基因表达调控与转录调控因子教学案例
转录因子及其在基因表达调控中的作用
转录因子及其在基因表达调控中的作用随着现代生物医学的不断发展，人们对人类基因组学的认识越来越深入。
基因表达调控是控制生物体内各种生命过程发育和功能的重要因素。
而转录因子作为基因表达调控的主要调节因素之一，在生物体的发育、细胞分化、疾病与健康等生物学过程中发挥着重要的作用。
一、转录因子的概念转录因子是一类能够结合在特定的DNA序列上，并介导RNA聚合酶结合的蛋白质。
这些蛋白质能够调节基因的转录水平，从而控制基因表达。
转录因子广泛存在于生物界，包括原核生物和真核生物。
一些现代生物学家认为，转录因子的出现是生命起源和进化的关键之一。
二、转录因子的分类根据其结构特征和功能，可以将转录因子分为多种。
其中最常见的分类方法有以下几种：1. 根据其结构类型转录因子结构类型包括：(1) DNA绑定蛋白这类转录因子具有一种独特的结构域，称为基质/基因激活蛋白质集中区域(MAT)。
该结构域可以与DNA序列高度互补，这使得它们能够非常灵活地与DNA 上的各种序列结合。
例如，家蝇四肢发育的转录因子称为Ubx转录因子家族，它们能够选择性地与DNA上的TGACAG序列结合，从而影响四肢的发育。
(2) 亚结构因子这类转录因子包括TATA绑定蛋白和NF-kB等。
它们是许多调节复合物中必需的小蛋白，可以通过与特定的序列结合来调控基因表达。
(3) 合成激素这类转录因子通过结合生物体特有的可分泌合成激素，调控基因的表达。
例如甲状腺细胞的转录因子被称为甲状腺素受体，它可以响应甲状腺素的浓度变化，从而产生基因调控作用。
2. 根据其功能分类转录因子的功能也可以分为多种：(1) 促进基因的转录这类转录因子可以结合到DNA中特定的序列上，以便RNA聚合酶能够正常的接近并复制DNA。
这些蛋白质通常能够增强或降低RNA聚合酶的活性，从而影响基因的转录。
(2) 抑制基因的转录这类转录因子通常通过干扰RNA聚合酶与DNA的复制作用来抑制基因的转录。
(3) 转录因子的修饰转录因子的修饰包括磷酸化、甲基化等。
生物化学及分子生物学(人卫第九版)-16基因表达调控说课讲解
色氨酸操纵子的结构及其关闭机制
A.前导序列的结构特征；B.在Trp低浓度时，核糖体停滞在序列1上，2/3发卡结构形成，转录继续进行； C.在Trp高浓度时，3/4发卡结构和多聚U序列使得转录提前终止
3.转录衰减的机制 ①色氨酸的浓度较低时，前导肽的翻译因色氨酸量的不足而停滞在第10/11的色氨酸密码子 部位，核糖体结合在序列1上，因此前导mRNA倾向于形成2/3发夹结构，转录继续进行； ②色氨酸的浓度较高时，前导肽的翻译顺利完成，核糖体可以前进到序列2，因此发夹结构 在序列3和序列4形成，连同其下游的多聚U使得转录中途终止，表现出转录的衰减。
3.真核生物编码蛋白质的基因是不连续的，转录后需要剪接去除内含子，这就增加了基因表 达调控的层次。
4.原核生物的基因编码序列在操纵子中，多顺反子mRNA使得几个功能相关的基因自然协调 控制；而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），许多功能相关的蛋白、即使是一种蛋白的不同亚基也将涉及多个基因的 协调表达。
1.原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制实现的
2.操纵子（operon）：由结构基因、调控序列和调节基因组成 ①结构基因：包括数个功能上有关联的基因，它们串联排列，共同构成编码区。这些结 构基因共用一个启动子和一个转录终止信号序列，因此转录合成时仅产生一条mRNA长 链，为几种不同的蛋白质编码。这样的mRNA分子携带了几个多肽链的编码信息，被称 为多顺反子（polycistron）mRNA。
