基因的表达及调控
基因的表达与调控
基因的表达与调控基因的表达是指基因通过转录和翻译过程将遗传信息转化为蛋白质的过程。
而基因的调控则是指在这个过程中，细胞根据内外环境的需求，对基因的表达进行控制和调节的机制。
基因的表达与调控是细胞和生物体正常生理功能的关键，对于维持生命的稳定和适应环境变化至关重要。
1. 基因表达的过程基因表达开始于转录，即将DNA的遗传信息转化为RNA分子。
转录是在细胞核内进行的，由RNA聚合酶负责将DNA的模板链上的信息转录成预mRNA。
在此过程中，还存在转录因子的参与，它们能结合到DNA上特定的序列上，使得RNA聚合酶能够正确启动转录。
随后，预mRNA经过剪切作用，将其中的内含子部分切除，得到成熟的mRNA分子。
这些剪切事件受到剪切调控因子的调控，使得不同细胞中同一个基因产生不同的mRNA亚型。
最后，mRNA进入细胞质内，连接到核糖体上，进行翻译过程。
翻译是在核糖体中进行的，通过tRNA分子上携带的氨基酸与mRNA上的密码子序列进行配对，合成蛋白质。
2. 基因调控的机制基因调控机制包括转录水平和转录后水平的调控。
在转录水平上，主要通过调控转录的启动和抑制来控制基因的表达。
转录的启动主要受到启动子和启动复合物的调控，其中转录因子与启动子特定序列上的结合起到关键作用。
还有一些辅助因子，如组蛋白修饰酶和甲基转移酶，可以改变染色质的结构和化学修饰，从而影响基因的可及性。
在转录后水平上，主要通过mRNA的剪切、拷贝、稳定性和转运等方面的调控来控制基因的表达。
例如，剪切调控可以产生不同亚型的mRNA，从而导致不同的蛋白质产生。
而转运调控则可以调整mRNA在细胞质内的定位和分布，影响蛋白质的合成位置。
此外，还存在一些其他的基因调控机制，如DNA甲基化、非编码RNA的调控、环境因子的作用等。
这些机制在生物体的发育、细胞功能分化和应对外界环境变化等方面发挥重要作用。
3. 基因表达与调控的意义基因的表达与调控对于生命过程的正常进行至关重要。
基因的表达与调控教学教案
对实验结果进行深入讨论，解释数据背后的生物 学意义，探讨可能的影响因素及机制。
结论总结
总结实验结果，指出研究的意义和局限性，提出 未来研究方向或建议。
THANKS
感谢观看
PCR技术
通过特异性引物对目的基因进行 扩增，结合凝胶电泳、荧光定量 等方法对PCR产物进行分析，检
测基因突变。
基因芯片技术
将大量基因特异性探针固定在芯 片上，与待测DNA样本进行杂交 ，通过检测杂交信号来识别基因
突变。
单细胞测序技术
对单个细胞进行基因组测序，揭 示细胞间的基因变异和表达差异
。
蛋白质组学技术
基因表达的意义
基因表达是生物体生长、发育、繁殖和应对环境变化的 基础，对于理解生物体的生命活动及其调控机制具有重 要意义。
转录过程及产物
转录过程
转录是以DNA为模板，在RNA聚合酶的催化下， 合成RNA的过程。转录过程包括启动、延伸和终 止三个阶段。
转录产物
转录的产物是RNA，包括mRNA（信使RNA）、 tRNA（转运RNA）和rRNA（核糖体RNA）。
DNA测序技术
Sanger测序
利用DNA聚合酶和特异性引物进行DNA合成，通过掺入链终止剂来终止DNA链 的合成，进而通过高分辨率凝胶电泳分离不同长度的DNA片段，实现DNA序列 的测定。
下一代测序技术
利用高通量测序平台对数百万个DNA片段进行同时测序，具有高通量、高灵敏度 、低成本等优点。
基因突变分析技术
蛋白质降解
通过泛素-蛋白酶体途径等 降解途径，调节蛋白质的 稳定性和活性。
蛋白质转运
将蛋白质从合成部位转运 到作用部位，影响其活性 和功能。
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基因表达和调控的机制和影响
基因表达和调控的机制和影响基因表达是指基因信息从DNA序列转化为蛋白质或RNA分子的过程。
这个过程涉及到许多复杂的分子机制和调控因素。
基因表达的调控对于生物体的正常发育和生理功能至关重要。
本文将详细介绍基因表达和调控的机制及其影响。
1. 基因表达的机制1.1 转录转录是指DNA模板上的信息被复制成RNA分子的过程。
在真核生物中，转录过程包括以下几个步骤：1）启动：RNA聚合酶II与启动子区域结合，形成转录起始复合物。
2）延伸：RNA聚合酶II沿着DNA模板移动，合成RNA链。
3）终止：RNA聚合酶II到达终止子区域，释放RNA链。
1.2 剪接剪接是指在RNA分子中去除内含子，保留外显子的过程。
剪接由剪接酶负责，通过特定的剪接位点识别和切割RNA分子，然后将外显子连接起来形成成熟的mRNA。
1.3 翻译翻译是指mRNA上的信息被翻译成蛋白质的过程。
