基因表达转录水平调控-转录激活

原核生物和真核生物基因表达调控、复制、转录、翻译特点的比较1.相同点：转录起始是基因表达调控的关键环节①结构基因均有调控序列；②表达过程都具有复杂性，表现为多环节；③表达的时空性，表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性；2.不同点:①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。

真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。

②原核基因表达调控主要为负调控，真核主要为正调控。

③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性，真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子，依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。

④原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。

⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平，其次是翻译水平。

原核生物基因以操纵子的形式存在。

转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。

翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。

真核生物基因表达的调控环节较多：在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。

在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TATA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。

在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。

在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。

真核基因调控中最重要的环节是基因转录，真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。

微生物学中的基因调控微生物是指单细胞或多细胞微小生物，包括细菌、真菌、原生生物和病毒等。

它们占据了地球上大量的生命空间，同时在生态循环、生产和医学等方面也有着重要的作用。

微生物的生命过程由内部的遗传信息控制，而基因调控是重要的调节机制之一。

本文将介绍微生物基因调控的基本原理、方法以及应用。

一、基本原理基因是控制生物体性状和遗传信息传递的基本单位，基因调控是指对基因表达的调节。

基因的表达受到多个因素的影响，包括细胞外环境、细胞内信号传递和其它基因调控因素等。

微生物中基因调控机制分为转录水平和翻译水平两个层次。

转录水平的基因调控，主要是通过转录因子控制基因的转录率，从而间接地控制蛋白质的表达量。

微生物中广泛应用的基因调控元件有启动子、转录因子结合位点、转录终止子等。

例如大肠杆菌，一类调控转录因子的集合体被称为激活子（activator），另一类则被称作重慢唤醒子（repressor），它们通过与DNA特定序列的结合来调节转录起始复合物的组装。

翻译水平的基因调控，则是通过转录后的RNA的不同处理或其它机制来影响蛋白质的表达。

这些机制包括RNA剪接、RNA 修饰、转录后调控区域（UTRs）的作用等。

例如细菌中一个小的启动子RNA（sRNA）称为毒素-抗毒素（toxin-antitoxin）系统，可通过RNA相互作用和调控抑制蛋白质的合成从而控制微生物生长和存活。

二、基本方法微生物基因调控的研究方法主要包括生物学实验和计算模拟两个方面。

1. 生物实验常见的实验方法包括：（1）构建质粒和表达体系。

用于实现多种功能基因的表达和响应调控信号，构建目的基因和调控元件的合成启动子、带有启动子和转录因子等。

（2）挖掘新型调控元件。

通过比较基因组、转录组和蛋白质组等手段，并利用多种模型分析等技术，来鉴定并验证新的调控元件等。

（3）分子生物学检测。

包括基因克隆、蛋白质表达纯化和定量、PCR检测等，以验证微生物基因表达量和调控状态。

基因调控及转录因子生命的奥秘一直是人类努力追求的领域之一。

基因是生命的基础单位，而基因的表达及调控是构成生命复杂性的重要因素之一。

基因调控是指影响基因表达和转录的各种分子机制，包括转录因子和其它调控蛋白的调控作用、备用启动子的启动，RNA剪接和RNA降解等。

本文将介绍基因调控及转录因子的相关知识。

一. 基因调控的概念与类型基因调控是指调节生物体内基因表达、转录、翻译等过程的机制和过程。

基因调控机制主要包括两大类：染色体水平的调控和转录水平的调控。

染色体水平调控指的是在基因分布于染色体的特定区域，染色体结构的改变会影响某些基因的表达水平；转录水平调控指的是通过外界环境和内源性信号来调节转录过程中转录因子与RNA聚合酶的结合活性，从而影响基因表达水平。

基因调控还可进一步分为正向调控和负向调控。

正向调控，促进基因表达的增强;而负向调控，则指的是阻碍基因表达的减弱。

通过正调控和负调控，基因调控机制可调节基因表达水平，并保证生物体的正常生长发育和细胞功能的稳定性。

二. 转录因子的结构与功能转录因子是调控基因转录过程的一类蛋白质。

它们能够识别DNA序列中的特定启动子，与DNA序列结合后，调节RNA聚合酶的结合活性和启动RNA转录，是基因的重要调控分子。

转录因子一般分为两类：一类是一结构域转录因子，另一类是跨膜结构域转录因子。

一结构域转录因子：一结构域转录因子是可以自主在细胞内不同区域之间移动的蛋白质分子，该类转录因子主要通过与DNA序列中的特定、高度保守的DNA结合单元结合调节基因的表达。

