现代分子生物学 复习内容
一、DNA的变性（Denaturation）：指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。确切地就是维持双螺旋稳定性的氢键和疏水键的断裂。断裂可以是部分的或全部的，是可逆的或是非可逆的。DNA变性不涉及到其一级结构的改变。
1. DNA变形的条件：凡能破坏双螺旋稳定性的因素都可以成为变性的条件，如加热、极端的pH、有机试剂甲醇、乙醇、尿素及甲酰胺等,均可破坏双螺旋结构引起核酸分子变性。
2. DNA变性后发生的变化：DNA变性后原来隐藏在双螺旋内部的发色基团，成为单链而暴露出来，使DNA的物理和化学性质发生一些列的变化，这些变化包括：
（1）DNA溶液的浓度大大下降。DNA双螺旋是紧密的"刚性"结构,变性后代之以“柔软” 而松散的无规则单股线性结构，DNA粘度因此而明显下降。
（2）溶液旋光性发生改变。变性后整个DNA分子的对称性及分子局部的构性改变, 使DNA溶液的旋光性发生变化。
（3）增色效应或高色效应(hyperchromic effect)。DNA分子中碱基间电子的相互作用是紫外吸收的结构基础,但双螺旋结构有序堆积的碱基又“束缚”了这种作用。变性DNA 的双链解开,碱基中电子的相互作用更有利于紫外吸收,故而产生增色效应。
（4）生物活性丧失。
（5）浮力密度上升。
3. 引起DNA变性的主要因素：
（1）加热（生理温度以上）。加热使DNA变性后，在260nm处的紫外吸收值明显上升，一般当DNA加热时，在260nm吸收值先缓慢上升，到达某一温度后又骤然上升，其特点是爆发式的，变性发生的范围很窄，其相变过程用Tm值描述。
（2）极端pH值。当pH为12时，碱基上的酮基变为烯醇基，影响氢键形成，从而改变Tm值，当pH为2～3时，碱基上的氨基发生质子化，也影响氢键形成。
（3）有机溶剂、尿素和酰胺等。当环境中存在酰胺或尿素时，它们可与DNA分子中的碱基形成氢键，从而使DNA分子保持单链状态，以利于分子克隆的操作。
4. Tm值大小的影响因素：
（1）DNA的均一性。有二种含义，首先是指DNA分子中碱基组成的均一性,如人工合成的只含有一种碱基对的多核苷酸片段,与天然DNA比较,其Tm值范围就较窄。其次还包含有待测样品DNA的组成是否均一的意思,如样品中只含有一种病毒DNA,其Tm值范围较窄, 若混杂有其它来源的DNA,则Tm值范围较宽。
（2）DNA的(G+C)含量。在溶剂固定的前提下，Tm值的高低取决于DNA分子中的(G+C)的含量。(G+C)含量越高,即G-C碱基对越多,Tm值越高。
（3）介质中离子强度：DNA在离子强度较低度介质中Tm值较低，范围较宽；在高离子强度时，DNA的Tm值较高，范围较小。所以DNA在含盐的缓冲溶液中较为稳定。
二、DNA的复性（renaturation）：指变性DNA 在适当条件下, 二条互补链全部或部分恢复到天然双螺旋结构的现象,它是变性的一种逆转过程。热变性DNA一般经缓慢冷却后即可复性,此过程称之为" 退火"(annealing)。
1. DNA复性的条件：
（1）一定的离子强度：用以削弱两条链中磷酸基团之间的排斥力，通常用0.2－0.5M NaCl
（2）较高的温度：避免形成无规则氢键，但是不能太高，否则不能形成有规则氢键以维持双链结构。
2. 影响DNA复性的因素：
（1）DNA分子的复杂程度。DNA序列越复杂，复性越慢，所需时间越长。
（2）DNA的浓度。同一种DNA分子，浓度越高，互补链碰撞机会越多，复性越快。（3）DNA片段大小。DNA片段越大，复性越慢，因此，在复性研究时，一般要将其剪切成400bp大小的片段，以增加复性速度。