在真核生物中，翻译过程包括以下几个步骤：1）核糖体与mRNA结合，识别起始密码子。
2）tRNA携带氨基酸，与mRNA上的密码子配对。
3）核糖体沿着mRNA移动，合成多肽链。
4）多肽链经过折叠和修饰，形成具有生物活性的蛋白质。
2. 基因表达的调控基因表达的调控主要发生在转录和剪接阶段。
调控因素包括转录因子、染色质重塑、非编码RNA等。
2.1 转录因子的调控转录因子是一类能够结合到DNA特定序列上，从而调控基因表达的蛋白质。
转录因子的调控作用包括：1）激活：某些转录因子可以增强基因的转录活性。
2）抑制：另一些转录因子可以抑制基因的转录活性。
3）协同作用：多种转录因子可以协同作用，共同调控基因表达。
2.2 染色质重塑染色质重塑是指染色质结构发生改变，从而影响基因表达的过程。
染色质重塑包括：1）核小体重塑：核小体的组装和解聚。
2）染色质纤维重塑：染色质纤维的紧密和松散。
3）染色质 looping：染色质片段之间的相互连接。
2.3 非编码RNA的调控非编码RNA是一类不编码蛋白质的RNA分子，包括miRNA、siRNA、lncRNA 等。
基因表达的调控机制
基因表达的调控机制基因是生物体内控制遗传信息传递和蛋白质合成的重要单位。
基因表达的调控机制是指在不同的细胞类型、生物阶段和环境条件下，如何控制基因的转录和翻译活动，使得特定的基因在特定的时间和地点进行表达。
这种调控机制对于维持生物体内稳态、适应环境变化以及发展、生长和繁殖等生命过程至关重要。
本文将从转录、RNA加工、转运和翻译四个方面介绍基因表达的调控机制。
一、转录的调控转录是基因表达的第一步，是指将DNA转录成RNA，从而实现基因信息的转换。
转录的调控涉及到启动子、转录因子和表观遗传修饰等多种因素。
启动子是位于基因上游的DNA区域，包含特定的顺式作用元件，如TATA盒和启动子序列。
通过与转录因子相互作用，启动子能够吸引RNA聚合酶，使其在该区域上的结合和启动转录过程。
转录因子是一类能够与DNA特异性结合的蛋白质，可以促进或抑制基因的转录。
转录因子与启动子之间的结合关系是基因表达调控的关键。
其中包括激活转录因子和抑制转录因子。
激活转录因子能够与RNA聚合酶形成复合物，从而促进转录的进行，而抑制转录因子则能够阻断RNA聚合酶与DNA之间的相互作用，从而抑制转录。
此外，表观遗传修饰也是基因表达调控的重要机制。
表观遗传修饰包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等。
DNA甲基化是通过在DNA的甲基化位点上结合甲基基团来调控基因的表达。
组蛋白修饰则是通过改变组蛋白的翻译后修饰状态，如酶解修饰和乙酰化修饰等，以改变染色质的结构和亲缘性。
非编码RNA则具有多种功能，能够干扰DNA的转录和翻译，从而调控基因的表达。
二、RNA加工的调控在转录完成后，RNA还需要经历一系列的加工步骤才能形成成熟的mRNA。
RNA加工包括剪接、剪切、聚合化和修饰等环节。
剪接是指将mRNA的内含子剪除，同时将外显子连接起来的过程。
剪接的方式多样，可以通过选择性剪接产生多个不同的mRNA转录本，从而增加基因的多样性和功能。
剪切是指在剪接之前，将RNA的两端以及内部进行剪切处理，从而形成可供剪接的RNA单链结构。
基因的表达和调控
基因的表达和调控基因是生命的基础单位，它们通过对细胞产生影响来决定生物的性状和功能。
基因的表达是指在细胞内通过转录和翻译过程将基因序列转化为蛋白质的过程。
而基因的调控则是控制基因表达的过程，确保在不同的细胞类型和环境条件下，基因能够以特定的方式表达出来。
1. 基因表达的过程基因表达的过程可以分为两个主要步骤：转录和翻译。
转录是指基因的DNA序列通过RNA聚合酶酶的作用，转录成RNA分子的过程。
翻译则是指RNA分子通过核糖体的作用，翻译成蛋白质的过程。
转录是基因表达的第一步，它发生在细胞核中。
转录过程中，RNA 聚合酶酶会识别和结合到DNA的启动子区域，然后开始在DNA模板链上合成RNA链。
RNA链的合成是以单链形式进行的，它与DNA模板链相互对应，A对U、C对G等。
转录过程中还需要其他转录因子的参与，它们协助RNA聚合酶酶的结合和转录的进行。
翻译是基因表达的第二步，它发生在细胞质中。
转录生成的RNA 分子被称为信使RNA（mRNA），它包含了基因编码的信息。
翻译过程中，mRNA通过核糖体与转运RNA（tRNA）相互作用，将氨基酸按照特定的顺序连接成蛋白质的链。
tRNA携带着特定的氨基酸，根据mRNA上的密码子来配对，从而在核糖体上合成蛋白质。
2. 基因调控的机制基因表达不仅仅受到转录和翻译的过程影响，还受到复杂的调控网络的控制。
