9.4.1　原核 Operon 模式 DNA 元件： Promoter（啟動子）：RNA pol 結合 Operator（操縱子）：repressor 蛋白結合的 DNA 序列；位於 promoter 附近或其內 Attenuator（衰減子）：leader 區的可變莖環結構，可提前終止轉錄 Structural genes：編碼的目標蛋白 蛋白質 / 小分子元件： Repressor（抑制子）：蛋白質，異位調控（allosteric）；結合 operator → 擋住 pol Activator（活化子）：蛋白質，如 CAP/CRP Inducer（誘導子）：小分子，如 allolactose（lac operon）、IPTG；作用於 repressor 使其脫落 Corepressor：小分子，如 Trp 本身；與 repressor 結合才具活性 重要對照： • Operator、Promoter、Attenuator 都是 DNA 序列 • Repressor 是蛋白（具 allosteric 特性） • Inducer 多為小分子（如糖類） 9.4.2　Lac operon 無乳糖時 LacI repressor 堵住 operator；有乳糖時 allolactose 使 repressor 脫落，lac operon 轉錄。 結構： lacI ────/──── promoter ── operator ── lacZ ── lacY ── lacA ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 抑制子基因 pol 結合 repressor β-半乳糖 透性酶 乙醯轉移酶 結合處 苷酶 基因 產物功能 lacI 編碼 LacI repressor（抑制子蛋白） lacZ β-galactosidase（分解乳糖酵素活性） lacY Lactose permease（細胞膜上轉送蛋白） lacA Thiogalactoside transacetylase（功能次要） 雙重控制： Negative control（LacI）：無 lactose → repressor 結合 operator → 抑制；有 lactose → allolactose 作誘導子解開 repressor → 解除抑制 Positive control（CAP-cAMP）：低葡萄糖 → cAMP↑ → CAP-cAMP 結合 promoter 上游 → 招募 RNA pol（所以最佳轉錄發生在：低葡萄糖 + 有乳糖） 9.4.3　Trp operon 與 attenuation（衰減） Leader sequence 可形成 1-2, 2-3, 或 3-4 莖環；色胺酸濃度決定核糖體卡在哪個 Trp 密碼子，進而決定哪個莖環形成。 兩層調控： Repressor 系統：Trp 為 corepressor，與 TrpR 結合後抑制 operator → 高 Trp 抑制。 Attenuation（衰減）：更精細，感測細胞瞬間的 Trp 濃度。 機制（原核特有：轉錄與轉譯偶聯，邊轉錄邊轉譯）： Leader peptide 含兩個連續 Trp 密碼子（感測用） Trp 濃度高 → 核糖體快速通過 Trp 密碼子 → 3-4 莖環 形成 → 提前終止轉錄（attenuation） Trp 濃度低 → 核糖體卡在 Trp codon → 2-3 莖環 形成 → 轉錄繼續 → 合成更多 Trp 生合成酵素 國考點： • Leader peptide 上的 Trp 密碼子是感測細胞色胺酸含量的設計。 • Attenuation 作用在整個 operon 的 leader region，不是個別基因的 promoter。 9.4.4　真核轉錄調控 多層機制： 染色質結構層次（染色體包裝鬆緊） DNA 序列層次（promoter + enhancer/silencer + TF） 轉錄後層次（RNA 穩定性、splicing、miRNA） 轉譯與 PTM 層次 Enhancer / silencer 與 activator / repressor Enhancer（增強子） / silencer（沉默子）：DNA 上的順式調控序列，可距離 promoter 數 kb 甚至 Mb、方向無關。 Activator：DNA 結合蛋白，結合 enhancer → 彎曲 DNA 讓活化結構域接觸 PIC → 增強轉錄。 