（4）温度。复性速度与温度直接有关，温度不宜过低，一般在Tm=25℃
（5）阳离子浓度。在小于0.5mol/L浓度时增加盐浓度有利于复性。
三、基因
1.基因的顺反子概念：现代分子生物学文献中，顺反子和基因这两个术语互相通用。一般而言，一个顺反子就是一个基因，1500～2000个核苷酸，它是由一群突变单位和重组单位组成的线性结构（因为任何一个基因都是突变体或重组体）。有结构基因与调控基因的划分，还有重叠基因和断裂基因的发现。
2. 基因重叠的方式：
（1）大基因内包含小基因。
（2）前后两基因首尾重叠。
（3）三个基因之间重叠。
四、基因组
1. 基因组的概念：基因组是指细胞内遗传信息的携带者-DNA的总体。基因组中不同的区域具有不同的功能，有些是编码蛋白质的结构基因，有些是复制及转录的调控信号，有些区域的功能尚不清楚。基因组结构是指不同功能区域在整个DNA分子中的分布情况。
2. 细菌染色体基因组结构的一般特点：
（1）通常仅由一条环状双链DNA分子组成细菌的染色体相对聚集在一起，形成一个较为致密的区域为类核。只有一个复制起始点。
（2）具有操纵子结构，其中的结构基因为多顺反子，即数个功能相关的结构基因串联在一起，受同一个调节区的调节。
（3）在大多数情况下，结构基因都是单拷贝，但是编码rRNA的基因往往是多拷贝的。
（4）不编码的DNA部份所占比例比真核细胞基因组少得多。
（5）具有编码同工酶的基因。
（6）在细菌中编码顺序一般不会重叠，即不会出现基因重叠现象。
（7）在DNA分子中具有各种功能的识别区域如复制起始区OriC，复制终止区TerC，转录启动区和终止区等。
3. 真核生物基因组有以下特点：
（1）真核生物基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，储存于细胞核内，除配子细胞外，体细胞内的基因的基因组是双份的，即有两份同源的基因组。
（2）真核细胞基因转录产物为单顺反子。一个结构基因经过转录和翻译生成一个mRNA分子和一条多肽链。
（3）存在重复序列，重复次数可达百万次以上。
（4）基因组中不编码的区域多于编码区域。
（5）大部分基因含有内含子，因此，基因是不连续的。
（6）基因组远远大于原核生物的基因组，具有许多复制起点，而每个复制子的长度较小。
4. 真核生物基因组与原核生物基因组特点比较：
（1）真核生物的基因组远大于原核生物基因组，具有相当的复杂度。
（2）基因组中非编码区远远多于编码区。
（3）基因组中的DNA与蛋白质结合，形成染色体存在于细胞核内。
（4）大部分基因有内含子，因此基因的编码区域不连续。
（5）存在着重复序列，重复次数从几次到几百万次不等。
（6）基因组中以多复制起点的形式复制。
（7）转录产物为单顺反子。
（8）真核基因与原核基因相同，也存在着可移动的因子。
5. 基因家族的特点：
（1）基因家族的成员可以串联排列在一起，形成基因簇或串联重复基因。
（2）有些基因家族的成员也可位于不同的染色体上。
（3）有些成员不产生有功能的基因产物，这种基因成为假基因。
6. 假基因无表达活性的原因：
（1）缺乏有功能的调控区，使其不能进行正常转录。
（2）即使能转录，由于突变或缺失等引起mRNA加工缺陷。
（3）使mRNA翻译提前终止。
（4）产生无功能的肽链。
五、DNA复制
1. DNA 复制的起点：原核，单起点；真核，多起点。
