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生物化学-第十八章 基因表达调控

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生物化学中的基因表达调控

生物化学中的基因表达调控

生物化学中的基因表达调控生物体内的基因表达调控是一项关键的生物化学过程，它决定了基因的表达水平和基因产物的功能。

这个调控系统以多种复杂的方式调节基因的表达，以适应细胞内和细胞外环境的变化。

本文将介绍基因表达调控的机制和其在生物化学中的重要性。

一、基因表达调控的概述基因表达调控是指细胞如何决定在何时、何地和何种程度上表达特定基因的过程。

这种调控是细胞内复杂网络的结果，涉及到DNA序列、蛋白质因子和其他细胞组分的相互作用。

二、转录调控在基因表达的第一步中，DNA序列被转录成RNA，这一过程称为转录。

转录调控是一种主要的基因表达调控机制，通过控制转录的起始和终止来调节基因的表达水平。

这种调控包括DNA序列中的启动子区域和转录因子的相互作用。

三、转录后调控转录后调控是指在转录结束后，通过调节RNA的处理、稳定性和翻译效率来调控基因表达。

这种调控包括RNA修饰、剪接和降解等过程。

转录后调控对于基因调控的精确性和适应性具有重要作用。

四、表观遗传调控表观遗传调控是指通过改变染色质结构和DNA甲基化状态来调控基因表达。

这种调控是长期稳定的，可以由环境因素和遗传变异所影响。

表观遗传调控在细胞分化、发育和疾病发生中起着重要的作用。

五、信号传导调控细胞内外的信号分子可以通过信号传导通路直接或间接地调节基因的表达。

这种调控机制可以迅速地响应环境变化，调节基因表达以满足细胞的需要。

信号传导调控在细胞生命活动中起着非常关键的作用。

六、miRNA调控miRNA是一类小分子RNA，通过与靶基因的mRNA结合来抑制其翻译或降解，从而调节基因表达。

miRNA调控是一种重要的基因表达调控机制，参与细胞增殖、分化和生理病理过程。

七、基因表达调控的重要性基因表达调控在生物化学中具有重要的意义。

它使细胞能够对环境变化做出适应性反应，并在细胞生命周期的不同阶段保持基因表达的稳定性和精确性。

基因表达调控的异常可能导致疾病的发生和发展。

总结：基因表达调控在生物化学中是一个复杂而重要的过程。

解释基因表达的调控机制。

解释基因表达的调控机制。

解释基因表达的调控机制。

> 原题：解释基因表达的调控机制基因表达调控是指在细胞中控制基因转录和翻译的过程。

通过调控基因表达，细胞可以根据内外环境的需求来合成所需的蛋白质。

基因表达调控涉及多个环节和分子机制。

一、转录调控1. 转录因子：转录因子是一类可以与DNA结合的蛋白质，它们能够促进或抑制特定基因的转录。

转录因子的结合位点通常位于基因的启动子区域，它们可以通过调控转录复合物的形成来影响RNA聚合酶的结合和启动转录的过程。

2. 染色质修饰：染色质修饰是指对DNA及其相关的蛋白质进行化学修饰，从而改变染色质结构和可访问性。

例如，DNA甲基化可以抑制某些基因的转录，而组蛋白乙酰化则可以促进基因的转录。

二、转录后调控1. RNA剪接：RNA剪接是一种将RNA前体分子中的内含子去除，将外显子连结起来的过程。

通过不同的剪接方式，可以产生不同的mRNA亚型，从而影响蛋白质的翻译。

2. mRNA降解：mRNA降解是指将mRNA分解为较小的碎片，从而停止蛋白质的合成。

通过调控mRNA的稳定性，可以控制基因的表达水平。

三、翻译调控1. 转运调控：通过调控mRNA的转运过程，可以控制mRNA的定位和稳定性。

这种调控方式可以影响基因的表达水平。

2. 蛋白质修饰：蛋白质修饰是指在翻译后对蛋白质进行化学修饰的过程。

蛋白质修饰可以影响蛋白质的功能、稳定性和亚细胞定位。

综上所述，基因表达调控涉及转录调控、转录后调控和翻译调控等多个层面和分子机制。

这些调控机制相互作用，共同影响基因的表达水平和细胞的功能。

对这些调控机制的深入研究，有助于我们更好地理解生物体的发育、生长和适应环境的能力。

基因表达和调控的生物化学机制

基因表达和调控的生物化学机制

基因表达和调控的生物化学机制基因是一个生物的所有遗传信息的载体。

基因的表达是指遗传信息从基因中被转录和翻译成蛋白质的过程。

基因表达是一个复杂的生物化学过程，涉及到DNA的复制和转录，RNA的加工和修饰，以及蛋白质的合成和后续生物学功能的实现。

为了顺利地完成这一过程，细胞需要对基因进行调控，使其在不同的环境和时期中以恰当的方式表达。

在细胞中，基因表达的调控是一个丝毫不差的过程。

因为在同一种细胞中，不同基因的表达都需要在不同的时间和空间上进行调整，以适应不同的生理和生化需求。

细胞需要在调控基因表达时，同时兼顾对其基因组的保护和稳定性。

因此，细胞内部的分子机制和信号通路在基因表达和调控中扮演了重要角色。

DNA复制和转录细胞内复制过程中，DNA双链被分离，由螺旋酶酶催化的单股DNA作为模板合成新的双股DNA。

如果细胞需要转录一个基因，则在DNA链中有一条单股被复制并合成一条新的链，这种合成过程就是转录。

转录的起始点称为启动子，由RNA聚合酶(一种酶)和启动因子进行识别和结合。

