信号途径调节ABC A1基因的转录,促进细胞内胆固醇的流出,减少细胞内胆固醇的聚积,从而阻断泡沫细胞的形成,将可能成为防治动脉粥样硬化的新方法。
在影响ABC A1表达的同时,rexinoid也阻断了饮食中胆固醇的吸收,其可能的机制为:①Rexinoid活化二聚体RXR 和FXR,FXR活化后能明显减少7α2羟化酶的转录,7α2羟化酶是胆酸合成的限速酶,从而使胆酸合成减少,胆酸是小肠吸收胆固醇的必需物质,因而胆固醇的吸收减少。②Rexinoid 活化RXRΠLXR二聚体,诱导小肠内皮细胞ABC A1的表达,小肠内皮细胞中胆固醇的流出增加,也抑制了胆固醇的吸收。
有研究表明选择性PPARδ的配体G W501516也能够增加巨噬细胞、成纤维细胞和小肠细胞上ABC A1的表达,诱导载脂蛋白A1特异性胆固醇的外流,伴随剂量相关的血清H D L升高,小而致密LD L、空腹甘油三酯和空腹胰岛素下降,提示PPARδ的配体可能成为增加胆固醇逆向转运和降低心血管疾病的有效药物[14]。
Clee等[15]对ABC A1基因缺陷的杂合子进行研究,他们发现ABC A1基因缺陷的杂合子患者H D LC浓度降低,与年龄相关,且发生冠心病的危险性增加,并且证实H D LC的下降、冠心病的危险性增加与细胞内胆固醇流出减少以及胆固醇逆转运途径受损有关,提示增加ABC A1的功能可以增加H D L水平和预防动脉粥样硬化。此外有研究发现人体动脉粥样硬化的组织中巨噬细胞ABC A1表达增加,可能为动脉粥样硬化组织中巨噬细胞对脂质超负荷的反应性增加所致[16]。
4 展望
基于ABC A1在启动胆固醇逆转运过程的重要作用,目前已经证实ABC A1基因的变异可导致H D LC浓度降低,增加动脉粥样硬化的危险性,因此,需进一步在人群中明确人群中低HD LC患者ABC A1基因变异的频率,ABC A1微效多态性对冠心病患者HD LC浓度的影响;此外,部分ABC A1基因缺陷T D病患者并不发生冠心病,所以有必要探讨ABC A1基因型和表型之间的关系以及与其它基因的相互作用。
[参考文献][1] Brook2Wils on A,Marcil M,Clee S M,et al. Mutation in A BC1in T angier dis2
ease and familial high2density lipoprotein deficiency. Nat G enet,1999,22: 3362346
[2] Bodzioch M,Ors o E,K lucken J,et al. The gene encoding ATP2binding cas2
sette transporter1is mutated in T rangier disease. Nat G enet,1999,22:3472 352
[3] Rust S,R osier M,Funke H,et al. T rangier disease is caused by muations in
gene enconding ATP binding cassette transporter1. Nat G enet,1999,22:3522 355
[4] Marcil M,Brook2Wils on A,Clee S M,et al. Mutaion in the A BC1gene in fa2
miliar H D L deficiency with defective ch olesterol efflux. Lancet,1999,354:1 3412346
[5] Higgins CF. Flip2flog:the transmembrane translocation of lipids. Cell,1994,
79:3932395
[6] Francis G A,K aopp RH,Oram J F. Defective rem oval of cellular ch olesterol and
ph osph olipids by apolipoprotein A21in T rangier disease. J Clin Invest,1995, 96:78287
[7] Santamarina2F ojo S,Peters on K,K napper C,et al. C om plete gen omic se2
quence of human A BC A1gene:Analysis of human and m ouse ATP2binding cas2 sette A prom oter. Proc Natl Acad Sci USA,2000,97:79872992
[8] Eckardstein AV,N ofer JR,Assmann G. High density lipoproeins and atherole2
rosis role of ch olesterol efflux and reverse ch olesterol transport. Arterioscler Thromb Vasc Biol,2001,21:13227
[9] Vaisman B L,Lambert G,Amar M,et al. A BC A1overex pression leads to hy2
peralphalipoproteinemia and increased biliary ch olesterol excretion in transgenic mice. J Clin Invest,2001,108:3032309
[10] Oram J F,Lawn R M,G arvin MR,et al. A BC A1is the cam p2inducible apoli2
poprotein receptor that mediates ch olesterol secretion from macrophages. J Biol Chem,2000,275:345082511
[11] Wade DP,O wen JS. Regulation of the ch olesterol efflux gene,A BC A1.
Lancet,2001,20(357):1612163
[12] Venkates waran A,Lafitte BA,Joseph S B,et al. C ontrol of cellular ch olesterol
efflux by the nuclear oxysterol receptor LXRа. Proc Natl Acad Sci USA,2000, 97:120972102
[13] Hepa JJ,Turley S D,Locaccaro JA,et al. Regulation of abs orption and A BC12
mediated efflux of ch olesterol by RXR heterodimers. Science,2000,289:1 5242529
[14] Olive JWR,Shank JL,Snaith MR,et al. A selective peroxis ome proliferator2
activated receptorδag onist prom otes reverse ch olesterol transport. Proc Natl Acad Sci,2001,98:53062311
[15] Clee S M,K astelein JJ P,Dam Mv,et al. Age and residual ch olesterol efflux
affect H D L ch olesterol levels and coronary artery disease in A BC A1heterozy2
g otes. J Clin Invest,2000,106:12632270
[16] Lawn R M,Wade DP,C ouse T L,et al. Localization of human ATP2binding
cassette transporter1(A BC1)in n ormal and atherosclerotic tissues. Arterioscler Thromb Vasc Biol,2001,21:3782385
(此文编辑 朱雯霞)
[文章编号] 100723949(2002)1020520451204?文献综述?胆固醇氧化产物毒害性作用的研究进展
张明霞,周建科,梁俊红
(河北大学理化分析研究中心,河北省保定市071002)
[主题词] 胆固醇氧化产物; 胆固醇; 动脉粥样硬化; 致突变性
[摘 要] 胆固醇氧化产物可引起多种不良反应,如导致动脉粥样硬化,干扰固醇类代谢,诱导基因突变甚至致癌等,已引起广泛关注。本文就胆固醇氧化产物毒害性作用的研究进行综述。
