营养成分对基因表达的调控

食品营养学的研究内容食品营养学是一门涉及人体营养需求与食品成分相互关系的科学。

它涉及到多个领域，包括营养素与能量代谢、营养素的需要量与摄入、营养与慢性病、食品的营养价值、营养与免疫、营养与基因表达以及营养与衰老等。

本文将对这些领域进行简要介绍。

1.营养素与能量代谢营养素是指食物中对身体有益的物质，包括碳水化合物、脂肪、蛋白质、维生素、矿物质等。

这些营养素通过代谢产生能量，维持身体的基本生命活动。

营养素之间的相互作用对能量代谢产生影响，如碳水化合物和脂肪可以相互转化，而维生素和矿物质则参与多种代谢过程。

2.营养素的需要量与摄入每种营养素的需要量是不同的，需要根据个体的年龄、性别、体重、身体状况等因素进行评估。

摄入不足或过量都会对身体产生不良影响。

例如，长期摄入热量不足会导致体重下降，而热量摄入过多则会引起肥胖和其他健康问题。

蛋白质、脂肪和碳水化合物是人体主要的能量来源，但每种营养素的摄入量需要根据个体情况进行调整。

3.营养与慢性病许多慢性病，如肥胖、糖尿病和心血管疾病等，都与饮食营养有着密切的关系。

研究发现，高热量、高脂肪和高糖的饮食容易导致肥胖和糖尿病，而高盐、高胆固醇和缺乏膳食纤维的饮食则容易引发心血管疾病。

因此，合理的饮食结构对预防慢性病至关重要。

4.食品的营养价值食品的营养价值是指食品中所含的营养素及其对人体健康的贡献。

不同食品的营养价值不同，这主要取决于食品的成分、加工过程和贮藏时间等因素。

例如，肉类是蛋白质的良好来源，但同时也含有一定量的脂肪和胆固醇；蔬菜和水果则富含维生素和矿物质，而且通常含有较少的热量。

合理的膳食搭配能够使食品的营养价值发挥最大效益。

5.营养与免疫免疫系统是人体防御外来病原体的重要机制，而营养对免疫系统的正常运作具有重要影响。

营养不良会导致免疫功能下降，增加患病风险。

研究发现，蛋白质、维生素A、维生素E、锌等营养素对免疫系统的正常运作至关重要。

例如，蛋白质缺乏会导致免疫细胞数量减少和功能下降，从而容易受到感染。

维生素对人类基因表达调控的研究【摘要】本文综述了维生素对人类基因表达与沉默的调控以及相关代谢机制的初步研究，并介绍了人体摄入维生素a、b、c、d、e等对部分基因表达产生的重要影响。

【关键词】维生素基因表达与沉默调控doi：10.3969/j.issn.1004-7484（x）.2012.08.554 文章编号：1004-7484（2012）-08-2858-02作为外部因子的各种营养成分与人类基因的表达与沉默，它们之间相互作用主要表现在两个方面：一方面营养成分的摄入量影响了人类基因的表达与沉默；另一方面基因表达结果又影响了营养成分的代谢途径和代谢效率，并决定了个体对营养物质的需要量。

随着二十世纪后半叶分子生物学、分子遗传学、细胞营养学等理论的迅速发展，科学界对维生素调控基因表达的方式、途径和作用机制都得到了不断揭示，其重要性受到了人们越来越多的关注。

维生素调控和影响基因表达的主要方式是维生素作为酶的辅助因子参与基因表达，作为酶的辅助因子参与基因表达的维生素中最典型的维生素莫过于vh，又被称为辅酶r或者生物素，除了直接参与d-c6h12o6异生作用的代谢外，vh还可以参与合成脂肪酸或者氨基酸的代谢过程。

在参与四种羧化酶催化作用时，vh主要起到辅基的作用，即乙酰辅酶aacetylcoa辅酶a、3-甲基巴豆酰辅酶a羧化酶、丙酮羧化酶、羧化酶丙酰辅酶a。

饮食是哺乳动物vh的唯一来源，肠粘膜内存在的辅酶r酶能够进行蛋白结合vh切分。

maeda等（1996）试验报道，大鼠辅酶辅酶r充足组中otc的活力明显高于辅酶r缺乏组，辅酶r充足组肝脏内的氨基酸转氨甲酰酶otc在基因表达过程中比辅酶r缺乏组高40%。

