10. 基因转录后水平调控

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在高等真核生物

在高等真核生物
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 接促进或抑制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,才能顺利地翻译成蛋白质。
• 在Ig重链基因重排后,轻链的可变区基因片段随之发生 重排,V与J基因片段并列在一起。
• κ轻链基因先发生重排,如果κ基因重排无效,随即发生 λ基因的重排。
重排机制
• 参与V/(D)/J基因重组过程的酶称为V/(D)/J 重组酶。
• 重组酶作用的特点是: (1)淋巴细胞特异性,这可能解释了Ig基因的重排
二、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。
如非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因(rDNA)约500 个拷贝。卵裂期和胚胎期,需要大量的rRNA,基因会大 量复制rDNA,使拷贝数达到200万,扩增约4000倍。
内含子(intron)、外显子(exon) • 非编码区较多 多于编码序列(9:1) • 含有大量重复序列
原核生物基因组结构特点:
● 基因组很小,大多只有一条染色体 ● 结构简炼 ● 存在转录单元多顺反子 ● 有重叠基因
二、真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及 DNA的空间结构方面存在以下几个方面的差异
非洲爪蟾体细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现 的基因扩增现象。
发育或系统发生中的倍性增加在植物中普遍存在
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。

基因转录水平调控概念

基因转录水平调控概念

基因转录水平调控概念
基因转录水平调控是指调控基因在转录过程中产生的mRNA
量的机制。

基因转录是DNA转录为mRNA的过程,是基因表达的第一步。

基因转录水平的调控可以通过多种机制实现,包括转录因子的结合与解离、染色质结构的改变、RNA聚合酶
的活性调控等。

转录因子是一类能够结合到DNA上并调控转录过程的蛋白质,它们可以促进或抑制转录因子的结合,从而影响基因的转录水平。

转录因子的结合位点通常位于基因的启动子区域,能够与RNA聚合酶相互作用,促进或抑制转录的进行。

染色质结构的改变也能够影响基因的转录水平调控。

染色质是复杂的DNA和蛋白质组成的复合体,能够在较大范围内影响
基因的表达。

染色质状态的改变可以通过DNA甲基化、组蛋
白修饰等方式实现,进而影响基因的转录活性。

此外,RNA聚合酶的活性调控也是基因转录水平调控的重要
机制。

RNA聚合酶是负责合成RNA的酶,其活性的调节可以通过环境信号的作用以及转录调控因子的结合来实现。

这些机制能够影响转录因子的结合与解离、RNA链的合成速率以及RNA聚合酶的招募等,从而影响基因的转录水平。

总而言之,基因转录水平调控是通过调控基因的转录过程中产生的mRNA量来实现基因表达调控的过程。

通过转录因子、
染色质结构和RNA聚合酶等的调控作用,可以实现对基因转
录水平的精细调节。

第7章-思考题解析

第7章-思考题解析

71.简述代谢物对基因表达调控的两种方式。

答:根据调控机制的不同可分为负转录调控和正转录调控。

在负转录调控系统中,调节基因的产物是阻遏蛋白。

阻止基因的转录。

包括:(1)负控诱导:阻遏蛋白与效应物结合时,基因转录。

(2)负控阻遏:阻遏蛋白与效应物结合时,基因不转录。

在正转录调控系统中,调节基因的产物是激活蛋白。

包括:(1)正控诱导:有效应物时,激活蛋白处于活性状态,基因转录。

(2)正控阻遏:有效应物时,激活蛋白处于无活性状态,基因不转录。

2.什么是操纵子学说?。

答:Jacob和Monod通过大量实验及分析提出操纵子学说,其内容如下:Z、Y、A基因产物由同一条多顺反子mRNA编码,该mRNA的启动区(P)位于阻遏基因(1)与操纵区(O)之间,不能单独起始半乳糖苷酶和透过酶基因的表达。

