基因表达调控基本概念与调控要求
基因的表达和调控
机制：转录后水平调控的机制主要包括mRNA的稳定性控制、选择性剪接、反义RNA、 microRNA等。
意义：转录后水平调控在细胞生长、发育、分化、代谢和应激反应等过程中具有重要 作用，对生物体的正常生理功能和疾病发生发展具有重要影响。
沉默子
定义：沉默子是基因表达调控元件中的一种，能够抑制基因的表达。
作用机制：通过与转录因子结合，沉默子能够阻碍RNA聚合酶的转录过程， 从而抑制基因的表达。
类型：根据作用机制的不同，沉默子可以分为可诱导型和不可诱导型两类。
生物学意义：沉默子的存在对于维持基因表达的稳定性和细胞分化发育的 精确性具有重要意义。
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转录后水平调控：通过RNA的剪切、 编辑和转运来控制基因表达
翻译后水平调控：通过蛋白质的修 饰、定位和降解来控制蛋白质功能
Part Five
基因表达的调控应 用
疾病治疗
基因疗法：通过 修改或替换缺陷 基因来治疗遗传 性疾病
靶向治疗：利用 特定的药物或治 疗方法针对癌症 等疾病的特定基 因变异
负向调控
定义：通过抑制基因的表达来调控基因表达的强度和时间 机制：通过阻遏蛋白与DNA结合，阻止RNA聚合酶的转录过程 实例：阻遏蛋白与DNA结合后，会导致基因无法转录和表达 作用：调控生物体的生长发育和代谢过程
复杂调控网络
转录水平调控：通过RNA聚合酶的 激活或抑制来控制基因转录
翻译水平调控：通过mRNA的稳定 性、翻译起始和延伸来控制蛋白质 合成
Part One
基因表达的基本概 念
基因表达的定义
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
基因表达的调控
第十三章基因表达的调控一、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
基因表达调控基因表达调控是指细胞内基因的转录和翻译过程中的一系列调控机制，它对细胞的正常功能发挥起着至关重要的作用。
通过基因表达调控，细胞可以控制哪些基因被转录、转录速率的调节以及转录产物的稳定性，从而影响蛋白质的合成。
在本文中，我们将探讨基因表达调控的机制、重要性以及其在生物学和医学研究中的应用。
I. 转录调控机制基因的转录调控是基因表达调控的首要环节。
转录调控包括DNA 的开放和绑定转录因子的调节。
DNA上的开放由染色质重塑和化学修饰来实现，而转录因子是一类蛋白质，它们能够与DNA上的特定序列结合，激活或抑制特定基因的转录。
A. 染色质重塑染色质重塑是通过重排和重新组装染色质结构来实现对基因表达的调控。
这一过程由众多蛋白质和酶的协同作用完成，例如组蛋白修饰酶和染色质转录后修饰复合物。
B. 转录因子调节转录因子是指能够与DNA结合并调控特定基因转录的蛋白质。
转录因子可以通过识别和结合特定的DNA序列来调节基因的转录活性。
其中，激活转录因子可以增强转录活性，而抑制转录因子则会减弱或抑制转录的过程。
II. 转录后调控机制转录后调控是基因表达调控的另一个重要环节。
转录后调控主要包括RNA剪接、RNA修饰和RNA稳定性的调控。
A. RNA剪接RNA剪接是指将转录后的mRNA前体分子中的内含子剪切除去，以形成成熟的mRNA分子。
这一过程的调控可以使得同一个基因产生多种不同的mRNA转录产物，从而增加基因的功能多样性。
B. RNA修饰RNA修饰是指在转录后的RNA分子上添加、修饰化学基团的过程。
这些修饰可以改变RNA的结构和功能，进而影响转录后调控的结果。
C. RNA稳定性调控细胞通过控制mRNA的稳定性来影响特定基因的表达水平。
通过添加或去除RNA分子上的结构域，细胞可以决定特定mRNA的寿命。
III. 基因表达调控在生物学和医学研究中的应用基因表达调控在生物学和医学研究中具有广泛的应用价值。
下面我们将从两个方面来介绍其应用。
《现代分子生物学》第七章 原核生物基因表达调控
操纵基因是位于操纵子前端部分的顺式控制 操纵基因是位于操纵子前端部分的顺式控制 元件，它能和阻抑蛋白结合，控制结构基因 元件，它能和阻抑蛋白结合，控制结构基因 的转录。阻抑蛋白是调节基因的表达产物， 的转录。阻抑蛋白是调节基因的表达产物， 是参与操纵子调节的反式作用因子。 是参与操纵子调节的反式作用因子。 原核生物操纵子中的全部结构基因从同一个 原核生物操纵子中的全部结构基因从同一个 启动子开始转录成单个mRNA分子。 启动子开始转录成单个mRNA分子。
一、诱导作用和阻抑作用
细菌应答某种特定物质出现而合成特定酶 的过程，称为诱导作用（induction）。大肠 的过程，称为诱导作用（induction）。大肠 杆菌乳糖操纵子是这种机制最好的范例。 如果某种小分子物质能够促使细菌产生酶 将其自身分解，这种小分子物质就叫做诱 将其自身分解，这种小分子物质就叫做诱 导物（inducer）。 导物（inducer）。
