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
组成性基因表达。这类基因表达只受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响。事实上，组成性基因表达水平“不变”是相对的。
(2)诱导和阻遏：与管家基因不同，另有一些基因表达极易受环境变化影响。因外界信号的变化，这类基因表达水平可呈现升高或降低的现象。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，这种基因是可诱导（induction）的。可诱导基因在特定环境中表达增强的过程称为诱导。例如有DNA损伤时，修复酶基因就会在细菌内被诱导激活，使修复酶反应性地增加。相反，如果基因对环境信号应答时被抑制，这种基因是可阻遏（repression）的。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏。例如，当培养基中色氨酸供应充分时，在细菌内与色氨酸合成有关的酶编码基因表达就会被抑制。可诱导或可阻遏基因除受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响外，尚受其他机制调节；这类基因的调控序列含有特异刺激的反应元件。
（二）原核生物、真核生物基因表达调控的意义
1.适应环境、维持生长和增殖：生物体赖于生存的外环境是在不断变化的。从低等生物到高等生物，都必须对外环境的变化作出适当反应，调节代谢，使生物体能更好地适应变化的外环境。这种适应调节的能力与某些蛋白质分子的功能有关。细胞内某种功能的蛋白质分子有或无、多或少等数量变化是由这些蛋白质分子的编码基因表达与否、表达水平高低等状况决定的。原核生物、单细胞生物调节基因的表达就是为适应环境、维持生长和细胞分裂。高等生物也普遍存在适应性表达方式。经常饮酒者体内醇氧化酶活性高即与相应基因表达水平升高有关。
2.维持个体发育与分化：在多细胞个体生长、发育的不同阶段，细胞中的蛋白质分子种类和含量差异很大；即使在同一生长发育阶段，不同组织器官内蛋白质分子分布也存在很大差异，这些差异是调节细胞表型的关键。高等哺乳类动物各种组织、器官的发育、分化都是由一些特定基因控制的。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。
（三）基因表达调控的要素和概念
1.基因表达的多级调控
对于一个基因的编码产物—蛋白质来说，至少有以下几个环节可调节蛋白质在细胞内的浓度，即基因激活、转录起始、转录后加工、mRNA降解、蛋白质翻译、翻译后加工修饰及蛋白质降解等。上述任一环节机制发生异常均会影响某个基因的表达水平。所以，基因结构活化、转录起始、转录后加工及载运、翻译及翻译后加工等均为基因表达调控的控制点，其中转录起始是基因表达的基本控制点。
2.基因转录激活调节基本要素
(1)特异DNA序列：不同基因特异的表达方式与基因结构有关，这里主要指具有调节功能的DNA序列。原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子（元）机制实现的。操纵子（operator）通常由2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中串联组成。各种原核基因启动序列在转录起始点上游-10及-35区域，这些序列常常表现类似称为共有序列。一些细菌启动序列的共有序列（consensus sequence）在-10区域是TATAAT，又称Pribnow盒（Pribnow box），在-35区域为TTGACA。这些共有序列中的任一碱基突变或变异都会影响RNA聚合酶与启动序列的结合及转录起始。操纵序列与启动序列毗邻或接近，其DNA序列常与启动序列交错、重叠，它是原核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RNA聚合酶与启动序列的结合，或使RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，阻遏转录，介导负性调节。原核操纵子（元）调节序列中还有一种特异DNA序列可结合激活蛋白CAP，此时RNA聚合酶活性增强，使转录激活，介导正性调节（positive regulation)。
真核生物基因转录激活调节的序列比原核复杂。绝大多数真核基因调控（gene control）机制几乎普遍涉及编码基因两侧的DNA序列—顺式作用元件（cis-acting element）。所谓顺式作用元件就是指可影响自身基因表达活性的DNA序列。与原核基因类似，在不同真核基因的顺式作用元件中也会时常发现一些共有序列，如TATA盒、CCAAT盒等。这些共有序列就是顺式作用元件的核心序列，它们是真核RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。顺式作用元件并非都位于转录起始点上游（5′端）。根据顺式作用元件在基因中的位置、转录激活作用的性质及发挥作用的方式，可将真核基因的这些功能元件分为启动子、增强子及沉默子(silencer）等。
