原核生物与真核生物基因表达的区别
最佳答案
原核生物的机体能在基因表达过程的任何阶段进行调控，如调控可在转录阶段、转录后加工阶段和翻译阶段进行。
转录的调控主要发生在起始阶段，这样可避免浪费能量合成不必要的转录产物。
通常不在转录延伸阶段进行调控，但可在终止阶段进行调控，终止可以防止越过终止子而进行下一个基因的转录。
RNA 的初级转录产物本身是一个受调控的靶分子，转录物作为一个整体其有效性可以受到调控，例如，它的稳定性可以决定它是否保存下来用于翻译。此外，初级转录产物转变为成熟分子的加工能力可决定最后mRNA 分子的组成和功能。
在真核细胞中，还可对RNA 从核到胞浆中的转运进行调控。但是在细菌中，mRNA 只要一合成，就可用于翻译。翻译也像转录一样，在起始阶段和终止阶段进行调控。DNA 转录的起始和RNA 翻译的起始路线也很相似。
真核生物基因表达的调控要比原核生物复杂得多，特别是高等生物，不仅由多细胞构成，而且具有组织和器官的分化。细胞中由核膜将核和细胞质分开，转录和翻译并不是偶联，而是分别在核和细胞质中进行的，基因组不再是环状或线状近于裸露
DNA ，而是由多条染色体组成，染色体本身结构是以核小体为单位形成的多极结构，
真核生物的个体还存在着复杂的个体发育和分化，因此说真核生物的基因表达调控是多层次的，从DNA到RNA 到有功能蛋白质多途径进行调控的。
主要的调控途径有如下几个方面：
①DNA 和染色体水平上的调控：基因的拷贝数扩增或丢失和基因重排，DNA 修饰，在染色体上的位置，染色体结构（包括染色质、异染色质、核小体）都可影响基因表达。
②转录水平上的调控：转录起始的控制和延伸的弱化对mRNA 前体的水平都会产生影响。
③转录后RNA 加工过程和运送中的调控：真核基因转录出的mRNA 前体，要经过加工才能成熟为mRNA ，包括切割、拼接、编辑、5`和3`末端修饰等，成熟的mRNA 再运出细胞核。
④翻译水平上的调控：5`端前导序列形成茎环结构降低翻译水平或抑制蛋白结合5`端，阻止mRNA 的翻译。
⑤翻译后的调控：翻译后产生的蛋白质常常需要修饰和加工如磷酸化、糖基化、切除信号肽及构象形成等，才能成为有活性的蛋白质，可以利用这个过程有选择地激活或灭活某些蛋白质。
⑥mRNA 降解的调控：控制mRNA 寿命就能控制一定数目的mRNA 分子产生蛋白质数量，这种调控是由mRNA 3`端的序列决定的。（为什么是有其决定？？）
真核生物基因表达调控过程与原核生物的不同之处
2010-8-29 09:12
最佳答案
①真核生物中编码蛋白质的基因通常是间断的、不连续的，由于转录时内含子和外显子
是一起转录的，因而转录产生的信使RNA 必须经加工，将内含子转录部分剪切掉，将外显子转录部分拼接起来，才能成为成熟的RNA 。
②真核生物有细胞核，核膜将核质与细胞质隔开，因此，转录在细胞核中进行，翻译在细胞质中进行。可见其转录和翻译具有时间和空间上的分隔。
③真核生物大多是多细胞生物，个体发育过程中要发生细胞分化。分化是不同的基因特异性表达的结果。细胞中关闭或开启某些基因，都是在严格调控作用下进行的。基因的这种特异性表达的调控机制也是真核生物所特有的。
图3-14 真核生物基因表达过程示意图
真核生物基因表达调控的过程与原核生物有许多共同之处。例如，在真核生物结构基因的侧翼序列上，同样存在着许多不同的调控序列，真核生物通过特异性蛋白与某些调控序列的结合与否，来调控基因的转录。
但是，真核生物基因表达调控与。原核生物也有许多不同之处。例如，真核生物中编码蛋白质的基因通常是间断的、不连续的，由于转录时内含子和外显子是一起转录的，因而转录产生的信使RNA必须经过加工，将内含子转录部分剪切掉，将外显子转录部分拼接起来，才能成为有功能的成熟的信使RNA。而原核生物的基因由于不含有外显子和内含子，因此，转录产生的信使RNA不需要剪切、拼接等加工过程。
再有，原核生物基因的转录和翻译通常是在同一时间同一地点进行的，即在转录未完成之前翻译便开始进行。如大肠杆菌乳糖分解代谢过程中，三个结构基因的转录和翻译就是同时在细胞质中进行的。真核生物由于有细胞核，核膜将核质与细胞质分隔开来，因此，转录是在细胞核中进行的，翻译则是在细胞质中进行的。可见。真核生物基因的转录和翻译具有时间和空间上的分隔。上述真核生物基因转录后的剪切、拼接和转移等过程，都需要有调控序列的调控，这种调控作用是原核生物所没有的。
真核生物的基因表达过程与原核生物的基因在时空上不同，因而真核生
物的基因在原核生物内表达可能出现问题。这是什么意思啊？
一是时间：原核细胞转录和翻译偶联，转录和翻译几乎同时进行。真核细胞原初转录物不能翻译，需要进行后加工才能翻译。二者在转录与翻译的时间上分离。
二是空间：原核细胞转录和翻译几乎都在拟核区进行，没有明显空间上的区分真核细胞转录在核内进行，翻译在胞质进行。二者转录和翻译在空间上隔离。
第三节真核生物基因表达的调控
原核生物操纵元调控中的一些原理也存在于真核生物基因表达中，但是，多细胞真核生物的形态、结构、功能和生长发育过程要比原核生物复杂得多，具有精确的发育程序和
大量分化的特殊细胞群，因此它需要更为多样化的调控机制。
首先，高等真核生物的基因组远比细菌基因组大，包含的DNA 量和遗传信息也多得多。例如，根据已测定的基因组全部序列，E.coli 有4.6 ×106 bp，可编码4288个基因，每个基因含有约1100bp。这个基因长度与已全部测序的8 个原核生物相似。真核生物啤酒酵母有1.2 ×107bp，可编码5885个基因，每个基因含约2000bp。在高等植物中，据对拟南芥菜第4 染色体长臂的一段长为1.9 ×106 bp 的DNA 片段全序列测定，这段DNA 可编码389 个基因，每个基因有4800bp。这些结果说明，高等生物基因组中有很多重复序列。据分析，人类基因组有3×109 bp，编码蛋白质的基因约为3.5 万个。其余的都是重复序列。高等植物不同物种的基因组大小差别很大，如拟南芥有1×108bp，水稻有4.3 ×108 bp，小麦则有1.6 ×1010 bp。高等植物的基因组中很多是重复序列，尤其是象小麦这类DNA 含量高的大基因组，重复序列比例更大。很多重复序列与调控作用有关。例如，
拟
南芥的重复序列在转基因烟草中具有基因表达增强子的作用。
其次，真核生物的DNA 与组蛋白等结合形成染色质，染色质结构的变化可以调控基因表达。真核生物基因表达分散在整个基因组的各个染色体上，而不象细菌那样全部基因
串连在一起。所以真核生物不仅存在同一染色体上不同基因间的调控问题，而且还存在不同染色体之间的基因调控问题。
第三，在真核生物中，不同组织的细胞在功能上是高度分化的。
大多数真核生物都是多细胞的复杂有机体，在个体发育过程中，由一个受精卵经过一系列的细胞分裂和分化形成不同类型的细胞和组织。分化就是不同基因表达的结果。在不同的发育阶段和不同类型的细胞中，基因表达在时空上受到严密的调控。例如，在动物胰脏细胞中不会产生视网膜色素，而在视网膜细胞中也不会产生胰岛素。真核细胞具有选择性激活和抑制基因表达的机制。如果基因在错误的时间或细胞中表达、表达不足或过量地表达，都会破坏细胞的正常代谢，甚至导致细胞死亡。
原核生物大多是单细胞的，在相同的环境条件下，同一群体的细胞对环境的变化具有基本相同的反应，基因的表达基本一致。但是在相同的环境条件下，多细胞真核生物体内的不同细胞的反应则全然不同，只有部分或很少一部分细胞的基因表达直接受到环境条件变化的影响，其余细胞中的基因表达只是间接受到影响或者基本不受影响。这就保证了真核生物的一些主要组织和器官在千变万化的环境条件下能够维持正常功能。
第四，真核生物细胞的转录和翻译在时间和空间上是分隔的。
真核生物具有由核膜包被的细胞核，基因的转录和翻译分别在细胞核和细胞质中进行。因此，转录的RNA 还必须经过加工以及从细胞核中运输到细胞质中才能行使功能，而且，相对于原核生物来说，mRNA 的寿命比较长。这就为翻译水平的调控提供了方便。
真核生物基因表达可以在多个层次上进行调控
综上所述，真核生物基因表达的调控远比原核生物复杂，可以发生在DNA 水平、转录水平、转录后的修饰、翻译水平和翻译后的修饰等多种不同层次（图真核生物基因表达中可能的调控环节）。但是，最经济、最主要的调控环节仍然是在转录水平上。（是因为，at the very beginning 就阻止了，就避免了不必要的浪费！！）（一）DNA水平的调控
DNA水平上的调控是通过改变基因组中有关基因的数量、结构顺序和活性而控制基因的表达。这一类的调控机制包括基因的扩增、重排或化学修饰。其中有些改变是可逆的。
1、基因剂量与基因扩增细胞中有些基因产物的需要量比另一些大得多，细胞保
持这种特定比例的方式之一是基因组中不同基因的剂量不同。例如，有A、B
两个基因，假如他们的转录、翻译效率相同，若A 基因拷贝数比B基因多20
倍，则A基因产物也多20 倍。组蛋白基因是基因剂量效应的一个典型实例。
为了合成大量组蛋白用于形成染色质，多数物种的基因组含有数百个组蛋白基
因拷贝。（基因拷贝数不同）
基因剂量也可经基因扩增临时增加。两栖动物如蟾蜍的卵母细胞很大，是正常体细胞的一百倍，需要合成大量核糖体。核糖体含有rRNA分子，基因组
中的rRNA基因数目远远不能满足卵母细胞合成核糖体的需要。所以在卵母细胞发育过程中，rRNA基因数目临时增加了4000 倍。卵母细胞的前体同其他体细胞一样，含有约500 个rRNA基因（rDNA）。在基因扩增后，rRNA基因拷贝数高达2×106。这个数目可使得卵母细胞形成1012 个核糖体，以满足胚胎发育早期蛋白质大量合成的需要。
在基因扩增之前，这500个rRNA基因以串联方式排列。在发生扩增的3周时间里，rDNA不再是一个单一连续DNA片段，而是形成大量小环即复制环，以增加基因
