生物化学：第三章 基因表达调控(二讲义)
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
《生物化学》教案(完整)
《生物化学》教案(一)第一章：生物化学导论1.1 生物化学的概念与发展历程1.2 生物化学的研究内容与方法1.3 生物化学在生命科学中的重要性1.4 生物化学实验安全与实验室规范《生物化学》教案(二)第二章：蛋白质化学2.1 蛋白质的基本结构与功能2.2 蛋白质的组成单位——氨基酸2.3 蛋白质的合成与降解2.4 蛋白质的结构与性质分析方法《生物化学》教案(三)第三章：核酸化学3.1 核酸的基本组成与功能3.2 核酸的分类与结构特点3.3 核酸的生物合成过程3.4 核酸酶与核酸分析方法《生物化学》教案(四)第四章：酶学4.1 酶的基本概念与特性4.2 酶的分类与命名4.3 酶的作用机制与动力学4.4 酶的调节与应用《生物化学》教案(五)第五章：碳水化合物与脂质化学5.1 碳水化合物的分类与功能5.2 脂质的分类与功能5.3 糖脂与糖蛋白的结构与功能5.4 碳水化合物与脂质的代谢途径《生物化学》教案(六)第六章：代谢途径与能量转化6.1 概述生物氧化与代谢途径6.2 糖酵解途径6.3 三羧酸循环（TCA循环）6.4 氧化磷酸化与电子传递链《生物化学》教案(七)第七章：生物大分子的结构与功能7.1 蛋白质的结构层次与功能多样性7.2 核酸的结构与功能7.3 碳水化合物的结构与功能7.4 脂质的结构与功能《生物化学》教案(八)第八章：生物膜与信号传导8.1 生物膜的组成与结构8.2 膜蛋白的结构与功能8.3 信号传导途径与细胞内通信8.4 生物膜与信号传导在生理与疾病中的作用《生物化学》教案(九)第九章：遗传信息的传递与调控9.1 DNA复制与损伤修复9.2 转录与翻译过程9.3 遗传密码与氨基酸序列9.4 基因表达调控与细胞分化《生物化学》教案(十)第十章：生物化学实验技术10.1 光谱分析技术与色谱法10.2 电泳技术与质谱法10.3 生物化学实验基本操作与技巧10.4 实验数据处理与分析方法重点解析重点解析：1. 生物化学的概念与发展历程、研究内容与方法、在生命科学中的重要性。
生物化学中的基因表达调控
生物化学中的基因表达调控生物体内的基因表达调控是一项关键的生物化学过程，它决定了基因的表达水平和基因产物的功能。
这个调控系统以多种复杂的方式调节基因的表达，以适应细胞内和细胞外环境的变化。
本文将介绍基因表达调控的机制和其在生物化学中的重要性。
一、基因表达调控的概述基因表达调控是指细胞如何决定在何时、何地和何种程度上表达特定基因的过程。
这种调控是细胞内复杂网络的结果，涉及到DNA序列、蛋白质因子和其他细胞组分的相互作用。
二、转录调控在基因表达的第一步中，DNA序列被转录成RNA，这一过程称为转录。
转录调控是一种主要的基因表达调控机制，通过控制转录的起始和终止来调节基因的表达水平。
这种调控包括DNA序列中的启动子区域和转录因子的相互作用。
三、转录后调控转录后调控是指在转录结束后，通过调节RNA的处理、稳定性和翻译效率来调控基因表达。
这种调控包括RNA修饰、剪接和降解等过程。
转录后调控对于基因调控的精确性和适应性具有重要作用。
四、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甲基化状态来调控基因表达。
这种调控是长期稳定的，可以由环境因素和遗传变异所影响。
表观遗传调控在细胞分化、发育和疾病发生中起着重要的作用。
五、信号传导调控细胞内外的信号分子可以通过信号传导通路直接或间接地调节基因的表达。
这种调控机制可以迅速地响应环境变化，调节基因表达以满足细胞的需要。
信号传导调控在细胞生命活动中起着非常关键的作用。
六、miRNA调控miRNA是一类小分子RNA，通过与靶基因的mRNA结合来抑制其翻译或降解，从而调节基因表达。
miRNA调控是一种重要的基因表达调控机制，参与细胞增殖、分化和生理病理过程。
七、基因表达调控的重要性基因表达调控在生物化学中具有重要的意义。
它使细胞能够对环境变化做出适应性反应，并在细胞生命周期的不同阶段保持基因表达的稳定性和精确性。
基因表达调控的异常可能导致疾病的发生和发展。
总结：基因表达调控在生物化学中是一个复杂而重要的过程。
植物的基因表达调控与生长发育关系解析
植物的基因表达调控与生长发育关系解析植物是通过基因表达调控来完成各种生理过程和生长发育的。