(2)调节蛋白：原核生物基因调节蛋白(regulation protein）都是一些DNA结合蛋白，分为三类：特异因子（specific factor）、阻遏蛋白(repressor）和激活蛋白（activator）。
1）特异因子：决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。
2)阻遏蛋白：可结合特异DNA序列－——操纵序列，阻遏基因转录。阻遏蛋白介导的负性调节机制在原核生物普遍存在
3)激活蛋白：可结合启动序列邻近的DNA序列，促进RNA聚合酶与启动序列的结合，增强RNA聚合酶活性。分解（代谢）物基因激活蛋白（CAP）就是一种激活蛋白。某些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚合酶很少或全然不能结合启动序列。
真核基因调节蛋白又称转录调节因子或转录因子（transcription factor,TF）。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(DNA-蛋白质相作用)反式激活另一基因的转录，故称反式作用蛋白或反式作用因子(trans-acting factor)。
(3)DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用：DNA-蛋白质相互作用指反式调节因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。这种结合通常是非共价结合，形成DNA-蛋白质复合物。绝大多数调节蛋白结合DNA前需通过蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction)形成二聚体(dimer)或多聚体。两分子单体通过一定结构域结合成二聚体，是调节蛋白结合DNA时最常见的形式。二聚体有同种分子间形成的同二聚体(homodimer)和异种分子间形成的杂二聚体(heterodimer)。杂二聚体比同二聚体具有更强的DNA结合能力；有时，有些调节蛋白经二聚活化后会丧失结合DNA的能力。另有一些调节蛋白不能直接结合DNA，而是通过蛋白质-蛋白质相互作用间接结合DNA，调节基因转录，这在真核生物很常见。不同的真核细胞中所含的转录调节因子种类及浓度不同，所以同一基因在不同细胞中的表达状态不同。
(4)RNA聚合酶：DNA元件、调节蛋白对转录激活的调节最终是由RNA聚合酶活性体现的。启动序列/启动子的结构、调节蛋白的性质对RNA聚合酶活性影响很大。
1)启动序列/启动子与RNA聚合酶活性：原核启动序列或真核启动子是由转录起点、RNA 聚合酶结合位点及控制转录的调节元件组成。启动序列或启动子核苷酸序列会影响与RNA 聚合酶的亲和力，而亲和力大小则直接影响转录启动的频率。如果一个启动序列的共有序列被置换为非共有序列，或非公有序列被置换为共有序列，则会得到使转录活性降低或增加两种截然不同的结果。真核RNA聚合酶单独存在时与启动子的亲和力低或无亲和力，必须与基因转录子形成复合物才能与启动子结合。真核RNA聚合酶的活性不仅与启动子序列有关，也与转录调节因子相关。
2)调节蛋白与RNA聚合酶活性：许多基因与管家基因不同，它们的基因产物浓度随环境信号而变化。因为这些基因激活所需要的一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下在细胞内表达，随后这些调节蛋白通过DNA-蛋白质相互作用、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性，使基础转录频率发生变化，出现表达水平变化。诱导剂、阻遏剂等小分子信号所引起的基因表达都是通过使调节蛋白质分子构象改变，直接(DNA-蛋白质相互作用)或间接(蛋
白质-蛋白质相互作用)调节RNA聚合酶转录起动过程。原核特异因子σ决定RNA聚合酶识别启动序列的特异性。例如，当细胞发生热应激时，全酶中通常的σ70被σ32所取代，这时RNA 聚合酶就会改变其对常规启动序列的识别、而结合另一套启动序列，启动一套基因表达。这就是所谓的热休克反应(heat shock response)。
(四)基因表达调控基本原理及真核与真核基因表达调控的区别
1.原核基因表达调控
(1)原核基因表达调控特点：原核特异记忆的表达也受多级调控，调控的关键机制主要发生在转录起始。概括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：原核生物细胞仅含有一种RNA聚合酶，核心酶参与转录延长，全酶参与转录起始。在转录起始阶段，σ亚基(又称σ因子)识别特异启动序列；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）操纵子（元）模型的普遍性：除个别基因外，原核生物绝大数基因按功能相关性成簇地串联、密集于染色体上，共同组成一个转录单位——操纵子（元），如乳糖（lac）操纵子、阿拉伯糖(ara)操纵子（元）及色氨酸（trp）操纵子（元）等。一个操纵子（元）只含一个启动序列及数个可转录的编码基因。通常编码基因为2～6个，多的可达20个以上，在同一启动序列控制下可转录出多顺反子mRNA。原核基因的协调表达就是通过调控单个启动基因的活性来完成。
