基因表达调控-4
真核生物基因表达的调控
4、DNA甲基化与基因组印迹 （1）基因组印迹：来源于父母本的一对等位基因
表达不同（如X染色体失活） （2）基因组印迹的机制--DNA高度甲基化
5、DNA甲基化与X染色体的失活 X染色体DNA序列高度甲基化，基因被关闭
（1）与X染色体的失活有关的序列：
AP2
??
结合蛋白 (protein binding)
AP2 AP1
? SP1
? TF IID +
RNApol
BLE basal level element MRE metal response element AP activator protein
应答元件的特点：
1. 具有与启动子、增强子同样的一般特性. 2. 与起始点的位置不固定（多在-200以内;单个功能充分,
非洲爪蟾的卵母细胞 rDNA的拷贝数目： 500份 2×106份，可装配1012个核糖体 当胚胎期开始，增加的rDNA便失去功能并逐渐消失
二、基因丢失
有的生物在个体发育的早期在体细胞中要丢 失部分染色体，而在生殖细胞中保持全部的 基因组。
小麦瘿蚊（染色丢失了32条，只保留8条）
马蛔虫
三、基因重排(gene rearrangement)
的下游起作用。 4、与它结合的转录因子是GCN4和GAL4，识别位
点为 ATGACTCAT。
（四）绝缘子(Insulator)
阻止激活或失活效应的元件
举例：
1、当绝缘子位于增强子和启动子间时，能阻止 增强子激活启动子作用。
2、当绝缘子位于一个活化基因和异染色质之间 时，它保护基因免受由异染色质扩展造成的失 活效应影响。
Constant
生物学中的基因表达调控机制
生物学中的基因表达调控机制基因表达是指DNA的信息被转录成为RNA分子，然后被翻译成蛋白质，从而实现基因的功能。
每一个细胞都包含了DNA的全部信息，但不同类型的细胞有不同的外部形态和功能，这是因为在不同的细胞中，不同的基因被不同程度地表达。
基因表达调控机制主要包括转录因子、表观遗传学和RNA干扰等方面。
一、转录因子转录因子是一类能够结合到DNA上的蛋白质。
它们的主要作用是在转录过程中降低或增加某些特定基因的表达。
转录因子主要结合到与DNA上的启动子序列，并招募转录酶以开始转录。
转录因子与DNA的结合是高度特异性的，这使得它们能够调控特定基因的表达。
转录因子的活性可以被调控，这意味着它们可以适应细胞对环境和不同发育时期的不同需求。
二、表观遗传学表观遗传学是指不改变DNA序列的情况下，通过化学修饰DNA或与DNA相关的蛋白质，调节基因表达的过程。
这些修饰包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等。
甲基化是一种让基因表达沉默的修饰方式，甲基化的DNA上游或下游调节元件会导致DNA的失活。
组蛋白修饰通过对组蛋白磷酸化、甲基化和乙酰化等方式来调控基因的表达。
非编码RNA包括既能够紧密地与DNA相互作用的长长的非编码RNA，也包括可以干扰其他RNA的小RNA。
三、RNA干扰RNA干扰是一种能够调控基因表达的高度保守、非编码的RNA分子系统。
在这里，小RNA分子与特定的靶RNA序列相互作用，从而在RNA的一生中发挥重要的作用。
RNA干扰可以被看作是自然的反义遗传工程。
在许多生物体中，特别是植物和无脊椎动物，RNA干扰被发现能够调控基因表达和抵御病原体攻击。
在生物学中，基因表达调控机制是非常复杂的。
每个细胞内背负着一套复杂却微妙的调控系统，这些调控系统能够使微小的变化对基因表达产生深远的影响。
研究生物体内调控机制的探索是我们逐渐了解生命的复杂性和发展方向的关键之一。
在未来的研究中，我们有理由期待更进一步地了解这些复杂机制，以更好地维护人类健康、发展与自然。
基因表达调控的原理
基因表达调控的原理基因是我们身体的遗传物质，它们决定了我们的性状和特征。
但是，这些基因需要得到表达才能发挥作用，而基因表达的调控是一个复杂而有意义的过程。
在这篇文章中，我们将探讨基因表达调控的原理，以及这个过程是如何影响人类的健康和疾病的发展的。
基因表达的基本原理基因表达是指基因通过转录和翻译的过程向细胞传递信息的过程。
这个过程可以被分为两个步骤：转录和翻译。
转录是指基因DNA序列的信息通过转录因子启动子和DNA聚合酶转录成RNA分子的过程。
RNA分子可以是mRNA、rRNA、tRNA或其他类型的RNA。
mRNA是编码蛋白质的信使RNA分子，其它RNA类型则是辅助蛋白质功能的分子。
把基因铺成RNA的步骤被称为转录，这是首次把遗传信息从DNA向蛋白质表达转移的一个非常大的步骤。
翻译是指mRNA中的信息被转化成蛋白质的过程。
这个过程需要参与到大量的分子和酶，并且需要细胞内部许多细节的协调工作。
在这个过程中，有三个非常重要的因素影响蛋白质的合成：基因序列、调控系统和环境信号。
基因序列是指DNA的序列，它决定了mRNA的序列，从而影响了蛋白质的合成。
调控系统是指一系列辅助基因表达的机制，能够影响蛋白质的合成并加速基因表达进程。
环境信号能够改变细胞内部的调控系统，从而影响蛋白质的合成。
基因表达调控的机制基因表达调控是一系列基因转录活动和蛋白质合成活动的组合。
在这个过程中，许多分子和机制可以影响基因的表达模式。
转录因子是一类特殊的蛋白质，它们结合到基因改变转录活性。
环境信号、细胞生理状态和癌变过程的变化可以影响转录因子的合成和调控，从而影响基因的表达模式。
表观遗传调控是指对基因的表达模式进行调控的机制，而不改变DNA的序列。
表观遗传调控通过化学修饰的方式，包括甲基化、组蛋白修饰和DNA氧化等方式来达到调控的目的。
这个机制在癌症、种族特征和基因开关的调控中非常重要。
RNA干扰是一种非常重要的基因调控机制，通过RNA分子来阻断或促进转录和翻译的进程，从而影响基因的表达模式。
普通遗传学第十四章 基因表达的调控
第一节 原核生物的基因调控
一、转录水平的调控
→原核生物基因表达的调控主要发生在 转录水平。
→当需要某一特定基因产物时，合成这 种mRNA。当不需要这种产物时， mRNA转录受到抑制。
1、乳糖操纵元模型