5种E.coli 启动子的共有序列
b. 操纵元件：是一段能被特异的阻遏蛋白识别和结合的DNA序列。 ③调节基因（regulatory gene）：编码能够与操纵序列结合的阻遏蛋白
分子生物学原理：第十二章 基因表达调控1
基本方式。
二、乳糖操纵子调节机制
结构基因：lacZ（β－半乳糖苷酶） lacY（通透酶） lacA （乙酰基转移酶）
操纵序列：O1、 O2、O3 启动子：P
CAP结合位点
调节基因：I
Lac操纵子结构及其负性调节
Lac操纵子的调节
1、阻遏蛋白的负调节
阻遏基因
DNA
I
真核基因组结构庞大
真核基因组含有大量重复序列
多拷贝序列
高度重复序列（106 次） 中度重复序列（103 ~ 104次）
单拷贝序列
真核生物以染色质的形式储存遗传信息
真核生物转录与翻译分割进行
真核基因转录产物为单顺反子
真核基因具有不连续性
真核生物线粒体DNA也储存遗传信息
二、染色质的活化
反式作用因子（trans-acting factor） ——由某一基因表达产生的蛋白质因子，与被
调节的DNA调节序列相互作用而发挥作用，这些蛋 白质分子称为反式作用因子。
反式作用因子直接作用： •直接结合DNA序列
反式作用因子间接作用： •通过蛋白质－蛋白质相 互作用发挥功能
基因表达调控的生理意义
基因表达的时间特异性和空间特异性
基因表达的持续性
管家基因
基因表达的可诱导性
诱导与阻遏
二、基因表达调控
1
多层次
DNA 基因激活 、拷贝数重排 、DNA 甲基化 RNA 转录起始、转录后加工、mRNA降解
蛋白质 蛋白质翻译、翻译后加工修饰、蛋白质降解
2
在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为
II. 增强子(enhancer)
增强子是一种能够提高转录效率的顺式调控元件。
生物化学》ppt课件14.第十四章-基因表达调控
1.操纵子的结构与功能
一个操纵子=调节序列+启动序列+操纵序列+编码序列
⑴调节序列(inhibitor,I):编码一种阻遏蛋白(repressor) 。 ⑵启动序列(promoter,P):结合RNA聚合酶，启动转录。 ⑶操纵序列(operator,O):阻遏蛋白的结合位点。 ⑷编码序列(coding sequence):编码功能性蛋白，2~6个。
第一节 基因表达调控的 概念和原理
(Concept and principle： Regulation of Gene Expression)
一、基因表达调控的概念
(一)基因表达(gene expression) 是指基因经过
转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白 质分子的过程。
(二)基因表达的时间性及空间性
转录激活域
谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
蛋白质-蛋白质结合域 (二聚化结构域)
1.同源结构域
2.锌指
3.碱C
H
C
Cys
H
His
其他氨基酸
(四)真核生物基因表达调控模式
1.真核生物基因表达调控较复杂，除转录起始阶段 受到调节外，在转录后水平、翻译水平及翻译后水平 等均受调控。
2.真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的 转录起始复合物。
白 因 子 ， 决 定 三 种 RNA(mRNA 、 tRNA 及 rRNA)转录的类别。
2.特异转录因子(special transcription factors) 为个别基因转录所必需，决定该基因的时
详解细胞分化的实验案例及教案模板
