结构推理 根据遗传信息流,分层次简要说明真核生物编码蛋白质基因的表达调控的5个主要阶段及其内容。
【正确答案】(1)转录前水平的调节
   转录前水平的调控主要有染色质丢失,基因扩增、基因重排以及染色质异化,所有这些改变都是通过改变DNA序列和染色质结构从而影响基因表达的。
   (2)转录活性的调节
   真核生物的基因调节主要表现在对基因转录活性的控制上,基因的转录活性对基因组DNA和染色质的空间结构状态有关,真核细胞的活化可分两个步骤,首先由某些调节分子识别基因的特异部位,并改变染色质的结构使其疏松化,然后才能由激活蛋白和阻遏蛋白或其他调节物而进一步影响基因活性。
   ①染色质的活化
   具有转录活性的染色质增加了对核酸酶降解的敏感性,染色质中与转录相关的结构变化称为染色质改型,其中包括核小体组蛋白核心的酶促乙酰化和脱乙酰化,染色质的改建还要求一些蛋白质复合物,通过水解ATP提供的能量来促使核小体移动或取代。
   除活化染色质外,还需要活化基因,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。真核RNA聚合酶Ⅱ不能单独识别、结合启动子,而是先由基本转录因子TFⅡD组成成分TBP识别TATA盒或启动元件,并有TFⅡA参与结合,形成TFⅡD-启动子复合物;继而在TGⅡAF等参与下,RNA聚合酶Ⅱ与TFⅡD、TFⅡB聚合,形成一个功能性的前起始复合物。
   转录过程的调节以正调节为主。
   ②启动子和增强子的顺式作用元件
   真核细胞基因的启动子由一些分散的保守序列所组成,其中包括TATA框CAAT框和多个GC框等,后两个均属于上游控制元件,由增强子,静默子及其应答元件进一步调节转录活性,增强子能促进转录,它由比较集中的保守序列组成,增强子具有组织特异性,它优先或只能在某种类型的细胞中表现功能。增强子常存在于DNA酶的超敏感部位,增强子与启动子之间距离对活性并无影响,因为DNA可以弯曲,结合在增强子的反式激活因子能与转录复合物相作用。位于增强子上的应答元件可调节增强子的活性。
   ③调节转录的反式作用因子
   调节和控制转录活性的蛋白质有三类:基本转录因子,上游因子和可诱导因子。基本转录因子结合在TATA框和转录起点,与RNA聚合酶一起形成转录起始复合物,上游因子结合在启动子和增强子的上游控制位点,可诱导椅子与应答元件相互作用。所有结合DNA的反式作用因子都有结合DNA的结构域,并有一些共同的结构结合DNA的基序结构主要有:螺旋-转角-螺旋、锌指结构、亮氨酸拉链、螺旋-环-螺旋等。
   (3)转录后水平的调节
   在真核细胞中,基因转录的最初产物是前体mRNA,其长度比成熟的mRNA长得多,经过剪切和拼接(剪切掉内含子,把几个外显子拼接起来),戴帽(在转录后的mRNA的5'端加上一个甲基化的鸟嘌呤核苷酸),加尾(在3'端加上多聚腺嘌呤核苷酸)。可得成熟的mRNA分子。由不同的转录起点和终点转录的产物,以及内部不同拼接点进行拼接,加上不同编辑,可得到不同加工的mRNA,它们翻译成不同的蛋白。
   (4)翻译水平的调节
   真核生物在翻译水平进行基因表达调节,主要是控制mRNA的稳定性和有选择的进行翻译。
   (5)翻译后水平的调控
   真核生物基因翻译的最初产物是一个大的蛋白质分子。有时,必须经酶切成更小的分子才能有生物活性。加工过程包括:①除去起始的Met或随后的几个残基,②切除分泌蛋白或膜蛋白N一末端的信号序列,③形成分子内的二硫键,④肽键断裂或切除部分肽段,⑤氨基酸修饰,⑥加上糖基、脂类分子或配基。此外需在分子伴侣帮助下进行折叠,并正确定位,这种后加工过程在基因表达调控上其主要作用。
【答案解析】[考点]真核基因表达的调控过程。生物遗传信息贮存在DNA分子内,基因表达时,首先被转录成mRNA,再经过翻译形成蛋白质,这是生物学中最基本的规律。真核生物在细胞组成和基因组结构以及生活方式上存在有巨大的差异,其基因表达过程与原核生物存在着很大的不同,真核生物基因表达的程序、时间和空间受不同层次严格、精密的控制,在研究真核生物表达过程中,至少需要把握以下四个基本的调控点:(1)基因结构的活化;(2)转录起始;(3)转录后加工及转运;(4)翻译及翻译后加工。