大肠杆菌的乳糖降解代谢途径： Monod等发现，当大肠杆菌生长在含有乳 糖的培养基上时，乳糖代谢酶浓度急剧增 加；当培养基中没有乳糖时，乳糖代谢酶 基因不表达，乳糖代谢酶合成停止。 为此，Jacob和Monod（1961）提出了乳糖 操纵元模型，用来阐述乳糖代谢中基因表 达的调控机制
转录效率更高
→在有葡萄糖存在时，不能形成cAmp， 也就没有操纵元的正调控因子cAmp-CAP 复合物，因此基因不表达。
乳糖操纵元的正调控
2、色氨酸操纵元
大肠杆菌色氨酸操纵元是合成代谢途径中 基因调控的典型例子。
◆trp操纵元由5个结构基因trpE、trpD、trpC、
trpB和trpA组成一个多顺反子的基因簇。 5′端是启动子、操纵子、前导顺序（trpL）和 衰减子（attenuator）。
❖ 负调控：存在细胞中的阻遏物阻止转录过程的 调控。
❖ 正调控：调节蛋白和DNA以及RNA聚合酶相 互作用来帮助起始。诱导物通常与另一蛋白质结 合形成一种激活子复合物，与基因启动子DNA序 列结合，激活基因起始转录。
原核生物中基因表达以负调控为主, 真核生物中 则主要是正调控机制。
图 14-1 正调控和负调控
2、反义RNA调控
反义RNA可与目的基因的5’UTR（ untranslated region ）互补配对，配对的区域 通常也包括启动子的SD序列，使mRNA不能与 核糖体有效结合，从而阻止蛋白质的合成。
反义RNA基因已被导入真核细胞，控制真核生 物基因表达。例如，将乙烯形成酶基因的反义 RNA导入蕃茄，大大延长了蕃茄常温贮藏期。
分子生物学-4
G
A
珠蛋白基因簇位于第 11 号染色体； , G, A, 和 为功能基因， 为假 基因。
胚胎发育早期的 Hb：22, 22 和 22 妊娠 8 周后胎儿的 HbF：22 成人型 HbA： 22 和 22 (3%)
(二) 空间特异性
在个体生长过程中，某种基因产物在个体中按不同组 织空间顺序出现，称为基因表达的空间特异性 (spatial specificity) 或组织特异性 (tissue specificity)。
真核生物基因表达调控
/10005107/
The ENCODE Project 旨在解析人类基因组中的所有功能性 元件。
染色体结构的变化对基因表达的影响
• DNA 甲基化： 胞嘧啶甲基化； • 染色质修饰：组蛋白的多种共价修饰；
• DNase I 超敏感位点：转录活性基因对 DNase I 极度敏感。
适体区序列保守，能与适体直接结合，使表达平台的构 象变化，形成有选择性的茎环结构，导致 mRNA 转录提前 终止或者抑制翻译的起始。
aptamer region (pink) expression platform (orange)
抑制型核糖开关：适体存在时能抑制基因表达； 激活型核糖开关：适体存在时能启动基因表达。
lacY 基因编码透过酶 (permease)
lacA 基因编码乙酰基转移酶 (transacetylase)
E.coli 在含葡萄糖的培养基中生长 时，lacZ 基因不表达。 当葡萄糖耗尽而乳糖存在时， lacZ 基因表达，-半乳糖苷酶将乳糖水 解成葡萄糖和半乳糖。
Allolactose (异乳糖)
• EF-G (转位酶) 定位在 L12CTD 和 L11-NTD 之间。
基因表达的调控与机制
基因表达的调控与机制基因是生物体内控制生命活动的基本单位，而基因表达则是基因产生生物学效应的过程。
在生物体内，不同细胞的基因表达模式不同，这种差异称为基因表达调控。
基因表达调控是细胞分化、发育、生长、免疫应答和病变等过程中的关键因素。
基因表达调控的机制是深入研究的热点领域，对此我们有必要进行深入探讨。
1.基因表达的调控基因表达调控是生物学的关键过程，其目的是控制基因的转录和翻译，从而使生物能够适应内外环境的不同需要。
基因表达的调控有两种方式：一是属于遗传学范畴的突变和基因重组，二是属于分子生物学范畴的转录后调控和信号转导。
其中转录后调控和信号转导是生物体内基因表达调控的主要手段。
2. 转录后调控转录后调控是指基因转录后，需要进行各种后续加工和调整，才能产生成熟的mRNA和蛋白质。
转录后调控包括RNA加工、RNA剪接和RNA稳定化等。
在RNA加工方面，mRNA的5'端和3'端需要经历不同的修饰，才能够被稳定地存储和表达。
RNA剪接是指在基因转录之后，需要对mRNA进行选择性剪接，以产生不同的转录本。
这些转录本可以在翻译过程中产生不同的蛋白质。
RNA稳定化是指在mRNA合成之后，其稳定性需要得到精细的调控，以保证其能够长时间地存在。
3. 信号转导信号转导是生物体内基因表达调控的另一种方式，它是通过反应分子之间的交互作用来实现的。
信号转导包括细胞表面受体和细胞内信号转导通路两个方面。
细胞表面受体是指细胞表面上的受体分子，它们与外界的信号分子结合，通过改变受体的构象来转导信号。
细胞内信号转导通路是指信号转导的下游分子，它们接收来自上游的信号，从而调节基因表达。
4.基因表达调控的机制基因表达调控的机制是指影响基因表达的各类分子机制。
这些机制中，蛋白质-蛋白质相互作用及其调控、DNA甲基化、组蛋白修饰、RNA干扰等是较为常见的。
在蛋白质-蛋白质相互作用及其调控方面，蛋白质相互作用是一种广为应用的基因表达调控机制，如转录因子结合DNA，促进或抑制基因转录。
基因表达的调控机制
基因表达的调控机制基因是生物体内部分遗传信息的基本单位，而基因的表达即是将基因信息转化为功能蛋白质或RNA的过程。
为了维持生物体内部的正常功能和适应外界环境的变化，基因的表达必须受到精确的调控，以保证基因产物的数量和时间上的合理控制。
基因表达的调控机制可以分为转录水平的调控、RNA后转录水平的调控以及转录后水平的调控。
一、转录水平的调控转录是基因表达的第一步，它决定了哪些基因会被转录为RNA。
转录的调控是通过控制转录因子与启动子区域的结合来实现的。
启动子附近的DNA序列中存在一些特定的序列结构称为转录因子结合位点，而转录因子则是能够特异性地结合在这些位点上的蛋白质。
转录因子的结合可以促进或抑制RNA聚合酶的结合，从而调控基因的转录水平。