5. 转录因子
转录因子（transcription 转录因子（transcription factor ）是转录起始 过程中RNA聚合酶所需要的辅助因子。转录 过程中RNA聚合酶所需要的辅助因子。转录 因子是参与正调控的反式作用因子，在无转 因子是参与正调控的反式作用因子，在无转 录因子时，RNA聚合酶不能起始转录。 录因子时，RNA聚合酶不能起始转录。 转录因子通常识别位于基因上游启动子附近 转录因子通常识别位于基因上游启动子附近 的顺式作用元件。 的顺式作用元件。
细菌快速应答环境营养成分的变化的能 细菌快速应答环境营养成分的变化的能 力不仅表现在分解新底物方面，而且也 用来关闭突然在培养基中的化合物的内 源性合成，这种效应就是所谓的阻抑作 源性合成，这种效应就是所谓的阻抑作 repression）。大肠杆菌色氨酸操纵 用（repression）。大肠杆菌色氨酸操纵 子即是阻抑作用的例子。 如果某种小分子物质能够阻止细菌产生 合成其自身的酶，这种小分子物质叫做 辅阻抑物（corepressor）。 辅阻抑物（corepressor）。
第7章原核生物基因表达的调控
Z编码β-半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖。
Y编码β-半乳糖苷透过酶：使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）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。
gene
正调控
调控蛋白
负调控
结构基因表达
▪ 负调控：抑制基因表达的调控方式 ▪ 正调控：促进基因表达的调控方式
B、特殊代谢物的调控
诱导(induction)
阻遏(repression)
inducer
gene
repressor
gene
特殊代谢物
诱导 阻遏
结构基因表达
诱导物、可诱导基因 阻遏物、可阻遏基因
无葡萄糖、 有乳糖-----cAMP水平高 （2）cAMP与CRP结合形成有活性的
CRP- cAMP 复合物 （3）CRP-cAMP 与Plac结合 （4）增强了RNA聚合酶与启动子的结合
（5）lacZ， lacY 、 lacA高表达
105
40
105
41
乳糖、G存在与否及与操纵子正、负控因素、 基因开放与关闭情况如下：
CRP
Binding
RNA
Promoter
Operator
CRP
Pol. Repressor
cAMP
LacZ
LacY
LacA
Repressor mRNA
STOP
Right there
CRP
Polymerase
cAMP
Repressor
cAMP
CRP
原核生物基因表达调控的基本结构单元
原核生物基因表达调控的基本结构单元（原创实用版）目录1.原核生物基因表达调控的基本概念2.原核生物基因表达调控的基本结构单元3.操纵子学说及其在原核生物基因表达调控中的作用4.调控系统的分类和特点5.原核生物基因表达调控与真核生物基因表达调控的异同正文原核生物基因表达调控的基本概念原核生物基因表达调控是指原核生物细胞内基因转录和翻译的过程，通过一系列分子机制和调控系统来实现对基因表达的控制。
基因表达调控在生物体的生长、发育、适应环境变化等过程中起着至关重要的作用。
原核生物基因表达调控的基本结构单元原核生物基因表达调控的基本结构单元包括启动子、操纵子和终止子。
这些结构单元分别位于基因的上游和下游区域，共同参与基因表达的调控。
1.启动子：启动子是基因转录的起始区域，包含一些关键的序列和元件，如识别转录因子的结合位点、RNA 聚合酶结合位点等。
启动子的作用是招募 RNA 聚合酶，从而启动基因的转录过程。
2.操纵子：操纵子是原核生物基因表达调控的核心结构单元，负责调控特定基因的表达。
操纵子通常包含一个调控序列和一组与之相互作用的转录因子。
调控序列可以分为两类：一类是诱导序列，可以与诱导型转录因子结合，从而激活基因表达；另一类是阻遏序列，可以与阻遏型转录因子结合，从而抑制基因表达。
3.终止子：终止子位于基因的下游区域，是基因转录的终止区域。
终止子包含一些特定的序列和元件，如终止子识别蛋白结合位点、RNA 聚合酶解离位点等。
终止子的作用是引导 RNA 聚合酶从 DNA 模板上脱离，从而结束基因的转录过程。
操纵子学说及其在原核生物基因表达调控中的作用操纵子学说是原核生物基因表达调控的基本理论，该学说认为，原核生物的基因表达调控主要是通过操纵子和与之相互作用的转录因子来实现的。
大多数调控系统是负调系统，即通过阻遏型转录因子来抑制基因表达，但也存在少数正调系统，即通过诱导型转录因子来激活基因表达。
调控系统的分类和特点原核生物基因表达调控系统可以根据调控方式和调控范围进行分类。
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
《基因表达调控》课件
II. 转录调控
1
A.