[中图分类号] R543.1[文献标识码] A
胆固醇几乎存在于人体所有器官中,具有多种生理功能。在光、热、氧存在下易发生自氧化反应产生一系列氧化产物,这种反应被认为是人体内脂质过氧化的一部分。最常见的胆固醇氧化产物有:252羟基胆固醇、3β,5α,6β2胆甾烷三醇、5α,6α2环氧化胆固醇、5β,6β2环氧化胆固醇、62酮基胆固醇、72酮基胆固醇、7α2羟基胆固醇、7β2羟基胆固醇和胆甾烯酮等[1]。1966年Brooks 等报道了人动脉粥样斑块内含有胆固醇氧化产物(cholesterol oxidation product ,C OP )。1969年,
K ritchevsky 等分别用含结晶胆固醇和无定型胆固醇的饲料喂
养家兔,结果发现无定型胆固醇最易导致动脉粥样硬化(ath 2
erosclerosis ,As )发生,后来证实这些无定型胆固醇中含有C OP 。当时人们普遍认为高胆固醇血症是As 的主要危险因
素,并未对C OP 引起重视。80年代的研究发现,C OP 与胆固醇同时存在,结构相似,但生物学作用大不相同。90年代以来,对低密度脂蛋白(low density lipoprotein ,LD L ),特别是对氧化型低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein ,ox 2LD L )与As 关系的深入研究,发现ox 2LD L 含有大量的C OP ,且其毒性主要来自C OP ,从而引起研究者对C OP 的重视[2]。
[收稿日期] 2002204209 [修回日期] 2002209217
[作者简介] 张明霞,女,1970年9月出生,河北泊头市人,河北大学
在职硕士研究生。主要研究方向为色谱分离及其在生物医学中的应用。已发表论文3篇。周建科,男,1956年3月出生,河北辛集市人,研究员,硕士研究生导师。主要研究方向为痕量有机物色谱分离方法研究,已在国内外公开发表学术论文40余篇。本文通讯联系人。梁俊红,女,1976年10月出生,河北徐水县人,河北大学在读硕士研究生,主要研究方向为色谱分离及其在生物医学中的应用,已发表论文2篇。
1 胆固醇氧化产物的毒性作用机制
大量离体和活体实验都证明C OP 对多种细胞有毒害作用,但作用机制尚无定论。目前主要有四种假说:①C OP 抑制胆固醇合成学说。C OP 存在下,胆固醇合成限速酶32羟232甲基戊二酰C oA 还原酶受限,从而抑制胆固醇合成。胆固醇缺乏必然导致细胞膜的损害以及细胞多种功能障碍。②
C OP 插入质膜后影响膜物理性质和膜功能,改变细胞的形
态、生长、生存和影响细胞功能[3]。③细胞内存在C OP 受体或载体,C OP 通过与受体结合进入胞核影响DNA 的功能。④C OP 可经代谢活化(尤其是细胞色素P450系统的代谢活化作用)成为自由基或具有自由基性质的代谢中间产物,导致活性氧在体内蓄积而引起细胞毒性的过程[4]。具体哪种假说更合理有待进一步研究。
2 致动脉粥样硬化作用
为研究C OP 对As 的诱导作用,Jacobs on 等[5]
将6月龄的白色肉鸽分为两组,一组喂以高纯度胆固醇,另一组喂高纯度胆固醇加微量胆甾烷三醇,三个月之后发现对照组和研究组主动脉中总胆固醇含量、胆固醇酯量及胆固醇脂与胆固醇的比值基本没有明显差别,但研究组主动脉中钙积累量明显高于对照组。研究组冠状动脉变窄率为5.23%,而对照组为
2.8%,说明食物中含少量胆甾烷三醇是造成As 的一个重要
诱因。崔晓暄等[6]发现252羟基胆固醇处理培养的家兔主动脉中膜细胞组有细胞结节形成,v on kossa 染色阳性,培养上清液中骨钙素增多。由此可见252羟基胆固醇可以促进这一体外钙化过程,表明其可能是促进动脉钙化的一个病理因素,推测骨钙素可能参与了这一体外钙化过程。正常人和动物的血浆及动脉组织中均存在低浓度的C OP [7],而高胆固醇血症患者与动物的血浆、动脉壁、动脉粥样斑块、泡沫细胞及
ox 2LD L 中C OP 浓度升高。大量离体和活体实验表明,C OP
对参与As 形成的多种细胞具有毒害作用,主要包括动脉平滑肌细胞、内皮细胞、血小板和单核巨噬细胞等[8]。
2.1 致动脉平滑肌细胞损伤
主动脉平滑肌细胞(sm ooth muscle cell ,S MC )损伤及死亡是As 的前期征兆。12种C OP 分别用少量乙醇溶解,然后加到含10%胎牛血清培养介质中,控制其浓度不超过0.8%,通过测定24h 内培养细胞损伤及死亡的百分率确定C OP 毒性顺序。结果发现,在所有被检测C OP 中胆甾烷三醇和252羟基胆固醇毒性最大[9]。凤志慧等研究了胆甾烷三醇和252羟基胆固醇对大鼠动脉S MC 的损伤。结果发现,损伤早期,细胞的谷胱甘肽过氧化物酶活性增高,还原型谷胱甘肽含量减少。损伤后期谷胱甘肽过氧化物酶活性下降,细胞谷胱甘肽耗竭,细胞总巯基含量下降,细胞脂质过氧化产物和羰基
含量明显增高,表明细胞出现严重的氧化性损伤。Y in 等
[10]
通过测DNA 梯(DNA Ladder )和DNA 碎片表明C OP 可诱导血管S MC 凋亡。最近崔鸣等[11]利用光镜、电镜、DNA 电泳及
T UNE L 法,研究了胆甾烷三醇和252羟基胆固醇对兔主动脉
血管S MC 凋亡的诱导作用。结果发现,可见典型的细胞凋亡形态学改变,电泳示“DNA Ladder ”,T UNE L 法显示正常兔
S MC 凋亡率为3.62%,且呈时间和剂量依赖性。2.2 致内皮细胞损伤
血管内皮细胞(endothelial cell ,EC )损伤是As 发病的始动环节。Peng 等[12]研究了252羟基胆固醇和胆甾烷三醇对家兔EC 的损伤情况。结果发现,接受这两种氧化物的家兔在其主动脉内皮表面上有许多球状突起物,表示主动脉EC 受到损伤。且胆甾烷三醇比252羟基胆固醇造成损伤更大。这种损伤如反复出现将形成血栓,最后导致As 。实验证明,
胆甾烷三醇可引起90%的EC 损伤,252羟基胆固醇引起67%的损伤。类似的细胞损伤其他研究者也有报道。另外,Zhou 等[13]研究发现,心绞痛且冠状动脉狭窄程度为80%±8%的心导管插入术患者,其血浆中C OP 浓度明显高于正常人。用3H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷和3H 标记的甲羟戊酸内酯培养EC ,发现患者血浆中培养的EC 与正常控制组比较掺入更少,而对45Ca 2+培养的EC 则掺入更多,也说明C OP 对EC 有毒。还有研究发现,C OP 可降低EC 存活率,增加其通透性,破坏EC 的屏障功能,诱导血管EC 发生凋亡[14]。
2.3 对单核—巨噬细胞的毒性作用
外周血单核细胞粘附于内皮并迁入内皮下间隙,转变为巨噬细胞,继而摄取ox 2LD L 变成泡沫细胞是As 病变形成的关键环节。Clare 等研究了几种C OP (7α2羟基胆固醇、7β2羟基胆固醇、72酮基胆固醇、252羟基胆固醇和262羟基胆固醇)
对人离体单核—巨噬细胞的毒性。在CuS O4氧化的低密度脂蛋白、巨噬细胞和As病灶中均发现这几种C OP的存在。利用测定氘标腺嘌呤的单核—巨噬细胞放射性做为鉴定毒性的方法,发现几种C OP均呈现时间和浓度依赖性增强的毒性,其中262羟基胆固醇毒性最大[15]。Chang等研究了C OP对由中枢神经系统衍生的巨噬细胞的毒性。结果表明, 252羟基胆固醇在所检测C OP中毒性最大,细胞死亡过程中出现典型的细胞凋亡的形态学改变和产生特征性DNA片段。还有报道显示,用人的离体巨噬细胞氧化的胆固醇亚油酸脂,其中含有7β2羟基胆固醇,对鼠腹膜巨噬细胞有毒[16]。
2.4 导致血小板聚集作用
血小板聚集功能与As的形成有密切关系。Michael等用至少两周内未服过任何药物且不吸烟的健康成年人血样为实验对象,将其离心获得富含血小板的血浆,在不同C OP溶液中37℃温育1h。结果发现,3,52二烯胆甾272酮、5α,6α2环氧化胆固醇、5β,6β2环氧化胆固醇、72酮基胆固醇、7α2羟基胆固醇、胆甾烷三醇和262羟基胆固醇均有增强血小板聚集和加速血小板中血栓素A
2
合成的作用,且5β,6β2环氧化胆固醇和72酮基胆固醇还能加速凝血酶和胶原蛋白诱导的血小板磷脂中花生四烯酸的漏出,从而引起血小板聚集,导致血凝,促进血栓形成及As发生[17]。动物实验表明,C OP种类不同时,对血酶和ADP诱导的血小板聚集作用影响也不同。
3 抑制固醇类代谢作用
研究发现,某些C OP明显抑制培养的细胞中32羟基232甲基戊二酰辅酶C oA(H MG2C oA)还原酶的活性。如252羟基胆固醇在培养介质中浓度为3mgΠL可造成83%的胆固醇合成受到抑制。另有研究发现,在胆固醇的6,7,15,20,22,24或25位上引入一个酮基或羟基官能团而衍生的一系列氧化物,均对胆固醇合成具有潜在的抑制作用。并用活体实验证明了某些C OP能抑制固醇类在肝和肠内的合成。还有报道C OP影响大鼠体内脂类代谢。一方面,降低H MG2C oA还原酶、肝微粒体中胆固醇7α2羟化酶和胆固醇合成与分解的关键酶的活性;另一方面,肝微粒体中Δ62脱氢酶和亚油酸代谢生成花生四烯酸关键酶的活性显著增加。在大鼠中喂含C OP饮食比喂纯胆固醇饮食的酸性甾类化合物排泄物要少,也说明C OP明显影响胆固醇和脂肪酸的代谢[18]。
