第十六章 基因表达的调节控制以及现代生物学技术
分子生物学中的基因表达调控
分子生物学中的基因表达调控在分子生物学领域中，基因表达调控是一个重要的研究方向。
基因表达调控指的是细胞如何通过调控基因的转录和翻译过程来控制蛋白质的合成。
这一过程是细胞功能和发育的关键，也是许多疾病的发生和发展的基础。
基因表达调控可以通过多种方式实现，其中最重要的是转录调控和转录后调控。
转录调控是指通过调节基因的转录过程来控制基因的表达水平。
转录后调控则是指通过调控转录产物的剪接、修饰和稳定性等过程来控制基因表达。
在转录调控中，转录因子是起到关键作用的蛋白质。
转录因子可以结合到基因的启动子区域，促进或抑制转录的进行。
这些转录因子的结合可以受到多种信号分子的调控，如激素、细胞外信号和环境因子等。
通过这种方式，细胞可以对内外环境的变化做出快速和准确的反应。
除了转录调控外，转录后调控也是基因表达调控的重要机制。
转录后调控包括剪接调控、RNA修饰和RNA降解等过程。
剪接调控指的是在转录产物的剪接过程中选择性地剪接出不同的外显子，从而产生不同的转录本。
这种剪接调控可以使一个基因编码多种不同的蛋白质，增加了基因的功能多样性。
RNA修饰包括甲基化、腺苷酸修饰和磷酸化等过程，这些修饰可以改变RNA的稳定性和功能。
RNA降解则是指通过降解RNA分子来控制基因表达水平。
在基因表达调控中，还有一种重要的机制是表观遗传调控。
表观遗传调控是指通过改变染色质结构和DNA甲基化等方式来调控基因的表达。
这种调控方式可以在细胞分化和发育过程中起到关键作用。
表观遗传调控可以通过改变染色质的可及性来调控基因的转录活性，从而影响基因的表达水平。
基因表达调控在生物体内起到了重要的作用。
它可以使细胞对环境变化做出适应性的反应，保持细胞内环境的稳定性。
同时，基因表达调控还可以控制细胞的分化和发育过程，使细胞具有不同的功能和特性。
在疾病的发生和发展中，基因表达调控的异常往往是一个重要的因素。
许多疾病，如癌症和遗传性疾病，都与基因表达调控的异常有关。
生物化学及分子生物学(人卫第九版)-16基因表达调控说课讲解
色氨酸操纵子的结构及其关闭机制
A.前导序列的结构特征；B.在Trp低浓度时，核糖体停滞在序列1上，2/3发卡结构形成，转录继续进行； C.在Trp高浓度时，3/4发卡结构和多聚U序列使得转录提前终止
3.转录衰减的机制 ①色氨酸的浓度较低时，前导肽的翻译因色氨酸量的不足而停滞在第10/11的色氨酸密码子 部位，核糖体结合在序列1上，因此前导mRNA倾向于形成2/3发夹结构，转录继续进行； ②色氨酸的浓度较高时，前导肽的翻译顺利完成，核糖体可以前进到序列2，因此发夹结构 在序列3和序列4形成，连同其下游的多聚U使得转录中途终止，表现出转录的衰减。
3.真核生物编码蛋白质的基因是不连续的，转录后需要剪接去除内含子，这就增加了基因表 达调控的层次。
4.原核生物的基因编码序列在操纵子中，多顺反子mRNA使得几个功能相关的基因自然协调 控制；而真核生物则是一个结构基因转录生成一条mRNA，即mRNA是单顺反子 （monocistron），许多功能相关的蛋白、即使是一种蛋白的不同亚基也将涉及多个基因的 协调表达。
1.原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制实现的
2.操纵子（operon）：由结构基因、调控序列和调节基因组成 ①结构基因：包括数个功能上有关联的基因，它们串联排列，共同构成编码区。这些结 构基因共用一个启动子和一个转录终止信号序列，因此转录合成时仅产生一条mRNA长 链，为几种不同的蛋白质编码。这样的mRNA分子携带了几个多肽链的编码信息，被称 为多顺反子（polycistron）mRNA。
5种E.coli 启动子的共有序列
b. 操纵元件：是一段能被特异的阻遏蛋白识别和结合的DNA序列。 ③调节基因（regulatory gene）：编码能够与操纵序列结合的阻遏蛋白
分子生物学中的基因表达调控
分子生物学中的基因表达调控在分子生物学领域中，基因表达调控是一个关键的研究领域。
基因表达调控指的是细胞对基因的信号传导和调节，从而产生适当的蛋白质产量。
基因表达调控在细胞发育、组织形成和生物体的生理功能中起着至关重要的作用。
在细胞内，基因的表达受到许多因素的调控，包括转录因子、启动子和增强子的结合，以及DNA甲基化等。
转录因子是一类与DNA结合并调控特定基因转录的蛋白质。
它们通过结合到启动子和增强子上的特定DNA序列，影响细胞中转录的开始和停止。
启动子是非编码区域的一部分，包含有启动转录所需的基因序列。
而增强子则是一种可以增强或抑制启动子活性的DNA序列。
通过转录因子、启动子和增强子的相互作用，基因的表达可以被细胞有效地调控。
此外，DNA的甲基化也是基因表达调控中的一个重要机制。
DNA 甲基化是一种通过添加甲基基团到DNA分子中的化学修饰。
这种修饰可以影响基因的转录和表达。
DNA甲基化可以导致基因的沉默，即阻止转录因子与DNA结合，从而使得基因无法被转录为蛋白质。
相反，DNA解甲基化则可以使得基因重新活跃起来。
基因表达调控中的DNA 甲基化机制对于细胞发育和组织形成至关重要。
除了这些机制，非编码RNA分子也参与了基因表达调控的过程。
非编码RNA是一类不具有编码蛋白质功能的RNA分子。
它们通过与mRNA分子互作，调节基因的转录和翻译过程。
非编码RNA可以作为转录因子，与DNA序列结合，影响基因的表达。
