基因表达调控

第十三章基因表达调控一、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。

基因表达调控的机制与意义基因表达调控是指在生物体内，通过多种机制控制基因的表达水平和模式，以适应环境变化和细胞功能需求的过程。

它对生物体的正常发育、生长、繁殖以及维持内稳态发挥着重要的作用。

本文将探讨基因表达调控的机制以及其意义。

一、转录水平的调控基因的转录过程是基因表达的第一步，是决定基因表达水平的重要环节。

转录水平的调控主要包括转录起始位点的选择、转录因子的结合和RNA聚合酶以及辅助因子的调控等。

1. 转录起始位点的选择转录起始位点的选择决定了基因是否会被转录为mRNA。

在真核生物中，转录起始位点的选择受到甲基化和组蛋白修饰等因素的调控。

2. 转录因子的结合转录因子是一类可以结合到DNA上的蛋白质，它们通过与DNA特定的序列结合，激活或抑制转录过程。

转录因子的结合位点可以位于基因的启动子区域或增强子区域等。

3. RNA聚合酶和辅助因子的调控RNA聚合酶是负责合成mRNA的酶，而辅助因子能够增强或抑制RNA聚合酶的活性。

这些调控因子可以调节RNA聚合酶的结合和释放以及聚合酶的运动速率等。

二、转录后修饰的调控转录后修饰是指在mRNA合成后，对mRNA分子进行修饰或处理的一系列过程。

转录后修饰对mRNA的稳定性、转运、翻译和后续功能发挥起着重要作用。

1. RNA剪接RNA剪接是指通过剪接反应将mRNA前体分子中的内含子切除，将外显子连接起来的过程。

这种调控可以产生多个不同的成熟mRNA 剪接体，实现一个基因多个蛋白质产物的编码。

2. RNA修饰RNA修饰是指对mRNA分子中碱基或糖基进行甲基化、硫基化和腺苷二磷酸核苷酸的修饰等。

这些修饰可以影响mRNA的稳定性、转译效率以及与其他分子的相互作用。

三、表观遗传调控表观遗传调控是指通过改变染色体结构和染色质状态，影响基因的转录水平和表达模式的一系列调控过程。

表观遗传调控包括DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等。

1. DNA甲基化DNA甲基化是指通过在DNA分子上加上甲基基团，来调控基因的转录水平。

基因表达的调控基因表达的调控是生物体中基因活动的一个重要过程，通过调控基因的表达水平，维持细胞的功能和稳态。

基因表达调控涉及多个层次，包括转录水平、转译水平和后转录水平等。

下面将对这些层次的基因表达调控进行详细介绍。

一、转录水平调控转录水平调控指的是通过调节基因的转录过程来控制基因表达的水平。

主要的调控方式包括转录激活和转录抑制。

转录激活因子可以与DNA结合，促进转录因子的结合，从而增强转录过程，而转录抑制因子则能够与DNA或转录因子结合，阻碍转录的进行。

此外，染色质的结构也会对基因的转录起到重要的调控作用，如DNA甲基化、组蛋白修饰等都可以改变染色质的状态，进而影响基因的表达。

二、转译水平调控转译水平调控是指调控基因的转录产物（mRNA）的转译过程。

在细胞中，mRNA需要被翻译成蛋白质才能发挥作用。

转译的调控主要包括转录后修饰和mRNA降解两个方面。

在转录后修饰中，mRNA会经历剪接、剪接调控、RNA编辑等多个步骤，来改变它的结构和功能。

而mRNA降解则通过一系列核酸酶的作用，将mRNA降解成短的片段，从而控制基因的表达。

三、后转录水平调控后转录水平调控是指基因表达的调控发生在转录和转译之后的过程。

在这个阶段，蛋白质会经历一系列的修饰和定位过程，以实现其特定的功能。

这些修饰包括糖基化、磷酸化、乙酰化等，它们可以改变蛋白质的稳定性、定位和相互作用等性质。

此外，许多蛋白质需要通过蛋白酶的作用进行裂解，形成活性的多肽或蛋白质片段。

总结起来，基因表达的调控是一个复杂而精细的过程，涉及多个层次的调控机制。

通过转录水平的调控，可以控制基因的转录过程和染色质的结构状态；通过转译水平的调控，可以调节mRNA的转译和降解过程；而后转录水平的调控，则调节了蛋白质的修饰和定位等过程。

