第十三章基因表达调控
基因表达（gene expression）：是指生物基因组中结构基因所携带的遗传信息经转录、翻译等一系列过程，合成特定的蛋白质，进而发挥其特定的生物学功能和生物学效应的全过程。并非所有基因表达过程都产生蛋白质，rRNA、tRNA的编码基因转录生成RNA的过程也属于基因表达。基因表达的调控是在多极水平上进行的，转录水平是基因表达的基本控制点。
基因表达的时间特异性（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，这就是基因表达的时间特异性。
基因表达的空间特异性（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，这就是基因表达的空间特异性。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，因此基因表达的空间特异性又称细胞特异性（cell specificity）或组织特异性（tissue specificity）。基因表达的方式有（1）组成性表达。
管家基因（ho usekeeping gene）：有些基因产物对生命过程是必需的且在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达或变化很小的基因。 = 1 \* GB2 ⑴组成性基因表达（constitutive gene expression）：指管家基因的表达，又称基本的基因表达，只受启动序列或启动子与RNApol抑制作用的影响。 = 2 \* GB2 ⑵诱导表达（induction expression）和阻遏表达（repression expression）：有一些基因表达极易受环境变化的影响，在特定的环境信号刺激下，相应基因的表达表现为开放或增强，这种表达方式称诱导表达；相反有些基因的表达表现为关闭或下降，这种表达方式称阻遏表达。
原核生物基因表达的调控
原核生物基因表达的调控主要是在转录水平其次是翻译水平进行。基因表达调控的基本原理是1.基因表达子多极调控2.基因转录激活调节基本要素（1）特异DNA序列，主要指具有调节功能的DNA序列，把可影响自身基因表达活性的DNA序列称为顺式作用元件。根据作用性质和后式分为启动子，增强子和沉默子。（2）调节蛋白：分三大类 = 1 \* GB3 ①决定RNApol对启动序列的特异性识别和结合能力的顺式作用元件的特异因子。原核基因转录调节具有如下特点，1.σ因子决定RNApol识别的特异性，不同的σ因子决定特异基因的转录激活，决定mRNA、rRNA和tRNA基因的转录。2.操种子模型的普遍性，一个操重子只含有一个启动序列及数个可转录的编码基因。3.阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性。
转录水平的调控
原核生物基因多以操纵子（operon）的形式存在。操纵子由调控区与信息区组成，上游是调控区，包括启动子与操纵基因两部分。启动子是同RNA聚合酶结合并启动转录的特异性DNA序列，操纵基因是特异的阻遏物结合区。
乳糖操纵子调控的机制 E.coli的乳糖操纵子（lac operon）有三个结构基因Z、Y、A，分别编码β-半乳糖苷酶（β-galactosidase）、透酶（permease）和半乳糖苷乙酰化酶（galactoside acetylase）,其上游还有一个启动序列(P)和一个操纵基因(O)。在启动序列上游还有一个CAP蛋白的结合位点。由启动子、操纵基因和CAP结合位点共同构成乳糖操纵
子的调控区。1.I基因是调节基因，编码产生阻遏蛋白。阻遏蛋白为四聚体，每个亚基相同。在没有乳糖的条件下，阻遏蛋白能与操纵基因结合。由于操纵基因与启动子有部分重叠，阻遏蛋白与操纵基因结合后，抑制了RNA聚合酶与启动子结合，从而抑制结构基因的转录。偶有阻遏蛋白与操纵基因解聚，因此每个细胞中可能会有寥寥几个半乳糖苷酶、透酶生成。
当有乳糖存在时，该操纵子即可被诱导。乳糖经透酶作用进入细胞，再经已存在的β-半乳糖苷酶催化，转变成半乳糖。后者作为诱导剂（inducer）与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白的构象发生改变，导致阻遏蛋白与操纵基因解聚，引起结构基因的转录。异丙基硫代半乳糖苷（IPTG）是一种作用极强的诱导剂，不能被细菌代谢，因此被实验室广泛应用。2.在lac操纵子中，RNA聚合酶与lac启动子结合的能力很弱，只有CAP结合到启动子上游的CAP 结合位点后，促进RNA聚合酶与启动子结合，才能有效转录。乳糖操纵子的转录起始是由CAP和阻遏蛋白两种调控因子来控制的。在这种调控作用中。CAP起正调控作用。CAP和阻遏蛋白这两种因素，可因葡萄糖和乳糖存在与否而有4 种不同的组合。
⑴葡萄糖存在、乳糖不存在：此时无诱导剂存在，阻遏蛋白与DNA结合。而且由于葡萄糖的存在，CAP也不能发挥正调控作用，基因处于关闭状态。
⑵葡萄糖和乳糖都不存在：在没有葡萄糖存在的情况下，CAP可以发挥正调控作用。但由于没有诱导剂，阻遏蛋白负调控作用使基因仍然处于关闭状态。
⑶葡萄糖和乳糖都存在：乳糖的存在对基因的转录产生诱导作用。但由于葡萄糖的存在使细胞内cAMP水平降低，cAMP-CAP复合物不能形成，CAP不能结合到CAP结合位点上，转录仍不能启动，基因处于关闭状态。
⑷葡萄糖不存在、乳糖存在：此时CAP可以发挥正调控作用，阻遏蛋白由于诱导剂的存在而失去负调控作用，基因被打开，启动转录。3.协调调节：阻遏蛋白负性调节与CAP正性调节两种机制协调合作，当乳糖操纵子的强的诱导作用即需要乳糖存在，又需要缺乏葡萄糖。
4.原核特异基因除操纵子转录起始调节尚有其他特异调节机制。1.转录衰减，如
色氨酸操纵子的调控机制 E.coli的色氨酸操纵子（trp operon）有五个结构基因，E、D、C、B、A基因编码三种酶，用于合成色氨酸。上游调控区由启动子（P）和操纵基因（O）组成。R基因是调节基因，编码阻遏蛋白。Trp操纵子是一阻遏型操纵子，无色氨酸时，阻遏蛋白不能与操纵基因结合，对转录无抑制作用；细胞内有较大量的色氨酸时，阻遏蛋白与色氨酸形成复合物后能与操纵基因结合，抑制转录。
Trp操纵子的另一个调控方式是衰减（attenuation）机制调节。衰减子位于结构基因E 和操纵基因（O）之间的L基因中。大肠杆菌在无色氨酸的环境下，L基因和结构基因能转录产生具有6700个核苷酸的全长多顺反子mRNA，当细胞内色氨酸增多时，结构基因转录受到抑制，但L基因转录的前导mRNA（140个核苷酸）并没有减少，这部分转录物称为衰减子转录物。衰减子转录物中具有4段特殊的序列，片段1和2、2和3、3和4能配对形成的发夹结构，而形成发夹能力的强弱依次为片段1/2>片段2/3>片段3/4。片段3和4所形成的发夹结构之后紧接着寡尿嘧啶，是不依赖于ρ因子的转录终止信号。这4 个片段形成何种发夹结构，是由L基因转录物的翻译过程所控制的L基因的部分转录产物（含片段1）编码14个氨基酸，其中含有两个相邻的色氨酸密码子。这两个相邻的色氨酸码子以原核生物中转录与翻译的偶联是产生衰减作用的基础。L基因转录不久核糖体就与mRNA结合，并翻译L