操纵区是DNA上的一小段序列(仅为26bp),是阻遏物的结合位点。

当阻遏物与操纵区相结合时,lac mRNA的转录起始受到抑制;诱导物通过与阻遏物结合,改变其三维构象,使之不能与操纵区相结合,诱发lac mRNA的合成。

3.简述乳糖操纵子的调控模型?答:乳糖操纵子模型中依次排列着启动子、操纵基因和三个结构基因,它们分别编码β-半乳糖苷酶、半乳糖苷透性酶和β-硫半乳糖苷转乙酰基酶,三个基因受同一个操纵基因控制。

当没有乳糖存在时,lac操纵子处于阻遏状态。

阻遏蛋白阻碍RNA聚合酶与启动子P的结合,阻止启动基因上的RNA聚合酶进行转录,这是一种负调节作用。

当有乳糖存在时,乳糖与阻遏蛋白结合,使之发生变构而失去活性,因而不能与操纵基因结合,导致RNA聚合酶进行转录,产生上述三种酶,使大肠杆菌能利用乳糖。

培养基中有葡萄糖存在,葡萄糖的降解产物能降低细胞内cAMP含量,影响CAP与启动基因结合,也影响RNA聚合酶与启动基因结合,因此,β-半乳糖苷酶等三个酶不能产生。

这是一种正调控作用。

4.什么是葡萄糖效应?答:葡萄糖效应是指在有葡萄糖存在的情况下,即使在细菌培养基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖或麦芽糖等诱导物,与其相对应的操纵子也不会启动,产生出代谢这些糖的酶。

