转录和转录水平的调控要点
基因的表达与调控
基因的表达与调控
基因的表达是指基因通过转录和翻译过程将遗传信息转化为蛋白质的过程。而基因的调控则是指在这个过程中，细胞根据内外环境的需求，对基因的表达进行控制和调节的机制。基因的表达与调控是细胞和生物体正常生理功能的关键，对于维持生命的稳定和适应环境变化至关重要。
1. 基因表达的过程
基因表达开始于转录，即将DNA的遗传信息转化为RNA分子。转录是在细胞核内进行的，由RNA聚合酶负责将DNA的模板链上的信息转录成预mRNA。在此过程中，还存在转录因子的参与，它们能结合到DNA上特定的序列上，使得RNA聚合酶能够正确启动转录。
随后，预mRNA经过剪切作用，将其中的内含子部分切除，得到成熟的mRNA分子。这些剪切事件受到剪切调控因子的调控，使得不同细胞中同一个基因产生不同的mRNA亚型。
最后，mRNA进入细胞质内，连接到核糖体上，进行翻译过程。翻译是在核糖体中进行的，通过tRNA分子上携带的氨基酸与mRNA上的密码子序列进行配对，合成蛋白质。
2. 基因调控的机制
基因调控机制包括转录水平和转录后水平的调控。
在转录水平上，主要通过调控转录的启动和抑制来控制基因的表达。转录的启动主要受到启动子和启动复合物的调控，其中转录因子与启
动子特定序列上的结合起到关键作用。还有一些辅助因子，如组蛋白
修饰酶和甲基转移酶，可以改变染色质的结构和化学修饰，从而影响
基因的可及性。
在转录后水平上，主要通过mRNA的剪切、拷贝、稳定性和转运
等方面的调控来控制基因的表达。例如，剪切调控可以产生不同亚型
的mRNA，从而导致不同的蛋白质产生。而转运调控则可以调整
基因的作用和表达
基因的作用和表达
基因是生物体遗传信息的载体，它们在生命过程中起着关键的作用。基因的表达是指基因中的遗传信息被转录成信使RNA（mRNA），然
后通过蛋白质合成过程转化为功能性的蛋白质。这个过程在细胞中发
挥着重要的调控作用，决定了生物的特征和功能。本文将探讨基因的
作用和表达机制，并介绍基因调控的方法。
一、基因的作用
基因编码了生物体的遗传特征，对生物体的发育、生长和功能起到
决定性的作用。它们决定了生物的外貌、性状、行为等方面的特征。
例如，人类的眼睛颜色、血型、身高等遗传特征都是由基因决定的。
在疾病方面，基因也扮演着重要的角色。一些遗传性疾病，如囊肿纤
维化、遗传性心脏病等，与特定的基因突变相关。
基因不仅对个体层面的特征起作用，还对物种的进化和适应性具有
重要影响。在进化过程中，一些有利的基因变异通过选择被保留并传
递给后代，以适应环境的变化。这种选择性的保留使得物种能够更好
地存活和繁衍。
二、基因的表达机制
基因的表达是指基因中的遗传信息在细胞中被转录成mRNA，再经
过蛋白质合成过程转化为功能性的蛋白质。基因的表达机制可以分为
转录和翻译两个过程。
1. 转录
转录是指DNA模板上的特定区域被RNA聚合酶酶作用下的核苷酸
逐一配对并合成成相应的mRNA。这个过程中，DNA的双链结构解开，而RNA聚合酶则将核苷酸与DNA上的互补碱基配对，合成mRNA链。转录的结果是形成一条与DNA模板链互补的mRNA链。
2. 翻译
翻译是指mRNA上的遗传信息通过蛋白质合成过程转化为蛋白质。这个过程中，mRNA与核糖体结合，以三个碱基一组（称为密码子）
转录水平的调控
ห้องสมุดไป่ตู้
We can now distinguish 3 classes of CRP-activated promoter:
CLASS I
Class I CRP-activated promoters require only CRP for activation and the CRP binding site is located upstream of the promoter.
The prototype CLASS I CRP-activated promoter is the lac operon promoter (lacP1). This CRP-binding site is centred 61.5 bp upstream of the startpoint of transcription.
翻译过程对转录的调节 衰减作用(弱化作用)
E. Coli 的色氨 酸合成
翻译过程对转录的调节
CLASS III
CLASS III CRP-activated promoters require additional regulator proteins as well as CRP for activation. The location of the CRP binding site can be quite variable though it is typically more than 90 bp upstream of the startpoint of transcription.
