第06章基因表达调控
《食品生物化学》课程教学大纲
《食品生物化学》课程教学大纲课程名称：生物化学课程类别：专业主干课适用专业：食品质量与安全考核方式：考试总学时、学分： 48 学时 3 学分其中实验学时： 0 学时一、课程教学目的食品生物化学是食品质量与安全专业的专业必修课，是一门研究食品及其在人体中变化的科学。
它主要研究食品的化学组成及结构，食品在人体中的代谢及营养功能，各类生物大分子在人体中代谢的特点及代谢过程等。
通过本门课程的学习，使学生全面系统地理解生物有机体基本生命活动的本质与规律，即对营养物质的合成与分解、能量的释放利用与储存有一个综合性理解，从而认识食物是人类维持生命活动与健康所必需的，从而为今后的学习和工作打下良好的基础。
二、课程教学要求本课程以静态生化、动态生化为基本结构，内容有生命的基本组成物质——糖、脂类、蛋白质、核酸、酶；生物氧化；物质代谢；代谢调控。
通过本课程的学习，要求学生掌握食品生物化学的基本知识和基本理论，了解生物化学学科发展的方向和前景，并能在后续课程的学习中运用所学知识分析和解决实际问题。
三、先修课程无机化学；分析化学；有机化学等。
四、课程教学重、难点教学重点：糖、脂、蛋白质、核酸等生物大分子的结构、功能和理化性质；酶催化作用特点、酶促反应动力学；生物氧化；糖、脂、蛋白质的分解代谢；核酸及蛋白质的生物合成；代谢调控。
教学难点：蛋白质、核酸的分子结构；生物大分子之间的代谢联系；代谢的调节控制。
五、课程教学方法与教学手段本课程以讲授法为主，利用课堂讨论、课后作业、查阅资料、图表、视频、PPT等辅助教学手段。
部分内容要求学生自学。
学生自学部位不占总学时，但仍然是大纲要求掌握内容。
学生自学部分，采用由教师提示，学生课后自学并提出问题，老师课后解答的方式。
对重点章节，可在讲授基础上，引导学生查阅资料，并进行课后学习兴趣小组讨论，结合课后思考题的解答和讨论，以培养学生综合分析问题的能力。
六、课程教学内容第一章绪论（2学时）1．教学内容（1）食品生物化学研究对象及内容；（2）食品生物化学与食品科学相关学科的关系；（3）生物化学发展简史；（4）食品生物化学的主要学习内容及学习方法。
高中生物第6章“细胞的生命历程”多选题精选
必修一《分子与细胞》第六章“细胞的生命历程”多选题精选一、细胞增殖1．真核细胞的直径一般在10~100微米之间。
生物体细胞体积趋向于小的原因是（CD）A．受细胞所能容纳的物质制约B．相对面积小，有利于物质的快速转运和交换C．受细胞核所能控制的X围制约D．相对面积大，有利于物质的快速转运和交换2．下列关于细胞周期的叙述中，正确的是（ABC）A．不是生物体的所有细胞都处于细胞周期中B．无论什么生物，在细胞周期中，都是分裂间期比分裂期时间长C．利用药物抑制DNA合成，细胞将停留在分裂间期D．细胞周期可分为前、中、后、末四个时期3．下面有关植物细胞有丝分裂中细胞器的作用，正确的是（ABD）A．在间期的核糖体上合成DNA聚合酶和RNA聚合酶B．在间期，线粒体为蛋白质的合成提供能量C．在前期，两组中心粒之间星射线形成纺缍体D．在末期，高尔基体为细胞壁形成合成多糖4．在有丝分裂过程中，属于着丝点分裂结果的是（BC）A．中心体数目加倍B．染色体组数加倍C．着丝点数目加倍D．DNA含量加倍5．在细胞有丝分裂过程中，能保证两个子细胞中染色体的形态和数目与亲代细胞完全相同的机制是（ABCD）A．染色体复制B．着丝点分裂C．纺锤丝牵引D．纺锤体的形成6．在高倍显微镜下观察处于有丝分裂中期的植物细胞，都能看到的结构是（ABD）A．细胞壁B．染色体C．赤道板D．纺缍体7．下图是细胞有丝分裂几个时期的示意图，据图分析，以下正确的叙述是(BCD)甲己丙丁A ．甲、乙、丁时期细胞所含的染色单体数相同B ．甲、乙、丁时期细胞内所含有的DNA 个数相同C ．丁时期细胞所含的同源染色体对数是甲、乙、丙的两倍D ．甲、丁时划的母细胞均含有四个染色体8．右图表示某生物细胞有丝分裂过程中细胞核内DNA 含量变化的曲线。
下列叙述不正确是（ABC ）A ．O ～A 段表示染色体复制，含量加倍B ．细菌与B ～C 段细胞相比主要区别是没有核膜和核仁C ．C ～D 段细胞核中染色体∶染色单体∶DNA 为1∶2∶2D ．B ～D 段的团藻细胞中含有两组中心粒9．（08南师附中期中）如图所示细胞分裂的不同时期与每条染色体DNA 含量变化的关系，下列有关说法正确的是（ABD ）A ．AB 段可以表示在有丝分裂或者减数分裂过程中DNA 分子的复制B ．BC 段可以表示有丝分裂过程中的前期、中期C ．CD 段可以表示同源染色体分离，非同源染色体自由组合D ．此曲线可表示有丝分裂过程中核DNA 数量变化10．（08某某二调）右图表示洋葱根尖细胞有丝分裂各阶段细胞核中DNA 和细胞质中mRNA 含量变化。