详解细胞分化的实验案例及教案模板细胞分化是细胞发育过程中最为重要的事件之一，它是指已分化的成熟细胞在确定的环境下通过基因表达和调节产生了不同的表型和功能的过程。
细胞分化是生命体中各类细胞形成的基础，能够产生不同类型的细胞，包括神经元、心肌细胞、肝细胞等。
本文将围绕着细胞分化展开实验案例及教案模板，来详细介绍细胞分化的过程和方法。
实验案例：利用细胞转录因子诱导诱导多向分化的干细胞材料和仪器：（1）多向分化用培养液：α-MEM，DMEM，FBS（10%），人脐带血浆（20%），L-Gln，非必需氨基酸，β-酮体，L-Ascorbic酸酯和生长因子。
（2）hMSCs（3）转录因子的质粒：其中包括Oct4和Snai1（p: CMV-Oct4-DsRed-2A-BFP-W 和 CMV-Snai1-EGFP-2A-puro）。
（4）原代抗体：TH（tyrosine hydroxylase）和GFP。
实验步骤：1.培养出人肝脏组织中的骨髓间充质干细胞（hMSCs）。
将骨髓中的干细胞培养至第二代，以获得较大量的干细胞。
2.分离hMSCs并检查它们的凝集能力，然后把它们重新培养至冻存。
3.转录因子的制备。
增殖人体细胞中，Oct4和Snai1分别核控发育调控的过程。
使用负离子的超低侵入微量注射装置将两个转录因子质粒注入同一组细胞中,使得细胞进行诱导多向分化。
4.细胞培养实验。
细胞分化时应该使用典型的培养异方体，同时加入一些药物和生长因子，以刺激干细胞诱导分化。
在第14天，使用胰岛素及培养溶液进行分化，并在第21天检测结果。
监测分化状态时，应该采用实时荧光定量，同时检测多向分化的标签，例如TH和GFP等。
教案模板：一、知识讲解1、细胞的分化。
细胞分化是指细胞在生长的过程中，通过基因表达和调节产生不同的表型和功能，从而形成各种类型的细胞。
2、转录因子。
转录因子是控制基因表达的关键分子。
它们能够调节细胞功能的转录和转录后修饰，并且对表观遗传修饰的全面影响是不可忽略的。
真核生物的基因表达调控ppt(共59张PPT)
在转录水平上的基因表达调控
真核生物的蛋白质基因的转录除了启动子、RNA聚合酶II和基础转录因 子以外，还需要其它顺式作用元件和反式作用因子的参与。 参与基因表达调控的主要顺式作用元件有：增强子、沉默子、绝缘 子和各种反应元件；参与基因表达调控的反式作用因子也称为转录 因子，它们包括激活蛋白、辅激活蛋白、阻遏蛋白和辅阻遏蛋白。 激活蛋白与增强子结合激活基因的表达，而阻遏蛋白与沉默子结合 ，抑制基因的表达，某些转录因子既可以作为激活蛋白也可以作为 阻遏蛋白其作用，究竟是起何种作用取决于被调节的基因。辅激活 蛋白缺乏DNA结合位点，但它们能够通过蛋白质与蛋白质的相互作 用而行使功能，作用方式包括：招募其它转录因子和携带修饰酶（ 如激酶或乙酰基转移酶）到转录复合物而刺激激活蛋白的活性；辅 阻遏蛋白也缺乏DNA结合位点，但同样通过蛋白质与蛋白质的相互 作用而起作用，作用机理包括：掩盖激活蛋白的激活位点、作为负 别构效应物和携带去修饰酶去中和修饰酶（如磷酸酶或组蛋白去乙 酰基酶）的活性。
真核生物与原核生物在 调控机制上的主要差异
调控的原因：原核生物基因表达调节的目的是为了更有效 和更经济地对环境的变化做出反应，而多细胞真核生物基 因表达调节的主要目的是细胞分化，它需要在不同的生长 时期和不同的发育阶段具有不同的基因表达样式； 调控的层次：原核生物基因表达调控主要集中在转录水平 ，但真核生物基因表达的转录后水平调节与其在转录水平 上的调节各占“半壁江山”，而某些调控层次是真核生物特有 的，比如染色质水平、RNA后加工水平和mRNA运输等；
调控的手段：原核生物绝大多数的基因组织成操纵子，但真核 生物一般无操纵子结构。
在染色质水平上的基因调控
