基因表达转录水平调控转录激活
真核生物的基因表达调控
转录因子得结构
绝大多数转录因子至少具有以下三种不同得结构域得 一种: (1)DNA结合结构域,直接与顺式作用元件结合得转录因子 都具有此结构域。转录因子通常使用此结构域之中得 特殊α-螺旋与顺式作用元件内得大沟接触,通过螺旋上 得特殊氨基酸残基得侧链基团与大沟中得特殊碱基对 之间得次级健(主要就是氢键)相互识别而产生特异性。 许多转录因子在此结构域上富含碱性氨基酸,这可能有 利于她和DNA骨架上带负电荷得磷酸根发生作用; (2)效应器结构域,这就是转录因子调节转录效率(激活或阻 遏)、产生效应得结构域; (3)多聚化结构域,此结构域得存在使得转录因子之间能够 组装成二聚体或多聚体(同源或异源)。下面将集中介绍 前两种结构域,特别就是DNA结合结构域。
在转录水平上得基因表达调控
真核生物得蛋白质基因得转录除了启动子、RNA聚合酶II和基础 转录因子以外,还需要其她顺式作用元件和反式作用因子得参与。 参与基因表达调控得主要顺式作用元件有:增强子、沉默子、绝缘 子和各种反应元件;参与基因表达调控得反式作用因子也称为转录 因子,她们包括激活蛋白、辅激活蛋白、阻遏蛋白和辅阻遏蛋白。 激活蛋白与增强子结合激活基因得表达,而阻遏蛋白与沉默子结合, 抑制基因得表达,某些转录因子既可以作为激活蛋白也可以作为阻 遏蛋白其作用,究竟就是起何种作用取决于被调节得基因。辅激活 蛋白缺乏DNA结合位点,但她们能够通过蛋白质与蛋白质得相互作 用而行使功能,作用方式包括:招募其她转录因子和携带修饰酶(如 激酶或乙酰基转移酶)到转录复合物而刺激激活蛋白得活性;辅阻 遏蛋白也缺乏DNA结合位点,但同样通过蛋白质与蛋白质得相互作 用而起作用,作用机理包括:掩盖激活蛋白得激活位点、作为负别构 效应物和携带去修饰酶去中和修饰酶(如磷酸酶或组蛋白去乙酰基 酶)得活性。
分子生物学第七章原核生物基因表达调控
原核生物基因表达调控的特点
01
原核生物基因表达调控通常由特 定的转录因子、RNA聚合酶以及 其他调控蛋白介导，通过与DNA 的结合或解离来调节基因转录。
02
原核生物基因表达调控具有快速 响应环境变化的特点，能够在短 时间内调整基因表达模式，以适 应外界刺激和压力。
翻译后加工的调控
翻译后加工的调控
在翻译后加工阶段，新合成的蛋白质经过一系列修饰和加工，最终成为具有生物学活性的蛋白质。原 核生物通过控制翻译后加工酶的合成和活性来调控翻译后加工过程。此外，原核生物还可以通过控制 蛋白质的稳定性来影响其功能和表达水平。
总结
翻译后加工是基因表达调控的重要环节，原核生物通过控制翻译后加工酶的合成和活性，以及蛋白质 的稳定性来精细调控基因表达。
翻译延伸的调控
翻译延伸的调控
在翻译延伸阶段，核糖体沿着mRNA移动，将氨基酸组装成蛋白质。原核生物通过控制翻译延伸因子的合成和活 性，以及核糖体的合成和组装来调控翻译延伸。此外，原核生物还可以通过控制mRNA的结构和稳定性来影响翻 译延伸。
总结
翻译延伸是基因表达调控的重要环节，原核生物通过控制翻译延伸因子的合成和活性，以及核糖体的合成和组装， 以及mRNA的结构和稳定性来精细调控基因表达。
翻译起始的调控
原核生物通过控制翻译起始来调控基因表达。在翻译起始阶段， mRNA与核糖体结合，招募翻译所需的起始因子和其他成分。原 核生物通过控制起始因子的合成和活性，以及mRNA与核糖体的 结合来调控翻译起始。
总结
翻译起始是基因表达调控的重要环节，原核生物通过控制翻译起 始因子的合成和活性，以及mRNA与核糖体的结合来精细调控基 因表达。
人大附中生物竞赛辅导-生物化学15转录与基因表达调控ppt
如：A I
rRNA的转录后加工
18S 内含子 5.8S 内含子 28S
转录
剪接
rDNA 45S - rRNA
18S - rRNA
5.8S和28S-rRNA
第二节 基因转录调节
基因表达调控水平：
转录水平的调控transcriptional level: 转录激活、转录起始;
转录后水平的调控post-transcriptional level： 转录后加工、运输、mRNA降解;
2. 茎的区域富含G-C,茎环不易解开。
3. 强终止子的3’端约有6个A 由于茎环3’段紧接一串A/U的配对，稳定性比 较差，有利于转录物脱落而不利于转录延续。
5-CCCACAGCCGCCAGTTCCGCTGGCGGCATTTTAACTTCTTTCT-3
3-GGGTGTCGGCGGTCAAGGCGACCGCCGTAAAATTGAAGAAAGA-5(模
真核生物转录生成的RNA分子是初级RNA转录物 (primary RNA transcript)，都要经过加工，才能成 为具有功能的成熟的RNA。
加工地点：主要在细胞核中进行。
