生物化学复习-基因表达调控
生物化学中的基因表达调控
生物化学中的基因表达调控生物体内的基因表达调控是一项关键的生物化学过程，它决定了基因的表达水平和基因产物的功能。
这个调控系统以多种复杂的方式调节基因的表达，以适应细胞内和细胞外环境的变化。
本文将介绍基因表达调控的机制和其在生物化学中的重要性。
一、基因表达调控的概述基因表达调控是指细胞如何决定在何时、何地和何种程度上表达特定基因的过程。
这种调控是细胞内复杂网络的结果，涉及到DNA序列、蛋白质因子和其他细胞组分的相互作用。
二、转录调控在基因表达的第一步中，DNA序列被转录成RNA，这一过程称为转录。
转录调控是一种主要的基因表达调控机制，通过控制转录的起始和终止来调节基因的表达水平。
这种调控包括DNA序列中的启动子区域和转录因子的相互作用。
三、转录后调控转录后调控是指在转录结束后，通过调节RNA的处理、稳定性和翻译效率来调控基因表达。
这种调控包括RNA修饰、剪接和降解等过程。
转录后调控对于基因调控的精确性和适应性具有重要作用。
四、表观遗传调控表观遗传调控是指通过改变染色质结构和DNA甲基化状态来调控基因表达。
这种调控是长期稳定的，可以由环境因素和遗传变异所影响。
表观遗传调控在细胞分化、发育和疾病发生中起着重要的作用。
五、信号传导调控细胞内外的信号分子可以通过信号传导通路直接或间接地调节基因的表达。
这种调控机制可以迅速地响应环境变化，调节基因表达以满足细胞的需要。
信号传导调控在细胞生命活动中起着非常关键的作用。
六、miRNA调控miRNA是一类小分子RNA，通过与靶基因的mRNA结合来抑制其翻译或降解，从而调节基因表达。
miRNA调控是一种重要的基因表达调控机制，参与细胞增殖、分化和生理病理过程。
七、基因表达调控的重要性基因表达调控在生物化学中具有重要的意义。
它使细胞能够对环境变化做出适应性反应，并在细胞生命周期的不同阶段保持基因表达的稳定性和精确性。
基因表达调控的异常可能导致疾病的发生和发展。
总结：基因表达调控在生物化学中是一个复杂而重要的过程。
生物化学——基因表达调控
CCAAPP CAP CAP CAP
cAMP
有葡萄糖，cAMP浓度低时
.
9
(3)阻遏蛋白与CAP的协调调节
低半乳糖时 (有阻遏蛋白)
高半乳糖时 (无阻遏蛋白)
葡萄糖浓度低 cAMP 浓度高
(有CAP)
葡萄糖浓度高 cAMP 浓度低
(无CAP)
RNA-pol
O
O
mRN
A
O
O
.
10
三、真核基因基因表达的调节
阻遏基因
DNA mRNA
I C Ppo O l
Z YA
阻遏蛋白
没有乳糖存在时
.
7
有乳糖存在时
DNA mRNA
I C pPol O Z Y A
启动转录
mRNA
阻遏蛋白
β-半乳糖苷酶
半乳糖
乳糖
.