基因表达调控是指植物细胞中的基因在特定条件下的激活或抑制，从而控制植物体内各种蛋白质的合成，进而影响植物的生长发育。
基因表达调控是植物体内一系列复杂的生物化学反应和信号传递的结果，对于揭示植物的生长发育机制以及提高农作物的产量和抗逆性具有重要意义。
一、基因表达调控的层次基因表达调控可以发生在多个层次，包括转录水平的调控、转录后调控、翻译调控和转录后修饰调控等。
在植物中，基因表达调控主要通过转录因子和非编码RNA等调控因子来实现。
转录因子是一类能够结合到DNA上特定序列的蛋白质，它们通过直接或间接地与RNA聚合酶相互作用来调控基因的转录水平。
非编码RNA则参与到转录后调控、翻译调控和转录后修饰调控等过程中，影响基因表达的稳定性和功能。
二、基因表达调控与植物的生长发育基因表达调控在植物的生长发育过程中起到重要的作用。
通过对转录因子和非编码RNA等调控因子的研究，科学家们发现了许多与植物生长发育密切相关的基因。
这些基因参与到植物的根系生长、叶片发育、开花时间、光合作用等重要过程中，并通过调控细胞分裂、细胞分化和植物激素的合成等方式实现生长发育的调控。
例如，拟南芥叶绿体遗传材料的研究发现，一类名为TOC（Plastid Translocon Outer Envelope Complex）的蛋白质参与到叶绿体的蛋白质转运过程中，调控了叶绿体发育和植物的光合作用。
在拟南芥的根系生长中，一个名为SHR（Short-Root）的转录因子通过调控根系细胞的命运决定了根系的形态和分布。
此外，植物中多种激素如生长素、赤霉素和脱落酸等也是基因表达调控的结果，通过对基因的表达水平进行调控，影响植物的生长和发育。
三、基因表达调控与环境适应性植物需要适应各种环境条件下的生长发育，在这一过程中，基因表达调控起着至关重要的作用。
植物对光照、温度、水分和盐碱等环境条件的感知和应答均与基因表达调控密切相关。
基因表达的机理与调控
基因表达的机理与调控基因表达是生物体内信息传输的重要环节，它决定了生物个体的发育、生长、分化和适应环境的能力。
在生命的漫长历程中，基因调控网络扮演着至关重要的角色，其中涉及到转录、翻译、蛋白合成等复杂的生物化学过程。
本文将从机理和调控的角度来探讨基因表达的相关问题。
一、基因表达的机理基因表达即指基因在生物体内产生可观察表现的过程，它包括两个主要步骤——转录和翻译。
转录是指在细胞核内，根据DNA模板，将mRNA合成的过程。
DNA双链解旋成为单链，由RNA聚合酶从5'端向3'端进行合成。
在这一过程中，RNA聚合酶会依照模板DNA的序列将RNA合成成为与DNA互补的RNA链，这个RNA链就是mRNA。
mRNA是信息传递的介质，它携带DNA所编码的蛋白质序列信息，带到细胞质内被翻译成蛋白质。
翻译是指mRNA通过三联体密码子指导，将氨基酸序列转化为蛋白质的过程。
其中，mRNA通过核糖体与tRNA结合形成复合体，tRNA上携带特定的氨基酸，依次接受mRNA上暴露的三联体密码子的作用，并将对应的氨基酸转运给蛋白质链上。
这样，序列从RNA到蛋白质的转化完成，最终完成蛋白质的合成。
但是，作为生命的重要转换过程，基因表达不可能如此简单，它涉及到多种调控机制的复杂调整，以达到最优的生物效果。
二、基因表达的调控基因表达的调控主要包括转录前、转录中和转录后三个阶段，其中最为重要的调控机制是转录调控。
1. 转录前调控在细胞核内，DNA的可利用部分只占全部DNA的一小部分，而转录前调控就是在DNA可利用部分中，对于基因进行选择性、有序的开放。
转录因子复合物和DNA上染色质的非编码区域能够通过染色质重塑、DNA甲基化等信号通路穿插，改变染色质结构，使得DNA在特定的位置上更容易开放，从而促进转录复合物的定位和结合。
2. 转录中调控基因转录过程中，各种酶类分子的“威胁”和“悄无声息”的调整性协作使得基因表达真正得到调控。
生物化学》ppt课件14
(一)病毒癌基因(virus oncogene,v-onc)
1. 病毒癌基因是存在于病毒基因组中的癌基因，它 不编码病毒的结构成分，对病毒复制也没有作用， 但可以使细胞持续增殖。
2.病毒基因组结构
长末端 重复序列
正常的病毒基因
癌基因
LTR gag
pol
env src LTR
调节和 产生病毒 产生逆转录 产生病毒 产生酪氨酸 启动转录 核心蛋白 酶和整合酶 外膜蛋白 激酶
白 因 子 ， 决 定 三 种 RNA(mRNA 、 tRNA 及 rRNA)转录的类别。
