分子生物学总结.doc

子模型
Arber首次发现DNA限制性内切酶的存在
Temin和Baltimore发现在病毒中存在以RNA为模板，逆转录成DNA的逆转录酶

哪几种经典实验证明了DNA是遗传物质?  (Avery等进行的肺炎双球菌转化实验、Hershey利用放射性同位素35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质外壳和DNA)

第二章 染色体与DNA
第一节 染色体
一、真核细胞染色体的组成
DNA：组蛋白：非组蛋白：RNA = 1：1：(1-1.5)：0.05
（一） 蛋白质（组蛋白、非组蛋白）
（1）组蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4
功能：①核小体组蛋白（H2A、H2B、H3、H4）作用是将DNA分子盘绕成核小体
②不参加核小体组建的组蛋白H1，在构成核小体时起连接作用
（2）非组蛋白：包括以DNA为底物的酶、作用于组蛋白的酶、RNA聚合酶等。常见的有（HMG蛋白、DNA结合蛋白）

二、染色质
染色体：分裂期由染色质聚缩形成。
染色质：线性复合结构，间期遗传物质存在形式。  
                                        常染色质 （着色浅）
具间期染色质形态特征和着色特征 染色质
                                        异染色质 （着色深）

                       结构性异染色质             兼性异染色质
        （在整个细胞周期内都处于凝集状态）     （特定时期处于凝集状态）

三、核小体
由H2A、H2B、H3、H4各2 分子组成的八聚体和绕在八聚体外的DNA、一分
子H1组成。八聚体在中央，DNA分子盘绕在外，由此形成核心颗粒。,H1结合在核心
颗粒外侧DNA双链的进出口端，如搭扣将绕在八聚体外DNA链固定，核心颗粒之间
的连接部分为连接DNA。

核小体的定位对转录有促进作用

中期染色体由着丝粒、染色体臂、次缢痕、随体、端粒（由重复的寡核苷酸序列构成）
5部分组成。

核型：指染色体组在有丝分裂中期的表型, 是染色体数目、大小、形态特征的总和。

第二节DNA
Chargaff定则：(1) 同一生物的不同组织的DNA碱基组成相同
             (2) 一种生物DNA碱基组成不随生物体的年龄、营养状态或者环境变化而改变
             (3) [A]=[T]、[G]=[C]，总的嘌呤摩尔含量与总的嘧啶摩尔含量相同[A＋G]=[C＋T])
             (4)不同生物来源的DNA碱基组成不同，表现在A＋T/G＋C比值的不同
（一）DAN的结构
一级结构：四种脱氧核糖核苷酸dAMP、dGMP、dCMP、dTMP，通过3',5'-磷酸二酯键连接起来的直线形或环形多聚体。
         某DNA分子的一条多核苷酸链由100个不同的碱基组成，其可能的排列方式有4^100种

                       右手螺旋：A-DNA 、B-DNA（最常见）
二级结构：双螺旋结构    左手螺旋：Z-DNA
      B-DNA：（Watson-Crick）92%湿度下的钠盐结构

碱基平面与双螺旋的长轴相垂直，碱基间符合碱基互
补配对原则，相邻碱基对平面间的距离为0.34nm，
双旋旋的螺距为3.4nm，每圈螺旋有10个碱基对，
螺旋直径为2.0nm。A=T（两个氢键），G=C（三个
氢键），具大沟和小沟。

A-DNA:相对湿度75%以下的结构，每圈螺旋有11个碱基对，螺体较宽而短，碱基对与中心轴的倾角也不同，呈19°大沟变窄、变深，小沟变宽、变浅。若DNA 双链中一条链被相应RNA替换，则变构为A-DNA。（基因表达）
      Z-DNA: 左手螺旋，螺距延长(4.5nm左右)，直径变窄(1.8nm)，每个螺旋含12个碱基对。螺旋骨架呈Z字形。（转录调控）
                                       正超螺旋（左旋、双螺旋圈数增加而拧紧）
三级结构：双螺旋进一步扭曲形成超螺旋    负超螺旋（右旋、减少而拧松，绝大多数）
        White方程： L=T+W
L（Linking number）：连环数或称拓扑环绕数，指cccDNA中一条链绕另一条链的总次
数。其特点是：（1） L是整数；（2）在 cccDNA中任何拓扑学状态中其值保持不变；
（3）右手螺旋对L取正值。
T（Twisting number）：缠绕数，DNA一条链绕另一条链的扭转数即双螺旋的圈数。其
特点：(1) 可以是非整数 (2) 是变量；
W（Writhing number）：扭曲数，即超螺旋数，指双螺旋分子在空间上相对于双螺旋轴
的扭曲。特点是：（1）可以是非整数（2）是变量；
                                         I型：转变超螺旋为松弛状态
拓扑异构酶（改变DNA拓扑异构体的L值）  II 型：引入负超螺旋&同I型

