第二章细胞分化的分子机制——转录和转录前调控
细胞分化的分子机制
细胞分化的分子机制细胞分化是生命的一个奇妙过程，它是由一系列复杂的分子机制驱动的。
细胞分化可以简单地理解为一种由单一细胞分化为各种不同细胞类型的过程。
细胞分化是一种多步骤的过程，其中包括细胞形态的改变、基因表达的变化和功能的改变。
一、基因表达和转录因子基因表达是生物学中最基本的过程之一，也是细胞分化的重要环节。
基因表达是指基因信息从DNA转录成mRNA后，由mRNA翻译成蛋白质的过程。
在细胞分化过程中，某些基因的表达受到特定的转录因子的调控。
转录因子是一种可以与DNA结合并调控基因表达的蛋白质。
转录因子通常具有结构域能与DNA上的特定序列结合，从而激活或抑制基因的表达。
二、表观遗传调控表观遗传调控是指一种可以在不改变DNA核苷酸序列的情况下改变基因表达的方式。
表观遗传调控包括DNA甲基化和染色质修饰。
DNA甲基化指的是将甲基基团加到DNA分子的一种化学修饰方式。
DNA甲基化会导致基因失活，并阻止基因表达。
染色质修饰是指细胞储存DNA的染色质通过化学修饰改变结构和功能，从而影响基因表达。
这种调节方式可以通过一些调节酶的活性来实现。
三、信号转导通路信号转导通路在细胞分化过程中扮演着关键的角色。
信号转导通路是指细胞内为了接收外部信号而存在的一系列信号传递路线。
在细胞分化过程中，信号转导通路可以影响转录因子的表达，并影响表观遗传调控。
这个过程中，细胞的外部环境，如细胞因子的存在或缺失等，会影响信号转导通路的启动和停止。
四、再生医学细胞分化的分子机制在医学领域中也有着重要的地位。
再生医学是指应用细胞分化的分子机制来促进组织、器官或血管等各种完整生物的再生。
再生医学的目标是用干细胞或分化出的细胞代替或修复人体内的受损或缺失的组织或器官。
细胞分化的分子机制是一个复杂的过程，很多因素都会影响它的实现。
有了深入的了解和研究，未来人们可以更好地利用细胞分化的分子机制来治疗疾病，改善人类生活。
细胞分化机制
细胞分化机制细胞分化是指由一种特定类型的细胞发展成为另一种或多种特化细胞的过程，这一过程对于多细胞生物的生长和发育至关重要。
细胞分化机制涉及到细胞内外的各种调控信号和相互作用，可以分为内源性和外源性两类。
一、内源性调控内源性调控主要指细胞内部的基因调控机制。
在细胞分化过程中，特定的基因会被打开或关闭，从而产生特定类型的细胞。
这种基因调控通过DNA上的转录因子和表观遗传修饰来进行。
1. 转录因子调控转录因子是一类能够识别DNA特定序列并调控基因转录的蛋白质。
在细胞分化过程中，特定的转录因子会结合到特定基因的启动子区域，促进或抑制该基因的转录活性。
例如，MyoD转录因子在肌肉细胞分化中起到关键作用。
2. 表观遗传修饰表观遗传修饰是指通过改变染色体的结构和化学修饰来调控基因表达的过程。
这包括甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等。
这些修饰可以使得某些基因变得不可访问，从而在细胞分化中发挥关键作用。
二、外源性调控外源性调控主要指细胞外部的信号分子对细胞分化的调控作用。
这些信号分子可以来自于周围细胞、体液或细胞外基质，它们通过与细胞膜表面的受体结合，触发一系列信号传导通路，影响细胞内的基因表达和细胞功能。
1. 细胞因子信号细胞因子是一类由细胞分泌的信号蛋白质，它们可以通过激活细胞膜上的受体来调控细胞分化。
例如，干细胞因子可以诱导干细胞向特定细胞系分化。
2. 细胞-细胞相互作用在多细胞生物的发育过程中，细胞之间通过直接接触或通过细胞外基质进行相互作用。
这些相互作用可以通过调节信号传导通路来影响细胞命运和分化。
例如，神经细胞之间的突触连接可以引导其特定的分化路径。
细胞分化是一个复杂而精细的过程，由内源性和外源性调控机制相互作用。
通过对这些调控机制的深入研究，我们可以更好地理解细胞分化的过程，为疾病治疗和组织工程等领域提供更有效的方法和策略。
细胞分化机制的研究对于揭示生命的奥秘和推动科学的进步具有重要意义。
细胞分化和组织发生的分子机制和功能
细胞分化和组织发生的分子机制和功能细胞分化和组织发生是生物学中至关重要的两个概念。
细胞分化是指原始的多能干细胞通过各种分化过程，逐渐转化为具有特定形态和功能的成熟细胞。
组织发生则是指多个细胞以一定的方式组合在一起，形成结构和功能相对独立的组织。
这两个概念涉及到许多重要的分子机制和生物学过程，本文将对此进行综述。
一、细胞分化的分子机制细胞分化的过程中，许多分子机制起到了非常关键的作用。
其中一些机制主要包括：1. 转录因子转录因子是在基因表达调控中起到极其重要作用的蛋白质。
它们可以与DNA 特定序列结合，在转录时激活或抑制相关基因的表达。
在细胞分化过程中，转录因子可以促进或抑制干细胞向特定方向分化的基因表达。
例如，MyoD是一个转录因子，在肌肉细胞分化过程中起到重要作用。
2. 表观遗传调控表观遗传调控是指通过化学修饰改变DNA结构而不改变DNA序列，以影响基因表达的调控机制。
这些化学修饰包括DNA甲基化、组蛋白修饰等。
在细胞分化过程中，表观遗传调控能够调控某些基因是否处于活性状态，从而影响细胞的形态和功能。
