基因表达调控转录
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mRNA在细胞质内的定位和分布，影响蛋白质的合成位置。
此外，还存在一些其他的基因调控机制，如DNA甲基化、非编码RNA的调控、环境因子的作用等。
这些机制在生物体的发育、细胞功能分化和应对外界环境变化等方面发挥重要作用。
3. 基因表达与调控的意义基因的表达与调控对于生命过程的正常进行至关重要。
原核生物和真核生物基因表达调控复制、转录、翻译特点的比较
原核生物和真核生物基因表达调控、复制、转录、翻译特点的比较1.相同点：转录起始是基因表达调控的关键环节①结构基因均有调控序列；②表达过程都具有复杂性，表现为多环节；③表达的时空性，表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性；2.不同点:①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。
真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。
②原核基因表达调控主要为负调控，真核主要为正调控。
③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性，真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子，依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。
④原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。
⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平，其次是翻译水平。
原核生物基因以操纵子的形式存在。
转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。
翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。
真核生物基因表达的调控环节较多：在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。
在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TATA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。
在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。
在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。
真核基因调控中最重要的环节是基因转录，真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。
转录与基因表达调控
RNA-pol
茎环结构使转录终止的机理：
使RNA聚合酶变构，转录停顿；
使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。
RNA合成过程 起始阶段
双链DNA 局部解开 磷酸二酯 键形成
启动子（promoter)
RNA聚合酶
终止子 (terminator)
s
s
s
s 55
离开
延长阶段
5 解链区到达 基因终点 5
转录因子 亚基组成，分子量(kD) TFⅡD TBP* 38 TAF** TFⅡA 12，19，35 TFⅡB 33 TFⅡF TFⅡE TFⅡH 30，74 57（a） 34（b） 功 能 结合TATA盒 辅助TBP-DNA结合 稳定TFⅡD-DNA复合物 促进RNA-polⅡ结合及作 为其他因子结合的桥梁 解螺旋酶 ATPase 蛋白激酶活性，使CTD磷 酸化
2.真核生物启动子
真核生物 RNA聚合酶的启动子有三种： I、II、III。对应各自的RNA聚合酶。
催化不同种类的RNA合成。 RNA聚合酶II的启动子序列多样。RNA 聚合酶II完成了hnRNA的合成作用。
RNA聚合酶II启动子
（1）帽子位点（cap site）
转录起始点区的通用序列为PyPyCAPyPyPy， 其中A为转录起始点（+1），Py为嘧啶碱基。即在 转录起始点A的两侧有多个嘧啶核苷酸。 真核RNA聚合酶II起始点序列特征与原核生物 E.coli转录起始点的规律一致。
依据对鹅膏蕈碱的敏感性，真核细胞的RNA聚 合酶分为三类：
