生物化学)教案：第十三章 基因表达调控

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。
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。
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。
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。
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；
（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。
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；
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。
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
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
（2）反式作用因子
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)？
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。
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
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பைடு நூலகம்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
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。
（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