短肽序列。细胞内有色氨酸时，形成色氨酸-tRNA，核糖体翻译可通过片段1，并通过片段2。因遇到翻译终止密码，核糖体在到达片段3之前便从mRNA上脱落。在这种情况下，片段1/2和片段2/3之间都不能形成发夹结构，而只有片段3/4形成发夹结构，即形成转录终止信号，从而导致RNA聚合酶作用停止。如果细胞内没有色氨酸时，色氨酰-tRNA缺乏，核糖体就停止在两个相邻的色氨酸密码的位置上，片段1和2之间不能形成发夹结构，片段2和3之间可形成发夹结构，则片段3/4就不能形成转录终止信号，后面的基因得以转录。
色氨酸操纵子中的操纵基因和衰减子可发起双重负调节作用。衰减子可能比操纵基因更灵敏，只要色氨酸一增多，即使不足以诱导阻遏蛋白结合操纵基因，就足可以使大量的mRNA 提前终止。反之，当色氨酸减少时，即使失去了诱导阻遏蛋白的阻遏作用，但只要还可以维持前导肽的合成，仍继续阻止转录。这样可以保证尽可能充分地消耗色氨酸，使其合成维持在满足需要的水平，防止色氨酸堆积和过多地消耗能量。同时，这种机制也使细菌能够优先将环境中的色氨酸消耗完，然后开始自身合成。
色氨酸操纵子L基因的翻译产物中具有相邻的色氨酸残基这一现象，在具有衰减调节作用的pheA,his,leu,thr等操纵子中也存在。特别是在his操纵子中，衰减子是唯一的控制机构。
2.基因重组：沙门菌鞭毛素基因H2启动序列同时启动H2及一种阻遏蛋白的表达，阻遏蛋白可阻遏H1的表达。Hin基因编码一种重组酶可催化H2启动序列与hin基因倒位，发生基因重组，结果使启动序列方向改变，H2及阻遏蛋白表达关闭，H1表达。
3.通常SOS基因处于阻遏状态，有紫外线照射时，SOS基因去阻遏，修复酶及相关蛋白质表达，急救修复损伤的DNA。
真核基因转录调节
真核生物基因表达的调控环节较多，在DNA水平可通过染色质丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化以及染色质结构改变影响基因表达；在转录水平则主要通过反式作用因子的作用调控转录因子与TATA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合以及转录起始复合物的形成；在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达；影响翻译水平的因素有影响翻译起始的阻遏蛋白、5＇AUG、5＇端非编码区的长度等，有mRNA的稳定性调节，另外还存在小分子反义RNA对翻译的调控；翻译后蛋白质的修饰和定位亦是基因表达调控的一个重要环节。这里仅对真核基因调控特点及mRNA转录激活调节加以介绍。
真核基因调控
同原核一样，转录起始仍是真核基因表达调控的最基本环节，而且某些机制是一样的。但在下述方面与原核存在明显差别。
1.RNA聚合酶：真核RNA聚合酶有三种，即RNA-polⅠ、Ⅱ及Ⅲ，分别负责三种RNA转录。细菌的RNA-pol识别的是一段DNA序列，而真核生物的RNA-pol识别的不是单纯的DNA序列，而是一个由通用转录因子与DNA形成的蛋白质- DNA复后物。真核细胞的RNA-pol，不能训别纯化的DNA上的启动子，只有当一个或多个转录因子（transcription factor,TF）结合到DNA上形成功能性的启动子，才能被RNA-pol识别与结合。
真核生物的RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ，识别不同的启动子，需要不同的TF：TFⅠ、TFⅡ、TF Ⅲ。
2.活性染色体结构变化
当基因被激活时，可观察到染色体相应区域发生某些结构和性质变化。（1）对核酸酶敏感活化基因一个明显特性是对核酸酶极度敏感，当用DNaseⅠ处理时染色质DNA会也现一些DNaseⅠ超敏位点（hypersnsitive site）。超敏位点常发生在基因的5＇侧翼区（5＇flanking region）、3＇侧翼区（3＇flanking region）甚至可转录区内，具体也现在调节蛋白结合位点附近。对DNaseⅠ敏感状态的出现是转录所必需的，但它并不是只在转录进行时才存在，所以可以认为，DNaseⅠ敏感状态是转录的必要条件而不是充分条件。（2）DNA 拓扑结构变化：当基因活化时，RNA聚合酶前方的转录区DNA拓扑结构为正性超螺旋构象，而在其后面的DNA则为负性超螺旋构象。负性超螺旋构象有利于核小体结构的再形成，而正性超螺旋构象不仅阻碍核小体结构形成，而且促进组蛋白H2A?H2B二聚体的释放，使RNA
聚合酶有可能向前移动，进行转录。（3）DNA甲基化修饰在真核生物基因表达调控中，甲基化起着重要作用。一般认为，DNA甲基化范围与基因表达程度呈反比关系。甲基化程度高，基因的表达则降低；去甲基化，又可使基因表达增加。这种甲基化最常发生在某些基因的5＇侧翼区的CpG序列（又称“CpG岛”），处于转录活化状态的基因CpG序列一般是低甲基化的。（4）组蛋白变化其中包括①富含Lys组蛋白水平降低：亦即H1样组蛋白减少，并伴有DNA形成30nm纤维束能力降低。②H2A?H2B二聚体不稳定性增加：易于从核心组蛋白中被置换出来。③组蛋白修饰：最常见的修饰有乙酰化、泛素化，修饰后使核小体结构变得不稳定。④H3组蛋白巯基暴露：系核小体结构变化引起。
3.正性调节占主导：真核基因组结构庞大，在不适当位点出现特异结合序列机会增多，正性调节大多数基因不结合调节蛋白，只要细胞表达一组激活蛋白时，相关靶基因即可被激活。
4.转录与翻译分隔进行
真核细胞核及胞浆等区间分布，转录与翻译在不同亚细胞结构进行。
5.转录后修饰、加工
鉴于真核基因结构特点，转录后剪接及修饰等过程比原核复杂。
真核基因转录激活调节
1.顺式作用元件
启动子：真核基因启动子是RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件（module），每一组件含7~20bp的DNA序列。启动子包括至少一个转录起始点，以及一个以上的功能组件。在这些功能组件中最具有典型意义的就是TATA盒，TATA盒通常位于转录起点上游
-25~30bp,控制转录起始的准确性及频率。典型的启动子则TATA盒及上游的CAAT盒和（或）GC盒组成，这类启动子通常具有一个转录起点及较高的转录活性。然而，还有很多启动子并不含TATA盒，这类启动子分为两类：一类这富含GC的启动子，最初发现于一类管家基因，这类启动子一个或上离的转录起始点；另一类启动子既不含TATA盒，也没有GC富含区，这
类启动子可有一个或多个转录起始点，但多数转录活性很低或根本没有转录活性，而是在胚胎发育、组织分化或再生过程中受调节。增强子：谓增强子就是远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异表达、增强启动子转录活性的DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。从功能上讲，没有增强子存在，启动子通常不能表现活性；没有启动子时，增强子也无法发挥作用。