8
(2)CAP的正性调节 + + + + 转录
DNA I C P O Z Y A
CAP CAP CAP CAP 无葡萄糖，cAMP浓度高时
24
2. 乳糖操纵子的结构及其调节机制
控制区
信息区
DNA I C P O Z Y A
调控 序列
启动 序列
操纵 序列
CAP结合位点
编码基因 Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶
A：乙酰基转移酶 代谢产物基因激活蛋白(cataboli.te gene activator protie6n,CA
(1)阻遏蛋白的负性调节
第十四章 基因表达调控
(Regulation of Gene Expression)
1961年，法国科学家F. Jacob和J. Monod通过研究大肠杆菌乳糖代谢的调节机制， 提出了著名的操纵子学说，从而开创了基因表 达调控研究的新纪元。
生物化学 5-基因表达调控
个基因或一些功能相近的基因表达（生物体内基因表达）的开启、
关闭和表达强度的直接调节。
它是生物在长期进化过程中逐渐形成的精确而灵敏的生存 能力和应变能力，是生物赖以生存的根本之一。
二、基因表达的方式
（一）组成性表达(constitutive gene expression)
指不大受环境变动而变化的一类基因表达。其中某些基因表 达产物是细胞或生物体整个生命过程中都持续需要而必不可少的， 这类基因可称为管家基因(housekeeping gene)，这些基因中不少
性。
• 当有葡萄糖存在时， cAMP浓度较低， cAMP与CAP 结合受阻，lac操纵子表达下降。
（4）协调调节
Lac阻遏蛋白负性调节与cAMP正性调节两种机制协调合作 • 无乳糖，无诱导物时，转录作用被I表达的阻遏蛋白所阻断。 • 有诱导物时，诱导物与阻遏蛋白结合，使其变构，从操纵基
因上解离出来。
调节基因
β －半乳糖苷酶
2、阻遏蛋白 的负性调节
没有乳糖存在时，lac操纵子处于阻
遏状态。I序列表达的lac阻遏蛋白与
O序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序 列结合，抑制转录启动。
有乳糖存在时，lac 操纵子可被诱导。
别乳糖作为诱导剂分子结合阻遏 蛋白，使蛋白构象变化，导致阻 遏蛋白与O序列解离，发生转录
基因产物特异识别、结 合其它基因的调节序列， 调节其它基因的开启或
关闭称为反式调节
基因产物特异识别、 结合自身基因的调 节序列，调节自身 基因的开启或关闭 称为顺式调节
DNA
a
A A
反式调节
b
mRNA
蛋白质A
C
c
DNA
mRNA
顺式调节
生物化学第十三章 基因表达调控
第十三章基因表达调控一、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。
医学生物化学(第十五章)
(2) 锌指 （zinc finger） 约30氨基酸残基，4个氨基酸残基（两个cys,两个 his, 或4个cys)以配位键与Zn2+相互作用
（3）亮氨酸拉链 （leucine zippers） 一段肽链中每隔7个氨基酸即有一个亮氨酸，该肽段所 形成的螺旋可出现疏水及亲水二个面，疏水面即亮氨 酸拉链。
3.反应元件
概念： 特点：协同作用。
4. 沉默子（Silencer）
概念： 特点：负性调节元件。
2 反式作用因子
两个必需结构域： 与顺式元件结合的结构域 与反式元件或RNA聚合酶结合的激活结构域
3 反式作用因子的结构模式
（1） α螺旋—β转角—α螺旋 （helix- turn- helix）
其中一个为识别螺旋，含有较多能与DNA相互 作用的AA残基
一、具有转录活性的染色质结构的变化
—便于RNA聚合酶及转录因子附着
1.DNase I 超敏感位点 （ DNase I hypersensitive site） 一般100-200 bp，转录基因5‘端 1000bp 内，一般不存 在核小体结构 2.DNA拓扑结构变化； 3.组蛋白变化：H1蛋白减少；其他组蛋白发生乙酰化、 甲基化等修饰 4.DNA甲基化修饰发生变化：去甲基化 m5CpG→CpG
二、参与基因调控的顺式作用元件和反式 作用因子
1 顺式作用元件