例如，在胚胎发育中，卵裂期的细胞基本上没有DNA甲基化和组蛋白修饰，而在胎儿发育后期，这些修饰逐渐增多，支持各种分化过程的进行。
3. 信号通路细胞分化还可以通过一些复杂的信号通路进行调控。
这些信号通路包括细胞外信号诱导、细胞内信号传递等，参与的分子非常复杂。
例如，在干细胞分化成皮肤细胞的过程中，外部信号激活了Ras-MAPK信号通路，从而促进了细胞的分化。
二、组织发生的分子机制组织发生的过程同样涉及到许多非常关键的分子机制。
这些机制可以概括为：1. 细胞-细胞相互作用在组织发生过程中，细胞间的相互作用非常重要。
这种相互作用可以从分子层面上进行，例如通过细胞表面的黏附分子，将细胞组合在一起。
此外，细胞还可以释放信号分子，从而与周围细胞进行通讯，协调组织发生的过程。
2. 基质调控基质是组织的重要组成部分，同时也可以影响组织的发生过程。
发育生物学1—7章 课后习题答案
《发育生物学》课后习题答案绪论1、发育生物学的定义，研究对象和研究任务？答：定义：是应用现代生物学的技术研究生物发育机制的科学。
研究对象：主要研究多细胞生物体从生殖细胞的发生、受精、胚胎发育、生长到衰老死亡，即生物个体发育中生命现象发展的机制。
同时还研究生物种群系统发生的机制。
2、多细胞个体发育的两大功能？答：1.产生细胞多样性并使各种细胞在本世代有机体中有严格的时空特异性；2.保证世代交替和生命的连续。
3、书中所讲爪蟾个体发育中的一系列概念？答：受精：精子和卵子融合的过程称为受精。
卵裂：受精后受精卵立即开始一系列迅速的有丝分裂，分裂成许多小细胞即分裂球，这个过程称为卵裂。
囊胚：卵裂后期，由分裂球聚集构成的圆球形囊泡状胚胎称为囊胚。
图式形成：胚胎细胞形成不同组织，器官和构成有序空间结构的过程胚轴：指从胚胎前端到后端之间的前后轴和背侧到腹侧之间的背腹轴4、模式生物的共性特征？答：a.其生理特征能够代表生物界的某一大类群；b.容易获得并易于在实验室内饲养繁殖；c.容易进行试验操作，特别是遗传学分析。
5、所讲每种发育生物学模式生物的特点，优势及其应用？答：a.两粞类——非洲爪蟾取卵方便，可常年取卵，卵母细胞体积大、数量多，易于显微操作。
应用：最早使用的模式生物，卵子和胚胎对早期发育生物学的发展有举足轻重的作用。
b.鱼类——斑马鱼受精卵较大，发育前期无色素表达，性成熟周期短、遗传背景清楚。
优势：a,世代周期短；b,胚胎透明，易于观察。
应用：大规模遗传突变筛选。
c.鸟类——鸡胚胎发育过程与哺乳动物更加接近，且鸡胚在体外发育相对于哺乳动物更容易进行试验研究。
应用：研究肢、体节等器官发育机制。
d.哺乳动物——小鼠特点及优势：繁殖快、饲养管理费用低，胚胎发育过程与人接近，遗传学背景较清楚。
应用：作为很多人类疾病的动物模型。
e.无脊椎动物果蝇：繁殖迅速，染色体巨大且易于进行基因定位。
酵母：单细胞动物，容易控制其生长，能方便的控制单倍体和二倍体间的相互转换，与哺乳动物编码蛋白的基因有高度同源性。
转录和翻译的分子机制和调控
转录和翻译的分子机制和调控转录和翻译是两个基本的生物过程，这两个过程对于细胞的正常工作具有极其重要的意义。
转录是指将DNA序列转换成RNA序列的过程，而翻译是指将RNA序列翻译成蛋白质的过程。
这两个过程的分子机制和调控十分复杂，涉及到多种分子因素的参与，下面我们就一起来探讨一下这个话题。
一、转录的分子机制和调控转录是指通过RNA聚合酶酶促反应，在DNA模板上合成与其序列互补的RNA的过程。
转录的分子机制非常复杂，主要包括RNA聚合酶、转录因子和DNA序列三个方面。
RNA聚合酶是转录过程中最核心的分子因子之一，它通过特定的基序与DNA上的启动子结合，寻找到正确的起始位置，然后开始合成RNA链。
RNA聚合酶包括多种亚型，每一种亚型都负责合成不同类型的RNA，如RNA pol I主要合成rRNA，RNA pol II合成mRNA，RNA pol III合成小RNA等。
在RNA合成过程中，转录因子也起着至关重要的作用。
转录因子包括翻译因子、启动因子、调节因子等多种类型，它们与RNA聚合酶和DNA序列相互作用，参与转录基因的调控和表达。
除了RNA聚合酶和转录因子以外，DNA序列本身也对于转录过程有着很大的影响。
DNA上的启动子和增强子等特殊序列可以启动和调节基因的转录。
此外，DNA上的甲基化等化学修饰也可以影响转录的进行。
二、翻译的分子机制和调控翻译是指利用核糖体将信息载体mRNA上的编码信息转化成蛋白质的过程。
翻译的分子机制同样十分复杂，主要包括mRNA、tRNA、核糖体等多个分子因素。
在翻译过程中，mRNA起着信息传递的作用，每个mRNA分子都含有一个编码信息序列，其中每三个核苷酸对应一个氨基酸。
tRNA是翻译过程中的另一个关键分子，它们通过特定的氨基酰tRNA合成酶与相应的氨基酸结合，然后与mRNA上的相应编码序列识别配对，将氨基酸带入核糖体中参与蛋白质的合成。
核糖体是翻译过程中最核心的分子因子之一，它通过多个组成部分的配合，将tRNA上的氨基酸逐个组合成成链，合成出完整的多肽序列。
转录和转录水平的调控要点讲课讲稿