06.第六章-遗传重组的分子机理
• Mu的DNA是线型的，两端没有粘性末端，而是类 似于IS的序列，并有与转座有关的基因A和基因B ， 其整合方式与λ噬菌体不同，不是位点专一性的整 合和切除，而是类似于转座因子，其末端常常带 有一小段宿主DNA，因而可以引起转导。
model): DNA双链的断裂与重接
3)Holliday模型：异源双链
(heteroduplex)的断裂与重接
4)Meselon-Radding 模型：
1.Holliday 模型
a) 同源染色体联会
b) 内切酶切割非姊妹染 色单体DNA
c) 交换重接形成交联桥 结构(cross-bridge
structure)
A: phe- try- tyr- × B: met- his-
苯丙AA 色AA 酪AA
甲硫AA 组AA
↓
原养型菌落
phe+ try+ tyr+ met+ his+
问题：是接合引起的？是转化引起的？
U型管实验
• 但在这里，结果却获 得了原养型菌株，说 明有一种可通过滤膜 的过滤性因子(FA)， 细菌不必直接接触即 可进行基因转移
遗传学讲义 第六章 遗传重组的分子基础
中国海洋大学 生命学院 汪小龙 xiaolong@
1、遗传重组的类型
(1) 同源重组(homologous recombination)
又叫普遍性重组(generalized recombination) ，大范围同源序 列对等交换。真核生物减数分裂中同源染色体联会，非姊妹 染色单体之间的交换就是同源重组。需要重组蛋白因子参与， 如E.coli. 的RecA.参与重组，又叫依赖于RecA的重组（RecAdependent recombination)；
细胞的秘密语言
本书的第八章是“细胞免疫学与炎症”，主要介绍了免疫系统的基本组成、 免疫应答的基本过程和炎症的基本概念与类型。这一章对于读者理解免疫系统和 炎症的过程及其调节机制非常重要，例如适应性免疫应答和炎症的病理变化等。
通过对《细胞的秘密语言》这本书的目录分析，我们可以了解到这本书的主 题和主要内容，包括细胞生物学和分子生物学的基本概念、基因表达调控的机制、 细胞周期和分裂的过程及其调节机制、细胞分化和器官发育的过程及其调节机制、 细胞衰老和凋亡的过程及其调节机制、细胞内信号传导和激酶信号转导的分子机 制、免疫系统和炎症的过程及其调节机制等。这些内容对于读者深入了解细胞生 物学和分子生物学的知识体系非常有帮助。
这本书还让我对医学有了新的认识。原来许多疾病的发生和发展都与细胞和 分子水平的异常变化有关。通过了解这些变化，我们可以更好地理解和治疗疾病， 从而提高人类健康水平和生活质量。
《细胞的秘密语言》是一本非常有价值的书籍，它让我对生物学和医学有了 更深刻的认识和理解。这本书不仅扩大了我的知识视野，还让我更加生命的本质 和奥秘。我相信这本书将对许多人产生深远的影响，并激发他们对生命科学的兴 趣和热情。
这些摘录可以帮助我们更好地理解细胞的生物学机制和相互作用。
阅读感受
《细胞的秘密语言》是一本关于生物学和医学的经典著作。这本书详细地介 绍了细胞的基本结构和功能，以及细胞之间的相互作用和信息传递方式。作者以 生动的语言和有趣的例子，将复杂的概念解释得深入浅出，使人们更加容易理解 和掌握生物学的核心概念。
精彩摘录
“细胞是生命的基本单位，但它们并不孤单。细胞生活在复杂的环境中，与 其他细胞、分子和原子相互作用。”
“细胞之间的交流不仅仅是通过化学信号和电信号，还有许多复杂的分子和 原子信号。”
遗传学15第十四章基因表达的调控
赖
S
DNA
GTA CAT
mRNA密码子
GUA
氨基酸
缬
基因的微细结构
互补作用与互补测验(顺反测验)
假定有两个独立起源的隐性突变如a1与a2，它们具有类似的表型，如何判断它们是属于同一个基因的突变，还是分别属于两个基因的突变？即如何测知它们是等位基因？
需要建立一个双突变杂合二倍体，测定这两个突变间有无互补作用
PART 01
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基因的微细结构与性质
位置效应 遗传的最小结构单位 遗传的最小功能单位
(一)、位置效应
位置效应及意义： 基因在染色体上位置不同，对性状表现的作用(程度)也可能不同 染色体并非基因的简单容纳器，基因在染色体上的位置也对其功能具有重要影响 “念珠理论”的第一点(基因与染色体的关系)得到了发展 “念珠理论”的另一个内容是基因的结构不可分性(最小遗传结构单位)。不可分性最早遇到的挫折也是来自对果蝇的研究
