｐｏｌｙＡ的功能还不很清楚, 估计与下
列几个方面有关,（ １ ） 与ｍＲＮＡ运入细胞质有
关； （ ２ ） 延长ｍＲＮＡ的寿命； （ ３ ） 可控制翻
译效率
三, hnＲＮＡ的剪接 （ splicing）
ｍＲＮＡ上, 在ｍＲＮＡ成熟过程中必须切除内含
子, 使几个外显子拼接起来, 这一过程称为ｍＲＮ
Ａ的剪接 （ 或称拼接 ） 。
?剪接的识别信号
,否则将会打乱
mRNA上的阅读框从而带来相当严重的后果 。 要保
证切除的准确性, 可能与许多因素有关, 就目前所
知其最关键的因素是内含子 ——外显子的边界顺序,
即内含子与外显子的接头 （ exon-intron junction） 。
接头顺序,考察了包括人, 小鼠, 兔, 爪蟾, 酵母
等不同生物来源的基因的 90个供体 （ 指内含子 5’
断区域 ） 和 85个受体 （ 内含子 3’端区域 ）, 发现
这两个区域都没有广泛的同源性, 但有一个非常保
守, 很短的接头顺序, 即在内含子的５ ’ 端为ＧＴ,
３ ’ 端为ＡＧ, 这四个碱基是高度保守的, 称为
GT-AG法则 或 Chambon法则 （ Chambon rule） 。
A 32 38 59 9
G 20 11 12 68
C 25 37 13 4
T 23 4 12 9
0 0 50 61 9 14
90 0 30 12 77 9
0 0 4 8 1 11
0 90 6 9 3 56
A 4 6 20 3 85 0
G 7 5 19 1 0 85
C 31 27 25 63 0 0
T 43 47 21 18 0 0
19 11 24
40 27 19
17 15 26
9 32 19
供
体
受
体
ＧＴ－ＡＧ虽然很短, 但对于剪接则是必须的, 一
旦发生突变往往会带来相当严重的后果 。 不论是Ｇ
Ｔ或ＡＧ突变, 其结果是在ＧＴ或ＡＧ附近有相同
顺序的位点进行剪接 （ 即所谓的潜在位点的活化 ）,
合成无效的蛋白质 。
接头顺序以外的因素,虽然发现了ＧＴ－ＡＧ法则,
但是在基因内肯定会有不少并不起剪接作用的ＧＴ
或ＡＧ （ 即所谓的潜在位点 ） 的存在, 如何保证在
正确的ＧＴ－ＡＧ位点上进行剪接肯定还有其它因
素的影响, 只是目前还了解得不多 。 只在内含子 3’
端上游 20~50bp处有一保守序列：
PyNPyTPuAPy （ Py嘧啶, Pu嘌呤 ）
?剪接机理
虽然发现了ＧＴ－ＡＧ法则及边界以外与剪接
有关的顺序, 但还不能说明剪接的机理 。 目前有一
些证据说明核内一些小分子ＲＮＡ (共有六种 ） 可
能与内含子的剪接有关, 这些核内小分子ＲＮＡ
（ small nuclear RNA,sｎＲＮＡ ） 由 100~400个 bp
组成, 相当于 6~8s,每个细胞内含 104~106个分子,
因为这些小分子ＲＮＡ富含尿嘧啶 （ ｕ ） 故而以
U1,U2……等表示 。 其中以 U1最为重要 。 snRNA的
碱基排列非常保守, 例如人和小鼠的 U1只有２个
bp的差异 。
现在知道它是通过 U1 RNA形成一个套索结构,
然后在多个蛋白质 （ 酶 ） 的参与下完成剪接 。
四、其他类型内含子的剪接
内含子至少可以分为三种类型：
自我剪接,RNA剪接还有另外一种特殊的现象,
就是所谓的自身剪接 （ self-splicing） 。 1982年 Cech
等人发现四膜虫 rRNA的一个 413bp的内含子可以在
没有任何蛋白质存在下被正确切除, 所以不得不承
认ｒＲＮＡ有自身催化剪接的活性, 也将这种有催
化活性的ＲＮＡ称为核糖核酸拟酶 （ ribozyme） 。
根据内含子的结构差异及剪接机理的不同, 自
身剪接的内含子分为 I型和 II型两种 。
I
型
内
含
子
的
自
身
剪
接
模
型
II
型
内
含
子
的
自
身
剪
接
模
型
1982年 Cech等人报道了 RNA自身剪接反应之后,
许多学者对ＲＮＡ催化活性进行了许多研究, 并取
得了惊人的进展, 1983年, Altman和 Pace两个小组
证明了细菌核糖核酸酶 RNaseＰ中的ＲＮＡ部分具
有催化活性 。 1986年 Cech进一步证明四膜虫 rRNA
不仅可催化自我剪接, 而且具有核苷酸转移酶, 磷
酸二酯酶 （ 核糖核酸酶 ）, RNA限制性内切酶,
磷酸转移酶和磷酸酯酶等多种活性 。 1987 年
Uhlenbeck实验室人工合成了具有催化活性的１９
Ｎｔ组成的寡核糖核苷酸 。 1989年, Szostak和
Cech报道ＲＮＡ催化剂能催化ＲＮＡ自我复制,
这些证据足以证明ＲＮＡ是一种真正的生物催化剂,
正日益受到人们的瞩目 。
五、差别加工和基因调控：
大鼠甲状腺中合成的降钙素和脑下垂体合成的神经肽
是来自于同一个初级转录物, 在这个初级转录物中有两个
polyＡ加尾信号, 在甲状腺是用第一个 polyＡ加尾信号合
成降钙酸, 而在脑下垂体中利用第二个 polyＡ加尾信号合
成神经肽, 所以它们有共同的Ｎ末端顺序 。
腺病毒的晚期蛋白是一个复合转录单位, 含有５个
polyＡ位点和许多外显子, 它的初级转录物可以被剪接成
12种不同的 mRNA。 每种 mRNA由四个外显子组成, 前三
个外显子在所有的 mRNA中都是一样的, 而后一个外显子
则各不相同 。
这种可以加工成不同的ｍＲＮＡ的初级转录物称为 复
合转录单位 。
