第十二章 原核细胞基因转录的调节

原核生物基因的转录和翻译调控的细节探究在生物学研究中，原核生物的基因转录和翻译调控一直是一个热门话题。

原核生物的基因转录和翻译调控涉及的分子机制非常复杂，从转录和翻译的起始和终止位置到转录和翻译的调控因素都是需要我们深入探究的。

本文将通过细节探究原核生物基因的转录和翻译调控。

1. 转录调控的细节探究原核生物的转录调控是指在基因转录过程中，通过多种分子机制影响RNA聚合酶在DNA上的结合和进一步转录过程的调控。

在转录调控过程中，最常见的调控方式包括转录因子和各种转录调控元件的作用。

转录因子是一种特殊类型的调节蛋白，它们可以结合到DNA上的转录调控元件上，从而直接或间接地控制RNA聚合酶的下降。

在转录因子的分类中，存在两种不同类型的因子：激活因子和抑制因子。

激活因子主要通过与RNA聚合酶的结合及与与RNA聚合酶结合的DNA序列互作，来增加转录水平；相反，抑制因子则抑制RNA聚合酶与DNA序列的结合，从而降低转录水平。

除了转录因子，各种各样的转录调控元件也直接影响RNA聚合酶的结合和转录。

转录调控元件在DNA序列中特定位置上存在，它们包括操作子、增强子及隐汉子等不同类型。

操作子在DNA序列中的位置是在与RNA聚合酶结合点相对的位置上，它们通常是在编码DNA范围内的一个小的DNA片段。

增强子通常远离操作子位置，但对于RNA聚合酶的结合和转录也有影响。

最后是隐汉子，它们是特定长度的DNA序列，它们不能直接影响RNA聚合酶的结合和转录，但可以通过一些其他机制来影响整个转录大过程。

2. 翻译调控的细节探究原核生物的翻译是在转录期间直接进行的，这是因为原核生物没有核内RNA 加工的机制，而mRNA的转录过程与翻译过程之间是重叠的。

在原核生物翻译调控过程中，翻译调控元件（诸如启动子、终止子等）和核苷酸序列上的一些结构也起到了重要作用。

在原核生物的细胞质中，环状RNA（环状RNA，环C RNA）是一种能够一度大量影响原核生物翻译过程的物质。

原核生物的基因转录与翻译调控机制原核生物是指生物体细胞中缺乏真核细胞核以及其它特有的细胞器的一类生物，象细菌、放线菌等都属于这类生物。

在原核生物营养代谢产物再生的反应过程中，基因转录和翻译机制起着关键性的作用。

虽然原核生物在结构和功能上与真核生物存在差异，但其基因转录和翻译调控机制的探究仍然是一个备受关注和重要的研究领域。

一、原核基因转录的发生原核基因转录由细菌RNA聚合酶完成，RNA聚合酶由细菌DNA依据序列特异性与序列不一致性识别，准确并高效地转录所需RNA。

细菌基因起始位点（promoter）的序列组合不尽相同，其中最重要的是绝大多数细菌由主要调控元件σ—70识别维持其顺畅的生理需求，这种元件由基因-35与-10区域和过渡段区也就是-10-35之间区域识别决定。

并由帮助透过无DNA序列特异性转录激活蛋白（transcription activator）的序列（最多存在于4簇）进行辅助。

不过也有一定数量的细菌被由基因σ—54识别的类R元件助其转录，该元件由基因1-2个高度保守的区域以及管充区（38-40bp）组成。

二、原核基因转录的调控原核生物的基因在转录时可受到大量调解，使基因转录速率可被生物正式需求所有效调整。

最常见的反馈控制是会抑制在产物中需要的一个或几个酶的基因转录，这是通过由这些酶产物反馈调控于RNA聚合酶进行的。

在此基础上，产物的积累往往会对酶的活性、协同性以及数量等进行影响调解，以实现生物正式需求。

此外，细菌一般存在一套广泛而复杂的信号传导体系，称为二次信使系统（secondary messenger system），该系统是在感知环境等信号后透过一连串的化学反应激活底物转移酶（substrate transferase）透过底物磷酸化等化学改变对转录起调节作用，通常还包括一套由环状形体标记产生的传导导致产物合成的启动通路（quorumsensing pathway，简称QS），可能是底物释放或者捕获的Q信号分子，能在大多数情况下发挥合成起始因子（activator）和抑制蛋白（repressor）的作用。

