基因表达调控基本概念与工作要求
基因的表达与调控教案
基因的表达与调控教案教学目标：1.让学生了解基因表达与调控的基本概念。
2.让学生理解基因表达调控的生物学意义及其在细胞和生物体发育中的重要性。
3.让学生掌握基因表达调控的环节及其在原核生物和真核生物中的差异。
4.培养学生的思维能力和自主学习能力。
教学内容：1.基因表达调控的概念及重要性。
2.基因表达调控的环节。
3.原核生物和真核生物基因表达调控的差异。
教学重点与难点：重点：基因表达调控的环节及其在原核生物和真核生物中的差异。
难点：基因表达调控的生物学意义及其在细胞和生物体发育中的重要性。
教学方法：1.讲授法：讲授基因表达与调控的基本概念、生物学意义等基础知识。
2.讨论法：组织学生进行小组讨论，探讨基因表达调控在细胞和生物体发育中的重要性及其在原核生物和真核生物中的差异。
3.案例分析法：通过典型案例分析，让学生深入理解基因表达调控的机制及其应用。
教具和多媒体资源：1.投影仪：展示基因表达调控的流程图、示意图等。
2.PowerPoint演示文稿：展示基因表达调控的相关知识点。
3.教学视频：播放基因表达调控的实验过程及相关视频资料。
教学过程：1.导入新课：通过问题导入，让学生思考基因表达调控的意义及其在细胞和生物体发育中的作用。
2.讲授新课：讲解基因表达调控的概念、生物学意义、环节等基础知识，并通过案例分析加深学生的理解。
3.巩固练习：提供一些练习题，让学生巩固所学知识，并组织学生进行小组讨论。
4.归纳小结：总结本节课的主要内容，并回顾基因表达调控在细胞和生物体发育中的重要性及其在原核生物和真核生物中的差异。
评价与反馈：1.设计评价策略：通过小组讨论、提问、测试等方式评价学生对基因表达与调控知识的掌握情况。
2.为学生提供反馈：根据评价结果，为学生提供反馈意见，帮助他们了解自己的学习状况，同时指出需要加强的地方。
基因表达调控
二、基因表达具有时间特异性和空间特异性
（一）时间特异性是指基因表达按一定的时间顺序发生
时间特异性
按功能需要，某一特定基因的表达严格按一 定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异 性(temporal specificity)（AFP基因的表达）。
阶段特异性
多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶 段特异性(stage specificity)。
乳糖操纵子是诱导，阻遏表达的典型模型
（三）生物体内不同基因的表达受到协调调节
➢ 在一定机制控制下，功能上 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，即为协同表 达 (coordinate expression) ， 这种调节称为协同调节 (coordinate regulation)。
腺苷脫氨酶缺乏症
❖ 病因: ❖ 淋巴细胞缺乏ADA酶
腺苷、dATP堆积
破坏免疫功能
稍被细菌或病毒感染就会死亡
患者生存在无菌环境中
第二节
原核基因表达调控
Regulation of Gene Expression in Prokaryote
原核生物基因组结构特点
原核生物基因组是具有超螺 旋结构的闭合环状DNA分子
真核基因表达调控
Regulation of Gene Expression in Eukaryote
一、真核细胞基因表达的特点
① 真核基因组比原核基因组大得多
人类基因组含2万多个基因
原核基因组
人类基因组的染色体DNA
细菌基因组2X106bp
人细胞核基因组 2.8X109bp
② 原核基因组的大部分序列都为编码基因，而哺 乳 类 基 因 组 中 只 有 10% 的 序 列 编 码 蛋 白 质 、 rRNA、tRNA等，其余90%的序列，包括大量 的重复序列功能至今还不清楚，可能参与调控
生物化学第十三章 基因表达调控
第十三章基因表达调控一、基因表达调控基本概念与原理：1．基因表达的概念：基因表达（gene expression）就是指在一定调节因素的作用下，DNA 分子上特定的基因被激活并转录生成特定的RNA，或由此引起特异性蛋白质合成的过程。
2．基因表达的时间性及空间性：⑴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。
⑵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。
