第十四章基因表达与调控
遗传学15第十四章基因表达的调控
后来又发现了启动基因，这些概念与顺 反子学说相悖．随着DNA重组技术和DNA序 列分析技术的发展，发现操纵基因很短．由 于上述原因，遗传学家陆续剥夺了操纵基因 和启动基因的基因资格，将其称为操作子和 启动子等．
由此可见，人们对基因的认识是不断在发
4. 跳跃基因(jumping gene)
• 早期分子遗传学还认为： – 基因在染色体上的相对位置是固定的
• 转座子(transposon)、转座因子、转位 因子(transposable element) – 某些DNA序列可以在染色体上转变位置 – 转座子转位的过程也是一个遗传重组过 程
(四)、 基因概念发展
(1)结构基因：可编码RNA或蛋白质的一 段DNA序列
(2)调控基因：其产物参与调控其他结 构基因表达的基因
(3)重叠基因：指同一段DNA的编码顺序 ，由于阅读框架(ORF)的不同或终止 早晚的不同，同时编码两个或两个 以上多肽链的现象
(4)隔裂基因：指一个结构基因内部为 一个或更多的不翻译的编码顺序， 如内含子所隔裂的现象
传研究，建立了以基因和染色体为主 体的经典遗传学
结构单位 重组单位
基因
突变单位
功能单位
2、分子遗传学
基因是DNA分子上的一定区段,携 带有特殊的遗传信息，可转录、 翻译，可对其他基因起调节作用
突变子：突变的最小单位 基因 重组子：交换的最小单位
顺反子（作用子）：功能单位 （基因）
基因可进一步分为不同类型：
需要建立一个双突变杂合二倍体， 测定这两个突变间有无互补作用
图 8－2 顺反测验
2、顺式与反式调控
基因表达与调控
假设某一基因的表达受一种调控蛋白质(regulator protein)控制，只有在调控蛋白质与该基因的启动子位点结合时，这个基因才能表达。如果这个基因的启动子位点发生突变，调控蛋白不能识别这个位点，也就不能转录形成RNA，基因就不能表达(图8－3)。 如基因的启动子发生突变，使得调控蛋白不能识别启动子结构，该基因就不能表达；只影响基因本身的表达， 而不影响其它等位基因的调控突变。 调控蛋白发生突变，不能与某基因的启动子结合， 还会影响到与该调控蛋白结合有关的所有等位基因位点 表达。
3. 激活子： 激活子(transcription activator):是一种与强化子结合的蛋白质，属于一种转录因子。 正激活子包括： 真激活子：与转录复合体接触激活转录； 抗阻遏物激活子：改变染色质结构（染色质重建） 与转录因子结合来提高转录效率。 负激活子：抑制转录的因子。
一些基因在所有细胞中都呈现活跃状态，为组成型表达，称为看家基因(house keeping gene)。 另一些基因则在不同细胞或组织中呈现高度表达，受到一定的调控，称为特异表达基因。
启动子和转录因子： 启动子(promoter)： 转录因子和RNA聚合酶的结合位点，位于基因上游某一固定位置，紧接转录起始点，是基因一个组成部分。 转录因子(transcription factor，TF) ：激活真核生物基因转录的一系列蛋白质。
一、原核生物的基因调控：
、转录水平的调控: 负调控：细胞中阻遏物阻止基因转录过程的调控机制。 阻遏物与DNA分子结合阻碍RNA聚合酶转录使基因处于 关闭状态； 正调控：细胞中激活子激活基因转录过程的调控机制。 诱导物通常与蛋白质 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 使基因处 于表达的状态。
细胞生物学[第十四章细胞分化与基因表达调控]课程预习
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第十四章细胞分化与基因表达调控一、细胞分化(一)细胞分化的基本概念1．细胞分化在个体发育中,由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程称为细胞分化(cell differentiation)。
细胞分化是多细胞有机体发育的基础与核心，细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成，而特异性蛋白质合成的实质在于基因选择性表达。
细胞分化是基因选择性表达的结果。
2．当家基因与组织特异性基因当家基因(house-keeping genes)是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的。
组织特异性基因(tissue-specific genes)，或称奢侈基因(luxury genes)，是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的功能。
