真核生物基因表达调控的层次
真核生物基因表达调控的层次
真核生物基因表达调控的层次主要包括基因组水平、转录水平、翻译水平和后转录水平四个层次。在基因组水平，包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等多种调控机制。在转录水平，包括转录因子、启动子和增强子等调控因素的作用。在翻译水平，主要包括mRNA的翻译和调控蛋白的修饰等过程。在后转录水平，包括RNA剪接、RNA修饰和RNA降解等多种调控机制。这些调控层次相互作用，共同调节基因表达，维持真核生物正常的生理功能。
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真核生物基因表达的调控
真核生物基因表达的调控 一、生物基因表达的调控的共性 首先，我们来看看在生物基因表达调控这一过程中体现的共性和一些基本模式。 1、作用范围。生物体内的基因分为管家基因和奢侈基因。管家基因始终表达，奢侈基因只在需要的时候表达，但二者的表达都受到调控。可见，调控是普遍存在的现象。 2、调控方式。基因表达有两种调控方式，即正调控与负调控，原核生物和真核生物都离不开这两种模式。 3、调控水平。一种基因表达的调控可以在多种层面上展开，包括DNA水平、转录水平、转录后加工水平、翻译后加工水平等。然为节省能量起见，转录的起始阶段往往作为最佳调控位点。 二、真核生物基因表达调控的特点 真核生物与原核细胞在结构上就有着诸多不同，这决定了二者在运行方面的迥异途径。真核生物比原核生物复杂，转录与翻译不同时也不同地，基因组与染色体结构复杂，因而有着更为复杂的调控机制。 1、 2、 3、 4、多层次。真核生物的基因表达可发生在染色质水平、转录起始水平、无操纵子和衰减子。 大多数原核生物以负调控为主，而真核生物启动子以正调控为主。 个体发育复杂，而受环境影响较小。真核生物多为多细胞生物，在转录后水平、翻译水平以及翻译后水平。
生长发育过程中，不仅要随细胞内外环境的变化调节基因表达，还要随发育的不同阶段表达不同基因。前者为短期调控，后者属长期调控。 从整体上看，不可逆的长期调控影响更深远。 三、真核生物基因表达调控的机制 介于真核生物表达以多层次性为最主要特点，我们可以分别从它的几个水平着眼，剖析它的调控机制。 1、染色质水平。真核生物基因组DNA以致密的染色质形式存在，发生在染色质水平的调控也称作转录前水平的调控，产生永久性DNA序列和染色质结构的变化，往往伴随细胞分化。染色质水平的调控包括染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰，等等。a.基因丢失：丢失一段DNA或整条染色体的现象。在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。如马蛔虫2n＝2，但染色体上有多个着丝粒。第一次卵裂是横裂，产生上下2个子细胞。第二次卵裂时，一个子细胞仍进行横裂，保持完整的基因组，而另一个子细胞却进行纵向分裂，丢失部分染色体。目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发现类似的基因丢失现象。 b.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。如非洲爪蟾卵母细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现的基因扩增现象；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。 c.基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋白结构基因的表达。在人类基因组中，所有抗体的重链和轻链都不是由固定的完整基因编码的，而是由不同基因片段经重排后形成的完整基因编码的。
真核生物的基因表达调控机制
一、真核基因组的复杂性 与原核生物比较，真核生物的基因组更为复杂，可列举如下。 1. 真核基因组比原核基因组大得多，大肠杆菌基因组约4×106bp，哺乳类基因组在 109bp数量级，比细菌大千倍；大肠杆菌约有4000个基因，人则约有10万个基因。 2. 真核生物主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质，被包裹在核膜内，核外还有遗传 成分(如线粒体DNA等)，这就增加了基因表达调控的层次和复杂性。 3. 原核生物的基因组基本上是单倍体，而真核基因组是二倍体。 4. 如前所述，细菌多数基因按功能相关成串排列，组成操纵元的基因表达调控的单元， 共同开启或关闭，转录出多顺反子(polycistron)的mRNA；真核生物则是一个结构基因转录生成一条mRNA，即mRNA是单顺反子(monocistron)，基本上没有操纵元的结构，而真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽形成的亚基构成的，这就涉及到多个基因协调表达的问题，真核生物基因协调表达要比原核生物复杂得多。 5. 原核基因组的大部分序列都为基因编码，而核酸杂交等实验表明：哺乳类基因组中 仅约10%的序列为蛋白质、rRNA、tRNA等编码，其余约90%的序列功能至今还不清楚。 