课程名称

医学分子生物学

年级

2007

专业、层次

临床医学、儿科、药学、中药学、耳鼻喉专业

授课教师

李娟

职称

讲师

课型（大、小)

大

学时

4

授课题目（章、节)

第六章  基因表达的调控

基本教材及主要参考书

药立波 主编. 医学分子生物学(第3版). 北京:人民卫生出版社,2008

冯作化 主编. 医学分子生物学. 北京:人民卫生出版社,2001

教学目的与要求：

目的：理解和掌握基因表达的概念、过程和特点。理解和掌握组成型和可调控型基因表达。理解和掌握顺式作用元件和反式作用因子的概念。理解和掌握参与原核和真核生物转录调控的因素和机制。理解和掌握反式作用因子的结构特征。

要求：

1. 掌握基因表达的概念、过程和特点。

2. 掌握外环境对基因表达的影响。

3. 掌握原核和真核生物参与基因转录调控的因素和机制。

4. 掌握反式作用因子的结构特征。

教学内容与时间安排、教学方法：

内容：

1. 基因表达的概念、过程和特点

2. 基因表达调控的基本规律    

3. 原核生物基因表达的调控    

4. 真核生物基因表达的调控  

5. 基因表达调控异常与疾病  .     (自学)

方法：尽量使用图片简图加深感性认识，总结对比增强辨识力，动画演示有助于理解。布置一些内容自学，尝试课堂提问或讨论。

教学重点及如何突出重点、难点及如何突破难点：

重点： 基因表达的概念。操纵子调控模式。反式作用因子DNA结合结构域的特征。

   对于重点内容，教学过程中应注意着重强调，以提醒学生注意。

难点： 1. 基因转录的调控机制，如操纵子调控模式。

2. 反式作用因子的DNA结合结构域的特征。

有关基因转录调控机制及反式作用因子结构域等教学内容较为繁杂，应多使用图片和动画以助学生理解。

教研室审阅意见：

  教研室主任签名：

    年   月 日

基本内容

教学手段

课堂设计和时间安排

第六章  基因表达的调控

――――――――――――――――――

（★－重点，☆－难点)

基因表达的过程和特点

基因表达（gene expression)是指在一定调节因素的作用下，生物基因组中的结构基因被激活并转录生成特定的RNA，或由此引起特异性蛋白质合成的过程。

一、基因转录后的加工修饰

原核生物mRNA不需要加工修饰即可作为模板翻译蛋白质，但真核生物mRNA作须经一系列复杂的加工修饰才能作为模板翻译蛋白质，其主要的加工修饰方式包括加帽、加尾、剪接、编辑等。

二、肽链翻译后的加工修饰

1、蛋白质翻译后的折叠：

2、氨基酸残基或肽段的水解切除：

三、蛋白质的分拣与转运

在新合成多肽链的一级结构中存在将蛋白质分布到细胞外或细胞中不同亚细胞部位的信息，称为分拣信号（sorting signal)。

讨论

简图

动画

★  概念。

☆结合图示和复习生化相关内容讲解：基因转录的基本方式；mRNA转录后的加工修饰；肽链翻译后的加工修饰；蛋白质的分拣与转运。

第一节 基因表达调控的基本规律

基因表达调控（gene expression regulation)是指生物体通过特定的蛋白质与DNA、蛋白质与蛋白质之间的相互作用来控制基因是否表达，或调节表达产物的多少以满足生物体的自身需求以及适应变化的过程。

一、基因表达具有时空特异性

1、基因表达的时间特异性（temporal specificity)

  是指特定基因的表达严格按照特定的时间顺序发生，以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要，故又称为阶段特异性。

2、基因表达的空间特异性（spatial specificity)是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶段，同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同，从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官，故又称为细胞特异性或组织特异性。

二、基因表达调控的方式

1、组成性基因表达（constitutive gene expression)是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。

组成性基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的，且较少受环境因素的影响，这类基因通常被称为管家基因（house-keeping gene)。

