chapter7-转录调控与基因功能注释

基因的转录、转录后调控基因是遗传信息的基本单位，而基因的转录和转录后调控是生命活动中至关重要的过程。

本文将简要介绍基因的转录和转录后调控的基本概念、重要的调控元件和机制。

基因的转录基因的转录是指DNA到RNA的过程，通过这个过程，基因的遗传信息将被转录为RNA。

在转录的过程中，RNA聚合酶与DNA的双螺旋结构结合，将DNA的碱基序列转化为RNA。

RNA按照DNA的序列从5’端向3’端合成，并且是单链结构。

这个过程在细胞质中进行，并且是一个复杂而精准的过程。

需要注意的是，基因的转录并非所有DNA都能被转录为RNA。

只有具有适当的启动子和主启动子的DNA序列才能在某些细胞类型中进行转录。

有时候还需要一些转录因子才能使启动子更加容易激活转录。

同时，基因的表达也是受到其他生理和环境因素的影响的。

基因的转录后调控转录后调控指的是对基因转录产物的调控，包括RNA的加工、修饰、稳定性及运输等过程。

转录后调控可以通过RNA的可变剪接、RNA的修饰、RNA干涉、RNA稳定性和RNA翻译等方式实现基因表达调控。

RNA的可变剪接RNA的可变剪接是指同一个基因的RNA前体分子（即前mRNA或者pre-mRNA）在不同的生理和生化状态下，会被不同的剪接因子剪切成不同的剪接变体。