基因调控是通过一系列的调控因子和信号分子来实现的。
调控因子可以是蛋白质或非编码RNA，它们可以与DNA序列特定的区域相互作用，促进或抑制基因的表达。
基因调控的机制非常多样，包括启动子的甲基化、染色质重塑、转录因子的结合等。
甲基化是一种化学修饰过程，通过添加甲基基团到DNA分子上，可以改变DNA的结构和可访问性，从而影响基因的转录活性。
染色质重塑则是通过改变与DNA紧密结合的蛋白质的构象，使得基因区域更容易被转录复合物访问。
此外，还有许多转录因子和辅助蛋白质参与到基因调控的过程中。
遗传学中的基因表达与调控
遗传学中的基因表达与调控基因是生命的基本单位，是生物体内存储遗传信息的分子。
基因表达与调控是指基因信息从DNA转录成RNA再翻译成蛋白质的过程，以及这个过程中所涉及到的调控机制。
基因表达与调控在遗传学研究中有着重要的作用。
一、基因表达的概念与过程基因表达是指生物遗传信息的表达，即DNA转录成RNA，再通过RNA转换成蛋白质的过程。
这个过程中，RNA是转录作用的产物，蛋白质则是基因信息在功能方面的表达。
基因表达主要包括三个过程：转录、RNA后处理和翻译。
其中，转录是指DNA 序列作为模板，RNA聚合酶将RNA合成，在这个过程中，RNA 链与DNA链形成互补配对，形成RNA链。
随后，RNA通过RNA后处理的过程，在细胞核内进行修剪和剪接，形成成熟的mRNA。
最后，翻译过程将mRNA翻译成蛋白质，采用三个碱基为一个密码子的规律进行翻译。
二、遗传信息的调控基因表达过程中的调控非常重要，因为细胞的状态和环境都会对基因表达产生影响。
因此，可以通过基因表达的调控机制来调整细胞状态和适应环境变化。
1. DNA水平的调控DNA水平的调控是指对基因本身的控制，这种调控有多种形式，如DNA甲基化、组蛋白修饰、转录因子的结合等。
在DNA甲基化过程中，甲基转移酶将甲基添加到特定的胞嘧啶核苷酸上，从而改变了DNA甲基化模式。
这种改变可能会导致基因的表达产生变化。
组蛋白修饰也是一种DNA水平的调控，通过化学修饰调整组织特异性基因的表达。
比如，在组蛋白N端的赖氨基酸上可以发生丝氨酸/苏氨酸激酶催化的磷酸化，而磷酸化状态的组蛋白结构发生变化，因此影响基因的表达。
2. RNA水平的调控RNA水平的调控是指对RNA分子的控制，包括RNA降解、RNA修饰、RNA干扰等。
RNA降解是一种广泛存在于真核生物中的调控机制，可以通过调节RNA的寿命来影响基因表达。
在哺乳动物细胞中，RNA寿命的长短由多个因素决定，包括RNA的序列和结构等。
RNA修饰是指RNA分子中的化学修饰，在翻译和MMR中起到非常重要的作用。
基因表达与调控知识点总结
基因表达与调控知识点总结基因表达和调控是生物学中非常重要的概念，关乎着生物个体的生长发育、适应环境以及疾病的产生。
本文将对基因表达和调控的相关知识点进行总结，以帮助读者更好地理解这一领域。
一、基因表达的概念与过程基因表达是指通过DNA转录成RNA，再通过RNA翻译成蛋白质的过程。
这个过程可分为三个主要步骤：转录、剪接和翻译。
1. 转录：转录是指DNA模板上的信息被RNA聚合酶酶依据碱基互补配对的原则合成成为一条mRNA链的过程。
转录分为起始、延伸和终止三个阶段，其中起始阶段涉及到转录起始因子和启动子的结合，延伸阶段则是RNA链的合成过程，终止阶段是转录终止信号的识别和RNA链的释放。
2. 剪接：在转录后，mRNA经历了剪接这一过程。
剪接是指将mRNA上含有内含子（introns）的序列剪除，只保留外显子（exons）的过程。
这是因为在真核生物中，基因上的非编码区域和编码区域是交错存在的，剪接的目的是产生功能蛋白质所需的成熟mRNA。
3. 翻译：翻译是指mRNA上的信息被核糖体翻译成蛋白质链的过程。
翻译过程中，mRNA的密码子与tRNA上的氨基酸互相匹配，从而合成出特定顺序的氨基酸链。
翻译完成后，蛋白质会进一步经历折叠和修饰过程，最终形成功能蛋白质。
二、基因调控的方式及相关机制基因表达的调控是指细胞根据环境和内部信号对基因表达的调整和控制。
基因调控主要包括转录水平的调控和转录后的调控。
1. 转录水平的调控（1）启动子和转录因子：启动子是位于基因的上游区域，能够招募转录因子结合并促进或抑制基因转录。
转录因子是一类能够识别和结合到启动子上的蛋白质。
不同基因的启动子和转录因子组合形成了复杂的转录调控网络，大大影响基因的表达水平。
（2）组蛋白修饰：组蛋白修饰是指对染色质上的组蛋白进行化学修饰，从而影响染色质的结构和染色质的开放程度。
这些化学修饰包括甲基化、磷酸化、乙酰化等，能够影响基因的可及性和转录因子的结合。
基因表达的调控机制
基因表达的调控机制基因表达是指基因通过转录和翻译过程将DNA信息转化为蛋白质的过程。