2. 半保留复制实验证据：1958年，Meselson和Stahl利用同位素标记和密度梯度离心实验，将大肠杆菌放在15NH4Cl培养基中生长15代，使DNA被15N标记后，再将细菌移到只含有14NH4Cl的培养基中培养。分别取0代、1代、2代、3代的细胞，提取DNA，进行密度梯度离心。结果发现：当含有15N-DNA的细胞在14NH4Cl培养液中培养一代后，只有一条区带介于14N-DNA与15N-DNA之间，表明DNA一条链来自15N-DNA，另一条链为含有14N的新合成链；培养两代后则出现两条带，一条带在14N-DNA区，另一条带在14N-DNA和15N-DNA之间，按照半保留复制方式培养两代，只能出现14N-DNA和14N，15N-DNA两种分子；培养三代后则出现三条带，一条带在14N-DNA区，一条带在14N-DNA和15N-DNA之间，还有一条带在15N-DNA区，按照半保留复制方式培养三代，能出现14N-DNA、14N，15N-DNA和15N-DNA三种分子；随着代数的增加14N-DNA逐渐增加，而14N，15N-DNA区带逐渐减弱。
3. DNA复制的几种主要方式：
（1）线性DNA双链的复制：复制叉生长方式有单一起点的单向（如腺病毒）及双向（如T7噬菌体）和多个起始点的双向几种。DNA双向复制时，复制叉处呈“眼”型，因为已知的DNA聚合酶和RNA聚合酶都只能从5’端向3’端移动。
（2）环状DNA双链的复制：环状双链DNA的复制可分为型、滚环形和D-环形几种类型。 a. 型：环状DNA可以采取此种典型的DNA复制方式进行复制，即从复制起点开始，双向同时进行，形成θ样中间物，故又称θ型复制，最后两个复制方向相遇而终止复制。这种复制形式从E.coli的3H胸腺嘧啶核苷酸培养物和放射自显影结果得到了证实。
b. 滚环型（rolling circle）：这是单向复制的一种特殊方式。滚环复制在噬菌体中是很常见的，如Φx174的双链环状DNA复制型（RF）就是以这种方式复制的。这种复制方式的特点是以一条环状单链DNA为模板，进行新的DNA环状分子合成。
c. D-环型（D-loop）：也是单向复制的一种特殊方式。这种方式首先在动物线粒体DNA的复制中被发现，双链环在固定点解开进行复制，但两条链的合成高度不对称，一条链先复制，另一条链保持单链而被取代。叶绿体DNA的复制也采取D环的方式。
六、参与DNA复制的酶
1. DNA聚合酶：以DNA为模板的DNA聚合酶，以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物，反应需要有模板的指导和3’-OH存在，DNA链的合成方向为5’→3’。2. 原核生物（大肠杆菌）中的DNA聚合酶 比较项目 DNA聚合酶Ⅰ DNA聚合酶Ⅱ DNA聚合酶Ⅲ 结构基因 pol A Pol B Pol C 相对分子质量
103000
88000
830000
1. 基因重组的分类：同源重组、位点特异性重组、转座重组和异常重组。 2. 同源重组的分子模型——Holliday模型
（1）步骤：a. 两个同源染色体的DNA排列整齐；
b. 两个DNA分子的同一部位两个单链发生断裂引发重组；
c. 断裂的单链游离末端彼此交换，每一条链与另一DNA对应的链连接，形成的连接分子成为Holliday中间体；
d. 通过分支迁移产生异源双链DNA。
（2）双链断裂模型：但是更多地事实证明，重组是由双链断裂断裂启动的。同源DNA分子之一发生双链断裂，经过核酸和解旋酶作用，产生具有3‘端的单链。它在另一DNA分子的同源区寻找互补链并与之配对。相对应的链则被置换出来，与原来断裂的链配对，经过修复合成和链的再连接，形成两个交叉。而不是单链交叉形成一个交叉。