4 胆固醇氧化产物的致突变性及致癌性
胆固醇环氧化产物具有弱的诱变性,被认为是基因毒性。但其诱变机理尚待阐明,可能是由于环氧化物本身为弱的亲电体。报道显示,5α,6α2环氧化胆固醇对成纤维细胞具有诱变性,同时还可诱发仓鼠胚胎细胞和老鼠CH3细胞发生形态转变。且它与皮肤癌有关,皮肤成纤维细胞暴露于紫外辐射下可导致形成高浓度的此种氧化物。结肠癌在病因上也与C OP有关,研究发现结肠癌患者体内胆甾烷三醇含量高于正常人水平。另外还发现患有良性乳房疾病的妇女乳房液体中5α,6α2环氧化胆固醇含量明显升高,这可能是导致乳腺癌发生率上升的一个因素[19]。Bischoff和Rupp将粗黄体酮和纯化的黄体酮分别溶解在芝麻油中,给切除卵巢的老鼠进行皮下注射,结果发现接受粗黄体酮注射液的老鼠患癌率为32%,而接受纯化黄体酮注射液的老鼠患癌率为0%。对粗黄体酮进行分析发现其中含有C OP。Bischoff又报道了用6β2过氧化氢242胆甾烯232酮对雄性和阉割的雌性沼泽老鼠进行皮下注射,出现15%～19%的局部肉瘤发生率。相似的实验处理其它品系老鼠局部肉瘤发生率为5%～20%。尽管对C OP的致癌作用研究仍处于初级阶段,越来越多的证据表明他们对某些癌症具有诱导作用。
5 其他作用
胆固醇氧化产物(C OP)对大鼠小脑颗粒细胞产生潜在的神经毒性,20mgΠL C OP试剂两天内能杀死80%的神经元细胞,而此浓度下7β2羟基胆固醇在7h内杀死50%的细胞[20]。C OP对人淋巴细胞也有毒性作用,其中252羟基胆固醇毒性最大。K uroki等测定了肝硬化患者、慢性肝炎患者和控制组血清中总的7α2羟基胆固醇含量,发现肝硬化患者血清中7α2羟基胆固醇水平明显低于控制组,而在慢性肝炎患者中其含量却保持很高。从而得出结论,在慢性肝炎患者中胆汁酸的合成作用受到较好的保护,而在肝硬化患者中其作用减弱。所以提出血清中7α2羟基胆固醇可作为检验慢性肝炎患者肝功能的一个新参数。
[参考文献]
[1] S mith LL. Ch olesterol autoxidation. Plenum Press,1981,125
[2] G uardiola F,C od ony R,Addis P B,et al. Biological effects of oxysterols:cur2
rent status. Food Chem Toxicol,1996,34:1932211
[3] Verhagen JC D,ter2Braake P,T eunissen J,et al. Physical effects of biologically
formed ch olesterol oxidation products on lipid membranes investigated with flu ores2 cence depolarization spectroscopy and electron spin res onance. Lipid Res, 1996,37:14882502
[4] 凤志慧,葛淑君,仲崇霞,等. 氧化型胆固醇引起的血管平滑肌细胞
氧化应激损伤研究. 生物物理学报,1999,15(1):2002207
[5] Jacobs on MS,Price MG,Sham oo AE,et al. Atherosclerosis in white carneau
pigeons effects of low2level ch olestane2triol feeding. Atherosclerosis,1985,57: 2092217
[6] 崔晓暄,王士雯,齐鹏. 252羟基胆固醇促进培养的家兔主动脉中膜细
胞体外钙化. 中国动脉硬化杂志,2000,8(3):1992201
[7] Saish o Y,Shimada C,Umeda T. Determination of7α2hydroxych olesterol in d og
plasma by high2performance liquid chromatography with flu orescence detection.
Anal Biochem,1998,265:3612367
[8] Andrew JB,Wendy J. Oxysterols and atherosclerosis. Atherosclerosis,1999,
142:1228
[9] Peng SK. Cytotoxicity of oxidation derivatives of ch olesterol on culture aortic
sm ooth muscle cells and their effect on ch olesterol biosynthesis. Am J Clin Nu2 tr,1979,32:10332042
[10] Y in JL,Chau four X,Mclachlan C,et al. Apoptosis of vascular sm ooth muscle
cells induced by ch olesterol and its oxides in vitro and in viv o. Atherosclerosis,
2000,148:3652374
[11] 崔鸣,陈风荣,朱应葆. 氧化型胆固醇诱导兔血管平滑肌细胞凋亡.
北京大学学报,2001,33(2):1732177
[12] Peng SK,T aylor C B,Hill JC,et al. Ch olesterol oxidation derivatives and ar2
terial end othelial damage. Atherosclerosis,1985,54:1212133
[13] Zh ou Q,Was owicz E,Handler B,et al. An excess concentration of oxysterols
in the plasma is cytotoxic to cultured end othelial cells. Atherosclerosis,2000,
149:1912197
[14] 崔鸣,陈风荣,宋清华. 氨氯地平抑制氧化型胆固醇诱导的血管内
皮细胞凋亡. 中国病理生理杂志,2001,17(2):1042107
[15] Clare K,Hard wick S J ,Carpenter K LH ,et al. T oxicity of oxysterols to human
m on ocyte 2macrophages. Atherosclerosis ,1995,118:67275
[16] Carpenter K LH ,Ballantine JA ,Fussell B ,et al. Oxidation of ch olesteryl li 2
n oleate by human m on ocyte macrophages in vitro. Atherosclerosis ,1990,83:217
[17] Selley M L ,McG uiness JA ,Ardlie NG . The effect of ch olesterol oxidation
products on human platelet aggregation. Thrombosis Research ,1996,83(6):
4492461
[18] Osada K,K odama T ,Li Cui ,et al. E ffects of dietary oxidized ch olesterol on
lipid metab olism in differently aged rats. Biosci Biotech Biochem ,1994,58
(6):10622069
[19] M orin R J ,Hu B ,Peng SK,et al. Ch olesterol oxides and carcin ogenesis.
Journal o f Clinical Laboratory Analysis ,1991,5:2192225
[20] Chang J Y,Liu LZ. Neurotoxicity of ch olesterol oxides on cultured cerebellar
granule cells. Neurochem Int ,1998,32(4):3172323(此文编辑 文玉珊)
?文献综述?
