簡(jiǎn)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(guò)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(guò)程是基因的轉(zhuǎn)錄和信使核糖核酸(mRNA)的翻譯?；蛘{(diào)控主要發(fā)生在三個(gè)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(guò)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(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)，這類調(diào)控一般是長(zhǎng)期的，而且往往是不可逆的?；蛘{(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(guò)基因調(diào)控，微生物可以避免過(guò)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(zhǎng)。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(jiàn)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(jiǎn) 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(méi)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(guó)分子生物學(xué)家J.莫諾開(kāi)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(guó)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(duì)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(duì)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(kāi)創(chuàng)了基因調(diào)控機(jī)制的研究。1967年美國(guó)學(xué)者W.吉爾伯特等分離得到阻遏蛋白，1969年美國(guó)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(gè)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(jiàn)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(lái)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(cè)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(dòng)的基因（見(jiàn)基因文庫(kù)）都可以從基因組中分離出來(lái)進(jìn)行研究。應(yīng)用核酸的順序分析技術(shù)可以測(cè)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(gè)編碼鞭毛蛋白的基因H1和H2，這兩個(gè)基因并不緊密連鎖。H2 的一邊有一個(gè)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(zhǎng)約970對(duì)核苷酸的DNA序列，它的一端包括一個(gè)啟動(dòng)子(P)。如果這一序列的取向使P和H2、rh1鄰接，這兩個(gè)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(zhǎng)約 3000對(duì)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(gè)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(gè)被發(fā)現(xiàn)的典型的操縱子，它包括依次排列著的啟動(dòng)子(promoter,P)、操縱基因(operator,lac O)和三個(gè)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(méi)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(dòng)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(guò)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(méi)有乳糖的環(huán)境中停止合成這些酶。一個(gè)操縱子是一個(gè)整體，因?yàn)椋孩購(gòu)慕Y(jié)構(gòu)上看來(lái)，一個(gè)操縱子的全部基因都排列在一起；②一個(gè)操縱子雖然包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因，可是通過(guò)轉(zhuǎn)錄形成的卻是單個(gè)多基因mRNA；③屬于一個(gè)操縱子的結(jié)構(gòu)基因所編碼的蛋白質(zhì)總是按一定的比率合成；④一個(gè)操縱子中的靠近操縱基因的結(jié)構(gòu)基因如果發(fā)生某些突變則后面的一系列基因所編碼的蛋白質(zhì)的量便減少。這種現(xiàn)象稱為極性效應(yīng)，這種突變型稱為極性突變型；⑤操縱基因和結(jié)構(gòu)基因間有順?lè)?/span>位置效應(yīng)（見(jiàn)互補(bǔ)作用）。 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(shí)轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行被阻止。另一個(gè)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(dòng)子時(shí)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(jiàn)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(shí)存在葡萄糖和乳糖的情況下細(xì)菌就沒(méi)有必要再去利用乳糖，所以也就沒(méi)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(guò)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(gè)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(shí)作用于一個(gè)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(guò)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(gè)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(gè)過(guò)程在時(shí)間上和空間上都是分開(kāi)的，而且在轉(zhuǎn)錄和翻譯之間存在著一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的 RNA加工過(guò)程；③在個(gè)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(gè)體要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的分化發(fā)育過(guò)程，除了那些為了維持細(xì)胞的基本生命活動(dòng)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(shí)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(guò)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(guò)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(chóng)、原生動(dòng)物、甲殼動(dòng)物發(fā)育過(guò)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(chóng)(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(guò)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?；驍U(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(dòng)物和昆蟲(chóng)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(shí)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(duì)于大量核糖體的需要。當(dāng)胚胎期開(kāi)始時(shí)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(guò)這一手段，細(xì)胞在很短的時(shí)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(dòng)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(guò)程中，這三個(gè)序列通過(guò)染色體重排而成為一個(gè)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(lái)相應(yīng)的核苷酸順序的變化，所以通過(guò)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(jiàn)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(gè)基因 a和 α究竟哪一個(gè)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(lái)講，它們是否參與正常的基因調(diào)控現(xiàn)在還沒(méi)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(duì)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(guò)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(dòng)物細(xì)胞中的一個(gè) X染色體的失活便是高度異染色質(zhì)化的結(jié)果（見(jiàn)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(shí)，轉(zhuǎn)錄作用也會(huì)受到阻礙（見(jiàn)位置效應(yīng)）。