第十三章RNA的生物合成一、填空题1．基因转录的方向是从端到端。

2．大肠杆菌RNA聚合酶由和因子组成，其中前者由亚基、____亚基和____亚基组成，活性中心位于_____亚基上。

3.使用_____可将真核细胞的三种RNA聚合酶区分开来。

4．所有真核细胞的RNA聚合酶Ⅱ的最大亚基的C端都含有一段高度保守的重复序列，这段重复序列是_____，它的功能可能是____。

5．第一个被转录的核苷酸一般是_____。

6．原核细胞启动子-10区的序列通常被称为_____，其一致序列是_____。

7．tRNA基因的启动子最重要的特征是______。

8．真核细胞转录因子的功能是_____和______。

9．逆转录酶通常以_____为引物，具有______、_____和______三种酶的活性，使用该酶在体外合成cDNA时常用_____为引物。

10．真核细胞的热鸡蛋白（HSP）上游除了启动子序列以外，还应具有_____、______、____和_____序列。

11．真核细胞Pre-mRNA的后加工方式主要_____、_____、_____、_____、和_____5种。

12．大肠杆菌RNaseP由_____和_____组成，其中_____能独立完成催化，该酶参与_____的后加工。

13．四膜虫Pre-RNA的剪接需要______作为辅助因子。

14．存在于真核细胞Pre-mRNA上的加尾信号是_____，剪接信号是_____。

15．原核细胞基因转录的终止有两种机制，一种是______，另一种是______。

16．核不均一RNA（hnRNA）实际上就是______。

17．使用______技术可以确定一个蛋白质基因是不是断裂基因。

18．所有的反转录病毒的基因都含有______ 、______和______三种基因。

19．HIV的宿主细胞是______。

20．真核细胞三种RNA聚合酶共有的转录因子是______。

21．RNA病毒的进化速度远高于它的宿主细胞是因为_______。

原核细胞生长过程中DNA复制和细胞周期的调控机制原核细胞是指不具有真核细胞核膜的细胞，其所有的DNA和蛋白质都存在于细胞质中。

原核细胞的生长过程中，DNA复制和细胞周期是十分重要的，这些过程必须得到精细的调控，以确保细胞能够正常生长和繁殖。

DNA复制DNA复制是指细胞中DNA的双链被解开，原有双链分离成两个单链后，每个单链分别作为模板和引线，合成两个与原始DNA相同的新双链的过程。

在原核细胞中，DNA复制的开始位置是单个起始位点，在细胞周期的过程中，该起始位点被复制成两个，随后两个起始位点分别向两个方向扩展，形成两个生长点。

这种起始位点的复制方式被称为“单次复制模式”。

DNA复制需要复制酶、引导蛋白、单链结合蛋白等多种蛋白质协同作用，在复制前，该复制的起始位点被特定酶附着，附着的酶在复制过程中指导复制单元加入模板，形成复制产物，最终产生完整的双链DNA。

在复制过程中，需要不断补充核苷酸、引导蛋白等辅助物质，以支持复制的进行。

细胞周期的调控细胞周期是指生物体细胞从一个分裂后的离子到另一个离子的过程。

细胞在周期的不同阶段有不同的生化、形态和功能特征，整个周期被分为四个阶段：G1期、S期、G2期和M期。

G1期是细胞周期的第一个阶段，在此期间，细胞准备进入DNA复制的S期。

细胞中蛋白质的合成和新的细胞器的形成，都是在该期进行的。

在G1期末期，细胞质内会累积一小段的RNA和蛋白质，形成一个叫做“Restriction Point”的断点，细胞若要进入下一个阶段，必须通过这个细胞周期的关键点。