[文章编号] 100723949(2002)1020520454204
胆固醇酯转运蛋白与动脉粥样硬化
郑克勤,张克兰综述,张思仲审校
(四川大学华西医学中心华西医院医学遗传研究室,四川省成都市610041)
[主题词] 胆固醇酯; 转运蛋白; 基因; 动脉粥样硬化
[摘 要] 胆固醇酯转运蛋白是胆固醇逆向运输的关键蛋白质,是血浆高密度脂蛋白水平的主要决定因素之一。关于胆固醇酯转运蛋白与动脉粥样硬化的关系目前尚有争论,现有研究资料表明它具有促动脉粥样硬化和抗动脉粥样硬化的双重作用。多数胆固醇酯转运蛋白基因的突变导致胆固醇酯转运蛋白水平下降,高密度脂蛋白水平上升,而使动脉粥样硬化风险降低;但在高密度脂蛋白水平正常或较低的个体,胆固醇酯转运蛋白水平的下降却使冠状动脉疾病的发病率升高。转基因动物的研究表明,胆固醇酯转运蛋白对动脉粥样硬化的影响与脂蛋白代谢背景有关。
[中图分类号] R541.4[文献标识码] A
[收稿日期] 2002201228 [修回日期] 2002209215
[作者简介] 郑克勤,男,1955年出生,副教授,在职博士研究生。张克兰,女,1973年出生,住院医师,在职硕士研究生。张思仲,男,1935年出生,研究员,博士生导师。
胆固醇酯转运蛋白(cholesteryl ester trans fer protein ,
CETP )能介导血浆中胆固醇酯和甘油三酯在高密度脂蛋白(high density lipoprotein ,HD L )和含载脂蛋白B 的脂蛋白(低
密度脂蛋白和极低密度脂蛋白)之间的交换,调节血浆H D L 的浓度、组成和颗粒的大小,在胆固醇逆向转运中起着关键的作用,是血浆HD L 水平的主要决定因素之一,CETP 基因是动脉粥样硬化的易感基因之一
[1]
。对CETP 的结构和功能
以及CETP 与动脉粥样硬化的关系进行深入的研究,将为阐明动脉粥样硬化的分子病理机制和探索动脉粥样硬化的防治措施提供依据。
1 胆固醇酯转运蛋白的结构、合成及其调节
胆固醇酯转运蛋白是相对分子质量为70～74kDa 的疏水性糖蛋白,由476个氨基酸残基构成,其中高达45%的氨基酸是非极性氨基酸,等电点为4.6～5.4。人CETP 基因位于16q21,邻近卵磷脂胆固醇酰基转移酶基因,由16个外显子和15个内含子组成,全长约22kb 。从cDNA 序列推断,
CETP 的相对分子质量应为53108Da ,但纯化的血浆CETP 在
十二烷基硫酸钠(s odium dodecyl sulfate ,S DS )电泳中则为65
kDa 和71kDa 两种不同分子量的一条电泳宽带。血浆CETP
是由341位Asp 上不同糖基化形成的两种蛋白质的混合
物[2]。
胆固醇酯转运蛋白总的分子结构和BPI (bactericidal Πper 2
meability 2increasing )蛋白相似,尽管二者的核苷酸和氨基酸序
列的同源性只有23%。将二者氨基酸序列进行对比,CETP 长12个氨基酸残基,长出的部分形成一个亲两性的螺旋结构和能抑制中性脂类(不包括磷脂)转运活性的单克隆抗体的表位[3]。基于与BPI 结构的相似性以及与多种抗CETP 单克隆抗体的结合特点,有人提出CETP 含有类似折叠结构的两个主要区域,每个区域各有一个非极性脂类结合囊,开口于长形回飞棒状CETP 蛋白分子的凹面,每个囊内含有一个磷脂分子[4]。由氨基酸残基215～219,219～223,223～227和
444～450所形成的4个表位位于中央β片层的外表面,而由
氨基酸残基225～258形成的第5个表位位于一个伸长的连接区,能将CETP 分子的两个主要区域连接起来。C 2末端461～476氨基酸残基为中性脂类在血浆脂蛋白间的转运所必需,这些氨基酸残基形成一个盖在N 2末端囊上的亲两性螺旋结构。这种蛋白结构在脂类转运中可能首先使脂蛋白表面脂类分子无序化,进而使其排列打乱,然后促使脂类分子快速进入疏水的脂质结合囊内[5]。
在灵长类动物,肝脏是主要的血浆CETP 来源。有关的研究仅在肝窦状细胞中检出较高浓度的CETP mRNA ,因而肝窦状细胞可能是CETP 最主要的合成场所。主动脉内膜和肌层的平滑肌细胞也能产生CETP ,表明血管平滑肌细胞通过表达CETP 参与过剩胆固醇酯的清除[6]。在肥胖个体中,CETP 水平还受到脂肪组织CETP 合成的调控。因此脂肪
8 真核生物的基因转录及调控 一选择题(单选或多选) 1锌指蛋白与锌的结合 ( ) (a)是共价的 (b)必须有DNA的存在 (c)通过保守的恍氨酸和组氨酸残基间协调进行 (d)位于蛋白质的妒螺旋区域 2锌指蛋白与DNA的结合( ) (a)位于DNA大沟 (b) 通过"锌指"的C端进行 (c)利用蛋白的α-螺旋区域 (d)每个"指"通过形成两个序列特异的DNA接触位点 (e)通过"指"中保守的氨基酸同DNA结合 3 甾醇类受体转录因子( ) (a)结合的激素都是相同的 (b) 与DNA的结合不具序列特异性 (c)与锌结合的保守序列不同于锌指蛋白" (d)通过第二"指"C端的氨基酸形成二聚体 (e)参与转录激活，与DNA和激素结合分别由不同的结构域完成 4糖皮质激素类的甾醇受体( ) (b)所结合的DNA回文序列都不相同 (c)结合的回文序列相同，但组成回文序列两段DNA间的序列不同 (d)RXR受体通过形成异源二聚体后与同向重复序列结合 (e)这类受体存在于细胞核中 5 同源异型域蛋白( ) (a)形成具有三个α-螺旋的结构 (b) 主要通过α-螺旋3和N端的臂与DNA接触 (c)与原核生物螺旋-转角-螺旋蛋白(如λ阻遏物)的结构很相似 (d)通常存在于细胞核中 (e)在果蝇早期发育调控中起重要作用 6 HLH蛋白( ) (a)在序列组成上与原核生物螺旋-转角-螺旋蛋白具有相关性 (b)向通过环区与DNA结合 (c)形成两个α-螺旋与DNA的大沟结合 (d)形成两性螺旋，其中疏水残基位于螺旋的一侧 (e)以上都不是 7 bHLH蛋白( ) (a)在环中含有保守的碱性氨基酸 (b) 不能形成同源二聚体 (c)非诱导表达 (d)通过它们碱性区与HLH相互作用
原核生物的转录及转录调控习题 一填空题 1 能够诱导操纵子但不是代谢底物的化合物称为诱导物。能够诱导乳糖操纵子的化合物就是其中一例。这种化合物同蛋白质结合，并使之与分离。乳糖操纵子的体内功能性诱导物是。 2色氨酸是一种调节分子，被视为。它与一种蛋白质结合形成乳糖操纵子和色氨酸操纵子是两个控制的例子。cAMP-CAP蛋白通过控制起作用。色氨酸操纵子受另一种系统一一的调控，它涉及到第一个结构基因被转录前的转录。 二、选择题(单选或多选) 1 标出以下所有正确表述:( ) (a)转录是以半保留方式获得序列相同的两条DNA链的过程 (b)依赖DNA的DNA聚合酶是多亚基酶，它负责DNA的转录 (c)细菌的转录物(mRNA)是多基因的 (d)σ因子指导真核生物hnRNA的转录后加工，最后形成mRNA (e)促旋酶在模板链产生缺口，决定转录的起始和终止 2·下面哪些真正是乳糖操纵子的诱导物?( ) (a)乳糖 (b)蜜二糖 (c)O-硝基苯酚-β-半乳糖苷(ONPG) (d)异丙基-卜半乳糖甘 (e)异乳糖 3·σ因子的结合依靠( ) (a)对启动子共有序列的长度和间隔的识别 (b)与核心酶的相互作用 (c)弥补启动子与共有序列部分偏差的反式作用因子的存在 (d)转录单位的长度 (e)翻译起始密码子的距离 4·下面哪一项是对三元转录复合物的正确描述:( ) (a)σ因子、核心酶和双链DNA在启动子形成的复合物 (b)全酶、TFⅠ和解链DNA双链形成的复合物 (c)全酶、模板DNA和新生RNA形成的复合物 (d)三个全酶在转录起始位点(tsp)形成的复合物 (e)σ因子、核心酶和促旋酶形成的复合物 5 σ因子和DNA之间相互作用的最佳描述是:( ) (a)游离和与DNA结合的σ因子的数量是一样的，而且σ因子合成得越多，转录起始的机会越大 (b) σ因子通常与DNA结合，且沿着DNA搜寻，直到在启动子碰到核心酶。它与DNA的结合不需依靠核心酶