2.特异转录因子(special transcription factors) 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。
转录激活因子
分为
转录抑制因子
(三)反式作用因子的结构
TF
DNA结合域 酸性激活域
(三) 癌基因的分类与功能
根据表达产物在细胞中的定位和功能分为：
1.蛋白激酶类 2.信息传递蛋白类 3.生长因子类 4.核内转录因子类
跨膜生长因子受体 膜结合的酪氨酸蛋白激酶 可溶性酪氨酸蛋白激酶 胞浆丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 非蛋白激酶受体
二、抑癌基因
(一)什么是抑癌基因？
抑癌基因又称肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene)或抗癌基因(anti-oncogene)，是指存在于正常细 胞内的一大类可抑制细胞生长并具有潜在抑癌作用的 基因。
第一节 基因表达调控的 概念和原理
(Concept and principle： Regulation of Gene Expression)
一、基因表达调控的概念
(一)基因表达(gene expression) 是指基因经过
生物化学第三章核酸
第三节 RNA的结构与功能
Structure and Function of RNA
• DNA和RNA的区别
不同点 戊糖 碱基 二级结构 碱基互补配对 种类 RNA 核糖 G C A U 单链 忠实性较低 多 （mRNA，rRNA， tRNA 等） DNA 脱氧核糖 G C A T 双链 忠实性高 少
碱基互补配对: 腺嘌呤/胸腺嘧啶(A-T)
4.双螺旋表面存在大沟和小沟
小沟
大沟
（二） DNA二级结构的多样性
• 三种DNA构型的比较
螺距 旋向 (nm) 每圈碱 基数 螺旋直径 （nm） 骨架 走行
存在条件
A型 右手 B型 右手
2.3 3.54
11 10.5
2.5 2.4
平滑 平滑
体外脱水 生理条件
（二）碱基
碱基(base)是含氮的杂环化合物。
腺嘌呤
嘌呤 碱基 嘧啶 鸟嘌呤 存在于DNA和RNA中
胞嘧啶
尿嘧啶 胸腺嘧啶 仅存在于RNA中 仅存在于DNA中
NH2
嘌呤(purine，Pu)
N 7 8 9 NH
N
N
NH
5 4
6 3 N
1N 2
腺嘌呤(adenine, A)
O N
N
NH
NH
鸟嘌呤(guanine, G)
(二) 原核生物DNA的环状超螺旋结构
原核生物DNA多为环状，以负超螺旋的形 式存在，平均每200碱基就有一个超螺旋形成。
DNA超螺旋结构的电镜图象
(三) DNA在真核生物细胞核内的组装
真核生物染色体由DNA和蛋白质构成
基本单位是核小体
DNA染色质呈现出的串珠样结构。 染色质的基本单位是核小体(nucleosome)。
《生物化学》教学课件：基因表达调控2014TXW0603A
环境对细菌的生长也有很大的影响。 在营养或生长环境发生改变的情况下， 有些蛋白质的表达会发生很大的改变， 表达量会有上1000倍的差异；
多细胞生物的生长也会随着环境的改 变而改变。这些生物或细胞在激素和生 长因子的作用下在形状、生长速度等生 物学特征或表型上发生改变；
目录
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)。
目录
以青蛙为例，受精后的蛙卵 到成熟青蛙的整个发育过程都 需要甲状腺素。 甲状腺素与其受体结合促进了 激素受体与相关的DNA结合， 启动基因的表达；
目录
卵母细胞 受精
受精卵
目录
尽管肌细胞和神经细胞都含有相同的 遗传信息，但无论是外形上还是功能 上都有很大的差别。这些差异就是因 为基因表达不同所致。
目录
（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 激活
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
目录
（二）基因转录激活调节基本要素
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。
1. 特异DNA序列和调节蛋白质
生物化学：基因表达调控(名词解释)
1. 顺式作用元件（cis-acting element）是指可以影响自身基因表达活性的真核DNA序列。