拷贝数目。这种rRNA基因扩增发生在许多生物的卵母细胞发育过程中，包括鱼、昆虫和两栖类动物。目前对这种基因扩增的机制并不清楚。在某些情况下，基因扩增发生在异常的细胞中。例如，人类癌细胞中的许多致癌基因，经大量扩增后高效表达，导致细胞繁殖和生长失控。有些致癌基因扩增的速度与病症的发展及癌细胞扩散程度高度相关。
2．基因丢失
在一些低等真核生物的细胞分化过程中，有些体细胞可以通过丢失某些基
因，从而达到调控基因表达的目的，这是一种极端形式的不可逆的基因调控方式。
如某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育到一定阶段后，许多体细胞常常丢失整条染色体或部分染色体，而只有在将来分化生殖细胞的那些细胞中保留着整套的染色体。在马蛔虫中，个体发育到一定阶段后，体细胞中的染色体破碎，形成许多小的染色体，其中有些小染色体没有着丝粒，它们因不能在细胞分裂中正常分配而丢失，在将来形成生殖细胞的细胞中不存在染色体破碎现象。但是，基因丢失现象在高等真核生物中还未发现。
3．DNA重排（基因重排）
基因重排（gene rearrangement）是指DNA分子中核苷酸序列的重新排
列。这些序列的重排可以形成新的基因，也可以调节基因的表达。这种重排是由基因组中特定的遗传信息决定的，重排后的基因序列转录成mRN，A 翻译成蛋白质。
尽管基因组中的DNA序列重排并不是一种普通方式，但它是有些基因调控的重要机制，在真核生物细胞生长发育中起关键作用。
⑴酵母交配型转换。
啤酒酵母交配型转换是DNA重排的结果。酵母菌有两种交换型，分别a 和α。单倍体a 和α 之间配合才能产生二倍体a/ α，经减数分裂及产孢过程形成单倍体四分子，其中a和α 的孢子的比例为2：2。如果单独培养基因型a和α 的孢子，由于仅有与亲代相同的交配型基因型，所以形成的孢子之间不能发生交配。但酵母菌中有一种同宗配合交配类型，其细胞可转换成对应的交配类型，使细胞之间可发生配合。如图8-18 所示。
起始的单倍体孢子（这里是α）发育成一个母细胞及一个芽细胞，芽细胞再长成子细胞。在下一次分裂后，这个母细胞及新形成的子细胞转换成对应的交配型a，结果是两个α 和两个a 型细胞。相对应交配型细胞融合形成a/α 二倍体合子（交配）。再经有丝分裂及产孢过程又形成单倍体孢子。这种交配型转换的基础是遗传物质的重排。控制交配型的MAT基因位于酵母菌第3 染色体上，MATa和MATα 互为等位基因。含有MATa单倍体细胞为a 交配型，具有MATα 基因型的细胞为α 交配型。MAT位点的两端，还有类似MAT基因的HMLa和HMRa 基因，他们分别位于第3 染色体左臂和右臂上。这两个基因分别具有与MATα 和MATa 相同的序列，但在其基因上游各有一个抑制转录起始的沉默子，所以不表达。
交换型转换是由HO内切核酸酶（HO endonuclease）的作用开始的（图8 －19）。这个内切酶将MATa基因内的一段24bp 的双链DNA切开，另一种核酸外切酶在双链DNA的切口，从5′到3′加工产生一段突出的3′单链尾端序列（约500个核苷酸），MATa基因用这一段单链系列插入到MATα 基因的同源序列中，以HMLα 序
列为模板，合成一段新的HMLα 基因序列，再通过重组使HMLα 整合到MATa序列中，导致基因转换，由MATa转换成MATα。在这个重组过程中，有一段244bp 的重组强化子（recombinant enhancer, RE）对重组起顺式调控作用，是基因转换所必须的，RE缺失则不能发生基因转换。这段RE序列也位于第3 染色体左臂上，靠近HMLα 位点。
MAT基因编码一种与MCM1转录因子互作的调控蛋白，控制其它基因转录。MATa和MATα 基因产物对MCM1具有不同的影响，因而表现出不同的等位基因特异表达模式。在红色面包霉及其它真菌中出现的四分孢子异常比例，也是重组后产成的基因转换形成的。
（2）动物抗体基因重排
一个正常哺乳动物可产生108 以上不同的抗体分子，每一种抗体具有与特定抗原结合的能力。抗体是蛋白质，每一种特异抗体具有不同的氨基酸序列。如果抗体的遗传表达是一个基因编码一条多肽链，那么一个哺乳动物就需要108 以上的基因来编码抗体，这个数目至少是整个基因组中基因数目（现在估计人类基因组中编码蛋白质的基因大概只有30000个左右）的1000 倍。这是不可能实现的!
那么哺乳动物是采用什么机制形成如此众多的不同抗体分子的呢？首先我们看一下抗体分子的结构（图抗体分子结构）。抗体包括两条分别约440个氨基酸的重链（heavy chain, H）和两条分别约214个氨基酸的轻链（light chain, L）。不同抗体分子的差别主要在重链和轻链的氨基端（N端），故将N端称为变异区（variable region, V ），N端的长度约为110 个氨基酸。不同抗体羧基端（C 端）的序列非常相似，称为恒定区（constant region, C）。抗体的轻链、重链之间和两条重链之间由二硫键连接，形成一种四链（H2L2）结构的免疫球蛋白分子。在人类基因组中，所有抗体的重链和轻链都不是由固定的完整基因编码的，而是由不同基因片段经重排后形成的完整基因编码的。
完整的重链基因由VH、D、J 和C 四个基因片断组合而成，完整的轻链基因由VL、J 和C三3 个片段组合而成。
人的第14号染色体上具有86 个重链变异区片段（VH），30个多样区片段（diverse ，D），9个连接区片段（jioning ，J）以及11个恒定区片段（C）。
轻链基因分为3个片段，变异区（VL），连接区（J）和恒定区（C）。人类的轻链分为2 型：κ 型（Kappa 轻链，κ）和λ 型（Lambda轻链，λ）。κ 轻链基因位于第2 号染色体上，λ 轻链基因位于第22 号染色体上。
人类基因组中
抗体基因片断
抗体组成
基因座位
所在染色体
基因片断数目
D
J
C
重链
IGH
14
86 30
11 Kappa 轻链（κ）
IGK
2
76
5
1 Lambda 轻链（λ）
IGL
22
52
7
随着B淋巴细胞的发育，基因组中的抗体基因在DNA水平发生重组，形成编码抗体的完整基因（图人类抗体重链基因结构）。在每一个重链分子重排时，首先V 区段与D区段连接，然后与J 区段连接，最后与C区段连接，形成一个完整的抗体重链基因。每一个淋巴细胞中只有一种重排的抗体基因。
轻链的重排方式与重链基本相似（图人类抗体κ链基因结构），所不同的是轻链由3 个不同的片断组成。
重链和轻链基因重排后转录，再翻译成蛋白质，由二硫键连接，形成抗体分子。
产生免疫球蛋白分子多样性的遗传控制：
重链和轻链的不同组合，κ、λ、H；
在重链中，V、D、J 和C片段的组合；
κ 轻链中V 和C的组合；
λ 轻链中V、J 和C 的组合；此外，基因片段之间的连接点也可以在几个bp 的范围内移动。因此，可以从约300 个抗体基因片段中产生109 数量级的免疫球蛋白分子。
4. DNA 甲基化和去甲基化
在真核生物DNA分子中，少数胞嘧啶碱基第5 碳上的氢可以在甲基化酶的催化下被一个甲基取代，使胞嘧啶甲基化(methylation) 。
甲基化多发生在5′－CG－3′二核苷酸对上。有时CG二核苷酸对上的两个C都甲基化，称为完全甲基化，只有一个C甲基化称为半甲基化。甲基化酶可识别这种半甲基化DNA分子，使另一条链上的胞嘧啶也甲基化。
DNA的甲基化可以引起基因的失活。活跃表达的基因都是甲基化不足的基因。表达活性与甲基化程度呈负相关。甲基化的程度可以在转录的充分激活和完全阻遏之间起调节作用。把甲基化和未甲基化的病毒DNA或细胞核基因分别导入活细胞，已甲基化的基因不表达，而未甲基化的能够表达。在大鼠个体发育过程中，核内DNA甲基化的水平失不断提高的，14d 的胚胎肝脏只有8％的rDNA 甲基化，18d的胚胎肝脏有30％的rDNA甲基化，而成年大鼠肝组织中rDNA的甲基化程度高达60％。
某些玉米Ac 转座因子在没有任何DNA序列变化的情况下，失去了转座酶基因活性，就是因为这个基因的富含CG区域发生了高度甲基化。经化学处理去甲基化后，又可使转座酶基因活性恢复。
(二)转录水平的调控
持家基因和奢侈基因
在多细胞的高等真核生物中，各种类型的细胞中都有相同的一些基因在表达，这些基因的产物是维持细胞的正常结构、运动、以及参与新成代谢等生命活动所必须的，由于它们的功能对于每一个细胞来说都是必不可少的，所以将这些基因称为持家基因(house keeping gene)。如组蛋白基因、核糖体蛋白基因、线粒体蛋白基因、糖酵
解酶基因等。在哺乳动物中，持家基因大约有10000 个左右。
另一类基因是组织特异性基因 (tissue-specific gene ), 又称为奢侈基因(luxury gene) 。这类基因与细胞的特定功能有关，是在各种组织中选择性表达的基因。如表皮的角蛋白基因、肌细胞中的肌动蛋白基因和肌球蛋白基因等。据估计，各类细胞中的奢侈基因的总和大于持家基因的数目。
持家基因和奢侈基因的表达调控通常发生在转录水平。
前面介绍了细菌中的基因经诱导可使表达效率提高千倍以上。这种极端的调控水平很难发生在真核生物基因表达中 (酵母菌除外) 。大多数真核生物基因经诱导可提高几倍至数十倍的表达效率。多数真核生物基因转录水平的调控是正调控。
1、真核基因表达调控的顺式作用元件
顺式作用元件(cis-acting element) 是指DNA分子上对基因表达有调节活性的特定核苷酸序列。顺式作用元件的活性只影响同一DNA分子上的基因。这种DNA序列多位于基因上游或内含子中。
真核基因的顺式作用元件按其功能可以分为：启动子、增强子和静止子。启动
子的结构和功能
启动子是转录因子和RNA聚合酶的结合位点，位于受其调控的基因上游，邻近基因转录起始点，是基因的一部分(图真核生物启动子元件 )。