此外，它们还可以通过与mRNA分子的互作，调控转录后修饰和RNA剪接的过程。
通过这些机制，非编码RNA分子在基因表达调控中发挥着重要的作用。
尽管我们已经了解到了基因表达调控的一些机制，但是我们对于整个过程的理解仍然存在许多不确定性。
随着技术的不断发展，例如基因组学和转录组学的进步，我们能够更加全面地研究基因表达调控。
通过这些技术，我们可以揭示基因与转录因子、增强子之间的相互作用，以及基因与非编码RNA之间的调控关系。
生命科学中的基因表达调控
生命科学中的基因表达调控在生命科学领域，基因表达调控是指调控基因转录和翻译的过程，以确保细胞中的基因在适当的时间和环境下得以表达。
这一调控机制对于维持生物体的正常功能和发展至关重要。
基因表达调控的发现和研究不仅有助于我们更好地理解生物学的基本原理，也为人类健康和疾病治疗提供了新的思路。
1. 基因表达调控的基本原理基因表达调控的基本原理是通过一系列复杂的调控网络，包括转录因子、染色质修饰和非编码RNA等分子参与。
转录因子是一类能够结合到DNA上特定的序列，调控基因转录水平的蛋白质。
它们可以激活或抑制转录过程，从而控制基因表达。
染色质修饰是指对DNA和相关蛋白质进行化学修饰，通过改变染色质的结构和状态来调控基因表达。
非编码RNA是不编码蛋白质的RNA分子，它们可以直接或间接地参与到基因表达的调控过程中。
2. 转录因子的调控作用转录因子通过与DNA上的调控元件结合，能够激活或抑制基因的转录过程。
调控元件通常位于基因的启动子区域或增强子区域，通过与转录因子的结合来影响基因转录的活性。
转录因子的调控作用可以通过DNA结合特异性、激活蛋白质间相互作用或直接影响染色质结构等机制实现。
在不同的细胞类型和环境条件下，转录因子的作用方式和调控网络也会发生变化。
3. 染色质修饰对基因表达的调节染色质修饰是一种通过对DNA和相关蛋白质进行化学修饰，改变染色质的结构和状态来调控基因表达的机制。
常见的染色质修饰方式包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA介导的染色质修饰。
DNA甲基化是指通过在DNA分子上加上甲基基团，来调控基因的转录活性。
组蛋白修饰是指通过对组蛋白进行化学修饰，改变染色质的结构和紧密度，从而影响基因的表达。
非编码RNA介导的染色质修饰则通过RNA分子与染色质相互作用，改变染色质的结构和状态，进而调控基因的表达。
4. 非编码RNA的调控机制非编码RNA是指不编码蛋白质的RNA分子，它们在基因表达调控中发挥重要作用。
高中生物中的基因表达调控
高中生物中的基因表达调控在高中生物的学习中，基因表达调控是一个极其重要的概念。
它就像是一个精细而复杂的指挥系统，决定着生物体何时、何地以及如何表达特定的基因，从而影响着生命活动的方方面面。
要理解基因表达调控，首先得知道什么是基因表达。
简单来说，基因表达就是基因通过转录和翻译产生具有生物活性的蛋白质或 RNA 的过程。
而基因表达调控呢，则是指对这个过程进行调节和控制，以确保基因在合适的时间、空间和条件下进行表达，并且表达的水平恰到好处。
为什么基因表达调控如此重要呢？想象一下，如果我们身体里的每一个基因都在不停地表达，无时无刻不在大量产生蛋白质，那将会是一场混乱的灾难！相反，如果基因该表达的时候不表达，或者表达的量不够，也会导致各种问题。
所以，基因表达调控对于生物体的正常生长、发育、繁殖以及适应环境变化都至关重要。
基因表达调控可以发生在多个层面。
在转录水平上，这是基因表达调控的关键环节之一。
DNA 上的基因并不是随时都能被转录成 RNA 的，而是受到各种因素的影响。
比如，存在一些特殊的蛋白质，叫做转录因子，它们能够与基因的特定区域结合，促进或者抑制转录的进行。
以细菌为例，它们有一种叫做操纵子的结构，这是一个很典型的转录水平调控的例子。
操纵子包括一组相关的基因，以及调控这些基因表达的元件。
比如，乳糖操纵子，当环境中有乳糖而没有葡萄糖时，乳糖会与一种阻遏蛋白结合，使其构象发生改变，不再能够与操纵基因结合，从而让 RNA 聚合酶能够顺利地结合到启动子上，启动基因的转录，产生分解乳糖所需的酶。
在转录后水平，基因表达调控也在发挥作用。
RNA 经过转录产生后，还需要经过一系列的加工和修饰，比如剪接、加帽、加尾等。
这些过程都可以对基因表达进行调控。
翻译水平的调控同样不容忽视。
核糖体与 mRNA 的结合、起始密码子的识别、以及翻译的速度等，都可能受到调控。
除了这些分子层面的调控机制，细胞和生物体还可以通过更宏观的方式来调控基因表达。
16基因表达调控
3. 沉默子(silencer)
某些基因的负性调节元件，当其结合特异 蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。
目录
转录起始前的上游区段
顺式作用元件(cis-acting element)
修饰点 切离加尾
CAP CAP CAP CAP 无葡萄糖，cAMP浓度高时
CAP
有葡萄糖，cAMP浓度低时
目录
4.乳糖操纵子的双重调控
单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源； 若葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌首先利用 葡萄糖。
葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代 谢阻遏(catabolic repression)。
（一）调控序列（顺式作用元件）
可影响自身基因转录活性的DNA序列。
调控序列
顺式作用元件 启动子
结构基因
RNA-pol等
反式作用因子
调节蛋白
目录
1. 启动子
真核基因启动子是RNA聚合酶结 合位点周围的一组转录控制组件，至 少包括一个转录起始点以及一些功能 组件。如TATA盒。
目录
2. 增强子(enhancer)
目录
目录
目录
2.乳糖操纵子的阻遏调控 阻遏基因
没有乳糖存在时
DNA I I
pPol O Z Y A
mRNA
阻遏蛋白
目录
DNA
I
mRNA
阻遏蛋白
有乳糖存在时
pPol O Z Y A
启动转录
mRNA
β-半乳糖苷酶
半乳糖
乳糖
目录
3、乳糖操纵子的激活调控
+ + + + 转录
生物发育中的基因表达和调节
生物发育中的基因表达和调节在生物学中，基因是控制生命的基本单位。
基因在生物体内的表达和调节是生命过程的关键。
通俗地说，基因就像是指挥官，负责组织生物体内各种活动和生产机器。
那么，基因表达和调节是指什么呢？基因表达是指基因在生物体内通过一系列生物化学反应转化为蛋白质的过程。
简单来说，基因是DNA，而蛋白质是由氨基酸组成的。
当基因启动时，它会发出指令，在细胞内各种分子之间传递信息，最终转化为蛋白质。
基因调节是指控制基因表达的过程。
这一过程涉及到生物体内各种调节机制的互动，从而调整基因是否能够以特定方式表达。
生物体内的基因表达和调节是相互作用的过程。
基因表达的调节有多种方式，包括DNA甲基化和组蛋白修饰等。
DNA甲基化是指将甲基基团附加到某些基因上，从而降低它们的表达水平。
组蛋白修饰是指细胞内的化学反应会改变某些基因周围组蛋白的结构，从而影响这些基因的表达。
生物发育中的基因表达和调节对于形态建成非常重要。
在胚胎期间，外界环境对基因表达和调节有很大影响。
例如，胎儿的生长环境会影响基因表达和调节，从而影响胎儿的形态结构、器官的大小、形状和功能等。
除此之外，基因表达和调节也是研究生物学和医学的关键。
了解基因的表达和调节机制有助于我们治疗一系列疾病和开发药物。
基因表达的不正常调节是许多疾病的根本原因，包括肿瘤和遗传疾病。
总之，生物发育中的基因表达和调节是生命过程的关键。
基因是掌握自然界的最基本单位，在生命科学研究和医学研究中都有着极其广泛的应用价值。
我们需要通过深入研究了解这一过程的内在机制，以更好地解决人类所面临的生物学和医学问题。
基因表达与调控
基因表达与调控基因是生命的基础单位，它们通过特定的方式表达和调控，使得生物体能够正常生长、发育和执行各种功能。
本文将探讨基因表达和调控的过程，以及其在生物体内的重要作用。
一、基因表达的概念和过程基因表达是指基因信息在生物体内被转录成RNA和翻译成蛋白质的过程。
这个过程可以分为两个主要的步骤：转录和翻译。
1. 转录转录是指DNA中的基因序列被RNA聚合酶酶依据碱基配对原则逐个读取并转录成RNA分子的过程。
DNA双链解旋后，RNA聚合酶将核苷酸以5'到3'的方向逐个加入到新合成的RNA链上，形成一条完整的mRNA（信使RNA）分子。
转录过程中，某些区域的DNA序列可能会被剪接或修饰，从而使得同一个基因可以产生多种不同的mRNA，这种现象被称为剪接异构。
转录是基因表达的第一步，决定了下一步的蛋白质合成。
2. 翻译翻译是指mRNA上的遗传暗码被核糖体读取，并按照氨基酸序列的顺序合成蛋白质的过程。
翻译过程中，mRNA被核糖体逐个读取，每个密码子对应一个特定的氨基酸。
核糖体通过特定的tRNA转运分子将相应的氨基酸带到正在合成的肽链上，最终形成一个完整的蛋白质分子。
翻译是基因表达的第二步，使得基因信息得以转换成具有功能的蛋白质。
二、基因调控的重要性和方式基因调控是指生物体内对基因表达过程进行调整和控制的机制。
基因调控起着至关重要的作用，它能够确保基因表达的时机和水平与生物体的需求相适应，从而维持生物体的正常功能和稳态。
基因调控可以通过多种方式进行，包括转录调控、转录后调控和转译后调控。
1. 转录调控转录调控是指通过控制基因的转录过程来调节基因表达的水平。
转录调控可以分为两种方式：正调控和负调控。
正调控是指转录因子结合到调控区域上，促进转录的发生；负调控则是指转录因子结合到调控区域上，抑制转录的发生。
转录因子是一类可以与DNA特定序列结合的蛋白质，在基因转录的过程中起到关键的调节作用。
2. 转录后调控转录后调控是指在mRNA合成后的调控过程。
分子生物学研究中的基因表达调控
分子生物学研究中的基因表达调控基因是生命的基本单位，通过基因表达，细胞可以合成蛋白质，进而参与各种生物过程。
基因表达的调控是细胞发育、分化和适应环境的关键。
在分子生物学研究中，科学家们致力于探索基因表达调控的机制及其在生命过程中的重要作用。
基因表达调控可以分为转录调控和转录后调控两个层面。
首先，转录调控是指在DNA转录为RNA的过程中，通过调控转录的速率和特异性来控制基因表达。
转录调控的关键是转录因子，它们可以识别特定DNA序列，并调节基因的转录。
转录因子与DNA结合的方式多种多样，如通过结合DNA的特定序列（启动子区域）或结合其他转录因子形成复合物来实现调控。
通过转录因子的作用，细胞可以对内外环境变化作出适应性反应。
在转录后调控层面，主要通过RNA的剪接、修饰和降解来调控基因表达。
