生物化学_基因表达的调控
生物化学-第十八章 基因表达调控
3、协调调节
※当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能 发挥作用；
※如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序 列结合，操纵子仍无转录活性。
单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源； 若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌 首先利用葡萄糖。
葡萄糖对lac操纵子的阻遏作用称分解代谢 阻遏(catabolic repression)。
胰岛素基因 胰岛β细胞
三、基因表达的方式多样性
按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：
（一）基本表达 某些基因在一个个体的几乎所有细胞
中持续表达，通常被称为管家基因 (housekeeping gene)。
无论表达水平高低，管家基因较少受环 境因素影响，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。这类基因表达被视为基本（或组成性） 基因表达(constitutive gene expression)。
无专一性，需要启动子才能发挥作用。 酵母：上游激活序列（UAS）
3. 沉默子(silencer)
某些基因的负性调节元件，当其结合特异 蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。
（二）反式作用因子 1. 转录（调节）因子分类（按功能特性）
* 基本转录因子(general transcription factors) 是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组
GC盒: GGGCGG CAAT盒: GCCAAT
• 位于-30 〜 -110bp区域 • 与相应蛋白因子结合，影响转录效率。
典型的启动子由TAAT盒和CAAT盒和/或 GC盒组成，通常具有一个转录起始点及较高的 转录活性。
2. 增强子(enhancer)
指远离转录起始点、决定基因的时间、 空间特异性、增强启动子转录活性的DNA序 列。发挥作用的方式：与方向、 距离无关。
《生物化学》-第八章
➢ 与前述操纵子的基本组成一样，乳糖操纵子也是由结构基因和调控区组成的 ➢ 乳糖操纵子包括Z、Y和A三个结构基因 ➢ Z结构基因编码β-半乳糖苷酶，催化乳糖转变为别乳糖 ➢ Y结构基因编码半乳糖透过酶，促使半乳糖透过酶进入细菌内 ➢ A结构基因编码乙酰转移酶，催化半乳糖形成乙酰半乳糖 ➢ 调控区包括调节基因（I）、启动子（P）、操纵基因（O）及启动子上游的一个CAP结合位点，
第一节 基因表达的调控
二、基因表达调控的概念和意义
（一）基因表达调控的概念
➢ 基因表达调控是指细胞或生物体在接收内外环境信号刺激 或适应环境变化的过程中，在基因表达水平上所做出的应 答，即基因组内的基因如何被表达、表达多少等
➢ 基因表达调控大致可以在5个层次上进行，即转录前、转 录、转录后、翻译和翻译后
➢ 基因表达是指在一定的调节机制的控制下，基因组DNA经 转录、翻译等一系列过程，合成具有特异生物学功能的蛋 白质的过程
➢ 并非所有基因表达过程都产生蛋白质，rRNA、tRNA编码 基因转录生成功能型RNA的过程也属于基因表达
第一节 基因表达的调控
一、基因表达的概念、特点及方式
（二）基因表达的特点--时间特异性
5′-侧上游，主要控制整个结构基因群的转录
第一节 基因表达的调控
三、原核生物基因表达的调控
（一）操纵子的基本组成
➢ 3．操纵基因 ➢ 操纵基因是指能被阻遏蛋白特异性识别并结合
的一段DNA序列，常与启动子邻近或与启动子 序列重叠 ➢ 当阻遏蛋白结合在操纵基因上，阻遏蛋白会阻 碍RNA聚合酶与启动子结合或使RNA聚合酶 不能沿DNA链向前移动，从而阻遏转录的进行
（一）操纵子的基本组成
➢ 1．结构基因 ➢ 操纵子中被调控的编码蛋白质的基因称为结构基因 ➢ 一个操纵子中含有2个以上的结构基因，多的可达20个以上 ➢ 各结构基因头尾衔接、串联排列，组成结构基因群
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。
生物化学——基因表达调控
CCAAPP CAP CAP CAP
cAMP
有葡萄糖，cAMP浓度低时
.
9
(3)阻遏蛋白与CAP的协调调节
低半乳糖时 (有阻遏蛋白)
高半乳糖时 (无阻遏蛋白)
葡萄糖浓度低 cAMP 浓度高
(有CAP)
葡萄糖浓度高 cAMP 浓度低
(无CAP)
RNA-pol
O
O
mRN
A
O
O
.
10
三、真核基因基因表达的调节
阻遏基因
DNA mRNA
I C Ppo O l
Z YA
阻遏蛋白
没有乳糖存在时
.
7
有乳糖存在时
DNA mRNA
I C pPol O Z Y A
启动转录
mRNA
阻遏蛋白
β-半乳糖苷酶
半乳糖
乳糖
.