小鼠可以在肝脏和唾腺中合成淀粉酶，两者是有同一个基
因编码，但具有不同的前导序列。
exon L intron exon S intron exon 2 intron exon 3
50bp 2800bp 161bp 4500bp 205bp 327bp
L 2 3 S 2 3
肝脏 唾腺
五,RNA编辑（ RNA edition）
1986年 Benne等在布氏锥虫及簇生短膜虫中发现，
它们的线粒体的 cox II（细胞色素 C氧化酶亚基 II）
基因的 mRNA含有 4个非基因组编码的 U残基，正
是因为它们的插入而抑制了原来基因的移码突变，
形成完整的开放阅读框，产生了有活性的 cox II。
以后在一些植物的线粒体 mRNA、哺乳动物某
些核基因 mRNA、某些病毒的 mRNA也陆续发现。
甚至有些基因还进行了相当大范围的改动，达序列
的 50%，甚至 60%（如线粒体的 cox III）。由于原
基因与 mRNA在序列上有非常大的差异，因此有人
将原基因称为 模糊基因（隐秘基因, cryptogene）
模糊基因的类型,
?I型：内部编辑的模糊基因
?II型,5’端编辑的模糊基因
?III型：泛编辑的模糊基因
RNA编辑的类型,
包括核苷酸的插入、取代及删除等。
RNA编辑的可能机理,
RNA编辑与细胞内的一类小分子 RNA
（ 50~70bp）有关，它们的作用是为插入或删除 U
提供模板，因此称为指导 RNA（ guide RNA，
gRNA）。
gRNA的 5’端可以与被编辑的 RNA互补配对，从
而确定被编辑的区域，称为锚区。不能与锚区配对
的 mRNA的第一个核苷酸成为被编辑的对象。
gRNA的 3’端有 5~25个寡聚 U，是提供（添加） U或
接受（删除） U的区域，即活性区域。
RNA编辑的生物学意义,
?RNA编辑的普遍性：从病毒到哺乳动物，从线粒体基因
到核基因都存在。
?RNA编辑的多样性：从内部编辑到泛编辑；从起始密码、
终止密码到移码序列的消除或建立，使一个意义模糊的基
因（模糊基因）变成一个有意义的 mRNA。
?RNA编辑的特异性：编辑具有种的特意性及组织的特异
性，是一种遗传的特征，是遗传信息加工的一种重要形式。
?RNA编辑的存在问题,RNA编辑的遗传信息是如何编码
的？是一种古老的遗传信息的加工方式？是对中心法则的
一个挑战？
第五节 翻译水平上的调控
一, 稀有密码子与翻译调控
稀有密码子,指在一般情况下利用率很低的密
码子 。
E.coli的 dnaG（ 编码冈崎片段前ＲＮＡ引物的聚
合酶 ）, rpoD（ 编码 RNA polymerase的 ζ亚基 ）
和 rpsU（ 编码核糖体上的一种小分子蛋白质 S２１ ）
同属一个操纵子 (rpsU-dnaG-rpoD),但三个基因的
产物却不太相同, dnaG产物有 50个拷贝, rpoD产
物 2800拷贝, rpsU产物 40000拷贝 。
考察 dnaG的密码子并与 rpoD和另外 25种非调
控蛋白的密码子进行比较, 发现在密码子的利用上
dnaG与它们有明显的不同, dnaG基因使用了许多
的稀有密码子, 例如 Ile的密码子 AUA在 dnaG基因
的利用率特别高 。
密码子使用情况比较 （ %）,
Ile密码子 AUU AUC AUA
25种非调控蛋白 37 62 1
dnaG 36 32 32
rpoD 26 74 0
除了 Ile以外，还有,UCG(Ser),CCU(Pro)、
CCC(Pro),ACG(Thr),CAA(Gln),AAU(Asn)、
AGG(Arg)等密码子。
其他一些调节蛋白，如,lacI,araC,trpR等基
因的产物在细胞内的含量也很少，这些基因密码子
的使用频率与 dnaG基因相似而明显不同于非调控
蛋白。
稀有密码子对翻译的调控机制是由于细胞内相
应的带有反密码子的 tRNA含量较少，影响了蛋白
质的翻译。
在真核生物中同样发现利用稀有密码子进行调
控的现象。
二, 重叠基因与翻译调控
等克分子的关系结合成为一个四聚体的 。 那么细胞
内是如何控制这种等克分子产物的合成呢？ 通过分
析Ｄ基因和Ｅ基因的交接处发现：
E Thr Phe stop
ACUUCCUGAUGGCU
Met Ala D
其中Ａ是两个基因的重叠部位 。 当Ｅ基因翻译
到终止密码子时, 马上启动Ｄ基因的翻译, 这种现
象在许多噬菌体基因组中经常发现 。 这种利用重叠
基因的方式使两基因的产物保持一致的现象称 翻译
偶联现象 。
三、反义 RNA与翻译调控
反义 RNA（ anti-sense RNA）早期也称为 mic RNA
（ mRNA-interfering complementary RNA，干扰
mRNA的互补 RNA。
例 1,E.coli的外膜孔蛋白 （ outer membrance protein）
这是一类与渗透压调节的蛋白质, 在 E.coli中与
ompF,ompC及 ompB三个基因有关, 其中Ｃ和Ｆ
是结构基因, Ｂ是调节基因 。
当外界渗透压升高时, Ｃ基因产物量增加而Ｆ
基因的产物量下降, 两者维持恒定的总量 。
研究发现，Ｃ基因可以双向转录，除转录出Ｃ
基因的 mRNA外，还可反向转录一段 174bp的 RNA，
这一 RNA与Ｆ基因有较强的同源性，可与Ｆ基因
的 mRNA发生互补，从而阻止Ｆ基因 mRNA的翻译。