鹅膏蕈碱 RNA聚合酶I RNA聚合酶II 耐受 很敏感
转录产物 rRNA（5s rRNA例外） mRNA
RNA聚合酶III 中度敏感 tRNA/5s rRNA/snRNA等
转录因子和基因表达的调控机制
转录因子和基因表达的调控机制基因是生物体内物质和能量转换的基本单位，基因表达的调控是维持生物体正常发育和生理功能的重要机制。
转录因子是调控基因表达的重要分子，其作用是控制基因的转录速率和转录起始位置。
本文将介绍转录因子和基因表达的调控机制。
一、转录因子转录因子是一类可以结合到DNA序列上，调控基因转录和表达的蛋白质。
它可以促进或阻碍RNA聚合酶的结合，使其精确地定位在基因和启动子区域上，从而调控基因转录速率和表达水平。
转录因子主要通过DNA结合结构域来识别DNA序列上的特定结构，包括启动子、增强子、抑制子等，在这些区域上结合，并调控RNA聚合酶大量复制基因所需的mRNA。
转录因子的种类很多，通常根据结构域的不同分类。
受到化学信号、生理状态、细胞类型等多种因素影响，转录因子的表达水平和活性会受到变化，从而影响基因的表达。
二、基因表达的调控机制转录因子通过特定的调控机制来表达影响基因的转录和表达。
其中，主要调控机制包括下面几种。
1、染色质重塑染色质重构和修饰是基因表达调控的一个重要机制。
染色质修饰可以影响DNA核苷酸链的可访问性和转录因子与DNA的结合位点，而后者则可以调节基因的表达水平。
染色质修饰包括化学修饰（如乙酰化、甲基化、磷酸化等）和结构修饰（如DNA超螺旋化、组蛋白重塑等）。
染色质的结构重构和修饰可以增强或抑制某个基因的表达，从而影响生物体的生长和发育方式。
2、RNA降解RNA降解是维持细胞内RNA动态平衡的过程，也是基因表达调控的重要机制。
一些小RNA如siRNA，具有高度的特异性和信道标识符，可以与mRNA序列互补配对，从而激活RNA酶或RNA内切酶，使目标mRNA分解。
此外，还有microRNA（miRNA）和piwiRNA等小RNA分子可作为启动子的具体调节因子，可以作为调节剂激活或抑制特定基因转录，从而影响基因表达。
3、调节蛋白和其他调控分子的修饰重要的分子后修饰，不仅会影响蛋白质在空间和时间轴上的位置和稳定性，还会影响蛋白质组装或与其他蛋白质相互作用的方式。
基因转录调控和表达水平
疾病相关基因的表达变化
疾病特异性基因表达
某些基因在特定疾病中表达上调或下调，这些基因的表达变化可以 作为疾病的生物标志物。
基因表达谱的改变
疾病状态下，基因表达谱发生显著变化，包括差异表达基因的鉴定 和表达模式的改变等。
基因表达的时空特异性
基因表达在不同组织、不同发育阶段和疾病进程中具有时空特异性 ，对于理解疾病的发病机制和诊断治疗具有重要意义。
转录调控的复杂性和多样性
转录调控的多层次性
基因转录调控涉及多个层次，包括染色体水平、转录水平、转录后 水平等，这些层次之间相互作用，共同影响基因的转录。
转录调控的多样性
不同的基因具有不同的转录调控机制，这种多样性使得细胞能够精 确控制每个基因的表达水平。
转录调控的动态性
转录调控是一个动态过程，随着细胞内外环境的变化，转录调控机制 也会发生相应的变化，以适应细胞的需求。
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长读长测序技术
如PacBio和Oxford Nanopore等， 能够直接读取全长转录本，揭示复杂 的转录本结构和变异。
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单细胞RNA测序（scRNA-Seq）
对单个细胞进行转录组测序，揭示细胞间基因表达的异质性，解析细胞发育和分化过程中的基因调控 网络。
单细胞ATAC-Seq
检测单个细胞中染色质可及性的高通量测序技术，用于研究单细胞水平上的表观遗传学和基因调控。
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转录调控名词解释
转录调控名词解释转录调控是一种技术，它可以调节基因表达。
它指的是影响基因表达的基因的组成、结构和互作的过程，从而影响细胞表型的方式。
简单来说，转录调控是对基因表达过程的控制和调整，使某些基因表达而其他基因不表达。
转录调控可以分为三个不同的步骤：增强子、增强子活动和转录因子结合。
增强子是DNA序列，在特定的位置形成编码蛋白质的基因上。
增强子可以激活和抑制其后面的基因，因此他们具有调节基因表达的能力。
增强子活动是指包括增强子在内的促使基因表达的过程中，DNA酸和蛋白质的相互作用。
转录因子结合是指转录因子和DNA的结合，它们可以识别和结合特定基因上的增强子，从而激活或抑制基因的表达。
