3.4nm3.4nm3.4nmCAPfragmentLambda(α)Tryptophanrepressorfragmentrepressor图16.4：螺旋-转角-螺旋基序如何工作。图中所绘出的三个调节蛋白（紫色）全部通过一对螺旋-转弯-螺旋基序与DNA结合。在这种情况下，两个一样的基序（红色）相距3.4nm，正好是DNA螺旋转一圈的距离。这就使得调节蛋白嵌入DNA大沟的两个相邻的部分之间，提供结实的联结。CAPfragmentCAP片断；tryptophanrepressor色氨酸阻遇蛋白；lambda(2）repressorfragment入阻遇蛋白片断；沟相互作用的。结合域的螺旋片段之间的作用使它们互相之间略成直角。当这个结合域被压到DNA上时，其中一个螺旋片段（叫做识别螺旋）刚好能与DNA分子的大沟严丝合缝，而另一个则与DNA分子的外部对接，以保证识别螺旋的正确位置。大多数被螺旋-转角-螺旋结合域识别的DNA调节序列都对称地成对出现。这些序列被含有两个相距3.4nm的螺旋-转角-螺旋基序的蛋白质结合，3.4nm正是DNA螺旋转一圈所需要的距离（图16.4)。具有两个蛋白质/DNA结合位点使蛋白质与DNA之间相接触的范围加倍，从而很大程度地将加强了二者之间形成的结合。同源域基序在众多的真核细胞生物体包括人体的发育过程当中，有一种特殊的螺旋-转角-螺旋基序起到了重要作用。这种模体是在研究人员开始鉴定果蝇的一组同源异型突变（一组改变驱体装配方式的变异）时被发现的。他们发现，突变的基因编码调节蛋白，这些调节蛋白的正常功能是通过与发育的开关基因结合来启动发
沟相互作用的。结合域的螺旋片段之间的作用使它们互相之间略成直角。当这个 结合域被压到 DNA 上时，其中一个螺旋片段（叫做识别螺旋）刚好能与 DNA 分子的大沟严丝合缝，而另一个则与 DNA 分子的外部对接，以保证识别螺旋的 正确位置。大多数被螺旋-转角-螺旋结合域识别的 DNA 调节序列都对称地成对 出现。这些序列被含有两个相距 3.4nm 的螺旋-转角-螺旋基序的蛋白质结合， 3.4nm 正是 DNA 螺旋转一圈所需要的距离(图 16.4)。具有两个蛋白质/DNA 结合 位点使蛋白质与 DNA 之间相接触的范围加倍，从而很大程度地将加强了二者之 间形成的结合。 同源域基序 在众多的真核细胞生物体包括人体的发育过程当中，有一种特殊的螺旋-转 角-螺旋基序起到了重要作用。这种模体是在研究人员开始鉴定果蝇的一组同源 异型突变（一组改变躯体装配方式的变异）时被发现的。他们发现，突变的基因 编码调节蛋白，这些调节蛋白的正常功能是通过与发育的开关基因结合来启动发 图 16.4：螺旋-转角-螺旋基序如何工作。图中所绘出的三个调节蛋白（紫色）全 部通过一对螺旋-转弯-螺旋基序与 DNA 结合。在这种情况下，两个一样的基序 （红色）相距 3.4nm，正好是 DNA 螺旋转一圈的距离。这就使得调节蛋白嵌入 DNA 大沟的两个相邻的部分之间，提供结实的联结。 CAP fragment CAP 片断； tryptophan repressor 色氨酸阻遏蛋白； lambda (λ) repressor fragment λ 阻遏蛋白片断；