8
(2)CAP的正性调节 + + + + 转录
DNA I C P O Z Y A
CAP CAP CAP CAP 无葡萄糖，cAMP浓度高时
24
2. 乳糖操纵子的结构及其调节机制
控制区
信息区
DNA I C P O Z Y A
调控 序列
启动 序列
操纵 序列
CAP结合位点
编码基因 Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶
A：乙酰基转移酶 代谢产物基因激活蛋白(cataboli.te gene activator protie6n,CA
(1)阻遏蛋白的负性调节
第十四章 基因表达调控
(Regulation of Gene Expression)
1961年，法国科学家F. Jacob和J. Monod通过研究大肠杆菌乳糖代谢的调节机制， 提出了著名的操纵子学说，从而开创了基因表 达调控研究的新纪元。
生物化学 5-基因表达调控
个基因或一些功能相近的基因表达（生物体内基因表达）的开启、
关闭和表达强度的直接调节。
它是生物在长期进化过程中逐渐形成的精确而灵敏的生存 能力和应变能力，是生物赖以生存的根本之一。
二、基因表达的方式
（一）组成性表达(constitutive gene expression)
指不大受环境变动而变化的一类基因表达。其中某些基因表 达产物是细胞或生物体整个生命过程中都持续需要而必不可少的， 这类基因可称为管家基因(housekeeping gene)，这些基因中不少
性。
• 当有葡萄糖存在时， cAMP浓度较低， cAMP与CAP 结合受阻，lac操纵子表达下降。
（4）协调调节
Lac阻遏蛋白负性调节与cAMP正性调节两种机制协调合作 • 无乳糖，无诱导物时，转录作用被I表达的阻遏蛋白所阻断。 • 有诱导物时，诱导物与阻遏蛋白结合，使其变构，从操纵基
因上解离出来。
调节基因
β －半乳糖苷酶
2、阻遏蛋白 的负性调节
没有乳糖存在时，lac操纵子处于阻
遏状态。I序列表达的lac阻遏蛋白与
O序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序 列结合，抑制转录启动。
有乳糖存在时，lac 操纵子可被诱导。
别乳糖作为诱导剂分子结合阻遏 蛋白，使蛋白构象变化，导致阻 遏蛋白与O序列解离，发生转录
基因产物特异识别、结 合其它基因的调节序列， 调节其它基因的开启或
关闭称为反式调节
基因产物特异识别、 结合自身基因的调 节序列，调节自身 基因的开启或关闭 称为顺式调节
DNA
a
A A
反式调节
b
mRNA
蛋白质A
C
c
DNA
mRNA
顺式调节
生物化学第十三章 基因表达调控
第十三章基因表达调控一、基因表达调控基本概念与原理：1．基因表达的概念：基因表达（gene expression）就是指在一定调节因素的作用下，DNA 分子上特定的基因被激活并转录生成特定的RNA，或由此引起特异性蛋白质合成的过程。
2．基因表达的时间性及空间性：⑴时间特异性：基因表达的时间特异性(temporal specificity)是指特定基因的表达严格按照特定的时间顺序发生，以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要。
故又称为阶段特异性。
⑵空间特异性：基因表达的空间特异性（spatial specificity）是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶段，同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同，从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官。
故又称为细胞特异性或组织特异性。
3．基因表达的方式：⑴组成性表达：组成性基因表达（constitutive gene expression）是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。
其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的，且较少受环境因素的影响。
这类基因通常被称为管家基因（housekeeping gene）。
⑵诱导和阻遏表达：诱导表达（induction）是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。
这类基因称为可诱导基因。
阻遏表达（repression）是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。
这类基因称为可阻遏基因。
4．基因表达的生物学意义：①适应环境、维持生长和增殖。
②维持个体发育与分化。
5．基因表达调控的基本原理：⑴基因表达的多级调控：基因表达调控可见于从基因激活到蛋白质生物合成的各个阶段，因此基因表达的调控可分为转录水平（基因激活及转录起始），转录后水平（加工及转运），翻译水平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控最重要。
⑵基因转录激活调节基本要素：①顺式作用元件：顺式作用元件（cis-acting element）又称分子内作用元件，指存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序。
《原核生物基因表达调控》练习题及答案