基因转录与转录后的调控机制

基因转录与转录后的调控机制

基因转录与转录后的调控机制随着科技的不断发展,基因和基因表达调控机制已成为生命科学领域的研究热点之一。

其中,基因转录及其后续调控机制是十分重要的研究方向之一。

本文将从基因转录和转录后调控两个方面进行探讨。

一、基因转录基因转录是指从DNA序列到RNA序列的过程。

在细胞核中,通过RNA聚合酶(RNA polymerase)在DNA模板上进行拷贝,以便生成mRNA。

这是一种“单向”反应,从DNA到RNA,而不是从RNA到DNA。

因此,基因转录是一个重要的生物学过程,它将DNA的信息转换为RNA信使分子的语言。

在基因转录过程中,RNA聚合酶需要依赖一些调节因子来进行启动、维持、终止和调节不同基因的转录。

这些调节因子与核心酶(RNA polymerase)一起形成转录复合物,通过不同的信号途径来调控特定基因(甚至是大量的基因)的表达。

二、转录后调控机制基因转录是基因表达的第一个步骤,它为细胞合成蛋白质提供了平台。

然而,除了基因转录以外,还有一系列的转录后调控机制来进一步调节基因表达,使细胞能够对内在和外在变化做出响应。

1. RNA修饰:在转录后,RNA分子可以被修饰,包括人类经典的RNA修饰,如N6-甲基腺嘌呤(m6A)、5-甲基胞苷(m5C)、伪尿苷(Ψ)等。

这些修饰可以影响RNA的稳定性、核酸性质和RNA与其他分子(如蛋白质、DNA等)的互动,从而对RNA的功能和基因表达调节产生重要影响。

2. RNA剪切:在RNA剪切过程中,前体mRNA分子中的外显子和内含子被剪切掉,产生成熟的mRNA分子。

这个过程可以通过调节剪切位置、频率和速率等来产生多种形式的mRNA。

这些不同的mRNA分子可以编码不同的蛋白质,从而对基因表达进行调节。

3. RNA降解:在RNA降解过程中,RNA分子可以通过不同的途径降解。

这个过程是非常重要的,因为RNA的稳定性会影响RNA分子的功能和表达级别。

RNA降解机制还可以提供额外的调节控制,因为RNA分子的寿命是可以被调节和控制的。

真核生物转录水平的调控机制

真核生物转录水平的调控机制

真核生物转录水平的调控机制一、转录因子转录因子是真核生物转录水平调控的重要环节。

它们可以识别和结合DNA上的特异序列,从而调控基因的表达。

根据结合位点的不同,转录因子可以分为上游启动子元件和增强子元件两类。

上游启动子元件主要包括TATA box和CAAT box等,而增强子元件则是一种具有增强基因转录功能的DNA序列。

二、染色质重塑染色质重塑是真核生物基因表达调控的重要机制之一。

染色质重塑可以改变染色质的结构,从而影响基因的表达。

染色质重塑过程中,染色质重塑复合物可以将核小体从DNA上移除或重新排列,从而改变染色质的可及性。

此外,染色质重塑还可以影响DNA的甲基化水平,进一步调控基因的表达。

三、miRNA和siRNAmiRNA和siRNA是真核生物中的非编码RNA,它们可以通过与mRNA的特异性结合来调控基因的表达。

miRNA和siRNA可以与mRNA 的3'UTR结合,导致mRNA的降解或翻译抑制,从而调控基因的表达。

此外,miRNA和siRNA还可以通过与转录因子或染色质重塑复合物等相互作用,影响基因的转录和表达。

四、转录起始和延伸转录起始和延伸是真核生物转录水平调控的重要环节。

转录起始和延伸过程中,RNA聚合酶可以识别启动子元件并开始转录,然后沿着DNA序列向下游移动并合成RNA。

在这个过程中,转录起始和延伸复合物可以与RNA聚合酶相互作用,从而影响转录的效率和方向。

此外,一些转录因子也可以与RNA聚合酶相互作用,进一步影响基因的表达。

五、转录后修饰真核生物中的RNA聚合酶可以使用各种转录后修饰来修饰其转录产物。

这些修饰可以包括mRNA的加尾、编辑、剪接和稳定性等。

这些过程可以影响mRNA的翻译效率和稳定性,从而影响基因的表达。

此外,一些蛋白质也可以通过磷酸化、乙酰化或甲基化等修饰来影响基因的表达。

六、细胞周期与细胞分化细胞周期和细胞分化是真核生物细胞生命活动中的重要过程,也是转录水平调控的重要方面。

转录调控的机制

转录调控的机制

