基因表達(dá)調(diào)控的研究發(fā)展

杜靜靜 ，馮書風(fēng)，馬 晨

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，河北保定071001；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河北保定071001）

基因一詞是1909年由生物學(xué)家Johansen提出來(lái)的，一開始都是用遺傳因子來(lái)表示的。而遺傳因子這一概念是1865年由孟德爾提出的，并提出了“遺傳因子”學(xué)說(shuō)，但這一說(shuō)法當(dāng)時(shí)并沒(méi)有廣泛引起其他人的注意。[1]基因論對(duì)于遺傳學(xué)來(lái)說(shuō)就相當(dāng)于原子論對(duì)于物理學(xué)，都是基礎(chǔ)，都是不可或缺的。Watson和Criek(1953)提出的“DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”為基因的功能和結(jié)構(gòu)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使人們對(duì)基因的根本得到了新的了解及新的看法[2]。根據(jù)對(duì)基因歷史的學(xué)習(xí)我們可以很明顯的看出人們對(duì)基因的認(rèn)識(shí)和了解，對(duì)生命的分析看法，是經(jīng)歷了一個(gè)從個(gè)體到細(xì)胞，再到分子水平的經(jīng)歷。將動(dòng)物的區(qū)分，人類和其他物種的差別歸因于DNA分子中的成分的組成和結(jié)構(gòu)的排列上，然而這個(gè)概念的完全分子化，用來(lái)解釋生物個(gè)體間的不同，差異的時(shí)候會(huì)顯得十分勉強(qiáng)[3]。

基因的命名不一定非得要描述這個(gè)基因的內(nèi)涵，但是要求能夠表現(xiàn)出這個(gè)基因的功能或者是它的特點(diǎn)，而且還要求簡(jiǎn)短。基因的名字使用的時(shí)候應(yīng)該像姓氏一樣便利，快捷[4]?；虻念愋陀泻芏?，例如，斷裂基因、重疊基因、移動(dòng)基因、假基因、基因家族等等。

Watson和Crick發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，此發(fā)現(xiàn)完美地解決了以下幾個(gè)問(wèn)題，基因是怎么完成復(fù)制，又是怎樣表達(dá)自己的，而且這一發(fā)現(xiàn)還統(tǒng)一地表明了基因的分子結(jié)構(gòu)[5]。

DNA作為遺傳物質(zhì)的重要組成成分，兩條多聚脫氧核苷酸鏈即組成DNA的基本組成成分憑借著相反的極性,相反的方向以平行的方式組合在一起構(gòu)成了它的結(jié)構(gòu),兩者之間有氫鍵連接，大體是雙螺旋結(jié)構(gòu)[6,7]。RNA分子與DNA分子的差異在結(jié)構(gòu)上主要表現(xiàn)為∶（1）核苷中的核糖不同（2）其堿基中沒(méi)有胸腺嘧啶T，只有尿嘧啶U。（3）RNA分子通常是單鏈分子。（4）RNA分子活性比較高，易降解 (5)生物的遺傳物質(zhì)若以DNA為主，則DNA相對(duì)RNA來(lái)說(shuō)分子鏈較長(zhǎng)但數(shù)目比較少[8,9]。

接下來(lái)要說(shuō)的是基因表達(dá)調(diào)控的具體步驟，首先要分原核生物和真核生物，原核生物是單細(xì)胞生物，而且原核生物沒(méi)有核膜[10]。原核生物的基因表達(dá)調(diào)控可以分為幾個(gè)層次，如下，（1）DNA 水平（2）轉(zhuǎn)錄水平（3）轉(zhuǎn)錄后加工水平（4）翻譯水平（5）翻譯后加工水平。以上最主要的調(diào)控方式是轉(zhuǎn)錄水平上的。調(diào)控的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)操縱子，例如，乳糖操縱子和色氨酸操縱子[11]。操縱子的概念是原核生物將控制某一代謝途徑以及功能相關(guān)的一組基因連續(xù)排列協(xié)調(diào)控制他們的表達(dá)的基因[12]。在復(fù)雜的基因組中，操縱子既可以根據(jù)所需基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的不同而選擇產(chǎn)生不同的產(chǎn)物,也可以根據(jù)多種機(jī)制精細(xì)調(diào)節(jié)基因的表達(dá)水平的方式，來(lái)保證其對(duì)環(huán)境的改變[13]。編碼分散產(chǎn)物的DNA序列是基因的功能,基因編碼的生成物既可以是蛋白質(zhì),又可以是RNA（包含兩種是轉(zhuǎn)錄RNA和翻譯RNA）。反式作用是指游離的基因運(yùn)動(dòng)至它要去的場(chǎng)所的過(guò)程[14]。反式作用因子的概念是影響基因表達(dá)調(diào)控的蛋白因子[15]。調(diào)節(jié)基因是指既可以編碼蛋白質(zhì)和RNA的基因又可以參與其他基因表達(dá)調(diào)控的過(guò)程的基因。阻遏蛋白是阻止基因的表達(dá)的一種物質(zhì)。控制操縱子的基因是操縱基因[16]。

原核生物的基因表達(dá)在轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控：轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控（乳糖操縱子）（1)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu) 乳糖操縱子具有三個(gè)與乳糖代謝有關(guān)的基因：編碼β-半乳糖苷酶的是lacZ，它可將乳糖水解為半乳糖和葡萄糖兩部分，除此之外，還能催化很少一部分乳糖異構(gòu)化為異乳糖；還有l(wèi)acY結(jié)構(gòu)基因和lacA結(jié)構(gòu)基因[16]。這三個(gè)結(jié)構(gòu)基因可以組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單元。(2)乳糖操縱子的阻遏與誘導(dǎo) 在沒(méi)有乳糖的情況下，調(diào)節(jié)基因lacI所編碼的阻遏蛋白以四聚體的形式和操縱基因結(jié)合，阻遏了RNAPol和啟動(dòng)子Plac的鏈接，因此關(guān)閉了結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，使lac操縱子處于受阻礙的狀態(tài)。（3）阻遏蛋白和操縱基因的相互作用（4）葡萄糖影響乳糖操縱子的表達(dá)。轉(zhuǎn)錄終止階段的調(diào)控主要是要弱化操縱子，調(diào)控終止階段操縱子受阻遏蛋白的抑制作用被解除，但是此時(shí)仍舊受弱化子的弱化作用，之后再抗終止作用，即抗終止蛋白阻止轉(zhuǎn)錄的終止作用。

真核生物的基因表達(dá)在翻譯水平上的調(diào)控：轉(zhuǎn)錄在真核生物細(xì)胞內(nèi)是發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)的，而翻譯是發(fā)生在核糖體上的，真核生物的細(xì)胞膜將細(xì)胞分隔為不同的功能區(qū)域。具體步驟是（1）mRNA結(jié)合蛋白對(duì)翻譯的調(diào)控（2）翻譯的激活作用由翻譯激活因子來(lái)完成[17]。

基因表達(dá)調(diào)控的發(fā)展是相當(dāng)迅速的，由一開始的 “遺傳因子”概念的出現(xiàn)到基因的出現(xiàn)及發(fā)展，再到現(xiàn)在基因表達(dá)調(diào)控的逐步探索，以及所取得的實(shí)驗(yàn)成果都離不開前輩的貢獻(xiàn)。我們現(xiàn)在站在巨人的肩膀上，更應(yīng)該努力學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，豐富自己的見識(shí)，提高自己的水平，為分子生物學(xué)的發(fā)展，基因表達(dá)調(diào)控的發(fā)展盡自己的一份力。

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