3．组合调控引发组织特异性基因的表达组合调控(combinational control)概念：有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化的调控机制。
即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调节完成的。
生物学作用：一旦某种关键性基因调控蛋白与其他调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仪可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚至可以诱发整个器官的形成(如眼的发育)。
4．分化启动机制靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动。
单细胞有机体的细胞分化与多细胞有机体细胞分化的不同之处：前者多为适应不同的生活环境，而后者则通过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。
多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更为复杂。
5．转分化与再生转分化(transdifferentiation)：一种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞现象称转分化。
转分化经历去分化(dedifferentiation)和再分化的过程。
再生(regeneration)：生物界普遍存在再生现象，再生是指生物体缺失部分后重建过程，广义的再生可包括分子水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水平的再生。
遗传学第十四章基因表达的调控
（四）乳糖操纵子的正调控 大肠杆菌的葡萄糖效应
二、色氨酸操纵子中基因表达时的衰减作用 （一）色氨酸操纵子的结构
编码色氨酸合成相关的五个基因trpE,trpD, TrpC,TrpB,trpA；在这五个结构基因上游有启动 区和操纵基因（trpO）；在第一个结构基因trpE 和trpO之间，有一长达160bp的核苷酸序列，称为 前导序列（L），其中含一段衰减子（A）区段。
野生型乳糖操纵子（I+O+Z+Y+A+）的负调控 作用
◆ 细胞中没有乳糖时，阻遏物连到操纵基因上， 阻断转录，没有酶产生。
◆ 细胞中有乳糖时，乳糖与阻遏物连接，诱导转 录，产生相应的酶。
（三）建立乳糖操纵子模型的相关实验分析
1、相关突变体 （1）结构基因本身改变的突变体 Z+ : 能合成β-半乳糖苷酶 Z- : 不能合成β-半乳糖苷酶 （2）组成型突变体
小鼠前速激肽mRNA（preprotachykinin mRNA， PPTmRNA）的不同剪接
2、反式剪接
3、RNA编辑
（三）翻译水平的调控 卵母细胞中隐蔽mRNA的调控。P366
（四）翻译后调节 蛋白质剪接
（五）基因表达中的RNA调节 RNAi , miRNA
谢谢大家！
◇阻遏物单体。 ◇阻遏物二聚体，连到两个21bp的操纵基因DNA片
段。
阻遏物单体
阻遏物二聚体，连到两个21bp的操纵基因DNA片段
4、操纵基因（O）的确定 操纵基因序列的突变将导致阻遏物不能识别
和结合到该部位上。从而造成乳糖利用物质继续 合成。
如何识别突变体Oc和I- 。部分二倍体实验。
5、启动子 RNA聚合酶识别和结合部位： -10区： 序列特征 5’-TATGTT-3’ -35区： 序列特征 5’-TTTACA -3’
基因表达的调控
（一）、乳糖操纵子的结构
乳糖操纵子（lactose operon，lac ）的三个结构基因成簇排列，编码参与β-半乳糖苷（如乳糖）分解代谢所需的三种蛋白质：lacZ编码β-半乳糖苷酶，lacY编码β-半乳糖苷透性酶，lacA编码β-半乳糖苷转乙酰基酶。
lacI基因（调节基因）正好与结构基因相邻，但它不与结构基因属于同一转录单位，它有自己独立的转录单位，含有自己的启动子和终止子。
第十四章 基因表达的调控
原核生物和真核生物都能够根据周围环境(如温度、营养成分等)的变化，改变自己的代谢方式。而代谢方式的变化通常可以通过对基因表达过程的调控得以实现。
机体可以在基因表达过程的任何阶段进行调控，一般以转录水平上的调控为主。
转录水平调控；
RNA的转录后加工；
mRNA从核内向胞浆转运；
诱导
可诱导调节
A
B
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.