这样，通过可变剪接就可以使具有同一基因信息的RNA表现出不同的性质。

例如，神经元特异性剪接因子的存在可以自然选择地使某些mRNA剪接成更具有神经元特异性的形式。

这样可变剪接不仅增加了RNA的多样性，而且还可以通过不同的剪接变体来实现基因的更加复杂的表达调控。

RNA序列的修饰RNA序列的修饰是指RNA分子中某些核苷酸上的化学修饰。

这些化学修饰可能影响RNA的稳定性、局部和全局的折叠以及RNA和其他分子之间的相互作用。

RNA序列修饰对生命活动的影响是多重的，它们可以通过影响转录、翻译和RNA间作用等多个层面来实现基因表达调控的效果。

RNA干涉RNA干涉是一种可以对RNA的表达和功能进行调控的机制。

基因转录的启动与调控基因转录是生命活动中非常关键的一个过程，它确保了细胞内的合成蛋白质数量和种类的适当调节，同时也影响了细胞的多种功能。

在细胞内，基因的转录是由一系列过程驱动的，同时也受到许多因素的调节控制。

下面，我们将深入探讨基因转录的启动与调控。

一、转录起始位点的识别基因转录的起始位点是指RNA合成的起点，它是转录起始信号的重要组成部分。

起始位点的识别过程由两个主要因素驱动：第一个是DNA序列本身，第二个是RNA聚合酶 (RNAP) 与其它蛋白质的相互作用。

DNA序列中的启动子元件与其他水平调节元件共同参与了起始位点的识别。

启动子元件通常包括推动序列和启动子序列。

推动序列从1位点数到约-40位点数，通过与RNAP结合产生力学张力来引导其向下滑动。

起始位点通常位于推动序列的上游区，而启动子序列则位于起始位点的下游区。

RNA聚合酶结合到DNA的起始位点后，会依次进行复杂的动态结构变化，并且形成一个稳定的转录泡。

二、转录激活子复合物转录激活子是一种很重要的因子，它能够调节基因转录的速率及其表达的时期。

当DNA序列被特定的转录激活子激活时，这一基因的转录水平就会显著上升。

转录激活子复合物由多个蛋白质组成，它们可以与基因上的特定区域相互作用，从而识别特定的基因序列，激活DNA转录过程，调节基因表达。

三、染色质结构的重要性染色质的密度结构对基因转录具有极大的影响。

一般情况下，浓缩染色质的DNA序列较难转录。

因此，在启动基因转录前，染色质结构的松弛是极其关键的。

松弛染色质的最有效方式是通过其存在的酶催化代谢，在染色质上产生修饰标记，控制或激发转录因子的结合。

异构酶对N末端乙酰化的组蛋白H3和H4具有重要作用，这可以使染色质分子松弛并识别起始位点，可在进一步的过程中识别进一步的调节因子。

四、转录辅助因子在细胞内，转录因子是调控基因转录的一类蛋白质家族，它们可以促进RNA 聚合酶与DNA序列的结合，调节基因转录的速率，影响细胞的功能活性和特性。

转录调控名词解释转录调控是一种技术，它可以调节基因表达。

它指的是影响基因表达的基因的组成、结构和互作的过程，从而影响细胞表型的方式。

简单来说，转录调控是对基因表达过程的控制和调整，使某些基因表达而其他基因不表达。

转录调控可以分为三个不同的步骤：增强子、增强子活动和转录因子结合。

增强子是DNA序列，在特定的位置形成编码蛋白质的基因上。

增强子可以激活和抑制其后面的基因，因此他们具有调节基因表达的能力。

增强子活动是指包括增强子在内的促使基因表达的过程中，DNA酸和蛋白质的相互作用。

转录因子结合是指转录因子和DNA的结合，它们可以识别和结合特定基因上的增强子，从而激活或抑制基因的表达。

一些转录因子在受到信号刺激时可以激活抑制的增强子，而其他的转录因子可以在增强子活动过程中发挥作用。

转录因子结合是调节基因表达的关键部位。

转录调控通常是一个复杂的过程，它可以以不同途径调节基因表达，比如RNA干扰、转录因子、结合位点等。

脂质和蛋白质也可以参与转录调控，它们可以变更增强子的活性，也可以抑制转录因子的结合。

在不同的细胞类型中，转录调控的作用会有所不同，比如类似细胞环境和内分泌系统。

在内分泌系统中，转录调控可以调节激素水平，或者在系统发生变化时，调节细胞的特殊功能。

转录调控是调节基因表达的一类重要技术，它可以调控细胞的功能和表型。

通过调节基因的表达，转录调控可以改变细胞的生理特征，从而影响细胞的行为。

通过调节基因的表达，转录调控可以控制和调整细胞的功能，从而改变细胞的表型和生命周期。

转录调控在多种研究领域扮演着重要的角色，比如发育生物学、病原学和药物发现等。

它可以用来解读基因表达的影响，从而对特定基因的功能和表达机理进行分析。

转录调控也可以用来鉴定特定基因的功能，并设计能够调节基因表达的药物。

转录调控是一种重要的技术，它可以调节基因表达，从而调节细胞的表型和生活周期。

它可以用于科学研究，用来揭示基因的功能，探讨基因的表达机理，确定新的药物靶标，及为药物研发提供有效治疗路径。

转录调控与基因表达调控机制转录调控是指在DNA转录为RNA过程中，通过调节转录因子在DNA上的结合、启动子的开放和RNA聚合酶的招募等多个环节，来控制基因表达的过程。

基因表达是指表现出来的基因性状，它是由DNA的序列信息指导的过程，包含三个级别的调控机制：转录调控、RNA加工和蛋白翻译调控。

在转录调控中，核心的调控因子是转录因子，它们能够识别DNA上的特定序列，结合到启动子、增强子等位点上，调节染色质结构和RNA聚合酶的招募，从而影响转录的速率和效率。

转录因子通常包括DNA结合域和调控域，DNA结合域是掌握与DNA上特定序列结合的区域，而调控域则可以招募其他转录因子或配体、酶类等分子，形成调节复合物，并对基因表达发挥不同的调控作用。

除了转录因子以外，还存在一些非编码RNA能够通过抑制或增强转录因子的活性，或参与RNA的加工、剪接等环节，从而调控基因表达。

非编码RNA通常包括miRNA、lncRNA、siRNA等，其中miRNA能够识别底层靶基因mRNA并引导RNA蛋白复合体切割或抑制翻译，从而降低基因表达；而lncRNA则能够通过结合转录因子、DNA序列或其他蛋白，影响基因转录的起始、速率和空间定位等方面，发挥重要的调控作用。

在基因表达调控的过程中，还存在染色质构象和核小体等层次结构的影响。

染色质构象是指DNA、蛋白质和非编码RNA组合形成的三维结构，它可以隔离某些序列，阻拦或促进转录因子的结合，从而影响基因转录。

同时，染色质构象也可以受到某些特定修饰（如乙酰化、甲基化等）的调节，从而改变染色质的紧密程度和易位性。

除此之外，核小体也扮演着重要的调控角色。

核小体是由八个核心组蛋白（H2A、H2B、H3和H4）和一个连接组蛋白（H1）组成的核蛋白质复合物，它们协同作用形成近似“珠弹链”的结构，调节DNA的超级螺旋结构和染色质结构，并参与基因转录的起始和跑动等方面。