3．基因表达的方式：⑴组成性表达：组成性基因表达（constitutive gene expression）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需的或必不可少的，且较少受环境因素的影响。
这类基因通常被称为管家基因（housekeeping gene）。
⑵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。
4．基因表达的生物学意义：①适应环境、维持生长和增殖。
②维持个体发育与分化。
5．基因表达调控的基本原理：⑴基因表达的多级调控：基因表达调控可见于从基因激活到蛋白质生物合成的各个阶段，因此基因表达的调控可分为转录水平（基因激活及转录起始），转录后水平（加工及转运），翻译水平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控最重要。
⑵基因转录激活调节基本要素：①顺式作用元件：顺式作用元件（cis-acting element）又称分子内作用元件，指存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序。
基因表达调控
转录
翻译
DNA
mRNA
蛋白质
（二）顺式作用元件是调节转录的DNA片段
1.启动子（Promoter）
位于转录起始单位点上游并为RNA聚合酶识别、结合和启动赚率 的DNA序列。
1.1原核启动子（promoter） ①启动子是基因5′端上游的一段启动基因转录的核苷酸序列，
是RNA pol 和其他转录因子结合的部位。 ②原核基因的启动子定位在转录起始位点（initiation site，
3
蛋白质
非编码序列
核蛋白体结合位点
编码序列
起始密码子
终止密码子
6 小 结（中心法
则）
复制
转录
RNA 复 制
? DNA
逆转录
DNA
?
翻 RNA 译
构 象
改变
Prion
第二章 基因表达调控
Regulation of Gene Expression
罗忠礼 Chongqing Medical University
or cell specificity or tissue specificity
在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组 织空间顺序出现，又称细胞特异性或组织特异性。
（二）、基因表达的方式
1. 组成性表达 管家基因 housekeeping gene 有些基因在生命全过程都是必需的，如果缺少、
Octamer
ATTTGCAT
kB
GGGACTTTCC
ATF
GTGACGT
TBP SP-1 CTF/NF1 Oct-1 Oct-2
30,000 105,000 60,000 76,000 53,000
～10bp ～20bp ～22bp ～10bp ～20bp
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。
基因表达调控的基本内容
2、基因(jīyīn)表达(gene expression)：
基因表达（gene expression）：在基因组携带 (xiédài)的固有遗传信息指导下生成各种具有生物学功能的 RNA和蛋白质的过程。
第三页，共25页。
2.1基因(jīyīn)表达是转录和翻译的过程
基因表达是转录和翻译的过程，但不是所有的 基因表达都产生蛋白质，rRNA和tRNA的产生也属 于基因表达。
第八页，共25页。
三、基因表达(biǎodá)的特点
（一）时间(shíjiān)特异性（阶段特异性） Temporal Specificity (Stage
Specificity)
（二）空间特异性（ 组织/细胞特异性） Spatial Specificity (Tissue/Cell
Specificity)
第六页，共25页。
2.2 适应(shìyìng)型表达
➢诱导：在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因 表达产物(chǎnwù)增加，该现象称为诱导。相应基因称为可 诱导的基因。
➢ 阻遏：基因对环境信号应答(yìngdá)时被抑制，这种 基因称为可阻遏的基因。可阻遏基因表达产物降低的过 程称为阻遏。
No 过程中，某种基因产物在个体不同组织器官表达存在差异。原核基因调节蛋白都是一
些DNA结合蛋白。真核：转录因子（主要为反式作用因子）。多数调节蛋白结合DNA 前需通过蛋白质-蛋白质相互作用形成二聚体或多聚体。阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性： 负性调节占主导。多细胞生物