（二）DNA主要序列类型
高度重复序列（卫星DNA、分散高度重复序列）、中度重复序列、低度重复序列、反向
重复序列。
（三）DNA的理化性质
溶解度：微溶于水，钠盐在水中的溶解度较大。可溶于2-甲氧乙醇，但不溶于乙醇等一般有机溶剂，常用乙醇从溶液中沉淀核酸。
紫外吸收：DNA钠盐的紫外吸收在260nm附近有最
       大吸收值
核酸的沉降特性（如右图）
（四）DNA的变性与复性
变性：DNA分子由稳定的双螺旋结构松解为无规则线性结构的现象，不涉及到其一级结构的改变。
     伴随变性，会发生增色效应（紫外吸收明显增加）溶液粘度下降等现象。
     熔解——DNA加热变性的过程。
     溶解温度（Tm）：核酸加热变性过程中，紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为核酸的解链温度。（G+T含量越高Tm越大：DNA分子序列越均一，变形过程温度范围越窄：溶液的离子强度较低时，Tm值较低。）
复性: 热变性DNA一般经缓慢冷却后即可复性，此过程称之为退火
    影响DNA复性的因素: ①温度和时间 ②DNA浓度↑,复性↑③DNA顺序的复杂性 ④DNA片段的大小 ⑤盐的浓度
 1/k值越大表明反应越慢
      核酸外切酶
酶解:  核酸核酸酶：I型和Ⅲ型限制性内切酶（需要消耗ATP）、Ⅱ型（不需要ATP）

DNA的复制
Meselson与Stah用N重同位素证明了DNA复制是一种半保留复制
（一）基本概念：
半保留复制：每个子代分子的一条链来自亲本DNA，另一条则来是新合成的，这种复制方式称半保留复制
半不连续复制：DNA复制时，一条链连续复制，另一条不连续复制，这种复制方式称
先导链：DNA复制时，连续合成的链             后随链：不连续合成的链
冈崎片段：后随链复制中出现的不连续的DNA片段
复制子：从起始点开始至终止点而独立进行复制的单位（细菌只有一个，真核多个）
       一个复制子只含一个复制起始点，启动单向复制or双向取决于起始点形成一个复制叉or两个。
复制终止点：复制子中控制复制终点的位点      θ型——大肠杆菌质粒DNA
（二） DNA复制的几种方式                   滚环型——噬菌体
线性DNA（单向、双向），环状DNA      D环（D-loop）型——动物线粒体
（三） 复制的过程（起始、延伸、终止）
不能从头开始，必须有引物
参与复制的酶：解旋酶、DNA单链结合蛋白质、、引物酶、DNA聚合酶（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）连接酶，拓扑异构酶
单链结合蛋白（SSB）：防止被解链形成的单链重新配对或被核酸酶降解
引物酶（RNA聚合酶）引物是一段RNA分子
nbsp;     DnaB+DnaC+DNA复制起始区域+ 引物酶=引发体
DNA聚合酶（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）

DNA聚合酶Ⅰ
DNA聚合酶Ⅱ
DNA聚合酶Ⅲ
5′→3′聚合活性
+
+
+
3′→5′外切活性
+
+
+
5′→3′外切活性
+
-
-

功能
修复
不详
染色体DNA的复制
校对

去除引物、水解

DNA聚合酶有6个结合位点：模板结合位点；引物结合位点；引物3’－OH结合位点；
底物dNTP结合位点； 5’→3’外切酶结合位点； 3'→5'校正位点。

连接酶：DNA聚合酶只能催化多核苷酸链的延长，不能催化各片段间的连接，复制中的单链缺口由DNA连接酶催化，但是它不能催化两条游离链的连接。

原核生物DNA复制的基本过程
（1）起始：包括DNA复制起点双链解开及RNA引物的合成（整个DNA复制过程中，只有复制起始受细胞周期的严格调控）
（2）延长：DNA链的延长主要由DNA聚合酶Ⅲ催化