RNA聚合酶通过反复“滑动”直到到达终止密码子基序并停止合成RNA链。

染色质结构在细胞内，DNA与一些特殊的蛋白质结合，形成了染色质这个大的复合体。

染色质通过紧密缠绕和松开的方式，实现DNA的不同程度的包裹，在不同的时刻控制DNA的可访问性。

如果染色质松开了DNA，这样可以让转录因子（一类蛋白质）能够顺利地结合到基因启动子上，实现基因的转录过程。

DNA甲基化DNA甲基化是一种广泛存在于自然界生物体中的基因表达调控机制。

DNA甲基化通常被称为“表观遗传标记”，因为甲基化修饰的正负对DNA结构起到了影响。

DNA甲基化是在脱氧核糖苷（dNTP）降解成脱氧胸腺嘧啶酸时由甲基基团捐赠者S-腺苷甲硫凝集酶催化的。

DNA甲基化位点多种多样，并且会因不同的环境因素，如化学物质暴露和不正确的饮食习惯而发生改变。

RNA剪切和编辑DNA转录的主要产物是RNA，RNA通常被其加工和修饰，以适应其在细胞中的不同需求。

生物化学：基因表达调控(名词解释)

生物化学：基因表达调控(名词解释)

1. 顺式作用元件（cis-acting element）是指可以影响自身基因表达活性的真核DNA序列。

2. 反式作用因子（trans-acting factor）.指调控转录的蛋白质因子。

它们由某一基因表达后通过与特异的顺式作用元件相互作用，反式激活另一基因的转录。

3. 管家基因（housekeeping gene）.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均表达，被称为管家基因。

4. 基因表达的时空性.即基因表达的时间、空间特异性。

时间特异性：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。

在多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性。

空间特异性：在个体生长全过程，某种基因产物在个体在不同组织或器官表达，即按空间顺序出现。

5. 启动子（promoter）启动子指RNA聚合酶结合位点周围的一组转录调控组件，包括至少一个转录起始点以及一个以上的功能组件。

6. 增强子（enhancer）指远离转录起始点（1~30kb），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，其发挥作用的方式通常与方向，距离无关。

7. 沉默子（silencer）是某些基因含有负性调节元件，当其结合特异蛋白质因子时，对基因转录起阻遏作用。

8. 基本转录因子基本转录因子（general transcription factor）为RNA 聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白质因子，决定三种RNA（tRNA、mRNA及rRNA）转录的类别。

9. 特异转录因子特异转录因子（special transcription factor）：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10.基因组基因组（genome）：指一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。

11.基因表达基因表达：指储存遗传信息的基因转录及翻译合成蛋白质，或者经转录合成RNA的过程。

生物化学基因表达调控(精)

生物化学基因表达调控(精)


转录起始 转录后加工 mRNA降解
蛋白质翻译 翻译后加工修饰 蛋白质降解等
目录
二、基因转录激活调节的基本要素—
转录调节蛋白与特异DNA序列的相互作用
（一）特异DNA序列决定基因的转录活性
（二）转录调节蛋白可以增强或抑制转录活性
目录
原核生物
特异DNA序列：包括启动序列、操纵序列 及其他调节序列 调节蛋白：特异因子（ σ因子 ）、阻遏蛋 白和激活蛋白
在个体生长全过程，某种基因产物在个体按 不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的
空间特异性(spatial specificity)。
基因表达所表现出的这种分布差异，实际上 是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特 异性 又称 细 胞或组织特异性 (cell or tissue specificity)。
目录
DNA
a A
反式调节
b
mRNA 蛋白质A
A c
DNA mRNA
C
顺式调节
C
图13-3 反式与顺式作用蛋白
蛋白质C
反式作用因子：绝大多数真核转录调节因子由它 的编码基因表达后，通过与特异的顺式作用元件 识别、结合，反式激活另一基因的转录，故称为 反式作用因子。 顺式作用蛋白：有些基因产物可特异识别、结合 自身基因的调节序列，调节自身基因的开启或关 闭，具有这种调节方式的调节蛋白称为顺式作用 蛋白。 （反式作用因子是主要的转录调节因子）
半乳糖 有乳糖存在时
图13-4 lac 操纵子与阻遏蛋白的负性调节
目录
乳糖
2、CAP的正性调节
+ + + + 转录 DNA
CAP
P
O
Z
基因表达与调控08