《原核生物基因表达调控》练习题及答案一、名词解释1.基因表达调控答案：所有生物的信息，都是以基因的形式储存在细胞内的DNA（或RNA）分子中，随着个体的发育，DNA分子能有序地将其所承载的遗传信息，通过密码子-反密码子系统，转变成蛋白质或功能RNA分子，执行各种生理生物化学功能。
这个从DNA到蛋白质或功能RNA的过程被称之为基因表达，对这个过程的调节称之为基因表达调控。
2.组成性基因表达答案：是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。
其基因表达产物通常是对生命过程必须的或必不可少的，一般只受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响，且较少受环境因素的影响及其他机制调节，也称为基本的基因表达。
3.管家基因答案：某些基因产物对生命全过程都是必须的获必不可少的。
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.诱导表达答案：是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。
5.阻遏表达答案：是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。
6.反式作用因子答案：又称为分子间作用因子，指一些与基因表达调控有关的蛋白质因子。
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。
7.操纵子答案：是指原核生物中由一个或多个相关基因以及转录翻译调控元件组成的基因表达单元。
8.SD序列答案：存在于原核生物起始密码子AUG上游7~12个核苷酸处的一种4~7个核苷酸的保守片段，它与16S rRNA 3’端反向互补，所以可将mRNA的AUG起始密码子置于核糖体的适当位置以便起始翻译作用。
根据首次识别其功能意义的科学家命名。
9.阻遏蛋白答案：是一类在转录水平对基因表达产生负控作用的蛋白质，在一定条件下与DNA结合，一般具有诱导和阻遏两种类型。
在诱导类型中，信号分子（诱导物）使阻遏蛋白从DNA释放下来；在阻遏类型中，信号分子使阻遏蛋白结合DNA，不管是哪一种情况，只要阻遏蛋白与DNA结合，基因的转录均将被抑制。
生物化学第十二章细胞代谢和基因表达调节
大肠杆菌培养基中没有乳糖，则细胞内参与乳糖分解代
谢的3种酶很少（ β -半乳糖苷酶 0.5-5个/cell ）；一旦 加入乳糖或其类似物，则几分钟内酶分子数骤增（ β -半 乳糖苷酶 5000 个/cell ，其它两种酶也大量增加）。
为什么加入底物，相应的分解代谢的酶才会合成？
管家基因较少受环境因素影响，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 被 视 为 组 成 型 表 达 (constitutive gene expression)。
可诱导和可阻遏表达（可调基因）
（ 1 ）可诱导 在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产 物增加，这种基因称为可诱导基因。可诱导基因在特定环境中
表达增强的过程，称为诱导 (induction)。如分解乳糖的基因。
（ 2 ）可阻遏 如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是可阻遏
基因 。 可 阻 遏基因 表达 产 物 水 平降 低的过 程称为阻 遏 (repression) 。如合成 Trp的基因。
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
胞的某一区域或亚细胞结构 。 1.控制跨膜离子浓度梯度和电位梯度；
2. 控制物质运输
3.膜与酶可逆结合 ——双关酶（ HK ，PFK 等）
P631
真核细胞内某些酶的区域化分布
酶或酶系
所在区域
酶或酶系
所在区域
糖酵解酶系 TCA 酶系 磷酸戊糖途径酶系
脂肪酸β氧化酶系
脂肪酸合成酶系 尿素合成酶系
胞浆 线粒体 胞浆
磷酸二酯酶
ATP
医学生物化学(第十五章)
(2) 锌指 （zinc finger） 约30氨基酸残基，4个氨基酸残基（两个cys,两个 his, 或4个cys)以配位键与Zn2+相互作用
（3）亮氨酸拉链 （leucine zippers） 一段肽链中每隔7个氨基酸即有一个亮氨酸，该肽段所 形成的螺旋可出现疏水及亲水二个面，疏水面即亮氨 酸拉链。
3.反应元件
概念： 特点：协同作用。
4. 沉默子（Silencer）
概念： 特点：负性调节元件。
2 反式作用因子
两个必需结构域： 与顺式元件结合的结构域 与反式元件或RNA聚合酶结合的激活结构域
3 反式作用因子的结构模式
（1） α螺旋—β转角—α螺旋 （helix- turn- helix）
其中一个为识别螺旋，含有较多能与DNA相互 作用的AA残基
一、具有转录活性的染色质结构的变化
—便于RNA聚合酶及转录因子附着
1.DNase I 超敏感位点 （ DNase I hypersensitive site） 一般100-200 bp，转录基因5‘端 1000bp 内，一般不存 在核小体结构 2.DNA拓扑结构变化； 3.组蛋白变化：H1蛋白减少；其他组蛋白发生乙酰化、 甲基化等修饰 4.DNA甲基化修饰发生变化：去甲基化 m5CpG→CpG
二、参与基因调控的顺式作用元件和反式 作用因子
1 顺式作用元件
和被转录的结构基因在距离上比较接近的DNA序列 1. 启动子和启动子上游近侧序列 TATA box CAAT box GC box CpG岛 （MeCP1、 MeCP2）
