第13章基因表达及其调控 学习要求 (2)维持细胞分化与个体发育。 (3)基因表达调控的异常在疾病发生发展过程 掌握基因表达的特点、方式及其多级调控特征 中起重要作用。 掌握转录的启始是基因表达的基本调控点，掌握操纵 子、增强子，沉默子、调节蛋白、转录因子的概念。了 (二)基因表达调控的基本原理 解真核生物的基因表达调控的基本规律。熟悉真核 1.基因表达调控呈现多层次和复杂性基因表 转录因子的结构特点，熟悉原核生物基因表达调控的 达是多步骤的，因此基因表达洞控可在多个水平上发 生，包括染色体DNA水平，转录水平，转录后加 工作原理 CAP 饰，翻译和翻译后加工修饰等多个水平。但主要是在 真核基因表达调控的特点。 转录水平尤其是转录起始水平。 2.基因转录激活受到转录调节蛋白与启动子相 讲义要点 互作用的调节基因转录激活涉及多种因素，包括特 (一)基因表达调控的基本概念 异DNA序列，转录调节蛋白，DNA与蛋白质以及蛋白 1,基因表达相关概念 质与蛋白质的相互作用、RNA聚合酶活性等。 (1)基因，是位于染色体上的遗传基本单位，是 (三)原核基因表达调节 负载特定遗传信息的DNA片段， 编码具有生物功能 1,原核基因表达调节特点 的产物包括RNA和多肽链。 (1)遇节机制相对简单 (2)基因组：是指来自一个生物体的一整套遗传 (2)多级调控，但主要 转录水平 物质。人类基因组约含2万-2.5万个基因，但通常只 (3)多基因作为 个单元被调控即操纵子模型。 有一部分基因处干表达状态 (4)负性调节比较常见。 (3)基因表达，就是基因负载的遗传信息转变生 2.转录水平的调节 操纵子调控模式 成具有生物学功能产物的过程，包括基因的激活、转 (1)操纵子的概念：操纵子是原核生物基因表达 录，翻译以及相关的加工修饰等多个步骤或过 的协调控制单位包括有结构基因、启动序列、操纵序 2.基因表达具有时间特异性和空间特异性 列等。如：乳糖操纵子、色氨酸操纵子等 (1)时阿特异性：也称阶段特异性，指基因的表 (2)乳糖操纵子的结构：乳糖操纵 子包括调节 达按一定的时间顺序发生。 因 个操纵序列0、一个启动序列P以及三个结构 2)空间结异性，也称细胞特异性或组织特异 基因ZY和A。其中调节基因I编码生成阻遏蛋白， 性指多细胞生物个体在某一特定生长发有阶段同 后者与操纵序列结合：RNA聚合商与启动序列结合： 分解代谢物基因激活蛋白(CAP)也结合在操纵序列 基因 的方式 生要包括组成性表达（基本 附近：结构基因Z,Y和A分别编码三个与乳糖代谢有 表达)和非组成性表达（诱导或阻遏）两种，分别被 关的醇，即：B-半乳糖苷碑，透醇和乙酰基转移酶。 为管家基因和可诱导或可阻调基因见表13.1」 个酶的基因即作为一个整体由同 一个调轻区调节 4.其因表达调控的生物医学意义 以实现基因的协调表达（图13-1）。 (1)适应环境，维持生长和增殖 表131基因表达方式总结 管家基因 可诱导或可阻遇基因 定义 在一个生物个体的儿平所有细胞中特续表达 受特定环境信号刺微后表达水平发生变化 表达方式 在所有组织，所有时间段都持续表达或变化很小 基因表达水平增高（诱导）或降低（阻遇】 环境影响 表达水平较少受环境变化的影年 基因表达易受环境变化的影响 举例 GAPDH.B-L动蛋白 DNA损伤应答基因等 .140
１４０ 第 １３ 章 基因表达及其调控 学 习 要 求 掌握基因表达的特点、方式及其多级调控特征ꎬ 掌握转录的启始是基因表达的基本调控点ꎬ掌握操纵 子、增强子、沉默子、调节蛋白、转录因子的概念ꎮ 了 解真核生物的基因表达调控的基本规律ꎮ 熟悉真核 转录因子的结构特点ꎬ熟悉原核生物基因表达调控的 基本规律及乳糖操纵子、色氨酸操纵子以及衰减子的 工作原理ꎻ掌握 ＣＡＰ￣ｃＡＭＰ 与乳糖的协同作用ꎮ 熟悉 真核基因表达调控的特点ꎮ 讲 义 要 点 (一) 基因表达调控的基本概念 １ 基因表达相关概念 (１) 基因:是位于染色体上的遗传基本单位ꎬ是 负载特定遗传信息的 ＤＮＡ 片段ꎬ编码具有生物功能 的产物包括 ＲＮＡ 和多肽链ꎮ (２) 基因组:是指来自一个生物体的一整套遗传 物质ꎮ 人类基因组约含 ２ 万~２.５ 万个基因ꎬ但通常只 有一部分基因处于表达状态ꎮ (３) 基因表达:就是基因负载的遗传信息转变生 成具有生物学功能产物的过程ꎬ包括基因的激活、转 录、翻译以及相关的加工修饰等多个步骤或过程ꎮ ２ 基因表达具有时间特异性和空间特异性 (１) 时间特异性:也称阶段特异性ꎬ指基因的表 达按一定的时间顺序发生ꎮ (２) 空间特异性:也称细胞特异性或组织特异 性ꎬ指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶段ꎬ同 一基因在不同的组织器官表达不同ꎮ ３ 基因表达的方式 主要包括组成性表达(基本 表达)和非组成性表达(诱导或阻遏)两种ꎬ分别被称 为管家基因和可诱导或可阻遏基因见表 １３￣１ꎮ ４ 基因表达调控的生物医学意义 (１) 适应环境ꎬ维持生长和增殖ꎮ (２) 维持细胞分化与个体发育ꎮ (３) 基因表达调控的异常在疾病发生发展过程 中起重要作用ꎮ (二) 基因表达调控的基本原理 １ 基因表达调控呈现多层次和复杂性 基因表 达是多步骤的ꎬ因此基因表达调控可在多个水平上发 生ꎬ包括染色体 ＤＮＡ 水平、转录水平、转录后加工修 饰、翻译和翻译后加工修饰等多个水平ꎮ 但主要是在 转录水平尤其是转录起始水平ꎮ ２ 基因转录激活受到转录调节蛋白与启动子相 互作用的调节 基因转录激活涉及多种因素ꎬ包括特 异 ＤＮＡ 