基因表达与调控08


大多数基因的表达产物是蛋白质,部分基因
如tRNA和rRNA基因表达产物是RNA。
简单地说，基因表达就是基因的转录和翻译过程。
基因表达的特性
时间特异性或阶段特异性
空间特异性或组织细胞特异性
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。 如噬菌体、病毒、细菌、侵入缩主后， 呈现一定的感染阶段。
ppGpp和pppGpp的合成与作用
CAP
I
RNA pol P
O
Z
Y
A
有葡萄糖，cAMP 浓度低时
CAP
I
RNA pol P
O
Z
Y
A
III. CAP的正性调节:
CAP蛋白是一个同二聚体，具有DNA结合域
和cAMP结合位点。当没有葡萄糖存在时，由于
cAMP的浓度受葡萄糖代谢的调节，cAMP浓度
表现为较高，这时cAMP与CAP蛋白结合形成
2. 关于正调控与负调控
在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活 蛋白(activator)，激活蛋白结合与DNA的启动子及 RNA聚合酶后，转录才会进行。 在正控诱导系统中，诱导物的存在使激活蛋白处 于活性状态，转录进行。 在正控阻遏系统中，效应物分子的存在使激活蛋 白处于非活性状态，转录不进行。
1. 几个重要的概念 基因 (gene) :
是一段DNA分子，编码一种多肽链或RNA。
基因组 (genome)：
指一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息
或整套基因。
基因表达 (gene expression)：
在一定调节机制控制下，基因经过转录 及翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质 或RNA分子的过程。
生物化学：基因表达调控

生物化学：基因表达调控

基因表达的调节与基因的结构、性质，生 物个体或细胞所处的内、外环境，以及细胞内 所存在的转录调节蛋白有关。
转录起始是基因表达的最主要的控制点。
转录起始调节主要作用于RNA聚合酶与DNA的 特异序列相结合形成转录起始复合物的过程。
生物化学
（一） 特异DNA序列
原核生物和真核生物基因均存在对转录的 激活起着调节作用的特异DNA序列
其表达只受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互 作用的影响，而不受其他机制调节。事实上，组成性 基因表达虽然持续进行，但其表达水平强弱也受一定 机制的调控而变化。
生物化学
诱导和阻遏表达
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，这种基因称为可诱导基因。
可诱导基因在特定环境中表达增强的过程， 称为诱导（ induction ）。
原核细胞------单个的环状染色质所含的全 部基因； 真核生物------一个生物体的染色体所包含 的全部DNA。
核外遗传物质：线粒体DNA---线粒体基因组
生物化学
*基因表达（geneexpresion） 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。
并非所有基因表达的过程都产生蛋白质，rRNA、tRNA编码基 因转录产生RNA的过程也属于基因表达。
生物化学
二、基因表达调控的多层次和复杂性
改变遗传信息传递过程中的任何环节都会导致基 因表达的变化；
某一特定类型的细胞可以选择性扩增基因组DNA的 部分基因使某些蛋白质分子高表达；
为适应某种特定需要而进行的DNA重排，以及DNA 甲基化等均可在遗传信息水平上影响基因表达。
生物化学
二、基因表达调控的多层次和复杂性
原核生物转录调节蛋白都属于DNA结合蛋白，分为 特异因子、阻遏蛋白及激活蛋白；
生物化学试题及答案-基因表达调控

生物化学试题及答案-基因表达调控

基因表达调控一、单项选择题1.基因表达产物是A.RNAB.DNAC.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18. 大多数处于活化状态的真核基因对Dnase IA. 高度敏感B. 低度敏感C. 中度敏感D. 不敏感E. 不一定19. 构成最简单的启动子的常见功能组件是A. TATA盒B. GC盒C. CAAT盒D. 上游调控序列（UAS）E. 以上都不是20. 基本转录因子中直接识别、结合TATA盒的是A. TFII AB. TFII BC. TFII CD. TFII DE. TFII E二、多项选择题1.基因表达调控可以发生在A.转录水平B.复制水平C.转录起始D.翻译水平E.翻译后水平2.参与原核基因表达调控的有A.阻遏蛋白B.激活蛋白C.基本转录因子D.σ特异因子E.某些小分子化合物3.真核基因表达调控特点是：A.正性调控占主导B.负性调控占主导C.转录与翻译分隔进行D. 转录与翻译偶联进行E.伴有染色体结构变化4.下述蛋白质基因表达具有组织特异性的是A.磷酸甘油醛脱氢酶B.胰岛素C.血红蛋白D.HMG CoA裂解酶E.丙酮酸脱氢酶5.顺式作用元件必须与下列因子特异结合才能发挥转录调节活性A.启动子B.增强子C.沉默子D.蛋白因子E.反式作用因子6.一个操纵子必含有A.一个编码基因B.数个编码基因C.一个启动序列D.一个操纵序列E.数个启动序列7.在lac操纵子中起调控作用的是A.I基因B.P序列C.Y基因D.O序列E.Z基因8.通常组成启动子的元件有A.TATA盒B.UAS序列C.CAAT盒D.转录起始点E.GC盒9.在乳糖操纵子机制中起正性调节的因素是A.阻遏蛋白去阻遏B.cAMP水平升高C.葡萄糖水平升高D.cAMP水平降低E.葡萄糖水平降低10.基因表达产物可以是A.tRNAB.mRNAC.rRNAD.多肽链E.蛋白质11.乳糖操纵子的诱导剂是A.葡萄糖B. IPTGC.β-半乳糖苷酶D.透酶E.乳糖12.下面关于启动子的描述正确的是：A 作为模板转录成RNAB 属于顺式作用元件部分的特异碱基序列C 具有多聚U尾巴和回文结构D 作为RNA聚合酶结合并启动转录的碱基序列E. 是RNA上的特异碱基序列三、填空题1 ．基因表达的终产物可以是 _________ ，也可以是 _________ 。