2. 增强子（enhancer）
概念： 特点：不受与启动子距离、序列及方向的制约； 有组织特异性 。
第一节 原核生物基因表达的调控
临床医学考研 生物化学 基因表达必看------基因表达调控
原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制 实现 启动子 编码序列 (promoter)
其他调节基因 操纵元件 (operator)
蛋白质因子
特异DNA序列
目录
操纵子模型的普遍性
多顺反子(polycistron)：mRNA分子携带了几个多肽链
的编码信息。
合酶与启动序列的结合能力，从而增强RNA聚合酶的转
录活性，是一种正调控（positive regulation）。
目录
第二节 原核生物的基因表达调控
Regulation of Gene Expression in Prokaryote
目录
原核生物基因组结构特点
原核生物基因组是具有超螺旋结构的闭合环状DNA分子 ① 基因组中很少有重复序列； ② 编码蛋白质的结构基因为连续编码，且多为单拷 贝基因，但编码rRNA的基因仍然是多拷贝基因 ； ③ 结构基因在基因组中所占的比例（约占50%）远 远大于真核基因组； ④ 许多结构基因在基因组中以操纵子为单位排列
（二） 翻译起始的调节
RBS（核糖体结合位点）：
mRNA链上起始密码子AUG上游的一段非翻译
区。 RBS的结合强度取决于SD序列的结构及其与起 始密码子AUG之间的距离。 SD- 4-10（9）-AUG SD序列与16S rRNA3´端配对碱基越多，亲和 力越高，核糖体与mRNA结合的效率就越高。 mRNA的二级结构也是翻译起始调控的重要因素。
图8-5 lac 操纵子与阻遏蛋白的负性调节
目录
乳糖
（2）CAP的正性调节
+ + + + 转录 DNA
CAP
P
O
Z
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；
生物化学(本科)第十章-基因表达调控及其相关细胞信号转导通路-随堂练习与参考答案
生物化学（本科）第十章基因表达调控及其相关细胞信号转导通路
随堂练习与参考答案
第一节概述第二节原核基因的转录调控第三节真核基因的转录调控第四节相关细胞信号转导通路
1. (单选题)基因表达调控的基本控制点是( )
A. 基因结构活化
B. 转录起始
C. 转录后加工
D. 蛋白质翻译及翻译后加工
E. mRNA从细胞核转运到细胞浆
参考答案：B
2. (单选题)分解代谢物基因激活蛋白(CAP)对乳糖操纵子表达的影响是( )
A. 正性调控
B. 负性调控
C. 正性调控、负性调控都可能
D. 无调控作用
E. 可有可无
参考答案：A
3. (单选题)阻遏蛋白识别操纵子中的( )
A.启动基因
B.结构基因
C.操纵基因
D.内含于
E.外显子
参考答案：C
4. (单选题)目前认为基因表达调控的主要环节是( )
A. 翻译后加工
B. 转录起始
C. 翻译起始
D. 转录后加工
E. 基因活化
参考答案：B。
生物化学试题及答案-基因表达调控
基因表达调控一、单项选择题1.基因表达产物是A.RNAB.DNAC.蛋白质D.DNA和蛋白质E.RNA和蛋白质2. 基因表达调控可在多级水平上进行，但其基本控制点是：A．基因活化， B．转录起始 C．转录后加工D．翻译 E．翻译后加工3. 关于管家基因叙述错误的是A. 在生物个体的几乎各生长阶段持续表达B. 在生物个体的几乎所有细胞中持续表达C. 在生物个体全生命过程的几乎所有细胞中表达D. 在生物个体的某一生长阶段持续表达E. 在一个物种的几乎所有个体中持续表达4. 下列情况不属于基因表达阶段特异性的是，一个基因在A. 胚胎发育过程不表达，出生后表达B. 胚胎发育过程表达，在出生后不表达C.分化的骨骼肌细胞表达，在未分化的心肌细胞不表达D. 分化的心肌细胞表达，在未分化的心肌细胞不表达E. 分化的心肌细胞不表达，在未分化的心肌细胞表达5. 一个操纵子通常含有A. 数个启动序列和一个编码基因B. 一个启动序列和数个编码基因C. 一个启动序列和一个编码基因D. 两个启动序列和数个编码基因E. 数个启动序列和数个编码基因6. 操纵子的基因表达调节系统属于：A. 复制水平调节B. 转录水平调节C. 逆转录水平调节D. 翻译水平调节E. 翻译后水平调节7.在乳糖操纵子的基因表达中，乳糖的作用是：A.作为阻遏物结合于操纵基因B.作为辅阻遏物结合于阻遏物C.使阻遏物变构而失去结合DNA的能力D.抑制阻遏基因的转录E.使RNA聚合酶变构而活性增加8. Lac操纵子的阻遏蛋白由A. Z基因编码B. Y基因编码C. A基因编码D. I基因编码E. 以上都不是9. 阻遏蛋白识别操纵子的A 启动基因B 结构基因C 操纵基因D 内含子E 外显子10. 分解代谢物基因激活蛋白（CAP）对乳糖操纵子表达的影响是：A 正性调控B 负性调控C 正/负调控D 无控制作用E 可有可无11.cAMP与CAP结合、CAP介导正性调节发生在A 葡萄糖及cAMP浓度极高时B 没有葡萄糖及cAMP较低时C 没有葡萄糖及cAMP较高时D 有葡萄糖及cAMP较低时E 有葡萄糖及CAMP较高时12.与DNA结合并阻止转录进行的蛋白质是A.正调控蛋白B.反式作用因子C.诱导物D.分解代谢基因活化蛋白E.阻遏物13. 色氨酸操纵子调节过程涉及A. 转录水平调节B. 转录延长调节C. 转录激活调节D. 翻译水平调节E. 阻遏蛋白和“衰减子”调节14.当培养基中色氨酸浓度较大时，色氨酸操纵子处于：A.诱导表达B.阻遏表达C.