一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来开启的状态转变为关闭状态，基因的表达被阻遏
可阻遏调节
+ + + + 转录
无葡萄糖，cAMP浓度高时
有葡萄糖，cAMP浓度低时
CAP的正调控
可诱导的正调控
可诱导的负调控
可阻遏的正调控
可阻遏的负调控
（二）色氨酸操纵子
高色氨酸时
低色氨酸时
RNA聚合酶 终止转录
核糖体 覆盖1-2区
5`
2
1
4
3
1
2
4
3
5`
RNA聚合酶 继续转录
3-4茎-环 结构形成
核糖体停止于1区
普通遗传学第十四章 基因表达的调控
第二节 真核生物的基因调控
一、 DNA水平的调控 二、染色质水平调控 三、转录水平的调控 四、翻译水平的调控
一 DNA水平的调控
1、基因丢失 2、基因扩增 3、基因重排 4、DNA甲基化
一、DNA水平的调控 1、基因丢失
某些原生动物，如线虫、昆虫和甲克类动 物在个体发育过程中，许多体细胞经常丢掉 整个或者部分染色体，只有将要分化形成生 殖细胞的细胞中保留全部染色体。
3、基因重排
基因重排：DNA分子核苷酸序列的重新排 列。重排不仅可以形成新的基因，还可以调 节基因表达。基因组中的DNA序列重排并 不是一种普遍方式，但它是一些基因调控的 重要机制。
① 酵母交配型转换 →a 这种交配型转换的基础是遗传物质的重排。 控制交配型的MAT(mating-type)基因位于酵母菌 第3染色体上，MATa和MAT互为等位基因。
第一节 原核生物的基因调控 一、转录水平的调控 二、翻译水平的调控
二、翻译水平的调控
1、反馈调控机制
如果某种蛋白质过量积累，将与其自身的 mRNA结合，阻止进一步翻译。这种结合位点 通常包括mRNA 5’端非翻译区，也包括启动子 区域的 Shine-Dalgarno (SD) (AGGAGGU) 序 列。
（二）组蛋白质修饰和非组蛋的作用
组蛋白可被修饰，修饰可改变其与DNA的接 合能力。若被组蛋白覆盖的基因要表达，那么 组蛋白必须被修饰，使其和DNA的结合由紧 变松，这样DNA链才能和RNA聚合酶或调节 蛋白相互作用。因此组蛋白的作用本质上是真 核基因调节的负控制因子，即它们是基因表达 的抑制物。 非组蛋白打开特异基因的分子，具有组织特异 性，在基因表达的调节、细胞分化的控制以及 生物的发育中起着很重要的作用。
免疫球蛋白的多样性
生物化学》ppt课件14.第十四章-基因表达调控
1.操纵子的结构与功能
一个操纵子=调节序列+启动序列+操纵序列+编码序列
⑴调节序列(inhibitor,I):编码一种阻遏蛋白(repressor) 。 ⑵启动序列(promoter,P):结合RNA聚合酶，启动转录。 ⑶操纵序列(operator,O):阻遏蛋白的结合位点。 ⑷编码序列(coding sequence):编码功能性蛋白，2~6个。
第一节 基因表达调控的 概念和原理
(Concept and principle： Regulation of Gene Expression)
一、基因表达调控的概念
(一)基因表达(gene expression) 是指基因经过
转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白 质分子的过程。
(二)基因表达的时间性及空间性
转录激活域
谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
蛋白质-蛋白质结合域 (二聚化结构域)
1.同源结构域
2.锌指
3.碱C
H
C
Cys
H
His
其他氨基酸
(四)真核生物基因表达调控模式
1.真核生物基因表达调控较复杂，除转录起始阶段 受到调节外，在转录后水平、翻译水平及翻译后水平 等均受调控。
2.真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的 转录起始复合物。
白 因 子 ， 决 定 三 种 RNA(mRNA 、 tRNA 及 rRNA)转录的类别。
2.特异转录因子(special transcription factors) 为个别基因转录所必需，决定该基因的时
第14章 原核生物基因表达调控
第14章原核生物基因的表达调控重点：操纵子的结构特点和功能；乳糖操纵子的正负调控；色氨酸操纵子的衰减作用。
难点：色氨酸操纵子的衰减作用。
第一节基因调控的基本定律一、基因调控水平二、基因和调控元件三、DNA结合蛋白一、基因调控水平基因表达的调控可以发生在DNA到蛋白质的任意节点上，如基因结构、转录、mRNA 加工、RNA的稳定性、翻译和翻译后修饰。
二、基因和调控元件基因：是指能转录成RNA的DNA序列。
结构基因：编码代谢、生物合成和细胞结构的蛋白质。
调节基因：产物是RNA或蛋白质，控制结构基因的表达。
其产物通常是DNA结合蛋白。
调控元件：不能转录但是能够调控基因表达的DNA序列。