S期是DNA合成期，在该期间，细胞DNA复制，从而形成两个相同的DNA 子代，该期要经过两次“Event Point”（事件点），即起始位点复制以及所有核苷酸复制完成。

G2期是最后一个生长期，在该期间，细胞为接下来的分裂做好准备。

该期中分裂酶的合成开始增强，细胞内的各个分子和蛋白质都变得更加稳定。

M期是细胞分裂期，包括有丝分裂和无丝分裂两个阶段。

第十二章遗传信息的传递和表达学号姓名成绩一、填空题1、参与DNA复制的主要酶和蛋白质包括DNA连接酶、DNA聚合酶、引发酶、解链酶、拓扑异构酶、切除引物酶和单链结合蛋白酶。

2、DNA复制的方向是从5端到3端。

3、DNA连接酶和DNA聚合酶Ⅰ酶的缺乏会导致冈崎片段的堆积。

4、体内DNA复制主要使用RNA作为引物，而RNA的转录不需要引物。

5、使用枯草杆菌蛋白酶可将大肠杆菌DNA聚合酶I水解大小两个片段，其中大片段被称为klenow酶，它保留了DNA聚合酶和3,5-核酸外切酶酶活性，小片段则保留了3,5-核酸内切酶酶的活性。

6、DNA复制的主要聚合酶是DNA聚合酶Ⅲ，该酶在复制体上组装成不对称二聚体，分别负责领头链和随从链的合成。

7、DNA的损伤可分为碱基损伤和DNA链损伤两种类型，造成DNA损伤的因素有理化因素和生理化因素。

8、基因转录的方向是从5端到3端。

9、大肠杆菌RNA聚合酶由核心酶和σ因子组成，其中前者由α亚基、β亚基和β’亚基组成，活性中心位于β亚基上。

10、原核细胞启动子－10区的序列通常被称为TA TA盒或pribnow box，其一致序列是TATAAT。

11、第一个被转录的核苷酸一般是嘌呤核苷酸。

12、真核细胞Pre-mRNA后加工方式主要有加帽、加尾、内部甲基化、编辑和剪切5种。

13、原核细胞转录终止有两种机制，一种是依赖蛋白质因子的转录终止另一种是不依赖蛋白质因子的转录终止。

14、蛋白质的生物合成是以mRNA作为模板，tRNA作为运输工具，rRNA作为合成场所。

15、细胞内多肽链合成的方向是从N端到C端，而阅读mRNA的方向是从5端到3端。

16、核糖体上能够结合tRNA的部位有A部位、P部位和E部位。

17、蛋白质的生物合成通常以AUG作为起始密码子，有时也以GUG作为起始密码子，以UAG、UAA和UGA作为终止密码子。

18、原核生物合成中第一个被掺入的氨基酸是甲酰甲硫氨酸。