育的关键环节。超过50种这类调节蛋白已经被分析，而它们全都含有一种几乎相同的60个氮基酸Helix-turn-helixmotif的序列，叫做同源异型域(homeodomain）（图16.5b）。同源异型域的中心被一个结合DNA的螺旋-转弯-螺旋基序占据。在发DHomeodomain育同源结构域内围绕着这个模体的是一个保证模体每次都能以同样的方式接触DNA的区域。ZnZn(oZinc finger锌指基序另一类不同的DNA结合基序运用一个或几个锌原子来辅助其与DNA的结合。这叫做锌指基序(zincfingers）（图16.5c），这些基序以几种形式存在。在一种形(da)Leucinezipper式中，一个锌原子把一个α-螺旋片段与一个β-折叠片段连接起图16.5：主要的DNA结合基序。Helix-turn-helixmotif螺旋-转角-螺旋基序；来，使a-螺旋片段与DNA大沟homeodormain同源异型域；zinc finger锌指；相吻合。这类基序通常成簇出现，leucinezipper亮氨酸拉链；β-折叠将螺旋片段间隔开使每个螺旋都与大沟相接触。成簇聚集的锌指基序越多，蛋白质与DNA结合得越强。在另一种形式的锌指基序中，β-折叠片的位置被另一个螺旋片段所取代。亮氨酸拉链基序还有一种DNA结合基序，两个不同的蛋白质亚基联合起来形成一个单独的DNA结合位点。这个基序形成在一个含有若干疏水氨基酸（通常是亮氨酸）的一个亚基与另一个亚基上的相似区域相互作用的区域。这种作用把这两个亚基在这个区域上结合起来，而两个亚基的其他部分是分离的。这叫做亮氨酸拉链基序
育的关键环节。超过 50 种这类调 节蛋白已经被分析，而它们全都 含有一种几乎相同的60个氨基酸 的 序 列 ， 叫 做 同 源 异 型 域 (homeodomain)（图 16.5b）。同源 异型域的中心被一个结合 DNA 的螺旋-转弯-螺旋基序占据。在发 育同源结构域内围绕着这个模体 的是一个保证模体每次都能以同 样的方式接触 DNA 的区域。 锌指基序 另一类不同的 DNA 结合基 序运用一个或几个锌原子来辅助 其与 DNA 的结合。这叫做锌指基 序(zinc fingers)（图 16.5c），这些 基序以几种形式存在。在一种形 式中，一个锌原子把一个α-螺旋 片段与一个β-折叠片段连接起 来，使α-螺旋片段与 DNA 大沟 相吻合。这类基序通常成簇出现， β-折叠将螺旋片段间隔开使每 个螺旋都与大沟相接触。成簇聚集的锌指基序越多，蛋白质与 DNA 结合得越强。 在另一种形式的锌指基序中，β-折叠片的位置被另一个螺旋片段所取代。 亮氨酸拉链基序 还有一种 DNA 结合基序，两个不同的蛋白质亚基联合起来形成一个单独的 DNA 结合位点。这个基序形成在一个含有若干疏水氨基酸（通常是亮氨酸）的 一个亚基与另一个亚基上的相似区域相互作用的区域。这种作用把这两个亚基在 这个区域上结合起来，而两个亚基的其他部分是分离的。这叫做亮氨酸拉链基序 图 16.5：主要的 DNA 结合基序。 Helix-turn-helix motif 螺旋-转角-螺旋基序； homeodormain 同源异型域；zinc finger 锌指； leucine zipper 亮氨酸拉链；
(leucinezipper)，这个结构具有“Y”的形状，Y的两臂就是结合进DNA大沟中的螺旋片段（图16.5d）。因为两个亚基可以为这个基序提供非常不同的螺旋部位，所以亮氨酸拉链在控制基因表达上容许了很大的灵活性。调节蛋白与暴露在DNA大沟中的碱基的边缘结合。大多数调节蛋白含有结构上的基序比如螺旋-转角-螺旋、同源异型结构域、锌指或亮氨酸拉链基序。16.3细菌通过阻断RNA聚合酶来限制转录调控转录起始生物体是怎样运用DNA的调节序列以及与之相结合的蛋白质来控制所转录InactiveRNApolymerase/repressorTryptophan7absentmRNA synthesisPromoterGenesareONTryptophanisStartofsynthesizedtranscriptionOperatorTryptophanTryptophanpresentARActiverepressor/RNApolymerasecannotbindGenesareOFFTryptophanisnotsynthesized图16.6：trp操纵子是如何调控的色氨酸阻遏蛋白并不能够结合操纵基因（位于启动子内）除非色氨酸先与阻遏蛋白相结合。