基因表达调控-基本概念与原理
基因表达调控与疾病发生的关系
基因表达调控与疾病发生的关系基因表达调控是指细胞和生物体内基因表达水平的调节机制。
这一过程在细胞的正常功能维持以及生物体的发育、生长和适应环境等方面起着重要作用。
然而，当基因表达调控出现异常时，可能会导致疾病的发生和进展。
本文将探讨基因表达调控与疾病发生之间的关系。
一、基因表达调控的基本原理基因表达调控是由一系列复杂的分子机制组成的。
在基因转录过程中，转录因子与DNA结合，调控基因的转录率。
转录因子的结合与调控可以受到多种因素的影响，例如化学信号、细胞内外环境和遗传调控等。
在转录后的基因表达过程中，还涉及到RNA 加工、RNA稳定性、翻译调控以及蛋白质的修饰等多个层面的调控。
这些调控机制共同作用，使得细胞内基因表达能够被精准地调节。
二、基因表达调控与常见疾病基因表达调控异常可能与多种疾病的发生和发展相关。
1.癌症癌症是一类基因表达调控异常导致的重要疾病。
癌症细胞的基因表达异常通常涉及到转录因子和信号转导通路的改变。
例如，某些转录因子的过度激活会促进癌细胞的增殖和转移能力，从而导致肿瘤形成。
此外，细胞周期调控的紊乱也是癌症发生的重要原因。
2.神经系统疾病神经系统疾病的发生与基因表达调控异常密切相关。
例如，帕金森病是由多个基因异常表达引起的神经变性疾病。
某些基因的突变或过度表达导致了神经细胞的功能障碍和死亡。
3.免疫系统疾病免疫系统疾病如类风湿关节炎和系统性红斑狼疮等也与基因表达调控异常相关。
免疫细胞的活化、功能和调节都是基因表达调控的结果。
当基因表达调控异常时，免疫细胞可能会出现功能异常或免疫反应过度，从而导致免疫系统疾病的发生。
三、基因表达调控异常的原因基因表达调控异常可能受到多种因素的影响。
1.突变某些基因的突变会影响转录因子或调控元件的结构和功能，进而影响基因的表达水平。
2.表观遗传调控表观遗传调控是指基因表达水平的转变不伴随DNA序列的改变。
甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等表观遗传调控机制的异常可能导致基因表达调控出现问题。
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。
基因表达调控
转录
翻译
DNA
mRNA
蛋白质
（二）顺式作用元件是调节转录的DNA片段
1.启动子（Promoter）
位于转录起始单位点上游并为RNA聚合酶识别、结合和启动赚率 的DNA序列。
1.1原核启动子（promoter） ①启动子是基因5′端上游的一段启动基因转录的核苷酸序列，
是RNA pol 和其他转录因子结合的部位。 ②原核基因的启动子定位在转录起始位点（initiation site，
3
蛋白质
非编码序列
核蛋白体结合位点
编码序列
起始密码子
终止密码子
6 小 结（中心法
则）
复制
转录
RNA 复 制
? DNA
逆转录
DNA
?
翻 RNA 译
构 象
改变
Prion
第二章 基因表达调控
Regulation of Gene Expression
罗忠礼 Chongqing Medical University
or cell specificity or tissue 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，又称细胞特异性或组织特异性。
（二）、基因表达的方式
1. 组成性表达 管家基因 housekeeping gene 有些基因在生命全过程都是必需的，如果缺少、
Octamer
ATTTGCAT
kB
GGGACTTTCC
ATF
GTGACGT
TBP SP-1 CTF/NF1 Oct-1 Oct-2
30,000 105,000 60,000 76,000 53,000
～10bp ～20bp ～22bp ～10bp ～20bp
植物分子生物学中的基因表达调控
植物分子生物学中的基因表达调控在植物分子生物学领域，研究者们致力于了解植物中的基因表达调控机制。
通过研究这些机制，我们可以更好地理解植物的生长、发育以及对环境的响应。
本文将探讨植物基因表达调控的基本原理以及相关的研究方法和应用。
一、基因表达调控的基本原理基因表达调控是指植物细胞中基因信息的转录和翻译过程受到内外环境因素的调控，从而实现基因的表达或沉默。
植物基因表达调控的主要机制包括转录调控、转录后调控以及表观遗传调控。
1. 转录调控：转录调控是指在基因转录过程中，一系列转录因子和其他调控蛋白结合到基因启动子上，调节基因的转录水平。
这些转录因子可以促进或抑制基因的转录，从而控制基因的表达。