二、选择题1、逆转录酶是一类：（ C ）A、DNA指导的DNA聚合酶B、DNA指导的RNA聚合酶C、RNA指导的DNA聚合酶D、RNA指导的RNA聚合酶2、 DNA上某段碱基顺序为5’-ACTAGTCAG-3’，转录后的上相应的碱基顺序为：（ C ）A、5’-TGATCAGTC-3’B、5’-UGAUCAGUC-3’C、5’-CUGACUAGU-3’D、5’-CTGACTAGT-3’3、假设翻译时可从任一核苷酸起始读码，人工合成的（AAC）n（n为任意整数）多聚核苷酸，能够翻译出几种多聚核苷酸？（C）A、一种B、二种C、三种D、四种4、参与转录的酶是（A）A、依赖DNA的RNA聚合酶B、依赖DNA的DNA聚合酶C、依赖RNA的DNA聚合酶D、依赖RNA的RNA聚合酶5、RNA病毒的复制由下列酶中的哪一个催化进行? （ B ）A、RNA聚合酶B、RNA复制酶C、DNA聚合酶D、反转录酶6、大肠杆菌有三种DNA聚合酶，其中参予DNA损伤修复的是（ A ）A、DNA聚合酶ⅠB、DNA聚合酶ⅡC、DNA聚合酶Ⅲ7、绝大多数真核生物mRNA5’端有（A）A、帽子结构B、PolyAC、起始密码D、终止密码8、羟脯氨酸：（ B ）A、有三联密码子B、无三联密码子C、线粒内有其三联密码子9、蛋白质合成起始时模板mRNA首先结合于核糖体上的位点是（ B ）A、30S亚基的蛋白B、30S亚基的rRNAC、50S亚基的rRNA10、能与密码子ACU相识别的反密码子是（ D ）A、UGAB、IGAC、AGID、AGU11、原核细胞中新生肽链的N-末端氨基酸是（ C ）A、甲硫氨酸B、蛋氨酸C、甲酰甲硫氨酸D、任何氨基酸12、tRNA的作用是（ D ）A、A、把一个氨基酸连到另一个氨基酸上B、将mRNA连到rRNA上C、增加氨基酸的有效浓度D、把氨基酸带到mRNA的特定位置上。

原核生物基因表达的调控一、名词解释1、Operon操纵子：一个或几个结构基因与一个调节基因和一个操纵基因，加上启动子构成一个操纵单元，这个单元称为操纵子。

在操纵子中，结构基因产生mRNA并作为模板合成蛋白质；而调节基因则产生一种阻遏蛋白与操纵基因相互作用；阻遏蛋白与操纵基因结合从而阻碍了结构基因转录成为mRNA；在诱导过程中，诱导物通过与阻遏蛋白相结合而阻止阻遏蛋白与操纵基因结合。

2. CAP：环腺苷酸（cAMP）受体蛋白CRP（cAMP receptor protein ），cAMP与CRP结合后所形成的复合物称激活蛋白CAP（cAMP activated protein ）3．Attenuator弱化子：在操纵区与结构基因之间的一段可以终止转录作用的核苷酸序列。