现在一般认为，同源重组是减数分裂的原因，而不是减数分裂地结果。DNA双链断裂才能够与同源分子发生链的交换，将同源染色体分配到子代细胞中去。 因此，双链断裂启动重组，也启动了减数分裂。 八、DNA的转座
1. 概念：DNA的转座，或称移位，是由可移位因子介导的遗传物质重排现象。与DNA的同源重组相比，转座作用发生的频率要低得多，但仍然具有十分重要的生物学意义。 2. 转座子的分类和结构特征
（1）原核生物转座子包括4类： a. 插入序列（inserion sequence, IS）：两端有末端反向重复序列（IR），只编码转座酶。 b. 简单转座因子：结构同IS，但不能独立存在，只作为复合子的两端组件。
c. 复合转座子：两端由IS或类IS构成，带有某些抗药性基因或宿主基因，一旦形成复合转座子，IS就不能再单独移动，只能作为复合体移动。
d. TnA转座子家族：两端为IS，可编码转座酶、解离酶和抗性物质。 （2）真核生物转座子主要包括转座子和逆转座子两大类：
a. 转座子。①玉米中的可控制因子：可分为自主性因子和非自主性因子，如Ac-Ds。②果蝇中的转座子：如P因子，导致杂种不育。
b. 反转座子。①反转录病毒：RNA→DNA→整合宿主靶DNA位点。②病毒超家族：有LTR；
编码反转录酶或整合酶；可含有内含子。如：Ty、Co-pia、LINSL1。③非病毒超家族：不编码转座产物；无内含子，如SINSB1/Alu。
3. 转座子的转座机制
分为两种类型：复制型、非复制型。
复制型转座（replicative transposition）：转座元件在转座前先复制一份，而后拷贝转座到新的位点，在原先的位置上仍然保留原来的转座元件。在复制型转座过程中，转座和切离是两个独立事件。先是由转座酶切割转座子的供体和受体DNA分子，转座子的末端与受体DNA分子链接，并将转座子复制一份拷贝，由此生成的中间体及共整合体结构。共整合体含有转座子的两份拷贝。然后在转座子的两份拷贝间发生类似同源重组的反应，在解离酶的作用下，供体分子与受体分子分开，并且各带一份转座子拷贝。同时受体分子的靶位点序列也重复了一份拷贝。TnA是此类转座的例子。
非复制型转座（non-replicative transposition）：在DNA链的断裂与连续反应中只有靶位点发生重连，而供体链仍然断裂，不形成共整合体结构。在这种转座中，转座元件作为一个物理性实体，直接从一个位点转移到另一个位点，并且保守性很强，这种转座只需转座酶的作用。非复制型转座的结果是在原来位置上丢失了转座元件，而在插入位置上增加了转座元件，造成表型的变化。IS序列、Mu等以这种方式转座。
4. 玉米的Ac-Ds系统
在玉米中发现有激活因子-解离系统（Ac-Ds系统）。Ac和Ds这两个因子都位于玉米第9号染色体短臂，在色素基因C的附近。当C基因附近有Ac而没有Ds时，C基因处于活化状态，玉米籽粒内有色素生成，籽粒是有颜色的。当Ds因子插入基因C并且Ac也存在的情况下，虽然Ds抑制基因C的活性，但由于在玉米胚乳发育期间有些细胞里的Ds因Ac存在而切离转座，所以这些细胞仍能合成色素，因而玉米籽粒出现色素斑点。当Ac不存在时，Ds固定在C基因处，C基因不再合成色素。玉米籽粒就没有颜色。
九、RNA的转录合成
1. 转录的特点：
转录是在RNA聚合酶的催化下，以一段DNA链为模板合成RNA，从而将DNA所携带的遗传信息传递给RNA的过程，是基因表达的核心步骤。经转录生成的RNA有多种，主要是rRNA、tRNA、mRNA、snRNA和hnRNA。除了某些RNA病毒之外，所有RNA分子都来自于DNA。RNA转录具有如下特点：（1）转录的不对称性。（2）转录的连续性。（3）转录的单向性。（4）有特定的起始位点和终止位点。