基本表达D.组成表达E.协调表达15.顺式作用元件是指A. 非编码序列B. TATA盒C. GC盒D.具有调节功能的特异DNA序列E. 具有调节功能的蛋白质16. 反式作用因子是指A. 对自身基因具有激活功能的调节蛋白B. 对另一基因具有激活功能的调节蛋白C. 具有激活功能的调节蛋白D. 具有抑制功能的调节蛋白E. 对特异基因转录具有调控作用的一类调节蛋白17.关于启动子的叙述下列哪一项是正确的？A.开始被翻译的DNA序列B.开始转录成mRNA的DNA序列C.开始结合RNA聚合酶的DNA序列D.产生阻遏物的基因E.阻遏蛋白结合的DNA序列18. 大多数处于活化状态的真核基因对Dnase IA. 高度敏感B. 低度敏感C. 中度敏感D. 不敏感E. 不一定19. 构成最简单的启动子的常见功能组件是A. TATA盒B. GC盒C. CAAT盒D. 上游调控序列（UAS）E. 以上都不是20. 基本转录因子中直接识别、结合TATA盒的是A. TFII AB. TFII BC. TFII CD. TFII DE. TFII E二、多项选择题1.基因表达调控可以发生在A.转录水平B.复制水平C.转录起始D.翻译水平E.翻译后水平2.参与原核基因表达调控的有A.阻遏蛋白B.激活蛋白C.基本转录因子D.σ特异因子E.某些小分子化合物3.真核基因表达调控特点是：A.正性调控占主导B.负性调控占主导C.转录与翻译分隔进行D. 转录与翻译偶联进行E.伴有染色体结构变化4.下述蛋白质基因表达具有组织特异性的是A.磷酸甘油醛脱氢酶B.胰岛素C.血红蛋白D.HMG CoA裂解酶E.丙酮酸脱氢酶5.顺式作用元件必须与下列因子特异结合才能发挥转录调节活性A.启动子B.增强子C.沉默子D.蛋白因子E.反式作用因子6.一个操纵子必含有A.一个编码基因B.数个编码基因C.一个启动序列D.一个操纵序列E.数个启动序列7.在lac操纵子中起调控作用的是A.I基因B.P序列C.Y基因D.O序列E.Z基因8.通常组成启动子的元件有A.TATA盒B.UAS序列C.CAAT盒D.转录起始点E.GC盒9.在乳糖操纵子机制中起正性调节的因素是A.阻遏蛋白去阻遏B.cAMP水平升高C.葡萄糖水平升高D.cAMP水平降低E.葡萄糖水平降低10.基因表达产物可以是A.tRNAB.mRNAC.rRNAD.多肽链E.蛋白质11.乳糖操纵子的诱导剂是A.葡萄糖B. IPTGC.β-半乳糖苷酶D.透酶E.乳糖12.下面关于启动子的描述正确的是：A 作为模板转录成RNAB 属于顺式作用元件部分的特异碱基序列C 具有多聚U尾巴和回文结构D 作为RNA聚合酶结合并启动转录的碱基序列E. 是RNA上的特异碱基序列三、填空题1 ．基因表达的终产物可以是 _________ ，也可以是 _________ 。
生物化学习题与解析--基因表达调控
基因表达调控一、选择题（一）A 型选择题1 ．基因表达调控的最基本环节是A ．染色质活化B ．基因转录起始C ．转录后的加工D ．翻译E ．翻译后的加工2 ．将大肠杆菌的碳源由葡萄糖转变为乳糖时，细菌细胞内不发生A ．乳糖→ 半乳糖B ．cAMP 浓度升高C ．半乳糖与阻遏蛋白结合D ．RNA 聚合酶与启动序列结合E ．阻遏蛋白与操纵序列结合3 ．增强子的特点是A ．增强子单独存在可以启动转录B ．增强子的方向对其发挥功能有较大的影响C ．增强子不能远离转录起始点D ．增强子增加启动子的转录活性E ．增强子不能位于启动子内4 ．下列那个不属于顺式作用元件A ．UASB ．TATA 盒C ．CAAT 盒D ．Pribnow 盒E ．GC 盒5 ．关于铁反应元件（IRE ）错误的是A ．位于运铁蛋白受体(TfR) 的mRNA 上B ．IRE 构成重复序列C ．铁浓度高时IRE 促进TfR mRNA 降解D ．每个IRE 可形成柄环节构E ．IRE 结合蛋白与IRE 结合促进TfR mRNA 降解6 ．启动子是指A ．DNA 分子中能转录的序列B ．转录启动时RNA 聚合酶识别与结合的DNA 序列C ．与阻遏蛋白结合的DNA 序列D ．含有转录终止信号的DNA 序列E ．与反式作用因子结合的RNA 序列7 ．关于管家基因叙述错误的是A ．在同种生物所有个体的全生命过程中几乎所有组织细胞都表达B ．在同种生物所有个体的几乎所有细胞中持续表达C ．在同种生物几乎所有个体中持续表达D ．在同种生物所有个体中持续表达、表达量一成不变E ．在同种生物所有个体的各个生长阶段持续表达8 ．转录调节因子是A ．大肠杆菌的操纵子B ．mRNA 的特殊序列C ．一类特殊的蛋白质D ．成群的操纵子组成的凋控网络E ．产生阻遏蛋白的调节基因9 ．对大多数基因来说，CpG 序列高度甲基化A ．抑制基因转录B ．促进基因转录C ．与基因转录无关D ．对基因转录影响不大E ．既可抑制也可促进基因转录10 ．HIV 的Tat 蛋白的功能是A ．促进RNA po l Ⅱ 与DNA 结合B ．提高转录的频率C ．使RNA pol Ⅱ 通过转录终止点D ．提前终止转录E ．抑制RNA pol Ⅱ 参与组成前起始复合物11 ．活性基因染色质结构的变化不包括A ．RNA 聚合酶前方出现正性超螺旋B ．CpG 岛去甲基化C ．组蛋白乙酰化D ．形成茎- 环结构E ．对核酸酶敏感12 ．真核基因组的结构特点不包括A ．真核基因是不连续的B ．重复序列丰富C ．编码基因占基因组的1%D ．一个基因编码一条多肽链E ．几个功能相关基因成簇地串连13 ．功能性前起始复合物中不包括A ．TF Ⅱ AB ．TBPC ．σ 因子D ．initiator （Inr ）E ．RNA pol Ⅱ14 ．