此外，还有一些转录因子能够与共激活子结合，进一步调控特定基因的转录。
二、后转录水平的调控转录后水平的调控主要包括剪接调控和RNA修饰。
剪接是在转录后的RNA分子中剪切掉非编码序列，将编码序列连接成连续的序列。
不同的剪接方式会导致基因产物的多样性，从而调控基因表达。
剪接的调控主要通过剪接因子的结合与调控。
此外，RNA修饰也是一种重要的后转录调控方式，如RNA甲基化和RNA剪切修饰等。
这些修饰可以改变RNA的稳定性和功能，从而影响基因的表达水平。
三、转录后水平的调控转录后水平的调控主要包括mRNA的稳定性、转运和翻译调控。
mRNA的稳定性是由mRNA的3'非翻译区域的特定序列决定的，这些序列可以诱导降解或稳定mRNA分子。
转运是指mRNA分子从细胞核运输到细胞质的过程，这个过程是由核膜孔和转运蛋白共同参与的。
翻译调控是指控制mRNA翻译成蛋白质的速率和效率。
这种调控可以通过mRNA的5'非翻译区域的序列来实现，这些序列可以促进或抑制翻译起始复合体的组装。
综上所述，基因表达的调控涉及到多个层面和多种机制。
通过转录的调控、RNA后转录的调控以及转录后的调控，生物体可以在复杂的内外环境中对基因表达进行适时、适量、适地的响应。
基因表达的时空调控和组织特异性
基因表达的时空调控和组织特异性基因表达是指基因转录为RNA，然后该RNA被翻译成蛋白质的过程。
在这个过程中，基因表达的时空调控是至关重要的，它决定了基因在特定细胞类型、发育阶段和环境条件下是否会被表达，以及在何种程度上被表达。
同时，基因表达的时空调控也决定了基因在组织中的特异性表达。
一、基因表达的时空调控1. 转录调控转录调控是指调控因子与基因组中的特定DNA序列结合，影响RNA聚合酶与基因的结合和转录的速率。
转录调控主要包括转录因子、启动子、增强子和转录抑制子等。
转录因子可以促进或抑制转录的发生，启动子是转录起始的地点，而增强子可以增加基因的转录率。
2. RNA后转录调控RNA后转录调控是指在RNA转录之后，RNA分子经历剪接、切割、修饰和稳定性调控等过程的调控。
剪接是指将RNA前体分子的不同区域连接到一起，形成成熟的mRNA。
切割和修饰可以影响mRNA的稳定性和功能。
3. 翻译调控翻译调控是指在RNA被翻译为蛋白质的过程中，通过调控翻译机器的结合和蛋白质合成速率来控制基因的表达水平。
翻译调控包括不同的转化起始因子、RNA结构和转化抑制因子等。
4. 降解调控降解调控是指特定的RNA分子被降解或稳定的过程，这可以通过miRNA等非编码RNA介导。
二、基因表达的组织特异性基因在不同组织中的表达水平和模式各不相同，这种组织特异性是基因功能多样化的结果。
基因表达的组织特异性主要由以下因素决定：1. 转录因子转录因子是参与转录调控的关键因素，不同组织中的转录因子表达模式不同，导致基因在不同组织中的表达差异。
2. 组蛋白修饰组蛋白修饰可以调控染色质结构和基因的可及性，进而影响基因的转录。
不同组织中的组蛋白修饰模式不同，导致基因表达的组织特异性。
3. miRNA调控miRNA是一类小分子RNA，可以与mRNA结合并靶向调控基因的表达。
不同组织中的miRNA表达差异会影响基因的表达模式。
4. DNA甲基化DNA甲基化是指DNA分子上的甲基化修饰，可以抑制基因的转录。
解释基因表达的调控机制。
解释基因表达的调控机制。
> 原题：解释基因表达的调控机制基因表达调控是指在细胞中控制基因转录和翻译的过程。
通过调控基因表达，细胞可以根据内外环境的需求来合成所需的蛋白质。
基因表达调控涉及多个环节和分子机制。
一、转录调控1. 转录因子：转录因子是一类可以与DNA结合的蛋白质，它们能够促进或抑制特定基因的转录。
转录因子的结合位点通常位于基因的启动子区域，它们可以通过调控转录复合物的形成来影响RNA聚合酶的结合和启动转录的过程。
2. 染色质修饰：染色质修饰是指对DNA及其相关的蛋白质进行化学修饰，从而改变染色质结构和可访问性。
例如，DNA甲基化可以抑制某些基因的转录，而组蛋白乙酰化则可以促进基因的转录。
二、转录后调控1. RNA剪接：RNA剪接是一种将RNA前体分子中的内含子去除，将外显子连结起来的过程。
通过不同的剪接方式，可以产生不同的mRNA亚型，从而影响蛋白质的翻译。
2. mRNA降解：mRNA降解是指将mRNA分解为较小的碎片，从而停止蛋白质的合成。
通过调控mRNA的稳定性，可以控制基因的表达水平。
三、翻译调控1. 转运调控：通过调控mRNA的转运过程，可以控制mRNA的定位和稳定性。
这种调控方式可以影响基因的表达水平。
2. 蛋白质修饰：蛋白质修饰是指在翻译后对蛋白质进行化学修饰的过程。
蛋白质修饰可以影响蛋白质的功能、稳定性和亚细胞定位。
综上所述，基因表达调控涉及转录调控、转录后调控和翻译调控等多个层面和分子机制。
这些调控机制相互作用，共同影响基因的表达水平和细胞的功能。
对这些调控机制的深入研究，有助于我们更好地理解生物体的发育、生长和适应环境的能力。
基因表达的调控
基因表达的调控基因表达的调控是生物体中基因活动的一个重要过程，通过调控基因的表达水平，维持细胞的功能和稳态。
基因表达调控涉及多个层次，包括转录水平、转译水平和后转录水平等。
下面将对这些层次的基因表达调控进行详细介绍。
一、转录水平调控转录水平调控指的是通过调节基因的转录过程来控制基因表达的水平。
主要的调控方式包括转录激活和转录抑制。
转录激活因子可以与DNA结合，促进转录因子的结合，从而增强转录过程，而转录抑制因子则能够与DNA或转录因子结合，阻碍转录的进行。
此外，染色质的结构也会对基因的转录起到重要的调控作用，如DNA甲基化、组蛋白修饰等都可以改变染色质的状态，进而影响基因的表达。
二、转译水平调控转译水平调控是指调控基因的转录产物（mRNA）的转译过程。
在细胞中，mRNA需要被翻译成蛋白质才能发挥作用。
转译的调控主要包括转录后修饰和mRNA降解两个方面。
在转录后修饰中，mRNA会经历剪接、剪接调控、RNA编辑等多个步骤，来改变它的结构和功能。
而mRNA降解则通过一系列核酸酶的作用，将mRNA降解成短的片段，从而控制基因的表达。