这一 174bp的 RNA就称反义ＲＮＡ。
micF omp C omp F
例 2：转座子 Tn10的转座酶基因有两个启动子，一
个位于结构基因的上游，启动转座酶基因的转录。
另一个位于结构基因内部启动反方向转录反义
RNA。反义ＲＮＡ可与转座酶基因 RNA互补而中
止转座酶基因的翻译。从而调控细胞内 Tn10的拷
贝数。
启动子 1——转座酶基因
启动子 2——反义 RNA
利用反义 RNA原理，进行肿瘤或爱滋病基因
治疗是目前临床应用的主要手段之一，也是基因治
疗研究的主要方向。
第一节 原核基因转录的启动与终止
一、启动子
启动子 （ promoter）,转录的起始和链的选择信号的ＤＮ
Ａ核苷酸顺序就称为启动子, 这个位点也是ＲＮＡ聚合酶
的结合起点 。
?启动子的结构：１９７５年 Pribnow采用保护法先后测定
了包括Ｔ４噬菌体及 E.coli在内的 46个不同来源基因的Ｒ
ＮＡ聚合酶的保护区域, 发现发现保护区段长度为
41~44bp,范围在 -20~+20之间, 分析这一序列发现在－１
０区有一保守顺序：
T40A41T25A29A30T46G17/46
89 89 50 65 65 100 37%
这一顺序称为 -10区 或 pribnow顺序 （ pribnow box)。
附：保护法：将 DNA与 RNA聚合酶结合后，加入
DNase I水解后得到的不被水解的保护片段。
Shall利用保护法得到的 DNA片段提纯后，加入
RNA聚合酶发现 RNA聚合酶不能与 DNA片段结合，
说明在被保护的 41~44bp的 DNA区段外还有与 RNA
聚合酶结合有关的序列。因此他采用较温和的核酸
外切酶（ S1核酸酶）及 足迹法 进行分析，发现被
保护的区域有 60bp（ -40~+20），在 -35区还有一段
保守序列：
T38T37G35A27C29A26/46
85 83 81 61 69 52 %
这一序列称为 -35区 或 sextama顺序 （ Sextama box).
附：足迹法（ foot printing）：用于分析蛋白质与
DNA结合的一种常用方法。
蛋白质结合位点 1
蛋白质结合位点 2
从左到右蛋白质浓度增加
整个启动子应包括 -10和 -35两个区域。
说明：
?这两个区域的顺序来自于 E.coli,它并不代表所有原
核生物。
?定点突变的结果表明，启动子的作用是整个区域
而不是单个核苷酸，但单个核苷酸的突变会导致转
录水平的上升或下降，特别是 A/T突变为 G/C下降
更明显。
?启动子的功能：是 RNA聚合酶结合的位点，决定
转录的起始位点及链的选择。 -10区是核心酶结合
的位点,-35区是 ζ因子结合的位点。
?CRP结合位点 （ cAMP reception protein binding site)
原核生物的基因上游除了含有启动子外, 在某些
编码 分解代谢的操纵子 前面还有一些与某种调节因
子相结合的位点, 从而对基因的表达起调控作用 。
其中研究得较多的是 E.coli乳糖操纵子与 cAMP受体
蛋白的结合位点, 这个位点也称为 CAP 位点
（ catabolite gene activation protein site), 位于 -50~
-70之间, 含有两小段回文对称结构：
Ｃ ＡＡＴ ＴＡＡＴ ＧＴＧＡＧ ＴＴＡＧ ＣＴＣＡ
Ｃ ＴＣ ＡＴＴ Ａ
二、起录点,SD顺序及起译点
?起录点,所谓的起录点是指转录的起始点。这一
位点位于启动子 -10区的下游 10bp处，原核生物基
因起录点附近的三个核苷酸，大多数基因是 CAT，
所以在原核生物中也常用 CAT表示起录点。但并不
是绝对的，有时会有变化，如 CAC,TAC等。一般
来说，起录点可用 PyA/gPu表示（ A/g表示大多数
情况下是Ａ，少数情况下是Ｇ）。转录就是从 A/g
位点开始。
?翻译识别点 （ SD顺序 ）,这一位点是核糖体识别并与
mRNA结合的位点 。 在每个基因起始点的下游都有一小段
富含嘌呤的顺序与 5’AGGAGG3’ 。 这一顺序可与核糖体
３０Ｓ亚基上的 16S rRNA的３ ’ 末端富含嘧啶的顺序
５ ’ CCUCCU３ ’ 互补, 这一顺序就称为 Shine-Dalgarno
（ SD顺序 ） 。
典型的 SD顺序是 AGGAGG,但事实上在这 6bp中, 只
要有连续的３个以上 bp与 CCUCCU互补, 便可作为核糖体
的识别顺序, 但是 SD的长度会直接影响ｍＲＮＡ与核糖
体结合的紧密度, 从而影响翻译效率 。
SD顺序位于起录点下游, 起译点上游, 距起译点５
－１６ bp,而与 CAT的距离变化较大 。
?起译点,所谓的起译点就是翻译的起始位点 。 在原核生
物中一般是ＡＴＧ, 极少数是ＧＴＧ, 编码ｆＭｅｔ 。
三, 转录的终止
’ 末端往往有一段特定的,
有终止转录作用的顺序, 这段顺序称为转录终止子,
简称终止子 （ terminator） 。
?终止子的结构,1975年 Rosenberg分析了原核生物
和噬菌体的２０个基因的顺序发现在终止部位上游
20± 4bp处都有一小段反向重复序列 （ 回文序列 ）,
从而使转录出为的ＲＮＡ具有特定的颈环结构 。 这
一结构对终止转录起着决定性作用 。
?,
把终止子分为不依赖 ρ蛋白的终止子 （ 即强终止子 ）
和依赖于 ρ的终止子 （ 弱终止子 ） 。