生化基因表达与调控 ppt课件

生化基因表达与调控 ppt课件

基因表达调控失控下疾病的发生机制
1
1 基因表达
目录
CONTENTS
2 基因表达调控 3 例：血红蛋白病
2
№.1
（gene express
是指细胞在生命过程中，把储 存在DNA顺序中遗传信息经过转 录和翻译，转变成具有生物活性 的蛋白质分子。
3
基因表达
“ 生物体内的各种功能蛋白质和酶都是同相应
的结构基因编码的。同一基因在不同组织能生 成不同的基因产物来源于不同组织的类似蛋白， 可以由同一基因编码产生，这种现象首先是由 于基因中的增强子等有组织特异性，它能与不 同组织中的组织特异因子结合，故在不同组织 中同一基因会产生不同的转录物与转录后加工 作用。
α和β珠蛋白基因。还有少见类型是由 ”
其他珠蛋白基因异常所致。 12
α地中海贫血
α珠蛋白基因缺失或缺陷导致α珠蛋白链合成受抑制,称
为α地中海贫血。正常人自父母双方各继承2个α珠蛋白基
因(αα/αα)。患者临床表现的严重程度取决于遗传有缺陷
α基因的数目。α链合成减少使含有此链的三种血红蛋白
(HbA,HbA₂,HbF)合成减少。在胎儿及新生儿导致γ链过
9
DNA甲基化、组蛋白修饰及RNA
“分子的作用可在不同层面影响
DNA分子的表达，其中任何环节 出现错误都会导致不同的表达错 误，从而引发人类疾病。
例如：血红蛋白病、家族性高胆 ”
固醇血症、肿瘤等。
10
血红蛋白病
“ 珠蛋白肽链合成数量异常(地中海贫血)
异常血红蛋白病
α地中海贫血
β地中海贫血
镰状细胞贫血
力高，加重组织缺氧。
14
异常血红蛋白病
异常血红蛋白病是一组遗传性珠蛋白链结 构异常的血红蛋白病，珠蛋白链出现单个或双 氨基酸替代、缺失、插入、链延伸、链融合等 肽链结构改变导致血红蛋白功能和理化性质的 变化或异常,表现为珠蛋白链多聚体形成(镰状 细胞贫血)、氧亲和力变化、形成不稳定血红 蛋白或高铁血红蛋白等,以溶血、发绀、血管 阻塞为主要临床表现。
分子生物学执医模考解析

分子生物学执医模考解析


SSB
稳定解开的单链DNA
75. 真核生物mRNA合成时，下列哪一种酶是不需要的
A. 以DNA为模板的RNA聚合酶 B. 加帽酶 C. 解链酶 D. 拓扑异构酶 E. 限制性内切酶
76. 原核生物中起始氨基酰-tRNA是
A. fMet-tRNAfMet B. Met-tRNAMet C. Arg-tRNAArg D. Leu-tRNALeu E. Asn--tRNAAsn
PO
结构基因
前导序列 衰减子区域
1
2
3
4
UUUU……
trp 密码子
终止密码子
14aa前导肽编码区UU: UU…包…含序列1 第10、11密码子为trp密码子UUUU……
衰减子结构
UUUU……
形成发夹结构能力强弱： 序列1/2>序列2/3>序列3/4
前导DNA
前导mRNA
1 核糖体
5’
RNA聚合酶
UUUU 3’
99. IPTG结合的蛋白是（ ）基因编码 100. 阻遏蛋白结合的区域为（ ）。
DNA
I
mRNA
pPol O z
y
a
启动转录
mRNA
阻遏蛋白
β-半乳糖苷酶
异乳糖
乳糖
* 诱导剂：异乳糖（天然的） IPTG（异丙基硫代半乳糖苷）：乳糖和异乳糖的类似物
Thanks！
主要的小分子信使靶分子
cAMP-蛋白激酶A （PKA) cGMP-蛋白激酶G (PKG) DAG -蛋白激酶C (PKC) IP3-IP3受体（钙离子通道）→ Ca2+ 释放 Ca2+—钙调蛋白→钙调蛋白依赖蛋白激酶
85. 霍乱毒素在体内的毒性作用机制是
18章基因表达调控 生物化学清晰易学版课件

18章基因表达调控 生物化学清晰易学版课件


启动子序列差异决定转录起始活性大小。 -10到-30间大多碱基替换对启动子功能有副作用
Trp色氨酸 lac 乳糖 recA蛋白 Are 阿拉伯糖
真核生物启动子顺序差异更大 基线水平转录←RNA聚合酶与启动子亲和力 RNA聚合酶与启动子的结合需要转录因子
三、 转录起始受DNA结合蛋白调节
“半个操纵子就可以得诺贝尔奖 ”
二、乳糖操纵子调节机制
1. 乳糖操纵子(Lac operon)的结构
调控区
regulatory region
结构基因
structure gene
DNA
P OZ YA
操纵序列 启动序列 CAP结合位点
Z： β-半乳糖苷酶 ß-galactosidase
Y：半乳糖苷透过酶 permease
构——蛋白多重亚基协同结合
二、DNA结合蛋白的主要结构模体
调节蛋白DNA结合结构域中与DNA直接结合 的特征性亚结构——结构模序（模体） 螺旋-转角-螺旋（Helix-Turn-Helix，HTH） 锌指（Zinc finger） 同质异形结构域（homeodomain）
1. 螺旋-转角-螺旋
与靶DNA结合的人类 转录因子Max
Max蛋白二聚体含2个 螺旋-环-螺旋结构（彩 色、灰色）
亮氨酸拉链 DNA结合区
第四节
原核生物基因表达调节
Regulation of Prokaryotic Gene Expression
一、许多原核基因以操纵子 (operon)为单位调节
细菌某一途径相关基因串联排列于染色体， 由单一启动子控制，构成一个转录单位，共 同转录。——操纵子
激活子结合于启动子附近位点，加强RNA聚 合酶活性，促进RNA聚合酶与启动子结合

