真核基因表达调控的一般规律
真核生物基因表达的调控
4、DNA甲基化与基因组印迹 （1）基因组印迹：来源于父母本的一对等位基因
表达不同（如X染色体失活） （2）基因组印迹的机制--DNA高度甲基化
5、DNA甲基化与X染色体的失活 X染色体DNA序列高度甲基化，基因被关闭
（1）与X染色体的失活有关的序列：
AP2
??
结合蛋白 (protein binding)
AP2 AP1
? SP1
? TF IID +
RNApol
BLE basal level element MRE metal response element AP activator protein
应答元件的特点：
1. 具有与启动子、增强子同样的一般特性. 2. 与起始点的位置不固定（多在-200以内;单个功能充分,
非洲爪蟾的卵母细胞 rDNA的拷贝数目： 500份 2×106份，可装配1012个核糖体 当胚胎期开始，增加的rDNA便失去功能并逐渐消失
二、基因丢失
有的生物在个体发育的早期在体细胞中要丢 失部分染色体，而在生殖细胞中保持全部的 基因组。
小麦瘿蚊（染色丢失了32条，只保留8条）
马蛔虫
三、基因重排(gene rearrangement)
的下游起作用。 4、与它结合的转录因子是GCN4和GAL4，识别位
点为 ATGACTCAT。
（四）绝缘子(Insulator)
阻止激活或失活效应的元件
举例：
1、当绝缘子位于增强子和启动子间时，能阻止 增强子激活启动子作用。
2、当绝缘子位于一个活化基因和异染色质之间 时，它保护基因免受由异染色质扩展造成的失 活效应影响。
Constant
真核生物基因表达的调控
mRNA前体的加工、剪接、RNA编辑等。
1. 5’端加帽(cap)和3′端多聚腺苷酸化(polyA)的调控意义： 使mRNA稳定，在转录过程中不被降解；
2. mRNA的选择剪接(alternative splicing)对基因表达的调控：
外显子选择(optional exon)、内含子选择(optional intron)、互斥外显子、内部剪接位点； 3. mRNA 运输的控制。
2. 转录水平的调控
1. 顺式作用元件(cis-acting element) （1）启动子(promoter): TATA盒、CAAT盒和GC盒，3种类型；TATA盒决定转录起始的 位点，CAAT盒和GC盒决定RNA聚合酶转录基因的效率。 （2）增强子(enhancer)：在真核细胞中通过启动子来增强转录的一种远端遗传性控制元件。 （3）沉默子(silencer )：负性调节元件，起阻遏作用。
（4）真核生物是多细胞的，在生物的个体发育过程中其基因表达在时间和空间上具有特异性，
即细胞特异性或组织特异性表达。
• 转录前水平调控（基因结构激活）（DNA structure level regulation）
• 转录水平调控（transcriptional regulation） • 转录后水平的调控（post transcriptional regulation） • 翻译水平调控（translational regulation） • 蛋白质加工水平的调控（regulation of protein maturation）
真核生物基因表达的调控
同原核生物一样，转录依然是真核生物基因表达调控的主要环节。但真核基因转录发生在
细胞核(线粒体基因的转录在线粒体内)，翻译则多在胞浆，两个过程是分开的，因此其调控增
第八章真核生物基因的表达调控
真核生物的基因结构与转录活性 基因家族（ 基因家族（简单多基因家族和复杂多基因 家族） 家族） 真核基因的断裂结构（ 真核基因的断裂结构（组成型剪接和选择 型剪接） 型剪接）
基因簇与基因家族 （Gene cluster、Gene family） 、 ）
基因家族（ 真核生物的基因组中许多来源相同， 基因家族（Gene family）:真核生物的基因组中许多来源相同， ） 真核生物的基因组中许多来源相同 结构相似、 结构相似、功能相关的一组基因 目前可分为 目前可分为三类： 简单多基因家族：5SrRNA基因家族 ① 简单多基因家族：5SrRNA基因家族 复杂多基因家族： ② 复杂多基因家族：各个成员并不都是相同的 往往以串联重复基因簇的形式出现
SP1
TF IIIA
344aa，N端与 ， 端与 端与DNA结合 结合 9个锌指，每个～30aa 个锌指， 个锌指 每个～ 与5s rRNA基因内启动 基因内启动 子（50bp)结合 结合
Cys2/Cys2 zinc finger Cys- X2- Cys-X13 - Cys- X2- Cys Zn++与4个Cys结合 个 结合 DNA结合序列较短，对称 结合序列较短， 结合序列较短 无大量重复性锌指 例如GAL4，酵母的转录因子 例如 ， 哺乳类的固醇类激素受体
1、反式作用因子DNA结合域的模式（motif ） 、反式作用因子 结合域的模式（ 结合域的模式
