基因的表达与调控-原核基因的表达调控模式课件

基因的表达与调控-原核基因的表达调控模式课程目标了解基因表达的调控机制掌握原核基因表达的调控模式，包括转录和翻译水平的调控理解原核基因表达调控的意义了解原核生物如何通过调控基因表达适应环境变化和维持生命活动基因表达的基本过程转录DNA序列被转录成信使RNA(mRNA).翻译mRNA被翻译成蛋白质.蛋白质折叠蛋白质折叠成具有特定三维结构的功能性蛋白质.转录:从DNA到mRNA1转录起始RNA聚合酶识别启动子并结合2转录延伸RNA聚合酶沿着模板链移动，合成mRNA3转录终止RNA聚合酶遇到终止信号，释放mRNA转录的调控调控转录起始调控转录起始是控制基因表达的重要机制，它决定了基因表达的效率和速率。调控转录延伸转录延伸是指RNA聚合酶沿着DNA模板移动，合成mRNA的过程，它也是调控基因表达的环节之一。调控转录终止转录终止是RNA聚合酶从DNA模板上脱离，终止转录的过程，它可以影响mRNA的长度和稳定性。转录起始调控的关键元件启动子RNA聚合酶结合位点，决定转录起始位置。调控元件调控蛋白结合位点，影响启动子活性。调控蛋白识别调控元件，调节转录起始频率。原核转录调控模式诱导型当特定环境信号存在时，基因表达被诱导。阻遏型当特定环境信号存在时，基因表达被抑制。正调控调控蛋白结合到DNA上，激活基因转录。负调控调控蛋白结合到DNA上，抑制基因转录。操纵子模型操纵子模型是原核生物基因表达调控的核心模型。一个操纵子包含一个或多个结构基因，以及控制这些基因转录的调控元件，包括启动子、操纵子和调节基因。通过调节蛋白与操纵子的相互作用，操纵子可以被激活或抑制，从而控制结构基因的表达。正调控与负调控正调控正调控是指调节蛋白与操纵基因结合后，激活基因转录，促进蛋白质合成。负调控负调控是指调节蛋白与操纵基因结合后，抑制基因转录，阻碍蛋白质合成。基因表达的后转录调控mRNA稳定性mRNA的降解速度影响蛋白质的合成量。翻译效率翻译起始、延伸和终止的效率影响蛋白质合成。蛋白质修饰蛋白质修饰可以改变蛋白质的活性、稳定性和定位。mRNA的稳定性调控mRNA的寿命mRNA的稳定性决定了其在细胞中的寿命，进而影响蛋白质的合成量。调控机制原核生物通过核酸酶降解和结合蛋白等方式调节mRNA的稳定性。影响因素mRNA的二级结构、序列特征以及一些调控蛋白都可以影响其稳定性。翻译:从mRNA到蛋白质1mRNA结合核糖体结合mRNA，起始密码子AUG。2tRNA装载tRNA携带氨基酸，与密码子配对。3肽链合成核糖体移动，形成肽键，合成蛋白质。4翻译终止遇到终止密码子，蛋白质释放。翻译的调控翻译起始核糖体与mRNA结合的效率决定着翻译的速率，可被各种因素影响。翻译延长氨基酸的加入速率取决于tRNA与核糖体的结合、mRNA的稳定性和翻译因子的活性等。翻译终止终止密码子的识别和释放因子参与翻译的终止，并影响蛋白质的稳定性和降解速率。翻译起始的调控机制核糖体结合位点核糖体结合位点(RBS)位于mRNA的起始密码子(AUG)上游，引导核糖体与mRNA结合，从而启动蛋白质的合成。起始tRNA起始tRNA(tRNAMet)携带甲硫氨酸，并与起始密码子AUG结合，为蛋白质合成提供第一个氨基酸。翻译起始因子翻译起始因子是一系列蛋白质，帮助核糖体与mRNA结合并启动蛋白质的合成。氨基酸活化与tRNA装载1氨基酸活化氨基酸与ATP反应形成氨酰-AMP，消耗一个ATP分子。2tRNA装载氨酰-AMP与相应的tRNA结合，释放AMP，形成氨酰-tRNA。3酶催化整个过程由氨酰-tRNA合成酶催化，保证了氨基酸与tRNA的正确匹配。原核翻译调控模式1起始密码子翻译起始密码子AUG的识别与结合是翻译调控的关键步骤。2核糖体结合位点核糖体结合位点(RBS)的序列和位置影响翻译起始效率。3顺式作用元件一些mRNA上的顺式作用元件可以影响翻译起始效率，如茎环结构和反义RNA。4反式作用因子蛋白质因子，如翻译起始因子和核糖体蛋白，可以调节翻译起始。翻译终止调控终止密码子翻译终止由三个终止密码子(UAG,UAA,UGA)触发，这些密码子不编码任何氨基酸，而是信号蛋白质合成的结束。释放因子释放因子(RF)识别终止密码子，并结合到核糖体上，促进肽链从tRNA上脱落，从而终止翻译过程。核糖体解聚终止后，核糖体从mRNA上分离，并解聚成两个亚基，准备开始新的翻译过程。翻译后修饰调控磷酸化通过添加磷酸基团，改变蛋白质的构象和活性。糖基化添加糖链，影响蛋白质的稳定性和细胞定位。泛素化连接泛素蛋白，标记蛋白质降解或信号传递。蛋白质折叠与定位调控蛋白质折叠蛋白质折叠是指蛋白质从无序的线性多肽链转变为具有特定三维结构的过程。蛋白质定位蛋白质定位是指蛋白质在细胞中的特定位置或部位进行功能发挥的过程。调控机制蛋白质折叠和定位受多种因素调控，包括分子伴侣、信号序列、细胞器等。蛋白质功能的调控酶活性调控通过调节酶的活性来控制蛋白质的功能。蛋白质降解通过降解蛋白质来去除或调节蛋白质的功能。蛋白质相互作用通过蛋白质之间的相互作用来调控蛋白质的功能。基因表达调控的层次1转录水平调控转录起始、延伸和终止。2翻译水平调控翻译起始、延伸和终止。3翻译后修饰水平调控蛋白质折叠、定位和活性。基因表达调控紊乱与疾病癌症:基因突变导致细胞不受控增殖.病毒感染:病毒利用宿主细胞的基因表达机制进行复制.神经系统疾病:基因表达异常导致神经元功能受损.概括与思考1基因表达调控是生命活动的中心基因表达调控是生物体适应环境、维持生命活动的重要机制.2原核基因表达调控模式多样操纵子模型、翻译水平调控等机制保证了基因表达的有效性和灵活性.3基因表达调控研究意义重大深入理解基因表达调控机制对生物学研究、疾病治疗等领域具有重要意义.复习要点基因表达的基本过程转录和翻译原核基因表达调控模式操纵子模型，正调控与负调控翻译调控机制翻译起始、终止