一些转录因子在受到信号刺激时可以激活抑制的增强子，而其他的转录因子可以在增强子活动过程中发挥作用。
转录因子结合是调节基因表达的关键部位。
转录调控通常是一个复杂的过程，它可以以不同途径调节基因表达，比如RNA干扰、转录因子、结合位点等。
脂质和蛋白质也可以参与转录调控，它们可以变更增强子的活性，也可以抑制转录因子的结合。
在不同的细胞类型中，转录调控的作用会有所不同，比如类似细胞环境和内分泌系统。
在内分泌系统中，转录调控可以调节激素水平，或者在系统发生变化时，调节细胞的特殊功能。
转录调控是调节基因表达的一类重要技术，它可以调控细胞的功能和表型。
通过调节基因的表达，转录调控可以改变细胞的生理特征，从而影响细胞的行为。
通过调节基因的表达，转录调控可以控制和调整细胞的功能，从而改变细胞的表型和生命周期。
转录调控在多种研究领域扮演着重要的角色，比如发育生物学、病原学和药物发现等。
它可以用来解读基因表达的影响，从而对特定基因的功能和表达机理进行分析。
转录调控也可以用来鉴定特定基因的功能，并设计能够调节基因表达的药物。
转录调控是一种重要的技术，它可以调节基因表达，从而调节细胞的表型和生活周期。
它可以用于科学研究，用来揭示基因的功能，探讨基因的表达机理，确定新的药物靶标，及为药物研发提供有效治疗路径。
基因表达的调控机制
基因表达的调控机制基因表达是指基因通过转录和翻译过程将DNA信息转化为蛋白质的过程。
在细胞内，基因表达的调控机制起着至关重要的作用，决定了细胞的功能和特性。
本文将介绍基因表达的调控机制，包括转录调控、转录后调控和翻译调控。
一、转录调控转录调控是指通过调控基因的转录过程来控制基因表达水平。
转录调控主要包括启动子区域的结构和转录因子的结合。
1. 启动子区域的结构启动子是位于基因上游的DNA序列，包含转录起始位点和调控元件。
调控元件包括增强子和抑制子，它们可以与转录因子结合，促进或抑制转录的发生。
启动子区域的结构可以通过DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等方式进行调控。
2. 转录因子的结合转录因子是一类能够结合到DNA上的蛋白质，它们通过与启动子区域的调控元件结合来调控基因的转录。
转录因子可以分为激活子和抑制子，激活子能够促进转录的发生，而抑制子则能够抑制转录的发生。
转录因子的结合与DNA序列的亲和性有关，不同的转录因子结合到不同的DNA序列上，从而实现对基因的调控。
二、转录后调控转录后调控是指在转录完成后，通过调控RNA的加工、修饰和稳定性来控制基因表达水平。
转录后调控主要包括RNA剪接、RNA修饰和RNA降解。
1. RNA剪接RNA剪接是指在转录过程中，将前体mRNA中的内含子剪接掉，将外显子连接起来形成成熟的mRNA。
通过剪接的方式，可以产生不同的mRNA亚型，从而调控基因的表达。
RNA剪接的调控主要依赖于剪接因子的结合和剪接位点的选择。
2. RNA修饰RNA修饰是指在转录后，通过添加化学修饰基团来改变RNA的结构和功能。
常见的RNA修饰包括甲基化、腺苷酸转换和伪尿苷酸转换等。
RNA修饰可以影响RNA的稳定性、转运和翻译效率，从而调控基因的表达。
3. RNA降解RNA降解是指通过核酸酶将RNA分解为小片段，从而降低基因的表达水平。
RNA降解的速度受到RNA的稳定性和降解酶的活性的影响。
不同的RNA分子具有不同的稳定性，一些RNA分子具有较长的半衰期，而另一些RNA分子则具有较短的半衰期。
基因表达调控的机制和调节
基因表达调控的机制和调节基因是决定生物特征的遗传信息的基本单位。
它们是由DNA 分子编码的，DNA存储了所有细胞所需的遗传指令。
但是，每个细胞并不需要所有的基因被表达，因此基因必须按照一定的规律和顺序被调节和控制。
这种调控和控制机制称为基因表达调控。
这篇文章将介绍基因表达调控的机制和调节，以及研究该领域的最新发展。
基因表达调控的机制基因表达的调控主要分为三个层次：转录层面（RNA合成）、翻译层面（蛋白质合成）和后转录层面（RNA处理和降解）。
转录调控主要发生在DNA转录为RNA的过程中。
基因的启动子和调控区域是控制转录的主要部位。
那么，基因表达如何被调控和控制呢？在基因启动子和调控区域，存在一些DNA结合蛋白和转录因子。
这些蛋白能够结合到基因的启动子和调控区域上，形成复合物，并且催化转录的发生。
每个蛋白质的DNA结合位点和转录因子结合的序列将决定哪些基因被表达，哪些基因不被表达。
因此，基因质量控制机制的重要组成部分是基因表达调控。
调节的层次基因表达调控在转录、翻译和后转录层面都有很多调节方式。