（3）终止
真核与原核生物复制的区别：
1. 原核生物单一起点；真核生物多起始点
2. 真核生物复制速度比原核生物慢
3. 原核生物催化先导链、后随链的酶相同；真核不同
4. 原核细胞中引物酶与解旋酶相连；真核中引物酶与DNA聚合酶相连
5. 真核生物的染色体在全部完成复制之前，各个起始点上的DNA的复制不能再开始，而原核生物，复制起始点可以连续开始新的DNA复制，表现为虽只有一个复制单元，但可有多个复制叉。
6. 真核生物DNA复制的起始需要起始原点识别复合物（ORC）参与
7. 在真核生物中主要有5种DNA聚合酶（α、β、γ、δ、ε），一半都不具有核酸外切酶活性。
端粒的复制：依赖于端粒酶（逆转录酶，由蛋白质和RNA组成）

DNA的损伤和修复与基因突变
（一） DNA的损伤
自发性损伤：脱嘌呤、嘧啶；碱基脱氨基作用；碱基的互变异构（烯醇式与酮式）、细胞正常代谢产物对DNA的损伤
物理因素：高能离子化辐射（X射线、γ射线）；非离子化辐射（紫外线）
化学因素：烷化剂；碱基类似物
（二） DNA损伤的修复
直接修复、切除修复、错配修复、重组修复、SOS修复
直接修复：常见的有光复活修复，作用于紫外线引起的DNA嘧啶二聚体的损伤修复，由DNA光复活酶识别并催化光复活反应。
切除修复：切除修复是指在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除，然后以另一条完整的互补链为模板，重新合成切除的部分，使DNA恢复正常结构的过程。——修复DNA损伤的主要方式
         基本步骤：识别（核酸内切酶）、切除 + 修补（DNA聚合酶Ⅰ）、连接（DNA连接酶
错配修复：区别模板链和新合成的DNA链是通过碱基的甲基化来实现的。刚合成的子代分子中，亲代链甲基化，新合成链的GATC中的A 未被甲基化，故子代DNA暂时是半甲基化的，细胞发现错配碱基，首先切除未甲基化链上的错配碱基。
重组修复：

SOS修复：当DNA受到严重损伤，细胞为了生存诱发的一些复杂的反应。其诱发了修复机制相关酶与蛋白质产生。
（三） 基因突变
概念：在DNA分子碱基序列水平上所发生的一种永久性、可遗传的变化。
点突变（转换——嘧啶与嘧啶，嘌呤与嘌呤、颠换——嘧啶与嘌呤）、缺失、插入

DNA的转座
转座子：基因组上可自主复制和位移的DNA片段，可以直接从基因组内的一个位点移
到另一个位点，发生转座重组，从而改变染色体的结构。转座子的转移过程叫转座。转座子每次移动时携带着转座必需的基因一起在基因组内跃迁，所以转座子又称跳跃基因。
类型：简单转座子和复合转座子
       结构特征：（1）结构中含有一个或多个开放阅读框，其中有一个编码转座酶的
基因，这种酶催化转座子插入新的位置；
（2）两端有20-40bp的反向末端重复序列，末端重复序列是转座所必需的，因为它们是转座酶所识别的底物。

