第13 章基因表达调控
学习要求
1．掌握基因表达的相关概念及原理；原核生物转录起始的调节与操纵子模式；顺式作用元件的分类及转录因子的分类。
2．熟悉真核生物表达调控的特点；基因表达的时间、空间特异性。
3．了解基因表达调控的生理意义；其他转录调节机制及翻译水平调节机制；真核生物基因组结构特点；RNA polⅠ和RNA pol Ⅲ转录体系的调节；转录因子的结构。
基本知识点
基因表达调控是在细胞生物学、分子生物学以及分子遗传学研究基础上发展起来的新领域，涉及很多基本概念和原理。这些基本概念是认识原核、真核基因表达调控的基础。基因表达就是基因转录及翻译的过程。基因表达表现为严格的规律性，即时间、空间特异性。基因表达的方式有组成性表达及诱导或阻遏表达。原核生物、单细胞生物调节基因的表达是为适应环境、维持生长和细胞分裂。多细胞生物调节基因的表达除为适应环境，还有维持组织器官分化、个体发育的功能。
基因表达调控是在多级水平上进行的复杂事件。其中，转录起始是基因表达的基本控制点。基因转录激活调节基本要素涉及特异DNA序列, 调节蛋白以及这些因素通过何种方式对RNA聚合酶活性产生影响。除了转录起始水平的调节，其他水平，如基因激活、转录后加工、翻译及翻译后加工对原核及真核生物的基因表达均有调节作用。
大多数原核基因调控是通过操纵子机制实现的。E.coli的lac操纵子含Z、Y 及A三个结构基因，还包括一个操纵序列O，一个启动序列P在内的调控区，以及一个调节基因I。I基因与lac操纵区相邻，编码一种Lac阻遏蛋白。阻遏蛋白、分解代谢物基因激活蛋白（CAP）与调控区结合位点的结合调节着操纵子基因的转录。
真核基因表达调控的某些机制与原核存在明显差别。包括：真核细胞内含有多种RNA聚合酶；处于转录激活状态的染色质结构会发生明显变化，如对核酸酶敏感，DNA碱基的甲基化修饰，组蛋白的乙酰化，甲基化或磷酸化修饰等。此外，微小RNA对真核基因表达调控的影响也日益受到重视。
真核基因转录激活受顺式作用元件与反式作用因子相互作用调节。真核基因
顺式作用元件按功能特性分为启动子、增强子及沉默子。反式作用因子就是指真核转录调节因子，简称转录因子，可分为基本转录因子和特异转录因子。所有基因的转录调节都涉及包括RNA聚合酶在内的转录起始复合物的形成。
自测练习题
一、选择题
（一）A型选择题
1．基因表达调控的最基本环节是
A．染色质活化B．基因转录起始C．转录后的加工
D．翻译E．翻译后的加工
2．将大肠杆菌的碳源由葡萄糖转变为乳糖时，细菌细胞内不发生A．乳糖→半乳糖B．cAMP浓度升高C．半乳糖与阻遏蛋白结合D．RNA聚合酶与启动序列结合E．阻遏蛋白与操纵序列结合
3．增强子的特点是
A．增强子单独存在可以启动转录
B．增强子的方向对其发挥功能有较大的影响
C．增强子不能远离转录起始点
D．增强子增加启动子的转录活性
E．增强子不能位于启动子内
4．下列哪个不属于顺式作用元件
A．UAS B．TATA盒C．CAAT盒D．Pribnow 盒E．GC盒5．关于铁反应元件（IRE）错误的是
A．位于运铁蛋白受体(TfR)的mRNA上
B．IRE构成重复序列
C．铁浓度高时IRE促进TfR mRNA降解
D．每个IRE可形成柄环节构
E．IRE结合蛋白与IRE结合促进TfR mRNA降解
6．启动子是指
A．DNA分子中能转录的序列
B．转录启动时RNA聚合酶识别与结合的DNA序列
C．与阻遏蛋白结合的DNA序列
D．含有转录终止信号的DNA序列
E．与反式作用因子结合的RNA序列
7．关于管家基因叙述错误的是
A．在同种生物所有个体的全生命过程中几乎所有组织细胞都表达
B．在同种生物所有个体的几乎所有细胞中持续表达
C．在同种生物几乎所有个体中持续表达
D．在同种生物所有个体中持续表达、表达量一成不变
E．在同种生物所有个体的各个生长阶段持续表达
8．转录调节因子是
A．大肠杆菌的操纵子B．mRNA的特殊序列
C．一类特殊的蛋白质D．成群的操纵子组成的调控网络
E．产生阻遏蛋白的调节基因
9．对大多数基因来说，CpG序列高度甲基化
A．抑制基因转录B．促进基因转录C．与基因转录无关
D．对基因转录影响不大E．既可抑制也可促进基因转录
10．HIV的Tat蛋白的功能是
A．促进RNA polⅡ与DNA结合B．提高转录的频率
C．使RNA polⅡ通过转录终止点D．提前终止转录
E．抑制RNA polⅡ参与组成前起始复合物
11．活性基因染色质结构的变化不包括
A．RNA聚合酶前方出现正性超螺旋B．CpG岛去甲基化
C．组蛋白乙酰化D．形成茎-环结构E．对核酸酶敏感
12．真核基因组的结构特点不包括
A．真核基因是不连续的B．重复序列丰富
C．编码基因占基因组的1% D．一个基因编码一条多肽链
E．几个功能相关基因成簇地串联
13．功能性前起始复合物中不包括
A．TFⅡA B．TBP C．σ因子D．initiator（Inr）E．RNA polⅡ14．tRNA基因的启动子和转录的启动正确的是
A．启动子位于转录起始点的5' 端
B．TFⅢC是必需的转录因子，TFⅢB是帮助TFⅢC结合的辅助因子
C．转录起始需三种转录因子TFⅢA、TFⅢB和TFⅢC
D．转录起始首先由TFⅢB结合A盒和B盒
E．一旦TFⅢB结合，RNA聚合酶即可与转录起始点结合并开始转录15．基因转录激活调节的基本要素错误的是
A．特异DNA序列B．转录调节蛋白
C．DNA-蛋白质相互作用或蛋白质-蛋白质相互作用
D．RNA聚合酶活性E．DNA聚合酶活性
16．关于“基因表达”叙述错误的是
A．基因表达并无严格的规律性B．基因表达具有组织特异性
C．基因表达具有阶段特异性D．基因表达包括转录与翻译
E．有的基因表达受环境影响水平升高或降低
17．关于基因诱导和阻遏表达错误的是
A．这类基因表达受环境信号影响升或降
B．可诱导基因指在特定条件下可被激活
C．可阻遏基因指应答环境信号时被抑制
D．乳糖操纵子机制是诱导和阻遏表达典型例子
E．此类基因表达只受启动序列与RNA聚合酶相互作用的影响18．操纵子不包括
A．编码序列B．启动序列C．操纵序列
D．调节序列E．RNA聚合酶
19．顺式作用元件是指
A．位于编码基因5' 端的非编码序列
B．位于编码基因3' 端的非编码序列
C．编码基因以外可影响编码基因表达活性的序列
D．启动子不属于顺式作用元件E．特异的调节蛋白
20．关于反式作用因子不正确的是
A．绝大多数转录因子属反式作用因子
B．大多数的反式作用因子是DNA结合蛋白质
C．指具有激活功能的调节蛋白
D．与顺式作用元件通常是非共价结合
E．反式作用因子即反式作用蛋白
21．乳糖操纵子的直接诱导剂是
A．乳糖B．半乳糖C．葡萄糖D．透酶E．β-半乳糖苷酶22．关于乳糖操纵子不正确的是
A．当乳糖存在时可被阻遏
B．含三个结构基因
C．CAP是正性调节因素
D．阻遏蛋白是负性调节因素
E．半乳糖是直接诱导剂
23．活化基因一个明显特征是对核酸酶
A．高度敏感B．中度敏感C．低度敏感
D．不度敏感E．不一定
24．lac阻遏蛋白与lac操纵子结合的位置是
A．I基因B．P序列C．O序列D．CAP结合位点E．Z基因25．CAP介导lac操纵子正性调节发生在
A．无葡萄糖及cAMP浓度较高时
B．有葡萄糖及cAMP浓度较高时
C．有葡萄糖及cAMP浓度较低时
D．无葡萄糖及cAMP浓度较低时
E．葡萄糖及cAMP浓度均较低时
26．功能性的前起始复合物（PIC）形成稳定的转录起始复合物需通过TBP接近A．结合了沉默子的转录抑制因子
B．结合了增强子的转录抑制因子
C．结合了沉默子的转录激活因子
D．结合了增强子的转录激活因子
E．结合了增强子的基本转录因子
（二） B 型选择题
A．操纵子B．启动子C．增强子D．沉默子E．转座子1．真核基因转录激活必不可少
2．真核基因转录调节中起正性调节作用
3．真核基因转录调节中起负性调节作用
4．原核生物的基因调控机制是
A．顺式作用元件B．反式作用因子C．顺式作用蛋白
D．操纵序列E．特异因子
5．由特定基因编码，对另一基因转录具有调控作用的转录因子
6．影响自身基因表达活性的DNA序列
7．由特定基因编码，对自身基因转录具有调控作用的转录因子
8．属于原核生物基因转录调节蛋白的是
A．lac阻遏蛋白B．RNA聚合酶C．cAMP D．CAP
E．转录因子
9．与CAP结合
10．与启动序列结合
11．与操纵序列结合
A．多顺反子B．单顺反子C．内含子D．外显子E．操纵子12．真核基因转录产物
13．原核基因转录产物
14．真核基因编码序列
A．UBF1 B．SL1 C．ICR D．TF Ⅲ B E．UCE 15．RNA polⅠ所需转录因子，并能与UCE和核心元件结合
