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第十章 基因表达与调控

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在高等真核生物

在高等真核生物
在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于 启动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直 接促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。
⑥ 真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿过 核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质，原核 生物中不存在这样严格的空间间隔。
⑦ 许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过 程，才能顺利地翻译成蛋白质。
• 在Ig重链基因重排后，轻链的可变区基因片段随之发生 重排，V与J基因片段并列在一起。
• κ轻链基因先发生重排，如果κ基因重排无效，随即发生 λ基因的重排。
重排机制
• 参与V/（D）/J基因重组过程的酶称为V/（D）/J 重组酶。
• 重组酶作用的特点是： （1）淋巴细胞特异性，这可能解释了Ig基因的重排
二、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。
如非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因（rDNA）约500 个拷贝。卵裂期和胚胎期，需要大量的rRNA，基因会大 量复制rDNA，使拷贝数达到200万，扩增约4000倍。
内含子(intron)、外显子(exon) • 非编码区较多 多于编码序列(9:1) • 含有大量重复序列
原核生物基因组结构特点:
● 基因组很小，大多只有一条染色体 ● 结构简炼 ● 存在转录单元多顺反子 ● 有重叠基因
二、真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及 DNA的空间结构方面存在以下几个方面的差异
非洲爪蟾体细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现 的基因扩增现象。
发育或系统发生中的倍性增加在植物中普遍存在
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。

第十章原核生物基因表达的调控

第十章原核生物基因表达的调控
1. 在E.coli，不同类型的启动子需要不同类型的σ 因子
表 16-4 E.coliσ 因子识别不同保守序列的启动子 基因 分子量 70KD 32KD 24KD 54KD 28KD 功能 普遍 热休克 热休克 氮饥饿 产生鞭毛 -35 序列 TTGACA CCCTTGAA ？ CTGGNA CTAAA 间隔(bp) 16～18 13～15 ？ 6 15 -10 序列 TATAAT CCCGATNT ？ TTGCA GCCGATAA

基本概念
1.操纵子（operon）
很多功能上相关的结构基因在染色体上串连排列，由 一个共同的控制区来操纵这些基因的转录。包含这些结构 基因和控制区的整个核苷酸序列就称为操纵子(operon)。
一个完整的操纵子主要包括启动子、操纵基因、结构 基因和终止子。
2. 阻遏物和激活物（reperssor and activator）
2. 基因表达的极性效应
•在正常情况下原核基因表达时，其转录出来的mRNA随 即进行翻译，这时整个mRNA都覆盖着核糖体， ρ因子 无法接近mRNA，而RNA聚合酶早已越过前面的基因的 依赖ρ因子的终止子，所以转录实际上并不停止，而是继 续转录后续基因。如果在某一基因的依赖于ρ的终止子之 前发生无义突变，核糖体便从无义密码子上解离下来，翻 译停止，于是ρ就可以自由进入RNA并移动，直到赶上停 留在终止子上的RNA聚合酶，结果使RNA聚合酶释放， 不能再转录下游基因。
第十章 原核生物基因 表达的调控

生物的遗传信息是以基因的形式储藏在细 胞内的DNA(或RNA)分子中的。随着个体 的发育，DNA有序地将遗传信息，通过转 录和翻译的过程转变成蛋白质，执行各种 生理生化功能，完成生命的全过程。从 DNA到蛋白质的过程，叫做基因表达 (gene expression)，对这个过程的调节 就称为基因表达调控(gene regulation或 gene control)。

10 第十章 蛋白质的生物合成及基因调控 华中农业大学微生物考研生物化学

10 第十章 蛋白质的生物合成及基因调控 华中农业大学微生物考研生物化学

第十章蛋白质的生物合成及基因调控本章应着重掌握基因表达的概念、蛋白质生物合成体系中mRNA、tRNA及核蛋白体(核糖体)在蛋白生物合成中的作用、遗传密码及其特点、蛋白质生物合成的主要步骤及主要的酶和蛋白质因子的作用、基因表达调控中的操纵子调控系统和真核生物基因表达调控的特点，熟悉癌基因和抑癌基因的概念以及癌基因异常激活的机理，了解蛋白质生物合成与医学的关系。