3）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性：在很多原核操纵子（元）系统，特异的组遏蛋白是控制原核启动序列活性的重要因素。当阻遏蛋白与操纵序列结合或解聚时，就会发生特异基因的阻遏与去阻遏。原核基因的调控普遍涉及特异阻遏蛋白参与得开关调节机制。
（2）乳糖操纵子（元）调节机制
1）乳糖操纵子（元）的结构：Ecoli的乳糖操纵子（lac operon）含Z、Y及A三个结构基因，分别编码β–半乳糖苷酶、透酶和乙酰基转移酶，此外还有一个操纵序列O(operator,O)、一个启动序列P(promoter,P)及一个调节基因I。I基因编码一种阻遏蛋白，后者与O序列结合，使操纵子（元）受阻遏而处于关闭状态。在启动序列P上游还有一分解代谢物基因激活蛋白（catabolite gene activator protein,CAP）结合位点。由P序列，O 序列和CAP结合位点共同构成lac操纵子的调控区，三个酶的编码基因即由同一调控区调节，实现基因产物的协调调节。
2)阻遏蛋白的负性调节：在没有乳糖存在时，lac操纵子(元)处于阻遏状态。此时，I 序列表达的lac阻遏蛋白与O序列结合，阻遏RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录起动。当有乳糖存在时，lac操纵子(元)即可被诱导。在这个操纵子(元)体系中，诱导剂并非乳糖本身。乳糖经β-半乳糖苷酶催化，转变为半乳糖，它是真正的诱导剂。异丙基硫代半乳糖(isopropylthio-galactoside,IPTG)时一种强诱导剂，不被细菌代谢，十分稳定，被实验室广泛应用。
3）CAP的正性调节：分解代谢物基因激活蛋白CAP是同二聚体，在其分子内有DNA结合区及cAMP结合位点。当没有葡萄糖及cAMP浓度高时，cAMP与CAP结合，这时CAP与lac 启动序列附近的CAP位点结合，刺激RNA转录活性，使之提高50倍；当有葡萄糖存在时，cAMP浓度降低,cAMP与CAP结合受阻，因此lac操纵子表达下降。由此可见，对lac操纵子(元)来说CAP是正性调节因素，lac阻遏蛋白是负性调节因素。两种调节机制根据存在的碳源性质及水平协调调节lac操纵子的表达。
4）协调调节：lac阻遏蛋白负性调节与CAP正性调节两种机制协调合作，当lac阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用；但是如果没有CAP存在来加强转录活性，即使阻遏蛋白从操纵序列上解聚仍几无转录活性。可见，两种机制相辅相成、相互协调、相互制约。Lac操纵子(元)负性调节机制可以解释为：单纯乳糖存在时细菌是如何利用乳糖作碳
源的。因细菌生长环境是复杂的，倘若有葡萄糖或葡萄糖/半乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖才是最节能的。这时，葡萄糖通过降低cAMP浓度，阻碍cAMP与CAP结合而抑制lac操纵子转录，使细菌只能利用葡萄糖。葡萄糖对lac操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolec repession)。Lac操纵子强的诱导作用既需要乳糖存在又需要缺乏葡萄糖。
(3)其他转录调节机制：原核基因通过操纵子(元)机制调节是主要的，此外尚有其他特异调节机制，如转录衰减、基因重组、SOS反应等。
2.真核基因表达调控
(1)真核基因组结构特点
1）真核基因组结构庞大：哺乳类动物基因组DNA由约3×109bp(碱基对)的核苷酸组成。其中表达的基因约占全部基因组的6%。
2）单顺反子：与原核不同，真核基因转录产物是单顺反子(monocistron)，即一个编码基因转录生成一个mRNA分子、经翻译生成一条多肽链。有很多真核蛋白质由几条不同的多肽链组成，因此存在多个基因协调表达的问题。
3）重复序列：在真核DNA中重复出现的核苷酸序列较原核更普通。根据重复序列出现的频率可将重复序列区分为高度重复序列(106次)、中度重复序列(103～104次)及单拷贝序列。
4）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。在编码基因内部尚有一些不为蛋白质编码的间隔序，称内含子(intron)；编码序列称外显子(exon),因此真核基因是不连续的。
(2)真核基因表达调控特点：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）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，如活化基因对核酸酶高度敏感；当基因活化时，转录区DNA由拓扑结构变化；DNA 碱基修饰(如甲基化)变化及组蛋白变化。