6. 原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连续的，而真核生物为蛋白质编码 的基因绝大多数是不连续的，即有外显子(exon)和内含子(intron)，转录后需经剪接(splicing)去除内含子，才能翻译获得完整的蛋白质，这就增加了基因表达调控的环节。 7. 原核基因组中除rRNA、tRNA基因有多个拷贝外，重复序列不多。哺乳动物基因组 中则存在大量重复序列(repetitive sequences)。用复性动力学等实验表明有三类重复序列：1）高度重复序列(highly repetitive sequences)，这类序列一般较短，长10－300bp，在哺乳类基因组中重复106次左右，占基因组DNA序列总量的10－60%，人的基因组中这类序列约占20%，功能还不明了。2）中度重复序列(moderately repetitive sequences)，这类序列多数长100－500bp，重复101－105次，占基因组10-40%。例如哺乳类中含量最多的一种称为Alu的序列，长约300bp，在哺乳类不同种属间相似，在基因组中重复3×105次，在人的基因组中约占7%，功能也还不很清楚。在人的基因组中18S/28SrRNA基因重复280次，5SrRNA基因重复2000次，tRNA基因重复1300次，5种组蛋白的基因串连成簇重复30-40次，这些基因都可归入中度重复序列范围。3）单拷贝序列(single copy sequences)。这类序列基本上不重复，占哺乳类基因组的50-80%，在人基因组中约占65%。绝大多数真核生物为蛋白质编码的基因在单倍体基因组中都不重复，是单拷贝的基因。 从上述可见真核基因组比原核基因组复杂得多，至今人类对真核基因组的认识还很有限，使现在国际上制订的人基因组研究计划(human gene project)完成，绘出人全部基因的染色体定位图，测出人基因组109bp全部DNA序列后，要搞清楚人全部基因的功能及其相互关系，特别是要明了基因表达调控的全部规律，还需要经历很长期艰巨的研究过程。 二、真核基因表达调控的特点 尽管我们现在对真核基因表达调控知道还不多，但与原核生物比较它具有一些明显的特点。
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。 4. 转录因子结合DNA的结构基序（结构域）有哪几类？ ①螺旋-转折-螺旋 ②锌指结构 ③碱性-亮氨酸拉链 ④碱性-螺旋-环-螺旋 5. 真核基因转调控中有几种方式能够置换核小体？ ①占先模式：可以解释转录时染色质结构的变化。该模型认为基因能否转录取决于特定位置上组蛋白和转录因子之间的不可逆竞争性结合。 ②动态模式该模型认为转录因子与组蛋白处于动态竞争之中，基因转录前染色质必须经历结构上的改变，即转换核小体中的全部或部分成分并重新组装，这个耗能的基因活化过程称为染色质重构 6. 简述真核生物转录水平调控过程。 真核生物在转录水平的调控主要是通过反式作用因子、顺式作用元件和RNA聚合酶的相互作用来完成的，主要是反式作用因子结合顺式作用元件后影响转录起始复合物的形成过程：①转录起始复合物的形成：真核生物RNA聚合酶识别的是由通用转录因子与DNA形成的
真核生物基因表达的调控
真核生物基因表达的调控 09中西七年制2班 内容摘要：真核生物细胞结构比原核生物复杂，转录和翻译在时空上都被分隔开，分别在细胞核和细胞质中先后进行，并且基因组和染色体结构复杂，蕴藏大量的调控信息，因此真核生物基因表达的调控要比原核生物要复杂的多。真核生物可以从多个层次调控基因表达。 一、真核生物基因表达调控的种类 （一）根据其性质可分为两大类： 一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底物或激素水平升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。 二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。 （二）根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为： DNA水平调控－－转录水平调控－－转录后水平调控－－翻译水平调控——翻译后水平调控 二、真核生物基因表达的调控的多层次性 真核生物基因表达可以随细胞内外环境条件的改变以及生长发育的不同阶段而在不同表达水平加以精确地调控。主要体现在以下几个水平上：（一）DNA 水平： 主要包括：染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰和异染色质化等，这些变化都是永久性的，会随着细胞分裂传递给子代细胞，使这类细胞具有特定的表型，成为某种特定的分化细胞。 1：基因的丢失、扩增与重排 1)基因丢失：只存在于一些低等生物体细胞中。在细胞分化时， 当需要消除某些基因活性时才发生。采用基因丢失的方式调控是不可 逆的。体现了真核细胞全能性。