知识树：分子生物学基础知识要点——从基因组到生命体

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如封面图所见，分子生物学是一门研究基因本身结构及其表达与调控的科学，是从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学——

它力图揭示一个终极问题：
生命系统的本质是什么？
是有机物？蛋白质？DNA？还是细胞？我们找到了生命系统的本质，就可以据此来改造生命，实际上，回答这样一个问题远远要比分子生物学本身简单很多。

这门学科有三个主要的分支：

• 核酸（遗传信息携带者）与蛋白质（生命活动的执行者）及其复合体（核糖体、端粒酶、CRISPR剪切体）的结构；
  
• 生命系统遗传信息从亲代到子代的传递、损伤与修复、突变与重组（遗传信息，是守恒还是变化？）
  
• 原核、真核、古核、病毒生命系统的基因表达及其调控——从基因组到生命体（从RNA到蛋白质在生命系统中的形成以及行使功能的调控
  

在此略书一提纲，与各位即将要迈上科研道路的同道者交流以及向大佬们请教！抛砖引玉！
有一个很有趣的设想：
科学的发展是日新月异的，教材这种形式似乎没有办法满足科研这一不断发展更新的行业培养新鲜血液的需求，因此，以某种及时更新的形式为大家呈现基础知识体系是不是更有意思呢？
在这次的学习计划中我先是用了Xmind 将教材和老师的PPT课件中的东西化成一张张的思维导图，这些思维导图尤其庞大……以至于让人看不下去；
于是我就又整理了一份提纲，在这里很明确地指出我目前还没有学明白的内容（分子生物学的前沿领域，教材上说的并不是很清楚）

• 真核生物的转录终止机制与翻译终止机制；
  
• 蛋白质结构与功能之间的关系；
  
• 细胞内还有没有除了上述三种：核糖体、端粒酶、CRISPR剪切体之外的核酸-蛋白复合体？
  
• 同源重组的确切分子机制；
  
• 多种酶及蛋白质因子的结构与功能（如DNA聚合酶III）；
  

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最后以两部分给大家呈现知识体系和提纲：
附件1：相关思维导图