DNA结合单元包括TATA框、CAT框以及特定序列串等。

与特定DNA结合单元结合的转录因子包括NR/GR家族转录因子、Creb/Atf家族转录因子等。

跨膜结构域转录因子：跨膜结构域转录因子是主要制约了细胞内信号传递的一类转录因子，细胞质内这些蛋白质分子通过其有机性结构域接收细胞外部的信号，而接受的信号最终能够进入到细胞核区域引导转录的相关过程。

HEREDITAS (Beijing) 2011年ISSN 0253-9772 精子发生过程中基因表达转录水平的调控∗张秀军1, 2，刘美玲1，贾孟春11. 国家人口计生委科学技术研究所，北京 100081；2. 河北联合大学生命科学学院，唐山 063000摘要：哺乳动物精子发生于睾丸的生精小管，是一个高度复杂的细胞分裂和分化过程，涉及到错综复杂的基因表达调控过程，包括转录和转录后水平的调控，其中任何一个环节出错都可能导致雄性不育。

因此，揭示精子发生过程中的分子调控机理，对发现新的男性避孕方法及治疗不育症有重要意义。

文章重点综述了近年有关雄激素及其受体、雌激素及其受体、转录因子和染色质相关因子在精子发生转录水平调控的研究进展。

关键词：精子发生；转录调控；转录因子；染色质相关因子Regulation of gene expression during spermatogenesis at transcription levelZHANG Xiu-Jun1,2, LIU Mei-Ling1, JIA Meng-Chun11. National Research Institute for Family Planning, Beijing 100081, China;2. School of Life Sciences, Hebei United University，Tangshan 063000, ChinaAbstract: Mammalian spermatogenesis is a highly complex cell division and differentiation process occurring in the seminiferous tubules of the testis. This processes are regulated at both transcriptional and post-transcriptional levels, any mistake in this process can lead to infertility. Unveiling the molecular mechanisms of spermatogenesis has important implications for exploring novel contraceptive approach and treatment of infertility. This review addresses recent progress towards understanding the regulation of androgen, estrogen and their receptors, transcription factors and chromatin-associated factors for spermatogenesis at transcriptional level.Keywords: spermatogenesis；transcriptional regulation；transcription factor；chromatin-associated factor收稿日期:2011-01-20；修回日期:2011-03-14基金项目:国家自然科学基金项目(编号：81072093)和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(国家人口计生委科学技术研究所)项目(编号：2009GJSSJKB03) 资助作者简介:张秀军，博士后，专业方向：细胞生物学。

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。

第二节真核基因转录水平的调控一、真核生物的RNA聚合酶有三种RNA聚合酶：RNA聚合酶Ⅰ；RNA聚合酶Ⅱ；RNA聚合酶Ⅲ。

二、真核基因顺式作用元件（一）、顺式作用元件概念指DNA上对基因表达在调节活性的某些特定的调控序列，其活性仅影响其自身处于同一DNA分子上的基因。

（二）、种类启动子、增强子、静止子1、启动子的结构和功能启动子与原核启动子的含义相同，是指RNA聚合酶结合并起动转录的DNA序列。

但真核同启动子间不像原核那样有明显共同一致的序列。

而且单靠RNA聚合酶难以结合DNA而起动转录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作用。

RNA聚合酶Ⅱ启动子结构1）TATA框（TATA frame）：其一致顺序为TATAA(TAA(T。

TATA框中心在-30附近，相当于原核的-10序列（pribnow box）。

对大多数真核生物来说，RNA聚合酶与TATA框牢固结合之后才能开始转录。

TATA框的左右富含G┇C 序列，这就有利于该框与RNA聚合酶形成开放性启动子复合物。

2）CAAT框（CAAT frame）：位置在-75附近，一致序列为GGC(TCAATCT。

CAAT框可能控制着转录起始的频率。

（3）GC框在-90bp左右的GGGCGG序列称为GC框。

一个在-30—+15即核心启动子(core promoter element，另一为上游启动子区(upstream promoter element在-150—-50，不同物种的启动子因子有显著差异，启动子区没有和mRNA的TATA和CAAT盒顺序，故物种间大前体-rRNA基因的转录起始是不同的。

基因间间隔含一个或几个终止信号可终止其之前的基因的转录而其本身不转录，间隔区含多种反向顺序可作为增强子结合转录因子2、增强子的结构和功能增强子（enhancer）：又称为远上游序列（far upstream sequence 。

它是远距离调节启动子以增加转录速率的DNA序列，其增强作用与序列的方向无关，与它在基因的上下游位置无关。

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类内含子的剪接过程,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-pol Ⅰ、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。