4. 魔斑：当细菌生长过程中，遇到氨基酸全面缺乏时，细菌将会产生一个应急反应，停止全部基因的表达。

产生这一应急反应的信号是鸟苷四磷酸(ppGpp)和鸟苷五磷酸（pppGpp）。

PpGpp与pppGpp的作用不只是一个或几个操纵子，而是影响一大批，所以称他们是超级调控子或称为魔斑。

5. 上游启动子元件：是指对启动子的活性起到一种调节作用的DNA序列，-10区的TA TA、-35区的TGACA及增强子，弱化子等。

二、填空题1．启动子中的元件通常可以分为两种：（）和（）。

2. 因表达正调控系统中，加入调节蛋白后，基因表达活性被，这种调节蛋白被称为。

在负调控系统中，加入调节蛋白后，基因表达活性被，这种调节蛋白被称为。

3. 糖对细菌有双重作用；一方面（）；另一方面（）。

所以需要一个不依赖于cAMP—CRP的启动子S2进行本底水平的永久型合成；同时需要一个依赖于cAMP—CRP的启动子S1对高水平合成进行调节。

有G时转录从（）开始，无G时转录从（）开始。

三、选择题1、如果在没有----- -----存在时基因是表达的，加入这种----- ----后，基因的活性被关闭，这种控制系统叫做负调控系统。

第十二章核酸通论提要1868年Miescher发现DNA。

Altmann继续Miescher的研究，于1889年建立从动物组织和酵母细胞制备不含蛋白质的核酸的方法。

RNA的研究开始于19世纪末，Hammars于1894年证明酵母核酸中的糖是戊糖。

核酸中的碱基大部分是由Kossel等所鉴定。

Levene对核酸的化学结构以及核酸中糖的鉴定作出了重要贡献，但是他的“四核苷酸假说”是错误的，在相当长的时间内阻碍了核酸的研究。

理论研究的重大发展往往首先从技术上的突破开始。

20世纪40年代新的核酸研究技术证明DNA 和RNA都是细胞重要组成成分，并且是特异的大分子。

其时，Chargaff等揭示了DNA的碱基配对规律。

最初是Astbury，随后Franklin和Wilkins用X射线衍射法研究DNA分子结构，得到清晰衍射图。

Watson和Crick在此基础上于1953年提出DNA双螺旋结构模型，说明了基因结构、信息和功能三者之间的关系，奠定了分子生物学基础。

DNA双螺旋结构模型得到广泛的实验支持。

Crick于1958年提出了“中心法则”。

DNA研究的成功带动了RNA研究出现一个新的高潮。

20世纪60年代Holley 测定了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列；Nirenberg等被破译了遗传密码；阐明了3类DNA参与蛋白质生物合成的过程。

在DNA重组技术带动下生物技术获得迅猛发展。

将DNA充足技术用于改造生物机体的性状特征、改造基因、改造物种，统称之为基因工程或遗传工程。

与此同时出现了各种生物工程。

技术革命改变了分子生物学的面貌，并推动了生物技术产业的兴起。

在此背景下，RNA研究出现了第二个高潮，发现了一系列新的功能RNA，冲击了传统的观点。

人类基因组计划是生物学有史以来最伟大的科学工程。

这一计划准备用15年时间（1990-2005年），投资30亿美元，完成人类单倍体基因组DNA3×109bp全部序列的测定。

原核生物的转录及调控课件 (一)原核生物是一类简单的单细胞生物，其转录和调控机制相对于真核生物来说要简单许多。

本文将会从原核生物转录和调控的基本知识入手，分别对其进行相关的讲解。

一、原核生物的转录机制原核生物的转录和真核生物相比较于简单，它的基因位置并没有核膜的保护，直接暴露在细胞浆中，基因间没有间隔，这意味着原核生物较容易完成基因转录任务并且速度快。

原核生物的转录分为三个阶段：启动、延伸和终止。

启动阶段是通过RNA聚合酶(enzyme)与启动子(promoter)的结合来完成的。

当RNA聚合酶与启动子结合后，它会在SO基因(即甲基接收酶基因)上找到对应的开始密码子(subunit)。

发生开放读取框架(ORF)，这时RNA聚合酶就能够开始向下一个框架(ORF)复制。

与真核生物不同的是，原核生物只有一个RNA聚合酶，大部分基因的转录都是由这种聚合酶完成的。

二、原核生物的调控机制原核生物的基因调控是非常重要的一部分。

它们使用许多方法来对其基因表达进行调控，以适应环境变化和其它外部信号的影响。

原核生物的基因调控主要分为两种方式：正调控和负调控。

1. 正调控：这种方式是使得信号物质(Messenger)能够结合到转录因子上，进而使其能够附着到启动子(promoter)上面。

这些信号物质可以直接或间接地影响基因的表达，以达到对细胞的调节效果。

在真核生物中，常见的正调控因子有启动子结合蛋白(TBP)。

2. 负调控：在负调控中，信号物质通过阻止转录因子的结合，来预防其结合到启动子上来。

这将使得该基因的表达能够被阻止，因此，其效果可能与正调控相反。

在原核生物中这种现象是非常常见的。

总结在原核生物中，转录和调控的机制相对比较简单。

它们基因转录的速度较快，在基因调控时使用正调控和负调控来达到有目的地外部信号的调节效果。

虽然其调控机制相对单一，但是作为生物学的基础研究，其在基因转录和调控方面的应用可能带来重要突破。