转录调控的机制
转录调控是指控制基因转录的机制,通过调节基因的表达水平来影响细胞的生理和病理过程。

转录调控可以分为转录前调控和转录后调控两个阶段。

在转录前调控中,转录因子是关键的调控因素。

转录因子是一类结构特殊的蛋白质,它们能够结合到基因启动子区域的特定序列上,并调节基因的转录。

转录因子可以分为激活子和抑制子,分别促进或抑制基因的转录。

不同转录因子之间会发生相互作用,形成复杂的调控网络。

转录后调控则主要由RNA后转录修饰参与。

这些修饰有助于调控RNA的稳定性、翻译效率和局部结构。

其中最重要的后转录修饰包括剪接、RNA编辑、RNA甲基化等。

这些修饰在细胞发育、免疫应答、疾病发生等过程中发挥着重要的作用。

最近发现,非编码RNA也能够参与到转录调控中。

非编码RNA是指在基因组中存在,但不编码蛋白质的RNA分子。

它们能够与DNA、RNA和蛋白质发生相互作用,从而影响基因的表达。

非编码RNA在癌症、神经退行性疾病等多种疾病中发挥着重要的作用。

总的来说,转录调控是一个复杂的过程,涉及到多种分子的相互作用。

研究转录调控的机制不仅有助于我们理解生命现象的本质,也为疾病的治疗和预防提供了新的思路。

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《转录水平的调控》课件

《转录水平的调控》课件

转录因子在转录过程中的作用机制
激活机制
转录因子通过与DNA上的特异序 列结合,促进RNA聚合酶的招募 ,从而激活基因转录。
抑制机制
转录因子通过与DNA上的特异序 列结合,阻止RNA聚合酶的招募 ,从而抑制基因转录。
共激活剂和共抑制
因子
一些转录因子可以招募共激活剂 或共抑制因子,进一步增强或减 弱其调控作用。
转录因子在疾病中的调控作用
肿瘤发生和发展
一些转录因子在肿瘤发生和发展过程中发挥重要作用,如MYC、FOXM1等。这些转录因子的异常表达可以导致肿瘤 细胞的增殖、侵袭和转移。
免疫系统调控
一些转录因子在免疫系统的发育和功能中发挥重要作用,如NF-κB、IRF等。这些转录因子的异常表达可以导致免疫 系统紊乱,增加疾病易感性。
在转录过程中,RNA聚合酶识别DNA上的启动子 02 序列,并开始合成RNA链。
转录过程中,DNA双链结构中的一条链作为模板 03 ,合成RNA链。
转录的步骤
起始
RNA聚合酶结合到DNA上的启动子序列, 并开始合成RNA链。
延长
RNA聚合酶沿着DNA模板链不断向前移动,同时合 成RNA链。
终止
RNA聚合酶到达DNA上的终止子序列,停 止合成RNA链,并从DNA上释放出来。
表观遗传学主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码 RNA等机制。
表观遗传学调控在细胞分化、胚胎发育、肿瘤发生等多种生物学过程中发 挥重要作用。
DNA甲基化在转录水平调控中的作用
DNA甲基化是指在 DNA序列中,CpG位 点的胞嘧啶被甲基所
修饰的一种形式。
DNA甲基化可以影响 转录因子与DNA的结 合,从而调控基因的
02

分子生物学试题及答案2

分子生物学试题及答案2

分子生物学试卷(二)生分子生物学试卷(二)一、选择题,选择一个最佳答案(每小题1.5分,共30分)1.DNA双螺旋结构模型的描述中哪一条不正确:()A.腺嘌呤的克分子数等于胸腺嘧啶的克分子数B.同种生物体不同组织中的DNA碱基组成极为相似C.DNA双螺旋中碱基对位于外侧D.二股多核苷酸链通过A-T,C-T之间的氢键连接E.维持双螺旋稳定的主要因素是氢键和碱基堆集力。

2.有关DNA的变性哪条正确:()A.变性是分子中磷酸二酯键的断裂B.变性后紫外吸收增加C.变性后粘度增加D.热变性DNA速冷后可复性E.DNA分子开始变性的温度叫Tm3.DNA聚合酶III的描述中哪条不对:()A.需要四种三磷酸脱氧核苷酸作底物B.具有5′→3′外切酶活性C.具有3′→5′外切酶活性D.具有5′→3′聚合活性E.聚合反应需要引物4.有关反转录的正确叙述:()A.反转录反应不需要引物B.反转录后的产物是cDNAC.反转录的板可以是RNA,也可以是DNAD.合成链的方向是3′→5′E.反转录反应的底物是4种NTP。