2. 转录后调控：转录后调控是指已经被转录成mRNA的RNA分子在转录后发生的调控过程。
这些转录后调控包括RNA剪接、RNA修饰、RNA转运和RNA降解等，可以改变mRNA的稳定性和转录后处理，从而调节基因的表达。
3. 表观遗传调控：表观遗传调控是指在基因表达过程中，DNA和蛋白质之间相互作用形成的表观遗传标记对基因的表达进行调控。
这些表观遗传标记包括DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质结构等，可以影响染色体的结构和可及性，从而控制基因的表达。
二、研究方法和技术为了深入研究植物基因表达调控的机制，研究者们利用了多种方法和技术。
以下是一些常用的研究方法：1. 基因组学研究：通过对植物基因组进行测序和分析，可以鉴定出植物基因的序列和组织特异性表达等信息。
基因组学的发展使我们可以全面了解植物基因的组成和结构。
2. 转录组学研究：转录组学研究通过对植物转录过程的全面分析，可以揭示基因的表达模式以及转录因子的调控网络。
最常用的转录组学方法包括RNA测序技术（RNA-seq）和芯片技术。
3. 蛋白质组学研究：蛋白质组学研究可以揭示植物蛋白质的组成、结构和功能。
蛋白质组学的方法包括质谱分析、蛋白质互作研究和蛋白质修饰分析等。
4. 遗传学研究：遗传学研究通过研究植物的突变体或基因敲除植物，可以揭示基因在植物生长和发育中的功能和调控机制。
生物化学》ppt课件14.第十四章-基因表达调控
1.操纵子的结构与功能
一个操纵子=调节序列+启动序列+操纵序列+编码序列
⑴调节序列(inhibitor,I):编码一种阻遏蛋白(repressor) 。 ⑵启动序列(promoter,P):结合RNA聚合酶，启动转录。 ⑶操纵序列(operator,O):阻遏蛋白的结合位点。 ⑷编码序列(coding sequence):编码功能性蛋白，2~6个。
第一节 基因表达调控的 概念和原理
(Concept and principle： Regulation of Gene Expression)
一、基因表达调控的概念
(一)基因表达(gene expression) 是指基因经过
转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白 质分子的过程。
(二)基因表达的时间性及空间性
转录激活域
谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
蛋白质-蛋白质结合域 (二聚化结构域)
1.同源结构域
2.锌指
3.碱C
H
C
Cys
H
His
其他氨基酸
(四)真核生物基因表达调控模式
1.真核生物基因表达调控较复杂，除转录起始阶段 受到调节外，在转录后水平、翻译水平及翻译后水平 等均受调控。
2.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。
白 因 子 ， 决 定 三 种 RNA(mRNA 、 tRNA 及 rRNA)转录的类别。
2.特异转录因子(special transcription factors) 为个别基因转录所必需，决定该基因的时
初中一年级生物基因的表达和调控
初中一年级生物基因的表达和调控基因是生命的基本单位，生物体的性状和功能都依赖于基因的表达和调控。
初中一年级生物学课程中，学生需要了解基因的表达和调控的基本概念和原理，以便更好地理解生物的发展和遗传规律。
一、基因的表达基因的表达是指基因内的遗传信息被转录成RNA分子，并进一步翻译成蛋白质的过程。
这个过程主要分为三个步骤：转录、剪接和翻译。
1. 转录：在细胞核中，DNA的一个片段被转录成RNA分子。
转录过程中，DNA的双链解开，DNA的一个链作为模板被RNA聚合酶进行转录，形成RNA的单链分子。
2. 剪接：在转录后，RNA会经过剪接，即剪除一些非编码区域，保留编码蛋白质所需的信息。
这个过程通过剪接体内的RNA酶来完成。
3. 翻译：翻译是指RNA分子被核糖体翻译成蛋白质的过程。
在细胞质中，mRNA会与核糖体结合，tRNA通过互补配对将氨基酸逐一带到核糖体上，最终形成蛋白质。
二、基因的调控基因的调控是指生物体内基因表达水平的调整，以适应不同的环境条件和生理需求。
基因的调控主要分为转录调控和翻译调控两个层次。
1. 转录调控：转录调控是指调控基因转录过程中的速率和产量。
在转录调控中，起关键作用的是转录因子。
转录因子可以结合在基因的启动子区域，促进或抑制转录的发生。
一些调控因子，如激素和信号分子，也可以影响转录因子的激活或抑制。
2. 翻译调控：翻译调控是指调控转录后RNA翻译成蛋白质的过程。