（1）加帽capping
➢ 大多数真核mRNA的5’-末端有7-甲基鸟嘌呤 的帽结构。
➢ 这个真核mRNA加工过程的起始步骤由两种 酶 ， 加帽 酶 (capping enzyme)和 甲 基 转移 酶 (methyltransferase)催化完成。
结构基因
5
编码链
3
模板链
转录方向
转录方向
模板链
3
编码链
5
➢在DNA分子双链上某一区段，一股链用作 模板指引转录，另一股链不转录 ；
➢模板链并非永远在同一条单链上。
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。
分子生物学-基因表达调控
a) 经典的src激酶家族 b) JAK激酶家族
➢ 蛋白磷酸酶(Protein phosphatase， PPase) • 丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酶
（主要成员： PPl， PP2A， PP2B， PP2C等。）
• 酪氨酸蛋白磷酸酶(PTP)及双重特异性蛋白磷酸 酶（DSP）
蛋白的翻译后加工
20
蛋白质的磷酸化与脱磷酸化在细胞内的信 号传导过程中具有重要意义
• 活性受到信号分子的间接调节（共价修饰), 因此应答的特异性高；
• 存在放大效应； • 反应迅速； • 几乎涉及所有的生理过程
06
➢ DNA甲基化转移酶:
➢ DNA甲基化的功能：
一. 转录激活因子的结构 二. 转录激活因子的作用机制
转录水平/转录起始水平
一. 转录激活因子的结构
08
转录起始
顺式作用元件
反式作用因子
启动子
(Promoter)
基础/通用转录因子
（basal /general transcription factors）
例：小鼠免疫球蛋白 μ重链基因的选择性拼接
分泌型
膜结合型
反式拼接（Trans-Splicing）
顺式拼接： 涉及的外显子在同一个基因中; 反式拼接： 涉及的外显子不在同一个基因中，甚至不在同一个染色体中。
二. RNA的编辑
14
RNA编辑(RNA editing): 指的是转录后的RNA上发生的碱基插入，缺失，替换等现象。
பைடு நூலகம்
翻译后水平
蛋白的翻译后加工
蛋白的翻译后加工
18
翻译过程中， 一旦多肽链从核糖体中伸出， 就开始多肽链折叠和翻译后修饰。
《转录水平的调控》课件
转录因子在转录过程中的作用机制
激活机制
转录因子通过与DNA上的特异序 列结合，促进RNA聚合酶的招募 ，从而激活基因转录。
抑制机制
转录因子通过与DNA上的特异序 列结合，阻止RNA聚合酶的招募 ，从而抑制基因转录。
共激活剂和共抑制
因子
一些转录因子可以招募共激活剂 或共抑制因子，进一步增强或减 弱其调控作用。
转录因子在疾病中的调控作用
肿瘤发生和发展
一些转录因子在肿瘤发生和发展过程中发挥重要作用，如MYC、FOXM1等。这些转录因子的异常表达可以导致肿瘤 细胞的增殖、侵袭和转移。
免疫系统调控
一些转录因子在免疫系统的发育和功能中发挥重要作用，如NF-κB、IRF等。这些转录因子的异常表达可以导致免疫 系统紊乱，增加疾病易感性。
在转录过程中，RNA聚合酶识别DNA上的启动子 02 序列，并开始合成RNA链。
转录过程中，DNA双链结构中的一条链作为模板 03 ，合成RNA链。
转录的步骤
起始
RNA聚合酶结合到DNA上的启动子序列， 并开始合成RNA链。
延长
RNA聚合酶沿着DNA模板链不断向前移动，同时合 成RNA链。
终止
RNA聚合酶到达DNA上的终止子序列，停 止合成RNA链，并从DNA上释放出来。
表观遗传学主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码 RNA等机制。
表观遗传学调控在细胞分化、胚胎发育、肿瘤发生等多种生物学过程中发 挥重要作用。
DNA甲基化在转录水平调控中的作用
DNA甲基化是指在 DNA序列中，CpG位 点的胞嘧啶被甲基所
修饰的一种形式。
DNA甲基化可以影响 转录因子与DNA的结 合，从而调控基因的
02
分子生物学原理：第十二章 基因表达调控1
基本方式。
二、乳糖操纵子调节机制
结构基因：lacZ（β－半乳糖苷酶） lacY（通透酶） lacA （乙酰基转移酶）
操纵序列：O1、 O2、O3 启动子：P
CAP结合位点
调节基因：I
Lac操纵子结构及其负性调节
Lac操纵子的调节
1、阻遏蛋白的负调节
阻遏基因
DNA
I
真核基因组结构庞大
真核基因组含有大量重复序列
多拷贝序列
高度重复序列（106 次） 中度重复序列（103 ~ 104次）
单拷贝序列
真核生物以染色质的形式储存遗传信息
真核生物转录与翻译分割进行
真核基因转录产物为单顺反子
真核基因具有不连续性