因此，在没有色氨酸的时候，启动子就能够发挥功效，RNA聚合酶就可以转录操纵子。而有了色氨酸出现时，色氨酸-阻遏蛋白复合物与操纵子牢牢结合，阻止了RNA聚合酶启动转录。Operator操纵基因：promoter启动子：tryptohan absent缺少色氨酸；tryptohanpresent有色氨酸：inactiverepressor失活的阻遏蛋白；startoftranscription转录起始：tryptohan色氨酸；activerepressor活性阻遏蛋白；RNApolymeraseRNA聚合酶；mRNAsynthesismRNA合成；genesareon基因“开启”；genesareoff基因“关闭”；tryptophanissynthesized色氨酸被合成；tryptophanisnotsynthesized色氨酸未被合成；RNApolymerasecannotbindRNA聚合酶不能结合；
(leucine zipper)，这个结构具有“Y”的形状，Y 的两臂就是结合进 DNA 大沟中 的螺旋片段（图 16.5d）。因为两个亚基可以为这个基序提供非常不同的螺旋部位， 所以亮氨酸拉链在控制基因表达上容许了很大的灵活性。 调节蛋白与暴露在 DNA 大沟中的碱基的边缘结合。大多数调节蛋白含有结构上的 。大多数调节蛋白含有结构上的基序比如 螺旋-转角-螺旋、同源异型结构域 、同源异型结构域、锌指或亮氨酸拉链基序 、锌指或亮氨酸拉链基序。 16.3 细菌通过阻断 RNA 聚合酶来限制转录 调控转录起始 生物体是怎样运用 DNA 的调节序列以及与之相结合的蛋白质来控制所转录 图 16.6：trp 操纵子是如何调控的 色氨酸阻遏蛋白并不能够结合操纵基因（位于启 动子内）除非色氨酸先与阻遏蛋白相结合。因此，在没有色氨酸的时候，启动子就 能够发挥功效，RNA 聚合酶就可以转录操纵子。而有了色氨酸出现时，色氨酸-阻遏 蛋白复合物与操纵子牢牢结合，阻止了 RNA 聚合酶启动转录。 Operator 操纵基因； promoter 启动子； tryptohan absent 缺少色氨酸； tryptohan present 有色氨酸； inactive repressor 失活的阻遏蛋白； start of transcription 转录 起始； tryptohan 色氨酸； active repressor 活性阻遏蛋白； RNA polymerase RNA 聚合酶； mRNA synthesis mRNA 合成； genes are on 基因“开启”； genes are off 基因“关闭”； tryptophan is synthesized 色氨酸被合成； tryptophan is not synthesized 色氨酸未被合成； RNA polymerase cannot bind RNA聚合酶不能结合；
