生物化学)教案：第十三章 基因表达调控
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2．什么是基因表达(gene expression)?试述基因表达变化的特点及其调控对生物体的重要性。
3．为什么说转录起始的调控是基因表达调控的中心环节?
4．举实际例子说明操纵元(0peron)的组成元件及其作用，并分析可阻遏的操纵元和可诱导的操纵元的调控方式。
5．真核生物基因组(genome in eukaryote)的结构特点有哪些？
（3）阻碍蛋白与阻碍机制的普遍性。
在很多原核操纵子系统，特异性的阻遏蛋白是控制原核启动序活性的重要因素。当阻遏蛋白与操纵序列结合或解散时，就会发生特异基因的阻遏或去阻遏。原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋白参与的开、关调节机制。
2、乳糖操纵子和色氨酸操纵子的结构。
（1）乳糖操纵子的结构
乳糖操纵子包括ZYA三个结构基因及其上游的调节序列：操纵子序列O、启动子序列P及一个调节基因I。
原核生物细胞仅有一种RNA聚合酶，核心酶参与转录延长，全酶具转录起始作用。在转录起始阶段，sigma因子识别特异启动子序列；不同的sigma因子孙决定特异基因的转录激活。
（2）操纵子模型的普遍性；
除个别基因外，原核生物绝大多数基因按功能相关性成簇串联、密集于染色体上，共同组成一个转录单位—操纵（operon），因此，操纵子机制在原核基因调控中具有普遍意义。
6．比较真核和原核生物的基因表达和基因表达调控相似和不同之处。
7．论述启动子（promotor）、增强子(enhancer)和转录因子(transcriptional factors)的概念、结构、功能及其相互关系。
8．什么沉默子(silencer)、衰减子(attenuater)，各有什么作用？
授课特点
1.首先把第十二章的内容进行概要复习，再通过生物界遗传进化的规律导入至本篇所要学习的内容，承上启下；
2.先介绍本章内容概要，教学目标和要求，使学生明了本章应该学习哪些内容和重点内容；
3.就相应内容联系临床和生活实例，提高学习兴趣；
4.采用启发式教学，适当提问，启迪学生思维；
5.突出重点，将难点讲清楚。
（2）反式作ห้องสมุดไป่ตู้因子
参与基因表达调控的蛋白质部分，如基本转录因子、亮氨酸拉链、锌指结构。
5．转录后水平的调节
（1）hnRNA加工成熟的调节；
（2）mRNA动输、胞浆内稳定性的调节
6．翻译水平的调节
（1）翻译起始因子（eIF）活性的调节；
（2）RNA结合蛋白对翻译起始的调节。
思考题：
1．什么是基因(gene)，什么是结构基因(structural gene)，什么是假基因(pseudo-gene)，什么是断裂基因(splitting gene)，什么是跳跃基因(jumping gene)？
A．基因表达的多级调控。
B．基因转录激活调节基因要素：特异DNA序列；顺式作用元件（启动子序列，如TATA box、CCAAT box）；调节蛋白；DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用；RNA聚合酶
二、原核生物基因表达调节
1、原核生物基因转录调节特点
（1）sigma因子决定RNA聚合酶识别特异性；
授课章节
第三篇 基因信息传递·第十三章 基因表达调控
授课对象
2007级本科
临床专业1、2、3班
学时
4
时间
2008.11.10/17
授课地点
5315、5506、2301教室
教材
《生物化学》·第七版·人民卫生出版社
教学
目的
要求
1、掌握：基因及其基因表达的概念，原核生物表达调控的特点，操纵子的结构与功能，真核基因组结构特点，顺式作用元件，反式作用因子定义、类型，启动子、增强子、沉默子的含义。
总结10mins
教 学 主 要 内 容
备 注
一、基因表达调控基本概念与原理
1．基因、基因组的概念
（1）基因概念的多样性
A．断裂基因（splitting gene）：编码序列为不编码序列隔开，B。其中，编码序列为外元，不编码序列为内元。真核生物的基因大多数为断裂基因，或称不连续基因。