真核生物线粒体DNA也储存遗传信息
二、染色质的活化
反式作用因子（trans-acting factor） ——由某一基因表达产生的蛋白质因子，与被
调节的DNA调节序列相互作用而发挥作用，这些蛋 白质分子称为反式作用因子。
反式作用因子直接作用： •直接结合DNA序列
反式作用因子间接作用： •通过蛋白质－蛋白质相 互作用发挥功能
基因表达调控的生理意义
基因表达的时间特异性和空间特异性
基因表达的持续性
管家基因
基因表达的可诱导性
诱导与阻遏
二、基因表达调控
1
多层次
DNA 基因激活 、拷贝数重排 、DNA 甲基化 RNA 转录起始、转录后加工、mRNA降解
蛋白质 蛋白质翻译、翻译后加工修饰、蛋白质降解
2
在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为
II. 增强子(enhancer)
增强子是一种能够提高转录效率的顺式调控元件。
精子发生过程中基因表达转录水平的调控
HEREDITAS (Beijing) 2011年ISSN 0253-9772 精子发生过程中基因表达转录水平的调控∗张秀军1, 2，刘美玲1，贾孟春11. 国家人口计生委科学技术研究所，北京 100081；2. 河北联合大学生命科学学院，唐山 063000摘要：哺乳动物精子发生于睾丸的生精小管，是一个高度复杂的细胞分裂和分化过程，涉及到错综复杂的基因表达调控过程，包括转录和转录后水平的调控，其中任何一个环节出错都可能导致雄性不育。
因此，揭示精子发生过程中的分子调控机理，对发现新的男性避孕方法及治疗不育症有重要意义。
文章重点综述了近年有关雄激素及其受体、雌激素及其受体、转录因子和染色质相关因子在精子发生转录水平调控的研究进展。
关键词：精子发生；转录调控；转录因子；染色质相关因子Regulation of gene expression during spermatogenesis at transcription levelZHANG Xiu-Jun1,2, LIU Mei-Ling1, JIA Meng-Chun11. National Research Institute for Family Planning, Beijing 100081, China;2. School of Life Sciences, Hebei United University，Tangshan 063000, ChinaAbstract: Mammalian spermatogenesis is a highly complex cell division and differentiation process occurring in the seminiferous tubules of the testis. This processes are regulated at both transcriptional and post-transcriptional levels, any mistake in this process can lead to infertility. Unveiling the molecular mechanisms of spermatogenesis has important implications for exploring novel contraceptive approach and treatment of infertility. This review addresses recent progress towards understanding the regulation of androgen, estrogen and their receptors, transcription factors and chromatin-associated factors for spermatogenesis at transcriptional level.Keywords: spermatogenesis；transcriptional regulation；transcription factor；chromatin-associated factor收稿日期:2011-01-20；修回日期:2011-03-14基金项目:国家自然科学基金项目(编号：81072093)和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(国家人口计生委科学技术研究所)项目(编号：2009GJSSJKB03) 资助作者简介:张秀军，博士后，专业方向：细胞生物学。
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。