一、习题(一)选择题1．下列有关mRNA的论述，哪一项是正确的?a．mRNA是基因表达的最终产物b．mRNA遗传密码的方向是3'→5'c. mRNA遗传密码的方向是5'→3'd．mRNA密码子与tRNA反密码子通过A-T，G-C配对结合e．每分子mRNA有3个终止密码子2. 密码子UAC与下列哪个反密码子配对结合?a．AUG b．AUI c．IUA d．IAU e．CUA3. 反密码子UGA能与下列哪个密码子配对结合?a. UCA b．CALU c．A(CU d．ACT e．CUA4. 下列何处是氨酰tRNA的结合部位?a. 核蛋白体小亚基b．核蛋白体的P位c．核蛋白体的D位d．核蛋白体的A位e. 转肽酶所在的部位5. 下列有关原核生物肽链合成的论述，哪一项是正确的?a．只需ATP提供能量b. 只需GTP提供能量c. 同时需ATP和GTP提供能量d．40S亚基与mRNA结合e．最后是60S亚基结合6．下列有关真核生物肽链合成启动的论述，哪一项是正确的?a．只需ATP提供能量b．只需GTP提供能量c. 同时需ATP和GTP提供能量d．30S亚基与mRNA结合e．50S亚基与30S亚基结合7．下列参与原核生物肽链延伸的因子是a．IF—1 b．IF—2 c．IF—3 d. EF—Tu e．RF—1 8．下列参与真核生物肽链延伸的因子是a. eEF—10 b．eRF c．eIF—1 d．EF—Tu e．EF—Ts9. 有关操纵子学说的论述，下列哪一项是正确的?a．操纵子调控系统是真核生物基因调控的主要方式b. 操纵子调控系统是原核生物基因调控的主要方式c．操纵子调控系统由结构基因、启动子和操纵基因组成d．诱导物与操纵基因结合启动转录e．诱导物与启动子结合而启动转录10. 下列有关阻遏物的论述，哪一项是正确的?a．阻遏物是代谢的终产物b. 阻遏物是阻遏基因的产物c．阻遏物与启动子结合而阻碍转录的启动d．阻遏物与RNA聚合酶结合而抑制转录e．阻遏物妨碍RNA聚合酶与启动子结合11. 下列有关乳糖操纵子调控系统的论述，哪一项是错误的?a．乳糖操纵子是第一个发现的操纵子b．乳糖操作子由三个结构基因及基上游的启动子和操纵基因组成c．乳糖操纵子的调控因子有阻遏蛋白、cAMP和诱导物等e. 乳糖操纵子调控系统的诱导物是乳糖12. 下列属于顺式作用元件的是：a. 启动子b．结构基因c．RNA聚合酶d．转录因子Ⅰe．转录因子Ⅱ13. 下列属于反式作用因子的是：a．启动子b．增强子c．终止子d. 转录因子e. RNA聚合酶14. 识别启动子TATA盒的转录因子是：a．TFⅡA b．TFlib C. TFⅡDd．TFⅡE e．TFⅠF15. 促进RNA聚合酶Ⅱ与启动子结合的转录因子是；a．TFⅡA B. TFⅡB c．TFⅡDd．TFⅡE e．TFⅡF16. 下列有关癌基因的论述，哪一项是正确的?a．癌基因只存在病毒中b．细胞癌基因来源于病毒基因c．有癌基因的细胞迟早都会癌变d．癌基因是根据其功能命名的e. 细胞癌基因是正常基因的一部分17. 下列有关癌变的论述，哪一项是正确的?a．有癌基因的细胞便会转变为癌细胞b．一个癌基因的异常激活即可引起癌变c. 多个癌基因的异常激活才能引起癌变d. 癌基因无突变者不会引起癌变e．癌基因不突变、不扩增、不易位便不会癌变18. 下列何者是抑癌基因?a. ras基因b．sis基因， c. P53基因d. src基因e．myc基因(二)填空题1. 基因表达包括和。