例如小麦瘿蚊的染色体丢失，瘿蚊卵 跟果蝇相似（始核分裂胞质不分裂），其卵的后端含有特殊的细胞质， 极细胞质核→保持了全部40条染色体→生殖细胞→其他细胞质区域 核→丢失32条、留8条→体细胞； 2)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。如非洲爪蟾的基因扩增，是两栖类和昆虫卵母 细胞rRNA基因的扩增。非洲爪蟾的染色体上有约450拷贝编码18S r RNA和28S r RNA的DNA，在卵母细胞中它们的拷贝数扩大了4000倍。 再如果蝇的多线染色体：每条染色体中含有许多相同的DNA分子。在 果蝇卵巢成熟之前，卵巢颗粒中的卵壳蛋白基因被大量扩增。果蝇卵 原细胞经过4次分裂产生16个细胞，其中1个是卵母细胞，其余15 个是营养细胞，它们为卵细胞的形成提供大量的生物大分子。 3)基因重排：是指将一个基因从远离启动子的地方移到距它很 近的位点从而启动转录，如免疫球蛋白中L链中的λ链基因的重排， λ链基因由Vλ、Jλ、Cλ3个基因簇组成，每个V区基因上也有一个 L基因。 Vλ基因簇只有2个基因， Jλ和Cλ基因簇都有4个基因。
真核生物基因表达的调控
课次：19 教学目的：使学生了解真核基因表达调控的特点、转录前的调控，掌握增强子的作用特点和反式作用因子的DNA结合域的结构花式。 重点：增强子和反式作用因子的DNA结合域的结构花式。 难点：反式作用因子的DNA结合域的结构花式。 复习旧课：提问2人，了解教学效果。 导入新课： 第八章真核生物基因表达的调控 第一节概述 真核生物细胞中由核膜将核和细胞质分隔开，转录和翻译并不偶联；基困组是由多条染色体组成。 真核基因的调节分为： 真核基因表达调控的特点： 第二节转录前的调控 一.DNA的甲基化与去甲基化 真核DNA中的胞嘧啶约有5%被甲基化为5-甲基胞嘧啶(5-methylcytidine,m5C)，而活跃转录的DNA 段落中胞嘧啶甲基化程度常较低。 甲基化可使基因失活，去甲基化又可使基因恢复活性。 二染色质结构对真核基因转录的调控 1.染色质结构影响基因转录 常染色质中的基因可以转录，异染色质(heterochromatin)，无基因转录表达。 2. 组蛋白的作用 ?组蛋白扮演了非特异性阻遏蛋白的作用， ?非组蛋白成分起到特异性的去阻遏促转录作用。 ?核小体结构影响基因转录。 三基因重排和基因扩增对基因表达的影响 基因重排(gene rearrangement)，即原胚性基因组中某些基因会再组合变化形成第二级基因。 基因扩增(gene amplification)，即基因组中的特定段落在某些情况下会复制产生许多拷贝。 基因丢失：在细胞分化过程中，丢掉某些基因而去除其活性。例如某些原生动物，线虫、昆虫、甲壳类动物，体细胞常丢掉部分或整条染色体，只保留将来分化产生生殖细胞的那套染色体。例如在蛔虫胚胎发育过程中，有27％DNA丢失。在高等动植物中，尚未发现类似现象。 第三节真核基因转录水平的调控 1 顺式作用元件(cis-acting elements) 顺式作用元件：对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身同处在一个DNA分子上的基因；通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中。 1.1 启动子 (1) 核心启动子成分，如TA TA框； (2) 上游启动子成分（UPE），如CAA T框，GC框，八聚体（octamer）等； 表哺乳动物RNA PolⅡ启动子上游转录因子结合的序列元件 组件保守顺序DNA长 度结合因子大小 （Da） 丰度（/ 细胞） 分布 TA TA box TA TAAAA ～10bp TBP 27,000 ? 普遍CAAT box GGCCAA TCT ～22bp CTF/NF1 60,000 300,000 普遍 GC box GGGCGG ～20bp SP1 165,000 60,000 普遍Octamer ATTTGCA T ～20bp Oct-1 76,000 ? 普遍Octamer ATTTGCA T 23bp Oct-2 52,000 ? 淋巴细胞KB GGGACTTTCC ～10bp NF K B 44,000 ? 淋巴细胞KB GGGACTTTCC ～10bp H2·TH1 ? ? 普遍
真核生物基因表达的调控
真核生物基因表达的调控 09中西七2班032009215 黄晨旭 多细胞真核生物的每一个体细胞中都有相同的遗传物质，然而，只有一小部分的遗传信息在不同细胞中得以表达。正是因为在特定时间和空间，不同基因在表达水平上的精确调控，导致了各种细胞的千差万别。多细胞真核生物由多种不同细胞、不同组织构成，在从单个受精卵到完整个体的生长发育过程中，不仅要随细胞内环境的变化调节基因表达，还要随发育的不同阶段表达不同基因，前者属于短期调控，一般是可逆的；后者属于长期调控，涉及发育过程中细胞的决定和分化。 原核生物基因组和染色体结构简单，转录和翻译可以同时、同地进行，基因表达的调控主要发生在转录水平上。真核生物细胞结构比原核生物复杂，转录和翻译在时空上都被分隔开，分别在细胞核和细胞质中先后进行，并且基因组和染色体结构复杂，蕴藏大量的调控信息，因此真核生物基因表达的调控要比原核生物复杂得多。 真核生物中的基因表达可以随细胞内外环境条件的改变以及生长发育的不同阶段而在不同表达水平上加以精确的调节，这是真核生物基因表达调控的多层次性。 