基因表达调控

基因表达调控是生物体内基因表达的调节控制过程，它确保细胞中基因表达在时间、空间上处于有序状态，并对环境条件的变化作出反应。这一过程在多个层次上进行，包括基因水平、转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平的调控。

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• 一、基因表达与基因表达调控
  • 1.基因表达
    • 含义
      • 通过DNA的转录和翻译→蛋白质
      • 转录→RNA
    • 即：遗传信息的转录和翻译过程
  • 2.基因调控
    • 含义
      • 对基因表达过程的调节
      • 调控机制：某个体系需要则被打开，不需要则关闭
    • 包括
      • 转录水平上的调控（关键环节）
      • 翻译水平上的调控
• 二、原核生物的基因表达调控
  • 1.酶的类型
    • （1）诱导酶：特定物质或诱导物存在→产生
    • （2）组成酶：与化学环境无关（无论特定物质是否存在）→不断合成
  • 2.大肠杆菌的乳糖操纵子模型
    • （1）操纵子相关概念
      • 操纵子
        • 存在：原核生物
        • DNA片段：由在功能上彼此有关的结构基因和控制区组成
          • 结构基因
            • 功能：编码蛋白质和RNA
            • 转录控制：在阻遏蛋白（调节基因的产物）的作用下，通过操纵子控制
          • 控制区
            • 启动子
              • 短的核苷酸序列
              • 标志转录起始位点
              • RNA聚合酶在这一位点与DNA接触，开始转录
            • 操纵基因
              • DNA上不编码任何蛋白质的一小段序列
              • 阻遏蛋白结合部位
              • 决定RNA聚合酶能否与启动子接触
      • 调节基因
        • 编码参与基因表达调控的RNA和蛋白质的特异DNA序列
        • 位于：受调节基因的上游
        • 编码产物：阻遏蛋白（与操纵基因结合→控制转录）
    • （2）乳糖操纵子的工作原理
      • ①负控诱导
        • a.无乳糖存在：阻遏蛋白＋操纵基因→×RNA聚合酶-启动子→×结构基因转录→×乳糖酶
        • b.乳糖存在：阻遏蛋白＋乳糖异构体→复合物→阻遏蛋白失活→×操纵基因结合→RNA聚合酶-启动子→结构基因转录→乳糖酶→利用乳糖
      • ②正控阻遏
• 三、真核生物的基因表达调控
  • 1.不同细胞有特异的基因表达方式
  • 2.DNA的包装影响基因表达
  • 3.异染色质化与基因的表达失活（基因组水平上的基因表达调控）
  • 4.蛋白质组装启动真核细胞的转录
    • 真核细胞也是通过调节蛋白质和DNA结合，来启动或者关闭基因转录的，但比原核细胞复杂
      • （1）DNA链上的3个调控序列
        • ①启动子
          • 短的核苷酸序列
          • 标志转录起始位点
          • RNA聚合酶在这一位点与DNA接触，开始转录
        • ②增强子
          • 增强真核基因转录
          • 离基因远
        • ③沉默子
          • 降低启动子转录活性，抑制基因转录表达
          • 结构基因附近
      • （2）相关蛋白质
        • ①转录因子
          • 含义
            • 开启转录的调节蛋白
            • 转录因子+RNA聚合酶Ⅱ=转录起始复合体：共同参与转录起始
          • 包括
            • 激活剂：能与基因上游的调节性DNA序列结合→激活基因转录
            • 其他调节蛋白
        • ②RNA聚合酶
        • ③阻遏物蛋白
      • （3）工作原理
        • 开始于转录因子和增强子的结合
        • DNA弯曲，转录因子结合在启动子上
        • 复合体：有利于RNA聚合酶和启动子正确连接→有利于转录起始
  • 5.真核细胞的RNA转录后加工
    • 1.相关概念
      • （1）非编码区（内含子）
        • 无编码作用的碱基序列
          • 不能转录为相应的mRNA
          • 不能编码蛋白质
        • 阻断基因的线性表达
      • （2）编码区（外显子）：能转录为相应的mRNA，能被翻译为蛋白质
      • （3）断裂基因
        • 实质：由一系列交替存在的外显子和内含子构成的基因
        • 结构基因并非全部由编码序列组成
        • 编码序列中间插入无编码作用的碱基序列
    • 2.真核生物RNA转录后加工的主要过程
      • 真核生物编码蛋白质的基因，经过转录产生的初始转录物
        • 包括：基因的全部DNA序列（外显子+内含子）【不均一核RNA(hnRNA)】
        • 初始转录物→成熟mRNA 复杂加工
          • ①RNA剪接
            • 初始转录物除去内含子→连接外显子→连续的RNA分子
          • ②加帽、加尾
            • 5'加帽、3'加poly(A)尾
            • 功能
              • a.保护新合成的RNA链免受细胞中酶的攻击
              • b.参与蛋白质合成调控：为核糖体识别mRNA提供信号（帽和尾不被翻译）
• 四、发育是在基因调控下进行的
  • （1）异位表达
    • 基因在原本不表达的细胞中表达
    • 基因表达的时间和空间模式发生变化
    • eg:果蝇 触角 腿
  • （2）同源异形基因
    • 进一步决定各体节形态特征的发育
    • 能异位表达的突变后基因
    • 在染色体上的排列顺序-体节形态特征的空间表达顺序