第三章+基因表达与调控
基因表达调控
基因表达调控基因表达调控是指细胞中基因的转录和翻译过程，以及基因产物的调控和调节。
调控基因表达可以影响细胞的生理状态和功能。
本文将介绍基因表达调控的机制和方法。
一、转录调控转录调控是指通过调节基因的转录过程来影响基因表达。
转录调控可以通过激活或抑制转录因子的结合来实现。
1. 转录激活转录激活是指转录因子与启动子结合，促进转录的过程。
转录因子可以通过结合DNA序列上的特定区域，招募RNA聚合酶，从而启动基因的转录。
例如，转录因子可以结合到启动子区域，招募辅助蛋白质，形成转录激活复合物，促进转录的进行。
2. 转录抑制转录抑制是指转录因子与启动子结合，阻碍转录的过程。
转录抑制可以通过阻止转录复合物的形成或招募转录抑制因子来实现。
例如，一些转录因子可以竞争性地结合到启动子区域，阻碍转录因子的结合，从而抑制转录。
二、转录后调控转录后调控是指在基因转录和翻译之后对基因产物进行调控和调节。
1. RNA剪接调控RNA剪接是指在转录后的RNA分子中去除内含子，将外显子连接起来的过程。
通过不同的剪接方式，可以合成出不同的mRNA亚型，从而影响基因表达。
剪接调控可以通过剪接因子的调节来实现。
例如，一些剪接因子的表达水平可以受到转录因子的调节，从而影响剪接的结果。
2. RNA修饰调控RNA修饰是指在转录后的RNA分子中添加各种化学修饰基团的过程。
RNA修饰可以通过调节修饰酶的活性来实现。
不同的RNA修饰形式可以影响RNA的稳定性、转运和翻译效率。
三、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甲基化状态来影响基因的表达。
表观遗传调控可以通过组蛋白修饰、DNA甲基化和非编码RNA等多种方式实现。
1. 组蛋白修饰调控组蛋白修饰是指在染色质上修饰组蛋白蛋白质的过程。
组蛋白修饰可以改变染色质的紧密程度，从而影响基因的可及性。
例如，乙酰化组蛋白可以解开染色质的紧密程度，促进基因的转录。
2. DNA甲基化调控DNA甲基化是指在DNA分子上添加甲基基团的过程。
分子生物学 题库
第三章基因表达与基因表达的调控1.关于分解物阻遏的作用机制，说法正确的是A.葡萄糖缺乏时，cAMP浓度低B.葡萄糖缺乏时，CAP浓度低C.葡萄糖缺乏时，cAMP不能与CAP形成复合物D.葡萄糖缺乏时，cAMP-CAP复合物浓度高E.葡萄糖缺乏时，cAMP-CAP复合物失去DNA结合能力2. 关于加尾修饰，说法错误的是A.组蛋白的成熟mRNA无需加poly A尾B.加尾信号包括AAUAAA和富含GU的序列C.剪切过程需要多种蛋白质因子的辅助D.加尾不需模板E.多聚A形成的过程是缓慢、匀速的反应3. 关于操纵子的说法，正确的是A.几个串联的结构基因由一个启动子控制B.几个串联的结构基因分别由不同的启动子控制C.一个结构基因由不同的启动子控制D.转录生成单顺反子RNAE.以正性调控为主4. mRNA在蛋白质合成中的功能是A.运输遗传密码所对应的氨基酸B.与蛋白质结合，提供合成场所C.与帽子结合蛋白结合启动翻译D.由三联体密码指引氨基酸的排列顺序E.通过剪切因子切除poly A尾调控翻译效率5. 关于基因表达调控的说法错误的是A.转录起始是调控基因表达的关键B.环境因素影响管家基因的表达C.在发育分化和适应环境上有重要意义D.表现为基因表达的时间特异性和空间特异性E.真核生物的基因表达调控较原核生物复杂的多6. 翻译的实质是A.将4种脱氧核糖核苷酸的排列顺序转换为4种核糖核苷酸的排列顺序B.将4种核糖核苷酸的排列顺序转换为4种脱氧核糖核苷酸的排列顺序C.将4种脱氧核糖核苷酸的排列顺序转换为20种氨基酸的排列顺序D.将4种核糖核苷酸的排列顺序转换为20种氨基酸的排列顺序E.将蛋白质一级结构的信息转换为空间结构的信息7. 关于加帽修饰，说法正确的是A.snRNA不能被加帽B.由加帽酶催化5' 端加入7甲基鸟苷酸C.加帽酶可以与RNA聚合酶I、II、III相结合D.hnRNA转录终止后才开始加帽E.RNA聚合酶发生磷酸化后，使加帽酶与之脱离8. 特异转录因子不能够A.结合RNA聚合酶B.结合基础转录因子C.结合其他特异转录因子D.结合转录非核心元件9. 关于多顺反子mRNA，正确的说法是A.几个mRNA分子有不同的开放阅读框B.几个结构基因由不同的启动子调控转录C.一个mRNA分子有几个开放阅读框D.多个结构基因编码一类蛋白质E.一个结构基因编码多种蛋白质10. 下列哪项不参与调控真核细胞基因的特异性表达A.反应元件B.特异转录因子C.增强子D.基础转录因子E.沉默子11. E.coli的RNA聚合酶中，辨认转录起始点的组分是A.