5.有关蛋白质合成,下列哪条是错误的:()A.基本原料是20种氨基酸B.直接模板是mRNAC.合成的方向是从羧基端到氨基础D.是一个多因子参加的耗能过程E.是多聚核蛋白体循环6.在乳糖操纵子中,阻遏蛋白结合的是:()A.操纵基因B.调节基因C.启动基因D.结构基因E.终止基因7.氨基酸活化酶:()A.能识别一组同功tRNAB.催化磷酸二酯键的形成C.催化氨基酸结合到tRNAD.催化氨基酸的氨基与tRNA结合E.催化氨基酸的羧基与GTP反应8.稀有核苷酸含量最高的核酸是:()A.tRNAB.mRNAC.rRNAD.DNAE.hnRNA9.真核与原核细胞蛋白质合成的相同点是:()第 1 页共5 页A.翻译与转录偶联进行B.模板都是多顺反子C.转录后的产物都需要进行加工修饰D.甲酰蛋氨酸是第一个氨基酸E.都需要GTP10.与pCAGCT互补的DNA序列是:()A.pAGCTGB.pGTCGAC.pGUCGAD.pAGCUGE.pTCGAC11.色氨酸操纵子的调控需要:()A.增强子B.转录子C.衰减子D.顺反子E.调节子12.下列哪种氨基酸的密码子可作为起始密码:()A.甲硫氨酸B.S-腺苷蛋氨酸C.苯丙氨酸D.丙氨酸E.以上都不是,而是TAG13.真核细胞中mRNA的加工修饰不包括:()A.在mRNA3′末端另polyA尾B.mRNA的前体是核内hnRNAC.在mRNA5′端形成7甲基尿苷酸帽子结构D.除去非结构信息部分E.不同RNA片断之间的拼接14.真核生物基因组中没有:()A.内含子B.外显子C.转录因子D.插入序列E.高度重复序列15.DNA的半保留复制需要()A.核心酶和单链DNA结合蛋白B.模板DNA和四种NTPC.引物和RNA聚合酶D.DNA引物和连接酶E.冈崎片段和终止因子16.PCR实验的特异性主要取决于()A.DNA聚合酶的种类B.反应体系中模板DNA的量C.引物序列的结构和长度D.四种dNTP的浓度E.循环周期的次数17.RNA电泳转移后与探针杂交叫作:()A.SouthernblotB.NorthernblotC.WesternblotD.斑点杂交E.原位杂交18.对限制性核酸内切酶的作用,下列哪个不正确:()A.识别序列长度一般为4-6bpB.识别序列具有回文结构C.切割原核生物D分子D.只能识别和切割双链DNA分子E.只能识别和切割原核生物DNA分子19.在基因工程实验中,DNA重组体是指:()A.不同来源的的两段DNA单链的复性B.目的基因与载体的连接物C.不同来原的DNA分子的连接物D.原核DNA与真核DNA的连接物E.两个不同的结构基因形成的连接物20.对基因工程载体的描述,下列哪个不正确:()A.都可以转入宿主细胞B.都有限制性核酸内切酶的识别位点C.都可以连接进目的基因D.都是环状双链DNA分子E.都有筛选标志二、简答题(每题5分,共40分)1.衰减子2.DNA拓扑异构酶3.基因表达4.前导肽5.启动子6. DNA分子克隆技术7.G蛋白8.受体型酪氨酸激酶三、论述题(每题10分,共30分)1.操纵子中的诱导剂和辅阻遏对基因表达的调控有何不同?2.细胞内第二信使包括哪些物质?它们是怎样产生的,有何作用?3.PCR和细胞内DNA复制两者有哪些主要的相同点和不同点?参考答案一、选择题,选择一个最佳答案(每小题1.5分,共30分)1.D;2.B;3.A;4.A;5.A;6.C;7.C ;8.C ;9.B;10.E二、填空题(每题1分)1.质粒DNA具有三种不同的构型分别是:(SC构型)、(oc构型)、(L构型)。

