基因表达
基因表达调控和表观遗传学
基因表达调控和表观遗传学基因是控制生物体发育、生长和功能的最基础的遗传单元。
但是，基因并不是静态地存在于细胞核中，而是被调控着表达，并实现每个细胞和整个生命体系的功能。
基因表达调控是指在基因转录和翻译的过程中，通过转录因子、核糖体等多种分子机制从外部环境和内源性信号中完成对基因表达的精确调节，以确保基因的正常表达，维持生命活动的平衡。
而表观遗传学，则是通过修饰染色体结构和DNA 本身的化学改变，来影响基因表达以及后代细胞和个体的遗传特征。
基因表达调控的分类基因表达调控有两种基本的模式：正向调控和负向调控。
正向调控是指蛋白质转录因子与DNA结合后，启动基因的转录和翻译过程，使其表达和合成；而负向调控则是指结合蛋白质转录抑制因子与DNA，阻止基因转录和翻译的进行。
这两种模式的调控因素可以是外源性信号、内源性因素、细胞周期等多种生物因素。
基因表达调控的分子机制基因表达调控的分子机制主要是通过转录因子、启动子、剪切体等多种分子复合物的结合和相互作用，来实现对基因表达的正常和精确调节。
在转录因子的调节下，基因启动子可被开放，RNA聚合酶能正常转录DNA，逐步形成RNA链，而后在核质中进行翻译，启动运行细胞分子的生产和代谢活动。
同时，剪切体的作用则能够取决于RNA的修饰方式，以及RNA的分子结构，进行后续的转译调控。
表观遗传学的种类表观遗传学是指不涉及DNA序列本身改变的基因遗传学领域，而是指基于DNA核苷酸和蛋白质之间的化学修饰，从而影响基因表达和功能。
表观遗传学的种类主要包括甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、转录后修饰等。
甲基化是指DNA和某些蛋白质上添加甲基基团，从而影响基因或染色体结构可达到调控目的。
组蛋白修饰则是指调节或重塑染色体之间的相互作用，从影响基因包装和通路的方式来实现基因表达的控制。
而染色质重塑通过染色质突变、显微操作、某些细胞周期等手段，对染色质结构进行重塑，以更好地实现对基因的调控和功能调整。
基因表达方式
基因表达方式是指基因如何被转录和翻译，从而产生蛋白质的过程。
这个过程可以分为以下几个步骤：1. 转录（Transcription）：在这个阶段，DNA的一条链被酶RNA聚合酶（RNA polymerase）解开，形成两条单链。
然后，RNA聚合酶沿着DNA模板链合成一条互补的RNA链，这个过程称为mRNA（信使RNA）。
mRNA是蛋白质合成的蓝图，它携带了从DNA中编码的信息。
2. 剪接（Splicing）：在mRNA合成后，需要对其进行剪接，去除不需要的部分，保留正确的序列。
这个过程由剪接体（spliceosome）完成，最终得到成熟的mRNA。
3. 转运（Transport）：成熟的mRNA需要从细胞核运输到细胞质，以便进行下一步的翻译。
这个过程由多种蛋白质协同完成，包括核孔复合物（nuclear pore complex）和转运蛋白等。
4. 翻译（Translation）：在细胞质中，mRNA与核糖体结合，开始蛋白质的合成。
这个过程分为三个阶段：起始、延伸和终止。
首先，核糖体识别mRNA上的起始密码子（start codon），形成一个稳定的三元复合物。
然后，核糖体沿着mRNA链移动，每次加入一个氨基酸，形成多肽链。
最后，当遇到终止密码子（stop codon）时，翻译过程结束。
5. 后翻译修饰（Post-translational modification）：在蛋白质合成完成后，还需要进行一系列的后翻译修饰，如磷酸化、糖基化、甲基化等，以改变蛋白质的性质和功能。
这些修饰过程通常发生在细胞质中。
总之，基因表达是一个复杂的过程，涉及到多个步骤和多种蛋白质的协同作用。
通过这个过程，基因的信息被转化为具有特定功能的蛋白质。
基因表达载体基本条件
基因表达载体基本条件
基因表达载体应具备以下基本条件：