三、后转录水平调控后转录水平调控是指基因表达的调控发生在转录和转译之后的过程。
在这个阶段，蛋白质会经历一系列的修饰和定位过程，以实现其特定的功能。
这些修饰包括糖基化、磷酸化、乙酰化等，它们可以改变蛋白质的稳定性、定位和相互作用等性质。
此外，许多蛋白质需要通过蛋白酶的作用进行裂解，形成活性的多肽或蛋白质片段。
总结起来，基因表达的调控是一个复杂而精细的过程，涉及多个层次的调控机制。
通过转录水平的调控，可以控制基因的转录过程和染色质的结构状态；通过转译水平的调控，可以调节mRNA的转译和降解过程；而后转录水平的调控，则调节了蛋白质的修饰和定位等过程。
这些调控机制相互作用，共同维持了细胞内基因表达的平衡，保证了生物体的正常功能。
基因表达的调控不仅对细胞发育和生理功能具有重要的影响，还与疾病的发生和进展密切相关。
基因表达的调控
基因表达调控(gene regulation或gene control)：对 基因表达调控 或 ： 基因表达过程的调节。 基因表达过程的调节。 基因表达的组织特异性(tissue specificity)： 基因表达的组织特异性(tissue specificity)：不同组 织细胞中不仅表达的基因数量不相同，而且基因 织细胞中不仅表达的基因数量不相同， 表达的强度和种类也各不相同。 表达的强度和种类也各不相同。 基因表达的阶段特异性(stage specificity)： 基因表达的阶段特异性(stage specificity)：细胞分 化发育的不同时期，基因表达的情况是不相同的。 化发育的不同时期，基因表达的情况是不相同的。
魔斑的主要作用： 魔斑的主要作用： (1) ppGpp—四磷酸鸟苷(魔斑I magic spot I) ppGpp—四磷酸鸟苷(魔斑I 调控一些反应的效应物，主要功能是： 调控一些反应的效应物，主要功能是： 抑制rRNA基因的启动子与RNA聚合酶与结合的专一性 基因的启动子与RNA聚合酶与结合的专一性； ① 抑制rRNA基因的启动子与RNA聚合酶与结合的专一性； 抑制多数或大多数基因转录的延伸。 ② 抑制多数或大多数基因转录的延伸。 (2) pppGpp—五磷酸鸟苷(魔斑II magic spot II) pppGpp—五磷酸鸟苷(魔斑II 当细胞缺乏氨基酸时产生ppGpp， 当细胞缺乏氨基酸时产生ppGpp，可在很大范围内做出应急 反应，如抑制核糖体和其他大分子的合成， 反应，如抑制核糖体和其他大分子的合成，活化某些氨基酸操 纵子的转录表达，抑制与氨基酸运转无关的转运系统， 纵子的转录表达，抑制与氨基酸运转无关的转运系统，活化蛋 白水解酶等。 白水解酶等。 空转反应（ reaction） 空载tRNA 空转反应（idling reaction）－空载tRNA 松驰型突变（relaxed(rel)mutants） 松驰型突变（relaxed(rel)mutants） 应急因子（ factor） 应急因子（stringent factor）：RelA
基因表达调控PPT课件
1. 顺式作用元件：特异DNA序列 2. 反式作用因子：特定调节蛋白质
14
原核生物
—— 操纵子(operon) 机制
启动序列 (promoter)
编码序列
其他调节序列
蛋白质因子
操纵序列 (operator)
• 可诱导调节：指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作 用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物 质的诱导下使基因活化。 例：大肠杆菌的乳糖操纵子 分解代谢蛋白的基因
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酶合成的诱导操纵子模型
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
诱导物
如果某种物质 能够促使细菌产生 酶来分解它，这种 物质就是诱导物。
合时，结构基因不转录。
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在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白 根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏 • 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激 活蛋白处于活性状态； • 在正控阻遏系统中，效应物分子（辅阻遏物）的存在使 激活蛋白处于非活性状态。
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40
三、乳糖操纵子（lac operon）
能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。 • A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基
转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。
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2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
无乳糖存在时
阻遏物结合在操纵基因上→阻 止转录过程→基因关闭
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2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
有乳糖存在时
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
基因表达与调控