在细胞内，基因表达的调控机制起着至关重要的作用，决定了细胞的功能和特性。
本文将介绍基因表达的调控机制，包括转录调控、转录后调控和翻译调控。
一、转录调控转录调控是指通过调控基因的转录过程来控制基因表达水平。
转录调控主要包括启动子区域的结构和转录因子的结合。
1. 启动子区域的结构启动子是位于基因上游的DNA序列，包含转录起始位点和调控元件。
调控元件包括增强子和抑制子，它们可以与转录因子结合，促进或抑制转录的发生。
启动子区域的结构可以通过DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等方式进行调控。
2. 转录因子的结合转录因子是一类能够结合到DNA上的蛋白质，它们通过与启动子区域的调控元件结合来调控基因的转录。
转录因子可以分为激活子和抑制子，激活子能够促进转录的发生，而抑制子则能够抑制转录的发生。
转录因子的结合与DNA序列的亲和性有关，不同的转录因子结合到不同的DNA序列上，从而实现对基因的调控。
二、转录后调控转录后调控是指在转录完成后，通过调控RNA的加工、修饰和稳定性来控制基因表达水平。
转录后调控主要包括RNA剪接、RNA修饰和RNA降解。
1. RNA剪接RNA剪接是指在转录过程中，将前体mRNA中的内含子剪接掉，将外显子连接起来形成成熟的mRNA。
通过剪接的方式，可以产生不同的mRNA亚型，从而调控基因的表达。
RNA剪接的调控主要依赖于剪接因子的结合和剪接位点的选择。
2. RNA修饰RNA修饰是指在转录后，通过添加化学修饰基团来改变RNA的结构和功能。
常见的RNA修饰包括甲基化、腺苷酸转换和伪尿苷酸转换等。
RNA修饰可以影响RNA的稳定性、转运和翻译效率，从而调控基因的表达。
3. RNA降解RNA降解是指通过核酸酶将RNA分解为小片段，从而降低基因的表达水平。
RNA降解的速度受到RNA的稳定性和降解酶的活性的影响。
不同的RNA分子具有不同的稳定性，一些RNA分子具有较长的半衰期，而另一些RNA分子则具有较短的半衰期。
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。
基因表达与调控
基因表达与调控基因是生物体内蛋白质合成的基本单位，而基因表达与调控则是指基因在不同细胞类型和生理状态下的活性水平调节。
通过基因表达与调控，细胞能够在不同环境中正确地产生所需的蛋白质，从而维持生命的正常功能。
本文将从基因表达、基因调控以及相关机制等方面进行论述。
一、基因表达基因表达是指基因通过转录和翻译过程转化为蛋白质的过程。
基因表达分为几个步骤，包括转录和翻译。
转录是指DNA分子通过酶的作用，在细胞核内转录成RNA分子的过程。
翻译是指RNA通过核糖体和tRNA的配合作用，在细胞质中合成蛋白质的过程。
基因表达的过程中，遵循了中心法则，即DNA→RNA→蛋白质。
二、基因调控基因调控是指通过调节基因的表达水平来控制细胞功能和生物体发育的过程。
基因调控的作用机制很多，包括转录水平的调控、RNA后转录调控以及转译后调控等。
转录调控是指通过控制转录过程中的启动子、转录因子和蛋白质复合体等因素的结合，来调节基因表达。
RNA后转录调控是指通过不同的RNA分子、非编码RNA以及miRNA 等调控因子，对RNA分子进行修饰和降解的过程。
转译后调控是指通过对已合成的蛋白质进行修饰、分解和定位等方式调节基因表达。
三、基因表达与调控的相关机制1. DNA甲基化DNA甲基化是指DNA分子中的一些Cytosine碱基通过甲基化酶的作用而被甲基基团修饰的过程。
DNA甲基化可以影响基因的表达，通常甲基化的基因会出现表达静默的现象，从而达到对基因的调控效果。
2. 转录因子转录因子是指能够与DNA特定区域结合，调控基因表达的蛋白质。
转录因子可以通过结合启动子区域，影响RNA聚合酶与DNA结合的能力，从而调控基因的转录过程。
转录因子的表达量和活性水平可以受到其他调控因素的影响，从而进一步调节基因的表达。
3. miRNAmiRNA（microRNA）是一种短链非编码RNA分子，具有调节基因表达的功能。
miRNA可以与靶基因的mRNA结合，通过抑制其翻译或降解来影响基因的表达水平。
基因的表达与调控机制
基因的表达与调控机制基因是生命的基本单位，它们携带着生物体遗传信息的蓝图。
然而，基因的表达并不是一成不变的，而是受到复杂的调控机制的影响。
这些调控机制控制着基因的激活和抑制，从而决定了生物体的特征和功能。
本文将探讨基因的表达与调控机制的一些重要方面。
一、转录调控转录是基因表达的第一步，它是将DNA转录成RNA的过程。
在这个过程中，转录因子起着重要的作用。