1. 能够在宿主细胞中自行复制，即具有自身的复制子并能携带外援DNA一同扩增。
2. 有多种限制性核酸内切酶的单一切割位点，这被称为多克隆位点，这样有利于外源基因的克隆、鉴定和筛选。
3. 载体分子应尽可能小，以便可以插入较大的外源DNA而不影响复制。
4. 具有一定的筛选标记，如抗药性、酶基因、营养缺陷型、形成嗜菌斑等，以便识别和选择含有外源DNA的载体分子。
5. 具有与宿主细胞相匹配的启动子，这是驱动外源DNA在宿主细胞内表达的关键。
此外，还应具有前导顺序和增强子等调控元件，以提高外源基因的表达效率。
蛋白质表达与基因表达的差异与联系
蛋白质表达与基因表达的差异与联系
蛋白质表达与基因表达是生物学中两个重要的概念。
基因表达指的是基因在细胞中转录成mRNA，再经过翻译成蛋白质的过程。
而蛋白质表达则是指细胞内已经合成的蛋白质分子的表达水平。
二者之间的联系在于，蛋白质的合成需要基因的指导，即基因表达的过程是蛋白质表达的前提。
同时，基因表达的异常也会影响蛋白质的合成与表达。
例如，基因突变、启动子区域缺陷等均会导致蛋白质的表达异常。
二者之间的差异在于，蛋白质表达是指已经合成的蛋白质分子的表达水平，而基因表达则是指在转录和翻译过程中基因表达的水平。
蛋白质表达的水平受到多种因素的影响，包括基因转录的速率、翻译后的蛋白质稳定性等。
而基因表达的水平则受到DNA序列、转录调控因子、翻译后修饰等因素的影响。
总之，蛋白质表达与基因表达在生物学中有密切的联系和差异。
深入了解二者之间的关系，有助于更好地理解细胞内的生物过程，为生物学研究提供新的思路和方法。
- 1 -。
基因相对表达量
基因相对表达量
基因表达是指基因在特定细胞环境中的活性水平，它是基因功能的重要指标。
基因相对表达量是指在不同细胞环境中，同一基因的表达量的比较。
它可以帮助我们了解基因在不同细胞环境中的表达情况，从而更好地理解基因的功能。
基因相对表达量的测定可以通过多种方法实现，其中最常用的是定量PCR（qPCR）。
它可以检测基因在不同细胞环境中的表达量，并且可以比较不同细胞环境中同一基因的表达量。
它的优点是灵敏度高，可以检测出微量的基因表达，而且可以快速准确地测定基因的相对表达量。
基因相对表达量的测定可以帮助我们更好地理解基因的功能。
例如，我们可以比较不同细胞环境中同一基因的表达量，从而了解基因在不同细胞环境中的表达情况，从而更好地理解基因的功能。
此外，基因相对表达量的测定还可以帮助我们发现基因的调控机制，从而更好地控制基因的表达。
总之，基因相对表达量的测定是一种重要的技术，可以帮助我们更好地理解基因的功能，发现基因的调控机制，从而更好地控制基因的表达。
基因的表达总结
基因的表达总结基因的表达是指基因通过转录和翻译过程将遗传信息转化为具有功能的蛋白质的过程。
这一过程是生物体中多种生物学过程的基础，包括细胞分化、发育、生长以及对环境刺激的应答等。
基因的表达也是遗传信息传递的关键步骤，决定了生物体的形态和功能。
基因的表达过程分为转录和翻译两个阶段。
转录是指DNA信息转化为RNA的过程。
它在细胞核中进行，通过RNA聚合酶酶解DNA的双链，将其中一个链作为模板合成RNA分子。
转录起始位点的选择和调控是转录过程中的重要环节。
在这一过程中，转录因子和调控序列参与了启动子识别、转录起始和转录活性的调控。
转录因子可以结合到DNA上的特定序列上，通过相互作用形成转录复合物。
这些复合物协同作用，将转录因子引导到正确的位置，识别和启动特定基因的转录。
翻译启动因子和启动子序列的相互作用促使RNA聚合酶与DNA结合并开始合成RNA链。
生物体中产生多种类型的RNA，包括信使RNA（mRNA）、转运RNA （tRNA）和核糖体RNA（rRNA），它们在基因表达过程中扮演着不同的角色。
翻译是指通过核糖体上的蛋白质将mRNA上的遗传信息翻译成蛋白质的过程。
翻译发生在细胞质中，涉及到大量的蛋白质和多种环境因素的调控。