这些调控机制相互作用，共同维持了细胞内基因表达的平衡，保证了生物体的正常功能。

基因表达的调控不仅对细胞发育和生理功能具有重要的影响，还与疾病的发生和进展密切相关。

第十三章基因表达调控一．基因表达是指基因转录及翻译的过程。

1.基因是负载特定遗传信息的DNA片段。

cDNA习惯上也称为基因，无内含子遗传学：遗传的基本单位，含有编码一种RNA（多数也指多肽）的信息单位；分子生物学：负载遗传信息的DNA片段。

结构包括：内含子、外显子和调控序列。

2.基因组是一个生物体的整套遗传信息；即一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。

3.基因表达是基因转录及翻译的过程；即在一定调控机制下，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或产生RNA的过程。

二．基因表达具有时间特异性及空间特异性。

1.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，称之为基因表达的时间特异性。

2.多细胞生物从受精卵到个体，有不同的发育阶段。

在每一个阶段都会有不同的基因严格按照自己特定的时间顺序开启和关闭，表现为与分化、发育阶段一致的时间性。

多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性。

3.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。

4.基因表达伴随时间顺序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。

三.基因表达的方式及调节存在很大差异。

1.基因表达调控：细胞或生物体在接受环境信号刺激时或适应环境变化的过程中在基因表达水平上做出应答的分子机制。

按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：组成性表达、诱导或阻遏表达。

2.基本（或组成性）表达：（只受RNA聚合酶和启动子相互影响，不受其他机制调节）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。

区别于其他基因，这类基因表达被视为组成性基因表达。

3.诱导和阻遏表达（适应性表达）：（除受RNA聚合酶和启动子相互影响，还受其他机制调节）与管家基因不同，大多数基因表达受环境信号影响。

微生物学中的基因表达调控微生物学作为生物学的一门分支，研究微生物的运作，其中一个重要的方面就是基因表达调控。

基因表达调控是指细胞如何在不同的环境条件下控制基因的表达，从而决定细胞的功能。

微生物体特别适合研究基因表达调控，因为它们的生命周期非常短，容易生长和复制。

在本文中，我们将讨论微生物学中的基因表达调控。

基因表达调控的类型微生物可以通过许多方式来控制基因的表达，其中一种方式是转录因子的调控。

转录因子是一种蛋白质，能够结合到 DNA 上，并调节转录 RNA 的过程。

转录因子能够促进或抑制序列中的基因表达。

此外，一些微生物可以通过 RNA 干扰来调节基因表达。

RNA 干扰是基于 RNA 分子互相作用的一种过程，它可以抑制蛋白质的翻译，从而影响细胞功能。

基因表达的控制可以发生在不同的层次上。

一些微生物可能通过 DNA 甲基化，即化学改变 DNA 分子的方式来控制基因的表达。

在某些情况下，一个基因所述的表观遗传标记也可以影响其表达。

表观遗传学是一种研究对基因表达的长期调控的方式，这种方式不涉及 DNA 序列的改变。

微生物的信号转导系统许多微生物通过信号转导系统来控制基因表达。

信号转导是一种微生物在不同环境条件下适应性的机制。

它涉及到微生物检测周围的信号和它们对这些信号做出反应的方式。

信号转导通常涉及到一个蛋白质在不同条件下的磷酸化状态的变化。

磷酸化是一种常见的蛋白质修饰方式，它能够改变蛋白质的功能和稳定性。

信号转导系统包括激活剂、响应元件和信号转导通路。

激活剂是一种信号分子，能够启动一个信号转导通路。

响应元件是指由激活剂识别的 DNA 序列，这是控制基因表达的关键。

信号转导通路是一系列相互作用的蛋白质或其他分子，能够传递信号并调节基因的表达。

信号转导系统在微生物学中的研究非常活跃。

通过了解信号转导的工作原理，微生物学家能够在实验室中控制基因表达，并理解微生物在不同环境条件下适应性的机制。

细胞自动质控机制微生物学家正在研究一种称为 CRISPR-Cas 系统的自动质控机制。

❖基因表达（gene expression）是指将来自基因的遗传信息合成功能性基因产物的过程。

基因表达产物通常是蛋白质，但是非蛋白质编码基因如转移RNA（tRNA）或小核RNA（snRNA）基因的表达产物是功能性RNA。

基因表达可以通过对其中的几个步骤，包括转录，RNA剪接，翻译和翻译后修饰，进行调控来实现对基因表达的调控。

基因调控赋予细胞对结构和功能的控制，基因调控是细胞分化、形态发生以及任何生物的多功能性和适应性的基础。

基因调控也可以作为进化改变的底物，因为控制基因表达的时间、位置和量可以对基因在细胞或多细胞生物中的功能（作用）产生深远的影响。

➢转录原核生物的转录是通过单一类型的RNA聚合酶进行的，需要一个称为Pribnow盒的DNA序列以及sigma因子（σ因子）以开始转录。

原核蛋白编码基因的转录产生的是可以翻译成蛋白质的信使RNA（mRNA）真核生物的转录由三种类型的RNA聚合酶进行，每种RNA聚合酶需要一种称为启动子的特殊DNA序列和一组DNA结合蛋白（转录因子）来启动该过程。