2. 反式作用因子（trans-acting factor）.指调控转录的蛋白质因子。
它们由某一基因表达后通过与特异的顺式作用元件相互作用，反式激活另一基因的转录。
3. 管家基因（housekeeping gene）.某些基因产物对生命全过程都是必需的或必不可少的。
这类基因在一个生物个体的几乎所有细胞中均表达，被称为管家基因。
4. 基因表达的时空性.即基因表达的时间、空间特异性。
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。
在多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性。
空间特异性：在个体生长全过程，某种基因产物在个体在不同组织或器官表达，即按空间顺序出现。
5. 启动子（promoter）启动子指RNA聚合酶结合位点周围的一组转录调控组件，包括至少一个转录起始点以及一个以上的功能组件。
6. 增强子（enhancer）指远离转录起始点（1~30kb），决定基因的时间，空间特异性表达，增强启动子转录活性的DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向，距离无关。
7. 沉默子（silencer）是某些基因含有负性调节元件，当其结合特异蛋白质因子时，对基因转录起阻遏作用。
8. 基本转录因子基本转录因子（general transcription factor）为RNA 聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白质因子，决定三种RNA（tRNA、mRNA及rRNA）转录的类别。
9. 特异转录因子特异转录因子（special transcription factor）：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，故称特异转录因子10.基因组基因组（genome）：指一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。
11.基因表达基因表达：指储存遗传信息的基因转录及翻译合成蛋白质，或者经转录合成RNA的过程。
生物化学：基因表达调控原理
2、α-螺旋 常结合CAAT盒
(三) mRNA转录激活及其调节
TBP相关因子
TFⅡF polⅡ
TAFTAF TAF TFⅡH
TFⅡA TBP TFⅡB
TATA
DNA
真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子 帮助下，形成的转录起始复合物
真核基因转录调节是复杂的、多样的
* 不同的DNA元件组合可产生多种类型的 转录调节方式；
（一） 时间特异性：某一特定基因的表达 严格按特定的时间顺序发生。 多细胞生物基因表达的时间特异性与 发育阶段相关,故又称阶段特异性。
胚胎致畸敏感期
• 指受孕后3-8周（末次月经的第5-10周）。此期 是人胚胎发育的最重要时期，所有主要的外表和 内部结构都在此时开始发育。许多重要器官及系 统，如中枢神经系统、心脏、眼、四肢、五官、 外阴等都在此期陆续萌芽分化，组织娇嫩、敏感、 极易受到内外环境因素的影响与损害，而导致严 重的形体与内脏的畸形。根据人类胚胎发育时间 的研究，引起主要器官畸形的最危险时期均在此 期，如脑在受孕后的15-27天，眼在24-29天， 心脏在20-29天，四肢在24-36天，生殖器在2662天。故此期称为敏感期。
（二）乳糖操纵子的调节机制 1、阻遏蛋白的负性调节
阻遏基因
DNA I
pPБайду номын сангаасl O Z Y A
mRNA
阻遏蛋白
没有乳糖存在时
DNA I
mRNA 阻遏蛋白
pPol O Z Y A
启动转录
mRNA
β-半乳糖苷酶
半乳糖
乳糖
有乳糖存在时
阻遏蛋白的负性调节：—— 可诱导调控
1) 无乳糖存在时，阻遏物可以结合在操纵 基因上 → 阻止转录过程 → 基因关闭；
3分生-基因表达及调控0909-PPT资料82页
1
30 1
30 31 104 105 146 105 146
杨保胜 生物化学与分子生物学教研室
8
剪接子，选择性剪接
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Molecular Biology