中心法则的那个超过5M居然上传不了……
附件2：分子生物学知识点提纲
分子生物学知识要点：
一、基础概念（除后三项中包括的）
[1] 核酸的一级结构是指多核苷酸链中单核苷酸的连接方式、种类、数量及排列顺序，生物的遗传信息就储存于 DNA 的核苷酸序列中；
[2] DNA的三级结构是在二级结构的基础上，通过扭曲和折叠所形成的特定构象，其中包括单链与双链、双螺旋与双螺旋之间的相互作用以及DNA的拓扑特征，最典型的是超螺旋；
[3] Hoogsteen氢键：酸性溶液中，嘧啶被质子化，可与嘌呤形成Watson-Crick氢键之外的一种氢键，这种氢键不破坏Watson-Crick氢键，因此形成了C+·GC的三链结构，并以此结合到双螺旋的大沟中形成分子内或分子间的三链结构；
[4] DNA四链结构：在染色体端粒上，通过Hoogsteen氢键，富含G碱基的序列可形成四联体螺旋结构，以封堵线性染色体末端；
[5] DNA的呼吸作用：DNA分子中碱基间氢键不断断裂再生的现象，在稳定性较低的富含A-T区域更加明显，以此形成的瞬时单链泡状结构，与蛋白质的结合有关；
[6] DNA损伤是指正常DNA分子的化学结构或物理结构在某些物理因素、化学因素以及细胞自发产生基因毒素等干扰作用下发生改变的现象；
[7] 直接修复是指不需要移去任何碱基或核苷酸就可以将损伤逆转到正常状态的修复机制，属于无差错直接修修复，是生物体内最简单的一种修复方式，如光复活、烷基转移修复、断裂链重连和碱基插入修复；
[8] 切除修复是指在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除，然后以另一条完整的互补链为模板，重新合成切去的部分，是DNA恢复正常结构的过程，分为碱基切除修复和核苷酸切除修复；
[9] 错配修复是DNA复制过程中，一旦复制叉经过复制起始点，母链会在短时间内被识别GATC位点并甲基化腺苷酸，随后只要DNA链上碱基配对出现错误，错配修复系统便会以母链为模板，在错误碱基对应母链甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的5’位置切开子链，在DNA聚合酶III的作用下合成新的子链；
[10] 重组修复是对尚未修复的损伤 DNA，跳过损伤位点，先复制再由互补链复制完成后与之发生重组进行修复，又称复制后修复；
[11] SOS修复机制是在DNA受到严重损伤或复制系统受到抑制的紧急情况，细胞为求得生存而采取的应急措施，修复的结果只是维持基因组完整性，保真度降低，又称为DNA倾向差错合成；
[12] 转座子就是基因组上不必借助于同源序列，也不需要重组酶就可以移动的DNA片段，它们可以直接从基因组内的一个位点转移到另一个位点，发生转座重组，从而改变染色体的结构；
[13] 反转座作用是通过RNA为中介，反转录成DNA后进行转座的可移动元件，这样的转座过程，一般为真核生物逆转录病毒和RNA媒介的转座子；
[14] 启动子是基因转录起始所必需的一段DNA序列，一般位于结构基因的上游，是DNA分子上与RNA聚合酶特意结合而使转录起始的部位。启动子本身不被转录；
[15] 转录终止子是在一个基因编码区下游的可被RNA聚合酶识别和停止合成RNA的一段DNA顺序，在原核生物中，分为不依赖蛋白因子的终止子和依赖蛋白质因子的终止子；
[16] 端粒是真核生物染色体末端具有的特殊结构，由一段简单的短的寡聚核苷酸串联重复序列组成，真核生物通过形成端粒结构以及具有逆转录酶活性的端粒酶来防止DNA复制时之后连缩短而产生的染色体受损情况的发生；
[17] 遗传密码(code): 基因中那些编码蛋白质结构的体系或DNA上核苷酸与多肽链上氨基酸的对应关系，称为遗传密码；
[18] 密码子(codon)：mRNA上决定一个特定氨基酸的3个连续核苷酸；
[19] 基因是编码蛋白质或RNA等具有特定功能产物的遗传信息的基本单位；
[20] 重叠基因是在同一段DNA序列上，由于阅读框架不同或终止早晚不同，可同时编码两个以上多肽的基因，多见于原核生物和病毒的基因组中；
[21] C值悖论：生物体基因组大小与其复杂性不成正相关的现象；
[22] N值悖论：生物体基因数目与其复杂性不成正相关的现象；
[23] 基因家族是一个祖先基因经重复或突变所产生的功能相关的同源基因；
[24] 基因簇：基因家族中一组相同或相关基因串联排列在一起而形成的片段，如rRNA、tRNA和组蛋白的基因；
[25] 孤独基因
：基因家族中在独立位点上的单个基因；
[26] 在多基因家族中，某些成员因为发生了突变并不产生有功能的基因产物，但其结构和DNA序列与有功能的基因具有相似性，这些基因称为假基因；
[27] 一个基因的核苷酸序列中因插入了与编码氨基酸无关的核苷酸序列，使一个完整的基因分割成不连续的若干区段，称为断裂基因；
[28] 转录组：指特定状态下一种细胞或组织所能转录出来的所有RNA的总和，包括编码RNA，即mRNA和非编码RNA；
[29] 结构基因：编码细胞结构和基本代谢活动所必要的RNA和蛋白质的基因；
[30] 调节基因：编码合成那些参与基因表达调控的RNA和蛋白质的特异DNA序列。调节基因编码的调节物通过与DNA上的特定位点结合控制转录是调控的关键；
[31] 顺式作用元件：调节基因表达的DNA序列；
[32] 反式作用因子：调节基因表达的蛋白质因子，可直接或间接结合顺式作用元件；
[33] 正调控：在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入某种调节蛋白后基因活性就被开启，这样的调控为正转录调控；
[34] 负调控：在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入这种调节蛋白质后基因表达活性便被关闭，这样的调控负转录调控；
[35] 弱化子：在操纵基因与结构基因之间的一段可以终止转录作用的核苷酸序列；
[36] 基因沉默是指细胞以相对非特异性的方式关闭基因的表达，它可以影响一个基因、一个基因簇、染色体的一个区段甚至整条染色体；
[37] 二倍体细胞核中同源染色体上的一对等位基因中只有一个可以表达，另一个因甲基化而沉默，这种现象就是基因印记；
[38] 基因组是指一种生物体具有的所有遗传信息的总和；
[39] 基因组学是研究基因组的结构、功能及表达产物的科学；
[40] 转录组学：是在整体水平上研究细胞基因转录情况及转录调控规律的科学；
[41] RNA组学是从基因组水平研究细胞中非编码RNA结构与功能的一门新的科学；