根据基因的原初功能可以将基因分为：
(二)、基因的功能类型
根据基因的原初功能可以将基因分为： 1. 编码蛋白质的基因，即有翻译产物的基因 如结构蛋白、酶等结构基因和产生调节蛋白的调节基因 2. 没有翻译产物，不产生蛋白质的基因 转录产物RNA不翻译，如编码tRNA、rRNA 3. 不转录的DNA区段 如启动基因、操纵基因。启动基因是转录时RNA多聚酶与DNA结合的部位。操纵基因是阻遏蛋白、激活蛋白与DNA结合的部位
基因是遗传学中最基本的概念,然而基因的概念不是一成不变的,请概括地叙述对基因认识的演变过程,以及目前对基因本质的看法.
1866年,孟德尔在他的豌豆杂交试验中首次提出了遗传性状是由遗传因子控制.
原核、真核生物基因及表达调控
原核、真核生物基因及表达调控引言现代生物学中“基因”一词甚为流行，细胞学、遗传学、生物化学等，以及各种生物学课本中，都涉及到“基因”一词。
甚至象典型的宏观生物学科——生态学，也把一片森林称为一个“基因库”[1]。
现代生物学已经完全证明，DNA 分子是由称为核普酸的有机分子线性聚合而成。
基因就是核普酸按一定顺序排列而成的DNA分子片段，它携带着遗传信息。
基因表达(gene expression)是指细胞在生命过程中，把储存在DNA顺序中遗传信息经过转录和翻译，转变成具有生物活性的蛋白质分子。
其实质就是遗传信息的转录和翻译。
在个体生长发育过程中，生物遗传信息的表达按一定的时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）[2]。
原核生物和真核生物的基因及表达过程有着差异。
随着世界分子生物学研究不断深入，基因表达技术有了很大的提高。
迄今为止，人们已经研究开发出多种原核和真核表达系统用以生产重组蛋白[3]。
一．原核、真核生物基因结构原核生物基因分为编码区与非编码区，所谓的编码区就是能转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，非编码区位于编码区的上游及下游。
[4]在调控遗传信息表达的核苷酸序列中最重要的是位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点。
RNA聚合酶是催化DNA转录为RNA，能识别调控序列中的结合位点，并与其结合。
真核生物基因结构见图1：图1 真核生物基因结构二．原核、真核生物基因结构的区别最主要的在于真核基因是不连续的,而原核基因是连续的。
所谓真核基因的不连续，即一个基因的编码序列也叫外显子，被一个或多个非编码序列，又叫内含子所间隔。
[5]这些内含子和外显子同属一个转录单位，转录形成前体。
经过转录的加工，即切去内含子，重新连按外显子，从而得到成熟。
而绝大多数的原核基因是连续的，没有内含子的间隔，转录产生成熟。
不仅如此，而且凡在代谢途径上功能有关的多个基因可能紧密相联，与它们的调控基因一起组成一个操纵子，转录到一条链。
分子遗传学的内容
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mRNA基因转录激活及其调节
• mRNA基因是蛋白质基因，在基因组中占据 绝大多数，由RNA聚合酶II转录，真核RNA 聚合酶II与十几种基本转录因子结合成转录 起始复合物，对蛋白质基因进行转录。基本 转录因子中只有TFII D可以和TATA盒结合. TFII D由TBP（TATA结合蛋白）和十几种 TBP相关因子（TAF）构成。真核基因调节 的三大要素是顺式作用元件 反式作用因子 和RNA聚合酶，它们通过DNA和蛋白质及 蛋白质和蛋白质的相互作用调节的转录。
• （1） DNase I超敏位点: 由于转录激活区组 蛋白部分脱落，产生DNase I超敏位点 。
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• （2）DNA 拓扑构像发生变化，DNA转录 时，RNA 聚合酶的前面是正超螺旋，后面 是负螺旋。
• （3） DNA碱基修饰变化 转录激活的基因 处于低甲基化状态。
• （4）组蛋白的数量、结构和化学修饰发生 变化
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• 二、真核基因表达调节特点:
• （A） RNA聚合酶 原核生物只有一种RNA 聚合酶，真核生物有三种，分别转录不同的 RNA，RNA聚合酶II负责转录蛋白质的基 因 ，因此该酶最为重要 。
• （B） 活性染色质结构的变化 基因转录可 在染色质水平上调节，基因转录激活的染色 质在结构和性质上发生如下变化；