在转录层面，染色质重塑、启动子区域上的蛋白质修饰、转录因子识别区域的修饰等都可以影响基因表达。
在翻译层面，通过调节启动子和调控区域中特定mRNA的翻译启动和停止信号，基因表达可以被调节。
在后转录层面，有些加工和翻译后修饰的RNA 可以被再次分解，从而影响基因表达水平。
调节的机制基因表达调节的机制是多样的，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、信号转导、microRNA调控、RNA编辑等。
DNA甲基化是基因表达调控的重要调节方式之一。
这种修饰可以将永久性地关闭基因。
组蛋白修饰涉及到对组蛋白的修饰，可以影响基因表达水平。
信号传导机制将外部环境信号转化为细胞内信号，从而影响基因表达。
microRNA是一类小分子RNA，也参与了基因表达的调节。
RNA编辑是对RNA分子的转换和修改，也对基因表达水平有很大的影响。
调节的发展在基因表达调控的机制和调节方面，研究一直在取得最新的进展。
原核生物和真核生物基因表达调控复制、转录、翻译特点的比较
原核生物和真核生物基因表达调控、复制、转录、翻译特点的比较1.相同点：转录起始是基因表达调控的关键环节①结构基因均有调控序列；②表达过程都具有复杂性，表现为多环节；③表达的时空性，表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性；2.不同点:①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。
真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。
②原核基因表达调控主要为负调控，真核主要为正调控。
③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性，真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子，依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。
④原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。
⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平，其次是翻译水平。
原核生物基因以操纵子的形式存在。
转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。
翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。
真核生物基因表达的调控环节较多：在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。
在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TA TA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。
在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。
在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。
真核基因调控中最重要的环节是基因转录，真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。
蛋白质表达中基因表达调控的机制与应用
蛋白质表达中基因表达调控的机制与应用基因表达调控是指在细胞内如何调控基因的转录和翻译过程，从而使得特定的基因能够被“启动”或“关闭”，进而影响蛋白质的合成。
这种调控机制在生物体内发挥着重要的作用，对于细胞发育、生长、繁殖以及适应外界环境等各个方面都具有重要意义。
在蛋白质表达过程中，基因表达的调控机制主要包括转录调控和翻译后调控两个层面。
一、转录调控转录调控是指在基因转录过程中，通过调控转录因子与DNA相互作用，来控制基因的转录水平。
转录因子是一类特殊的蛋白质，可以与DNA上的特定区域结合，并通过不同的机制来调控基因的转录。
1.1 转录激活和抑制因子转录激活因子（transcription activators）能够与DNA上特定的启动子区域结合，并与转录酶复合物共同促进基因的转录。
而转录抑制因子（transcription repressors）则能够与DNA结合，并阻碍转录酶复合物的结合，从而抑制基因的转录。
1.2 DNA甲基化DNA甲基化是一种常见的基因表达调控方式。