二、对比辨析
[1] 复制起始点的一般特征：（1）多个短重复序列组成；（2）这些短重复序列被多亚基的用于组装复制酶的复制起始点结合蛋白所识别；（3）复制起始点附近一般有一个富含A-T的序列，利于双螺旋DNA解链或解旋产生单链DNA复制模板；（4）原核生物一般只有一个复制子，真核生物一条染色体上有多个复制子；
[2] 单向复制和双向复制：大多数复制方式均为双向复制，滚环复制为单向复制；
[3] 切除修复分为碱基切除修复和核苷酸切除修复：a碱基切除修复，当发生碱基损伤无法形成稳定氢键时，由糖基化酶识别并切除碱基，随后由多个酶切除核苷酸其余部分，由DNA聚合酶修补缺口并由连接酶连接的修复过程；b核苷酸切除修复，当发生双螺旋链的形状改变时，由核酸外切酶切除发生错误的单链，再由聚合酶和连接酶进行补缺；
[4] 两种聚合酶的比较：


[5] 真核生物的三种启动子：相关RNA：除5S rRNA之外的rRNA
I型启动子：
模式图：



真核生物I型启动子模式图

II型启动子：mRNA
模式图：



真核生物II型启动子模式图

III型启动子：
基因内启动子：5S rRNA、tRNA、Alu家族基因（哺乳动物短散在重复序列）
基因外启动子：U6 、snRNA基因（剪接体），7SKRNA基因（调节RNA聚合酶II活性）
混合型启动子：海胆硒代半胱氨酸tRNA(ser)sec基因
[6] 真核生物与原核生物DNA复制的异同：
相同点：
a) 半保留复制；
b) 半不连续复制；
c) 都有解旋酶解链过程；
d) 都需要RNA引物；
e) 都有矫正阅读功能；
不同点：
a) 原核生物只有一个复制起点，而真核生物有多个；
b) 原核生物复制子较大但只有一个，真核生物复制子小而多个；
c) 真核生物DNA聚合酶合成速度速度慢（复制叉移动速度慢），原核生物DNA聚会酶快，因此原核生物冈崎片段的数量少而长度大，而真核生物冈崎片段数量大长度小；
d) 原核生物复制周期有重叠（即两轮DNA复制同时进行），真核生物没有；
e) DNA聚合酶不同，原核生物有三种DNA聚合酶，真核生物有五种；
[7] 复制、转录与翻译的异同：


[8] 真核与原核生物的蛋白质合成起始因子：  


[9] 原核基因组的特点：
a) 功能相关的几个结构基因往往串联在一起，受它们上游的共同调控区控制，形成操纵子；
b) 结构基因为多顺反子；
c) 结构基因中没有内含子；
d) DNA大部分为编码序列；
e) 重复序列不多（单拷贝基因）；
f) 有重叠基因；
[10] 真核生物与原核生物基因组的差别：


