微量元素对动物基因表达的调控

1 微量元素对基因表达调控的主要机制

1．1在转录水平上的调控

基因表达是指动物体内的DNA转录戚几殷信使RNA(mRNA)，再以mRNA为模板合成蛋白质的过程．基因的表达要受到转录水平，转录后、mRNA翻译、翻译后等过程的调节．研究表明。营养物质在每一步都可对基因的表达产生影响，但主要是在转录水平的调控．这种调控的主要内容是对RNA聚合酶活性及正确起始位点的调节，这种调节主要是由DNA分子上所谓的启动子部位来完成．这一部位可与RNA聚合酶Ⅱ以及许多转录因子相结合．启动子位于同一条DNA链上结构基因5’侧翼区上游。被称为顺式作用元件，通常位于距转录起始点一40—200碱基对的位置反式作用元件是由那些影响转录的其他基因所产生的因子．主要包括一些蛋白质或肽类激素，类固醇一受体蛋白复合物，维生素一受体蛋白质，矿物质或矿物质一蛋白质复合物．

1．2 RNA转录后水平的调控和降解速度共同决定)使蛋白质合成量受到一定程度的控制．

1．3 mRNA翻译的调控研究表明．经过转录后加工的RNA只有5％离开细胞核，离开细胞核的mRNA并不是都是翻译成蛋白质，细胞质中存在的成熟mRNA有3条去路：一是被激活并翻译成相应的蛋白质，二是被钝化以非翻译的形式存在，三是被降解．在真核生物中mRNA不但包含可翻译序列，为蛋白质的编码序列．而且也包含非翻译序列，它位于编码区的5’和3’末段，分别叫5’和非翻译区(uTR)．许多营养素或激素都可与5’或3’uTR调节互作来实现基因表达的调节．如铁对转铁蛋白受体及铁蛋白基因的调控，硒对舍硒

白基因调控等

l 4翻译后水平的调控

对于一些特殊蛋白质还要经过翻译后修饰，才能转化为活性蛋白，如凝血酶原蛋白质的激活需要ca2+和其他一些凝血酶因子．2微量元素参与基因表达的存在形

式

2．1微量元素作为金属酶的辅助因子参与基因

表达

金属作为酶的活性中心组成部分参与基因表达．其中最典型的例子是锌离子．锌离子是DNA聚合酶的一个重要组成成分，在DNA聚合酶的结构和功能上均有重要作用，Michelsen等在加锌和不加锌的条件下分别检测了DNA聚合酶的活性，发现不加锌大鼠细胞核中DNA聚合酶活性显著低于正常饲喂水平的大鼠；而向缺锌鼠饲料中加人O 0l—O 05％moL／L锌离子又可使DNA聚合酶活性部分恢复．锌离子也是RNA聚合酶的一个重要组成成分，真核生物中RNA聚合酶I、Ⅱ、Ⅲ分别转录rRNA、mRNA、tRNA和5sRNA及其他几种小分子RNA．

2．2部分微量元素可作为诱导物从而对基因表

达进行调控

作为基因表达过程中的诱导物，微量元素能引发蛋白与核酸结合，从而对基因表达进行调控，类微量元素多为二价的过渡元素：如镉、铅、铜、汞、镍、锌等．

2．3微量元素作为维持特殊构型的结构物质参微量元素可作为结构物质，在蛋白(结合蛋白)与基因发生互作时保证维持一定的特殊构型．锌指结构是锌原子作为活性结构的一部分与一小群氨基酸结合，在蛋白质中形成相对独立的一个结构阈，这种结构阈的共同特点是可通过n一螺旋结合到DNA大沟中，锌指环上突出的LYS.Arg参与同DNA的结合，由于锌指结构往往重复出现，使得蛋白质因子在DNA大沟中结合很牢固且特异性高

2．4调节机体营养平衡的金属

这些金属可以为转录激活过程或mRNA的翻译调节提供信号，从而对机体营养状况进行基

水平调节，研究较深入的是铁对铁蛋白mRNA和转铁蛋白受体mRNA的调控作用。

来自：微量元素分析仪

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