真核生物基因表达的调控可以发生在以下各个水平上： 一、染色质水平 真核生物基因组DNA以致密的染色质形式存在，在DNA和染色质水平上发生的改变包括：染色质丢失（某些序列的删除）、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰和异染色质化等。DNA序列和染色质结构上的这些变化通常是永久性的，可以随细胞分裂而传递给子代细胞，使这一类细胞表达特定的基因谱，具有特定的表型，成为某种特定的分化细胞，这就是细胞的决定和分化。发生在染色质水平上的基因表达调控，也称转录前水平的调控。 真核生物中的基因组DNA与组蛋白形成复合物，根据结构不同，称为染色质或者染色体。组蛋白为碱性蛋白，富含精氨酸，在细胞内含量丰富，几乎与DNA的含量相当。绝大多数真核细胞含有H1、H2A、H2B、H3、H4五种不同的组蛋白。组蛋白是高度保守的蛋白质，研究发现，组蛋白修饰与去修饰包括乙酰化/去乙酰化、甲基化/去甲基化等都可以影响染色质的结构和功能。 真核生物DNA相对分子质量很大，但DNA双螺旋的直径只有2nm，因此DNA必须经过高度折叠。折叠第一步是形成核小体结构。形成核小体之后DNA的第二步折叠是形成直径约30nm的纤维。 早在1984年，Donald Brown等人发现爪蟾卵母细胞5S rRNA基因可以在卵母细胞中转录，而不能在体细胞中转录。他们通过实验证实，组蛋白在体外对基因的活性有影响，TFIIIA、TFIIIB、TFIIIC等转录因子与组蛋白竞争结合基因的调控区。卵母细胞5S rRNA基因在体细胞中与转录因子结合能力较低，而与组蛋白结合力强，从而形成稳定的核小体结构，抑制基因转录。而卵母细胞5S rRNA基因在卵母细胞中与转录因子结合能力强，阻止组蛋白和DNA的交联，不形成核小体结构，则基因有转录活性。他们进一步实验发现，在无活性的
真核生物的基因表达调控概述
真核生物的基因表达调控概述 真核生物基因在染色质活性、DNA水平、转录水平和翻译水平的表达调控特点。答：真核基因组结构具有基因组结构庞大、单顺反子、含有大量重复序列、基因不连续性、非编码区较多等特点。 （1）染色质结构水平对基因表达调控：①常染色质或异染色质；②染色质的状态（活性或阻遏），紧密结构会抑制基因表达，解凝集结构利于基因表达；③可以通过对组蛋白结构的修饰来实现，有组蛋白翻译后的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等；④DNA水平的调控包括基因丢失、扩增、重排和移位等方式。 （2）转录水平的调控：①RNA聚合酶、转录因子等反式作用因子和顺式作用元件（启动子强弱、增强子、沉默子）相互作用对基因转录的调控；②同一基因转录起始位点的不同，导致在不同组织细胞中的基因表达差异。 （3）转录后的加工：转录后加工的多样性，包括①加尾和剪接；②多个5′端转录起始位点或剪接位点；③多个加多聚（A）位点和不同的剪接方式；④虽无剪接，但有多个转录起始位点或加多聚（A）位点等多种方式调控基因的表达。（4）翻译水平的调控：①翻译起始因子eIF-4F 的磷酸化激活蛋白质的合成，eIF-2α 的磷酸化引起翻译起始受阻，降低蛋白质的生物合成水平；② mRNA 结构与翻译控制：mRNA5′端m7G 帽有增强翻译水平的作用，上游AUG 密码子的存在往往抑制下游开放读框的翻译效率；③起始AUG 上游序列对翻译效率的影响，如Kozak序列；④poly(A)尾增加翻译效率；⑤poly(A)尾中富含UA 序列抑制翻译。 （5）翻译后加工水平的调控：翻译的蛋白质还需要加工、修饰、折叠和分选后才具有功能。综上所述，真核生物基因表达调控是一个十分复杂的过程。
真核生物的基因调控
第八讲真核生物的基因调控 一、真核生物的基因结构特点 ①在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，不存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。 ②真核细胞DNA都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分DNA 是裸露的。 ③高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。 ④真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。 ⑤在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调节区一般通过改变整个所控制基因5'上游区DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。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（maturation and splicing），才能顺利地翻译成蛋白质。 二、真核生物的转录特点 原核生物中，密切相关的基因往往组成操纵子，并且以多顺反子mRNA 的方式进行转录，整个体系置于一个启动子的控制之下。真核生物的DNA 是单顺反子，很少有置于一个启动子的控制之下的操纵子。真核生物中许多相关的基因按功能成套组合，被称为基因家族（gene family）。 1、基因家族 一组功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因。可能由某一共同祖先基因(ancestral gene)经重复(duplication)和突变产生。 基因家族的特点： ①基因家族的成员可以串联排列在一起，形成基因簇(gene cluster)或串联重复基因(tandemly repeated genes)，它们可同时发挥作用，合成某些蛋白质，如rRNA、tRNA和组蛋白的基因； ②有些基因家族的成员也可位于不同的染色体上，这些不同成员编码一