三、其他要点
[1] 核酸是遗传物质的证据：
DNA是细菌的遗传物质：格里菲斯肺炎双球菌转化实验；
DNA是病毒的遗传物质：同位素标记的噬菌体侵染实验；
DNA是动物的遗传物质：TK基因的转化实验；
RNA也是遗传物质：烟草花叶病毒、脊髓灰质炎病毒、狂犬病病毒、类病毒；
[2] 核酸的二级结构即DNA的双螺旋结构，它包括最稳定的B型、在钠、钾、铯离子体系中的A型和人工合成CGCGCG的左手超螺旋Z型，其中以B型最为常见；
[3] 要点——B型双螺旋二级结构的特点：a两条反向平行的多核苷酸链，以右手旋转方式构成一个双螺旋；b疏水的碱基在内，亲水磷酸基和脱氧核糖骨架在外；c碱基呈平面状，与中心轴相垂直；d大沟小沟交替出现；e遵循碱基互补配对原则；
[4] DNA螺旋结构稳定因素：a氢键b碱基堆积力c碱基分子内能d磷酸基团的静电斥力；
[5] 逆转录酶的多酶活性：RNA指导的DNA聚合酶、核糖核酸酶H（水解杂交分子中的RNA）、DNA指导的DNA聚合酶；
[6] 基因突变的类型：碱基置换突变（点突变），包括转换和颠换（A-T变T-A），可形成同义、错义、无义、起始或终止密码子突变；缺失和插入突变，指丢失或插入三的倍数的核苷酸；移码突变，丢失或插入非三的倍数的核苷酸；
[7] 原核RNA聚合酶：


[8] 原核生物启动子：


[9] 真核通用转录因子与功能



转录因子及其形成转录起始复合物的过程

[10] 原核生物终止子的结构：
包含有一段富含GC并在GC之后有一串A的序列，使转录出来的mRNA形成茎环结构；
[11] 密码子的特征：
1. 密码子的通用性，64四个密码子中，61个编码氨基酸，其中AUG为起始密码子，UAG、UAA、UGA普遍适用于原核和真核生物的蛋白质合成体系，除线粒体和部分原核生物略有不同；
2. 密码子的简并性，由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象；
3. 密码子的不重叠性，无论在重叠基因还是在非重叠基因中密码子均是按照三联体形式阅读，且任意两个密码子之间没有其他标点隔开；
4. 密码子的阅读方向为5’-3’；
5. 密码子的摆动性，密码子与反密码子配对时，1、2位严格，第三位可以有一定摆动；
[12] 乳糖操纵子：
A） 乳糖操纵子的正调控：
CAP是一种被cAMP诱导的激活蛋白，在细胞内葡萄糖含量高时，能量供应充足，cAMP含量降低，基因表达被抑制；当细胞内葡萄糖不足时，cAMP含量升高，CAP被激活，使相关结构基因被转录；这样就造成了当葡萄糖和其它糖类一起作为细菌的碳源时葡萄糖总是优先被利用的现象；
B） 乳糖操纵子的负调控：
乳糖操纵子中启动子下游的一段基因序列可被由操纵子上游基因lacI编码的阻遏蛋白结合从而抑制其后结构基因的转录，当细胞内乳糖含量升高时，乳糖被转化为异乳糖，异乳糖与阻遏蛋白结合使其构象发生改变，接触对结构基因的抑制，相关基因表达降解乳糖以供细胞利用；
C） 协调调节：
当阻遏蛋白存在时或CAP不存在时，结构基因均不被转录，这就保证了只有细胞缺乏葡萄糖提供能量且有乳糖可以利用时才表达相关的基因；
[13] 色氨酸操纵子：
A） 辅阻遏蛋白的负调控
色氨酸操纵子的阻遏蛋白需要在色氨酸的辅助下才能够阻遏基因的表达，当细胞内色氨酸含量过高时阻遏蛋白结合在操纵子的trpO序列上阻断基因表达；通常，色氨酸操纵子处于开放状态，其辅阻遏蛋白不能与操纵基因结合而阻遏转录；
B） 弱化子
在色氨酸操纵子结构基因的上游有一段14个氨基酸的前导区，其中有四段特殊序列，1-2、2-3、3-4之间均可配对， 1区内的两个连续的色氨酸密码子对细胞内色氨酸浓度十分敏感，由于原核生物边转录边翻译，当细胞内色氨酸浓度较高时，核糖体快速通过1区到达2区，导致3-4区配对，形成转录终止式构型，转录终止；当细胞内色氨酸浓度低时，核糖体停在1区，2-3区配对，不能形成终止构型，转录继续；弱化子可以快速地对细胞内色氨酸浓度做出反应；
[14] 内含子的作用：
（1）内含子可能携带某些信号作为基因的调控元件；
（2）内含子具有各种剪接信号；
（3）内含子可能有自己特定的蛋白质编码；
（4）内含子在遗传上可以稳定基因簇；