TATA框( TATA box)：中心位于－30位置，是RNA聚合酶Ⅱ识别和结合位点。富含AT 碱基，一般有8bp，改变其中任何一个碱基都会显著降低转录活性，又称为Hogness box。如人类的β 珠蛋白基因启动子中TATA序列发生突变，β 珠蛋白产量就会大幅度下降而引起贫血症。
CAAT框(CAATb ox)：位于－70～－80位置，共有序列
GGCC(T)CAATC。T 决定启动子的起始频率。兔的β 珠蛋白基因的CAAT框变成TTCCAATC，T其转录效率只有原来的12％。
GC框(GC box) ：－110位置，GGGCG。G增强转录活性。
真核基因的启动子有三个元件构成，而原核基因的启动子一般只有两个元件，-10 位置的TATAbox和－35 位置的TTGACAbo。x
增强子的结构和功能
增强子( enhancer )，又称强化子 (transcriptional enhancer )，是一种远端调控元件，至少距转录起始点上游100bp以上，通常位于－700～－1000 处，所以又称为上游激活序列(upstream activator sequence, UAS) 。
增强子区的跨度一般有100－200bp，和启动子一样，由一个或多个各具特征的DNA序列组成，常由8－12bp 的核心序列和其他序列相间排列。
增强子也要通过与特定的蛋白质因子(转录因子)结合而实现其对转录的增强作用。
静止子是一种类似增强子但起负调控作用的顺式作用元件。有人称为沉默基因。静止子与相应的反式作用因子结合后，可以使正调控系统失去作用。
2、真核基因调控的反式作用因子
不论是启动子还是增强子序列，他们的转录调节功能都是通过与特定的
DNA结合蛋白的相互作用而实现的。
真核生物的RNA聚合酶与原核生物的RNA聚合酶不同，它本身不能启动转录，纯化了的真核生物RNA聚合酶在体外是不能启动转录的。因此必须事先有一套转录因子装配到启动子上，RNA聚合酶才能启动转录。
这些转录因子一般并不是RNA聚合酶的组成成分。
能直接或间接识别各种顺式调控元件并与之结合从而调控基因转录效率的各种蛋白质分子称为反式作用因子(trans-acting factor) 。
能激活真核生物基因转录的蛋白质称为转录因子(transcription factor, TF) 。转录因子是参与正调控的反式作用因子，是转录起始过程中RNA 聚合酶所需要的辅助因子。
这类DNA结合蛋白有很多种，顺式调控元件也有多种，正是不同的DNA 序列和不同的DNA结合蛋白之间在空间结构上的相互作用，以及蛋白质与蛋白质之间的相互作用，构成了复杂的基因转录调控机制。
真核生物的RNA聚合酶
类型
产物
rRNA
Ⅱ
MRNA, snRNA
Ⅲ
5S rRNA
tRNA
反式作用因子的结构特征反式作用因子一般都具有三个不同功能结构域(domain) 。(看来我研究的ER也是一种反式作用因子？也是转录因子！)
①DNA结合结构域(不就是ER的BD么？？)与顺式调控元件结合的
部位
对大量转录调控因子结构的研究表明，DNA结合结构域大多在100bp 以下。大体上有4 种结构特征：
α 螺旋－转角－α 螺旋（helix-turn-helix, HTH）结构（图螺旋-转角-螺旋）、
锌指（zinc finger）结构（图锌指结构）、
亮氨酸拉链（leucine zipper）结构（图亮氨酸拉链）等。
②激活基因转录的功能结构域一般有20－100 个氨基酸组成。有时一个反式作用因子可能有一个以上的转录激活区。结构特征有：含有很多带负电荷的α 螺旋、富含谷氨酰胺或者富含脯氨酸。
③与其他蛋白质因子结合的结构域不同的反式调控因子（转录因子）与顺式调控元件相互作用，启动转录的效率不同。
2．选择性启动子
有些真核生物基因具有两个或两个以上的启动子，用于在不同细胞中表达。不同启动子可产生不同的初级转录产物和不相同的蛋白质编码序列。果蝇的乙醇脱氢酶基因是一个典型的例子。这个基因的结构见图8-31A。在幼虫（图
8-31B）和成虫期（图8-31C）分别利用不同启动子进行转录。成虫期的转录具有一段很长的5'端前导序列，其中大多数在mRNA加工中去掉。多启动子可使幼虫和成虫具有独立的转录调控。
真核基因表达的激素调控
多细胞真核生物的一些基因表达经常受到体内外激素（hormone）的控制。许多甾类激素如皮质激素、盐皮质激素、雌激素、雄激素和一些多肽激素都可以诱导某些基因的转录。
如昆虫发生变态时多线染色体的疏松区有规律变化就是由蜕皮激素控制的。双翅目昆虫幼虫的唾腺细胞内有巨大的唾腺染色体，其上的横带被认为相当于基因或操纵元。在幼虫发育的不同阶段，可以看到一个或几个横带发生疏松现象（图8-33 ）即染色丝高
度松散而不缠绕。同位素标记试验证明，疏松区出现大量新合成的mRN。A 疏松出现的时间和部位随着发育阶段而顺序消长。以果蝇唾腺染色体为例，其幼虫在三龄前期，第III 染色体不出现疏松。到三龄后期，74区EF段、75区B段和78区D段出现疏松（图8-34）。进入蛹期，上述3个区段的疏松消失，71区C-E段出现疏松。化蛹期，71区C-E段的疏松消失，而
74 区EF段和75区B段重新出现疏松。说明74区EF段和75区B段的基因作用与幼虫的蜕皮和化蛹有关。
74区EF段和75区B段在蜕皮时发生疏松是和幼虫体内分泌的蜕皮激素有关。蜕皮激素是一种类固醇化合物，由幼虫前胸腺分泌，传送到虫体各部分，激活74区EF段和75区B段的基因，导致幼虫蜕皮。如果在三龄早期用尼龙线将唾腺部分紧紧扎起，如图8-35 所示，被结扎的受到蜕皮激素的作用，提前化蛹，而后半部分仍为幼虫。取出唾腺细胞进行检查，发现前半部分唾腺细胞中第III 染色体上74区EF段、75区B段和78区D段都有疏松出现。
更为直接的证据是用蜕皮激素注入摇蚊四龄幼虫体内，15～30 分钟后，在唾腺染色体Ⅰ的18 区C段形成疏松。大约1H 后，疏松体积扩大到最大限度。正常情况下，摇蚊幼虫或蛹蜕皮时，正是在I-18-C 区段出现疏松。说明蜕皮激素引起该部位基因的活化。
类固醇是疏水性很强的化合物，可经扩散通过质膜进入细胞。在细胞中，类固醇与其受体结合形成二聚体。而类固醇受体本身是一组转录因子，具有与DNA结合的保守序列。这种二聚体一旦与目的基因启动子结合，即可直接启动目的基因转录。而且，类固醇受体必须在类固醇存在时，才能与DNA结合，起始基
因转录（图激素调控）。（和我研究的ER一模一样！）
（三）转录后调控
在真核生物中，蛋白质基因的转录产物统称为核不均一RNA，必须经过加工才能成为成熟的mRNA分子。在第三章已经讲过，加工过程包括三个方面：加帽、加尾和去掉内含子。
转录后的内含子剪切过程在基因表达的调控中具有重要意义。
选择性mRNA切割
我们知道，在DNA水平上，真核生物基因与原核生物基因有一个明显的不同之处，也就是真核生物的基因是不连续的，外显子与内含子相间排列，而转录的时候外显子和内含子是一起转录的。转录以后必须降内含子切除，才能形成成熟的mRNA分子。这个过程成为剪接（splicing ）。
同一初级转录产物在不同细胞中可以用不同方式切割加工，形成不同的成熟mRNA分子，使翻译成的蛋白质在含量或组成上都可能不同（图选择性剪接）。例如，老鼠α- 淀粉酶基因，由于切割位置不同使来自同一基因的转录产物产生不同mRNA分子（图8-32）。α -淀粉酶基因的编码序列从外显子2 中第50bp处开始，与外显子3及其他外显子连接。在腺体中，外显子S与2连接（外显子L作为内含子同1 和2一起切割掉了）。在肝脏中，外显子L与2连接，而外显子S与内含子1 及前导序列L 一起被
切割掉了。这样加工以后，外显子S 和L 分别成为腺体和肝脏mRNA的前导序列，形成的不同mRNA以不同速率翻译成蛋白质。
果蝇的Dscam基因经过选择性剪切可以产生38000 种不同的产物，超过整个基因组全部基因数目的2 倍。
四）翻译水平的调控
在真核生物中，基因表达的调控主要发生在转录水平上，但是，翻译水平的调控也是十分重要的。
阻遏蛋白与mRNA结合，可以阻止蛋白质的翻译。
铁蛋白的功能是在细胞内贮存铁。铁蛋白mRNA的翻译取决于铁的供应。铁供应充足，则铁蛋白合成就多。当细胞中没有铁时，阻遏蛋白与铁蛋白mRNA 结合，阻止翻译的进行。当细胞中有铁存在时，阻遏蛋白就不与铁蛋白mRNA结合，使翻译得以进行。
成熟的mRNA可以失活状态贮存起来。例如，植物的种子可以贮存多年，一旦条件适合，立即可以发芽。在种子萌发的最初阶段，蛋白质合成活跃，但是却没有mRNA的合成。20世纪50 年代，在辽宁省新金县出土的莲子，已经在地下埋没了一千多年，播种后仍然能够发芽开花。看来，mRNA很容易降解，这句话也不一定正确啊！！动物中也有这样的情况。海胆卵内的mRNA在受精前是不翻译的，一旦受精，蛋白质的合成立即开始。用放线菌素D处理，蛋白质仍然能够翻译。放线菌素D 可以抑制mRNA的转录，这说明指导蛋白质合成的mRNA是早已存在于卵细胞内的，而不是当时转录的。
当海胆受精卵发育一段时间，再用放线菌素D处理，蛋白质的合成就会停止。
（五）翻译后调控
从mRNA翻译成蛋白质，并不意味着基因表达的调控就结束了。直接来自核糖体的线状多肽链是没有功能的，必须经过加工才具有活性。在蛋白质翻译后的加工过程中，还有一系列的调控机制。
1．蛋白质折叠
线性多肽链必须折叠成一定的空间结构，才具有生物学功能。在细胞中，蛋白质的折叠必须有伴蛋白的作用下才能完成折叠。
2．蛋白酶切割
末端切割
有些膜蛋白、分泌蛋白，在氨基端具有一段疏水性强的氨基酸序列，称为信号肽，用于前体蛋白质在细胞中的定位。信号肽必须切除多肽链才具有功能。
脊椎动物胰腺中形成的胰岛素，最初的长度是105 个氨基酸，称为前胰岛素原，在加工中首先将氨基端的24 个氨基酸残基切除，成为前体胰岛素，再将中间的一段切除，留下两端有活性的部分，即21 个氨基酸残基的A 链和30 个残基的B 链，这两条链再由两个二硫键连接成有生物活性的胰岛素。