转录和转录水平的调控要点讲课讲稿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、n类和第"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：a 2 3 3 '称为核心酶，转录延长只需核心酶即可。
a 2 3 3 ' b称为全酶，转录起始前需要b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、H、川三种,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。
细胞分化的分子机制-转录后的调控
C-fos mRNA 5’UTR coding sequence 3’UTR
成纤维细胞
肿瘤细胞
AU富集区
c-fos基因编码正常成纤维细胞分裂必需的一种蛋白质
如Prolactin（泌乳刺激素）仅提高牛的casein（酪蛋白）基因转录水平2倍，提高其mRNA寿命25倍，使mRNA更多次的翻译。
与其它蛋白质一起装配成为功能单位，血红蛋白；
与某些离子结合而激活，钙调蛋白;
通过蛋白质修饰（磷酸化、乙酰化）而激活，鱼精蛋白、晶体蛋白。
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5、翻译后水平上的调控
3’ UTR对发育的时空调控作用： 调控配子的决定； 调控许多卵母细胞贮存mRNA的翻译活动； 调控一些mRNA在卵母细胞中的定位； 参与某些组织分化的维持
FEM-3是精子发育所必需的一种蛋白质，如果fem-3 mRNA翻译活性被抑制，生殖细胞→卵子； 在幼虫四龄时， fem-3 mRNA 3’UTR区结合翻译抑制因子（TRA-2），
推测：RNA在核基质内完成转录和加工，然后将mRNA运输到核膜孔，由此运出核外，但机制尚胞分化中基因选择性表达调控的另一种方式是细胞核以何种方式处理mRNA前体，通过调控，有的mRNA运出核外，有的不能运出；
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已发现：一种特殊的病毒蛋白对于mRNA运输是必需的。
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（三）、mRNA向核外的运输
1、卵母细胞中翻译调控机制的假说
mRNA masking（掩蔽）: mRNA与其它蛋白结合成ribonucleoprotein (RNP) plex,阻止与核糖体结合；卵成熟或受精后，离子强度改变或蛋白磷酸化等导致RNP不稳定/解体，翻译得以进行。 5’ Cap（7-甲基鸟苷酸）的调控：如某些种类(蛾)，其卵中的部分mRNA的5`-鸟苷酸在受精后才甲基化，然后开始翻译。 mRNA sequester（隐蔽）: 指mRNA被阻隔于蛋白合成装置。如海胆未受精卵的组蛋白 mRNA定位于原核中，受精后原核破裂，mRNA才能进入胞质开始翻译。 Poly(A)对翻译的调控：卵母细胞减数分裂成熟前后，mRNA polyA的长度发生变化（由3’UTR调控）。带长polyA的mRNA具翻译活性 翻译效率的调控：如将海胆卵母细胞裂解液的pH从自然状态下的pH6.9提高到pH7.4（受精后自然状态下的pH）,蛋白质合成量急剧增加。受精后pH升高的作用可能包括去除mRNA的封闭蛋白和激活翻译起始因子。
RNA转录与转录调控的分子机制
RNA转录与转录调控的分子机制在细胞的遗传信息传递过程中，RNA转录与转录调控起着至关重要的作用。
RNA转录是指DNA模板的一段特定区域被RNA聚合酶复制成RNA分子的过程，而转录调控则是指在转录过程中通过调控因子的作用以及其他的分子机制，对RNA的合成进行调控和调节。
本文将介绍RNA转录与转录调控的分子机制，以及其在细胞功能和疾病发生中的重要意义，为读者提供对这一领域的深入了解。
一、RNA转录的分子机制1. RNA聚合酶的作用RNA聚合酶是负责RNA合成的关键酶类。
在转录过程中，RNA聚合酶通过与DNA模板结合，并根据DNA模板上的碱基序列合成RNA 分子。
RNA聚合酶具有高度的特异性，可以识别并结合特定的启动子区域，从而在这些区域上进行RNA的合成。
RNA聚合酶的速度和准确性对于细胞正常功能的发挥以及基因表达的调控至关重要。
2. 启动子和转录因子的作用启动子是DNA上的特定区域，它能够结合和识别RNA聚合酶以及其他的调控因子。
在细胞内，启动子的存在决定了RNA转录的启动和废除。
转录因子则是一类可以结合到启动子上，并能够调控RNA转录的蛋白质。
这些转录因子可以与RNA聚合酶相互作用，进而实现基因的表达和调控。
转录因子在细胞中发挥着非常重要的作用，它们可以调控基因的转录速度、定位、选择性以及相互作用等。
二、转录调控的分子机制1. 结构域和染色质调控转录调控的一个重要机制是通过染色质结构域的改变来影响基因表达。
染色质是DNA和蛋白质的复合物，它在细胞核中组成了染色体的结构。
通过改变染色质的状态和结构，可以调节基因的可及性和转录效率。
例如，甲基化和去甲基化等化学修饰可以对染色质进行调控，进而影响基因的转录活性。