转录起始于DNA模板的一个起点，并在特定的终点处中止，这一转录的区域称为转录单位。 转录的起始主要由启动子（promoter）控制，而控制终止的部位称为终止子（terminater）。
2. 启动子（promoter）
启动子是一段位于结构基因5’端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DAN准确结合并与具有转录起始的特异性。启动子的结果影响到它与RNA聚合酶的亲和力，从而影响基因表达的水平。
转录起始点是指DNA链上与新生RNA链第一个核苷酸相对应的碱基，通常为一个嘌呤。
（1）原核生物的启动子
a. 基本结构
绝大多数原核生物启动子都存在位于—10bp的TATA盒和位于—35bp的TTGACA盒，这两个区域是RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与σ因子相互识别而具有很高的亲和力。 b. 功能
不同启动子区域的主要功能是：
①－35区序列可以增强启动子与聚合酶σfactor 的识别作用；
②－10区序列对DNA解旋作用十分重要；
③转录起始位点附近的序列影响转录的起始效率，转录初始的30个碱基也影响转录起始效率。
（2）真核生物的启动子
a. 基本结构
在真核基因中发现，位于转录起始位点上游—25～—35bp处的TATAAA也称TATA区，在—70～—78bp处还有另外一段共同序列CCAAT，称为CAAT区，是与原核生物中—35区相对应的序列。
b. 类型
真核生物的细胞和基因由3种不同的RNA聚合酶转录。这些由不同RNA聚合酶转录的基因分别称为第Ⅰ类型基因、第Ⅱ类型基因和第Ⅲ类基因。不同类型的真核基因的启动子结构也有着显著的差异。
①类型Ⅰ基因的启动子即是类型Ⅰ启动子，它是RNA聚合酶Ⅰ的启动子，控制rRNA前体基因转录，其产物经剪接加工后生成各种成熟rRNA。类型Ⅰ启动子由两部分保守序列组成，位于转录起点附近，从-45到+20；上游控制元件（UCE）位于-180～-107。这两个启动子元件的序列有85%左右相同，两部分都富含GC。RNA聚合酶Ⅰ对其基因的转录需要两种转录因子——UBF1和SL1的参与。
②类型Ⅱ基因的启动子即是类型Ⅱ启动子。它是RNA聚合酶Ⅱ识别的启动子，即蛋白质编码基因的启动子，序列多样。典型的类型Ⅱ启动子结构由4个区域组成：转录起始位点（Inr）；基本启动子，Inr与基本启动子共同构成核心启动子；转录起点上游元件；转录起点下游元件。
③真核生物类型Ⅲ基因的启动子为RNA聚合酶Ⅲ所识别。根据类型Ⅲ基因的启动子所在的细胞位置，分为两种主要类型：基因内启动子；转录起点上游启动子。
3. RNA聚合酶
以DNA为模板的RNA聚合酶主要以双链DNA为模板（若以单链DNA为模板，则活性大大降低），以4种核苷三磷酸为底物，并以Mg2+/Mn2+为辅因子，催化RNA链的起始、延伸和终止，它不需要任何引物，催化生成的产物是与DNA模板链互补的RNA。RNA或RNA-DNA双链杂合体都不能作为模板。RNA聚合酶是转录过程中最关键的酶。
（1）原核生物的RNA聚合酶
大多数原核生物RNA聚合酶的组成是相同的，大肠杆菌RNA聚合酶由两个α亚基、一个β亚基和一个β’亚基和一个ω组成，称为核心酶。加上一个σ亚基后成为聚合酶全酶。α亚基可能与核心酶的组装及启动子识别有关，并参与RNA聚合酶和部分调节因子的相互作用。σ因子的作用是负责模板链的选择和转录起始，它是酶的别构效应物，使酶专一性识别模板上的启动子。