Image
第二十五页，共25页。
➢可诱导或可阻遏基因除受启动序列或启动子与RNA聚合 酶相互作用的影响外，尚受其它机制调节（如：增强 子）。
基因表达调控基本概念
第一节基因表达调控基本概念一、基因表达的概念及意义1、基因表达的概念一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因，称为基因组。
不同生物基因组所含基因多少不同。
在某一特定时期，基因组中只有一部分基因处于表达状态。
在个体不同生长时期、不同生活环境下，某种功能的基因产物在细胞中的数量会随时间、环境而变化。
基因表达就是基因转录及翻译的过程(图15-1)。
在一定调节机制控制下，大多数基因经历基因激活、转录及翻译等过程，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子。
但并非所有基因表达过程都产生蛋白质。
rRNA、tRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。
2、基因表达调控的生物学意义适应环境、维持生长和增殖生物体赖于生存的外环境是在不断变化的。
有生命体中的所有活细胞都必须对外环境变化作出适当反应，调节代谢，以使生物体能更好地适应变化着的外环境，维持生命。
这种适应调节的能力总是与某种或某些蛋白质分子的功能有关，即与相关基因表达有关。
生物体调节基因表达，适应环境是普遍存在的。
原核生物、单细胞生物调节基因的表达就是为适应环境、维持生长和细胞分裂。
高等生物也普遍存在适应性表达方式。
经常饮酒者体内醇氧化酶活性高即与相应基因表达水平升高有关。
维持个体发育与分化在多细胞个体生长、发育的不同阶段，细胞中的蛋白质分子种类和含量差异很大；即使在同一生长发育阶段，不同组织器官内蛋白质分子分布也存在很大差异，这些差异是调节细胞表型的关键。
高等哺乳类动物各种组织、器官的发育、分化都是由一些特定基因控制的。
当某种基因缺陷或表达异常时，则会出现相应组织或器官的发育异常。
二、基因表达的规律病毒、细菌，乃至高等哺乳类动物及人，基因表达表现为严格的规律性，即时间、空间特异性。
基因表达的时间、空间特异性由特异基因的启动子（序列）和/或增强子与调节蛋白相互作用决定。
时间特异性噬菌体、病毒或细菌侵入宿主后，呈现一定的感染阶段。
随感染阶段发展、生长环境变化，有些基因开启，有些基因关闭。
第7章原核生物基因表达的调控
Z编码β-半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖。
Y编码β-半乳糖苷透过酶：使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）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。
gene
正调控
调控蛋白
负调控
结构基因表达
▪ 负调控：抑制基因表达的调控方式 ▪ 正调控：促进基因表达的调控方式
B、特殊代谢物的调控
诱导(induction)
阻遏(repression)
inducer
gene
repressor
gene
特殊代谢物
诱导 阻遏
结构基因表达
诱导物、可诱导基因 阻遏物、可阻遏基因
无葡萄糖、 有乳糖-----cAMP水平高 （2）cAMP与CRP结合形成有活性的
CRP- cAMP 复合物 （3）CRP-cAMP 与Plac结合 （4）增强了RNA聚合酶与启动子的结合
（5）lacZ， lacY 、 lacA高表达
105
40
105
41
乳糖、G存在与否及与操纵子正、负控因素、 基因开放与关闭情况如下：
CRP
Binding
RNA
Promoter
Operator
CRP
Pol. Repressor
cAMP
LacZ
LacY
LacA
Repressor mRNA
STOP
Right there
CRP
Polymerase
cAMP
Repressor
cAMP
CRP
原核生物基因表达调控的基本结构单元
原核生物基因表达调控的基本结构单元（原创实用版）目录1.原核生物基因表达调控的基本概念2.原核生物基因表达调控的基本结构单元3.操纵子学说及其在原核生物基因表达调控中的作用4.调控系统的分类和特点5.原核生物基因表达调控与真核生物基因表达调控的异同正文原核生物基因表达调控的基本概念原核生物基因表达调控是指原核生物细胞内基因转录和翻译的过程，通过一系列分子机制和调控系统来实现对基因表达的控制。
基因表达调控在生物体的生长、发育、适应环境变化等过程中起着至关重要的作用。