转录因子是一类能够结合到DNA上的蛋白质，它们能够通过与DNA序列特定区域结合来调控基因的转录。
转录因子的结合可以激活或抑制基因的转录，从而影响基因的表达水平。
此外，转录因子之间的相互作用也可以影响基因的表达。
这种转录调控机制的复杂性使得基因表达能够对环境变化作出快速响应。
二、表观遗传调控表观遗传调控是指通过改变染色质结构和组织来调控基因表达。
其中，DNA 甲基化是一种重要的表观遗传调控方式。
DNA甲基化是指在DNA分子上加上甲基基团，从而影响基因的表达。
DNA甲基化通常会导致基因的沉默，因为甲基化的DNA序列会阻碍转录因子的结合。
此外，组蛋白修饰也是一种常见的表观遗传调控方式。
组蛋白是一种与DNA紧密结合的蛋白质，它可以通过翻译和修饰来调控基因的表达。
例如，乙酰化和甲基化等修饰可以影响组蛋白的结构和功能，从而影响基因的转录。
三、非编码RNA调控除了蛋白质编码基因外，还存在着一类不编码蛋白质的RNA，称为非编码RNA。
非编码RNA在基因调控中起着重要的作用。
其中，微小RNA（miRNA）是一类常见的非编码RNA。
miRNA可以与mRNA结合，从而抑制其翻译过程，进而影响基因的表达。
此外，长非编码RNA（lncRNA）也可以通过多种机制调控基因表达。
lncRNA可以与DNA、RNA和蛋白质相互作用，从而影响基因的转录和翻译。
四、环境因素对基因表达的影响环境因素对基因表达的调控也是一个重要的研究领域。
环境因素可以通过转录因子、表观遗传调控和非编码RNA等机制来影响基因的表达。
基因的表达调控
基因的表达调控基因是生物体中将遗传信息传递给后代的基本单位。
然而，仅仅拥有基因并不足以决定生物的特征和功能，还需要基因的表达调控来确保基因在合适的时间和地点发挥作用。
基因的表达调控是一种高度复杂且精细的过程，可以通过多种机制来实现。
一、转录调控转录是指DNA中的基因信息被转录成RNA的过程。
在这一过程中，转录因子起着至关重要的作用，它们能够与DNA序列结合，调控基因的转录活性。
转录因子可以促进或抑制转录过程，在基因表达中起着“开关”的作用。
转录因子的活性受多种因素影响，包括细胞外信号传导、环境因素以及其他基因的表达状态。
通过转录调控，细胞可以对内外环境做出及时反应，实现基因表达的精确控制。
二、转录后调控转录后调控指的是对转录产物RNA的调控过程。
在这一阶段，通过RNA剪接、RNA修饰以及RNA降解等机制，细胞可以控制RNA在核内或细胞质内的存在时间及功能。
RNA剪接是一种重要的调控机制，通过对RNA前体分子的切割和拼接，可以产生不同的转录产物。
这样一种巧妙的调控方式，能够增加基因的功能多样性，实现细胞在不同发育阶段或环境中的适应性。
三、转译调控转译是指RNA通过蛋白质合成的过程。
转译调控主要通过调控RNA的翻译速率和蛋白质的稳定性来实现。
细胞可以通过调节转译复合物的组装以及启动子序列的变化来控制蛋白质的合成速率。
此外，蛋白质的稳定性也受到多种因素的影响，如泛素化与去泛素化等调控机制。
通过转译调控，细胞可以根据需要合成适量的蛋白质，维持正常的生理功能。
四、表观遗传调控表观遗传调控是指通过修改染色质的结构和化学修饰来调控基因表达。
这些结构和修饰包括DNA甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA 等。
DNA甲基化是一种常见的表观遗传修饰方式，它通过在DNA上结合甲基基团来沉默基因的表达。
组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化等，它们可以改变染色质的紧密程度，影响基因的可及性。
非编码RNA则通过与DNA或RNA相互作用，影响基因的转录和翻译过程。
原核生物基因表达调控
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同位素示踪实验
把大肠杆菌细胞放在加有放射性35S标记的氨基酸,但没 有半乳糖诱导物的培养基中繁殖几代然后再将这些带有 放射活性的细菌转移到不含35S、无放射性的培养基中 随着培养基中诱导物的加入, β-半乳糖苷酶便开始合成。 分离β-半乳糖苷酶, 发现这种酶无35S标记说明酶的合 成不是由前体转化而来的, 而是加入诱导物后新合成的。
• Jacob和Monod认为诱导酶（他们当时称为适应酶）
现象是个基因调控问题, 可以用实验方法进行研究, 因此
选为突破口, 终于通过大量实验及分析, 于1961年建立
了该操纵子的控制模型。
-
21
酶的诱导
-
22
• 酶的诱导现象是生物进化过程中出现的一种合理、 经济地利用有限资源的本能。
• 酶诱导已证明是低等生物的普遍现象。