❖基因表达（gene expression）是指将来自基因的遗传信息合成功能性基因产物的过程。
基因表达产物通常是蛋白质，但是非蛋白质编码基因如转移RNA（tRNA）或小核RNA（snRNA）基因的表达产物是功能性RNA。
基因表达可以通过对其中的几个步骤，包括转录，RNA剪接，翻译和翻译后修饰，进行调控来实现对基因表达的调控。
基因调控赋予细胞对结构和功能的控制，基因调控是细胞分化、形态发生以及任何生物的多功能性和适应性的基础。
基因调控也可以作为进化改变的底物，因为控制基因表达的时间、位置和量可以对基因在细胞或多细胞生物中的功能（作用）产生深远的影响。
➢转录原核生物的转录是通过单一类型的RNA聚合酶进行的，需要一个称为Pribnow盒的DNA序列以及sigma因子（σ因子）以开始转录。
原核蛋白编码基因的转录产生的是可以翻译成蛋白质的信使RNA（mRNA）真核生物的转录由三种类型的RNA聚合酶进行，每种RNA聚合酶需要一种称为启动子的特殊DNA序列和一组DNA结合蛋白（转录因子）来启动该过程。
RNA聚合酶I负责核糖体RNA（rRNA）基因的转录。
RNA聚合酶II（Pol II）转录所有蛋白质编码基因以及一些非编码RNA加工：RNA（例如snRNA，snoRNA 或长非编码RNA）。
RNA聚合酶III转录5S rRNA，转移RNA（tRNA）基因和一些小的非编码RNA（例如7SK）。
当聚合酶遇到称为终止子的序列时，转录结束。
真核基因的转录会产生RNA的初级转录本（pre-mRNA），必须经过一系列加工才能成为成熟RNA（mRNA）。
RNA的加工包括5端加帽、3端多腺苷酸化和RNA剪接。
RNA加工可能是真核生物细胞核带来的进化优势。
➢RNA的成熟多数生物体中的非编码基因（ncRNA）被转录为需要进一步加工的前体。
核糖体RNA（rRNA）通常被转录为含有一个或多个rRNA的前体rRNA，前体rRNA后来在特定位点被大约150种不同的snoRNA切割和修饰。
《基因表达的调控》 导学案
《基因表达的调控》导学案一、学习目标1、理解基因表达调控的概念和意义。
2、掌握原核生物基因表达调控的主要机制，如操纵子模型。
3、了解真核生物基因表达调控的特点和多层次调控方式。
4、认识基因表达调控在生物体生长、发育和环境适应中的重要作用。
二、知识回顾1、基因的概念基因是具有遗传效应的 DNA 片段，它携带了生物体生长、发育、繁殖等所需的遗传信息。
2、中心法则DNA 通过转录生成 RNA，RNA 再通过翻译形成蛋白质，这一过程称为中心法则。
三、新课讲解（一）基因表达调控的概念基因表达调控是指细胞或生物体在特定的时间和空间条件下，对基因表达的开启、关闭、增强或减弱等进行精确调节的过程。
基因表达调控的目的是使细胞或生物体能够适应内外环境的变化，实现正常的生长、发育和代谢等生命活动。
（二）原核生物基因表达调控1、操纵子模型操纵子是原核生物基因表达调控的一种重要结构，它由调控基因、操纵序列、启动子和一组结构基因组成。
例如，乳糖操纵子包括一个调控基因（I 基因）、一个操纵序列（O 序列）、一个启动子（P 序列）和三个结构基因（Z、Y、A 基因）。
当环境中没有乳糖时，I 基因表达产生的阻遏蛋白与 O 序列结合，阻止 RNA 聚合酶与启动子结合，从而抑制结构基因的转录；当环境中有乳糖时，乳糖作为诱导物与阻遏蛋白结合，使其构象发生改变，从而不能与 O 序列结合，RNA 聚合酶得以与启动子结合，启动结构基因的转录。
2、其他调控方式除了操纵子模型，原核生物还通过 DNA 重排、转录衰减等方式对基因表达进行调控。
（三）真核生物基因表达调控1、特点真核生物基因表达调控比原核生物更为复杂，具有多层次、多环节的特点。
2、多层次调控方式（1）DNA 水平的调控包括染色质的结构和基因的扩增、重排等。
（2）转录水平的调控涉及启动子、增强子、沉默子等顺式作用元件以及转录因子等反式作用因子的相互作用。
（3）转录后水平的调控包括 mRNA 的剪接、加帽、加尾等加工过程。
高考生物13.基因表达的调控-练习题(有答案)
基因表达调控一、A型选择题1．关于“基因表达”的概念叙述错误的是：A．其过程总是经历基因转录及翻译的过程B．经历基因转录及翻译等过程C．某些基因表达产物是蛋臼质分子D．某些基因表达产物不是蛋白质分子E．某些基因表达产物是RNA分子2．关于管家基因叙述错误的是：A．在生物个体的几乎所有细胞中持续表达B．在生物个体的几乎各生长阶段持续表达C．在一个物种的几乎所有个体中持续表达D．生在生物个体的其一生长阶段持续表达 E．在生物个体全生命过程的几乎所有细胞中表达3．管家基因的表达：A．不受环境因素影响B．较少受环境因素影响C．极少受环境因素影响D．有时受，也有时不受环境因素影响E．特别受环境因素影响4．在真核基因转录中起正性调节作用的是：A．启动子B．操纵子C．增强子D．衰减子E．沉默子5．与CAP位点结合的物质是：A．RNA聚合酶B．操纵子C．分解（代谢）物基因激活蛋白D．阻遏蛋白E．cGMP6．目前认为基因表达调控的主要环节是；A．基因活化B．转录起始C．转录后加工D．翻译起始E．翻译后加工7．顺式作用元件是指：A．基因的5’侧翼序列B．基因的3’侧翼序列C．基因的5’、3’侧翼序列D．基因的5’、3’侧翼序列以外的序列E．具有转录调节功能的特异DNA序列8．下列情况不属于基因表达阶段特异性的是：A．分化的骨骼肌细胞表达，在未分化的心肌细胞不表达B．分化的骨骼肌细胞不表达，在未分化的骨骼肌细胞表达C．分化的骨骼肌细胞表达，在未分化的骨骼肌细胞不表达D．胚胎发育过程表达，在出生后不表达E．胚胎发育过程不表达，出生后表达9．一个操纵子(元)通常含有：A．一个启动序列和一个编码基因B．一个启动序列和数个编码基因C．数个启动序列和一个编码基因D．数个启动序列和数个编码基因E．两个启动序列和数个编码基因10．反式作用因子是指：A．具有激活功能的调节蛋白B．具有抑制功能的调节蛋白C．对自身基因具有激活功能的调节蛋白D．对另一基因具有激活功能的调节蛋白E．对另一基因具有功能的调节蛋白11．对自身基因转录激活具有调控作用的DNA序列是：A．顺式作用因子B．顺式作用元件C．