转录和转录水平的调控要点
转录及转录调控
（二）转录延长 1. 与原核生物大致相似，
没有转录与翻译同步的现象。 2. RNA-pol前移,核小体移位和解聚现象。
8/3/2020
核小体
RNA-Pol
转
转录方向
录
延
长
中
的
核
RNA-Pol
小
体
移
位
RNA-Pol
8/3/2020
（三）转录终止 —— 和转录后修饰密切相关。
转录终止修饰点: DNA读码框架下游的一组AATAAA和GT共同
原核生物启动子保守序列
8/3/2020
转录起始点
1、 转录开始的位置
超过90%的转录起始点为嘌呤核苷酸，在转录 起始点有一保守序列：MCATMM，A是转录 始点。 M：A或C或G
8/3/2020
—10序列
2、 —10序列，位于转录起始位点上游— 10bp左右，有一个6个碱基组成的保守 序列TATAAT，是RNA聚合酶结合的部 位，又称为TATA盒或Pribnow盒。
8/3/2020
转录起始过程：
2. DNA局部解链 RNA聚合酶挤入DNA双链中，解链长度约
12~17个核苷酸， 拓扑异构酶参与。 形成开放转录复合物(二元复合物)
8/3/2020
转录起始过程：
3. 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应， 形成转录起始复合物。
5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
8/33/42020
发夹式结构和寡聚U的共同作用使RNA从三元 复合物中解离出来。
8/33/52020
终止效率与 二重对称序列 （至少6bp）和 寡聚U（至少4个 U）的长短有关， 长度↑，终止效 率↑。
真核生物转录水平的调控机制
真核生物转录水平的调控机制一、转录因子转录因子是真核生物转录水平调控的重要环节。
它们可以识别和结合DNA上的特异序列，从而调控基因的表达。
根据结合位点的不同，转录因子可以分为上游启动子元件和增强子元件两类。
上游启动子元件主要包括TATA box和CAAT box等，而增强子元件则是一种具有增强基因转录功能的DNA序列。
二、染色质重塑染色质重塑是真核生物基因表达调控的重要机制之一。
染色质重塑可以改变染色质的结构，从而影响基因的表达。
染色质重塑过程中，染色质重塑复合物可以将核小体从DNA上移除或重新排列，从而改变染色质的可及性。
此外，染色质重塑还可以影响DNA的甲基化水平，进一步调控基因的表达。
三、miRNA和siRNAmiRNA和siRNA是真核生物中的非编码RNA，它们可以通过与mRNA的特异性结合来调控基因的表达。
miRNA和siRNA可以与mRNA 的3'UTR结合，导致mRNA的降解或翻译抑制，从而调控基因的表达。
此外，miRNA和siRNA还可以通过与转录因子或染色质重塑复合物等相互作用，影响基因的转录和表达。
四、转录起始和延伸转录起始和延伸是真核生物转录水平调控的重要环节。
转录起始和延伸过程中，RNA聚合酶可以识别启动子元件并开始转录，然后沿着DNA序列向下游移动并合成RNA。
在这个过程中，转录起始和延伸复合物可以与RNA聚合酶相互作用，从而影响转录的效率和方向。
此外，一些转录因子也可以与RNA聚合酶相互作用，进一步影响基因的表达。
五、转录后修饰真核生物中的RNA聚合酶可以使用各种转录后修饰来修饰其转录产物。
这些修饰可以包括mRNA的加尾、编辑、剪接和稳定性等。
这些过程可以影响mRNA的翻译效率和稳定性，从而影响基因的表达。
此外，一些蛋白质也可以通过磷酸化、乙酰化或甲基化等修饰来影响基因的表达。
六、细胞周期与细胞分化细胞周期和细胞分化是真核生物细胞生命活动中的重要过程，也是转录水平调控的重要方面。
《转录水平的调控》课件
转录因子在转录过程中的作用机制
激活机制
转录因子通过与DNA上的特异序 列结合，促进RNA聚合酶的招募 ，从而激活基因转录。
抑制机制
转录因子通过与DNA上的特异序 列结合，阻止RNA聚合酶的招募 ，从而抑制基因转录。
共激活剂和共抑制
因子
一些转录因子可以招募共激活剂 或共抑制因子，进一步增强或减 弱其调控作用。
转录因子在疾病中的调控作用
肿瘤发生和发展
一些转录因子在肿瘤发生和发展过程中发挥重要作用，如MYC、FOXM1等。这些转录因子的异常表达可以导致肿瘤 细胞的增殖、侵袭和转移。
免疫系统调控
一些转录因子在免疫系统的发育和功能中发挥重要作用，如NF-κB、IRF等。这些转录因子的异常表达可以导致免疫 系统紊乱，增加疾病易感性。
在转录过程中，RNA聚合酶识别DNA上的启动子 02 序列，并开始合成RNA链。
转录过程中，DNA双链结构中的一条链作为模板 03 ，合成RNA链。
转录的步骤
起始
