01基因与基因表达的一般概念
生物化学 5-基因表达调控
个基因或一些功能相近的基因表达（生物体内基因表达）的开启、
关闭和表达强度的直接调节。
它是生物在长期进化过程中逐渐形成的精确而灵敏的生存 能力和应变能力，是生物赖以生存的根本之一。
二、基因表达的方式
（一）组成性表达(constitutive gene expression)
指不大受环境变动而变化的一类基因表达。其中某些基因表 达产物是细胞或生物体整个生命过程中都持续需要而必不可少的， 这类基因可称为管家基因(housekeeping gene)，这些基因中不少
性。
• 当有葡萄糖存在时， cAMP浓度较低， cAMP与CAP 结合受阻，lac操纵子表达下降。
（4）协调调节
Lac阻遏蛋白负性调节与cAMP正性调节两种机制协调合作 • 无乳糖，无诱导物时，转录作用被I表达的阻遏蛋白所阻断。 • 有诱导物时，诱导物与阻遏蛋白结合，使其变构，从操纵基
因上解离出来。
调节基因
β －半乳糖苷酶
2、阻遏蛋白 的负性调节
没有乳糖存在时，lac操纵子处于阻
遏状态。I序列表达的lac阻遏蛋白与
O序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序 列结合，抑制转录启动。
有乳糖存在时，lac 操纵子可被诱导。
别乳糖作为诱导剂分子结合阻遏 蛋白，使蛋白构象变化，导致阻 遏蛋白与O序列解离，发生转录
基因产物特异识别、结 合其它基因的调节序列， 调节其它基因的开启或
关闭称为反式调节
基因产物特异识别、 结合自身基因的调 节序列，调节自身 基因的开启或关闭 称为顺式调节
DNA
a
A A
反式调节
b
mRNA
蛋白质A
C
c
DNA
mRNA
顺式调节
生物化学第十三章 基因表达调控
第十三章基因表达调控一、基因表达调控基本概念与原理：1．基因表达的概念：基因表达（gene expression）就是指在一定调节因素的作用下，DNA 分子上特定的基因被激活并转录生成特定的RNA，或由此引起特异性蛋白质合成的过程。
2．基因表达的时间性及空间性：⑴时间特异性：基因表达的时间特异性(temporal specificity)是指特定基因的表达严格按照特定的时间顺序发生，以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要。
故又称为阶段特异性。
⑵空间特异性：基因表达的空间特异性（spatial specificity）是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶段，同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同，从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官。
故又称为细胞特异性或组织特异性。
3．基因表达的方式：⑴组成性表达：组成性基因表达（constitutive gene expression）是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。
其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的，且较少受环境因素的影响。
这类基因通常被称为管家基因（housekeeping gene）。
⑵诱导和阻遏表达：诱导表达（induction）是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。
这类基因称为可诱导基因。
阻遏表达（repression）是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。
这类基因称为可阻遏基因。
4．基因表达的生物学意义：①适应环境、维持生长和增殖。
②维持个体发育与分化。
5．基因表达调控的基本原理：⑴基因表达的多级调控：基因表达调控可见于从基因激活到蛋白质生物合成的各个阶段，因此基因表达的调控可分为转录水平（基因激活及转录起始），转录后水平（加工及转运），翻译水平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控最重要。
