? 阻遏表达（repression）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。 在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表达(coordinate expression)，这种调节称为协调调节(coordinate regulation)。
五、基因表达调控的基本原理： 1. 基因表达调控的多层次和复杂性 四个基本调控点
（1）基因结构的活化
（2）转录起始：最有效的调节环节 （3）转录后加工及转运 （4）翻译及翻译后加工
2 . 基因转录激活调节基本要素
基因表达的调节与基因的结构、性质，生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细胞内所存在的转录调节蛋白有关。 三个基本要素：
1）特异的DNA调节序列 2）调节蛋白 3）RNA聚合酶
基因转录激活调节基本要素 1、特异DNA序列 原核生物的操纵子
真核生物的顺式作用元件 2、调节蛋白
真核生物的顺式作用元件：是指可影响自身基因表达活性的特异DNA 序列。通常是非编码序列。包括启动子、增强子及沉默子等 2、调节蛋白
是调节基因转录的蛋白因子，如原核生物的阻遏蛋白和CAP蛋白（降解物基因活化蛋白）、真核生物的基本转录因子和特异转录因子等。 3、 RNA聚合酶
原核启动序列或真核启动子是由转录起始点、RNA聚合酶结合位点及控制转录的调节组件组成。
启动序列影响其与RNA聚合酶的亲和力，而亲和力大小则直接影响转录起动的频率。
六、基因表达调控的生物学意义 1、适应环境、维持生长和增殖 2、维持个体发育与分化 基因表达调控
? 转录水平上的调控 ? 转录后水平上的调控
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? 原核生物主要是在转录水平上调控基因的表达。
? 当需要某种基因产物时，就大量合成这种mRNA，当不需要这种基因产物时就抑制这种mRNA的转录，就是让相应的基因不表达。
? 通常所说的基因不表达，并不是说这个基因就完全不转录为mRNA，而是转录的水平很低，维持在一个基础水平（本底水平）。 ? 基因表达完全关闭的情况使极为少见的。 1、负调控 negative regulation
? 在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入某种调节蛋白质后基因活性就被关闭，这样的控制系统就叫做负控系统 。 ? 其调节蛋白质叫做阻遏蛋白 ? 两种类型：负控诱导和负控阻遏 2、正调控 positive regulation
? 在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入某种调节蛋白质后基因活性就被开启，这样的控制系统就叫做正控系统。
? 其调节蛋白质叫做无辅基诱导蛋白（激活蛋白) ? 两种类型:正控诱导和正控阻遏系统 （二）特殊代谢物调节基因表达的类型 1、可诱导调节
? 一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物质的诱导下使基因活化。
? 调节分解代谢的操纵子，同时受cAMP-CAP的活性调节 2、可阻遏调节
? 一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来开启的状态转变为关闭状态，基因的表达被阻遏. ? 调节合成代谢的操纵子
（三）原核生物基因表达调控的特点 ? 调节的主要环节在转录水平上进行 ? ζ因子决定RNA聚合酶识别特异性 ? 主要通过操纵子模式进行调节
? 阻遏蛋白对转录的抑制作用（阻遏机制）是普遍存在的负调控作用 原核生物中基因的组织形式
? 几个作用相关的基因在染色体上串连排列在一起，由同一个调控系统来控制。 ? 这样的一个整体称为一个操纵元(operon)。 二、弱化子对基因活性的影响 1、弱化子
在操纵区与结构基因之间的一段可以终止转录作用的核苷酸序列，当操纵子被阻遏时，RNA合成被终止，这段核苷酸起终止转录信号作用. 2、弱化子作用机制
RNA分子在分子内采用不同的碱基配对方式，形成不同的二级结构而参与调控。 当不同的结构对是否允许终止存在差异时，改变二级结构可对转录终止进行调控
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三、降解物对基因活性的调节
1、葡萄糖效应（降解物抑制作用）
是指当葡萄糖和其它糖类一起作为细菌的碳源时葡萄糖总是优先被利用，葡萄糖的存在阻止了其它糖类的利用的现象。 2、降解物对基因活性的调节
葡萄糖通过降低cAMP的含量而抑制基因表达 四、细菌的应急反应 1、细菌的应急反应
指细菌在恶劣生长环境中关闭tRNA和核糖体形成的能力。 2、细菌的应急反应的机制 ? 应急信号：
鸟苷四磷酸（ppGpp）、鸟苷五磷酸（pppGpp） ? 诱导物：空载tRNA 乳糖操纵子模型
1、Z、Y、A基因的产物为一条多顺反子mRNA
lacZ：编码β-半乳糖苷酶，它可以将乳糖水解为半乳糖和葡萄糖； lacY：编码半乳糖苷透性酶，它能将乳糖运送透过细菌的细胞壁； lacA：编码硫代半乳糖苷乙酰转移酶，进行乳糖代谢。 cAmp-CAP
? 代谢激活蛋白（Catabolite activating protein, CAP ）是cAmp的受体蛋白（cyclic Amp receptor protein, CRP）
? cAmp-CAP复合物，是lac操纵元的正调控因子 4、葡萄糖对lac操纵子的影响
? 葡萄糖 腺苷酸环化酶活性降低 ATP 无法转变成 cAMP 不能形成 CAP-cAMP 复合蛋白 RNA 酶无法结合在 DNA 上 结构基因不表达。 ? 代谢物阻遏效应
? 研究认为葡萄糖的某些降解产物抑制lac mRNA的合成，这种效应称之为代谢物阻遏效应.
