现代分子生物学与基因工程 节选

bsp; 前言
    20世纪50年代，DNA双螺旋结构模型的提出，开启了现代分子生物学的新纪元。半
  个世纪以来，分子生物学以空前的速度迅猛发展，已成为现代生命科学中发展*迅速、取得
  成果*多的学科之一。分子生物学是研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能，并从分
  子水平上阐述蛋白质与核酸、蛋白质与蛋白质之间相互作用的关系及其基因表达调控机理的
  科学。分子生物学从分子水平上研究生命现象、生命本质、生命活动及其规律，它涵盖了生
  命科学的各个领域，改变了或正在改变着整个生物学的面貌，其研究成果已在工业、农业、
  医药、食品、材料、能源、冶金、环保等领域得到了广泛的应用。
    随着分子生物学的飞速发展，产生了许多其他技术。20世纪70年代，重组DNA技术
  的发现标志着基因工程的诞生，使人们能够根据自己的意愿来操作基因、改造基因。基因工
  程已经在基因工程药物、转基因植物、转基因动物等方面取得了喜人的成果，并且正在以新
  的势头继续向前迅猛发展，成为当今生命科学研究中*具生命力、*引人注目的前沿学科
  之一。
    在生命科学的教学中，分子生物学是生命科学领域十分重要的专业基础课，基因工程是
  分子生物学的重要应用，两者之间关系紧密。随着分子生物学和基因工程的发展，为适应高
  等学校本科生课程体系和教学内容的需要，作者花费大量时间搜集、整理资料，参阅了大量
  国内外文献，结合多年的教学、科研实践经验编著了本教材。全书分为现代分子生物学和基
  因工程两篇，将分子生物学与基因工程内容有机融合在一起，适合综合、师范、医药、农林
  类院校等生物科学、生物技术、生物工程、制药工程、食品工程等相关专业的本科生教学及
  教师、科研人员参考。
    本书内容丰富、取材新颖、简明扼要、条理清晰、语言简练，将基础性、前瞻性、系统
  性与可读性有机统一，是指导本科生在有限时间掌握分子生物学和基因工程基础知识和技术
  的理想教材。
    本书**章由黑龙江大学李海英教授和齐齐哈尔大学邵淑丽教授撰写；第四章、第五
  章、第七章、第十一章、第十二章由黑龙江大学杨峰山副教授撰写；第二章、第三章由黑龙
  江大学于冰老师撰写；第六章、第十章、第十三章由黑龙江大学马春泉老师撰写；第八章、
  第九章由黑龙江大学高传军老师撰写。全书由李海英教授、杨峰山副教授和邵淑丽教授负责
  统稿。
    由于现代分子生物学和基因工程发展迅速，专家学者们关注侧重点往往不同，因此本书
  难以面面俱到，疏漏之处在所难免，敬请广大读者批评指正。
    李海英
    2007年10月于黑龙江大学

第五章  基因表达调控
**节原核生物基因表达调控
    一、概述
    原核生物及单细胞真核生物在其生长繁殖过程，往往直接暴露在变化莫测的自然环境
中，其食物供应多样且无保障，因此只能随同环境条件的改变，来合成各种不同的蛋白质，
使其代谢过程能够适应环境的变化，维持自身的生存乃至繁衍。高等真核生物代谢途径以及
食物来源相对于原核生物而言比较稳定，但由于它们是多细胞的有机体，在个体发育过程中
出现细胞分化，形成各种组织和器官，不同的细胞所合成的蛋白质在质和量上是不同的。因
此，不论是真核细胞还是原核细胞，都必须有一套准确的调节基因表达和蛋白质合成的机制。
    生物的遗传信息是以基因的形式储藏在细胞内的DNA(或RNA)分子中的，随着个体
的发育，DNA有序地将遗传信息通过转录和翻译的过程转变成蛋白质，执行各种生理生化
功能，完成生命的全过程。从DNA到蛋白质的过程，叫做基因表达(gene expression)对
这个过程的调节就称为基因表达调控(regulation of gene expression or gene contr01)。对于
原核生物，以营养状况(nutritional status)和环境因素(environmental factor)为主要的
基因表达影响因素。在真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平(hormone level)和发育
阶段(developmental stage)是基因表达调控的*主要手段和体现，而营养和环境因素的影
响力大为下降。
    (一)细菌细胞对营养的适应
    为了生存，细菌必须能够适应广泛变化的环境条件。这些环境条件包括营养、水分、溶
液浓度、温度、pH等。而这些条件又必须通过细胞内的各种生化反应途径，为细胞的生长
繁殖提供能量和构建细胞组分所需的小分子化合物。一般细菌如大肠杆菌所需的碳源首先是
葡萄糖，利用葡萄糖发酵获得能量，维持生存。在缺乏葡萄糖时细菌也可以利用其他糖类
(如乳糖)作为碳源维持生存。
    (二)结构基因和调节基因
    结构基因(structural gene)是编码蛋白质或功能RNA的基因。细菌的结构基因一般成
簇排列，多个结构基因受单一启动子共同控制，使整套基因或都表达或者都不表达。结构基
因编码大量功能各异的蛋白质，其中有组成细胞和组织器官基本成分的结构蛋白、有催化活

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