序列、转录调节蛋白、ＤＮＡ 与蛋白质以及蛋白 质与蛋白质的相互作用、ＲＮＡ 聚合酶活性等ꎮ (三) 原核基因表达调节 １ 原核基因表达调节特点 (１) 调节机制相对简单ꎮ (２) 多级调控ꎬ但主要在转录水平ꎮ (３) 多基因作为一个单元被调控即操纵子模型ꎮ (４) 负性调节比较常见ꎮ ２ 转录水平的调节———操纵子调控模式 (１) 操纵子的概念:操纵子是原核生物基因表达 的协调控制单位ꎬ包括有结构基因、启动序列、操纵序 列等ꎮ 如:乳糖操纵子、色氨酸操纵子等ꎮ (２) 乳糖操纵子的结构:乳糖操纵子包括调节基 因 Ｉ、一个操纵序列 Ｏ、一个启动序列 Ｐ 以及三个结构 基因 Ｚ、Ｙ 和 Ａꎮ 其中调节基因 Ｉ 编码生成阻遏蛋白ꎬ 后者与操纵序列结合ꎻＲＮＡ 聚合酶与启动序列结合ꎻ 分解代谢物基因激活蛋白(ＣＡＰ) 也结合在操纵序列 附近ꎻ结构基因 Ｚ、Ｙ 和 Ａ 分别编码三个与乳糖代谢有 关的酶ꎬ即:β￣半乳糖苷酶ꎬ透酶和乙酰基转移酶ꎮ 这 三个酶的基因即作为一个整体由同一个调控区调节ꎬ 以实现基因的协调表达(图 １３￣１)ꎮ 表 １３￣ １ 基因表达方式总结 管家基因 可诱导或可阻遏基因 定义 在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达 受特定环境信号刺激后表达水平发生变化 表达方式 在所有组织、所有时间段都持续表达或变化很小 基因表达水平增高(诱导)或降低(阻遏) 环境影响 表达水平较少受环境变化的影响 基因表达易受环境变化的影响 举例 ＧＡＰＤＨ、β￣肌动蛋白 ＤＮＡ 损伤应答基因等
第13章基因表达及其调控·141·% 结构因 CAP结合位点 图13.】乳糖操纵子结构示意图 (3)乳糖操纵子的调节机制：见图13-2。 近，从面进一步促进结构基因的转录。 1)阻道蛋白的负性调节：当没有乳糖时，调节基 当有葡萄糖存在时，cAMP浓度降低，结合在启动 因表达生成阻遏蛋白，阻遏蛋白结合至操纵序列处， 序列附近的CAP减少，结构基因转录速率降低。 阻碍RNA聚合酶与启动序列结合，抑制结构基因的 3)协调调节：实际情况下，上述两种调节方式是 转录启动，此时操纵子处于阻退状态 相辅相成相协调的 有乳糖存在时，乳糖首先被 变为半乳糖， 在无乳糖且有葡 糖时，阻遏蛋白负性调节 乳糖则作为一种诱导剂与阻遏蛋白结合，诱发蛋白质 起作用，此时结构基因不被转录。 构象改变，使阻遇蛋白从启动序列上解离下来，从而 B.在有乳糖且有葡萄糖时，阻退蛋白负性调节 启动结构基因的转录，此时操纵子处于透导状态 不起作用此时结构基因转录水平低。 注：异丙基硫代半乳孔糖苷(PT℃)为半乳糖类似 C.在有乳糖且无葡萄糖时，阻遏蛋白的抑制作 物，是一种强的诱导剂。 用被解除，CAP正性调节被激活，此时结构基因的转 2)CAP的正性湖节：当没有萄萄糖时，cAMP浓 录水平最高。 度升高，与CAP结合，CAP进而结合在启动序列 A有葡萄，无乳 RNA poi PI 1 0 Y A 无转录 阻遏蛋白 3有葡糖，有乳 NA→ 很少的mRNA转逐 诱导剂 ·无葡萄糖，有乳糖 CAP RNA POD广 PI 1 P oz Y 诱号剂 大量的mRNA转 图13-2乳糖操纵子的调节机制 (A)当萄萄糖存在，没有乳糖存在时，闲湖蛋白封闭转录，CAP不能发挥作用：(B)当乳糖存在时，去用遢：但因有萄萄糖存 在，CP不能发挥作用：(C)当葡萄糖不存在，乳糖存在时，即去阻遇.CAP又能发挥作用.对操纵子有强的诱导离节
第 １３ 章 基因表达及其调控 １４１ 图 １３￣ １ 乳糖操纵子结构示意图 (３) 乳糖操纵子的调节机制:见图 １３￣２ꎮ １) 阻遏蛋白的负性调节:当没有乳糖时ꎬ调节基 因表达生成阻遏蛋白ꎬ阻遏蛋白结合至操纵序列处ꎬ 阻碍 ＲＮＡ 聚合酶与启动序列结合ꎬ抑制结构基因的 转录启动ꎬ此时操纵子处于阻遏状态ꎮ 当有乳糖存在时ꎬ乳糖首先被转变为半乳糖ꎬ半 乳糖则作为一种诱导剂与阻遏蛋白结合ꎬ诱发蛋白质 构象改变ꎬ使阻遏蛋白从启动序列上解离下来ꎬ从而 启动结构基因的转录ꎬ此时操纵子处于诱导状态ꎮ 注:异丙基硫代半乳糖苷( ＩＰＴＧ) 为半乳糖类似 物ꎬ是一种强的诱导剂ꎮ ２) ＣＡＰ 的正性调节:当没有葡萄糖时ꎬｃＡＭＰ 浓 度升高ꎬ与 ＣＡＰ 结合ꎬＣＡＰ 进而结合在启动序列附 近ꎬ从而进一步促进结构基因的转录ꎮ 当有葡萄糖存在时ꎬｃＡＭＰ 浓度降低ꎬ结合在启动 序列附近的 ＣＡＰ 减少ꎬ结构基因转录速率降低ꎮ ３)协调调节:实际情况下ꎬ上述两种调节方式是 相辅相成、互相协调的ꎮ 譬如: Ａ 在无乳糖且有葡萄糖时ꎬ阻遏蛋白负性调节 起作用ꎬ此时结构基因不被转录ꎮ Ｂ 在有乳糖且有葡萄糖时ꎬ阻遏蛋白负性调节 不起作用ꎬ此时结构基因转录水平低ꎮ Ｃ 在有乳糖且无葡萄糖时ꎬ阻遏蛋白的抑制作 用被解除ꎬＣＡＰ 正性调节被激活ꎬ此时结构基因的转 录水平最高ꎮ 图 １３￣ ２ 乳糖操纵子的调节机制 (Ａ)当葡萄糖存在ꎬ没有乳糖存在时ꎬ阻遏蛋白封闭转录ꎬＣＡＰ 不能发挥作用ꎻ(Ｂ)当乳糖存在时ꎬ去阻遏ꎻ但因有葡萄糖存 在ꎬＣＡＰ 不能发挥作用ꎻ(Ｃ)当葡萄糖不存在ꎬ乳糖存在时ꎬ即去阻遏ꎬＣＡＰ 又能发挥作用ꎬ对 ｌａｃ 操纵子有强的诱导调节