三、DNA结合蛋白调控蛋白通常含有与DNA结合的结构域，一般由60-90个氨基酸组成。
在一个结构域中，只有少数氨基酸与DNA接触。
这些氨基酸（包括天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、赖氨酸和精氨酸）常与碱基形成氢键，或者与磷酸核糖骨架结合。
根据DNA结合结构域内的模体，可以将DNA结合分成几种类型（图16.2）。
第二节大肠杆菌的乳糖操纵子一、操纵子结构二、正负调控三、乳糖操纵子四、lac突变五、正控制一、操纵子结构原核和真核生物基因调控的主要差异在于功能相关的基因的组成。
细菌的功能相关的基因常常排列在一起，并且由同一启动子控制。
一群一起转录的细菌的结构基因（包括其启动子和控制转录的额外序列）称为操纵子。
二、正负调控转录水平上的调控主要有两种类型：负调控：gene ON 阻遏蛋白 OFF正调控：gene OFF 激活蛋白 ON诱导：活性阻遏蛋白 失活诱导因子＋非活性激活蛋白 活性阻遏：失活阻遏蛋白 活性共阻遏蛋白＋活性激活蛋白 失活三、乳糖操纵子乳糖操纵子是诱导型操纵子，当诱导物不存在时，阻遏蛋白结合到操纵序列上并阻止转录；当诱导物存在时，阻遏蛋白与诱导物结合后失去活性，转录才得以进行。
四、lac突变为了鉴定乳糖操纵子各个成分的功能，Jacob和Monod做了细菌的接合实验，其中供体菌的F’因子上也带有乳糖操纵子。
基因表达与调控研究
基因表达与调控研究基因表达是指基因转录和翻译过程中，DNA序列转变为蛋白质的过程。
它涉及一系列复杂的调控机制，确保基因在特定的细胞类型和时期以适当的水平进行表达。
研究基因表达和调控的机制对于我们理解生物的功能和疾病的发生机理至关重要。
一、基因表达的调控层次基因表达的调控可以发生在多个层次，包括染色质结构、转录、RNA加工和翻译等。
1. 染色质结构调控染色质结构调控是指通过改变染色质的构象和可及性来影响基因的表达。
DNA在染色质中以染色质纤维为单位进行组织和紧密包装，形成紧密结构或松弛结构。
这种结构的变化可以通过染色质修饰、染色质重塑和组蛋白改变等方式进行调控。
2. 转录调控转录是指在DNA模板上通过RNA聚合酶的作用产生RNA分子的过程。
转录的调控可以通过转录因子和转录核酸酶结合来实现。
转录因子是一类具有转录激活或抑制作用的蛋白质，它们通过与DNA的特定序列结合来影响RNA聚合酶的选择性结合和转录活性。
3. RNA加工调控在转录过程中，RNA分子会经历剪接、修饰和核糖体加工等过程，这些过程可以对RNA的功能和稳定性产生重要影响。
RNA剪接是指将转录前体mRNA中的内含子切除，并将外显子连接成连续的序列。
RNA修饰则包括转录启动和终止的加工修饰，如capping和polyadenylation等。
核糖体加工是指在翻译之前将转录RNA转化为成熟的mRNA，包括剪接导致的异构转录本的选择和核糖体结合位点的确定等。
4. 翻译调控翻译是指在mRNA的模板上，核糖体将其转化为蛋白质的过程。
翻译的调控可以通过转录后修饰的RNA分子、转化因子的结合和非编码RNA的干扰等方式实现。
转化因子可以通过识别mRNA上具有特定序列结构的肽链，并引导核糖体选择正确的起始位点和启动氨基酸。
二、基因表达与调控的重要性基因表达与调控的研究对于我们理解生物的发育、功能和疾病等方面具有重要意义。
1. 生物发育转录调控在生物发育过程中起着关键作用。
基因的表达与调控
功能：控制基因的转录起始
类型：分为核心启动子和上游启动子
特点：具有转录起始位点的DNA序列，可以被RNA聚合酶识别并启动转录过程
增强子
定义：增强子是一段DNA序列，可以增强基因的转录活性
功能：增强子可以增加基因的转录水平，从而影响蛋白质的表达量
类型：增强子可以分为两类，即核心增强子和边缘增强子
作用机制：增强子通过与转录因子结合，促进RNA聚合酶与DNA的结合，从而增加基因的转录水平
绝缘子
绝缘子的作用：在基因表达调控中，绝缘子可以阻止增强子与启动子之间的相互作用，从而影响基因的表达。
绝缘子的类型：根据其结构和功能，绝缘子可以分为多种类型，如CTCF绝缘子、核小体定位序列绝缘子等。
绝缘子的研究进展：绝缘子在基因表达调控中的作用得到了广泛的研究，但仍有许多问题需要进一步探讨。
绝缘子的应用：绝缘子在基因治疗、基因编辑等领域具有重要的应用价值。
翻译：RNA中的遗传信息被转化为蛋白质的过程。
基因表达的调控：指细胞内各种因素对基因表达过程进行调控，以适应细胞内外环境的变化。
基因表达的分类
转录：DNA被复制为RNA的过程
翻译：RNA被翻译为蛋白质的过程
调控：基因表达的调控机制，包括转录因子、信号通路等
表达模式：基因在不同细胞、不同发育阶段、不同环境条件下的表达特点
基因表达的调控应用
5
疾病治疗
基因治疗：通过修改基因表达来治疗遗传性疾病
靶向治疗：针对特定基因进行治疗，提高疗效，减少副作用
免疫治疗：利用基因表达调控增强免疫系统，对抗癌症等疾病
细胞治疗：通过基因编辑和调控，改造细胞功能，用于治疗多种疾病