第三章+转录及其调控
polymerase）催化下，以4种三磷酸核苷（ATP、GTP、
CTP、UTP）为原料，合成RNA的过程称为转录（
transcription）。
复制和转录的区别
复制 模板 原料 两股链均复制 全部基因组被复制 dNTP 转录 只有模板链转录（不对称转录） 任一种细胞内仅部分基因转录 NTP
酶
产物 碱基配对
耐受
高浓度下敏感 核内
细胞内定位 核仁
一、真核生物转录酶及相关因子
RNA聚合酶Ⅱ
是真核生物中最活跃的RNA聚合酶； 最大亚基肽链的C末端氨基酸残基序列为（YSPTSPS）n。 不同生物种属的n值不同，一般在20～60。主要由含羟基 氨基酸组成的重复序列，称为羧基末端结构域（ carboxyl terminal domain，CTD）。CTD上的酪氨酸、 丝氨酸和苏氨酸残基可被蛋白激酶作用发生磷酸化，在 从转录起始过渡到延长时有重要作用。
亚基 α β β′ ω σ 分子量 36 512 150 618 155 613 11 000 70 263 每分子酶中所含数目 2 1 1 1 1 功能 决定哪些基因被转录 与转录全过程有关（催化） 结合DNA 模板 功能尚不清楚 辨认起始位点
α2ββ′ωσ称为全酶（holoenzyme），α２ββ′ω称为核心酶（core enzyme）。
一、转录模板、酶及相关因子
《转录水平的调控》课件
02
的作用
转录因子的种类
01 锌指蛋白转录因子
这类转录因子通过锌指结构域识别并结合特异的 DNA序列，调控基因转录。
02 亮氨酸拉链转录因子
这类转录因子含有亮氨酸拉链结构域，通过与 DNA上的特定序列结合，调控基因转录。
03 螺旋-转角-螺旋转录因子
这类转录因子具有螺旋-转角-螺旋结构域，能够 识别并结合DNA上的特定序列，调控基因转录。
表达。
在某些情况下，DNA 甲基化可以导致基因 沉默，而在另一些情 况下，它也可以促进
基因的表达。
DNA甲基化在肿瘤发 生过程中常出现异常 ，可能导致抑癌基因 的表达沉默或原癌基
因的表达增强。
组蛋白修饰在转录水平调控中的作用
组蛋白是构成染色质的主 要蛋白质，组蛋白修饰包 括乙酰化、甲基化、磷酸 化等。
组蛋白修饰可以影响染色 质的结构和功能，从而调 控基因的表达。
乙酰化作用通常促进基因 的表达，而甲基化作用则 可能抑制基因的表达。
在肿瘤发生过程中，组蛋 白修饰也常出现异常，导 致相关基因的表达调控出 现异常。
非编码RNA在转录水平调控
04
中的作用
非编码RNA的种类和功能
种类
非编码RNA主要包括miRNA、siRNA、piRNA、snRNA、snoRNA等。
表观遗传学主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码 RNA等机制。
基因组学 课件 7.2转录水平的调控
生物体不同的组织，不同的发育阶段，不同 的外界环境条件，均会使转录过程适应生长 发育过程的需要。 单靠基本转录起始过程不可能应付复杂多变 的植物生命活动。 更加复杂的转录调节过程：建立在基本转录 起始过程之上，仍然涉及到蛋白质－DNA以 及蛋白质－蛋白质相互作用 顺式作用元件和反式作用因子
反式作用因子
顺式作用元件：基因转录调控，一些DNA序列，与 其调控的基因处于顺式位置，即存在于同一条DNA 链上 反式作用因子：调控蛋白，因其编码基因与被调控 基因不一定处于同一条DNA链上 特定基因的顺式作用元件在同一机体的不同细胞中 完全相同，仅有顺式作用元件不能实现基因表达的 组织特异性及发育特异性 顺式和反式作用因子相互作用决定基因的表达。顺 式作用元件是反式作用因子的结合位点，其调控转 录的作用是通过反式作用因子的作用来实现的
诱导性转录因子
以与上游因子相同的方式起作用，但在特定的时间、 特定的组织中合成和活化，在时、空上控制基因转 录 响应元件(response elements)：与诱导性转录因 子结合的DNA序列，如应答光的元件和应答植物激 素ABA、GA、生长素及乙烯的元件
基因转录调控和表达水平
03
基因表达水平的检测 和分析
基因表达数据的获取和处理
实验设计
01