2）正性调节占主导：真核RNA聚合酶对启动子的亲和力极小或根本没有实质性的亲和力，必须依赖一种或多种激活蛋白的作用。尽管已发现某些基因含有负性顺式作用元件存在，很多真核调节一种既可作为激活蛋白又可作为阻遏蛋白发挥调节作用，但负性调节元件并不普遍存在。真核基因组广泛存在正性调节机制。在正性调节中，大多数基因不结合调节蛋白即没有活性；只有细胞表达一组激活蛋白时，相关靶基因方可被激活。
3）转录与翻译分隔进行：真核细胞由细胞核及胞浆等区间分布，转录与翻译在不同细胞部位进行。
4）转录后修饰、加工：真核基因转录后剪切及修饰等过程比原核复杂。
（3）真核基因转录激活调节
1）顺式作用元件：按功能特性，真核基因顺式作用元件分为启动子、增强子及沉默子。
a.启动子：是原核操纵子（元）中启动序列的同义语。真核基因启动子是RNA聚合酶结合位点及其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（initiation site）以及一个以上的机能组件。在这些机能组件中最具典型意义的就是TATA盒，它位于转录起始点上游-25 ～ -30bp，控制转录起始的准确性及频率。TATA盒是基本转录因子TFⅡD结合位点。除TATA盒外，GC盒和CAAT盒也是很多基因常见的，它们通常位于转录起始点上游-30 ～ -110bp区域。此外，还发现很多其他类型的机能组件。由TATA盒及转录起始点即可构成最简单的启动子。
b.增强子：是远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性表达、增强启动子转录活性的DNA序列，它的作用方式通常与方向、距离无关。增强子也是由若干机能组件组成，有些机能组件既可在增强子、也可在启动子中出现。这些机能组件是特异转录因子结合DNA
的核心序列。如果没有增强子，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。对结构密切联系而无法区分的启动子、增强子样结构统称启动子。通常具有独立的转录活性和决定基因时间、空间特异性表达能力的启动子，就是这类定义的启动子。
c.沉默子：某些基因含有负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。
2）反式作用因子：除少数顺式作用蛋白，大多数转录调节因子以反式作用调节基因转录。这些调节蛋白又称转录调节因子，简称转录因子(TF)。按功能特性可将其分两类：
a.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转录的类别，又称基本转录因子。对RNA三种聚合酶来说，除个别基本转录因子是通用的，如TFⅡD；多数因子是不同RNA聚合酶所特有的。例如TFⅡD、TFⅡA、TFⅡB、IFⅡE、ⅡF及IFⅡH为RNA聚合酶催Ⅱ化所以mRNA转录所必需。
b.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。此类特异因子有的起转录激活作用，有的起转录抑制作用。转录激活因子通常是一些增强子结合蛋白；多数转录抑制因子(transcription inhibitor)是沉默子结合蛋白，但也有抑制因子以不依赖DNA的方式起作用，而是通过蛋白质-蛋白质相互作用、“中和”转录激活因子或TFⅡD，降低它们在细胞内的有效浓度，抑制基因转录。因为在不同的组织或细胞中各种特异转录因子分布不同，所以基因表达状态、方式不同。
3）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，而是先由基本转录因子TFⅡD组成成分TBP(TATA binding protein，TBP)识别TATA盒或启动元件(Inr)，并有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是惟一具有位点特异的DNA结合能力的因子，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，还需要其他因子如TBP相关因子(TAF)与TF ⅡD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转录。TBP 相关因子也是细胞特异的，与转录激活因子共同决定组织特异性转录。
【记忆方法】本章的概念和定义较多，应在理解的基础上加以记忆。例如：表达的时间特异性、表达的空间特异性、顺式作用元件、反式作用因子等。基因表达调控原理分为两个系统：原核与真核。原核系统应掌握其表达调控特点，熟记乳糖操纵子的结构与调节机制。调节机制包括阻遏蛋白的负性调节，CAP的正性调节和协调调节。真核系统要清楚真核基因结构的特点，真核基因表达调控特点，它以正性调节占主导，在转录激活调节中，有各种顺式作用元件及不同的转录调控因子。
三、典型试题分析
A型题
1.基因表达调控的基本控制点是（1996年生化试题）
A.基因结构活化
B.转录起始
C.转录后加工
D.蛋白质翻译及翻译后加工
E.mRNA从细胞核转运到细胞浆
【答案】B
【评析】本题考点：基因表达调控特点。
特异基因的表达受多级调控，它包括复制水平、转录起始、转录后加工和蛋白质翻译及翻译后加工等调节。但调控基因表达开、关的关键机制主要发生在转录起始。