·142·生物化学与分子生物学学习纲要与同步练习 3.翻译水平的调节翻译一般在起始和终止阶 段受到调节 尤其是起始阶段。调节分子包括调节蛋 2.真核基因表达调节特点与原核基因调节相 白和反义RN 比：也是多级调控，且主要在转录起始水平：但更为 (四)真核基因表达调节 复杂 (1)直核细胞内有3种BNA聚合酶 1.直核基因组具有独特的结构特点见表132。 (2)处于转录激活状态的染色质结构发生明显 表132真核生物与原核生物的基因组特点 变化：①活化基因对核酸酶敏感：②DNA拓扑结构变 直核生物 原核牛物 化：③DNA碱基的甲基化修饰：④组蛋白的缘饰。 大小 庞大，元余著侈 较小，经济紧凑 (3)以正性调节为主，比负性调节更精确，更 经济。 转录产物单顺反子 多顺反子 (4)在真核细胞中转录与翻译分隔进行。 序列特征含有大量的重复序列 重复序列少 (5)转录后的加工修饰更为复杂 基因特点不连续性，含有内含子、外雀续，无内含子 .RNA pol I和RNA polⅢ的转录调节相对简单 显子 见表13-3。 表13-3 RNA pol I和RNA pollⅢ的转录调节 RNA pol I RNA polⅢ 转录产物 45S rRNA RNA,5SRNA和mRNA 启动子 位于转录起始位点附近及上游：主要包括核位于转录起始位点下游，特称为内部控制区(CR):主要 心启动子元件(-45~+20p)和上游控制 包括A盒(TGCCNNACTC,G)和B盒(GCTTCGANNCC) 元件(-156-107bp)。 西个元件 转录因子 上游结合因子I(UBFI) BNA.BTd 选择性因子1(S 5SRNA:TFA,FB,C 4.RNA polⅢ的转录调节 1基本转录因子：与核心启动子区域的基本而 (I)RNA polⅡ转录起始的调节非常复杂 控元件结合，是RNA聚合酶结合启动子所必需的转 1)顺式作用元件：即位于基因附近或内部的能 录因子。如TFID和TATA盒结合。 够调节基因自身表达的特定DNA序列.是转录因子 B.特异转录因子：与调节启动子区域的特异调 的结合位点，通过与转录因子结合而实现对真核基因控元件结合，决定基因的时间、空间特异性表达，最终 转录的精确固控（表134） 激活或抑制转录。又可分为转录激活因子和转录抑 启动子：可分为核心启动子和调节启动子 制因子 区域 转录因子的组件式结构：DNA结合域，转录激 B.增强子和沉默子。 活域和二聚化结构域。 2)反式作用因子：真核基因调节蛋白又称转录 3)mRNA的转录激活需要转录起始复合物的形 (调节)因子，绝大多数起反式作用，但也可起顺式作成，多种转录因子和顺式作用元件的参与保证了真核 用。转录因子按其作用特点可分为以下两类： :基因表达的高度精确和特异性。 表134顺式作用元件和转录调节蛋白总结 类别 作用机理 调节作用 顺式作用元件启动子 指RNA DOl结合位点周围的一组转录控制组件 正性调节 包括转录起始点+功能组件(TATA盒，CC盒.CAAT食)》 增强子 指远离转录起始点，决定基因的时间，空间特异性表达，增强启动子转录 正性调节 话件的DNA序列发挥作用的方式与方向距离无关 沉默子 负性湖节元件，可结合特异蛋白因子，对基因转录起阻遏作用 负性调节 转录调节蛋白反式作用因子某基因表达的蛋白作用于另一基因的转录，影响另一基因表达 正/负调节 顺式作用因子某基因表达的蛋白作用于自身基因的调节序列，影响自身基因的表达 正/负调节
１４２ 生物化学与分子生物学学习纲要与同步练习 ３ 翻译水平的调节 翻译一般在起始和终止阶 段受到调节ꎬ尤其是起始阶段ꎮ 调节分子包括调节蛋 白和反义 ＲＮＡꎮ (四) 真核基因表达调节 １ 真核基因组具有独特的结构特点 见表 １３￣２ꎮ 表 １３￣ ２ 真核生物与原核生物的基因组特点 真核生物 原核生物 大小 庞大ꎬ冗余奢侈 较小ꎬ经济紧凑 转录产物 单顺反子 多顺反子 序列特征 含有大量的重复序列 重复序列少 基因特点 不连续性ꎬ含有内含子、外 显子 连续ꎬ无内含子 ２ 真核基因表达调节特点 与原核基因调节相 比:也是多级调控ꎬ且主要在转录起始水平ꎻ但更为 复杂ꎮ (１) 真核细胞内有 ３ 种 ＲＮＡ 聚合酶ꎮ (２) 处于转录激活状态的染色质结构发生明显 变化:①活化基因对核酸酶敏感ꎻ②ＤＮＡ 拓扑结构变 化ꎻ③ＤＮＡ 碱基的甲基化修饰ꎻ④组蛋白的修饰ꎮ (３) 以正性调节为主ꎬ比负性调节更精确、更 经济ꎮ (４) 在真核细胞中转录与翻译分隔进行ꎮ (５) 转录后的加工修饰更为复杂ꎮ ３ ＲＮＡ ｐｏｌ Ｉ 和 ＲＮＡ ｐｏｌⅢ的转录调节相对简单 见表 １３￣ ３ꎮ 表 １３￣ ３ ＲＮＡ ｐｏｌ Ｉ 和 ＲＮＡ ｐｏｌⅢ的转录调节 ＲＮＡ ｐｏｌ Ｉ ＲＮＡ ｐｏｌ Ⅲ 转录产物 ４５Ｓ ｒＲＮＡ ｔＲＮＡ、５Ｓ ｒＲＮＡ 和 ｓｎＲＮＡ 启动子 位于转录起始位点附近及上游ꎻ主要包括核 心启动子元件( －４５ ~ ＋２０ ｂｐ)和上游控制 元件( －１５６~ －１０７ ｂｐ)ꎮ 位于转录起始位点下游ꎬ特称为内部控制区( ＩＣＲ)ꎻ主要 包括 Ａ 盒(ＴＧＧＣＮＮＡＧＴＧＧ)和 Ｂ 盒(ＧＧＴＴＣＧＡＮＮＣＣ) 两个元件ꎮ 转录因子 上游结合因子 ｌ(ＵＢＦ１) 选择性因子 １(ＳＬ１) ｔＲＮＡ:ＴＦⅢＢ、ＴＦⅢＣ ５Ｓ ｒＲＮＡ:ＴＦⅢＡ、ＴＦⅢＢ、ＴＦⅢＣ ４ ＲＮＡ ｐｏｌⅡ的转录调节 (１) ＲＮＡ ｐｏｌⅡ转录起始的调节非常复杂 １) 顺式作用元件:即位于基因附近或内部的能 够调节基因自身表达的特定 ＤＮＡ 序列ꎬ是转录因子 的结合位点ꎬ通过与转录因子结合而实现对真核基因 转录的精确调控(表 １３￣４)ꎮ Ａ 启动子:可分为核心启动子和调节启动子 区域ꎮ Ｂ 增强子和沉默子ꎮ ２) 反式作用因子:真核基因调节蛋白又称转录 (调节)因子ꎬ绝大多数起反式作用ꎬ但也可起顺式作 用ꎮ 转录因子按其作用特点可分为以下两类: Ａ 基本转录因子:与核心启动子区域的基本调 