根据研究目的选择合适的样本、处理条件和技术平台，确保数
据的可比性和准确性。
数据质量控制
02
对原始数据进行质量评估，包括检查数据的完整性、一致性和
可靠性，去除低质量数据。
数据预处理
03
对原始数据进行清洗、归一化和变换等处理，以减少技术变异
响应环境变化
生物体需要不断适应外部环境的变化，基因转录调控和表达水平的变化是实现这一适应性 的关键。通过调整基因的表达水平，生物体可以响应不同的环境信号，如营养状况、温度 、光照等，从而调整自身的生理状态和代谢活动。
调控生长发育
基因转录调控和表达水平在生物的生长发育过程中发挥着重要作用。它参与了细胞增殖、 分化、凋亡等过程的调控，确保生物体能够按照预定的程序进行正常的生长发育。
，这种结合通常是非共价的。
02
转录因子与DNA的结合特异性
转录因子与DNA的结合具有高度的特异性，这种特异性由转录因子的
DNA结合域和DNA上的顺式作用元件共同决定。
03
转录因子与DNA结合的动态性
转录因子与DNA的结合并不是静态的，而是处于动态平衡中，这种动
态性有助于转录因子在细胞内快速响应各种信号。
特定转录因子
只参与特定基因的转录调控，通过与DNA上的顺 式作用元件结合，激活或抑制基因的转录。
沈萍 微生物学 第九章微生物基因表达调控 要点
第九章微生物基因表达的调控
第一节转录水平的调控，是生物最经济的调控方式。
一操纵子的转录调控
operon 操纵子：原核生物细胞中,功能相关的基因组成操纵子结构，由操纵区和一个或几个结构基因联合起来形成一个在结构、功能上协同作用的整体，并受到同一调节基因和启动子的调控。
启动子promoter：是RNA聚合酶和CAP（catabolite activator protein，分解物激活蛋白）的结合位点，控制转录的起始。
1原核生物基因调控主要在转录水平上，最为经济的调控。调控意义不同可分为负转录调控negative transcription control和正转录调控positive transcription control。
2负转录调控中，调节基因产物是阻遏蛋白repressor，起着组织结构基因转录的作用，阻遏蛋白的作用部位为操纵区。根据阻遏蛋白作用性质又可分为负控诱导和负控阻遏：
负控诱导系统中，阻遏蛋白不和效应物（诱导物）结合时，阻止结构基因转录；
负控阻遏系统中，阻遏蛋白和效应物（有阻遏作用的代谢产物，辅阻遏物）结合时，阻止结构基因转录。
辅阻遏物corepressor：与一个基因的调控序列或操纵基因结合以阻止该基因转录的一类蛋白质。
3正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白activator protein，作用部位是离启动子很近的激活结合位点activator binding site，根据激活蛋白作用性质分为正控诱导系统和正控阻遏系统：
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动状态；
高三生物二轮复习第六单元微专题四基因表达调控
√C.果蝇“生物钟”的调节过程体现了per基
因与基因产物之间的相互作用 D.PER－TIM蛋白复合物对per基因表达的调
控属于翻译水平的调控
方法 总结
(1)识图：对题干中出现的图形认真分析，并找出与教材知识及已有 知识之间的联系。仔细辨别DNA复制、转录、翻译的图解，回忆有 关过程的结构、场所与条件等。 (2)译图：比较熟练地把图形信息转化为文字或数据信息，或把文字、 数据信息转化为图形信息，从而得出正确结论。 (3)挖掘：注意挖掘隐含条件。隐含条件往往是容易忽视的内容，也 是造成解题失误的原因之一。只有捕捉到信息，才能处理信息，从 而运用正确的信息解决问题。
子和1个终止密码子 D.葡萄糖耗尽时β-半乳糖苷酶基因被诱导表达，这种调节可以减少物质和
能量的浪费
3.转录后水平上的调控 转录后调控，这是指基因转录起始后对转录产物进行的一系列修饰、加 工等调控行为，主要包括提前终止转录过程，对mRNA前体进行加工剪 切，mRNA通过核孔和在细胞质内定位等。
