《基因表达》课件.ppt

1、6.1基因的概念和发展(理解)6.2翻译(毒理学)6.3翻译(毒理学)6.4基因表达调控(掌握)、第6章基因表达、基因表达、基因组(genome)中的转换可能发生在基因表达的各个阶段。基因表达调节可以分为纯食调节和反食调节，正调节，负调节等。6.1基因(主)，1。基因概念的发展，基因(Mendel，1865)生物学特性遗传的象征。孟德尔所说的“遗传因子”只是决定某种个性遗传的抽象象征。基因(Morgan等，1910)在染色体上的遗传功能单位。基因不仅是传递生物遗传信息的结构单位，也是控制特定特性的功能单位，是突变单位和更换重组单位，基因内部是不可分割的(“三位一体”)。(1)在经典遗传学中，基

2、因概念、顺磁性概念将基因具体化为DNA分子的序列，这起到传递基因信息的作用，是决定一条多肽链的完整功能单元，内部是可分离的，构成顺磁性的核苷酸可以独立突变和重组，打破“三位一体”的基因概念。(2)现代遗传学中的基因概念，顺磁性(Benzer，1957)一个基因，一个多进制链。还包括一系列突变单位突变体(Muton)，这是DNA分子中构成基因的一个或多个核苷酸。由于某种原因，基因内的突变者之间有一定的距离，所以可能会发生徐璐重组。基因有第三个巢重组(recon)，重组者代表一个空间单位，可以是几个密码子重组或单个核苷酸交换。如果是后者，重组者就是突变。基因(Berget等，1977)基因的结构不

3、连续。也就是说，两个编码序列之间存在不编码蛋白质的非编码序列。Gilbert将编码序列称为外弦或外源，非编码序列称为内含子或内圆，牙齿结构的基因称为不连续基因或分割基因。在三个茄子高级真核生物中分离基因(类似W. S. Klug，2002)，跳跃基因(jumping gene)或移动基因(mobile gene):可移动到插入因子和旋转因子的DNA序列，或旋转座位(或者把染色体的DNA序列转移到RNA，然后把RNA逆转录产生的cDNA插入染色体的新位置。不是所有可移动的基因或转子元件(McClintock，1951)基因都是固定的。重叠基因(overlapping gene)具有一个DNA序列

4、的两个或多个基因。它打破了“基因的编码序列在DNA链上有序排列，每个基因按顺序读取”的传统观点和“基因没有徐璐污染，单个分离实体”的传统观点。2 .基因的一般结构特征、基因组DNA分子可以分为基因序列和非电子序列、编码序列、非编码序列等。在基因序列3360基因组中决定蛋白质(或RNA产物)的DNA序列，一端是ATG(或GTG)起始密码子，另一端是终止密码子当还没有发现与牙齿序列相对应的蛋白质产物时，可以读取牙齿DNA序列的箱子或开放式阅读箱(ORF)。郑智薰基因序列：基因组中除基因外的所有DNA序列。主要是指两个基因之间的肝间序列或间隔序列非编码序列3360真核生物基因组中，基因内的内含子序列

5、和基因之间的肝间序列。代码序列：编码蛋白质或RNA的DNA序列相当于埃克森序列。真核生物基因的一般结构，(中科院计算生物信息学实验室网页，2002)，5非翻译地区，3非翻译地区，(1)外显子和内含子，原核生物的基因是连续编码的DNA序列。真核生物的基因一般是绝热基因，由一些外显子和内含子组成。每个外显子和内含子的关节区域都有非常保守的“公共序列”，即内含子5GT3AGGT-AG定律。这是RNA连接的信号。(2)信号肽序列，分泌性蛋白质基因的编码序列中，开始密码子后疏水氨基酸多肽丰富的序列被称为信号肽序列，(3)编码信号肽，(3)每个结构5非翻译区域(5 untranslated region，

6、5-UTR):从战士起点到起点codon的牙齿非翻译序列。3非翻译区域(3 untranslated region，3 -UTR):从终止密码子到转录终止符的牙齿非翻译序列。(4)“曹征序列”(regulator sequence)表示控制侧翼序列和相邻区域中基因有效表达的特殊序列。包括启动子、加强者、沉默者、终结者、核糖体连接点、加盖、尾部信号等。启动子可以被RNA聚合酶(RNA聚合酶)识别，并与RNA聚合酶特异性结合，形成转录起始复合物，从而准确有效地开始基因转录所需的核苷酸序列。通常在贴花起始位(1位)上游100bp(-100bp)范围内。原核启动子结构：转录起点：一般碱基序列是CAT，

7、A是转录起点，但保守度不高。prib now box(-10区域):共享串行TATAAT、RNA聚合酶和DNA的结合点、解链区域，也称为TATAbox。Sextama方块(-35区):识别网站，序列TTGACA总计。10区和-35区之间的距离：长度一般为1618bp，以适当的空间结构方便战士的启动。真核生物基因的子结构：真核生物有三个茄子RNA聚合酶(，)负责转录，还有相应的三个茄子基因，即类、类、类、类基因，每个基因都有唯一的启动子，因此真核生物基因有三个茄子启动子。例如：cap site(类别基因的子帽子部位):与原核相似的转录起始部位。TATA box:也称为Hogness box或Go