第十章 真核生物基因表达的调控

第十章 真核生物基因表达的调控

类型II基因转录因子与顺式元件的相互作用
转录因子的调控作用 作用于序列不同的多个DNA位点: 亲和性相近，如HAP-1可以结 合CYC1和CYC7的UAS区，但两区段无同源性； 多种蛋白因子结合同一顺式因子: Ig基因的八聚体ATCAAAT可被 Oct-1、Oct-2、OBP-100、NFIII、NF-A1、NF-A2等因子结合，CCAAT可 被C/EBP、CTF/NF1、CP1、CP2等结合，TGACTCA由Ap1, Fos, Jun的异 源二聚体结合； 识别特异性DNA序列的时序: 不同因子的有序协同作用是特异性 结合调控基因活性的基础； 磷酸化作用: 许多转录因子的磷酸化/去磷酸化直接影响其活性， 如Sp1结合DNA后才能被磷酸化，其激酶亦结合DNA后才具有活性。
第十章 真核生物基因表达的调控
真核基因表达调控的特点 活性染色质和基因的转录 转录的顺式作用元件 基因转录的反式作用调控因子 类型II基因转录因子与顺式元件的相互作用 真核基因转录的调控机制 细胞周期的调控
真核基因表达调控的特点
基因组DNA 原核生物DNA: 很少结合蛋白质，转录起始终止反应快; 真核生物DNA: 与组蛋白形成核小体(染色质)并进一步组装成染色体， 基因的转录需要染色质结构的变化； 转录和翻译 原核生物: 无核膜，转录与翻译偶联(trp操纵子衰减作用); 真核生物: 核膜分隔，核内转录及及其加工，胞质进行翻译，可影响核 内基因转录和加工； 细胞生长与分化 所有细胞含有相同的DNA，不同细胞内进行基因的 “程序化”差异表达是细胞生长分化的基础； 基因表达调控的复杂性 环境信号－原核与真核生物细胞的反应各 异，原核细胞受到的环境变化反应基本一致，真核细胞基因表达受到 调节蛋白、肽激素、信号分子等的特异性调控； 持家基因(house-keeping)-所有细胞类型都表达，时态基因－不同发育 时期表达，组织特异基因(tissue-specific)－特定组织器官表达.