四、综合论述
[1] DNA复制所需酶系：


[2] 原核生物DNA复制的过程：
A引发体的合成：
a）DnaA结合ori上的重复序列；
b）解开双链，DnaB（解旋酶）、DnaC参与复合物；
B复制的延伸 ：
a）DnaB解旋并活化引物酶，SSB结合在单链上；
b）引物酶合成引物，DNA聚合酶沿5’-3’开始合成DNA；
c）前导链紧随复制叉，滞后链由SSB蛋白结合单链防止恢复螺旋；
d）DNA聚合酶I发挥5’-3’外切酶活性切除引物并合成DNA，DNA连接酶在NAD或ATP的作用下连接冈崎片段；
C复制的终止：
在特定的Ter序列，Tus蛋白与其形成Ter-Tus复合物，单向阻断DNA复制；
[3] 真核生物的DNA复制：
解链-polα与引物酶偶联，合成引物并延长-pold取代pola合成前导链pole取代pola合成滞后链-真核单链结合蛋白为RFA-PCNA为滑动钳；
[4] Hoilday模型：（1）联会的两条染色体（双链DNA分子）中的两条单链在同源位置被一种目前还不清楚的机制打断，并在每个断裂的地方双螺旋稍微解开，释放出单链；（2）在切口处发生链的交换，形成由单链交叉使两个DNA分子连在一起的结构，也称Holliday中间体；（3）对称地产生切口，两个DNA分子分离；


[5] 原核RNA的生物合成过程：
一、        转录起始
1.        σ因子沿DNA链搜索特异性结合位，找到-35区，招募RNA聚合酶核心酶，形成封闭性转录起始复合物；
2.        封闭性转录起始复合物移向-10区的TATAbox，形成开放的转录起始复合物；
3.        RNA聚合酶-DNA-产物RNA三元起始复合物形成，底物GTP、ATP与RNA聚合酶起始部位结合，延伸部位结合下一个核苷酸，生成首个磷酸二酯键后σ因子脱离；

注意，在转录的起始中，不同σ因子的识别位置和解旋位置是不同的；

二、转录延伸
4. 转录的延长在“转录泡”中进行，转录泡是一个含有核心酶、DNA 和新生 RNA 的区域，在这个区域里含有一段解链的 DNA “泡”。在转录泡里，DNA-RNA
杂交链中生成的 RNA 3’-OH 不断结合新进来的核糖核苷三磷酸，使链不断延长，转录泡中约17bp被解旋，杂交链约12bp，每秒延伸约50bp；
5. 同一条DNA链上多个转录同时进行，同一条RNA，延伸与翻译同时进行；
三、转录终止
6. 当RNA聚合酶遇到终止子时，在蛋白因子或无蛋白因子的帮助下脱离下来终止转录；
[6] 原核RNA的转录后加工：
rRNA加工：先进行甲基化，互补区用核酸内切酶III切割，随后用核酸外切酶切割；