• 男性性别基因丢失九成 千万年后男人将消失! 澳大利亚国立大学的遗传学家詹妮?格雷夫斯教授 在近日的第15届国际染色体代表会议上发表讲话
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• 称，1000万年后目前现存的这种男人类型将 在地球上消失。3亿年前，当男性特有的Y 染色体产生之际曾含有1438个基因，但到目 前为止其中的1393个基因已经消失了，剩下 的45个基因也将在1000万年后消失。这就意 味着负责睾丸发育和男性荷尔蒙分泌的SRY
分子生物学基础
精准医学
个性化治疗 精准诊断
科学项目
人类蛋白质组计划 基因功能研究
结束语
分子生物学的发展是人类智慧和努力的结晶。继 续深入研究生物分子的结构和功能，有助于解开 生命的奥秘。让我们共同努力，探索更多关于生 命的奇迹。
感谢观看
THANKS
rRNA的合成
核糖体组成部分
调控机制
rRNA是核糖体的组成部分， 参与蛋白质合成过程
rRNA的合成受核糖体 RNA聚合酶调控
效率影响
rRNA在细胞内的丰度决定 了蛋白质合成的效率
总结
RNA在细胞内扮演着重要角色，不同类型的 RNA具有特定的生物学功能。mRNA经过剪接 生成多种亚型，tRNA参与蛋白质合成，rRNA 是核糖体的组成部分，对蛋白质合成效率起关键 作用。
基因表达调控的应用
癌症治疗
利用基因调控技术研究肿 瘤发生机制 开发靶向治疗方法
遗传疾病治疗
通过基因编辑技术矫正遗 传缺陷 探索基因疾病的治疗新途 径
RNA干扰技术
通过RNA介导干扰沉默基 因表达 应用广泛且有效
CRISPR-Cas9系统
高效的基因编辑技术 革命性地改变了基因调控 领域的研究
未来基因调控技 术的展望
分子生物学基础的重要性
核心位置
生命科学的核心
科学基础
为健康、农业、 环境等领域的发
展提供支持
细胞活动
与分子水平的调 控和表达有关
未来发展趋势
01 高通量测序
推动分子生物学的发展
02 精准医学
引领医疗技术的发展
03 科学项目
人类蛋白质组计划等大型项目加速基因解读
未来发展趋势
高通量测序
大规模测序技术 加速基因研究
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蛋白质因子
特异DNA序列
第06章基因表达调控
（一）影响转录的因素 DNA序列 调控蛋白
1、启动子（promoter)： 指转录起始点上游的一段核苷酸序列，是RNA
聚合酶识别和结合的部位。 1）启动子决定转录方向及模板链
启动子
起始点
DNA
-35
-10
上游
+1
转录 5’ 第06章基因表达调控
基因转录区 5’ 3’
四、基因表达调控的生物学意义
（一）适应环境，维持生长和增殖 （二）维持个体发育与分化
第06章基因表达调控
五、基因表达调控的基本原理
基因表达的 过程：
基因活化
转录起始*
转录后加工与转运
翻译
翻译后加工 基因表达调控是多级水平上进行的，其中转录 起始最重要。
第06章基因表达调控
第一节 原核生物基因表达的调控
第06章基因表达调控
管家基因表达受环境因素影响较小，而 是在个体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，故此类基因表达成 为基本的（组成性）基因表达*。
这类基因表达只受启动子/启动序列与 RNApol相互作用的影响。
第06章基因表达调控
（二）诱导和阻遏表达 有些基因表达极易受环境变化影响。随外界环境
信号变化这类基因表达可出现升高或降低的现象。 1、诱导表达(induction expression)
在特定环境信号刺激下，有些基因的表达表现 为开放或增强,则这种表达方式称为诱导。
例：DNA损伤 诱导 修复酶基因
修复酶表达
第06章基因表达调控
2、阻遏表达（repression expression) 在特定环境信号刺激下，有些基因的表达表现为
二、基因表达的规律 （一）时间特异性（temporal specificity)
——阶段性表达 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为阶段 特异性。
关闭或下降,则这种表达方式称为阻遏。
例：培养基中 Trp供应充分 （-）
细菌内与Trp合成有关的酶基因
这类基因受： 1）受启动子/启动序列与RNApol相互作用的影响。 2）其它调节机制
第06章基因表达调控
（三）协调表达(coordinate expression)
在一定机制控制下，功能上相关的一组基因， 协调一致,共同表达，即协调表达
第0δ6因章基子因表辨达调认控 的DNA 部位.