RNA聚合酶结合到DNA上的启动子序列， 并开始合成RNA链。
延长
RNA聚合酶沿着DNA模板链不断向前移动，同时合 成RNA链。
终止
RNA聚合酶到达DNA上的终止子序列，停 止合成RNA链，并从DNA上释放出来。
表观遗传学主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码 RNA等机制。
表观遗传学调控在细胞分化、胚胎发育、肿瘤发生等多种生物学过程中发 挥重要作用。
DNA甲基化在转录水平调控中的作用
DNA甲基化是指在 DNA序列中，CpG位 点的胞嘧啶被甲基所
修饰的一种形式。
DNA甲基化可以影响 转录因子与DNA的结 合，从而调控基因的
02
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部分遗传信息的基本单位，而基因的表达即是将基因信息转化为功能蛋白质或RNA的过程。
为了维持生物体内部的正常功能和适应外界环境的变化，基因的表达必须受到精确的调控，以保证基因产物的数量和时间上的合理控制。
基因表达的调控机制可以分为转录水平的调控、RNA后转录水平的调控以及转录后水平的调控。
一、转录水平的调控转录是基因表达的第一步，它决定了哪些基因会被转录为RNA。
转录的调控是通过控制转录因子与启动子区域的结合来实现的。
启动子附近的DNA序列中存在一些特定的序列结构称为转录因子结合位点，而转录因子则是能够特异性地结合在这些位点上的蛋白质。
转录因子的结合可以促进或抑制RNA聚合酶的结合，从而调控基因的转录水平。
此外，还有一些转录因子能够与共激活子结合，进一步调控特定基因的转录。
二、后转录水平的调控转录后水平的调控主要包括剪接调控和RNA修饰。
剪接是在转录后的RNA分子中剪切掉非编码序列，将编码序列连接成连续的序列。
不同的剪接方式会导致基因产物的多样性，从而调控基因表达。
剪接的调控主要通过剪接因子的结合与调控。
此外，RNA修饰也是一种重要的后转录调控方式，如RNA甲基化和RNA剪切修饰等。
这些修饰可以改变RNA的稳定性和功能，从而影响基因的表达水平。
三、转录后水平的调控转录后水平的调控主要包括mRNA的稳定性、转运和翻译调控。
mRNA的稳定性是由mRNA的3'非翻译区域的特定序列决定的，这些序列可以诱导降解或稳定mRNA分子。
转运是指mRNA分子从细胞核运输到细胞质的过程，这个过程是由核膜孔和转运蛋白共同参与的。
翻译调控是指控制mRNA翻译成蛋白质的速率和效率。
这种调控可以通过mRNA的5'非翻译区域的序列来实现，这些序列可以促进或抑制翻译起始复合体的组装。
综上所述，基因表达的调控涉及到多个层面和多种机制。
通过转录的调控、RNA后转录的调控以及转录后的调控，生物体可以在复杂的内外环境中对基因表达进行适时、适量、适地的响应。
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
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。
转录和转录水平的调控要点
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、Ⅱ类和第Ⅳ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:α2ββ’称为核心酶,转录延长只需核心酶即可。
α2ββ'σ称为全酶，转录起始前需要σ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、Ⅱ、Ⅲ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。
真核生物的转录上游调控序列统称为顺式作用元件,主要有TATA盒、、CG盒、上游活化序列（酵母细胞）、增强子等等。
基因调控机制
基因调控机制基因调控是生物体内部控制基因表达的过程，通过调控基因的表达水平和时机，使得细胞在不同的发育阶段和环境条件下能够产生不同的蛋白质，从而实现细胞的分化和功能的多样化。
基因调控机制是生物体内部复杂而精密的调控系统，涉及到多种调控因子和调控途径。
本文将从转录调控、转录后调控和表观遗传调控三个方面介绍基因调控机制的相关内容。
一、转录调控转录调控是指在基因转录过程中通过调控RNA聚合酶的结合、启动子的甲基化、转录因子的结合等方式，控制基因的转录水平。
在细胞内，转录因子是一类能够结合到DNA上特定序列的蛋白质，它们通过与启动子区域上的转录因子结合，调控基因的转录活性。
转录因子的结合可以激活或抑制基因的转录，从而影响细胞内特定蛋白质的合成。
另外，组蛋白修饰也是转录调控的重要方式。
组蛋白是染色质的主要蛋白质成分，对基因的表达起着重要的调控作用。