16．tRNA和5S rRNA基因的启动子
17．人rRNA前体基因的启动子元件
18．tRNA和5S rRNA基因转录起始所需转录因子
（三）X 型选择题
1．基因表达的方式有
A．诱导表达B．阻遏表达C．组成性表达
D．协调表达E．随意表达
2．基因表达终产物可以是
A．核酸B．DNA C．RNA D．多肽链E．蛋白质
3．在遗传信息水平上影响基因的表达包括
A．基因拷贝数B．基因扩增C．DNA的甲基化
D．DNA重排E．转录后加工修饰
4．操纵子包括
A．编码序列B．启动序列C．操纵序列D．调节序列
E．顺式作用元件
5．下列哪些是转录调节蛋白
A．特异因子B．阻遏蛋白C．激活蛋白D．组蛋白
E．反式作用因子
6．基因转录激活调节的基本要素有
A．特异DNA序列B．转录调节蛋白C．DNA-RNA相互作用
D．DNA-蛋白质相互作用E．蛋白质-蛋白质相互作用
7．通常组成最简单的启动子的组件有
A．TATA盒B．GC盒C．CAAT盒D．转录起始点
E．上游激活序列
8．关于启动子的叙述哪些是错误的
A．开始转录生成mRNA的DNA序列B．mRNA开始被翻译的序列C．RNA聚合酶开始结合的DNA序列D．阻遏蛋白结合DNA的部位E．产生阻遏物的基因
9．基因表达过程中仅在原核生物中出现而真核生物没有的是
A．AUG用作起始密码子B．σ因子C．电镜下的“羽毛状”现象D．多顺反子mRNA E．多聚核糖体现象
二、是非题
1．管家基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达，且表达水平是一成不变的。
2．基本的基因表达只受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响，而不受其他机制调节。
3．一些原核生物启动序列的共有序列在-10区域是TATAAT，又称TATA盒。4．真核的转录调节蛋白都以反式调节发挥作用，故称反式作用因子。
5．基因表达调控可发生在遗传信息传递过程的任何环节。
6．乳糖操纵子的真正诱导剂是乳糖。
7．原核生物调节翻译起始的调节分子可以是蛋白质，也可以是RNA。
8．原核基因转录产物为单顺反子，即一个编码基因转录生成一个mRNA分子、经翻译生成一条多肽链。
9．真核DNA甲基化范围与基因表达程度呈反比关系。
10．tRNA和5S rRNA基因的启动子位于转录起始点的下游即转录区内。11．基因表达产物只有蛋白质或多肽链。
12．从功能上讲，没有增强子，启动子通常不能表现活性；没有启动子时，增强子也无法发挥作用。
三、填空题
1．基因表达就是基因_____________和_____________的过程。
2．基因表达的特异性包括_____________和_____________。
3．按照对刺激的反应性，基因表达的方式有____________和____________。4．基因表达的基本控制点是_____________。
5．操纵子通常由_____________、_____________、_____________和_____________组成。
6．原核生物基因转录调节蛋白分为_____________、_____________和_____________三类。
7．DNA-蛋白质相互作用是_____________与_____________之间的特异识别及结合。
8．乳糖操纵子的调控区由_____________、_____________和_____________ 共同构成。
9．转录因子按功能特性可分为_____________和____________两类。
10．按功能特性，真核基因顺式作用元件分为_____________、____________及_____________。
11．在酵母，有一种类似高等真核增强子样作用的序列，称为_____________。12．转录因子至少包括____________ 和____________两个不同的结构域。13．最常见的DNA结合域的结构形式是_____________及____________。14．原核生物翻译起始的调节分子可以是___________或___________。15．帮助RNA polⅠ起始转录的转录因子有_____________和_____________。16．CAP分子上有____________结合位点和____________结合位点，与其结合后，再结合至CAP位点，可刺激____________活性。
17．RNA pol Ⅲ转录的基因启动子位于______________，称____________。四、名词解释
1．genome
2．gene expression
3．regulation of gene expression
4．housekeeping gene
5．constitutive gene expression
6．operon
7．cis-acting element
8．trans-acting factors
9．promoter
10．enhancer
11．miRNA
12．siRNA
13．RNA binding protein
14．temporal specificity
15．spatial specificity
16．induction
17．repression
五、问答题
1．简述基因表达调控的基本原理。
2．以乳糖操纵子为例简述原核生物基因表达调控原理。
3．试述原核生物基因转录调节的特点。
4．比较原核生物和真核生物转录调控的异同。
5．什么是顺式调节作用、顺式作用元件？顺式作用元件包括哪些？
6．比较siRNA和miRNA的异同。
7．简述miRNA 具有的一些鲜明特点。
参考答案
一、选择题
（一）A型选择题
1．B 2．E 3．D 4．D 5．E 6．B 7．D 8．C 9．A 10．C 11．D 12．E 13．C 14．E 15．E 16．A 17．E 18．E 19．C 20．C 21．B 22．A 23．A 24．C 25．A 26．D
（二）B型选择题
1．B 2．C 3．D 4．A 5．B 6．A 7．C 8．E 9．C 10．B 11．A 12．B 13．A 14．D 15．A 16．C 17．E 18．D
（三）X型选择题
1．ABCD 2．CDE 3．ABCD4．ABCD 5．ABCE 6．ABDE 7．AD 8．ABDE 9．BCD
二、是非题
1．B 2．A 3．B 4．B 5．A 6．B 7．A 8．B 9．A 10．A 11．B 12．A
三、填空题
1．转录翻译
2．时间特异性空间特异性
3．基本（或组成性）表达诱导和阻遏表达
4．转录起始
5．2个以上的编码序列启动序列操纵序列调节序列
6．特异因子阻遏蛋白激活蛋白
7．反式作用因子顺式作用元件
8．启动序列操纵序列CAP结合位点
9．基本转录因子特异转录因子
10．启动子增强子沉默子
11．上游激活序列
12．DNA结合域转录激活域
13．锌指结构碱性α-螺旋
14．蛋白质RNA
15．上游结合因子1 选择性因子1
16．DNA cAMP 转录
17．转录起始点下游/转录区内内部控制区
四、名词解释
1．genome——基因组，指来自一个生物体的一整套遗传物质。
2．gene expression——基因表达，就是基因转录及翻译的过程，即：生成具有生物学功能产物的过程。
3．regulation of gene expression——基因表达调控，指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。
4．housekeeping gene——管家基因，指有些基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达，其表达产物对维持生命全过程都是必需的或必不可少的，这类基因称管家基因。
5．constitutive gene expression——基本基因表达，指管家基因的表达水平受环境因素影响较小，而是在生物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。这类基因的表达称为基本（或组成性）基因表达。6．operon ——操纵子，通常由2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联，共同构成一个转录单位。
7．cis-acting element——顺式作用元件，指可影响自身基因表达活性的DNA 序列，可分为启动子、增强子和沉默子等。