真核生物的转录上游调控序列统称为顺式作用元件,主要有TATA盒、、CG盒、上游活化序列（酵母细胞）、增强子等等。

细胞生物学中的转录因子及其调节途径生物学中有一个重要的领域是分子生物学，它的研究对象是分子级别的生命现象。

在细胞生物学中，分子生物学扮演着重要的角色。

细胞生物学是研究细胞生命活动的学科，转录因子是细胞生物学中最重要的分子之一。

本文将阐述转录因子的定义、分类、功能以及其调节途径。

1. 转录因子的定义转录因子是一类能够结合到DNA上的蛋白质分子，它们可以通过与DNA中的起始区域和增强子相互作用，来调节基因的表达。

转录因子既能够促进基因的表达，也能够抑制基因的表达，因此转录因子在细胞中具有非常重要的作用。

除了蛋白质转录因子之外，还有一类RNA分子，被称为转录调控元件（Transcriptional Regulator element, TRE），也具有类似于蛋白质转录因子的调控功能。

2. 转录因子的分类根据转录因子结构的特点，可以将转录因子分为以下四类：（1）α螺旋蛋白质：α螺旋蛋白质是一种具有螺旋状结构的蛋白质，能够与DNA直接相互作用，从而调节基因的转录。

α螺旋蛋白质的代表是转录因子NF-κB。

（2）锌指蛋白质：锌指蛋白质的结构中含有锌离子，锌离子能够与DNA键合形成一个稳定的蛋白质-DNA复合体，从而调节基因的表达。

锌指蛋白质的代表是GC盒结合蛋白。

（3）HLH蛋白质：HLH蛋白质（Helix-Loop-Helix，螺旋—环—螺旋）有着一种独特的结构，由两个α螺旋和一个短的无规卷曲的环组成，在蛋白质分子之间形成了一种复合物，称为HLH复合物。

HLH复合物能够与DNA相互作用，从而调节基因的表达。

HLH蛋白质的代表包括c-Myc和Max。

（4）顺式元素结合蛋白：顺式元素结合蛋白（Leucine Zipper Protein）中含有一个最基本的顺串，它有30个氨基酸组成，并具有高保守性，蛋白质分子能够通过顺串与DNA进行相互作用。

顺式元素结合蛋白的代表包括c-Jun和Fos。

3. 转录因子的功能转录因子的主要功能是调节基因的表达，依据其正调节或负调节的特性，分别成为转录激活因子或者转录抑制因子。

基因启动子和转录因子在转录调控中的作用在生物体中，基因是组成生命的基本单位，而基因的表达则是生命活动发生的基础。

基因的转录是指将基因内的信息转换成RNA分子的过程，是基因表达的关键环节。

在这个过程中，基因启动子和转录因子起着重要的作用，通过协同作用调节基因的表达水平，保证生物体正常的生长和发育。

一、基因启动子的作用基因启动子是基因的转录起始点，是调控基因表达的关键元件。

一般情况下，基因启动子包含在基因上游约200-1000个碱基对，其中包括转录起始点、启动子核心区域、增强子和启动子结合因子结合位点等。

基因启动子通过结合转录因子的作用，在转录起始点附近形成转录复合物，从而启动基因的转录。

基因启动子的作用可以通过不同的机制实现，其中最常见的机制是顺式作用和反式作用。

顺式作用是指启动子绑定转录因子，启动子与RNA聚合酶II结合，在基因转录过程中启动转录。

反式作用是指启动子的DNA序列与RNA聚合酶II直接结合，促进基因转录开始。

二、转录因子的作用转录因子是调控基因表达的重要蛋白质，直接参与到基因的转录调控过程中。

转录因子通常具有DNA结合结构域和活性结构域，前者与DNA结合并识别其序列，后者与其他转录因子或RNA聚合酶II等结合，协同作用调节基因的表达。

转录因子的DNA结合结构域通常具有保守性，是基于它们的序列同源性被分为超家族，包括顺式作用结构域、反式作用结构域和锌指结构域等。

转录因子的活性结构域则根据其功能的不同被命名为激活区、抑制区、核定位信号、蛋白质相互作用区等。

在基因转录调控中，转录因子通过与基因启动子上的转录因子结合位点相互作用，形成转录复合物，从而启动或抑制基因的转录。

转录因子的活性结构域和DNA序列的特异性使得它们可以特异性地与不同启动子结合，从而调节基因的表达，有助于维持生物体复杂的生物过程。

三、基因的转录调控机制基因转录的调控机制通常包括两种方式：转录上调和转录下调。

前者是指通过转录因子的协同作用，提高基因转录的速率和表达水平；后者则是指通过调控转录因子的活性或阻断转录因子的结合，降低基因的表达水平。