导图社区 第十六章基因表达的调控
《生物化学与分子生物学》人民卫生出版社第九版、第十六章、基因表达的调控 、只摘取了重点内容，希望对大家学习有帮助。
《生物化学与分子生物学》人民卫生出版社。第九版第二篇第七章脂质代谢详细归纳了甘油三酯代谢、磷脂代谢、胆固醇代谢和血浆脂蛋白及其代谢。学好脂质代谢这一篇思维导图就够了，希望对大家学习有帮助。
生物化学 人民卫生出版社第九版 第十五章 蛋白质合成学习笔记，内容包括蛋白质生物合成体系、氨基酸与tRNA的连接、多肽链的生物合成过程、多肽链生物合成后的加工和修饰、蛋白质生物合成的干扰和抑制，适用于考前复习，也可以综合其他资料使用。
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第十六章 基因表达的调控
一些基本概念
基因表达
概念：转录和翻译的过程，即通过RNA或蛋白质体现遗传信息的过程
特点
多样性
组成性基因表达：在个体发育的任一阶段能在大多数细胞中持续进行
管家基因
可调控性基因表达
诱导表达
阻遏表达
不同基因的表达受到协同调控
针对原核生物而言，多顺反子，即多个功能相关的基因串在一起由同一组调控基因进行调控
多顺反子：携带了几条多肽链的编码基因，受同一个控制区调控的mRNA分子，多见于原核生物。 一个多顺反子通常包括数个功能上有关联的基因，他们串联排列，共同构成编码区，共用一个启动子和一个转录终止信号序列，几个编码基因在转录合成时仅产生一条mRNA长链，为几种不同的蛋白质编码。 基因:编码RNA或多肽链的DNA片段，即DNA中特定的核苷酸序列。
受顺式作用元件和反式作用因子共同调节
顺式作用元件
启动子
增强子
终止子
顺式作用因子
转录因子
激活因子
终止因子
基因表达的调控
时间特异性
如 甲胎蛋白在胎儿阶段表达属于正常，在成人肝组织再生时可低表达，一般情况下高表达则是肝癌的征兆
空间特异性
如 乳酸脱氢酶同工酶在不同组织细胞中的分布 LDH1（H4）分布在心肌细胞，LDH5（M4）分布在肝和骨骼肌
多层次性和复杂性
转录水平的调节
顺式作用元件和反式作用因子
转录后水平的调节
调控特定的mRNA
翻译水平的调节
调控多肽链生物合成速率
翻译后水平的调节
对蛋白质进行修饰和靶向转运
原核生物基因表达调控
原核生物基因的特点
重复序列少
连续基因
编码区占比>50%
基因调控转录的基本单位是操纵子
基因表达调控
转录水平
操纵子
概念：原核生物中，功能相关的若干结构基因成串排列，由同一组调控序列调控，这种基因的组织形式称为操纵子
组成
结构基因
由功能相关的若干结构基因串联而成
调节序列
启动子（Promotor）
识别并结合rRNA聚合酶的DNA序列
操纵基因（操纵元件，operator）
结合阻遏蛋白或辅阻遏蛋白的DNA序列
CAP反应元件
结合分解代谢物基因激活蛋白（CAP）的DNA序列
在靠近结构基因的地方，在结构基因上游
调节基因
编码阻遏蛋白
阻遏蛋白在诱导剂存在时被激活
编码辅阻遏蛋白
辅阻遏蛋白在辅阻遏物存在时被抑制
编码CAP
CAP依赖cAMP激活
在远离结构基因和调节序列地地方，一般在调节序列和结构基因上游
两个由操纵子调控的例子
乳糖操纵子
乳糖操纵子的基本结构
lacZ:β-半乳糖苷酶基因
lacY：透性酶基因
lacZ:转乙酰酶基因
分解乳糖的酶
操纵基因
调控
负调控
G浓度高时
细胞内cAMP浓度低，CAP失活（CAP依赖cAMP）→阻止结构基因转录（CAP和CAP反应元件结合可帮助rRNA识别启动子并结合）
阻遏蛋白和操纵基因结合→阻止核糖体向结构基因移动→组织结构基因转录
正调控
底物诱导
介质中别构乳糖或IPTG浓度增高→和阻遏蛋白结合使阻遏蛋白结构改变→阻遏蛋白与操纵基因解离→促进结构基因转录
CAP激活
介质中G浓度降低→cAMP浓度升高→CAP与cAMP结合而被激活→活化的CAP与CAP反应元件结合→使DNA双螺旋稳定性降低，易于解链→促进RNA聚合酶和启动子结合
色氨酸操纵子
色氨酸操纵子的结构