转座机制：

转座作用的遗传学效应：1. 引起插入突变2. 产生新的基因3. 产生染色体畸变
4. 引起生物进化
反转座子：以RNA为中间体进行转座

第三章 RNA的合成
转录的概念与特点
转录：以DNA中一条链为模板，在RNA聚合酶催化下，以四种NTP为原料，合成RNA的过程。
     有两种方式：
DNA指导的RNA合成——生物体内的主要合成方式。
RNA指导的RNA合成——病毒。
合成的RNA中，如只含一个基因的遗传信息，称为单顺反子；如含有几个基因的遗传信息，则称为多顺反子。
转录特点：
l 不对称性：指以双链DNA中的一条链作为模板进行转录，该链称为模板链（无意    
义链、负链），另一条不作为模板的链称为编码链（有意义链、正链）
l 连续性：RNA转录合成时为连续合成一段RNA链，各条RNA链之间无需再进行      
连接。
l 单向性：合成方向为5'→3'
l 有特定的起始和终止位点：RNA转录合成时，只能以DNA分子中的某一段作为模板
l 转录可同时进行
DNA复制与转录的比较
相同点：
l 都以DNA为模板
l 碱基的加入严格遵循碱基配对原则
l 都生成磷酸二酯键
l 新链合成方向为5’→3’
不同点：
l 复制需要引物，转录不需引物
l 转录时，模板DNA的信息全保留，复制时模板信息是半保留
l 转录时，RNA聚合酶只有5’→3’聚合作用，无5’ →3’及3’→5’外切活性
l 复制过程是整条染色体复制，而转录是有选择的，在某个时期，只有某个特定的基
因或一组基因被转录
l 复制--半保留，转录--不对称
转录反应体系：DNA模板，NTP，酶，Mg2+，Mn2+
          合成方向：5’→3’
          连接方式：3’,5’磷酸二酯键
原核与真核生物RNA聚合酶组成与功能
该酶在单链DNA模板以及四种核糖核苷酸存在的条件下，不需要引物，即可从5'→3'聚合RNA。
（一） 原核
核心酶 +全酶（α2ββ´ωσ）
核心酶：不能起始RNA的合成
σ：转录起始因子，识别转录起始开始部位
作用：识别DNA分子中转录的起始部位，促进与模板链结合，催化NTP的聚合，识别转录终止信号。
（二） 真核
功能：识别DNA双链上的启动子
使DNA变性在启动子处解旋成单链
通过阅读启动子序列，RNA pol确定它自己的转录方向和模板链
达到终止子时，通过识别停止转录    
启动子与终止子
一） 启动子
基因转录起始所必需的一段DNA序列，位于结构基因上游。启动子本身不转录
原核生物启动子：包括转录起始点、结合部位（-10区）、识别部位（-35区）、及二者之间的间隔区。
    -10区：位于起始点上游-10bp处，5’-TATAAT-3’， AT较丰富，易于解链，为RNA聚合酶结合部位。
    -35区：位于-35bp处，5’-TTGACA-3’， 为RNA 聚合酶识别位点
真核生物启动子：（三类）RNA聚合酶Ⅱ识别的启动子包括基础元件、上游元件、应答元件
    基础元件：包括TATAbox和起始子，TATAbox与-10区相似，是转录因子与DNA结合部位
    上游元件：作用是提高转录效率，并不是所有的启动子必须的
（二） 终止子
在基因编码区下游的可被RNA聚合酶识别和停止合成RNA的一段DNA序列
特点：富含GC与AT，形成发卡结构和连续的U区，以终止转录。
蛋白ρ因子辅助识别终止信号，参与终止。

大肠杆菌中的两类终止子：
强终止子：发夹结构， 3′端上有6个U
弱终止子 －需要ρ因子
原核生物RNA的合成
分为起始，延长、终止三个阶段
转录起始不需要引物
RNA按5’~3’方向延伸
真核生物转录过程与原核生物的不同点
1) 转录在细胞不同位置进行
(2) 原核只有一种RNA聚合酶，而真核细胞有三种聚合酶；
(3) 启动子的结构特点不同，真核有三种不同的启动子和有关的元件；
(4) 真核生物RNA聚合酶自身不能识别和结合到启动子上，需要转录因子先于启动子结合后才能结合上去。
RNA转录后加工