2. 转录调控复合物的作用转录调控复合物是由多个蛋白质组成的复合物，它们在细胞中协同作用，调控基因的转录过程。
这些复合物可以通过与转录因子和其他蛋白质的相互作用，实现对RNA聚合酶的招募和调控。
发育生物学笔记
重点：1. 掌握发育生物学的概念发育生物学(developmental biology)是应用现代生物学的技术研究生物的生殖、生长和分化等发育本质的科学。
2. 掌握发育生物学研究的对象和任务①发育生物学主要研究多细胞生物体从生殖细胞的发生、受精、胚胎发育、生长、衰老和死亡，即生物个体发育 (ontogeny) 中生命过程发展的机制；②生物种群系统发生(systematics development) 的机制。
发育生物学的研究任务一个单细胞受精卵如何通过一系列的细胞分裂和细胞分化产生有机体的所有形态和功能不同的细胞，这些细胞又如何通过细胞之间的相互作用共同构建各种组织和器官，建成一个有机体并完成各种发育过程的。
阐明个体发育机制的核心问题是弄清遗传信息以何种方式编码在基因组上，DNA上的一维信息又是如何控制生物体的三维形态结构的构建和生命现象的发展。
3.动物发育的主要特征(1 ) 个体发育的特征；生物个体发育的特征是具有严格的时间和空间的次序性，这种次序性由发育的遗传程序控制。
发育是有机体的各种细胞协同作用的结果，也是一系列基因网络性调控的结果。
在发育的过程中涉及多种生命现象，如细胞分裂，细胞分化，细胞迁移，细胞凋亡，生长、衰老和死亡等。
(2 ) 个体发育的功能生物个体发育有两个主要的功能：①产生细胞的多样性并使各种细胞在本世代有机体中有严格的时间和空间次序性；②保证世代的交替和生命的连续。
4.动物发育的基本规律(1)受精新个体的生命开始于两性配子(gamete)——精子(sperm)和卵子(ovum)的融合，这个融合过程称为受精(fertilization)。
(2) 胚胎发育——形成幼体通过受精激活发育的程序，受精卵开始胚胎发育。
大多数动物要经过卵裂、原肠胚形成、神经胚形成(neurulation)、器官形成(organogenesis)等几个主要的胚胎发育阶段才能发育成为幼体。
(3)生长发育——成体 (4)衰老与死亡5. 了解后成论和先成论的基本内容后成论;胚胎是由简单到复杂逐渐发育形成的，这个理论后来称为后成论。
细胞分化的机制
细胞分化的机制细胞分化是指在多细胞生物体内，由一种原始细胞分化为不同类型的细胞的过程。
这个过程涉及到遗传信息的表达和调控，从而使得细胞能够发展成不同的组织和器官。
细胞分化的机制涉及到多种因素，包括基因调控、信号通路和表观遗传学等。
本文将分别介绍这些机制以及它们在细胞分化中的作用。
一、基因调控基因调控是细胞分化的重要机制之一。
在细胞分化过程中，一部分基因的表达会被抑制，而另一部分基因的表达则会被激活。
这种差异的基因表达模式决定了不同细胞类型的特征。
基因调控通过转录因子和调节元件来实现。
转录因子是一类能够结合到DNA上的蛋白质，它们能够激活或抑制特定基因的转录。
在细胞分化过程中，转录因子起到了调节细胞特异性基因表达的关键作用。
例如，在胚胎发育过程中，一些特定的转录因子会结合到细胞特异性基因的启动子上，激活这些基因的转录，从而使得细胞逐渐分化为不同类型的细胞。
除了转录因子，调节元件也参与到基因调控中。
调节元件是位于基因上游或下游的DNA序列，它们可以调节基因的转录。
通过与转录因子相互作用，调节元件能够影响转录因子对基因的结合能力，从而调控基因的表达水平。
这种调控机制在细胞分化中起到了重要的作用。
二、信号通路信号通路在细胞分化过程中具有重要的作用。
细胞通过信号通路来接收和传递外界信号，从而调控基因表达和细胞命运的决定。
一个典型的信号通路包括信号分子、受体和下游信号传导分子。
信号分子是由细胞外分泌的物质，它们通过结合到细胞表面的受体上，激活受体内部的信号传导分子。
这些信号传导分子会进一步传递信号，最终调控基因的表达和细胞的分化。
例如，胰岛素信号通路在胰岛素分泌和血糖水平调节中起到重要的作用。
胰岛素是由胰岛β细胞分泌的一种激素，它能够降低血糖水平。
胰岛素结合到细胞表面的胰岛素受体上，激活下游信号传导分子，进而促使胰岛β细胞分泌胰岛素。
三、表观遗传学表观遗传学是指在细胞分化过程中，细胞的基因组结构和功能发生改变的过程。
转录因子在细胞分化中的作用及其调控机制研究
转录因子在细胞分化中的作用及其调控机制研究转录因子（transcription factor）是一类能够调控基因表达的蛋白质，它们通过结合到某些DNA序列的特定区域，与RNA聚合酶复合物共同协同作用，影响特定基因是否被转录成mRNA，从而控制基因表达的水平和模式。
转录因子存在于所有生物中，它们在细胞分化、发育、免疫应答、代谢和疾病等多个过程中发挥着至关重要的作用。
其中，在细胞分化和发育中所起的作用尤为重要。
一、转录因子在细胞分化中的作用细胞分化是指未分化的细胞逐渐进入特定细胞类型的功能和形态状态，这一过程涉及到大量的基因表达调控事件。
在细胞分化中，不同的细胞类型表现出不同的基因表达模式，这种基因表达模式的确定是由转录因子介导的。