倒位片段
鼠伤寒沙门菌鞭毛素基- 因的调节
H1鞭毛素
10
鼠伤寒沙门氏菌（S.typhimrium）的相转变（phase variation）
-
11
2.σ 因子对原核生物转录起始的调控
σ因子:原核生物RNA聚合酶的一个亚基，是转录起 始所必需的因子，主要影响RNA聚合酶对转录起始 位点的正确识别，这种σ因子称σ70,此外还有分子量 不同,功能不同的其他σ因子 。
ＰＯ
操纵子可视为原核生物的转录单位，它可以逐个
地从原核生物基因组中分离出来，对其结构功
能加以研究。
-
15
3.乳糖操纵子
1) 乳糖操纵子的结构
启动子 操纵基因
调节蛋白
（阻遏蛋白）
-
结构基因
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3个编码的结构基因
• Z编码β-半乳糖苷酶: 将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖，还能 将乳糖转变为异构乳糖
基因表达与调控
基因表达与调控基因表达和调控是分子生物学中非常重要的研究领域。
基因表达是指基因的信息被转化为相应的蛋白质或RNA产物的过程，而基因调控则涉及细胞内的一系列机制来控制基因表达的水平和时间点。
在本文中，将探讨基因表达与调控的过程以及相关的分子机制。
1. 基因表达的过程基因表达是一个复杂而精细的过程，包括转录和翻译两个关键步骤。
转录是指DNA序列转录成RNA的过程，而翻译则是指RNA被翻译成蛋白质的过程。
1.1 转录转录过程中，DNA的双链结构被解开，以其中的一个链作为模板合成RNA分子。
这个过程由RNA聚合酶RNA Polymerase进行，它能够通过读取DNA上的序列，将相应的核苷酸加入正在合成的RNA链中。
转录的最终产物是一种称为mRNA的信使RNA，它将带有基因信息的序列从细胞核中运输到细胞质，为蛋白质的合成提供模板。
1.2 翻译翻译过程发生在细胞质的核糖体中，利用mRNA作为模板合成蛋白质。
翻译的开始是由起始密码子（AUG）引导的，核糖体通过读取mRNA序列上的密码子，将相应的氨基酸添加到正在合成的多肽链中。
这个过程需要适配体tRNA的参与，tRNA携带着氨基酸，并与对应的密码子进行配对。
当遇到终止密码子时，翻译过程结束，多肽链从核糖体释放出来，形成成熟的蛋白质。
2. 基因调控的机制基因调控是细胞内通过各种机制来控制基因表达的水平和时间点。
这些机制可以分为转录调控和转录后调控两大类。
2.1 转录调控转录调控是指通过调节转录过程中的环境和因子来控制基因的表达。
这包括转录因子的结合和染色质的结构改变。
2.1.1 转录因子转录因子是一类能够结合到DNA上的蛋白质，它们能够与启动子区域结合，促进或抑制RNA聚合酶的结合，从而调节转录过程。
转录因子的结合是一个高度特异的过程，依赖于转录因子和启动子之间的序列匹配。
2.1.2 染色质结构改变染色质是DNA和蛋白质的复合物，它的结构紧密程度会影响基因的表达。
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基因的表达及调控1基因(gene)：是核酸分子中贮存遗传信息的遗传单位，是指贮存有功能的蛋白质多肽链或RNA序列信息及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列。
一个基因不仅仅包括编码蛋白质肽链或RNA的核酸序列，还包括保证转录所必需的调控序列及位于编码区5’端上游的非编码序列，内含子和位于编码区3’端下游的非编码序列。
2基因组(genome)：泛指一个细胞或病毒的全部遗传信息。
在真核生物体中，基因组是指一套完整单倍体DNA和线粒体DNA的全部序列，既包括编码序列，也包括非编码序列。
3基因表达(gene expression)：是指原核生物和真核生物基因组中特定的结构基因所携带的遗传信息，经过转录、翻译等一系列过程，合成具有特定的生物学功能的各种蛋白质，表现出特定的生物学效应的全过程。
4基因表达的调控：在同一机体的各种细胞中虽然含有相同的遗传信息即相同的结构基因，但并非它们都在所有细胞中同时表达，而必须根据机体的不同发育阶段、不同的组织细胞及不同的功能状态，选择性、程序性地表达特定数量的特定基因，这就是基因表达的调控。
5管家基因：有些基因产物对生命全过程都是必不可少的。
这类基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达，通常称为管家基因。
管家基因的表达水平受环境因素影响很小，而是在个体各个生长阶段的大多数、或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。