⑵基因转录激活调节基本要素：①顺式作用元件：顺式作用元件（cis-acting element）又称分子内作用元件，指存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序。
基因的本质和表达表达
三
转录和翻译
过程： 过程： 内容 1、DNA双链解旋 、 双链解旋 2、碱基配对; 、碱基配对 3、聚合; 、聚合
1.转录 1.转录
是整条DNA或者某 整条 或者某 片段解旋 RNA 解旋？ 片段解旋？ G U A C A T G
条件 1、 DNA解旋酶 、 解旋酶 2、模板：DNA链 、模板： 链 3、原料：糖核苷酸 核 、原料： 核糖核苷酸 4、RNA聚合酶 、 聚合酶
C G A 细胞核
C U
DNA DNA
DNA的转录 的转录 场所： 主要在细胞核 场所： 主要在细胞核 过程： 过程： a. DNA 解旋，以一条链为模板合成RNA 解旋，以一条链为模板合成RNA T— DNA与RNA的碱基互补配对 的碱基互补配对： b. DNA与RNA的碱基互补配对：A—U ; T—A； C —G ； G —C c. 组成 RNA 的核糖核苷酸一个个连接起来 核糖核苷酸一个个连接起来 条件： 条件： 模板：DNA的一条链 模板： 的一条链 解旋酶、RNA聚合酶 酶： 解旋酶 聚合酶 原料： 原料：四种核糖核苷酸 能量： 能量： ATP 结果： 形成一条mRNA 结果： 形成一条
(2)三种 三种RNA的比较 三种 的比较 mRNA
分布部 位
常与核糖体结合
tRNA
细胞质中
rRNA
与蛋白质结合形 成核糖体 由核仁组织区的 DNA转录而来， 转录而来， 转录而来 是核糖体的组成 物质 合成蛋白质的场所
带有从DNA上 上 带有从 特点
一端能与氨基酸结合， 一端能与氨基酸结合，另
一端有反密码子与mRNA 转录下来的遗传 一端有反密码子与 信息 上的遗传密码子配对 翻译时作搬运氨基酸的工 具 单链， 单链，常有部分碱基对形 成三叶草结构
基因表达的定义
基因表达的定义
基因表达是指基因通过转录和翻译的过程，将DNA序列中的信息转化为蛋白质或RNA分子的过程。
基因是生物体内遗传信息的基本单位，而基因表达则是生命活动中最为重要的过程之一。
在细胞内，DNA编码了所有生物所需的遗传信息。
然而，这些信息需要被转录成RNA分子才能被翻译成蛋白质。
这个过程称为基因表达。
从某种意义上说，基因表达是细胞功能和特征的决定性过程。
在真核生物中，基因表达包括两个主要步骤：转录和翻译。
转录是指DNA模板上的信息被复制到RNA分子上的过程。
这个过程由酶RNA 聚合酶完成。
RNA分子可以直接参与细胞代谢或作为模板用于翻译成蛋白质。
翻译是指RNA分子上携带的信息被翻译成蛋白质序列的过程。
这个过程由核糖体完成，它们将氨基酸连接起来形成多肽链。
多肽链随后会折叠成三维结构并变成功能蛋白质。
在原核生物中，基因表达过程比真核生物简单得多。
这是因为它们没有真核生物那样的细胞器和分子机器，而是将DNA、RNA和蛋白质都放在同一个区域内。
这种结构被称为核区。
在原核生物中，转录和
翻译可以同时进行。
基因表达的调控对于细胞发育、组织特化和适应环境等方面都至关重要。
许多机制可以影响基因表达水平，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、转录因子结合和RNA降解等。
这些机制可以通过外部信号或内部信号来调节。
总之，基因表达是遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的重要过程。
它是生命活动中最为重要的过程之一，并且对于细胞发育、组织特化
和适应环境等方面都具有至关重要的作用。
分子生物学课后作业(重点)
分子生物学研究的内容狭义分子生物学的概念中心法则的概念分子生物学与其他学科的关系DNA作为遗传物质的证据染色体与DNA1、染色体作为遗传物质的特征；2、真核细胞染色体的组成；3、DNA的二级结构及特点；4、原核与真核染色体DNA比较；5、原核与真核DNA复制的比较；6、DNA的双螺旋结构模式要点和特点；7、半保留复制的概念；8、DNA复制的一般过程。