生物化学习题及解析基因表达调控

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 ．基因转录初步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 浓度高升C ．半乳糖与隔断蛋白结合D ．RNA聚合酶与启动序列结合E ．隔断蛋白与控制序列结合3．加强子的特点是4．以下那个不属于顺式作用元件A 5 ABCDE 6 ． UAS B ． TATA 盒 C ． CAAT 盒 D ． Pribnow盒E．．关于铁反应元件（IRE）错误的选项是．位于运铁蛋白受体(TfR)的mRNA上． IRE 组成重复序列．铁浓度高时 IRE 促进 TfR mRNA 降解．每个 IRE可形成柄环节构． IRE 结合蛋白与 IRE 结合促进 TfR mRNA 降解．启动子是指GC 盒A． DNA 分子中能转录的序列B．转录启动时 RNA 聚合酶鉴别与结合的 DNA 序列C．与隔断蛋白结合的 DNA 序列D．含有转录停止信号的 DNA 序列E．与反式作用因子结合的 RNA 序列7．关于管家基因表达错误的选项是A．在同种生物全部个体的全生命过程中几乎全部组织细胞都表达B．在同种生物全部个体的几乎全部细胞中连续表达C．在同种生物几乎全部个体中连续表达D．在同种生物全部个体中连续表达、表达量一模一样E．在同种生物全部个体的各个生长阶段连续表达8．转录调治因子是E．产生隔断蛋白的调治基因9 ．对大多数基因来说，CpG 序列高度甲基化A ．控制基因转录B ．促进基因转录C ．与基因转录没关D ．对基因转录影响不大E ．既可控制也可促进基因转录10 ． HIV 的 Tat 蛋白的功能是A ．促进 RNA polⅡ 与DNA结合B．提高转录的频率C ．使 RNA pol Ⅱ经过转录停止点D ．提前停止转录E ．控制 RNA pol Ⅱ参加组成前初步复合物11．活性基因染色质结构的变化不包括A ． RNA 聚合酶前方出现正性超螺旋B ． CpG 岛去甲基化C ．组蛋白乙酰化D ．形成茎 - 环结构E ．对核酸酶敏感12．真核基因组的结构特点不包括E ．几个功能相关基因成簇地串联13 ．功能性前初步复合物中不包括A ． TF Ⅱ AB ． TBPC ．σ因子D ．initiator （Inr ）E ．RNA pol Ⅱ14 ． tRNA 基因的启动子和转录的启动正确的选项是A ．启动子位于转录初步点的 5 '端B ． TF ⅢC 是必需的转录因子，TF Ⅲ B 是帮助TF ⅢC 结合的辅助因子C ．转录初步需三种转录因子 TF Ⅲ A 、 TF Ⅲ B 和 TF Ⅲ CD ．转录初步第一由 TF Ⅲ B 结合 A 盒和 B 盒E ．一旦 TF Ⅲ B 结合， RNA 聚合酶即可与转录初步点结合并开始转录15．基因转录激活调治的基本要素错误的选项是A ．特异 DNA 序列 B ．转录调治蛋白C ． DNA- 蛋白质相互作用或蛋白质 - 蛋白质相互作用D ． RNA 聚合酶活性E ． DNA 聚合酶活性16．关于“基因表达”表达错误的选项是A ．基因表达并无严格的规律性B ．基因表达拥有组织特异性C ．基因表达拥有阶段特异性D ．基因表达包括转录与翻译E．有的基因表达受环境影响水平高升或降低17 ．关于基因引诱和隔断表达错误的选项是A ．这类基因表达受环境信号影响升或降B ．可引诱基因指在特定条件下可被激活C ．可隔断基因指应答环境信号时被控制D ．乳糖控制子体系是引诱和隔断表达典型例子E ．此类基因表达只受启动序列与 RNA 聚合酶相互作用的影响18 ．控制子不包括19．顺式作用元件是指C．编码基因以外可影响编码基因表达活性的序列D．启动子不属顺式作用元件 E ．特异的调治蛋白20 ．关于反式作用因子不正确的选项是A．绝大多数转录因子属反式作用因子B．大多数的反式作用因子是 DNA 结合蛋白质C．指拥有激活功能的调治蛋白D ．与顺式作用元件平时是非共价结合E ．反式作用因子即反式作用蛋白21 ．乳糖控制子的直接引诱剂是A ．乳糖B ．半乳糖C ．葡萄糖 D．透酶 E ．β- 半乳糖苷酶22 ．关于乳糖控制子不正确的选项是A ．当乳糖存在时可被隔断B ．含三个结构基因C ． CAP 是正性调治要素D ．隔断蛋白是负性调治要素E ．半乳糖是直接引诱剂23 ．活化基因一个明显特点是对核酸酶A ．高度敏感B ．中度敏感C ．低度敏感D ．不度敏感E ．不用然24 ． lac隔断蛋白与lac控制子结合的地址是A ． I基因B．P序列C．O序列D．CAP序列E．Z基因25 ． CAP 介导 lac控制子正性调治发生在A ．无葡萄糖及 cAMP 浓度较高时B ．有葡萄糖及 cAMP 浓度较高时C ．有葡萄糖及 cAMP 浓度较低时D ．无葡萄糖及 cAMP 浓度较低时E ．葡萄糖及 cAMP 浓度均较低时26 ．功能性的前初步复合物（ PIC ）形成牢固的转录初步复合物需经过TBP 接近A．结合了默然子的转录控制因子B．结合了加强子的转录控制因子C．结合了默然子的转录激活因子D．结合了加强子的转录激活因子E．结合了加强子的基本转录因子（二） B 型选择题A．控制子 B ．启动子 C ．加强子 D ．默然子 E ．转座子1 ．真核基因转录激活必不能少2 ．真核基因转录调治中起正性调治作用3 ．真核基因转录调治中起负性调治作用4．原核生物的基因调控体系是5．由特定基因编码，对另一基因转录拥有调控作用的转录因子6．影响自己基因表达活性的 DNA 序列7．由特定基因编码，对自己基因转录拥有调控作用的转录因子8．属于原核生物基因转录调治蛋白的是A ． lac隔断蛋白B．RNA聚合酶C．c AMP D．CAPE．转录因子9．与 CAP 结合10．与启动序列结合11．与控制序列结合A ．多顺反子B ．单顺反子C ．内含子D ．外显子E ．控制子12．真核基因转录产物13．原核基因转录产物14．真核基因编码序列A ． UBF1B ． SL 1 C．ICR D．TFⅢ B E．UCE15 ． RNA polⅠ所需转录因子，并能与UCE 和核心元件结合16 ． tRNA 和 5S rRNA 基因的启动子17 ．人 rRNA 前体基因的启动子元件18 ． tRNA 和 5S rRNA 基因转录初步所需转录因子（三） X 型选择题1．基因表达的方式有2．基因表达终产物能够是3．在遗传信息水平上影响基因的表达包括4．控制子包括E．顺式作用元件5．以下哪些是转录调治蛋白E．反式作用因子6．基因转录激活调治的基本要素有A ．特异 DNA 序列B ．转录调治蛋白C ． DNA-RNA 相互作用D ． DNA- 蛋白质相互作用E ．蛋白质 - 蛋白质相互作用7．平时组成最简单的启动子的组件有E．上游激活序列8．关于启动子的表达哪些是错误的A ．开始转录生成 m RNA 的 DNA 序列B ． m RNA 开始被翻译的序列C ． RNA 聚合酶开始结合的 DNA 序列D ．隔断蛋白结合 DNA 的部位E．产生隔断物的基因9．基因表达过程中仅在原核生物中出现而真核生物没有的是A ． AUG 用作初步密码子B ．σ因子C ．电镜下的“羽毛状”现象D ．多顺反子 m RNA E ．多聚核糖表现象二、是非题1 ．管家基因在一个生物个体的几乎全部细胞中连续表达，且表达水平是一成不变的。