这个过程中，主要起调控作用的是特定的RNA分子或蛋白质。
它们可以促进或抑制特定mRNA的翻译，从而调控蛋白质的合成。
三、影响基因表达和调控的因素基因的表达和调控受到多种因素的影响，其中包括遗传因素和环境因素。
1. 遗传因素：基因的表达和调控受到个体遗传物质DNA序列的影响。
每个基因在DNA上有特定的位置，该位置的序列决定了基因的编码蛋白质的能力以及调控因子对基因的作用方式。
2. 环境因素：环境对基因的表达和调控也有重要的影响。
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。
基因表达调控的基本原理和机制
基因表达调控的基本原理和机制基因表达调控是生物体在不同环境下对基因的表达量和时间进行调节，以实现生物体对环境的适应和生物功能的完成。
基因调控一般分为基因转录调控、mRNA后转录修饰和转译后调控三个层次。
1. 基因转录调控基因转录是指将DNA编码的基因信息转换为mRNA信息，从而进行蛋白质的合成。
基因转录调控指在不同的环境下，通过调控转录过程中的启动子和基础转录机制，实现基因表达的调节。
基因转录调控主要通过三种方式实现：(1) 转录因子结合 - 在基因启动子中，特异性的转录因子与DNA的特定序列结合，介导RNA聚合酶的结合，从而进行转录。
(2) 底物池调控 - 在基因启动子中，底物池中某些小分子逐渐积累，高浓度的底物会与特定蛋白结合，从而对转录进行调控。
(3) 乘法调控 - 在转录调控元件中，多个蛋白互相结合并作用于基因启动子，实现乘法调控的效果。
2 .mRNA后转录修饰mRNA后转录修饰指在mRNA转录和成熟过程中，在不同环境下对mRNA化学修饰的调节。
mRNA后转录修饰主要包括剪切、拼接、3'端加膜和RNA编辑等。
这些修饰能够影响mRNA的稳定性、转运、翻译以及翻译后的蛋白结构和功能。
3. 转译后调控转译后调控指对蛋白翻译、修饰和运输等进一步调控。
蛋白翻译后的修饰包括磷酸化、甲基化、泛素化、乙酰化等多种不同类型。
这些修饰可以影响蛋白质的稳定性、运输、局限性和活性等方面。
此外，转译后调控还包括RNA干扰、microRNA和siRNA等，这些小RNA可以和mRNA复合物相互结合，并引发转录后调控、翻译后调控等。
总之，基因表达调控通过多种机制，以实现生物体在不同环境中基因的表达量和时间的调节。
它的研究不仅对于生物科学领域的发展有着重要的贡献，也为众多疾病的预防和治疗奠定了理论基础。
原核与真核生物基因表达的特点乳糖操纵子的结构`调节机制
（二）诱导和阻遏表达
某些基因的表达水平随外环境信号变化 呈现升高或降低的现象。表达升高的为诱导 ，表达降低的为阻遏。
环境信号 诱导 阻遏
表达增强
协调表达
表达减弱
四、基因表达调控的生物学意义
（一）适应环境、维持生长和增殖 外环境不断变化 机体相应的适应性应答 生物体适应变化着的环境、维持正常生长 （二）维持个体发育与分化
3 DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用
4 RNA聚合酶
1 特异的DNA序列
原核生物：启动序列、操纵序列、调节序列
-35区
TTGACA
-10区
TATAAT
转录起始
真核生物：
B A
RNA聚合酶 转录起始
顺式作用元件（在编码基因的一侧） （可影响自身基因表达活性的DNA序列）
转录起始 A
顺式作用元件（在编码基因的两侧） B
2 调节蛋白
原核生物：
特异因子
CAP 启动序列
RNA聚合酶
操纵区
转录起始
激活蛋白
阻遏蛋白
特异因子 决定RNA聚合酶对启动区的识别和结合力 阻遏蛋白 与操纵区结合，阻遏基因转录 激活蛋白 促进RNA聚合酶与启动区结合，增强酶活性
真核生物：转录因子
反式作用
转录起始点
P
顺式作用
3 DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用
O
Z
高半乳糖、低葡萄糖
Y A
RNA聚合酶
I
P
O
高葡萄糖、低半乳糖
Z Y A
阻遏蛋白 I P O 高葡萄糖、高半乳糖
Z Y A
（一）转录衰减
三、其他转录调节机制
(色氨酸水平低时)
基因表达调控
真核生物的染色质或染色体由 DNA与组蛋白、非组蛋白和少量 RNA及其他物质结合而形成，核 小体为其基本结构单位。 组蛋白与DNA结合，可保护DNA 免受损伤，维持基因组的稳定性， 抑制基因的表达。去除组蛋白则 基因转录活性增高。
活性染色质 开放 松散 具转录活性 非活性染色质 高度浓缩 无转录活性
A
Ara BAD CTGACG N16 TACTGT N6
A
TTGACA
TATAAT 共有序列