多聚蛋白质的切割
有些新合成的多肽链含有几个蛋白质分子的序列，切割以后产生具有不同功能
的蛋白质分子。如脑下丘腺产生的一种多肽链，包括4种不同的激素分子，
经蛋白酶切割以后成型。在不同的细胞中切割的方式和位点不同，从而产生多
种不同的激素，适应不同细胞生长发育的需要。
3、蛋白质的化学修饰
简单的化学修饰是将一些小的化学基团，如乙酰基、甲基、磷酸基加到氨基酸侧链上，或者加到氨基端或羧基端。这种修饰的方式是特异的，不同蛋白质可以有完全相同的修饰，相同的蛋白质可以有完全不同的修饰。有些蛋白质经磷酸化活化以后，在基因表达中具有重要的调控作用。
复杂的修饰是蛋白质的糖基化（glycosylation ），就是将一些分子量很大的碳水化合物加到多肽链上。
人类的ABO血型也是蛋白质化学修饰的典型例子。控制ABO血型的是一个复等位基因座位，编码负责将糖基加到红细胞膜上的糖蛋白分子上的酶。这个座位上有三个基因（alleles ），编码三个不同的酶。一个是将N－乙酰－半乳糖胺（N－acety －galactosamine ）加到糖蛋白上，表现为A 血型。第二个酶是将半乳糖
（galactose ）加到糖蛋白上，表现为B 血型。第三个基因编码的是一个没有功能的酶，不能将任何糖加到糖蛋白上，表现为O血型。
4、切除蛋白质内含子
有些mRNA翻译的最初产物同DNA转录的最初产物一样，具有内含子
（intein ）序列，位于多肽链序列的中间，经剪接后，蛋白质的外显子（extein ）才能连接成为成熟的蛋白质。
蛋白质内含子的切割位点十分保守。内含子前面的氨基酸通常是半胱氨酸，仅有少数是丝氨酸，而后面总是组氨酸－天门冬酰氨，紧接着内含子的外显子序列通常是半胱氨酸、丝氨酸或苏氨酸。内含子内的有些序列也是十分保守的。
内含子的一个重要特点是具有自动切割加工的能力。例如，果蝇胚胎发育有一种蛋白质Hedgehog，其内含子就能将本身的前提蛋白切割成两个有功能的蛋白质分子。
内含子的另一个特点是，有些切割下来的内含子具有核酸内切酶活性。这种酶可以识别DNA序列中与编码自身序列对应但没有自身编码序列的位置，并将其切开，
使内含子的编码序列插入这个位置。如果一个细胞中与这个内含子有关的基因是杂合体，一个含有编码内含子的序列，另一个不含编码内含子的序列，加工切割下来的蛋白质内含子可以切开没有编码内含子序列的DNA，使其插入相
应序列，使杂合体成为纯合体。
激活子激活子是一种与强化子结合的蛋白（所以是反式作用因子！），也属于一种转录因子。能促进转录的是正激活子，而抑制转录的是负激活子，他们控制基因转录的时间、地点和效率。正激活子中又包括真激活子和抗阻遏物激活子，前者是与启
动子区域的转录复合体直接接触来激活转录；后者是通过改变
染色质的结构，以便其他转录因子的结合，从而提高转录效率的。
（1）真激活子包括两个功能区域（具有特殊功能的一段氨基酸）：与强化子结合的DNA 结合区域和与转录复合体中的蛋白质互作的反式调控激活区域。真核生物基因的转录真激活因子最早是在酵母菌中发现的，这种真激活因子也具有两个不同的区域，其DNA结合区域具有特定的三维结构，包括α- 螺旋- 转角- α-螺旋、锌指和碱性亮氨酸拉链。HTH是最早发现的DNA结合区域，λ 噬菌体的cro 阻遏物以及乳糖和色氨酸阻遏蛋白均具有HTH 构型。HTH的三维构型中由转角分隔的两个α-螺旋与DNA结合（图8-27）。与其他DNA结合蛋白不同的是，HTH不能单独折叠或与DNA结合，他只是DNA结合蛋白的一部分，HTH 构型以外的氨基酸在控制识别和结合DNA中具有重要作用。许多控制发育过程的真核生物基因具有HTH构型。几乎所有生物都具有的同型异位盒，在一段180 个氨基酸中，由60氨基酸组成的同型异位区域就形成HTH构型。在这60个氨基酸中有许多精氨酸和赖氨酸，以及其他保守的氨基酸序列。
具有锌指构型的蛋白是一种参与许多真核生物基因调控的转录因子，最早在爪蟾转录因子TFIIA 中发现的。现在知道，这种构型存在于致癌基因、果蝇中控制发育的基因、以及受生长因子和分化信号诱导合成的蛋白质序列中。一个锌指区域包括两个半胱氨酸（Cys）以及两个组氨酸族，其保守重复序列为Cys- N2- Cys- N12- 14- His- N3- His 。其中的Cys 和His 残基与锌离子形成的配位键，使氨基酸折叠成环，形成类似于手指的构型（图8-28 ）。锌指蛋白可形成的手指数目为2－13。每个手指包括约23 个氨基酸残基，各手指由7－8 个氨基酸连接。锌指与DNA 大沟结合并环绕DNA分子（图8-28 ）。在大沟内，锌指与特异DNA碱基互作，并可能与碱基尤其是富含GC 的区形成氢键。
第三种DNA结合蛋白区域是碱基亮氨酸拉链，bZIP 具有可形成蛋白质- 蛋白质二聚体的亮氨酸拉链区（LP）。LP最早是在老鼠肝脏中的一种核蛋白中发现的，具有35 个氨基酸残基，其中有4 个亮氨酸，每个之间正好相距7 个其他氨基酸，两端是碱性氨基酸。这种区域形成的α- 螺旋的侧面，每两圈有一个伸出的亮氨酸，当两个这样的蛋白质分子形成二聚体时，两个α- 螺旋之间由亮氨酸残基间的疏水作用力形成一条拉链，碱性α- 螺旋与DNA 中的磷酸残基和碱基结合，使二聚体形成一种剪刀结构（图8-29 ）。
除了DNA结合区域外，激活子还具有与其他转录因子互作的区域，与结合在启动子的转录因子或直接与RNA聚合酶互作，这些区域的长度为30－100 个氨基酸。有些激活子还具有与辅助激活子互作的区域。
（2）抗阻遏激活子抗阻遏激活子是通过染色质重建来激活基因表达的。染色质结构在细胞间期到有丝分裂期发生变化，其中最重要的是基因表达时发生染色质重建。研究表明，当基因转录或即将起始转录时，染色质DNAI 酶降解敏感或超敏感。而在基因完全不转录是，染色质对DNAI 酶不敏感，着是因为DNA 酶I 很容易消化开放（即松散）的染色质，不能消化紧缩的染色质。所以染色质结构成为基因表达的开关。
有两种不同方式可以改变染色体结构。一种方式是通过ATP水解- 重建复合体途径催化的。酵母菌中的SWI/SNF系统属于这种类型。SWI/SNF是具有11 个亚基的复合体，广泛存在于酵母菌及其他真核生物中。这种重建复合体通过激活子、转录因子以及与不同的重建复合体一起作用于靶基因。有些激活子可以结合并打开紧缩的染色质，
改变DNA与核小体中心颗粒缠绕的途径，或改变核小体中心颗粒本身的结构，从而促进转录因子及RNA聚合酶与启动子结合，起始转录。
重建染色质的另一种方式是经组氨酸乙酰转移酶（HAT）修饰组氨酸。当一个乙酰基转移到组蛋白末端的碱性氨基酸后，会降低碱性组蛋白与酸性DNA 之间的吸引力。HAT也是在特异激活子的作用下作用于靶位点。重建复合体与HAT 总是以协同工作的方式重建染色质，通常在强化子位点发生的染色质重建，再延伸扩展到基因的启动子位点，使RNA聚合酶等与启动子结合，转录RNA。有些可结合特殊蛋白的DNA 序列，称为隔绝元件（insulator element），可以阻止染色质重建扩展到临近基因。另外，乙酰化的组蛋白也可在组氨酸脱乙酰酶（histone deacetylase, HD ）作用下除去乙酰基，恢复紧缩的染色质结构。
酵母菌乳糖代谢的正调控早在1900 年就被发现的酵母菌乳糖代谢酶诱导系统，是真核生物中最早研究的基因调控系统之一。酵母菌半乳糖基因的作用方式与细菌中的乳糖操纵元和阿拉伯糖操纵元相似，半乳糖的存在与否决定半乳糖代谢基因是否表达。在没有半乳糖时，基因不表达；加入半乳糖后，mRNA 浓度可迅速增加1000 倍。但是只有在低浓度葡萄糖存在时，才出现这种诱导表达，说明酵母菌半乳糖基因表达也是受另一种方式调控的，即代谢抑制。半乳糖基因是受GAL4调控蛋白调控，调控蛋白存在时激活基因转录，因此，酵母菌半乳糖基因表达是正调控。这里利用两个半乳糖基因
GAL1和GAL10来说明这种基因调控机制。这两个基因的转录受一个长约170bp的上游激活序列（UAS）调控，UAS与强化子的功能相似，其染色质结构为组成型开放，没有核小体，对DNA 酶I 超敏感。这种开放的染色质结构需要SWI/SNF重建复合体参与。UAS序列具有4 个GAL4蛋白质（Gal4p ）结合位点，无论基因是否转录，这4 个位点总是与Gal4p 结合。同时，Gal4p 又受另一个调控蛋白GAL80p的负调控，GAL80p总是与Gal4p 结合，覆盖了GAL4p的活性中心（图8-30 ），当磷酸化的半乳糖与Gal80p/Gal4p 复合体结合时，改变他们的构型，使Gal4p 的活性中心外露，结果诱导gal 基因表达。这种诱导系统涉及一种蛋白质激酶。这个诱导过程包括集中其他转录因子，进一步重建染色质，以使gal 基因启动子的TATA盒能与TBP 结合。
Gal4p 含有881个氨基酸，具有能识别UAS序列的DNA结合区域，以及一个激活转录的反式调控区域。利用不同的Gal4p 缺失突变进行功能性研究表明，这个蛋白质的N端（1－98个氨基酸）是与UASD NA结合的区域；还有两个转录激活子区域，分别位于第148至第196个氨基酸（I ）和第768至第881个氨基酸处（II ）。利用重组DNA技术构建不同Gal4p 缺失突变体，分析其DNA 结合和转录激活功能，结果表明，含DNA结合区域以及一种转录激活区域的构建体都降低转录活性。
转录活性区域功能性研究还分离出一些突变体，可提高转录效率，他们都含有较多的带负电荷的氨基酸，一个具有4 个带负电荷氨基酸的突变，可将转录效率提高9 倍。这些结果表明，转录激活的过程涉及蛋白质-蛋白质的互作，
从而引起染色质重建，稳定DNA与RNA聚合酶的结合，提高转录区域DNA双链的解链效率，加速RNA聚合酶的释放，或引导和稳定同启动子或RNA聚合酶结合的其他因子。
真核生物基因和原核生物基因的表达有哪些主要差异?