减少部分片段：切除5′端前导序列，3′端拖尾序列和中部的内含子
增加部分片段：5′加帽，3′加poly(A)，通过编辑加入一些碱基
修饰：对某些碱基进行甲基化
（一） 原核生物RNA转录后加工
     转录过程中几个结构基因利用共同的启动子和共同的终止信号，转录形成一条mRNA分子，一条mRNA链可编码几种不同的蛋白质。形成的mRNA称为多顺反子Mrna。
（二） 真核生物RNA转录后加工
tRNA加工：与原核生物不同的一点是先将内含子切除，再由连接酶将外显子连接
mRNA加工：一个结构基因转录成一个mRNA分子且内含子与外显子一起被转录
包括：5’末端加帽子、3’端多聚A尾、剪接去除内含子将外显子连接

5’末端加帽子：脱磷、加GTP、甲基化   （细胞核内完成）
              0型帽子：7—甲基鸟苷三磷酸吗m^7GpppN
              Ⅰ型、Ⅱ型
3’端多聚A尾：poly（A）不为基因编码，由poly（A）聚合酶合成（细胞核）
剪接：核内不均一RNA （hnRNA）: 为mRNA的前体，转录物中外显子与内含子间隔排列，需经剪接加工后生成mRNA。
外显子: 在真核生物基因中编码蛋白质的序列。
内含子: 非编码蛋白的序列

5’端剪切点为GU；3’端剪切点为AG
核酶：具有酶的催化活性的RNA称为核酶
第四章 蛋白质的生物合成和转运
翻译：从mRNA链上一个特定的起始位点开始，按每三个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。包括起始、延长、终止。
（一） 参与蛋白质生物合成的物质
20种氨基酸、mRNA、tRNA、核糖核蛋白体（RNA和核糖体）、辅助因子
mRNA：起始密码----AUG
终止密码----UAA/UGA/UAG
(1) 通用性与特殊性(人线粒体中，UGA不是终止码，而是色氨酸的密码子)
(2) 简并性(一种以上密码子编码同一个氨基酸)
(3) 摆动性(前两个碱基决定其专一性，第三位碱基可有变异)
(4) 连续性和方向性
(5) 不重叠性
tRNA: （1）具反密码子识别mRNA上密码子，反密码子阅读方向5’~3’，反密码子第一位碱基与密码子第三位碱基配对。

（2）携带氨基酸，氨基酸结合在tRNA 3’端CCA的位置。一种氨基酸可被几种tRNA携带，一种tRNA只携带一种氨基酸。tRNA以所运氨基酸命名，如携带丙氨酸的叫丙氨酸—tRNA，结合氨基酸后，成为丙氨酰—tRNA。
（3）连接多肽链和核糖
核糖核蛋白体：蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。一类附着于粗面内质网，参与分泌蛋白的合成。另一类游离于胞质，参与细胞固有蛋白质的合成。
原核生物与真核生物核糖体组分

核糖体上活性位点

（二）蛋白质合成的过程
氨基酸的活化与转运、多肽链合成的起始、肽链的延长、肽链合成终止、折叠与加工
（1）氨基酸的活化与转运：氨酰-tRNA合成酶催化氨基酸的活化和与特异的tRNA结合
（2）多肽链合成的起始：辨认起始密码子，核糖体与mRNA、第一个氨酰-tRNA、起始因子结合形成起始复合物。
原核生物中：                              真核生物中：
起始氨基酸是：甲酰甲硫氨酸                    甲硫氨酸
起始AA-tRNA是：fMet-tRNAfMet                 Met-tRNAMet
原核起始tRNA：tRNAf   真核生物起始：tRNAi   延伸：tRNAm
(3) 肽链的延长——结合、转肽、移位
(4) 肽链合成的终止：当核蛋白体A位出现终止密码后，多肽链合成停止，肽链从肽酰－tRNA中释出，mRNA、核蛋白体大小亚基等分离
真核生物与原核生物蛋白质合成的异同
（1） 起始
核糖体为80S
用于起始的氨酰-tRNA为Met-tRNAMet（甲硫氨酸没有被甲酰化）
起始因子较多
mRNA的5′端帽子结构和3′端polyA都参与形成翻译起始复合物
（三）蛋白质合成的抑制剂
（1）抗生素类阻断剂
ü 链霉素、卡那霉素、新霉素
抑制G﹣蛋白质合成的三个阶段：
①阻止起始复合物的形成，使氨基酰tRNA从复合物中脱落；
       ②在肽链延伸阶段，使氨基酰tRNA与mRNA错配；
       ③在终止阶段，阻碍终止因子与核蛋白体结合，使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制70S核糖体的解离。
ü 四环素和土霉素
① 作用于细菌内30S小亚基，抑制起始复合物的形成
② 抑制氨基酰tRNA进入核糖体的A位，阻滞肽链的延伸；
③ 影响终止因子与核糖体的结合，使已合成的多肽链不能脱落离核糖体。
ü 氯霉素—广谱抗生素。
①与核糖体上的A位紧密结合，因此阻碍氨基酰tRNA进入A位。
②抑制转肽酶活性，使肽链延伸受到影响，菌体蛋白质不能合成，因此有较强的抑菌作用
ü 嘌呤霉素
代一些氨基酰tRNA进入核糖体的A位，当延长中的肽转入此异常A位时，容易脱落，终止肽链合成。
ü 白喉霉素
（2）干扰素对病毒蛋白合成的抑制
干扰素是真核细胞感染病毒后能分泌的一类有抗病毒作用的蛋白质，能抑制病毒的繁殖。
扰素诱导的蛋白激酶使真核eIF2磷酸化失活