第十三章基因表达的调控 一、基因表达调控基本概念与原理： 1．基因表达的概念：基因表达（gene expression）就是指在一定调节因素的作用下，DNA分子上特定的基因被激活并转录生成特定的RNA，或由此引起特异性蛋白质合成的过程。 2．基因表达的时间性及空间性： ⑴时间特异性：基因表达的时间特异性(temporal specificity)是指特定基因的表达严格按照特定的时间顺序发生，以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要。故又称为阶段特异性。 ⑵空间特异性：基因表达的空间特异性（spatial specificity）是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶段，同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同，从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官。故又称为细胞特异性或组织特异性。 3．基因表达的方式： ⑴组成性表达：组成性基因表达（constitutive gene expression）是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的，且较少受环境因素的影响。这类基因通常被称为管家基因（housekeeping gene）。 ⑵诱导和阻遏表达：诱导表达（induction）是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。这类基因称为可诱导基因。阻遏表达（repression）是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。这类基因称为可阻遏基因。 4．基因表达的生物学意义：①适应环境、维持生长和增殖。②维持个体发育与分化。 5．基因表达调控的基本原理： ⑴基因表达的多级调控：基因表达调控可见于从基因激活到蛋白质生物合成的各个阶段，因此基因表达的调控可分为转录水平（基因激活及转录起始），转录后水平（加工及转运），翻译水平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控最重要。 ⑵基因转录激活调节基本要素：①顺式作用元件：顺式作用元件（cis-acting element）又称分子内作用元件，指存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序。②反式作用因子：反式作用因子（trans-acting factor）又称为分子间作用因子，指一些与基因表达调控有关的蛋白质因子。反式作用因子与顺式作用元件之间的共同作用，才能够达到对特定基因进行调控的目的。③顺式作用元件与反式作用因子之间的相互作用：大多数调节蛋白在与DNA结合之前，需先通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体或多聚体，然后再通过识别特定的顺式作用元件，而与DNA分子结合。这种结合通常是非共价键结合。 二、操纵子的结构与功能： 在原核生物中，若干结构基因可串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控，这种基因的组
真核生物基因表达的调控远比原核生物复杂，可以发生在DNA水平、转录水平、转录后的修饰、翻译水平和翻译后的修饰等多种不同层次。但是，最经济、最主要的调控环节仍然是在转录水平上。 DNA水平的调控 DNA水平上的调控主要指通过染色体DNA的断裂，删除，扩增，重排，修饰（如甲基化与去甲基化，乙酰化与去乙酰化等）和染色质结构变化等改变基因的数量、结构顺序和活性而控制基因的表达。 转录水平的调控 转录水平的调控包括染色质的活化和基因的活化。通过染色质改型，组蛋白乙酰化，染色质变得疏松化及DNA去甲基化以便被酶和调节蛋白作用，基因的表达受顺式作用元件包括启动子及应答元件，转座元件，增强子，抑制子的调控，同时受反式作用因子包括基本转录因子，上游转录因子和转录调节因子等的调控。 转录后调控 转录后调控包括hnRNA的选择性加工运输和RNA编辑 在真核生物中，蛋白质基因的转录产物统称为hn RNA，必须经过加工才能成为成熟的mRNA分子。加工过程包括三个方面：加帽、加尾和去掉内含子。同一初级转录产物在不同细胞中可以用不同方式剪接加工，形成不同的成熟mRNA分子，使翻译成的蛋白质都可能不同。转录后的RNA在编码区发生碱基插入，缺失或转换的现象。
翻译水平的调控 阻遏蛋白与mRNA结合，可以阻止蛋白质的翻译并使成熟的mRNA变为失活状态贮存起来。一些调控作用的micRNAh和siRNA 还可以与mRNA作用降解mRNA，阻止其翻译 此外，还可以控制mRNA的稳定性和有选择的进行翻译。 翻译后调控 直接来自核糖体的线状多肽链是没有功能的，必须经过加工才具有活性。在蛋白质翻译后的加工过程中，还有一系列的调控机制。 1．蛋白质折叠 线性多肽链必须折叠成一定的空间结构，才具有生物学功能。在细胞中，蛋白质的折叠必须有分子伴侣的作用下才能完成折叠。 2．蛋白酶切割 末端切割 有些膜蛋白、分泌蛋白，在氨基端具有一段疏水性强的氨基酸序列，称为信号肽，用于前体蛋白质在细胞中的定位。信号肽必须切除多肽链才具有功能。 多聚蛋白质的切割 有些新合成的多肽链含有几个蛋白质分子的序列，切割以后产生具有不同功能的蛋白质分子。
四、原核生物种的转录后调控 1．稀有密码子对翻译的影响 已知dnaG和rpoD（编码RNA聚合酶亚基）及rpsU（30S核糖体上的S21б蛋白）属于大肠杆菌基因组上的同一个操纵子，而这3个基因产物在数量上却大不相同，每个细胞内仅有dnaG产物50拷贝，而rpoD为2800拷贝，rpsU则高达40 000拷贝之多。细胞通过翻译调控，解决了这个问题。 研究dnaG序列发现其中含有不少稀有密码子，也就是说这些密码子在其他基因中利用频率很低，而在dnaG中却很高。 许多调控蛋白如LacI、AraC、TrpR等在细胞内含量也很低，编码这些蛋白的基因中密码子的使用频率和dnaG相似，而明显不同于非调节蛋白。高频率使用这些密码子的基因翻译过程极容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。 2. 重叠基因对翻译的影响 重叠基因最早在大肠杆菌噬菌体ΦX174中发现，用不同的阅读方式得到不同的蛋白质，丝状RNA噬菌体、线粒体DNA和细菌染色体上都有重叠基因存在。 Trp操纵子由5个基因（trpE、D、C、B、A）组成，在正常情况下，操纵子中5个基因产物是等量的，但trpE突变后，其邻近的trpD产量比下游的trpBA产量要低得多。这种与ρ蛋白无关的表达调控，已被证实是在翻译水平上的调控。研究trpE和trpD以及trpB和trpA两对基因中核苷酸序列与翻译耦联的关系，发现trpE基因的终止密码子和trpD基因的起始密码子共用一个核苷酸。
由于trpE的终止密码子与trpD的起始密码重叠，trpE翻译终止时核糖体立即处在起始环境中，这种重叠的密码保证了同一核糖体对两个连续基因进行翻译的机制。 3. RNA高级结构对翻译的影响 以RNA噬菌体f2的RNA作为模板，在大肠杆菌无细胞系统中进行蛋白质合成时，大部分合成外壳蛋白，RNA聚合酶只占外壳蛋白的1/3。用同位素标记分析RNA噬菌体几种蛋白质的起译过程，发现外壳蛋白起译频率比合成酶至少要高3倍。 研究发现f2外壳蛋白基因的琥珀突变也影响了RNA聚合酶合成的起始。但若该突变不是发生在外壳蛋白接近翻译起始区，而是较靠后的位点，对RNA聚合酶的起译就没有影响。现在一般认为，聚合酶的翻译起始区被RNA的高级结构所掩盖，外壳蛋白的起始翻译破坏了RNA的立体构象，使核糖体有可能与翻译起始区结合，导致聚合酶的起译。用甲醛处理RNA可以增加聚合酶的产量，这说明RNA 的高级结构对基因表达调控的可能性。 4. 魔斑核苷酸水平对翻译的影响 科学上，把培养基中营养缺乏，蛋白质合成停止后，RNA合成也趋于停止这种现象称为严紧控制（rel+）；反之则称为松散控制（rel-）。研究发现，在氨基
