第十三章 基因表达调控（教学设计）-《生物化学》同步教学（人卫版）

授课章节 第三篇 基因信息传递·第十三章 基因表达调控 授课对象 学时 4 时 间 授课地点 5315、5506、2301教室 教 材 《生物化学》·第七版·人民卫生出版社 教学 目的 要求 1、掌握：基因及其基因表达的概念，原核生物表达调控的特点，操纵子的结构与功能，真核基因组结构特点，顺式作用元件，反式作用因子定义、类型，启动子、增强子、沉默子的含义。 2、熟悉：真核基因表达调控的特点，基因表达调控的四个层次，基因表达调控的生物学意义，乳糖操纵子调节机制。 3、了解：基因表达调控的基本原理，基因表达的时间性及空间性。 教学 重点 难点 1.重点：乳糖操纵子和色氨酸操纵子的结构与功能，真核基因组结构特点，顺式作用元件，反式作用因子定义、类型，启动子或启动序列、增强子、沉默子的含义。 2.难点：基因表达的时间性及空间性，基因表达调控的基本原理，真核基因表达调控的特点。 教学 方法 大课讲授，适当结合临床和生活实际实例 教具 多媒体教学课件 授课 提纲 导入，概述5mins 第一节 基因表达调控的基本概念与原理 一、基因表达的概念，基因表达的时间性及空间性10mins 二、基因表达的方式，基因表达调控的生物学意义10mins 三、基因表达调控的基本原理15mins 第二节 原核生物基因表达调控 一、原核生物基因表达调控特点20mins 二、乳糖操纵子的调节机制25mins 三、其它转录调节机机制15mins 第三节 真核生物基因表达调控 一、真核生物基因组结构特点15mins 二、真核生物基因表达调控特点15mins 三、真核基因转录激活调节20mins 总结10mins 教 学 主 要 内 容 备 注 一、基因表达调控基本概念与原理 1．基因、基因组的概念 （1）基因概念的多样性 A．断裂基因（splitting gene）：编码序列为不编码序列隔开，B。其中，编码序列为外元，不编码序列为内元。真核生物的基因大多数为断裂基因，或称不连续基因。 C．假基因(pseudogene)：失去了基因功能的DNA序列。 D．重复基因(repeat gene)：一个基因含有两个或两个以上的拷贝数。 E．重叠基因（overlapping gene）：基因部分重叠。 F．跳跃基因（transposon）：跳跃基因也称转座子，指基因复制到染色体的另一位置。 （2）基因：染色体上的DNA片段； （3）基因组：一个物种的一整套遗传信息； 2．基因表达 （1） 基因表达的概念： 基因表达就是基因转录及翻译过程，其中转录是基因表达的第一步。 （2） 基因表达的时空特异性 基因表达的特导性包括时间特异性和空间特异性。 （3） 基因表达的方式 包括组成性表达、诱导和阻遏。 （4） 基因表达调控的生物学意义 适应环境、维持生长和增殖；维持个体发育与分化； （5）基因表达调控的基本原理 A．基因表达的多级调控。 B．基因转录激活调节基因要素：特异DNA序列；顺式作用元件（启动子序列，如TATA box、CCAAT box）；调节蛋白；DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用；RNA聚合酶 二、原核生物基因表达调节 1、原核生物基因转录调节特点 （1）sigma因子决定RNA聚合酶识别特异性； 原核生物细胞仅有一种RNA聚合酶，核心酶参与转录延长，全酶具转录起始作用。在转录起始阶段，sigma因子识别特异启动子序列；不同的sigma因子孙决定特异基因的转录激活。 （2）操纵子模型的普遍性； 除个别基因外，原核生物绝大多数基因按功能相关性成簇串联、密集于染色体上，共同组成一个转录单位—操纵（operon），因此，操纵子机制在原核基因调控中具有普遍意义。 （3）阻碍蛋白与阻碍机制的普遍性。 在很多原核操纵子系统，特异性的阻遏蛋白是控制原核启动序活性的重要因素。当阻遏蛋白与操纵序列结合或解散时，就会发生特异基因的阻遏或去阻遏。原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋白参与的开、关调节机制。 