基因表达调控思维导图
基本概念，表达调控，表观遗传等内容讲解
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思维导图大纲
基因表达调控思维导图模板大纲
基本概念
定义：细胞有选择性地产生某种蛋白质
基因表达过程中每步均可调控
起始阶段调控（主要）
节能
容易
转录后面阶段调控
允许更多调控信号
减少响应时间
顺式和反式
顺式（cis）：位于同一DNA位点
反式（trans）：位于不同DNA分子的位点
反式突变的影响必须通过扩散产物（蛋白质或RNA）来施加
原核生物的基因表达调控
调控模型
结构基因（structural gene）：编码蛋白质（或RNA）产物的任何基因
调控基因（regulatory gene）是结构基因的一种，参与调控其他基因的表达
调控方式
正调控模式
促进基因表达和蛋白质产生
激活子（activator）
负调控模式
基因的表达被细胞中特定蛋白抑制
抑制子（repressor）
操纵子模式（operon model）
乳糖操纵子
乳糖代谢
二次生长曲线
有葡萄糖→细菌不会代谢葡萄糖 葡萄糖耗尽→细菌会合成与乳糖代谢相关的蛋白质
功能相关的基因（LacZ，LacY，LacA）+启动子+操作序列→操作子（Operon）
只要通过一个on/off开关就可以调控好几个功能相关基因
乳糖操纵子的发现
雅各布（Jacob）和莫诺（Monod） 通过遗传学方法研究抑制子和操纵序列
通过产生不同的LacI突变体和结合序列突变体来确定抑制子和操纵序列
操纵子的负调控模式
诱导型操纵子
小分子诱导子使得抑制子失活
对于乳糖操纵子而言，诱导子是异乳糖， 与乳糖抑制子结合并改变构型使其失去与操纵序列结合能力
抑制型操纵子
色氨酸抑制子（trp Repressor）可以抑制色氨酸操纵子， 阻止RNA聚合酶和启动子结合，阻碍基因转录
操纵子的正调控模式
乳糖操纵子的正调控：cAMP在葡萄糖缺乏时积累→cAMP与CAP结合→CAP活性状态 →附着在Lac启动子上游端特定位点→提升RNA聚合酶对启动子的亲和力→促进转录
真核生物的基因表达调控
差异性的基因表达（differential gene expression）
含有相同基因组的细胞表达不同的基因
Crick中心法则不准确：DNA序列不是基因表达起始，DNA是受其他因素调控的
染色质结构的调控
染色质结构的改变是否影响基因表达→基因中的关键序列是否能与转录因子结合
组蛋白的化学修饰在基因转录调控中起着直接作用
组蛋白乙酰化通过松开染色质结构来促进转录
组蛋白甲基化会导致染色质收缩，转录减少
转录起始的调控
真核基因的组织
调控元件（Control Element）：绝大多数真核基因有一部分非编码DNA序列 负责结合叫转录因子（Transcription Factor）的蛋白
转录起始复合体中的RNA聚合酶II负责转录基因，合成前体mRNA
转录因子的作用
特定转录因子与增强子的控制元件结合可以显著提高或降低基因的表达
非编码RNA（noncoding RNA）在基因表达调控中的作用
RNA干扰（RNAi）
通过小干扰RNA（siRNA）阻断基因表达的现象
大多数雌性哺乳动物中非编码RNA负责X染色体失活
表观遗传
表观遗传的含义
第一层：环境在不影响DNA序列的情况下改变生物体的特征
第二层：环境对生物体的影响可以遗传
表观遗传的机制
控制基因表达的化学修饰
DNA甲基化
组蛋白修饰
环境信号影响生物体特征
小鼠：饮食对甲基化影响，进而影响Agouti基因表达
环境信号的影响遗传方式
甲基化DNA随着DNA复制和半甲基化酶的作用维持DNA链的甲基化
表观遗传的应用
癌症治疗和预防
癌症病人癌细胞体内肿瘤抑制基因呈现过甲基化状态，基因表达被抑制，无法有效阻止细胞分裂
对前列腺癌早期病人采取一定干预， 会导致肿瘤相关基因表达改变
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