45S rRNA前体

tRNA加工：
1. 切割两端多余顺序：核酸外切酶；
2. 内含子分割顺序：核酸内切酶P和F；
3. 部分需要添加CAA-OH氨基酸结合位点；
4. 添加稀有碱基，如次黄嘌呤；
5. 进行核苷酸的修饰，如甲基化（A-Am）、还原反应（U-DHU）、核苷内转位反应（U-ψ）、脱氨反应（A-I）；
[7] 真核RNA的转录后加工：
mRNA：
1. 5’-帽子的形成，保护mRNA免受核酸外切酶水解，蛋白质合成起始的信号；
2. PloyA尾巴的合成，与mRNA的半衰期有关，mRNA的出核信号；
3. 内部甲基化，对mRNA的加工起识别作用；
rRNA：
4. 18S、5.8S和28S rRNA的前体是45S，是一个转录单位，5SrRNA是单独的一个转录单位，45S的加工方式与原核相同；
tRNA：
5. 加工与原核类似，但CAA-OH都是后加的；
6. 具有2’-O-甲基核糖；
hnRNA的剪接：自剪接、酶促剪接、剪接体剪接、反式剪接、可变剪接


[8] 蛋白质生物合成过程：
氨酰tRNA的合成与氨基酸的活化；
肽链合成的起始：
A） IF-1和IF-3与30S小亚基结合；
B） mRNA与30S小亚基的结合；
C） 在IF-2协助下，fMet-tRNA进入；
D） 50S大亚基结合；
肽链的延伸：
E） 进位，下一个密码子对应的氨酰tRNA进入A位；
F） 转肽，rRNA参与催化，肽酰转移酶将肽链连接到A位的tRNA上；
G） 移位，在EF-G延伸因子的作用下，核糖体前移肽酰tRNA进入P位；
肽链合成的终止：
H）没有识别终止密码子UAA、UAG、UGA的tRNA，终止密码子由RF因子（原核生物有三个RF因子）结合，这时由核糖体释放因子的协助，肽酰转移酶变为水解酶活性将肽酰tRNA水解为多肽和tRNA，RF因子促进核糖体大小亚基分离；
[9] 蛋白质合成的翻译后修饰过程：
新生多肽链的折叠：
1. 分子伴侣和热休克蛋白；
2. 折叠酶，帮助蛋白质在折叠过程中形成共价键或进行异构化；
翻译后的加工修饰：
3. N端fMet或Met的切除，置换为其他的氨基酸或进行N-乙酰化；
4. 运输后及信号序列的切除；
5. 特定氨基酸的修饰：a天冬酰胺、丝氨酸、苏氨酸的糖基化；b丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸的O-磷酸化；c特定信号序列，酰基化；d脯氨酸、赖氨酸，羟基化e磷酸化、甲基化、乙酰化等；
6. 二硫键的形成；
[10] 蛋白质的转运：
两种机制：
1. 翻译-转运同步机制（分泌、膜蛋白形成）；
2. 翻译后转运机制（细胞器发育、膜蛋白的形成）；
转运的内在机理：
信号肽假说与翻译-转运同步机制进入内质网：
a) 正在翻译中的核糖体和多肽链中的信号肽被SRP识别；
b) SRP与内质网上的DP结合，翻译恢复进行，多肽链跨膜；
c) 蛋白质在内质网中被修饰，随后可运动到高尔基体及其他细胞分区；
导肽与蛋白质进入叶绿体和线粒体：
1. 导肽与线粒体上的TOC复合体结合，随后消耗能量跨过外膜，其后形成膜间隙蛋白或外膜蛋白或再通过TIM复合体跨过内膜（期间可与Hsp70或MSF等分子伴侣结合），跨膜后经过蛋白质装配和水解等一系列过程形成成熟蛋白质；
2. 与跨线粒体膜相比，叶绿体跨膜信号肽往往还有跨类囊体膜的信号肽区段，同时转运的跨膜蛋白亦有所不同；
3. 蛋白质跨越核孔：a在细胞质中NLS序列被转运因子β结合引向核孔；bGTP水解促使蛋白质跨过核孔NPC；c在核质中转运因子α结合转运因子β出核孔；
[11] 泛素降解途径：（蛋白质降解途径：非特异降解途径和特异降解途径）