C值反常现象（C值谬论）真核生物基因组的结构特点染色体的结构模型参与原核生物DNA聚合反应有关的酶类真核生物与原核生物DNA合成的区别DNA的修复的类型DNA的转录(从DNA到RNA)生物信息的传递（上）1、基因与基因表达的概念；2、转录的步骤和主要内容；3、转录与复制的异同点；4、真核生物的RNA聚合酶的产物与特性；5、启动子和增强子概念及其对转录的影响；6、原核生物和真核生物mRNA的特征比较。
RNA转录后加工的内容及生理功能（P94）生物信息的传递（下）遗传密码——三联子的概念遗传密码的性质摆动假说遗传密码的简并性概念及其对保持物种遗传稳定性的意义信使RNA (mRNA)、转移RNA (tRNA)、核糖体RNA (rRNA)的概念和功能真核细胞及原核细胞蛋白质合成的步骤和主要内容蛋白质合成后的加工修饰几类主要蛋白质的运转机制信号肽的概念及其特点DNA重组技术1、中心法则；2、半保留复制；3、基因表达；4、信使RNA (mRNA)；5、真核生物与原核生物DNA合成的区别；6、真核细胞蛋白质合成的步骤；7、DNA重组技术的基本过程。
DNA重组技术的概念与基本过程理想的基因工程载体所要具备的特点质粒的概念及其基本的生物学特性基因组DNA文库和cDNA文库的概念SD序列的概念PCR技术的原理与应用原核生物基因表达调控模式中心法则：限制性内切酶：外显子：冈崎片段：半保留复制：转录：反转录：翻译：有意义链：反意义链：内含子：外显子：冈崎片段：突变：遗传密码：密码子：多核糖体：简并性：问答题：1、比较DNA复制与RNA转录的异同。
基因的表达
A．390 B．195 C．65 D．260
14．已知某蛋白质分子由2条肽链组成，连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有198个，翻译成这个蛋
白质的mRNA中有碱基 个，基因中有碱基
对。
A
600 600
课堂练习
1.对一个基因的正确描述是（ ） A.是有遗传效应的染色体片段 B.其化学成分是碱基、核糖和磷酸 C.每个基因含有一个DNA分子 D.是决定生物性状的基本单位
1、指出各部分的名称。 2、指出RNA聚合酶沿RNA的移动方向。
RNA
编码链 模板链
RNA聚合酶 酶移动方向
DNA
核糖核苷酸
DNA双螺旋 重新形成
RNA聚合酶 编码链
RNA聚合酶移动方向 DNA双螺旋解开
模板链
RNA RNA-DNA 杂交区域
思考：1、RNA聚合酶是否将整个DNA进行转录？
解开双螺旋的DNA片段包括一个或几个基因。 2、转录合成的RNA可以直接作为合成相应蛋白质的
G
C
T
G
C
U
C
G
A
G
C
U
丙氨酸
模板链
多肽中氨基酸数与 mRNA、DNA中碱基数的关系
如果某细菌多肽中有 n 个氨基酸，则指导该
多肽链合成的 mRNA的碱基数目至少为
，
控制该多肽合成的DNA(基因)中的碱基数目至少
3n
为
。
6n
5、水蛭素是由65个氨基酸组成的蛋白质，控制该蛋白质合成的基因的碱基数至少应是( )
模板吗 ？
核苷酸加到RNA末端 游离核苷酸
真核细胞中，细胞核内转录合成的RNA必须经过加工 成为成熟的mRNA后，才能转移到细胞质中。
基因的表达
基因的表达一、基因：1、概念：基因是具有遗传效应的DNA分子片段，是控制生物性状的结构和功能的基本单位。
2、基因与脱氧核甘酸、DNA、染色体关系3、基因的存在场所核基因：染色体上呈线性排列，有性生殖产生配子时基因和染色体真核 具有行为上的一致性。
质基因：线粒体、叶绿体原核：拟核病毒：核酸4、遗传信息：基因中脱氧核苷酸（或碱基对）的排列顺序，代表遗传信息。
每个基因都有特定的遗传信息。
二、基因的功能1、储存遗传信息：通过脱氧核苷酸的排列顺序。
2、传递遗传信息：时间：细胞分裂。
方式：DNA复制3、表达遗传信息：时间：个体发育中。
方式：转录和翻译。
三、基因控制蛋白质的合成：（一）基因的表达：基因（DNA）通过复制将遗传信息传递给后代，在后代的个体发育中，基因中的遗传信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上来，使后代表现出与亲代相似的性状，这一过程叫基因的表达。
基因的表达是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。