组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、泛素化等多种方式，不同的修饰方式会影响染色质的结构和紧密度，进而影响基因的可及性和转录活性。
二、转录后调控转录后调控是指在mRNA合成完成后，通过RNA剪接、RNA修饰、RNA稳定性等方式对mRNA进行调控，影响蛋白质的合成水平。
RNA剪接是指在转录后的RNA分子中去除内含子并连接外显子的过程，通过不同的剪接方式可以产生不同的mRNA亚型，从而影响蛋白质的翻译。
此外，miRNA和siRNA也是转录后调控的重要调控因子。
miRNA和siRNA是一类短小的非编码RNA分子，它们通过与靶基因的mRNA结合，抑制靶基因的翻译或降解靶基因的mRNA，从而影响蛋白质的合成水平。
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甲基化状态等方式，影响基因的表达水平。
DNA甲基化是一种重要的表观遗传调控方式，它通过在DNA分子上添加甲基基团，影响基因的可及性和转录活性。
DNA甲基化在细胞分化和发育过程中起着重要的调控作用。
另外，组蛋白修饰也是表观遗传调控的重要方式。
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。
原核生物基因表达调控机理及意义研究
原核生物基因表达调控机理及意义研究在生物界中，原核生物与真核生物是两类不同的生物体系。
其主要区别在于原核生物没有细胞核和其他复杂细胞器，其基因组由单一环状DNA分子组成，因此研究原核生物的基因表达调控机理对于理解细胞生命活动有着重要的意义。
原核生物基因表达的调控机理主要包括转录水平和转录后水平两个方面。
其中，转录水平主要是指影响基因的转录过程，而转录后水平则是指影响基因译码和蛋白质后翻译、修饰等过程。
下面将具体介绍两个方面的机制。
一、转录水平的调控大多数原核生物具有单个RNA聚合酶所需的全部因子，这意味着RNA聚合酶的活性可能无法被其他因子所调节。
在这种情况下，也就只能依靠DNA相绑定的蛋白质对RNA聚合酶基因进行调节。
最常见的调节方式是一组由反应型蛋白质组成的复合物，这些蛋白质与RNA聚合酶一起结合，形成一种酶促复合物。
通常，该复合物主要通过两种方式产生转录调节：反应型蛋白群与DNA结合的区域可提高或降低RNA聚合酶的结合亲和力，或者允许其他转录因子与RNA聚合酶相互作用。
此外，还有几个反应型蛋白质涉及到转录控制。
例如，亚硫酸盐还原酶（trxA和trxB）能够作为还原剂释放亚硫酸根离子，这种离子可在市场上使用，也可以用作DNA反应型蛋白质还原和肽键形成过程的反应原料。
这些反应型蛋白质涉及的生理调节行为仍需更详细地了解。
二、转录后水平的调控转录后调节主要是指影响RNA翻译和修饰等过程的调节。
通常，这种调节是通过RNA结合蛋白质的基因或RNA调节基因端口（转录和行为）进行的。
在大多数原核生物中，也存在一组RNA区域，这些区域的突变或缺失可以影响RNA的稳定性和翻译能力。
这些“稳定性序列区域”（SSRs）或“翻译能力序列区域”（TRSs）形成一组锚定分子，这些锚定分子促进RNA稳定性或转运。
虽然这些RNA的所有功能尚未完全理解，但已知它们参与调节RNA的复制、转录和翻译等过程。
同时，某些RNA还具有翻译后调控作用。
细胞核内的转录和转录因子调控
细胞核内的转录和转录因子调控细胞核内的转录过程是生物体中基因表达的一个重要环节，通过转录过程，细胞可以将基因的信息转化为RNA，然后再通过翻译过程合成蛋白质。
这样的过程对于细胞的正常功能和发育至关重要。
在细胞核内的转录过程中，转录因子扮演着关键的调控角色，它们可以选择性地结合到DNA上，促进或抑制基因的转录过程。
本文将介绍细胞核内转录过程的基本原理以及转录因子的调控机制。
一、细胞核内的转录过程细胞核内的转录过程是DNA信息传递到RNA的过程。
具体而言，当细胞需要合成特定蛋白质时，转录过程会被启动。
首先，DNA的双链解旋，并且一个称为RNA聚合酶的酶将合成一个新的RNA链，该链与DNA的一个链的序列互补，并以5'→3'的方向合成。
这个合成的RNA链被称为mRNA（messenger RNA），因为它携带了DNA的信息，并将其传递到细胞质中进行蛋白质合成。
二、转录因子的概述转录因子是一类可以结合到DNA上的蛋白质，它们可以选择性地启动或抑制特定基因的转录。
转录因子通过与DNA上的特定序列结合，招募RNA聚合酶，从而调控基因的转录水平。
转录因子的结合位点通常位于基因的启动子区域，这是一个相对较短的DNA序列。
三、转录因子的调控机制转录因子的活性可以通过多种机制来调控。