这就说明在缺乏vh的条件下会导致otc活力降低和otcm核糖核酸数量减少。

维生素作为一些蛋白质转录因子的组成部分，调控多种基因的表达，对基因的表达产生重要影响，这里以维生素a在脱氢酶作用下氧化代谢产物视黄酸为例子。

铁对基因表达的调控摘要：铁作为动物生长发育及生产所需要的重要营养成分,既可作为代谢过程的底物和辅助因子,又可对许多编码基因的表达进行直接或间接的调控,本文综述了铁对基因表达的调控方式及途径,介绍铁对部分基因表达的主要影响。

关键词：铁；基因表达；调控各种营养物质作为外部因子与基因表达相互作用,它们的关系表现在两个方面:一方面养分的摄入量影响基因表达;另一方面基因表达的结果影响养分的代谢途径和代谢效率,并决定动物的营养需要量。

随着分子生物学理论和技术的快速发展,微量元素铁调控基因表达的方式、途径、机制得以不断揭示,其重要性得到了重视。

1铁的生理功能铁对动物有多种功能，主要表现在：铁是构成血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素和多种氧化酶的重要成分，作为氧的载体，保证体组织内氧的正常输送；血红蛋白中的铁对于维持机体每个器官和每种组织的正常生理作用是不可缺少的；铁在胎盘中是以转铁蛋白的形式存在；以乳铁蛋白的形式存在于哺乳动物乳汁-胰液-泪液及白细胞胞浆；以铁蛋白和血红素形式存在于肝中；在禽卵和爬行类卵蛋白中存在的卵转铁蛋白；并且铁也是构成机体内许多代谢酶的活性成分，如：铁硫蛋白、细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化物酶等；铁与某些酶的活性有密切的关系，如乙酰辅酶A，琥珀酸脱氢酶，黄嘌呤氧化酶，细胞色素还原酶，是激活这些碳水化合物代谢酶的不可缺少的活化因子[1]。

在细胞生物氧化过程中发挥着重要作用。

现代研究证明：铁与能量代谢密切相关，因为三羧循环中有一半以上的酶和因子含铁或者只有铁存在时才能发挥其生化作用，完成生理功能#铁还影响动物体内的蛋白质合成和免疫机能。

缺铁或铁的利用不良，将导致氧的运输、贮存，二氧化碳的运输及氧化还原等代谢过程紊乱，影响生长发育甚至发生贫血等各种疾病。

机体若贮铁或摄铁不足，或因寄生虫感染缺铁，或红细胞分解速度大于合成速度则出现缺铁性贫血，贫血可发生于生长的任何阶段,需要人工补铁。

2铁对基因表达调控的主要机制2.1在转录水平上的调控基因表达是指动物体内的DNA转录成几股信使RNA(mRNA),再以mRNA为模板合成蛋白质的过程.基因的表达要受到转录水平,转录后、mRNA翻译、翻译后等过程的调节[2]。

一.营养素对基因表达的调控机制1．营养素对基因表达作用特点几乎所有营养素对基因表达都有调节作用。

其作用特点是一种营养素可调节多种基因的表达；一种基因表达又受多种营养素调节。

一种营养素不仅可对其本身代谢途径所涉及的基因表达进行调节，还可影响其他营养素代谢途径所涉的基因表达。

营养素不仅可影响细胞增殖、分化及机体生长发育有关的基因表达，而且还可对致病基因表达产生重要调节作用。

2．营养素对基因表达调控水平营养素可在基因表达所有水平，包括转录前、转录、转录后、翻译和翻译5个水平上对其进行调节，虽不同营养素各有其重点或专一调节水平，但绝大多数营养素对基因表达调节在转录水平。

3．营养素对基因表达调控途径营养素本身及其代谢产物可作为信号分子，作用于细胞表面受体或直接作用于细胞内受体，激活细胞信号转导系统，并与转录因子相互作用激活基因表达，或直接激活基因表达。

主要途径：1cAMP蛋白激酶途径；2酪氨酸激酶系统，以上2个途径主要是通过对某些转录因子和/或辅助因子磷酸化和去磷酸化作用，影响这些因子激活基因转录的活性；3离子通道；4和/或磷酸肌苷酸介导的途径；5细胞内受体途径，细胞内受体可以是催化反应酶，也可以是基因表达调控蛋白。