1）螺旋-转折 螺旋（helix-turn-helix，HTH） ）螺旋 转折 螺旋（ 转折-螺旋 ， ） 2）锌指结构（zinc finger） ）锌指结构（ ） 3）碱性-亮氨酸拉链 （basic-leucine zipper，bZIP） ）碱性 亮氨酸拉链 ， ） 4）碱性-螺旋 环-螺旋（basic-helix/loop/helix，HLH） ）碱性 螺旋 螺旋-环 螺旋 螺旋（ ， ） 5）同源域蛋白（homeo domain，HD） ）同源域蛋白（ ， ）
基因表达与调控(下)真核基因表达调控一般规律
真核生物基因调控，根据其性质可分为两大类：
第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原核细 胞对环境条件变化所做出的反应，包括某种底物或激素水 平升降及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。
第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控 的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部 进程。
根据基因调控在同一事件中发 生的先后次序又可分为：
7. 真核生物大都为多细胞生物，在个体发育过程中逐步 分化形成各种组织和细胞类型。分化是不同基因表达的结 果。不同类型的细胞，功能不同，基因表达的情况也不一 样。某些基因仅特异地在某种细胞中表达，称为细胞特异 性或组织特异性表达，因而具有调控这种特异性表达的机 制。
8. 真核生物对外界环境条件变化的反应和原核生物十分不 同。同一群原核生物细胞处在相同的环境条件中，对环境 条件的变化会作出基本一致的反应；而真核生物常常只有 少部分细胞基因的表达直接受到环境条件变化的影响和调 控，其他大部分间接或不受影响。
组蛋白的作用
• 组蛋白是带正电荷的碱性蛋白质，可与DNA链上 带负电荷的磷酸基相结合，从而封闭了DNA分子， 妨碍基因转录。活跃转录的染色质区段中H1水平 降低。
• 转录活跃的区域也 常缺乏核小体的结 构，并且对核酸酶 敏感度增加。
8 基因表达与调控（下）
——真核基因表达调控一般规律
• 真核生物（除酵母、藻类和原生动物等单细胞类 之外）主要由多细胞组成，每个细胞基因组中蕴 藏的遗传信息量及基因数量都大大高于原核生物。
• 人类细胞单倍体基因组有3×109bp，为大肠杆菌 总DNA的800倍，噬菌体的10万倍左右！
真核基因表达调控的最显著特征是能在特定 时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现 “预定”的、有序的、不可逆转的分化、发育过 程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范 围内保持正常功能。
分子生物学试题及答案2
分子生物学试卷（二）生分子生物学试卷（二）一、选择题，选择一个最佳答案（每小题1.5分，共30分）1.DNA双螺旋结构模型的描述中哪一条不正确：（）A.腺嘌呤的克分子数等于胸腺嘧啶的克分子数B.同种生物体不同组织中的DNA碱基组成极为相似C.DNA双螺旋中碱基对位于外侧D.二股多核苷酸链通过A-T,C-T之间的氢键连接E.维持双螺旋稳定的主要因素是氢键和碱基堆集力。
2.有关DNA的变性哪条正确：（）A.变性是分子中磷酸二酯键的断裂B.变性后紫外吸收增加C.变性后粘度增加D.热变性DNA速冷后可复性E.DNA分子开始变性的温度叫Tm3.DNA聚合酶III的描述中哪条不对：（）A.需要四种三磷酸脱氧核苷酸作底物B.具有5′→3′外切酶活性C.具有3′→5′外切酶活性D.具有5′→3′聚合活性E.聚合反应需要引物4.有关反转录的正确叙述：（）A.反转录反应不需要引物B.反转录后的产物是cDNAC.反转录的板可以是RNA,也可以是DNAD.合成链的方向是3′→5′E.反转录反应的底物是4种NTP。
5.有关蛋白质合成，下列哪条是错误的：（）A.基本原料是20种氨基酸B.直接模板是mRNAC.合成的方向是从羧基端到氨基础D.是一个多因子参加的耗能过程E.是多聚核蛋白体循环6.在乳糖操纵子中，阻遏蛋白结合的是：（）A.操纵基因B.调节基因C.启动基因D.结构基因E.终止基因7.氨基酸活化酶：（）A.能识别一组同功tRNAB.催化磷酸二酯键的形成C.催化氨基酸结合到tRNAD.催化氨基酸的氨基与tRNA结合E.催化氨基酸的羧基与GTP反应8.稀有核苷酸含量最高的核酸是：（）A.tRNAB.mRNAC.rRNAD.DNAE.hnRNA9.真核与原核细胞蛋白质合成的相同点是：（）第 1 页共5 页A.翻译与转录偶联进行B.模板都是多顺反子C.转录后的产物都需要进行加工修饰D.甲酰蛋氨酸是第一个氨基酸E.都需要GTP10.与pCAGCT互补的DNA序列是：（）A.pAGCTGB.pGTCGAC.pGUCGAD.pAGCUGE.pTCGAC11.色氨酸操纵子的调控需要：（）A.增强子B.转录子C.衰减子D.顺反子E.调节子12.