8．trans-acting factors——反式作用因子，指绝大多数真核转录调节因子由它的编码基因表达后，通过与特异的顺式作用元件的识别、结合（即DNA-蛋白质相互作用），反式激活另一基因的转录，故称反式作用蛋白或反式作用因子。9．promoter——启动子，指真核基因RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，每一组件含7~20 bp的DNA序列。包括至少一个转录起始点以及一个以上的功能组件。
10．enhancer——增强子，指真核生物远离转录起始点，决定基因的时间、空间特异性表达，增强启动子转录活性的DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。
11．miRNA——微小RNA，是一大家族小分子非编码单链RNA，长度约20 ~ 25个碱基，由一段具有发夹环结构，长度为70 ~ 90个碱基的单链RNA前体经Dicer酶剪切后形成。
12．siRNA——小干扰RNA，是细胞内一类双链RNA在特定情况下通过一定酶切机制，转变为具有特定长度（21~23个碱基）和特定序列的小片段RNA。13．RNA binding protein——RNA 结合蛋白（RBP），是指那些能够与RNA特异序列结合的蛋白质。
14．temporal specificity——时间特异性，指按功能需要，某一特定基因的表达严格按一定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异性。多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性。
15．spatial specificity——空间特异性，指在个体生长、发育全过程，同一基因产物在个体的不同组织或器官表达，即在个体的不同空间出现，称之为基因表
达的空间特异性。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所决定的，所以空间特异性又称细胞特异性或组织特异性。
16．induction——诱导，在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因。可诱导基因在一定的环境中表达增强的过程，称为诱导。
17．repression——阻遏，基因对环境信号应答时被抑制，这种基因称为可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏。
五、问答题
1．简述基因表达调控的基本原理。
答：（1）基因表达调控具有多层次性和复杂性：改变遗传信息传递过程中的任何环节均会导致基因表达的变化。基因表达可在复制、转录、翻译等多级水平上进行调控，但发生在转录水平，尤其是转录起始水平的调节，对基因表达起着至关重要的作用，即转录起始是基因表达的基本控制点。（2）基因转录激活受到转录调节蛋白与启动子相互作用的调节。基因表达的调节与基因的结构、性质、生物个体或细胞所处内、外环境，以及细胞内存在的转录调节蛋白均有关。与转录调节有关的：一是特异DNA序列，即具有调节功能的DNA序列。原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制实现的，包括启动序列、操纵序列及其他调节序列；真核生物的特异DNA序列比原核更为复杂，普遍涉及编码基因两侧的顺式作用元件，包括启动子、增强子及沉默子等。二是转录调节蛋白：原核生物基因转录调节蛋白分为三类：特异因子、阻遏蛋白和激活蛋白；真核生物的转录调节蛋白又称转录调节因子或转录因子，绝大多数是反式作用蛋白，有些是顺式作用蛋白。三是转录调节蛋白通过与DNA或与蛋白质相互作用对转录起始进行调节。四是DNA 元件与调节蛋白对转录的调节最终由RNA聚合酶活性来体现。
2．以乳糖操纵子为例简述原核生物基因表达调控原理。
答：乳糖操纵子结构：含有Z、Y、A三个结构基因，分别编码β-半乳糖苷酶、透酶和乙酰基转移酶，在结构基因前方还有一个操纵序列O，一个启动序列P，及一个调节基因I。I基因可编码阻遏蛋白，后者与O序列结合。在P序列上游还有一个分解物基因激活蛋白（CAP）结合位点。
工作原理：乳糖操纵子受到阻遏蛋白和CAP的双重调节。
（1）阻遏蛋白的负性调节：当无乳糖存在时，阻遏蛋白可与操纵序列结合，抑制RNA聚合酶与启动序列结合，抑制转录启动；当有乳糖存在时，乳糖经原先存在于细胞中的少数β-半乳糖苷酶催化，转变为半乳糖。后者与阻遏蛋白结合，使其变构失活，并与操纵序列解离，此时RNA聚合酶可启动基因的转录。
（2）CAP的正性调节：当无葡萄糖（G）及cAMP浓度较高时，cAMP与CAP结合，这时CAP结合在启动序列附近的CAP位点，可刺激RNA转录活性；当有G存在及cAMP浓度低时，cAMP与CAP结合受阻，则乳糖操纵子表达下降。
（3）协调调节：Lac阻遏蛋白负性调节与CAP正性调节两种机制协调合作。当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用；但是如果没有CAP存在来加强转录活性，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。3．试述原核生物基因转录调节的特点。
答：原核特异基因的表达受多级调控，但调控的关键机制主要发生在转录起始。概括原核基因转录调节有以下特点。①σ因子决定RNA聚合酶识别特异性：原核生物细胞仅含有一种RNA聚合酶，核心酶参与转录延长，全酶司转录起始。在转录起始阶段，σ亚基（又称σ因子）识别特异启动序列；不同的σ因子决定特异基因的转录激活，决定mRNA、rRNA和tRNA基因的转录。②操纵子模型在原核基因表达调控中具有普遍性：除个别基因外，原核生物绝大多数基因按功能相关性成簇地串联、密集于染色体上，共同组成一个转录单位——操纵子。如乳糖操纵子、阿拉伯糖操纵子及色氨酸操纵子等。因此，操纵子机制在原核基因调控中具有较普遍的意义。一个操作子只含一个启动序列及数个可转录的编码基因。这些编码基因在同一启动序列控制下，可转录出多顺反子mRNA。原核基因的协调表达就是通过调控单个启动基因的活性来完成的。③原核操纵子受到阻遏蛋白的负性调节：在很多原核操纵子系统，特异的阻遏蛋白是调控原核启动序列活性的重要因素。当阻遏蛋白与操纵序列结合或解聚时，就会发生特异基因的阻遏与去阻遏。原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋白参与的开、关调节机制。4．比较原核生物和真核生物转录调控的异同。
答：原核生物与真核生物基因表达调控有下列相似之处：（1）受多级调控。（2）转录起始是基因表达的基本控制点。（3）基因转录激活调节基本要素都是特异DNA序列、转录调节蛋白、DNA-蛋白质或蛋白质-蛋白质相互作用及RNA
聚合酶与特异DNA序列相互作用。（4）调节方式都存在正调节、负调节及协同调节。
二者在相似之中又有区别：（1）基本要素：①特异DNA序列：原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制实现的，包括启动序列、操纵序列及其他调节序列；真核生物比原核更为复杂，普遍涉及编码基因两侧的顺式作用元件，包括启动子、增强子及沉默子等。②转录调节蛋白：原核生物分为三类：特异因子、阻遏蛋白和激活蛋白，都是DNA结合蛋白；真核生物的转录调节蛋白又称转录调节因子或转录因子，绝大多数是反式作用蛋白，有些是顺式作用蛋白。大多数反式作用因子是DNA结合蛋白，少数不能直接结合DNA，而是通过蛋白质-蛋白质相互作用间接结合DNA，调节基因转录。③RNA-pol与基因的结合方式：原核生物的RNA pol可直接结合启动序列；真核生物的RNA pol与启动子亲和力极低或无亲和力，必须与基本转录因子形成复合物才能与启动子结合。（2）调节特点：①RNA聚合酶识别特异性：原核生物σ因子决定RNA聚合酶识别特异性；真核生物RNA-pol本身具有特异性（细胞内含有RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ，分别起始不同RNA的转录）。②调控模式：原核生物操纵子模型具有普遍性；真核生物处于转录激活状态的染色质结构发生明显变化具有普遍性。③调控方式：原核生物操纵子受到阻遏蛋白的负性调节；真核生物以正性调节占主导。④调控的细胞定位：原核生物在细胞质；真核生物转录在细胞质，翻译在细胞核。
⑤转录后加工的调控：原核生物mRNA无转录后加工，tRNA、rRNA有；真核生物mRNA、tRNA和rRNA都有转录后加工，且复杂。