B. 各种转录因子的分类及功能
不同类型的转录因子在基因表达调控中扮演不同的角色
3
C. 转录因子的结构和作用机制
了解转录因子结构和作用机制对理解转录调控至关重要
III. RNA加工调控
《基因表达调控》PPT课 件
这是一份关于基因表达调控的PPT课件，涵盖了基本概念、转录调控、RNA加 工调控、蛋白质翻译调控、表观遗传调控、氧气水平调控、微小RNA调控、研 究技术及应用。
I. 介绍基因表达调控的基本概念和意义
什么是基因表达调控？
基因表达调控是控制基因转录和翻译过程的机制和调节
为什么基因表达调控重要？
A. 5'端和3'端加工的调控
了解5'端和3'端加工调控对RNA 稳定性和功能的影响
B. 剪接调控
剪接调控在基因表达调控中起 着重要的作用
C. RNA编辑调控
RNA编辑调控可改变RNA序列， 影响蛋白质功能
IV. 蛋白质翻译调控
A. 起始子处理和调控
起始子处理和调控是蛋白质翻译的重要调控步骤
B. 翻译的调控
生物对低氧环境做出的响应以及调控机制
高原环境对基因表达调控产生的影响
VII. 微小RNA的调控作用
1
什么是微小RNA？
微小RNA是一类重要的非编码RNA分
微小RNA的调控机制
2
子
通过结合目标mRNA来调控基因表达
VIII. 基因表达调控的研究技术
A. 基因芯片
基因芯片是一种常用的基因表 达调控研究技术
了解如何调控翻译过程以控制蛋白质合成
C. 结束子处理及调控
原核生物基因表达调控
20
同位素示踪实验
把大肠杆菌细胞放在加有放射性35S标记的氨基酸,但没 有半乳糖诱导物的培养基中繁殖几代然后再将这些带有 放射活性的细菌转移到不含35S、无放射性的培养基中 随着培养基中诱导物的加入, β-半乳糖苷酶便开始合成。 分离β-半乳糖苷酶, 发现这种酶无35S标记说明酶的合 成不是由前体转化而来的, 而是加入诱导物后新合成的。
• Jacob和Monod认为诱导酶（他们当时称为适应酶）
现象是个基因调控问题, 可以用实验方法进行研究, 因此
选为突破口, 终于通过大量实验及分析, 于1961年建立
了该操纵子的控制模型。
-
21
酶的诱导
-
22
• 酶的诱导现象是生物进化过程中出现的一种合理、 经济地利用有限资源的本能。
• 酶诱导已证明是低等生物的普遍现象。
倒位片段
鼠伤寒沙门菌鞭毛素基- 因的调节
H1鞭毛素
10
鼠伤寒沙门氏菌（S.typhimrium）的相转变（phase variation）
-
11
2.σ 因子对原核生物转录起始的调控
σ因子:原核生物RNA聚合酶的一个亚基，是转录起 始所必需的因子，主要影响RNA聚合酶对转录起始 位点的正确识别，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 。
ＰＯ
操纵子可视为原核生物的转录单位，它可以逐个
地从原核生物基因组中分离出来，对其结构功
能加以研究。
-
15
3.乳糖操纵子
1) 乳糖操纵子的结构
启动子 操纵基因
调节蛋白
（阻遏蛋白）
-
结构基因
16
3个编码的结构基因
• Z编码β-半乳糖苷酶: 将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖，还能 将乳糖转变为异构乳糖
基因表达的名词解释
基因表达的名词解释基因表达（Gene Expression）是指细胞或个体中的基因通过转录和翻译过程产生功能性蛋白质的过程。
基因表达是生命活动的核心，控制着生物体内各种生理和生化过程的进行。
本文将从基本概念、机制和调控等角度解释基因表达，并探讨其在生物学领域中的重要性。
一、基因表达的基本概念基因是控制生物体遗传特征和性状的分子单位，位于染色体上。
基因表达指的是将基因的信息转化为具体的功能性产物，主要包括RNA和蛋白质。
基因表达的过程分为两个主要步骤：转录和翻译。
转录是指DNA模板上的信息被转录成为mRNA，而翻译是指mRNA被翻译成为蛋白质。
二、基因表达的机制1. 转录（Transcription）转录是基因表达的第一步，发生在细胞核中。
转录过程中，DNA的片段作为模板被RNA聚合酶酶作用下转录成为mRNA。
转录的结果是形成了一条具有与DNA相同编码信息的mRNA分子。
2. 翻译（Translation）翻译是基因表达的第二步，发生在细胞质中。
翻译是指mRNA分子通过与核糖体结合，在氨基酸的帮助下合成特定序列的蛋白质。
翻译的结果是将具体的基因序列转化为功能性蛋白质。
三、基因表达的调控基因表达的调控是指细胞根据内外环境信号对基因转录和翻译进行调节，从而实现细胞功能的适应性变化。
基因表达调控的主要方式包括转录调控和后转录调控。
1. 转录调控（Transcriptional Regulation）转录调控是指通过一系列转录因子的结合和激活，调控基因转录过程的速度和程度。
转录因子是DNA结合蛋白，能够结合到转录起始位点以及启动子区域，激活或抑制转录过程。
2. 后转录调控（Post-transcriptional Regulation）后转录调控发生在mRNA合成之后，通过影响mRNA的运输、剪接、稳定性和翻译等过程来调控蛋白质的合成。
这些调控可以通过RNA降解、RNA剪接、RNA编辑和表观遗传修饰等方式实现。