以下是几个常见的调控机制：1. 进入或离开细胞核：一些转录因子在特定条件下可以进入或离开细胞核。
例如，一些激活转录因子在细胞外受到信号刺激后会进入细胞核，与DNA结合并激活特定的基因转录。
2. 底物诱导：一些转录因子的活性可以通过底物分子的结合来调节。
当底物结合到转录因子上时，其空间构象发生改变，从而影响其DNA结合能力。
这种方式可以确保转录因子仅在特定条件下激活。
3. 磷酸化和去磷酸化：转录因子的活性可以通过磷酸化和去磷酸化等修饰方式进行调控。
磷酸化通常会增强转录因子的活性，而去磷酸化则会减弱其活性。
这些修饰通常由细胞内的激酶和磷酸酶等酶催化。
生物分子的调控
生物分子的调控生物分子的调控是维持生物体正常生理功能和适应环境的重要过程。
它涉及到许多调控机制和分子间的相互作用，以确保各种生物分子在相应的时间和位置表达和功能。
本文将介绍常见的生物分子调控机制，包括转录调控、转录后调控、翻译调控和后转录调控等。
一、转录调控转录调控是指通过调控DNA的转录过程来控制基因表达水平。
这一过程主要通过转录因子与DNA结合来实现。
转录因子是一类具有特定序列结合能力的蛋白质，它们可以与启动子区域上的特定序列结合，促进或抑制基因的转录。
转录调控可通过增加或减少转录因子的表达、改变转录因子与DNA的结合能力等方式来实现。
二、转录后调控转录后调控是指在RNA合成完成后，通过调控RNA的稳定性和后修饰来影响基因表达水平。
这一过程主要包括RNA剪接、RNA修饰、RNA降解等。
RNA剪接是指将RNA前体经过剪接反应切割成不同的剪接体，以产生多种不同的mRNA。
RNA修饰是指通过添加或去除特定化学修饰物来改变RNA的性质和功能。
RNA降解则是指通过酶的作用将RNA降解为小碎片，从而降低mRNA的稳定性和表达水平。
三、翻译调控翻译调控是指在mRNA被翻译成蛋白质的过程中，通过调控翻译起始复合物的形成和翻译速率来影响蛋白质的合成。
这一过程主要包括转录后修饰、调控启动子区域上的特定序列和调控转运RNA的结合等。
转录后修饰是指通过特定的化学修饰和蛋白质结合来改变mRNA 的结构和功能。
调控启动子区域上的特定序列可以影响翻译起始复合物的形成和蛋白质的合成。
调控转运RNA的结合可以促进或抑制mRNA与转运RNA的结合，从而调控翻译的进行。
四、后转录调控后转录调控是指在蛋白质合成完成后，通过调控蛋白质的稳定性、定位和修饰来影响其功能。
这一过程主要包括蛋白质的降解、蛋白质的修饰和蛋白质的定位等。
蛋白质的降解是指通过泛素化作用和蛋白酶的作用将蛋白质降解为小碎片。
蛋白质的修饰是指通过磷酸化、甲基化、乙酰化等化学修饰来改变蛋白质的性质和功能。
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信息转录成RNA，再翻译成蛋白质的过程。
在细胞内，基因表达需要受到严格的调控，以确保细胞在不同环境下能够适应并正常运作。
基因表达的调控机制涉及到多个层面，包括转录水平、转录后调控、翻译水平和蛋白后修饰等。
本文将从这些方面介绍基因表达的调控机制。
1. 转录水平的调控转录是基因表达的第一步，也是调控基因表达的关键环节。
在转录水平，基因的表达可以通过启动子区域的甲基化、转录因子的结合、染色质重塑等方式进行调控。
启动子区域的甲基化可以影响转录因子的结合，从而影响基因的转录活性。
转录因子是一类能够结合到DNA上特定序列的蛋白质，它们可以促进或抑制基因的转录。
染色质重塑是指通过改变染色质的结构来影响基因的可及性，从而调控基因的表达水平。
2. 转录后调控转录后调控是指转录后RNA的修饰和稳定性调控。
在细胞核内，RNA经过剪接、剪切、聚腺苷酸化等修饰过程，形成成熟的mRNA。
这些修饰过程可以影响mRNA的稳定性和翻译效率。
另外，miRNA和siRNA等小RNA也可以通过靶向特定mRNA分解或抑制翻译来调控基因表达。
3. 翻译水平的调控翻译是指mRNA上的密码子被翻译成氨基酸序列的过程。
在翻译水平，基因的表达可以通过启动子区域的结构、mRNA的稳定性、翻译因子的结合等方式进行调控。
启动子区域的结构可以影响翻译因子的结合，从而影响翻译的进行。
翻译因子是一类能够结合到mRNA上特定序列的蛋白质，它们可以促进或抑制翻译的进行。
4. 蛋白后修饰蛋白后修饰是指蛋白质合成后，蛋白质经过翻译后修饰的过程。
在细胞内，蛋白质可以通过磷酸化、甲基化、乙酰化等方式进行修饰，从而影响蛋白质的功能和稳定性。
这些修饰过程可以调控蛋白质的活性、亚细胞定位和相互作用等。
综上所述，基因表达的调控机制涉及到转录水平、转录后调控、翻译水平和蛋白后修饰等多个层面。
这些调控机制相互作用，共同调节基因的表达水平，以适应细胞在不同环境下的需要。
转录前水平的调控方式