核心酶B.σC.αD.βE.β'12. 哪一项不属于基因表达的范畴A.mRNA模板指导的蛋白质合成B.DNA模板指导的hnRNA合成C.DNA模板指导的DNA合成D.DNA模板指导的rRNA合成E.DNA模板指导的snRNA合成13. 乳糖操纵子的调控方式是A.CAP的正调控B.阻遏蛋白的负调控C.正、负调控机制不可能同时发挥作用D.CAP拮抗阻遏蛋白的转录封闭作用E.阻遏作用解除时，仍需CAP加强转录活性14. 基因特异性表达的根本机制是A.顺式作用元件的种类不同B.RNA聚合酶活性的差异C.基础转录因子的质和量的差异D.特异转录因子的质和量的差异E.表达产物后加工过程的差异15. 下列哪种因素对原核生物的翻译没有影响A.microRNAB.稀有密码子所占的比例C.mRNA的稳定性D.反义RNAE.调节蛋白结合Mrna16. 乳糖操纵子中，能结合别位乳糖（诱导剂）的物质是A.AraCB.cAMPC.阻遏蛋白D.转录因子E.CAP17. 已知某基因转录产物的部分序列是5’-AUCCUGGAU-3’，那么该基因中反意义链的相应序列为B.5'-TAGGTCCTA -3'C.5'-TAGGACCTA-3'D.5'-UAGGACCUA-3'E.5'-ATCCUGGAT-3'18. 基因表达包括：①复制②转录③逆转录④翻译A.①＋②B.①＋③C.②＋④D.③＋④E.①＋②＋④19. 锌指结构可能存在于下列哪种物质中A.阻遏蛋白B.RNA聚合酶C.转录因子D.端粒酶E.核酶20. 某种情况下，基因的点突变可能不会影响它所编码的蛋白质的一级结构，遗传密码的哪种特点对此发挥了重要作用A.方向性B.连续性C.摆动性D.通用性E.简并性第四章重组DNA技术1. 聚合酶链反应可表示为（）A.PECB.PERC.PDRD.BCRE.PCR2. 在基因工程中通常所使用的质粒存在于（）A.细菌染色体B.酵母染色体C.细菌染色体外D.酵母染色体外E.以上都不是3. 基因工程的基本过程不包括A.载体和目的基因的分离B.限制性内切酶的切割C.DNA重组体的形成及转化D.蛋白质空间结构的测定E.重组体的筛选与鉴定4. 基因工程的操作步骤：①使目的基因与运载体结合②将目的基因导入受体细胞③检测目的基因的表达④提取目的基因。
基因的表达与调控
基因的表达与调控基因的表达与调控是生物学中的重要课题，涉及到生物体内基因的转录、翻译以及后续的调节过程。
本文将从基因表达的机制、基因调控的方式以及基因表达与调控在生物体内的重要性等多个方面进行讨论。
一、基因表达的机制基因表达是指基因在特定环境下产生功能蛋白质的过程。
它包括两个主要步骤：转录和翻译。
转录是指在细胞核中，DNA模板上的一条链被转录成mRNA的过程。
翻译是指在细胞质中，mRNA被核糖体翻译成蛋白质的过程。
这两个过程共同决定了基因的表达水平和产生的蛋白质种类。
二、基因调控的方式基因调控是控制基因表达的过程，包括转录调控和转录后调控两个层次。
转录调控主要通过调节转录过程中参与其中的转录因子的活性、结合位点以及染色质结构等来实现。
而转录后调控则主要包括mRNA剪接的调控、mRNA稳定性的调控以及翻译的调控等。
这些调控方式的变化将直接影响到基因表达的水平和蛋白质产物的多样性。
三、基因表达与调控的重要性基因表达与调控在生物体内起着至关重要的作用。
首先，它决定了细胞的分化和特异性。
不同细胞具有不同的表达模式，通过基因表达与调控的变化，细胞可以实现特定功能，并形成复杂的组织和器官。
其次，基因表达与调控也参与了许多重要的生物学过程，如发育、免疫反应和细胞凋亡等。
调控失败会导致疾病的发生和进展。
再次，基因调控还受到环境因素的影响。
细胞和生物体对不同环境的适应性通过基因表达和调控来实现。
综上所述，基因的表达与调控是生物学中一个重要的研究方向。
通过研究基因表达与调控的机制，我们可以更深入地了解生物体的生命活动，并为疾病治疗和基因工程等领域的发展提供理论基础和实践指导。
未来的研究将进一步揭示基因表达与调控的机制，为生物学的发展做出更大的贡献。
真核生物基因表达调控
酸性激活域 (D/E-rich) 谷氨酰胺(Q)富含域 脯氨酸(P)富含域
蛋白质-蛋白质结合域 （dimerization, co-factors）
1） TF最常见的DNA binding domain
Zinc Finger
bZIP
Homeodomain
bHLH
(1) 锌指(zinc finger)
2. The pri5’ capping 3’ formation / polyA splicing