5．什么是顺式调节作用、顺式作用元件？顺式作用元件包括哪些？
答：有些真核转录调节蛋白可特异识别、结合自身基因的调节序列，调节自身基因的开启或关闭，这就是顺式调节作用。顺式作用元件是位于编码基因两侧的、可影响自身基因表达活性的特异DNA序列，通常是非编码序列。不同基因具有各自特异的顺式作用元件。与原核基因类似，在不同真核基因的顺式作用元件中也会发现一些共有序列，如TATA盒、CCAAT盒等。这些共有序列就是顺式作用元件的核心序列，它们是真核RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。根据顺式作用元件在基因中的位置、转录激活作用的性质及发挥作用的方式，可将顺式作用元件分为启动子、增强子及沉默子等。
6．比较siRNA 和miRNA 的异同。
答：siRNA和miRNA都属于非编码小分子RNA，它们具有以下共同特点：
①均由Dicer酶切割产生；②长度都在22个碱基左右；③都参与RNA诱导的沉默复合体（RISC）的形成；④与mRNA作用而引起基因沉默。
siRNA和miRNA之间的差异见下表：
siRNA miRNA 前体内源或外源长双链RNA诱导产生内源发夹环结构的转录产物
结构双链分子单链分子
功能降解mRNA 阻遏其翻译
靶mRNA结合需完全互补不需完全互补
生物学效应抑制转座子活性和病毒感染发育过程的调节
7．简述miRNA具有的一些鲜明特点。
答：miRNA具有如下特点：（1）其长度一般为20 ~ 25个碱基，个别也有20个碱基以下的报道。（2）在不同生物体中普遍存在，包括线虫、果蝇、家鼠、人及动物等。（3）其序列在不同生物中具有一定的保守性，但是尚未发现动植物之间具有完全一致的miRNA序列。（4）具有鲜明的表达阶段特异性和组织特异性。（5）miRNA基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种形式存在于基因组中，而且绝大部分位于基因间隔区。
（栗学清）
第十二章细胞分化与基因表达调控 细胞分化是在个体发育过程中细胞之间产生稳定差异的过程。 细胞在发生形态分化之前，就已受到限定而向特定方向分化，这一时期称为细胞决定。 分化程度的增进，细胞分裂能力逐渐下降，高度分化的细胞往往不再发生分裂。 第一节细胞分化 一、细胞分化的基本概念 （一）细胞分化是基因选择性表达的结果 细胞分化是由于基因选择性表达各自特有的专一性蛋白质而导致细胞形态、结构、与功能的差异。 不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行各自的生理功能。 （二）组织特异性基因与管家基因 事实上，细胞中的基因并不都和细胞分化有直接关系。 基因按其和细胞分化的关系可分为两类： 1、奢侈基因（组织特异性基因）：指与各种分化细胞的特殊性状有直接关系的基因群而对细胞生存并无直接影响。 2、管家基因：指维持细胞最低限度的功能所必需的基因。 由此可知，细胞分化最主要的特征是各种细胞各合成了特定的蛋白质和具有不同的表型，这主要是或某些奢侈基因中的某种特定基因有选择性地表达式结果。 3、调节基因：其产物用于调节特异性基因表达，或者起激活作用，或者起阴抑作用。 真核生物中差别基因的表达要在表达链的各级水平上受到调节，这要涉及到转录水平、RNA加工、翻译和蛋白质修饰。 （三）组合调控引发组织特异性基因的表达 每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同完成的，通过组合调控的方式启动组织特异性基因的表达是细胞分化的基本机制。 （四）单细胞有机体的细胞分化 单细胞生物甚至原核生物也存在细胞分化问题。多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更为复杂。（备注） （五）转分化与再生 一种类型的分化细胞转变成另一类型的分化细胞的现象称转分化。 转分化往往经历去分化和再分化的过程。去分化又称脱分化，是指分化细胞失去其特有结构与功能变成具有未分化细胞特征的过程。在动物中，去分化细胞具有胚胎间充质细胞的功能；在植物细胞中，去分化细胞变为薄壁细胞，组成愈伤组织。 生物体的整体部分器官受外力作用发生创伤而部分丢失，在剩余部分的基础上又生长出与丢失部分在形态上相同的结构，这一修复过程称为再生。 再生现象又从另外一个侧面反映了细胞的全能性。 二、影响细胞分化的因素 （一）细胞的全能性 细胞全能性是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性，称为细胞的全能性。不仅是受精卵，任何未分化或已分化的细胞都有分化为各种结构、功能细胞的可
第十三章基因表达的调控 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。②反式作用因子：反式作用因子（trans-acting factor）又称为分子间作用因子，指一些与基因表达调控有关的蛋白质因子。反式作用因子与顺式作用元件之间的共同作用，才能够达到对特定基因进行调控的目的。③顺式作用元件与反式作用因子之间的相互作用：大多数调节蛋白在与DNA结合之前，需先通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体或多聚体，然后再通过识别特定的顺式作用元件，而与DNA分子结合。这种结合通常是非共价键结合。 二、操纵子的结构与功能：
第十五章基因表达调控 一、单项选择题 1.基因表达产物是 A.RNA B.DNA C.蛋白质 D.DNA和蛋白质 E.RNA和蛋白质 2. 基因表达调控可在多级水平上进行，但其基本控制点是： A．基因活化， B．转录起始 C．转录后加工D．翻译 E．翻译后加工 3. 关于管家基因叙述错误的是 A. 在生物个体的几乎各生长阶段持续表达 B. 在生物个体的几乎所有细胞中持续表达 C. 在生物个体全生命过程的几乎所有细胞中表达 D. 在生物个体的某一生长阶段持续表达 E. 在一个物种的几乎所有个体中持续表达 4. 下列情况不属于基因表达阶段特异性的是，一个基因在 A. 胚胎发育过程不表达，出生后表达 B. 胚胎发育过程表达，在出生后不表达 C.分化的骨骼肌细胞表达，在未分化的心肌细胞不表达 D. 分化的心肌细胞表达，在未分化的心肌细胞不表达 E. 分化的心肌细胞不表达，在未分化的心肌细胞表达 5. 一个操纵子通常含有 A. 数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. 一个启动序列和一个编码基因 D. 两个启动序列和数个编码基因 E. 数个启动序列和数个编码基因 6. 操纵子的基因表达调节系统属于： A. 复制水平调节 B. 转录水平调节 C. 逆转录水平调节 D. 翻译水平调节 E. 翻译后水平调节 7.在乳糖操纵子的基因表达中，乳糖的作用是： A.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
8. Lac操纵子的阻遏蛋白由 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 9. 阻遏蛋白识别操纵子的 A 启动基因 B 结构基因 C 操纵基因 D 内含子 E 外显子 10. 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/负调控 D 无控制作用 E 可有可无 11.cAMP与CAP结合、CAP介导正性调节发生在 A 葡萄糖及cAMP浓度极高时 B 没有葡萄糖及cAMP较低时 C 没有葡萄糖及cAMP较高时 D 有葡萄糖及cAMP较低时 E 有葡萄糖及CAMP较高时 12.与DNA结合并阻止转录进行的蛋白质是 A.正调控蛋白 B.反式作用因子 C.诱导物 D.分解代谢基因活化蛋白 E.阻遏物 13. 色氨酸操纵子调节过程涉及 A. 转录水平调节 B. 转录延长调节 C. 转录激活调节 D. 翻译水平调节 E. 阻遏蛋白和“衰减子”调节 14.当培养基中色氨酸浓度较大时，色氨酸操纵子处于： A.诱导表达 B.阻遏表达 C.基本表达 D.组成表达 E.协调表达 15.顺式作用元件是指 A. 非编码序列 B. TATA盒 C. GC盒 D.具有调节功能的特异DNA序列 E. 具有调节功能的蛋白质 16. 反式作用因子是指 A. 对自身基因具有激活功能的调节蛋白 B. 对另一基因具有激活功能的调节蛋白 C. 具有激活功能的调节蛋白 D. 具有抑制功能的调节蛋白 E. 对特异基因转录具有调控作用的一类调节蛋白 17.关于启动子的叙述下列哪一项是正确的？ A.开始被翻译的DNA序列 B.开始转录成mRNA的DNA序列 C.开始结合RNA聚合酶的DNA序列 D.产生阻遏物的基因 E.阻遏蛋白结合的DNA序列
