基因表达调控

生物化学与分子生物学：基因表达调控，是对遗传信息传递所有过程的调控，涉及到的机制比较复杂，是考研中的重点内容，结合表格和图形，加入第九版教材的内容方便记忆与理解。

基因表达调控

• 一、基因表达调控的基本概念与特点
  • 基本概念
    • 基因表达调控（regulation of gene expression）就是指细胞或生物体在接受内外环境信号刺激时或适应环境变化的过程中在基因表达水平上做出应答的分子机制
  • 特点
    • 基因表达产生有功能的蛋白质和RNA
    • 基因表达具有【时间特异性】和【空间特异性】
    • 基因表达的方式存在【多样性】
      • 生物体内不同基因的表达受到【协调调节】
    • 基因表达受【调控序列】和【调节分子】共同调节
    • 基因表达调控呈现【多层次】和【复杂性】
• 二、原核基因表达调控
  • 原核生物基因组结构特点
  • 【操纵子】是原核基因转录调控的基本单位
    • 操纵子
    • 多顺反子
    • 结构基因和调控序列
      • 启动子
      • 操纵元件
      • 调节基因
      • 调控序列与调节基因的鉴别
  • 乳糖操纵子是典型的【诱导型调控】
    • 乳糖操纵子(lac operon)的结构
    • 乳糖操纵子的调节机制
      • 阻遏蛋白的负性调节
      • CAP的正性调节
      • 协同调节
  • 色氨酸操纵子通过【阻遏作用和衰减作用】抑制基因表达
    • 色氨酸操纵子调节机制
      • 前导序列L的结构特点
      • 转录衰减机制
  • 原核基因表达在翻译水平受到精细调控
    • 蛋白质分子结合于启动序列或启动序列周围进行自我调节
    • 翻译阻遏利用蛋白质与自身mRNA的结合实现对翻译起始的调控
    • 反义RNA结合mRNA翻译起始部位的互补序列对翻译进行调节
    • mRNA密码子的编码频率影响翻译速度
• 三、真核基因表达调控
  • 真核基因表达的【特点】
    • 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着基因表达
    • 真核生物的遗传信息不仅存在于核DNA上，还存在线粒体DNA上，核内基因与线粒体基因的表达调控既相互独立而又需要协调。
  • 【染色质结构】与真核基因表达密切相关
  • 【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
      • 順式作用元件：分为启动子、增强子、沉默子及【绝缘子】等
      • 启动子
      • 增强子
      • 沉默子
        • 与增强子类似，其作用亦不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用。
      • 绝缘子
    • 转录因子是转录调控的关键分子
      • 通用转录因子
        • 是RNA聚合酶介导基因转录时所必需的一类辅助蛋白质，帮助聚合酶与启动子结合并启动转录，所有基因都是必需的。
      • 特异转录因子
      • 转录因子的结构特点
        • DNA结合域
          • 锌指模体常结合常结合GC盒，碱性螺旋环螺旋、亮氨酸拉链常结合CAAT盒
        • 转录激活结构域
    • 总结
    • 转录起始复合物的调控
  • 【转录后调控】主要影响真核mRNA的结构与功能
    • mRNA稳定性的影响真核生物基因表达
      • 5‘-端的帽子结构可以增加mRNA的稳定性
      • 3′-端的poly（A）尾结构防止mRNA降解
    • 一些非编码小分子RNA可引起转录后基因沉默
    • mRNA前体的选择性剪接可以调节真核生物基因表达
  • 真核基因表达在【翻译以及翻译后】仍可受到调控
    • 对翻译起始因子活性的调节主要通过磷酸化修饰进行
      • 翻译起始因子eIF-2α的磷酸化抑制翻译起始
      • eIF-4E及eIF-4E结合蛋白的磷酸化激活翻译起始
    • RNA结合蛋白参与对翻译起始的调节
    • 对翻译产物水平及活性的调节可以快速调控基因表达
    • 小分子RNA对基因表达的调节十分复杂
      • 微小RNA
      • 干扰小RNA
    • 长链非编码RNA在基因表达调控中的作用不容忽视