反式作用因子D．反式作用元件E．顺 /反式作用元件12．乳糖操纵子（元）的直接诱导剂是：A．β-半乳糖苷酶B．透酶C．葡萄糖D．乳糖E．半乳糖13．大多数处于活化状态的真核基因对DNaseI：A．高度敏感B．中度敏感C．低度敏感D．不敏感E．不一定14．Lac阻遏蛋白结合乳糖操纵子（元）的是：A．P序列B．0序列C．CAP结合位点D．I基因E．Z基因15．cAMP与CAP结合，CAP介导正性调节发生在：A．有葡萄糖及cAMP较高时B．有葡萄糖及cAMP较低时C．没有葡萄糖及cAMP较高时D．没有葡萄糖及cAMP较低时E．葡萄糖及cAMP浓度极高时16．原核及真核生物调节基因表达的共同意义是为适应环境，维持： A．细胞分裂B，细胞分化C．个体发育D．组织分化E．器官分化17．基本转录因子中直接识别、结合TATA盒的是：A．TFⅡAB．TFⅡBC．TFⅡDD．TFⅡEE．TFⅡF18．Lac阻遏蛋白由：A．Z基因编码B．Y基因编码C，A基因编码D．I基因编码E．以上都不是19．乳糖操纵子上Z、Y、A基因产物是： A．脱氢酶、黄素酶、CoQB．β-半乳糖苷酶、通透酶、乙酰转移酶C．乳糖还原酶、乳糖合成酶、别构酶D．葡萄糖-6-磷酸酶、变位酶、醛缩酶E．乳糖酶、乳糖磷酸化酶、激酶20．在乳糖操纵子的表达中，乳糖的作用是： A．作为辅阻遏物结合于阻遏物B．作为阻遏物结合于操纵基因C．使阻遏物变构而失去结合DNA的能力D．抑制阻遏基因的转录E．引物21．cAMP对转录的调控作用中：A．cAMP转变为CAPB．CAP转变为cAMPC．cAMP和CAP形成复合物D，葡萄糖分解活跃，使cAMP增加，促进乳糖利用，来扩充能源 E．cAMP是激素作用的第二信使，与转录无关22．原核生物转录起动序列–10 区的核苷酸序列称为： A．TATA盒B．CAAT盒C．Pribnow盒D．增强子E．沉默子23．下列哪一种不是操纵子的组成部分：A．结构基因B．启动子C．操纵基因D．阻遏物E．pribnow盒24．色氨酸操纵子（元）调节过程涉及：A．转录激活调节B．转录延长调节C．转录水平调节D．翻译水平调节E．转录／翻译调节25．原核基因调节涉及基因重组的是：A．乳糖操纵子（元）机制B．阿拉伯糖操纵子（元）机制C．色氨酸操纵子（元）机制D．沙门氏菌的相变异E．大肠杆菌的SOS反应26．构成最简单的启动子的常见功能组件是：A．TATA盒B．CAAT盒C．GC盒D．上游调控序列(UAS)E．以上都不是27．关于TFⅡD的叙述不正确的是：A．是一种由多亚基组成的复合物B．TFⅡD通过TBP识别、结合TATA盒C．为Pol I、Ⅱ和III三种转录过程所必需D．由TATA组成的最简单的启动子只需TFⅡDE．与原核基因转录无关28．关于转录调节因子叙述错误的是：A．所有转录因子结构均含有DNA结合域和转录激活域B．有些转录因子结构可能含有DNA结合域或转录激活域C．通过DNA-蛋白质或蛋白质-蛋白质相互作用发挥作用D．转录因子调节作用是DNA依赖的或DNA非依赖的E．大多数转录因子的调节属反式调节29．大多数阻遏蛋白的去阻遏涉及小分子诱导剂的结合，例外的是： A．Lac操纵子（元）的阻遏蛋白B．Ara操纵子（元）的阻遏蛋白C．Trp操纵子（元）阻遏蛋白D．E．coil的Lex阻遏蛋白E．沙门氏菌鞭毛素基因阻遏蛋白30．与DNA结合并阻止转录进行的蛋白质称为：A．正调控蛋白B．反式作用因子C．诱导物D．阻遏物E．分解（代谢）物基因激活蛋白31．DNA损伤修复的SOS系统：A．是一种保真性很高的复制过程B．LexA蛋白是一系列操纵子的阻遏物C．RecA基因是一系列操纵子的阻遏物D．它只能修复嘧啶二聚体E．紫外线损伤是主要的信号32．增强子：A．是特异性高的转录调控因子B．是真核生物细胞核内的组蛋白C．原核生物的启动序列在真核生物中就称为增强子D．是一些较短的能增强转录的DNA重复序列E．在结构基因的5’端的DNA序列33．RNA聚合酶Ⅱ各转录因子（TFII）中能与TATA盒直接结合的是：A．TF II AB．TF II BC．TF II DD．TF II EE．TF II F34．基因表达过程中仅在原核生物中出现而真核生物没有的是：A．tRNA的稀有碱基B．AUG用作起始密码子C．冈崎片段D．DNA连接酶E．σ因子35．转录因子：A．是原核生物RNA聚合酶的组分B．是真核生物RNA聚合酶的组分C．有α、β、γ等各亚基D．是转录调控中的反式作用因子E．是真核生物的启动子36．关于锌指的正确叙述是：A．凡含Zn2+的蛋白质均可形成B．凡含Zn2+的酶皆可形成C．必须有Zn2+和半胱氨酸或组氨酸形成配价键D．DNA与Zn2+结合就可形成E．含有很多半胱氨酸，并通过二硫键形成二、X型选择题1．管家基因：A．持续表达B．受环境因素影响C．基因是可诱导的D．基因表达只受启动序列与RNA聚合酶相互作用的影响2．基因表达调控的意义是：A．适应环境、维持生存B．维持细胞生长、分裂C．调节细胞发育、分化D．维持个体生长、发育3．基因转录激活调节的基本要素有：A．调节蛋白B．DNA-蛋白质相互作用C．特异DNA序列D．RNA聚合酶4．下述蛋白质基因表达具有组织特异性的是：A．磷酸甘油醛脱氢酶B．胰岛素C．血红蛋白D．丙酮酸脱氢酶5．基因表达的终产物可以是：A．蛋白质B．多肽链C．核酸D．脱氧核糖核酸6．一个操纵子（元）必含有：A．一个编码基因B．数个编码基因C．一个启动序列D．数个启动序列7．在Lac操纵子（元）机制中起调控作用的是： A．I基因B．P序列C．Y基因D．0序列8．在操纵子上，DNA可与蛋白质或酶结合的区域有： A．启动序列B．结构基因C．操纵基因D．转录起始区9．阻遏蛋白识别操纵子上的：A．启动序列B．结构基因C．阻遏物基因D．操纵基因10．乳糖操纵子的作用方式是：A．乳糖与阻遏物结合使操纵基因开放B．阻遏物经变构后与启动序列结合C．结构基因的产物与阻遏物基因结合D．诱导物使阻遏物发生变构后不再与DNA结合11．cAMP对转录的调控：A．cAMP与分解代谢物基因激活蛋白结合成复合物B．cAMP-CAP复合物结合在启动序列前方C．葡萄糖充足时，cAMP水平不高D．