2011-3-15 15:58
提问者：weqwe1214 | 浏览次数：510 次
推荐答案
2011-3-15 16:19 若是高中阶段，下面这句话就差不多够用了吧。相同点：原核生物和真核生物的基因组成大体上都分为编码区和非编码区；不同点：原核生物的基因编码区是连续的，而真核生物的基因编码区是不连续的，分为内含子和外显子。
要更详细的话，下面
基因上，真核生物和原核生物基因表达不同。因为真核生物的基因结构比较复杂（有内含子、外显子之分，且有复杂的调控用非编码序列，还有多个染色
体????）具体来说：
1. 在真核细胞中，刚转录出来的RNA 初级转录物包含内含子和外显子。然后在酶的催化下对它的两端进行修饰，内含子被剪切。最后成熟的RNA 从细胞核迁移到细胞质，并在核糖体上翻译蛋白质。虽然这些步骤从图上看起来是一步一步按顺序完成的，事实上他们经常是同时发生的。例如，RNA 加帽和拼接在RNA 初级转录物完成时就开始了。但总的说，在时间上和空间上还是分开了！
2. 在原核生物中，mRNA 的合成相对比较容易。由于原核生物细胞没有细胞核，所以转录和翻译发生在同一地方，而且细菌mRNA 的翻译经常在转录完成之前就开始了。即没有时间与空间的分隔！
而且，真核生物（除少数较低等真核生物外）一个mRNA 分子一般只含有一个基因，原核生物的一个mRNA 分子通常含有多个基因。
再者，二者虽然都具有核糖体，但又有不同！
如下例：
真核生物原核生物
核糖体80S 70S
大亚基60S 50S
小亚基40S 30S
即二者内部本质组成是不同的，这也就是为什么有些抗生素类药物可以抑制细菌
合成蛋白质，却对人体无害的原因！（因为这些药物对真核生物核糖体无效。）
再从转录用酶的角度，举例如RNA 聚合酶：
原核生物就一种，其全酶5 个亚基，核心酶有4 个亚基，还要有σ因子等的配合。
真核生物有三种，各有功能列举如下：
RNA 聚合酶Ⅰ：
不受α-鹅膏蕈碱的抑制，大于10- 3mol/L 存在于核仁中，合成5.8S rRNA,18S rRNA 和28S rRNA ；
RNA 聚合酶Ⅱ：
对α- 鹅膏蕈碱最为敏感，10-8 —10-9mol/L 存在于核质中，合成hnRNA ，snRNA RNA 聚合酶Ⅲ：
对α-鹅膏蕈碱中度敏感，在10-4 —10-5mol/L 时表现抑制；存在于核质中，合成tRNA ，5S rRNA。此外，线粒体和叶绿体中也发现少数RNA 聚合酶，但分子量小，活性低，由核基因编码，在细胞浆中合成后运送至细胞器中。
而且，原核生物中RNA 聚合酶可以直接起始转录合成RNA ，真核生物RNA 聚合酶则不能独立转录RNA 。在真核生物中，三种RNA 聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行RNA 的转录。另外，RNA 聚合酶对转录启动子的识别，也比原核生物更加复杂，如对RNA 聚合酶Ⅱ来说，至少有三个DNA 的保守序列与其转录的起始有关，第一个称为TATA 框，具有共有序列TATAAAA ，其位置在转录起始点的上游约为25 个核苷酸处，它的作用可能与原核生物中的－10共有序列相似，与转录起始位置的确定有关。第二个共有序列称为CCAAT 框，具有共有序列GGAACCTCT ，位于转录起始位置上游约为50-500 个核苷酸处。如果该序列缺失会极大地降低生物的活体转录水平。第三个区域一般称为增强子，其位置可以在转录起始位置的上游，也可以在下游或者在基因之内。它虽不直接与转录复合体结合，但可以显著提高转录效率。
再说翻译过程，例如，肽链合成的终止，都是需要一种叫终止因子或释放因子的物质的参与。
原核生物有三种：
RF1（分子量：4.4 万）识别UAA 、UAG RF2（4.7 万）识别UAA、UGA ，并能将其结合到核糖体上，由于50S 亚基的肽基转移酶的作用，而促进肽基tRNA 的水解反应。
RF3（4.8 万）：只有RF3 与GTP（或GDP）能结合。具体作用是可增加RF1 和RF2 对终止密码子的亲和性。
（但它们均具有识别mRNA 链上终止密码子的作用，使肽链释放，核糖体解聚。）
真核生物就一种，即eRF ，分子量约为25.5 万，已从动物组织中提取到。
原核生物和真核生物区别（从细胞结构、基因组结构和遗传过程分析）主要差别
2008-12-4 10:59
提问者：bfhll | 悬赏分：50 | 浏览次数：2304 次
2008-12-4 16:55
最佳答案由真核细胞构成的生物。包括原生生物界、真菌界、植物界和动物界。真核细胞与原核细胞的主要区别是：
【从细胞结构】
1. 真核细胞具有由染色体、核仁、核液、双层核膜等构成的细胞核；原核细胞无核膜、核仁，故无真正的细胞核，仅有由核酸集中组成的拟核
2. 真核细胞有内质网、高尔基体、溶酶体、液泡等细胞器，原核细胞没有。真核细胞有发达的微管系统，其鞭毛（纤毛）、中心粒、纺锤体等都与微管有关，原核生物则否。
3. 真核细胞有由肌动、肌球蛋白等构成的微纤维系统，后者与胞质环流、吞噬作用等密切相关；而原核生物却没有这种系统，因而也没有胞质环流和吞噬作用。真核细胞的核糖体为80S 型，原核生物的为70S 型，两者在化学组成和形态结构上都有明显的区别。
4. 原核细胞功能上与线粒体相当的结构是质膜和由质膜内褶形成的结构，但后者
既没有自己特有的基因组，也没有自己特有的合成系统。真核生物的植物含有叶绿体，它们亦为双层膜所包裹，也有自己特有的基因组和合成系统。与光合磷酸化相关的电子传递系统位于由叶绿体的内膜内褶形成的片层上。原核生物中的蓝细菌和光合细菌，虽然也具有进行光合作用的膜结构，称之为类囊体，散布于细胞质中，未被双层膜包裹，不形成叶绿体。
【从基因组结构】
1. 真核生物中除某些低等类群（如甲藻等）的细胞以外，染色体上都有 5 种或4
种组蛋白与DNA 结合，形成核小体；而在原核生物则无。
2. 真核生物中除某些低等类群（如甲藻等）的细胞以外，染色体上都有 5 种或4
种组蛋白与DNA 结合，形成核小体；而在原核生物则无。
3. 真核细胞含有的线粒体，为双层被膜所包裹，有自己特有的基因组、核酸合成系统与蛋白质合成系统，其内膜上有与氧化磷酸化相关的电子传递链【从遗传过程】
1. 真核细胞的转录在细胞核中进行，蛋白质的合成在细胞质中进行，而原核细胞的转录与蛋白质的合成交联在一起进行。
2. 真核细胞的有丝分裂是原核细胞所没有的。
3. 真核细胞在细胞周期中有专门的DNA 复制期（S 期）；原核细胞则没有，其DNA 复制常是连续进行的。
最原始的真核生物的直接祖先很可能是一种异常巨大的原核生物，体内具有由质膜内褶而成的象内质网那样的内膜系统和原始的微纤维系统，能够作变形运动和吞噬。以后内膜系统的一部分包围了染色质，于是就形成了最原始的细胞核。内膜系统的其他部分则分别发展为高尔基体、溶酶体等细胞器。按照美国学者L.马古利斯等重新提出的“内共生说”（见细胞起源），线粒体起源于胞内共生的能进行氧化磷酸化的真细菌，而叶绿体则起源于胞内共生的能进行光合作用的蓝细菌。
真核细胞的基因结构 在遗传学上通常将能编码蛋白质的基因称为结构基因。真核生物的结构基因是断裂的基因。一个断裂基因能够含有若干段编码序列，这些可以编码的序列称为外显子。在两个外显子之间被一段不编码的间隔序列隔开，这些间隔序列称为内含子。每个断裂基因在第一个和最后一个外显子的外侧各有一段非编码区，有人称其为侧翼序列。在侧翼序列上有一系列调控序列(图1)。 调控序列主要有以下几种：①在5′端转录起始点上游约20～30个核苷酸的地方，有TA TA框(TATA box)。TA TA框是一个短的核苷酸序列，其碱基顺序为TATAATAAT。TA TA 框是启动子中的一个顺序，它是RNA聚合酶的重要的接触点，它能够使酶准确地识别转录的起始点并开始转录。当TATA框中的碱基顺序有所改变时，mRNA的转录就会从不正常的位置开始。②在5′端转录起始点上游约70～80个核苷酸的地方，有CAAT框(CAAT box)。CAAT框是启动子中另一个短的核苷酸序列，其碱基顺序为GGCTCAATCT。CAAT框是RNA 聚合酶的另一个结合点，它的作用还不很肯定，但一般认为它控制着转录的起始频率，而不影响转录的起始点。当这段顺序被改变后，mRNA的形成量会明显减少。③在5′端转录起始点上游约100个核苷酸以远的位置，有些顺序可以起到增强转录活性的作用，它能使转录活性增强上百倍，因此被称为增强子。当这些顺序不存在时，可大大降低转录水平。研究表明，增强子通常有组织特异性，这是因为不同细胞核有不同的特异因子与增强子结合，从而对不同组织、器官的基因表达有不同的调控作用。例如，人类胰岛素基因5′末端上游约250个核苷酸处有一组织特异性增强子，在胰岛素β细胞中有一种特异性蛋白因子，可以作用于这个区域以增强胰岛素基因的转录。在其他组织细胞中没有这种蛋白因子，所以也就没有此作用。这就是为什么胰岛素基因只有在胰岛素β细胞中才能很好表达的重要原因。④在3′端终止密码的下游有一个核苷酸顺序为AA TAAA，这一顺序可能对mRNA的加尾(mRNA尾部添加多聚A)有重要作用。这个顺序的下游是一个反向重复顺序。这个顺序经转录后可形成一个发卡结构(图2)。发卡结构阻碍了RNA聚合酶的移动。发卡结构末尾的一串U与转录模板DNA中的一串A之间，因形成的氢键结合力较弱，使mRNA与DNA杂交部分的结合不稳定，mRNA就会从模板上脱落下来，同时，RNA聚合酶也从DNA上解离下来，转录终止。AA TAAA顺序和它下游的反向重复顺序合称为终止子，是转录终止的信号。
真核生物基因表达的调控 一、生物基因表达的调控的共性 首先，我们来看看在生物基因表达调控这一过程中体现的共性和一些基本模式。 1、作用范围。生物体内的基因分为管家基因和奢侈基因。管家基因始终表达，奢侈基因只在需要的时候表达，但二者的表达都受到调控。可见，调控是普遍存在的现象。 2、调控方式。基因表达有两种调控方式，即正调控与负调控，原核生物和真核生物都离不开这两种模式。 3、调控水平。一种基因表达的调控可以在多种层面上展开，包括DNA水平、转录水平、转录后加工水平、翻译后加工水平等。然为节省能量起见，转录的起始阶段往往作为最佳调控位点。 二、真核生物基因表达调控的特点 真核生物与原核细胞在结构上就有着诸多不同，这决定了二者在运行方面的迥异途径。真核生物比原核生物复杂，转录与翻译不同时也不同地，基因组与染色体结构复杂，因而有着更为复杂的调控机制。 1、 2、 3、 4、多层次。真核生物的基因表达可发生在染色质水平、转录起始水平、无操纵子和衰减子。 大多数原核生物以负调控为主，而真核生物启动子以正调控为主。 个体发育复杂，而受环境影响较小。真核生物多为多细胞生物，在转录后水平、翻译水平以及翻译后水平。
生长发育过程中，不仅要随细胞内外环境的变化调节基因表达，还要随发育的不同阶段表达不同基因。前者为短期调控，后者属长期调控。 从整体上看，不可逆的长期调控影响更深远。 三、真核生物基因表达调控的机制 介于真核生物表达以多层次性为最主要特点，我们可以分别从它的几个水平着眼，剖析它的调控机制。 1、染色质水平。真核生物基因组DNA以致密的染色质形式存在，发生在染色质水平的调控也称作转录前水平的调控，产生永久性DNA序列和染色质结构的变化，往往伴随细胞分化。染色质水平的调控包括染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰，等等。a.基因丢失：丢失一段DNA或整条染色体的现象。在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。如马蛔虫2n＝2，但染色体上有多个着丝粒。第一次卵裂是横裂，产生上下2个子细胞。第二次卵裂时，一个子细胞仍进行横裂，保持完整的基因组，而另一个子细胞却进行纵向分裂，丢失部分染色体。目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发现类似的基因丢失现象。 b.基因扩增：基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。如非洲爪蟾卵母细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现的基因扩增现象；基因组拷贝数增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的现象。基因组拷贝数增加使可供遗传重组的物质增多，这可能构成了加速基因进化、基因组重组和最终物种形成的一种方式。 c.基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋白结构基因的表达。在人类基因组中，所有抗体的重链和轻链都不是由固定的完整基因编码的，而是由不同基因片段经重排后形成的完整基因编码的。