C．假基因(pseudogene)：失去了基因功能的DNA序列。
三、基因表达调控的基本原理15mins
第二节原核生物基因表达调控
一、原核生物基因表达调控特点20mins
二、乳糖操纵子的调节机制25mins
三、其它转录调节机机制15mins
第三节真核生物基因表达调控
一、真核生物基因组结构特点15mins
二、真核生物基因表达调控特点15mins
三、真核基因转录激活调节20mins
D．重复基因(repeat gene)：一个基因含有两个或两个以上的拷贝数。
E．重叠基因（overlapping gene）：基因部分重叠。
F．跳跃基因（transposon）：跳跃基因也称转座子，指基因复制到染色体的另一位置。
（2）基因：染色体上的DNA片段；
（3）基因组：一个物种的一整套遗传信息；
2、熟悉：真核基因表达调控的特点，基因表达调控的四个层次，基因表达调控的生物学意义，乳糖操纵子调节机制。
3、了解：基因表达调控的基本原理，基因表达的时间性及空间性。
教学
重点
难点
1.重点：乳糖操纵子和色氨酸操纵子的结构与功能，真核基因组结构特点，顺式作用元件，反式作用因子定义、类型，启动子或启动序列、增强子、沉默子的含义。
2.难点：基因表达的时间性及空间性，基因表达调控的基本原理，真核基因表达调控的特点。
教学
方法
大课讲授，适当结合临床和生活实际实例
教具
多媒体教学课件
授课
提纲
导入，概述5mins
第一节基因表达调控的基本概念与原理
一、基因表达的概念，基因表达的时间性及空间性10mins
二、基因表达的方式，基因表达调控的生物学意义10mins
（5）转录后修饰、加工。
鉴于真核基因结构特点，转录后剪接及修饰等过程比原核生物基因复杂。
3、RNA polⅠ和polⅢ的转录调节。
（1）RNA pol I转录体系的控制；
（2）RNA pol III转录体系的控制。
4、RNA polⅡ对转录的调节
（1）顺式作用元件
指调节基因表达的DNA序列，主要包括启动子、增强子及沉默子
2．基因表达
（1）基因表达的概念：
基因表达就是基因转录及翻译过程，其中转录是基因表达的第一步。
（2）基因表达的时空特异性
基因表达的特导性包括时间特异性和空间特异性。
（3）基因表达的方式
包括组成性表达、诱导和阻遏。
（4）基因表达调控的生物学意义
适应环境、维持生长和增殖；维持个体发育与分化；
（5）基因表达调控的基本原理
（2）真核基因转录的产物为单顺反子；
原核生物大多数基因按功能相关性成簇串联成操纵子，由操纵子机制控制转录生成的mRNA为多顺反子（poly-cistron）
（3）真核生物的基因组中有重复序列；
（4）真核生物的基因为不连续基因。
真核生物的基因大多数为不连续基因，即编码序列为不编码的序列所隔开。
2、真核生物基因表达调控特点。
（2）阻遏蛋白的负性调节
（3）CAP的正性调节
分解代谢物基因激活蛋白CAP是同二聚体，在其分子内有DNA结合位点。当没有葡萄糖及cAMP浓度较高时，cAMP与CAP结合，这时CAP结合在lac启动序列附近的CAP位点，可促进转录。
3、原核生物翻译水平的调节。
（1）蛋白质分子的自我调节
（2）反义RNA对翻译的调节作用
4．其它转录调节机制
（1）转录衰减
（2）基因重组
（3）SOS反应
大肠杆菌经紫外线照射会发生染色体损伤或DNA复制抑制，诱发一系列表型变化，这一现象或过程称为SOS反应（SOS response）。
三、真核生物基因表达调节
1、真核生物基因组结构特点。
（1）真核基因组结构庞大；
哺乳动物基因组DNA约由3×109碱基对组成，而大肠杆菌的基因组DNA大约只有4.2×106碱基对。
（1）RNA聚合酶；
真核生物有三种RNA聚酶，分别负责三种RNA的转录。
（2）活性染色体结构变化；
当基因被激活时，可观察到染色体相应区域发生某些结构和性质变化。
（3）正性调节占主导；
真核生物广泛地采用正性调节，其原因有：一、正性调节机制更有效；负性调节不经济。
（4）转录与翻译分隔进行；
真核细胞有细胞核及胞浆等区间分布，转录与翻译在不同亚细胞结构中进行。
3．为什么说转录起始的调控是基因表达调控的中心环节?