生物化学：基因表达调控 (2)


生物化学
* 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。 转录激活因子-通过蛋白质-DNA、蛋白质-蛋白质相
互作用起正性转录调节作用的因子
转录抑制因子-
生物化学
* 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。 转录激活因子-通过蛋白质-DNA、蛋白质-蛋白质相
TFⅡF polⅡ
TAFTAF TAF TFⅡH
TFⅡA TBP TFⅡB
TATA
DNA
真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子 帮助下，形成的转录起始复合物
生物化学
真核基因转录调节是复杂的、多样的：
* 不同的DNA元件组合可产生多种类型的转 录调节方式；
* 多种转录因子又可结合相同或不同的DNA 元件。
* 转录因子与DNA元件结合后，对转录激活 过程所产生的效果各异，有正性调节或负性调 节之分。
真核基因转录表达的调控蛋白主要是以激活蛋白 作用为主，表达时就需要有激活的蛋白质存在促进 转录，因此真核基因表达以正性调节为主导。
由于调节蛋白与DNA特异序列作用特异性强，而 多种激活蛋白与DNA间同时特异相互作用，使非特 异作用更加降低，可使数目巨大的真核基因的调控 更特异更精确。
生物化学
(四) 转录与翻译分隔进行 (五) 转录或修饰、加工
生物化学
一、真核生物基因组结构的特点
(一) 真核基因组结构庞大
哺乳类动 物基因组
DNA
约 3 × 10 9 碱基对
含2万～2.5万个基因，其中60%的基因存在可 变剪接，约80%的可变剪接能够导致蛋白质序 列的变化。 人类基因组中1%序列编码蛋白质，5%～10% 的重复基因，其余80%～90%的基因组为非编 码序列——内含子、调控序列等。

基因表达调控课堂练习参考答案

《基因表达调控》部分课堂练习题学号： 姓名：一、填空题。

1. 不同的生物使用不同的信号来指挥基因调控。

不同的生物使用不同的信号来指挥基因调控。

在原核生物中，在原核生物中，__营养状况__和__环境因素__对基因表达起着举足轻重的影响；因表达起着举足轻重的影响；在高等真核生物中，在高等真核生物中，__激素水平__和__发育阶段__是基因表达调控的最主要手段。

的最主要手段。

2. 操纵子学说是关于原核生物基因结构和表达调控的学说，由法国巴斯德研究所科学家____Jacob_Jacob__和____Monod_Monod__在1961年首先提出，后经许多学者补充修正得以逐步完善。

