基因与基因表达

1基因与基因表达2一、基因的概念

从遗传学角度看：基因是生物的遗传物质遗传的基本单位（突变单位、重组单位和功能单位）

从分子生物学角度看：基因是负载着特定遗传信息的DNA片段，在一定条件下能够表达这种遗传信息，执行特定的生理功能。3染色体→基因的载体基因→功能DNA片段DNA

转录→RNA

翻译→蛋白质4二、基因的一般特性

（1）自我复制→半保留复制（2）基因决定性状：基因→mRNA→蛋白质（3）基因突变淘汰生物进化保留遗传病5三、基因的类别

根据基因的功能可分为：（1）结构基因：编码蛋白质（2）调控基因：调节结构基因表达

miRNA的基因（3）只转录而不翻译的基因：

rDNA基因（NOR）→rRNA→组成核糖体

tRNA基因→tRNA→转运氨基酸6四、真核生物基因结构真核生物结构基因的DNA序列由编码序列和非编码序列两部分组成，编码序列是不连续的，被非编码序列分割开来，称为断裂基因（splitgene）。外显子(Exon)＋内含子(Intron)＋侧翼(Flanking)序列71、外显子和内含子结构基因中:

编码序列称为外显子（exon）非编码序列称为内含子（intron）81、外显子和内含子外显子（exon）数目=内含子（intron）数目+1内含子和外显子不是固定不变的，同一基因可以有多种不同的转录产物；某些真核生物结构基因没有内含子，如组蛋白基因和干扰素基因，它们常以基因簇形式存在。92、GT-AG法则每个外显子和内含子的接头区都是一段高度保守的共有序列，内含子的5´端是GT，3´端是AG，这种接头方式称为GT-AG法则。普遍存在于真核生物中，是RNA剪接的识别信号。103、侧翼序列每个结构基因的第一个和最后一个外显子的外侧，都有一段不被转录的非编码区，称为侧翼序列（flankingsequence）是基因的调控序列，对基因的有效表达起调控作用。包括：启动子、增强子、终止子等，均属于基因的顺式作用元件。11（1）启动子（Promoter）是位于基因转录起始点上游的100～200bp范围内一段特定的核苷酸序列为RNA聚合酶的结合部位，并相互作用启动基因转录决定DNA中的转录链包括：TATA框、CAAT框和GC框等12TATA框（TATABox）位于转录起始点上游25～30bp的一段高度保守序列，与转录因子TFII结合，再与RNA聚合酶II形成复合物，从而准确地识别转录起始位置，激活转录。13CAAT框（CAATBox）：位于转录起始点上游-75～80bp的一段保守序列，与转录因子CTF结合，具有激活转录的功能。14GC框（GCBox）：序列为GGCGGG，位于CAATBox两侧，与转录因子SP1结合，具有激活转录的功能。GCBOXGCBOX1516（2）增强子（Enhancer）包括启动子上游或下游的一段DNA序列，可以增强启动子发动转录，提高转录效率。特点：相对地不受距离变化影响无方向性有组织特异性17（3）终止子（Terminator）由一段回文序列（转录终止信号）和以及特定的5´-AATAAA-3´序列（PolyA附加信号）组成184、非翻译区（UTR）位于转录起始点和起始密码子之间，只转录不翻译的DNA序列，称为5′-UTR含有转录因子结合位点在转录水平调控基因表达19位于终止密码子和转录终止点之间，只转录不翻译的DNA序列，称为3′-UTR含有miRNA结合位点在转录后水平调控基因表达4、非翻译区（UTR）20五、基因表达基因表达：DNA序列的遗传信息通过转录产生mRNA再经过翻译最终生成蛋白质的过程。基因决定性状，性状是以蛋白质形式体现的；遵循生命物质的运动基本规律——中心法则（centraldogma）。21221、转录转录是基因中的遗传信息以DNA双链的反义链为模板，利用RNA聚合酶介导合成单链mRNA分子。2324核内异质RNA(hnRNA)→成熟mRNA加帽剪接加尾25加帽(capping)：

mRNA5′端加上一个7-甲基鸟苷(m7′G)

（1）保护5′端不受磷酸酶和核酸酶的消化而增加mRNA稳定性。（2）保证mRNA由细胞核向细胞质转运。（3）被核糖体小亚基识别，促使核糖体与mRNA的结合。26剪接(splicing)：剪接供体(GT)、剪接受体(AG)和小核RNA蛋白(snRNP)形成剪接体，切除内含子。2728加尾(polyadenylation)mRNA3′端在腺苷酸聚合酶作用下，在“AAUAAA”下游18~20bp加polyA尾。