葡萄糖和乳糖并存时，细菌优先利用乳糖12．操纵子：A．只在真核生物中存在B．启动序列是操纵子的成分C．结构基因表达产物是一组执行相关功能的酶或蛋白质 D，含有结构基因13．乳糖操纵子的阻遏物是：A．DNA-蛋白质的复合物B．是阻遏基因的表达产物C．是操纵子结构基因Z、Y、A的产物D．诱导物可引起其变构14．转录的正调控指：A．转录对翻译的调控B．是操纵子的调控方式之一C．翻译过程影响转录D．由蛋白质的作用来活化转录过程15．乳糖操纵子在下列情况会出现转录增强：A．只有乳糖而无葡萄糖存在B．操纵基因发生突变而不能结合阻遏物C．阻遏物基因发生突变，从而不能表达阻遏蛋白D．阻遏物基因发生突变以致产生的阻遏蛋白不能结合操纵基因16．通常组成最简单的启动子的元件有：A．TATA盒B．GC盒C．CAAT盒D．转录起始点17．下述基因表达调控机制涉及阻遏蛋白的是：A．乳糖操纵子B．沙门氏菌相变异C．色氨酸操纵子D．SOS反应18．在乳糖操纵子机制中起下性调节的因素是：A．阻遏蛋白去阻遏B．葡萄糖水平降低C．葡萄糖水平升高D．cAMP水平降低19．属于基因表达终产物的是：A．tRNAB．mRNAC．rRNAD．蛋白质20．真核基因组结构特点包括：A．基因组结构庞大B．多顺反子C．基因不连续性D．有单拷贝序列21．真核基因表达调控机制可发生在以下哪些水平：A．基因转录激活B．转录后加工C．染色质活化D．翻译后加工22．原核生物与真核生物转录调控有如下区别：A．原核生物有启动序列/启动子，真核生物没有B．两者的RNA聚合酶不同C．两者都以正调控方式为主D．在真核生物中已发现很多蛋白质因子参与转录调控23．顺式作用元件：A．是DNA上的调节序列B．又称为分子内作用元件C．多数不和RNA聚合酶直接结合D．增强子是顺式作用元件24．反式作用因子的特点是：A．同一DNA序列可被不同因子识别B．同一蛋白质因子可与多种不同DNA序列结合C．DNA-蛋白质或蛋白质-蛋白质的结合均可导致构象变化D．转录因子不属于反式作用因子25．DNA和蛋白质的结合包括：A．阻遏物和操纵基因的结合B．锌指结构和DNA双螺旋的结合C．聚合酶和模板的结合D．密码子和反密码子的结合三、填空题1．基因表达的终产物可以是__________，也可以是__________。
《分子生物学》第五章期末习题
《分子生物学》第五章期末习题第5章原核生物基因表达调控-习题答案一、名词解释基因表达调控：所有生物的信息，都是以基因的形式储存在细胞内的DNA（或RNA）分子中，随着个体的发育，DNA分子能有序地将其所承载的遗传信息，通过密码子-反密码子系统，转变成蛋白质或功能RNA分子，执行各种生理生物化学功能。
这个从DNA到蛋白质或功能RNA的过程被称之为基因表达，对这个过程的调节称之为基因表达调控。
组成性基因表达：是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。
其基因表达产物通常是对生命过程必须的或必不可少的，一般只受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响，且较少受环境因素的影响及其他机制调节，也称为基本的基因表达。
管家基因：某些基因产物对生命全过程都是必须的获必不可少的。
这类基因在一个生物个体的几乎所有细胞中均表达，被称为管家基因。
诱导表达：是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。
阻遏表达：是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。
反式作用因子：又称为分子间作用因子，指一些与基因表达调控有关的蛋白质因子。
它们由某一基因表达后通过与特异的顺式作用元件相互作用，反式激活另一基因的转录。
操纵子：是指原核生物中由一个或多个相关基因以及转录翻译调控元件组成的基因表达单元。
SD序列：存在于原核生物起始密码子AUG上游7~12个核苷酸处的一种4~7个核苷酸的保守片段，它与16S rRNA 3’端反向互补，所以可将mRNA的AUG起始密码子置于核糖体的适当位置以便起始翻译作用。
根据首次识别其功能意义的科学家命名。
阻遏蛋白：是一类在转录水平对基因表达产生负控作用的蛋白质，在一定条件下与DNA结合，一般具有诱导和阻遏两种类型。
在诱导类型中，信号分子（诱导物）使阻遏蛋白从DNA释放下来；在阻遏类型中，信号分子使阻遏蛋白结合DNA，不管是哪一种情况，只要阻遏蛋白与DNA结合，基因的转录均将被抑制。
分子生物学第八章 基因表达调控
4、阻遏蛋白与操作子的相互作用
阻遏蛋白与操作子是否发生相互作用？ 硝酸纤维素膜可以和蛋白质结合而不与ＤＮＡ结合 阻遏蛋白四聚体结合与膜上，可以与野生型DNA片段形 成复合物。并可被IPTG抑制。 而用lacOc 突变体的DNA片段，则不能与阻遏蛋白结合
Luxury gene
顺、反因子间互作方式的基因表达调控
♫ 顺式作用元件（cis-acting element）:能够影响 同一条或相连DNA序列活性的特定DNA片段。例如，启 动子 ♫ 反式作用因子（trans-acting factor）:一种基 因的蛋白质产物，能够影响位于基因组另一条染色体上的 （或基因组别处的）另一个基因的表达活性。例如，RNA polymerase
经典锌指的三维结构：一个β发卡和一个α－螺旋
锌指上的α－螺旋 负责与DNA作用
b、Cys-Cys(C2/C2)锌指
Zn＋＋与4个Cys残基 形成配位键
酵母的转录激活 因子GAL4、哺 乳类的固醇类激 素受体为典型代 表。
糖皮质激素受体
• ZYJ272 •
The DNA-binding domain of Cys2-Cys2 zinc finger proteins (Figure 1. Glucocorticoid receptor) is composed of two irregular antiparallel beta-sheets and an alpha-helix, followed by an extended loop.