总体来看，转录调控与基因表达调控机制是复杂的、严密的多层次调控网络，它涉及到DNA、RNA、蛋白质和非编码RNA以及染色质、核小体等多个方面。

基因转录调控和功能的结构基础基因转录是一个复杂的生物学过程，它涉及到DNA信号的获取、信号传递以及蛋白质的合成。

在分子生物学中，基因转录是生物体中基因的表达，它决定了某一物种的特征。

基因转录调控是指进一步控制基因转录的一系列调控机制，这些机制包括DNA编码和非编码区域的结构、启动子区域、调控元件以及转录因子等。

基因转录调控的调控方式主要是针对转录因子的调控，转录因子是在指定基因序列上能够相互作用并影响基因表达的体系。

调控元件是指转录因子识别的DNA 序列（哨兵基序）和蛋白质交互作用的区域。

转录因子与每个调控元件都有一些共性的某些蛋白质，这些蛋白质通过复合体的形式参与到基因转录的调节中。

例如，细胞中的调控元件往往包含了活性化和抑制元件，满足在不同物理环境和化学环境下的差异状态。

在真核生物中，这些调控元件一般是小片段（50到1000个碱基对）的DNA序列，这些DNA序列能够正或反调节靶基因的转录。

一些含有反式基序的DNA序列在结构上与转录因子连接，从而在基因转录调控系统的调控上起到了特定的作用。

除了调控元件的结构外，信号调控还涉及到其他一些结构方面的因素，例如表观遗传学标记、反转录途径、基因组重复以及蛋白质的修饰等。

表观遗传学标记是一些表观修饰因子的任意交互，包括化学变化的DNA、组蛋白标记、甲基化修饰和翻译后修饰等。

具体来说，这些表观遗传标记会随着时间的推移而改变，因此会在基因转录调控过程中产生不同的效果。

反转录途径是指对这种中性细胞或其他非主流细胞进行基因的转录，从而建立了另一组基因序列文件（RNA逆转录）。

基因组重复是一个更广泛的概念，它是指每个基因组内基因组元件的重复次数以及基因组内每个基因沿着序列的重复次数。

基因组重复会影响基因转录，从而影响细胞功能和行为。

蛋白质修饰是另一个重要的因素，它可以影响蛋白质的结构和稳定性，从而改变基因转录的速率和稳定性。

蛋白质修饰的主要形式包括磷酸化、乙酰化、丝氨酸/苏氨酸/酪氨酸磷酸化、葡萄糖磷酸化和泛素化等。

基因的转录、转录后调控基因的转录、转录后加工及逆转录转录(transcription)是以DNA单链为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。

与DNA的复制相比，有很多相同或相似之处，亦有其特点，它们之间的异同可简要示于表13-1转录的模板是单链DNA，与复制的模板有较多的不同特点，引出了下列相关概念。

转录过程只以基因组DNA中编码RNA（mRNA、tRNA、rRNA及小RNA）的区段为模板。

把DNA分子中能转录出RNA的区段，称为结构基因（structure gene）。

结构基因的双链中，仅有一股链作为模板转录成RNA，称为模板链(template strand)，也称作Watson（W）链(Watson strand)、负（-）链(minus strand)或反意义链(antisense strand)。

与模板链相对应的互补链，其编码区的碱基序列与mRNA的密码序列相同（仅T、U互换），称为编码链(coding strand)，也称作Crick（C）链（Crick strand）、正（+）链(plus strand)，或有意义链(sense strand)。

不同基因的模板链与编码链，在DNA分子上并不是固定在某一股链，这种现象称为不对称转录(asymmetric transcription)。

模板链在相同双链的不同单股时，由于转录方向都从5’→3’，表观上转录方向相反，如图13-1。

与DNA复制类似，转录过程在原核生物和真核生物中所需的酶和相关因子有所不同，转录过程及转录后的加工修饰亦有差异。

下面的讨论中将分别叙述。

参与转录的酶转录酶（transcriptase）是依赖DNA的RNA聚合酶（DNA dependent RNA polymerase，DDRP），亦称为DNA指导的RNA 聚合酶（DNA directed RNA polymerase），简称为RNA聚合酶（RNA pol）。

转录和转录水平的调控要点说明SECTION 5转录和转录水平的调控重点：转录的反应体系，原核生物RNA聚合酶和真核生物中的RNA聚合酶的特点，RNA的转录过程大体可分为起始、延长、终止三个阶段。