年首先提出，后经许多学者补充修正得以逐步完善。

3. 大肠杆菌乳糖操纵子包括三个结构基因：____lacZ_lacZ__、____lacY_lacY__和____lacA_lacA__，以及__启动子__、操纵基因和__阻遏子__。

4. 在葡萄糖存在时，即使在细菌培养基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等诱导物，与其对应的操纵子也不会启动而产生出代谢这些糖的酶，子也不会启动而产生出代谢这些糖的酶，这种现象称为这种现象称为__葡萄糖抑制效应__。

由于葡萄糖对乳糖操纵子表达的抑制是间接的，是葡萄糖的降解产物抑制了lac mRNA 的合成，所以又称为__降解物抑制作用__或__代谢物阻遏效应__。

5. 对于大肠杆菌乳糖操纵子而言，对于大肠杆菌乳糖操纵子而言，乳糖并不与阻遏物相结合，乳糖并不与阻遏物相结合，乳糖并不与阻遏物相结合，真正的诱导物是乳糖的异构体真正的诱导物是乳糖的异构体__异构乳糖__，它是在β-半乳糖苷酶的催化下由乳糖形成的。

半乳糖苷酶的催化下由乳糖形成的。

6. 能够诱导操纵子但不是代谢底物的化合物，如异丙基巯基半乳糖苷（IPTG ）和巯甲基半乳糖苷（TMG ），称为___义务（安慰性）___诱导物。

色氨酸是一种调节分子，被称为__辅阻遏物___。

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3、协调调节
※当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能 发挥作用；
※如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序 列结合，操纵子仍无转录活性。
单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源； 若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌 首先利用葡萄糖。
葡萄糖对lac操纵子的阻遏作用称分解代谢 阻遏(catabolic repression)。
胰岛素基因 胰岛β细胞
三、基因表达的方式多样性
按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：
（一）基本表达 某些基因在一个个体的几乎所有细胞
中持续表达，通常被称为管家基因 (housekeeping gene)。
无论表达水平高低，管家基因较少受环 境因素影响，而是在个体各个生长阶段的大 多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很 小。这类基因表达被视为基本（或组成性） 基因表达(constitutive gene expression)。
无专一性，需要启动子才能发挥作用。 酵母：上游激活序列（UAS）
3. 沉默子(silencer)
某些基因的负性调节元件，当其结合特异 蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。
（二）反式作用因子 1. 转录（调节）因子分类（按功能特性）
* 基本转录因子(general transcription factors) 是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组
GC盒: GGGCGG CAAT盒: GCCAAT
• 位于-30 〜 -110bp区域 • 与相应蛋白因子结合，影响转录效率。
典型的启动子由TAAT盒和CAAT盒和/或 GC盒组成，通常具有一个转录起始点及较高的 转录活性。
2. 增强子(enhancer)
指远离转录起始点、决定基因的时间、 空间特异性、增强启动子转录活性的DNA序 列。发挥作用的方式：与方向、 距离无关。
2. 转录（调节）因子结构
TF
DNA结合域
转录激活域
酸性激活域 谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
蛋白质-蛋白质结合域 （二聚化结构域）
启动序列 操纵序列 编码序列
• 当激活蛋白结合启动子邻近DNA序列时，会增强 RNA聚合酶活性，激活转录，介导正性调节。
DNA
P
CAP结合位点
OZ YA
+ + + + 转录
3) 调节基因 编码调节蛋白与操纵序列结合
特异因子、阻遏蛋白、激活蛋白均为DNA结合蛋白
* 特异因子：决定RNA-pol对一个或一套 启动序列 的特异性识别和结合能力。 •阻遏蛋白：识别和结合特异的DNA序列—操纵序 列，阻遏基因转录，介导负性调节。 •激活蛋白：提高RNA聚合酶与启动子的结合能力， 增强RNA聚合酶转录活性，是正调控。
色氨酸存在→ 色氨酸合成酶系表达↓
四、基因表达受顺式作用元 件和反式作用因子共同调节
一、顺式作用元件(cis-acting element) ——可影响自身基因表达活性的
DNA序列。通常是非编码序列。包括启动子、 增强子及沉默子等。
DNA B
转录起始点
A
编码序列
二、反式作用因子(trans-acting factor)
低半乳糖时
葡萄糖低 cAMP浓度高
高半乳糖时
RNA-pol
ＩO
O
葡萄糖高 cAMP浓度低
无转录
mRNA
ＩO
O
无转录
lac操纵子强的诱导作用的条件是：
低水平转录
乳糖存在的同时又要缺乏葡萄糖（cAMP浓度高）。
第三节 真核基因转录调节
一、真核基因组结构特点
（一）真核基因组结构庞大
哺乳类动 物基因组
• 编码序列 • 非编码调节序列
*基因组 (genome) 一个细胞或生物所携带的整套遗传信
息或全部基因。 原核细胞：单个环状染色体 真核生物：染色体基因组 (染色体DNA)