生物化学（本科）第十章基因表达调控及其相关细胞信号转导通路随堂练习与参考答案

生物化学（本科）第十章基因表达调控及其相关细胞信号转导通路随堂练习与参考答案

⽣物化学（本科）第⼗章基因表达调控及其相关细胞信号转导通路随堂练习与参考答案⽣物化学（本科）第⼗章基因表达调控及其相关细胞信号转导通路随堂练习与参考答案第⼀节概述第⼆节原核基因的转录调控第三节真核基因的转录调控第四节相关细胞信号转导通路1. (单选题)基因表达调控的基本控制点是( )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参考答案：B2. (单选题)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. 正性调控、负性调控都可能D. ⽆调控作⽤E. 可有可⽆参考答案：A3. (单选题)阻遏蛋⽩识别操纵⼦中的( )A.启动基因B.结构基因C.操纵基因D.内含于E.外显⼦参考答案：C4. (单选题)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A. 适应环境B. 调节代谢C. 维持⽣长D. 维持分裂E. 维持分化参考答案：A6. (单选题)⼀个操纵⼦通常含有( )A.⼀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.数个启动序列和⼀个编码基因D.数个启动序列和数个编码基因E.两个启动序列和数个编码基因参考答案：B7. (单选题)对乳糖操纵⼦来说( )A. CAP是正性调节因素，阻遏蛋⽩是负性调节因素B. CAP是负性调节因素，阻遏蛋⽩是正性调节因素C. CAP和阻遏蛋⽩都是正性调节因素D. CAP和阻遏蛋⽩都是负性调节因素E. 在不同条件下，CAP和阻遏蛋⽩均显⽰正性或负性调节特点参考答案：A8. (单选题)lac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. 以上都不是参考答案：D9. (单选题)基因表达产物是( )A. RNAB. DNAC. 蛋⽩质D. 酶和DNAE. ⼤多数是蛋⽩质，有些是RNAA. 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参考答案：C11. (单选题)顺式作⽤元件是指( )A. TATA box和CCAAT boxB. 基因的5’-侧翼序列C. 基因的3’-侧翼序列D. 具有转录调节功能的特异DNA序列E. 增强⼦参考答案：D12. (单选题)反式作⽤因⼦是指( )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. 对另⼀基因具有激活功能的调节蛋⽩D. 对另⼀基因表达具有调节功能的蛋⽩E. 是特异DNA序列参考答案：D13. (单选题)启动⼦是指( )A. DNA分⼦中能转录的序列B. 与RNA聚合酶结合的DNA序列C. 与阻遏蛋⽩结合的DNA序列D. 有转录终⽌信号的DNA序列E. 与反式作⽤因⼦结合的RNA序列参考答案：B14. (单选题)增强⼦的作⽤是( )A. 促进结构基因转录B. 抑制结构基因转录C. 抑制阻遏蛋⽩D. 抑制操纵基因表达E. 抑制启动⼦A. 操纵基因结合B. 启动⼦上游的CAP位点结合C. DNA分⼦中任意⼀段序列结合D. 增强⼦结合E. 沉默⼦结合参考答案：B16. (单选题)通过胞内受体发挥作⽤的信息物质为 A．⼄酰胆碱B．γ-氨基丁酸C．胰岛素D．甲状腺素E．表⽪⽣长因⼦参考答案：D17. (单选题)细胞内传递信息的第⼆信使是A．受体B．载体C．⽆机物D．有机物E．⼩分⼦物质参考答案：E18. (单选题)下列哪项不是受体与配体结合的特点 A．⾼度专⼀性B．⾼度亲和⼒C．可饱和性D．不可逆性E. ⾮共价键结合参考答案：D19. (单选题)通过膜受体起调节作⽤的激素是A．性激素B．糖⽪质激素C．甲状腺素D．肾上腺素E．活性维⽣素D3参考答案：D20. (单选题)胞内受体的化学本质为F．糖脂参考答案：A21. (单选题)IP3与相应受体结合后，可使胞浆内哪种离⼦浓度升⾼A．K+B．Na+C．HCO3-D．Ca2+E． Mg2+参考答案：D22. (单选题)在细胞内传递激素信息的⼩分⼦物质称为 A．递质B．载体C．第⼀信使D．第⼆信使E．第三信使参考答案：D23. (多选题)真核⽣物基因结构特点是( )A.基因不连续性B.单顺反⼦C.含重复序列D.⼀个启动基因后接有⼏个编码基因E.含内含⼦参考答案：ABE24. (多选题)哪些是顺式作⽤元件? ( )A.启动⼦B.增强⼦C.内含⼦D.反应元件E.外显⼦参考答案：ABD25. (多选题)乳糖操纵⼦中具有调控功能的基因是( )A.A基因参考答案：CD26. (多选题)下列对增强⼦特征描述中，正确的是( )A.增强⼦可远距离发挥作⽤B.增强效应的位置和⽅向⽆关C.可通过启动⼦提⾼同⼀条链上的靶基因的转录效率D.没有基因的专⼀性，可在不同的基因组合上表现增强效应E.增强⼦是具有转录调节功能的特异DNA序列参考答案：ABCE27. (多选题)以下关于cAMP对原核基因转录的调控作⽤的叙述正确的是( )A.cAMP可与分解代谢基因活化蛋⽩(CAP)结合成复合物B.cAMP-CAP复合物结合在启动⼦前⽅C.葡萄糖充⾜时，cAMP⽔平不⾼D.葡萄糖和乳糖并存时，细菌优先利⽤乳糖E.葡萄糖和乳糖并存时，细菌优先利⽤葡萄糖参考答案：ABCE28. (多选题)以下关于反式作⽤因⼦的叙述哪些是正确的? ( )A.反式作⽤因⼦是调节基因转录的⼀类蛋⽩因⼦B.转录因⼦是⼀类反式作⽤因⼦C.增强⼦结合蛋⽩属反式作⽤因⼦D.阻遏蛋⽩是⼀类负调控反式作⽤因⼦E.RNA聚合酶是反式作⽤因⼦参考答案：ABCD29. (多选题)以下关于顺式作⽤元件的叙述哪些是正确的? ( )A.顺式作⽤元件是⼀类调节基因转录的DNA元件B.增强于是⼀类顺式作⽤元件C.启动⼦中的TATA盒和GC盒都是顺式作⽤元件D.操纵基因是原核⽣物中的⼀类负调控顺式作⽤元件E.顺式作⽤元件只对基因转录起增强作⽤参考答案：ABCD30. (多选题)受体与配体结合的特点包括A．⾼度专⼀性E 特定的作⽤模式参考答案：ABCDE31. (多选题)能与GDP/GTP结合的蛋⽩质是A．G蛋⽩B．Raf蛋⽩C．Rel A蛋⽩D．Grb-2蛋⽩E．Ras蛋⽩参考答案：AE32. (多选题)与配体结合后，⾃⾝具有酪氨酸蛋⽩激酶活性的受体是A．胰岛素受体B．表⽪⽣长因⼦受体C．⾎⼩板衍⽣⽣长因⼦受体D．⽣长激素受体E．⼲扰素受体参考答案：ABC33. (多选题)胞内受体的激素结合区能A．与配体结合B．与G蛋⽩偶联C．与热休克蛋⽩结合D．使受体⼆聚体化 E．激活转录参考答案：ACDE。