真核RNA的转录后加工，包括各种RNA前体的加工过程。

基因表达调控的基本概念、特点、基本原理。

乳糖操纵子的结构、负性调控、正性调控、协调调节、转录衰减、SOS反应。

难点：转录模板的不对称性极其命名，原核生物及真核生物的转录起始，真核生物的转录终止，mRNA前体的剪接机制（套索的形成及剪接），第Ⅰ、Ⅱ类和第Ⅳ类含子的剪接过程，四膜虫rRNA前体的加工，核酶的作用机理。

真核基因及基因表达调控的特点、顺式作用元件和反式作用因子的概念、种类和特点. 以及它们在转录激活中的作用。

一．模板和酶：要点1．模板RNA的转录合成需要DNA做模板，DNA双链中只有一股链起模板作用，指导RNA合成的一股DNA链称为模板链（template strand），与之相对的另一股链为编码链（coding strand），不对称转录有两方面含义:一是DNA链上只有部分的区段作为转录模板(有意义链或模板链),二是模板链并非自始至终位于同一股DNA单链上。

2．RNA聚合酶转录需要RNA聚合酶。

原核生物的RNA聚合酶由多个亚基组成:α2ββ'称为核心酶,转录延长只需核心酶即可。

α2ββ'σ称为全酶,转录起始前需要σ亚基辨认起始点,所以全酶是转录起始必需的。

真核生物RNA聚合酶有RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ三种,分别转录45s-rRNA; mRNA(其前体是hnRNA);以及5s-rRNA、snRNA 和tRNA。