转录因子参与了多个基因表达调控事件，例如：1. 转录因子可以激活或抑制基因的转录细胞分化之后不同的细胞类型会表达一系列的特定基因，这种基因表达的模式是由不同转录因子的作用决定的。
一些转录因子能够结合到某些基因的启动子上，激活基因的转录和表达，同时也有一些转录因子可以抑制特定基因的转录和表达。
2. 转录因子可以选择性地结合不同的DNA序列不同的转录因子有不同的DNA结合区域，而这些结合区域的组合成为转录因子结合模式（binding motif）。
一个转录因子的结合模式的选择性是基于其氨基酸序列的选择性。
细胞分化过程中不同类型的细胞所表现出的结合模式是不同的，这进一步导致了特定基因表达水平的差异。
3. 转录因子可以协同或竞争结合到同一DNA区域上一个基因的启动子通常有多个转录因子结合区域，不同的转录因子可以共同结合到同一DNA区域上，协同地定向影响基因表达。
另一方面，一些转录因子也会竞争性地结合到同一DNA区域上，从而协同决定该基因是否会被转录。
二、转录因子调控的机制在细胞分化中，转录因子的表达受到多重层面上的阻止、激活和调节，下面主要介绍转录因子调控的机制。
1. 长链非编码RNA（lncRNA）lncRNA是一种长度超过200nt的RNA分子，它们与调节基因表达的一系列蛋白质相互作用，形成复杂的调控网络。
第二章细胞分化的分子机制——转录和转录前调控
2）、内含子（intron）
• 非蛋白质编码序列，又称插入序列；
• 不同基因具有内含子的数目和内含子的长度差异很大；
• 对前体RNA加工成为mRNA并转运到细胞核外具有重要作用； • 真核生物某些结构Gene没有内含子，如组蛋白Gene、干扰素
Gene、大多数的酵母结构Gene等
Intron 1
β - 珠蛋白基因
1、基因删除：原生动物、线虫、昆虫、甲壳动物。 2、基因扩增：爪蟾的rDNA、果蝇多线染色体。 3、基因重排：免疫球蛋白基因（106~108种抗
体）。
1、染色体消减
• 副蛔虫 染色体消减 • 瘿蝇等 卵裂时，部分染色体丢失，丢失的→体细胞；
不丢失的→生殖细胞。如：瘿蝇 40 →8；摇蚊 40→38 • 哺乳类（除骆驼）的红细胞、皮肤的羽毛、毛发角化细胞中
• 表达剂量补偿，凝血因子基因；
• 近年：xist基因有调控小鼠发育中X染色体失活的功能
二、选择性基因转录的染色质变化
（一）、染色体疏松区
（puff region of chromosome）
染色体蓬松区——染色体上DNA解螺旋 的区域，是基因转录 活跃区
• 蓬松区的有无或者位置，具有组织和 发育时期的特异性
B、基因组扩增（genome amplification）：通过多倍体和多线染
• 哺乳动物肝细胞（营养原细胞）——多倍体扩增 • 果蝇卵巢中营养细胞——多线染色体扩增
色体扩增完整基因组
5’前导序列
转录间隔
rDNA——核
糖体RNA基因
3、基因重排
• 免疫球蛋白的基因重组 • 淋巴母细胞在为抗体制
备作准备时，组合多个 独立的遗传程序（体细 胞重组），其间，它总 是试图将抗体轻链或重 链的DNA序列随机编排 成受体或抗体的可变区， 以增加识别和结合未知 外来抗原的机会
发育生物学期末考试复习资料
发育生物学期末复习资料一、发育的主要功能：产生细胞的多样性（细胞分化）；保证世代的连续（繁殖）.二、发育的基本阶段：①胚前期：配子发生、成熟、排放的时期—生殖生物学（reproductive biology）.②胚胎期：受精、卵裂、囊胚、原肠胚、神经胚、器官发生、新个体（幼虫、幼体，变态）。
③胚后期：性成熟前期、性成熟期、衰老期(老年学)、死亡。
三、发育的主要特征和普遍规律：细胞增殖（cell division）：伴随发育的整个过程中，不同时期、不同结构增殖速度不同细胞分化（cell differentiation）:从受精卵产生各种类型细胞的发育过程称为细胞分化.或者说，细胞的形态、结构和功能上的差异性产生的过程为细胞分化.图式形成：胚胎细胞形成不同组织、器官和构成有序空间结构的过程。
形态发生（morphogenesis）：不同表型的细胞构成组织、器官,建立结构的过程.卵裂：细胞分裂快、没有(或短）细胞生长的间歇期,因而新生细胞的体积比母细胞小.胚胎在基本的pattern形成之后,其体积会显著增长，原因在于细胞数量增加、细胞体积增加、胞外物质的积累.不同组织器官的生长速度也各异。
Determination：指细胞特性发生了不可逆的改变，发育潜力已经单一化。
Specification：指一组细胞在中性环境下离体培养,它们仍按其正常命运图谱发育.诱导信号在细胞之间传递的三种方式：扩散性信号分子、跨膜蛋白的直接互作、间隙连接信号传导特点：传递距离有限；并非所有细胞都能对某种信号发生反应；不同类型细胞可对同一信号发生不同反应, e。
g。
，乙酰胆碱使心肌收缩频率下降,但促使唾液腺分泌唾液。
模式生物的主要特征:取材方便;胚胎具有较强的可操作性；可进行遗传学研究脊椎动物模式生物:两栖类:非洲爪蟾；鱼类：斑马鱼；鸟类：鸡;哺乳动物：小鼠.1。
非洲爪蟾主要优点：1. 取卵方便，不受季节限制;2. 卵D=1。