tRNA 基因的启动子和转录的启动正确的是A ．启动子位于转录起始点的5 ' 端B ．TF ⅢC 是必需的转录因子，TF Ⅲ B 是帮助TF Ⅲ C 结合的辅助因子C ．转录起始需三种转录因子TF Ⅲ A 、TF Ⅲ B 和TF Ⅲ CD ．转录起始首先由TF Ⅲ B 结合A 盒和B 盒E ．一旦TF Ⅲ B 结合，RNA 聚合酶即可与转录起始点结合并开始转录15 ．基因转录激活调节的基本要素错误的是A ．特异DNA 序列B ．转录调节蛋白C ．DNA- 蛋白质相互作用或蛋白质- 蛋白质相互作用D ．RNA 聚合酶活性E ．DNA 聚合酶活性16 ．关于“基因表达”叙述错误的是A ．基因表达并无严格的规律性B ．基因表达具有组织特异性C ．基因表达具有阶段特异性D ．基因表达包括转录与翻译E ．有的基因表达受环境影响水平升高或降低17 ．关于基因诱导和阻遏表达错误的是A ．这类基因表达受环境信号影响升或降B ．可诱导基因指在特定条件下可被激活C ．可阻遏基因指应答环境信号时被抑制D ．乳糖操纵子机制是诱导和阻遏表达典型例子E ．此类基因表达只受启动序列与RNA 聚合酶相互作用的影响18 ．操纵子不包括A ．编码序列B ．启动序列C ．操纵序列D ．调节序列E ．RNA 聚合酶19 ．顺式作用元件是指A ．编码基因5 ' 端侧翼的非编码序列B ．编码基因3 ' 端侧翼的非编码序列C ．编码基因以外可影响编码基因表达活性的序列D ．启动子不属顺式作用元件E ．特异的调节蛋白20 ．关于反式作用因子不正确的是A ．绝大多数转录因子属反式作用因子B ．大多数的反式作用因子是DNA 结合蛋白质C ．指具有激活功能的调节蛋白D ．与顺式作用元件通常是非共价结合E ．反式作用因子即反式作用蛋白21 ．乳糖操纵子的直接诱导剂是A ．乳糖B ．半乳糖C ．葡萄糖D ．透酶E ．β- 半乳糖苷酶22 ．关于乳糖操纵子不正确的是A ．当乳糖存在时可被阻遏B ．含三个结构基因C ．CAP 是正性调节因素D ．阻遏蛋白是负性调节因素E ．半乳糖是直接诱导剂23 ．活化基因一个明显特征是对核酸酶A ．高度敏感B ．中度敏感C ．低度敏感D ．不度敏感E ．不一定24 ．lac 阻遏蛋白与lac 操纵子结合的位置是A ．I 基因B ．P 序列C ．O 序列D ．CAP 序列E ．Z 基因25 ．CAP 介导lac 操纵子正性调节发生在A ．无葡萄糖及cAMP 浓度较高时B ．有葡萄糖及cAMP 浓度较高时C ．有葡萄糖及cAMP 浓度较低时D ．无葡萄糖及cAMP 浓度较低时E ．葡萄糖及cAMP 浓度均较低时26 ．功能性的前起始复合物（PIC ）形成稳定的转录起始复合物需通过TBP 接近A ．结合了沉默子的转录抑制因子B ．结合了增强子的转录抑制因子C ．结合了沉默子的转录激活因子D ．结合了增强子的转录激活因子E ．结合了增强子的基本转录因子（二）B 型选择题A ．操纵子B ．启动子C ．增强子D ．沉默子E ．转座子1 ．真核基因转录激活必不可少2 ．真核基因转录调节中起正性调节作用3 ．真核基因转录调节中起负性调节作用4 ．原核生物的基因调控机制是A ．顺式作用元件B ．反式作用因子C ．顺式作用蛋白D ．操纵序列E ．特异因子5 ．由特定基因编码，对另一基因转录具有调控作用的转录因子6 ．影响自身基因表达活性的DNA 序列7 ．由特定基因编码，对自身基因转录具有调控作用的转录因子8 ．属于原核生物基因转录调节蛋白的是A ．lac 阻遏蛋白B ．RNA 聚合酶C ．c AMPD ．CAPE ．转录因子9 ．与CAP 结合10 ．与启动序列结合11 ．与操纵序列结合A ．多顺反子B ．单顺反子C ．内含子D ．外显子E ．操纵子12 ．真核基因转录产物13 ．原核基因转录产物14 ．真核基因编码序列A ．UBF1B ．SL 1C ．ICRD ．TF Ⅲ BE ．UCE15 ．RNA polⅠ 所需转录因子，并能与UCE 和核心元件结合16 ．tRNA 和5S rRNA 基因的启动子17 ．人rRNA 前体基因的启动子元件18 ．tRNA 和5S rRNA 基因转录起始所需转录因子（三）X 型选择题1 ．基因表达的方式有A ．诱导表达B ．阻遏表达C ．组成性表达D ．协调表达E ．随意表达2 ．基因表达终产物可以是A ．核酸B ．DNAC ．RNAD ．多肽链E ．蛋白质3 ．在遗传信息水平上影响基因的表达包括A ．基因拷贝数B ．基因扩增C ．DNA 的甲基化D ．DNA 重排E ．转录后加工修饰4 ．操纵子包括A ．编码序列B ．启动序列C ．操纵序列D ．调节序列E ．顺式作用元件5 ．下列哪些是转录调节蛋白A ．特异因子B ．阻遏蛋白C ．激活蛋白D ．组蛋白E ．反式作用因子6 ．基因转录激活调节的基本要素有A ．特异DNA 序列B ．转录调节蛋白C ．DNA-RNA 相互作用D ．DNA- 蛋白质相互作用E ．蛋白质- 蛋白质相互作用7 ．通常组成最简单的启动子的组件有A ．TATA 盒B ．GC 盒C ．CAAT 盒D ．转录起始点E ．上游激活序列8 ．关于启动子的叙述哪些是错误的A ．开始转录生成m RNA 的DNA 序列B ．m RNA 开始被翻译的序列C ．RNA 聚合酶开始结合的DNA 序列D ．阻遏蛋白结合DNA 的部位E ．产生阻遏物的基因9 ．基因表达过程中仅在原核生物中出现而真核生物没有的是A ．AUG 用作起始密码子B ．σ 因子C ．电镜下的“ 羽毛状” 现象D ．多顺反子m RNAE ．多聚核糖体现象二、是非题1 ．管家基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达，且表达水平是一成不变的。