RNA聚合酶I负责核糖体RNA（rRNA）基因的转录。

RNA聚合酶II（Pol II）转录所有蛋白质编码基因以及一些非编码RNA加工：RNA（例如snRNA，snoRNA 或长非编码RNA）。

RNA聚合酶III转录5S rRNA，转移RNA（tRNA）基因和一些小的非编码RNA（例如7SK）。

当聚合酶遇到称为终止子的序列时，转录结束。

真核基因的转录会产生RNA的初级转录本（pre-mRNA），必须经过一系列加工才能成为成熟RNA（mRNA）。

RNA的加工包括5端加帽、3端多腺苷酸化和RNA剪接。

RNA加工可能是真核生物细胞核带来的进化优势。

➢RNA的成熟多数生物体中的非编码基因（ncRNA）被转录为需要进一步加工的前体。

核糖体RNA（rRNA）通常被转录为含有一个或多个rRNA的前体rRNA，前体rRNA后来在特定位点被大约150种不同的snoRNA切割和修饰。

基因表达调控名词解释基因表达调控名词解释，又称为基因调控，是一种过程，它通过影响基因表达水平而调节生物体的特性。

调节这一过程包括对基因在何时，何处，以及如何表达的调节，以及影响基因表达水平的遗传因子的调节。

它是由外部刺激（环境信号）和内部机制（遗传因素）共同作用产生的。

基因表达调控包括以下几个方面：1.转录调控：转录调控是指控制基因转录成mRNA（信使核酸）的过程，也就是控制DNA上的信息被转换成mRNA 的过程。

转录调控可以通过调节转录因子（TF）的活性或改变DNA序列来实现。

2.加工调控：加工调控是指在mRNA被转录之后，mRNA 被进一步加工，以减少它的长度或改变它的结构的过程。

加工调控包括剪切、编码和标记等加工过程。

3.翻译调控：翻译调控是指调节翻译过程的过程，这一过程是将mRNA转换成蛋白质的过程。

翻译调控可以通过调节转录因子的活性或改变mRNA序列来实现。

4.蛋白质表达调控：蛋白质表达调控是指在蛋白质被合成之后，它们的表达水平进一步调节的过程。

蛋白质表达调控可以通过调节转录因子的活性或改变蛋白质序列来实现。

5.基因组学调控：基因组学调控是指改变基因组结构和功能的过程，包括基因组编辑、基因重新排列和基因组组装等过程。

基因组学调控可以通过调节转录因子的活性或改变基因序列来实现。

6.转录因子调控：转录因子调控是指调节转录因子在基因表达过程中所起的作用。

转录因子可以激活或抑制基因表达，调节基因启动子，从而调节基因表达水平。

7.基因突变调控：基因突变调控是指改变基因序列的过程，该过程可以改变基因的结构和功能，从而影响基因表达水平。

基因突变可以在遗传过程中发生，也可以由外界刺激引起。

基因表达调控是生物体发育和遗传的基本原理，它可以帮助我们了解基因如何调节和控制特定的生物过程，从而更好地为人类提供服务。

第十三章基因表达调控第十三章基因表达调控第一节基因表达调控基本概念与原理一、基因表达的概念（掌握）1、基因：负载特定遗传信息的DNA片段，包括由编码序列、非编码序列和内含子组成的DNA区域。

2、基因组：指来自一个遗传体系的一整套遗传信息。

在真核生物体，基因组是指一套完整的单倍体的染色体DNA和线粒体DNA的全部序列。

3、基因表达：基因所携带的遗传信息，经过转录、翻译等，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。

但对于rRNA、tRNA编码基因，表达仅是转录成RNA的过程。

4、基因表达调控：基因表达是在一定调节机制控制下进行的，生物体随时调整不同基因的表达状态，以适应环境、维持生长和发育的需要。

人类基因组含3～4万个基因。

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，产生具有特定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、tRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。

二、基因表达的特异性（了解）无论是病毒、细菌，还是多细胞生物，乃至高等哺乳类动物及人，基因表达表现为严格的规律性，即时间、空间特异性。

生物物种愈高级，基因表达规律愈复杂、愈精细，这是生物进化的需要及适应。

基因表达的时间、空间特异性由特异基因的启动子（序列）和（或）增强子与调节蛋白相互作用决定。

（一）时间特异性概念：指按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生。

又称阶段特异性。

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。

（二）空间特异性概念：在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间或顺序出现。

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，又称细胞特异性或组织特异性。