第二节 蛋白质翻译
以mRNA为模板合成蛋白质的过程称为 翻译（translation）。
控制转录频率
TATA框 RNA聚合酶结合
决定转录起始点
DNA
MolecuMlaerdiBcailoGloegnyetics
3
外显子 1
外显子 2
外显子 3
（E1） 内含子1（I1） （E2） 内含子2（I2） （E3）
1
30
31 104
105 146
AATAAA
回文顺序
5 hnRNA
转录
杨保胜 生物化学与分子生物学教研室
31
甲基化（ DNA methylation ）
Molecular Biology
杨保胜 生物化学与分子生物学教研室
32
Molecular Biology
(cis-acting element) 启动子；增强子
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mRNA：遗传密码
tRNA：反密码
核糖体：
多肽链的合成：多聚核糖体
蛋白质的分拣与转运
杨保胜 生物化学与分子生物学教研室
13
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第六章
Molecular Biology
基因表达调控
• 是指生物体通过特定的蛋白质与DNA、 蛋白质与蛋白质之间的相互作用来控制 基因是否表达，或调解表达产物的多少 以满足生物体的自身需求以及适应环境 变化的过程。
《生物化学》课件：第十三章 基因表达调控
本节课的重点
1.掌握乳糖操纵子的CAP正性调节； 2.掌握真核基因表达调控的特点； 3.掌握顺式作用元件、反式作用因子的概 念及组成和转录因子的分类。
沉默子
负性调节元件，阻遏基因转录
反式作用因子
转录调节因子分类（转录因子TF）
基本转录因子
RNA-pol结合启动子必 需的一组蛋白因子
TFⅡD为通用转录因子
特异转录因子
个别基因转录必需
转录激活
转录抑制
蛋白质 转录激活蛋白 转录抑制蛋白
DNA 与增强子结合 与沉默子结合
反式作用子结构
DNA结合域
与顺式作用元件结合部位
1、螺旋-转角-螺旋 2、锌指结构：Cys- Cys锌指；Cys -His锌指 3、碱性亮氨酸拉链（basic leucine zipper，bZIP）：形成二聚体
转录激活域 二聚化结构域
结合调节蛋白
介导蛋白质-蛋白质相互作用结构域
①螺旋-转角-螺旋模体
转角 -转角 螺旋
螺旋 -螺旋 N
C
② 锌指模体
基因表达的方式
组成性表达
诱导和阻遏表达
（受环境变化影响）
持家基因
诱导表达
阻遏表达
同一事物的两种表达形式（环境）
乳糖操纵子是诱导，阻遏表达的典型模型
某些基因在一个生物体的几乎所 有细胞中以适当恒定的速率进行 表达，较少受环境因素的影响。
例如：为三羧酸循环的酶编码的基因
顺式作用和反式作用
顺 式：
相对同一分子或染色体而言
i po
z
y
a
Lac mRNA
β-半乳糖苷酶 β-半乳糖苷透性酶
诱导物与阻遏蛋白接合 使阻遏蛋白失去活性
生物化学讲义（3）讲述
⽣物化学讲义（3）讲述第三章核酸（6学时）核酸是⽣命最重要的分⼦，最简单的⽣命仅含有核酸（病毒）。
1868年⾸次在绷带上的脓细胞核中发现⼀种富含磷酸呈酸性⼜不溶于酸溶液的分⼦，命名为核素，其实是核蛋⽩，1898年从⼩⽜的胸腺中提取了⼀种溶于碱性溶液中的纯净物，这才是真正的核酸，从此，对核酸的研究全⾯展开，揭开了⽣物化学领域惊天动地的⼀页。
1944年Avery等所完成的著名肺炎双球菌转化试验，证明了DNA是遗传物质，⽽不是蛋⽩质。
1953年Watson-Crick提出DNA的双螺旋结构模型，从分⼦结构上阐明了DNA的遗传功能。
核酸（nucleic acid）是重要的⽣物⼤分⼦，它的构件分⼦是核苷酸（nucleotide），天然存在的核酸可分为脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）和核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）两类。
DNA贮存细胞所有的遗传信息，是物种保持进化和世代繁衍的物质基础。
RNA中参与蛋⽩质合成的有三类：转移RNA（transfer RNA，tRNA），核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）和信使RNA（messenger RNA，mRNA）。