RNA剪接是指在RNA分子合成之后，通过剪接酶的作用将剪接区域的RNA片段切除和连接，从而形成成熟的RNA分子。
剪接的方式多种多样，同一基因可以产生多个不同的RNA剪接体，从而实现基因表达的多样性。
此外，RNA还可以通过修饰（如甲基化）来调控基因表达。
这些修饰使RNA分子更加稳定，或者通过与其他蛋白质相互作用，影响RNA的功能和定位。
另外，通过降解RNA分子，细胞可以快速调节基因表达的水平，以实现对环境变化的反应。
除了细胞内调控机制外，外源性信号和内源性信号也可以影响基因的表达调控。
外源性信号，如激素、药物等，可以与细胞表面的受体结合，传递信号并影响基因的表达。
内源性信号则是指细胞内部的信号通路，包括细胞周期、细胞分化等过程。
这些信号可以通过磷酸化、乙酰化等化学修饰来调控基因的表达。
最近，通过高通量测序技术的发展，我们可以更深入地研究基因表达调控。
基因组学、转录组学和表观基因组学等技术的应用，使我们能够全面了解细胞状态下基因表达的整体图谱。
通过研究这些图谱，我们可以揭示转录调控和转录后调控在不同细胞类型和发育阶段的差异，以及基因表达异常与许多疾病的关联。
生物技术中的基因表达调控机制
生物技术中的基因表达调控机制生物学家曾说过：“遗传决定你是谁，环境决定你变成谁。
”环境对于每一个生命体来说都是至关重要的，但是这并不能否定遗传的作用。
遗传背景就像我们身上的一本书一样，它以某种方式影响我们身体的构造、性格特征和健康状况。
因此，理解基因表达调控机制，对于生物科学领域和医学领域都有着深远的影响。
什么是基因表达调控机制？我们将基因表达的过程看作是一个生物体内部发生和调节的过程。
基因表达调控机制的具体定义为：生物体内部通过对DNA的限制性阅读实现一定基因在不同情况下得到表达的过程。
这一机制允许我们深入研究基因表达背后的生理学和分子机理。
基因表达调控机制的功能这种调控机制的主要目的是确保动态的迅速响应生物的内部环境。
生物体内这些内部环境的变化常常是突然发生的，而基因表达调控机制允许生物能够迅速地适应变化的环境。
基因表达调控机制中的关键角色基因表达调控机制中的关键角色包括引子、启动子、转录因子和小RNA，这些成分共同参与了基因的调控过程。
引子和启动子是参与调节DNA读出的基本因素，他们负责指导蛋白质在正确的位点将DNA分解。
其中转录因子是最重要的组成部分之一。
基因表达调控机制在医学中的应用基因表达调控机制已经成为了医学研究中的一个热门领域。
促进基因表达调控机制的研究，有助于更好地了解疾病的发展和进展。
此外，基于基因表达调控机制的实现，我们能够从分子层面上了解细胞的正常运作以及异常情况。
在未来，这种技术可能会应用在基因治疗方面，主要是通过分析和调控生物体中对基因的认知程度，以预防遗传病的发生。
结论通过研究基因表达调控机制，我们能够更好地理解细胞在生物体内部的运作机理，从而有望为高效的疾病治疗提供重要的基础。
今天，对于基因表达调控机制的研究已经突破了单个基因的概念，转向了基因网络研究，围绕着复杂的细胞代谢研究多种不同的基因行为，对于未来的医学和生物科学领域有着巨大的希望。
大学生物遗传学第十六章基因表达调控(共49张PPT)
必须与TBP、TFⅡD等各种通用转录因子形成转录前复合体 （PIC），从而激活或抑制RNA的转录。
45
46
聚合酶Ⅱ转录前起始复合体的组装
47
聚合酶核基因一般都处于阻遏状态，RNA聚合酶对启动子的亲和力很低。
CAP失活
阻遏蛋白的负性调节
CAP及RNA聚合酶不能与启动基因结合
阻抑蛋白与操纵基因结合
基因转录被阻遏
31
当培养基中乳糖浓度升高而葡萄糖浓度降低时
细胞中cAMP浓度升高
乳糖作为诱导剂与阻抑蛋白结合
cAMP与CRP结合并使之激合 CAP的正性调节
CRP与启动基因结合并促使 RNA聚合酶与启动基因结合
不具有编码意义的碱基序列 ，又称插入序列。
95％左右
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二、真核基因表达调控的特点
（一）DNA、染色体水平的变化特点
1．对核酸酶极度敏感
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2．DNA拓朴结构变化 天然双链DNA几乎均以负性超螺旋构象存在。
当基因激活后，则转录区前方的DNA拓朴结构变为正性超 螺旋，有利于RNA聚合酶向前移动，进行转录。 3. DNA甲基化
通过利用各种转录因子正性激活RNA聚合酶是真核基 因调控的主要机制。
采用正性调节机制更有效、经济、特异； 采用负性调节不经济
（四）转录和翻译过程分开进行 转录与翻译过程分别存在于不同的亚细胞部位（胞核与胞浆
），可分别进行调控。
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（五）转录后加工 真核基因大多为断裂基因，内含子和外显子一起
被转录。
真核基因大多为断裂基因，内含子和外显子一起被转录。
TFⅡA，TFⅡB，TFⅡD，TFⅡE，TFⅡF，TFⅡ-I等。
基因的表达与调控
基因的表达与调控基因是生物体内遗传信息的基本单位，能够影响个体的生长发育、形态特征和功能活动。
基因表达与调控是指基因在细胞内转录和翻译过程中的调节机制。
通过对基因的表达与调控的深入研究，我们可以更好地理解生物体的发育过程、疾病的发生机制以及其他重要生物学现象。