图：一些E.coli启动子的序列
第06章基因表达调控
E.coli启动子的研究:
分离基因
纯化pol-I
混合 结构基因 +1 核酸外切酶
发现: 有40~60bp的片段是完整的,受酶保护。
第06章基因表达调控
2）启动子决定转录频率 E.coli启动子中一致性序列: -10区:T80A95T45A60A50T96 -35区: T82G78A65C54A95
基因。 如： δ32
编码基因：E.coli rpoH(或Htp、Rhin)
分子量：32kD 作用：控制热休克蛋白基因的表达
第06章基因表达调控
第六章 基因表达的调控
概述 一、基因表达（gene expression)：
是指生物基因组中结构所携带的遗传信息经过 转录和翻译等一系列过程，合成特定蛋白质，进而 发挥其特定生物学功能和生物学效应的全过程。包 括tRNA和 rRNA的合成。 基因表达调控：
是指控制基因表达所涉及的机制。
第06章基因表达调控
游的调控序列构成的转录单位。
操纵子
信息区( 结构基因)：能转录出mRNA并指 导合成蛋白质的DNA序列 。
启动子 调控区： 操纵基因
终止位点
正调控序列 负调控序列
第06章基因表达调控
原核生物
—— 操纵子(operon) 机制
启动序列 (promoter)
编码序列
其他调节序列
操纵序列 (operator)
基因表达的这种空间分布差异，是既有细胞在 器官的分布决定，因此，基因表达的空间特异性又 称为组织特异性。
例：Hb在成熟红细胞中高水平表达。
第06章基因表达调控
三、基因表达的方式
（一）组成性基因表达（ constitutive gene expression） 对生物体来说，有些基因产物在生命全过 程都是必需的，且在一个生物个体的几乎所有 细胞中持续表达，这类基因通常被称为管家基 因*（housekeeping gene)*. 例：编码三羧酸循环酶类的基因
原核基因录特点: 1、转录和翻译过程相偶联。 2、σ 因子决定RNA 聚合酶的识别特异性。 3、大多数基因按功能相关性成簇地串联成操纵子存在。
如：乳糖操纵子、色氨酸操纵子、阿拉伯糖操纵子。 4、普遍存在着阻遏蛋白介导的负性调节。 5、转录起始为最关键的调节机制。
第06章基因表达调控
一、转录水平的调控 原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子实现的。 操纵子(opreron) ——原核生物中若干结构基因及其上
下游
RNA
启动子的结构： 约40~60bp,分为:
启动子 3’
起始部位: 以+1表示,转录的第一个核苷酸常 为 G 、A
结合部位 : -10区 共有序列 5’- TATAAT-3’ DNA分子上与RNA聚合酶的部位。 —— Pribnow box
识别部位 : -35区 共有序列5’-TTGACA-
第06章基因表达调控
例：海胆卵母细胞：18500种mRNA 组织细胞：6000种mRNA
甲胎蛋白 胎儿：有表达 出生后：无表达
第06章基因表达调控
（二）空间特异性（spatial specificity) 在多细胞生物个体生长、发育全过程，某种基因
产物在个体的按不同组织或器官表达，即在个体的 不同空间出现，这就是基因表达的空间特异性。
强启动子: 与一致性序列接近 弱启动子: 与一致性序列相差较大
识别E.coli启动子中一致性序列的σ 因子主要 为σ 70单位.
第06章基因表达调控
2、 σ 因子 RNA聚合酶以全酶的形式结合在模板的启动子
上，其中 δ因子辨认起始点-35区: TTGACA. 不同的δ因子可竞争结合RNA聚合酶。 环境变化可诱导产生特定的δ因子，打开特定的