20世纪末，发现许多新的具有特殊功能的RNA，⼏乎涉及细胞功能的各个⽅⾯。
第⼀节碱基、核苷和核苷酸⼀、核酸的种类、分布和化学组成核酸分为两⼤类：脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）。
98％核中（染⾊体中）真核线粒体（mDNA）核外叶绿（ctDNA）DNA 拟核原核核外：质粒（plasmid）病毒：DNA病毒RNA主要存在于细胞质中。
信使RNA －－mRNA核糖体RNA－－rRNA转移RNA－－tRNA核酸的化学组成：对核酸的⽔解发现（脱氧）核酸—--→（脱氧）核苷酸—------→P+（脱氧）核苷----→戊糖+碱基由上⾯可知，核酸的结构单位是（脱氧）核苷酸，核苷酸由戊糖、磷酸和含氮碱三部分构成。
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2020/10/31
微生物与生化制药 杜军
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基因表达的调控
基因重排的结果：
基因空间的位置改变 可伴有基因片段的扩增或丢失 染色体易位、外源基因的嵌入、整合
2020/10/31
微生物与生化制药 杜军
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如：费城染色体
微生物与生化制药 杜军
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基因表达的调控
马蛔虫卵细胞基因丢失模式图
体细胞
生殖细胞
2020/10/31
微生物与生化制药 杜军
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2） 基因扩增
基因表达的调控
DNA的扩增其本质是指细胞内特定基困 拷贝数专一性大量增加的现象称为基因 的扩增（amplification）。
2020/10/31
微生物与生化制药 杜军
基因分布在同一染色体上
DNA与组蛋白结合成染色质，染色质的 变化调控基因表达；
基因分布在不同的染色体上，存在不同 染色体之间基因的调控
适应外界环境，由操作单元调控表达 基因差别表达是细胞分化和功能的核心
转录和翻译同时进行，大部分为转录水 转录和翻译在时间和空间上均不同，从
平调控
DNA到蛋白质的各层次上都有调控
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2. 基因的丢失、扩增
基因表达的调控
1） 基因丢失
一些原生动物、昆虫的个体发育过程中，许 多体细胞常会丢失整条或部分染色体，只有 生殖细胞中始终保留整套染色体。
被丢失的染色体其上的遗传信息可能对体细 胞来说没有什么意义，而对生殖细胞的发育 也许是不可缺少的 。
2020/10/31
微生物与生化制药 杜军
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例如：马蛔虫的发育
基因表达的调控
马蛔虫受精卵细胞只有一对染色体（2n =2）， 但染色体上有多个着丝粒。
在发育早期仅一个着位点发挥作用，保证正常 有丝分裂的进行。发育后一阶段，在纵裂的细 胞中染色体分成很多小片段，其中部分含着丝 点，不含着丝点的片段在分裂中丢失。
这种丢失是不可逆的。
2020/10/31
基因表达的调控
易位使9号染色体长臂（9q34）上的原癌基因 abl和22号染色体(22q11)上的bcr(break point cluster region)基因重新组合成融合基因。后者 具有增高的酪氨酸激酶活性特性，为慢性粒细 胞性白血病的发病原因。
2020/10/31
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伊马替尼
成熟蛋白质
翻译调控 翻译后调控
短肽
2氨02基0/酸10/31
执行功微能生物与生化制药 杜军
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基因表达的调控
（一）染色体结构对转录的影响
1. 染色体重排的调控
真核生物基因组中的DNA序列可发生重排，这种重 排是由特定基因组的遗传信息决定的；
重排后的基因序列转录成mRNA，翻译成蛋白质， 在真核生物细胞生长发育中起关键作用；