沉默子：某些基因含有负性调节元件——沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对其因转录起阻遏作用。
2.反式作用因子：转录调节因子简称转录因子。按功能特性可将其分为两类：①基本转录因子是RNA聚合酶结合启动子所必须的一组蛋白因子，决定三种RNA（tRNA，mRNA，rRNA）转录的类别。②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，故称特异转录因子。此类转录因子有的起转录激活作用，有的起转录抑制作用。
所有转录因子至少包括两个不同的结构域：DNA结合域和转录激活域；此外，很多转录因子还包含一个介导蛋白质-蛋白质相互作用的结构域，最常见的是二聚化结构域。①DNA 结合域通常由60~100个氨基酸残基组成。最常见的DNA结合域结构形式是锌指。类似的碱性DNA结合域多见于碱性亮氨酸拉链和碱性螺旋-环-螺旋。②转录激活域——由30~100氨基酸残基组成。根据氨基酸组成特点，转录激活域又有酸性激活域、谷氨酰胺富含区域及脯氨酸富含区域。③二聚化结构域——二聚化作用与亮氨酸拉链、碱性螺旋-环-螺旋结构有关。
mRNA转录激活及其调节
真核RNA聚合酶Ⅱ不能单独识别、结合启动子，而是先由基本转录子TFIID组成成分TATA结合蛋白（TBP）识别TATA盒或启动元件，并有TBP相关因子（TBP-associated factors，TAF）参与结合，形成TFIID-启动子复合物；继而在TFIIA-F等参与下，RNA聚合酶Ⅱ与TFIID、TFIIB聚合，形成一个功能性的前起始复合物PIC。在几种基本转录因子中，TFIID是唯一具有位点特异的DNA结合能力的转录因子，在上述有序的组装过程起关键性指导作用。这样形成的前起始复合物尚不稳定。也不能有效地起动mRNA转录。在迂回折叠的DNA构象中，结合了增强子的转录激活因子与前起始复合物中的TFIID接近。或通过TAF与TFIID联系，形成稳定的转录起始复合物。此时RNA聚合酶II才能真正启动mRNA的转录。TAF也是细胞特异的转录相应基因，与转录激活因子共同决定组织特异性转录。
第十二章细胞分化与基因表达调控 细胞分化是在个体发育过程中细胞之间产生稳定差异的过程。 细胞在发生形态分化之前，就已受到限定而向特定方向分化，这一时期称为细胞决定。 分化程度的增进，细胞分裂能力逐渐下降，高度分化的细胞往往不再发生分裂。 第一节细胞分化 一、细胞分化的基本概念 （一）细胞分化是基因选择性表达的结果 细胞分化是由于基因选择性表达各自特有的专一性蛋白质而导致细胞形态、结构、与功能的差异。 不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行各自的生理功能。 （二）组织特异性基因与管家基因 事实上，细胞中的基因并不都和细胞分化有直接关系。 基因按其和细胞分化的关系可分为两类： 1、奢侈基因（组织特异性基因）：指与各种分化细胞的特殊性状有直接关系的基因群而对细胞生存并无直接影响。 2、管家基因：指维持细胞最低限度的功能所必需的基因。 由此可知，细胞分化最主要的特征是各种细胞各合成了特定的蛋白质和具有不同的表型，这主要是或某些奢侈基因中的某种特定基因有选择性地表达式结果。 3、调节基因：其产物用于调节特异性基因表达，或者起激活作用，或者起阴抑作用。 真核生物中差别基因的表达要在表达链的各级水平上受到调节，这要涉及到转录水平、RNA加工、翻译和蛋白质修饰。 （三）组合调控引发组织特异性基因的表达 每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同完成的，通过组合调控的方式启动组织特异性基因的表达是细胞分化的基本机制。 （四）单细胞有机体的细胞分化 单细胞生物甚至原核生物也存在细胞分化问题。多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更为复杂。（备注） （五）转分化与再生 一种类型的分化细胞转变成另一类型的分化细胞的现象称转分化。 转分化往往经历去分化和再分化的过程。去分化又称脱分化，是指分化细胞失去其特有结构与功能变成具有未分化细胞特征的过程。在动物中，去分化细胞具有胚胎间充质细胞的功能；在植物细胞中，去分化细胞变为薄壁细胞，组成愈伤组织。 生物体的整体部分器官受外力作用发生创伤而部分丢失，在剩余部分的基础上又生长出与丢失部分在形态上相同的结构，这一修复过程称为再生。 再生现象又从另外一个侧面反映了细胞的全能性。 二、影响细胞分化的因素 （一）细胞的全能性 细胞全能性是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性，称为细胞的全能性。不仅是受精卵，任何未分化或已分化的细胞都有分化为各种结构、功能细胞的可
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。②反式作用因子：反式作用因子（trans-acting factor）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。反式作用因子与顺式作用元件之间的共同作用，才能够达到对特定基因进行调控的目的。③顺式作用元件与反式作用因子之间的相互作用：大多数调节蛋白在与DNA结合之前，需先通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体或多聚体，然后再通过识别特定的顺式作用元件，而与DNA分子结合。这种结合通常是非共价键结合。 二、操纵子的结构与功能：
第十五章基因表达调控 一、单项选择题 1.基因表达产物是 A.RNA B.DNA C.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
第十三章基因表达调控 基因表达（gene expression）：是指生物基因组中结构基因所携带的遗传信息经转录、翻译等一系列过程，合成特定的蛋白质，进而发挥其特定的生物学功能和生物学效应的全过程。并非所有基因表达过程都产生蛋白质，rRNA、tRNA的编码基因转录生成RNA的过程也属于基因表达。基因表达的调控是在多极水平上进行的，转录水平是基因表达的基本控制点。 基因表达的时间特异性（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，这就是基因表达的时间特异性。 基因表达的空间特异性（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，这就是基因表达的空间特异性。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，因此基因表达的空间特异性又称细胞特异性（cell specificity）或组织特异性（tissue specificity）。