4．举实际例子说明操纵元(0peron)的组成元件及其作用，并分析可阻遏的操纵元和可诱导的操纵元的调控方式。
5．真核生物基因组(genome in eukaryote)的结构特点有哪些？
（3）阻碍蛋白与阻碍机制的普遍性。
在很多原核操纵子系统，特异性的阻遏蛋白是控制原核启动序活性的重要因素。当阻遏蛋白与操纵序列结合或解散时，就会发生特异基因的阻遏或去阻遏。原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋白参与的开、关调节机制。
2、乳糖操纵子和色氨酸操纵子的结构。
（1）乳糖操纵子的结构
乳糖操纵子包括ZYA三个结构基因及其上游的调节序列：操纵子序列O、启动子序列P及一个调节基因I。
原核生物细胞仅有一种RNA聚合酶，核心酶参与转录延长，全酶具转录起始作用。在转录起始阶段，sigma因子识别特异启动子序列；不同的sigma因子孙决定特异基因的转录激活。
（2）操纵子模型的普遍性；
除个别基因外，原核生物绝大多数基因按功能相关性成簇串联、密集于染色体上，共同组成一个转录单位—操纵（operon），因此，操纵子机制在原核基因调控中具有普遍意义。
6．比较真核和原核生物的基因表达和基因表达调控相似和不同之处。
7．论述启动子（promotor）、增强子(enhancer)和转录因子(transcriptional factors)的概念、结构、功能及其相互关系。
8．什么沉默子(silencer)、衰减子(attenuater)，各有什么作用？
授课特点
1.首先把第十二章的内容进行概要复习，再通过生物界遗传进化的规律导入至本篇所要学习的内容，承上启下；
2.先介绍本章内容概要，教学目标和要求，使学生明了本章应该学习哪些内容和重点内容；
3.就相应内容联系临床和生活实例，提高学习兴趣；
4.采用启发式教学，适当提问，启迪学生思维；
5.突出重点，将难点讲清楚。
（2）反式作ห้องสมุดไป่ตู้因子
参与基因表达调控的蛋白质部分，如基本转录因子、亮氨酸拉链、锌指结构。
5．转录后水平的调节
（1）hnRNA加工成熟的调节；
（2）mRNA动输、胞浆内稳定性的调节
6．翻译水平的调节
（1）翻译起始因子（eIF）活性的调节；
（2）RNA结合蛋白对翻译起始的调节。
思考题：
1．什么是基因(gene)，什么是结构基因(structural gene)，什么是假基因(pseudo-gene)，什么是断裂基因(splitting gene)，什么是跳跃基因(jumping gene)？
A．基因表达的多级调控。
B．基因转录激活调节基因要素：特异DNA序列；顺式作用元件（启动子序列，如TATA box、CCAAT box）；调节蛋白；DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用；RNA聚合酶
二、原核生物基因表达调节
1、原核生物基因转录调节特点
（1）sigma因子决定RNA聚合酶识别特异性；
授课章节
第三篇 基因信息传递·第十三章 基因表达调控
授课对象
2007级本科
临床专业1、2、3班
学时
4
时间
2008.11.10/17
授课地点
5315、5506、2301教室
教材
《生物化学》·第七版·人民卫生出版社
教学
目的
要求
1、掌握：基因及其基因表达的概念，原核生物表达调控的特点，操纵子的结构与功能，真核基因组结构特点，顺式作用元件，反式作用因子定义、类型，启动子、增强子、沉默子的含义。
总结10mins
教 学 主 要 内 容
备 注
一、基因表达调控基本概念与原理
1．基因、基因组的概念
（1）基因概念的多样性
A．断裂基因（splitting gene）：编码序列为不编码序列隔开，B。其中，编码序列为外元，不编码序列为内元。真核生物的基因大多数为断裂基因，或称不连续基因。
C．假基因(pseudogene)：失去了基因功能的DNA序列。
三、基因表达调控的基本原理15mins