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基因表达的调控
2. 染色质水平的调控
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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基因表达的调控
1） 活性染色质
按功能状态的不同可将染色质分为活性染色 质和非活性染色质，所谓活性染色质是指具 有转录活性的染色质；非活性染色质是指没 有转录活性的染色质。
基因表达的调控
二、真核基因表达调控
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基因表达的调控
真核生物与原核生物的基因调控差异
原核生物
操纵子调控
基因组小，如大肠杆菌：总长 4.6x106bp，编码4288个基因，平均每
个基因1100bp
真核生物 多样化调控，更为复杂
基因组大，人类基因组全长3x109bp， 编码约5万个基因，大多为重复序列
DNase
对Dnase高敏感点
组蛋白核心
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基因表达的调控
转录活性高的区域呈现伸展蓬松的状态； DNA拓扑结构变化
天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在；
转录方向
RNA-pol
负超螺旋
正超螺旋
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基因表达的调控
（3） 活性染色质的结构特征
由于核小体的构象和组分发生明显的变化：
对DNase I呈现敏感性 组蛋白H1含量减少 核心组蛋白乙酰化程度高 H2A-H2B二聚体不稳定
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rRNA基因的扩增
基因表达的调控
非洲爪蟾的每条染色体上有约450拷贝编码18S r RNA和28S r RNA的DNA，它们成簇存在，重 复串联在一起，形成核仁组织区。
在卵母细胞中它们的拷贝数扩大了1000倍以上。 产生的rRNA，组装成核糖体，储备在核仁中 到减数分裂时再释放出来。
卵母细胞为胚胎的发育提供营养物质，直到发 育成蝌蚪阶段。
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2DNABiblioteka 转录扩增 重排 丢失
降解
初始转录物 加工 （内切、加头、
甲基化、氧化）
RNA转运
真核基因表达的基因调表达控的调点控
转录前调控 转录调控 转录后调控
核苷酸 多肽前身物
降解
翻译
加工（内切、-SS-形成） 修饰（磷酸化、乙酰化、甲酰化） 加入（糖基、脂质）
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基因表达的调控
rRNA基因簇
rRNA基因簇
卵母细胞的核中有数以千 计大小不等的核仁。每个 核仁含有大小不同的环状 rDNA，它是染色体上18S 和28S rDNA的串联重复单 位经滚环复制从染色体上 释放出来的。
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扩增后的rRNA基因簇
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基因表达的调控
（1） 染色质活性状态
活性染色质由于核小体构型发生构象改变， 往往具有疏松的染色质结构
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滑动。
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基因表达的调控
（2）活性染色质中的DNA
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基因表达的调控
DNase的敏感性和基因表达
当一个基因成为转录活性状态时，含有这个基因的染色质区 域对DNaseⅠ（一种内切酶）降解的敏感性要比无转录活性区 域高得多。这是由于此区域染色质的DNA蛋白质结构变得松 散，DNaseⅠ易于接触到DNA之故。