4cm、胚胎体积大,易于操作；3. 发育速度快，抗感染力强，易于培养.4、卵母细胞减数分裂。
发育生物学复习资料重点总结
绪论1、发育生物学：是应用现代生物学的技术研究生物发育机制的科学。
它主要研究多细胞生物体从生殖细胞的发生、受精、胚胎发育、生长到衰老和死亡，即生物个体发育中生命现象发展的机制。
2、（填空）发育生物学模式动物：果蝇、线虫、非洲爪蟾、斑马鱼、鸡和小鼠。
第一篇发育生物学基本原理第一章细胞命运的决定1、细胞分化：从单个的全能细胞受精卵开始产生各种分化类型细胞的发育过程称细胞分化。
2、细胞定型可分为“特化”和“决定”两个阶段：当一个细胞或者组织放在中性环境如培养皿中培养可以自主分化时，可以说这个细胞或组织发育命运已经特化；当一个细胞或组织放在胚胎另一个部位培养可以自主分化时，可以说这个细胞或组织发育命运已经决定。
（特化的发育命运是可逆的，决定的发育命运是不可逆的。
把已特化细胞或组织移植到胚胎不同部位，会分化成不同组织，把已决定细胞或组织移植到胚胎不同部位，只会分化成同一种组织。
）3、（简答）胚胎细胞发育命运的定型主要有两种作用方式：第一种通过胞质隔离实现，第二种通过胚胎诱导实现。
（1）通过胞质隔离指定细胞发育命运是指卵裂时，受精卵内特定的细胞质分离到特定的裂球中，裂球中所含有的特定胞质可以决定它发育成哪一类细胞，而及邻近细胞没有关系。
细胞发育命运的这种定型方式称为“自主特化”，细胞发育命运完全由内部细胞质组分决定。
这种以细胞自主特化为特点的胚胎发育模式称为“镶嵌型发育”，因为整体胚胎好像是由能自我分化的各部分组合而成，也称自主型发育。
（2）通过胚胎诱导指定细胞发育命运是指胚胎发育过程中，相邻细胞或组织之间通过互相作用，决定其中一方或双方细胞的分化方向。
相互作用开始前，细胞可能具有不止一种分化潜能，但是和邻近细胞或组织的相互作用逐渐限制它们的发育命运，使之只能朝一定的方向分化。
细胞发育命运的这种定型方式成为“有条件特化”或“渐进特化”或“依赖型特化”，因为细胞发育命运取决于及其邻近的细胞或组织。
这种以细胞有条件特化为特点的胚胎发育模式称为“调整型发育”，也称有条件发育或依赖型发育。
细胞分化过程中转录因子的调控
细胞分化过程中转录因子的调控细胞是生命的基本单位，为了完成不同的生物学功能，细胞需要从干细胞分化为不同类型的细胞。
细胞分化过程中蛋白质合成是其中一个至关重要的决定性因素。
同时，蛋白质合成的完成需要依赖转录因子的调控。
在本文中，我们将关注细胞分化过程的转录因子调控机制。
1. 转录因子的定义转录因子是指可以结合于特定DNA序列的蛋白质。
它们在基因转录调控中起着至关重要的作用。
转录因子通过结合于DNA的启动子（位于转录起始位置上游）的特定区域，可以调控基因的转录活性。
它们可以增强或抑制基因的转录，从而调控基因的表达水平。
2. 转录因子的分类转录因子可以根据其结构和功能进行分类。
根据结构，转录因子可以分为两类：一类结构简单，只有一个DNA结合区域，像属于Myb家族的转录因子、属于基础转录调控因子家族的TFIID、TATA盒结合蛋白等。
另一类转录因子结构复杂，其DNA结合部位由多个结构域组成，像属于Krüppel家族的转录因子、活化蛋白-1（AP-1）等。
根据功能，转录因子也有很多种类。
这些包括激活转录因子、负调节转录因子、单调节转录因子、基础转录因子等。
3. 转录因子在细胞分化过程中的作用细胞分化过程中，细胞从一个全能的干细胞转变为一种特定的细胞类型。
这个转变涉及到在基因表达中出现的多个静态和动态的调控过程。
在细胞分化过程中，大部分细胞特异性的基因被调控，开关基因表达过程是转录因子的功能。
转录因子鉴定和分析由此成为基因调控在分子水平上的研究。
细胞分化过程中蛋白质合成是一个决定性的因素，这个过程需要函数上所处的基因的表达水平发生变化。
对于蛋白合成和调控，一个重要的机制就是转录因子。
4. 转录因子调控的机制转录因子调控的机制是多样化的。
作为一种常见的调控机制，一些转录因子通过结合到靠近启动子区域上的转录因子结合区，直接激活区域的基因。
另一些转录因子通过调节结合在其他转录因子上的功能，来间接调节区域基因的表达。
细胞分化与发育中的信号传导与转录调控
细胞分化与发育中的信号传导与转录调控随着科学技术的不断发展，我们对于生命的认识也愈发深入。
生命的核心是细胞，而细胞的分化和发育是生命演化的基础。
在细胞分化和发育过程中，信号传导和转录调控发挥着重要的作用。
本文将对信号传导和转录调控在细胞分化和发育中的作用进行探讨。
一、信号传导在细胞分化中的作用细胞分化是指从一个未分化的细胞分化为特定类型细胞的过程。
在生命的发展过程中，细胞分化是至关重要的。
正是因为细胞分化的存在，使得细胞能够执行各自的特定功能，从而构成了复杂的生物体。
在细胞分化中，信号传导是起着关键作用的。
信号传导可以使得细胞在受到外部环境刺激时，能够进行及时而恰当的回应。
例如，当细胞需要分化为特定类型细胞时，一系列特定的信号必须被激活，并且按照特定的顺序传递下去。
这些信号可以影响到细胞内启动子的活性，进而调控特定基因的表达，促进或抑制细胞分化。
以神经元分化过程为例，神经元需要通过神经元特定的基因表达来实现其功能，而神经元特定的基因表达受到一系列神经元分化相关信号的调控。
