基因表达调控思维导图

医学生整理的生化课堂精华，基因表达调控章节思维导图汇总。

基因表达调控

• 基因表达调控的基本概念与特点
  • 基因表达产生有功能的蛋白质和RNA。
    • 基因表达就是基因转录及翻译的过程。也是基因所携带的遗传信息表现为表型的过程,包括转入成互补的RNA序列，对于蛋白质编码基因,mRNA继续翻译成多肽链并装配加工成最终的蛋白质产物。
    • 并非所有的基因表达过程都能够产生蛋白质。tRNA rRNA编码基因转录产生RNA的过程也属于基因表达。
  • 基因表达具有时间特异性和空间特异性。
    • 时间特异性是指基因表达按照一定的时间顺序发生。
      • 多细胞生物基因表达的时间特异性又称为阶段特异性。
    • 空间特异性是指多细胞生物个体在特定的生长发育阶段，同一基因在不同组织器官的表达不同。
    • 在个体内决定细胞类型的不是基因本身，而是基因表达模式。
  • 基因表达方式存在多样性。
    • 组成性表达。
      • 有些基因在生物个体内所有的细胞中都持续表达，而且不易受环境条件的影响。这种称为基因表达。
        • 基本表达的基因被称为管家基因。
    • 诱导和阻遏。
      • 随着外环境信号变化一些基因的表达水平可以表现出升高或降低的现象。
        • 可诱导基因在一定的环境中表达增强的过程称为诱导。
        • 可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏。
      • 阻遏和诱导是同一种事物两种表现形式，在生物界普遍存在。是生物体适应环境的基本途径。
    • 协调调节。
      • 在一定的机制下，功能上相关的一组基因，无论其表达何种形式如何，均需要协调一致共同表达，这种调节为协同调节。
  • 基因表达受调控序列和调节分子共同调节。
    • 顺式作用元件
    • 反式作用因子
  • 基因表达调控呈现多层次和复杂性。
    • 遗传信息以经的形式储存于DNA分子中
    • 遗传信息转录由DNA传递给RNA的过程，是基因表达调控最重要最复杂的一个层次。
    • 蛋白质生物合成及翻译是表达的最后一步。
• 原核生物基因表达调控
  • 乳糖操纵子是典型的诱导型调控。
    • 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,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操纵子被诱导。乳糖经过一系列酶的催化转变为半乳糖。半乳糖作为诱导剂结合阻遏蛋白时蛋白质构象发生变化，导致阻遏蛋白与O序列解离而发生转录。
    • CAP正性调节
      • 当缺乏葡萄糖存在时，cAMP 浓度增高，cAMP 与CAP结合,可刺激RNA聚合酶转录活性。
      • 当有葡萄糖存在时，cAMP 浓度降低，cAMP 与CAP结合受阻，lac操纵子表达下降。
  • 色氨酸操纵子通过阻遏作用于衰减作用来抑制基因表达。
    • 生理意义:最大限度地减少能源消耗。
    • 大肠杆菌色氨酸操纵子是一个阻遏操纵子。
      • 当细胞内没有色氨酸时，色氨酸操纵子处于开放状态，结构基因得以表达。
      • 当细胞内色氨酸浓度较高时，色氨酸作为辅阻遏物与阻遏蛋白形成复合物，关闭色氨酸操纵子，停止表达用于合成色氨酸的各种酶。
    • 色氨酸操纵子还可以通过转录衰减来抑制基因表达。
      • 利用原核生物转录与翻译过程偶联,转录时先合成一段前导序列I来实现。
  • • 操纵子是原核基因转录调控的基本单位。
      • 原核生物在转录水平的调控主要取决于转录起始速度。
      • 操纵子
        • 结构基因
        • 调控序列
          • 启动子
          • 操纵元件。
        • 调节基因
          • 编码能够与操纵元件结合的阻遏蛋白。有自己的启动子。
• 真核生物基因表达调控
  • 真核生物基因的特点。
    • 真核生物基因组比原核生物基因组大的多。
    • 真核生物编码基因不是连续的，转录后需要去除内含子。
    • 真核生物是一个结构基因转录生成一条mRNA ，即mRNA 是单顺反子。
    • 真核生物DNA在细胞核内与多种蛋白质结合构成染色质。这种复杂的结构直接影响基因表达。
    • 真核生物的遗传信息不仅存在于核DNA上，还存在于线粒体DNA上。
  • 真核基因转录表达过程。
    • 染色质激活。
    • 转录起始。
    • 转录后的修饰。
    • 转录产物的细胞内转运。
    • 翻译起始。
    • 翻译后修饰。
  • 活性染色质
    • 对核酸酶极为敏感。
    • 组蛋白发生改变。主要是利于基因转录。
    • 活性染色质是低甲基化的
  • 转录起始的调节。
    • 顺式作用元件是转录起始的关键调节部位。
      • 启动子
        • RNA 聚合酶结合并启动转录的位点。
      • 增强子
        • 增强子是组织特异性转录因子的结合部位。
        • 没有位置距离特异性。也没有方向特异性。
        • 增强子需要启动子才能发挥作用。没有启动子存在增强子不能表现活性。增强子对启动子没有严格的专一性。同一增强子可以影响不同类型的启动子转录。
      • 沉默子
        • 是一类基因表达的负性调控元件。当其结合特异蛋白因子时，对基因转录其阻遏作用。
        • 沉默子与增强子类似，其作用都不受序列方向的影响，也能够远距离发挥作用
      • 绝缘子
        • 与特异蛋白因子结合后，阻碍增强子或沉默子对启动子的作用。
    • 转录因子是转录起始调控的关键分子。
      • 绝大多数真核转录因子。由其编码基因表达进入细胞核后，通过识别结合特异的顺式作用元件而增强或降低基因的表达。
      • 转录因子至少包含两个不同的结构域。分别是DNA结合结构域和转录激活结构域。
      • DNA结合结构域
        • 锌指模体结构。
        • 碱性螺旋-环-螺旋
        • 碱性亮氨酸拉链
      • 转录激活结构域。
        • 酸性激活结构域
        • 富含谷氨酰胺结构域
        • 富含脯氨酸结构域
    • 小分子RNA对基因表达的调节十分复杂。
      • 微RNA
        • 成熟的微RNA与其他蛋白质一起组成RNA诱导的沉默复合体,通过与其把miRNA分子的3'-UTR 互补匹配，促使该mRNA分子的降解或抑制其翻译。
      • 干扰小RNA
        • 干扰小RNA 参与沉默复合体的组成,与其特异的靶mRNA完全互补结合，导致靶mRNA 降解,阻断翻译过程。