控元件结合ꎬ是 ＲＮＡ 聚合酶结合启动子所必需的转 录因子ꎮ 如 ＴＦＩＩ Ｄ 和 ＴＡＴＡ 盒结合ꎮ Ｂ 特异转录因子:与调节启动子区域的特异调 控元件结合ꎬ决定基因的时间、空间特异性表达ꎬ最终 激活或抑制转录ꎮ 又可分为转录激活因子和转录抑 制因子ꎮ Ｃ 转录因子的组件式结构:ＤＮＡ 结合域、转录激 活域和二聚化结构域ꎮ ３) ｍＲＮＡ 的转录激活需要转录起始复合物的形 成ꎬ多种转录因子和顺式作用元件的参与保证了真核 基因表达的高度精确和特异性ꎮ 表 １３￣ ４ 顺式作用元件和转录调节蛋白总结 类别 作用机理 调节作用 顺式作用元件 启动子 指ＲＮＡ ｐｏｌ 结合位点周围的一组转录控制组件 包括转录起始点＋功能组件(ＴＡＴＡ 盒、ＧＣ 盒、ＣＡＡＴ 盒) 正性调节 增强子 指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性表达、增强启动子转录 活性的 ＤＮＡ 序列ꎬ发挥作用的方式与方向、距离无关 正性调节 沉默子 负性调节元件ꎬ可结合特异蛋白因子ꎬ对基因转录起阻遏作用 负性调节 转录调节蛋白 反式作用因子 某基因表达的蛋白作用于另一基因的转录ꎬ影响另一基因表达 正/ 负调节 顺式作用因子 某基因表达的蛋白作用于自身基因的调节序列ꎬ影响自身基因的表达 正/ 负调节
第13章基因表达及其调控·143·% (2)RNA polⅡ转录终止的调节，如HV基因组 续表 的转录终止调节。 5转录后水平的调节 原核生物基因表达调控真枝生物基因表达调控 (I)hnRNA加工成然的调节：首尾修饰，剪接和 不同点 机制相对简单 机制高度复杂 正性调节为主，更精 RNA编辑等。 确 (2)mRNA运输，胞质内稳定性的调节.如运铁 的调 三种RNA聚合酶 蛋白受体mRNA的降解速率控制。 转录起的的调 6.翻译水平及翻译后阶政的调节 涉及顺式作用元件 (1)翻译起始因子活性的调节：如P2a亚单位 和转录因子乡问 的磷酸化修饰 转录因子之 (2)RNA结合蛋白(RBP)的调节作用。 (3)蛋白质的降解速率控制 染色质结构变化也起 7.小分子RNA对基因表达的调节作用 重要作用 (1)非编码RNA(om-ling rNa.eRNA),不行 为模板编码生成蛋白质或肽的RNA分子，在基因表 中英文专业术语 达调控等过程中起重要作用】 包括有核酶、细胞核小 其因。 分子RNA(snRNA)、核仁小分子RNA(snoRNA)、 RNA(microRNA,niRNA)和小干扰RNA(small inter 基因组， fering RNA siRNA 基因表达， (2)微RNA(microRNA.miRNA):20-25核苷酸 管家基因hus ing gen 与3.R结合节翻 提纵子.m (3) RNA千(RNM ng RNA.siRNA) 增强子， ing,RNAi),可促进特异mRN 反式作用因子：tm cting facto 的降解（表13.5）。 顺式作用元件：cis-acting element 表13.5 siRNA和niRNA的比较 微RNA:micmRNA,iRNA 非编码RNA:non-coding RNA,neRNA siRNA miRNA 前体 内源或外源性长双链内源发夹样结构的转 练习题 RNA诱导产生 产物 结村 双链分子 单链分子 A型选择题 作用机制降解mRNA 1.基因表达调控可以发生在 抑制翻译 A。转录起始 B转录后水平 把mRNA需完全互补 不需完全互补 C.翻译起始 结合 D.翻译后水平 生物学效应排制转座子活性和抵发育过程调节等 E以上均正确 抗病毒感染 基因表达调控的主要环节是 (五)真核基因与原核基因表达调节的区别 基因复制 B.转录起始 C.转录后加工 D.翻译起始 (表13-6) E.湖率后加工 表13.6直核生物与原核生物的基因基因表计 3.关于基因表达的描述，错误的是」 调控机制比较 某些甚因的表达产物为BNA 原核生物基因表达涧控真枝生物基因表达调控 B.有些基因的表达产物为RNA 共同点目的一致 有些基因的表达产物是蛋白质分 基因调控的多层次利 D. 基因表达具有组织特异性和阶段特异性 钉性 E.基因表达都要经过基因转录和翻译的过程 转录起始是基因表达 4.在一个生物体的几乎所有细胞中均持续表达的基 的主要和基本调 因称为： 控 A.假基因 B.断裂基因
第 １３ 章 基因表达及其调控 １４３ (２) ＲＮＡ ｐｏｌⅡ转录终止的调节:如 ＨＩＶ 基因组 的转录终止调节ꎮ ５ 转录后水平的调节 (１) ｈｎＲＮＡ 加工成熟的调节:首尾修饰、剪接和 ＲＮＡ 编辑等ꎮ (２) ｍＲＮＡ 运输、胞质内稳定性的调节:如运铁 蛋白受体 ｍＲＮＡ 的降解速率控制ꎮ ６ 翻译水平及翻译后阶段的调节 (１) 翻译起始因子活性的调节:如 ｅＩＦ￣ ２α 亚单位 的磷酸化修饰ꎮ (２) ＲＮＡ 结合蛋白(ＲＢＰ)的调节作用ꎮ (３) 蛋白质的降解速率控制 ７ 小分子 ＲＮＡ 对基因表达的调节作用 (１) 非编码 ＲＮＡ(ｎｏｎ￣ｃｏｄｉｎｇ ＲＮＡꎬｎｃＲＮＡ):不作 为模板编码生成蛋白质或肽的 ＲＮＡ 分子ꎬ在基因表 达调控等过程中起重要作用ꎮ 包括有核酶、细胞核小 分子 ＲＮＡ( ｓｎＲＮＡ)、核仁小分子 ＲＮＡ( ｓｎｏＲＮＡ)、微 ＲＮＡ(ｍｉｃｒｏＲＮＡꎬｍｉＲＮＡ) 和小干扰 ＲＮＡ( ｓｍａｌｌ ｉｎｔｅｒ￣ ｆｅｒｉｎｇ ＲＮＡꎬｓｉＲＮＡ)ꎮ (２) 微 ＲＮＡ(ｍｉｃｒｏＲＮＡꎬｍｉＲＮＡ):２０~ ２５ 核苷酸ꎬ 与 ３′￣ＵＴＲ 