一、基因表达的过程基因表达是指基因中的遗传信息转录成RNA分子并进一步翻译成蛋白质的过程。
在这个过程中，涉及到DNA的转录、RNA的加工修饰和翻译等多个环节。
1. DNA的转录DNA转录是指在细胞核内的DNA模板上合成RNA的过程。
这一过程主要通过RNA聚合酶酶对DNA进行识别并复制。
在DNA的编码区域上，RNA聚合酶按照一定的序列将DNA转录成RNA。
这种RNA 称为信使RNA（mRNA），它携带着基因的信息，将参与到后续的翻译过程中。
2. RNA的加工修饰转录得到的初级RNA（pre-mRNA）需要进行加工修饰，以生成成熟的mRNA。
这个过程包括去除非编码区域（外显子）和连接编码区域（内含子）等步骤，最终形成成熟的mRNA分子。
这些修饰过程有助于提高基因表达的效率和准确性。
3. RNA的翻译mRNA在细胞质中通过核糖体与tRNA和氨基酸配合，进行翻译成蛋白质。
这个过程涉及到密码子与氨基酸的配对，根据规定的遗传密码表将RNA翻译成蛋白质的氨基酸序列。
二、基因表达的调控基因的表达需要在不同时间和空间上进行精确的调控，以满足细胞和生物体在各种环境中的需求。
基因调控主要通过转录调控和转录后调控两个层面实现。
1. 转录调控转录调控是指在基因转录过程中，通过调控转录起始和速率来控制基因表达水平的过程。
这一过程涉及到启动子、转录因子和染色质结构等多个因素的调控。
- 启动子区域：启动子是转录起始的信号区域，细胞通过启动子的甲基化、乙酰化和甲基化等修饰方式调控基因的转录起始。
- 转录因子：转录因子是参与基因转录的蛋白质，它们能与启动子和调控区域结合，促进或抑制基因的转录活性。
生物技术中的基因表达调控技术解析
生物技术中的基因表达调控技术解析基因表达调控是生物技术领域中的重要研究方向，通过调控基因的表达水平和时机，可以增强目标基因的产量或抑制不必要的基因表达。
本文将对生物技术中的基因表达调控技术进行解析，并探讨其应用前景。
一、基因表达调控的重要性基因是生物体遗传信息的单位，基因表达调控是维持生物体正常功能的关键过程。
通过调控基因表达，可以控制生物体的生长发育、环境适应以及抗病性等特性。
因此，基因表达调控技术具有重要的生物学和应用学意义。
二、基因表达调控的机制1. 转录调控在细胞核中，基因的DNA序列通过转录作用转化为RNA，转录调控主要通过调节转录因子的结合活性来实现。
转录因子可以与DNA结合并启动或抑制基因的转录过程，从而调控基因的表达水平。
2. 翻译调控翻译是将RNA序列转化为蛋白质的过程，翻译调控主要通过调节转运RNA（tRNA）和核糖体对mRNA的结合来实现。
这种调控方式可以在翻译的不同阶段对基因表达进行调节。
3. 后转录调控后转录调控包括RNA加工、RNA剪切和RNA稳定性等过程，通过这些调控机制可以改变基因表达的时机和强度。
例如，通过选择性的RNA剪切可以产生不同类型的蛋白质产物。
三、基因表达调控技术的应用1. 基因治疗基因治疗是利用基因表达调控技术来治疗疾病的方法。
通过向患者体内引入特定基因或调控基因表达，可以纠正或增强异常基因的功能，从而达到治疗疾病的目的。
2. 农业改良基因表达调控技术在农业领域的应用广泛，可以提高农作物的产量和抗病性。
例如，通过增强特定基因的表达，可以使作物对逆境环境的适应能力提高，从而获得更好的产量和质量。
3. 生物制药生物制药是利用生物体自身产生药物的方法，基因表达调控技术在这一领域有着重要的应用。
通过调控基因表达，可以使目标蛋白质在细胞中大量表达，从而实现高效的生物制药过程。
四、基因表达调控技术的挑战与前景1. 技术挑战基因表达调控技术在应用中仍面临许多技术挑战，例如如何准确调控目标基因的表达水平，以及如何选择适合的调控元件和载体等。
转录调控和基因表达的调节
转录调控和基因表达的调节随着基因技术的不断发展，转录调控和基因表达的调节成为了分子生物学研究中的重要课题之一。
转录调控是指调控基因DNA转录成RNA的过程，是基因表达调节的关键环节之一。
基因表达调节是生物体内基因表达的动态调整，是维持生命正常运转的基础。
那么，转录调控和基因表达的调节是如何进行的呢？1. 转录调控的基本机制在基因表达过程中，存在着DNA、RNA和蛋白质三种生物大分子的相互作用。
其中RNA是承担转录、翻译功能的重要角色。
因此，在转录调控中起关键作用的分子之一就是RNA聚合酶，它是在DNA模板上合成mRNA的酶。
RNA聚合酶必须在DNA上准确识别启动子区域，同时在正确的条件下与一系列调节因子相互配合才能正常进行转录调控。
对DNA进行修饰（例如去甲基化、甲基化）或者是染色质结构的变化都会影响调控因子与启动子的相互作用，从而影响转录调控。
其次，一些转录因子可以直接与DNA结合来识别并绑定到启动子区域并调节RNA聚合酶的活性。
2. 基因表达调节的方式基因表达调节是通过启动子的活性、转录因子的稳定性、转录前体RNA的加工和稳定度以及MIRNA等多种方式进行的。
启动子是在基因调节过程中起关键作用的区域，它集中了一系列调控元件，包括各种转录因子结合位点和组蛋白修饰位点等。
因此，在基因表达调节中通过修饰启动子的状态来控制基因表达的活性是十分关键的。
其中转录因子是一类可以识别和结合到DNA上的调控分子，转录因子的数量和稳定性决定了要将某个基因表达到何种程度。
过程涉及到转录因子家族的扩张和缩小等复杂的调节机制。
此外，核糖体转录后的加工、修饰和分泌等形成的多种RNA分子也可以作为基因表达调控的重要手段。