第十三章基因表达调控
第十三章基因表达调控 第十三章基因表达调控 第一节基因表达调控基本概念与原理 一、基因表达的概念（掌握） 1、基因：负载特定遗传信息的DNA片段，包括由编码序列、非编码序列和内含子组成的DNA区域。 2、基因组：指来自一个遗传体系的一整套遗传信息。在真核生物体，基因组是指一套完整的单倍体的染色体DNA和线粒体DNA的全部序列。 3、基因表达：基因所携带的遗传信息，经过转录、翻译等，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。但对于rRNA、tRNA编码基因，表达仅是转录成RNA的过程。 4、基因表达调控：基因表达是在一定调节机制控制下进行的，生物体随时调整不同基因的表达状态，以适应环境、维持生长和发育的需要。 人类基因组含3～4万个基因。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，产生具有特定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、tRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。 二、基因表达的特异性（了解） 无论是病毒、细菌，还是多细胞生物，乃至高等哺乳类动物及人，基因表达表现为严格的规律性，即时间、空间特异性。生物物种愈高级，基因表达规律愈复杂、愈精细，这是生物进化的需要及适应。 基因表达的时间、空间特异性由特异基因的启动子（序列）和（或）增强子与调节蛋白相互作用决定。 （一）时间特异性 概念：指按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺
序发生。又称阶段特异性。 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。 （二）空间特异性 概念：在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间或顺序出现。 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，又称细胞特异性或组织特异性。 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。 三、基因表达的方式（了解） 不同的基因对内、外环境信号刺激的反应性不同。按对刺激的反应性，基因表达的方式或调节类型存在很大差异。 （一）基本表达 管家基因：某些基因产物对生命全过程都是必需的或必不可少，这类基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达，通常称之为管家基因。 管家基因较少受环境因素的影响，被视为基本的或组成性基因表达。只受到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。 例如，三羧酸循环是一枢纽性代谢途径，催化该途径各阶段反应的酶编码基因就属这类基因。 （二）诱导和阻遏 有一些基因表达极易受环境变化影响，随外环境信号变化，这类基因表达水平可呈现升高或降低的现象。 1、可诱导基因：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，这种基因是可诱导的。 2、诱导：可诱导基因在特定环境中表达增强的过程。
原核生物与真核生物基因表达的区别
原核生物与真核生物基因表达的区别 最佳答案 原核生物的机体能在基因表达过程的任何阶段进行调控，如调控可在转录阶段、转录后加工阶段和翻译阶段进行。 转录的调控主要发生在起始阶段，这样可避免浪费能量合成不必要的转录产物。 通常不在转录延伸阶段进行调控，但可在终止阶段进行调控，终止可以防止越过终止子而进行下一个基因的转录。 RNA 的初级转录产物本身是一个受调控的靶分子，转录物作为一个整体其有效性可以受到调控，例如，它的稳定性可以决定它是否保存下来用于翻译。此外，初级转录产物转变为成熟分子的加工能力可决定最后mRNA 分子的组成和功能。 在真核细胞中，还可对RNA 从核到胞浆中的转运进行调控。但是在细菌中，mRNA 只要一合成，就可用于翻译。翻译也像转录一样，在起始阶段和终止阶段进行调控。DNA 转录的起始和RNA 翻译的起始路线也很相似。 真核生物基因表达的调控要比原核生物复杂得多，特别是高等生物，不仅由多细胞构成，而且具有组织和器官的分化。