（2）真核生物的RNA聚合酶
真核生物中公有三类RNA聚合酶，其特点见下表：
转录因子（transcription factor）是转录起始过程中，RNA聚合酶所需要的辅助因子，是参与正调控的反式作用因子，通常识别位于基因上有启动子附近的顺式作用元件。
典型的转录因子应该包含DNA结合结构域，转录激活结构域和二聚化结构域。
5. 终止子
终止子是与转录终止有关的一段DNA区域，它包括强终止子（内部终止子，不需要ρ因子）和弱终止子（需要ρ因子）。不依赖ρ因子的终止子其终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区，由这段DNA转录产生的RNA容易形成发夹式结构，在终止位点前面还有一段由4～8个A组成的序列，导致转录产物RNA的3’端为寡聚U；依赖ρ因子的转录终止子DNA序列缺乏共性，蛋白质ρ因子能识别终止信号，并能与RNA紧密结合，导致RNA的释放。
十、RNA转录后加工修饰
转录生成的RNA分子为前体RNA，必须经过必要的加工修饰，才能成为有功能的RNA分子。但真核生物的RNA转录后加工修饰比原核生物复杂得多。
1. 原核生物的转录后加工修饰
（1）mRNA的转录后加工修饰：原核生物的mRNA属于多顺反子，一般无需加工已具有活性，即可作为翻译的模板，近年也发现需要添加3’-poly（A）的现象。
（2）rRNA的转录后加工修饰：rRNA前体被RNaseⅢ、RNaseE等剪切成一定链长的rRNA分子，再由外切酶进行修正，继续切除多余部分碱基；rRNA在修饰酶催化下进行碱基修饰；rRNA与蛋白质结合形成核糖体的大、小亚基。
（3）tRNA的转录后加工修饰：tRNA的初始转录物多数为多顺反子，少数为单顺反子。tRNA分为三个阶段。“斩头”形成5’端：RNaseP切除前体tRNA 5’端的前导序列。“去尾”形成3’-OH末端：对于Ⅰ型tRNA，核算内切酶在接近3’端的CCA一次切除或逐步切除3’端的碱基，再由tRNA核苷转移酶加上CCA-OH3’末端。特定碱基的修饰：前体tRNA的一些特定部位的碱基在甲基化酶、假尿嘧啶核苷化酶等的催化作用下进行修饰而成为特殊的碱基。
2. 真核生物的转录后加工修饰
（1）mRNA的转录后加工：真核生物mRNA由RNA聚合酶Ⅱ催化转录，初始产物为核不均一RNA（hnRNA），新生的hnRNA从开始形成到转录终止，就逐步与蛋白石结合形成不均一核糖核蛋白（hnRNP）颗粒，前mRNA加工的顺序是形成5’帽子结构；内切酶去除3’端的一段序列：poly（A）聚合酶催化形成3’-poly（A）尾；最后是剪接去除内含子转变为成熟的mRNA。
（2）5’端加帽：在细胞核内对hnRNA的5’端加上m7GTP的结构。加工过程首先实在磷酸酶的作用下，将5’端的磷酸基水解，然后再由鸟苷酸转移酶加上鸟苷三磷酸，形成GpppN的结构，鸟苷酸-7-甲基转移酶再对G进行甲基化。mRNA 5’端的这种结构称为帽子。5’端的第一个核苷酸总是7-甲基鸟核苷三磷酸（m7Gppp, cap0）；第二个核苷酸的2’-OH位上也可加上一个甲基（cap1），真核生物中以这类帽子结构为主；当mRNA原第二位核苷酸是A时，其N6位有时也被甲基化；mRNA第三位核苷酸的2’-OH位也可能被甲基化（cap2），有2号帽子的mRNA只占有帽mRNA总量的10%～15%。