其中MIRNA是一类短小的RNA分子，不仅可以直接与靶基因mRNA结合，而且还可以与转录因子相互作用，从而调节基因表达。
在不同的细胞环境中，不同的基因会表达不同的MIRNA，从而发挥不同的调控作用。
3. 化学品调控基因表达的策略现代分子生物学技术和生物化学技术的不断发展，许多新的手段也被用于探究转录调控和基因表达的调节。
分子生物学中的基因表达调控
分子生物学中的基因表达调控基因是生命的基本单位，它们是指导生物体发育和功能执行的指令。
而基因表达调控则是决定基因是否得以表达的过程，也是生命的一个重要环节。
分子生物学家们长期以来一直在研究基因表达调控的机制，尤其是最近几十年来，一系列的发现为我们理解这个过程提供了越来越多的线索。
一、基因表达的概念基因表达指的是基因转化为蛋白质的过程。
在这个过程中，DNA通过转录成RNA，然后再通过翻译成蛋白质，完成了基因表达的全过程。
基因表达的程度及其精准度是维持生命系统平衡的重要因素。
二、基因表达调控的机制人类编码的基因数量大约为2万到3万个，但仅仅靠这2万到3万个基因是无法实现人类这样的高级生命体系的。
我们免疫系统中的数百万抗体、人脑中的数千亿神经元、皮肤中数以亿计的黑色素细胞等复杂结构的形成都是通过基因表达调控实现的。
基因调控有内部和外部两个方面。
1.内部调控内部调控是指一个基因内部自身机制所实现的调控。
在外部存在信号物质或外部刺激的情况下，基因会通过一些调控元件，如启动子、增强子、抑制子等特定区域，启动/抑制转录的过程，即RNA聚合作用。
这一过程称为内部调控。
2.外部调控外部调控是指受外部环境刺激或信号传递而调节了基因表达的过程。
环境中存在各种信号分子或细胞因子，它们与细胞表面的受体结合后可以引发下游的一系列信号转导。
同时，促进或阻止某一基因的表达。
三、基因转录调控第一步，基因的启动子区域结合着核酸酶，开始聚合有助于RNA链的开放。
支持费希纳机会或打开复合物（TFIID），然后中央复合物II（TCF II），这启动了RNA的合成活动。
第二步，一个重要的调节因素是改变DNA的很容易解决的部分-开放区域，即面向基因的DNA区域，从而使DNA暴露在DNA主链附近。
这些开放区域（参见[转录因子])被一系列特意设计的蛋白质（转录因子）所识别，然后调控启动子的转录和基因表达。
第三步，丝滑的转录起点到达RNA聚合复合物，并让转录粘合体在基因启动子取得合适的角度。
基因表达的调节与控制
基因表达的调节与控制人类身体中的每一个细胞都含有基因，而基因是我们遗传信息的载体。
基因以不同方式表达在细胞中，进而决定细胞的功能。
这种在不同细胞类型和状态中不同表达的调节过程，被统称为基因表达调节。
细胞为了适应不同的环境和任务，会对基因表达进行精细的调节和控制。
基因表达的调节范围基因表达控制从微观到宏观都很重要。
微观调节主要发生在DNA和RNA水平，而宏观调节则发生在细胞和组织层面。
基因表达的微调节包括DNA甲基化、组蛋白修饰、RNA剪接和RNA编辑等。
这些全部都控制了一个基因的可读性和有效性。
在DNA水平主要有染色体对转录的调节，具体而言就是DNA编码一些蛋白质，这些蛋白质有不同的调控作用。
细胞会根据自身所处的生理状态而不同的激活这些蛋白质，从而对基因的表达进行调节。
然而，这些基本的调节因素未必足以涵盖人类生命的全部表达，因为它们仅控制了特定的基因转录，而人类生命涉及到数千万个基因，其表达和调节情况具有惊人的复杂度。
为了充分表达和调节各种基因，不同的组织、器官和细胞类型之间需要进一步的协调调节机制。
比如，人类胚胎发育的起始阶段，特定的组织和器官需要在特定的时间和空间中协同工作。
这样就需要一种机制来协调在基因表达上的调节，而这个角色通常由转录因子、非编码RNA、环状RNA和具有将基因组折叠入三维空间的功能的调节组蛋白原位定位元件（CPE）等因素扮演。
基因表达调节的机制生命体的基因表达调节机制非常复杂，可以简单分为以下几个部分：1. 转录前的介导机制这种机制主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA介导等。
这些机制在细胞的基因表达中扮演着调节剂的角色，使相同的DNA在不同的状态下产生不同的效应。
2. 转录因子及其配体介导的机制这种机制主要涉及在细胞内基于信号转导计划的结构。
转录因子和它们的配体的介入使得转录因子能够选择性地与DNA结合，以影响基因的表达，从而适应细胞的需求。
3. miRNA介导的调节机制miRNA是RNA的一种，这些RNA为有决策权的mRNA提供全面的调控。
基因表达的调控PPT课件
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1
• 在生物个体发育过程中，基因的表达是受到严格的时空控制。
• 无论原核生物还是真核生物，任一时期的细胞只有部分基因发 生表达。
• 在所有组织细胞中均表达的基因称之为持家基因（house keeping gene），它们为组成型（constitute）的表达；
• 只在部分发育时期或特定组织细胞中表达的基因为奢侈基因 （luxury gene），它们是组织特异性（tissue specific）的表达。
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3
• 在葡萄糖、乳糖都存在的条件下，细菌优先利 用葡萄糖，当其耗尽时，细菌再利用乳糖，这 个效应叫葡萄糖效应.