它通过在DNA序列上加上甲基基团，改变染色质的结构，从而抑制转录因子与DNA的结合，进而抑制基因的转录。
二、翻译后调控翻译后调控是指在蛋白质合成过程中，通过调控已合成但尚未成熟的蛋白质的稳定性、定位或者翻译速率，进而调节蛋白质的表达水平。
2.1 miRNA调控miRNA是一类小分子RNA分子，能够与靶基因的mRNA结合，从而抑制其翻译或引起mRNA降解，进而调控蛋白质的合成。
miRNA调控在发育、细胞凋亡、肿瘤等多个方面都发挥着重要作用。
2.2 磷酸化和乙酰化调控磷酸化和乙酰化是常见的蛋白质修饰方式。
磷酸化可以改变蛋白质的结构和功能，并影响其在细胞中的定位。
而乙酰化则可以增加蛋白质的稳定性和活性。
基因表达调控机制的应用基因表达调控机制的研究以及相关技术的发展，为疾病治疗、先天性疾病的筛查、农业产量提高等方面提供了新的途径。
3.1 基因治疗基因治疗是指通过调控特定基因的表达来治疗疾病，如癌症、遗传性疾病等。
转录因子调控基因表达的过程
转录因子调控基因表达的过程基因表达是生物体进行生命活动的基础，而转录因子是参与调控基因表达的关键分子。
转录因子通过与DNA序列特定结合，影响RNA聚合酶的结合能力，从而调控基因的转录过程。
本文将详细介绍转录因子调控基因表达的过程及其机制。
在细胞内，转录因子可分为两类：激活转录因子和抑制转录因子。
激活转录因子能够增强基因转录的速率和效率，而抑制转录因子则具有相反的作用。
转录因子通过与DNA结合形成转录调控复合物，直接或间接地影响RNA聚合酶与DNA 的结合能力，从而调控了基因的转录水平。
转录因子主要通过以下几个步骤调控基因表达：1. 识别靶位点：转录因子能够识别和结合到DNA上特定的交互序列，这些序列被称为转录因子结合位点（TFBS）。
任何一个特定基因的启动子区域包含多个TFBS，即可供不同转录因子结合。
转录因子与自身或其他蛋白质形成复合物，导致转录调控复合物的形成。
这种DNA与转录因子的特异性结合依赖于转录因子与相应的DNA序列间的氢键、水合作用等相互作用。
2. 转录激活或抑制：一旦转录因子与靶位点结合，它可能有两种影响基因表达的方式。
激活转录因子可以增强基因的转录过程。
它们可以招募其他辅助蛋白质，如共激活因子，形成转录激活复合物。
这些复合物能够与RNA聚合酶II结合，使得前者能够更容易地结合到启动子区域，从而增强基因表达。
抑制转录因子通过直接或间接地干扰转录激活复合物的形成和功能，来阻止或缓慢基因的转录。
3. 信号通路的参与：转录因子的活性受到细胞内信号通路的调节。
这些信号可以来自于细胞外环境的刺激，例如激素、生长因子、细胞因子等。
当这些外部信号通过细胞膜激活特定的信号通路后，一系列的信号传导过程会激活特定的转录因子。
转录因子随后进入细胞核，与DNA结合，改变基因表达的水平，从而适应细胞内或细胞外环境的变化。
4. 转录因子间的相互作用：转录因子通常以复合物的形式参与基因调控。
这些复合物是由多个不同的转录因子和辅助蛋白质组成。
微生物学转录与基因表达调控
•
编码链 模板链
5′…GCATGGAATC…3′ 3′…CGTACCTTAG…5′
RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序 列称为启动子( Promoters)。分析若干原核生物启动区 的核苷酸序列后，发现在两个部位，即-10bp区和-35bp 区有保守性。
•
•E.coli 的几个启动子的序列
•
即在-35区，有保守序列5′-TTGACA- 3′,它提供 了RNA聚合酶的识别信号，所以与起始的辨认有关 。 -10区有保守序列5′-TATAAT- 3′,又称为Pribnow box，它与DNA双链的解开有关。
•
⒊ 在转录的起始位点上，两个核苷三磷酸靠与 模板相配对而直接被RNA聚合酶催化形成磷酸二酯键 ，第一个核苷三磷酸总是GTP或ATP，它们与第二个 核苷三磷酸形成磷酸二酯键，但仍然保持三磷酸的状 态（pppA或pppG），作为RNA5′端的起始，形成〔 RNA聚合酶全酶-DNA-pppPupN′-OH〕这一转录起始 复合物。
•
•splicing
•
(二）原核生物和真核生物中rRNA的加工
原核生物的每个rRNA基因转录单位由16SrRNA、 23SrRNA、5SrRNA和tRNA组成，最初的转录产物是 30S，大约有6,500个核苷酸。之后各组分在相应的核 酸酶作用下，分别成熟。甲基化主要在碱基上进行。
• 真核细胞的rRNA基因属于高度重复序列DNA ， 重复序列之间被不能转录的间隔区分隔。不同 种类生物的重复单位长度及重复数均不同，但转录 出的rRNA的大小却是相同的。 甲基化主要在核糖 的2′-OH上。