结合ꎬ调节翻译ꎮ (３) 小干扰 ＲＮＡ(ｓｍａｌｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ ＲＮＡꎬｓｉＲＮＡ): ＲＮＡ 干扰(ＲＮＡ ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇꎬＲＮＡｉ)ꎬ可促进特异 ｍＲＮＡ 的降解(表 １３￣ ５)ꎮ 表 １３￣ ５ ｓｉＲＮＡ 和 ｍｉＲＮＡ 的比较 ｓｉＲＮＡ ｍｉＲＮＡ 前体 内源或外源性长双链 ＲＮＡ 诱导产生 内源发夹样结构的转 录产物 结构 双链分子 单链分子 作用机制 降解 ｍＲＮＡ 抑制翻译 靶 ｍＲＮＡ 结合 需完全互补 不需完全互补 生物学效应 抑制转座子活性和抵 抗病毒感染 发育过程调节等 (五) 真核基因与原核基因表达调节的区别 (表 １３￣ ６) 表 １３￣ ６ 真核生物与原核生物的基因基因表达 调控机制比较 原核生物基因表达调控 真核生物基因表达调控 共同点 目的一致 基因调控的多层次和 复杂性 转录起始是基因表达 的主 要 和 基 本 调 控点 续表 原核生物基因表达调控 真核生物基因表达调控 不同点 机制相对简单ꎻ 负性调节为主ꎻ 一种 ＲＮＡ 聚合酶ꎻ 转录水平的调节为操 纵子模型 机制高度复杂ꎻ 正 性 调 节 为 主ꎬ 更 精 确、更经济ꎻ 三种 ＲＮＡ 聚合酶ꎻ 转录起始的调节主要 涉及顺式作用元件 和转录因子之间以 及不同转录因子之 间的相互作用ꎻ 染色质结构变化也起 重要作用 中英文专业术语 基因:ｇｅｎｅ 沉默子:ｓｉｌｅｎｃｅｒ 基因组:ｇｅｎｏｍｅ 基因表达:ｇｅｎｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ 管家基因 ｈｏｕｓｅｋｅｅｐｉｎｇ ｇｅｎｅ 操纵子:ｏｐｅｒｏｎ 增强子:ｅｎｈａｎｃｅｒ 反式作用因子:ｔｒａｎｓ￣ａｃｔｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ 顺式作用元件:ｃｉｓ￣ａｃｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ 微 ＲＮＡ:ｍｉｃｒｏＲＮＡꎬｍｉＲＮＡ 非编码 ＲＮＡ:ｎｏｎ￣ｃｏｄｉｎｇ ＲＮＡꎬｎｃＲＮＡ 练 习 题 一、 Ａ 型选择题 １ 基因表达调控可以发生在: Ａ 转录起始 Ｂ 转录后水平 Ｃ 翻译起始 Ｄ 翻译后水平 Ｅ 以上均正确 ２ 基因表达调控的主要环节是: Ａ 基因复制 Ｂ 转录起始 Ｃ 转录后加工 Ｄ 翻译起始 Ｅ 翻译后加工 ３ 关于基因表达的描述ꎬ错误的是: Ａ 某些基因的表达产物为 ｔＲＮＡ Ｂ 有些基因的表达产物为 ｒＲＮＡ Ｃ 有些基因的表达产物是蛋白质分子 Ｄ 基因表达具有组织特异性和阶段特异性 Ｅ 基因表达都要经过基因转录和翻译的过程 ４ 在一个生物体的几乎所有细胞中均持续表达的基 因称为: Ａ 假基因 Ｂ 断裂基因
·144·生物化学与分子生物学学习纲要与同步练习 C.调节基因 D.管家基因 C.当没有葡萄糖时，CAP结合在启动序列附近 E可诱导基 促进结构基因转家 些基因在受到外界因素刺澈时会出现表达水平 D.当有葡萄糖存在时，结合在启动序列附近的 升高或降低，这类基因称为： CAP藏少结构基因转录速率降低 A假基因 B.断裂基因 EpC县一种强的加制刻 C管家甚因 D.可诱导或可阻遏基因 14.下列关于转录因子的描述，正确的是 E以上都不对 6.基因表达调控的意义是】 A 转录因子是参与基因转录调控的蛋白质 .通过DNA蛋白质或蛋白质蛋白质相互作用 适应 ,维持生长和增 而发挥作用 C维持细胞分化 D.控制个体发育 C转录因子含有DNA结合结构域和转录激活结 E.以上均正确 构域 ).操纵子就其基因表达调节的水平来讲属干 A。复制水平的调节 B.转录水平的调节 C转录后水平的调节 D.翻译水平的调节 15.转录因子含有的典型结构域包括 翻译后水平的调节 A.DNA结合城 B.转录激活域 C.一聚化结构域 D.以上均正确 个启动序列和 个编码序列 上的不计 B. 个启动序列和数个编码序列 16.反式作用因子是指 C数个启动序列和 ,个编们序列 A.具有激活功能的调节蛋白 D.数个启动序列和数个编码序列 B.具有抑制功能的调节蛋白 下上的不时 C对自身基因且有遇节功能的甜节蛋白 9.乳糖操纵子的阻遏蛋白结合的部位是 A 1基因序列 D.对另一基因具有调节功能的调节蛋白 B.P序列 E以上均不对 C.0序列 D.CAP结合位点 真核基因处 于活化状态时对DNasel的敏感性表 E.结构基因序列 现为 10.乳糖操纵子中调节基因1的编码产物是： A.高度敏感 B.中度敏感 A阻活蛋白 C.低度敏感 D,不敏感 B分解物基因激活蛋白 不一完 B半乳糖苷酶 D. 乳糖苷乙酰转移 18。真核基因组的结构特点是 A.真核基因组结构庞大 E.透作 11.CAP指的是 B.基因转录产物为单顺反子 A。阻渴蛋白 B.分解物基因活化蛋白 C真核基因大多具有不连续性 D.含有大量的重复序列 C.血浆找脂蛋白 D.脂酰基载体蛋白 E.以上均不对 E.以上都正确 12.在下列哪种情况下，乳糖操纵子中结构基因的转 19.活性染色质的特点有 录水平最高 A.对核酸酶敏园 无乳糖且无葡萄糖 B.发生DNA拓扑结构变化 C核小体中组蛋白发生修饰 B.无乳糖但有葡萄糖和 C.有乳糖且无葡萄糖和 D.DNA中的碱基发生甲基化修偷 E以上均正确 D.有乳糖且有葡萄糖的 E川上的不计 0 直接识别并结合真核基因TATA盒的是 13.关于乳糖操纵子的叙述，错误的是 A.TFⅡA B.TF IE 当没有乳糖时，调节基因表达生成阻遇蛋白 C.TFID D.TFIF 操纵子处于阻遇状态 E TEIH B.当有乳糖存在时，阻遇蛋白从启动序列上解 、B型选择题 离，操纵子处于诱导状态 1.大多数原核基因的转录调控机制为】