THANK YOU
03
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。
单细胞测序技术
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。
发展单细胞测序技术，实现单细 胞水平的基因表达检测，揭示细 胞间的基因表达差异和动态变化 。
利用人工智能和机器 学习优化数据分析
结合人工智能和机器学习技术， 对海量的基因表达数据进行深度 分析和挖掘，提高数据分析的效 率和准确性。
探索基因转录调控在疾病治疗中的应用潜力
mrna lncrna基因表达调控原理
mrna lncrna基因表达调控原理mRNA和lncRNA是基因表达调控的重要角色。
下面是它们各自的基因表达调控原理：1. mRNA的基因表达调控原理：mRNA是蛋白质编码基因的转录产物。
mRNA的表达调控主要包括转录调控和转录后调控两个层次。
- 转录调控：转录调控主要通过调控转录因子的结合来控制基因转录活性。
转录因子是能够结合到DNA上启动子区域的蛋白质，它们能够激活或抑制基因的转录。
转录因子的结合能力受到多种因素的影响，如细胞内信号传导和环境因素等。
- 转录后调控：转录后调控指的是mRNA在转录过程后的调控过程，包括可变剪接、核糖体选择性和mRNA降解等。
可变剪接使得一个基因可以产生多个不同的转录本，从而扩展了基因的功能。
核糖体选择性是指选择性地翻译某些mRNA分子，使之产生蛋白质。
mRNA降解是指通过降低mRNA的稳定性来调控基因表达水平。
2. lncRNA的基因表达调控原理：lncRNA是长链非编码RNA，它们不被翻译成蛋白质，而是通过与DNA、RNA或蛋白质相互作用来调控基因表达。
- 转录调控：lncRNA可以作为转录因子来调控某些基因的转录活性。
它们可以与DNA相互作用并改变某些基因的表达水平。
- 转录后调控：lncRNA还可以通过与mRNA相互作用来调控转录后过程，包括可变剪接调控、mRNA稳定性调控和翻译调控等。
例如，某些lncRNA可以与mRNA形成RNA-RNA 复合物，从而影响可变剪接的进行。
此外，lncRNA还可以通过与蛋白质相互作用来调控基因表达，例如某些lncRNA可以与转录因子或翻译因子相互作用，从而影响基因的转录和翻译过程。
总之，mRNA和lncRNA通过转录调控和转录后调控等多种机制来调控基因表达。
它们的作用可以是促进基因表达，也可以是抑制基因表达。
基因表达的调控
基因表达的调控基因表达的调控是生物体中基因活动的一个重要过程，通过调控基因的表达水平，维持细胞的功能和稳态。
基因表达调控涉及多个层次，包括转录水平、转译水平和后转录水平等。
下面将对这些层次的基因表达调控进行详细介绍。
一、转录水平调控转录水平调控指的是通过调节基因的转录过程来控制基因表达的水平。
主要的调控方式包括转录激活和转录抑制。
转录激活因子可以与DNA结合，促进转录因子的结合，从而增强转录过程，而转录抑制因子则能够与DNA或转录因子结合，阻碍转录的进行。
此外，染色质的结构也会对基因的转录起到重要的调控作用，如DNA甲基化、组蛋白修饰等都可以改变染色质的状态，进而影响基因的表达。
二、转译水平调控转译水平调控是指调控基因的转录产物（mRNA）的转译过程。
在细胞中，mRNA需要被翻译成蛋白质才能发挥作用。
转译的调控主要包括转录后修饰和mRNA降解两个方面。
在转录后修饰中，mRNA会经历剪接、剪接调控、RNA编辑等多个步骤，来改变它的结构和功能。
而mRNA降解则通过一系列核酸酶的作用，将mRNA降解成短的片段，从而控制基因的表达。
三、后转录水平调控后转录水平调控是指基因表达的调控发生在转录和转译之后的过程。
在这个阶段，蛋白质会经历一系列的修饰和定位过程，以实现其特定的功能。
这些修饰包括糖基化、磷酸化、乙酰化等，它们可以改变蛋白质的稳定性、定位和相互作用等性质。
此外，许多蛋白质需要通过蛋白酶的作用进行裂解，形成活性的多肽或蛋白质片段。
总结起来，基因表达的调控是一个复杂而精细的过程，涉及多个层次的调控机制。
通过转录水平的调控，可以控制基因的转录过程和染色质的结构状态；通过转译水平的调控，可以调节mRNA的转译和降解过程；而后转录水平的调控，则调节了蛋白质的修饰和定位等过程。
这些调控机制相互作用，共同维持了细胞内基因表达的平衡，保证了生物体的正常功能。
基因表达的调控不仅对细胞发育和生理功能具有重要的影响，还与疾病的发生和进展密切相关。
转录和转录水平的调控要点
SECTION 5转录和转录水平的调控重点：转录的反应体系，原核生物RNA聚合酶和真核生物中的RNA聚合酶的特点，RNA的转录过程大体可分为起始、延长、终止三个阶段。