大多数营养素对基因表达调控通过细胞内受体途径实现。

实际上，营养素对基因表达调控过程相当复杂，可简化为下列步骤：辅助激活因子（可有可无）营养素→细胞内受体→配体受体结合——————————————→DNA特异反应元件→基因表达∣↓ 磷酸化或去磷酸化↑ ↑∣调节活性蛋白——————————————————∣↓ 增强或降低表达∣转录因子基因—————————————————————————————转录因子（三）营养素对基因表达调控1．碳水化合物对基因表达调控对许多基因表达有调控作用，主要在碳水化合物在胃肠消化成葡萄糖及吸收入血后，葡萄糖刺激脂肪组织、肝、胰岛β细胞中脂肪酶合成体系和糖酵解酶基因转录。

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。

分子生物学中的转录调控机理转录是指将DNA从线性双链结构转录为单链RNA分子的过程。

它是生物体内基本的遗传过程之一，直接决定了生物体内基因表达的情况。

为了保证生物体正常生长发育和应对外界环境的变化，生物体内需要对基因表达进行调控。

其中，转录调控是一种重要的机制。

转录调控是指生物体通过各种方法来调节基因转录的过程，从而控制基因的表达量和时机。

转录调控机理具有多样性、复杂性、时空特异性等特点，其深层次的了解对于深入理解生物体生长发育和疾病发生机理具有重要意义。

转录调控的影响因素在生物体内，转录调控的影响因素主要有DNA序列、RNA聚合酶、转录因子、上游、下游基因或信号分子和环境因素等。

在这些调控因素中，转录因子是最为重要的一种。

转录因子是指一类可与DNA结合的蛋白质，它能够直接或间接地影响基因转录和表达的过程。

细胞内转录因子总数可能超过2000个，每一类转录因子又可能具有多个亚型。

DNA序列也是影响转录调控的重要因素之一。

DNA序列的不同，会直接影响RNA聚合酶与DNA之间的配对效率，从而影响基因的转录速率和转录因子的结合。

此外，上游、下游基因或信号分子和环境因素等也会影响转录调控。

上游基因指转录因子靠近基因的基因；下游基因是指在转录因子反向作用下相对远离基因的基因。

转录因子的调控可以对上游或下游基因产生影响，这种影响可能与疾病发生或者发展有着密切的联系。

环境因素，如温度、日照时间、营养成分等，可以影响基因的表达和转录水平，从而影响生物体的生长和发育。

转录调控机制基因表达的过程非常复杂，它包含了转录和翻译两个阶段。

其中，转录调控是基因表达调控的重要环节。

转录调控机制可以分为顺式调控和反式调控两种类型。

其中，顺式调控是指转录因子直接结合到基因上游的启动子区域，通过改变RNA聚合酶的结构或相互作用，调控基因的转录速率或沿着RNA链的方向模板使用；反式调控则是指存在于基因内部的调控区域，如启动子区域、转录抑制区域等，在转录因子调控下对基因转录产生影响。

分子生物学第一篇: 基因表达调控和蛋白质修饰基因组(Genome): 生物个体所携带遗传性物质的总量。

即细胞中的DNA总量，或病毒的DNA或RNA量“C值悖论”(C-value paradox): C值:一种生物细胞中特异不变的DNA总量（单倍体基因组）。

物种的C值和它进化的复杂性之间没有严格的对应关系，这种现象称为C值悖论。

基因表达(Gene expression): 在一定调控机制下基因经过激活、转录、翻译、等过程产生具有生物学功能分子从而赋予细胞一定功能或表型，即基因的转录和翻译的过程。

基因表达调控（Regulation of gen expression): 细胞或生物体接受环境信号刺激或适应环境营养状况变化在基因表达水平上作出应答的分子机制。

这包括对表达基因种类和数量上的调调控。

基础基因表达(basic gene expression)：又称持续性/组成型基因表达(constitutive gene expression）: 不易受环境变化而改变的基因表达。

这其中包括一类“管家基因(housekeeping genes)”, 这类基因产物是细胞生存活动所必需的，在个体各生长阶段都表达。

可调节基因表达(regulated gene expression):易受环境变化而改变的基因表达。

对环境应答时被增强表达的过程称为诱导(induction), 被激活的基因称为可诱导基因(inducible genes)；对环境应答时被抑制表达的过程称为阻遏repression)，被抑制的基因称为可阻遏基因(repressible genes)基因表达规律:组织特异性(tissue specificity) 时间特异性(temporal specificity)基因表达调节的生物学意义:(一) 适应环境，维持生长和增殖(二) 维持个体发育与分化.真核细胞的结构特性:1、庞大基因组，结构复杂，大量重复序列，基因组大部分是非蛋白质编码的序列，基因内部常被内含子(intron)隔开2、结构基因转录产物是一条单顺反子(monocistron) mRNA,基本上没有操纵元件的结构，而且真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽链形成的亚基构成的，涉及到多个基因的协调表达。