细胞中由核膜将核和细胞质分开，转录和翻译并不是偶联，而是分别在核和细胞质中进行的，基因组不再是环状或线状近于裸露 DNA ，而是由多条染色体组成，染色体本身结构是以核小体为单位形成的多极结构， 真核生物的个体还存在着复杂的个体发育和分化，因此说真核生物的基因表达调控是多层次的，从DNA到RNA 到有功能蛋白质多途径进行调控的。 主要的调控途径有如下几个方面： ①DNA 和染色体水平上的调控：基因的拷贝数扩增或丢失和基因重排，DNA 修饰，在染色体上的位置，染色体结构（包括染色质、异染色质、核小体）都可影响基因表达。 ②转录水平上的调控：转录起始的控制和延伸的弱化对mRNA 前体的水平都会产生影响。 ③转录后RNA 加工过程和运送中的调控：真核基因转录出的mRNA 前体，要经过加工才能成熟为mRNA ，包括切割、拼接、编辑、5`和3`末端修饰等，成熟的mRNA 再运出细胞核。 ④翻译水平上的调控：5`端前导序列形成茎环结构降低翻译水平或抑制蛋白结合5`端，阻止mRNA 的翻译。 ⑤翻译后的调控：翻译后产生的蛋白质常常需要修饰和加工如磷酸化、糖基化、切除信号肽及构象形成等，才能成为有活性的蛋白质，可以利用这个过程有选择地激活或灭活某些蛋白质。 ⑥mRNA 降解的调控：控制mRNA 寿命就能控制一定数目的mRNA 分子产生蛋白质数量，这种调控是由mRNA 3`端的序列决定的。（为什么是有其决定？？） 真核生物基因表达调控过程与原核生物的不同之处 2010-8-29 09:12 最佳答案 ①真核生物中编码蛋白质的基因通常是间断的、不连续的，由于转录时内含子和外显子
(完整word版)真核基因不同水平上的表达调控
真核生物基因表达的调控远比原核生物复杂,可以发生在DNA水平、转录水平、转录后的修饰、翻译水平和翻译后的修饰等多种不同层次（图真核生物基因表达中可能的调控环节）。但是，最经济、最主要的调控环节仍然是在转录水平上。 （一)DNA水平的调控 DNA水平上的调控是通过改变基因组中有关基因的数量、结构顺序和活性而控制基因的表达。这一类的调控机制包括基因的扩增、重排或化学修饰.其中有些改变是可逆的。 1、基因剂量与基因扩增 细胞中有些基因产物的需要量比另一些大得多，细胞保持这种特定比例的方式之一是基因组中不同基因的剂量不同。例如，有A、B两个基因，假如他们的转录、翻译效率相同,若A基因拷贝数比B基因多20 倍，则A基因产物也多20倍。组蛋白基因是基因剂量效应的一个典型实例。为了合成大量组蛋白用于形成染色质，多数物种的基因组含有数百个组蛋白基因拷贝。 基因剂量也可经基因扩增临时增加.两栖动物如蟾蜍的卵母细胞很大，是正常体细胞的一百倍，需要合成大量核糖体。核糖体含有rRNA分子,基因组中的rRNA基因数目远远不能满足卵母细胞合成核糖体的需要。所以在卵母细胞发育过程中，rRNA基因数目临时增加了4000倍。卵母细胞的前体同其他体细胞一样，含有约500个rRNA基因（rDNA）。在基因扩增后，rRNA基因拷贝数高达2×106。这个数目可使得卵母细胞形成1012个核糖体，以满足胚胎发育早期蛋白质大量合成的需要。 在基因扩增之前，这500个rRNA基因以串联方式排列。在发生扩增的3周时间里，rDNA不再是一个单一连续DNA片段,而是形成大量小环即复制环，以增加基因拷贝数目。这种rRNA基因扩增发生在许多生物的卵母细胞发育过程中，包括鱼、昆虫和两栖类动物。目前对这种基因扩增的机制并不清楚。 在某些情况下，基因扩增发生在异常的细胞中。例如，人类癌细胞中的许多致癌基因,经大量扩增后高效表达，导致细胞繁殖和生长失控。有些致癌基因扩增的速度与病症的发展及癌细胞扩散程度高度相关。
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
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。 真核生物和原核生物复制的不同点： ①真核生物DNA的合成只是在细胞周期的S期进行，而原核生物则在整个细胞生长过程中都可进行DNA合成 ②原核生物DNA的复制是单起点的，而真核生物染色体的复制则为多起点的。真核生物中前导链的合成并不像原核生物那样是连续的，而是以半连续的方式，由一个复制起点控制一个复制子的合成，最后由连接酶将其连接成一条完整的新链。 ③真核生物DNA的合成所需的RNA引物及后随链上合成的冈崎片段的长度比原核生物要短。 ④原核生物中有DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种聚合酶，并有DNA聚合酶Ⅲ同时控制两条链的合成。真核生物中有α、β、γ、ε、δ五种聚合酶。聚合酶α、δ是DNA合成的主要酶，分别控制不连续的后随链以及前导链的生成。聚合酶β可能与DNA修复有关，聚合酶γ则是线粒体中发现的唯一一种DNA 聚合酶. ⑤染色体端体的复制不同。原核生物的染色体大多数为环状，而真核生物染色体为线状。末端有特殊DNA序列组成的结构成为端体。 真核生物和原核生物转录的不同点： ①真核生物的转录在细胞核内进行，原核生物则在拟核区进行。 ②真核生物mRNA分子一般只编码一个基因，原核生物的一个mRNA分子通常含多
真核生物基因表达调控的多种方式