第十三章基因表达调控 基因表达（gene expression）：是指生物基因组中结构基因所携带的遗传信息经转录、翻译等一系列过程，合成特定的蛋白质，进而发挥其特定的生物学功能和生物学效应的全过程。并非所有基因表达过程都产生蛋白质，rRNA、tRNA的编码基因转录生成RNA的过程也属于基因表达。基因表达的调控是在多极水平上进行的，转录水平是基因表达的基本控制点。 基因表达的时间特异性（temporal specificity）：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，这就是基因表达的时间特异性。 基因表达的空间特异性（spatial specificity）：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，这就是基因表达的空间特异性。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，因此基因表达的空间特异性又称细胞特异性（cell specificity）或组织特异性（tissue specificity）。基因表达的方式有（1）组成性表达。 管家基因（ho usekeeping gene）：有些基因产物对生命过程是必需的且在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达或变化很小的基因。 = 1 \* GB2 ⑴组成性基因表达（constitutive gene expression）：指管家基因的表达，又称基本的基因表达，只受启动序列或启动子与RNApol抑制作用的影响。 = 2 \* GB2 ⑵诱导表达（induction expression）和阻遏表达（repression expression）：有一些基因表达极易受环境变化的影响，在特定的环境信号刺激下，相应基因的表达表现为开放或增强，这种表达方式称诱导表达；相反有些基因的表达表现为关闭或下降，这种表达方式称阻遏表达。 原核生物基因表达的调控 原核生物基因表达的调控主要是在转录水平其次是翻译水平进行。基因表达调控的基本原理是1.基因表达子多极调控2.基因转录激活调节基本要素（1）特异DNA序列，主要指具有调节功能的DNA序列，把可影响自身基因表达活性的DNA序列称为顺式作用元件。根据作用性质和后式分为启动子，增强子和沉默子。（2）调节蛋白：分三大类 = 1 \* GB3 ①决定RNApol对启动序列的特异性识别和结合能力的顺式作用元件的特异因子。原核基因转录调节具有如下特点，1.σ因子决定RNApol识别的特异性，不同的σ因子决定特异基因的转录激活，决定mRNA、rRNA和tRNA基因的转录。2.操种子模型的普遍性，一个操重子只含有一个启动序列及数个可转录的编码基因。3.阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性。 转录水平的调控 原核生物基因多以操纵子（operon）的形式存在。操纵子由调控区与信息区组成，上游是调控区，包括启动子与操纵基因两部分。启动子是同RNA聚合酶结合并启动转录的特异性DNA序列，操纵基因是特异的阻遏物结合区。 乳糖操纵子调控的机制 E.coli的乳糖操纵子（lac operon）有三个结构基因Z、Y、A，分别编码β-半乳糖苷酶（β-galactosidase）、透酶（permease）和半乳糖苷乙酰化酶（galactoside acetylase）,其上游还有一个启动序列(P)和一个操纵基因(O)。在启动序列上游还有一个CAP蛋白的结合位点。由启动子、操纵基因和CAP结合位点共同构成乳糖操纵
第13 章基因表达调控 学习要求 1．掌握基因表达的相关概念及原理；原核生物转录起始的调节与操纵子模式；顺式作用元件的分类及转录因子的分类。 2．熟悉真核生物表达调控的特点；基因表达的时间、空间特异性。 3．了解基因表达调控的生理意义；其他转录调节机制及翻译水平调节机制；真核生物基因组结构特点；RNA polⅠ和RNA pol Ⅲ转录体系的调节；转录因子的结构。 基本知识点 基因表达调控是在细胞生物学、分子生物学以及分子遗传学研究基础上发展起来的新领域，涉及很多基本概念和原理。这些基本概念是认识原核、真核基因表达调控的基础。基因表达就是基因转录及翻译的过程。基因表达表现为严格的规律性，即时间、空间特异性。基因表达的方式有组成性表达及诱导或阻遏表达。原核生物、单细胞生物调节基因的表达是为适应环境、维持生长和细胞分裂。多细胞生物调节基因的表达除为适应环境，还有维持组织器官分化、个体发育的功能。 基因表达调控是在多级水平上进行的复杂事件。其中，转录起始是基因表达的基本控制点。基因转录激活调节基本要素涉及特异DNA序列, 调节蛋白以及这些因素通过何种方式对RNA聚合酶活性产生影响。除了转录起始水平的调节，其他水平，如基因激活、转录后加工、翻译及翻译后加工对原核及真核生物的基因表达均有调节作用。 大多数原核基因调控是通过操纵子机制实现的。E.coli的lac操纵子含Z、Y 及A三个结构基因，还包括一个操纵序列O，一个启动序列P在内的调控区，以及一个调节基因I。I基因与lac操纵区相邻，编码一种Lac阻遏蛋白。阻遏蛋白、分解代谢物基因激活蛋白（CAP）与调控区结合位点的结合调节着操纵子基因的转录。 真核基因表达调控的某些机制与原核存在明显差别。包括：真核细胞内含有多种RNA聚合酶；处于转录激活状态的染色质结构会发生明显变化，如对核酸酶敏感，DNA碱基的甲基化修饰，组蛋白的乙酰化，甲基化或磷酸化修饰等。此外，微小RNA对真核基因表达调控的影响也日益受到重视。 真核基因转录激活受顺式作用元件与反式作用因子相互作用调节。真核基因
第十三章基因表达的调控 Regulation of gene expression 一、授课章节及主要内容：第十三章基因表达的调控 二、授课对象：临床医学、预防、法医（五年制）、临床医学（七年制） 三、授课学时 本章共３学时，第一学时讲述基因表达调控的基本概念、原理，第二学时讲述原核生物转录调节，第三学时讲述真核生物转录调节、小结。 四、教学目的与要求 通过本章学习应该掌握基因表达调控的基本原理、原核生物转录调控模式、真核生物基因表达特点，了解基因表达的时空性及表达方式，原核生物与真核生物基因表达调控异同点。 五、重点与难点 重点：掌握基因表达、顺式作用元件、反式作用因子的概念。掌握原核生物操纵子模型调节机制，重点掌握乳糖操纵子。掌握真核生物转录水平的调节、顺式作用元件的分类、反式作用因子的分类、掌握RNA pol II转录起始、终止的调节。 难点：真核RNA pol II转录起始、终止的调节。 六、教学方法及授课大致安排 启发式教学，复习、提问、讲解、小结相结合。首先复习中心法则，然后提问：遗传信息的传递如何控制，有什么规律？重点讲述基因表达调控的原理、原核生物的转录调控模式，最后进行小结，并出几个思考题。 七、主要外文专业词汇 基因组（genome）时间特异性（temporal specificity） 基因表达（gene expression）阶段特异性（stage specificity） 管家基因（housekeeping gene）组成性基因表达（constitutive gene expression） 诱导（induction）阻遏（repression） 协调调节（coordinate regulation）操纵子（operon）