第十章真核生物基因的表达及其调控

第十章真核生物基因的表达及其调控

使其后的基因不能转录，甲基化可能阻
碍转录因子与DNA特定部位的结合从而
影响转录。如果用基因打靶的方法除去
主要的DNA甲基化酶，小鼠的胚胎就不 能正常发育而死亡，可见DNA的甲基化 对基因表达调控是重要的。
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第十章真核生物基因的表达及其调控
• 由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个 被激活的过程，但目前对激活机制还缺乏认识。
第十章真核生物基因的 表达及其调控
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2020/11/28
第十章真核生物基因的表达及其调控
真核生物与原核生物的调控差异
•原核生物
•真核生物
• 操纵元调控。
• 多样化调控，更为复杂。
•
• 基因组小，大肠杆菌：总长 4.6×106bp, 编码4288个基因, 每 个基因约1100bp。
• •
因转录起始及其调控所需的蛋白因子也不完全
相同，因而不同启动子序列也很不相同，要比
原核更复杂、序列也更长。真核启动子一般包
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括转录起始点及其上游约100－200bp序列，包 含有若干具有独立功能的DNA序列元件，每个 元件约长7－30bp。最常见的哺乳类RNA聚合 酶Ⅱ启动子中的元件序列见表第1十章真核生物基因的表达及其调控
①核心启动子元件(core promoter element) 指 RNA聚合酶起始转录所必需的最小的DNA序列， 包括转录起始点及其上游－25/－30bp处的 TATA盒。核心元件单独起作用时只能确定转
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第十章真核生物基因的表达及其调控
❖②上游启动子元件(upstream promoter element) 包括通常位于－70bp附近的CAAT盒和GC盒、 以及距转录起始点更远的上游元件。这些元件 与相应的蛋白因子结合能提高或改变转录效率。 不同基因具有不同的上游启动子元件，其位置 也不相同，这使得不同的基因表达分别有不同 的调控。

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长度约为6343bp DNA. lacI 基因的末端区域和启动子P连 接. 操纵基因占据了 lacZ 基因26 bp的长度.
2）基因活动的调控
Hin基因
H2基因的启动子
995bp
H2
rh1
Hin基因的产物催 化995bh1
H2基因的启动子
倒位使启动子远离H2基因，不能启动转录，细菌处于1相
2）基因活动的调控
H2
rh1
H1
转录
翻译
H2型鞭 毛蛋白
沙门氏菌的鞭毛蛋白基因的相变
2、Mu-1 phage的寄主范围改变
第十章（1）原核生物基因表达调控
一、基本概念 二、复制水平的调控 三、转录水平的调控 四、翻译水平的调控
一、基本概念 1、调节基因、操纵基因 可以产生调节蛋白或阻遏物，对转录起调 节作用的基因 可与调节基因的产物结合，对转录起开关 作用的基因 2、结构基因、启动基因 在操纵基因下游、可以表达形成功能蛋白 质的基因 在操纵基因上游、可以让RNA聚合酶结合 使转录启动的基因
I: 1040bp，调节基因，编码360个氨基酸的阻遏蛋白 P: 90bp，RNA聚合酶识别和结合位点 O: 21-27bp，操纵基因，阻遏蛋白结合位点 Z: 3510bp，β-半乳糖苷酶基因，使乳糖分解 Y: 780bp， β-半乳糖苷透性酶基因，使乳糖进入细胞 A: 825bp， β-半乳糖苷转移酶基因
IRL Hin
P IRR I H2
rh1
H1
IRL、IRR：左右倒转重复序列，14bp Hin：995bp，正常时此基因与rh1基因同时表达，rh1
产物可以阻遏下游H1基因表达，使细菌处于Ⅱ相 有特殊情况时，Hin基因会表达产生Hin蛋白，此 蛋白可使950bp的序列倒转，使启动子远离H2、 rh1基因，而无法转录,使H1基因的抑制被解除， H1基因表达，使细菌处于Ⅰ相 P：是Hin基因的组成部分，同时又是H2基因的 启动子 I：间隔雪列，16bp