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/负性调控
D.无调控作用
E.可有可无
【答案】A
【评析】本题考点：乳糖操纵子的表达调控机制。
乳糖操纵子的调节包括：阻遏蛋白的负性调节，分解代谢基因激活蛋白(CAP)的正性调节与协调调节三种形式。CAP的正性调节是在没有葡萄糖及cAMP浓度较高时，cAMP与CAP 结合，此时CAP结合在lac启动序列的CAP位点，刺激RNA转录活性，使其提高50倍；当有葡萄糖存在时，cAMP浓度降低，cAMP与CAP结合受阻，因此lac操纵子表达下降。
3.反式作用因子确切的定义是(1999年生化试题)
A.通过DNA-蛋白质或蛋白质-蛋白质相互作用控制任意基因转录的某一基因编码蛋白质
B.通过DNA-蛋白质或蛋白质-蛋白质相互作用控制另一基因转录的某一基因编码蛋白质
C.具有转录调节功能的蛋白质因子
D.具有翻译调节功能的蛋白质因子
E.具有基因表达调控功能的核因子
【答案】B
【评析】本题考点：反式作用因子的概念。
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(DNA蛋白质相互作用)反式激活另一基因的转录，故称反式作用蛋白或反式作用因子。
4.真核基因处于活化状态时对DNase I的敏感性表现为(1999年生化试题)
A.高度敏感性
B.中度敏感性
C.低度敏感性
D.不敏感
E.不一定
【答案】A
【评析】本题考点：活性染色体结构变化特点。
真核基因转录特点有三个方面，染色体转录区的多样性结构变化是其中之一。活化基因一个明显特性是对核酸酶高度敏感。另外还有DNA拓扑结构的变化，DNA碱基修饰变化及组蛋白的变化。
5.阻遏蛋白识别操纵子中的(2000年生化试题)
A.启动基因
B.结构基因
C.操纵基因
D.内含子
E.外显子
【答案】C
【评析】本题考点：操纵子的结构。
Eooli的乳糖操纵子含Z、Y、及A三个结构基因，此外还有一个操纵序列O；一个启动序列P及一个调节序列I。I基因编码一种阻遏蛋白，它与O序列结合，使乳糖操纵子受阻遏而处于关闭状态。
6.原核生物基因表达调控的乳糖操纵子系统属于(2000年生化试题)
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
【答案】B
【评析】本题考点：原核生物基因表达调控特点。
原则上讲，原核特异基因的表达也受多级调控，但调控基因表达开、关的关键机制主要发生在转录起始。
7.直接识别并结合真核基因TATA盒的是(2001年生化试题)
A．TFA B.TFB C. TFD D.TFF E.TFH
【答案】C
【评析】本题考点：真核基因转录调节的反式调节因子。
反式作用因子又称转录调节因子，按功能可分为两类：一类是基本转录因子，是RNA 聚合酶结合启动子必需的蛋白因子，在基本转录因子中，只有TFⅡD具有识别特异序列DNA
的功能。另一类是特异转录因子，为个别基因转录所必须的。
8.某基因在胚胎期表达、出生后不表达，是为（2003年生化试题）
A.空间特异性表达
B.时间特异性表达
C.器官特异性表达
D.组织特异性表达
E.细胞特异性表达
【答案】B
【评析】本题考点：基因表达的时间与空间的概念。
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。
X型题
1.下面关于启动子的描述正确的是(1990年生化试题)
A.作为模板转录成RNA
B.是DNA上的专一碱基顺序
C.具有多聚U尾巴和回文结构
D.作为转录酶的结合位点
【答案】BD
【评析】本题考点：顺式作用元件的作用。
真核基因顺式作用元件有启动子、增强子和沉默子。启动子是RNA聚合酶结合位点周围的转录调控组件。启动子包括至少一个转录起始点及一个以上的机能组件。机能组件中包括TATA盒，它控制转录起始的准确性及频率。除TATA盒外，GC盒和CAAT盒也是很多基因常见的。
2.真核基因结构特点是（1999年生化试题）
A.基因不连续性
B.单顺反子
C.含重复序列
D.一个启动序列后接几个编码基因
【答案】ABC
【评析】本题考点：真核基因的结构特点。
真核基因的结构特点包括：基因组结构庞大，基因转录产物为单顺反子，真核基因组中普遍含重复序列，真核结构基因两侧及编码基因内部，尚有不被转录的非编码序列，因此真核基因具有基因不连续性。
四、复习自测试题
（一）名词解释
1．基因组(genome)
2．基因表达(gene expression)
（二）选择题
A型题
I类题：
1.关于“基因表达”的概念叙述错误的是
A.其过程总是经历基因转录及翻译的过程
B.某些基因表达经历基因转录及翻译的过程
C.某些基因表达产物是蛋白质分子
D.某些基因表达产物不是蛋白质分子
E.某些基因表达产物是RNA分子
2.从侵入细菌到溶菌不同感染阶段噬菌体DNA的表达表现为
A.细胞特异性
B.组织特异性
C.空间特异性
D.阶段特异性
E.器官特异性
1.当培养基内色氨酸浓度较大时，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