强终止子与弱终止子在结构上的区别在于强终
止子在回文区内富含 G/C对而回文区的下游区有
6~8对 A/T对 。 相反, 弱终止子在回文区内 G/C对含
量较少, 下游区 A/T对含量较少 。
根据终止子所处的位置, 可以把终止子分为存
在于基因末端的终止子和存在于基因内部的终止子
（ 弱化子 ） 。
以上几类终止子的终止作用大都发生在离反向
重复顺序的对称中心下游２０ｂｐ处 。
大
肠
杆
菌
色
氨
酸
操
纵
子——
强
终
止
子
噬菌体 λ的
TR1终止
子 ——弱终
止子。
?终止子的作用机制：终止子的作用机制的详细情
况还不清楚, 现在一般认为, 当ＲＮＡ链转录到终
止信号时, 在ＲＮＡ链上可形成颈一环结构从而诱
导终止作用的产生, 在终止作用过程中还有一些辅
助蛋白如 ρ蛋白 。
CAT SD ATG TGA Ter
-35 -10 +1
上游
Leader sequence 转录区
编码区
单顺反子转录单位
CAT SD ATG TGA ATG TGA TerCRP -35 -10 +1
上游
Leader sequence 转录区
编码区 编码区
下游
下游多顺反子转录单位
四、总结
第二节 原核基因转录的启动与终止
真核生物有三种 RNA聚合酶分别识别不同的启
动子，其中 RNA pol I位于核仁，负责转录 rRNA；
RNA pol II位于核质，负责转录 mRNA； RNA pol
III位于核质，负责转录 tRNA及 5s rRNA。这里主要
介绍 RNA pol II负责转录的基因，这些基因也称 II
类真核基因 。
一、真核生物的启动子
真核生物启动子的研究方法除采用保护法和足迹法
外，更多地是采用所谓的 反向遗传学（ reverse
genetics)的方法进行研究。
真核生物的启动子大概包括以下几个位点：
１, TATA顺序 （ TATA box）
1979年 Goldberg首先注意到真核生物基因上游
-25~-30处有一段与 Probnow相似的保守顺序：
A23/56 T20/49 (41/%)T
37/90A39/95T37/90A35/85 A37/90T
18/44 A14/34
在这段顺序中, 头三个和倒数第二个核苷酸是
高保守的 。 TATA顺序除了可启动转录外, 它的位
置的准确性有保证转录起始从精确位置上开始的作
用 。
２, CAAT顺序 （ CAAT box）
CAAT顺序位于 -70~-80处, 比较保守的一致顺序
是：
GGC CAATCT
３, GC顺序 （ GC box）, 也称远端因子 （ distal
element）, 位于 -80~-100处, 其基本顺序是：
GGGCGG
C
T
说明：
?上述三段顺序并不是存在于所有真核生物的所有
基因, 其中 TATA box分布较广, 位于几乎所有
RNA polⅡ 转录的基因的前端 。
?三段顺序都不是绝对不变的, 不同的基因其顺序
可能相差较大 。
?人工定点突变说明, 这三段序列的任何一个单核
苷酸突变都将使基因的转录水平改变 （ 上升或下
降 ）, 但并不使转录完全停止, 说明起作用的功能
单位并不是单个核苷酸 。
二, 增强子 （ enhancer）
,还与
一段称为增强子的顺序有关 。
1,核心顺序：增强子的长度相差较大, 可达几十
到几百个核苷酸, 其顺序变化也比较大, 但都含有
一段较相近的核心顺序 （ core sequence）,
GTGG GAAATTT
２, 作用：其作用是使转录能力大大提高, 可达几
百至上千倍 。
３, 作用特点：增强子与启动子有几个明显不同的
特点：
?作用没有方向性, 不论位于基因上游, 下游或基
因内部, 不论是３ ’ → ５ ’ 或５ ’ → ３ ’ 方向排列,
都可发挥正常作用 。
?具有种属和组织的特异性, 但对外源启动子能正
常发挥作用 。
?作用范围较广, 有几个Ｋｂ范围内有效 。
?顺式作用 。
三, 起录点核, 糖体结合顺序与起译点
,起录点：原核生物的起录点常是ＣＡＴ, 但
在真核生物中变化较大, 并不统一 。 但是刚开始转
录的第一个Ｎｔ也经常是Ａ, 少数是Ｇ 。
的加帽位点, 所以这一位点又称为 Capping site 简
称Ｃａｐ 。
２, 核糖体结合的顺序：真核生物的核糖体结合顺
序与原核生物的 SD顺序 （ AGGAGG） 明显不同 。
在真核生物中核糖体结合顺序是一段富含嘧啶的
TCCTTCC,这一顺序是ｍＲＮＡ与核糖体中１８
ＳｒＲＮＡ结合的位置 。
真核生物核糖体的结合过程还与 mRNA的帽结
构有关。在帽结合蛋白的介导下，核糖体 40S亚基
与 mRNA 5’端结合并沿 3‘端移动到 AUG的位点后，
60S亚基结合上去，开始蛋白质的翻译。
３, 起译点：真核生物的起译点与原核生物相同,
也是ＡＴＧ, 极少数是ＧＴＧ, 但不论ＡＴＧ或Ｇ
ＴＧ, 结合的都是Ｍｅｔ 。
四, 真核生物的终止子
真核生物终止子研究得不多, 还不很清楚, 但
已在组蛋白基因, SV40基因中发现类似于原核生
物的终止子 。
AACGGC CTTTTCAG GCCACCA
T T
T C
T A
C G
CT AG
C G
G C
AACG ACCAOH
C
T
G
A
五、总结
Enhancer TATA AATAAA Ter
CAAT Cap Ex,In,Ex.