生物化学 第39章 基因的表达与调控
调节基因
操纵基因
结构基因
激活蛋白 阻遏蛋白
正转录调控 负转录调控
正转录调控
如果在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入这种调节 蛋白质后基因活性就被开启，这样的调控正转录调控。
调节基因
操纵基因
结构基因
激活蛋白 阻遏蛋白
正转录调控 负转录调控
负转录调控
在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入这种调节蛋白 质后基因表达活性便被关闭，这样的调控负转录调控。
可诱导调节
• 指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下， 由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物 质的诱导下使基因活化。 例：大肠杆菌的乳糖操纵子
酶合成的诱导操纵子模型
cAMP与代谢物激活蛋白
• 代谢物激活蛋白（CAP）/环腺甘酸受体蛋白（CRP）
调控区
结构基因
DNA
P OZ YA
操纵序列
Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶
启动序列
A：乙酰基转移酶
CAP结合位点 cAMP—CAP复合物
CAP的正调控
ATP
cAMP（环腺甘酸）
腺甘酸环化酶
+ + + + 转录
DNA
基因表达的规律 ——时间性和空间性
• 时间特异性（temporal specificity） 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，称之为基因表达的时间特异性。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性(stage specificity)。
• 空间特异性(spatial specificity) 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。
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物质代 糖复合物 谢 生物分子 糖、脂类、蛋白质、 核苷酸代谢； 核酸、蛋白质、 生物氧化、 酶、维生素 代谢的调节 癌基因与 细胞信号转导 血液生化 抑癌基因 肝胆生化 DNA、RNA、蛋白质 生物合成；基因表达调控； 基因技术 综合篇 遗传信息
1
基因表达的调控
Regulation of Gene Expression
• 但是，乳糖操纵子是一个弱启动子
(TTTACA/TATGTT) ，需要一个正调控机制来促 使转录的启动。
23
分解代谢物基因激活蛋白CAP 的结合位点
CAP-cAMP 结合部位
CAP：catabolite gene activation protein CAP的结合位点在 -60 处。
CAP以同源二聚物的形式与 cAMP 结合，形成 CAP-cAMP复合物结合在 CAP结合位点上。
外环境中葡萄糖的减少可以增加cAMP 合成。
24
CAP-cAMP 复合物
25
CAP 的正调控作用
CAP CAP
lacI
CAP
Plac
lacO
lacZ
lacY RNApol lacA
CAP
CAP
CAP-cAMP复合物
转录产物
cAMP与CAP的二聚物形成复合物后，结合在CAP
结合位点上，促使转录的启动。
操纵子前导区内一段类似于终止子结构的 DNA序列，其作用是减弱操纵子的转录， 实现对转录过程的精确调节。
38
转录衰减子的意义
• 转录衰减子的形成使RNA聚合酶无法对已
经启动的操纵子中的结构基因进行转录，
而终止转录的茎-环结构的形成又依赖于核
糖体在该操纵子中前导序列上进行的翻译。
由此可见，衰减作用充分利用了转录和翻
lacO
27
乳糖操纵子的意义
• 阻遏蛋白的抑制作用和CAP介导的正调控共同
Байду номын сангаас
担负着原核生物体系内糖源的协调利用。
• 乳糖操纵子的协调调控方式保证了葡萄糖是原核
生物体系优先利用的碳源，并只有在葡萄糖完全 耗尽后，原核生物才利用乳糖作为碳源。
• 乳糖操纵子模型诠释了原核生物基因表达的调节
机制，开创了基因表达机制研究的新领域，是生 物学的一个划时代的突破。（1965年Nobel奖）
• 管家基因的表达只与启动序列（或称为启动子） 和RNA聚合酶有关，基本上不受环境因素和其他 因素的影响。管家基因的表达方式称为组成性表 达（constitutive expression）。
6
• 相对于管家基因，另外一些基因极易受到外界环 境因素的影响。
• 在特定的信号刺激下，有些基因表现出开放性或 增强性的表达，而另一些则表现出关闭性或抑制 性的表达。因此它们分别称为诱导表达 （induction expression）和阻遏表达 （repression expression）。这些基因分别称 为可诱导（inducible）基因和可阻遏 （repressible）基因。
36
转录衰减子终止了转录
当色氨酸含量丰富时，有足够的色氨酸用于合 成前导肽。核蛋白体可顺利通过序列1，并继续向 前与序列2结合。核蛋白体与序列1和序列2的结合， 使序列3和序列4形成了3:4茎-环结构。这一结构与 随后的多聚U序列使RNA聚合酶终止了转录。
37
转录衰减子
• 转录衰减子（transcription attenuator）：
一、 操纵子模型是原核生物基因表 达的基本模式