2 操纵序列 ——阻遏蛋白(repressor)的结合位点
当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍 RNA聚合酶与启动序列的结合，或是RNA聚合 酶不能沿DNA向前移动 ，阻碍转录。
启动po序l 列 操阻纵遏序蛋白列 编码序列
（三）RNA聚合酶
1.原核启动序列/真核启动子与RNA聚合酶 活性
RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录。
2.调节蛋白与RNA聚合酶活性
一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下表 达，然后通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互 作用影响RNA聚合酶活性。
第三节 原核基因转录调节
一、原核基因转录调节特点
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)。
低半乳糖时
葡萄糖低 cAMP浓度高
O
葡萄糖高 cAMP浓度低
O
高半乳糖时
RNA-pol
O
mRNA
O
（二）阻遏蛋白的负性调节
启动序列
菌 鞭
hin
H2
I
毛 素
H2鞭毛素
基 Hin重组酶
遗传学中基因表达调控的双重机制研究
遗传学中基因表达调控的双重机制研究一、基因表达调控的基本概念基因表达调控是生物学中一个极其重要的领域，它涉及到基因如何在不同环境和生理状态下被激活或抑制，从而控制生物体的各种功能。
基因表达调控的机制复杂多样，涉及到多个层面的调控，包括转录调控、转录后调控、翻译调控等。
这些调控机制共同作用，确保基因在适当的时间和地点被正确地表达。
1.1 基因表达调控的基本原理基因表达调控的基本原理是通过调控基因转录的启动、进行和终止，从而控制蛋白质的合成。
转录是DNA信息被转录成mRNA的过程，而mRNA是蛋白质合成的模板。
通过调控转录因子的结合、转录机器的组装以及转录过程中的修饰，可以精确控制基因的表达。
1.2 基因表达调控的层次基因表达调控可以分为多个层次，包括：- 转录前调控：通过调控转录因子的结合和转录机器的组装，决定基因是否开始转录。
- 转录调控：通过调控转录过程中的修饰和延伸，影响mRNA的合成。
- 转录后调控：通过调控mRNA的加工、运输和降解，影响mRNA的稳定性和翻译效率。
- 翻译调控：通过调控核糖体的组装和翻译过程中的修饰，影响蛋白质的合成。
- 翻译后调控：通过调控蛋白质的折叠、修饰和降解，影响蛋白质的功能和稳定性。
二、基因表达调控的双重机制基因表达调控的双重机制是指通过两种不同的调控方式共同作用，实现对基因表达的精细调控。
这两种调控方式通常包括转录调控和转录后调控，它们在基因表达的不同阶段发挥作用，相互协调，共同维持基因表达的平衡。
2.1 转录调控机制转录调控是基因表达调控的主要方式之一，主要通过调控转录因子的结合和转录机器的组装来实现。
转录因子是一类能够特异性结合到DNA上的蛋白质，它们可以激活或抑制基因的转录。
转录因子的结合位点通常位于基因的启动子区域，通过调控转录因子的结合，可以控制基因的转录启动。
转录调控机制的关键在于转录因子的识别和结合。
转录因子通过识别特定的DNA序列，与启动子区域结合，进而招募转录机器，启动基因的转录。
5-基因表达调控
特异转录因子--为个别基因转录所必 需,决定该基因的时间、空间特异性表达。
3. DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用
• DNA-蛋白质相互作用（DNA-protein interaction） 主要 指反 式作用因子和顺式作用元件之间的特异识别。
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
mRNA
蛋白质A
A
C
顺式调节
反式调节
Ab
c
DNA
mRNA
C
蛋白质C
转录因子
能直接或间接与RNA聚合酶结合的反 式作用因子. 按功能特性可分为:
操纵序列（operator）：与启动序列毗邻或接近的DNA序列， 是原核阻遏蛋白的结合位点。其DNA序列常与启动序列交错、 重叠。
-35盒
-10，TATA 盒
顺式作用元件（cis-acting element）
真核生物编码基因 两侧的DNA序列 可影响自身基
因的表达活性 通常是非编码 序列 包括启动子、增 强子、沉默子
广义的基因表达是指储存遗传信息的基因经过一系列步骤表 现出其生物功能的整个过程。 基因表达调控(control of gene expression )：是指对基因组中某一 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。