2、可调控型表达：

诱导表达（induction)是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。

阻遏表达（repression)是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。

讨论

简图

动画

☆基因表达调控的概念

★☆结合图示讲解：基因表达的时空特异性、基因表达调控的方式。

★管家基因；组成型基因表达；可调控型基因表达的概念

――――第1节课结束―――

第二节  原核生物基因表达的调控

原核生物基因表达调控主要在转录水平，其次在翻译水平。

一、转录水平的调控

乳糖操纵子的调控机制即是典型的诱导/阻遏基因表达的典型例子。

1、  乳糖操纵子的结构

2、  乳糖操纵子的正负调控机制

讨论

动画

★☆结合图示讲解：原核生物乳糖操纵子的调控机制

――――第2节课结束―――

二、翻译水平的调控

（一)转录终止的调控

转录衰减（attenuation)利用原核生物中转录与翻译过程偶联进行翻译时先合成的一段前导序列L来实现的。

色氨酸操纵子是通过转录衰减作用实现转录终止调控的典型例子。

（二)翻译水平的调控

1、稀有密码子对翻译的影响

mRNA模板中所含的稀有密码子越多则翻译速度越慢。

2、翻译阻遏

某些小分子RNA由于其碱基序列与特定的mRNA模板序列互补，故可通过碱基配对而干扰或阻遏mRNA的翻译作用，这些小分子RNA称为mRNA干扰性互补RNA。

3、mRNA稳定性的调控

讨论

简图

动画

★☆结合图示讲解：色氨酸操纵子的转录衰减调控机制。

☆结合图示讲解：稀有密码子对翻译的影响；翻译阻遏；mRNA稳定性对翻译的影响。

――――第3节课结束―――

第四节  真核生物基因表达的调控

 一、染色质结构直接影响基因转录

转录复合物不能进入致密染色质

1、高致密度的染色质不能转录

2、染色质的致密程度依赖于组蛋白的乙酰化和甲基化、DNA的甲基化、以及与其他蛋白的相互作用。

二、转录速度决定RAN合成效率

（一)顺式作用元件可直接影响基因表达活性

1、真核生物启动子结构和调节较原核生物复杂

2、增强子是一种能够提高转录效率的顺式调控元件

3、沉默子能够抑制基因的转录

（二)转录因子是转录调控的关键分

1、锌指（zinc finger)：

2、螺旋-环-螺旋模体（helix-loop-helix)：

3、碱性亮氨酸拉链（basic leucine zipper)：

三、转录后调控

（一)mRNA稳定性对翻译的影响

（二)mRNA非翻译区的二级结构对翻译的影响

讨论

简图

动画

★结合图示讲解：染色体结构对转录的影响；DNA的修饰。

☆结合图示讲解：反式作用因子对基因表达的调控(主要的反式作用因子、反式作用因子与DNA结合的模体)。

☆结合图示讲解：mRNA稳定性对翻译的影响；mRNA非翻译区的二级结构对翻译的影响；翻译起始因子的可逆磷酸化对翻译的影响。

――――第4节课结束―――

第五节  基因表达调控异常与疾病

自学

小

结

1．  基因转录表达的操纵子调控模式。

2．  反式作用因子DNA结合结构域的特征。

复

习

思

考

题

、

作

业

题

1. 什么是基因表达？基因表达的基本过程是什么？基因表达具有何特点？

2. 什么是管家基因？

3. 什么是组成型基因表达？什么是可调控型基因表达？

4. 哪些外环境因素可以影响基因的表达？

5. 什么是顺式作用元件？什么是反式作用因子？

6. 参与原核生物转录调控的因素有哪些？

7. 乳糖操纵子和色氨酸操纵子的调控机制分别是什么？

8. 原核生物翻译水平的调控机制包括哪些？

9. 真核生物转录前的调控机制有哪些？

10.   参与真核生物转录水平调控的因素有哪些？

11.   真核生物反式作用因子的DNA结合功能域有哪些类型？分别具有哪些结构特点？

12.   真核生物翻译水平的调控机制有哪些？

下

次

课

预

习

要

点

1. 基因组学、功能基因组学和蛋白质组学的概念。

2. 人类基因组计划研究的主要内容。

3. 基因表达谱的研究方法。

4. 蛋白质组学的研究技术方法。

实

施

情

况

及

分

析