真核生物基因表达调控的多种方式 真核生物基因表达包括转录、翻译和蛋白修饰等复杂过程，其中涉及多种调控方式。以下是真核生物基因表达的各种表达调控方式的简述: 1. 转录前调控 转录前调控是指在 DNA 复制后被转录成 RNA 的过程中，通过调控 RNA 聚合酶 (RNA polymerase) 的亲和力、移动速度和活性等方式来控制基因的表达。其中一些调控因子可以与启动子区域中的特定序列结合，从而抑制或增强 RNA 聚合酶的活性。此外，一些转录因子还可以与 RNA 聚合酶结合，促进 RNA 聚合酶的移动，从而加快转录速率。 2. 转录调控 转录调控是指通过调控 RNA 聚合酶结合到特定基因的启动子上，来控制基因的表达。转录调控可以通过调节转录因子的数量、亲和力和活性等方式来实现。一些转录因子可以与启动子区域中的特定序列结合，从而抑制或增强 RNA 聚合酶的活性。此外，一些转录因子还可以与 RNA 聚合酶结合，促进 RNA 聚合酶的活性，从而加快转录速率。 3. 转录后调控 转录后调控是指在基因被转录后，通过调控 RNA 剪接、RNA 编辑、RNA 降解等方式来控制基因的表达。这些调控方式可以影响 RNA 的稳定性、可用性和转录本的多样性。例如，一些调控因子可以与 RNA 剪接因子结合，从而改变 RNA 剪接的速率和方向。一些 RNA 编辑酶可以编辑 RNA，改变基因表达。此外，RNA 降解酶可以降解 RNA，从而抑制基因的表达。 4. 翻译调控
翻译调控是指通过调控 mRNA 的稳定性、可用性和翻译速率等方式来控制基因的表达。例如，一些调控因子可以与 RNA 聚合酶结合，从而抑制或增强 RNA 聚合酶的活性。此外，一些翻译调控因子可以与 mRNA 结合，从而改变 mRNA 的稳定性和翻译速率。 5. 蛋白修饰调控 蛋白修饰调控是指通过调控蛋白质的修饰方式来控制蛋白质的活性、稳定性和可用性等方式来控制基因的表达。例如，一些修饰因子可以与蛋白质结合，从而改变蛋白质的修饰方式。一些修饰因子可以与蛋白质结合，从而改变蛋白质的稳定性和可用性。此外，一些修饰因子还可以影响蛋白质的运输。
真核基因和原核基因表达调控的异同
真核基因和原核基因表达调控的异同？ 真核基因表达调控的基本原理与原核基因相同，主要表现在： 1、与原核基因的调控一样，真核基因表达调控也以转录水平调控为最重要； 2、在结构基因均有调控序列，并依靠特异蛋白因子与这些调控序列的结合与否调控基因的表达。 3、都要经历转录、翻译的过程。 4、表达过程都有复杂性，多环节 不同 1、真核基因表达调控过程更复杂。 2、在染色质结构上。原核细胞的DNA是裸露的，而真核细胞DNA包装在染色体中。DNA与组蛋白组成核小体形成为染色体基本单位。在原核细胞中染色质结构对基因的表达没有明显的调控作用，而在真核细胞中染色质的变化调控基因表达，并且基因分布在不同的染色体上，存在染色体间基因的调控问题； 3、真核生物中编码蛋白质的基因通常是断裂基因，含有有非编码序列即内含子，因而转录产生的mRNA前体必须剪切加工才能成为有功能的成熟的mRNA，而不同拼接方式的可产生不同的mRNA。而原核生物的基因由于不含有外显子和内含子，因此，转录产生的信使RNA不需要剪切、拼接等加工过程。 4、在原核基因转录的调控中，既有正调控，也有负调控，二者同等重要，而真核细胞中虽然也有正调控成分和负调控成分，但目前已知的主要是正调控，且一个真核基因通常都有多个调控序列，必须有多个激活物同时特异地结合上去才能调节基因的转录； 5、原核基因的转录和翻译通常是相互偶联的，而真核基因的转录与翻译在时空上是分开的，从而使真核基因的表达有多种调控机制。 6、真核生物细胞中存在mRNA的稳定性调控
7、真核生物大都为多细胞生物，基因的表达随细胞内外环境条件的改变和时间程序在不同的表达水平上进行着精确调控，而原核生物主要受环境因素和营养状况影响基因调控。 8、真核生物由三种RNA聚合酶分别负责三种RNA的转录，而原核生物只有一种。
真核基因表达调控的特点
真核基因表达调控的特点 尽管我们现在对真核基因表达调控知道还不多，但与原核生物比较它具有一些明显的特点。 真核基因表达调控的环节更多 如前所述：基因表达是基因经过转录、翻译、产生有生物活性的蛋白质的整个过程。同原核生物一样，转录依然是真核生物基因表达调控的主要环节。但真核基因转录发生在细胞核（线粒体基因的转录在线粒体内），翻译则多在胞浆，两个过程是分开的，因此其调控增加了更多的环节和复杂性，转录后的调控占有了更多的分量。 图中标出了真核细胞在分化过程中会发生基因重排（gene rearrangement），即胚原性基因组中某些基因会再组合变化形成第二级基因。例如编码完整抗体蛋白的基因是在淋巴细胞分化发育过程中，由原来分开的几百个不同的可变区基因经选择、组合、变化、与恒定区基因一起构成稳定的、为特定的完整抗体蛋白编码的可表达的基因。这种基因重排使细胞可能利用几百个抗体基因的片段，组合变化而产生能编码达108种不同抗体的基因，其中就有复杂的基因表达调控机理。 此外，真核细胞中还会发生基因扩增（gene amplification），即基因组中的特定段落在某些情况下会复制产生许多拷贝。最早发现的是蛙的成熟卵细胞在受精后的发育程中其rRNA 基因（可称为rDNA）可扩增2000倍，以后发现其他动物的卵细胞也有同样的情况，这很显然适合了受精卵其后迅速发育分裂要合成大量蛋白质要求有大量核糖体的需要。