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Splicing of pre-mRNA occurs in a “spliceosome” an RNA-protein complex
spliceosome
(~100 proteins + 5 small RNAs)
pre-mRNA
spliced mRNA
The spliceosome is a large protein-RNA complex in which splicing of pre-mRNAs occurs.
Secondary Structure
G G HAIRPIN LOOP
A
U
U
G
BULGE C
C
G
G
A INTERNAL LOOP
U
A
STEM A
U
G
C
A
5’
G C U U DANGLING ENDS
3’
RNA “tertiary interactions”
In addition to secondary structural interactions in RNA, there are also tertiary interactions.
第一部分 RNA structure/folding
Ribozyme
Ribosome
Nobel prize 1989
Nobel prize 2009
The function of the RNA molecule depends on its folded structure
RNA functions
PARS: Parallel analysis of RNA structure
DMS: dimethyl sulphate
第二部分 mRNA transport
The Nuclear Pore Complex
NPC: all traffic between nucleus & cytoplasm in higher eukaryotes occurs via NPC
Gene Expression:
Multiple, Spatially and Temporally Distinct Steps
Carried out by Distinct Cellular Machinery
Cytoplasm
Degradation
Mature mRNA
Mature mRNA
Protein
• Restrictions:
– No knots – No close base pairs – Base pairs: A-U, C-G and G-U
Protein structures
RNA structures
Total 72000
Total <2000
Due to the limited amount of data Predicting RNA tertiary structure is almost impossible
• Splice sites are the sequences immediately surrounding the exon-intron boundaries • Splicing junctions are recognized only in the correct pairwise combinations
• Why export as a protein/DNA complex? RNAs are too big and lack the signals to interact w/ nuclear export receptors
• Specific “adaptor” proteins must first bind to the RNA and chaperone this molecule to the export receptor, which, in turn, guides the RNA across the NPC
• 转录水平 • 转录后水平 • 翻译水平调控 • 蛋白质加工水平
翻译
染色质的空间变化 转录 RNA的加工成熟
mRNA的降解 多肽链的加工修饰 蛋白质的降解
基因转录后水平调控主要方式
第一部分 mRNA structure/folding 第二部分 mRNA transport 第三部分 mRNA stability/degradation/decay 第四部分 mRNA editing 第五部分 mRNA methylation 第六部分 mRNA selective degradation 第七部分 miRNA/ncRNA (epigenetic section)
Recently discovered important new roles for RNAs
In normal cells:
• in "defense" - esp. in plants
• in normal devel, siRNAs, miRNA
• for gene therapy or to modify gene expression
基因转录后水平调控
Post-transcriptional Processing of RNA
Nucleus
DNA
Pol II transcription
Primary RNA transcript Nuclear processing Capping Splicing Polyadenylation
Structural
• e.g., rRNA, which is a major structural component of ribosomes
BUT - its role is not just structural, also:
Catalytic
RNA in the ribosome has peptidyltransferase activity
Nuclear localization sequence is required for protein nuclear import
NLS: consists of either one or two stretches of basic amino acids
Functional NLS is required for nuclear localization (mutation in NLS results in cytosolic localization)
Export
Translation
- Regulation Can Be at Several Different Levels - Dynamic Protein Association
Gene Expression: Complex Network of Coupled Interactions
Cytoplasmic filament
Cytoplasm
Cytoplasmic ring
Nucleus
Inner ring Basket Distal ring
More on the nuclear pore complex
NPC size: diameter = 120nm, 8-fold rotational symmetry, MW = 125 million daltons, composed of 50-100 different proteins called nucleoporins (Nups)
Pseudoknot
Kissing hairpins
Pseudoknot
Single-Stranded
Stem
Interior Loop
Hairpin-bulge
Bulge Loop
Hairpin loop
Junction (Multiloop)
RNA structure prediction
Two primary methods for RNA secondary structure prediction: -Co-variation analysis (comparative sequence analysis)
• RNAi • RNA aptamers
Hierarchical organization of RNA molecules
Primary structure
5’ to 3’ list of covalently linked nucleotides, named by the attached base Commonly represented by a string S over the alphabet Σ={A,C,G,U}
Maniatis, T., and Reed, R. (2002). Nature 416, 499-506.
All eukaryotic mRNAs are processed
mRNA transport
1. 5’加上m7GpppN 5 (capping戴“帽”)
Specific process for Pol II transcripts
Free Energy(E) = E(CG)+E(CG)+…..
Computing RNA secondary structure: Minimum free-energy method
• Working hypothesis:
The native secondary structure of a RNA molecule is the one with the minimum free energy
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