一、真核基因组的复杂性 与原核生物比较，真核生物的基因组更为复杂，可列举如下。 1. 真核基因组比原核基因组大得多，大肠杆菌基因组约4×106bp，哺乳类基因组在 109bp数量级，比细菌大千倍；大肠杆菌约有4000个基因，人则约有10万个基因。 2. 真核生物主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质，被包裹在核膜内，核外还有遗传 成分(如线粒体DNA等)，这就增加了基因表达调控的层次和复杂性。 3. 原核生物的基因组基本上是单倍体，而真核基因组是二倍体。 4. 如前所述，细菌多数基因按功能相关成串排列，组成操纵元的基因表达调控的单元， 共同开启或关闭，转录出多顺反子(polycistron)的mRNA；真核生物则是一个结构基因转录生成一条mRNA，即mRNA是单顺反子(monocistron)，基本上没有操纵元的结构，而真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽形成的亚基构成的，这就涉及到多个基因协调表达的问题，真核生物基因协调表达要比原核生物复杂得多。 5. 原核基因组的大部分序列都为基因编码，而核酸杂交等实验表明：哺乳类基因组中 仅约10%的序列为蛋白质、rRNA、tRNA等编码，其余约90%的序列功能至今还不清楚。 6. 原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连续的，而真核生物为蛋白质编码 的基因绝大多数是不连续的，即有外显子(exon)和内含子(intron)，转录后需经剪接(splicing)去除内含子，才能翻译获得完整的蛋白质，这就增加了基因表达调控的环节。 7. 原核基因组中除rRNA、tRNA基因有多个拷贝外，重复序列不多。哺乳动物基因组 中则存在大量重复序列(repetitive sequences)。用复性动力学等实验表明有三类重复序列：1）高度重复序列(highly repetitive sequences)，这类序列一般较短，长10－300bp，在哺乳类基因组中重复106次左右，占基因组DNA序列总量的10－60%，人的基因组中这类序列约占20%，功能还不明了。2）中度重复序列(moderately repetitive sequences)，这类序列多数长100－500bp，重复101－105次，占基因组10-40%。例如哺乳类中含量最多的一种称为Alu的序列，长约300bp，在哺乳类不同种属间相似，在基因组中重复3×105次，在人的基因组中约占7%，功能也还不很清楚。在人的基因组中18S/28SrRNA基因重复280次，5SrRNA基因重复2000次，tRNA基因重复1300次，5种组蛋白的基因串连成簇重复30-40次，这些基因都可归入中度重复序列范围。3）单拷贝序列(single copy sequences)。这类序列基本上不重复，占哺乳类基因组的50-80%，在人基因组中约占65%。绝大多数真核生物为蛋白质编码的基因在单倍体基因组中都不重复，是单拷贝的基因。 从上述可见真核基因组比原核基因组复杂得多，至今人类对真核基因组的认识还很有限，使现在国际上制订的人基因组研究计划(human gene project)完成，绘出人全部基因的染色体定位图，测出人基因组109bp全部DNA序列后，要搞清楚人全部基因的功能及其相互关系，特别是要明了基因表达调控的全部规律，还需要经历很长期艰巨的研究过程。 二、真核基因表达调控的特点 尽管我们现在对真核基因表达调控知道还不多，但与原核生物比较它具有一些明显的特点。
真核生物基因表达的调控远比原核生物复杂，可以发生在DNA水平、转录水平、转录后的修饰、翻译水平和翻译后的修饰等多种不同层次。但是，最经济、最主要的调控环节仍然是在转录水平上。 DNA水平的调控 DNA水平上的调控主要指通过染色体DNA的断裂，删除，扩增，重排，修饰（如甲基化与去甲基化，乙酰化与去乙酰化等）和染色质结构变化等改变基因的数量、结构顺序和活性而控制基因的表达。 转录水平的调控 转录水平的调控包括染色质的活化和基因的活化。通过染色质改型，组蛋白乙酰化，染色质变得疏松化及DNA去甲基化以便被酶和调节蛋白作用，基因的表达受顺式作用元件包括启动子及应答元件，转座元件，增强子，抑制子的调控，同时受反式作用因子包括基本转录因子，上游转录因子和转录调节因子等的调控。 转录后调控 转录后调控包括hnRNA的选择性加工运输和RNA编辑 在真核生物中，蛋白质基因的转录产物统称为hn RNA，必须经过加工才能成为成熟的mRNA分子。加工过程包括三个方面：加帽、加尾和去掉内含子。同一初级转录产物在不同细胞中可以用不同方式剪接加工，形成不同的成熟mRNA分子，使翻译成的蛋白质都可能不同。转录后的RNA在编码区发生碱基插入，缺失或转换的现象。
翻译水平的调控 阻遏蛋白与mRNA结合，可以阻止蛋白质的翻译并使成熟的mRNA变为失活状态贮存起来。一些调控作用的micRNAh和siRNA 还可以与mRNA作用降解mRNA，阻止其翻译 此外，还可以控制mRNA的稳定性和有选择的进行翻译。 翻译后调控 直接来自核糖体的线状多肽链是没有功能的，必须经过加工才具有活性。在蛋白质翻译后的加工过程中，还有一系列的调控机制。 1．蛋白质折叠 线性多肽链必须折叠成一定的空间结构，才具有生物学功能。在细胞中，蛋白质的折叠必须有分子伴侣的作用下才能完成折叠。 2．蛋白酶切割 末端切割 有些膜蛋白、分泌蛋白，在氨基端具有一段疏水性强的氨基酸序列，称为信号肽，用于前体蛋白质在细胞中的定位。信号肽必须切除多肽链才具有功能。 多聚蛋白质的切割 有些新合成的多肽链含有几个蛋白质分子的序列，切割以后产生具有不同功能的蛋白质分子。
第十章作业 1. 简述真核生物基因表达调控的7个层次。 ①染色体和染色质水平上的结构变化与基因活化 ②转录水平上的调控，包括基因的开与关，转录效率的高与低 ③RNA加工水平的调控，包括对出事转录产物的特异性剪接、修饰、编辑等。 ④转录后加工产物在从细胞核向细胞质转运过程中所受到的调控 ⑤在翻译水平上的控制，即对哪一种mRNA结合核糖体进行翻译的选择以及蛋白质成量的控制 ⑥对蛋白质合成后选择性地被激活的控制，蛋白质和酶分子水平上的剪接等的控制 ⑦对mRNA选择性降解的调控 2. 真核基因表达调控与原核生物相比有何异同？ 相同点：①与原核基因的调控一样，真核基因表达调控也有转录水平调控和转录后水平的调控，并且也以转录水平调控为最重要； ②在真核结构基因的上游和下游(甚至内部)也存在着许多特异的调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调控成分的结合与否调控基因的转录。 不同点：①原核细胞的染色质是裸露的DNA，而真核细胞染色质则是由DNA与组蛋白紧密结合形成的核小体。 ②在原核基因转录的调控中，既有激活物参与的正调控，也有阻遏物参与的负调控，二者同等重要。 ③原核基因的转录和翻译通常是相互偶联的，即在转录尚未完成之前翻译便已开始。 ④真核生物大都为多细胞生物，在个体发育过程中发生细胞分化后，不同细胞的功能不同，基因表达的情况也就不一样，某些基因仅特异地在某种细胞中表达，称为细胞特异性或组织特异性表达，因而具有调控这种特异性表达的机制。 3. DNA 甲基化对基因表达的调控机制。 甲基化抑制基因转录的机制：DNA甲基化会导致某些区域DNA构象改变，包括甲基化后染色质对于核酸酶或限制性内切酶的敏感度下降，更容易与组蛋白H1相结合，DNaseⅠ超敏感位点丢失，使染色质高度螺旋化, 凝缩成团, 直接影响了转录因子与启动区DNA的结合效率的结合活性，不能启始基因转录。DNA的甲基化不利于模板与RNA聚合酶的结合，降低了转录活性。 4. 转录因子结合DNA的结构基序（结构域）有哪几类？ ①螺旋-转折-螺旋 ②锌指结构 ③碱性-亮氨酸拉链 ④碱性-螺旋-环-螺旋 5. 真核基因转调控中有几种方式能够置换核小体？ ①占先模式：可以解释转录时染色质结构的变化。该模型认为基因能否转录取决于特定位置上组蛋白和转录因子之间的不可逆竞争性结合。 ②动态模式该模型认为转录因子与组蛋白处于动态竞争之中，基因转录前染色质必须经历结构上的改变，即转换核小体中的全部或部分成分并重新组装，这个耗能的基因活化过程称为染色质重构 6. 简述真核生物转录水平调控过程。 真核生物在转录水平的调控主要是通过反式作用因子、顺式作用元件和RNA聚合酶的相互作用来完成的，主要是反式作用因子结合顺式作用元件后影响转录起始复合物的形成过程：①转录起始复合物的形成：真核生物RNA聚合酶识别的是由通用转录因子与DNA形成的
基因表达调控 一、选择题 （一） A 型选择题 1 ．基因表达调控的最基本环节是 A ．染色质活化 B ．基因转录起始 C ．转录后的加工 D ．翻译 E ．翻译后的加工 2 ．将大肠杆菌的碳源由葡萄糖转变为乳糖时，细菌细胞内不发生 A ．乳糖→ 半乳糖 B ． cAMP 浓度升高 C ．半乳糖与阻遏蛋白结合 D ． RNA 聚合酶与启动序列结合 E ．阻遏蛋白与操纵序列结合 3 ．增强子的特点是 A ．增强子单独存在可以启动转录 B ．增强子的方向对其发挥功能有较大的影响 C ．增强子不能远离转录起始点 D ．增强子增加启动子的转录活性 E ．增强子不能位于启动子内 4 ．下列那个不属于顺式作用元件 A ． UAS B ． TATA 盒 C ． CAAT 盒 D ． Pribnow 盒 E ． GC 盒 5 ．关于铁反应元件（ IRE ）错误的是 A ．位于运铁蛋白受体 (TfR) 的 mRNA 上 B ． IRE 构成重复序列 C ．铁浓度高时 IRE 促进 TfR mRNA 降解 D ．每个 IR E 可形成柄环节构 E ． IRE 结合蛋白与 IRE 结合促进 TfR mRNA 降解 6 ．启动子是指 A ． DNA 分子中能转录的序列 B ．转录启动时 RNA 聚合酶识别与结合的 DNA 序列 C ．与阻遏蛋白结合的 DNA 序列 D ．含有转录终止信号的 DNA 序列 E ．与反式作用因子结合的 RNA 序列 7 ．关于管家基因叙述错误的是 A ．在同种生物所有个体的全生命过程中几乎所有组织细胞都表达 B ．在同种生物所有个体的几乎所有细胞中持续表达 C ．在同种生物几乎所有个体中持续表达 D ．在同种生物所有个体中持续表达、表达量一成不变 E ．在同种生物所有个体的各个生长阶段持续表达 8 ．转录调节因子是 A ．大肠杆菌的操纵子 B ． mRNA 的特殊序列 C ．一类特殊的蛋白质 D ．成群的操纵子组成的凋控网络 E ．产生阻遏蛋白的调节基因 9 ．对大多数基因来说， CpG 序列高度甲基化 A ．抑制基因转录 B ．促进基因转录 C ．与基因转录无关 D ．对基因转录影响不大 E ．既可抑制也可促进基因转录 10 ． HIV 的 Tat 蛋白的功能是 A ．促进 RNA po l Ⅱ 与 DNA 结合 B ．提高转录的频率
原核生物和真核生物基因表达调控特点的比较1.相同点:转录起始是基因表达调控的关键环节2.不同点:A.原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平 真核基因的表达调 控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次B.原核基因表达调控主要为负调控,真核主要为正调控C.原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启 动子,由sita因子决定基因表的的特异性 真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子 依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用 调控转录激活D.原核基因表达调控主要采用操纵子模型 转录出多顺反子RNA 实现协调调节 真核基因转录产物为单顺反子RNA 功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平 其次是翻译水平。原核生物基因以操纵子的形式存在。转录水平调控涉及到启动子、sita因子 与RNA聚合酶结合 、阻遏蛋白 负调控 、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性 不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合 可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。真核生物基因表达的调控环节较多 在DNA水平上可以通过染色体 丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与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。在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA 的稳定性调节及小分子RNA。真核基因调控中最重要的环节是基因转录 真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。葡萄糖存在 乳糖不存在 此时无诱导剂