基因表达的方式有（1）组成性表达。 管家基因（ho usekeeping gene）：有些基因产物对生命过程是必需的且在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达或变化很小的基因。 = 1 \* GB2 ⑴组成性基因表达（constitutive gene expression）：指管家基因的表达，又称基本的基因表达，只受启动序列或启动子与RNApol抑制作用的影响。 = 2 \* GB2 ⑵诱导表达（induction expression）和阻遏表达（repression expression）：有一些基因表达极易受环境变化的影响，在特定的环境信号刺激下，相应基因的表达表现为开放或增强，这种表达方式称诱导表达；相反有些基因的表达表现为关闭或下降，这种表达方式称阻遏表达。 原核生物基因表达的调控 原核生物基因表达的调控主要是在转录水平其次是翻译水平进行。基因表达调控的基本原理是1.基因表达子多极调控2.基因转录激活调节基本要素（1）特异DNA序列，主要指具有调节功能的DNA序列，把可影响自身基因表达活性的DNA序列称为顺式作用元件。根据作用性质和后式分为启动子，增强子和沉默子。（2）调节蛋白：分三大类 = 1 \* GB3 ①决定RNApol对启动序列的特异性识别和结合能力的顺式作用元件的特异因子。原核基因转录调节具有如下特点，1.σ因子决定RNApol识别的特异性，不同的σ因子决定特异基因的转录激活，决定mRNA、rRNA和tRNA基因的转录。2.操种子模型的普遍性，一个操重子只含有一个启动序列及数个可转录的编码基因。3.阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性。 转录水平的调控 原核生物基因多以操纵子（operon）的形式存在。操纵子由调控区与信息区组成，上游是调控区，包括启动子与操纵基因两部分。启动子是同RNA聚合酶结合并启动转录的特异性DNA序列，操纵基因是特异的阻遏物结合区。 乳糖操纵子调控的机制 E.coli的乳糖操纵子（lac operon）有三个结构基因Z、Y、A，分别编码β-半乳糖苷酶（β-galactosidase）、透酶（permease）和半乳糖苷乙酰化酶（galactoside acetylase）,其上游还有一个启动序列(P)和一个操纵基因(O)。在启动序列上游还有一个CAP蛋白的结合位点。由启动子、操纵基因和CAP结合位点共同构成乳糖操纵
第13 章基因表达调控 学习要求 1．掌握基因表达的相关概念及原理；原核生物转录起始的调节与操纵子模式；顺式作用元件的分类及转录因子的分类。 2．熟悉真核生物表达调控的特点；基因表达的时间、空间特异性。 3．了解基因表达调控的生理意义；其他转录调节机制及翻译水平调节机制；真核生物基因组结构特点；RNA polⅠ和RNA pol Ⅲ转录体系的调节；转录因子的结构。 基本知识点 基因表达调控是在细胞生物学、分子生物学以及分子遗传学研究基础上发展起来的新领域，涉及很多基本概念和原理。这些基本概念是认识原核、真核基因表达调控的基础。基因表达就是基因转录及翻译的过程。基因表达表现为严格的规律性，即时间、空间特异性。基因表达的方式有组成性表达及诱导或阻遏表达。原核生物、单细胞生物调节基因的表达是为适应环境、维持生长和细胞分裂。多细胞生物调节基因的表达除为适应环境，还有维持组织器官分化、个体发育的功能。 基因表达调控是在多级水平上进行的复杂事件。其中，转录起始是基因表达的基本控制点。基因转录激活调节基本要素涉及特异DNA序列, 调节蛋白以及这些因素通过何种方式对RNA聚合酶活性产生影响。除了转录起始水平的调节，其他水平，如基因激活、转录后加工、翻译及翻译后加工对原核及真核生物的基因表达均有调节作用。 大多数原核基因调控是通过操纵子机制实现的。E.coli的lac操纵子含Z、Y 及A三个结构基因，还包括一个操纵序列O，一个启动序列P在内的调控区，以及一个调节基因I。I基因与lac操纵区相邻，编码一种Lac阻遏蛋白。阻遏蛋白、分解代谢物基因激活蛋白（CAP）与调控区结合位点的结合调节着操纵子基因的转录。 真核基因表达调控的某些机制与原核存在明显差别。包括：真核细胞内含有多种RNA聚合酶；处于转录激活状态的染色质结构会发生明显变化，如对核酸酶敏感，DNA碱基的甲基化修饰，组蛋白的乙酰化，甲基化或磷酸化修饰等。此外，微小RNA对真核基因表达调控的影响也日益受到重视。 真核基因转录激活受顺式作用元件与反式作用因子相互作用调节。真核基因
第十三章基因表达的调控 Regulation of gene expression 一、授课章节及主要内容：第十三章基因表达的调控 二、授课对象：临床医学、预防、法医（五年制）、临床医学（七年制） 三、授课学时 本章共３学时，第一学时讲述基因表达调控的基本概念、原理，第二学时讲述原核生物转录调节，第三学时讲述真核生物转录调节、小结。 四、教学目的与要求 通过本章学习应该掌握基因表达调控的基本原理、原核生物转录调控模式、真核生物基因表达特点，了解基因表达的时空性及表达方式，原核生物与真核生物基因表达调控异同点。 五、重点与难点 重点：掌握基因表达、顺式作用元件、反式作用因子的概念。掌握原核生物操纵子模型调节机制，重点掌握乳糖操纵子。掌握真核生物转录水平的调节、顺式作用元件的分类、反式作用因子的分类、掌握RNA pol II转录起始、终止的调节。 难点：真核RNA pol II转录起始、终止的调节。 六、教学方法及授课大致安排 启发式教学，复习、提问、讲解、小结相结合。首先复习中心法则，然后提问：遗传信息的传递如何控制，有什么规律？重点讲述基因表达调控的原理、原核生物的转录调控模式，最后进行小结，并出几个思考题。 七、主要外文专业词汇 基因组（genome）时间特异性（temporal specificity） 基因表达（gene expression）阶段特异性（stage specificity） 管家基因（housekeeping gene）组成性基因表达（constitutive gene expression） 诱导（induction）阻遏（repression） 协调调节（coordinate regulation）操纵子（operon）