翻译的起始、延伸和终止是翻译过程中的关键步骤。
翻译的起始通常由AUG密码子引导，该密码子能与启动因子结合并与核糖体小亚基结合。
翻译被启动因子和其它蛋白质的结合所调节，以确保正确的起始。
核糖体将各个氨基酸通过与tRNA分子中的特定氨基酰-tRNA合成酶配对，以确保正确的氨基酸序列被合成。
终止子的识别和与核糖体的相互作用使核糖体停止合成蛋白质，并释放新合成的蛋白质。
基因的表达过程受到许多调控因子的影响。
在转录过程中，转录因子、DNA序列和调控区的互作决定了启动子的识别和活性。
这些调控因子的变化会导致基因表达的增加或减少。
另外，DNA甲基化也是基因转录调控的重要机制之一。
DNA甲基化通过在DNA分子上添加甲基来改变基因表达的活性。
激活基因表达的方法
激活基因表达的方法基因表达是生物体生命活动的基础，它决定了细胞的功能和特性。
激活基因表达是生物学研究的重要课题，对于理解生命过程、疾病发生机制以及开发新的治疗方法具有重要意义。
以下是一些常见的激活基因表达的方法：1. 转录因子调控：转录因子是一类能够结合到基因的启动子区域，影响基因转录的蛋白质。
通过改变转录因子的浓度或活性，可以调控基因的表达。
例如，通过增加转录因子的浓度，可以增强基因的表达；通过改变转录因子的结构，可以改变其对基因的调控效果。
2. 表观遗传调控：表观遗传是指不改变DNA序列，但影响基因表达的现象。
通过改变DNA的甲基化状态、组蛋白修饰等表观遗传标记，可以调控基因的表达。
例如，通过去甲基化处理，可以解除某些基因的抑制状态，从而激活其表达。
3. RNA干扰：RNA干扰是一种由小RNA分子引发的现象，可以导致特定的mRNA无法被翻译为蛋白质，从而抑制基因的表达。
通过设计小RNA分子，可以特异性地靶向特定的基因，实现基因表达的调控。
4. 药物调控：许多药物可以通过影响细胞的信号传导通路，间接地调控基因的表达。
例如，一些激素类药物可以通过改变细胞内激素的水平，影响基因的表达。
5. 基因编辑：基因编辑是一种直接修改DNA序列的方法，可以实现对特定基因的精确调控。
例如，通过CRISPR/Cas9系统，可以直接删除或替换特定的基因，从而激活或抑制其表达。
6. 微环境调控：细胞的生长和分化往往受到周围微环境的影响。
通过改变细胞的培养条件，如温度、pH值、营养物质等，可以调控基因的表达。
以上这些方法各有优缺点，适用于不同的研究对象和研究目的。
在实际应用中，通常需要根据具体情况选择合适的方法。
同时，由于基因表达是一个复杂的过程，涉及多种因素的相互作用，因此需要综合运用多种方法，才能有效地调控基因的表达。
基因表达的调控
基因表达的调控基因表达的调控是生物体中基因活动的一个重要过程，通过调控基因的表达水平，维持细胞的功能和稳态。
基因表达调控涉及多个层次，包括转录水平、转译水平和后转录水平等。
下面将对这些层次的基因表达调控进行详细介绍。
一、转录水平调控转录水平调控指的是通过调节基因的转录过程来控制基因表达的水平。
主要的调控方式包括转录激活和转录抑制。
转录激活因子可以与DNA结合，促进转录因子的结合，从而增强转录过程，而转录抑制因子则能够与DNA或转录因子结合，阻碍转录的进行。
此外，染色质的结构也会对基因的转录起到重要的调控作用，如DNA甲基化、组蛋白修饰等都可以改变染色质的状态，进而影响基因的表达。
二、转译水平调控转译水平调控是指调控基因的转录产物（mRNA）的转译过程。
在细胞中，mRNA需要被翻译成蛋白质才能发挥作用。
转译的调控主要包括转录后修饰和mRNA降解两个方面。
在转录后修饰中，mRNA会经历剪接、剪接调控、RNA编辑等多个步骤，来改变它的结构和功能。
而mRNA降解则通过一系列核酸酶的作用，将mRNA降解成短的片段，从而控制基因的表达。
三、后转录水平调控后转录水平调控是指基因表达的调控发生在转录和转译之后的过程。
在这个阶段，蛋白质会经历一系列的修饰和定位过程，以实现其特定的功能。