（三） 蛋白质的运转
分泌蛋白—翻译-转运同步机制；细胞器需要-翻译后转录机制
（1） 翻译-运转同步机制
信号肽假说
信号肽：常指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的N-末端氨基酸序列
假说的基础：蛋白质定位的信息存在于该蛋白质自身结构中，并且通过与膜上特殊受体的相互作用得以表达
假说的内容：蛋白质跨膜运转信号也是由mRNA编码的。在起始密码子后，有一段编码疏水性氨基酸序列的RNA区域，这个氨基酸序列就被称为信号序列。信号序列在结合核糖体上合成后便与膜上特定受体相互作用，产生通道，允许这段多肽在延长的同时穿过膜结构，因此，这种方式是边翻译边跨膜运转。
l 当翻译进行到50~0个氨基酸后，信号肽开始从核糖体上露出，被糙面内质网上受体识别并结合，信号肽进入内质网后，被水解，正在合成的新生肽随之通过蛋白孔道穿越磷脂双分子层，当核糖体移至终止子，蛋白质合成结束，膜上的蛋白通道消失，核糖体重新处于自由态。
（2） 翻译后转运机制：线粒体蛋白质跨膜运转、叶绿体蛋白质的跨膜运转
（四）蛋白质的降解
泛素——蛋白酶体系统，包括两个主要步骤：（1）底物蛋白的泛素化标记（2）蛋白酶体水解底物蛋白
（1）底物蛋白的泛素化标记
A.泛素激活酶（E1)活化泛素形成E1-泛素复合物，消耗1分子ATP；
B.泛素载体蛋白（E2）催化泛素分子从E1转到E2，形成E2-泛素复合物，

 释放出E1；
C.在泛素蛋白连接酶（E3）的催化下，泛素分子羟基末端与底物蛋白肽链
 中某些赖氨酸侧链上的ε—氨基形成异肽键；
D.第二个泛素分子羧基末端与第一个泛素分子48位赖氨酸侧链的ε—氨
 基连接，以后的泛素分子以相同方式连接，最终形成多聚泛素分子的蛋
 白链标记。
（2）蛋白酶体水解底物蛋白
A.具调节活性的19S蛋白复合体使底物蛋白去折叠，并通过蛋白酶体受
 体端裂隙进入20S内部；
B.具催化活性的20S蛋白复合体将底物蛋白降解为小片段，小片段的释放
 方式还不太清楚。释放出的泛素分子可被循环利用。