四、简述题 1. 简述增强子具有哪些特点。 答：（1）增强相邻启动子的转录活性 （2）两个方向都能起作用 （3）位于相邻启动子的上游或下游都能起作用 （4）远离转录起始点也能起作用 （5）具有组织或细胞类型的特异性 2. 简述原核基因转录调节特点。 答：原核基因转录调节有以下特点： （1）σ因子决定RNA聚合酶识别特异性 （2）操纵子模型的普遍性 （3）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性 1.为什么真核基因表达的空间特异性称为组织特异性？ 答：.多细胞真核生物同一基因产物在不同的组织器官、或不同基因产物在同一组织器官含量多少是不一样的，即在发育、分化的特定时期内，基因表达产物依组织细胞空间分布而表现差异，因此，真核基因表达的空间特异性又称组织特异性。 五、论述题 1.在有葡萄糖存在时，细菌是不利用乳糖的，当葡萄糖耗尽后，细菌才利用乳糖，试用乳糖操纵子解释其机理？ 答：乳糖操纵子由一个调节基因i、一个启动序列P、一个操纵序列O和能编码三个酶（β-半乳糖苷酶、透酶和乙酰基转移酶）的结构基因组成。在启动序列P上游还有一个分解代谢基因激活蛋白（CAP）结合位点，与P序列、O序列共同组成调控区。i基因编码一种阻遏蛋白，后者与O序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录起动。CAP分子内有DNA结合区及cAMP结合位点。当有乳糖存在时，乳糖转变为别乳糖，后者结合阻遏蛋白，使其构象改变，阻遏蛋白与O序列解离，在CAP蛋白协作下转录三种酶，促进对乳糖的利用。 但在有葡萄糖存在时，cAMP浓度降低，cAMP与CAP结合受阻，因此乳糖操纵子表达下降，即细菌中利用乳糖的酶减少；当葡萄糖耗尽后，cAMP浓度升高，cAMP与CAP 结合，此时CAP结合在启动序列附近的CAP位点上，可刺激RNA转录活性提高，细菌开始利用乳糖。 2.试论真核基因组结构特点。 答：⑴真核基因组结构庞大⑵单顺反子：与原核不同，真核基因为单顺反子，即一个结构基因经转录生成一个m RNA分子，进而翻译合成一条多肽链。 ⑶重复序列：真核基因重复序列比原核更多、更普遍。重复序列可长可短，重复频率也不尽相同。重复序列有种属特异性，基因组愈大，重复序列含量愈丰富。 ⑷基因不连续性：真核结构基因两侧存在有不被转录的非编码序列，往往是基因表达的调控区。在可转录的基因序列内部也有一些不为蛋白质编码的间隔序列，称内含子，编码序列称为外显子。因此真核基因是不连续的。 3.基因表达调控的意义何在？ 答：.生物体赖以生存的外环境是不断变化的。从低等生物到高等生物，包括人体中的所有活细胞都必须对内、外环境变化作出适当反应，调节代谢，以使生物体能更好地适应环境变化。生物体通过自身基因表达与调控的机制，不断调节相关蛋白质分子的活性与水平，增强对内外环境的适应能力。原核生物通过调节基因表达，更好地适应化学、物理等环境变化，调节代谢，维持细胞生长与分裂；真核生物通过基因的表达调控来调节代谢，适应环境，维持生长、发育与分化。
第十三章基因表达调控 单选题 1 原核生物基因表达调控的乳糖操纵子系统属于 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 2 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 3 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 内含子 E 外显子 4 真核生物用多种调节蛋白发挥生物学效应的作用方式是 A 提高RNA聚合酶的转录效率 B 降低RNA聚合酶的转录效率 C 提高DNA-蛋白质相互作用的特异性 D 降低DNA-蛋白质相互作用的特异性 E 以上都不是 5 下列属于顺式作用元件的是： A 启动子 B 结构基因 C RNA聚合酶 D 转录因子I E 转录因子Ⅱ 6 基因表达产物是： A RNA B DNA C 蛋白质 D 酶和DNA E 大多数是蛋白质，有些是RNA 7 顺式作用元件是指： A 非编码序列 B TATA盒 C CCAAT盒 D 具有调节功能的DNA序列 E 具有调节作用的蛋白质 8 反式作用因子是指 A 具有激活功能的调节蛋白 B 具有抑制功能的调节蛋白 C 对另一基因具有激活功能的调节蛋白 D 对另一基因表达具有调节功能的蛋白 E 是特异DNA序列 9 基因表达调控是多级的，其主要环节是 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 10 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 开始转录生成mRNA的DNA序列 C RNA聚合酶结合的DNA序列 D 产生阻遏物的基因 E 阻遏蛋白结合的DNA序列 名词解释 1 基因组 2 操纵基因 3 操纵子 4 增强子
第十三章基因表达调控 [測试题] 一、名词解释 1．基因表达(gene expression) 2．管家基因(housekeeping gene) 3．反式作用因子(trans-acting element) 4．操纵子(operon) 5．启动子(promoter) 6．增强子(enhancer) 7．沉默子(silencer) 8．锌指结构(zinc finger) 9．RNA干涉（RNA interference，RNAi） 10．CpG岛 11．反转重复序列(inverted repeat) 12．基本转录因子(general transcription factors) 13．特异转录因子(special transcription factors) 14．基因表达诱导(gene expression induction) 15．基因表达阻遏(gene expression repression) 16．共有序列(consensus sequence ) 17．衰减子（attenuator） 18．基因组（genome） 19．DNA结合域（DNA binding domain） 20．顺式作用元件(cis-acting element) 21．基因表达的时间特异性(temporal specificity) 22．基因表达的空间特异性(spatial specificity) 23．自我控制（autogenous control） 24．反义控制（antisense control） 二、填空题 25．基因表达的时间特异性和空间特异性是由____ 、____和____相互作用决定的。 26．基因表达的方式有____和____。 27．可诱导和可阻遏基因受启动子与＿相互作用的影响。 28．基因表达调控的生物学意义包括____ 、____。 29．操纵子通常由2个以上的＿序列与____序列,____序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成。30．真核生物基因的顺式作用元件常见的有____ 、____ 、____。 31．原核生物基因调节蛋白分为____ 、____ 、____三类。____决定____对启动序列的特异识别和结合能力；____与____序列结合，阻遏基因转录。 32．就基因转录激活而言，与其有关的要素有____ 、____ 、____ 、____。 33．乳糖操纵子的调节区是由____ 、____ 、____构成的。 34．反义RNA对翻译的调节作用是通过与 ____ 杂交阻断30S小亚基对____的识别及与____序列的结合。35．转录调节因子按功能特性分为____ 、____两类。 36．所有转录调节因子至少包括____ 、____两个不同的结构域。 37．转录因子DNA结构域常见的结构形式有____ 、____ 、____。 38．真核生物DNA依据重复频率，可将重复序列分为____ 、____ 、____。 39．当真核生物基因激活时，可观察到的染色体结构和性质的变化有____ 、____ 、____ 、____。40．基本转录因子是RNA聚合酶结合____所必须的一组蛋白质因子，决定____ 、____ 、____的转录。41．反转重复序列是指两个____序列在同一DNA链上____排列而成。