真核RNA的转录后加工，包括各种RNA前体的加工过程。
基因表达调控的基本概念、特点、基本原理.乳糖操纵子的结构、负性调控、正性调控、协调调节、转录衰减、SOS反应。
难点:转录模板的不对称性极其命名，原核生物及真核生物的转录起始，真核生物的转录终止，mRNA前体的剪接机制（套索的形成及剪接），第Ⅰ、Ⅱ类和第Ⅳ类内含子的剪接过程,四膜虫rRNA前体的加工,核酶的作用机理。
真核基因及基因表达调控的特点、顺式作用元件和反式作用因子的概念、种类和特点. 以及它们在转录激活中的作用。
一．模板和酶：要点1．模板RNA的转录合成需要DNA做模板，DNA双链中只有一股链起模板作用，指导RNA合成的一股DNA链称为模板链（template strand），与之相对的另一股链为编码链（coding strand），不对称转录有两方面含义：一是DNA链上只有部分的区段作为转录模板(有意义链或模板链),二是模板链并非自始至终位于同一股DNA单链上.2．RNA聚合酶转录需要RNA聚合酶。
原核生物的RNA聚合酶由多个亚基组成:α2ββ’称为核心酶,转录延长只需核心酶即可。
α2ββ'σ称为全酶，转录起始前需要σ亚基辨认起始点,所以全酶是转录起始必需的。
真核生物RNA聚合酶有RNA-pol Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种,分别转录45s-rRNA; mRNA(其前体是hnRNA);以及5s-rRNA、snRNA 和tRNA。
3.模板与酶的辨认结合转录模板上有被RNA聚合酶辨认和结合的位点。
在转录起始之前被RNA聚合酶结合的DNA部位称为启动子.典型的原核生物启动子序列是-35区的TTGACA序列和-10区的Pribnow盒即TATAAT序列。
真核生物的转录上游调控序列统称为顺式作用元件,主要有TATA盒、、CG盒、上游活化序列（酵母细胞）、增强子等等。
转录因子是控制蛋白质表达的重要因素之一它们通过结合DNA上的特定序列来调节基因的表达水平
转录因子是控制蛋白质表达的重要因素之一它们通过结合DNA上的特定序列来调节基因的表达水平转录因子是控制蛋白质表达的重要因素之一：调控基因表达水平的机制详解转录因子是一类具有调节功能的蛋白质，它们可以识别并结合到DNA上特定的序列，从而发挥调控基因表达的功能。
与此同时，转录因子还可以与其他转录因子、辅激酶和组蛋白修饰酶等一系列因子相互作用，最终影响基因的表达水平。
本文将详细介绍转录因子调控基因表达的机制，并探讨转录因子在人类生物学及医学领域的应用。
I. 转录因子调控基因表达的机制转录因子在基因表达调控中扮演着重要的角色，其调控机制由以下几个方面组成。
1. 识别靶序列转录因子的基本结构包括DNA结合结构域和转录活性结构域。
其中，DNA结合结构域是其与DNA结合的功能区域，其结构相对较为保守且与其特异性识别靶序列的能力密切相关。
转录因子可以通过与DNA序列中的响应元件结合来直接调控基因的转录水平。
2. 转录因子与共激活因子的相互作用转录因子与共激活因子的相互作用也是调控基因表达的重要途径。
共激活因子包括：组蛋白乙酰转移酶、蛋白激酶、蛋白磷酸酯酶等。
这些共激活因子通常与转录因子与其DNA结合结构域相邻的区域结合，从而协同作用，增强基因对引子的响应。
3. 转录因子的活性受到抑制或激活转录因子的活性可以通过一系列的细胞信号调节途径进行调控。
如：通过激活蛋白激酶通路影响转录因子的活性；利用协转录激活实现转录因子的转移等；这些途径能够调节细胞内信号通路的多样性和特异性，进而影响基因的表达水平。
II. 转录因子在人类生物学及医学领域的应用转录因子作为基因表达的重要调控因素，已经在人类生物学领域和医学领域得到了众多应用。
1. 基因诊断转录因子的特异性结构和锚定位置保证其可以用于多种检测技术的基因诊断。
这些技术包括PCR、流式细胞术和原位杂交等，转录因子相关技术已经应用于疾病基因检测、染色体异常鉴定、癌症与遗传病的诊断等多个领域。
大学生化课件-15.转录与基因表达调控
2.空间特异性spatial specificity
多细胞生物的个体在某一生长发育阶段，同一 基因在不同组织器官表达不同；
在个体生长、发育全过程，一种基因产物在个 体的不同组织或器官表达，即在个体不同的空间出 现。
基因表达伴随时间或阶段顺序所表达出的这种 空间分布差异，由细胞在器官的分布决定，
又称细胞特异性（cell specificity） 或组织特异性（tissue specificity）。
种类
Ⅰ
Ⅱ 最活跃的酶
Ⅲ
转录产物 存在部位
45S-rRNA 核仁
hnRNA 核质
5S-rRNA tRNA、snRNA
核仁外
对鹅膏蕈碱
的反应
耐受
极敏感
中度敏感
