一、基因表达的概念

基因组(genome)：一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。
基因表达(gene expression)：基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。

二、基因表达的时间性及空间性
（一）时间特异性
    按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异性(temporal specificity)。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性(stage specificity)。
（二）空间特异性
    在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的空间特异性(spatial specificity)。
    基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。

三、基因表达的方式
按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：
（一）组成性表达

    某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因(housekeeping  gene)。
    无论表达水平高低，管家基因较少受环境因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区别于其他基因，这类基因表达被视为组成性基因表达(constitutive gene expression)。

（二）诱导和阻遏表达
    在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因。

    可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导(induction)。

    如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏(repression)。

    在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表达(coordinate expression)，这种调节称为协调调节(coordinate regulation)。
四、基因表达调控的生物学意义
（一）适应环境、维持生长和增殖
（二）维持个体发育与分化
五、基因表达调控的基本原理

（一）基因表达的多级调控

（二）基因转录激活调节基本要素

    基因表达的调节与基因的结构、性质，生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细胞内所存在的转录调节蛋白有关。

1. 特异DNA序列和调节蛋白质

原核生物—— 操纵子(operon) 机制

1) 启动序列:是RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。

共有序列(consensus sequence) 决定启动序列的转录活性大小。
某些特异因子（蛋白质）决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。
2 操纵序列 ——阻遏蛋白(repressor)的结合位点

当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移动 ，阻碍转录。
3) 其他调节序列、调节蛋白

激活蛋白(activator)可结合启动序列邻近的DNA序列，促进RNA聚合酶与启动序列的结合，增强RNA聚合酶活性。
有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚合酶很少或完全不能结合启动序列。

真核生物
1) 顺式作用元件(cis-acting element)——可影响自身基因表达活性的DNA序列
不同真核生物的顺式作用元件中也会发现一些共有序列 ，如TATA盒、CAAT盒等，这些共有序列是RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。
2) 真核基因的调节蛋白

反式作用因子(trans-acting  factor)

由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用，调节其表达。 这种调节作用称为反式作用。还有蛋白质因子可特异识别、结合自身基因的调节序列，调节自身基因的表达，称顺式作用。
   
2. DNA - 蛋白质/蛋白质-蛋白质的相互作用

    指的是反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。通常是非共价结合，被识别的DNA结合位点通常呈对称、或不完全对称结构。
    绝大多数调节蛋白质结合DNA前，需通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体(dimer)或多聚体(polymer)。
3. RNA聚合酶
⑴ 原核启动序列/真核启动子与RNA聚合酶活性

    RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录。
⑵ 调节蛋白与RNA聚合酶活性
    一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下表达，然后通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性。

一、乳糖操纵子调节机制

（一）乳糖操纵子(lac operon)的结构

（二）阻遏蛋白的负性调节

（三）CAP的正性调节

（四）协调调节

      当阻遏蛋白封闭转录时，CAP不发挥作用；如无CAP存在，即使无阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖。葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolic repression)。           

二、其他转录调节机制
（一）转录衰减
（二）SOS反应
三、原核基因转录调节特点——调节的主要环节在转录起始
（一）σ因子决定RNA聚合酶识别特异性

（二）操纵子模型的普遍性

（三）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性
（四）以负性调控为主,正性调控为辅

一、真核基因组结构特点

一）真核基因组结构庞大

哺乳类动物基因组,DNA 约 3 × 10 9 碱基对
编码基因约 有 40000 个，占总长的6 %
rDNA等重复基因约 占 5%  ~  10%
（二）单顺反子
单顺反子(monocistron) :即一个编码基因转录生成一个mRNA分子，经翻译生成一条多肽链。
（三）重复序列

多拷贝序列:高度重复序列（106 次）;中度重复序列（103 ~  104次）
单拷贝序列（一次或数次）

（四）基因不连续性

二、真核基因表达调控特点
（一）RNA聚合酶
（二）活性染色体结构变化
1. 对核酸酶敏感
活化基因常有超敏位点，位于调节蛋白结合位点附近。

2. DNA拓扑结构变化
天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在

3. DNA碱基修饰变化
真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化，
甲基化范围与基因表达程度呈反比。
4. 组蛋白变化
①  富含Lys组蛋白水平降低
②  H2A, H2B二聚体不稳定性增加
③  组蛋白修饰
④  H3组蛋白巯基暴露
（三）正性调节占主导

（四）转录与翻译分隔进行
（五）转录后修饰、加工

三、真核基因转录激活调节
（一）顺式作用元件

1. 启动子
真核基因启动子是RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，至少包括一个转录起始点以及一个以上的功能组件。
2. 增强子(enhancer)
指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性、增强启动子转录活性的DNA序列。
3. 沉默子(silencer)
某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。
（二）反式作用因子

1. 转录调节因子分类（按功能特性）
基本转录因子(general transcription factors):是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种RNA(mRNA、tRNA及rRNA)转录的类别。
特异转录因子(special transcription factors):为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达。
2. 转录调节因子结构
最常见的DNA结合域: 1. 锌指(zinc finger)
（三）mRNA 转录激活及其调节
真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物