AUG UGA
远上游区 近上游区 转录区
编码区 编码区
第三节 基因活性的调控
一, 操纵子 (operon)
操纵子大体上可以分为负控制诱导体系, 负控
制阻遏体系, 正控制诱导体系和正控制阻遏体系四
大类型 。
1.负控制诱导体系 ——乳糖操纵子
负控制：指酶的合成受阻遏物的影响, 在阻遏
物存在下酶不合成, 而当阻遏物不存在或失活时,
酶可合成 。
?乳糖操纵子调控的分子机制
lac I lac P lac O lac Z lac Y lac A
1100bp 90bp 35bp 3062bp 800bp 800bp
GTGAGTTAGCTCAC
（ CRP位点,-87~-49）
-35 -10
TGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACA
-8 -5 +1 +21 +27
CRP
RNA pol 阻遏蛋白（四聚体）
-48 –35 -10
-49-87
-8 -5 +1 +5 +21 +27
TGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACA
基因 核苷酸对 氨基酸 /分子量
（ KD）
功能单位 /分子量
（ KD）
I 1100 360/38 四聚体 /152
Z 3062 1201/125 四聚体 /500
Y 800 275/30 单体
A 800 275/30 二聚体 /60
2.负控制阻遏体系：
,导
致阻遏物的激活并与操纵基因结合, 使基因关闭,
酶不能合成 。 这种类型的操纵子常见于与合成代谢
有关的操纵子 。
trp操纵子
3.正控制体系
指基因的转录受激活物的影响，在激活物的存
在下，基因才可转录。
如上述的乳糖操纵子的 CRP位点,40年代发现
了葡萄糖效应，研究发现 crp基因编码的产物 CRP
与 cAMP结合或形成 cAMP-CRP复合物，该复合物
与乳糖操纵子的 CRP结合位点结合或会促使乳糖操
纵子的转录。当细胞内存在葡萄糖时，葡萄糖的代
谢中间产物会抑制 cAMP环化酶的活性，导致细胞
内 cAMP水平下降，操纵子转录水平下降。
CRP作用机理：目前有两个学说
?变构学说：认为 cAMP-CRP与 CRP位点结合后导
致 DNA构型的局部改变，促使 RNA pol与启动子的
结合。
?双启动子学说：认为乳糖操纵子有两个启动子 P1
和 P2,P1与 RNA pol结合能力低但转录效率高； P2
与 RNA pol结合能力高但转录效力低。在无 cAMP-
CRP时 RNA pol优先与 P2结合但转录效率很低，有
cAMP-CRP时,cAMP-CRP与 CRP结合位点结合从
而覆盖了 P2，此时 RNA pol与 P1结合，转录效率高。
总
结
：
四
类
操
纵
子
调
控
模
型
二、弱化子（ attenuator,也称衰减子）：
原核生物有些与氨基酸合成有关的操纵子，如
trp,his,ile等操纵子，含有两个终止子。一个位
于操纵子的末端，为正常的终止子，另一个位于操
纵子的上游前导区，有调控基因转录的功能，称为
弱化子。
弱化子在结构上是一个反向重复序列，可以形
成发夹式结构。如 trp操纵子的反向重复序列有四
个区域（ 54~68,74~92,108~121,126~134）可
以互补配对，可形成 1,2和 3,4的配对或 2,3的配
对。
调控机理：由于原核生物的转录与翻译偶联，并且
在上游 +54~+59处有两个 Trp密码子（ UGG），翻
译到此处时：
如果细胞内有较多的 Trp，核糖体可以很快地
通过此处而占据 1区和 2区，从而导致 3区和 4区配对，
形成终止子结构，转录被终止。
如果细胞内 Trp含量少，核糖体到达此处时将陷入
停顿，此时核糖体只占据 1区，导致 2区与 3区的配
对,4区处于游离状态，转录可以继续下去。
这是一种通过翻译过程来调控转录的现象。
三、调节子与真核生物的协同调控
?原核生物的调节子：指一个调节基因所发出的信
息同时控制几个操纵子的表达, 我们将这些操纵子
称为一个调节子 。
例如,大肠杆菌 与 Arg合成有关的基因共有 8个,
分处 5个操纵子, 这 5个操纵子都受 1个调节基因的
调控 。
R A G D B C E H F
?真核生物的协同调控
1969年,Britten & Davidson在原核生物协同的
启发下，提出了真核生物协同调控的模型，称
Britten-Davidson模型。
外
界
刺
激
因
子
80年代以后才陆续有一些证据支持这一假设：
?酵母与 His合成有关的基因有四个，这四个基因 5’
端都有一段 TGACTC的共有序列（ consensus
sequence)。野生型酵母在氨基酸饥饿的情况下，这
四个基因都能转录，但如果缺失共有序列的基因则
不能转录。
?果蝇的热诱导蛋白（ heat shock protein HSP）是一
组热诱导下表达的蛋白质，这些蛋白质的 5’端上游
都有一段共有顺序 CTNGAATNTTCTAGA。缺失这
一顺序，在热诱导下基因不再表达。将这一序列接
在 tk基因（胸苷激酶基因）的 5’端，可使 tk基因变
为热诱导的。
?同源异型盒（ hemeo box）
同源异型盒的发现或许可以认为是真核生物基因的
协同调控的证据之一 。 并获 1995年诺贝尔奖 。
在研究果蝇的胚胎发育时发现控制果蝇胚胎发
育过程中有许多主基因 （ master gene,指可以调节
控制许多其它相关基因的活性的基因 ） 。 这些主基