原核生物基因表达调控概述 基因表达调控是生物体内基因表达调节控制机制，使细胞中基因表达的过程在时间，空间上处于有序状态，并对环境条件的变化做出适当的反应复杂过程。 1.基因表达调控意义 在生命活动中并不是所有的基因都同时表达，代谢过程中所需各种酶和蛋白质基因以及构成细胞化学成分的各种编码基因，正常情况下是经常表达的，而与生物发育过程有关的基因则需在特定的时空才表达，还有许多基因被暂时的或永久的关闭而不来表达。 2.原核基因表达调控特点 原核生物基因表达调控存在于转录和翻译的起始、延伸和终止的每一步骤中。这种调控多以操纵子为单位进行，将功能相关的基因组织在一起，同时开启或关闭基因表达即经济又有效，保证其生命活动的需要。调控主要发生在转录水平，有正、负调控两种机制在转录水平上对基因表达的调控决定于DNA的结构，RNA 聚合酶的功能、蛋白质因子及其他小分子配基的相互作用。细菌的转录和翻译过程几乎在同一时间内相互偶联。 细胞要控制各种蛋白质在不同时期的表达水平，有两条途径：（1）细胞控制从其DNA模板上转录其特异的mRNA的速度，这是一条经济的途径，可减少从mRNA合成蛋白质的小分子物质消耗，这是生物长期进化过程中自然选择的结果，这种控制称为转录水平调控。（2）在mRNA合成后，控制从mRNA翻译肽链速度，包括一些与翻译有关的酶及其复合体分子缔合的装配速度等过程。这种蛋白质合成及其基因表达的控制称为翻译水平的调控。 二.原核生物表达调控的概念 （1）细菌细胞对营养的适应
细菌必须能够广泛适应变化的环境条件。这些条件包括营养、水分、溶液浓度、温度，pH等。而这些条件须通过细胞内的各种生化反应途径，为细胞生长 的繁荣提供能量和构建细胞组分所需的小分子化合物。 （2）顺式作用元件和反式作用元件 基因活性的调节主要通过反式作用因子与顺式作用元件的相互作用而实现。反式作用因子的编码基因与其识别或结合的靶核苷酸序列在同一个DNA分子上。RNA聚合酶是典型的反式作用因子。 顺式作用元件是指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其 自身同处于一个DNA分子上的基因；这种基因DNA序列通常不编码蛋白质， 多位于基因旁侧或内含子中。位于转录单位开始和结束位置上启动子和终止子，都是典型的顺式作用元件。 （3）结构基因和调节基因 结构基因是编码蛋白或RNA基因。细菌的结构基因一般成簇排列，多个结 构基因受单一启动子共同控制，使整套基因或者都不表达。结构基因编码大量功能各异的蛋白质，其中有组成细胞核组织器官基本成分的结构蛋白，有催化活性的酶和各种调节蛋白等。调节基因是编码合成那些参与基因表达调控的RNA和蛋白质的特异性DNA序列。调节基因编码的调节物通过与DNA上的特定位点 结合控制转录是调控关键。 （4）操纵基因和阻遏蛋白 操纵基因是操纵子中的控制基因，在操纵子上一般与启动子相邻，通常处于开放状态，使RNA聚合酶能够通过并作用于启动子启动转录，阻遏蛋白是负调控系统中由调节基因编码的调节蛋白，它本身或与辅阻遏蛋白物一起合成于操纵基因，阻遏蛋白操纵因子结构基因的转变，阻遏蛋白可被诱导物变构失活，从而导致不可阻遏或去阻遏。
真核生物基因表达的调控 河南大学民生学院王磊生物技术 一、生物基因表达的调控的共性 首先，我们来看看在生物基因表达调控这一过程中体现的共性和一些基本模式。 1、作用范围。生物体内的基因分为管家基因和奢侈基因。管家基因始终表达，奢侈基因只在需要的时候表达，但二者的表达都受到调控。可见，调控是普遍存在的现象。 2、调控方式。基因表达有两种调控方式，即正调控与负调控，原核生物和真核生物都离不开这两种模式。 3、调控水平。一种基因表达的调控可以在多种层面上展开，包括DNA水平、转录水平、转录后加工水平、翻译后加工水平等。然为节省能量起见，转录的起始阶段往往作为最佳调控位点。 二、真核生物基因表达调控的特点 真核生物与原核细胞在结构上就有着诸多不同，这决定了二者在运行方面的迥异途径。真核生物比原核生物复杂，转录与翻译不同时也不同地，基因组与染色体结构复杂，因而有着更为复杂的调控机制。 1、多层次。真核生物的基因表达可发生在染色质水平、转录起始水平、转录后水平、翻译水平以及翻译后水平。 2、无操纵子和衰减子。 3、大多数原核生物以负调控为主，而真核生物启动子以正调控为主。 4、个体发育复杂，而受环境影响较小。真核生物多为多细胞生物，在生长发育过程中，不仅要随细胞内外环境的变化调节基因表达，还要随发育的不同阶段表达不同基因。前者为短期调控，后者属长期调控。从整体上看，不可逆的长期调控影响更深远。 三、真核生物基因表达调控的机制 介于真核生物表达以多层次性为最主要特点，我们可以分别从它的几个水平着眼，剖析它的调控机制。 1、染色质水平。真核生物基因组DNA以致密的染色质形式存在，发生在染色质水平的调控也称作转录前水平的调控，产生永久性DNA序列和染色质结构的变化，往往伴随细胞分化。染色质水平的调控包括染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰，等等。 a.基因丢失：丢失一段DNA或整条染色体的现象。在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。如马蛔虫2n＝2，但染色体上有多个着丝粒。第一次卵裂是横裂，产生上下2个子细胞。第二次卵裂时，一个子细胞仍进行横裂，保持完整的基因组，而另一个子细胞却进行纵向分裂，丢失部分染色体。目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发现类似的基因丢失现象。 b.基因扩增：基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。如非洲爪蟾卵母细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现的基因扩增现象；基因组拷贝数增加，即多
原核生物和真核生物基因表达调控、复制、转录、翻译特点的比较 1.相同点：转录起始是基因表达调控的关键环节 ①结构基因均有调控序列； ②表达过程都具有复杂性，表现为多环节； ③表达的时空性，表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性； 2.不同点: ①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。 ②原核基因表达调控主要为负调控，真核主要为正调控。 ③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性，真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子，依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。 ④原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。 ⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平，其次是翻译水平。原核生物基因以操纵子的形式存在。转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。 真核生物基因表达的调控环节较多： 在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。 在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TA TA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合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。 在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。 真核基因调控中最重要的环节是基因转录，真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。 真核生物和原核生物复制的不同点： ①真核生物DNA的合成只是在细胞周期的S期进行，而原核生物则在整个细胞生长过程中都可进行DNA合成 ②原核生物DNA的复制是单起点的，而真核生物染色体的复制则为多起点的。真核生物中前导链的合成并不像原核生物那样是连续的，而是以半连续的方式，由一个复制起点控制一个复制子的合成，最后由连接酶将其连接成一条完整的新链。 ③真核生物DNA的合成所需的RNA引物及后随链上合成的冈崎片段的长度比原
（二）真核基因表达调控 细胞中一种蛋白质含量的变化至少可在7个水平上调控： 真核基因多水平表达调控 ①DNA和染色体水平的调控: 基因扩增、基因丢失、基因 重排、基因修饰、基因封闭等。 ②转录水平的调控: 转录的起始、延伸和终止等。 ③转录后RNA前体加工: 基因在核中转录而在胞浆中翻译， 转录后需经剪切、拼接、编辑和修饰 转运等过程。 ④RNA转运的调控 ⑤翻译水平的调控。 ⑥mRNA降解的调控:细胞内有控制mRNA寿命的机制。 ⑦翻译后水平的调控:翻译产物剪切、修饰、构象形成、 转运和装配等。 真核基因表达调控特点 （1）RNA聚合酶 真核生物RNA聚合酶有三种，即RNA Pol I、II和III，分别负责三种RNA转录。真核生物RNA聚合酶识别的不单是DNA顺序，而是转录因子蛋白质复合物。细菌RNA聚合酶只有一种。 （2）活性染色体结构变化 （3）正性调节占主导（DNA形成染色质结构） （4）转录与翻译分隔进行 （5）转录后修饰、加工 根据其性质可分为两大类： 一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底物或激素水平升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。 二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。 真核生物基因的表达调控A 1. 转录前水平的调控 通过改变： (1)DNA序列: 通常低等生物的细胞决定和分化是通过基因组水平加工和改造实现。 （2）染色质结构：高等生物多采取异染色质化关闭基因的表达，虽然也会有类似低等生物的加工方式。上述影响基因表达的过程均属于转录前水平的调节。 （3）染色质丢失：在细胞分化过程中，丢掉某些基因而去除其活性。例如马蛔虫，一部分细胞总是保留完整的基因组，将来发育为生殖细胞；丢失了部分染色体的细胞分化为体细胞。（4）基因扩增：即基因组中的特定段落在某些情况会复制产生许多拷贝。(两栖动物蟾蜍的卵母细胞rDNA) （5）基因重排：如免疫球蛋白基因重排，多样性 （6）染色质DNA的修饰和异染色质化：如甲基化（位点多在胞嘧啶和腺嘌呤）。雌性胎生
真核生物与原核生物基因表达调控的区别
精品文档 原核生物和真核生物基因表达调控特点的比较1.相同点:转录起始是基因表达调控的关键环节2.不同点:A.原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次B.原核基因表达调控主要为负调控,真核主要为正调控C.原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活D.原核基因表达调控主要采用操纵子模型转录出多顺反子RNA 实现协调调节真核基因转录产物为单顺反子RNA 功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平其次是翻译水平。原核生物基因以操纵子的形式存在。转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA 聚合酶抑制物、衰减子等。翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA 的调控作用。真核生物基因表达的调控环节较多在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与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。在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。真核基因调控中最重要的环节是基因转录真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。葡萄糖存在乳糖不存在此时无诱导剂 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