原核生物基因表达调控的基本结构单元原核生物基因表达调控的基本结构单元包括启动子、操纵子和终止子。
这些结构单元分别位于基因的上游和下游区域，共同参与基因表达的调控。
1.启动子：启动子是基因转录的起始区域，包含一些关键的序列和元件，如识别转录因子的结合位点、RNA 聚合酶结合位点等。
启动子的作用是招募 RNA 聚合酶，从而启动基因的转录过程。
2.操纵子：操纵子是原核生物基因表达调控的核心结构单元，负责调控特定基因的表达。
操纵子通常包含一个调控序列和一组与之相互作用的转录因子。
调控序列可以分为两类：一类是诱导序列，可以与诱导型转录因子结合，从而激活基因表达；另一类是阻遏序列，可以与阻遏型转录因子结合，从而抑制基因表达。
3.终止子：终止子位于基因的下游区域，是基因转录的终止区域。
终止子包含一些特定的序列和元件，如终止子识别蛋白结合位点、RNA 聚合酶解离位点等。
终止子的作用是引导 RNA 聚合酶从 DNA 模板上脱离，从而结束基因的转录过程。
操纵子学说及其在原核生物基因表达调控中的作用操纵子学说是原核生物基因表达调控的基本理论，该学说认为，原核生物的基因表达调控主要是通过操纵子和与之相互作用的转录因子来实现的。
大多数调控系统是负调系统，即通过阻遏型转录因子来抑制基因表达，但也存在少数正调系统，即通过诱导型转录因子来激活基因表达。
调控系统的分类和特点原核生物基因表达调控系统可以根据调控方式和调控范围进行分类。
基因表达调控
真核生物的染色质或染色体由 DNA与组蛋白、非组蛋白和少量 RNA及其他物质结合而形成，核 小体为其基本结构单位。 组蛋白与DNA结合，可保护DNA 免受损伤，维持基因组的稳定性， 抑制基因的表达。去除组蛋白则 基因转录活性增高。
活性染色质 开放 松散 具转录活性 非活性染色质 高度浓缩 无转录活性
A
Ara BAD CTGACG N16 TACTGT N6
A
TTGACA
TATAAT 共有序列
2 操纵序列 ——阻遏蛋白(repressor)的结合位点
当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍 RNA聚合酶与启动序列的结合，或是RNA聚合 酶不能沿DNA向前移动 ，阻碍转录。
启动po序l 列 操阻纵遏序蛋白列 编码序列
（三）RNA聚合酶
1.原核启动序列/真核启动子与RNA聚合酶 活性
RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录。
2.调节蛋白与RNA聚合酶活性
一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下表 达，然后通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互 作用影响RNA聚合酶活性。
第三节 原核基因转录调节
一、原核基因转录调节特点
单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源； 若有葡萄糖或葡萄糖/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)。
低半乳糖时
葡萄糖低 cAMP浓度高
O
葡萄糖高 cAMP浓度低
O
高半乳糖时
RNA-pol
O
mRNA
O
（二）阻遏蛋白的负性调节
启动序列
菌 鞭
hin
H2
I
毛 素
H2鞭毛素
基 Hin重组酶
原核生物的基因表达和调控机制
原核生物的基因表达和调控机制原核生物是指不含细胞核和其他复杂的细胞器官的生物，包括细菌和蓝藻等。
这些生物虽然简单，但仍具有复杂的基因表达和调控机制，通过调控基因的转录和翻译来响应环境变化和完成生物学功能。
本文将探讨原核生物的基因表达和调控机制。
基因表达和调控的基本概念基因是指DNA分子上编码一个蛋白质的序列，是生物体内传递遗传信息的基本单位。
基因表达指的是将基因的信息转化为蛋白质的过程，包括转录和翻译两个步骤。
其中，转录是指将DNA序列转化为mRNA（信使RNA）的过程，而翻译是指将mRNA上的三联体密码子翻译为相应的氨基酸序列的过程。
基因表达的过程涉及到基因启动子、转录因子、RNA聚合酶等多个分子的相互作用，需要经过复杂的调控机制来保证在特定的时空条件下进行。
原核生物中基因的表达和调控原核生物虽然没有细胞核和其他复杂的细胞器官，但其基因的表达和调控机制同样有其特殊性。
以下将从基因的结构、转录、RNA的修饰和翻译等方面探讨原核生物中基因的表达和调控。