因都含有一段高度保守的, 长约 180bp的顺序, 这
一顺序称为同源异型盒 （ hemeo box） 。 具有同源
异型盒的基因称同源异型基因 。
同源异型盒 180bp的序列编码一段富含碱性氨
基酸的肽段, 一旦这些主基因发生突变将产生非常
严重的外观畸型, 所以估计, 这些主基因编码的蛋
白质都有一段富含碱性氨基酸的肽段, 而富含碱性
氨基酸肽段的蛋白质是一个ＤＮＡ结合蛋白, 可以
调节许多其它基因的活性 。 按照这个假说, 可以认
为含有同源异型盒的基因 （ 称同源异型基因, 是主
基因的一种 ）, 类似于操纵子中的调节基因 。
果蝇控制胚胎体节发育的基因至少有 8个，分处
两个基因复合体，分别称头角足复合体（ 5个基因）
和双胸复合体（ 3个基因）。这些基因的突变将带
来严重的后果。
同源异型盒基因除了在果蝇中发现外，在人、
老鼠、蛙类中均有发现，并具有和高的同源性。
老鼠 MO-10，蛙 MM3及三个果蝇同源异型盒的同源性比较
四, ＤＮＡ甲基化作用
,胞嘧啶约有２－７ ％ 是甲
基化的, 这些甲基化的胞嘧啶往往出现在ＣＧ顺序
中 （ m5C） 。 由于这二个Ｎｔ是自身互补的, 并且
细胞内含有维持甲基化的酶, 所以在ＤＮＡ的两条
链上总是同时出现甲基化现象 。
ＤＮＡ甲基化作用是到目前为止在真核生物的调节
中唯一可以遗传的 。 经半保留复制后, 子链中的一
条链是甲基比的, 另一条新链随即可在甲基化酶的
作用下进行甲基比 。 所以推测甲基化作用可能在胚
胎发育中起调节作用, 它可以使某一细胞产生的子
代表达哪些基因, 从而决定某种发育命运 。
DNA甲基化可在细胞间遗传, 因此有人提出了, 后
生遗传, 的概念 。
ＤＮＡ甲基化与基因活性调节的关系目前还不很清楚 。
已知在染色质发生变化而对 DNase I敏感的部位 （ 一般是
活性转录的位点 ） 往往伴随着去甲基化作用 。 体外实验证
据也表明, 甲基化的基因转录活性低, 而去甲基化的基因
转录活性高 。 至于甲基化作用是如何控制基因转录活性的,
目前还不清楚 。
五、免疫球蛋白的基因重排（ rearrangment）
在除淋巴细胞以外的体细胞和生殖细胞中, 免
疫球蛋白基因在基因组上是由多个基因片段编码的 。
编码可变区的基因 （ Ｖ基因 ） 有许多个, 编码恒定
区的基因 （ Ｃ基因 ） 也有几个, 这两类基因是, 独
立, 的, 但都不能以独立的单独进行表达 。 它们必
须在淋巴细胞的发育过程中, 使Ｖ基因和Ｃ基因连
接在一起, 才能组成一个完全的有功能的基因, 才
可进行表达 。 在淋巴细胞中这种Ｖ－ J的连接过程
就称为基因重排, 或者称为体细胞重组 （ somatic
recombination）
基因重排的分子机理：
免疫球蛋白基因的重排是通过反向重复序列形
成径环结构，而后由专一的酶系进行切割和连接。
免疫球蛋白类群的转换：
根据链恒定区的不同, 可以将免疫球蛋白分为
五类, 即 IgM,IgG,IgE,IgD和 IgA,其对应的重
链分别称为 μ,ｒ, ε,δ和 α链 。
在免疫应答过程中, 免疫球蛋白的分泌常进行
类群的变换, 最早分泌的免疫球蛋白是 IgM,而后
是 IgG（ 即 μ -ｒ变换 ） 。 这种变换必然是以免疫球
蛋白Ｃ基因的变换为基础的, 我们将免疫球蛋白Ｃ
基因的这种变换作用称为类群的转换 （ class
switching,也称转辙 ） 作用
重链转换的机理与 V-J或 V-D-J拼接的机理不同，
他不是通过反向重复序列产生径 -环结构完成的，
而是通过转换区 S为中介进行的。 S区为一些较短
片段的重复，拼接时由两 C基因间的 S区进行重组，
去除中间的区域。
第四节 ＲＮＡ的加工与调控
出来的ＲＮＡ的大小不同, 原先转录出来的ＲＮＡ
总是比较大, 称为前体, 从前体转变为成熟的ＲＮ
Ａ的过程称为加工 （ processing） 。
对原核生物而言, 目前仅发现ｔＲＮＡ和ｒＲ
ＮＡ有加工过程 。
本节主要介绍真核生物的ｍＲＮＡ加工工程及
其与基因表达有关的调控过程。
RNA加工包括三个步骤：
一、５ ’ 端加帽
５ ’ 端的所谓帽结构是一个 7-甲基鸟嘌呤
（ m7GpppNm） 。 m7Ｇ与下一个核苷酸 （ 即原初转
录物的第一个核苷酸, 常是Ａ或 G） 的连接为５ ’
－５ ’ 连接, 这种结构称为相对核苷酸结构
（ confronted nucleotide structure） 。
过程：
pppGpNp--- ppGpNp----
ppGpNp----+GTP GpppGpNp----
GpppGpNp---+SAM m7GpppGpNp--
核苷酸磷酸水解酶
mRNA鸟苷酸转移酶
mRNA嘌呤 7-甲基转移酶
m7GpppGpNp--+SAM m7GpppGmpNp--2’O-甲基转移酶
帽结构的功能：
?促进ｍＲＮＡ与核糖体结合。帽结构为核糖体与
mRNA的结合提供信号，能够促使核糖体与 RNA的
结合，但不是决定性的。
?增加ｍＲＮＡ的稳定性。 避免 5’核酸外切酶的水
解。
二, 3’端加尾
?ＲＮＡ裂解信号：在大多数真核生物的基因的３ ’
端有一段ＡＡＴＡＡＡ顺序, 多聚腺苷酸化就发生
在这段顺序下游的 14~20bp处, 这一顺序就称为Ｒ
ＮＡ裂解信号 。 其作用就是指导核酸内切酶在下游
14~20bp处将ＲＮＡ裂解, 并在 polyＡ多聚酶作用
下加上 50~200个腺苷酸组成的ｐｏｌｙＡ 。
?功能：ｐｏｌｙＡ的功能还不很清楚, 估计与下
列几个方面有关,（ １ ） 与ｍＲＮＡ运入细胞质有
关； （ ２ ） 延长ｍＲＮＡ的寿命； （ ３ ） 可控制翻