Coactivator：不直接結合 DNA，橋接 activator 與 PIC（如 Mediator 複合體）。 對應的 repressor 結合 silencer 抑制表達。 DNA 結合蛋白的結構模體 模體 特徵 代表性蛋白 Helix-turn-helix（HTH） 兩個 α-helix 以短 turn 連接 原核調控蛋白（Lac、Trp repressor）、homeodomain（真核） Helix-loop-helix（HLH） 兩個 α-helix 以 loop 連接；常二聚體 MyoD、Max Zinc finger（鋅指） Cys/His 配位 Zn²⁺ 類固醇受體、TFIIIA Leucine zipper（白胺酸拉鍊） 兩個 α-helix 的 Leu 每 7 aa 重複 → 二聚化 Jun、Fos、CREB Homeobox / homeodomain 60 aa 的特殊 HTH 家族 發育調控轉錄因子（Hox） 陷阱：Zn 指 ≠ Leucine zipper；Zn 指以 Cys/His 配 Zn²⁺（Ch07 提過，與 Leu 無關）。 染色質修飾，表觀遺傳 DNA → 核小體 → 30 nm fiber → 染色質 → 染色體的分級摺疊。 組蛋白乙醯化（histone acetylation） HAT（histone acetyltransferase）把 acetyl 加到 histone 的 Lys ε-NH₂ → 中和正電 → 染色質鬆散（euchromatin） → 轉錄活化 HDAC（histone deacetylase）反向操作 → 染色質緊縮（heterochromatin） → 轉錄沉默 HDAC 抑制劑（如 vorinostat）為抗癌藥 組蛋白甲基化（histone methylation）：更複雜，位置與數目決定方向： H3K4me3、H3K36me3 → 活化 H3K9me3、H3K27me3 → 抑制 DNA 甲基化 CpG island 甲基化（啟動子內）→ 基因沉默 哺乳動物 DNMT1（維持）、DNMT3a/b（從頭）催化 去甲基：TET 酶家族（5-mC → 5-hmC 等） 國考陷阱：「mRNA 的 3' 端磷酸化以穩定結構」錯！真核 mRNA 3' 穩定靠的是 poly-A tail，不是磷酸化。 9.4.5　核受體（nuclear receptors） 類固醇激素（glucocorticoid, estrogen, androgen, aldosterone、thyroxine T3/T4, retinoic acid, Vit D） 穿過細胞膜 → 在細胞質/核內結合專一受體： Hormone binding domain（HBD）：與激素結合 DNA binding domain（DBD）：含 鋅指，結合 DNA 上的 hormone response element（HRE） 結合後影響下游基因活化或抑制（不是只能抑制；受結合的 co-regulator 決定方向） 9.4.6　DNA footprinting（DNA 足跡分析） 原理： DNA 與目標蛋白混合 → 蛋白結合處的 DNA 被保護 加入 DNase I 部分水解 電泳後，有蛋白結合的區段在梯子上空缺一段 → 即蛋白的 DNA 結合位置 用途：定位 DNA–蛋白質專一結合位點（如 TF 的結合區）。 9.4.7　反義寡核苷酸（ASO）與 siRNA Antisense oligonucleotides（ASO） = 與目標 mRNA 互補的短 DNA / 修飾核苷酸，機轉包括： 促 mRNA 降解（ASO:mRNA 雙股被 RNase H 切 RNA 股） 影響 splicing（外顯子跳躍治療 DMD 的 eteplirsen） 降低轉譯效率（阻礙核糖體掃描） ❌ 不會造成 RNA 序列突變（ASO 只「壓住」或「分解」RNA，不改序列） 9.4.8　RecA / LexA / SOS response（原核特有，複習） 正常：LexA repressor 抑制 SOS 基因（umuDC、recA、uvrA 等）。 DNA 嚴重損傷 → 出現大量單股 DNA → RecA 結合單股 DNA → 活化 RecA 的蛋白酶輔助活性。 活化的 RecA 促進 LexA 自我裂解 → SOS 基因釋放表達 → 修復啟動。 國考：「RecA 作用機制」= 使 LexA 自我裂解，解除其對 operon 的抑制。