3. Mature transcripts are transported to the cytoplasm for translation
Chromatin
epigenetic control
Protein degradation RNA silencing
一般而言的基因表达调控范畴
二、基因表达的时间性及空间性
（一）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，称之为基因表达的时间 特异性(temporal specificity)。
Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His C-terminal: α-helix binding DNA
常结合GC box
(2) 碱性亮氨酸拉链 bZIP
(3) 碱性螺旋-环-螺旋bHLH
bHLH蛋白(basic Helix-Loop-Helix)
2） TF常见的trans-activation domain
– usually expressed at high level – the level of their gene expression may vary
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。
基因的表达与调控教案
基因的表达与调控教案教学目标：1.让学生了解基因表达与调控的基本概念。
2.让学生理解基因表达调控的生物学意义及其在细胞和生物体发育中的重要性。
3.让学生掌握基因表达调控的环节及其在原核生物和真核生物中的差异。
4.培养学生的思维能力和自主学习能力。
教学内容：1.基因表达调控的概念及重要性。
2.基因表达调控的环节。
3.原核生物和真核生物基因表达调控的差异。
教学重点与难点：重点：基因表达调控的环节及其在原核生物和真核生物中的差异。
难点：基因表达调控的生物学意义及其在细胞和生物体发育中的重要性。
教学方法：1.讲授法：讲授基因表达与调控的基本概念、生物学意义等基础知识。
2.讨论法：组织学生进行小组讨论，探讨基因表达调控在细胞和生物体发育中的重要性及其在原核生物和真核生物中的差异。
3.案例分析法：通过典型案例分析，让学生深入理解基因表达调控的机制及其应用。
教具和多媒体资源：1.投影仪：展示基因表达调控的流程图、示意图等。
2.PowerPoint演示文稿：展示基因表达调控的相关知识点。
3.教学视频：播放基因表达调控的实验过程及相关视频资料。
教学过程：1.导入新课：通过问题导入，让学生思考基因表达调控的意义及其在细胞和生物体发育中的作用。
2.讲授新课：讲解基因表达调控的概念、生物学意义、环节等基础知识，并通过案例分析加深学生的理解。
3.巩固练习：提供一些练习题，让学生巩固所学知识，并组织学生进行小组讨论。
4.归纳小结：总结本节课的主要内容，并回顾基因表达调控在细胞和生物体发育中的重要性及其在原核生物和真核生物中的差异。
评价与反馈：1.设计评价策略：通过小组讨论、提问、测试等方式评价学生对基因表达与调控知识的掌握情况。
2.为学生提供反馈：根据评价结果，为学生提供反馈意见，帮助他们了解自己的学习状况，同时指出需要加强的地方。
基因工程袁婺洲第二版教学课件第三章
1. 基因的结构与功能基因是一段DNA片段，它包含了编码蛋白质所需的信息。
基因由启动子、编码区、终止子和调控元件组成。
启动子区域决定了基因的转录起始点，编码区域包含了蛋白质的编码序列，终止子序列标志着转录终止的位置。
调控元件则决定了基因在不同细胞类型和环境条件下的表达水平。
基因具有遗传信息传递和调控生物体生理功能的重要作用。
2. 基因表达与调控基因的表达是指通过转录和翻译过程将基因信息转化为蛋白质的过程。
转录是将DNA模板上的信息转录成RNA分子的过程，翻译是将RNA分子翻译成氨基酸序列，从而合成蛋白质。
调控元件通过与转录因子结合，影响基因的转录水平。
在细胞内，还存在一系列调控因子和信号通路，参与基因表达的调控，从而使细胞在合适的时机表达所需的基因。
3. 基因工程技术基因工程是指通过人工方式对基因进行操作和改造的技术。
常见的基因工程技术包括基因克隆、基因转染和基因编辑等。
基因克隆是通过将目标基因插入到载体（如质粒）中，再转入宿主细胞进行繁殖和表达。
基因转染是将外源基因导入目标细胞，使其表达特定的蛋白质。
基因编辑则是通过CRISPR-Cas9等技术直接对基因进行精准编辑，实现基因序列的改变。
4. 基因工程应用基因工程技术在生物学研究、医学治疗和农业生产等领域得到广泛应用。
在生物学研究中，基因工程技术可以揭示基因的结构、功能和调控机制。