（1）保护3′端不受磷酸酶和核酸酶的消化而增加mRNA稳定性。（2）保证mRNA由细胞核向细胞质转运。292、翻译翻译是将转录生成的mRNA的碱基顺序解译为蛋白质的氨基酸序列。3031进位→转肽→移位3233

翻译后修饰包括：多肽链N端脱甲酰基、乙酰化、磷酸化、糖基化和链的切割，以及肽链间的连接和进一步折叠。34六、基因表达调控转录水平：顺式作用元件+反式作用因子转录后水平：

RNA加工（加帽、剪接、加尾）、RNA编辑翻译水平：

mRNA翻译成蛋白质的速度、蛋白质翻译后修饰和蛋白质降解速度表观遗传调控：

DNA甲基化、RNA干扰、组蛋白修饰和染色质重塑35转录水平：顺式作用元件+反式作用因子顺式作用元件：

是指与靶基因处在同一条染色体（DNA）上，起调控作用的DNA序列。反式作用因子：

能特异地结合靶基因的顺式调控元件的蛋白质，又

称转录因子。36GeneRegulation（TRANSFACsoftware）顺式作用元件37反式作用因子38（1）亮氨酸拉链基序（Leucinezipper）富含亮氨酸的氨基酸拉链。每七个氨基酸组成一个单体，两个单体形成双聚体呈Y形结构。39（2）螺旋-环-螺旋基序（Helix-Loop-Helix，HLH）

两个α-Helix（一长一短）由可塑性的环结合，环可使两个螺旋折叠而相反结合，也可形成异源的二聚体。40（3）螺旋-转-螺旋（Helix-Turn-Helix，HTH）基序由一短氨基酸分开的两个α-Helix组成。两个α-Helix朝不同方向转，在不同平面，主要由其C-末端helix特异识别并结合于DNA大沟，控制所识别的DNA序列。41（4）锌指（ZincFinger）基序

由四个保守的氨基酸结合一个锌离子形成一个环，通常是串联重复。一般由2个丝氨酸和2个组氨酸或4个丝氨酸结合一个Zn2+。组成一α-Helix和一β-片层或2个螺旋，由Zn2+协调，结合于DNA大沟。42转录水平：选择启动子某些人类基因含2个或更多的选择启动子，具有细胞的特异表达模式。43转录后水平：

RNA加工（加帽、加尾）44转录后水平：剪接45转录后水平：选择性剪接46转录后水平：

RNA编辑mRNA转录后在编码酶的作用下，因插入、缺失或核苷酸的替换，改变了DNA模板来源的遗传信息，从而翻译出氨基酸序列不同的多种蛋白质，称为RNA编辑（RNAedting）47表观遗传调控：

DNA甲基化

在DNA甲基转移酶的作用下，利用S腺苷甲硫氨酸提供的甲基，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5’碳位共价键结合一个甲基基团，使胞嘧啶转化为5’甲基胞嘧啶。48表观遗传调控：

DNA甲基化DNA甲基化后引起转录沉默（两种机制）1.干扰转录因子与DNA结合2.甲基化CpG可吸引甲基CpG结合域蛋白引起基因沉默49表观遗传调控：组蛋白修饰50组蛋白修饰乙酰化

——最早发现甲基化

——发生在H3和H4组蛋白的赖氨酸或精氨酸磷酸化

——与真核基因转录激活、细胞凋亡、DNA损伤修复有关泛素化

——连接泛素标记51定义：在组蛋白乙酰基转移酶作用下，将乙酰基从乙酰辅酶A转移到组蛋白N末端特定赖氨酸的ε-氨基上。表观遗传调控：

组蛋白乙酰化相关酶：组蛋白乙酰基转移酶（HAT）组蛋白去乙酰基酶（HDAC）52表观遗传调控：组蛋白乙酰化、去乙酰化53组蛋白乙酰化对基因表达的调控引起染色质重构、转录活化，与转录激活密切相关机制：1.使组蛋白正电荷量减少，局部DNA与组蛋白八聚体解开，促使转录因子与DNA结合2.使核小体松解，开放染色质3.改变染色质结构54表观遗传调控：

染色质重塑定义：染色质结构的动态调整或重新塑造染色质ATP依赖的染色质重塑

——通过ATP水解释放的能量使组蛋白和DNA的结合状态发生改变，使转录因子较易于接近DNA的过程。55表观遗传调控：

染色质重塑56染色质重塑对基因表达的调控ATP依赖的染色质重塑作用通过滑动或构象改变，使核小体在DNA上重新定位，或使组蛋白与DNA的接触发生改变而暴露核小体，促进转录因子接近识别位点的DNA，从而调控基因转录。1.转录激活：染色质重塑复合物+激活因子2.转录抑制：染色质重塑+组蛋白去乙酰化+DNA甲基化57表观遗传调控：

RNA干扰（RNAi）定