下列哪种氨基酸的密码子可作为起始密码：（）A.甲硫氨酸B.S-腺苷蛋氨酸C.苯丙氨酸D.丙氨酸E.以上都不是，而是TAG13.真核细胞中mRNA的加工修饰不包括：（）A.在mRNA3′末端另polyA尾B.mRNA的前体是核内hnRNAC.在mRNA5′端形成7甲基尿苷酸帽子结构D.除去非结构信息部分E.不同RNA片断之间的拼接14.真核生物基因组中没有：（）A.内含子B.外显子C.转录因子D.插入序列E.高度重复序列15.DNA的半保留复制需要（）A.核心酶和单链DNA结合蛋白B.模板DNA和四种NTPC.引物和RNA聚合酶D.DNA引物和连接酶E.冈崎片段和终止因子16.PCR实验的特异性主要取决于（）A.DNA聚合酶的种类B.反应体系中模板DNA的量C.引物序列的结构和长度D.四种dNTP的浓度E.循环周期的次数17.RNA电泳转移后与探针杂交叫作：（）A.SouthernblotB.NorthernblotC.WesternblotD.斑点杂交E.原位杂交18.对限制性核酸内切酶的作用，下列哪个不正确：（）A.识别序列长度一般为4-6bpB.识别序列具有回文结构C.切割原核生物D分子D.只能识别和切割双链DNA分子E.只能识别和切割原核生物DNA分子19.在基因工程实验中，DNA重组体是指：（）A.不同来源的的两段DNA单链的复性B.目的基因与载体的连接物C.不同来原的DNA分子的连接物D.原核DNA与真核DNA的连接物E.两个不同的结构基因形成的连接物20.对基因工程载体的描述，下列哪个不正确：（）A.都可以转入宿主细胞B.都有限制性核酸内切酶的识别位点C.都可以连接进目的基因D.都是环状双链DNA分子E.都有筛选标志二、简答题（每题5分，共40分）1.衰减子2.DNA拓扑异构酶3.基因表达4.前导肽5.启动子6. DNA分子克隆技术7.G蛋白8.受体型酪氨酸激酶三、论述题（每题10分，共30分）1.操纵子中的诱导剂和辅阻遏对基因表达的调控有何不同？2.细胞内第二信使包括哪些物质?它们是怎样产生的,有何作用?3.PCR和细胞内DNA复制两者有哪些主要的相同点和不同点?参考答案一、选择题，选择一个最佳答案（每小题1.5分，共30分）1.D；2.B；3.A；4.A；5.A；6.C；7.C ；8.C ；9.B；10.E二、填空题（每题1分）1．质粒DNA具有三种不同的构型分别是：（SC构型）、（oc构型）、（L构型）。
真核生物基因表达的调控
真核生物基因表达的调控一、生物基因表达的调控的共性首先，我们来看看在生物基因表达调控这一过程中体现的共性和一些基本模式。
1、作用范围。
生物体内的基因分为管家基因和奢侈基因。
管家基因始终表达，奢侈基因只在需要的时候表达，但二者的表达都受到调控。
可见，调控是普遍存在的现象。
2、调控方式。
基因表达有两种调控方式，即正调控与负调控，原核生物和真核生物都离不开这两种模式。
3、调控水平。
一种基因表达的调控可以在多种层面上展开，包括DNA水平、转录水平、转录后加工水平、翻译后加工水平等。
然为节省能量起见，转录的起始阶段往往作为最佳调控位点。
二、真核生物基因表达调控的特点真核生物与原核细胞在结构上就有着诸多不同，这决定了二者在运行方面的迥异途径。
真核生物比原核生物复杂，转录与翻译不同时也不同地，基因组与染色体结构复杂，因而有着更为复杂的调控机制。
1、多层次。
真核生物的基因表达可发生在染色质水平、转录起始水平、转录后水平、翻译水平以及翻译后水平。
2、无操纵子和衰减子。
3、大多数原核生物以负调控为主，而真核生物启动子以正调控为主。
4、个体发育复杂，而受环境影响较小。
真核生物多为多细胞生物，在生长发育过程中，不仅要随细胞内外环境的变化调节基因表达，还要随发育的不同阶段表达不同基因。
前者为短期调控，后者属长期调控。
从整体上看，不可逆的长期调控影响更深远。
三、真核生物基因表达调控的机制介于真核生物表达以多层次性为最主要特点，我们可以分别从它的几个水平着眼，剖析它的调控机制。
1、染色质水平。
真核生物基因组DNA以致密的染色质形式存在，发生在染色质水平的调控也称作转录前水平的调控，产生永久性DNA序列和染色质结构的变化，往往伴随细胞分化。
染色质水平的调控包括染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰，等等。
a.基因丢失：丢失一段DNA或整条染色体的现象。
在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。
某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。
讲第八章真核基因的表达调控(讲稿)
（3）轴上有一些染色粒，代 表染色质紧密螺旋化的部位。 同时两条染色单体向两边伸出 许多侧环，侧环是RNA活跃转 录的区域。
29
2、基因扩增
定义：是某基因的拷贝数专一性大量增加的现 象，可短时间内产生大量基因产物满足生长需 要。基因活性调控的一种方式。
同的剪接方式形成不同mRNA。