在医学治疗中，基因工程技术可以用于基因治疗、生物药物生产和疫苗研发等。
在农业生产中，基因工程技术可以改良作物，提高产量和抗病虫害能力。
5. 基因工程的伦理与安全问题基因工程技术的应用也带来了一系列伦理与安全问题。
包括基因编辑的道德和法律问题、基因改良产物的风险评估以及基因工程作物的环境影响等。
在基因工程研究和应用中，需要遵守伦理和法律的相关规定，确保安全性和可持续发展。
6. 总结基因工程袁婺洲第二版教学课件第三章介绍了基因的结构与功能、基因表达与调控、基因工程技术、基因工程应用和基因工程的伦理与安全问题等内容。
第三章 第一节 基因工程（基因表达载体的构建）
4．为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C （图1），拟将其与质粒（图2）重组，再借助农杆菌导入菊花中。下列 操作与实验目的不符的是（ C ）
A．用限制性核酸内切酶EcoR Ⅰ和连接酶构建重组质粒 B．用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织，将C基因导入细胞 C．在培养基中添加卡那霉素，筛选被转化的菊花细胞 D．用DNA分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上
三、目的基因及其表达产物的检测鉴定
1．检测与鉴定的内容、方法
阅读教材98~99页的内容，根据表格提示的项目填写表格中缺 少的内容。
检测水平
分子水 DNA 平的检 RNA
测 蛋白质 个体水平的检测
检测内容
方法
结果显示
1．检测与鉴定的内容、方法
检测水平
检测内容
方法
结果显示
检测转基因生物的染色体 DNA分子杂交法（基因探针
3．对于动物来说，受体细胞一般是受精卵，因为受精卵的全 能性高，而高度分化的动物体细胞的全能性受到限制。
4．大肠杆菌和酵母菌在基因工程中都可以作为受体细胞，但 又有所不同。大肠杆菌为原核生物，而酵母菌为真核生物（具有 多种细胞器），所以酵母菌在用于生产需要加工和分泌的蛋白质 时比大肠杆菌有优势。 有内质网和高尔基体
2．病毒感染法 用病毒DNA与目的基因一起构建的载体，去感染受体动物细胞， 也能使目的基因导入动物细胞内。
（三）将目的基因导入微生物细胞 1．感受态细胞 经过适当的处理（如用Ca2+处理）后，细胞质膜对DNA的通透性会
发生改变，细胞变得容易接受外来的DNA，处于这种状态的细胞称为 感受态细胞。
2．过程
Ca2+处理微生物细胞
感受态细胞
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。
03转录及调控-3
（一）真核生物基因表达的特点
1. 细胞的全能性 2. 基因表达的时间性和空间性 3. 转录和翻译分开进行
4. 初级转录产物要经过转录后加工修饰
5. 部分基因多拷贝
6. 不存在操纵子结构 真核生物的mRNA是单顺反子mRNA
(monocistronic mRNA)
胚胎期
ε
胚胎期 δ2 Hb Grow1
原核生物以负调控为主： 原核生物染色质没有核小体结构，DNA没有遮蔽，
催化转录的RNA聚合酶很容易发现启动子，其基 因表达的调节很容易通过阻遏蛋白实现。 负调控提供了一个非常保险的机制：即使调节系 统失灵，蛋白质照样可以合成。很多原核操纵子 （元）系统，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。
Transcription
mRNA 5′
3′
1
2
3
Translation
Proteins
1
2
3
3.转录和翻译偶联进行；
4.mRNA翻译起始部位有特殊的碱基序列—SD序 列，共有序列为AGGAGG； 5.原核生物基因表达调控主要在转录水平，即对 RNA合成的调控。
通常有两种方式： (1) 起始调控，即启动子调控 (2) 终止调控(衰减子调控)
转录终止调控方式 ： A.依赖ρ因子的终止调控
噬菌体
B.不依赖ρ因子的终止调控
• 依赖mRNA3′末端转录终止子
• 衰减子介导的转录终止
色氨酸操纵子的表达调控
1.色氨酸操纵子的结构 色氨酸操纵子（tryptophan operon，trp operon）
负责色氨酸合成的操纵子，由启动子和操纵基因 区组成，该操纵基因区控制一个编码色氨酸生物合 成需要的5种蛋白的多顺反子mRNA的表达。
基因表达调控PPT课件
1. 顺式作用元件：特异DNA序列 2. 反式作用因子：特定调节蛋白质
14
原核生物
—— 操纵子(operon) 机制
启动序列 (promoter)
编码序列
其他调节序列
蛋白质因子