这类基因表达称为基本（或组成性）基因表达。
6转录：以DNA一条链为模板，以四种NTP为原料，在RNA聚合酶作用下，按照碱基互补原则（A-U,T-A,G-C）合成RNA链的过程。
7不对称转录：转录时因为①DNA分子双链一股链用作模板指引转录，另一股链不转录。
②模板链并非总是在同一条链上。
故称为不对称转录。
8诱导：可诱导基因在一定环境中表达增强的过程称为诱导。
阻遏：可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏。
9基因表达的时间特异性：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，称为基因表达的时间特异性(temporal specificity)。
又称阶段特异性。
10基因表达的空间特异性：在个体生长全过程，某种基因产物在个体不同组织器官表达存在差异，称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)。
一、原核生物基因的表达及调控1顺反子（Cistron）：由结构基因转录生成的RNA序列亦称为顺反子。
2多顺反子(polycistron): 原核生物具有操纵子结构，几个结构基因转录在一条mRNA链上，因而转录物为多顺反子。
每个顺反子分别翻译出各自的蛋白质。
3单顺反子（monocistron）：真核生物的一个结构基因与相应的调控区组成一个表达单位，转录物为一个单顺反子。
从一条mRNA只能翻译出一条多肽链。
4操纵子（operon）:原核生物的结构基因与调控序列以操纵子的形式存在。
数个功能上相关联的结构基因串联在一起，构成信息区，连同其上游的调控区（包括启动子和操纵序列）和下游的转录终止信号所构成的基因表达单位，所转录的RNA为多顺反子。
5 SD序列：又称核蛋白体结合位点（RBS）。
在起始密码AUG上游8~13个碱基处有一段富含嘌呤的序列，其一致序列（consensus sequence）为AGGAGG，称为SD序列（Shine-Dalgarno sequence）。
此处能与核糖体30S亚基中16S rRNA 3’端富含嘧啶的序列互补配对结合，与蛋白质合成过程中起始复合物生成有关。
㈠原核生物基因表达1 RNA聚合酶全酶结合启动子并起始转录原核生物聚合酶组成：由四种亚基组成α、2β、β’、σ五聚体的蛋白质。
其中α、2β、β’亚基称为核心酶。
σ因子辨认起始点。
α决定哪些基因被转录。
β起催化作用。
β’起结合DNA 模板（开链）作用。
2 RNA聚合酶的核心酶在RNA链延伸过程中催化RNA合成3 ρ因子依赖和非依赖两种机制介导的转录终止⑴依赖ρ因子的转录终止：ρ因子是由相同亚基组成的六聚体，它是原核生物转录终止因子。
可结合转录产物RNA 3’端的多聚C特殊序列，还有ATP酶和解螺旋酶活性。
ρ因子与转录产物RNA 3’端的多聚C结合后，ρ因子和RNA聚合酶都发生构象改变，从而使RNA 聚合酶停顿，解螺旋酶活性使DNA和RNA杂化双链拆离，转录产物从转录复合物中释放。
⑵非依赖ρ因子的转录终止：RNA链延长至终止区时，转录出的碱基序列随即形成茎－环结构。
这种二级结构是阻止转录继续向下游推进的关键。
其机制有两方面：①茎环结构在RNA分子形成可能改变RNA聚合酶的构象。
由于酶构象的改变导致酶－模板结合方式的改变，可使酶不再向下游移动，于是转录停顿。
②转录复合物（酶－DNA-RNA）上有局部的RNA/DNA杂化双链。
RNA分子和DNA分子都要形成自己的双链，杂化链形成的机会不大，本来不稳定的杂化链更不稳定，转录复合物趋于解体。
接着一串寡聚U是使RNA链从模板脱落的促进因素，因为所有的碱基配对中以U和A的配对最不稳定。
非依赖ρ因子的终止子结构特点：①一个反向重复序列，使RNA末端形成一个发夹结构；②在信息链上有一连串的T，因而RNA末端发夹结构之后紧接着出现一串U。
4原核生物的tRNA和rRNA需要进行转录后加工5翻译起始是核糖体与mRNA结合及定位的过程⑴开放阅读框（ORF）：从mRNA 5’端起始密码子AUG到3’端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架。
即蛋白质编码区。
5’端上游和3’端下游的核苷酸序列没有编码功能，称为非翻译区或非编码区。
⑵起始因子（initiation factor,IF）：参与起始复合物的形成，原核生物有3种起始因子。
①IF-1.能促进IF-2、IF-3的活化。
②IF-2.促进fMet-tRNA f Met与30S小亚基结合的作用，并具有GTP酶活性。