3.模板与酶的辨认结合转录模板上有被RNA聚合酶辨认和结合的位点。

在转录起始之前被RNA聚合酶结合的DNA部位称为启动子。

典型的原核生物启动子序列是-35区的TTGACA 序列和-10区的Pribnow盒即TATAAT序列。

转录调控和基因表达的调节随着基因技术的不断发展，转录调控和基因表达的调节成为了分子生物学研究中的重要课题之一。

转录调控是指调控基因DNA转录成RNA的过程，是基因表达调节的关键环节之一。

基因表达调节是生物体内基因表达的动态调整，是维持生命正常运转的基础。

那么，转录调控和基因表达的调节是如何进行的呢？1. 转录调控的基本机制在基因表达过程中，存在着DNA、RNA和蛋白质三种生物大分子的相互作用。

其中RNA是承担转录、翻译功能的重要角色。

因此，在转录调控中起关键作用的分子之一就是RNA聚合酶，它是在DNA模板上合成mRNA的酶。

RNA聚合酶必须在DNA上准确识别启动子区域，同时在正确的条件下与一系列调节因子相互配合才能正常进行转录调控。

对DNA进行修饰（例如去甲基化、甲基化）或者是染色质结构的变化都会影响调控因子与启动子的相互作用，从而影响转录调控。

其次，一些转录因子可以直接与DNA结合来识别并绑定到启动子区域并调节RNA聚合酶的活性。

2. 基因表达调节的方式基因表达调节是通过启动子的活性、转录因子的稳定性、转录前体RNA的加工和稳定度以及MIRNA等多种方式进行的。

启动子是在基因调节过程中起关键作用的区域，它集中了一系列调控元件，包括各种转录因子结合位点和组蛋白修饰位点等。

因此，在基因表达调节中通过修饰启动子的状态来控制基因表达的活性是十分关键的。

其中转录因子是一类可以识别和结合到DNA上的调控分子，转录因子的数量和稳定性决定了要将某个基因表达到何种程度。

过程涉及到转录因子家族的扩张和缩小等复杂的调节机制。

此外，核糖体转录后的加工、修饰和分泌等形成的多种RNA分子也可以作为基因表达调控的重要手段。

其中MIRNA是一类短小的RNA分子，不仅可以直接与靶基因mRNA结合，而且还可以与转录因子相互作用，从而调节基因表达。

在不同的细胞环境中，不同的基因会表达不同的MIRNA，从而发挥不同的调控作用。

3. 化学品调控基因表达的策略现代分子生物学技术和生物化学技术的不断发展，许多新的手段也被用于探究转录调控和基因表达的调节。

转录调控与基因调节基因是生命的基本单位，有关基因的研究已经成为现代科学发展的重要方向之一。

实际上，基因的调控机制也是众多神秘现象的源头。

那么，什么是基因的调控机制呢？转录调控和基因调节是否有关呢？转录调控是指在生物细胞中，通过一系列复杂的调控机制来控制转录过程，从而调节基因表达的过程。

转录是指把DNA转录为RNA的过程，而这中间需要依赖一系列的转录因子、蛋白质以及其他调控成分的协同作用，才能进行顺利的转录。

基因调节则是指通过一系列的分子机制调节基因表达的过程，是基因调控的一个重要过程。

在细胞中，转录调控与基因调节是密不可分的关系。

实际上，转录调控对于基因调节的影响非常大，因为只有正常的转录过程才能产生出良好的基因表达，从而实现细胞正常的生长和分化。

为了实现有效的转录调控，细胞在转录因子的选择、mRNA的修饰和RNA降解等方面也开发了一系列的调控机制。

在转录调控的过程中，细胞内的蛋白质与核酸互相作用，通过某些分子机制来调控基因表达。

这一过程可以分为几个关键的步骤：1. 转录启动：这是转录调控中的最重要的一步，是转录起始的关键阶段。

在细胞内，转录因子会特定地与RNA聚合酶，与DNA结合并形成一个开放式的转录启动复合体。

2. 转录延伸：此时RNA聚合酶开始让模板DNA序列进行转录，生成一个长度为1000-2000个碱基的RNA前体。

3. 转录终止：RNA聚合酶通过终止信号序列终止转录，此时拷贝的前体RNA已经形成。

4. RNA后处理：前体RNA需经过后期加工，包括剪切、聚腺苷酸尾和RNA编辑，以生成成熟的mRNA。

在基因调节中，调节因子介导着表观遗传的调节机制。

表观遗传是指这些调节过程不会改变基因序列，而是通过其他一些分子机制来实现，比如DNA甲基化、组蛋白修饰等。

这些表观遗传机制已经被证明能够对许多生物学过程产生重要的影响，包括细胞周期、分化、发育和衰老等。

细胞内的基因调节与外部环境之间存在许多关联。

转录后修饰和基因调控的生物学功能生命的诞生和演化是一个复杂而精彩的过程，基因的调控和表达则是其中至关重要的环节。

生物体内的基因编码了蛋白质以及许多非编码RNA，这些RNA都需要经过调控才能发挥各自的生物学功能。

而转录后修饰和基因调控则是这个过程中最为重要的两个方面。

一、转录后修饰近年来，在研究基因的调控过程中，转录后修饰这个领域受到了越来越多的关注。

转录后修饰是指在RNA被合成后，在其他分子的作用下进行的化学修饰。

这些修饰会影响RNA的降解、本地化、翻译和互相作用，从而调控基因的表达。

RNA的修饰可以分为两类：核苷酸的修饰和磷酸酸酯的修饰。

其中，核苷酸的修饰包括：甲基化、脱胺基化、伪尿嘧啶修饰、2-羟甲基基团修饰等。

而磷酸酸酯的修饰则包括：丝氨酸磷酸化、酪氨酸磷酸化、苏氨酸磷酸化等。

这些修饰的存在使得RNA能够更为复杂地发挥作用。

例如，tRNA上的甲基化、脱胺基化和伪尿嘧啶修饰可以影响蛋氨酸的翻译，并调控细胞的代谢活性和分化。

此外，磷酸化也被发现可以影响RNA结构，从而调控RNA-蛋白质相互作用。

转录后修饰不仅影响基因表达，也影响了RNA丰富的功能，对生命的演化具有深刻的影响。

二、基因调控除了转录后修饰外，基因调控也是生物体内基因表达的重要手段。

基因调控是指在胞外或细胞内受到某些信号之后，通过各种分子和机制执行的一系列过程，从而调控基因的表达。

基因调控可以分为正向调控和负向调控两种。

例如，在转录因子的正向作用下，可以促进mRNA的合成，从而增强基因的表达。

而在转录因子的负向作用下，则可以抑制mRNA的合成，从而减弱或抑制基因的表达。

基因调控可以发生在DNA水平和RNA水平两个方面。

在DNA水平，基因的表达可以通过启动子、增强子和基因沉默等机制来调控。

而在RNA水平，则可以通过特定的miRNA和lncRNA来调控RNA的合成、定位和翻译。

基因调控的研究无疑将为解决许多疾病带来新的解决方案。

最近的研究表明，基因调控在某些疾病的发生和发展中起着至关重要的作用，这意味着掌握基因调控机制可以为治疗疾病提供新思路。