第五章 原核生物的基因表达调控
基因表达：从DNA到蛋白质或功能RNA的过程。
基因表达调控：围绕基因表达过程中发生的各种各样的调节方式都通称为基因表
达调控—基因/染色体水平、转录水平的调控、转录后的调控、翻译水平、翻译后水平的调控
原核生物基因表达调控的特点
l 调节的主要环节在转录水平上进行
l σ因子决定RNA聚合酶识别特异性
l 主要通过操纵子模式进行调节
l 阻遏蛋白对转录的抑制作用（阻遏机制）是普遍存在的负调控作用
顺式作用：不转变为任何其他形式（RNA或蛋白质）而只以DNA形式在原来位
置起作用，仅影响与其紧密相连的DNA序列。
顺式作用元件: 对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身同处在一个DNA分子上的基因。通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中。包括启动子，增强子，沉默子等。
反式作用：编码产物从合成地点扩散到其他场所起作用的过程。
反式作用因子：能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。调节基因编码的产物。多为转录因子。
组成蛋白：细胞内有许多种蛋白质的数量几乎不受外界环境的影响，这些蛋白质称为组成蛋白。
调节蛋白：是一类特殊的蛋白质，它们可以影响一种或多种基因的表达。（正调节蛋白和负调节蛋白，前者是激活蛋白，后者是阻遏蛋白。）
基因表达的方式
• 组成性基因表达
• 适应性表达（诱导和阻遏表达）
1、组成性基因表达
Ø 指不大受环境变动而变化的一类基因的表达。如：DNA 聚合酶、RNA聚合酶等代谢过程中十分必须的蛋白质或酶的表达。
2、适应性表达（诱导和阻遏表达）
指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。
• 诱导表达（induction）指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因    
的表达产物增加。这类基因称为可诱导基因。
•  阻遏表达（repression）指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因
的表达产物减少。这类基因称为可阻遏基因。
1、负调控 negative regulation
• 在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入某种调节蛋白质后基因活性就被关闭，这样的控制系统就叫做负控系统 。
• 其调节蛋白质叫做阻遏蛋白
• 两种类型：负控诱导和负控阻遏
2、正调控 positive regulation
• 在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入某种调节蛋白质后基因活性就被开启，这样的控制系统就叫做正控系统。
• 其调节蛋白质叫做无辅基诱导蛋白（激活蛋白)
• 两种类型:正控诱导和正控阻遏系统
特殊代谢物调节基因表达的类型
1、可诱导调节
l 一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物质的诱导下使基因活化。
l 调节分解代谢的操纵子，同时受cAMP-CAP的活性调节——乳糖操纵子
2、可阻遏调节
l 一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来开启的状态转变为关闭状态，基因的表达被阻遏.
l 调节合成代谢的操纵子——色氨酸操纵子
细菌的应急反应:指细菌在恶劣生长环境中关闭tRNA和核糖体形成的能力。
细菌的应急反应的机制：
应急信号：鸟苷四磷酸（ppGpp）、鸟苷五磷酸（pppGpp）
诱导物：空载tRNA降解物对基因活性的调节
1、葡萄糖效应（降解物抑制作用）
是指当葡萄糖和其它糖类一起作为细菌的碳源时葡萄糖总是优先被利用葡萄糖的存在阻止了其它糖类的利用的现象。
2、降解物对基因活性的调节
葡萄糖通过降低cAMP的含量而抑制基因表达
操纵子：由操纵基因以及相邻的若干结构基因所组成的功能单位，其中结构基因转录受操纵基因控制

乳糖操纵子模型——代谢型操纵子

1、Z、Y、A基因的产物为一条多顺反子mRNA
lacZ：编码β-半乳糖苷酶，它可以将乳糖水解为半乳糖和葡萄糖；
lacY：编码半乳糖苷透性酶，它能将乳糖运送透过细菌的细胞壁；
lacA：编码硫代半乳糖苷乙酰转移酶，进行乳糖代谢。
2、O区就是阻遏物结合区
3、lac P（启动子区）：从I基因结束到mRNA转录起始位点止，有cAMP-CAP结合区
4、cAmp-CAP
l 代谢激活蛋白（CAP ）是cAmp的受体蛋白（CRP）
l cAmp-CAP复合物，是lac操纵元的正调控因子
5、葡萄糖对lac操纵子的影响
• 葡萄糖存在时腺苷酸环化酶活性降低，ATP无法转变成cAMP，不能形成 CAP-cAMP复合蛋白，RNA酶无法结合在 DNA上，结构基因不表达。
• 代谢物阻遏效应
• 研究认为葡萄糖的某些降解产物抑制lac mRNA的合成，这种效应称之为代谢物阻遏效应.