操纵序列 (operator)
• 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 分解代谢蛋白的基因
34
酶合成的诱导操纵子模型
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
诱导物
如果某种物质 能够促使细菌产生 酶来分解它，这种 物质就是诱导物。
合时，结构基因不转录。
38
在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白 根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏 • 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激 活蛋白处于活性状态； • 在正控阻遏系统中，效应物分子（辅阻遏物）的存在使 激活蛋白处于非活性状态。
39
40
三、乳糖操纵子（lac operon）
能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。 • A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基
转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。
43
44
2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
无乳糖存在时
阻遏物结合在操纵基因上→阻 止转录过程→基因关闭
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2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
有乳糖存在时
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
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。
第三章基因表达调控练习题
第三章基因表达调控【本章要求】1.掌握基因表达的概念，表达的特点及基本规律，调控的方式和意义。
2.掌握基因表达的基本要素：顺式作用元件和反式作用因子及调节蛋白的相互作用。
3.掌握乳糖操纵子的结构及其调节原理。
4.了解真核基因表达调控的基本原则。
【内容提要】基因表达调控的基本内容是介绍细胞或个体生长过程中基因表达的方式、规律及调节机制，以及这些表达规律、调节机制与发育、分化的关系，个体与环境的适应。
基因表达就是指基因转录和翻译的过程。
并非所有基因表达过程都产生蛋白质分子，有些基因只转录合成RNA分子，如rRNA、tRNA等。
这些基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。
原核生物，如细菌调节基因表达是为适应环境变化，调节代谢、维持细胞生长与分裂。
真核生物，如动物乃至人类在环境变化及个体生长、发育的不同阶段调节基因的表达既为调节代谢、适应环境，也为维持生长、发育与分化。
基因表达的规律性可分为阶段特异性和组织特异性两种：1.阶段特异性：按功能需要，原核生物某一特定基因的表达随时间、环境而变化，严格按特定时间顺序发生，这就是基因表达的时间特异性。
多细胞真核生物从受精卵到组织器官形成经历不同发育阶段。
在各个发育阶段，相应基因严格按一定时间顺序开启和关闭，表现为与分化、发育阶段一致的时间性。
因此，多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性。
2.组织特异性：在多细胞真核生物中，同一基因在同一发育阶段的不同组织器官表达水平是不一样的；在发育、分化的特定时期内，不同基因在同一组织细胞内表达水平也不一样，即基因在不同组织空间表达不同，这就是基因表达的空间特异性，又称组织特异性。
原核生物基因表达无组织特异性。
不同基因功能不同，调控机制不同，基因表达的方式也不同。
有些基因在生物个体生命全过程的几乎所有细胞中持续表达，称为基本的基因表达。
这类基因通常被称之为管家基因。
基本的基因表达并非绝对一成不变，其表达也是在一定机制控制下进行的。
基因的表达与调控
基因的表达与调控基因是生物体内遗传信息的基本单位，能够影响个体的生长发育、形态特征和功能活动。
基因表达与调控是指基因在细胞内转录和翻译过程中的调节机制。
通过对基因的表达与调控的深入研究，我们可以更好地理解生物体的发育过程、疾病的发生机制以及其他重要生物学现象。