这些信号的来源多种多样，如胚胎早期的参与分化的因子、神经元内外环境的信号等等。
在受到这些信号的刺激后，基因启动子中的转录因子被激活，特定基因得以表达，神经元分化最终实现。
此外，在细胞分化过程中，信号的反馈机制也非常重要。
细胞内的信号反馈可以保证细胞在外部信号存在时能够进行迅速而准确的反应，在内部信号存在时能够及时制止不必要的反应。
二、转录调控在细胞发育中的作用在细胞发育过程中，由于需要不同类型细胞的发育，必须进行基因表达的特定调控。
这种调控就体现在转录调控上。
转录调控可以通过启动子和增强子的结合，或通过废除阻遏因子而实现。
转录因子是在细胞环境变化下启动或抑制基因表达的重要因素。
在细胞发育中，转录因子的作用是促进或抑制下游基因的表达。
例如，在肌肉细胞发育过程中，MyoD是一个特定的转录因子，可以启动肌肉细胞分化特定的基因表达，从而实现肌肉细胞的分化。
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子常被长度不一的内含子所间隔。 —— β珠蛋白 基因（1700bp）=3个外显子+2个内含子。
—— DMD基因（2300kb）=79个外显子+ 78 个内含子。（迄今认识的最 大的基因）
β - 珠蛋白基因
核心启动子成分：如：在启动子的上游区一般都含有一个TATA框（高度保 守），位于转录起始点上游25～30 bp（-30～50 ），可精确地控制转录从起
始位点开始；TATA框与转录因子TFII结合，再与RNA 聚合酶II形成转录起始
复合物，从而准确地识别转录起始位置，对转录水平有定量效应。 上游启动子成分：如CAAT框、GC框、GCCACACCC和ATGCAAAT序列，调控转录
第二章 细胞分化的分子机制 —— 转录和转录前的调控
基本概念
细胞分化 cell differentiation: 是指同群结构与功能相同的细胞发生一系列的 内外变化，成为结构与功能不同的细胞的过程。分化过程涉及基因活性状态变化、 细胞内物质组成的变化和功能的变化以及形态结构的变化。
细胞表型 cell phenotype：是细胞特定基因型在一定的环境条件 下的表现，是细胞的特定性状。
1、基因删除：原生动物、线虫、昆虫、甲壳动物。 2、基因扩增：爪蟾的rDNA、果蝇多线染色体。 3、基因重排：免疫球蛋白基因（106~108种抗
体）。
1、染色体消减
• 副蛔虫 染色体消减 • 瘿蝇等 卵裂时，部分染色体丢失，丢失的→体细胞；
不丢失的→生殖细胞。如：瘿蝇 40 →8；摇蚊 40→38 • 哺乳类（除骆驼）的红细胞、皮肤的羽毛、毛发角化细胞中
改变，成为常染色质，进行
转录，有些情况反之
异染色质化过程：指具有转录活性的常染色质失去转录活性 （一种高度固缩状态），成为异染色质的过程（基因沉 默）。
X染色体失活（长臂所有基因失活，短臂部分基因未失活）
• 哺乳类X性染色体（♀）；
• 多为随机失活；少为选择性失活（父源，小鼠滋养细胞、 袋鼠胚胎细胞）；
它是基因的调控序列，对基因的有效表达起调控作 用，包括：启动子、增强子、终止子等。
（二）、真核生物基因转录水平的调控
1、顺式作用元件（启动子和增强子）
1）、启动子（promoter）：是位于转录起始位点上游的特殊DNA序列，可被 RNA聚合酶II及其它转录因子或蛋白质识别并结合，对于决定基因转录起始和 保证DNA精确、有效地转录具有极其重要的作用。包括：
二、发育中基因表达转录水平的 调节与变化
（一）、珠蛋白基因在红细胞中的表达调控
b-珠蛋白基因的结构
位点控制区——超强启动子区
何时表达何种b-珠蛋白，决定于结合在特定珠蛋白基因启动子上的转录 因子与结合在LCR上的因子之间的亲和力。例如，敲除b-globin基因 的启动子和3’增强子后，成年小鼠的红细胞中仍含大量的-globin; EKLF是b-珠蛋白启动子结合的转录因子，EKLF-/-小鼠成年之后仍表 达-和-珠蛋白。
核糖体组成。
tRNA Gene→tRNA→转运氨基酸。
• 真核生物的结构基因的DNA序列由编码序列和非编码
序列两部分组成，编码序列是不连续的，被非编码序列 分割开来，称为断裂基因（split gene）。
• 外显子和内含子
• 侧翼序列与调控序列，包括：启动子、增 强子、终止子等。
1、外显子和内含子
第一节 基因组相同和基因差异表达
Genome equivalence —— 同一有机体的多种细胞具有完全相同
（基因组相同）
的一套基因结构
一、有机体不同组织基因组相同的证据
1、遗传学证据：
果蝇： • 在整个幼虫期和成体的不同组织细胞中染色体的数目相同; • 同一个体不同组织细胞提取的DNA数量是一致的
（二）、转录调控蛋白5s核糖体RNA基因转录的调控
在发育中，5 s核糖体RNA基因表达的调控均在转录水平进行。
1、中心启动子元件（非洲爪蟾）
TF III A直接与启 动子C区结合
5 S rDNA 启动子区
50 55
69
A区
62
AGCAGGGT
中间启动动子——调控基因转录
80
90
C区
A区和C区为有 效转录所必需
Intron 2