和被转录的结构基因在距离上比较接近的DNA序列 1. 启动子和启动子上游近侧序列 TATA box CAAT box GC box CpG岛 （MeCP1、 MeCP2）
2. 增强子（enhancer）
概念： 特点：不受与启动子距离、序列及方向的制约； 有组织特异性 。
第一节 原核生物基因表达的调控
临床医学考研 生物化学 基因表达必看------基因表达调控
原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制 实现 启动子 编码序列 (promoter)
其他调节基因 操纵元件 (operator)
蛋白质因子
特异DNA序列
目录
操纵子模型的普遍性
多顺反子(polycistron)：mRNA分子携带了几个多肽链
的编码信息。
合酶与启动序列的结合能力，从而增强RNA聚合酶的转
录活性，是一种正调控（positive regulation）。
目录
第二节 原核生物的基因表达调控
Regulation of Gene Expression in Prokaryote
目录
原核生物基因组结构特点
原核生物基因组是具有超螺旋结构的闭合环状DNA分子 ① 基因组中很少有重复序列； ② 编码蛋白质的结构基因为连续编码，且多为单拷 贝基因，但编码rRNA的基因仍然是多拷贝基因 ； ③ 结构基因在基因组中所占的比例（约占50%）远 远大于真核基因组； ④ 许多结构基因在基因组中以操纵子为单位排列
（二） 翻译起始的调节
RBS（核糖体结合位点）：
mRNA链上起始密码子AUG上游的一段非翻译
区。 RBS的结合强度取决于SD序列的结构及其与起 始密码子AUG之间的距离。 SD- 4-10（9）-AUG SD序列与16S rRNA3´端配对碱基越多，亲和 力越高，核糖体与mRNA结合的效率就越高。 mRNA的二级结构也是翻译起始调控的重要因素。
图8-5 lac 操纵子与阻遏蛋白的负性调节
目录
乳糖
（2）CAP的正性调节
+ + + + 转录 DNA
CAP
P
O
Z
基因表达调控复习笔记
基因表达调控复习笔记一、基因的选择性表达式细胞特异性的基础1．基因表达基因表达是指通过DNA的转录和翻译而产生其蛋白质，或转录后直接产生其RNA产物的过程。
2．基因调控基因调控是指对基因表达过程的调节，其一般是某一个体系在需要时被打开，不需要时被关闭，包括转录水平的调控和翻译水平的调控。
二、原核生物的基因表达调控1．酶的类型（1）诱导酶是指只有在某些特定的物质或诱导物存在时，才能产生的酶。
（2）组成酶是指与化学环境无关，无论某种特定物质是否存在，它们都可以不断地被合成的酶。
2．大肠杆菌的乳糖操纵子模型图22-1乳糖操纵子模型示意图（1）操纵子相关概念①操纵子操纵子是指由在功能上彼此有关的几个结构基因和控制区所组成DNA片段，控制区包括启动子和操纵基因，只在原核生物中存在。
②结构基因结构基因是指一类编码蛋白质（或酶）或RNA的基因。
③调节基因调节基因是指参与其他基因表达调控的RNA和蛋白质的编码基因，其编码的调节物通过与DNA上的特定位点结合来控制转录，是调控的关键。
调节基因通常处在受调节基因的上游，其产物是阻遏蛋白。
④启动子启动子是指标志转录起始位点的一段短DNA核苷酸序列，RNA聚合酶在这一位点与DNA 接触，并开始进行转录。
⑤操纵基因操纵基因是指DNA上不编码任何蛋白质的一小段序列，是调节基因所编码的阻遏蛋白的结合部位，其决定了RNA聚合酶是否能够与DNA序列上的启动子接触，从而沿着DNA 分子移动，启动RNA的转录。
（2）乳糖操纵子①负控诱导a．当无乳糖存在时，调节基因编码的阻遏蛋白与调节基因结合，阻遏了下游结构基因的编码，使得乳糖不能被利用；b．当乳糖存在时，调节基因编码的阻遏蛋白与乳糖的异构体形成复合物而失活，不与操纵基因结合，使得下游结构基因可以正常转录，利用乳糖。
②正控阻遏a．当葡萄糖和乳糖同时存在时，葡萄糖的代谢产物能抑制cAMP的合成，使得不能形成cAMP-CAP（代谢激活蛋白）复合物，从而没有cAMP-CAP复合物与启动子区结合而激活下游结构基因转录；b．当不存在葡萄糖时，cAMP能顺利与CAP结合成，从而与启动子区结合，激活转录。
第十五基因表达的调控
2
第一节 原核生物基因表达的调控
方式 特点
正调控 负调控 转录翻译偶联 快速
调控机制 --操纵子
乳糖操纵子 --负、正调控 转录起始的调控