线粒体中与原核类似。 原核生物转录过程RNApol完成；真核生物需要一些蛋白
质的参与。
三.转录过程（起始、延长、终止）
（1）起始 a. (E.coli)RNApol全酶结合到DNA启动子
转录在胞核；翻译在胞浆。
5. 转录后修饰、加工 转录后剪接、修饰较原核复杂
第二节 基因转录的调节
转录水平的基因表达调控是调控环节中最重要的。 一、原核生物转录水平调节－－ 操纵子学说 操纵子operon：原核基因组中由几个功能相关的结构基
因及其调控区组成一个基因表达的协同单位。 结构：
结构基因：编码几个功能相关的酶 调控区：启动子：RNA聚合酶结合部位
2.基因组数量 不同生物的基因组含有不同数量的基因。 细菌的基因组约4千个基因；多细胞生物基因达数万个， 人类基因组含3万～4万个基因。
在某一特定时期，基因组中只有一部分基因处于表达状态 大肠杆菌通常约5%的基因处于高水平转录活性状态，
植物转录因子与基因表达的调控机制
植物转录因子与基因表达的调控机制植物的生长和发展是受多种因素的调控，其中转录因子在基因表达调控中起着至关重要的作用。
转录因子是一类能够结合到DNA上的蛋白质，通过与基因启动子区域结合来调控基因的转录水平。
在植物中，转录因子参与着多种生物过程的调控，包括植物的生长发育、逆境应答和次生代谢的调控等。
本文将介绍植物转录因子的功能机制以及在基因表达调控中的重要性。
一、转录因子的功能机制转录因子在基因表达调控中的作用是通过结合到基因启动子区域来激活或抑制基因转录，从而调控基因的表达水平。
在植物中，基因启动子区域的结构比较简单，主要由三个区域组成：核心启动子、启动子前区域和增强子。
转录因子通过结合到启动子区域来激活或抑制基因的转录。
在植物中，转录因子可以结合到多个基因上，并且同一个转录因子也可以结合到不同的终末基因上。
转录因子主要通过以下两种机制调控基因的转录水平：1. 激活机制激活机制是指转录因子结合到基因启动子区域后，促进RNA聚合酶的结合和基因的转录，从而激活基因的转录水平。
植物中常见的激活转录因子有ABA响应元件结合转录因子（ABFs）、乙烯响应因子（ERFs）、类黄酮苷酰基转移酶结构域结合转录因子（MYBs）等。
例如，当植物受到逆境刺激时，ABA可以激活ABF转录因子的表达。
ABF可以结合到基因的ABA响应元件（ABREs）上，在RNA聚合酶的协同作用下，激活基因的转录，从而增加植物对逆境的耐受性。
2. 抑制机制抑制机制是指转录因子结合到基因启动子区域后，阻碍RNA聚合酶的结合和基因的转录，从而抑制基因的转录水平。
植物中常见的抑制转录因子有转录因子IIIA（TFIIIA）、反式花青素结合转录因子（JAZ）等。
例如，反式花青素结合转录因子JAZ可以结合到基因上，阻碍其他转录因子与基因启动子区域的结合，从而抑制基因的转录。
研究发现，JAZ可以与许多激活转录因子相互作用，并在植物生长和发育阶段的调控中发挥重要作用。
转录水平的调控
苷）。
转录因子如何影响转录水平
1 2 3
激活转录
一些转录因子可以激活特定基因的转录，通过与 启动子或增强子区域结合，促进RNA聚合酶的招 募和转录起始。
抑制转录
另一些转录因子可以抑制特定基因的转录，通过 与启动子或增强子区域结合，阻止RNA聚合酶的 招募和转录起始。
转录因子之间的相互作用
一些转录因子可以与其他转录因子相互作用，共 同调控基因的转录。这种相互作用可以增强或抑 制转录因子的活性。
转录水平调控在疾病发生发展中的作用
许多疾病的发生和发展与转录水平调控的异常有关。例如 ，某些癌症的发生与癌基因或抑癌基因的转录调控异常有 关。这些基因的表达水平异常会导致细胞生长失控，从而 引发癌症。
此外，一些感染性疾病也与转录水平调控有关。例如，某 些病毒会利用宿主的转录调控机制来表达其自身的基因， 从而在宿主细胞内复制和传播。了解这些疾病的转录调控 机制有助于开发新的治疗策略。
转录水平的调控
目录
CONTENTS
• 转录水平调控的基本概念 • 转录因子与转录水平调控 • 表观遗传学与转录水平调控 • 非编码RNA与转录水平调控 • 转录水平调控在生物学和医学中
的应用
01
转录水平调控的基
本概念
转录的定义
01
转录是指以DNA为模板合成RNA 的过程，是基因表达的关键步骤 之一。
转录水平调控的机制
转录因子
转录因子是一类能够与DNA结合并调控基因转录的蛋白质，通过与启动子或增强子等 DNA区域结合，影响RNA聚合酶的活性，从而调控基因转录。
染色质重塑
染色质重塑是指通过改变染色质的结构和组分，影响基因转录的过程。染色质重塑可以通 过多种方式实现，包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化、磷酸化和甲基化等。
分子生物学基础第七章真核基因表达的调控第三节真核基因表达转录水平的调控