♫ 操纵元中各结构基因按一定比例协调翻译 ♫ 聚有极性突变效应：
操纵元中一个近基因的无义突变能够影响远基因表， 且根据距离远近呈极性梯度效应
第五章基因表达和调控-动物遗传学习题
第五章基因表达与调控(一) 名词解释：1.重组子(recon)：是在发生性状的重组时，可交换的最小的单位。
一个交换子可只包含一对核苷酸。
2.突变子(muton)：是性状突变时，产生突变的最小单位。
一个突变子可以小到只是一个核苷酸。
3.顺反子(作用子)(cistron)，表示一个起作用的单位，一个作用子所包括的一段DNA与一个多肽链的合成相对应。
是基因的基本功能和转录单位，一个基因可有几个顺反子，一个顺反子产生一条mRNA。
4.重叠基因{overlapping gene}：同一段DNA的编码顺序，由于阅读框架的不同或终止早晚的不同，同时编码两个或两个以上多肽链的基因。
5.隔裂基因(split gene)：一个结构基因内部为一个或更多的不翻译的编码顺序，如内含子(intron)所隔裂的现象。
6.跳跃基因(jumping gene)：可作为插入因子和转座因子移动的DNA序列，也称转座因子。
7.调控基因(regulator gene)：其产物参与调控其他结构基因表达的基因。
8.结构基因(structural gene)：可编码RNA或蛋白质的一段DNA序列。
9.repressor：阻抑物。
与操作子结合的调控蛋白质。
对于可诱导操纵子来说，阻抑物本身就是与操作子结合的活性形式，而对于可阻抑的操纵子来说，阻抑物需要与辅阻抑物（corepressor）结合后才能与操纵子结合。
10.operon：操纵子。
是原核生物基因表达和调控的一个完整单元，其中包括结构基因、调节基因、操作子和启动子。
乳糖操纵元模型11.组成型突变型（constitutive mutant）：酶的产生从必须诱导变为不需诱导的突变型。
一般同一突变使代谢作用上直接有关的几种酶都由诱导型变为组成型。
12.顺反效应：同一基因内部的不同突变遗传效果不同，顺反排列（a1a2 / ++）产生野生型。
反式排列（a1 + / + a2）产生突变型。
这种顺式与反式排列产生不同遗传效应的现象叫做顺反效应。
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– Strong promoters:
• high degree of identity with TATA box & -35 region • may be transcribed as high as every 2 sec. in E. coli • Other factors
The recA promoter is a strong promoter: TTGATA -- 16 -- TATAAT TTGACA -- 17 – TATAAT The araBAD promoter is a weak promoter: CTGACG -- 18 -- TACTGT TTGACA -- 17 -- TATAAT
Some problems of gene expression in E. coli
Байду номын сангаас
LacZ: b-galacgosidase
LacY: galactoside permease
LacA: Thiogalactoside transacetylase
Promoters for Expression in Prokaryotes
• In Escherichia coli
- Lac system - plac - lambda system - pL - T7 system – pT7 - Trp system - synthetic systems – ptac, ptrc
Expression of recombinatant proteins in E. coli
M
1
2
3
4
105 kd -75 kd – 50 kd –
35 kd --
Expression and purification of SMO 1. 1 mM IPTG induction for 3 hours; 2. Before IPTG induction; 3,4. Purified PAOh1/MSO protein; M. Protein markers.
Shine-Dalgrano box
• Is a nucleotide sequence (consensus = AGGAGG) that is present in the 5'-untranslated region of prokaryotic mRNAs. • a Shine-Dalgarno sequence is also known as Ribosome Binding Site (RBS) that should bind well with the 3’ end of 16S rRNA (part of the ribosome) • Usually found within 4-18 nucleotides of the start codon of a true gene
Expression and regulation of prokaryotic genes
Prokaryotic promoters Promoter determines:
1. 2. 3. Which strand will serve as a template. Transcription starting point. Strength of polymerase binding.
Promoters strength
– Weak promoters:
• low degree of similarity with consensus TATA-box and the 35 region, or spacing between them is not 17 nts • transcribed about once every 10 min. in E. coli
RNA polymerase subunits for promoter
- a2, b, b`, s - Consensus binding sequences
E. coli Promoter Sites
E. coli Promoter Sites
The E. coli Promoter - consensus sequence