典例3 真核生物的基因中含有外显子和内含子。细胞核内刚刚转录而 来的RNA为前体mRNA，前体mRNA中的内含子在RNA自身以及其他蛋 白复合物的作用下被剪切，形成mRNA运出细胞核。如图为前体mRNA 的剪切示意图，下列相关叙述正确的是 A.图中的a、c分别为启动子和终止子转录部分 B.前体mRNA能与核糖体直接结合进行翻译过程
RNA的功能与调控机制
RNA的功能与调控机制
RNA（核糖核酸）是生物体内重要的一类分子，它在细胞内起着多种功能并参与多种生物过程。本文将详细探讨RNA的功能以及其在细胞内的调控机制。
一、RNA的功能
1. 转录功能
RNA的一个重要功能是转录，即将DNA（脱氧核糖核酸）模板上的信息转化为RNA分子的遗传信息。通过RNA聚合酶酶的作用，将DNA序列转录成RNA分子。
2. 转运功能
RNA在细胞内具有转运功能，它可以将蛋白质合成的信息从细胞核传递到细胞质中的核糖体，使蛋白质的合成得以实现。
3. 翻译功能
RNA还具有翻译功能，即在核糖体的作用下，将RNA分子上的遗传信息转化为蛋白质分子的氨基酸序列。这一过程称为蛋白质合成。
4. 酶的功能
某些RNA分子本身具有酶的功能，这类RNA被称为核酶（ribozyme）。核酶可以催化多种生物化学反应，包括剪切、连接、修复和重组等。
二、RNA的调控机制
1. 转录后调控
在转录过程中，RNA可以通过自旋自降解机制调控自己的表达水平。这种机制通过结构和序列上的一些特殊区域实现，这些区域可以影响RNA的稳定性和降解速率。
2. 转录水平调控
在转录过程中，一些特定的蛋白质可以结合到DNA和转录因子上，调控基因的转录水平。这可以通过激活或抑制转录的方式调节RNA的
表达水平。
3. RNA修饰调控
RNA还可以通过修饰机制进行调控，常见的修饰包括甲基化、脱甲基化、乙酰化等。这些修饰可以影响RNA的稳定性、结构和功能。
4. RNA间互作
在细胞内，不同RNA分子之间可以相互作用，形成RNA间的调控
网络。这种网络可以通过RNA-RNA相互作用，例如RNA干扰、RNA
03转录及调控-3
CAP的正性调节
转录活性提高50倍
DNA
CAP P O Z Y A
CAP CAP CAP CAP 无葡萄糖，cAMP浓度高时
CAP
有葡萄糖，cAMP浓度低时
3.协调调节
CAP必须首先与cAMP形成复合物，才能与启动 子相结合。
2.色氨酸操纵子的转录调控机制
色氨酸丰富时，核蛋白体顺利沿引导序列移 动直达最后一个密码子UGA，合成完整的引 导肽。RNA 聚合酶停止在衰减子部位。
色氨酸缺乏时，核蛋白体 终 止 在 1 区 Trp 密 码 子 部 位，RNA 聚合酶通过衰 减子区域而继续转录。
衰减机制
前导序列（leading sequence，L） 在trp mRNA 5‘-端Ptrp-O与 第一个结构基因trpE的起始密码之间的长162 bp的DNA序列。 其中第123～150位核苷酸如果缺失，trp基因的表达水平可提 高6倍。 衰减子(Attenuator) 当mRNA开始合成后，除非培养基中完 全不含色氨酸，否则转录总是在这个区域终止，产生一个仅 有140个核苷酸的RNA分子，终止trp基因转录。这个区域被 称为衰减子(Attenuator) 或弱化子。
如果色氨酸开始增多，即使不足以诱导阻遏蛋白结合操控 元件，却足以使大量的mRNA提前终止。反之，当色氨酸 减少时，即使失去了诱导阻遏蛋白的阻遏作用，但只要还 可以维持前导肽的合成，仍继续阻止转录。
转录调控的基本概念与方法
转录调控的基本概念与方法
转录调控是指在基因转录过程中通过多种调节机制来控制基因表达的过程。基因的表达水平是由多个阶段调控的，其中包括转录过程的调节。基因的转录调控是细胞生命活动中的一个重要部分，而其对生物体的正常发育和对合适环境中适应能力的维持有着至关重要的影响。在本文中，我们将着重介绍转录调控的基本概念与方法。
一、概念
基因在转录过程中，DNA双链经RNA聚合酶翻译成mRNA单链，mRNA单链最终被翻译成不同的蛋白质。转录调控是指在这一过程中，通过调节转录起始和终止、核苷酸的翻译、RNA剪切和稳定性等一系列机制的调节，从而调节基因表达水平的过程。简言之，转录调控是指通过各种控制机制来影响基因表达，从而控制细胞也就是生物体的生命活动。