23
PS
DNA
初始转录本： 在唾腺中转录
外显子 S
PL 外显子 L
外显子 2 外显子 3
50b 2800bp
161bp 4500bp 205bp 327bp
初始转录本： 在肝中转录
成熟 mRNA： 成熟 mRNA：
1663nt 1773nt
图 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同启动子产生两个不同的 mRNA
24
三、真核生物DNA水平上的基因表达调控
1、染色质结构对转录的影响 2、基因扩增 3、基因重排与变换—免疫球蛋白 4、DNA甲基化与基因活性的调控
25
1、染色质结构对转录的影响
在细胞分裂间期的细胞核中，染色质的形 态不均匀。根据其形态及染色特点可分为 常染色质和异染色质两种类型。
常染色质：折叠疏松、凝缩程度低，处于 伸展状态，碱性染料染色时着色浅。
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PS
DNA
初始转录本： 在唾腺中转录
外显子 S
PL 外显子 L
外显子 2 外显子 3
50b 2800bp
161bp 4500bp 205bp 327bp
初始转录本： 在肝中转录
成熟 mRNA： 成熟 mRNA：
1663nt 1773nt
分子生物学考试大纲
第一部分课程性质与目标一、课程性质和特点《分子生物学》课程是我省高等教育自学考试生物工程专业（独立本科段）的一门重要的专业必修课程，通过本课程的学习要求学生熟知核酸（尤其是DNA）的基本生物化学特性，生物信息的储存、传递与表达过程，特别是基因的一般结构与生物功能，基因表达的调控原理。
掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原理，了解现代分子生物学基本研究方法，了解基因治疗与人类基因组计划、克隆技术的新成果和新进展。
激发学生对生命本质探索的热情，培养具备生命科学的基本知识和较系统的生物技术及其产业化的科学原理和工艺技术过程的基本理论和基本技能，能在生物产业领域的公司、工厂等企业单位从事生物工程及其高新技术产品生产、开发研究和企业经营管理工作的高级应用人才。
本课程在内容上共分十章，第一章介绍了分子生物学研究的主要内容及发展简况。
第二章是染色质、染色体、基因和基因组，重点介绍了遗传物质的分子结构、性质和功能，重点介绍了核酸的结构、功能、变性、复性和杂交等基本概念，也介绍了病毒核酸的相关知识和反义技术特点。
染色质和染色体的形态、组成和功能，基因的概念、功能和基本特征，基因组的概念、结构特点及有关基因组研究中基本理论和内容。
DNA的复制、突变、损伤和修复，主要介绍了DNA复制的过程、基因突变损伤和修复功能转座子结构特征和转座机制、以及遗传重组的机制。
第三、四章主要从动态角度探讨了遗传物质的运动的基本规律。
第三章是转录，重点介绍了转录的基本原理、转录过程及转录后加工过程和机制。
第四章是蛋白质的翻译，内容包括遗传密码、蛋白质合成、蛋白质的运转及蛋白质合成后的折叠和修饰加工，最后从应用的角度介绍了功能蛋白质研究的最新进展。
第五章介绍了分子生物学目前常用的基本研究方法。
第六、七章是基因表达的调控，分别从原核生物和真核生物两方面介绍了基因表达在转录和翻译水平上调控的机制。
第八章主要介绍了一些人类疾病的分子机制，以及基因治疗的概念。
真核生物基因表达调控的特点及主要调控环节
真核生物基因表达调控的特点及主要调控环节真核生物基因表达调控是一个复杂而精密的系统，涉及到多种调控机制和调控环节。
通过这些调控机制和环节，真核生物能够在不同的细胞类型和不同的发育阶段中表达特定的基因，从而实现细胞功能的多样化和分化。
下面我们将详细介绍真核生物基因表达调控的特点以及主要调控环节。
首先，真核生物基因表达调控具有高度的精细性和特异性。
在真核生物细胞中，每个细胞都包含着相同的基因组，但不同细胞类型和组织会表达不同的基因。
这种差异性主要是通过转录调控来实现的，即通过对特定基因的转录进行调控，使得只有需要的基因在特定的时间和空间表达。
这种精细性和特异性的调控是真核生物细胞功能多样化和分化的重要基础。
其次，真核生物基因表达调控涉及多种调控机制和调控因子。
在真核生物细胞中，基因表达的调控是一个复杂的过程，需要多种调控机制和调控因子的参与。
其中，转录因子是最为重要的调控因子之一，它们可以结合到基因的启动子区域，促进或抑制该基因的转录。
此外，还有一些非编码RNA、表观遗传学修饰等调控机制也在基因表达调控中扮演着重要角色。
这些调控机制和调控因子相互作用，共同调控着基因的表达。
另外，真核生物基因表达调控还存在着复杂的信号传导网络。
在细胞内部，存在着多种信号通路和信号分子，它们可以感知外界环境的变化，并将这些信息传递给细胞核，从而影响基因的表达。
这些信号传导网络可以通过激活或抑制转录因子的活性，改变基因的表达水平。
通过这种方式，细胞可以根据外界环境的变化做出相应的调整，保持内部稳态。