这些修饰包括糖基化、磷酸化、乙酰化等，它们可以改变蛋白质的稳定性、定位和相互作用等性质。
此外，许多蛋白质需要通过蛋白酶的作用进行裂解，形成活性的多肽或蛋白质片段。
总结起来，基因表达的调控是一个复杂而精细的过程，涉及多个层次的调控机制。
通过转录水平的调控，可以控制基因的转录过程和染色质的结构状态；通过转译水平的调控，可以调节mRNA的转译和降解过程；而后转录水平的调控，则调节了蛋白质的修饰和定位等过程。
这些调控机制相互作用，共同维持了细胞内基因表达的平衡，保证了生物体的正常功能。
基因表达的调控不仅对细胞发育和生理功能具有重要的影响，还与疾病的发生和进展密切相关。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基因表达
基因表达(gene expression)是指细胞在生命过程中,把储存在DNA顺序中遗传
信息经过转录和翻译,转变成具有生物活性的蛋白质分子.生物体内的各种功能蛋白质和酶都是同相应的结构基因编码的。
1.转录过程
在RNA聚合酶的催化下,以DNA为模板合成mRNA的过程称为转录(transcripti on).在双链DNA中,作为转录模板的链称为模板链(template strand),或反义链(antise nsestrand);而不作为转录模板的链称为编码链(coding strand),或有义链(sense stra nd).在双链DNA中与转录模板互补的一条DNA链即编码链,它与转录产物的差异仅在于DNA中T变为RNA中的U.在含许多基因的DNA双链中,每个基因的模板链并不总是在同一条链上,亦即一条链可作为某些基因的模板链的,也可是另外一些基因的编码链。
转录后要进行加工,转录后的加工包括：
（1）剪接：一个基因的外显子和内含子都转录在一条原始转录物RNA分子中，称为前mRNA(pre-mRNA)，又称核内异质RNA（heterogenuous nuclear RNA,huR NA）。
因此前mRNA分子既有外显子顺序又有内含子顺序，另外还包括编码区前面及后面非翻译顺序。
这些内含子顺序必须除支而把外显子顺序连接起来，才能产生成熟的有功能的mRNA分子，这个过程称为RNA剪接（RNa splicing）。
剪切发生在外显子的3’末端的GT和内含子3’末端与下一个外显子交界的AG处。
（2）加帽：几乎全部的真核mRNa 端都具“帽子”结构。
虽然真核生物的mRN A的转录以嘌呤核苷酸三磷酸（pppAG或pppG）领头，但在5’端的一个核苷酸总是7-甲基鸟核苷三磷酸（m7GpppAGpNp）。
mNRA5’端的这种结构称为帽子（cap）。
不同真核生物的mRNA具有不同的帽子。
mRNA的帽结构功能：①能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和核糖体的结合；
②m7Gppp结构能有效地封闭RNa 5’末端，以保护mRNA免疫5’核酸外切酶的降解，增强mRNA的稳定
（3）加尾：大多数真核生物的mRNA 3’末端都有由100~200个A组成的Poly （A）尾巴。
Poly(A)尾不是由DNA编码的，而是转录后的前mRNA以ATP为前体，由RNA末端腺苷酸转移酶，即Ploy(A)聚合酶催化聚合到3’末端。
加尾并非加在转录
终止的3’末端，而是在转录产物的3’末端，由一个特异性酶识别切点上游方向13~2 0碱基的加尾识别信号AAUAAA以及切点下游的保守顺序GUGUGUG，把切点下游的一段切除，然后再由Poly(A)聚合酶催化，加上Poly(A)尾巴，如果这一识别信号发生突变，则切除作用和多聚腺苷酸化作用均显著降低。
mRNAPoly(A)尾的功能是：①可能有助mRNA从核到细胞质转运；②避免在细胞中受到核酶降解，增强mRNA的稳定性。
2．翻译过程真核细胞的转录以及加工都是细胞核内进行，但翻译过程则在细胞质中进行。