四、简述题 1. 简述增强子具有哪些特点。 答：（1）增强相邻启动子的转录活性 （2）两个方向都能起作用 （3）位于相邻启动子的上游或下游都能起作用 （4）远离转录起始点也能起作用 （5）具有组织或细胞类型的特异性 2. 简述原核基因转录调节特点。 答：原核基因转录调节有以下特点： （1）σ因子决定RNA聚合酶识别特异性 （2）操纵子模型的普遍性 （3）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性 1.为什么真核基因表达的空间特异性称为组织特异性？ 答：.多细胞真核生物同一基因产物在不同的组织器官、或不同基因产物在同一组织器官含量多少是不一样的，即在发育、分化的特定时期内，基因表达产物依组织细胞空间分布而表现差异，因此，真核基因表达的空间特异性又称组织特异性。 五、论述题 1.在有葡萄糖存在时，细菌是不利用乳糖的，当葡萄糖耗尽后，细菌才利用乳糖，试用乳糖操纵子解释其机理？ 答：乳糖操纵子由一个调节基因i、一个启动序列P、一个操纵序列O和能编码三个酶（β-半乳糖苷酶、透酶和乙酰基转移酶）的结构基因组成。在启动序列P上游还有一个分解代谢基因激活蛋白（CAP）结合位点，与P序列、O序列共同组成调控区。i基因编码一种阻遏蛋白，后者与O序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录起动。CAP分子内有DNA结合区及cAMP结合位点。当有乳糖存在时，乳糖转变为别乳糖，后者结合阻遏蛋白，使其构象改变，阻遏蛋白与O序列解离，在CAP蛋白协作下转录三种酶，促进对乳糖的利用。 但在有葡萄糖存在时，cAMP浓度降低，cAMP与CAP结合受阻，因此乳糖操纵子表达下降，即细菌中利用乳糖的酶减少；当葡萄糖耗尽后，cAMP浓度升高，cAMP与CAP 结合，此时CAP结合在启动序列附近的CAP位点上，可刺激RNA转录活性提高，细菌开始利用乳糖。 2.试论真核基因组结构特点。 答：⑴真核基因组结构庞大⑵单顺反子：与原核不同，真核基因为单顺反子，即一个结构基因经转录生成一个m RNA分子，进而翻译合成一条多肽链。 ⑶重复序列：真核基因重复序列比原核更多、更普遍。重复序列可长可短，重复频率也不尽相同。重复序列有种属特异性，基因组愈大，重复序列含量愈丰富。 ⑷基因不连续性：真核结构基因两侧存在有不被转录的非编码序列，往往是基因表达的调控区。在可转录的基因序列内部也有一些不为蛋白质编码的间隔序列，称内含子，编码序列称为外显子。因此真核基因是不连续的。 3.基因表达调控的意义何在？ 答：.生物体赖以生存的外环境是不断变化的。从低等生物到高等生物，包括人体中的所有活细胞都必须对内、外环境变化作出适当反应，调节代谢，以使生物体能更好地适应环境变化。生物体通过自身基因表达与调控的机制，不断调节相关蛋白质分子的活性与水平，增强对内外环境的适应能力。原核生物通过调节基因表达，更好地适应化学、物理等环境变化，调节代谢，维持细胞生长与分裂；真核生物通过基因的表达调控来调节代谢，适应环境，维持生长、发育与分化。
第十四章基因表达调控 一、教学的基本要求 解释基因表达的概念，简述基因表达方式和特点。 叙述原核生物、真核生物基因表达调控的意义 记住基因表达调控的要素，解释重要的概念，如顺式作用元件、反式作用因子、启动子和启动序列、增强子、转录因子等 描述乳糖操纵子结构及调解原理，解释乳糖操纵子概念 写出原核真核基因调控的主要区别。 二、教学内容精要 （一）基因表达的概念，规律（特点）及方式 1.基因组(genome) 一个细胞或病毒携带的全部遗传信息或整套基因，称为基因组。不同生物基因组所含的基因多少不同。在某一特定时期，基因组中只有一部分基因处于表达状态。在个体不同生长时期、不同生活环境下，某种功能的基因产物在细胞中的数量会随时间、环境而变化。 2.基因表达 基因表达（gene expression）就是基因转录和翻译的过程。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，产生具有特异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和tRNA 编码基因转录生成RNA的过程也属于基因表达。 3.基因表达的规律 基因表达表现为严格的规律性，即时间特异性（temporal specificity)、空间特异性（special specificity）。基因表达的时间、空间特异性由特异基因的启动子（promoter）和／或增强子（enhancer）与调节蛋白（regulatory protein）相互作用决定。 (1)时间特异性：噬菌体、病毒或细菌侵人宿主后，呈现一定的感染阶段。随感染阶段发展生长环境变化，有些基因开启（turn on)，有些基因关闭(turn off)。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，这就是基因表达的时间特异性。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。因此多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性（stage specificity）。 (2)空间特异性：在多细胞生物个体某一发育、生长阶段，同一基因产物在不同的组织器官表达多少是不一样的；在同一生长阶段，不同的基因表达产物在不同的组织、器官分布也不完全相同。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，这就是基因表达的空间特异性。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，因此基因表达的空间特异性又称细胞特异性或组织特异性（tissue specificity）。 4.基因表达的方式 不同种类的生物遗传背景不同，同种生物不同个体生活环境的差异，可导致不同的基因功能和性质也不相同。因此不同基因的表达方式或调节类型存在很大差异。 (1)组成性表达(constitutive gene expression）：某些基因产物对生命全过程都是必需的或必不可少的，这类基因在一个生物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)。例如，三羧酸循环是一中枢性代谢途径，催化该途径各阶段反应的酶编码基因就属这类基因。管家基因较少受环境因素影响，它在个体各个生长阶段以及几乎全部组织中持续表达，变化很小。与其他基因的区别是这类基因表达被视为基本的、或
第十三章基因表达调控 [測试题] 一、名词解释 1．基因表达(gene expression) 2．管家基因(housekeeping gene) 3．反式作用因子(trans-acting element) 4．操纵子(operon) 5．启动子(promoter) 6．增强子(enhancer) 7．沉默子(silencer) 8．锌指结构(zinc finger) 9．RNA干涉（RNA interference，RNAi） 10．CpG岛 11．反转重复序列(inverted repeat) 12．基本转录因子(general transcription factors) 13．特异转录因子(special transcription factors) 14．基因表达诱导(gene expression induction) 15．基因表达阻遏(gene expression repression) 16．共有序列(consensus sequence ) 17．衰减子（attenuator） 18．基因组（genome） 19．DNA结合域（DNA binding domain） 20．顺式作用元件(cis-acting element) 21．基因表达的时间特异性(temporal specificity) 22．基因表达的空间特异性(spatial specificity) 23．自我控制（autogenous control） 24．反义控制（antisense control） 二、填空题 25．基因表达的时间特异性和空间特异性是由____ 、____和____相互作用决定的。 26．基因表达的方式有____和____。 27．可诱导和可阻遏基因受启动子与＿相互作用的影响。 28．基因表达调控的生物学意义包括____ 、____。 29．操纵子通常由2个以上的＿序列与____序列,____序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成。30．真核生物基因的顺式作用元件常见的有____ 、____ 、____。 31．原核生物基因调节蛋白分为____ 、____ 、____三类。____决定____对启动序列的特异识别和结合能力；____与____序列结合，阻遏基因转录。 32．就基因转录激活而言，与其有关的要素有____ 、____ 、____ 、____。 33．乳糖操纵子的调节区是由____ 、____ 、____构成的。 34．反义RNA对翻译的调节作用是通过与 ____ 杂交阻断30S小亚基对____的识别及与____序列的结合。35．转录调节因子按功能特性分为____ 、____两类。 36．所有转录调节因子至少包括____ 、____两个不同的结构域。 37．转录因子DNA结构域常见的结构形式有____ 、____ 、____。 38．真核生物DNA依据重复频率，可将重复序列分为____ 、____ 、____。 39．当真核生物基因激活时，可观察到的染色体结构和性质的变化有____ 、____ 、____ 、____。40．基本转录因子是RNA聚合酶结合____所必须的一组蛋白质因子，决定____ 、____ 、____的转录。41．反转重复序列是指两个____序列在同一DNA链上____排列而成。