③IF-3.使30S小亚基从不具活性的核糖体释放，辅助mRNA与小亚基结合，并阻止大小亚基重新聚合。
⑶原核生物翻译起始复合物形成：①核糖体大小亚基分离。
IF-1,IF-3与小亚基结合，促进大小亚基分离。
②mRNA在小亚基定位结合。
在各种原核mRNA起始AUG密码子上游8~13个碱基处存在一段特定的核苷酸序列，富含嘌呤碱基如AGGAGG，称为SD序列。
与原核小亚基16S rRNA的3’端的序列互补。
通过与SD序列碱基配对使mRNA与小亚基结合使起始密码子定位于翻译起始部位。
SD序列又称核蛋白体结合位点（RBS）。
③起始氨基酰-tRNA的结合。
起始fMet-tRNA f Met和GTP及IF-2形成三元复合物，识别结合游离的核糖体小亚基的mRNA起始密码子AUG。
④核糖体大亚基结合。
上述结合mRNA、fMet-tRNA f Met的小亚基再与核糖体大亚基结合，同时IF-2结合的GTP水解释能，促使3种IF释放，形成由完整核糖体、mRNA、起始氨基酰-tRNA组成的翻译起始复合物。
此时，结合起始密码AUG的fMet-tRNA f Met占据P位，而A位空留，对应mRNA上AUG后的下一组三联体密码，准备相应氨基酰-tRNA 的进入。
6氨基酸活化转运和核糖体循环贯穿肽链合成的基本过程⑴氨基酸以氨基酰-tRNA的形式被活化与转运⑵延长因子是辅助核糖体合成肽链的必要条件大肠杆菌延长因子有三种：①EF-Tu：协助氨基酰-tRNA进入核糖体。
与氨基酰-tRNA以及GTP结合形成EF-Tu-GTP-氨基酰-tRNA,将氨基酰-tRNA转运到核糖体的A位。
②EF-Ts促进EF-Tu-GTP的再生。
EF-Tu-GTP在参加一轮核糖体循环后转变为EF-Tu-GDP，EF-Ts使EF-Tu-GDP再转变成EF-Tu-GTP，后者可再被利用。
③EF-G促进肽酰-tRNA移位。
促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移到P位，促进tRNA的释放。
⑶核糖体循环是肽链延长过程①进位。
核糖体A位上mRNA密码子所对应的氨基酰-tRNA在延长因子EF-Tu协助下进入核糖体A位称为进位。
②转肽。
在肽酰转移酶的催化下，P位上的tRNA所携带的肽酰基的羧基与A位上的氨基酸的α-氨基形成肽键，此过程称为转肽反应。
③移位。
转肽后，占据P位的是失去氨基酰基的tRNA，A位是肽酰-tRNA。
延长因子EF-G可促使A位的肽酰-tRNA移位，进入P位，同时使P位的tRNA释放。
A位空留并对应下一组三联体密码子。
7终止密码子和终止因子决定翻译的终止⑴终止因子：又称释放因子（release factor, RF）。
其功能是识别mRNA上的终止密码子，终止肽链的合成并释放出肽链。
原核生物中释放因子是RF-1, RF-2, RF-3。
RF-1识别密码子UAA及UAG，RF-2能识别UAA及UGA。
RF-3结合GTP，并能促进RF-1, RF-2与核糖体结合。
⑵肽链终止过程：肽链延长到mRNA终止密码子在核糖体A位出现，终止密码子不能被任何氨基酰-tRNA识别进位。
RF-1, RF-2进入A位，识别结合终止密码子。
RF-1或RF-2任一释放因子结合终止密码子后都可触发核糖体构象改变，诱导核糖体的肽酰转移酶的两个活性（催化肽酰-tRNA之间酯键的水解和肽酰基与下一个氨基酸之间肽键的形成）只发挥其水解酶活性。
水解P位的tRNA与肽链之间的酯键，将合成的肽链释放。
随后mRNA 与核糖体分离，tRNA脱落。
核糖体在IF-3和IF-1的作用下，解离成大小亚基。
8多聚核糖体保证蛋白质合成的快速进行㈡原核生物基因表达的特点1只有一种RNA聚合酶。
RNA聚合酶用来识别原核细胞的启动子，催化所有RNA的合成。
2原核生物的基因表达以操纵子为基本单位。
3转录和翻译是偶联进行的：原核生物染色体DNA是裸露的环形DNA，转录成mRNA后，直接在胞浆中与核糖体结合翻译成蛋白质。
4 mRNA翻译起始部位有特殊的碱基序列-SD序列5原核生物基因表达的调控主要在转录水平，即对RNA合成的调控。
通常有两种方式：一种是起始调控，即启动子调控；另一种是终止调控，即衰减子调控。
㈢原核生物基因表达的调控1原核生物转录水平的调控是主要调控环节：①启动子。
启动子决定转录的效率和方向。
②σ因子。
③阻遏蛋白具有负调控作用。
阻遏蛋白（repressor）：是一类在转录水平对基因表达产生负调控作用的蛋白质。
结合于特异的DNA序列后抑制基因的转录。
④正调控蛋白促进基因的转录。
结合于特异的DNA序列后促进基因的转录。
⑤倒位蛋白通过DNA重组倒位而调节基因表达。
倒位蛋白是一种位点特异性的重组酶。