（二）DNA和RNA的比较DNA RNA结构规则的双螺旋结构通常呈单链结构组成基本单位脱氧核苷酸核糖核苷酸五碳糖脱氧核糖(C5H10O4)核糖（C5H10O5）无机酸磷酸磷酸碱基嘌呤腺嘌呤 A腺嘌呤 A鸟嘌呤 G鸟嘌呤 G 嘧啶胞嘧啶 C胞嘧啶 C胸腺嘧啶 T尿嘧啶 U分类通常只有一类分为mRNA、rRNA、tRNA功能主要的遗传物质在无DNA的生物中是遗传物质，在有DNA的生物中，辅助DNA完成其功能。
考虑：下列各种生物体含有的碱基，核苷酸及核酸种类碱基种类核苷酸种类核酸种类五碳糖种类烟草烟草花叶病毒蓝藻噬菌体（三）基因表达过程1、 转录（表示为：DNA→mRNA）(1)概念：以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。
示意图为说明：转录是以基因为单位进行的，因为一个DNA分子包含有许多个基因，因此，1个DNA就可转录多种多个RNA，基因在转录时为模板的那条链不是固定的，不同基因模板链不同。
基因表达的概念及特点
基因表达的特点
1 多样性
2 时空特异性
基因表达的应用
疾病诊断
基因表达模式可以作为一种生物标志物，用于疾病的早期诊断和疗效评估。
药物开发
基于基因表达的研究可以帮助发现新的药物靶点并设计更精准的治疗方案。
农业改良
基因表达研究可以帮助改良农作物的产量、抗病性和适应性。
不同细胞和组织中的基因表达模式具有 差异。
基因表达在时间和空间上都有特定的模 式和调控。
3 动态性
4 稳定性
基因表达会随着外部环境和内部信号的 变化而调整。
某些基因表达模式可以维持较长时间。
表观遗传学与基因表达的关系
表观遗传学是研究基因表达调控的一门学科。它研究基因组上的化学修饰对基因表达的影响，如 DNA甲基化和组蛋白修饰等。
基因表达的概念及特点
基因表达是指基因产生功能蛋白质的过程。它包括转录和翻译过程，并受到 严格的调控。基因表达在维持生命过程中具有重要的作用。
基因表达的定义和过程
基因表达是指基因通过转录和翻译过程产生功能蛋白质的过程。转录是将DNA转录为mRNA的过程， 而翻译则是将mRNA翻译为蛋白质的过程。
基因表达的调控机制
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一.基因与基因表达的一般概念
▪ 基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，其 生理学功能以蛋白质形式得到表达。DNA序列是遗 传信息的贮存者，它通过自主复制得到永存，并通 过转录生成mRNA，翻译生成蛋白质的过程控制所 有生命现象。
▪ 编码链（coding strand）又称sense strand，是 指与mRNA序列相同的那条链。非编码链 （anticoding strand），又称antisense strand，是 指那条根据碱基互补原则指导mRNA生物合成的 DNA链。
2021届
高中生物竞赛理论辅导课件
分子生物学概述
第四讲 蛋白质合成
▪ 一. 基因与基因表达的一般概念 ▪ 二. 遗传密码——三联子 ▪ 三．密码子和反密码子的相互作用 ▪ 四．tRNA ▪ 五．AA- tRNA合成酶 ▪ 六. 核糖体 ▪ 七. 信使核糖核酸 ▪ 八、蛋白质的生物合成 ▪ 九、氨基酸及功能蛋白质合成后的修饰 ▪ 十、蛋白质的运输和降解
▪ Genetic information is perpetuated by replication（复 制）in which a double- stranded nucleic acid is
duplicated to give identical copies.
▪ 基因表达包括转录（transcription）和翻译（translation） 两个阶段。转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同（除 了T→U之外）的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤。 翻译是指以新生的mRNA为模板，把核苷酸三联子遗传密码 翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程，是基因表达 的最终目的。