１４４ 生物化学与分子生物学学习纲要与同步练习 Ｃ 调节基因 Ｄ 管家基因 Ｅ 可诱导基因 ５ 一些基因在受到外界因素刺激时会出现表达水平 升高或降低ꎬ这类基因称为: Ａ 假基因 Ｂ 断裂基因 Ｃ 管家基因 Ｄ 可诱导或可阻遏基因 Ｅ 以上都不对 ６ 基因表达调控的意义是: Ａ 适应环境 Ｂ 维持生长和增殖 Ｃ 维持细胞分化 Ｄ 控制个体发育 Ｅ 以上均正确 ７ 操纵子就其基因表达调节的水平来讲ꎬ属于: Ａ 复制水平的调节 Ｂ 转录水平的调节 Ｃ 转录后水平的调节 Ｄ 翻译水平的调节 Ｅ 翻译后水平的调节 ８ 一个操纵子通常含有: Ａ 一个启动序列和一个编码序列 Ｂ 一个启动序列和数个编码序列 Ｃ 数个启动序列和一个编码序列 Ｄ 数个启动序列和数个编码序列 Ｅ 以上均不对 ９ 乳糖操纵子的阻遏蛋白结合的部位是: Ａ Ｉ 基因序列 Ｂ Ｐ 序列 Ｃ Ｏ 序列 Ｄ ＣＡＰ 结合位点 Ｅ 结构基因序列 １０ 乳糖操纵子中调节基因 Ｉ 的编码产物是: Ａ 阻遏蛋白 Ｂ 分解物基因激活蛋白 Ｃ β￣半乳糖苷酶 Ｄ 半乳糖苷乙酰转移酶 Ｅ 透酶 １１ ＣＡＰ 指的是: Ａ 阻遏蛋白 Ｂ 分解物基因活化蛋白 Ｃ 血浆载脂蛋白 Ｄ 脂酰基载体蛋白 Ｅ 以上均不对 １２ 在下列哪种情况下ꎬ乳糖操纵子中结构基因的转 录水平最高? Ａ 无乳糖且无葡萄糖时 Ｂ 无乳糖但有葡萄糖时 Ｃ 有乳糖且无葡萄糖时 Ｄ 有乳糖且有葡萄糖时 Ｅ 以上均不对 １３ 关于乳糖操纵子的叙述ꎬ错误的是: Ａ 当没有乳糖时ꎬ调节基因表达生成阻遏蛋白ꎬ 操纵子处于阻遏状态 Ｂ 当有乳糖存在时ꎬ阻遏蛋白从启动序列上解 离ꎬ操纵子处于诱导状态 Ｃ 当没有葡萄糖时ꎬＣＡＰ 结合在启动序列附近ꎬ 促进结构基因转录 Ｄ 当有葡萄糖存在时ꎬ结合在启动序列附近的 ＣＡＰ 减少ꎬ结构基因转录速率降低 Ｅ ＩＰＴＧ 是一种强的抑制剂 １４ 下列关于转录因子的描述ꎬ正确的是: Ａ 转录因子是参与基因转录调控的蛋白质 Ｂ 通过 ＤＮＡ￣蛋白质或蛋白质￣蛋白质相互作用 而发挥作用 Ｃ 转录因子含有 ＤＮＡ 结合结构域和转录激活结 构域 Ｄ 不同的转录因子之间也可以相互结合 Ｅ 以上均正确 １５ 转录因子含有的典型结构域包括: Ａ ＤＮＡ 结合域 Ｂ 转录激活域 Ｃ 二聚化结构域 Ｄ 以上均正确 Ｅ 以上均不对 １６ 反式作用因子是指: Ａ 具有激活功能的调节蛋白 Ｂ 具有抑制功能的调节蛋白 Ｃ 对自身基因具有调节功能的调节蛋白 Ｄ 对另一基因具有调节功能的调节蛋白 Ｅ 以上均不对 １７ 真核基因处于活化状态时对 ＤＮａｓｅＩ 的敏感性表 现为 Ａ 高度敏感 Ｂ 中度敏感 Ｃ 低度敏感 Ｄ 不敏感 Ｅ 不一定 １８ 真核基因组的结构特点是 Ａ 真核基因组结构庞大 Ｂ 基因转录产物为单顺反子 Ｃ 真核基因大多具有不连续性 Ｄ 含有大量的重复序列 Ｅ 以上都正确 １９ 活性染色质的特点有: Ａ 对核酸酶敏感 Ｂ 发生 ＤＮＡ 拓扑结构变化 Ｃ 核小体中组蛋白发生修饰 Ｄ ＤＮＡ 中的碱基发生甲基化修饰 Ｅ 以上均正确 ２０ 直接识别并结合真核基因 ＴＡＴＡ 盒的是: Ａ ＴＦⅡＡ Ｂ ＴＦⅡＢ Ｃ ＴＦⅡＤ Ｄ ＴＦⅡＦ Ｅ ＴＦⅡＨ 二、 Ｂ 型选择题 １ 大多数原核基因的转录调控机制为:
第13章基因表达及其调控·145·% 2.直核基因转录激活时必不可少的是： 式作用元件直接或间接作用而参与调节靶基因转 3.点核基因转录中起正性调节的是， 录的蛋白因子（转录因子） 4.真核基因转录中起负性调节的是， 6。顺式作用元件.即位干基因附折或内部的能够调节 A操纵子 B方戒子 C.启动子 基因白身表达的特定DNA序列。是转录因子的结 D.增强子 E沉默子 合位 通过与转录因子结合而实现对真核基因 5.与乳糖操纵子P序列结合的是 录的精确调控。 6.与乳楠操纵子0序列 合的无 7.微BNA:一种短链小BNA分子，长度约20-25核 能与阻遏蛋白结合的是： 苷酸，可通过与靶基因的3'UTR区结合而抑制 8.与CAP结合的是： 用译。 A.阻渴蛋白B.CAMP C.半乳糖 .非编码RNA:是一类不作为模板编码生成蛋白质 D.葡萄糖 E.RNA聚合醇 或肽的RNA分子，在基因表达调控等过程中起 三、名词解释 要作用。包括有核酶，snRNA、mniRNA和siRNA等】 2.基因表达 四、问答颗 】.基因 ?普家其因 4.操纵子 原核基因的转录调控主要为操纵子模式。操纵 5反式作用因子 6.顺式作用元件 即原核生物基因表达的协调控制单位，包括有结构 7.微RN 8.非编码RNA 基因启动序列操纵序列等。常见如乳糖操纵子 四问答题 色氨酸操纵子等。以乳糖操纵子为例，(1)其结构 1.以乳糖操纵子为例，简述原核基因转录调控的 句括调节其因 一个操纵序列0、 以及 个结构基因Z、Y和A。 其中调节基因 2 试述真核生物基因表达调控的基本原理及机制。 码生成阻過蛋白，后者与操纵序列结合：RNA聚 酶与启动序列结合：分解代谢物基因激活蛋白 3.请简述直核生物与原核生物基因组特点，并比较两 (CAP)也结合在操纵序列附近：结构甚因Z了和A 者基因表达调控的异同。 分别编码三个与乳代谢有关的酵，即.B半乳孔 参考答案 苷酶，透酶和乙酰基转移酶。 