转录前水平的调控方式转录前水平调控是指在转录过程开始之前对DNA序列的调控，包括DNA的甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA介导的信号等。
这些调控方式的不同组合可以决定基因转录启动子的可访问性，从而影响基因表达的水平和模式。
本文将详细阐述转录前水平调控的几种主要方式。
1. DNA甲基化DNA甲基化是指DNA上甲基基团的添加，它可以影响DNA的结构和可读性。
在哺乳动物中，DNA甲基化通常发生在CpG二核苷酸位点上。
DNA甲基化的主要功能是抑制基因的转录。
DNA甲基化的机制涉及到DNA甲基转移酶将甲基基团添加到甲基化靶点上。
不同的DNA甲基转移酶在不同的转录因子启动子和表观遗传位点上具有不同的作用。
2. 组蛋白修饰组蛋白修饰是指对组蛋白分子的化学修饰。
组蛋白是染色体的主要成分，它们与DNA相互作用，从而导致DNA的可读性。
组蛋白修饰既可以促进基因的转录，也可以抑制基因的转录。
常见的组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化和SUMO化等。
3. 非编码RNA介导的信号非编码RNA是一类不编码蛋白质的RNA分子，它们可以通过RNA干扰、RNA结构化、miRNA等途径参与基因表达的调控。
在转录前水平调控中，非编码RNA可以通过多种方式影响基因的转录水平和模式，包括RNA干扰、表观遗传机制和转录抑制等。
4. 转录因子结合和辅助因子影响转录因子是一类调控基因转录的蛋白质，它们结合在DNA上形成一系列复杂的调节网络，从而影响基因的转录。
转录因子包括激活因子和抑制因子，它们可以与基因启动子共同作用，激发或抑制基因的转录。
与转录因子联结的还有辅助因子，这些因子能够影响转录因子的DNA结合、改变染色质结构、调节组蛋白修饰等等。
微生物学 第九章 微生物基因表达与调控
1. 转录水平调控
1.2 操纵子转录调控机理 乳糖操纵子的负控诱导
1. 转录水平调控
1.2 操纵子转录调控机理 色氨酸操纵子的负控阻遏
1. 转录水平调控
1.2 操纵子转录调控机理 色氨酸操纵子的弱化作用
概念：两段螺旋被一个转角分开，其中一段为识别螺旋，直接 与暴露在DNA大沟中的碱基对接触结合辨认。
结合的作用力：包括氢键、离子键、范德华力。 如转录因子、原核生物的阻遏蛋白等以二聚体形式与DNA结合。 在真核细胞的转录调控蛋白中有的还存在同源异形域结构，与DNA 进行多位点结合。
1. 转录水平调控
2.2 mRNA稳定性 mRNA半衰期 2.3 稀有密码子和重叠基因调控 RNA引物酶中的稀有密码子
抗生素合成基因与抗性基因
2.4 反义RNA调控 大肠杆菌ColE I复制
2.5 翻译的阻遏调控
转录后调控
2.6 ppGpp对核糖体蛋白质合成的影响
2.7 细菌蛋白质的分泌调控 信号肽插入到膜上的拐杖，信号识别颗 粒中止蛋白合成，负调节
第九章 微生物基因表达调控
1. 转录水平调控
1.1 DNA结合蛋白
蛋白质与核酸间的识别和相互作用是基因表达的关键环节.
蛋白质与核酸间的识别: 专一性：反向重复序列和阻遏蛋白 非专一性：组蛋白
1. 转录水平调控
1.1 DNA结合蛋白
（1） 螺旋-转角-螺旋（Helix-turn- elix,HTH)
1. 转录水平调控
1.4 细菌的应急反应（SOS）
1. 转录水平调控
1.4 细菌的应急反应（SOS）
基因表达的调控机制和表观遗传学
基因表达的调控机制和表观遗传学基因表达是生物学中一个重要的过程，它对于生物的发育、功能和适应环境都有着至关重要的作用。
而基因表达的调控机制则是影响基因表达的重要因素之一，表观遗传学作为一个新兴的生物学领域则在研究基因表达调控中扮演了重要的角色。
一、基因表达的调控机制基因表达的调控机制主要包括转录水平和转录后水平的调控。
（一）转录水平的调控转录水平的调控主要是指在基因表达的转录阶段中，通过激活或抑制转录因子的作用来控制基因表达。
例如，在细胞中，一些特定的蛋白质分子可以激活某个基因的表达，从而使该基因在转录时被更加频繁地复制和表达。
这就是基因表达调控的一种方式。
（二）转录后水平的调控转录后水平的调控与转录之后的RNA后修饰密切相关。
事实上，RNA后修饰是基因表达调控的一个重要方面。
在RNA后修饰的过程中，可以通过RNA剪切、RNA退火和RNA稳定等机制来对基因表达进行调控。
例如，通过退火的方式，可以使一些长RNA产生结构性变化，从而影响其对于RNA编辑酶的识别。
二、表观遗传学表观遗传学是研究基因在表达过程中的调控机制的一个新兴领域。
它致力于解决基因表达的特异性问题，即为什么同样的基因，在不同的生物体内会表达出不同的作用。