基因表达调控PPT课件

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。
1. 顺式作用元件：特异DNA序列 2. 反式作用因子：特定调节蛋白质
14
原核生物
—— 操纵子(operon) 机制
启动序列 (promoter)
编码序列
其他调节序列
蛋白质因子
操纵序列 (operator)
• 可诱导调节：指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作 用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物 质的诱导下使基因活化。 例：大肠杆菌的乳糖操纵子 分解代谢蛋白的基因
34
酶合成的诱导操纵子模型
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
诱导物
如果某种物质 能够促使细菌产生 酶来分解它，这种 物质就是诱导物。
合时，结构基因不转录。
38
在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白 根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏 • 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激 活蛋白处于活性状态； • 在正控阻遏系统中，效应物分子（辅阻遏物）的存在使 激活蛋白处于非活性状态。
39
40
三、乳糖操纵子（lac operon）
能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。 • A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基
转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。
43
44
2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
无乳糖存在时
阻遏物结合在操纵基因上→阻 止转录过程→基因关闭
45
2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
有乳糖存在时
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白

基因表达与调控

转录水平调控：通过影响基因转录的效率来调控基因的表达 翻译水平调控：通过影响蛋白质合成的效率来调控基因的表达 表观遗传调控：通过改变基因的甲基化、乙酰化等修饰状态来调控基因的表达 微RNA调控：通过调节microRNA的表达来调控基因的表达
基因表达的机制
转录水平调控
启动子：控制转录的起始 增强子：增强转录效率 沉默子：抑制转录 转录因子：调控特定基因的表达
翻译水平调控
添加标题
添加标题
翻译起始阶段的调控： 通过mRNA的稳定性、 核糖体的合成和定位 等机制，调控翻译起 始的效率和准确性。
翻译过程中的调控： 通过影响翻译的速率、 核糖体的移动速度以 及多肽链的合成速度 等，调控翻译过程的
效率和准确性。
添加标题
翻译后水平的调控： 通过影响蛋白质的折 叠、修饰和降解等， 调控翻译后蛋白质的
基因表达与调控
汇报人：XX
单击输入目录标题 基因表达的概述 基因表达的机制 基因表达的调控因子 基因表达与疾病的关系 基因表达调控的应用前景
添加章节标题
基因表达的概述
基因表达的定义
基因表达是指基因经过转录和翻译， 将遗传信息传递给蛋白质的过程。
基因表达具有时空特异性，即在不 同组织和生长发育阶段，基因的表 达情况会有所不同。
了解基因表达与肿 瘤的关系有助于为 肿瘤的诊断和治疗 提供新思路。
基因表达与神经性疾病
阿尔茨海默病： 与β-淀粉样蛋 白的生成和清
除失衡有关
帕金森病：与 多巴胺能神经 元的凋亡和坏
死有关
亨廷顿氏病： 与亨廷顿蛋白 基因表达的异
常有关
肌萎缩侧索硬 化症：与超氧 化物歧化酶1基 因表达的异常
有关
基因表达调控的应用前景