人类基因组含约 2万~2.5万个基因。
人的23对染色体
*基因表达 (gene expression) 在一定调节机制控制下，基因经历基
DNA
CAP结合位点
P
OZ YA
+ + + + 转录
CCAACCPPAAPP CACPAP 无葡萄糖，cAMP浓度高时
CAP
有葡萄糖，cAMP浓度低时
• 阻遏蛋白是负性调节因素。 • 半乳糖或IPTG是诱导剂 。
• CAP是同二聚体，含DNA结合区和cAMP结合位点。 • CAP是正性调节因素。
基因活化后
转录方向
负超螺旋 RNA-pol 正超螺旋
RNA聚合酶下游的转录区为正超螺旋，阻碍 核小体的形成，促进核小体的解体；
RNA聚合酶上游的DNA则为负超螺旋，有利 于核小体的再形成。
3. DNA碱基修饰变化
真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化， 甲基化范围与基因表达程度呈反比。
4. 组蛋白变化
二、真核基因表达调控特点
(一)三类RNA聚合酶 (二) 活性染色体结构变化 (三) 正性调节占主导 (四) 转录与翻译分隔进行 (五) 转录后修饰、加工调控 （六）翻译及翻译后加工调控
（一）RNA聚合酶 真核生物的RNA聚合酶
种类 转录产物
Ⅰ 45S-rRNA
对鹅膏蕈碱 的反应
耐受
Ⅱ hnRNA
多细胞生物基因表达表现为与生长、 分化和发育阶段一致的时间性，因此又称 阶段特异性(stage specificity)。
α类珠蛋白基因 5´ξ－ψξ－ψα－α2－α1－θ3´
β类珠蛋白基因 5´ε－Gγ－Aγ－ψβ－δ－β3´
胚胎发育早期三种Hb：ξ2ε2、 α2 ε2、 ξ2γ2 胎儿期：α2 γ2 迅速增多 成 人：α2 β2为主，α2 δ2微量
① 富含Lys组蛋白H1水平降低 ② H2A, H2B二聚体不稳定性增加
③ 组蛋白H3、 H4修饰：乙酰化、磷酸化
导致核小体不稳定或松弛
（三）正性调节占主导 其原因： • 更有效，可提高特异性和精确性 • 采用负性调节不经济
（四）转录与翻译分隔进行 （五）转录后修饰、加工
三、 转录起始的调节
（一）顺式作用元件 是指可影响自身基因表达活性的特
某一基因表达产生的蛋白质因子，通 过与另一基因的顺式作用元件相互作用， 从而调节此基因的表达。
这种调节作用称为反式作用。 这种蛋白质因子称反式作用因子。
有些真核调节蛋白可特异识别、结 合自身基因的调节序列，调节自身基因 的表达。
这种调节作用称为顺式作用。 这种蛋白质因子称顺式作用因子
DNA
a
mRNA
13-15bp
CCCCAT NT
σ54
rpoN 氮的利用 CTGGNA 6bp TTCGA
通过不同的σ亚基，原核细胞能协同相关 基因的表达，使细胞适应其所处的环境。
原核生物操纵子 操纵子(operon)：通常由2个以上的结构基因与
启动子、操纵序列以及其他调节序列成簇串联组成 的基因表达调控单位。
rec A TTGATA N16 TATAAT N7 A
ara BAD CTGACG N16 TACTGT N6 A
共有序列 TTGACA
TATAAT 决定转录活性
2) 操纵序列 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RNA聚合酶不能沿DNA 向前移动 ，阻碍转录。
蛋白质A
A
C
ห้องสมุดไป่ตู้
顺式调节
反式调节
Ab
c
DNA
mRNA
C
蛋白质C
五、基因表达的多层次和复杂性
•基因表达在全过程的各水平上都可以受调控：
基因 激活
转录起始 转录后加工 mRNA降解
主要调节环节
蛋白质翻译 翻译后加工修饰 蛋白质降解等
第二节 原核基因表达调控
一、原核基因转录调节特点 ——调节的主要环节在转录起始
DNA 约 3 × 10 9 碱基对
人编码基因约 有 2.5万个，占总基因组的1 % 重复序列高达50%以上
（二）单顺反子 （三）重复序列
高度重复序列（106 次） 多拷贝序列
中度重复序列（103 ~ 104次） 单拷贝序列（一次或数次） 反向重复序列
5`AAACCACCGCTGGTAGCGGTGGTTT3` 3`TTTGGTGGCGACCATCGCCACCAAA5` （四）基因不连续性（断裂基因）
（一）σ因子决定RNA聚合酶识别特异性 （二）操纵子是原核基因转录调控的基本单位 （三）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性
• E. coli的不同σ因子识别不同的共同顺序
因子
基因
功用 -35顺序 间隔距离 -10顺序
σ70
rpoD 正常状态 TTGACA 10-18bp TATAAT
σ32
rpoH
热休克
CNCTTG AA
François Jacob Jacques Monod
(1920 ~ )
(1910 ~ 1976)
荣获1965年诺贝尔生理或医学奖
第一节
基本概念与原理
Basic Conceptions and Principle
一、基因表达的概念
*基因(gene)
从遗传学角度讲，就是编码一种RNA、 一种多肽的信息单位；从分子生物学角度看， 是负载特定遗传信息的DNA片段。
（二）诱导和阻遏表达（适应性表达） 在特定信号刺激下，相应基因被激活，其
表达产物增加，这种基因称为可诱导基因。 可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，
称为诱导(induction)。
乳糖存在 → 利用乳糖的酶的表达量
如果基因对环境信号应答是被抑制，这种 基因是可阻遏基因。
可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为 阻遏(repression)。