第十二章细胞分化与基因表达调控 主要内容： 第一节细胞分化（cell differentiation ） 第二节癌细胞（cancer cell） 第三节真核细胞基因表达的调控 第一节细胞分化（cell differentiation ） 一、细胞分化的基本概念 1、定义：在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不相同的细胞类群的过程。 2、细胞分化是基因选择性表达的结果：不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，并且表达产物决定细胞的形态结构和功能。 3、组织特异性基因与当家基因 1）组织特异性基因或称奢侈基因(luxury genes)：是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的功能； 2）当家基因(house-keeping genes)：是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的； 4、组合调控引发组织的特异性基因的表达 1）组合调控（combinational control）概念： 有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化的调控机制。即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调节完成的。 2）生物学作用： 借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白与其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚至可以诱发整个器官的形成（如眼的发育）。 3）分化启动机制：靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动。 5、单细胞有机体的细胞分化 与多细胞有机体细胞分化的不同之处： 前者多为适应不同的生活环境，而后者则通过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。 6、转分化与再生 1）转分化（Transdifferentiation）：一种类型的分化细胞转化为另一种分化类型的细胞的现象。2）去分化（Dedifferentiation）：分化细胞失去所特有的结构和功能变成具有未分化细胞特征的过程。 3）再生（Regeneration）：是指生物体缺失部分后重建过程，广义的再生可包括分子水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水平的再生。 二、影响细胞分化的因素 1、细胞的全能性(totipotency) 1）概念：是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性。 2）植物细胞具有全能性 3）动物细胞核移植(Nuclear transfer)实验证明细胞核具有发育全能性 4）多潜能性：高等动物细胞，随着胚胎的发育，细胞逐渐丧失了发育成个体的能力，仅具有分化成有限细胞类型及构建组织的潜能 5）干细胞：具有多潜能性的细胞称为干细胞。 ①胚胎干细胞(embryo stem cell)：具有分化成多种细胞类型及构建组织的潜能 ②造血干细胞
第十四章基因表达调控 一、A型选择题 1、目前认为基因表达调控的主要环节是B A、基因活化 B、转录起始 C、转录后加工 D、翻译起始 E、翻译后加工 2、关于管家基因叙述错误的是A A、在生物个体的几乎所有细胞中持续表达 B、在生物个体的几乎各生长阶段持续表达 C、在一个物种的几乎所有个体中持续表达 D、在生物个体的某一生长阶段持续表达 E、在生物个体全生命过程的几乎所有细胞中表达 2、SHUN式作用元件是指E A、基因5/的侧翼序列 B、基因的3/侧翼序列 C、基因的5/、3/侧翼序列 D、基因的5/、3/侧翼序列以外的序列 E、具有转录调节功能的特异DNA序列 3、反式作用因子是指D 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、对自身基因具有激活功能的调节蛋白 D、对另一基因具有激活功能的调节蛋白 E、对另一基因具有功能的调节蛋白 4、Lac阻遏蛋白结合乳糖操纵子（元）的B A、P序列 B、0序列 C、CAP结合位点 D、I基因 E、Z基因 5、构成最简单的起动子的常见功能组件是 A、TATA盒 B、CAAT盒 C、GC盒 D、上游调控序列（UAS） E、以上都不是 6、关于转录调节叙述错误的是B A、所有转录因子结构均含有DNA结合域和转录激活域 B、有些转录因子结构可能有DNA结合域或转录激活域 C、通过DNA-蛋白质或蛋白质-蛋白质相互作用发挥作用 D、转录因子调节作用是DNA依赖的或DNA非依赖的 E、大多数转录因子的调节作用属反式调节 7、大多数阻遏蛋白的去阻遏涉及小分子诱导剂的结合，例外的是 A、Lac操纵子的阻遏蛋白 B、Ara操纵子的阻遏蛋白 C、Trp操纵子的阻遏蛋白 D、E.coli的Lex阻遏蛋白 E、沙门氏菌鞭毛素基因阻遏蛋白
第十四章基因表达调 控
第十四章基因表达调控 一、教学的基本要求 解释基因表达的概念，简述基因表达方式和特点。 叙述原核生物、真核生物基因表达调控的意义 记住基因表达调控的要素，解释重要的概念，如顺式作用元件、反式作用因子、启动子和启动序列、增强子、转录因子等 描述乳糖操纵子结构及调解原理，解释乳糖操纵子概念 写出原核真核基因调控的主要区别。 二、教学内容精要 （一）基因表达的概念，规律（特点）及方式 1.基因组(genome) 一个细胞或病毒携带的全部遗传信息或整套基因，称为基因组。不同生物基因组所含的基因多少不同。在某一特定时期，基因组中只有一部分基因处于表达状态。在个体不同生长时期、不同生活环境下，某种功能的基因产物在细胞中的数量会随时间、环境而变化。 2.基因表达 基因表达（gene expression）就是基因转录和翻译的过程。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，产生具有特异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和tRNA编码基因转录生成RNA的过程也属于基因表达。 3.基因表达的规律
基因表达表现为严格的规律性，即时间特异性（temporal specificity)、空间特异性（special specificity）。基因表达的时间、空间特异性由特异基因的启动子（promoter）和／或增强子（enhancer）与调节蛋白（regulatory protein）相互作用决定。 (1)时间特异性：噬菌体、病毒或细菌侵人宿主后，呈现一定的感染阶段。随感染阶段发展生长环境变化，有些基因开启（turn on)，有些基因关闭(turn off)。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，这就是基因表达的时间特异性。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。因此多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性（stage specificity）。 (2)空间特异性：在多细胞生物个体某一发育、生长阶段，同一基因产物在不同的组织器官表达多少是不一样的；在同一生长阶段，不同的基因表达产物在不同的组织、器官分布也不完全相同。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，这就是基因表达的空间特异性。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，因此基因表达的空间特异性又称细胞特异性或组织特异性（tissue specificity）。 4.基因表达的方式 不同种类的生物遗传背景不同，同种生物不同个体生活环境的差异，可导致不同的基因功能和性质也不相同。因此不同基因的表达方式或调节类型存在很大差异。