基因表达调控的基本内容
基因表达调控在疾病发生和治 疗中的应用
了解基因表达调控的异常与疾病发生的关系，可以为疾病的早期诊断和治疗 提供新的思路和策略。
基因表达调控的基本内容
基因表达调控是控制基因在细胞中是否表达的过程。了解基因表达调控对于 理解生物体内发生的各种生物学现象至关重要。
基因表达调控的定义
基因表达调控是指细胞通过一系列的调控机制，从控制基因的转录到基因的 翻译和功能的表达。
基因组结构与基因表达调控的关系
基因组结构包括编码区和非编码区，非编码区在基因表达调控中起着重要的作用，不仅影响转录的起始 与终止，还参与转录后调控。
基因表达调控的主要机制
1
转录调控
通过启动子、转录因子和调控元括RNA剪接、RNA修饰和RNA稳定
性调控等，对已转录的mRNA进行修
饰与调控。
3
表观遗传调控
通过DNA甲基化、组蛋白修饰等改变 染色质结构，进而调控基因的表达。
基因表达调控与细胞命运决定的关系
基因表达调控在细胞分化和发育过程中起着重要的作用，通过调控基因表达的程度和方式，决定细胞的 命运和特化。
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。
第十三章基因表达调控
第十三章基因表达调控第十三章基因表达调控第一节基因表达调控基本概念与原理一、基因表达的概念（掌握）1、基因：负载特定遗传信息的DNA片段，包括由编码序列、非编码序列和内含子组成的DNA区域。
2、基因组：指来自一个遗传体系的一整套遗传信息。
在真核生物体，基因组是指一套完整的单倍体的染色体DNA和线粒体DNA的全部序列。
3、基因表达：基因所携带的遗传信息，经过转录、翻译等，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。
但对于rRNA、tRNA编码基因，表达仅是转录成RNA的过程。
4、基因表达调控：基因表达是在一定调节机制控制下进行的，生物体随时调整不同基因的表达状态，以适应环境、维持生长和发育的需要。
人类基因组含3～4万个基因。
在某一特定时期，基因组中只有一部分基因处于表达状态。
在一定调节机制控制下，大多数基因经历基因激活、转录及翻译等过程，产生具有特定生物学功能的蛋白质分子，赋予细胞或个体一定的功能或形态表型。
但并非所有基因表达过程都产生蛋白质。
rRNA、tRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。
二、基因表达的特异性（了解）无论是病毒、细菌，还是多细胞生物，乃至高等哺乳类动物及人，基因表达表现为严格的规律性，即时间、空间特异性。
生物物种愈高级，基因表达规律愈复杂、愈精细，这是生物进化的需要及适应。
基因表达的时间、空间特异性由特异基因的启动子（序列）和（或）增强子与调节蛋白相互作用决定。
（一）时间特异性概念：指按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生。
又称阶段特异性。
在多细胞生物从受精卵到组织、器官形成的各个不同发育阶段，相应基因严格按一定时间顺序开启或关闭，表现为与分化、发育阶段一致的时间性。
（二）空间特异性概念：在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间或顺序出现。
基因表达伴随时间或阶段顺序所表现出的这种空间分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，又称细胞特异性或组织特异性。
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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基因表达调控的基 本概念和调控要求
2、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。
基因表达伴随空间顺序所表现出的这种分 布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的， 所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。
基因表达调控的基 本概念和调控要求
一、基因表达调控环节
1、转录水平上的调控
（transcriptional regulation）
2、转录后水平上的调控
（post-transcriptional regulation）
① mRNA加工成熟水平上的调控 ② 翻译水平上的调控
基因表达调控的基 本概念和调控要求
基因表达调控的基 本概念和调控要求
酶合成的阻遏操纵子模型
调节基因
结构基因 操纵基因
调节基因 操纵基因 结构基因
mRNA 酶蛋白
辅阻遏物
辅阻遏物 如果某种物质能够阻止细菌产生合成这 种物质的酶，这种物质就是辅阻遏物。
基因表达调控的基 本概念和调控要求
3、在负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白
基因表达调控的基 本概念和调控要求
二、操纵子学说