色氨酸操纵子--负调控 转录起始、终止的调控
3
一、乳糖操纵子(lactose operon)
➢ 增强子作用不受序列方向的制约 ➢ 有组织特异性
29
3. 反应元件 ➢ 真核细胞处于某一特定环境时
有反应的基因具有相同的顺式作用元件 这一类顺式作用元件--反应元件（DNA序列） ➢ 特点：（１）具较短的保守序列
（２）与转录起始点的距离不固定 （３）可位于启动子或增强子内 ➢ 举例：激素反应元件（HRE）
RNA聚合酶停止转录,产生衰减子转录产物
转录、翻译偶联,产生前导肽
23
低Trp时： Trp-tRNATrp 没有供应
核糖体翻译停止在片段1 （2个Trp密码子）
片段2，3 形成发夹结构
转录不终止
RNA聚合酶继续转录
24
第二节 真核生物基因表达的调控
一.真核生物调控的特征： ➢ 真核生物基因表达的调控核心途径： 环境信号转导 染色质活化 转录的激活 ➢ 基因表达以正调控为主 （激活蛋白激活靶基因） ➢ 转录与翻译在不同的亚细胞区域进行
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2.衰减作用对色氨酸操纵子的调控
➢ 衰减子 （attenuator）---DNA ❖ 位于L基因中,离E基因5’端约30-60bp。 ❖ 通过衰减子（转录终止结构）使转录终止。 ❖ 高Trp 时：衰减子起作用，终止转录。
产生“衰减子转录产物”（mRNA) ，
转录、翻译偶联，同时产生“前导肽”。
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第十三章基因表达调控
单选题
1 原核生物基因表达调控的乳糖操纵子系统属于
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
2 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 正性调控、负性调控都可能
D 无调控作用
E 可有可无
3 阻遏蛋白识别操纵子中的
A 启动基因
B 结构基因
C 操纵基因
D 内含子
E 外显子
4 真核生物用多种调节蛋白发挥生物学效应的作用方式是
A 提高RNA聚合酶的转录效率
B 降低RNA聚合酶的转录效率
C 提高DNA-蛋白质相互作用的特异性
D 降低DNA-蛋白质相互作用的特异性
E 以上都不是
5 下列属于顺式作用元件的是：
A 启动子
B 结构基因
C RNA聚合酶
D 转录因子I
E 转录因子Ⅱ
6 基因表达产物是：
A RNA
B DNA
C 蛋白质
D 酶和DNA
E 大多数是蛋白质，有些是RNA
7 顺式作用元件是指：
A 非编码序列
B TATA盒
C CCAAT盒
D 具有调节功能的DNA序列
E 具有调节作用的蛋白质
8 反式作用因子是指
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 对另一基因具有激活功能的调节蛋白
D 对另一基因表达具有调节功能的蛋白
E 是特异DNA序列
9 基因表达调控是多级的，其主要环节是
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
10 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 开始转录生成mRNA的DNA序列
C RNA聚合酶结合的DNA序列
D 产生阻遏物的基因
E 阻遏蛋白结合的DNA序列
名词解释
1 基因组
2 操纵基因
3 操纵子
4 增强子
5 分解物基因激活物蛋白（CAP）
5 顺式作用元件
6 反式作用因子
7 螺旋-转角-螺旋
8 锌指
9 亮氨酸拉链
10 螺旋-环-螺旋
问答题
1什么是基因表达调控？有何生物学意义？
2原核生物与真核生物基因表达调控有何不同?
3何谓乳糖操纵子？乳糖操纵子中各基因的作用是什么？
4试述乳糖在乳糖操纵子中的作用。
5细菌在有葡萄糖存在时不利用乳糖的，当葡萄糖耗尽后才利用乳糖，试解释其机制。
6试述CAP-cAMP复合物在乳糖操纵子表达中的作用。
7何谓顺式作用元件？何谓反式作用因子？试述反式作用因子作用特点。
8试述衰减在色氨酸操纵子调控中的作用。
9试述反式作用因子的作用特点和规律。
10试讨论真核基因组结构特点。