二、转录调控的方法
转录调控的方法包括以下三个过程：
1、启动子识别和转录起始
转录起始是指RNA聚合酶在启动子区域识别核心启动子及其包含的转录起始位点（TSS），从而决定基因的转录起始点和表达水平。核心启动子区域包括4-6个核苷酸序列motif，如TATA-box、Inr、DPE、MTE、BRE和DCE等。其中TATA-box位点是RNA聚合酶在解旋DNA双链时所结合的位点。该位点在基因转录起始的过程中的作用很重要。
2、转录因子和共同调节
转录因子是指具有DNA结合域的蛋白质，这种蛋白质能够与特异性和/或通用性转录因子协同作用，寻找并与特定位点结合，信号通路和正常的生理调节都会影
响蛋白质的合成与功能。这一过程被称为共同调节。转录因子可以激活或静默启动子序列，以调整启动子的活性。动物RNA聚合酶II的启动转录因子集合依次为TFIID、TFIIB、TFIIE、TFIIH、TFIIA及TFIIF。共同调节同样是非常重要的调控机制，其中所涉及的转录因子根据不同基因的特点而异，有的是其自身结合，有的是与其他独立性转录因子互相结合。
转录前水平的调控方式
转录前水平的调控方式
转录前水平调控是指在转录过程开始之前对DNA序列的调控，包括DNA的甲基化、组
蛋白修饰、非编码RNA介导的信号等。这些调控方式的不同组合可以决定基因转录启动子
的可访问性，从而影响基因表达的水平和模式。本文将详细阐述转录前水平调控的几种主
要方式。
1. DNA甲基化
DNA甲基化是指DNA上甲基基团的添加，它可以影响DNA的结构和可读性。在哺乳动物中，DNA甲基化通常发生在CpG二核苷酸位点上。DNA甲基化的主要功能是抑制基因的转录。DNA甲基化的机制涉及到DNA甲基转移酶将甲基基团添加到甲基化靶点上。不同的DNA甲基转移酶在不同的转录因子启动子和表观遗传位点上具有不同的作用。
2. 组蛋白修饰
组蛋白修饰是指对组蛋白分子的化学修饰。组蛋白是染色体的主要成分，它们与DNA
相互作用，从而导致DNA的可读性。组蛋白修饰既可以促进基因的转录，也可以抑制基因
的转录。常见的组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化和SUMO化等。
3. 非编码RNA介导的信号
非编码RNA是一类不编码蛋白质的RNA分子，它们可以通过RNA干扰、RNA结构化、miRNA等途径参与基因表达的调控。在转录前水平调控中，非编码RNA可以通过多种方式
影响基因的转录水平和模式，包括RNA干扰、表观遗传机制和转录抑制等。
4. 转录因子结合和辅助因子影响
转录因子是一类调控基因转录的蛋白质，它们结合在DNA上形成一系列复杂的调节网络，从而影响基因的转录。转录因子包括激活因子和抑制因子，它们可以与基因启动子共
同作用，激发或抑制基因的转录。与转录因子联结的还有辅助因子，这些因子能够影响转
转录和转录水平的调控要点
SECTION 5
转录和转录水平的调控
重点：
转录的反应体系，原核生物RNA聚合酶和真核生物中的RNA聚合酶的特点，RNA的转录过程大体可分为起始、延长、终止三个阶段。真核RNA的转录后加工，包括各种RNA前体的加工过程。基因表达调控的基本概念、特点、基本原理.乳糖操纵子的结构、负性调控、正性调控、协调调节、转录衰减、SOS反应。
难点:
转录模板的不对称性极其命名，原核生物及真核生物的转录起始，真核生物的转录终止，mRNA前体的剪接机制（套索的形成及剪接），第Ⅰ、Ⅱ类和第Ⅳ类内含子的剪接过程,四膜虫rRNA前体的加工,核酶的作用机理。真核基因及基因表达调控的特点、顺式作用元件和反式作用因子的概念、种类和特点. 以及它们在转录激活中的作用。
一．模板和酶：
要点
1．模板
RNA的转录合成需要DNA做模板，DNA双链中只有一股链起模板作用，指导RNA合成的一股DNA链称为模板链（template strand），与之相对的另一股链为编码链（coding strand），不对称转录有两方面含义：一是DNA链上只有部分的区段作为转录模板(有意义链或模板链),二是模板链并非自始至终位于同一股DNA单链上.