基因结构原核生物中，基因通常呈现为一条连续的DNA链，其中编码区域与非编码区域相互交错，没有剪切和剪接等后加工处理。
编码区通常以ATG作为起始密码子，以TAG、TAA或TGA作为终止密码子。
在非编码区，存在启动子、转录因子结合位点、RNA剪切位点和终止符等辅助元素，有助于调控基因的表达。
相比于真核生物中复杂的基因结构，原核生物中基因的紧凑结构为调控提供了更多的可能性。
转录的调控在原核生物中，转录的调控可以通过多种方式实现，包括转录起始的选择、负向调控和正向调控等。
转录起始的选择：在原核生物中，转录的起始位点可以在基因内或外，不同的起始位点可以产生不同长度的转录产物，从而产生不同的蛋白质或非编码RNA。
此外，在一些条件下，同一基因的多个启动子甚至可以同时被使用，进一步增加了基因表达的多样性。
负向调控和正向调控：在原核生物中，负向调控指的是一些转录抑制因子的作用，可以通过抑制转录因子的结合来阻止基因的转录。
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。
基因表达调控的基本内容
基因表达调控在疾病发生和治 疗中的应用
了解基因表达调控的异常与疾病发生的关系，可以为疾病的早期诊断和治疗 提供新的思路和策略。
基因表达调控的基本内容
基因表达调控是控制基因在细胞中是否表达的过程。了解基因表达调控对于 理解生物体内发生的各种生物学现象至关重要。
基因表达调控的定义
基因表达调控是指细胞通过一系列的调控机制，从控制基因的转录到基因的 翻译和功能的表达。
基因组结构与基因表达调控的关系
基因组结构包括编码区和非编码区，非编码区在基因表达调控中起着重要的作用，不仅影响转录的起始 与终止，还参与转录后调控。
基因表达调控的主要机制
1
转录调控
通过启动子、转录因子和调控元括RNA剪接、RNA修饰和RNA稳定
性调控等，对已转录的mRNA进行修
饰与调控。
3
表观遗传调控
通过DNA甲基化、组蛋白修饰等改变 染色质结构，进而调控基因的表达。
基因表达调控与细胞命运决定的关系
基因表达调控在细胞分化和发育过程中起着重要的作用，通过调控基因表达的程度和方式，决定细胞的 命运和特化。
遗传学中基因表达调控的双重机制研究
遗传学中基因表达调控的双重机制研究一、基因表达调控的基本概念基因表达调控是生物学中一个极其重要的领域，它涉及到基因如何在不同环境和生理状态下被激活或抑制，从而控制生物体的各种功能。
基因表达调控的机制复杂多样，涉及到多个层面的调控，包括转录调控、转录后调控、翻译调控等。
这些调控机制共同作用，确保基因在适当的时间和地点被正确地表达。
1.1 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调控基因转录的启动、进行和终止，从而控制蛋白质的合成。
转录是DNA信息被转录成mRNA的过程，而mRNA是蛋白质合成的模板。
通过调控转录因子的结合、转录机器的组装以及转录过程中的修饰，可以精确控制基因的表达。
1.2 基因表达调控的层次基因表达调控可以分为多个层次，包括：- 转录前调控：通过调控转录因子的结合和转录机器的组装，决定基因是否开始转录。
- 转录调控：通过调控转录过程中的修饰和延伸，影响mRNA的合成。
- 转录后调控：通过调控mRNA的加工、运输和降解，影响mRNA的稳定性和翻译效率。
- 翻译调控：通过调控核糖体的组装和翻译过程中的修饰，影响蛋白质的合成。
- 翻译后调控：通过调控蛋白质的折叠、修饰和降解，影响蛋白质的功能和稳定性。
二、基因表达调控的双重机制基因表达调控的双重机制是指通过两种不同的调控方式共同作用，实现对基因表达的精细调控。
这两种调控方式通常包括转录调控和转录后调控，它们在基因表达的不同阶段发挥作用，相互协调，共同维持基因表达的平衡。
2.1 转录调控机制转录调控是基因表达调控的主要方式之一，主要通过调控转录因子的结合和转录机器的组装来实现。
转录因子是一类能够特异性结合到DNA上的蛋白质，它们可以激活或抑制基因的转录。
转录因子的结合位点通常位于基因的启动子区域，通过调控转录因子的结合，可以控制基因的转录启动。
转录调控机制的关键在于转录因子的识别和结合。
转录因子通过识别特定的DNA序列，与启动子区域结合，进而招募转录机器，启动基因的转录。
5-基因表达调控
特异转录因子--为个别基因转录所必 需,决定该基因的时间、空间特异性表达。
3. DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用
• DNA-蛋白质相互作用（DNA-protein interaction） 主要 指反 式作用因子和顺式作用元件之间的特异识别。