综上所述，真核生物基因表达调控具有高度的精细性和特异性，涉及多种调控机制和调控因子，以及复杂的信号传导网络。
这些特点和调控环节共同构成了真核生物基因表达调控系统的核心。
通过深入研究这些调控机制和调控环节，可以更好地理解细胞功能的多样化和分化过程，为疾病的治疗和生命科学研究提供重要的理论基础。
真核基因表达调控的一般规律
(5) mRNA5 ′端非编码区长度对翻译的影响
铁结合调节蛋白
3′
3′
翻译起始因子(eIF2)的调控
2. mRNA稳定性调节
3′端非编码区结构影响其稳定性：重复 AUUUA序列，引起mRNA 不稳定;
蛋白因子的结合可改变mRNA的半衰期.
3.小分子RNA对翻译水平的影响(反义RNA)
真核生物基因多层次表达调控
一. DNA水平的调控* 二. 转录水平的调控----最重要 三. 转录后水平的调控* 四. 翻译水平的调控 五. 翻译后水平的调控*
一. DNA水平的调控
(1) 染色质的丢失 (2) 基因扩增 (3) 基因重排 (4) DNA甲基化 (表达降低, X染色体失活中心) (5) 染色体结构 (常染色质 和 异染色质)
3. 转录后的基因沉默（RNA干涉）
Posttranscriptional gene silencing (PTGS) = RNA interference(RNAi)
1. mRNA的选择性剪接
(1)内含子和外选子的选择
1. mRNA的选择性剪接
(2) 转录终止信号的选择
RNAi （RNA干扰）
去甲基化，转录 失活 甲基化，失活
•常染色质:结构松散， 基因表达
•异染色质:结构紧密， 基因不表达
•有基因表达活性的染 色质DNA对 DNaseⅠ 更敏感，即DnaseⅠ的 敏感性可作为该基因 的转录活性的标志。
二. 转录水平的调控---最重要
转录起始--反式作用因子活性调节 顺式作用元件 和 反式作用因子的相互作用; 以正调控为主
1.线虫、昆虫、哺乳动物、植物和真菌
3.生物学功能：细胞内免疫，阻止外源病毒 和核酸的入侵，阻断逆转作子的作用。
分子生物学-真核生物基因表达调控
3 基因重排与交换
将一个基因从远离启动子的地方移到距它很
Hale Waihona Puke 近的位点从而启动转录，这种方式称为基因 重排。
通过基因重排调节基因活性的典型例子是免
疫球蛋白和T-细胞受体基因的表达。
V、C和J基因片段在胚胎细胞中相隔较远。编码产生免疫球蛋白的细胞发 育分化时，通过染色体内DNA重组把4个相隔较远的基因片段连接在一起， 从而产生了具有表达活性的免疫球蛋白基因。
发育早期：只有一个着丝点行使功能，
从头合成型甲基转移酶：催化未甲基化的CpG成 为mCpG
基因丢失
在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基
因而去除这些基因的活性。某些原生动物、 线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许 多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体， 只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直 保留着整套的染色体。
一．
基因丢失： 在细胞分化过程中，某些原生动物、线虫 、昆虫等体细胞通过丢失某些基因而除去 这些基因的活性。 马蛔虫：只有一对染色体，染色体上有许 多着丝点。
假基因
是基因组中因突变而失活的基因，无蛋白质产
物。
一般是启动子出现问题。
8.2 DNA水平的基因表达调控
1染色质水平的调节：“开放”型活性染色质
（activechromatin）结构对转录的影响
2基因扩增
3基因重排与交换
4
DNA甲基化与基因活性的调控
1 染色质状态对基因表达的调控
能相关的基因，这些基因成套组合称为基因家族。 如：编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的基因都 属于基因家族 同一家族中的成员有时紧密地排列在一起，成为 一个基因簇(gene cluster) 。
1、简单多基因家族
真核基因表达调控讲义
真核基因转录调控（讲课内容，缺图）张俊武一．基因表达概述基因表达就是储存遗传信息的基因通过转录及翻译等步骤产生具有一定生物功能的蛋白质的整个过程。
典型的细菌基因组包括约4,000个蛋白质基因，人基因组包括约10万个蛋白质基因，但在某一时刻仅有一部分基因表达。
例如大肠杆菌中通常有5％的基因处于高水平转录活性状态。
一些基因产物需要以很大的数量存在于细胞中来行使其功能，例如蛋白质生物合成的延伸因子在细胞内含量极其丰富。
有些基因产物在细胞内的含量则很少，如修复DNA损伤的有关酶在一个细胞中可能仅含几个分子。
对于同一基因产物的需要也可能随时间而改变，例如细菌中一些代谢途径所需的酶可随食物源泉的变化或消耗而增减。
在多细胞真核生物发育过程中，一些影响细胞分化的蛋白质仅在一部分细胞中存在短暂时间。