2.如果一种化学修饰可促进蛋白质降解，这种化学机制
A.抑制这种蛋白质基因的表达
B.刺激这种蛋白基因的表达
C.调节这种蛋白基因的表达
D.与这种蛋白质基因的表达调节无关
B型题
A.操种子
B.启动子
C. 增强子
D. 抑制子（沉默子）
E.衰减子
1.大多数原核基因调控机制是
2.为真核基因组织特异性转录激活所必需
3.包含RNA聚合酶识别位点在内
4.包含转录起始点在内
X型题
I类题：
1.某基因在未分化细胞不表达、在分化细胞表达是
A.时间特异性
B.空间特异性
C.细胞特异性
D.组织特异性
2.Ecoli经紫外线照射引起DNA损伤时
A.DNA复制抑制
B.DNA复制增强
C.SOS基因去阻遏
D.DNA修复酶基因表达
II类题：
1.活性染色体通常具有的理化性质是
A.对核酸酶敏感
B.有超螺旋构象变化
C.有组蛋白化学修饰
D.CpG序列甲基化修饰
2.下列符合TATA盒的叙述是
A.通常位于转录起始点上游-25～-30
B.通常位于转录起始点上游-30～-100
C.TFⅡD的结合位点
D.TFⅡA的结合位点
（三）填空题
1.某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，即基因表达的时间特异性，又称________。
2.胰岛素在胰岛的β-细胞表达，而在α-细胞不表达，称为基因表达的细胞（或组织）特异性，又称为________。
（四）简答题
1.简述原核生物乳糖操纵子调控的基本机制。
2.简述反式作用因子DNA结合结构域中常见的特征性结构
五、习题参考答案
（一）名词解释
1．一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因，叫基因组
2．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，为基因表达。（二）选择题
A型题
I类题：
1.A
2.D
II类题
1.B
2.C
B型题
1.A
2.C
I类题：
1.AC
2.AC
II类题：
1.ABC
2.AC
（三）填空题
1.阶段特异性
2.空间特异性
（四）简答题
1.乳糖操纵子的调控机制为：在正常情况下，细菌利用葡萄糖作为碳源，其阻遏因子与操纵基因结合，阻断了结构基因的表达。当培养基中乳糖浓度升高而葡萄糖浓度降低时，乳糖作为诱导剂与阻遏因子结合，促使其变构并与操纵基因分离，基因被开放；此外，细胞中cAMP 浓度升高，cAMP与CAP结合并使之激活，后者与CAP结合位点相结合并促使RNA聚合酶与启动基因结合，从而转录mRNA。
2. （1）同源结构域此结构一般由两段α-螺旋构成，其间通过β-转角或成环连接，但常靠伸出的另一段α-螺旋才能稳定。该模体中的第二段α-螺旋为识别螺旋，能够识别特异的DNA序列，并使该模体能定向结合于DNA的大沟中。
（2）锌指模体此模体通常由一段富含Cys或His残基的多肽链组成。该序列中的4个Cys残基或His残基与Zn2+形成配位键，其余残基盘绕成识别螺旋，靠Zn2+与对侧的β-折叠结构相连，其识别螺旋能嵌入DNA双螺旋的大沟中而与之相结合。
（3）碱性亮氨酸拉链模体此模体由同二聚体或异二聚体组成，各亚基N-端保守的氨基酸残基盘绕为α-螺旋，该螺旋的N-端部分富含碱性氨基酸残基，而C-端部分具有疏水性，且每隔7个残基规律性出现1个Leu，侧链交替排列而使两段α-螺旋呈拉链状。两段α-螺旋的N-端部分呈八字形嵌入DNA大沟并与其特异的序列相结合。
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
第七章基因表达调控 一、选择 单选： 1. 关于“基因表达”的概念叙述错误的是 A. 其过程总是经历基因转录及翻译的过程 B. 某些基因表达产物是蛋白质分子 C. 某些基因表达经历基因转录及翻译等过程 D. 某些基因表达产物是RNA分子 E. 某些基因表达产物不是蛋白质分子 2. 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 3. 目前认为基因表达调控的主要环节是 A. 翻译后加工 B. 转录起始 C. 翻译起始 D. 转录后加工 E. 基因活化 4. 顺式作用元件是指 A. 基因的5’、3’侧翼序列 B. 具有转录调节功能的特异DNA序列 C. 基因的5’侧翼序列 D. 基因5’、3’侧翼序列以外的序列 E. 基因的3’侧翼序列 5. 一个操纵子（元）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. 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. 对另一基因具有功能的调节蛋白 7. 乳糖操纵子（元）的直接诱导剂是 A. 葡萄糖 B. 乳糖酶 C. β一半乳糖苷酶 D. 透酶 E. 别乳糖 8. Lac阻遏蛋白结合乳糖操纵子（元）的 A. CAP结合位点 B. O序列 C. P序列 D. Z基因 E. I某因 9. 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