真核生物基因表达调控

真核生物基因表达调控第十章作业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。

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把控制性状的因子称为遗传因子。 如豌豆红花（C）、白花（c）、植株高（H）、矮（h）。
②．约翰生：
提出基因（gene） 取代遗传因子。
③．摩尔根：
对果蝇、玉米等的大量遗传研究，建立了以基因和
染色体为主体的经典遗传学。 基因是化学实体，以念珠状直线排列在染色体上。
浙江大学 遗传学第十章 4
基因共性（按照经典遗传学关于基因的概念）：
5
㈡、分子遗传学关于基因的概念：
⑴.揭示遗传密码的秘密：基因 具体物质。
一个基因 DNA分子上一定区段，携带有特殊遗传
信息 转录成RNA 翻译成多肽链，或对其它基因的 活动起调控作用（如调节基因、启动基因、操纵基因）。 ⑵.基因不是最小遗传单位 更复杂的遗传和变异单位：
例如：在一个基因区域内，仍可以划分出若干起作用
即转座因子，指染色体组上可以转移的基因。
实质：能够转移位置的DNA片断。
功能：在同一染色体内或不同染色体之间移动 引起 插入突变、DNA结构变异（如重复、缺失、畸变） 通过 表现型变异得到鉴别。 遗传工程：转座子标签法。
玉米转座子现象
浙江大学 遗传学第十章 13
Ac转座酶活性没有被激活，无转座发生
第十章 基因表达与调控
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遗传学第十章
1
本章重点
* 1．基因概念及其发展。 2．原核生物基因调控：操纵元模型。 3．真核生物基因调控： DNA、转录和翻译三个水平。
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2
第一节
基因的概念
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遗传学第十章
3
一、基因的概念及其发展： ㈠、经典遗传学关于基因的概念：
①．孟德尔：
1.3
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1.0
1.6
遗传学第十章
1.9
1.6
23
②. rⅡ突变体类型： rⅡA、 rⅡB：
两个rⅡA 突变体混合
K12
无噬菌体繁殖
两个rⅡB 突变体混合 rⅡA ＋ rⅡB突变体
K12 K12
无噬菌体繁殖 噬菌体繁殖
∴ rⅡA与rⅡB区段可以互补，分属于不同基因座位。
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lac 调控基因ຫໍສະໝຸດ 浙江大学遗传学第十章
10
⑶．重叠基因（overlapping gene）：
指在同一段DNA顺序上，由于 阅读框架不同或终止早晚不同，同 时编码两个以上基因的现象。 在一些细菌和动物病毒中有重 叠基因，最早由Sanger于1977年发 现了ΦΧ174单链DNA病毒中有6个 基因是重叠的。 A B C D
基因具有染色体的主要特性：自我复制和相对稳定性，
在分裂时有规律地进行分配。
交换单位：基因间能进重组，而且是交换的最小单位。 突变单位：一个基因能突变为另一个基因。 功能单位：控制有机体的性状。 ∴ 经典遗传学认为：基因是一个最小的单位，不能分割；
既是结构单位，又是功能单位。
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当既有大量半乳糖又有葡萄糖时，基因表达将会怎样？
基因不表达，存在新的调节因子来控制乳糖操纵子开启，这
个因子的活性与葡萄糖有关。 葡萄糖可使腺苷酸环化酶活性降低； 而腺苷酸环化酶能将ATP转变成cAmP。
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cAmP 又与代谢激活蛋 白 （ catabolite activating protein, CAP）结合 形成 cAmP-CAP复合物，作为lac 操纵子正调控因子。当 cAmP-CAP 复合物二聚体插 入到lac特异启动子序列时 使 DNA 构 型 发 生 变 化 ， 而 RNA聚酶与该新构型的DNA 结合紧密，转录效率高。
产生贫血症的原因：
单个碱基的突变引起氨基酸的改变导致蛋白质性质发生 变化，直接产生性状变化。
正常碟形红血球转变为镰刀形红血球缺氧时表现贫血症。
S Hb
HbA
HbS
HbC
2. 酶蛋白： 例如：豌豆： 圆粒（RR）× 皱粒（rr） F1 圆粒（Rr） F21/4皱粒。 R 基 因 r 基 因
通常所述基因的大小或略小。所包括的一段 DNA与 一个多肽链合成相对应；平均为500~1500个碱基对。
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7
⑷．现代遗传学的基因概念：
①.可转录一条完整的RNA分子或编码一个多肽链； ②.功能上被顺反测验或互补测验所规定。分子遗传学 保留功能单位的解释，而抛弃最小结构单位说法。 基因：相当于一个顺反子， 包含许多突变子和 重组子。
三、顺式与反式调控
1. 顺式调控： 如基因启动子发生突变，使调控蛋白不能识别启动子
结构，基因不能表达，这种只影响基因本身表达、不影响
其它等位基因调控的突变称顺式调控。 2. 反式调控： 调控蛋白发生突变，不能与这个基因的启动子结合，