一些具有特殊功能细胞的特异化可能极大地影响了对某种基因产物的需要，最典型的例子就是在红细胞中的血红蛋白具有极高的浓度。
总之在细胞代谢调节、细胞分化以及个体发育过程中，基因表达调节都是一个非常重要的组成部分。
正象细胞对不同蛋白质的需要变化一样，各个基因表达调控的机制也是变化的。
一些基因产物总被需要，并且它们的基因在一种生物或有机体的全部细胞中基本上以恒定的水平表达，这些基因被称作管家基因(housekeeping genes)。
例如，许多催化中心代谢途径(如柠檬酸循环)各步骤的酶的基因、肌动蛋白(actin)基因都是管家基因。
恒定的、似乎不被调节的基因表达被称作基本的基因表达(constitutive gene expression)。
实际上，基本的基因表达也是在一定的机制控制下进行的。
一些基因产物的数量在应答分子信号时增加或减少。
在特定条件下表达产物增加的基因称为可诱导(inducible)基因。
可诱导基因在特定条件下增强表达的过程叫诱导(induction)。
例如，许多编码DNA修复酶的基因，在应答高水平的DNA损伤时被诱导。
分子遗传学4章真核生物基因的表达调控
基因剪接调控
预mRNA剪接
预mRNA剪接是基因表达的重 要调控过程，通过剪接酶体复 合物对转录产物进行剪接去除 内含子。
可变剪接
可变剪接是在剪接过程中选择 性地包含或排除外显子，产生 不同的mRNA剪接异构体，从 而调控基因表达。
RNA编辑调控
RNA编辑是通过改变RNA分子 中的碱基序列，例如腺嘌呤去 氨酶（ADAR）对腺嘌呤进行 去氨基反应。
分子遗传学4章真核生物基因 的表达调控
本章将探讨真核生物基因的表达调控机制，从转录调控到表观遗传调控，深 入了解生物基因活性的细节。
分子遗传学简介
分子遗传学研究基因如何传递、表达和调控。它涉及DNA、RNA和蛋白质的 相互作用，以及遗传信息的复制和遗传变异。
真核生物基因的表达调控概述
真核生物的基因表达调控机制非常复杂而多样化，包括转录调控、基因剪接调控、RNA后转录调控、表 观遗传调控和激素调控。
RNA后转录调控
非编码RNA
非编码RNA在转录后起重要作用，如长链非 编码RNA（lncRNA）和小核RNA （snRNA）。
RNA降解和稳定性
RNA的降解和稳定性受多种因素调控，确保 RNA分子在合适的时机和地点进行降解和稳 定。
RNA剪切调控
RNA剪切调控是RNA后转录调控的一种重要 机制，通过调整可剪切RNA的相对剪切位点 来调控基因表达。
RNA编辑调整
通过RNA编辑，已转录的RNA分子的核苷酸 序列可以发生改变，扩大RNA的多样性。
表观遗传调控
表观遗传调控通过改变染色质结构和DNA甲基化状态，调节基因的可及性和 表达。
激素调控
激素在基因表达调控中起着至关重要的作用，通过与核受体结合来调节基因 表达。
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由于内含子两末端的序列不同，可定向标明内
含子的两个末端，根据剪接加工过程沿内含子
自左向右进行的原则，一般将内含子5’端接头
序列称为左剪接位点，又称为供体位点 又称为受体位点（acceptor site）
（donor site）； 3’端接头序列称为右剪接位点，
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滑动。
真核细胞中基因转录的模板是染色质而
不是裸露的DNA，因此染色质呈疏松或紧 密结构，即是否处于活化状态是决定RNA 聚合酶能否有效行使转录功能的关键。
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活性染色质上具有DNaseI超敏感位点。每 个活跃表达的基因都有一个或几个超敏感位点，
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列，这些序列被转录成RNA，但随即被剪除而不翻
译。
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1、外显子与内含子的连接区
指外显子和内含子的交界或称边界序列，它有 两个重要特征：
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① 内含子的两端序列之间没有广泛的同源性
② 连接区序列很短，高度保守，是RNA剪接的信 号序列 5’GT——AG 3’ GT-AG法则
2800bp
161bp
4500bp
205bp 327bp
初始转录本： 在唾液腺中转录 成熟 mRNA： 1663nt 初始转录本： 在肝中转录 成熟 mRNA： 1773nt 图 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同启动子产生两个不同的 mRNA
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三、真核生物DNA水平上的基因表达调控