此外，表观遗传学也提供了更具体的方法和技术，可以用来识别疾病和预测个体的发展趋势。
（一）基因剪接基因剪接是表观遗传学中一个重要的领域，它主要探究基因中可能存在的多种剪接形式，以及这些剪接形式对于基因表达的影响。
在基因剪接中，可以通过删除或保留“内含子”序列来控制基因表达。
这种方法具有调节基因表达的能力，可以有效地控制基因在不同生物体中的表达差异。
（二）DNA甲基化与组蛋白修饰基因表达调控与DNA甲基化和组蛋白修饰密切相关。
在这种调控机制中，可以通过改变DNA中的甲基化程度和组蛋白修饰状态来调节基因表达。
例如，在DNA甲基化过程中，可以通过改变一些氨基酸残基的化学性质来改变基因结构和功能。
转录水平的调控
苷）。
转录因子如何影响转录水平
1 2 3
激活转录
一些转录因子可以激活特定基因的转录，通过与 启动子或增强子区域结合，促进RNA聚合酶的招 募和转录起始。
抑制转录
另一些转录因子可以抑制特定基因的转录，通过 与启动子或增强子区域结合，阻止RNA聚合酶的 招募和转录起始。
转录因子之间的相互作用
一些转录因子可以与其他转录因子相互作用，共 同调控基因的转录。这种相互作用可以增强或抑 制转录因子的活性。
转录水平调控在疾病发生发展中的作用
许多疾病的发生和发展与转录水平调控的异常有关。例如 ，某些癌症的发生与癌基因或抑癌基因的转录调控异常有 关。这些基因的表达水平异常会导致细胞生长失控，从而 引发癌症。
此外，一些感染性疾病也与转录水平调控有关。例如，某 些病毒会利用宿主的转录调控机制来表达其自身的基因， 从而在宿主细胞内复制和传播。了解这些疾病的转录调控 机制有助于开发新的治疗策略。
转录水平的调控
目录
CONTENTS
• 转录水平调控的基本概念 • 转录因子与转录水平调控 • 表观遗传学与转录水平调控 • 非编码RNA与转录水平调控 • 转录水平调控在生物学和医学中
的应用
01
转录水平调控的基
本概念
转录的定义
01
转录是指以DNA为模板合成RNA 的过程，是基因表达的关键步骤 之一。
转录水平调控的机制
转录因子
转录因子是一类能够与DNA结合并调控基因转录的蛋白质，通过与启动子或增强子等 DNA区域结合，影响RNA聚合酶的活性，从而调控基因转录。
染色质重塑
染色质重塑是指通过改变染色质的结构和组分，影响基因转录的过程。染色质重塑可以通 过多种方式实现，包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化、磷酸化和甲基化等。
转录水平的调控方式
转录水平的调控方式一、转录水平调控方式的类型转录水平的调控可是超级有趣的呢！其中有一种是通过顺式作用元件来调控的哦。
顺式作用元件就像是基因旁边的小助手，像启动子啦，它就像一个开关，告诉转录机器啥时候可以开始工作。
增强子也很厉害呢，它能让基因转录得更带劲，就像是给基因打了一针强心剂。
还有沉默子，这个家伙就比较“低调”啦，它会让基因的转录变得没那么活跃，就像一个小刹车一样。
二、转录因子的作用转录因子那也是调控转录水平的重要角色呀。
这些转录因子就像一群小指挥官，它们能够识别顺式作用元件。
有些转录因子是激活因子，它们和增强子结合后，就会召集转录机器，让基因转录得热火朝天的。
而有些转录因子是抑制因子，它们要是和沉默子结合了，就会把基因的转录活动给压一压。
这些转录因子自己也很有个性呢，它们有特定的结构域，就像它们的小手一样，能够准确地抓住对应的顺式作用元件。
三、染色质结构对转录水平的调控染色质结构对转录水平的调控也不能小瞧哦。
如果染色质是紧密的状态，就像把基因都包裹得严严实实的，转录机器就很难靠近基因去进行转录工作啦。
但是如果染色质变得松散了呢，就像是给基因打开了大门，转录机器就可以顺利地进去干活咯。
这个染色质结构的变化呀，有时候是通过组蛋白的修饰来实现的。
比如说组蛋白的乙酰化，就会让染色质变得松散，有利于转录；而组蛋白的甲基化呢，有时候会让染色质更紧密，就不利于转录了。
四、RNA聚合酶的调控RNA聚合酶可是转录的主力军呢。
它的活性和数量对转录水平也有很大的影响。
如果RNA聚合酶的活性很高，那它合成RNA的速度就会很快，基因的转录水平也就相应地提高啦。
要是RNA聚合酶的数量比较少或者活性被抑制了，那基因的转录就会慢下来。
就好像一个工厂里的工人，如果工人都很勤劳而且数量足够，那产品的生产速度就快；要是工人偷懒或者数量不够，生产速度就慢喽。
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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、Ⅱ类和第Ⅳ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:α2ββ'称为核心酶,转录延长只需核心酶即可。