在细菌的细胞膜上有一种ATP环化酶，该酶可使胞 内的ATP环化产生cAMP，该酶的活性受到环境中葡萄 糖浓度的调节，在高浓度的葡萄糖存在时，该酶的活 性被抑制，无葡萄糖时，该酶被激活，产生的大量 cAMP作为第二信使与CAP蛋白结合形成cAMP-CAP复 合物，进一步与乳糖及其它糖类的操纵子中的启动子 结合，促进RNA聚合酶与启动子区的结合、启始转录， 因而对糖类操纵子是正调控作用。事实上乳糖操纵子 的有效转录必须依赖cAMP-CAP蛋白的结合，这种蛋 白的突变，乳糖操纵子的转录水平很低。
苯丙氨酸
Met Thr Ala Leu Leu Arg Val Ile Ser Leu Val Val Ile Ser Val Val Val Ile Ile Ile……Pro Pro Cys Gly Ala Ala Leu Gly Arg Gly Lys Ala
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9
色氨酸操纵子
•色氨酸操纵子属于可阻遏的操纵子，由调节 基因trpR产生的阻遏蛋白四聚体，只有与色氨 酸结合后才有活性，结合到其操纵区trpO上， 因trpP（- 40—+18）包括trpO（-21—+1），因 而活性阻遏蛋白的结合可以排斥RNA聚合酶的 结合，抑制色氨酸结构基因的转录。
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第十六章基因表达的调节控制以及现代生物学技术一：填空题1.正调控和负调控是基因表达的两种最基本的调节形式，其中原核细胞常用________________调控，而真核细胞常用________________调控模式。
2.操纵子由________________、________________和________________三种成分组成。
3.与阻遏蛋白结合的DNA序列通常被称为________________。
4.β-半乳糖甘酶基因的表达受到________________和________________两种机制的调节。
5.葡萄糖效应是指________________。
6.ticRNA是指________________；micRNA是指________________。
7.大肠杆菌细胞内参与His合成有关酶的基因表达受到________________和________________两种机制的调节。
8.________________或________________可诱导原核细胞出现严谨反应。
9.________________和________________被称为魔斑分子，它作为________________酶的别构效应物调节此酶的活性。
10.鼠伤寒沙门氏菌两种鞭毛蛋白表达之间的转换是通过________________机制实现的。
11.哺乳动物细胞对氨基蝶呤产生抗性，是因为细胞内的DHFR基因经历了________________。
12.在胚系细胞之中，抗体重链的基因可分为________________、________________、________________和________________四个区域。
13.在基因表达的调控之中，________________和________________与________________和________________之间的相互作用十分重要。
14.女性两条X染色体只有一条X染色体具有转录的活性是因为________________和________________。
15.乳糖操纵子的天然诱导物是________________，实验室里常用________________作为乳糖操纵子的安慰诱导物诱导β-半乳糖苷酶的产生。
16.基因扩增或基因放大是指________________，它是通过局部DNA的来实现，________________扩增可导致细胞癌变。
17.SPO1噬菌体通过________________级联调节早、中和晚期基因在不同时间内的表达。
18.存在于反式作用因子上负责激活基因转录的结构花色通常有________________、________________和________________三种形式。
19.真核细胞核基质的主要成分是________________。
20.组蛋白可经历________________、________________和________________修饰而调节基因的表达。
21.原核细胞DNA的甲基化位点主要是在________________序列上，真核细胞核DNA的甲基化位点则主要是在________________序列上。
22.反式作用因子通常通过________________、________________和________________键与相应的顺式作用因子结合。
23.PCR即是________________。
24.人类基因组计划的主要内容是________________。
25.Southern blotting、Northern blotting和Western blotting分别被用来检测________________、________________和________________。
26.________________是应用于蛋白质工程中的最主要的手段。
27.RFLP即是________________。
28.噬菌体展示(Phage display)技术中常用的噬菌体是________________。
29.基因工程需要的最常用的工具酶包括________________、________________和________________等。
30.基因克隆的载体通常是由________________、________________和________________改造而来。
31.可使用________________和________________方法获得原核细胞的启动子序列。