2．RNA聚合酶
转录需要RNA聚合酶。原核生物的RNA聚合酶由多个亚基组成:α2ββ’称为核心酶,转录延长只需核心酶即可。α2ββ'σ称为全酶，转录起始前需要σ亚基辨认起始点,所以全酶是转录起始必需的。真核生物RNA聚合酶有RNA-pol Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种,分别转录45s-rRNA; mRNA(其前体是hnRNA);以及5s-rRNA、snRNA 和tRNA。
分子生物学基础第七章真核基因表达的调控第三节真核基因表达转录水平的调控
第七章 真核基因表达的调控
第三节 真核基因表达转录水平的调控
一、真核基因转录与染色质结构变化的关系 DNA绝大部分都在细胞核内与组蛋白等结合成染色质， 染色质的结构影响转录，至少有以下现象： 1．染色质结构影响基因转录 在真核细胞中以核小体为基本单位的染色质是真核基 因组DNA的主要存在方式。DNA盘绕组蛋白核心形成核小体， 妨碍了与转录因子及RNA聚合酶的靠近和结合，使基因的 活性受到抑制。 2．组蛋白的作用 组蛋白H1及核心组蛋白共同参与核小体的组装与凝聚。 在特殊氨基酸残基上的乙酰化、甲基化或磷酸化等修饰， 可改变蛋白质分子表面的电荷，影响核小体的结构，从而 调节基因的活性。
第三节 真核基因表达转录水平的调控
图7-6 碱性螺旋-环-螺旋结构图
第三节 真核基因表达转录水平的调控
2．锌指结构域 这类结构主要见于真核生物的调节因子。其结构如图7-4所示， 每个重复的“指”状结构约含23个氨基酸残基，锌以4个配价键与4个 半胱氨酸、或2个半胱氨酸和2个组氨酸相结合。
图7-4 蛋白质的锌指结构
第三节 真核基因表达转录水平的调控
3．亮氨酸拉链 亮氨酸拉链最初是通过比较酵母转录激活因子GCN4、 哺乳动物转录因子C/EBP（CAAT区及SV40增强子核心序列 结合蛋白）以及癌基因产物Fos、Jun和Myc的AA序列时发 现的。亮氨酸拉链中α螺旋的突出特点是每隔7个AA残基 出现一个疏水的亮氨酸残基。这些残基位于DNA结合域的C 端α-螺旋上，这样α-螺旋的侧面每两圈就会出现一个亮 氨酸，形成一个疏水的表面。结果α-螺旋的疏水表面间 就可相互使用，形成二聚体结构。早期的研究认为两个 α-螺旋疏水的亮氨酸残基交错排列，故称为亮氨酸拉链
转录水平的调控
转录水平调控在细胞分化中的作用
细胞分化是生物体发育的基础，转录水平的调控在细胞分化 过程中起着至关重要的作用。通过调控特定基因的表达，可 以影响细胞的发育和分化方向，从而影响生物体的生长和发 育。
例如，在某些类型的细胞分化过程中，某些基因的表达被激 活或抑制，从而促进特定类型的细胞分化。这些调控机制对 于理解细胞分化的分子机制和疾病发生机制具有重要意义。
DNA甲基化
DNA甲基化可以抑制基因转录， 通过甲基化酶和去甲基化酶的动 态平衡来调控基因表达。
组蛋白修饰
组蛋白的乙酰化、甲基化和磷酸 化等修饰可以影响染色质构象， 进而调控转录过程。
非编码RNA
非编码RNA如miRNA和siRNA等 可以通过与mRNA结合或影响基 因表达调控网络来影响转录水平。
表观遗传学在转录水平调控中的实例
03
表观遗传学与转录
水平调控
表观遗传学的概念
表观遗传学是研究基因表达水 平上遗传信息变化的一门科学， 这些变化不涉及DNA序列的改
变。
表观遗传学主要包括DNA甲 基化、组蛋白修饰和非编码
RNA等机制。
表观遗传学在转录水平调控中 起着重要作用，能够影响基因
的表达状态和程度。
表观遗传学如何影响转录水平
微RNA（miRNA）
通过与靶mRNA结合，在转录后水平调节基 因表达。
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SECTION 5