（3）3’端加尾：这一过程在细胞核内完成。首先由核酸内切开mRNA 3’端的特定部位，然后由poly（A）合成酶催化多聚腺苷酸反应，加入poly（A）尾巴。在poly（A）位点上游10～35核苷酸处有AAUAAA序列，下游约50核苷酸处存在富含GU的序列，这两处序列是剪切和加poly（A）所需的信号。首先由剪切和聚腺苷化特异因子（CPSF）结合到上游富AAUAAA序列，剪除刺激因子（CSF）与下游富含GU序列作用，剪除因子（CF）Ⅰ、Ⅱ相继与之结合，使其更趋稳定。在剪除之前，poly（A）聚合酶结合到复合物上，使剪切后游离的3’端能迅速腺苷酸化。
（4）RNA的编辑：RNA编辑酶识别RNA待编辑碱基区域内的二级空间结构，同时切下和换上碱基。对于大量碱基的缺失和插入，有一编辑指导性RNA与待编辑mRNA配对，并作为编辑的模板，该指导性RNA需对其序列进行改编，改编过程包括在RNA前体分子中插入、剔除或置换一些核苷酸残基。
3. 选择性剪接的类型
有多种方式的选择性剪接，除采用不同启动子或不同的3’端polyA位点，得到5’端和3’端不同的初始转录产物外，可以归纳为4种：（1）剪接产物缺失一个或几个外显子；（2）剪接产物保留一个或几个内含子作为外显子的编码序列；（3）在外显子中存在潜在的5’端剪接点或3’端剪接点，使该外显子部分缺失；（4）内含子中也存在潜在的5’端或3’端剪接点，从而使部分的内含子变成了编码序列。
十一、基因表达调控模式
1. 基因表达调控的概念及基本原理
（1）基因表达调控（gene regulation, gene control）：指相同的结构基因并非在各种细胞中同时表达，而是根据机体生长、发育、繁殖的需要，随着环境的变化，有规律的选择性、程序性、适度地表达，以适应环境，发挥其生理功能，这个调节的过程称之为基因表达调控。
（2）基因表达是多级水平上进行的复杂事件，可分为转录水平（基因激活及转录起始），转录后水平（加工及转运），翻译水平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控最重要。
（3）基因转录激活调节基本要素：
a. 顺式作用元件（cis-acting element）：又称分子内作用元件，只存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序。
b. 反式作用因子（trans-actiong factor）：又称为分子间作用因子，指一些与基因表达调控有关的蛋白质因子。反式作用因子与顺式作用元件之间的共同作用，才能够达到对特定基因进行调控的目的。
c. 顺式作用元件与反式作用因子之间的相互作用：大多数调节蛋白在与DNA结合之前，需先通过蛋白质—蛋白质相互作用，形成二聚体或多聚体，然后再通过识别特定的顺式作用元件，而与DNA分子结合。这种结合通常是非共价键结合。
2. 原核基因调控机制的类型和特点
原核生物的基因调控主要发生在转录水平上，其调控机制可以分为负调控和正调控。在负转录调控系统中，调节基因的物质是阻遏蛋白——组织结构基因转炉，其作用部位是操纵区，它与操纵区结合，转录受阻。在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白，激活蛋白结合与DNA的启动子及RNA聚合酶后，转录才会进行。
原核基因转录调控的特点主要为：
（1）σ因子决定RNA聚合酶识别特异性；
（2）操纵子模型的普遍性；
（3）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性。
3. 乳糖操纵子与负控诱导系统
乳糖操纵子属于可诱导调节的基因表达。即在某些物质的诱导下使基因活化。