32.体外转录通常需要使用________________、________________或________________RNA聚合酶。
33.脉冲场凝胶电泳(Pulsed field gel electrophoresis)被用来分离________________。
34.第一个使用体细胞克隆出来的哺乳动物是________________。
35.一种基因的启动子序列与启动子的一致序列越相近，该基因的转录效率就越________________。
36.基因敲除(Gene knockout)即是________________，它是研究________________的好方法。
二：是非题1.[ ]原核细胞与真核细胞的基因表达调节的主要发生在转录水平上。
2.[ ]衰减子这种调控模式不可能出现在真核细胞。
3.[ ]操纵子结构是原核细胞特有的。
4.[ ]某些蛋白质既可以作为阻遏蛋白又可以作为激活蛋白参与基因表达的调控。
5.[ ]转录因子都具有负责与DNA结合的结构花色。
6.[ ]某些反式作用因子通过亮氨酸拉链这种结构花色与DNA结合。
7.[ ]真核细胞的基因转录也具有抗终止作用。
8.[ ]真核细胞核的三类基因的转录都受到增强子的调节。
9.[ ]某一个基因的转录活性越强，则该基因所处的DNA序列对Ⅰ就越敏感。
10.[ ]由于增强子的作用与距离无关，所以某一个增强子可同时提高与它同在一条染色体DNA上所有的基因的转录效率。
11.[ ]DNA序列自动分析仪使用的测序法是化学断裂法。
12.[ ]DNA疫苗即是以DNA直接作为抗原的疫苗。
13.[ ]某些DNA序列既可以作为增强子也可作为沉默子。
14.[ ]一个蛋白质具有锌指结构，则这个蛋白质一定能与DNA特异性地结合。
15.[ ]PCR不能扩增单链DNA。
16.[ ]基因重叠的现象只出现在一些病毒基因组中。
三：单选题1.[ ]将乳糖加到以葡萄糖为碳源的大肠杆菌培养基之中，则大肠杆菌细胞内参与乳糖代谢的酶A.将被合成，因为乳糖是乳糖操纵子的诱导物B.将被合成，但没有活性C.将不被合成，因为在葡萄糖存在时，有分解物阻遏作用D.将部分地被合成，接着在翻译水平上被中断E.将不受影响，无论葡萄糖存在与否2.[ ]IPTG能够诱导β-半乳糖苷酶的表达是因为A.刺激乳糖操纵子阻遏蛋白的活性B.IPTG与乳糖操纵子结合诱导转录C.IPTG与lacI基因的产物结合，抑制它的活性D.抑制β-半乳糖苷酶的降解E.IPTG作为β-半乳糖苷酶的别构效应物，直接刺激它的活性3.[ ]真核细胞参与基因表达调节的调控区比原核细胞复杂是因为A.真核细胞的细胞核具有双层膜B.原核细胞的基因总是以操纵子的形式存在C.原核细胞调节基因表达主要是在翻译水平D.真核细胞需要控制细胞特异性的基因表达E.真核细胞基因组含有太多的重复序列4.[ ]同一个基因在肝细胞中表达的终产物是ApoB-100，而在小肠上皮细胞中表达的终产物是相对分子质量较小的ApoB-48，这是因为同一个基因在不同的细胞中A.使用不同的启动子进行转录B.使用相同的启动子转录，但初级转录物经历了选择性剪接C.使用相同的启动子转录，但初级转录物经历了选择性加尾D.使用相同的启动子转录，但其中一种初级转录物经历了编辑E.表达的终产物(多肽链)经历了不同形式的后加工5.[ ]一种大肠杆菌的突变株在含有乳糖没有葡萄糖的培养基中不能合成β-半乳糖糖苷酶最可能是因为编码哪一种蛋白质的基因无义(Nonsense)造成的？A.RNA聚合酶的α亚基B.RNA聚合酶的σ因子C.降解物激活蛋白(CAP)c阻遏蛋白c转乙酰酶6.[ ]噬菌体Φx174的基因组是一个由5386个碱基组成的单链DNA，该基因组编码有11种不同的蛋白质，这些蛋白质约有2380个氨基酸残基。
这种病毒基因组编码的蛋白质似乎超过了它能编码的能力。
对这种现象最好的解释是A.它的基因组含有重叠基因B.氨基酸由二联体密码编码C.细胞核糖体翻译它的每一个密码子不止一个D.蛋白质在使用后即被后加工E.它所编码的蛋白质经历了剪接四：问答题1.试写出一个基因可产生不同的表达产物的所有可能机制。
2.试写出两个基因共表达出一条多肽链的可能机制。
3.为什么多细胞的真核生物的基因表达比原核生物要复杂？为什么研究真核生物的基因表达更困难？4.以转铁蛋白受体和铁蛋白合成的调节为例，说明mRNA的二级结构是如何调节基因的表达的？如何确定这两种蛋白质浓度随着铁离子变化而表现出的波动不是通过基因转录的调节而实现的。
5.什么是严谨反应？某些抗菌素如四环素能够解除严谨反应。
为什么？6.在研究细菌SOS调谐子(Regulon)的作用机理时，有人通过巧妙地使用“Mud”噬菌体发现了几个新的受SOS 调谐子控制的基因。
Mud噬菌体是Mu噬菌体的衍生物，在这些噬菌体DNA的特殊位点上插入了一个无启动子的β-半乳糖苷酶的基因。
你认为使用“Mud”噬菌体如何能够确定那些在受到紫外线照射后被诱导表达的基因？7.含有突变的乳糖操纵子被克隆到一质粒中，然后将这种质粒转化到含有野生型乳糖操纵子的细菌中，结果发现细菌染色体上的乳糖操纵子不再受乳糖的诱导。
<br>试问(1)质粒操纵子中什么样的突变会产生以上的结果？<br>(2)假定质粒转化的结果导致质粒上三个与乳糖代谢有关的酶呈高水平的组成型表达，则含有什么样突变的质粒能产生这种结果？8.蛋白质合成的自体调控是某一种蛋白质与自身的mRNA结合而阻止自身的翻译。
这实际上是一种翻译水平上的反馈。
试提出其它形式的反馈，同样也能导致某一种蛋白质量的降低。
9.不允许使用核酸酶，如何使用逆转录酶制备某一真核细胞基因的cDNA？10.试设计一种方法定向水解的反密码子环。
11.假如某一种哺乳动物有A和B两种细胞，其中A细胞只比B细胞多表达一种蛋白质X，你如何快速地得到蛋白质X的cDNA。
12.使用定点突变得到的突变体克隆通常比预期的低50%左右，为什么？13.假如你在研究一种逆转录病毒的整合机制，需要你确定整合位点处的核苷酸序列，你如何分离到足够量的包括整合点的DNA以满足测序的要求。