第19讲基因的表达

第19讲基因的表达汇报人：AA2024-01-27Contents目录基因表达概述DNA转录为RNA过程RNA加工与修饰过程蛋白质翻译过程及影响因素蛋白质后加工与修饰过程基因表达调控机制探讨基因表达概述01基因表达定义基因表达是指基因携带的遗传信息通过转录和翻译等过程，合成具有特定生物学功能的蛋白质分子或RNA分子的过程。基因表达意义基因表达是生物体生长发育、新陈代谢、免疫应答等生命活动的基础，对于理解生物体的生理、病理过程以及疾病的诊断和治疗具有重要意义。基因表达定义与意义基因表达的主要产物是蛋白质，包括酶、激素、抗体、受体等，它们在生物体内发挥催化、调节、免疫、运输等多种功能。蛋白质除了蛋白质编码基因外，还有大量非编码RNA基因，如tRNA、rRNA、microRNA等，它们在基因表达调控、RNA剪接、蛋白质翻译等过程中发挥重要作用。非编码RNA基因表达产物及功能03表观遗传学调控通过DNA甲基化、组蛋白修饰等方式，改变基因表达的表观遗传状态，实现基因表达的长期调控。01转录水平调控通过调控转录因子的活性、改变染色质结构等方式，影响基因转录的速率和效率。02翻译水平调控通过调控翻译起始因子、mRNA稳定性等方式，影响蛋白质合成的速率和量。基因表达调控机制DNA转录为RNA过程0203DNA双链局部解旋，形成开放复合物01转录因子识别并结合启动子序列02RNA聚合酶与启动子复合物结合转录起始复合物形成RNA链延伸过程010203DNA模板链指导RNA链合成RNA链与DNA模板链形成RNA-DNA杂交分子RNA聚合酶催化核糖核苷酸聚合转录终止信号被识别RNA聚合酶停止催化并释放RNA链RNA链经过加工修饰成为成熟mRNA转录终止与RNA释放RNA加工与修饰过程03

内含子剪接与外显子连接内含子定义位于基因编码区内部的间隔序列，不直接参与蛋白质合成。剪接过程通过剪接体识别内含子两端的剪接位点，将内含子从初级转录产物中切除，并将相邻的外显子连接起来。外显子连接在剪接过程中，外显子按照特定的顺序进行连接，形成成熟的mRNA分子。在mRNA的5'端添加一个甲基鸟嘌呤帽子结构，该结构能够保护mRNA免受核酸酶的降解，并有助于mRNA从细胞核转运到细胞质。5'端加帽在mRNA的3'端添加一段多聚腺苷酸尾巴，该结构能够增加mRNA的稳定性，并有助于mRNA与核糖体的结合。3'端加尾5'端加帽和3'端加尾修饰RNA编辑定义指对RNA分子进行碱基的插入、删除或替换等修饰的过程。RNA编辑类型包括碱基替换、碱基插入和碱基删除等。RNA编辑的意义能够增加基因表达的多样性和复杂性，有助于生物体适应不同的环境和应对各种挑战。例如，通过RNA编辑可以改变蛋白质的结构和功能，从而影响生物体的表型和适应性。此外，RNA编辑还可以修复基因突变和抵御病毒感染等。RNA编辑现象及其意义蛋白质翻译过程及影响因素04起始复合物的组成起始复合物由mRNA、核糖体小亚基、Met-tRNAiMet及多种起始因子组成。起始复合物的形成在起始因子的作用下，核糖体小亚基与mRNA的起始部位结合，同时Met-tRNAiMet进入核糖体P位，形成起始复合物。翻译的启动起始复合物形成后，核糖体大亚基结合上来，形成完整的核糖体，同时起始因子解离，翻译开始。起始复合物形成与启动翻译肽链延伸的步骤包括进位、成肽和转位三个步骤。在延伸因子的作用下，氨酰-tRNA进入核糖体的A位，与P位的肽酰-tRNA形成肽键，然后核糖体沿mRNA移动一个密码子的距离，使A位变为P位，P位变为E位，同时E位的tRNA释放出去。影响肽链延伸的因素包括氨酰-tRNA的合成速度、核糖体的活性、延伸因子的浓度以及mRNA的二级结构等。肽链延伸过程及影响因素123当核糖体遇到mRNA上的终止密码子时，释放因子识别终止密码子并进入核糖体A位，代替氨酰-tRNA的位置。终止密码子的识别在释放因子的作用下，新生肽链从P位的tRNA上解离下来，同时核糖体大小亚基解离，翻译结束。新生肽链的释放包括释放因子的浓度、终止密码子的种类以及mRNA的二级结构等。影响终止过程的因素终止密码子识别与释放新生肽链蛋白质后加工与修饰过程05蛋白质二硫键的形成在蛋白质折叠过程中，半胱氨酸残基之间会形成二硫键，这对于稳定蛋白质的三级结构具有重要作用。蛋白质折叠的能量变化蛋白质折叠是一个能量驱动的过程，涉及多种非共价键的相互作用，如氢键、离子键、疏水相互作用等。分子伴侣介导的折叠分子伴侣是一类协助蛋白质折叠的辅助蛋白，它们通过与新生肽链结合，防止其聚集并帮助其折叠成正确的三维结构。蛋白质折叠成天然构象辅基连接和酶原激活等后加工辅基的连接辅基是一些非蛋白小分子，它们通过共价键与蛋白质连接，形成具有生物活性的全酶。例如，维生素B6与磷酸吡哆醛连接形成全酶。酶原的激活酶原是一类无活性的酶前体，需要通过特定的后加工过程才能转化为有活性的酶。例如，胰蛋白酶原在肠道中被肠激酶激活成为有活性的胰蛋白酶。磷酸化修饰01通过蛋白质激酶将磷酸基团添加到蛋白质的特定氨基酸残基上，从而改变蛋白质的活性或与其他蛋白质的相互作用。例如，细胞周期蛋白的磷酸化修饰可以调节细胞的增殖和分化。糖基化修饰02在蛋白质的特定氨基酸残基上添加糖链，影响蛋白质的折叠、稳定性、活性和相互作用。例如，糖蛋白的糖基化修饰对于细胞识别和信号传导具有重要作用。乙酰化修饰03通过乙酰转移酶将乙酰基团添加到蛋白质的特定氨基酸残基上，影响蛋白质的稳定性和相互作用。例如，组蛋白的乙酰化修饰可以影响基因的表达和染色质的结构。蛋白质翻译后修饰类型及其功能基因表达调控机制探讨06原核生物基因表达调控特点如阻遏蛋白、激活蛋白等，它们通过与特定的DNA序列相互作用来调节基因的转录。原核生物中存在多种类型的调节蛋白通过控制转录的起始、延伸和终止等过程来调节基因的表达。原核生物基因表达调控主要发生在转录水平操纵子由结构基因、调节基因和操纵序列组成，通过调节蛋白与操纵序列的相互作用来控制结构基因的转录。操纵子模型是原核生物基因表达调控的典型机制真核生物基因表达调控具有多层次性包括转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平等多个层次的调控。转录水平的调控是真核生物基因表达调控的核心通过控制转录因子的活性、染色质结构和RNA聚合酶的活性等来调节基因的转录。真核生物中存在多种类型的转录因子它们通过与特定的DNA序列相互作用来调节基因的转录，同时还可以通过蛋白质-蛋白质相互作用形成复杂的调控网络。真核生物基因表达调控层次表观遗传学是研究基因核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达的可遗传