转录和转录水平的调控
重点：
转录的反应体系，原核生物RNA聚合酶和真核生物中的RNA聚合酶的特点，RNA的转录过程大体可分为起始、延长、终止三个阶段。真核RNA的转录后加工，包括各种RNA前体的加工过程。基因表达调控的基本概念、特点、基本原理。乳糖操纵子的结构、负性调控、正性调控、协调调节、转录衰减、SOS 反应。
难点：
转录模板的不对称性极其命名，原核生物及真核生物的转录起始，真核生物的转录终止，mRNA前体的剪接机制（套索的形成及剪接），第Ⅰ、Ⅱ类和第Ⅳ类内含子的剪接过程，四膜虫rRNA前体的加工，核酶的作用机理。真核基因及基因表达调控的特点、顺式作用元件和反式作用因子的概念、种类和特点. 以及它们在转录激活中的作用。
一．模板和酶：
要点
1．模板
RNA的转录合成需要DNA做模板，DNA双链中只有一股链起模板作用，指导RNA合成的一股DNA链称为模板链（template strand），与之相对的另一股链为编码链（coding strand），不对称转录有两方面含义:一是DNA链上只有部分的区段作为转录模板(有意义链或模板链),二是模板链并非自始至终位于同一股DNA单链上。
2．RNA聚合酶
转录需要RNA聚合酶。原核生物的RNA聚合酶由多个亚基组成:α2ββ'称为核心酶,转录延长只需核心酶即可。α2ββ'σ称为全酶,转录起始前需要σ亚基辨认起始点,所以全酶是转录起始必需的。真核生物RNA聚合酶有RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ三种,分别转录45s-rRNA; mRNA(其前体是hnRNA);以及5s-rRNA、snRNA和tRNA。
3.模板与酶的辨认结合
转录模板上有被RNA聚合酶辨认和结合的位点。在转录起始之前被RNA聚合酶结合的DNA部位称为启动子。典型的原核生物启动子序列是-35区的TTGACA序列和-10区的Pribnow盒即TATAAT序列。真核生物的转录上游调控序列统称为顺式作用元件,主要有TATA盒、、CG盒、上游活化序列(酵母细胞)、增强子等等。和顺式作用元件结合的蛋白质都有调控转录的作用,统称为反式作用因子。反式作用因子已发现数百种,能够归类的称为转录因子(TF),相应于RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ的是TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ。TFⅡ又有A、B、C、D、E、F多种及其亚类。
基本概念：
1.不对称转录: 两重含义,一是指双链DNA只有一股单链用作转录模板(模板链);二是对不同基因同一单链上某些区段作为模板链而另一些区段作为编码链，即模板链并非永远在同一单链上。
2.编码链: DNA双链上不用作转录模板的那一段单链,因其碱基序列除由T代
替U而外,其他与转录产物mRNA序列相同而得名。
3．σ（sigma）因子: 原核生物RNA聚合酶全酶的成份,功能是辨认转录起始区,这种σ因子称σ70,此外还有分子量不同,功能不同的其他σ因子。
基本要求：掌握转录与复制的区别，转录的不对称性，原核生物的RNA聚合酶的组成及各亚基的功能，真核生物RNA聚合酶的分类、性质及功能，原核生物启动子的结构特点，了解真核生物RNA聚合酶的组成，研究转录起始区的方法。
二．转录过程
1．转录起始：
转录的起始就是生成由RNA聚合酶,模板和转录5'端首位核苷酸组成的起始复合物。原核生物RNA5'端是嘌呤核苷酸(A、G),而且保留三磷酸核苷的结构,所以其起始复合物是:pppG-DNA-RNA聚合酶。
真核生物起始,生成起始前复合物(PIC)。例如RNA-pol-Ⅱ转录,是由各种TFⅡ相互辨认结合,再与RNA聚合酶结合,并通过TF结合到TATA盒上.