译效率
三, hnＲＮＡ的剪接 （ splicing）
ｍＲＮＡ上, 在ｍＲＮＡ成熟过程中必须切除内含
子, 使几个外显子拼接起来, 这一过程称为ｍＲＮ
Ａ的剪接 （ 或称拼接 ） 。
?剪接的识别信号
,否则将会打乱
mRNA上的阅读框从而带来相当严重的后果 。 要保
证切除的准确性, 可能与许多因素有关, 就目前所
知其最关键的因素是内含子 ——外显子的边界顺序,
即内含子与外显子的接头 （ exon-intron junction） 。
接头顺序,考察了包括人, 小鼠, 兔, 爪蟾, 酵母
等不同生物来源的基因的 90个供体 （ 指内含子 5’
断区域 ） 和 85个受体 （ 内含子 3’端区域 ）, 发现
这两个区域都没有广泛的同源性, 但有一个非常保
守, 很短的接头顺序, 即在内含子的５ ’ 端为ＧＴ,
３ ’ 端为ＡＧ, 这四个碱基是高度保守的, 称为
GT-AG法则 或 Chambon法则 （ Chambon rule） 。
A 32 38 59 9
G 20 11 12 68
C 25 37 13 4
T 23 4 12 9
0 0 50 61 9 14
90 0 30 12 77 9
0 0 4 8 1 11
0 90 6 9 3 56
A 4 6 20 3 85 0
G 7 5 19 1 0 85
C 31 27 25 63 0 0
T 43 47 21 18 0 0
19 11 24
40 27 19
17 15 26
9 32 19
供
体
受
体
ＧＴ－ＡＧ虽然很短, 但对于剪接则是必须的, 一
旦发生突变往往会带来相当严重的后果 。 不论是Ｇ
Ｔ或ＡＧ突变, 其结果是在ＧＴ或ＡＧ附近有相同
顺序的位点进行剪接 （ 即所谓的潜在位点的活化 ）,
合成无效的蛋白质 。
接头顺序以外的因素,虽然发现了ＧＴ－ＡＧ法则,
但是在基因内肯定会有不少并不起剪接作用的ＧＴ
或ＡＧ （ 即所谓的潜在位点 ） 的存在, 如何保证在
正确的ＧＴ－ＡＧ位点上进行剪接肯定还有其它因
素的影响, 只是目前还了解得不多 。 只在内含子 3’
端上游 20~50bp处有一保守序列：
PyNPyTPuAPy （ Py嘧啶, Pu嘌呤 ）
?剪接机理
虽然发现了ＧＴ－ＡＧ法则及边界以外与剪接
有关的顺序, 但还不能说明剪接的机理 。 目前有一
些证据说明核内一些小分子ＲＮＡ (共有六种 ） 可
能与内含子的剪接有关, 这些核内小分子ＲＮＡ
（ small nuclear RNA,sｎＲＮＡ ） 由 100~400个 bp
组成, 相当于 6~8s,每个细胞内含 104~106个分子,
因为这些小分子ＲＮＡ富含尿嘧啶 （ ｕ ） 故而以
U1,U2……等表示 。 其中以 U1最为重要 。 snRNA的
碱基排列非常保守, 例如人和小鼠的 U1只有２个
bp的差异 。
现在知道它是通过 U1 RNA形成一个套索结构,
然后在多个蛋白质 （ 酶 ） 的参与下完成剪接 。
四、其他类型内含子的剪接
内含子至少可以分为三种类型：
自我剪接,RNA剪接还有另外一种特殊的现象,
就是所谓的自身剪接 （ self-splicing） 。 1982年 Cech
等人发现四膜虫 rRNA的一个 413bp的内含子可以在
没有任何蛋白质存在下被正确切除, 所以不得不承
认ｒＲＮＡ有自身催化剪接的活性, 也将这种有催
化活性的ＲＮＡ称为核糖核酸拟酶 （ ribozyme） 。
根据内含子的结构差异及剪接机理的不同, 自
身剪接的内含子分为 I型和 II型两种 。
I
型
内
含
子
的
自
身
剪
接
模
型
II
型
内
含
子
的
自
身
剪
接
模
型
1982年 Cech等人报道了 RNA自身剪接反应之后,
许多学者对ＲＮＡ催化活性进行了许多研究, 并取
得了惊人的进展, 1983年, Altman和 Pace两个小组
证明了细菌核糖核酸酶 RNaseＰ中的ＲＮＡ部分具
有催化活性 。 1986年 Cech进一步证明四膜虫 rRNA
不仅可催化自我剪接, 而且具有核苷酸转移酶, 磷
酸二酯酶 （ 核糖核酸酶 ）, RNA限制性内切酶,
磷酸转移酶和磷酸酯酶等多种活性 。 1987 年
Uhlenbeck实验室人工合成了具有催化活性的１９
Ｎｔ组成的寡核糖核苷酸 。 1989年, Szostak和
Cech报道ＲＮＡ催化剂能催化ＲＮＡ自我复制,
这些证据足以证明ＲＮＡ是一种真正的生物催化剂,
正日益受到人们的瞩目 。
五、差别加工和基因调控：
大鼠甲状腺中合成的降钙素和脑下垂体合成的神经肽
是来自于同一个初级转录物, 在这个初级转录物中有两个
polyＡ加尾信号, 在甲状腺是用第一个 polyＡ加尾信号合
成降钙酸, 而在脑下垂体中利用第二个 polyＡ加尾信号合
成神经肽, 所以它们有共同的Ｎ末端顺序 。
腺病毒的晚期蛋白是一个复合转录单位, 含有５个
polyＡ位点和许多外显子, 它的初级转录物可以被剪接成
12种不同的 mRNA。 每种 mRNA由四个外显子组成, 前三
个外显子在所有的 mRNA中都是一样的, 而后一个外显子
则各不相同 。
这种可以加工成不同的ｍＲＮＡ的初级转录物称为 复
合转录单位 。
小鼠可以在肝脏和唾腺中合成淀粉酶，两者是有同一个基
因编码，但具有不同的前导序列。
exon L intron exon S intron exon 2 intron exon 3
50bp 2800bp 161bp 4500bp 205bp 327bp
L 2 3 S 2 3
肝脏 唾腺
五,RNA编辑（ RNA edition）