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
第七章基因的表达与调控(上) 遗传信息从DNA（基因）经过一系列的反应，最后产生功能RNA或功能蛋白质的过程称为基因表达（gene expression），对这个过程的调节控制称为基因表达调控。组成型表达和调节型表达在细胞中，有些基因产物的量是比较恒定的，它们是细胞维持代谢必需的物质，如糖酵解途径中的酶及组成核糖体的蛋白质，这类基因的表达称为组成型表达（constitutive expression）；有些基因产物的量在不同的情况下变化很大，需要这类产物时基因表达，不需要时基因关闭，这类基因的表达称为调节型表达（regulated expression）。 真核与原核细胞转录与翻译调控特点的比较：负调控和正调控 σ因子是RNA聚合酶全酶的组成成分之一，它的功能是识别启动子，与RNA聚合酶的核心酶结合后启动转录。2. 不同的σ因子识别不同的启动子。 转录水平上的调节方式①代谢产物对基因表达的调节②衰减子对基因表达的调节③降解物对基因表达的调节④细菌的应急反应 1.代谢产物对基因表达的调节：在降解代谢途径中，起始端的酶的底物浓度往往决定是否合成这一途径中后续的各种酶（底物诱导）；而在合成代谢中，最终产物往往是调节物质（产物阻遏）。这些调节物质必须与反式作用因子（蛋白质）结合后才能起到调节基因表达的作用。 2.衰减子对基因表达的调节在这种调节方式中，起信号作用的是特定氨酰－tRNA的浓度，如对色氨酸操纵子来说，高浓度的色氨酰－tRNA抑制色氨酸操纵子的表达。具有这种调节方式的有大肠杆菌中的色氨酸操纵子、苯丙氨酸操纵子、苏氨酸操纵子、异亮氨酸操纵子和缬氨酸操纵子，以及沙门氏菌的组氨酸操纵子和亮氨酸操纵子、嘧啶合成操纵子等。 3.降解物对基因表达的调节在有葡萄糖存在的情况下，即使在细菌培养基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖或麦芽糖等诱导物，与其对应的操纵子也不会启动，这种现象称为葡萄糖效应或称为降解物抑制作用。这时，细菌所需的能量可以从葡萄糖得到满足，而无须启动一些不常用的基因去利用这些稀有的糖类。其机制是葡萄糖的存在会抑制细菌的腺苷酸环化酶，减少cAMP的合成，cAMP受体蛋白因没有cAMP与之结合而不能形成复合物。这种复合物是一个正调节物质，它可与操纵子上的启动子区结合，促进基因转录的启动。若培养基中缺乏葡萄糖，而有其它种类的糖，相应的操纵子就会启动。 4.细菌的应急反应上述3个方面是细菌处于正常生活条件下的基因表达调节方式，这种正常也包括生活环境中缺少某一种或两种物质，但能找到代用物。可是，细菌有时会遇到十分恶劣的环境，比如氨基酸饥饿时，就不是缺少一两种氨基酸，而是氨基酸全面匮乏。为了紧缩开支，渡过难关，细菌会产生应急反应，包括合成各种RNA、糖、脂肪和蛋白质在内的几乎全部生化反应过程均被停止。当氨基酸饥饿时，细胞中便存在大量的不带氨基酸的tRNA，这种空载tRNA会激活焦磷酸转移酶，使ppGpp大量合成，其浓度可增加10倍以上，ppGpp的出现会关闭许多基因，当然也会打开一些合成氨基酸的基因。ppGpp 的作用原理还不清楚，它不只影响一个或几个操纵子，而是影响一大批操纵子，所以它是超级调控因子。 原核生物基因的启动子有两个保守的区域，一个位于－10 处，称为Pribnow box，另一个位于－35处，称为Sextama box。通过缺失分析发现，强启动子Pribnow box和Sextama box之间的间隔为17±1bp，增大或减小这个间距能明显影 响启动子的强度。 原核细胞中只有一种RNA聚合酶，它催化所有种类RNA的 转录。真核细胞中有三种RNA聚合酶，分别称为RNA聚合 酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，它们催化转录的RNA种类不同。 大肠杆菌RNA聚合酶通常认为由5个亚基组成，即α2、β、 β＇及σ，这5个亚基组成的酶叫全酶，而只由α2、β、 β＇4个亚基组成的酶叫做核心酶。此外，还可以看到一 个相对分子量在10000左右的ω亚基，其功能尚不清楚； 后来又发现一个分子量为69000的酸性蛋白，称为NusA蛋 白，现在又称为转录延伸因子，其功能可能与RNA转录的 延伸和终止有关。σ亚基的主要功能是识别启动子；α亚 基的主要功能是参与和启动子的结合、DNA双链的解链和 恢复双螺旋；β亚基可能参与底物的结合及RNA合成时磷 酸二酯键的形成；β‘亚基的碱性最强，可能起到与DNA 模板结合的作用。不同的σ亚基识别不同类型的启动子。 二、乳糖操纵子与负控诱导系统 操纵子：细菌的基因组中，往往相关的基因聚集、串联在 一起，形成一个基因簇，它们编码同一代谢途径或相关代 谢途径中不同的酶，它们是一个多顺反子，共同表达，共 同调控，构成一个表达和调控的单元。这种单元称为操纵 子（operon）。 乳糖操纵子 lac operon乳糖（lactose）操纵子控制3个 酶的表达。即lac Z、lac Y、lac A，它们分别编码β－ 半乳糖苷酶、β－半乳糖苷透过酶和β－半乳糖苷乙酰基 转移酶。