原核生物基因表达调控的方式
原核生物基因表达调控的方式
1.DNA、染色体水平调控：基因丢失、基因修饰、基因重排、基因扩增、染色体结构变化。
2.转录水平调控（主要调控方式）：转录起始、延伸、终止均有影响。
原核生物借助于操纵子，真核生物通过顺式作用元件和反式作用因子相互作用进行调控。
3.转录后水平调控：主要指真核生物原初转录产物经过加工成为成熟的mRNA，包括加帽、加尾、甲基化修饰等。
4.翻译水平调控：对mRNA稳定性的调控、反义RNA对翻译水平的调控等。
5.翻译后水平调控：蛋白质的剪切、化学修饰（磷酸化、乙酰化、糖基化等）、转运等。
6.mRNA降解的调控。
基因表达的调控和影响因素
基因表达的调控和影响因素基因是生命的基础单位，是遗传信息的携带者。
基因表达指的是基因信息的转录和翻译过程，即将DNA编码的信息转化为RNA和蛋白质的过程。
基因表达的调控是指细胞如何决定在特定条件下哪些基因将被转录和翻译。
这个过程受到多个影响因素的调控，包括外部环境、生物学发育和遗传信息等。
细胞内的基因表达调控通常分为三个阶段：转录前的调控、转录过程中的调控、翻译和后转录调控。
转录前的调控是指在基因转录之前细胞通过调节基因表达调控系统来控制基因的转录。
这个调控可以通过染色质状态的改变、转录因子的活化和基因启动子的甲基化等途径实现。
在转录过程中的调控方面，主要是转录因子与RNA聚合酶结合的特定指导序列上的控制。
这些因素可以影响RNA聚合酶的活性、绑定到启动子区域和转录终止区域的蛋白质以及其他调节元件，如增强子和蛋白质等。
而翻译和后转录的调控通过调节RNA的剪切和编辑、RNA的稳定性和蛋白质的合成而实现。
在基因表达调控中，外部环境也起到了重要的作用。
环境因素如温度、营养、氧气水平、微生物感染、化学和物理刺激等都可以影响基因表达调控，进而影响细胞功能。
这些环境因素都可以通过转录途径和细胞信号转导通路来影响基因表达调控。
例如，温度的变化可以通过转录因子的热应激通道来调整基因表达调控系统，而营养的缺乏可以通过mTOR通路和糖代谢来调控。
近年来，研究人员发现肠道微生物组和免疫细胞的信号通路也可以影响基因表达调控，为了解生物多样性和疾病机制提供了新的视角。
除了环境因素外，生物学发育也可以影响基因表达调控。
这是因为在不同生物阶段和不同组织中的基因表达水平会有很大差异，这些变化与基因表达调控的转录、剪切和RNA稳定性等相关。
例如，受精后的早期胚胎存在着极速细胞分裂和增殖，大量细胞在短时间内产生许多基因产物，与晚期和成体阶段的相对稳定水平不同。
这些变化不仅受遗传信息影响，也受外部环境、内部代谢和信号传导等因素的共同调控。
基因表达与转录调控
基因表达与转录调控基因是指在生物体内可以传递遗传信息的DNA序列。
基因的表达是指通过转录和翻译过程将基因中的遗传信息转化为蛋白质的过程。
而转录调控则是指在基因转录的过程中，通过一系列的调控机制，控制基因的表达水平和模式。
一、转录调控的意义转录调控是生物体实现细胞特异性和多样性的重要手段。
通过转录调控，细胞可以根据环境的变化或内外信号的刺激，调整特定基因的表达水平，从而在细胞发育、功能分化和适应环境中发挥重要作用。
二、转录调控的机制转录调控通过调控基因的转录过程，包括转录起始、终止、剪接和RNA后处理等环节，从而控制基因的表达水平。
1. 转录起始调控转录起始是指RNA聚合酶在启动子区域结合并开始合成RNA的过程。
转录因子是影响转录起始的重要调节因子，它可以识别和结合特定DNA序列，促进或抑制转录的启动。
转录因子的结合位点可以分为增强子和抑制子，它们通过与转录因子的结合调节转录起始的强度和速率。
2. 转录终止调控转录终止是指RNA转录的终止和释放过程。
在原核生物中，转录终止通常由rho因子和转录终止序列共同调控。
而在真核生物中，转录终止主要由终止序列调控，终止序列能够与RNA聚合酶结合并诱导聚合酶停止转录。
3. 转录剪接调控转录剪接是去除RNA前体中非编码区（内含子）的过程，将编码区（外显子）连接成连续的序列。
转录剪接的调控可以产生多个转录变体，从而通过选择性剪接使同一基因在不同细胞或不同发育阶段表达不同的转录产物。
4. 转录后处理调控RNA聚合酶合成的RNA分子需要进一步修饰和加工才能成为功能性的mRNA。
转录后处理调控包括capping（加帽）、剪接、poly(A)尾巴加在RNA末端等过程。
这些修饰能够保护RNA分子不易降解，并参与mRNA的转运和翻译。
三、转录调控的调控因子转录调控的实现需要一系列调控因子的参与，包括转录因子、组蛋白修饰因子、DNA甲基化酶等。