将可影响到与该调控蛋白结合有关的所有等位基因位点
表达这种突变称为反式调控。
2 r r 噬菌体数 重组值 100% 总噬菌体数 2 K 12 ( )株上生长的噬菌斑数 100% B株上生长的噬菌斑总数
可以获得小到0.001％，即十万分之一的重组值。 利用大量rⅡ区内二点杂交结果，绘制出rⅡ区座位间 微细的遗传图： r47 r104 r101 r106 r31 r107
酶蛋白
淀粉 分枝酶 缺少一 种淀粉 分枝酶
正常合 成淀粉
积累蔗糖 和大量的 水分
不合成酶 无功能酶
产生多肽，有表型；
∴基因
产生tRNA、rRNA，无表型；
不转录mRNA，但对其它基因起调控作用。
第二节
基因的调控
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遗传学第十章
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一种生物的整套遗传密码可以比作一本密码字典 该种生物的每个细胞中都有这本字典。 为什么基因只有在它应该发挥作用的细胞内和应该 发挥作用的时间才能呈现活化状态?
大量乳糖时：大肠杆菌三种酶的数量急剧增加，几分钟
即可达到千倍以上，这三种酶能够成比例地增加； 乳糖消耗完：这三种酶的合成也即同时停止。
浙江大学 遗传学第十章 36
2. 乳糖操纵元的负调控： ①. 乳糖操纵元组成部分； ②. 野生型基因型（I+O+Z+Y+A+）,
阻遏蛋白 RNA聚合酶 乳糖
无乳糖时，基因不表达；
特性，表现出不同遗传性状。 例如人的镰形红血球贫血症。 红血球碟形 HbA
突变
HbS HbC 红血球镰刀形
血红蛋白分子有四条多肽链：
两条α链（141个氨基酸/条）； 两条β链（146个氨基酸/条）。 HbA、Hbs、Hbc氨基酸组成的差 异在于β链上第6位上氨基酸： HbA第6位为谷氨酸（GAA、GAG）； HbS第6位为缬氨酸（GUA、GUG）； HbC第6位为赖氨酸（AAA、AAG）。
Ac转座酶活性被激活，转座发生性状发生改变
玉米转座子系统
* 金鱼草转座子系统：
金鱼草中最少含有四种转座子（Tam），含有12或13bp 的插入重复顺序。其中Tam1、Tam2和Tam3转座子分别为 15kb、 5kb和3.6kb长度。 Tam转座子用于控制花的生物合成基因研究。 ∵突变结果很容易通过表现型变异加以鉴定。
紫外灯下的 DNA
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㈢、分子遗传学对基因概念的新发展：
⑴．结构基因（structural gene）：
指可编码RNA或蛋白质的一段DNA序列。其RNA/
蛋白质或直接具有功能或参加某些功能。
rRNA基因
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⑵．调控基因（regulator gene）：
指其表达产物参与调控其它基因表达的基因。
3．有互补作用：
突变来自不同的基因，则每个突变的相对位点上都有一
个正常野生型基因最终可产生正常mRNA，其个体表现型 为野生型。
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㈡、基因的微细结构：
本泽尔利用经典的噬菌体突变和重组技术 分析T4 噬菌体rⅡ区基因的微细结构。
⑴．原理：
r+ 野生型T4噬菌体：侵染E.coli B株和K12株； rⅡ突变型T4噬菌体：只侵染B株，不能侵染K12（λ）株。 利用上述特点: 让两个rⅡ突变型杂交 侵染K12（λ） 株，选择重组体r+ 计算出两个r+ 突变 座位间的重组频率。
的小单位。
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⑶. 现代遗传学认为：
①．突变子（muton）：性状突变时产生突变的最小单位。 一个突变子可以小到只有一个碱基对；如移码突变。 ②．重组子（recon）：性状重组时，可交换的最小单位。 一个交换子可以只包含一个碱基对。
③．顺反子（cistron）：表示一个作用的单位，基本符合
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⑹. 假基因（pseudogene）:
同已知的基因相似，处于不同的位点，因缺失或突变
而不能转录或翻译，是没有功能的基因。
真核生物中的血红素蛋白基因
家族中就存在假基因现象。
血红蛋白分 子 的四条多 肽链
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二、基因的微细结构：
㈠、互补作用：
设有两个独立起源的隐性突变，具有类似的表现型。 判断是属于同一个基因突变，还是属于两个基因突变？ 即判断是否属于等位基因？ ①．建立双突变杂合二倍体； ②．测定突变间有无互补作用。
关闭状态； 正调控：经诱导物诱导转录的调控机制。 诱导物通常与蛋白质 结合 形成一种激活子
复合物 与基因启动子
DNA 序列结合 激活基 因起始转录 使基因处 于表达的状态。
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正调控与负调控并非互相排斥的两种机制，而是生物体 适应环境的需要，有的系统既有正调控又有负调控； 原核生物以负调控为主，真核生物以正调控为主； 降解代谢途径中既有正调控又有负调控；合成代谢途径 中一般以负调控来控制产物自身的合成。