1986年 Benne等在布氏锥虫及簇生短膜虫中发现，
它们的线粒体的 cox II（细胞色素 C氧化酶亚基 II）
基因的 mRNA含有 4个非基因组编码的 U残基，正
是因为它们的插入而抑制了原来基因的移码突变，
形成完整的开放阅读框，产生了有活性的 cox II。
以后在一些植物的线粒体 mRNA、哺乳动物某
些核基因 mRNA、某些病毒的 mRNA也陆续发现。
甚至有些基因还进行了相当大范围的改动，达序列
的 50%，甚至 60%（如线粒体的 cox III）。由于原
基因与 mRNA在序列上有非常大的差异，因此有人
将原基因称为 模糊基因（隐秘基因, cryptogene）
模糊基因的类型,
?I型：内部编辑的模糊基因
?II型,5’端编辑的模糊基因
?III型：泛编辑的模糊基因
RNA编辑的类型,
包括核苷酸的插入、取代及删除等。
RNA编辑的可能机理,
RNA编辑与细胞内的一类小分子 RNA
（ 50~70bp）有关，它们的作用是为插入或删除 U
提供模板，因此称为指导 RNA（ guide RNA，
gRNA）。
gRNA的 5’端可以与被编辑的 RNA互补配对，从
而确定被编辑的区域，称为锚区。不能与锚区配对
的 mRNA的第一个核苷酸成为被编辑的对象。
gRNA的 3’端有 5~25个寡聚 U，是提供（添加） U或
接受（删除） U的区域，即活性区域。
RNA编辑的生物学意义,
?RNA编辑的普遍性：从病毒到哺乳动物，从线粒体基因
到核基因都存在。
?RNA编辑的多样性：从内部编辑到泛编辑；从起始密码、
终止密码到移码序列的消除或建立，使一个意义模糊的基
因（模糊基因）变成一个有意义的 mRNA。
?RNA编辑的特异性：编辑具有种的特意性及组织的特异
性，是一种遗传的特征，是遗传信息加工的一种重要形式。
?RNA编辑的存在问题,RNA编辑的遗传信息是如何编码
的？是一种古老的遗传信息的加工方式？是对中心法则的
一个挑战？
第五节 翻译水平上的调控
一, 稀有密码子与翻译调控
稀有密码子,指在一般情况下利用率很低的密
码子 。
E.coli的 dnaG（ 编码冈崎片段前ＲＮＡ引物的聚
合酶 ）, rpoD（ 编码 RNA polymerase的 ζ亚基 ）
和 rpsU（ 编码核糖体上的一种小分子蛋白质 S２１ ）
同属一个操纵子 (rpsU-dnaG-rpoD),但三个基因的
产物却不太相同, dnaG产物有 50个拷贝, rpoD产
物 2800拷贝, rpsU产物 40000拷贝 。
考察 dnaG的密码子并与 rpoD和另外 25种非调
控蛋白的密码子进行比较, 发现在密码子的利用上
dnaG与它们有明显的不同, dnaG基因使用了许多
的稀有密码子, 例如 Ile的密码子 AUA在 dnaG基因
的利用率特别高 。
密码子使用情况比较 （ %）,
Ile密码子 AUU AUC AUA
25种非调控蛋白 37 62 1
dnaG 36 32 32
rpoD 26 74 0
除了 Ile以外，还有,UCG(Ser),CCU(Pro)、
CCC(Pro),ACG(Thr),CAA(Gln),AAU(Asn)、
AGG(Arg)等密码子。
其他一些调节蛋白，如,lacI,araC,trpR等基
因的产物在细胞内的含量也很少，这些基因密码子
的使用频率与 dnaG基因相似而明显不同于非调控
蛋白。
稀有密码子对翻译的调控机制是由于细胞内相
应的带有反密码子的 tRNA含量较少，影响了蛋白
质的翻译。
在真核生物中同样发现利用稀有密码子进行调
控的现象。
二, 重叠基因与翻译调控
等克分子的关系结合成为一个四聚体的 。 那么细胞
内是如何控制这种等克分子产物的合成呢？ 通过分
析Ｄ基因和Ｅ基因的交接处发现：
E Thr Phe stop
ACUUCCUGAUGGCU
Met Ala D
其中Ａ是两个基因的重叠部位 。 当Ｅ基因翻译
到终止密码子时, 马上启动Ｄ基因的翻译, 这种现
象在许多噬菌体基因组中经常发现 。 这种利用重叠
基因的方式使两基因的产物保持一致的现象称 翻译
偶联现象 。
三、反义 RNA与翻译调控
反义 RNA（ anti-sense RNA）早期也称为 mic RNA
（ mRNA-interfering complementary RNA，干扰
mRNA的互补 RNA。
例 1,E.coli的外膜孔蛋白 （ outer membrance protein）
这是一类与渗透压调节的蛋白质, 在 E.coli中与
ompF,ompC及 ompB三个基因有关, 其中Ｃ和Ｆ
是结构基因, Ｂ是调节基因 。
当外界渗透压升高时, Ｃ基因产物量增加而Ｆ
基因的产物量下降, 两者维持恒定的总量 。
研究发现，Ｃ基因可以双向转录，除转录出Ｃ
基因的 mRNA外，还可反向转录一段 174bp的 RNA，
这一 RNA与Ｆ基因有较强的同源性，可与Ｆ基因
的 mRNA发生互补，从而阻止Ｆ基因 mRNA的翻译。
这一 174bp的 RNA就称反义ＲＮＡ。
micF omp C omp F
例 2：转座子 Tn10的转座酶基因有两个启动子，一
个位于结构基因的上游，启动转座酶基因的转录。
另一个位于结构基因内部启动反方向转录反义
RNA。反义ＲＮＡ可与转座酶基因 RNA互补而中
止转座酶基因的翻译。从而调控细胞内 Tn10的拷
贝数。
启动子 1——转座酶基因
启动子 2——反义 RNA
利用反义 RNA原理，进行肿瘤或爱滋病基因
治疗是目前临床应用的主要手段之一，也是基因治
疗研究的主要方向。