第七章 真核基因表达的调控
第三节 真核基因表达转录水平的调控
一、真核基因转录与染色质结构变化的关系 DNA绝大部分都在细胞核内与组蛋白等结合成染色质， 染色质的结构影响转录，至少有以下现象： 1．染色质结构影响基因转录 在真核细胞中以核小体为基本单位的染色质是真核基 因组DNA的主要存在方式。DNA盘绕组蛋白核心形成核小体， 妨碍了与转录因子及RNA聚合酶的靠近和结合，使基因的 活性受到抑制。 2．组蛋白的作用 组蛋白H1及核心组蛋白共同参与核小体的组装与凝聚。 在特殊氨基酸残基上的乙酰化、甲基化或磷酸化等修饰， 可改变蛋白质分子表面的电荷，影响核小体的结构，从而 调节基因的活性。
第三节 真核基因表达转录水平的调控
图7-6 碱性螺旋-环-螺旋结构图
第三节 真核基因表达转录水平的调控
螺旋-转角-螺旋结构域是最早发现于原核生物中的一个关键因子， 该结构域长约20个aa，主要是两个α-螺旋区和将其隔开的β转角。 其中的一个被称为识别螺旋区，因为它常常带有数个直接与DNA序列 相识别的氨基酸。其结构如图7-3所示。
图7-3 螺旋-转角-螺旋结构及其与 DNA的结合
第三节 真核基因表达转录水平的调控
2．增强子 增强子是指能使基因转录频率明显增加的DNA序列。增强子的作 用有以下特点。 ①增强效应十分明显。一般能使基因转录频率增加10~200倍，有 的可以增加上千倍， ②增强效应与其位置和取向无关。 ③大多为重复序列。 ④增强效应有严密的组织和细胞特异性。说明只有特定的蛋白质 （转录因子）参与才能发挥其功能。 ⑤没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应。 ⑥许多增强子还受外部信号的调控，如金属硫蛋白的基因启动区 上游所带的增强子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。 ⑦增强子要有启动子才能控
基因转录调控因子的功能与应用
基因转录调控因子的功能与应用基因是生物体内所有特征和功能的基本单位，它们的表达水平决定了生命现象的发生和发展。
基因的转录调控是调控基因表达的关键步骤之一。
转录调控因子是一类能够与DNA序列特异结合，调节基因转录的蛋白质。
转录调控因子的分类转录调控因子可以被分为两类：转录激活因子和转录抑制因子。
转录激活因子能够促进基因开关的打开，从而促进基因的表达。
转录抑制因子则相反，它们能够干扰或阻止基因表达。
另一方面，转录调控因子还可以被分为转录激活因子和转录抑制因子。
转录激活因子是一类可与DNA序列的特定区域结合，并在该区域上招募多种转录机器的蛋白，从而加强RNA聚合酶初始化的多种过程。
转录抑制因子主要是通过与其他转录因子或转录机器相互作用来抑制RNA聚合酶的活性从而降低基因表达。
功能与应用基因转录调控因子不仅在基础科学领域中有着重要的功能，更在人类健康科学和医药开发等研究领域得到了广泛应用。
1. 基于转录调控因子的基础科学研究基础科学研究旨在加深对生命现象本质、生命体系特点、生物进化和生物多样性等问题的理解。
基因转录调控因子在这个过程中起到了重要作用。
研究表明，许多生物调节基因表达的转录因子与疾病有关。
通过对基因转录调控因子的研究，可以发现其在调控生物发育、生长、分化、细胞凋亡等重要生理和病理生理过程中的作用，推进各种疾病的研究。
2. 基于转录调控因子的药物开发转录因子在数百种人类疾病的发生和发展过程中发挥着重要的作用。
因此，基于基因转录调控因子，可以研发出一系列具有针对性且高效的药物。
例如，针对内瘤素类基因可能对许多不同类型的肿瘤都有调控作用，因此针对内瘤素类基因的抑制因子被研究为一种新的抗癌治疗手段。
另外，在心血管疾病领域，激活转录因子PPAR-gamma可以增加细胞摄取葡萄糖和丙酮酸，有望用于治疗糖尿病和高脂血症等疾病。
结语基因转录调控因子在人类健康科学、药物开发和基础科学研究领域中都发挥着非常重要的作用。
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其他：此外一些调节因子可使染色质结构改变。
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。
在真核生物中基因表达常在转录起始时受到调 控。对于大多数基因来说这是主要调控点，它包 挎启动子中染色质的结构改变，同时，基本转录 复合体也结合到启动子上。组织特异性基因表达 调控也是在转录过程中进行的，那么生物体通过 什么样的调控方式进行呢？转录因子的参与或许 可能很好的解释这些调控机制。
一、转录因子
同源域蛋白可以是转录激活剂或阻抑物，这些 因子本质是依赖于其他结构域的，其本身仅负责 结合DNA.