这 个醇的基因即 一、A型选择题 个整体由 个调控区调节，以实现基因的 调表达。(2)其调节机制主要有正性和负性两利 1.E2.B3.E4.D5.D6E7.B8.B9.d 15.D 模式.①阻遇蛋白的负性调节：当没有乳糖时，调节 10A11B12C13E14E 16.D 17.A18E 基因表达生成阳湖蛋白阻温蛋白结合至提纵序列 19.E20.C 处阻得、A聚合酶与启动序列结合抽制结构其 二、B型选择题 因的转录启动，此时操纵子处于阻状态 :当有 1.A2.C3.D4.E5.E6A7.C8.B 糖存在时，乳糖首先被转变为半乳糖，半乳糖则价 三、名词解释 为一种诱导剂与阻蛋白结合，诱发蛋白质构象 1,基因：基因是位于染色体上的遗传基本单位，是们 变使阳昌蛋白从启动序上解离下来从而白动 载特定遗传信息的DNA片段，编码具有生物功能 结构基因的转录此时操纵子处于诱导状态 物包括 NA和多肽制 ②CAP的正性调节：当没有葡萄糖时，cAMP浓度 2. 基因表达：即基因负载的遗传信息转变生成具有生 升高，与CAP结 ,CAP进 结合在启动序列 物学功能产物的过程，包括基因的激活，转录，翻泽 近，从而进一步促进结构基因的转录。当有葡萄 以及相关的加工修饰等多个步骤或村程 存在时，CAMP浓度降低.结合在启动序列！近的 3管较其因.在一个生物个休的几平所右组知细胞电 CAP减少，结构基因转录速率降低。③协调调节 和所右时问段都持续表达的基因表达水平变化 实际情况下，上述两种固节方式是相辅相成互相 很小且较少受环境变化的影响。如GAPDH,B-肌 烟的 譬如：在无乳糖且有葡萄糖时，阻遏蛋 动蛋白基因 负性调节起作用，此时结构基因不被转 在有 4.操纵子：是原核生物基因表达的协调控制单位，包 糖且有葡萄糖时，阻遏蛋白负性调节不起作用.此 括有结构基因启动序列、操纵序列等。如：乳糖操 时结构基因转录水平低：在右乳铺日无葡萄糖时 纵子、色氨酸操纵子等」 阻遏蛋白的抑制作用被解除.CAP正性调节被激 5.反式作用因子：指由其他基因表达产生的，能与顺 活，此时结构基因的转录水平最高
第 １３ 章 基因表达及其调控 １４５ ２ 真核基因转录激活时必不可少的是: ３ 真核基因转录中起正性调节的是: ４ 真核基因转录中起负性调节的是: Ａ 操纵子 Ｂ 衰减子 Ｃ 启动子 Ｄ 增强子 Ｅ 沉默子 ５ 与乳糖操纵子 Ｐ 序列结合的是: ６ 与乳糖操纵子 Ｏ 序列结合的是: ７ 能与阻遏蛋白结合的是: ８ 与 ＣＡＰ 结合的是: Ａ 阻遏蛋白 Ｂ ｃＡＭＰ Ｃ 半乳糖 Ｄ 葡萄糖 Ｅ ＲＮＡ 聚合酶 三、 名词解释 １ 基因 ２ 基因表达 ３ 管家基因 ４ 操纵子 ５ 反式作用因子 ６ 顺式作用元件 ７ 微 ＲＮＡ ８ 非编码 ＲＮＡ 四、 问答题 １ 以乳糖操纵子为例ꎬ简述原核基因转录调控的 原理ꎮ ２ 试述真核生物基因表达调控的基本原理及机制ꎮ ３ 请简述真核生物与原核生物基因组特点ꎬ并比较两 者基因表达调控的异同ꎮ 参 考 答 案 一、 Ａ 型选择题 １ Ｅ ２ Ｂ ３ Ｅ ４ Ｄ ５ Ｄ ６ Ｅ ７ Ｂ ８ Ｂ ９ Ｃ １０ Ａ １１ Ｂ １２ Ｃ １３ Ｅ １４ Ｅ １５ Ｄ １６ Ｄ １７ Ａ １８ Ｅ １９ Ｅ ２０ Ｃ 二、 Ｂ 型选择题 １ Ａ ２ Ｃ ３ Ｄ ４ Ｅ ５ Ｅ ６ Ａ ７ Ｃ ８ Ｂ 三、 名词解释 １ 基因:基因是位于染色体上的遗传基本单位ꎬ是负 载特定遗传信息的 ＤＮＡ 片段ꎬ编码具有生物功能 的产物包括 ＲＮＡ 和多肽链ꎮ ２ 基因表达:即基因负载的遗传信息转变生成具有生 物学功能产物的过程ꎬ包括基因的激活、转录、翻译 以及相关的加工修饰等多个步骤或过程ꎮ ３ 管家基因:在一个生物个体的几乎所有组织细胞中 和所有时间段都持续表达的基因ꎬ其表达水平变化 很小且较少受环境变化的影响ꎮ 如 ＧＡＰＤＨ、β￣肌 动蛋白基因ꎮ ４ 操纵子:是原核生物基因表达的协调控制单位ꎬ包 括有结构基因、启动序列、操纵序列等ꎮ 如:乳糖操 纵子、色氨酸操纵子等ꎮ ５ 反式作用因子:指由其他基因表达产生的、能与顺 式作用元件直接或间接作用而参与调节靶基因转 录的蛋白因子(转录因子)ꎮ ６ 顺式作用元件:即位于基因附近或内部的能够调节 基因自身表达的特定 ＤＮＡ 序列ꎮ 是转录因子的结 合位点ꎬ通过与转录因子结合而实现对真核基因转 录的精确调控ꎮ ７ 微 ＲＮＡ:一种短链小 ＲＮＡ 分子ꎬ长度约 ２０ ~ ２５ 核 苷酸ꎬ可通过与靶基因的 ３′￣ＵＴＲ 区结合而抑制 翻译ꎮ ８ 非编码 ＲＮＡ:是一类不作为模板编码生成蛋白质 或肽的 ＲＮＡ 分子ꎬ在基因表达调控等过程中起重 要作用ꎮ 包括有核酶、ｓｎＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ 和 ｓｉＲＮＡ 等ꎮ 四、 问答题 １ 原核基因的转录调控主要为操纵子模式ꎮ 操纵子 即原核生物基因表达的协调控制单位ꎬ包括有结构 基因、启动序列、操纵序列等ꎮ 常见如乳糖操纵子、 色氨酸操纵子等ꎮ 以乳糖操纵子为例ꎬ(１)其结构 包括调节基因 Ｉ、一个操纵序列 Ｏ、一个启动序列 Ｐ 以及三个结构基因 Ｚ、Ｙ 和 Ａꎮ 其中调节基因 Ｉ 编 码生成阻遏蛋白ꎬ后者与操纵序列结合ꎻＲＮＡ 聚合 酶与启动序列结合ꎻ 分解代谢物基因激活蛋白 (ＣＡＰ)也结合在操纵序列附近ꎻ结构基因 Ｚ、Ｙ 和 Ａ 分别编码三个与乳糖代谢有关的酶ꎬ即:β￣半乳糖 苷酶ꎬ透酶和乙酰基转移酶ꎮ 这三个酶的基因即作 为一个整体由同一个调控区调节ꎬ以实现基因的协 