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（2）调节蛋白与RNA聚合酶活性 调节蛋白与RNA聚合酶活性 RNA 一些特异调节蛋白在适当环境信号 刺激下在细胞内表达，随后通过DNA－ 刺激下在细胞内表达，随后通过DNA－ DNA 蛋白质、蛋白质－ 蛋白质、蛋白质－蛋白质相互作用影响 聚合酶活性， RNA 聚合酶活性，从而改变基础转录频 率。
在个体生长全过程， 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。 在个体按不同组织空间顺序出现。 这种空间分布差异， 这种空间分布差异，实际上是由细 胞在器官的分布决定的，因此又称为细 胞在器官的分布决定的，因此又称为细 胞或组织特异性。 胞或组织特异性。
三、基因表达的方式
(一) 组成性表达
四、基因表达调控的生物学意义
适应环境、 (一) 适应环境、维持生长和增殖
生物体赖以生存的外环境是在不断变化的， 生物体赖以生存的外环境是在不断变化的， 为了生存，所有活细胞都必须对外环境变化 为了生存， 作出适当反应，调节代谢，以适应环境变化。 作出适当反应，调节代谢，以适应环境变化。 生物体适应环境、 生物体适应环境、调节代谢的能力与蛋白质 分子的生物学功能有关。 分子的生物学功能有关。而蛋白质的水平又 受基因表达的调控。 受基因表达的调控。
（cis-acting element） ） 是指可影响自身基因表达活性的特异DNA 是指可影响自身基因表达活性的特异 序列。通常是非编码序列。包括启动子、 序列。通常是非编码序列。包括启动子、增 强子及沉默子等。 强子及沉默子等。
转录 起始 点
B
A
编码 序列
2. 调节蛋白
(1)原核生物基因调节蛋白:均为DNA结合蛋白 (1)原核生物基因调节蛋白:均为DNA结合蛋白 原核生物基因调节蛋白 DNA 特异因子：决定RNA聚合酶对启动序列的特异 特异因子：决定RNA聚合酶对启动序列的特异 RNA 性识别和结合能力。 性识别和结合能力。 阻遏蛋白：可结合操纵序列，阻遏基因转录。 阻遏蛋白：可结合操纵序列，阻遏基因转录。 激活蛋白：可结合启动序列邻近的DNA序列， 激活蛋白：可结合启动序列邻近的DNA序列， DNA序列 促进RNA聚合酶与启动序列的结合， 促进RNA聚合酶与启动序列的结合， RNA聚合酶与启动序列的结合 增强RNA聚合酶活性。 增强RNA聚合酶活性。 RNA聚合酶活性
DNA－蛋白质相互作用 － 特异识别 非共价结合 DNA结合位点常呈对称结构 结合位点常呈对称结构 蛋白质－ 蛋白质－蛋白质相互作用 形成二聚体或多聚体，间接结合 形成二聚体或多聚体，间接结合DNA
RNA聚合酶 4. RNA聚合酶 （1）启动子与RNA聚合酶活性 启动子与RNA聚合酶活性 RNA 启动序列/启动子是由转录起始点、 启动序列/启动子是由转录起始点、 RNA聚合酶结合位点及控制转录的调节 RNA聚合酶结合位点及控制转录的调节 组件组成。 组件组成。 启动序列影响其与RNA聚合酶的亲 启动序列影响其与RNA聚合酶的亲 RNA 和力， 和力，而亲和力大小则直接影响转录 起动的频率。 起动的频率。
共有序列 TTGACA
TATAAT
决定 转 录 活 性
2) 操纵序列（operator）： 操纵序列（ ）：
是阻遏蛋白的结合位点 阻遏蛋白的结合位点 当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍 当操纵序列结合有阻遏蛋白时， RNA聚合酶与启动序列的结合，或使RNA聚 聚合酶与启动序列的结合，或使 聚合酶与启动序列的结合 聚 合酶不能沿DNA向前移动，阻碍转录。 向前移动，阻碍转录。 合酶不能沿 向前移动
二、基因表达的特性
(一) 时间特异性
按功能需要， 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。 格按特定的时间顺序发生。 多细胞生物基因表达表现为与分化、 多细胞生物基因表达表现为与分化、 发育阶段一致的时间性，因此又称阶段 发育阶段一致的时间性，因此又称阶段 特异性。 特异性。
(二) 空间特异性
在特定环境信号刺激下， 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， 被激活，基因表达产物增加，这种基因 称为可诱导基因。 称为可诱导基因。 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)。 诱导(induction) 过程称为诱导(induction)。