[12] 原核基因的表达调控特点：
a) 原核生物基因表达调控包括在DNA水平、转录水平、转录后水平和翻译水平，但转录水平的调节是最有效、最经济的方式，也是最主要的调节方式；
b) 原核生物基因的表达调控多以操纵子为单位进行，即将功能相关的基因组织在一起，同时开启或关闭基因表达；
c) 基因调控的模式可分成两大类，正调控和负调控，原核生物以负调控为主；
[13] 真核生物基因组中的DNA序列类型：
1. 按照重复频率来分：
a) 单拷贝序列：真核生物的结构基因多为单拷贝序列；
b) 轻度重复序列：主要是组蛋白和tRNA，有2-10个拷贝；
c) 中度重复序列：有上千的拷贝，rRNA、tRNA的基因，组蛋白基因；
d) 高度重复序列：基因组中重复达百万次的序列；
2. 按照重复序列的分布：
a) 散在重复序列如Alu基因家族；
b) 串联重复序列如卫星DNA，有GC含量低的小卫星DNA，主要分布在端粒和着丝粒区；还有均匀分布在基因组中的微卫星DNA；
3. 基因家族，可分为简单多基因家族，各基因重复串联，有独自的转录区和非转录区如真核生物5S rRNA，复杂多基因家族，有几个相关基因家族构成，可分别独立转录，如组蛋白基因，还有受发育调控的复杂多基因家族，如人的α和β珠蛋白基因簇；
[14] 真核生物基因表达调控：
染色质水平上的调控：
1. 组蛋白的共价修饰可促进或抑制转录的激活，如乙酰化、单甲基化、磷酸化、泛酰化导致转录激活；
2. 染色质的状态会影响转录，如浓缩的染色质抑制转录，松散的染色质促进转录；
3. DNA拓扑结构变化，形成正超螺旋去除核小体促进转录；
4. 碱基修饰作用，DNA的甲基化可能引起基因沉默；
DNA水平上的调控：
5. 基因扩增，常见于rRNA，在转录前发生滚环式复制可扩增至两千倍；
6. 基因重排，在某些细胞中，可将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，如抗体的合成；
7. 基因丢失，在低等真核生物中发现的基因在真核生物个体发育过程中一些不必要的基因被消除的现象；
转录水平调控：
8. 顺式作用元件：包括核心启动子、启动子上游元件：
a) 核心启动子能够产生基础水平的转录，其中，TATAbox是转录因子TBP结合的部位，CCATbox和GCbox可以通过调节TFIID结合启动子的频率来调节转录；
b) 上游启动子元件包括增强子（扰乱染色质结构充分暴露DNA，显著提高转录水平）、沉默子（阻遏蛋白的结合位点）、应答元件（应对各种信号刺激反应的元件）、绝缘子（隔断外侧元件包括位置效应对于基因表达的影响）、基质附着区（MAR，DNA与核基质蛋白结合的部位）、基因座控制位点（LCR，β珠蛋白基因簇的控制元件）；
9. 反式作用元件：转录因子包含DNA结合结构域、转录激活结构域和连接区：
1. DNA结合结构域包括锌指结构（可深入大沟和小沟结合特定结构域）、亮氨酸拉链、α螺旋-转角-α螺旋、α螺旋-环-α螺旋，；
2. 转录激活结构域包括酸性α螺旋结构域（作用于转录起始复合物）、富谷氨酸结构域、富辅氨酸结构域；
3. 抑制子，包括竞争性抑制（结合转录因子的识别序列）、结合抑制（结合转录因子的转录激活结构域）、直接作用于转录起始复合物三种抑制方式；
转录后水平上的调控：
10. 可变剪接，特异性保留内含子或缺失外显子的部分或全部；
11. 可变加尾，可改变编码区的长度或影响mRNA的稳定性；
翻译和翻译后水平调控：
12. mRNA运输到特定的细胞分区；
13. 翻译的产物结合mRNA影响翻译，如游离的微管蛋白抑制翻译；
14. MircoRNA与mRNA结合形成内切酶识别位点，影响RNA的稳定性；
15. 改变翻译起始因子eIF2和4E的磷酸化状态；
16. 跳跃翻译、mRNA屏蔽（卵细胞）、通读、稀有密码子、稀有氨基酸等；
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