第十四章基因表达调控 一、教学的基本要求 解释基因表达的概念，简述基因表达方式和特点。 叙述原核生物、真核生物基因表达调控的意义 记住基因表达调控的要素，解释重要的概念，如顺式作用元件、反式作用因子、启动子和启动序列、增强子、转录因子等 描述乳糖操纵子结构及调解原理，解释乳糖操纵子概念 写出原核真核基因调控的主要区别。 二、教学内容精要 （一）基因表达的概念，规律（特点）及方式 1.基因组(genome) 一个细胞或病毒携带的全部遗传信息或整套基因，称为基因组。不同生物基因组所含的基因多少不同。在某一特定时期，基因组中只有一部分基因处于表达状态。在个体不同生长时期、不同生活环境下，某种功能的基因产物在细胞中的数量会随时间、环境而变化。 2.基因表达 基因表达（gene expression）就是基因转录和翻译的过程。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，产生具有特异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和tRNA 编码基因转录生成RNA的过程也属于基因表达。 3.基因表达的规律 基因表达表现为严格的规律性，即时间特异性（temporal specificity)、空间特异性（special specificity）。基因表达的时间、空间特异性由特异基因的启动子（promoter）和／或增强子（enhancer）与调节蛋白（regulatory protein）相互作用决定。 (1)时间特异性：噬菌体、病毒或细菌侵人宿主后，呈现一定的感染阶段。随感染阶段发展生长环境变化，有些基因开启（turn on)，有些基因关闭(turn off)。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，这就是基因表达的时间特异性。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。因此多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性（stage specificity）。 (2)空间特异性：在多细胞生物个体某一发育、生长阶段，同一基因产物在不同的组织器官表达多少是不一样的；在同一生长阶段，不同的基因表达产物在不同的组织、器官分布也不完全相同。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，这就是基因表达的空间特异性。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，因此基因表达的空间特异性又称细胞特异性或组织特异性（tissue specificity）。 4.基因表达的方式 不同种类的生物遗传背景不同，同种生物不同个体生活环境的差异，可导致不同的基因功能和性质也不相同。因此不同基因的表达方式或调节类型存在很大差异。 (1)组成性表达(constitutive gene expression）：某些基因产物对生命全过程都是必需的或必不可少的，这类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（housekeeping gene)。例如，三羧酸循环是一中枢性代谢途径，催化该途径各阶段反应的酶编码基因就属这类基因。管家基因较少受环境因素影响，它在个体各个生长阶段以及几乎全部组织中持续表达，变化很小。与其他基因的区别是这类基因表达被视为基本的、或
第十二章细胞分化与基因表达调控 主要内容： 第一节细胞分化（cell differentiation ） 第二节癌细胞（cancer cell） 第三节真核细胞基因表达的调控 第一节细胞分化（cell differentiation ） 一、细胞分化的基本概念 1、定义：在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不相同的细胞类群的过程。 2、细胞分化是基因选择性表达的结果：不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，并且表达产物决定细胞的形态结构和功能。 3、组织特异性基因与当家基因 1）组织特异性基因或称奢侈基因(luxury genes)：是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的功能； 2）当家基因(house-keeping genes)：是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的； 4、组合调控引发组织的特异性基因的表达 1）组合调控（combinational control）概念： 有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化的调控机制。即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调节完成的。 2）生物学作用： 借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白与其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚至可以诱发整个器官的形成（如眼的发育）。 3）分化启动机制：靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动。 5、单细胞有机体的细胞分化 与多细胞有机体细胞分化的不同之处： 前者多为适应不同的生活环境，而后者则通过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。 6、转分化与再生 1）转分化（Transdifferentiation）：一种类型的分化细胞转化为另一种分化类型的细胞的现象。2）去分化（Dedifferentiation）：分化细胞失去所特有的结构和功能变成具有未分化细胞特征的过程。 3）再生（Regeneration）：是指生物体缺失部分后重建过程，广义的再生可包括分子水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水平的再生。 二、影响细胞分化的因素 1、细胞的全能性(totipotency) 1）概念：是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性。 2）植物细胞具有全能性 3）动物细胞核移植(Nuclear transfer)实验证明细胞核具有发育全能性 4）多潜能性：高等动物细胞，随着胚胎的发育，细胞逐渐丧失了发育成个体的能力，仅具有分化成有限细胞类型及构建组织的潜能 5）干细胞：具有多潜能性的细胞称为干细胞。 ①胚胎干细胞(embryo stem cell)：具有分化成多种细胞类型及构建组织的潜能 ②造血干细胞