• 1960年，法国巴黎巴斯德研究所的 F. Jacob 和 J. L. Monod 发现大肠杆菌在不含乳糖只含葡萄糖的 培养基中不分泌 b-半乳糖苷酶，只有在只含乳糖 的培养基中才能分泌 b -半乳糖苷酶。分析表明这 是由于在不含乳糖的培养基中不产生编码 b-半乳 糖苷酶的mRNA的结果。 • 1961年，他们首次提出了乳糖操纵子概念。由此 贡献，他们分享了1965年度的Noble生理医学奖。
8
三、基因表达具有时空特异性
• 空间特异性（即组织特异性）：同一基因 产物在不同的组织器官中的分布是不同的， 某些基因在一种组织中暂不表达或永不表 达，而另外一些基因是相反的情况。 血红蛋白与肌红蛋白 同工酶
9
•时间特异性（即阶段特异性）：在细胞的生 长、发育过程中，相应的基因按一定的时间顺 序开启或关闭，决定细胞向特定的方向分化和 发育。
• 1969年，J. R. Beckwith 从大肠杆菌的DNA中分 离出乳糖操纵子，证实了乳糖操纵子的模型。
15
乳糖操纵子（Lac operon）的结构
调控序列 结构基因
lacI
Plac
lacO
lacZ
lacY
lacA
启动子
cAMP-CAP 结合部位
操纵序列
通透酶 半乳糖苷酶 半乳糖苷转乙酰基酶
4
第一节 基因表达调控的基本性质
Basic Conceptions of Gene Expression Regulation
5
一、诱导表达和阻遏表达是基因表达调控的 普通方式
• 有些基因参与生命的全过程，需要在一个生物体 中所有细胞中持续地表达。这样的基因被称为管 家基因（housekeeping gene）。
2
中心法则
转录
Replication 复制 Reverse transcription
翻译
逆转录
3
• 基因组：一个细胞或生物体所携带的一套完整的 单个遗传物质或整套基因。
• 基因表达：遗传信息经过转录和翻译等一系列过 程，合成特定的RNA和蛋白质，进而发挥其特定 的生物功能的全过程。 • 基因的表达是可调控的：生物体通过特定的蛋白 质-DNA以及蛋白质-蛋白质之间的相互作用来控 制基因表达的过程。其目的是满足自身发育的需 求及适应环境的变化。
阻遏蛋白 阻遏基因
16
调控序列
结构基因
lacI
Plac
lacO
lacZ
lacY
lacA
cAMP-CAP 结合部位 阻遏蛋白 阻遏基因
启 动 操纵序列 子
半乳糖苷酶
通透酶 半乳糖苷转乙酰基酶
结构基因 lacZ、lacY、lacA: 分别编码 b-半 乳糖苷酶，通透酶和乙酰基转移酶。这些相连的 基因呈多顺反子转录。 操纵序列（operator，o）: 阻遏蛋白的结合位 点。当阻遏蛋白与操纵基因结合时，lac 的转录 将受到阻遏。 阻遏基因 lacI: 编码与操纵序列结合的阻遏蛋 白。 启动子（promoter）: 位于 lacI 和 lacO 之间。
真核生物体系的基因表达要比原核生物体系基因表 达复杂的多，其原因在于： 1. 大小不同。大肠杆菌基因组的长度为4 × 10 bp， 约有4000个基因；而哺乳类基因组的长度为~ 9 10 bp，约有3万~3.5万个基因。 2. 编码特性不同。原核基因组的大部分序列都是 编码基因；而哺乳类基因组中只有10%的序列 编码蛋白质、rRNA和tRNA等，其余90%的序 列功能至今尚不清楚。
11
根据调节序列与结构基因的相对位臵关系， 人们将这些调节序列称为顺式作用元件 （cis-acting element），包括启动子 （promoter）、增强子（enhancer）、沉 默子（silencer）等。
有一些蛋白分子可以与靶基因的顺式作用元 件结合，共同实现调节基因表达的目的， 它们被称为反式作用因子（trans-acting factor）。
译的偶联来实现对氨基酸操纵子转录的精
细调节。
39
氨基酸操纵子前导肽的氨基酸序列
苏
苯丙
组
40
三、分解代谢和合成代谢操纵子的 调节机制
操纵子 乳糖操 纵子 色氨酸 操纵子 操纵子调 控的过程 分解代谢 合成代谢 基础 状态 调控方式
由诱导剂开 关闭 放表达 由辅阻遏剂 开放 关闭表达
41
第三节 真核生物基因表达调控
33
色氨酸操纵子 mRNA 前导序列
trpR P O trpL trpE trpD trpC trpB trpA
转录
5'
序列1 AUG UGA 翻译
序列2
序列3
序列4
UUUU
3'
前导mRNA
MKAIFVLKGWWRTS
前导肽
34
前导序列的发夹结构
35
转录中的色氨酸操纵子
当色氨酸的浓度降低时，核蛋白体在合成前导肽 的两个色氨酸部位上出现暂停，占据了序列1。而此 时的转录仍在进行，序列2和序列3形成了稳定的2:3 茎-环结构。RNA聚合酶可以转录5个结构基因。
血红蛋白亚基的合成量（％）
人血红蛋白珠蛋白基因簇的阶段性表达
50 40 30 20 10
a g
a
b
z
6
e
b
12 18 24 30 36
d
g
3 新生儿期（月龄） 6
10
胎儿期（周龄）
四、基因表达受顺式作用元件和反 式作用因子共同调节
• 一个基因是否表达和表达多少与调节序列 （regulatory sequence）密切相关。调节 序列位于被调控的结构基因（structural gene）的上游，具有特定的核苷酸序列。
LacI 阻遏蛋白与 DNA 结合的复合物
20
别乳糖诱导的 lac 操纵子表达
细胞膜 lacI
RNApol Plac
lacO
lacZ
lacY
lacA
半乳糖苷酶
通透酶
别乳糖 诱导剂
乳糖
lacI
Plac
lacO
lacZ
lacY RNApol lacA