一、基因表达的过程基因表达是指基因中的遗传信息转录成RNA分子并进一步翻译成蛋白质的过程。
在这个过程中，涉及到DNA的转录、RNA的加工修饰和翻译等多个环节。
1. DNA的转录DNA转录是指在细胞核内的DNA模板上合成RNA的过程。
这一过程主要通过RNA聚合酶酶对DNA进行识别并复制。
在DNA的编码区域上，RNA聚合酶按照一定的序列将DNA转录成RNA。
这种RNA 称为信使RNA（mRNA），它携带着基因的信息，将参与到后续的翻译过程中。
2. RNA的加工修饰转录得到的初级RNA（pre-mRNA）需要进行加工修饰，以生成成熟的mRNA。
这个过程包括去除非编码区域（外显子）和连接编码区域（内含子）等步骤，最终形成成熟的mRNA分子。
这些修饰过程有助于提高基因表达的效率和准确性。
3. RNA的翻译mRNA在细胞质中通过核糖体与tRNA和氨基酸配合，进行翻译成蛋白质。
这个过程涉及到密码子与氨基酸的配对，根据规定的遗传密码表将RNA翻译成蛋白质的氨基酸序列。
二、基因表达的调控基因的表达需要在不同时间和空间上进行精确的调控，以满足细胞和生物体在各种环境中的需求。
基因调控主要通过转录调控和转录后调控两个层面实现。
1. 转录调控转录调控是指在基因转录过程中，通过调控转录起始和速率来控制基因表达水平的过程。
这一过程涉及到启动子、转录因子和染色质结构等多个因素的调控。
- 启动子区域：启动子是转录起始的信号区域，细胞通过启动子的甲基化、乙酰化和甲基化等修饰方式调控基因的转录起始。
- 转录因子：转录因子是参与基因转录的蛋白质，它们能与启动子和调控区域结合，促进或抑制基因的转录活性。
第三章 基因表达调控
（3）沉默子（衰减子）
定义： 抑制基因转录的DNA序列 特点： 不受距离和方向的限制 可对异源基因的表达起作用
（4）其他元件
如终止子：终止转录
2、反式作用因子
定义： 是指能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序 列上参与调控靶基因转录效率的蛋白质。 大多数真核转录调节因子由某一基因表达后，可通过另一基 因的特异的顺式作用元件相互作用，从而激活另一基因的 转录。这种调节蛋白称反式作用因子。 • 反式作用因子是DNA结合蛋白，但不是所有的DNA结合蛋 白都是反式作用因子。 分类： 通用转录因子（简称转录因子，TF)：多数细胞普遍存在 组织特异性转录因子：决定组织特异性 诱导性反式作用因子：反式作用因子的活性受诱导因子诱 导
• 反义RNA的调控作用举例： • 大肠杆菌渗透压的调节中micRNA的调节作 用
• 细菌Tn10转位酶基因的表达
• 细菌Tn10转位酶基因的表达
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ （2） mRNA的稳定性
mRNA的降解速度是翻译调控的另一个重要 机制。 一般mRNA的寿命很短，所以往往外界诱导 基因表达的因素一消失， 蛋白质的合成就 会迅速停止。 而一些特殊的调控蛋白也可以通过控制 mRNA的寿命来调控翻译。
Hin protein Pphase2 Hin protein
H2Flagellin
Repressor
995
982 950
648 hin
>> IRR P
76 14 << P IRL
H2
Repressor
Fig16- Control of alternate expression of Salmonella fragellar genes H1 and H2 by an invertible DNA segment
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蛋白合成的整体调控
a. eIF2含有α、β、 γ三个亚单位，与甲硫氨 酸tRNA、GTP形成复合 体，翻译起始过程中， GTP被水解，eIF2B介导 的GTP－GDP交换为eIF2 再活化所必需；eIF2α亚 单位的磷酸化可隔离eIF2eIF2B复合体，阻止GDPGTP交换。 b. eIF4E-结合蛋白(4EBP)与eIF4E结合，阻止它 与eIF4G结合，抑制翻 译；4E-BP的磷酸化使4E －BP从eIF4E上释放， eIF4E可以与eIF4G结合， 翻译得以进行。
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mRNA特异性的40S核糖 体亚单位结合调控机制