基因产物特异识别、结 合其它基因的调节序列， 调节其它基因的开启或 关闭称为反式调节
基因产物特异识别、 结合自身基因的调 节序列，调节自身 基因的开启或关闭 称为顺式调节
DNA
a
mRNA
蛋白质A
A
C
顺式调节
反式调节
Ab
c
DNA
mRNA
C
蛋白质C
转录因子
能直接或间接与RNA聚合酶结合的反 式作用因子. 按功能特性可分为:
操纵序列（operator）：与启动序列毗邻或接近的DNA序列， 是原核阻遏蛋白的结合位点。其DNA序列常与启动序列交错、 重叠。
-35盒
-10，TATA 盒
顺式作用元件（cis-acting element）
真核生物编码基因 两侧的DNA序列 可影响自身基
因的表达活性 通常是非编码 序列 包括启动子、增 强子、沉默子
广义的基因表达是指储存遗传信息的基因经过一系列步骤表 现出其生物功能的整个过程。 基因表达调控(control of gene expression )：是指对基因组中某一 个基因或一些功能相近的基因表达（生物体内基因表达）的开启、 关闭和表达强度的直接调节。
它是生物在长期进化过程中逐渐形成的精确而灵敏的生存 能力和应变能力，是生物赖以生存的根本之一。
基因表达调控概述
基因表达调控概述
「考纲」
1.基因表达调控概述：①基因表达的概念及基因调控的意义；②基因表达的时空性；③
基因的组成性表达、诱导与阻遏；④基因表达的多级调控；⑤基因表达调控基本要素。
2.基因表达调控基本原理：①原核基因表达调控（乳糖 * 纵子）；②真核基因表达调控（顺式作用原件、反式作用因子）。
「考点」
1.基因表达就是指基因转录和翻译的过程。
2.基因表达调控是在多级水平上进行的，其中转录起始（转录激活）是基本控制点。
3.启动子由转录起始点、 RNA聚合酶结合位点及控制转录的调节元件组成。
4.真核基因结构特点：①真核基因组结构庞大；②单顺反子；③重复序列；④基因不连
续性。
5.真核基因转录特点：①活性染色质结构变化；②正性调节占主导；③转录与翻译分隔
进行。
「试题」
1. 细菌经紫外线照射会发生DNA损伤，为修复这种损伤，细菌合成DNA修复酶的基因表达增强，这种现象称为
A.DNA损伤
B.DNA修复
C.DNA表达
D.诱导
E. 阻遏
答案： D
2. 一个操纵子通常含有
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
E.两个启动序列和数个编码基因
答案： B。
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1、启动序列
-35区
trp
TTGACA
是RNA聚合酶结合并启动转录
的特异DNA序列。
-10区
RNA转录起始
N17 TTAAyr
TTTACA
N16 TATGAT
N7
A
lac
TTTACA
N17 TATGTT
N6
A
recA
TTGATA
N16 TATAAT
N7
A
Ara BAD CTGACG N16 TACTGT N6
基因表达调控基本 概念和工作要求
Basic Conceptions of Gene Expression Regulation
一、基因表达是指基因转录及翻译的过程
➢ 基因组(genome) 来自一个生物体的一整套遗传物质。
➢ 基因表达(gene expression) 是基因转录及翻译的过程，即：生成具 有生物学功能产物的过程。
真核生物
1、顺式作用元件(cis-acting element)
——可影响自身基因表达活性的DNA序列
转录起始点
DNA
RNA聚合酶Ⅱ
B
A
编码序列
mRNA
DNA
转录起始点
RNA聚合酶Ⅱ
A
B
mRNA
图13-2 顺式作用元件
➢ 不同真核生物的顺式作用元件中也会发 现一些共有序列，如TATA盒、CAAT盒 等，这些共有序列是RNA聚合酶或特异 转录因子的结合位点。
a
mRNA
蛋白质A
A
反式调节
A
b
C
c
顺式调节
C
图13-3 反式与顺式作用蛋白
➢ 在一定机制控制下，功能上相关的一组基 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 (coordinate expression) ， 这 种 调 节 称 为 协 调 调 节 (coordinate regulation)。
四、基因表达调控为生物体生长、 发育所必需
三、基因表达的方式及调节存在很大差异
按对刺激的反应性，基因表达的方式分为： ➢ 基本（或组成性）表达 ➢ 诱导或阻遏表达