第十三章基因表达调控 一、A型题 1.RNA聚合酶结合于操纵子的位置是 A、操纵基因区 B、阻遏物基因区 C、启动子 D、结构基因起始区 E、结构基因尾端 2.对乳糖操纵子的转录起诱导作用的是 A、葡萄糖 B、阿拉伯糖 C、阻遏蛋白 D、半乳糖 E、乳糖 3.以TATA为核心的TATA盒，最常见于 A、原核生物的启动子中 B、真核生物的启动子中 C、原核生物的操纵基因区 D、增强子中 E、原核生物的结构基因 区 4.对操纵子学说的正确说法是 A.操纵子是由结构基因，操纵基因和调节基因组成的 B.操纵子是由启动基因，操纵基因和结构基因组成的 C.调节基因是RNA聚合酶结合部位 D.mRNA的合成是以操纵基因为模板 E、当操纵基因与阻遏蛋白结合时，才能进行转录生成mRNA 5.操纵子调节系统属于 A、复制水平调节 B、转录水平调节 C、翻译水平调节
D、逆转录水平调节 E、翻译后水平调节 6.操纵序列是: A、诱导物结合部位 B、σ因子结合部位 C、辅阻遏物结合部位 D、DDRP结合部位 E、阻遏蛋白结合部位 7.乳糖操纵子示意图中字母的含义，正确的是 ＩＰＯＺＹＡ A、Ｏ代表启动子序列 B、Ｉ是操纵序列 C、I、O、P合称结构基因 D、Z、Y、A是结构基因 E、P产生阻遏蛋白 8.RNA聚合酶结合于操纵子的位置是 A、结构基因起始区 B、CAP结合位点 C、调节基因 D、启动序列 E、操纵序列 9.阻遏蛋白识别操纵子的位点是 A、启动子 B、结构基因 C、阻遏物基因 D、操纵基因 E、增强子 10.能与DNA结合并阻止转录的蛋白质称 A、正调控蛋白 B、反式作用因子 C、诱导物 D、阻遏物 E、分解代谢基因活化蛋白 11.长期服用苯巴比妥的病人可以产生耐药性的原因是 A、诱导合成混合功能酶，使药物分解加快 B、体内有竞争抑制作用 C、从肾脏排出增加 D、胃肠道消化酶破坏增加
第十四章细胞分化与基因表达调控 名词解释 1、细胞分化 2、细胞全能性、选择性剪接 4、细胞决定 5、管家基因 6、组织特异性基因（奢侈基因） 7、癌细胞P442 8、癌基因 9、抑癌基因 10、多能造血干细胞 11、定向干细胞 12、原癌基因 13、转分化 14、多潜能性 15、致癌因子 16、再生 17、接触抑制 填空题 1、在个体发育过程中，通常是通过来增加细胞的数目，通过来增加细胞的类型。 2、细胞分化的关键在于特异性的合成，实质是在时间和空间上的差异表达。 3、真核细胞基因表达调控的三个水平分别为、和。 4、从一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞，往往要经历和的过程。 5、根据分化阶段的不同，干细胞分为和；按分化潜能的大小，可将干细胞分为、和三种。 6、Dolly羊的诞生，说明高度分化的哺乳动物的也具有发育全能性，它不仅显示高等动物细胞的分化复杂性，而且也说明卵细胞的对细胞分化的重要作用。 7、基因与基因的突变，使细胞增殖失控，形成肿瘤细胞。 8、细胞分化是基因的结果，细胞内与分化有关的基因按其功能分为 和两类。 9、编码免疫球蛋白的基因是基因，编码rRNA的基因是基因。 10、癌症与遗传病不同之处在于，癌症主要是的DNA的突变，不是的DNA的突变。 选择题 1、细胞分化的实质是（） A、基因选择性表达 B、基因选择性丢失 C、基因突变 D、基因扩增 2、关于肿瘤细胞的增殖特征，下列说法不正确的是（）。 A、肿瘤细胞在增殖过程中，不会失去接触依赖性抑制 B、肿瘤细胞都有恶性增殖和侵袭、转移的能力 C、肿瘤细胞和胚胎细胞某些特征相似，如无限增殖的特性 D、肿瘤细胞来源于正常细胞，但是多表现为去分化 3、抑癌基因的作用是（）。 A、抑制癌基因的表达 B、编码抑制癌基因的产物 C、编码生长因子 D、编码细胞生长调节因子。 4、下列由奢侈基因编码的蛋白是（）。
第十四章细胞分化与基因表达调控 一、名词解释 1、细胞分化 2、癌基因 3、抑癌基因 二、填空题 1、在个体发育过程中，通常是通过来增加细胞的数目，通过来增加细胞的类型。 2、细胞分化的关键在于特异性的合成，实质是在时间和空间上的差异表达。 3、真核细胞基因表达调控的三个水平分别为、和。 4、从一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞，往往要经历和的过程。 5、根据分化阶段的不同，干细胞分为和；按分化潜能的大小，可将干细胞分为、和三种。 6、Dolly羊的诞生，说明高度分化的哺乳动物的也具有发育全能性，它不仅显示高等动物细胞的分化复杂性，而且也说明卵细胞的对细胞分化的重要作用。 7、基因与基因的突变，使细胞增殖失控，形成肿瘤细胞。 8、细胞分化是基因的结果，细胞内与分化有关的基因按其功能分为 和两类。 9、编码免疫球蛋白的基因是基因，编码rRNA的基因是基因。 10、癌症与遗传病不同之处在于，癌症主要是的DNA的突变，不是的DNA的突变。 三、选择题 1、细胞分化的实质是（） A、基因选择性表达 B、基因选择性丢失 C、基因突变 D、基因扩增 2、关于肿瘤细胞的增殖特征，下列说法不正确的是（）。 A、肿瘤细胞在增殖过程中，不会失去接触依赖性抑制 B、肿瘤细胞都有恶性增殖和侵袭、转移的能力 C、肿瘤细胞和胚胎细胞某些特征相似，如无限增殖的特性 D、肿瘤细胞来源于正常细胞，但是多表现为去分化 3、抑癌基因的作用是（）。 A、抑制癌基因的表达 B、编码抑制癌基因的产物 C、编码生长因子 D、编码细胞生长调节因子。 4、下列由奢侈基因编码的蛋白是（）。 A、肌动蛋白 B、膜蛋白 C、组蛋白 D、血红蛋白 5、关于细胞分化的分子生物学机制，下列说法不正确的是（） A、细胞表型特化的分子基础是特异性蛋白质的合成 B、已经分化的细胞仍旧具有全能性 C、细胞分化是基因选择性表达的结果 D、细胞分化的选择性表达是在mRNA水平上的调节 6、细胞分化过程中，基因表达的调节主要是（）水平的调节 A、复制 B、转录 C、翻译 D、翻译后 7、癌细胞的最主要和最具危害性的特征是（）。 A、细胞膜上出现新抗原 B、不受控制的恶性增殖
第十三章基因表达调控 一、名词解释 1.基因表达 2.HRE 3.CAP 4.操纵子 5.启动子 二、填空 1.基因表达调控可发生在遗传信息传递的任何环节,但是基因表达 的基本控制点。 2.操纵子包括______________及______________。 3.基因表达包括______________和______________。 三、问答 简述乳糖操纵子的结构及其调节机制。 参考答案 一、名词解释 1.遗传信息表现为有功能的蛋白质，包括转录和翻译。 2.即激素反应元件，能与激素-受体复合物二聚体结合的DNA特定序列，结合后 可调节（促进或抑制）相邻基因的转录，进而调节该基因编码蛋白的合成。 3.CAP即分解代谢物基因激活蛋白，为同二聚体，分子内部有DNA结合区和cAMP 结合位点，可与乳糖操纵子启动序列中的CAP结合位点结合，正性调节乳糖操纵子的表达。 4.结构基因及其上游的调控序列。 5.σ因子辨认结合的部位。 二、填空 1.转录起始 2.结构基因上游调控序列 3.转录翻译
三、问答 乳糖操纵子含Z、Y、及A三个结构基因，编码降解乳糖的酶，此外还有一个操纵序列O、一个启动序列P和一个调节基因I，在P序列上游还有一个CAP 结合位点。由P序列、O序列和CAP结合位点共同构成lac操纵子的调控区，三个编码基因由同一个调控区调节。 乳糖操纵子的调节机制可分为三个方面： (1)阻遏蛋白的负性调节没有乳糖时, 阻遏蛋白与O序列结合,阻碍RNA 聚合酶与P序列结合,抑制转录起动；有乳糖时,少量半乳糖作为诱导剂结合阻遏蛋白，改变了它的构象，使它与O序列解离,RNA聚合酶与P序列结合,转录起动。 (2) CAP的正性调节没有葡萄糖时，cAMP浓度高，结合cAMP的CAP与lac操纵子启动序列附近的CAP结合位点结合，激活RNA转录活性；有葡萄糖时，cAMP浓度低，cAMP与CAP结合受阻，CAP不能与CAP结合位点结合，RNA转录活性降低。 (3)协调调节当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用；如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。