a 铁调控蛋白（iron regulatory proteins, IRPs）1、2与铁应 答元件（iron responsive element, IRE)结合，在空间上 阻止43S前起始复合体对mRNA 上的真核起始因子eIF4F的招募。 b mRNA特异性eIF4E结合蛋白 Maskin、Bicoid与eIF4E结合，从 而阻止它与eIF4G的结合。Maskin 通过 cytoplasmic-polyadenylationelement-binding protein (CPEB) 识 别3’非翻译区的cytoplasmic polyadenylation element (CPE)。 而Bicoid 直接与mRNA上的 Bicoid response element (BRE)结合. c Sex-lethal(SXL)与5‘和3’非翻译区的 尿嘧啶富集区结合，协助共抑制复 合体（co-repressor complex, CR) 招募，可能通过影响核糖体从帽结 构的扫描来抑制翻译。
果蝇卵细胞中gurken, bicoid 和oskar mRNA沿 不同部位微管的定位
a 卵细胞中存在三种不同种类的微管。 b gurken mRNA (红) 通过两步定位于卵细胞的头端背部。 c bicoid mRNA 移向自头端发出的微管(绿)的负端。 d oskar mRNA (紫) 通过 kinesin依赖的转运机制移向从头端和两侧发出 的微管(绿、粉)的正端。
酵母mRNA出核
• 前体mRNA伴随着转录开始折叠， 与THO/TREX复合体结合形成前 体mRNP 。 • mRNA出核受体Mex67-Mtr2 与其 它前体mRNA因子(CBC 和各种 RNA结合蛋白等)结合后，通过 Yra1等接头蛋白被招募至mRNP 处。 • 在核孔复合物的胞质侧，mRNP 遇上ATP依赖的RNA螺旋酶Dbp5、 Dbp5的激活因子Gle1和信号分子 Insp6，发生重构。
NMD与外显子-外显子接头定律
• 当在蓝色区域内有未成熟终止密码子时，它与下游的外显 子-外显子接头的距离超过50-55bp，就会引起NMD，而 在绿色区域内有终止密码子则不能触发NMD。
NMD的机制：未成熟终止密
码子的识别
• 剪接后，mRNA与EJC(含UPF3) 结合，入细胞质后，UPF2与 UPF3结合。 • 核糖体与mRNA结合并翻译，当 遇到未成熟终止密码子时，SURF 复合体(含有SMG1、UPF1和肽释 放因子eRF1和eRF3)结合上来 。 • UPF1也与UPF2结合，将EJC与 PTC联系起来。 • SMG1对UPF1的磷酸化导致 eRF1、eRF3解离，接头蛋白 SMG7结合。 •• 甲硫氨酸tRNA与GTP耦联的eIF2结合， 形成复合体，再与40S核糖体亚单位、 eIF3和其它起始因子共同形成43S前 起始复合体。 前起始复合体通过eIF3与帽结合复合 体中eIF4G的结合来识别mRNA。帽 结合复合体还包括eIF4E,它直接与帽 结构结合， RNA解旋酶eIF4A。 eIF4G与多聚A结合蛋白（PABP）结 合，使mRNA环化。 43S前起始复合体以5’－3’方向扫描， 直到发现第一个起始密码子AUG，扫 描过程有eIF1与eIF1A的参与。 43S前起始复合体与AUG的结合形成 48S起始复合体，再与核糖体60S大亚 基结合形成80S起始复合体。AUG的 识别与核糖体大亚基的结合分别导致 eIF2与eIF5B上的GTP水解。80S复合 体催化第一个肽键的形成。
第三章
基因表达与调控
基因表达调控可以发生 在基因表达的不同阶段， 如： 染色体水平调控 DNA水平调控 转录水平调控 转录后水平调控 翻译水平调控 翻译后水平调控
染色体水平调控
染色质重塑与基因表达活性等
DNA水平调控
基因丢失
基因扩增
基因重排 DNA甲基化等
转录水平调控
转录的起始及转录效率的调控等
分步进行
多种蛋白参与
EXU: exuperantia Mago: Mago nashi RC: ring canals Stau: Staufen.
mRNA 降解 (mRNA decay)
• 前体mRNA与CBP80、 CBP20(5’端)， PABP2 (3’端)结合，共同形成 EJC。 • EJC 至少含有RNPS1, SRm160、UAP56, Y14, REF/ALY和 NXF1/TAP–p15等蛋白 • EJC 还需要UPF2 、 UPF3 或UPF3X等蛋白 的参与。 • mRNA在细胞核、质内 进行翻译或降解。
转录与转录后加工同时发生
mRNA 出核（mRNA export)
mRNA 出核（mRNA export)
CBC: cap-binding complex; Exp: exportin.