1、操纵子模型的提出 1961年，Monod和Jacob提出 获1965年诺贝尔生理学和医学奖
Jac调控要求
2、操纵子的定义
操纵子：是基因表达的协调单位，由启动子、操纵 基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组 成。操纵基因受调节基因产物的控制。
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
调节基因
操纵基因
结构基因
诱导物
如果某种物质能够促使
阻遏蛋白
mRNA
细菌产生酶来分解它，
这种物质就是诱导物。
诱导物
基因表达调控的基 酶蛋白
本概念和调控要求
• 可阻遏调节（P235）：基因平时是开启的，处在产 生蛋白质或酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物 或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。 例：色氨酸操纵子 合成代谢蛋白的基因
基因表达调控的基 本概念和调控要求
三、基因表达的规律 ——时间性和空间性
1、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)。
基因表达调控的基 本概念和调控要求
2、适应性表达
指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。 • 应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导
(induction)，这类基因被称为可诱导的基因(inducible gene)； • 相反，随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称 为阻遏(repression)，相应的基因被称为可阻遏的基因 (repressible gene)。
负控阻遏
基因表达调控的基 本概念和调控要求
4、在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋 白（activator）。 根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏
入这种调节蛋白质后基因活性就被开启，这样的 调控正转录调基控因。表达调控的基
本概念和调控要求
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。 基因表达调控的基
本概念和调控要求
2、根据操纵子对某些能调节它们的小分子的应答， 可分为可诱导调节和可阻遏调节两大类：
• 可诱导调节（P235）：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
基因表达调控的基 本概念和调控要求
基因表达调控的基 本概念和调控要求
基因表达调控的基 本概念和调控要求
三、原核基因调控机制的类型与特点
1、根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白） 的应答，可分为： 正转录调控 负转录调控
基因表达调控的基 本概念和调控要求
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
基因表达调控的基 本概念和调控要求
四、基因表达调控的生物学意义
• 适应环境、维持生长和增殖（原核、真核） • 维持个体发育与分化（真核）
基因表达调控的基 本概念和调控要求
第二节 原核基因调控机制
内容提要： • 原核基因表达调控环节 • 操纵子学说 • 原核基因调控机制的类型与特点 • 转录水平上调控的其他形式
基因表达调控的基本概念 和调控要求
基因表达调控的基 本概念和调控要求
Contents
1. 基因表达调控的基本概念 2. 原核基因调控机制 3. 乳糖操纵子 4. 色氨酸操纵子 5. 其他操纵子 6. 转录后水平上的调控
基因表达调控的基 本概念和调控要求
第一节 基因表达调控的基本概念
一、基因表达的概念 gene expression ：基因转录及翻译的过程。 对这个过程的调节就称为gene regulation 。
rRNA、tRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达
基因表达调控的基 本概念和调控要求
二、基因表达的方式 永久型性表达(constitutive expression) 适应型表达(adaptive expression）
基因表达调控的基 本概念和调控要求
1、永久型表达：
指不大受环境变动而变化的一类基因表达。 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)。
（repressor），起着阻止结构基因转录的作用。
根据其作用特征又可分为负控诱导和负控阻遏： • 在负控诱导系统中，阻遏蛋白与效应物（诱导物）
结合时，结构基因转录； • 在负控阻遏系统中，阻遏蛋白与效应物（辅阻遏物）
结合时，结构基因不转录。
基因表达调控的基 本概念和调控要求
负转录调控系统
负控诱导