1. 转录因子转录因子是指能够与DNA结合的蛋白质，它们能够识别特定DNA 序列，招募其他调控因子和转录机器，促进或抑制转录的启动。
基因表达转录水平调控-转录激活
过程中，三个α-螺旋正
好与DNA一个大沟结合，
每一个α-螺旋中，都有
两个特异性序列与DNA结
合。
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锌指存在于辅助RNA聚合酶Ⅱ和Ⅲ的转录因子中
因此，当蛋白质含有多个锌指，至少我们可以将它
作为转录因子去研究其作用。
当蛋白质仅含有单个锌指时，锌指可能参与RNA 的结合而不与DNA结合，或它与任何核酸结合活性均 无关。如原型锌指蛋白TFⅡA，它既结合5S rRNA基 因又结合其产物5S rRNA。
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类 固 醇 受 体 的 DNA 结 合域也是一类锌指，但 是 它 只 含 有 Cys 而 没 有 His 残 基 。 在 与 DNA 结 合 过程中，它所发挥的功 能仅仅是识别DNA序列以 及提供DNA结合空间。
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类固醇的应答元件是含有两个半位点的回文结构 或者同向重复结构。
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效率而起作用，因此增加转录频率，是启动子充 分起作用所必须的。
辅激活剂：与转录效率有关的另一组因子自身并 不与DNA结合，而是通过连接激活剂和基本转录复合 体。它们通过蛋白质-蛋白质相互作用起来反应。
其他：此外一些调节因子可使染色质结构改变。
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激活剂结构：激活剂有着独立的DNA结合域和转 录激活域。两者有着功能的独立性，DNA结合域负责 结合DNA，并将转录激活域带到启动子的邻近区域； 转录激活域则负责激活转录，转录激活域和基本转 录复合体相互作用，这种作用与DNA结合域的取向和 具体定位无关。
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变化。 金属硫蛋白（MT）基因提供了单一基因受多种不 同机制调控的例子。
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④ 间隔区：90%的大肠杆菌启动子在Pribnow盒和Sextman盒之间有一个1619bp的间隔区，而间隔区〈15bp或〉20bp的启动子只占少数。尽管此间隔区 的序列并不重要，但其长度非常重要，因为它要保证2个盒位于双螺旋的同 一侧，才能促进它们与RNA聚合酶的各亚基相互作用。1bpPribnow box
7bp Inr
基因表达调控转录
原核生物转录起始
原核细菌的RNA聚合酶（RNA polymerase)：以DNA为模板的RNA聚 合酶。原核细菌种仅由一种聚合酶完成全部RNA的转录；
大肠杆菌RNA聚合酶的结构： RNA聚合酶全酶由5个亚基构成，分别为2， ，总分子量为 480KDa。事实上，RNA聚合酶在转录前和转录过程中均以核心酶 （ 2，）和因子两种分离形式存在于细胞内，并且实验证明RNA 聚合酶识别序列的特异性取决于因子。
不同的启动子。 启动子确定的方法：footprinting
基因表达调控转录
基因表达调控转录
原核生物转录起始
原核生物启动子：主要以典型大肠杆菌启动子进行分析发现，典型细菌的启 动子主要由以下四部分组成：
① 转录起始位点（Inr)：多数细菌的Inr为C（A/G）90T，其中中间一个核苷酸 为转录的起始位点；
基因表达调控具有时空双重性：时序调控是指基因表达的先后次序和相 对强弱；空间调控是指基因表达的区域和环节。
基因表达调控转录
基因表达第一步—转录
转录是指以DNA的一条链（编码链或反义链）为模板， 在RNA聚合酶（以DNA为模板的RNA聚合酶）的作用 下，合成RNA的过程；
为更清楚地研究转录，我们人为的将转录分为三个阶 段：
RNA聚合酶中各亚基的功能： 识别启动子 RNA合成；抑制剂：利福霉素，利迪链霉素 ’负责与DNA结合 增强聚合酶与启动子的专一性结合
基因表达调控转录
原核生物转录起始
Eubacterial RNA polymerases have four types of subunit; a, b, and b have rather constant sizes in different bacterial species, but s varies more widely.