粉蚧科的一種介殼蟲(chóng)有兩類個(gè)體，一類個(gè)體的細(xì)胞中的10個(gè)染色體都沒(méi)有異染色質(zhì)化，因而都是有功能的；另一類個(gè)體細(xì)胞的 10個(gè)染色體中有5個(gè)高度異染色質(zhì)化，因而是沒(méi)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(gè)體是雌性的，而后一類個(gè)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(duì)核酸內(nèi)切限制酶的降解作用比沒(méi)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(niǎo)嘌呤(G)的旁邊?？梢?jiàn) 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(duì)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(hào)常來(lái)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(hào)常來(lái)自體內(nèi)的激素。
在搖蚊(Chironomus)和果蠅(Drosophila)等雙翅目昆蟲(chóng)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(chóng)和蛹期的各個(gè)發(fā)育時(shí)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(shí)間表，而且各個(gè)疏松區(qū)出現(xiàn)以后隔一定時(shí)間又消失。這些部位是合成大量RNA的部位，而且通過(guò)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(chóng)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(dòng)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(dòng)物或鳥(niǎo)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(dòng)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(dòng)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(jiàn)表）。在轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)時(shí)，不同的RNA多聚酶能識(shí)別不同類型的基因，識(shí)別的機(jī)制在于每種類型的基因都有共同或類似的調(diào)控順序。在活體和離體的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)證明在 RNA多聚酶Ⅱ的離轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)的上游（5′方向）約 25～30個(gè)核苷酸處，有一段長(zhǎng)約 8～10個(gè)核苷酸的相當(dāng)保守的、富含A（腺嘌呤核苷酸）和T（胸腺嘧啶核苷酸）的核苷酸順序，稱為TATA框。有證據(jù)表明在轉(zhuǎn)錄起始的上游更遠(yuǎn)的部位，還有其他核苷酸順序也與 RNA多聚酶Ⅱ的正?；顒?dòng)有關(guān)。 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(zhǎng)約30堿基對(duì)，它的存在對(duì)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(duì)處開(kāi)始轉(zhuǎn)錄。
RNA加工過(guò)程中的調(diào)控 真核生物的RNA加工過(guò)程主要包括三個(gè)步驟：①在新生RNA的5′端加上一個(gè)甲基化的鳥(niǎo)嘌呤核苷酸，形成一個(gè)所謂的帽子(cap)即m7GpppN（m7G是7-甲基鳥(niǎo)嘌呤核苷,P是磷酸,N是 RNA的5′端第一個(gè)核苷酸）這一過(guò)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(gè)新的3′末端，然后再加上多聚A。③對(duì)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(lái)，這一過(guò)程稱為拼接。拼接是個(gè)十分精確的過(guò)程，它的機(jī)制還沒(méi)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(gè)過(guò)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(gè)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(guò)拼接。根據(jù)這后兩種加工過(guò)程的有無(wú)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(jiǎn)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(huì)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(dòng)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。翻譯控制 真核生物的翻譯控制的主要形式是控制mRNA的穩(wěn)定性。mRNA5′端的加帽作用以及它的3′端的多聚A的加尾作用都有助于 mRNA分子的穩(wěn)定。在某些真核生物中mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)以后并不立即作為模板進(jìn)行蛋白質(zhì)合成，而是與一些蛋白質(zhì)結(jié)合形成RNA蛋白質(zhì)(RNP)顆粒，在這種狀態(tài)的mRNA半衰期可以延長(zhǎng)。家蠶的絲芯蛋白基因是單拷貝的，可是在幾天內(nèi)一個(gè)細(xì)胞中可以合成多至1010個(gè)絲芯蛋白分子。這便是因?yàn)樗膍RNA分子和蛋白質(zhì)結(jié)合成為 RNP顆粒而延長(zhǎng)了壽命的結(jié)果。據(jù)估計(jì)，一個(gè)絲芯蛋白基因在幾天內(nèi)可產(chǎn)生105個(gè)mRNA分子，因此每個(gè)mRNA分子作為模板可以合成105個(gè)蛋白質(zhì)分子。 某些激素對(duì)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(shí)內(nèi)積累到25000個(gè)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(shí)內(nèi)酪蛋白mRNA便喪失了95％，可見(jiàn)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(duì)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(méi)有提高，可是對(duì)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(shuō)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(duì)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(duì)于高等動(dòng)植物的基因調(diào)控過(guò)程了解得更少，還不能形成一個(gè)完整的模式。1972年美國(guó)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(gè)真核生物的基因調(diào)控模型，這一模型也可以用來(lái)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(lái)的信號(hào)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(gè)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(wú)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(gè)有待充分驗(yàn)證的假說(shuō)。這一模型提出以后，又出現(xiàn)了一些修改這一模型的假說(shuō)，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(guò)基因調(diào)控可以避免合成過(guò)量的氨基酸、核苷酸等物質(zhì)。人們要利用細(xì)菌來(lái)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(guò)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(dòng)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(dòng)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(zhǎng)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。