第十四章基因表达调控 一、A型选择题 1、目前认为基因表达调控的主要环节是B A、基因活化 B、转录起始 C、转录后加工 D、翻译起始 E、翻译后加工 2、关于管家基因叙述错误的是A A、在生物个体的几乎所有细胞中持续表达 B、在生物个体的几乎各生长阶段持续表达 C、在一个物种的几乎所有个体中持续表达 D、在生物个体的某一生长阶段持续表达 E、在生物个体全生命过程的几乎所有细胞中表达 2、SHUN式作用元件是指E A、基因5/的侧翼序列 B、基因的3/侧翼序列 C、基因的5/、3/侧翼序列 D、基因的5/、3/侧翼序列以外的序列 E、具有转录调节功能的特异DNA序列 3、反式作用因子是指D A、具有激活功能的调节蛋白 B、具有抑制功能的调节蛋白 C、对自身基因具有激活功能的调节蛋白 D、对另一基因具有激活功能的调节蛋白 E、对另一基因具有功能的调节蛋白 4、Lac阻遏蛋白结合乳糖操纵子（元）的B A、P序列 B、0序列 C、CAP结合位点 D、I基因 E、Z基因 5、构成最简单的起动子的常见功能组件是 A、TATA盒 B、CAAT盒 C、GC盒 D、上游调控序列（UAS） E、以上都不是 6、关于转录调节叙述错误的是B A、所有转录因子结构均含有DNA结合域和转录激活域 B、有些转录因子结构可能有DNA结合域或转录激活域 C、通过DNA-蛋白质或蛋白质-蛋白质相互作用发挥作用 D、转录因子调节作用是DNA依赖的或DNA非依赖的 E、大多数转录因子的调节作用属反式调节 7、大多数阻遏蛋白的去阻遏涉及小分子诱导剂的结合，例外的是 A、Lac操纵子的阻遏蛋白 B、Ara操纵子的阻遏蛋白 C、Trp操纵子的阻遏蛋白 D、E.coli的Lex阻遏蛋白 E、沙门氏菌鞭毛素基因阻遏蛋白
第十四章基因表达调 控
第十四章基因表达调控 一、教学的基本要求 解释基因表达的概念，简述基因表达方式和特点。 叙述原核生物、真核生物基因表达调控的意义 记住基因表达调控的要素，解释重要的概念，如顺式作用元件、反式作用因子、启动子和启动序列、增强子、转录因子等 描述乳糖操纵子结构及调解原理，解释乳糖操纵子概念 写出原核真核基因调控的主要区别。 二、教学内容精要 （一）基因表达的概念，规律（特点）及方式 1.基因组(genome) 一个细胞或病毒携带的全部遗传信息或整套基因，称为基因组。不同生物基因组所含的基因多少不同。在某一特定时期，基因组中只有一部分基因处于表达状态。在个体不同生长时期、不同生活环境下，某种功能的基因产物在细胞中的数量会随时间、环境而变化。 2.基因表达 基因表达（gene expression）就是基因转录和翻译的过程。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，产生具有特异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和tRNA编码基因转录生成RNA的过程也属于基因表达。 3.基因表达的规律
基因表达表现为严格的规律性，即时间特异性（temporal specificity)、空间特异性（special specificity）。基因表达的时间、空间特异性由特异基因的启动子（promoter）和／或增强子（enhancer）与调节蛋白（regulatory protein）相互作用决定。 (1)时间特异性：噬菌体、病毒或细菌侵人宿主后，呈现一定的感染阶段。随感染阶段发展生长环境变化，有些基因开启（turn on)，有些基因关闭(turn off)。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，这就是基因表达的时间特异性。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。因此多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性（stage specificity）。 (2)空间特异性：在多细胞生物个体某一发育、生长阶段，同一基因产物在不同的组织器官表达多少是不一样的；在同一生长阶段，不同的基因表达产物在不同的组织、器官分布也不完全相同。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，这就是基因表达的空间特异性。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，因此基因表达的空间特异性又称细胞特异性或组织特异性（tissue specificity）。 4.基因表达的方式 不同种类的生物遗传背景不同，同种生物不同个体生活环境的差异，可导致不同的基因功能和性质也不相同。因此不同基因的表达方式或调节类型存在很大差异。
第十三章基因表达调控 一、A型题 1.RNA聚合酶结合于操纵子的位置是 A、操纵基因区 B、阻遏物基因区 C、启动子 D、结构基因起始区 E、结构基因尾端 2.对乳糖操纵子的转录起诱导作用的是 A、葡萄糖 B、阿拉伯糖 C、阻遏蛋白 D、半乳糖 E、乳糖 3.以TATA为核心的TATA盒，最常见于 A、原核生物的启动子中 B、真核生物的启动子中 C、原核生物的操纵基因区 D、增强子中 E、原核生物的结构基因 区 4.对操纵子学说的正确说法是 A.操纵子是由结构基因，操纵基因和调节基因组成的 B.操纵子是由启动基因，操纵基因和结构基因组成的 C.调节基因是RNA聚合酶结合部位 D.mRNA的合成是以操纵基因为模板 E、当操纵基因与阻遏蛋白结合时，才能进行转录生成mRNA 5.操纵子调节系统属于 A、复制水平调节 B、转录水平调节 C、翻译水平调节
D、逆转录水平调节 E、翻译后水平调节 6.操纵序列是: A、诱导物结合部位 B、σ因子结合部位 C、辅阻遏物结合部位 D、DDRP结合部位 E、阻遏蛋白结合部位 7.乳糖操纵子示意图中字母的含义，正确的是 ＩＰＯＺＹＡ A、Ｏ代表启动子序列 B、Ｉ是操纵序列 C、I、O、P合称结构基因 D、Z、Y、A是结构基因 E、P产生阻遏蛋白 8.RNA聚合酶结合于操纵子的位置是 A、结构基因起始区 B、CAP结合位点 C、调节基因 D、启动序列 E、操纵序列 9.阻遏蛋白识别操纵子的位点是 A、启动子 B、结构基因 C、阻遏物基因 D、操纵基因 E、增强子 10.能与DNA结合并阻止转录的蛋白质称 A、正调控蛋白 B、反式作用因子 C、诱导物 D、阻遏物 E、分解代谢基因活化蛋白 11.长期服用苯巴比妥的病人可以产生耐药性的原因是 A、诱导合成混合功能酶，使药物分解加快 B、体内有竞争抑制作用 C、从肾脏排出增加 D、胃肠道消化酶破坏增加