TrpE、TrpD、TrpC、TrpB、TrpA
衰减子
转录衰减
概念：促进已经开始转录的mRNA合成终止来加强色氨酸操纵子的关闭
机制：利用原核生物中转录和翻译过程偶联进行，转录时先合成一段前导序列L来实现
色氨酸操纵子转录产物的前导序列
为前导肽编码区，含有四个互补的调节序列，这四个调节序列均可配对形成发卡结构（1-2,3-4,2-3）
在1区的前导肽编码区中有两个Trp密码子，可被tRNA^Trp识别与结合（当Trp浓度太低时，1区就不能被翻译了）
3-4发卡结构为转录终止结构（衰减子）
转录衰减对编码合成Trp的酶的基因的调控
低Trp浓度
Trp浓度低，前导序列翻译受阻，停滞于1区→mRNA2、3区之间形成发卡结构→mRNA能继续转录但是不能翻译
高Trp浓度
Trp浓度高，前导肽翻译顺利通过1区→2区被核糖体占据不能形成2-3区发卡结构，此时4区被转录出，于是3、4区之间形成发卡机构（终止结构）→转录终止
辅阻遏蛋白的调控
Trp与辅阻遏蛋白结合使辅阻遏蛋白构象改变而活化并结合到操纵基因上→阻断结构基因的转录
Trp未与辅阻遏蛋白结合→辅阻遏蛋白失活未与操纵基因结合→结构基因可以转录
转录后水平
翻译水平
转录与翻译的偶联调节提高了基因表达的高效性
色氨酸操纵子的基因表达调控就是一种典型的转录与翻译偶联的精细调控
翻译阻遏利用调节蛋白与自身mRNA的结合实现对翻译起始的调控
调节蛋白结合于mRNA的起始密码子或其上游的翻译起始区序列，组织核糖体对起始密码子或翻译起始区的结合，从而阻断翻译起始
调节蛋白通常可以作用于编码该蛋白的mRNA，从而实现自身合成的控制
S-D序列和小核苷酸序列与起始密码子的距离也会影响翻译的效率
反义RNA结合mRNA翻译起始部位互补序列以调节翻译的起始
反义RNA含有与特定mRNA翻译起始部位互补的序列，通过与mRNA杂交阻断30S小亚基对起始密码子的识别及与SD序列的结合，抑制翻译起始，该调控称为反义调控
mRNA密码子的编码频率影响翻译速率
稀有密码子：大多数氨基酸都有2~6个简并密码子，但其中有些密码子的使用频率很低，称为稀有密码子
mRNA模板中所含的稀有密码子越多则翻译速率越慢
mRNA的稳定性 调控翻译的模板数目
mRNA的降解速率也是调控翻译的重要因素之一
mRNA的稳定性与其序列本身和结构有关。一般来说加帽和加尾可以提高mRNA的稳定性
mRNA和核糖体结合也可防止其被核酸酶水解
翻译后水平
真核生物基因表达的调控
真核生物基因特点
重复序列多
编码区占比<10%
结构基因多数为断裂基因，并且为独立调控
转录产物通常为单顺反子
单顺反子：真核生物一个结构基因转录生成一条mRNA，编码一条多肽链的初级产物
DNA和蛋白质结合形成核蛋白复合体
存在相对独立的核内基因和线粒体基因
转录水平调控
转录后水平调控
翻译和翻译后水平调控
小分子非编码RNA对翻译的调控作用
miRNA
概念：微小RNA，是基因转录合成的一类小分子单链非编码RNA
结构和功能特点
长度一般为20~25nt
nt：核苷酸
在不同生物体中广泛存在
具有一定的保守性
有明显的时空特异性
其基因绝大多数位于间隔区
作用
与其他蛋白质一起组成RNA诱导的沉默复合体，通过与其靶mRNA的3'UTR互补匹配，促使该mRNA分子的降解或抑制其翻译
siRNA
概念：外源性或内源性的一类小分子双链RNA，通常与蛋白质组成具有核酸酶活性的核蛋白复合体
核酸酶复合体利用其降解产生的小片段单链RNA特异性识别靶mRNA模板并与之结合，最后利用其核酸酶活性降解该mRNA，从而阻断翻译过程
RNA干扰作用（RNAi）
概念：由siRNA介导的基因表达阻遏作用
意义：是生物题固有的一种自我保护机制，能识别并清除外源dsRNA（双链RNA）或同源单链RNA，防止外源性核酸的入侵
长链非编码RNA在基因表达调控中的作用
IncRNA（长链非编码RNA）是一类长度超过200nt的非编码RNA
IncRNA参与基因表达若干过程的调控，包括转录、转录后加工以及翻译等过程