生物进化研究
基因表达调控在生物进化中的作用
基因表达与调控
1.基因表达的中心法则是如何实现的？基因是能够自我复制，永远保存的单位，它的生理功能是以蛋白质的形式表达出来的。
所以DNA核苷酸序列是遗传信息的储存者，它通过自主复制得以永存，通过转录生成信使RNA，进而翻译成蛋白质的过程来控制生命现象，即贮存在核酸中的遗传信息通过转录，翻译成为蛋白质，体现为丰富多彩的生物界，这就是生物学中的中心法则(central dogma)。
该法则表明信息流的方向是有DNA——〉RNA——〉蛋白质。
在该信息流中，RNA病毒及某些动物细胞可以RNA为模板复制出RNA，然后再由RNA直接合成出蛋白质；同时某些病毒，某些癌细胞及动物胚胎细胞可以由RNA转录出DNA，即发生反转录(reverse transcription)。
中心法则合理地说明了在细胞的生命活动中两类大分子的联系和分工：核酸的功能是储存和转移遗传信息，指导和控制蛋白质的合成；而蛋白质的主要功能是进行新陈代谢活动和作为细胞结构的组成成分。
2.遗传密码子：指信使RNA(mRNA)分子上从5'端到3'端方向，由起始密码子AUG 开始，每三个核苷酸组成的三联体。
它决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号。
反密码子：RNA链经过折叠，看上去像三叶草的叶形，其一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基。
每个tRNA(transfer RNA）的这3个碱基可以与mRNA 上的密码子互补配对，因而叫反密码子。
三联密码子：生物对mRNA分子中核苷酸序列的翻译方式以3个相邻核苷酸为单位进行，如AUG被识别为甲硫氨酸和肽键合成起始信号、UGA将被识别为终止信号。
这样串联排列的3个核苷酸被称为一个三联体密码子（coden）。
3.基因表达的调控机制：从DNA到蛋白质的过程叫基因表达(gene expression)，对这个过程的调节即为基因表达调控(regulation of gene expressionor gene control)。
新编文档第十四章基因的表达与调控精品文档PPT课件
A
乳糖操纵元模型
B
乳糖操纵元的负调控
C
I a 1
b
I
P
O
L
3
2
P
O
L
Z
Y
A
Z
Y
A
I
P
O
L
Z
Y
A
m RNA
Z
Y
A
I
P
O
L
Z
Y
A
D
两种组成型突变： I→I—，O→Oc, 在有无 诱导物时均可大量组成 E
11
顺式调控：突变只影响到与其邻近 的编码序列，即基因本身不能表 达，并不影响其它等位基因。这 种突变称为顺式调控
反式调控：如果是调控蛋白质发生 突变，形成的蛋白质不能与这个 基因的启动子结合，这将会影响 到与这个蛋白质结合的所有等位 基因位点，导致这些基因不能表 达，这种突变称为反式调控 12
R
基因 两个不同的突变(S或C)，即 A → S或A → C导致镰形 红血球
酶→间接地影响生物性状的表达
16
作
用
子
DNA
GTA CAT
CAT GTA
CTT GAA
ACT TGA
CCT GGA
A
mRNA 密码子
GUA CAU CUU ACU CCU
GAA CTT
GAA
氨基酸 缬 组 亮 苏 脯
谷
DNA
S mRNA
密码子
GTA CAT
GUA
氨基酸
缬
C DNA
AAA TTT
mMRNA 密码子
AAA
氨基酸
赖
GAA CTT
14 基因表达调控
二、基因表达的特性 1、时间特异性（阶段特异性）：按功能需要，某一特定基 因表达严格按特定的时间顺序发生。
2、空间特异性（细胞或组织特 异性）：在个体生长过程中， 某种基因产物在不同组织空间 出现。
三、基因表达的方式 组成型表达：指不大受环境变动而变化的一类基因表达。 管家基因：在生物体生命的全过程都是必须的，且在 一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。例如： 微管蛋白基因、核糖体蛋白基因。 适应型表达：指环境的变化容易使其表达水平变动的一类 基因表达。分为诱导和阻遏。 奢侈基因 协调调节（coordinate regulation）：在一定机制控制下 ，机能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需 协调一致、共同表达，即为协调表达。这种调节称为协调 调节。
一、癌基因
能在体外引起细胞转化、在体内诱发肿瘤的基因。是一些插 入的病毒癌基因或异常的细胞癌基因。
1、病毒癌基因（v-onc）
存在于病毒基因组中的癌基因，它不编码病毒的结构成分， 对病毒复制也没有作用，但可以使细胞持续增殖。例：禽 肉瘤病毒。
2、细胞癌基因（c-onc）
存在于正常细胞基因组中的癌基因，或称原癌基因，多为细 胞内控制细胞生长和分化的基因。