的基因的？在细菌和真核生物中使用着同样的基本调控，但真核细胞使用了反映出它们更为精巧的染色体结构的一些附加的因子。我们将先从细菌内发现的相对较为简单的控制说起。阻遇蛋白是“关闭”开关典型的细菌具有编码数千蛋白质的基因，但是一次只转录这些基因中的一部分；其他的则不表达，直到需要它们的时候。比如说，当细胞遇到可能的食物来源时，它就会开始制造代谢这些食物所必需的酶。这一类转录控制的最熟悉的例子可能就是色氨酸合成基因（trp基因）的调控了，斯坦佛大学的CharlesYanofsky和他的学生们是这项研究的奠基人。操纵子(operons)。大肠杆菌（Escherichiacoli）用由一簇五个基因编码的蛋白质来合成色氨酸。这五个基因一起作为一个单元被转录，这个单元叫做操纵子，产生出单个的长片段mRNA。RNA聚合酶与一个位于第一个基因开端的启动子结合，然后顺DNA而下，一个接一个地转录基因。调节蛋白通过与启动子前面的操纵位点结合，通常是将其覆盖，从而关闭转录。当色氨酸出现在细菌的周围环境当中时，细胞就通过一种色氨酸阻遏蛋白(repressor)停止了对trp基因的转录，这是一个螺旋-转角-螺旋调节蛋白，它与位于trp启动子内的操纵位点相结合（图16.6）。阻遏蛋白与操纵子的结合阻止了RNA聚合酶与启动子结合。这种调控机制的功能关键在于，色氨酸阻遏蛋白不能够结合DNA，除非它先结合两个分子的色氨酸。阻遏蛋白与色氨酸的结合使2阻遇蛋白上的一对螺旋-转角-螺旋基序4的构象发生了改变，引起它们的识别螺足1Tryptophal旋与DNA的相邻的大沟相吻合（图16.7)。图16.7：色氨酸阻遏蛋白是怎样起作用这样，细菌细胞的色氨酸合成取决的。色氨酸与阻遏蛋白的结合增加了阻遇蛋白上两个识别螺旋之间的距离，使于周围环境中色氨酸的缺失。当环境中得阻遏蛋白恰好与DNA大沟上的两个缺少色氨酸时，没有激活阻遏蛋白的物相邻的部位相吻合。tryptohanTrp质，所以阻遏蛋白不能够阻碍RNA聚合
的基因的？在细菌和真核生物中使用着同样的基本调控，但真核细胞使用了反映 出它们更为精巧的染色体结构的一些附加的因子。我们将先从细菌内发现的相对 较为简单的控制说起。 阻遏蛋白是“关闭”开关 典型的细菌具有编码数千蛋白质的基因，但是一次只转录这些基因中的一部 分；其他的则不表达，直到需要它们的时候。比如说，当细胞遇到可能的食物来 源时，它就会开始制造代谢这些食物所必需的酶。这一类转录控制的最熟悉的例 子可能就是色氨酸合成基因（trp 基因）的调控了，斯坦佛大学的 Charles Yanofsky 和他的学生们是这项研究的奠基人。 操纵子(operons)。大肠杆菌（Escherichia coli）用由一簇五个基因编码的蛋 白质来合成色氨酸。这五个基因一起作为一个单元被转录，这个单元叫做操纵子， 产生出单个的长片段 mRNA。RNA 聚合酶与一个位于第一个基因开端的启动子 结合，然后顺 DNA 而下，一个接一个地转录基因。调节蛋白通过与启动子前面 的操纵位点结合，通常是将其覆盖，从而关闭转录。 当色氨酸出现在细菌的周围环境当中时，细胞就通过一种色氨酸阻遏蛋白 (repressor)停止了对 trp 基因的转录，这是一个螺旋-转角-螺旋调节蛋白，它与位 于 trp 启动子内的操纵位点相结合（图 16.6）。阻遏蛋白与操纵子的结合阻止了 RNA 聚合酶与启动子结合。这种调控机制的功能关键在于，色氨酸阻遏蛋白不 能够结合 DNA，除非它先结合两个分子 的色氨酸。阻遏蛋白与色氨酸的结合使 阻遏蛋白上的一对螺旋-转角-螺旋基序 的构象发生了改变，引起它们的识别螺 旋与 DNA 的相邻的大沟相吻合（图 16.7）。 这样，细菌细胞的色氨酸合成取决 于周围环境中色氨酸的缺失。当环境中 缺少色氨酸时，没有激活阻遏蛋白的物 质，所以阻遏蛋白不能够阻碍 RNA 聚合 图 16.7：色氨酸阻遏蛋白是怎样起作用 ：色氨酸阻遏蛋白是怎样起作用 的。色氨酸与阻遏蛋白的结合增加了阻 的 遏蛋白上两个识别螺旋之间的距离，使 得阻遏蛋白恰好与 DNA 大沟上的两个 相邻的部位相吻合。 tryptohan Trp