病毒、真核和原核生物的基因组结构特点 病毒基因组结构特点： 1.病毒基因组所含核酸类型不同 2.不同病毒基因组大小相差较大 3.病毒基因组可以是连续的也可以是不连续的 4.病毒基因组的编码序列大 5.基因可以是连续的也可以是间断的 6.病毒基因组都是单倍体和单拷贝 7.基因重叠 8.病毒基因组功能单位或转录单位 9.病毒基因组含有不规则结构基因 （1）几个结构基因的编码区无间隔 （2）结构基因本身没有翻译起始序列 （3） mRNA没有 5’端的帽结构 原核生物基因组结构特点： 1.细菌等原核生物的基因组是一条双链闭环的DNA分子 2.具有操纵子结构 3.原核基因组中只有1个复制起点 4.结构基因无重叠现象 5.基因序列是连续的，无内含子，因此转录后不需要剪切 6.编码区在基因组中所占的比例远远大于真核基因组，但又远远小于病毒基 因组。非编码区主要是一些调控序列
7.基因组中重复序列很少 8.具有编码同工酶的基因 9.细菌基因组中存在着可移动的DNA序列，包括插入序列和转座子 10.在DNA分子中具有多种功能的识别区域，如复制起始区、复制终止区、转 录启动区和终止区等。这些区域往往具有特殊的序列，并且含有反向重复序列 真核生物基因组结构特点： 1）真核基因组远远大于原核生物的基因组。 2）真核基因具有许多复制起点，每个复制子大小不一。每一种真核生物都有一定的染色体数目，除了配子为单倍体外，体细胞一般为双倍体， 即含两份同源的基因组。 3）真核基因都出一个结构基因与相关的调控区组成，转录产物的单顺反子，即一分子mRNA只能翻译成一种蛋白质。 4）真核生物基因组中含有大量重复顺序。 5）真核生物基因组内非编码的顺序（NCS）占90%以上。编码序列占5%。 6）真核基因产断列基因，即编码序列被非编码序列分隔开来，基因与基因内非编码序列为间隔DNA，基因内非编码序列为内含子，被内含子隔 开的编码序列则为外显子。 7）真核生物基因组功能相关的基因构成各种基因家族，它们可串联在一起，亦可相距很远，但即使串联在一起成族的基因也是分别转录的。 8）真核生物基因组中也存在一些可移动的遗传因素，这些DNA顺序并无明显生物学功能，似科为自己的目的而级织，故有自私DNA之称，其移 动多被RNA介导，也有被DNA介导的。
真核生物的基因表达调控概述 真核生物基因在染色质活性、DNA水平、转录水平和翻译水平的表达调控特点。答：真核基因组结构具有基因组结构庞大、单顺反子、含有大量重复序列、基因不连续性、非编码区较多等特点。 （1）染色质结构水平对基因表达调控：①常染色质或异染色质；②染色质的状态（活性或阻遏），紧密结构会抑制基因表达，解凝集结构利于基因表达；③可以通过对组蛋白结构的修饰来实现，有组蛋白翻译后的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等；④DNA水平的调控包括基因丢失、扩增、重排和移位等方式。 （2）转录水平的调控：①RNA聚合酶、转录因子等反式作用因子和顺式作用元件（启动子强弱、增强子、沉默子）相互作用对基因转录的调控；②同一基因转录起始位点的不同，导致在不同组织细胞中的基因表达差异。 （3）转录后的加工：转录后加工的多样性，包括①加尾和剪接；②多个5′端转录起始位点或剪接位点；③多个加多聚（A）位点和不同的剪接方式；④虽无剪接，但有多个转录起始位点或加多聚（A）位点等多种方式调控基因的表达。（4）翻译水平的调控：①翻译起始因子eIF-4F 的磷酸化激活蛋白质的合成，eIF-2α 的磷酸化引起翻译起始受阻，降低蛋白质的生物合成水平；② mRNA 结构与翻译控制：mRNA5′端m7G 帽有增强翻译水平的作用，上游AUG 密码子的存在往往抑制下游开放读框的翻译效率；③起始AUG 上游序列对翻译效率的影响，如Kozak序列；④poly(A)尾增加翻译效率；⑤poly(A)尾中富含UA 序列抑制翻译。 （5）翻译后加工水平的调控：翻译的蛋白质还需要加工、修饰、折叠和分选后才具有功能。综上所述，真核生物基因表达调控是一个十分复杂的过程。
第10章真核生物基因表达的调控 本章教学要求 1.熟悉真核基因组的结构特点、真核生物在DNA水平、转录水平和翻译水平上基因表达调控的特点。 2.掌握以下概念：顺式作用元件、反式作用因子、启动子、增强子，熟悉沉默子、基本转录因子、特异转录因子。 3.了解转录因子的结构特点。 本章教学重点和难点 1、真核生物在DNA水平和转录水平基因表达调控的特点。 2、转录因子的结构特点。 教学方法与手段 讲授与交流互动相结合，采用多媒体教学。 授课内容 10.1 真核生物基因表达调控的特点和种类 一、真核生物基因表达调控的特点 原核生物的调控系统就是要在一个特定的环境中为细胞创造高速生长的条件，或使细胞在受到损伤时，尽快得到修复，所以，原核生物基因表达的开关经常是通过控制转录的起始来调节的。 真核基因表达调控的最显著特征是能在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现"预定"的、有序的、不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围内保持正常功能。 真核生物基因表达调控与原核的共同点： ?基因表达都有转录水平和转录后的调控，且以转录水平调控为最重要； ?在结构基因上游和下游、甚至内部存在多种调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调控成分的结合与否调控基因的转录。 真核生物基因表达调控与原核的不同点： 1、真核基因表达调控的环节更多：转录与翻译间隔进行，具有多种原核生物没有的调控机制；个体发育复杂，具有调控基因特异性表达的机制。 2、真核生物活性染色体结构的变化对基因表达具有调控作用：DNA拓扑结构变化、DNA 碱基修饰变化、组蛋白变化； 3、正性调节占主导，且一个真核基因通常有多个调控序列，需要有多个激活物。
第十章真核生物基因表达调控 第一节染色质结构与基因表达 染色质是细胞核中基因组DNA与蛋白质构成的复合体。染色质的基本结构单位是核小体。10 nm粗的纤维可以进一步盘绕成30 nm粗的纤维。在分裂期，30 nm粗纤维再折叠成具有一定形态结构的染色体。分裂期结束后，染色体又转化为染色质。按照功能不同，可将染色质划分为活性染色质和非活性染色质。前者是指那些具有转录活性的染色质，而后者则用于表示缺乏转录活性的染色质。在结构上，活性染色质和非活性染色质也有很大的差异。具有转录活性的染色质区域为一种开放、松散的结构。而非活性染色质呈现一种高度浓缩的形态，转录机器不能与其中的启动子结合，因而没有转录活性。异染色质就是一种典型的非活性染色质。 一、位置效应 位置效应（position effect）是指一个基因由于在基因组的位置发生改变，而发生的表达上的变化。 二、活性染色质的特征 与非表达区域中核小体结构紧密、间隔规则相比，其核小体组装较为伸展或不规则。这样的一种结构有利于转录因子的结合，以及RNA聚合酶沿模板的滑动。在转录起始区以及某些特殊的区域，核小体的构象变化更为明显，DNase I和微球菌核酸酶等非特异性内切酶可用于检测这种变化。 三、染色质结构的调节 在原核细胞中，RNA聚合酶和调节蛋白可以自由地接近DNA。由组蛋白和基因组DNA两部分组成的染色质结构限制了转录因子对DNA的接近与结合，实际上起着阻遏转录的作用。基因转录需要染色质发生一系列重要的变化，如染色质去凝集，核小体变成开放式的疏松结构，使转录因子等更容易接近并结合核小体DNA。有两种方式可以显著改变DNA的易接近性：组蛋白的乙酰化和核小体重塑。组蛋白的去乙酰化，则可以使染色质凝集，引起基因沉默。 1．组蛋白N端尾的修饰对染色质结构及基因转录的影响 每种核心组蛋白包括一个～80个氨基酸残基构成的保守的区域称为组蛋白
真核基因和原核基因表达调控的异同？ 真核基因表达调控的基本原理与原核基因相同，主要表现在： 1、与原核基因的调控一样，真核基因表达调控也以转录水平调控为最重要； 2、在结构基因均有调控序列，并依靠特异蛋白因子与这些调控序列的结合与否调控基因的表达。 3、都要经历转录、翻译的过程。 4、表达过程都有复杂性，多环节 不同 1、真核基因表达调控过程更复杂。 2、在染色质结构上。原核细胞的DNA是裸露的，而真核细胞DNA包装在染色体中。DNA与组蛋白组成核小体形成为染色体基本单位。在原核细胞中染色质结构对基因的表达没有明显的调控作用，而在真核细胞中染色质的变化调控基因表达，并且基因分布在不同的染色体上，存在染色体间基因的调控问题； 3、真核生物中编码蛋白质的基因通常是断裂基因，含有有非编码序列即内含子，因而转录产生的mRNA前体必须剪切加工才能成为有功能的成熟的mRNA，而不同拼接方式的可产生不同的mRNA。而原核生物的基因由于不含有外显子和内含子，因此，转录产生的信使RNA不需要剪切、拼接等加工过程。 4、在原核基因转录的调控中，既有正调控，也有负调控，二者同等重要，而真核细胞中虽然也有正调控成分和负调控成分，但目前已知的主要是正调控，且一个真核基因通常都有多个调控序列，必须有多个激活物同时特异地结合上去才能调节基因的转录； 5、原核基因的转录和翻译通常是相互偶联的，而真核基因的转录与翻译在时空上是分开的，从而使真核基因的表达有多种调控机制。 6、真核生物细胞中存在mRNA的稳定性调控
7、真核生物大都为多细胞生物，基因的表达随细胞内外环境条件的改变和时间程序在不同的表达水平上进行着精确调控，而原核生物主要受环境因素和营养状况影响基因调控。 8、真核生物由三种RNA聚合酶分别负责三种RNA的转录，而原核生物只有一种。
第六章基因的调控1：原核生物基因表达调控 第一节概述 机体能在基因表达过程的任何阶段进行调控，如调控可在转录阶段、转录后加工阶段和翻译阶段进行。转录的调控主要发生在起始阶段，这样可避免浪费能量合成不必要的转录产物。通常不在转录延伸阶段进行调控，但可在终止阶段进行调控，终止可以防止越过终止子而进行下一个基因的转录。RNA的初级转录产物本身是一个受调控的靶分子，转录物作为一个整体其有效性可以受到调控，例如，它的稳定性可以决定它是否保存下来用于翻译。此外，初级转录产物转变为成熟分子的加工能力可决定最后mRNA分子的组成和功能。在真核细胞中，还可对RNA从核到胞浆中的转运进行调控。但是在细菌中，mRNA只要一合成，就可用于翻译。翻译也像转录一样，在起始阶段和终止阶段进行调控。DNA转录的起始和RNA翻译的起始路线也很相似。 在原核生物和真核生物最常见的调控是转录过程的调控。因此本章先讨论转录调控，然后，再介绍翻译水平的调控。为了便于理解，在介绍具体的调控过程之前，先介绍一些基本概念。 1．顺式作用元件和反式作用因子 基因活性的调控主要通过反式作用因子(通常是蛋白质)与顺式作用元件(通常在 DNA上)相互作用而实现。基因是编码可扩散产物的DNA序列，基因所编码的产物可以是蛋白质(大多数基因都编码蛋白质)，也可以是RNA(tRNA和rRNA)。其最重要的特点是基因产物将从合成的场所扩散到其发挥作用的其他场所。游离基因产物扩散至其目标场所的过程称为反式作用trans-acting)。因此反式作用因子(trans-acting factor)的编码基因与其识别或结合的靶核苷酸序列不在同一个DNA分子上。 顺式作用(cis-acting)的概念用于任一不转变为任何其他形式的DNA序列，它只在原位发挥DNA 序列的作用，它仅影响与其在物理上相连的DNA。有时顺式调节序列最终发挥作用的分子不是DNA，而是RNA。因此，顺式作用元件(cis-acting element)是指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身同处在一个DNA分子上的基因；同时，这种DNA序列通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中。 2．结构基因和调节基因 为了区分调控过程中的调控成分和其调控的基因，有时用结构基因和调节基因的概念。结构基因(structural gene)是编码蛋白质或RNA的任何基因。结构基因编码着大量功能各异的蛋白质，所编码的蛋白质有组成细胞和组织基本成分的结构蛋白、催化活性的酶和调节蛋白等。调节基因(regulatory gene)是参与其他基因表达调控的RNA和蛋白质的编码基因。 调节基因编码的调节物通过与DNA上的特定位点结合控制转录是调控的关键。调节物与DNA特定位点的相互作用能以正调控的方式(启动或增强基因表达活性)调节靶基因，也能以负调控的方式(关闭或降低基因表达活性)调节靶基因。DNA位点通常位于受调节基因的上游，但有时也有例外。3．启动子和终止子 位于转录单位开始和结束位置上的序列为启动子(promoter)和终止子(terminator)，两者都是典型的顺式作用位点。启动子位于基因转录起始点的上游，负责基因转录的起始。终止子能终止基因的转录。启动子和终止子是能受同一类反式作用因子识别的顺式作用元件，这一类反式作用因子就是RNA聚合酶。当然，两个位点也能各自结合一些特定的其他因子。