核孔复合体的 结构
NPC：Nuclear pore complex (125 MDa in metazoa and 60 MDa in yeast)
应答元件可以位于启动子或增强子内，某些元 件的分布具有特异性：HSE通常位于启动子 内，然而GRE多数存在于增强子中。
转录后水平调控
• 选择性剪接
果蝇的Dscam 基因
这四个外显子的选择性剪接共可产生38，016种 不同的mRNA
果蝇的性别决定
• Sxl(sex lethal)参与导致 Tra产生 • Tra(transformer)参与导 致dsx(doublesex)雌性 形式的剪接 • Dsx雌性形式导致性别 向雌性方向发育 • 在雄性果蝇中则没有sxl， 从而没有tra的产生，发 生dsx雄性形式的剪接， 性别向雄性方向发育
翻译水平调控
mRNA5’端的m7GpppN帽子结构与3’端的聚A尾巴强烈 促进翻译的起始，发夹这样的二级结构可能阻止翻译。内部核 糖体进入位点序列 （IRES)介导非帽结构依赖的翻译。上游开 放阅读框（uORF)一般作为翻译的负调控因子，减少主开放阅 读框（main ORF)的翻译。绿色区域表示一些蛋白和/或RNA调 控因子的结合位点，它们通常抑制翻译，在少数情况下也可能 促进翻译。
位于启动子同正调控元件(如增强子)或负调 控因子(如异染色质)之间的调控序列 绝缘子本身对基因的表达既没有正效应， 也没有负效应，其作用是不让其它调控元件 对基因的活化效应或失活效应发生作用。 绝缘子的作用不受序列方向的影响，也能 远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起 作用。
绝缘子阻断增强子的活化效应
• 通过SR蛋白与ESE的结合，使剪接体 的基本成份与同一外显子的两侧结合， 形成一跨外显子的识别复合体。
内含子的确定
在同一内含子内部，U1 RNP 与上游5’ 剪接位点结合， U2AF、 U2 RNP和聚嘧啶区及 分支点分别结合 ，由此确定 了同一内含子中的相互对应的 剪接位点，SR蛋白也参与这一 过程。
转录后水平调控
mRNA的剪接、加工，包括： 选择性剪接、反式剪接 RNA干涉、 RNA编辑等
翻译水平调控
mRNA运输控制、mRNA稳定性的调控、mRNA 结构、翻译的起始调节、选择性翻译 、 反义
RNA调控、 翻译的自我调节等
翻译后水平调控
蛋白质加工修饰、定向运输、组装、降解等
绝缘子(Insulator)
人mRNA出核
• 剪接事件与5’帽子结构将人 TREX复合体招募至mRNP处。 • mRNA出核的下游事件，包括 TAP-p15 mRNA出核受体的招 募等，在人与酵母中相似 。
EJC：Exon-junction complex
mRNA 定位(mRNA localization)
a 有丝分裂中的酵母细胞 b a图细胞中的ASH1 mRNA (红) c hairy (绿) 与 even-skipped (红) mRNAs 在合胞体期果蝇胚胎中顶端定位. d 四细胞期的斑马鱼胚胎中Vasa mRNA (绿) 定位，红色：β-catenin. e dpp mRNA (red) 定位于着丝粒上 (绿色：微管；蓝色： DNA). f 体外培养的海马神经元树突中的β-Actin mRNA 颗粒。绿色：轴突标志分子tau
mRNA定位的机制
• oskar mRNA在转录过程中 与 HRP48结合，在剪接过程 中与EJC复合体结合。 • 当mRNA出核时，BTZ 蛋白 被 EJC组份 eIF4AIII 招募。 • 在支持细胞的细胞质中oskar mRNA与Staufen 结合。 • mRNA 从支持细胞转运至卵 细胞中，这些因子介导它定 位于生殖极。
非去腺苷酸依赖的降解途径
• 在酵母中，非去腺苷酸依赖的降解途径需要去帽机制的参 与，Rps28B 与Edc3(enhancer of decapping-3)结合，启 动去帽酶；在去帽之后， mRNA 被 Xrn1降解。
内切核酸酶介导的降解途径
• 内切核酸酶介导的mRNA降解最初是mRNA的内部切割， 产生两段一个末端无保护的RNA片段，这两个片段再分别 由XRN1与外切体降解。
Igf2 与H19基因区域的绝缘子
绝缘子阻断异染色质效应
应答元件（response element） 能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而控 制基因特异表达的（一般情况下在上游）DNA 序列（response element）。