基因表达调控
—基因的转录调控
基因表达调控转录
基因表达调控在在基因工程中的意义
基因工程的本质即是将外源基因与载体进行体外拼接后转入宿主细胞， 使宿主高效稳定地表达蛋白质产物，因此基因表达调控的分子机制是基 因工程原理的指导思想。
结构基因或者蛋白编码基因的表达都是需要转录和翻译2个环节，而每 个环节都存在不同的基因表达调控的位点。基因表达的时空性其实也是 通过对转录和翻译两个环节的调控实现的。其中转录调控是更为关键和 主要的调控位点。
基因表达调控转录
原核生物转录起始
在转录以前，核心酶与DNA之间就有亲和力，这种亲和力来自蛋白碱 性侧链基团和DNA磷酸根骨架之间的静电引力，无序列特异性，为二 者之间的松弛结合。当 亚基与松弛结合在DNA任何位点的核心酶结 合后，核心酶构象发生了改变：全酶与非特异DNA序列的亲和力下降 几万倍，致使全酶从非特异的DNA链上脱落下来，而后 亚基与-35 相互作用，使聚合酶识别特定的启动子序列，形成封闭的启动子复合 物。
② Pribnow盒（-10区）：距离Inr上游6bp处，存在一个6核苷酸的保守序列。 因为其中间的碱基的位置在Inr上游的10bp，因此也称为-10区。保守序列： T80A95T45A60A50T96； Pribnow盒中间碱基的位置在-9至-18范围内变动； Pribnow盒的作用是RNA聚合酶的结合位点，RNA聚合酶结合后，使该AT 丰富区消耗较少的能量就解开螺旋，此时RNA聚合酶与启动子的复合物便由 关闭状态转向开放状态，启动转录。
中更换或增减一个核苷酸就可能导致转录速度发生变化； ② 方向特异性：为一种极性顺式调控元件，即正反两种方向只有一种有功能； ③ 位置特异性：启动子一般只能在受调控基因的上游或基因内部前端。甚至
在基因上游，启动子和转录起点之间的距离也是相对固定的； ④ 种属特异性：原核生物的不同物种、真核生物不同组织、细胞都可能存在
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原核生物转录起始
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原核生物转录起始
人们对启动子区的序列进行大量突变的结果表明：对于大 肠杆菌或者其亲缘关系密切的其它原核细菌而言，最佳的 启动子构成为Pribnow box位于Inr上游-7bp,Sextman位于 Pribnow box上游17bp处
Sextman box
基因表达调控转录
转录起始
RNA聚合酶结合于启动子（Promoter)序列 启动子（Promoter)是一段提供RNA聚合酶定位与结合的靶序列。一般来说， 启动子位于基因上游，一般不超过200bp。一旦RNA聚合酶定位并结合于 启动子，即可启动转录过程，因此启动子是基因表达调控的重要顺式元件。
启动子具有以下几方面的特性： ① 序列特异性：在组成启动子的DNA序列中，一般由20bp是相对保守的，其
I. 转录起始 II. 转录延伸 III. 转录终止
基因表达调控转录
Figure 9.7 Transcription has three stages, which involve different types of interaction between RNA polymerase and DNA. The enzyme binds to the promoter and melts DNA, remains stationary during initiation, moves along the template durign elongation, and dissociates at termination.