原核生物和真核生物基因表达调控、复制、转录、翻译特点的比较 1.相同点：转录起始是基因表达调控的关键环节 ①结构基因均有调控序列； ②表达过程都具有复杂性，表现为多环节； ③表达的时空性，表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性； 2.不同点: ①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。 ②原核基因表达调控主要为负调控，真核主要为正调控。 ③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性，真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子，依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。 ④原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。 ⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平，其次是翻译水平。原核生物基因以操纵子的形式存在。转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。 真核生物基因表达的调控环节较多： 在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。 在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TA TA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。 在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。 在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。 真核基因调控中最重要的环节是基因转录，真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。 真核生物和原核生物复制的不同点： ①真核生物DNA的合成只是在细胞周期的S期进行，而原核生物则在整个细胞生长过程中都可进行DNA合成 ②原核生物DNA的复制是单起点的，而真核生物染色体的复制则为多起点的。真核生物中前导链的合成并不像原核生物那样是连续的，而是以半连续的方式，由一个复制起点控制一个复制子的合成，最后由连接酶将其连接成一条完整的新链。 ③真核生物DNA的合成所需的RNA引物及后随链上合成的冈崎片段的长度比原
（四）转录的调节控制 转录的调节是基因表达调节的重要环节，包括时序调节和适应调解。遗传信息的表达可按一定时间程序发生变化，而且随着细胞内外环境条件的改变而加以调整。 原核生物的操纵子：它既是表达单位，也是协同调节的单位。 操纵子是细菌基因表达和调控的单位，它包括结构基因、调节基因和由调节基因产物所识别的控制序列。 操纵子模型，见P561。 由于经济原则，细菌通常并不合成那些在代谢上无用的酶，因此一些分解代谢的酶类只在有关的底物或底物类似物存在时才被诱导合成。如E. coli利用外界乳糖时会需要三种有关的酶，一般情况下极少产生，只有当乳糖存在时，按乳糖操纵子模型这三种利用乳糖所必需的酶才大量产生。 一些合成代谢的酶类在产物或产物类似物足够量存在时，其合成则被阻遏。 P562 图39-21 说明酶诱导和阻遏的操纵子模型。 酶的诱导和阻遏是在调节基因产物—阻遏蛋白的作用下，通过操纵基因控制结构基因或基因组的转录而发生的。 A.酶的诱导：阻遏蛋白结合在操纵基因上，结构基因不表达；但当诱导物与阻遏蛋 白结合使阻遏蛋白不能结合在操纵基因上，结构基因可以表达。 B.酶的阻遏：阻遏蛋白不能与操纵基因结合，结构基因可表达；当代谢产物与阻遏 蛋白结合使阻遏蛋白能够结合在操纵基因上，结构基因不表达。 P563 图39-22 为E. coli中乳糖操纵子模型。 调节有正调节和负调节，原核生物以负调节为主。 阻遏蛋白的作用属于负调节，阻遏蛋白称为负调节因子。 正调节：调节蛋白（激活子）与DNA结合时，使转录发生。 真核生物的调节更为复杂，基因不组成操纵子，以正调节为主，并可在染色质结构水平上进行调节。 (五) RNA生物合成抑制剂 （1）碱基类似物：可作为核苷酸代谢拮抗物而抑制核酸前体的合成，直接抑制核苷酸生物合成有关的酶，或通过掺入到核酸分子中形成异常的DNA或RNA影响核 酸的功能并导致突变： 如6-巯基嘌呤，6-巯基鸟嘌呤，5-氟尿嘧啶等，结构式见P469。 （2）DNA模板功能抑制物：通过与DNA结合，使DNA失去模板功能从而抑制其复制和转录： 如临床上应用的氮芥类似物。（结构见P470）。 环磷酰胺：体外无活性，进入肿瘤细胞后受磷酰胺酶作用水解成活性氮芥，可治疗多种癌症。 苯丁酸氮芥：因含有酸性基团不易进入正常细胞，而癌细胞酵解作用旺盛，大量积累乳酸，pH较低，故容易进入癌细胞。 10-2 RNA的转录后加工 细胞中由RNA聚合酶合成的原初转录物往往需经过一系列变化，包括链的裂解，5‘端与3‘端的切除和特殊结构的形成，核苷的修饰和糖苷键的改变以及拼接和编辑，才能转变为成熟的RNA分子，此过程为转录后加工或称RNA的成熟。 （一）原核生物中RNA的加工 mRNA一般不进行转录后加工，一经转录通常立即进行翻译。
基因的转录、转录后 加工及逆转录 转录 (transcription)是以DNA单链为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。与DNA的复制相比，有很多相同或相似之处，亦有其特点，它们之间的异同可简要示于表13-1 转录的模板是单链DNA，与复制的模板有较多的不同特点，引出了下列相关概念。转录过程只以基因组DNA中编码RNA（mRNA、tRNA、rRNA及小RNA）的区段为模板。把DNA分子中能转录出RNA的区段，称为结构基因（structure gene）。结构基因的双链中，仅有一股链作为模板转录成RNA，称为模板链(template strand)，也称作Watson（W）链(Watson strand)、负（-）链(minus strand)或反意义链(antisense strand)。与模板链相对应的互补链，其编码区的碱基序列与mRNA的密码序列相同（仅T、U互换），称为编码链(coding strand)，也称作Crick（C）链（Crick strand）、正（+）链(plus strand)，或有意义链(sense strand)。不同基因的模板链与编码链，在DNA分子上并不是固定在某一股链，这种现象称为不对称转录(asymmetric transcription)。模板链在相同双链的不同单股时，由于转录方向都从5’→3’，表观上转录方向相反，如图13-1。 与DNA复制类似，转录过程在原核生物和真核生物中所需的酶和相关因子有所不同，转录过程及转录后的加工修饰亦有差异。下面的讨论中将分别叙述。 参与转录的酶 转录酶（transcriptase）是依赖DNA的RNA聚合酶（DNA dependent RNA polymerase，DDRP），亦称为DNA指导的RNA聚合酶（DNA directed RNA polymerase），简称为RNA聚合酶（RNA pol）。它以DNA为模板催化RNA的合成。 原核生物和真核生物的转录酶，均能在模板链的转录起始部位，催化2个游离的