大肠杆菌乳糖操纵子（lac operon）包括3个结构基因：Z（编码β-半乳糖苷酶）、Y（编码β-半乳糖苷透过酶）和A（编码β-半乳糖苷乙酰转移酶），以及启动子（P）、操纵基因（O）和阻遏子（I）。转录的调控是在启动区和操纵区进行的。当培养基中同时存在葡萄糖和乳糖时，乳糖操纵子启动子表达受阻；当培养基中乳糖浓度升高而葡萄糖浓度降低时，乳糖作为诱导剂与阻遏蛋白结合，促使阻遏蛋白与操纵基因分离；另一方面，细胞中cAMP浓度升高，cAMP与cAMP蛋白受体结合并使之激活，cAMP蛋白受体与启动基因结合并促使RNA聚合酶与启动基因结合，基因转录激活；当葡萄糖消耗完后，细胞内cAMP浓度增加，乳糖操纵
子起始高效表达。
4. 色氨酸操纵子与负控阻遏系统
色氨酸操纵子属于可阻遏调节的基因表达，即在一些特殊物质积累时会导致基因表达的关闭，主要调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的转录合成。色氨酸的合成主要分五步完成，有7个基因参与整个合成过程。trpE和trpG融合成一个功能基因、trpC和trpB也融合成一个功能基因。大肠杆菌中的trp操纵子中各部分依次顺序为P区（启动子区）、O区（操纵区）、L区和a区（前导区和弱化子区）、E区（trpE基因）、D区（trpD基因）、C区（trpC基因）、B区（trpB基因）、A区（trpA基因）。trp操纵子中产生阻遏物的基因是trpR，该基因距trp基因簇很远。色氨酸操纵子通常处于开放状态，其辅阻遏蛋白不能与操纵基因结合而阻遏转录。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。色氨酸操纵子的调控还涉及转录弱化机制。即在色氨酸操纵子第一个结构基因与启动基因之间存在有一弱化区域，当细胞内色氨酸浓度很高时，通过与转录相偶联的翻译过程，形成一个弱化子结构，使RNA聚合酶从DNA上脱落，导致转录终止。
弱化作用要具备三个重要的条件：
（1）是前导顺序中要有相应氨基酸的密码子；
（2）要具有四组配对区；
（3）转录和翻译必须偶联。真核生物的转录和翻译是分别在核和胞质中进行，不能偶联，所以也不存在这种形式的调节。
十二、真核基因表达调控
1. 真核生物基因表达调控的特点
1、RNA聚合酶；2、多层次:转录、转录后、翻译、翻译后；3、个体发育复杂；4、活性染色体结构变化：对核酸酶敏感 、DNA拓扑 结构变化 、DNA碱基修饰变化 、组蛋白变化；
5、正性调节占主导；6、转录与翻译间隔进行；7、转录后修饰、加工
2. 反式作用因子
转录调控过程中，同时需要顺式作用元件与反式作用因子。根据各个蛋白质成分在转录中的作用，可以将整个转录复合物分为三部分。转录因子研究较多的有识别TATA区和TFIID，识别CAAT区的CTF，识别GGGCGG区的SP1，以及识别热激蛋白启动区的HSF。
（1）反式作用因子中的DNA识别位点或结合链
a. 螺旋-转角-螺旋结构。
b. 锌指结构：锌指结构家族蛋白大体可分为锌指、锌钮和锌簇结构，其特有的半胱氨酸和组氨酸残基之间氨基酸残基数基本恒定，有锌参与时才具备转录调控活性。重复的锌指样结构都是以锌将一个α螺旋与一个反向平行β片层的基部以锌原子为中心，通过与一对半胱氨酸和一对组氨酸之间形成配位键相连接，锌指环上突出的赖氨酸、精氨酸参与DNA的结合。 c. 碱性亮氨酸拉链。
d. 碱性螺旋-环-螺旋结构。
e. 同源域蛋白。
（2）转录活化结构域
反式作用因子的结构基础是具有转录活化域。不同的转录活化域具有几个特征性结构：a. 带带负电荷的螺旋结构。b. 富含谷氨酰胺的结构。c. 富含脯氨酸的结构。