trp操纵子的阻遏调控机制——合成代谢

l 结构基因EDCBA
l 色氨酸操纵子主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的转录合成。当细胞内缺乏色氨酸时，此操纵子开放，而当细胞内合成的色氨酸过多时，此操纵子被关闭。
l 色氨酸操纵子的调控机制与乳糖操纵子类似，但通常情况下，操纵子处于开放状态，其辅阻遏蛋白不能与操纵基因结合而阻遏转录。
l 而当色氨酸合成过多时，色氨酸作为辅阻遏物与辅阻遏蛋白结合而形成阻遏蛋白，后者与操纵基因结合而使基因转录关闭。
色氨酸操纵子特点:
1) trpR(89’)和trpEDCBA(25’)不连锁；
2) 操纵基因在启动子内;
3) 有弱化子;
4) 启动子和结构基因不直接相连。
（一）弱化子
在操纵区与结构基因之间的一段可以终止转录作用的核苷酸序列，当操纵子被阻遏时，RNA合成被终止，这段核苷酸起终止转录信号作用.
（二）前导肽
它包括起始密码子AUG和终止密码子UGA。若翻译起始于AUG，则产生一个含14个氨基酸的多肽，称为前导肽
半乳糖操纵子——分解代谢

半乳糖操纵子的调节基因是galR与结构基因galE、T、K及操纵区O等离得很远，而galR产物对galO的作用与lacI对lacO的作用相同。操纵子诱导物是半乳糖。
gal操纵子的特点
① 它有两个启动子P，其mRNA可从两个不同的起始点开始转录；
② 它有两个O区，一个在P区上游-67--53，另一个在结构基因galE内部。
阿拉伯糖操纵子——分解代谢

阿拉伯糖本身就是诱导物，只有阿拉伯糖存在时才会转录，有葡萄糖存在则不转录
反义RNA：能与mRNA中特定序列互补配对的RNA分子。
小RNA：抑制翻译起始、产生核酸内切酶将起始位点切割、结合后改变MRNA的三级结构

第六章 真核生物基因的表达调控
真核生物基因表达调控：瞬时调控（可逆调控）
                     发育调节（不可逆调控）
真、原核细胞在基因转录、翻译、及DNA空间结构上的差异：
    （1）真核一条mRNA链只翻译一条多肽链，没有操纵子结构，原核为多基因操纵子形式
    （2）真核DNA与组蛋白，非组蛋白结合，只有一小部分裸露
    （3）真核DNA大部分不转录。有一部分DNA序列在基因组中重复多次，基因中存在内含子
    （4）真核RNA在细胞核中合成，在胞质中翻译，原核均在胞质
    （5）真核基因需成熟和剪接过程，才能翻译成蛋白质
    （6）真核基因转录的调节区相对较大，原核仅位于转录起始位点上游不远处
基因家族：真核细胞中许多相关的基因常按功能成套组合，被称为基因家族
        简单多基因家族——基因一般以串联方式前后相连
        复杂多基因家族——一般由几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。
断裂基因：在一个结构基因中，编码某一蛋白质不同区域的各个外显子并不连续排列在一起，而是常常被长度不等的内含子所隔离，形成镶嵌排列的断裂方式，因此，真核基因有时被称为断裂基因
特征：外显子-内含子连接区的高度保守性和特异性碱基序列。
真核生物DNA水平上的基因表达调控
基因扩增：某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象
基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排
DNA甲基化与基因活性的调控：甲基化可使基因失活，去甲基化又可使基因恢复活性
真核基因转录水平的调控
顺式作用元件: 指启动子和基因的调节序列，主要包括启动子、增强子、沉默子等。
反式作用因子：能够结合在顺式作用元件上调控基因表达的蛋白质或RNA
启动子：由核心启动子（TATAbox）和上游启动子（GC盒、CAAT盒）两个部分组成，是决定RNA聚合酶Ⅱ转录起始点和转录频率关键元件
增强子：能使与它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。
       功能与位置和方向无关，能远距离发挥作用
       大多为重复序列
       不具有启动子专一性
       受外部信号的调控
与特定蛋白结合才能发挥功能
沉默子：与转录抑制因子结合抑制转录
       不受序列方向的影响，
能远距离发挥作用，
并可对异源基因的表达起作用