基因的表达真题演练遗传信息的转录和翻译 命 题 剖 析 考 向 扫 描 1 以示意图等形式考查DNA的结构、特点、转录过程及与DNA分子复制的区别, 考查学生对DNA分子复制与转录过程的理解能力及对二者区别的分析能力。 选择题是常见题型 2 以选择题或非选择题等形式考查转录、翻译过程及其调控机制,考查学生的 识图能力及理解、推理分析等综合思维能力 3 以选择题的形式考查中心法则相关内容及基因对性状的控制,考查学生获取 信息、分析问题的能力 命 题 动 向 遗传信息的转录和翻译部分是高考的重点,内容侧重转录与翻译的具体过程、条 件、特点及碱基数目的计算等,题型多样化,选择题、非选择题均有。对中心法 则和基因与性状的关系的考查以选择题为主,可能会结合具体实例分析基因控 制性状的模式或遗传信息传递的过程 1.(2012年课标全国卷,1,6分)同一物种的两类细胞各产生一种分泌蛋白,组成这两种蛋白质的各种氨基酸含量相同,但排列顺序不同。其原因是参与这两种蛋白质合成的( ) A.tRNA种类不同 B mRNA碱基序列不同 C.核糖体成分不同 D.同一密码子所决定的氨基酸不同 2.(2012年安徽理综卷,5,6分)图示细胞内某些重要物质的合成过程。该过程发生在( ) A.真核细胞内,一个mRNA分子上结合多个核糖体同时合成多条肽链 B.原核细胞内,转录促使mRNA在核糖体上移动以便合成肽链 C 原核细胞内,转录还未结束便启动遗传信息的翻译 D.真核细胞内,转录的同时核糖体进入细胞核启动遗传信息的翻译 3.(2011年海南卷)野生型大肠杆菌能在基本培养基上生长,用射线照射野生型大肠杆菌得到一突变株,该突变株在基本培养基上培养时必须添加氨基酸甲后才能生长。对这一实验结果的解释,不合理的是( ) A.野生型大肠杆菌可以合成氨基酸甲 B 野生型大肠杆菌代谢可能不需要氨基酸甲 C.该突变株可能无法产生氨基酸甲合成所需的酶 D.该突变株中合成氨基酸甲所需酶的功能可能丧失 4.(2011年海南卷)关于RNA的叙述,错误的是( ) A.少数RNA具有生物催化作用 B 真核细胞内mRNA和tRNA都是在细胞质中合成的 C.mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为密码子 D.细胞中有多种tRNA,一种tRNA只能转运一种氨基酸 5.(2011年安徽理综卷)甲、乙图示真核细胞内两种物质的合成过程,下列叙述正确的是( )
分子机制研究套路（五） 转录调控 课题：转录因子A对B基因的转录调控 1．概念介绍： 转录水平的调控是真核生物基因表达调控中重要环节。真核细胞RNA 聚合酶自身对启动子并无特殊亲和力，单独不能进行转录，也就是说基因是无活性的。因此，转录需要众多的转录因子和辅助转录因子形成复杂的转录装置。在基因转录起始阶段，通用转录因子协助RNA 聚合酶与启动子结合，但其作用很弱，不能高效率地启动转录。只有在反式作用因子(基因特异性转录因子）的协助下，RNA 聚合酶Ⅱ和TFⅡ才能有效地形成转录起始复合物。反式作用因子（trans acting factor）在转录调节中具有特殊的重要性。它是能直接或间接地识别或结合在顺式作用元件8～12bp 核心序列上，参与调控靶基因转录效率的一组蛋白质。这类DNA 结合蛋白有多种，能特异性识别这类蛋白的序列也有多种，正是不同的DNA 结合蛋白与不同的识别序列之间的空间结构上的相互作用，以及蛋白质与蛋白质之间的相互作用构成了复杂的基因转录调控机制的基础。 在真核生物中转录因子的调控是最重要，也是研究得最多的。蛋白质相互作用在转录因子活性的调控方面具有重要的意义。细胞内的反式作用因子都是处于有活性和无活性两种状态，这两种状态是可以转换的。反式作用因子处于无活性状态时，与之相应的基因就不能表达；反式作用因子处于有活性状态、并与相应的顺式作用元件结合时，就可以促进RNA 聚合酶和通用转录因子与相应的启动子结合，形成转录起始复合物。所以，真核基因的表达调控主要是调节反式作用因子的活性，随后反式作用因子调控基因的转录起始。 转录因子被激活后，即可识别并结合上游启动子元件和增强子，对基因转录发挥调控作用。大部分转录因子在激活以后与顺式作用元件结合，但也可能有一些转录因子是先结合DNA，
第七章原核生物的基因调控思考题答案 一、填空题 1. 能够诱导操纵子但不是代谢底物的化合物称为安慰诱导物。能够诱导乳糖操纵子的化合物IPTG 就是其中一例。这种化合物同阻遏蛋白质结合。并使之与操纵基因分离。乳糖操纵子的体内功能性诱导物是异乳糖。 2. 色氨酸是一种调节分子，被视为辅阻遏物。它与一种蛋白质结合形成全阻遏物；乳糖操纵子和色氨酸操纵子是两个负控制的例子。cAMP—cAP蛋白通过正控制起作用。色氨酸操纵子受另一种系统弱化作用的调控，它涉及到第一个结构基因被转录前的转录终止作用。 二、选择题(单选或多选) 1. 标出以下所有正确表述：( C ) (a)转录是以半保留方式获得序列相同的两条DNA链的过程 (b)依赖DNA的DNA聚合酶是多亚基酶，它负责DNA的转录 (c) 细菌的转录物(mBNA)是多基因的 (d)σ因子指导真核生物hnRNA的转录后加工，最后形成mRNA (e)促旋酶在模板链产生缺口，决定转录的起始和终止 2．下面哪些真正是乳糖操纵子的诱导物?( (c) (d) ) (a) 乳糖 (b) O—硝基苯酚—β—半乳糖苷(ONPG) (c) 异丙基巯基—β—半乳糖苷 (d) 异乳糖 3．氨酸操纵子的调控作用是受两个相互独立的系统控制的，其中一个需要前导肽的翻译，下面哪一个调控这个系统？( (b) ) (a) 色氨酸 (b) 色氨酰－tRNA Trp (c) 色氨酰—tRNA (d) cAMP (e)以上都不是 三、判断题 1. 下面哪些说法是正确的? (a) LacA的突变体是半乳糖苷透性酶的缺陷 (b) 在非诱导的情况下，每个细胞大约有4分子的p—半乳糖苷酶 (c) 乳糖是一种安慰诱导物 (d) RNA聚合酶同操纵因子结合 (e) 多顺反子mRNA是协同调节的原因 (f) Lac阻遏物是一种由4个相同的亚基组成的四聚体 (g) 腺苷酸环化酶将cAMP降解成AMP (h) CAP和CRP蛋白是相同的 (i) —35和—10序列对于RNA聚合酶识别启动子都是很重要的 (j) 色氨酸的合成受基因表达、阻遏、弱化作用和反馈抑制的控制 (k) Trp的引导mRNA能够同时形成三个“茎—环”结构 (l) 在转录终止子柄部的A—T碱基对可以增强结构的稳定性 (m) 真核生物和原核生物的转录和翻译都是偶联的
1、原核生物基因表达的方式：组成性表达和适应性表达。 2、在负控中，调节基因的产物是阻遏蛋白，调节产物与结构基因结 合，起着阻止结构基因转录的作用，阻遏蛋白作用的是操纵区。（1）负控诱导中，阻遏蛋白不与诱导物结合时，结构基因不转录。 诱导物与阻遏蛋白结合后致使阻遏蛋白构象变化以致不能和操作基因结合。 （2）负控阻遏中，阻遏蛋白与诱导物结合时，结构基因不转录。3、正控诱导中，诱导物的存在使激活蛋白处于活性状态。正控阻遏 中，诱导物存在使激活蛋白处于非活性状态。 4、葡萄糖效应：当葡萄糖存在的情况下，即使培养基中加入乳糖、 半乳糖、阿拉伯糖或麦芽糖等，但是降解这些糖的操纵子仍然处于关闭状态，不会产生降解这些糖的酶，称为葡萄糖效应。（1）葡萄糖存在时cAMP酶合成受抑止。cAMP是lac操纵子活化不可缺少的条件。 5、细菌应急反应：信号是鸟苷四磷酸(ppGpp)和鸟苷五磷酸 （pppGpp），能影响大批操纵子，故称为超级调控子。干扰RNA聚合酶与启动子结合的专一性。 6、操纵子：原核生物转录调控的基本单位，包括调节基因、启动子、 操纵基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成。（多顺反子） 7、操纵子类型：可诱导、代谢型，可阻遏、合成型。 8、乳糖操纵子：包括3个结构基因lacZ、lacY、lacA，以及启动