5` GT——AG 3`法则
在每个外显子和内含子的接头区都是一段高度保 守的共有序列，内含子的5`端是GT，3端是AG，这种接 头方式称为GT-AG法则，普遍存在于真核生物中，是RNA 剪接的识别信号，转录后的前体RAN中的内含子剪接位 点。
2、侧翼序列与调控序列
每个结构基因的第一个和最后一个外显子的外侧， 都有一段不被转录的非编码区（untranslated region)， 称为侧翼序列（Flanking sequence）。
• Switch gene: 发育中可以决定细胞向两种不同命运分 化的基因（主基因的表达决定）
• 果蝇腹中线外胚层细胞具有分化成为上皮细胞或神经
母细胞的双重潜能；notch转录缺乏时，腹中线所有细
胞都分化成神经母细胞，胚胎不能正常发育；
notch 控制分化成皮肤细胞和神经母细胞
• myod1转录子是肌细胞分化的主要开关基因，也是肌母
2、胚胎学证据：已分化的细胞仍具有发育成为其它细胞的潜力
海胆（早期细胞全能性）、蝾螈（早期背唇）
A、转决定 （transdetermination）：
移植成虫盘（果蝇器官原基，命运已决定细胞）实验 -- 眼成虫盘移植到另一个幼虫的腹部，后者腹部长出一只眼睛。已决定的
细胞，发育命运稳定； --触角成虫盘多次移植后，部分触角成虫盘细胞分化形成成体果蝇的
去核受精卵
50%蝌蚪，异常个体以内胚层细胞
形成较其他胚层细胞更容易
﹤10%蝌蚪
结论：随着发育，体细胞的核潜能存在普遍的受限现象，且具有供体核的特异性
2、细胞核具有潜在的全能性
核克隆：
克隆哺乳 动物的技 术路线
结论：已分化的细胞核基因组具有产生全部细胞类型的潜能
三、基因组相同的例外
——基因组的变化
• 蜕皮素具有调控果蝇唾液腺细胞染色体蓬松区形成的作用 （与染色体上的特殊部位结合）
• 蜕皮素也能诱导已存在的疏松区退化
疏松区所合 成的产物对 于诱导以后 产生的疏松 区是必需的
（二）、灯刷染色体（lampbrush chromosome）
两栖类卵母细胞减数分裂的双线期成对排列的每个 染色单体上染色粒向一侧伸出许多DNA的侧环。 暂时性的
2）、内含子（intron）
• 非蛋白质编码序列，又称插入序列；
• 不同基因具有内含子的数目和内含子的长度差异很大；
• 对前体RNA加工成为mRNA并转运到细胞核外具有重要作用； • 真核生物某些结构Gene没有内含子，如组蛋白Gene、干扰素
Gene、大多数的酵母结构Gene等
Intron 1
β - 珠蛋白基因
细胞决定子。将其通过病毒载体转染其它细胞（如色 素细胞、神经细胞、脂肪细胞、肝细胞等），可使它 们转分化为肌细胞。
三、差异基因转录的调控机制
（一）、真核生物基因结构
• 基因种类（依其功能分为）：
1、结构Gene---编码蛋白和酶分子结构； 2、调控Gene---调节结构基因表达； 3、转录而不翻译的Gene：rDNA Gene→rRNA→核仁形成区，
原位杂交（in situ hybridization）：许多已分化细 胞仍含有不表达的其它组织转移性基因
二、核潜能的限定
合子核 → 分化细胞核 （全能性）→（多潜能性）
1、在发育中核潜能被限定
移核试验（豹蛙）：发育时期越晚，细胞核潜能的受限性越大
囊胚核
80%以上蝌蚪
原肠胚早期内胚层核 神经胚内胚层核
• 表达剂量补偿，凝血因子基因；
• 近年：xist基因有调控小鼠发育中X染色体失活的功能
二、选择性基因转录的染色质变化
（一）、染色体疏松区
（puff region of chromosome）
染色体蓬松区——染色体上DNA解螺旋 的区域，是基因转录 活跃区
• 蓬松区的有无或者位置，具有组织和 发育时期的特异性
B淋巴细胞： C区编码恒定区 V，D，J编码可变区
第二节 染色质水平基因活性的控制
一、染色质 chromatin
哺乳动物失活的X染色 体在生殖细胞形成时才 重新恢复活性状态。
常染色质和异染色质化（DNA高度螺旋化）
结构型：DNA序列的折叠状况始终不变
异染色质
也从不转录，但可调节基因表达
机动型：某些情况下，DNA折叠可以
totipotent cell:产生有机体全部细胞表型
细胞 pluripotent cell: 产生几种特定类型的细胞
（表型）
differentiated cell:多潜能细胞通过分离和分化发育 成的特殊细胞表型
个体发育的过程：全能性细胞→多潜能性细胞→分化细胞，基因选择表达
• 细胞分化过程中基因差异性表达的条件和原因：
前提条件：携带有丰富的遗传信息及复杂的表达调控机制 细胞内环境：卵质不均匀分布
原因 细胞外环境：细胞间相互作用 （位置不同，接收的信息不同）。
• 差异基因表达的调控机制：
差异基因转录：调节哪些核基因转录成RNA； 核RNA的选择性加工：不同的拼接将导致同一条核RNA产生不同的
转录子； mRNA的选择性翻译：调节哪些mRNA翻译成蛋白质； 差别蛋白质加工：选择哪些蛋白质加工成为功能性蛋白质
为在原肠胚时期特异表达的cDNA； - 将后检测各期特异基因表达 用基因芯片技术对各种不同基因的表达谱进行分析 • 空间特异性——组织特异性（Northern blot，原位杂交）