2、色氨酸操纵子（合成代谢的典型例子） 结构基因：trpE、trpD、trpC、trpB、trpA，参与色氨酸 合成 调控元件：启动子、操纵区、前导区（trpL）和衰减子（ trpa） 调节基因：trpR
1）trp操纵子的阻遏系统 trpR 基因产物称为辅阻遏蛋白（ aporepressor ），需与色 氨酸结合形成有活性的阻遏物。 当培养基中色氨酸含量较高时，它与游离的辅阻遏蛋白结合 ，并与操纵区DNA紧 密结合；当培养基中 色氨酸供应不足时， 阻遏物失去色氨酸并 从操纵区上解离，
生物化学十四章
生物化学Biochemistry
细胞质:EMP;HMP;糖
原合成;脂肪酸合成;线粒体:TCA,β-
氧化;呼吸链电
子传递;氧化磷
酸化
核糖体:蛋
白质合成;细胞核:核酸合成
细胞结构对代谢途径的分隔控制
苹果酸-天冬氨酸穿梭
只有细胞质中的
NADH/NAD+高于基质才能穿梭
苹果酸草酰乙酸
苹果酸
草酰乙酸
谷氨酸
α-酮戊二酸
天冬氨酸
葡萄糖-6-磷酸酶定位内在内质网膜
正前馈或负前馈
反馈激活或反馈抑制
12中蛋白质凝血因子有7种是丝氨酸蛋白酶
β-半乳糖苷酶：水解乳糖
β-半乳糖苷透性酶：
乳糖透过大肠杆菌质膜β-半乳糖苷乙酰
基转移酶
大肠杆菌乳糖操纵子模型阻遏蛋白
大肠杆菌乳糖操纵子模型阻遏
蛋白起负调控作用
乳糖或者其他诱导物
3、合成途径操纵子的衰减作用
调节基因P
1
2
34
色氨酸操纵子转录本前导区二级结构的变换
1
2
34
123
4
1
234
大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减作用机制
1112322
3
3444
核糖体
核糖体转录继续
转录终止C.高浓度色氨酸使核糖体到达2部位， 3与4 碱基配对，
转录终止。
A.游离mRNA中1与2以及3与4碱基配对。
B.低浓度色氨
酸使核糖体停
留在1部位，转
录得以完成。
Trp 密码子。
第十四章基因表达调控RegulationofGeneExpression
Chapter 14 Regulation of
Gene Expression
通过基因表达，DNA中的遗传信 息即可用以决定细胞的表型和生 物形状。但是，基因的表达随着 组织细胞及个体发育的阶段的不 同，随着内外环境的变化的不同， 而表现为不同的基因的表达。
第十四章基因表达调控 RegulationofGeneExpression
第十四章基因表达调控 RegulationofGeneExpression
原核生物中的反式作用因子主 要分为特异因子、激活蛋白和 阻遏蛋白；
而真核生物中的反式作用因子 通常称为转录因子。
第十四章基因表达调控 RegulationofGeneExpression
3．顺式作用元件与反式作用因子 之间的相互作用：
RegulationofGeneExpression
（二）诱导和阻遏表达： 诱导表
达（induction）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。这类基 因称为可诱导基因。 阻遏表达 （repression）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。这类基因 称为可阻遏基因。
（二）空间特异性：
基因表达的空间特异性（spatial specificity）是指多细胞生物个体 在某一特定生长发育阶段，同一 基因的表达在不同的细胞或组织 器官不同，从而导致特异性的蛋 白质分布于不同的细胞或组织器 官。故又称为细胞特异性或组织 特异性。
第十四章基因表达调控 RegulationofGeneExpression
二、基因表达的时间性及空间性
（一）时间特异性： 基因表达的时间特异性(temporal specificity)是指特定基因的表达严格 按照特定的时间顺序发生，以适应细 胞或个体特定分化、发育阶段的需要。 故又称为阶段特异性。
第十四章细胞分化与基因表达调控
第⼗四章细胞分化与基因表达调控第⼗四章细胞分化与基因表达调控⼀、填空题：1、癌细胞内染⾊质，染⾊体的和发⽣改变，细胞核，核仁，核质，癌细胞群分裂相，细胞形态是呈和形。
细胞膜表⾯出现和。
2、在个体发育过程中，通常是通过来增加细胞的数⽬，通过来增加细胞的类型。
3、细胞分化的关键在于特异性的合成，实质是在时间和空间上的差异表达。
4、从⼀种类型的分化细胞转变成另⼀种类型的分化细胞，往往要经历和的过程。
5、根据分化阶段的不同，⼲细胞分为和；按分化潜能的⼤⼩，可将⼲细胞分为、和三种。
6、Dolly⽺的诞⽣，说明⾼度分化的哺乳动物的也具有发育全能性，它不仅显⽰⾼等动物细胞的分化复杂性，⽽且也说明卵细胞的对细胞分化的重要作⽤。
7、基因与基因的突变，使细胞增殖失控，形成肿瘤细胞。
8、细胞分化是基因的结果，细胞内与分化有关的基因按其功能分为和两类。
9、编码免疫球蛋⽩的基因是基因，编码rRNA的基因是基因。
10、癌症与遗传病不同之处在于，癌症主要是的DNA的突变，不是的DNA的突变。