录，每个基因的转录与翻译速度都受到调节。
3、发育调控的复杂多基因家族
血红蛋白是所有动物体内输送分子氧的主要载体，
由2α2β组成的四聚体加上一个血红素辅基（结合铁
原子）后形成功能性血红蛋白。在生物个体发育的
不同阶段出现几种不同形式的α和β亚基。
δ ψ δψ αψ αα2 α1 θ
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1、“开放”型活性染色质结构对转录的影响： 染色质按功能状态的不同可分为： 非活性染色质：没有转录活性的染色质。 活性染色质：具有转录活性的染色质； 活性染色质由于核小体发生构象的改变，往往
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具有疏松的染色质结构从而便于转录调控因子与
顺式调控元件结合和RNA聚合酶在转录模板上
译及DNA的空间结构方面存在的主要差异，
表现在哪些方面？
武汉大学2003年分子生物学硕士入学试题
真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及DNA的空间结构方面的差异
真核细胞
大部分不转录；重复序列；内含 子 DNA与组蛋白和大量非组蛋白结 合，只有小部分DNA裸露 单顺反子，一条成熟的mRNA链 只能翻译出一条多肽链 DNA片断重排，增加某些基因的 拷贝 转录的调节区域很大，远离核心 启动子，改变5’上游DNA构型 转录在核中，翻译在细胞质
胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。
马蛔虫（Parascaris equoorum） （2n =2）
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马蛔虫受精卵的早期分裂
8
40
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图 小麦瘿蚊（Mayetiole destructor）的染色体丢弃
3、基因扩增：（amplification）
基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增大的
现象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物 以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种
方式。
如非洲爪蟾体细胞中rDNA的基因扩增是因发育
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Contents
真核生物的基因结构与转录活性； 真核基因的转录水平调控； 反式作用因子的调控作用； 真核基因转录调控的主要模式； 其他水平的基因调控；
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第一节 真核生物的基因结构与转录活性
内容提要
基因家族；
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真核生物（除酵母、藻类和原生动物等单细胞类
之外）主要由多细胞组成，每个真核细胞所携带
的基因数量及总基因组中蕴藏的遗传信息量都大
大高于原核生物。
真核生物染色质被包裹在细胞核内，基因的转
录（核内）和翻译（细胞质内）被核膜所隔开，
核内RNA的合成与转运，细胞质中RNA的剪接
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图
人细胞中α和β-珠蛋白基因簇结构示意图
在每个基因家族中，基因排列的顺序就是它们在发育 阶段的表达顺序。 假基因：基因组中因突变而失活的基因，无蛋白质产 物。一般是启动子出现问题。
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真核基因的断裂结构； 真核生物DNA水平上的基因表达调控； DNA甲基化与基因活性的调控。
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真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及DNA 的空间结构方面存在以下几个方面的差异 试说明真核细胞与原核细胞在基因转录，翻
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在个体发育过程中，用来合成RNA的DNA模板 也会发生规律性变化，从而控制基因表达和生
物体的发育。
DNA水平的调控包括了基因丢失、扩增、重排
和移位等方式，可以消除或变换某些基因并改
变它们的活性。与转录及翻译水平的调控不同，
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DNA水平的调控使基因组发生了改变。