原核生物的DNA绝大多数处于完全暴露和可接近的状态，而真核生物 DNA大部分被遮挡并组织成染色质。因此，原核生物DNA转录的“默认 状态”是开放，其调控机制主要是通过阻遏蛋白进行的负调控，而真核生 物DNA转录的“默认状态”是关闭，其调控机制主要是通过激活蛋白进行 的正调控。 染色质的结构是一种动态可变的结构，其结构的变化能直接影响到基因 的表达。已有众多证据表明，一个基因在表达前后，其所在位置的染色 质结构会发生重塑或重建。由于染色质的组成单位是核小体，因此，染 色质结构的改变是从核小体的变化开始的，而核小体的变化是从组蛋白 的共价修饰和去修饰开始的。
基因表达与调控
基因表达与调控基因是生物体内蛋白质合成的基本单位，而基因表达与调控则是指基因在不同细胞类型和生理状态下的活性水平调节。
通过基因表达与调控，细胞能够在不同环境中正确地产生所需的蛋白质，从而维持生命的正常功能。
本文将从基因表达、基因调控以及相关机制等方面进行论述。
一、基因表达基因表达是指基因通过转录和翻译过程转化为蛋白质的过程。
基因表达分为几个步骤，包括转录和翻译。
转录是指DNA分子通过酶的作用，在细胞核内转录成RNA分子的过程。
翻译是指RNA通过核糖体和tRNA的配合作用，在细胞质中合成蛋白质的过程。
基因表达的过程中，遵循了中心法则，即DNA→RNA→蛋白质。
二、基因调控基因调控是指通过调节基因的表达水平来控制细胞功能和生物体发育的过程。
基因调控的作用机制很多，包括转录水平的调控、RNA后转录调控以及转译后调控等。
转录调控是指通过控制转录过程中的启动子、转录因子和蛋白质复合体等因素的结合，来调节基因表达。
RNA后转录调控是指通过不同的RNA分子、非编码RNA以及miRNA 等调控因子，对RNA分子进行修饰和降解的过程。
转译后调控是指通过对已合成的蛋白质进行修饰、分解和定位等方式调节基因表达。
三、基因表达与调控的相关机制1. DNA甲基化DNA甲基化是指DNA分子中的一些Cytosine碱基通过甲基化酶的作用而被甲基基团修饰的过程。
DNA甲基化可以影响基因的表达，通常甲基化的基因会出现表达静默的现象，从而达到对基因的调控效果。
2. 转录因子转录因子是指能够与DNA特定区域结合，调控基因表达的蛋白质。
转录因子可以通过结合启动子区域，影响RNA聚合酶与DNA结合的能力，从而调控基因的转录过程。
转录因子的表达量和活性水平可以受到其他调控因素的影响，从而进一步调节基因的表达。
3. miRNAmiRNA（microRNA）是一种短链非编码RNA分子，具有调节基因表达的功能。
miRNA可以与靶基因的mRNA结合，通过抑制其翻译或降解来影响基因的表达水平。
转录因子在基因表达调控中的作用探究
转录因子在基因表达调控中的作用探究随着生命科学的发展，对于基因调控机制的研究越来越深入。
其中一项重要的研究方向就是转录因子。
转录因子是一种能够控制基因转录的蛋白质，它在基因表达调控中起着至关重要的作用。
本文将深入探究转录因子的作用机制，以及它们在基因表达调控方面的具体应用。
一、转录因子的作用机制转录因子能够与DNA中的某个区域结合，从而改变该区域的转录活性。
它的作用机制主要包括以下三个方面：1、DNA结合活性转录因子具有特异的DNA结合能力，可以和DNA的特定序列结合，从而引发转录反应。
该DNA序列一般被称为响应元件（RE），转录因子与响应元件的结合是基因调控反应的第一步。
2、转录激活活性一旦与响应元件结合，转录因子就会发挥其转录激活活性。
这种活性可以促进RNA聚合酶与DNA结合并启动转录。
转录因子的转录激活活性是基因调控中重要的一环。
3、转录抑制活性转录因子也具有一些负面效应。
当它们连接到DNA上时，可以阻止RNA聚合酶与DNA相互作用，并抑制转录。
这种转录抑制活性是相对激活活性的作用机制。