（一）基本（或组成性）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)。
➢ 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)。
（二）空间特异性
➢ 在个体生长全过程，某种基因产物在个体按 不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的 空间特异性(spatial specificity)。
➢ 基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布 差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的， 所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。
➢ 基因表达是受调控的。
二、基因表达具有时间特异性和空间特异性
（一）时间特异性
➢ 按功能需要，某一特定基因的表达严格按特 定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间 特异性(temporal specificity)。
➢ 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段 特异性(stage specificity)。
第二节
基因表达调控的基本原理
Basic Principles of Gene Expression Regulation
一、基因表达调控呈现多层次和复杂性
基因表达的多级调控
基因激活 拷贝数 重排 甲基化程度
转录起始 转录后加工 mRNA降解
蛋白质翻译 翻译后加工修饰 蛋白质降解等
二、基因转录激活受到转录调节蛋白 与启动子相互作用的调节
（一）以适应环境、维持生长和增殖
生物体所处的内、外环境是在不断变化 的。通过一定的程序调控基因的表达，可使 生物体表达出合适的蛋白质分子，以便更好 地适应环境，维持其生长和增殖。
（二）以维持细胞分化与个体发育
在多细胞个体生长、发育的不同阶段， 或同一生长发育阶段，不同组织器官内蛋白 质分子分布、种类和含量存在很大差异，这 些差异是调节细胞表型的关键。
基因表达的调节与基因的结构、性质， 生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细 胞内所存在的转录调节蛋白有关。
（一）特异DNA序列决定基因的转录活性 （二）转录调节蛋白可以增强或抑制转录活性
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)
2、真核基因的调节蛋白 反式作用因子(trans-acting factor)
➢ 由某一基因表达产生的蛋白质因子，通 过与另一基因的特异的顺式作用元件相 互作用，调节其表达。这种调节作用称 为反式作用。
➢ 还有蛋白质因子可特异识别、结合自身 基因的调节序列，调节自身基因的表达， 称顺式作用。
DNA
RNA聚合酶与启动序列的结合，或是RNA聚合 酶不能沿DNA向前移动 ，阻碍转录。
启动po序l 列 操阻纵遏序蛋白列 编码序列
3、其他调节序列、调节蛋白
例如：
➢ 激活蛋白(activator)可结合启动序列邻近的 DNA序列，促进RNA聚合酶与启动序列的 结合，增强RNA聚合酶活性。
➢ 有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚 合酶很少或完全不能结合启动序列。
A
共有序列 TTGACA
TATAAT
图13-1 五种E.coli启动序列的共有序列
➢ 共有序列(consensus sequence) 决定启动序 列的转录活性大小。
➢ 某些特异因子（蛋白质）决定RNA聚合酶 对一个或一套启动序列的特异性识别和结 合能力。
2、操纵序列 ——阻遏蛋白(repressor)的结合位点 当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍
（二）有些基因的表达受到环境变化的 诱导和阻遏
➢ 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(inducible gene)。
➢ 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(repressible gene)。可阻遏 基因表达产物水平降低的过程称为阻遏 (repression)。