第十四章细胞分化与基因表达调控 名词解释 1、细胞分化 2、细胞全能性、选择性剪接 4、细胞决定 5、管家基因 6、组织特异性基因（奢侈基因） 7、癌细胞P442 8、癌基因 9、抑癌基因 10、多能造血干细胞 11、定向干细胞 12、原癌基因 13、转分化 14、多潜能性 15、致癌因子 16、再生 17、接触抑制 填空题 1、在个体发育过程中，通常是通过来增加细胞的数目，通过来增加细胞的类型。 2、细胞分化的关键在于特异性的合成，实质是在时间和空间上的差异表达。 3、真核细胞基因表达调控的三个水平分别为、和。 4、从一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞，往往要经历和的过程。 5、根据分化阶段的不同，干细胞分为和；按分化潜能的大小，可将干细胞分为、和三种。 6、Dolly羊的诞生，说明高度分化的哺乳动物的也具有发育全能性，它不仅显示高等动物细胞的分化复杂性，而且也说明卵细胞的对细胞分化的重要作用。 7、基因与基因的突变，使细胞增殖失控，形成肿瘤细胞。 8、细胞分化是基因的结果，细胞内与分化有关的基因按其功能分为 和两类。 9、编码免疫球蛋白的基因是基因，编码rRNA的基因是基因。 10、癌症与遗传病不同之处在于，癌症主要是的DNA的突变，不是的DNA的突变。 选择题 1、细胞分化的实质是（） A、基因选择性表达 B、基因选择性丢失 C、基因突变 D、基因扩增 2、关于肿瘤细胞的增殖特征，下列说法不正确的是（）。 A、肿瘤细胞在增殖过程中，不会失去接触依赖性抑制 B、肿瘤细胞都有恶性增殖和侵袭、转移的能力 C、肿瘤细胞和胚胎细胞某些特征相似，如无限增殖的特性 D、肿瘤细胞来源于正常细胞，但是多表现为去分化 3、抑癌基因的作用是（）。 A、抑制癌基因的表达 B、编码抑制癌基因的产物 C、编码生长因子 D、编码细胞生长调节因子。 4、下列由奢侈基因编码的蛋白是（）。
第十四章细胞分化与基因表达调控 一、名词解释 1、细胞分化 2、癌基因 3、抑癌基因 二、填空题 1、在个体发育过程中，通常是通过来增加细胞的数目，通过来增加细胞的类型。 2、细胞分化的关键在于特异性的合成，实质是在时间和空间上的差异表达。 3、真核细胞基因表达调控的三个水平分别为、和。 4、从一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞，往往要经历和的过程。 5、根据分化阶段的不同，干细胞分为和；按分化潜能的大小，可将干细胞分为、和三种。 6、Dolly羊的诞生，说明高度分化的哺乳动物的也具有发育全能性，它不仅显示高等动物细胞的分化复杂性，而且也说明卵细胞的对细胞分化的重要作用。 7、基因与基因的突变，使细胞增殖失控，形成肿瘤细胞。 8、细胞分化是基因的结果，细胞内与分化有关的基因按其功能分为 和两类。 9、编码免疫球蛋白的基因是基因，编码rRNA的基因是基因。 10、癌症与遗传病不同之处在于，癌症主要是的DNA的突变，不是的DNA的突变。 三、选择题 1、细胞分化的实质是（） A、基因选择性表达 B、基因选择性丢失 C、基因突变 D、基因扩增 2、关于肿瘤细胞的增殖特征，下列说法不正确的是（）。 A、肿瘤细胞在增殖过程中，不会失去接触依赖性抑制 B、肿瘤细胞都有恶性增殖和侵袭、转移的能力 C、肿瘤细胞和胚胎细胞某些特征相似，如无限增殖的特性 D、肿瘤细胞来源于正常细胞，但是多表现为去分化 3、抑癌基因的作用是（）。 A、抑制癌基因的表达 B、编码抑制癌基因的产物 C、编码生长因子 D、编码细胞生长调节因子。 4、下列由奢侈基因编码的蛋白是（）。 A、肌动蛋白 B、膜蛋白 C、组蛋白 D、血红蛋白 5、关于细胞分化的分子生物学机制，下列说法不正确的是（） A、细胞表型特化的分子基础是特异性蛋白质的合成 B、已经分化的细胞仍旧具有全能性 C、细胞分化是基因选择性表达的结果 D、细胞分化的选择性表达是在mRNA水平上的调节 6、细胞分化过程中，基因表达的调节主要是（）水平的调节 A、复制 B、转录 C、翻译 D、翻译后 7、癌细胞的最主要和最具危害性的特征是（）。 A、细胞膜上出现新抗原 B、不受控制的恶性增殖
第十三章基因表达调控 【大纲要求】 一、掌握 1．基因表达的概念； 2．基因表达的方式； 3．原核生物操纵子调控模式。 二、了解 1．基因表达调控的基本原理； 2．真核生物基因表达调控。 【重点及难点提要】 一、重点难点 1．重点：乳糖操纵子基本结构及其在原核生物转录水平调控中的作用；真核生物基因组结构特点、参与转录水平调控的重要成分及其作用。 2．难点：原核生物阻遏蛋白的负性调节与CAP的正性调节及其相互协调；真核生物顺式作用元件与反式作用因子的相互识别与作用。 二、教学内容概要 基因表达就是指基因转录及翻译的过程，基因表达均表现为严格的规律性，即时间、空间特异性，其特异性由特异基因的启动序列和增强子与调节蛋白相互作用决定。某些基因产物对生命全过程都是必需的或必不可少的，这类基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达，称为管家基因，管家基因表达方式称基本的或组成性基因表达；另有一些基因表达很易受环境变化影响，有些基因对环境信号应答时被激活，基因表达产物增加，这种基因表达方式称为诱导；有些基因对环境信号应答时被抑制，基因表达产物水平降低，这种基因表达方式称为阻遏。原核生物、单细胞生物调节基因的表达是为适应营养环境变化，维持生长和细胞分裂，而多细胞生物调节基因的表达除为适应环境，还有维持组织器官分化、个体发育的功能。基因表达调控是在多级水平上进行的复杂事件，其中转录起始是基因表达的基本控制点。基因转录激活调节基本要素涉及DNA序列、调节蛋白以及这些因素对RNA聚合酶活性的影响。除了转录起始水平的调节，其他水平如基因激活、转录后加工、翻译及翻译后加工对原核及真核生物的基因表达均有调节作用。 大多数原核基因调控是通过操纵子机制实现的。E.coli操纵子含Z、Y及A三个结构基因，还有包括一个阻遏蛋白结合位点O序列、一个启动序列P在内的调控区以及一个调节基因I。I基因与lac操纵区相邻，编码一种lac阻遏蛋白，阻遏蛋白、分解代谢物基因激活蛋白（CAP）与调控区结合位点的结合调节着操纵子基因的转录。 真核基因转录激活受顺式作用元件与反式作用因子相互作用调节。真核基因顺式作用元件按功能特性分为启动子、增强子及沉默子，真核基因启动子就是决定RNA聚合酶转录起始位点的DNA序列，增强子是远离转录起始点，决定基因的时间、空间特异表达、增强启动子转录活性的DNA序列。反式作用蛋白就是指转录调节因子（或转录因子，TF），可分为基本转录因子和特异转录因子，基本转录因子是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种RNA（tRNA、mRNA及rRNA）转录的类别，特异转录因子通过结合它的调节序列激活或阻遏特异基因的转录。所有基因的转录调节都涉及包括RNA聚合酶在内的转录起始复合物的形成。 【自测题】 一、选择题 【A型题】