第二节原核生物基因表达调控
一、原核生物基因表达调控特点20mins
二、乳糖操纵子的调节机制25mins
三、其它转录调节机机制15mins
第三节真核生物基因表达调控
一、真核生物基因组结构特点15mins
二、真核生物基因表达调控特点15mins
三、真核基因转录激活调节20mins
D．重复基因(repeat gene)：一个基因含有两个或两个以上的拷贝数。
E．重叠基因（overlapping gene）：基因部分重叠。
F．跳跃基因（transposon）：跳跃基因也称转座子，指基因复制到染色体的另一位置。
（2）基因：染色体上的DNA片段；
（3）基因组：一个物种的一整套遗传信息；
2、熟悉：真核基因表达调控的特点，基因表达调控的四个层次，基因表达调控的生物学意义，乳糖操纵子调节机制。
3、了解：基因表达调控的基本原理，基因表达的时间性及空间性。
教学
重点
难点
1.重点：乳糖操纵子和色氨酸操纵子的结构与功能，真核基因组结构特点，顺式作用元件，反式作用因子定义、类型，启动子或启动序列、增强子、沉默子的含义。
2.难点：基因表达的时间性及空间性，基因表达调控的基本原理，真核基因表达调控的特点。
教学
方法
大课讲授，适当结合临床和生活实际实例
教具
多媒体教学课件
授课
提纲
导入，概述5mins
第一节基因表达调控的基本概念与原理
一、基因表达的概念，基因表达的时间性及空间性10mins
二、基因表达的方式，基因表达调控的生物学意义10mins
（5）转录后修饰、加工。
鉴于真核基因结构特点，转录后剪接及修饰等过程比原核生物基因复杂。
3、RNA polⅠ和polⅢ的转录调节。
（1）RNA pol I转录体系的控制；
（2）RNA pol III转录体系的控制。
4、RNA polⅡ对转录的调节
（1）顺式作用元件
指调节基因表达的DNA序列，主要包括启动子、增强子及沉默子
2．基因表达
（1）基因表达的概念：
基因表达就是基因转录及翻译过程，其中转录是基因表达的第一步。
（2）基因表达的时空特异性
基因表达的特导性包括时间特异性和空间特异性。
（3）基因表达的方式
包括组成性表达、诱导和阻遏。
（4）基因表达调控的生物学意义
适应环境、维持生长和增殖；维持个体发育与分化；
（5）基因表达调控的基本原理
（2）真核基因转录的产物为单顺反子；
原核生物大多数基因按功能相关性成簇串联成操纵子，由操纵子机制控制转录生成的mRNA为多顺反子（poly-cistron）
（3）真核生物的基因组中有重复序列；
（4）真核生物的基因为不连续基因。
真核生物的基因大多数为不连续基因，即编码序列为不编码的序列所隔开。
2、真核生物基因表达调控特点。
（2）阻遏蛋白的负性调节
（3）CAP的正性调节
分解代谢物基因激活蛋白CAP是同二聚体，在其分子内有DNA结合位点。当没有葡萄糖及cAMP浓度较高时，cAMP与CAP结合，这时CAP结合在lac启动序列附近的CAP位点，可促进转录。
3、原核生物翻译水平的调节。
（1）蛋白质分子的自我调节
（2）反义RNA对翻译的调节作用
4．其它转录调节机制
（1）转录衰减
（2）基因重组
（3）SOS反应
大肠杆菌经紫外线照射会发生染色体损伤或DNA复制抑制，诱发一系列表型变化，这一现象或过程称为SOS反应（SOS response）。
三、真核生物基因表达调节
1、真核生物基因组结构特点。
（1）真核基因组结构庞大；
哺乳动物基因组DNA约由3×109碱基对组成，而大肠杆菌的基因组DNA大约只有4.2×106碱基对。
（1）RNA聚合酶；
真核生物有三种RNA聚酶，分别负责三种RNA的转录。
（2）活性染色体结构变化；
当基因被激活时，可观察到染色体相应区域发生某些结构和性质变化。
（3）正性调节占主导；
真核生物广泛地采用正性调节，其原因有：一、正性调节机制更有效；负性调节不经济。
（4）转录与翻译分隔进行；
真核细胞有细胞核及胞浆等区间分布，转录与翻译在不同亚细胞结构中进行。