⼆、选择题：1、同源细胞逐渐变为结构和功能及⽣化特征上相异细胞的过程是（）A.增殖B.分裂C.分化D.发育E.衰⽼2、从分⼦⽔平看，细胞分化的实质是（）A.特异性蛋⽩质的合成B.基本蛋⽩质的合成C.结构蛋⽩质的合成D.酶蛋⽩质的合成E.以上都不是3、维持细胞最低限度的基因是（）A.奢侈基因B.结构基因C.调节基因D.管家基因E.以上都不是4、⽣物体的细胞中，全能性最⾼的细胞是（）A.体细胞B.⽣殖细胞C.⼲细胞D.受精卵E.上⽪细胞5、关于细胞分化的叙述,错误的是（）A.分化是因为遗传物质丢失B.分化是因为基因扩增C.分化是因为基因重组D.分化是转录⽔平的控制E.分化是翻译⽔平的控制6、细胞分化过程中，不能激活基因进⾏选择性表达的因素是（）A.DNAB.RNAC.组蛋⽩D.酶蛋⽩E.⾮组蛋⽩7、细胞分化的实质是（）A、基因选择性表达B、基因选择性丢失C、基因突变D、基因扩增8、关于肿瘤细胞的增殖特征，下列说法不正确的是（）。
第14章基因表达调控 PPT课件
目录
第 一 节 基因表达调控
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一、基因表达的概念
* 基因组(genome) 一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或 整套基因。 * 基因表达(gene expression) 基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学 功能的蛋白质分子的过程。
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三、基因表达的方式
按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：
（一）组成性表达
某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持 续表达，通常被称为 管家基因 (housekeeping
gene)。
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无论表达水平高低，管家基因较少受环境 因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数
或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区
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2. DNA - 蛋白质
蛋白质-蛋白质
的相互作用
指的是反式作用因子与顺式作用元件之
间的特异识别及结合。通常是非共价结合，
被识别的 DNA 结合位点通常呈对称、或不完
全对称结构。
绝大多数调节蛋白质结合 DNA 前，需通 过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体 (dimer)或多聚体(polymer)。
别于其他基因，这类基因表达被视为组成性基
因表达(constitutive gene expression)。
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（二）诱导和阻遏表达---可调控表达
在特定环境信号刺激下，相应的基因被激 活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导 基因。 可诱导基因在特定环境中表达增强的过程， 称为诱导(induction)。 如果基因对环境信号应答是被抑制，这种 基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平 降低的过程称为阻遏(repression)。
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R
p
p-
No RNA
RNA
No RNA
R-
RNA
RNA
No RNA
1
2
3
图8－3 顺式调控与反式调控 1. P为启动子，R为调控蛋白，两个正常的等位基因表达
产生RNA。 2.启动子突变(P-)后，调控蛋白不能与其结合，顺式调控
突变的基因不表达，另一个等位基因正常表达。 3.调控蛋白突变(R-)后，不能与启动子结合，这种反式调
第十四章基因表达与调控
顺式调控：突变只影响到与其邻近 的编码序列，即基因本身不能表 达，并不影响其它等位基因。这 种突变称为顺式调控
反式调控：如果是调控蛋白质发生 突变，形成的蛋白质不能与这个 基因的启动子结合，这将会影响 到与这个蛋白质结合的所有等位 基因位点，导致这些基因不能表 达，这种突第变十四章称基因表为达与调反控 式调控
• 经典遗传学关于基因的概念有如下几个 要点：