2、乳糖操纵子和色氨酸操纵子的结构。 （1）乳糖操纵子的结构 乳糖操纵子包括ZYA三个结构基因及其上游的调节序列：操纵子序列O、启动子序列P及一个调节基因I。 （2）阻遏蛋白的负性调节 （3）CAP的正性调节 分解代谢物基因激活蛋白CAP是同二聚体，在其分子内有DNA结合位点。当没有葡萄糖及cAMP浓度较高时，cAMP与CAP结合，这时CAP结合在lac启动序列附近的CAP位点，可促进转录。 3、原核生物翻译水平的调节。 （1）蛋白质分子的自我调节 （2）反义RNA对翻译的调节作用 4．其它转录调节机制 （1）转录衰减 （2）基因重组 （3）SOS反应 大肠杆菌经紫外线照射会发生染色体损伤或DNA复制抑制，诱发一系列表型变化，这一现象或过程称为SOS反应（SOS response）。 三、真核生物基因表达调节 1、真核生物基因组结构特点。 （1）真核基因组结构庞大； 哺乳动物基因组DNA约由3×109碱基对组成，而大肠杆菌的基因组DNA大约只有4.2×106碱基对。 （2）真核基因转录的产物为单顺反子； 原核生物大多数基因按功能相关性成簇串联成操纵子，由操纵子机制控制转录生成的mRNA为多顺反子（poly-cistron） （3）真核生物的基因组中有重复序列； （4）真核生物的基因为不连续基因。 真核生物的基因大多数为不连续基因，即编码序列为不编码的序列所隔开。 2、真核生物基因表达调控特点。 （1）RNA聚合酶； 真核生物有三种RNA聚酶，分别负责三种RNA的转录。 （2）活性染色体结构变化； 当基因被激活时，可观察到染色体相应区域发生某些结构和性质变化。 （3）正性调节占主导； 真核生物广泛地采用正性调节，其原因有：一、正性调节机制更有效；负性调节不经济。 （4）转录与翻译分隔进行； 真核细胞有细胞核及胞浆等区间分布，转录与翻译在不同亚细胞结构中进行。 （5） 转录后修饰、加工。 鉴于真核基因结构特点，转录后剪接及修饰等过程比原核生物基因复杂。 3、RNA polⅠ和polⅢ的转录调节。 （1）RNA pol I转录体系的控制； （2）RNA pol III转录体系的控制。 4、RNA polⅡ对转录的调节 （1）顺式作用元件 指调节基因表达的DNA序列，主要包括启动子、增强子及沉默子 （2）反式作用因子 参与基因表达调控的蛋白质部分，如基本转录因子、亮氨酸拉链、锌指结构。 5．转录后水平的调节 （1）hnRNA加工成熟的调节； （2）mRNA动输、胞浆内稳定性的调节 6．翻译水平的调节 （1）翻译起始因子（eIF）活性的调节； （2）RNA结合蛋白对翻译起始的调节。 思考题： 1． 什么是基因(gene)，什么是结构基因(structural gene)，什么是假基因(pseudo-gene)，什么是断裂基因(splitting gene)，什么是跳跃基因(jumping gene)？ 2． 什么是基因表达(gene expression)?试述基因表达变化的特点及其调控对生物体的重要性。 3． 为什么说转录起始的调控是基因表达调控的中心环节? 4． 举实际例子说明操纵元(0peron)的组成元件及其作用，并分析可阻遏的操纵元和可诱导的操纵元的调控方式。 5． 真核生物基因组(genome in eukaryote)的结构特点有哪些？ 6． 比较真核和原核生物的基因表达和基因表达调控相似和不同之处。 7． 论述启动子（promotor）、增强子(enhancer)和转录因子(transcriptional factors)的概念、结构、功能及其相互关系。 8． 什么沉默子(silencer)、衰减子(attenuater)，各有什么作用？ 授课特点 1.首先把第十二章的内容进行概要复习，再通过生物界遗传进化的规律导入至本篇所要学习的内容，承上启下； 2.先介绍本章内容概要，教学目标和要求，使学生明了本章应该学习哪些内容和重点内容； 3.就相应内容联系临床和生活实例，提高学习兴趣； 4.采用启发式教学，适当提问，启迪学生思维； 5.突出重点，将难点讲清楚。 学科网（北京）股份有限公司 $$