α2ββ'σ称为全酶,转录起始前需要σ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-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ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。
真核生物的转录上游调控序列统称为顺式作用元件,主要有TATA盒、、CG盒、上游活化序列(酵母细胞)、增强子等等。
和顺式作用元件结合的蛋白质都有调控转录的作用,统称为反式作用因子。
反式作用因子已发现数百种,能够归类的称为转录因子(TF),相应于RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ的是TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ。
TFⅡ又有A、B、C、D、E、F多种及其亚类。
基本概念：1.不对称转录: 两重含义,一是指双链DNA只有一股单链用作转录模板(模板链);二是对不同基因同一单链上某些区段作为模板链而另一些区段作为编码链，即模板链并非永远在同一单链上。
2.编码链: DNA双链上不用作转录模板的那一段单链,因其碱基序列除由T代替U而外,其他与转录产物mRNA序列相同而得名。
3．σ（sigma）因子: 原核生物RNA聚合酶全酶的成份,功能是辨认转录起始区,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。
基本要求：掌握转录与复制的区别，转录的不对称性，原核生物的RNA聚合酶的组成及各亚基的功能，真核生物RNA聚合酶的分类、性质及功能，原核生物启动子的结构特点，了解真核生物RNA聚合酶的组成，研究转录起始区的方法。
二．转录过程1．转录起始：转录的起始就是生成由RNA聚合酶,模板和转录5'端首位核苷酸组成的起始复合物。
原核生物RNA5'端是嘌呤核苷酸(A、G),而且保留三磷酸核苷的结构,所以其起始复合物是:pppG-DNA-RNA聚合酶。
真核生物起始,生成起始前复合物(PIC)。
例如RNA-pol-Ⅱ转录,是由各种TFⅡ相互辨认结合,再与RNA聚合酶结合,并通过TF结合到TATA盒上.2. 转录延长:转录的延长是以首位核苷酸的3'-OH为基础逐个加人NTP即形成磷酸二醋键,使RNA逐步从5'向3'端生长的过程。
在原核生物,因为没有细胞膜的分隔,转录未完成即已开始翻译,而且在同一DNA模板上同时进行多个转录过程。
电镜下看到的羽毛状图形和羽毛上的小黑点(多聚核糖体),是转录和翻译高效率的直观表现。
3．录终止：转录的终止在原核生物分为依赖Rho因子与非依赖Rho因子两类。
Rho因子有ATP酶和解螺旋酶两种活性,因此能结合转录产物的3'末端区并使转录停顿及产物RNA脱离DNA模板。
非依赖Rho因子的转录终止,其RNA产物3'-端往往形成茎环结构,其后又有一串寡聚U。
茎环结构可使因子聚合酶变构而不再前移,寡聚U则有利于RNA不再依附DNA模板链而脱出。
因此无论哪一种转录终止都有RNA聚合酶停顿和RNA产物脱出这两个必要过程。
真核生物转录终止是和加尾(mRNA的聚腺昔酸poly A)修饰同步进行的。
RNA上的加尾修饰点结构特征是有AAAUAA序列。
基本概念：1．转录起始前复合物 (pre-initiation complex,PIC):是真核生物转录因子与RNA聚合酶一同结合于转录起始前的DNA区域而成的复合物。
2．加尾修饰点：真核生物mRNA转录不是在mRNA的位置上终止，而是在数百个核苷酸之后，研究发现在编码链读码框架的3'端之后，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多GC的序列，这些序列称为加尾修饰点,转录越过修饰点后，mRNA在修饰点处被切断，随即加入polyA。
3．Rho因子：是原核生物转录终止因子,有ATP酶和解螺旋酶活性。
转录终止也可不依赖Rho因子。
基本要求：掌握原核生物的转录起始复合物的形成过程，真核生物转录起始及起始前复合物(PIC)的生成，RNA聚合酶Ⅱ催化的转录起始过程中各种TFⅡ的作用，转录延伸过程中的化学反应，原核生物的转录终止的两种形式，真核生物的转录终止的修饰点。
了解原核生物RNA聚合酶的各种亚基与真核生物的各种转录因子之间的关系即拼版理论，原核生物转录空泡的形成及转录产物的释放过程。
三．真核RNA的转录后加工1．mRNA转录后加工真核生物转录生成的RNA,多需经加工后才具备活性,这一过程称为转录后修饰,mRNA转录后修饰包括首、尾修饰和剪接。