• 1、基因是不连续的颗粒状因子，在染色 体上有固定的位置，并且呈直线排列， 具有相对的稳定性。 2、基因作为一个功能单位控制有机体的 性状表达。 3、基因以整体进行突变，是突变的最小 单位。 4、基因在交换中不再被分割，是重组的 最小单位，。 5、基因能自我复制，在有机体内通过有 丝分裂有规律地传递，在上下代之间能 通过减数分裂和受精作用有规律地传递。
基因调控。
第十四章基因表达与调控
一、原核生物的基因调控 1、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
第十四章基因表达与调控
正调控：是经诱导物诱导转录的调控机 制，即诱导物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 负调控：阻遏物阻止转录过程的调控， 即阻遏物与DNA分子结合，阻碍RNA聚合 酶转录，使基因处于关闭状态。只有当 阻遏物被除去之后，转录才能起动，产
(5)跳跃基因：可作为插入因子和转座 因子移动的DNA序列，有人将它作为 转座因子的同义词
(6)假基因：同已知的基因相似，但位 于不同位点，因缺失或突变而不能 转录或翻译第，十四章是基因没表达与有调控 功能的基因
二、基因的微细结构
1、互补作用与互补测验(顺反测验)
假定有两个独立起源的隐性突变如 a1与a2，它们具有类似的表型，如 何判断它们是属于同一个基因的突 变，还是分别属于两个基因的突变 ？即如何测知它们是等位基因？
控蛋白质突变，使受其控制的所有基因不表达。 第十四章基因表达与调控
3、基因的微细结构
20世纪50年代的生 化技术还无法进行 DNA的序列测定，本 泽尔利用经典的噬 菌体突变和重组技 术，对T4噬菌体rⅡ 区基因的微细结构 进行了详细分析
第十四章基因表达与调控
图 8－6 突变座位与互补图解 第十四章基因表达与调控
第十四章基因表达与调控
需要建立一个双突变杂合二倍体， 测定这两个突变间有无互补作用
第十四章基因表达与调控
图 8－2 顺反测验 第十四章基因表达与调控
2、顺式与反式调控
→假设某一基因的表达受一种调控 蛋白质控制，只有在调控蛋白质 与该基因的启动子位点结合时， 这个基因才能表达。
→如果这个基因的启动子位点发生 突变，调控蛋白不能识别这个位 点，也就不能转录形成RNA，基因 就不能表达。
CCT GGA
A
mRNA 密码子
GUA CAU CUU ACU CCU
GAA CTT
GAA
氨基酸 缬 组 亮 苏 脯
谷
DNA
S mRNA
密码子
GTA CAT
GUA
氨基酸
缬
C DNA
AAA TTT
mMRNA 密码子
氨基酸
第十四章基因表达与调控
AAA 赖
GAA CTT
AAA TTT
GAA AAA
谷赖
第二节 基因调控
三、基因的作用与性状的表达
结构蛋白/功能蛋白→直接性状 表达。人类的镰形红血球贫血 症：正常血红蛋白基因(A)的
基因 两个不同的突变(S或C)，即 A → S或A → C导致镰形 红血球
酶→间接地影响生物性状的表达
第十四章基因表达与调控
作
用
子
DNA
GTA CAT
CAT GTA
CTT GAA
ACT TGA
第十四章 基因的表达与调控
第十四章基因表达与调控
第一节 基因的概念
一、基因的概念及其发展
1、经典遗传学
→孟德尔称控制性状的因子为遗传因子 →1子 →摩尔根等人对果蝇、玉米等的大量遗
传研究，建立了以基因和染色体为主 体的经典遗传学 第十四章基因表达与调控
第十四章基因表达与调控
结构单位 重组单位
基因
突变单位
功能单位
2、分子遗传学
基因是DNA分子上的一定区段,携 带有特殊的遗传信息，可转录、
翻译，可对其他基因起调节作用
第十四章基因表达与调控
突变子：突变的最小单位 基因 重组子：交换的最小单位
顺反子（作用子）：功能单位 （基因）
基因可进一步分为不同类型：
生mRNA分子 原核生物中基因表达以负调控为主。真 核生物中则主要第十是四章基正因表达调与调控控机制。
图 8－8 转录第水十四平章基因的表达与负调控调控与正调控
2、乳糖操纵元
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
每个细胞都含有整套遗传密码，只是这 本密码在每个细胞中并不全部译出应用 ，而是不同细胞选用其中各自需要的密 码子加以转录和翻译。为什么基因只有 在它应该发挥作用的细胞内和应该发挥 作用的时间，才呈现活化状态，而在它 不应该发挥作用的时间和细胞内，则处 于不活化的状态呢？ 这种控制特定基因产物合成的机制称为
(1)结构基因：可编码RNA或蛋白质的一 段DNA序列
(2)调控基因：其产物参与调控其他结 构基因表达的基因
第十四章基因表达与调控
(3)重叠基因：指同一段DNA的编码顺序 ，由于阅读框架(ORF)的不同或终止 早晚的不同，同时编码两个或两个 以上多肽链的现象
(4)隔裂基因：指一个结构基因内部为 一个或更多的不翻译的编码顺序， 如内含子所隔裂的现象