4、螺旋-环-螺旋
基因表达转录水平调控转录激活
在高等真核生物中，各种细胞的表型的差异很
大程度上取决于那些有RNA聚合酶Ⅱ转录的可编码 蛋白质的基因表达上的不同。原则上，这些基因 的表达可以在任何一段上被调控。我们至少可以 将它们分为5个调控位点，这一系列的过程如下所 示：
基因结构的激活
转录起始转录加工来自向细胞转运mRNA的翻
3、同源域
同源域是一个DNA结合域，它由60个氨基酸组 成，形成3个α-螺旋。其中，C端的α-螺旋有17 个氨基酸，负责结合DNA大沟，N端臂插入DNA小沟 中。该结构存在许多甚至所有真核生物蛋白质中， 其名称最早来源于在果蝇中所发现的同源异型基 因座。在生物体内，同源域存在于与发育调节有 关的许多基因中。
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。
金属硫蛋白保护细胞免受过多的金属损伤，它 能与重金属结合，并将其排出体外。此基因仅表 达基础水平，可被金属离子（如镉例子）或糖皮 质激素（GR）诱导出很高的水平。
正如前面所说，激活剂具有DNA结合域和转录 激活域，不同的转录因子其DNA结合域也是有所差 别的，因此可以根据DNA结合域将激活剂进行分型。 这些分型包括：锌指基序、类固醇受体、螺旋-转 角-螺旋、螺旋-环-螺旋以及亮氨酸拉链结构。
转录因子：一群能与基因5`端上游特定序列专 一性结合，从而保证目的基因以特定的强度在特 定的时间与空间表达的质蛋白分子。主要包挎三 类：
基本转录因子：和RNA聚合酶一起结合于起始 点和TATA盒
激活剂：是特异性识别短共有序列元件的转录 因子，他们通过增加基本转录复合体结合于启动
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。
2、类固醇受体
类固醇激素是在一系列神经内分泌的刺激下合成 的，它主要影响生长、组织发育和动物世界的躯体 稳态。类固醇激素发挥作用的中介就是类固醇受体。 类固醇受体蛋白质的中心部分是DNA结合域，它在各 种固醇受体都有较强的相关性。
受体的N端显示了 最低的保守性，他们 包含转录激活的其他 区域。C端结构域结合 激素，它们在类固醇 受 体 家 族 中 有 30%57% 的 相 关 性 ， 反 应 了各种激素的特异性。
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。
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。
在转录激活过程中，类固醇受体通过与配体的 结合而被激活，激活的类固醇受体的第一个锌指 识别应答元件的半位点序列，而第二个锌指则负 责二聚化，决定亚基之间的距离。最后各个亚基 在第二锌指处形成二聚体，通过形成二聚体的方 式而结合DNA。对DNA的结合调节也是通过不同亚 基之间形成亲和力不同的二聚体进行调节。
在研究蛋 白质相互作 用时候，可 以利用激活 剂的两个结 构域独立性 的特点进行 研究。
二、结合域与DNA结合
激活剂要发挥激活作用，首先是它能够识别 DNA上的特异序列，如识别启动子（或增强子）元 件。能够引起基因对这种因子产生反应的元件称 为“应答元件”。常见的应答元件有热激应答元 件（HSE）糖皮质激素应答元件（GRE）血清应答 元件（SRE)等。
同 源 域 负 责 DNA 的 结 合，在蛋白质之间交换 同源域的实验表明，DNA 识别特异性取决于同源 盒。同源域的C端与原核 生物阻抑物的螺旋-转角 -螺旋结构有相关性。其 结合DNA方式如右图。
另一组包含同源域的蛋白质是一系列Hox蛋白， 它们以相当低的序列特异性结合DNA。Hox蛋白与 DNA结合时是作为异源二聚体以其偶合体结合DNA .
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。
在激活剂与DNA结合过程中，转录因子的应答 元件可能位于启动子或者增强子中，而且，每个 应答元件能被特异的激活剂所识别。
由单一因子调控多条基因的例子是热激反应， 这种反应是很多原核与真核生物所共有的，它包 括基因表达的多种调控：温度升高会关闭某些基 因的转录，而开启热激基因的转录，从而导致 mRNA翻译的
1.锌指基序
锌指包含约由23个氨基酸残基组成的环，它伸 出锌结合位点，而锌结合位点由2个半胱氨酸和2 个组氨酸组成。锌指蛋白通常含有多个锌指，典 型“锌指蛋白”含有一连串锌指。
锌指蛋白中，每一个 锌指形成两个螺旋，N端 形成β折叠，C端形成 α- 螺 旋 。 在 与 DNA 结 合 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。