加尾修饰是和转录终止同步的,5'端修饰主要是指生成帽子结构,即把5'-pppG转变为5'-pmGpppG。
其过程需磷酸解、磷酸化和碱基的甲基化。
mRNA由hRNA加工而成。
真核生物基因由内含子隔断编码序列的外显子,是断裂基因。
内含子一般也出现在转录初级产物hRNA。
切除内含子,把外显子连结在一起,就是剪接加工。
在电镜下看到加工过程,内含子往往被弯曲成套索状,因此称为套索RNA。
现在知道剪接加工中,需要由多种Sn-RNA与蛋白质共同组成的并接体。
并接体和hnRNA上的内含子边界序列辨认结合。
剪接过程先由含鸟苷酸的酶提供3'-OH对其中内含子5'-端的磷酸二酯键作亲电子攻击使其断裂。
断裂的外显子3'-OH对内含子3'-端的磷酸二酯键作亲电子攻击,使刚断出的外显子完全置换了内含子,两个外显子就相连起来,因此这个过程称二次转酯反应。
2．tRNA转录后加工tRNA的转录后修饰,除了剪接加工外,还包括tRNA链上稀有碱基的形成,以及加上3'端的CCA序列。
3．rRNA的转录后加工rRNA加工多采用自我剪接的形式。
自我剪接的RNA本身形成一种特别的二级结构,称为锤头结构。
锤头结构是指复合的茎环组成形态,但其中某些序列上必需是特定的碱基所占据。
这种RNA结构,不需要任何蛋白质,就可以水解RNA链上某一特定位点的磷酸二酯键。
也就是说,这是一种起催化作用的RNA,现称为核酶。
核酶的发现,对酶学、分子生物学,进化生物学都是重要的理论更新,而且,医学上已开始利用人工设计的核酶,去消灭一些作为病原体的RNA病毒或消除一些不利于生命活动的细胞内RNA。
基本概念：1. 剪接修饰: RNA转录初级产物含有非编码组分,通过剪接除去非编码组分,把编码组份连接起来。
剪接修饰最常见的是靠并接体协助的二次转酯反应,此外还可有自我剪接及需酶的剪接等剪接方式。
2. 外显子:定义为断裂基因上及其转录初级产物上可表达的序列。
或转录初级产物上通过拼接作用而保留于成熟的RNA中的核苷酸序列或基因中与成熟RNA相对应的DNA序列．3. 内含子:早期定义为核酸上的非编码序列。
随着内含子功能的被拓宽,建议用"转录初级产物上通过拼接作用而被去除的RNA序列或基因中与这种RNA序列相对应的DNA序列"较全面。
4. 并接体：由snRNA和蛋白质组成的核糖核酸蛋白(核蛋白)复合物。
其功能是结合内含子两端的边界序列,协助RNA的剪接加工。
5. 核酶（ribozyme）:具有催化功能(酶的作用)的RNA分子。
核酶能起作用的结构,至少含有3个茎(RNA分子内配对形成的局部双链),1至3个环(RNA分子局部双链鼓出的单链)和至少有13个一致性的碱基位点。
基本要求：掌握真核生物mRNA转录后5ˊ-端加帽；3ˊ-端加尾及mRNA链进行剪接修饰，tRNA及rRNA的转录后加工过程，了解内含子的其他剪接方式及功能，核酶的应用。
转录水平的调控一、基因表达调控基本概念与原理1、基因表达的概念基因是一段DNA分子，编码一种多肽链或 RNA。
基因通过转录和翻译产生具有一定功能的蛋白质的过程。
大多数基因的表达产物是蛋白质，部分基因如rRNA和tRNA 基因的表达产物是RNA.2、基因表达的特点（A）、时间特异性或发育阶段特异性、（B）、空间特异性或组织细胞特异性，（C）、有两种表达方式，管家基因几乎在所有的细胞和所有的发育阶段持续表达，基本不受环境因素的影响，只受启动子调节。
另外一些基因的表达受环境因素的诱导或阻遏。
（D）、基因表达可在多层次上受到调节如基因、转录、转录后加工翻译和翻译后加工等水平上进行调节。
但最主要的是转录水平的调节，本章讨论的内容是原核基因和真核基因转录水平的调节。
3、基因转录激活的基本要素：（A）、特异的ＤＮＡ调节序列是调节基因转录的ＤＮＡ片段,如原核生物操纵子调控区中的启动序列、操纵序列、ＣＡP蛋白结合位点和真核基因的启动子、增强子和沉默子等。
（B）、调节蛋白是调节基因转录的蛋白因子，如原核生物的阻遏蛋白和ＣＡｐ蛋白、真核生物的基本转录因子和特异转录因子等。
、（C）、ＲＮＡ聚合酶是催化基因转录最主要的酶。
原核生物只有一种ＲＮＡ聚合酶，催化所有ＲＮＡ的转录。
真核生物有三种ＲＮＡ聚合酶，催化不同ＲＮＡ的转录。
ＤＮＡ调节元件和调节蛋白可以通过影响RNA聚合酶的活性来调接基因转录激活。
二、原核基因转录调控1．原核基因表达调节的特点：（A）σ因子决定ＲＮＡ聚合酶识别特异性，帮助ＲＮＡ聚合酶识别不同启动子，对不同基因进行转录。
（B）、转录调节普遍采用操纵子模式, 原核生物功能相关的基因往往串联地排列在一起，在一个共同的调控区的调节下，一起转录生成一个多顺反子，最终表达产物是一些功能相关的酶或蛋白质，它们－起参与某种底物的代谢或某种产物的合成。