大部分位于基因5´端启动子区域。
存在于“灯刷型”染色体（lamp brush）上的环形结构 可能与基因的活性转录有关。 “灯刷型”染色体只有在两栖类动物卵细胞发生减数分 裂时才能被观察到，它是染色体充分伸展时的一种形态。 高倍电镜下观察发现，灯刷型染色体上存在许多突起的
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的2-OH甲基化），原始
图 脊椎动物中rRNA基因家族 主要成员的分布与成熟过程分析 转录产物也被特异性 RNA酶切割降解，产生 成熟rRNA分子。
2、复杂多基因家族
一般由几个相关基因家族构成，基因家族之 间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。 现已发现存在不同形式的复杂多基因家族。
2、外显子与内含子的可变调控
真核基因的原始转录产物可通过不同的剪接产生不 同的mRNA，翻译成不同的蛋白质。
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组成型剪接：有些真核基因，如肌红蛋白重链基因
虽有41个外显子，却能精确地剪接成一个成熟的
mRNA。一个基因的转录产物通过组成型剪接只能
产生一种成熟的mRNA，编码一个多肽。
ε 图
Gγ Aγ
ψβ
δ β
人 类 血 红 蛋 白 的 α 和β 基 因 簇
人α珠蛋白基因簇位于16号染色体短臂上，约占 30kb左右，其中δ为胚胎期基因。 β珠蛋白基因簇位于11号染色体短臂上，约占 50-60kb，其中ε为胚胎期基因，Gγ和Aγ为胎儿型 基因，δ和β为成人期基因。
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件变化所做出的反应，包括某种底物或激素水平升降 时，或细胞周期不同阶段中酶活性的调节； 发育调控又称不可逆调控：是真核基因调控的精髓部 分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。
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（是受到内在程序化的控制和外界环境的变化关系不
大）
根据基因调控在同一事件中发生的先后次序 又可分为： DNA水平调控——转录水平调控——转录后 水平调控——翻译水平调控——蛋白质加工 水平的调控
第七章 基因的表达与调控（下）
—真核基因表达调控的一般规律
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真核生物和原核生物由于基本生活方式不同，决
定了基因表达调控上的巨大差别。
原核生物：要在一个特定的环境中为细胞创造高 速生长的条件，或使细胞在受到损伤时，尽快得 到修复。原核生物基因表达的开关经常是通过控 制转录的起始来调节的。
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果蝇 海胆
Organization of histone genes in the animal genome
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海胆的组蛋白基因家族 串联单位中的每一个基 因分别被转录成单顺反子RNA，这些RNA都没有内 含子，而且各基因在同一条DNA链上按同一方向转
一、基因家族（gene family）
基因家族：真核生物的基因组中有很多来源相同、南 结构相似、功能相关的基因。 如：编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的基因 都属于基因家族 。
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基因簇（gene cluster）：同一家族中的成 员有时紧密地排列在一起。 更多的时候，它们却分散在同一染色体的 不同部位，甚至位于不同的染色体上，具有 各自不同的表达调控模式。
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1、简单多基因家族 基因一般以串联方式 前后相连。在大肠杆
菌中，16S，23S和5S
rRNA基因联合成一个 转录单位，各种rRNA
分子都是从这个转录
单位上剪切下来的。
图 细菌中rRNA基因家族各成员的分布与成熟过程分析
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在真核生物中，前 rRNA转录产物的分子量 为45S，包括18S，28S和 5.8S三个主要rRNA分子。 南 前rRNA分子中至少有100 处被甲基化（主要是核糖
和加工等都属于真核生物基因调控的范围。 对大多数真核细胞来说，基因表达调控的最明 显的特征是能在特定时间和特定的细胞中激活 特定的基因，从而实现预定的、有序的、不可