调表达ꎮ (２) 其调节机制主要有正性和负性两种 模式:①阻遏蛋白的负性调节:当没有乳糖时ꎬ调节 基因表达生成阻遏蛋白ꎬ阻遏蛋白结合至操纵序列 处ꎬ阻碍 ＲＮＡ 聚合酶与启动序列结合ꎬ抑制结构基 因的转录启动ꎬ此时操纵子处于阻遏状态ꎻ当有乳 糖存在时ꎬ乳糖首先被转变为半乳糖ꎬ半乳糖则作 为一种诱导剂与阻遏蛋白结合ꎬ诱发蛋白质构象改 变ꎬ使阻遏蛋白从启动序列上解离下来ꎬ从而启动 结构基因的转录ꎬ 此时操纵子处于诱导状态ꎮ ②ＣＡＰ 的正性调节:当没有葡萄糖时ꎬｃＡＭＰ 浓度 升高ꎬ与 ＣＡＰ 结合ꎬＣＡＰ 进而结合在启动序列附 近ꎬ从而进一步促进结构基因的转录ꎮ 当有葡萄糖 存在时ꎬｃＡＭＰ 浓度降低ꎬ结合在启动序列附近的 ＣＡＰ 减少ꎬ结构基因转录速率降低ꎮ ③协调调节: 实际情况下ꎬ上述两种调节方式是相辅相成、互相 协调的ꎮ 譬如:在无乳糖且有葡萄糖时ꎬ阻遏蛋白 负性调节起作用ꎬ此时结构基因不被转录ꎻ在有乳 糖且有葡萄糖时ꎬ阻遏蛋白负性调节不起作用ꎬ此 时结构基因转录水平低ꎻ在有乳糖且无葡萄糖时ꎬ 阻遏蛋白的抑制作用被解除ꎬＣＡＰ 正性调节被激 活ꎬ此时结构基因的转录水平最高ꎮ
·146·生物化学与分子生物学学习纲要与同步练习 2.直核基因的表达涉及转录和翻译等多个步骤故其 翻译和（或）促讲mRNA的隆解而在基因表达调榜 表达调控也在多个水平上进行，主要包括如下几个 程中起面要作用 直核生物与原核生物基因组的特点在于：真核基因 饰：④组蛋白的修饰。(2)转录起始水平的调节 含有内含子和外显子序列。与此相比，原核基因组 其中RNA pol I和RNA polⅢ负责转录基因的转灵 则结构较小，经济紧凑，转录产物为多顺反子，基因 调节机制相对简单，而RNAp网Ⅱ负责转录基因的 组中重复序列少，基因结构具有连续性。原核生物 转录起始调节则非常复杂，主要调节机制为：通过 和真核生物基因表达调控均遵循基因表达调控的 多种不同的转录因子和相应的原式作用元件结合 基本规律：日的一致，都是以使生物更好地适应外 以及不同转录因子之间的相百作用通过影响调书 界环墙和维持生长和增殖，基因国控的多层次和复 转录起始复合物的形成面激活mRNA转录，最终实 杂性：转录起始是基因表达的主要和基本调控点 后水平的调节 包括 简单，以负性调节为主 其 尾修饰，剪接和RNA编辑等。②mRNA运输， 转录水平的调节为操纵子模型：面真核生物基 内稳定性的调节：如运铁蛋白受体mRNA的降解速 表达调节机制则更为复杂，且以正性调节为主，毋 率控制。(4)翻译水平及翻译后阶段的调节：①厨 精确，更经济，具有三种NA聚合醇.转录起始的 译起始因子话性的调节，如eF.2a亚单位的磷酸 调节主要涉及顺式作用元件和转录因子之间以及 化修饰②BNA结合蛋白(RBD)的固节作用 不同转录因子之间的相互作用，另外染色质结构变 3蛋白质的降解速率控制。(5)小分子RNA对是 化也在基因表达调控过程中起重要作用。 因表达的湖节作用，近年来的研究表明.一些非编 码RNA尤其是微RNA和小干扰RNA也同样抑制 (卜友泉)
１４６ 生物化学与分子生物学学习纲要与同步练习 ２ 真核基因的表达涉及转录和翻译等多个步骤ꎬ故其 表达调控也在多个水平上进行ꎬ主要包括如下几个 方面:(１)染色质水平:①处于转录激活状态的染 色质结构发生明显变化ꎬ活化基因对核酸酶高度敏 感ꎻ②ＤＮＡ 拓扑结构变化ꎻ③ＤＮＡ 碱基的甲基化修 饰ꎻ④组蛋白的修饰ꎮ ( ２) 转录起始水平的调节: 其中 ＲＮＡ ｐｏｌ Ｉ 和 ＲＮＡ ｐｏｌⅢ负责转录基因的转录 调节机制相对简单ꎬ而 ＲＮＡ ｐｏｌⅡ负责转录基因的 转录起始调节则非常复杂ꎬ主要调节机制为:通过 多种不同的转录因子和相应的顺式作用元件结合 以及不同转录因子之间的相互作用ꎬ通过影响调节 转录起始复合物的形成而激活 ｍＲＮＡ 转录ꎬ最终实 现真核基因表达的高度精确和特异性ꎮ ( ３) 转录 后水平的调节:①ｈｎＲＮＡ 加工成熟的调节:包括首 尾修饰、剪接和 ＲＮＡ 编辑等ꎮ ②ｍＲＮＡ 运输、胞质 内稳定性的调节:如运铁蛋白受体 ｍＲＮＡ 的降解速 率控制ꎮ (４)翻译水平及翻译后阶段的调节:①翻 译起始因子活性的调节:如 ｅＩＦ￣ ２α 亚单位的磷酸 化修饰ꎮ ②ＲＮＡ 结合蛋白( ＲＢＰ) 的调节作用ꎮ ③蛋白质的降解速率控制ꎮ (５) 小分子 ＲＮＡ 对基 因表达的调节作用:近年来的研究表明ꎬ一些非编 码 ＲＮＡ 尤其是微 ＲＮＡ 和小干扰 ＲＮＡ 也同样抑制 翻译和(或)促进 ｍＲＮＡ 的降解而在基因表达调控 过程中起着重要作用ꎮ ３ 真核生物与原核生物基因组的特点在于:真核基因 组结构庞大ꎬ冗余奢侈ꎬ含有大量的重复序列ꎬ转录 产物为单顺反子ꎬ基因具有明显的不连续性特征ꎬ 含有内含子和外显子序列ꎮ 与此相比ꎬ原核基因组 则结构较小ꎬ经济紧凑ꎬ转录产物为多顺反子ꎬ基因 组中重复序列少ꎬ基因结构具有连续性ꎮ 原核生物 和真核生物基因表达调控均遵循基因表达调控的 基本规律:目的一致ꎬ都是以使生物更好地适应外 界环境和维持生长和增殖ꎻ基因调控的多层次和复 杂性ꎻ转录起始是基因表达的主要和基本调控点ꎮ 其不同点在于:原核生物基因表达的调控机制相对 简单ꎬ以负性调节为主ꎬ具有一种 ＲＮＡ 聚合酶ꎬ其 转录水平的调节为操纵子模型ꎻ而真核生物基因的 表达调节机制则更为复杂ꎬ且以正性调节为主ꎬ更 精确、更经济ꎬ具有三种 ＲＮＡ 聚合酶ꎬ转录起始的 调节主要涉及顺式作用元件和转录因子之间以及 不同转录因子之间的相互作用ꎬ另外染色质结构变 化也在基因表达调控过程中起重要作用ꎮ (卜友泉)