高级分子生物学1.试述利用基因工程的技术调控基因表达的主要方法原位杂交技术原位杂交(In Situ Hybridization,ISH)是用标记的核酸探针，经放射自显影或非放射检测体系，在组织、细胞、间期核及染色体上对核酸进行定位和相对定量研究的一种手段。

通常可以分为两大类：1、RNA原位杂交：用放射性或非放射性(如地高辛、生物素等)标记的特异性探针与被固定的组织切片反应，若细胞中存在与探针互补的mRNA分子，两者杂交产生双链RNA，就可以通过检测放射性标记或经酶促免疫显色，对该基因的表达产物在细胞水平上作出定性定量分析；2、荧光原位杂交(Fluorescence In Situ Hybridization,FISH)：首先对于寡核苷酸探针做特殊修饰和标记，然后用原位杂交法与靶染色体或DNA上特定的序列结合，再通过与荧光素分子相偶联的单克隆抗体来确定该DNA序列在染色体的位置。

定点突变技术定点突变是重组DNA进化的基础，该方法通过改变基因特定位点核苷酸序列来改变所编码的氨基酸序列，常用于研究某个氨基酸残基对蛋白质的结构、催化活性以及结合配体能力的影响，也可用于改造DNA调控元件特征序列、修饰表达载体、引入新的酶切位点等。

RNAi技术RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术利用双链小RNA高效、特异性降解细胞内同源mRNA，从而阻断体内靶基因表达，使细胞出现靶基因缺失的表型。

其过程一般为：1、在Dicer的参与下，细胞中的双链RNA首先被降解形成21-25个核苷酸的小片段双链RNA(siRNA)；2、siRNA中的反义链指导合成一种被称为RNA诱导的沉默复合体(RISC)的核蛋白体；3、RISC再介导切割目的mRNA分子中与siRNA反义链互补的区域，从而实现干扰基因表达的功能。

2.论述原核生物和真核生物基因表达调控的异同答：1、真核生物基因组大,染色体数量多,且结构复杂,存在基因家族和断裂基因；原核生物基因组小,染色体数量少,结构简单,有重叠基因和操纵子结构，基因表达调控可以在复制、扩增、基因激活、转录、转录后、翻译和翻译后等多级水平上进行,但转录水平调控是主要的。

基因和营养相互作用在植物健康中的研究随着科技的进步和人类知识的增长，人们逐渐意识到基因和营养之间的互动关系对于植物健康的影响十分重要。

科学家们通过研究基因和营养之间的相互作用，能够更好地了解植物生长和发育的机制，在植物保护和农业生产中发挥着非常关键的作用。

基因和营养相互作用对植物健康的影响基因是指生物体内遗传信息的载体，而营养则是指生物体获得的食物中所含有的营养成分。

基因和营养之间的相互作用在植物健康上有很大的影响。

营养素是植物生长的必需营养物质，它们通过植物体内的基因调节系统作用于生长、发育和免疫反应等方面。

例如，钙、镁、铁等微量元素在植物体内发挥着重要的催化作用，而磷和氮则是植物生长所需的主要营养素。

当植物缺乏某种营养素时，其生长和发育就会受到限制，从而影响到其生产和生存能力。

基因则是植物生长和发展的重要调控机制。

植物基因的表达和调控能够影响植物的生长、发育、代谢和免疫反应等机制。

例如，基因调控了植物的根系生长和水分吸收，影响植物对环境的适应性、抗病能力和光合作用的效率。

植物缺乏某些基因调控物，可能导致不同程度的形态、结构和代谢异常。

基因和营养相互作用的研究基因和营养之间的相互作用是一个复杂的研究领域。

科学家们通过研究基因和营养之间的相互作用，能够更好地了解营养与健康之间的关系，并开发出更有效的植物保护和农业生产技术。

研究表明，不同的营养物质可以对植物的基因表达和调控产生不同程度的影响。

例如，磷、氮、钾等离子元素可以透过植物体内基因调控网络影响植物的吸水和水分利用效率；同样地，植物缺乏特定的烟酸成分会导致代谢及光合作用异常。

对于不同类型的植物来说，在不同的环境条件下，不同类型的元素对基因的表达和调控可能产生不同的效果。

研究还发现，基因和营养之间的相互作用可以影响植物对病原体的抵抗力和抗逆性。

植物基因调控网络可促进植物对病原体的抵抗和防御反应，而营养素的摄取和吸收则是植物生长和发育的关键环节。