以mRNA作为模板，tRNA作为运载工具，在有关酶、辅助因子和能量的作用下将活化的氨基酸在核糖体（亦称核蛋白体）上装配为蛋白质多肽链的过程，称为翻译（translation）,这一过程大致可分为3个阶段：
（1）肽链的起始：在许多起始因子的作用下，首先是核糖体的小亚基和mRNA 上的起始密码子结合，然后甲酰甲硫氨酰tRNA(tRNA fMet)结合上去，构成起始复合物。
通过tRNA的反密码子UAC，识别mRNA上的起始密码子AUG，并相互配对，随后核糖体大亚基结合到小亚基上去，形成稳定的复合体，从而完成了起始的作用。
（2）肽链的延和长：核糖体上有两个结合点——P位和A位，可以同时结合两个氨酰tRNA。
当核糖体沿着mRNA从5’→3’移动时，便依次读出密码子。
首先是t RNAfMet结合在P位，随后第二个氨酰tRNA进入A位。
此时，在肽基转移酶的催化下，P位和A位上的2个氨基酸之间形成肽键。
第一个tRNA失去了所携带的氨基酸而从P位脱落，P位空载。
A位上的氨酰tRNA在移位酶和GTP的作用下，移到P 位，A位则空载。
核糖体沿mRNA 5’端向3’端移动一个密码子的距离。
第三个氨酰t RNA进入A位，与P位上氨基酸再形成肽键，并接受P位上的肽链，P位上tRNA 释放，A位上肽链又移到P位，如此反复进行，肽链不断延长，直到mRNA的终止密码出现时，没有一个氨酰tRNA可与它结合，于是肽链延长终止。
（3）肽链的终止：终止信号是mRNA上的终止密码子（UAA、UAG或UGA）。
当核糖体沿着mRNA移动时，多肽链不断延长，到A位上出现终止信号后，就不再有任何氨酰tRNA接上去，多肽链的合成就进入终止阶段。
在释放因子的作用下，肽酰tRNA的的酯键分开，于是完整的多肽链和核糖体的大亚基便释放出来，然后小亚基也脱离mRNA。
（4）翻译后加工（postranslational processing）：从核糖体上释放出来的多肽需要进一步加工修饰才能形成具有生物活性的蛋白质。
翻译后的肽链加工包括肽链切断，某些氨基酸的羟基化、磷酸化、乙酰化、糖基化等。
真核生物在新生手肽链翻译后将甲硫氨酸裂解掉。
有一类基因的翻译产物前体含有多种氨基酸顺序，可以切断为不同的蛋白质或肽，称为多蛋白质（polyprotein）。
例如胰岛素（insulin）是先合成86个氨基酸的初级翻译产物，称为胰岛素原（proinsulin），胰岛素原包括A、B、C 三段，经过加工，切去其中无活性的C肽段，并在A肽和B肽之间形成二硫键，这样才得到由51个氨基酸组成的有活性的胰岛素。
3．外显子与内含子表达过程中的相对性从内含子与外显子的定义来看，两者是不能混淆的，但是真核生物的外显子也并非都“显”（编码氨基酸），除了tRNA基因和rRNA基因的外显子完全“不显”之外，几乎全部的结构基因的首尾两外显子都只有部分核苷酸顺序编码氨基酸，还有完全不编码基酸的外显子，如人类G6PD基因的第一外显子核苷酸顺序。
现在已发现一个基因的外显子可以是另一基因的内含子，反之亦然。
以小鼠的淀粉酶基因为例，来源于肝的与来源于唾液腺的是同一基因。
淀粉酶基因包括4个外显子，肝生成的淀粉酶不保留外显子1，而唾液腺中的淀粉酶则保留了外显子1的50b p顺序，但把外显子2与前后两段内含子一起剪切掉，经过这样剪接，外显子2就变成唾液淀粉酶基因中的内含子。
4．同一基因在不同组织能生成不同的基因产物来源于不同组织的类似蛋白，可以由同一基因编码产生，这种现象首先是由于基因中的增强子等有组织特异性，它能与不同组织中的组织特异因子结合，故在不同组织中同一基因会产生不同的转录物与转录后加工作用。
此外真核生物基因可有一个以一的poly(A)位点，因此能在不同的细胞中产生具有不同3’末端的前mRNA，从而会有不同的剪接方式。
由于大多数真核生物基因的转录物是先加poly(A)尾巴，然后再行剪接，因此不同组织、细胞中会有不同的因子干预多聚腺苷酸化作用，最后影响剪接模式。