8、lderg-Hogness box(位于-19-27bp中)，其作用类似于原核基因启动子Pribnow box。CAAT框(CAAT框):位于-70-80bp的CAAT框具有确定基因转录起始频率的功能。GC框(GC box):其特征是包含GGGCGG序列，该序列在-40-110bp之间，并且可能与提高起始战士的效率有关。其它组件：八元核苷酸组件(octamer element，OCT element)、B组件、ATF组件等，真核生物的典型启动子区域在表达调节区域中的相对位置关系图表(如W. S. Klug，2002)加强器大部分是迭代序列，通常长度约为50bp，包含基本核心序列(G)TTGA/

9、TA/TA/T(G)。，沉默者(silencer)，与基因表达相关的调节序列，与相关蛋白结合，抑制转录，必要时阻断特定基因的转录，并能起到远距离启动子的作用。终结器在转录过程中提供转录终止信号的序列。大肠杆菌的两种茄子的终结者：不依赖因子的终结者：由位于基因3非翻译区域的GC碱基丰富的反循环序列和超集T组成。在这里，初级转录产物形成发夹结构，导致转录终止。从属因子的终止者：RNA聚合酶的核酶要结束转录，需要终止者和因子的共同作用。尾部信号，mRNA的第三端有polyA尾部，它由DNA的尾部信号序列控制，位于polyA位置上游1530bp区域内。存在的非常保守的DNA序列是伽美索斯号序列。核糖体

10、结合部位，基因翻译开始部位周围的特殊序列集，主要是ATG(在mRNA中为AUG)开始密码子，以及前后的几个茄子碱基。MRNA和核糖体的结合序列对翻译开始复合物的形成和翻译开始起着重要作用。3 .基因的组织，基因不仅可以单独发挥作用，而且每个基因之间有相互制约、反馈调节的网络，每个基因在牙齿系统中发挥各自的功能。(1)操作者(operon)、polycistron(polycistron):mRNA是指对多种蛋白质进行编码，其基因表达控制是以操作者的形式进行的。几个茄子结构基因开始将一个RNA聚合酶从一个启动子转移到多顺磁性的mRNA分子，然后翻译成多个蛋白质，这种结构称为操作者。操作者模型进一

11、步丰富了基因概念，表明基因可以分离。这不仅是基因的结构，在功能上也可以分为：结构基因(structure gene)。也就是说，对产生某种蛋白质多肽链或RNA分子的基因进行编码。regulatory gene(基因调控):编码抑制物并调节结构基因转录激活的基因。操作基因(operator):有与抑制物结合的部位，决定结构基因的转录激活。大肠杆菌的乳糖操纵子(lactose operon)结构，(2)基因家族和基因群集，(gene family):是一组有很多来源相同、结构相似、功能相关的基因。基因集群(gene cluster)，又称超级基因(super gene):一个基因家族的基因成员紧密

12、相连，集群集中在同一染色体的一个领域。例如，高级真核生物的28S、18S、5.8S rRNA基因。基因超家族(superfamily):一个共同的祖先基因通过多种变异产生，结构大致相同，但功能非常不同的很多基因属于徐璐不同的基因家族，牙齿基因家族总是被称为一个基因超家族。假基因(pseudogene):在基因家族中，有些成员不生产功能性基因产物，但在结构和DNA序列中与相应的活性基因有相似性，这被称为假基因。用符号表示，如表示与基因相似的假基因。constitutive expression(配置表达):是指对环境变化没有太大影响的基因表达。其中一些基因表现产物是细胞或生物体在整个生命过程中持

13、续需要的必要。这种基因被称为housekeeping gene。基因表达分为组态表达和适应表达。6.4基因表达调控，1 .基因表达调控的基本概念(主)、适应性表达(adaptive expression):是指环境变化可以轻松改变表达水平的基因表达。根据环境条件，基因表达水平提高的现象称为柔道，这种基因称为可诱导的基因。相反，随着环境条件的变化，基因表达水平下降的现象称为抑制，该基因称为可抑制基因。，基因表达调控：根据生物有机体的发育阶段、组织细胞及功能状态，根据细胞内外的环境因素，机体通过多种成分调节基因产物数量和产量的时间和表达空间的过程(基因激活和关闭)。表达活性增加或减弱)。原核细胞和

14、真核细胞中最常见的调节是转录过程的调节。(1)顺式作用因子和反作用因子，顺式作用：基因表达是由基因等染色体(DNA分子)上的DNA序列控制的。这种DNA序列称为净作用元件。在原核生物中，操纵者调节区域的启动者、操作序列、CAP蛋白结合部位、真核基因的启动者、强化者、沉默者等。反作用(trans-acting):一个基因编码的产物蛋白或RNA(tRNA、rRNA等)调节另一个基因的表达。编码反作用因子的基因和调节过的基因大部分不在同一染色体上。trans-acting factor(反作用系数):其他染色体(DNA分子)上DNA序列编码的曹征系数。调节因子的纯食调节和反食调节，(2)酿酒节和负调

15、节，调节因子对基因表达的作用，可分为酿酒节和负调节。当调节因子起到帮助表达基因的作用时，这被称为正调节(Positive Regulation)。相反，当调节因素起到阻碍基因表达的作用时，这被称为负调节(negative regulation)。正调节和负调节机制示意图，2 .原核生物的基因表达调控，原核转录调控特征：因子决定RNA聚合酶识别的特异性。不同的因子决定特殊编码基因的转录活性，不同RNA(mRNA，rRNA，tRNA)基因的转录。操作者模型的普遍性：多个基因在功能上相关的簇连接，在染色体上密集，形成一个转录单元操作者。牙齿基因的协调表达是通过调节单个启动基因激活来实现的。抑制蛋白和抑制机制的普遍性：在许多原核生物操作者(原)系统中，特异抑制蛋白是控制原核激活序列活性的重要因素。真核生物的基因表达调