由于多顺反子mRNA中各基因翻译效率的不同，β -半乳糖苷酶：β－半乳糖苷透过酶：β－半乳糖苷乙酰基 转移酶合成的比例为1：0.5：0.2。大肠杆菌如果以乳糖 为唯一碳源和能源的话，前两种酶是必需的。 乳糖操纵子的表达调控：在不含乳糖及β－半乳糖苷的培 养基中，lac+基因型大肠杆菌细胞内β－半乳糖苷酶和透 过酶的浓度很低，每个细胞内大约只有1～2个酶分子，这 称为本底表达。但是，如果在无葡萄糖的培养基中加入乳 糖，酶的浓度很快达到细胞总蛋白量的6～7%，每个细胞 中可有超过105个酶分子。 乳糖操纵子的人工诱导物和底物实际研究中，很少使用乳 糖作为诱导剂，因为培养基中的乳糖会被诱导产生的β－ 半乳糖苷酶降解，使乳糖的浓度不断下降。实验室里常常 使用两种含硫的乳糖类似物异丙基硫代半乳糖苷（IPTG） 或甲基硫代半乳糖苷（TMG）作为诱导剂。在酶活性分析中 常用O－硝基苯半乳糖苷（ONPG）作为生色底物。 有一种阻遏蛋白突变，突变的阻遏蛋白不能与诱导物结合， 因此结构基因经诱导也不能表达。这种突变称为I s，这 种突变是顺反都显性的。 还有一种阻遏蛋白突变，突变的阻遏蛋白不能与操纵区结 合，结构基因组成型表达，这种突变称为I－d，这种突变 叫显性阴性（dominant negative）。 乳糖操纵子的阻遏调控：lacI（调节基因）的表达产物是 四聚体的阻遏蛋白（repressor），它结合到乳糖操纵子的 操纵区（operator），使转录不能进行。当有诱导物 （inducer）存在时，诱导物与阻遏蛋白结合，结合的复合物 不能与操纵区结合，转录得以进行。实际上，以乳糖为诱导物 时，并不是乳糖和阻遏蛋白结合，而是由乳糖（半乳糖－β－ 1,4－葡萄糖）的异构体异构乳糖（半乳糖－β－ 1,6－葡萄 糖）与阻遏蛋白结合。由乳糖转变成异构乳糖是由β－半乳糖 苷酶催化的。在β－半乳糖苷酶催化下，多数乳糖降解成葡萄 糖和半乳糖，也生成一些异构乳糖。这些异构乳糖与阻遏蛋白 结合，使得操纵子处于开放状态。 乳糖操纵子表达中的葡萄糖效应当培养基中有葡萄糖存在 时，细胞吸收葡萄糖，同时半乳糖苷透过酶受到抑制，阻止乳 糖吸收。这叫诱导物排斥（inducer exclusion）。 乳糖操纵子表达中的葡萄糖效应除了抑制乳糖吸收外，葡萄 糖还通过另一种机制阻止乳糖操纵子表达。PTS中的II AGlc 在磷酸化状态时刺激腺苷酸环化酶的活性，使ATP转变成 cAMP，当介质中有葡萄糖时，II AGlc在输入葡萄糖的过程中， 本身被脱磷酸化，脱磷酸化的II AGlc降低腺苷酸环化酶的活 性，使cAMP减少。而cAMP也是乳糖操纵子表达的必需因子。 这是乳糖操纵子表达的另一种调控机制。cAMP可与其受体蛋 白CRP （ cyclic AMP receptor protein ，也叫catabolite activator protein， CAP ）结合，形成复合物，结合到乳糖 操纵子的启动子区域，从而使得RNA聚合酶能够与启动子结 合，转录得以进行。没有cAMP－CRP复合物与启动子的结合， RNA聚合酶不能结合到启动子上。很多操纵子的转录需要cAMP －CRP复合物的参与，尤其是那些－10和－35序列保守性不 强的启动子。 色氨酸（tryptophan）操纵子编码的酶负责色氨酸的生物合 成。色氨酸操纵子的表达与否根据培养基中有无色氨酸而定。 当培养基中有足够的色氨酸时，这个操纵子自动关闭，缺乏色 氨酸时操纵子打开。 色氨酸操纵子的组成色氨酸的合成分5步完成。每一步需要 一个酶，编码这5种酶的基因是紧密连锁在一起的，这5个基 因被转录在一条多顺反子mRNA上。这5个基因分别称为trpE、 trpD、trpC、trpB、trpA，它们分别编码了邻氨基苯甲酸合成 酶、邻氨基苯甲酸焦磷酸转移酶、邻氨基苯甲酸异构酶、色氨 酸合成酶和吲哚甘油－3－磷酸合成酶。另外，前导区和弱化 子（attenuator，也叫衰减子）区分别称为trpL和trpa。为 trp操纵子调控合成阻遏蛋白的基因是trpR，该基因离trp操 纵子很远。 色氨酸操纵子有两个表达控制机制，一个是阻遏系统控制，另 一个是衰减子控制。 色氨酸操纵子的阻遏系统控制在细胞内缺少色氨酸时，trpR 合成的辅阻遏蛋白（aporepressor）不能与色氨酸操纵子的操 纵区结合，操纵子可以表达；当细胞内色氨酸较多时，色氨酸 与辅阻遏蛋白结合，产生的复合物与操纵区结合，阻止操纵子 表达。 色氨酸操纵子的弱化子调控阻遏－操纵机制对色氨酸操纵 子是一个粗调开关，负责转录是否启动。trp操纵子中还有一 个细调开关，这个开关负责已经启动的转录是否能继续进行下 去，这个细调开关就是弱化子。它通过调控mRNA的转录是否 在达到第一个结构基因之前就终止转录，这种转录提前终止是 受细胞内色氨酸的浓度控制的。 弱化子的功能在色氨酸操纵子的操纵区（O区）与第一个结 构基因trpE之间有一段前导序列，长162bp，其中有起始密 码子AUG和终止密码子UGA。当细胞中缺少色氨酸时，转录可
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。