二、转录因子在基因表达调控中的应用转录因子在基因表达调控中的应用非常广泛。
它们主要通过操纵下游基因的转录起始点（TSS）来实现对基因表达的调控。
具体应用如下：1、基因激活转录因子可以直接激活下游的基因，从而使其表达增强。
这种激活是通过转录因子对基因启动子的结合而实现的。
2、基因抑制有时，基因过度表达可能会导致不良生物效应。
为了避免这种情况，转录因子可以通过抑制下游基因的表达来起到制约作用。
具体而言，转录因子会结合在特定的下游DNA区域上，将RNA 聚合酶的绑定阻止。
3、表观遗传调控除了直接控制基因的表达外，转录因子还可以介导表观遗传修饰。
例如，转录因子的结合可以促进某些组蛋白化学修饰，从而导致染色质的开放状态。
这种状态可以增强基因的表达。
三、结语本文深入探究了转录因子在基因表达调控中的作用机制和具体应用。
转录因子作为一种核酸结合蛋白，在基因调控中起到重要的作用。
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基因表达调控与转录调控因子教学案例
基因是生物体内的遗传信息的基本单位，而基因的表达调控则是决定生物体发展和功能的重要过程。
在这个过程中，转录调控因子扮演着关键的角色。
本文将通过一个教学案例，介绍基因表达调控与转录调控因子的相关知识，帮助读者更好地理解这一复杂的生物学过程。
案例：果蝇眼睛色素沉着调控
果蝇是研究基因表达调控的经典模式生物之一。
在果蝇的眼睛发育过程中，色素沉着是一个重要的调控过程。
我们将通过研究果蝇眼睛色素沉着调控的机制，来了解基因表达调控与转录调控因子的作用。
果蝇的眼睛主要由两种细胞类型组成：感光细胞和色素细胞。
感光细胞负责接收光信号，而色素细胞则负责产生黑色素，使眼睛呈现出深色。
果蝇眼睛色素沉着调控的关键转录调控因子是Eyeless和Sine oculis。
Eyeless是果蝇中一个重要的转录因子，它在眼睛发育过程中发挥着关键的作用。
实验证明，当果蝇中的Eyeless基因突变时，眼睛的色素沉着过程受到严重影响，导致眼睛呈现出浅色。
这表明Eyeless是果蝇眼睛色素沉着调控的关键因子之一。
除了Eyeless，另一个重要的转录调控因子是Sine oculis。
Sine oculis在果蝇眼睛发育过程中与Eyeless相互作用，共同调控色素沉着过程。
研究发现，当果蝇中的Sine oculis基因突变时，眼睛的色素沉着过程也会受到影响，导致眼睛呈现出异常的色素分布。
这进一步证明了Sine oculis在果蝇眼睛色素沉着调控中的重要性。
通过对果蝇眼睛色素沉着调控的研究，我们可以看到基因表达调控与转录调控因子的复杂性和重要性。
Eyeless和Sine oculis作为转录调控因子，通过调控其他基因的表达，影响了果蝇眼睛色素沉着的过程。
这个过程涉及到信号传导、DNA 结合、转录激活等多个环节，形成了一个复杂的调控网络。
除了果蝇，基因表达调控与转录调控因子的研究在其他生物体中也有广泛的应用。
例如，在人类的发育和疾病中，转录调控因子也发挥着重要的作用。
通过研究这些转录调控因子，可以进一步理解人类发育和疾病的机制，并为相关疾病的治疗提供新的思路和方法。
总结：
基因表达调控与转录调控因子是生物体发育和功能的重要调控过程。
通过研究
果蝇眼睛色素沉着调控的机制，我们可以更好地理解这一过程。
Eyeless和Sine oculis作为果蝇眼睛色素沉着调控的关键转录调控因子，通过调控其他基因的表达，影响了眼睛的色素沉着过程。
这个案例不仅帮助我们理解基因表达调控与转录调控因子的作用，还展示了转录调控因子在生物体发育中的重要性。
通过深入研究这些调控因子，我们可以进一步探索生物体发育和疾病的机制，为相关领域的研究和治疗提供新的思路和方法。