又如MTX （methotrexate）是叶酸的结构类似物，能竞争性抑制细胞对叶酸的还原利用，因而对细胞有毒性，但当缓慢提高MTX浓度时，一些哺乳类细胞会对含有利用叶酸所必需的二氢叶酸还原酶(dihydrofolate reductase,DHFR)基因的DNA区段扩增40-400倍，使DHFR的表达量显著增加，从而提高对MTX的抗性。基因的扩增无疑能够大幅度提高基因表达产物的量，但这种调控机理至今还不清楚。 真核基因的转录与染色质的结构变化相关 真核基因组DNA绝大部分都在细胞核内与组蛋白等结合成染色质，染色质的结构、染色质中DNA和组蛋白的结构状态都影响转录，至少有以下现象： 染色质结构影响基因转录细胞分裂时染色体的大部分到间期时松开分散在核内，称为常染色质（euchromatin），松散的染色质中的基因可以转录。染色体中的某些区段到分裂期后不像其他部分解旋松开，仍保持紧凑折叠的结构，在间期核中可以看到其浓集的斑块，称为异染色质（hetrochromatin），其中从未见有基因转录表达；原本在常染色质中表达的基因如移到异染色质内也会停止表达；哺乳类雌体细胞2条X染色体，到间期一条变成异染色质者，这条X染色体上的基因就全部失活。可见紧密的染色质结构阻止基因表达。 组蛋白的作用早期体外实验观察到组蛋白与DNA结合阻止DNA上基因的转录，去除组蛋白基因又能够转录。组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷，可与DNA链上带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了DNA分子，妨碍了转录，可能扮演了非特异性阻遏蛋白的作用；染色质中的非组蛋白成分具有组织细胞特异性，可能消除组蛋白的阻遏，起到特异性的去阻遏促转录作用。 发现核小体后，进一步观察核小体结构与基因转录的关系，发现活跃进行基因转录的染色质区段常有富含赖氨酸的组蛋白（H1组蛋白）水平降低、H2A、H2B组蛋白二聚体不稳定性增加、组蛋白乙酰化（acetylation）和泛素化（obiquitination）、以及H3组蛋白巯基等现
分子生物学：真核基因表达调控习题与答案
第六章真核基因表达调控 一、名词解释 1.管家基因(housekeeping gene) 2.可调节基因(regulated gene) 3.顺式作用元件(cis-acting element) 4.反式作用因子(trans-acting factors ) /转录因子(transcription factor, TF ) 5.基础转录因子(basal/general transcription factor) 6.特异转录因子(special transcription factor) 7.增强子 9.锌指(zinc finger)结构 10.亮氨酸拉链(leucine zipper)结构 11.增强子 12.基因表达 13.RNAi 14.miRNA 15.SiRNA 二、选择题 1.关于基因表达调控的说法错误的是( ) ．． A.转录起始是调控基因表达的关键 B.环境因素影响管家基因的表达 C.在发育分化和适应环境上有重要意义 D.表现为基因表达的时间特异性和空间特异性 E.真核生物的基因表达调控较原核生物复杂的多 2.下列哪项属于可调节基因( ) A.组蛋白编码基因 B. 5s rRNA编码基因 C.异柠檬酸脱氢酶编码基因 D. 肌动蛋白编码基因 E. 血红蛋白编码基因 3.下列哪种染色质结构的变化不利于基因表达( ) ． A.组蛋白乙酰化 B.核小体解聚 C. CpG岛甲基化 D.基因扩增 E.染色质结构松散，对DNA酶I敏感
4.下列哪项不属于真核生物基因的顺式作用元件( ) ． A.激素反应元件 B.衰减子 C.启动子 D.沉默子 E.增强子 5.与RNA聚合酶相识别和结合的DNA片段是() A.增强子 B.衰减子 C.沉默子 D.操纵子 E.启动子 6.下列哪项不参与调控真核细胞基因的特异性表达( ) ． A.反应元件 B.特异转录因子 C.增强子 D.基础转录因子 E.沉默子 7.与原核生物相比较，真核生物的基因表达调控包括多个层次，下列哪项不是其调控 复．杂性特有的分子基础( ) A. 含有重复序列 B. 断裂基因 C. 转录与翻译分离 D. 细胞内被膜性结构分隔形成多个区域 E. 染色质结构 8.能够与基础转录因子结合的是( ) A.上游启动子元件 B. TATA box C.增强子 D.反应元件 E. Pribnow box 9.有关基础转录因子的叙述，正确的是( ) A.与非转录核心序列相结合 B.决定基因表达的特异性 C.其种类和数量在不同组织中差别很大 D.辅助RNA聚合酶结合启动子 E.在原核生物中的种类比真核生物少 10.不属于特异转录因子的是( ) ． A. TF II D B. HSF C. API D.类固醇激素受体 E. NF-K B 11.关于特异转录因子的说法，正确的是( ) A.调控管家基因的表达 B.仅通过蛋白质一蛋白质相互作用进行调控 C.仅通过DNA一蛋白质相互作用进行调控 D.仅通过RNA一蛋白质相互作用进行调控 E.起转录激活或者转录抑制作用