启动序列
其他 调节 序列
操纵序列
编码序列
1) 启动序列（启动子）：是RNA聚合 启动序列（启动子）： 聚合
酶结合并启动转录的特异DNA序列。 序列。 酶结合并启动转录的特异 序列
trp tRNATyr lac rec A ara BAD 35 － 区 TTGACA TTTACA TTTACA TTGATA CTGACG N17 N16 N17 N16 N16 10 － 区 TTAACT TATGAT TATGTT TATAAT TACTGT N7 N7 N6 N7 N6 转录起始 A A A A A
(二) 维持个体发育与分化
多细胞生物调节基因的表达除为适应环 境外，还有维持组织器官分化、 境外，还有维持组织器官分化、个体发育的 功能。 功能。 当某种基因缺陷或表达异常时， 当某种基因缺陷或表达异常时，则会出 现相应组织或器官的发育异常。 现相应组织或器官的发育异常。
五、基因表达调控的基本原理
第十 三章
基因表达调控
第一节
基本概念与原理
一、基因表达的概念
基因组 (genome)： ： 一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或 整套基因。 整套基因。 基因表达 (gene expression)： ： 在一定调节机制控制下， 在一定调节机制控制下，基因经过转录及 翻译， 翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质 分子的过程。 分子的过程。
(一) 基因表达的多级调控
基因激活 转录起始 转录后加工及转运 翻译 翻译后加工
(二) 基因转录激活调节基本要素 二
1. 特异 特异DNA序列 序列 (1) 原核生物的操纵子 操纵子(operon)：通常由2个以上的编码序 ：通常由 个以上的编码序 操纵子 列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列 列与启动序列、 在基因组中成簇串联，组成一个转录单位。 在基因组中成簇串联，组成一个转录单位。
RNA pol 列 操纵序列 启动序 阻遏蛋白
编码 序列
其他调节序列： 3) 其他调节序列：
有的特异DNA序列可结合激活蛋白， 有的特异DNA序列可结合激活蛋白，增强 DNA序列可结合激活蛋白 RNA聚合酶活性，使转录激活。 RNA聚合酶活性，使转录激活。 聚合酶活性
(2) 真核生物的顺式作用元件 真核生物的顺式作用元件
某些基因在一个生物个体的几乎所有 细胞中持续表达，通常被称为管家基因 细胞中持续表达，通常被称为管家基因 (housegene)。 (house-keeping gene)。 由于这类基因表达变化很小， 由于这类基因表达变化很小，所 以又称为组成性表达。 以又称为组成性表达。 组成性表达
(二) 诱导和阻遏表达
如果基因对环境信号应答时被抑制， 如果基因对环境信号应答时被抑制， 这种基因是可阻遏基因。 这种基因是可阻遏基因。 可阻遏基因 可阻遏基因表达产物降低的过程称 为阻遏(repression)。 阻遏(repression)。 (repression)
在一定机制控制下， 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， 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 均需协调一致、共同表达，即为协调表 expression)。 达(coordinate expression)。 这种调节称为协调调节(coordinate 这种调节称为协调调节(coordinate 协调调节 regulation)。 regulation)。
有些真核调节蛋白可特异识别、 有些真核调节蛋白可特异识别、结 合自身基因的调节序列， 合自身基因的调节序列，调节自身基因 的开启或关闭，称为顺式作用蛋白 的开启或关闭，称为顺式作用蛋白。
DNA
a
A A
反式调节
b
mRNA
蛋白质A
C
c
DNA
mRNA
顺式调节
C
蛋白质C
3. DNA－蛋白质、 －蛋白质、 蛋白质－ 蛋白质－蛋白质相互作用
(2) 真核生物基因调节蛋白 转录因子（ ） ——转录因子（TF） 转录因子
绝大多数真核转录调节因子由某一基因表 达后，通过与特异的顺式作用元件相互作用， 达后，通过与特异的顺式作用元件相互作用， 影响另一基因的转录，称为反式作用因子 影响另一基因的转录，称为反式作用因子 （trans-acting factor）。 ）。