子、控制子、阻遏子等。 （1）lacZ编码β-半乳糖苷酶，lacY编码β-半乳糖苷透过酶，lacA 编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶。 （2）Lac操纵子控制模型的内容 ①Z,Y,A基因的产物是由同一条mRNA分子编码 ②P区位于I基因和O区之间，但不能单独高效启动乳糖操纵子； ③O是阻遏物的结合位置；当阻遏物与O区结合时，Lac RNA转录收 到抑制； ④诱导物可以与阻遏物结合，改变阻遏物的三维构象，使之不能与操 纵区结合，诱导Lac mRNA的转录和蛋白合成 ⑤lac操纵子有本底表达水平：即在没有乳糖存在时也能微量表达， 微量表达的透过酶能帮助第一个诱导物穿过细胞膜来诱导lac操纵子大量表达。 9、乳糖操纵子需要正调控（葡萄糖不存在）和负调控（乳糖存在） 机制都打开的情况下才能起始转录。葡萄糖对lac操纵子的调控相当于正控阻遏：glu存在时使激活蛋白处于失活状态，laz操纵子不表达。 10、半乳糖操纵子（gal）有两个启动子，其mRNA可从两个不同的起 始点开始转录。每个启动子拥有各自的RNA聚合酶结合位点S1和S2。 （1）从S1起始培养基中无葡萄糖，S2起始依赖葡萄糖。 （2）当有cAMP-CAP时（即没有glu），转录从S1开始，当无cAMP-CAP
1.相同点：转录起始是基因表达调控的关键环节 ①结构基因均有调控序列； ②表达过程都具有复杂性，表现为多环节； ③表达的时空性，表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性； 2.不同点: ①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。 ②原核基因表达调控主要为负调控，真核主要为正调控。 ③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性，真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子，依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。 ④原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。 ⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平，其次是翻译水平。原核生物基因以操纵子的形式存在。转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。 真核生物基因表达的调控环节较多： 在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。 在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TATA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。 在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。 在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。 真核基因调控中最重要的环节是基因转录，真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。 真核生物和原核生物复制的不同点： ①真核生物DNA的合成只是在细胞周期的S期进行，而原核生物则在整个细胞生长过程中都可进行DNA合成 ②原核生物DNA的复制是单起点的，而真核生物染色体的复制则为多起点的。真核生物中前导链的合成并不像原核生物那样是连续的，而是以半连续的方式，由一个复制起点控制一个复制子的合成，最后由连接酶将其连接成一条完整的新链。 ③真核生物DNA的合成所需的RNA引物及后随链上合成的冈崎片段的长度比原核生物要短。
真核基因和原核基因表达调控的异同？ 真核基因表达调控的基本原理与原核基因相同，主要表现在： 1、与原核基因的调控一样，真核基因表达调控也以转录水平调控为最重要； 2、在结构基因均有调控序列，并依靠特异蛋白因子与这些调控序列的结合与否调控基因的表达。 3、都要经历转录、翻译的过程。 4、表达过程都有复杂性，多环节 不同 1、真核基因表达调控过程更复杂。 2、在染色质结构上。原核细胞的DNA是裸露的，而真核细胞DNA包装在染色体中。DNA与组蛋白组成核小体形成为染色体基本单位。在原核细胞中染色质结构对基因的表达没有明显的调控作用，而在真核细胞中染色质的变化调控基因表达，并且基因分布在不同的染色体上，存在染色体间基因的调控问题； 3、真核生物中编码蛋白质的基因通常是断裂基因，含有有非编码序列即内含子，因而转录产生的mRNA前体必须剪切加工才能成为有功能的成熟的mRNA，而不同拼接方式的可产生不同的mRNA。而原核生物的基因由于不含有外显子和内含子，因此，转录产生的信使RNA不需要剪切、拼接等加工过程。 4、在原核基因转录的调控中，既有正调控，也有负调控，二者同等重要，而真核细胞中虽然也有正调控成分和负调控成分，但目前已知的主要是正调控，且一个真核基因通常都有多个调控序列，必须有多个激活物同时特异地结合上去才能调节基因的转录； 5、原核基因的转录和翻译通常是相互偶联的，而真核基因的转录与翻译在时空上是分开的，从而使真核基因的表达有多种调控机制。 6、真核生物细胞中存在mRNA的稳定性调控
7、真核生物大都为多细胞生物，基因的表达随细胞内外环境条件的改变和时间程序在不同的表达水平上进行着精确调控，而原核生物主要受环境因素和营养状况影响基因调控。 8、真核生物由三种RNA聚合酶分别负责三种RNA的转录，而原核生物只有一种。
真核基因转录水平的调控 一、真核生物的RNA聚合酶 有三种RNA聚合酶：RNA聚合酶Ⅰ；RNA聚合酶Ⅱ；RNA聚合酶Ⅲ。 二、真核基因顺式作用元件 （一）、顺式作用元件概念 指DNA上对基因表达在调节活性的某些特定的调控序列，其活性仅影响其自身处于同一DNA分子上的基因。 （二）、种类 启动子、增强子、静止子 1、启动子的结构和功能 启动子与原核启动子的含义相同，是指RNA聚合酶结合并起动转录的DNA序列。 但真核同启动子间不像原核那样有明显共同一致的序列。而且单靠RNA聚合酶难以结合DNA而起动转录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作用。 RNA聚合酶Ⅱ启动子结构 1）TATA框（TATA frame）：其一致顺序为TATAA(T)AA(T)。TATA框中心在-30附近，相当于原核的-10序列（pribnow box）。 对大多数真核生物来说，RNA聚合酶与TATA框牢固结合之后才能开始转录。TATA框的左右富含G┇C 序列，这就有利于该框与RNA聚合酶形成开放性启动子复合物。 2）CAAT框（CAAT frame）：位置在-75附近，一致序列为GG C(T)CAATCT。CAAT框可能控制着转录起始的频率。 （3）GC框 在-90bp左右的GGGCGG序列称为GC框。 一个在-30—+15即核心启动子(core promoter element)，另一为上游启动子区(upstream promoter element)在-150—-50，不同物种的启动子因子有显著差异，启动子区没有和mRNA的TATA和CAAT盒顺序，故物种间大前体-rRNA基因的转录起始是不同的。基因间间隔含一个或几个终止信号可终止其之前的基因的转录而其本身不转录，间隔区含多种反向顺序可作为增强子结合转录因子