2. 转录延长:
转录的延长是以首位核苷酸的3'-OH为基础逐个加人NTP即形成磷酸二醋键,使RNA逐步从5'向3'端生长的过程。在原核生物,因为没有细胞膜的分隔,转录未完成即已开始翻译,而且在同一DNA模板上同时进行多个转录过程。电镜下看到的羽毛状图形和羽毛上的小黑点(多聚核糖体),是转录和翻译高效率的直观表现。
3．录终止：
转录的终止在原核生物分为依赖Rho因子与非依赖Rho因子两类。Rho因子有ATP酶和解螺旋酶两种活性,因此能结合转录产物的3'末端区并使转录停顿及产物RNA脱离DNA模板。非依赖Rho因子的转录终止,其RNA产物3'-端往往形成茎环结构,其后又有一串寡聚U。茎环结构可使因子聚合酶变构而不再前移,寡聚U则有利于RNA不再依附DNA模板链而脱出。因此无论哪一种转录终止都有RNA聚合酶停顿和RNA产物脱出这两个必要过程。真核生物转录终止是和加尾(mRNA的聚腺昔酸poly A)修饰同步进行的。RNA上的加尾修饰点结构特征是有AAAUAA序列。
基本概念：
1．转录起始前复合物(pre-initiation complex,PIC):是真核生物转录因子与RNA 聚合酶一同结合于转录起始前的DNA区域而成的复合物。
2．加尾修饰点：真核生物mRNA转录不是在mRNA的位置上终止，而是在数百个核苷酸之后，研究发现在编码链读码框架的3'端之后，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多GC的序列，这些序列称为加尾修饰点,转录越过修饰点后，mRNA在修饰点处被切断，随即加入polyA。
3．Rho因子：是原核生物转录终止因子,有ATP酶和解螺旋酶活性。转录终止也可不依赖Rho因子。
基本要求：
掌握原核生物的转录起始复合物的形成过程，真核生物转录起始及起始前复合物(PIC)的生成，RNA聚合酶Ⅱ催化的转录起始过程中各种TFⅡ的作用，转录延伸过程中的化学反应，原核生物的转录终止的两种形式，真核生物的转录终
止的修饰点。了解原核生物RNA聚合酶的各种亚基与真核生物的各种转录因子之间的关系即拼版理论，原核生物转录空泡的形成及转录产物的释放过程。
三．真核RNA的转录后加工
1．mRNA转录后加工
真核生物转录生成的RNA,多需经加工后才具备活性,这一过程称为转录后修饰,mRNA转录后修饰包括首、尾修饰和剪接。加尾修饰是和转录终止同步的,5'端修饰主要是指生成帽子结构,即把5'-pppG转变为5'-pmGpppG。其过程需磷酸解、磷酸化和碱基的甲基化。mRNA由hRNA加工而成。真核生物基因由内含子隔断编码序列的外显子,是断裂基因。内含子一般也出现在转录初级产物hRNA。切除内含子,把外显子连结在一起,就是剪接加工。在电镜下看到加工过程,内含子往往被弯曲成套索状,因此称为套索RNA。现在知道剪接加工中,需要由多种Sn-RNA与蛋白质共同组成的并接体。并接体和hnRNA上的内含子边界序列辨认结合。剪接过程先由含鸟苷酸的酶提供3'-OH对其中内含子5'-端的磷酸二酯键作亲电子攻击使其断裂。断裂的外显子3'-OH对内含子3'-端的磷酸二酯键作亲电子攻击,使刚断出的外显子完全置换了内含子,两个外显子就相连起来,因此这个过程称二次转酯反应。
2．tRNA转录后加工
tRNA的转录后修饰,除了剪接加工外,还包括tRNA链上稀有碱基的形成,以及加上3'端的CCA序列。
3．rRNA的转录后加工
rRNA加工多采用自我剪接的形式。自我剪接的RNA本身形成一种特别的二级结构,称为锤头结构。锤头结构是指复合的茎环组成形态,但其中某些序列上必需是特定的碱基所占据。这种RNA结构,不需要任何蛋白质,就可以水解RNA链上某一特定位点的磷酸二酯键。也就是说,这是一种起催化作用的RNA,现称为核酶。核酶的发现,对酶学、分子生物学,进化生物学都是重要的理论更新,而且,医学上已开始利用人工设计的核酶,去消灭一些作为病原体的RNA病毒或消除一些不利于生命活动的细胞内RNA。
基本概念：
1. 剪接修饰:RNA转录初级产物含有非编码组分,通过剪接除去非编码组分,把编码组份连接起来。剪接修饰最常见的是靠并接体协助的二次转酯反应,此外还可有自我剪接及需酶的剪接等剪接方式。
2. 外显子:定义为断裂基因上及其转录初级产物上可表达的序列。或转录初级产物上通过拼接作用而保留于成熟的RNA中的核苷酸序列或基因中与成熟RNA相对应的DNA序列．
3. 内含子:早期定义为核酸上的非编码序列。随着内含子功能的被拓宽,建议用"转录初级产物上通过拼接作用而被去除的RNA序列或基因中与这种RNA序列相对应的DNA序列"较全面。
4. 并接体：由snRNA和蛋白质组成的核糖核酸蛋白(核蛋白)复合物。其功能是结合内含子两端的边界序列,协助RNA的剪接加工。