特殊代谢物调节基因活性的类型
? 可诱导调节：调节分解代谢的操纵子，同时受cAMP-CAP的活性调节 ? 可阻遏调节：调节合成代谢的操纵子 （三） trp操纵子的阻遏调控机制
? 色氨酸操纵子主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的转录合成。当细胞内缺乏色氨酸时，此操纵子开放，而当细胞内合成的色氨酸过多时，此操纵子被关闭。
? 色氨酸操纵子的调控机制与乳糖操纵子类似，但通常情况下，操纵子处于开放状态，其辅阻遏蛋白不能与操纵基因结合而阻遏转录。
? 而当色氨酸合成过多时，色氨酸作为辅阻遏物与辅阻遏蛋白结合而形成阻遏蛋白，后者与操纵基因结合而使基因转录关闭。
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（一）弱化子
在操纵区与结构基因之间的一段可以终止转录作用的核苷酸序列，当操纵子被阻遏时，RNA合成被终止，这段核苷酸起终止转录信号作用. （四）转录的弱化作用
? mRNA转录的终止是通过前导肽基因的翻译来调节的。
? 在前导肽基因中有两个相邻的色氨酸密码子，故这个前导肽的翻译必定对tRNATrp 的浓度敏感。 （五）衰减子的生物学意义
? 活性阻遏物和非活性阻遏物的转变可能较慢，而tRNA负载与否可能更为灵敏； ? 氨基酸的主要用途是合成蛋白质，因而以tRNA负载情况为标准来进行控制可能更为恰当.
? 当细胞内氨基酸高于某一水平时，可以实现完全的阻遏；而只有低于这一水平时，才需用衰减子这个调节系统来进行调节，阻遏蛋白和衰减子调节机制都是为了避免浪费，提高效率。 第七章 真核生物基因表达调控
基因表达(gene expression)--基因转录及翻译的过程。 rRNA、tRNA的合成属于基因表达 真核生物基因表达的调控的水平
DNA水平的调控 转录水平的调控 转录后水平的调控 翻译水平的调控 翻译后水平的调控 真核基因组的结构特点
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，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才能顺利地翻译成蛋白质。 一、基因家族 ：真核基因组中来源相同,结构相似,功能相关的一组基因.可能由某一共同祖先基因经重复和突变产生。
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◆特点：
◆家族成员可以分布于不同染色体上
◆可集中于一条染色体上,串联排列在一起,形成基 因簇(gene cluster) ◆有些成员不产生有功能的基因产物,这种基因称为 假基因(Pseudogene)．Ψa1：与a1相似的假基因
基因家族的种类
1、简单的多基因家族
? 以串联方式前后相连 ? rRNA
2、复杂的多基因家族
? 一般由几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位.
? 组蛋白基因家族
3、发育调控的复杂多基因家族
珠蛋白肽链有7种：α、 β、 γ （Gγ、Aγ ）、δ、ε 、δ 。 α链141AA合成α、δ
β链146AA合成β、γ （Gγ、Aγ ）、δ、ε （三）外显子与内含子的可变调控 1、组成型剪接
概念：切除内含子后，将外显子规范地拼接成成熟的mRNA，称为组成型拼接。这样一个基因只产生一种成熟的mRNA，也只产生一种蛋白质产物。 2、选择性剪接
概念：可调控的选择性拼接，因而产生不同的成熟mRNA，翻择产生不同的蛋白质。 三、真核生物DNA水平上的基因表达调控
―开放‖ 型活性染色质结构对转录的影响 基因扩增
基因重排与转换 基因丢失 （二）基因扩增
? 1、概念：基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，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，是基因活性调节的一种方式.
? 作用：满足特定阶段生命活动的需要
? 2、实例：非洲爪蟾卵母细胞中的rRNA基因、 果蝇的发育中，卵壳蛋白基因 （三）基因重排与变换 1、基因重排
概念：一个基因可以从远离其启动子的地方移到距它很近的位点而被启动转录，即在
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分子生物学课件重点整理 朱玉贤
