基因表达
基因表达
DNA甲基化、组蛋白修饰及RNA分子的作用可在不同层面影响DNA分子的表达，其中任何环节出现错误都会导致不同的表达错误，从而引发人类疾病。
如果我们能控制DNA的表达，将可以使癌症、病毒引发的疾病（如肝炎、艾滋病）、血液疾病等得到治愈。
首先，简单谈下基因表达。
基因表达指的是基因转录及翻译的过程。
基因表达有两种方式：一种是组成性表达，指不大受环境变动而变化的一类基因表达。
另外一种是适应性表达，指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。
那么基因的表达有何规律呢？时间和空间的特异性是基因表达规律两大特点。
时间特异性指的是按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生。
空间特异性指的是在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现。
基因的表达调控无论是对真核生物还是原核生物都有着重要的作用，它能维持个体发育和分化，让个体更好的适应环境。
在基因表达里有个在存在于DNA分子中，RNA聚合酶能够识别、结合并导致转录起始的序列称为启动子。
真核生物根据转录的方式可将启动子分三类。
1、RNA聚合酶I的启动子主要由两部分组成。
目前了解较清楚的是人的RNA聚合酶I的启动子。
在转录起始位点的上游有两部分序列。
核心启动子（core promoter）位于-45至+20的区域内，这段序列就足以使转录起始。
在其上游有一序列，从-180至-107，称为上游调控元件（upstream control element，UCE)，可以大大的提高核心启动子的转录起始效率。
两个区域内的碱基组成和一般的启动子结构有所差异，均富含G．C对，两者有85％的同源性。
2、RNA聚合酶Ⅱ的启动子位于转录起始点的上游，由多个短序列元件组成。
该类启动子属于通用型启动子，即在各种组织中均可被RNA聚合酶n所识别，没有组织特异性。
经过比较多种启动子，发现RNA聚合酶II的启动子有一些共同的特点，在转录起始点的上游有几个保守序列，又称为元件（elememt）。
基因表达 名词解释
拼板理论(piecing theory)：真核生物的基因转录通常需要多个转录因子，转录因子之间相互协同、竞争、拮抗并与顺式作用元件、RNA聚合酶相互作用，发挥转录激活或者转录抑制作用。因此，数百个转录因子的不同排列组合就可以启动数万种基因的转录
锌指(zinc finger)：真核细胞转录因子的DNA结合结构域的一种结构形式，包含数个相同的指结构。每个指结构包含有β2α等结构形式，其中４个残基(Cys2/His或者Cys2/Cys2)与锌离子形成配位键。锌指结构的指尖部分能够嵌入DNA双螺旋的大沟。
亮氨酸拉链(leucine zipper)：真核细胞转录因子的DNA结合结构域的一种结构形式，指周期性每隔4-7个残基出现1个Leu残基，形成兼性α-螺旋，具有极性的氨基酸残基形成的亲水面和Leu残基形成疏水面。两条具有此结构域的多肽链之间通过Leu的疏水侧链结合成二聚体，形成犬牙交错的拉链状47:00
名词解释
基因表达(gene expression):基因转录和翻译的过程，基因表达的最终产物是蛋白质和tRNA、rRNA等。
不对称转录(asymmetric transcription)：对于基因而言，转录的模板链仅仅是DNA双螺旋中的一条单链。对于多个基因而言，模板链可以位于DNA分子的不同单脸上，由于模板始终是3'-5'方向，故DNA两股链上的基因转录方向相反。
反式作用元件/转录因子(trans-acting element)：真核基因的转录调节蛋白，包括DNA结合结合结构域。它们与顺式作用元件、RNA聚合酶相互作用，以及转录因子相互协同或拮抗，反式调控另一基因的转录。
基础转录因子(basal/general transcription factor)：与RNA聚合酶、启动子直接结合的真和转录调节蛋白，是转录起始复合物的最基本组件，基本不受环境因素影响。
基因表达的概念及特点
反式作用因子
反式作用因子：能够识别DNA上的顺式作用元件并与之
结合的蛋白质因子或复合物。
◆通用或基本转录因子—RNA聚合酶结合启动子所必需的一 组蛋白因子。如：TFⅡA、 TFⅡB、 TFⅡD、 TFⅡE等。
◆特异转录因子 special transcription factors —个别基因 转录所必需的转录因子.如：OCT-2：在淋巴细胞中特异性 表达,识别Ig基因的启动子和增强子。
顺式作用元件和反式作 用元件之间的相互作用
四 真核基因转录后水平的调控
• RNA 剪接
四 真核基因转录后水平的调控
人Ig基因结构 注： 1 L：先导序 列基因片段 V： 可变区基因片段 D：多样性区基因 片段J：连接区基 因片段 C：恒定 区基因片 *：假 基因 2 内含子区域所标 数字表示DNA长度 kb 3 每个CH基因用 一个方框表示,实 际上包括几个外显 子
kb 3 每个CH基因用 一个方框表示,实 际上包括几个外显 子
二 DNA水平上的调控
➢DNA甲基化 DNA Methylation
哺乳动物基因中的5‘--CG--3’序列中C—5的甲基化称为CpG 甲基化。 5‘--CG--3’序列是使处于表达状态的基因位点处的染色 体保持适当包装水平的重要化学修饰序列。当基因序列中的CpG 密度达到10/100bp时称为CpG 岛。
顺式作用元件
启动子 真核生物的启动子分为3类,分别被三类RNA 聚合酶所识别
• I 类启动子 • II 类启动子 • III类启动子
hnRNA是 mRNA的前 体,snRNA
参与 hnRNA到 mRNA的过 程
基因表达的调控
第十三章基因表达的调控一、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。
生物信息学研究中的基因表达分析方法
生物信息学研究中的基因表达分析方法随着技术的不断发展，基因表达信息已经成为了众多生物学研究的重要数据来源。
我们可以通过基因表达信息来了解细胞内基因转录活动的变化、探索基因调控网络的结构和功能，甚至可以预测未来细胞发育的走向。
在研究中，我们经常会使用一些生物信息学中的基因表达分析方法，本文将简单介绍一些常见的基因表达分析方法和应用领域。
1. 基因表达聚类分析基因表达聚类分析是将大量样品中基因表达谱进行分类，从中找到具有相似表达谱的基因，将它们放入同一组别。
对于一个未知的基因，我们可以通过它与已知基因的表达谱进行比较，将其归入相应类别。
这种方法常见的应用场景包括：基于表达谱的肿瘤亚型分类、基因功能预测等。
其中，基于聚类分析的聚类算法主要有层次聚类和k均值聚类两种。
层次聚类算法将样本或基因逐步归类，生成一个树状结构(Dendrogram)，可以根据需要将树状结构切割成指定数量的聚类；k均值聚类则根据事先指定的聚类数量将所有数据划分为指定数量的类别。
2. 差异基因表达分析在比较两个或多个生物组织或环境的基因表达水平时，常用差异分析来筛选表达差异明显的基因。
通过差异分析，我们可以发现哪些基因在不同的细胞类型、组织类型和发育阶段中表达水平差异较大，甚至可以帮助我们发现潜在的疾病标记物。
常见的差异分析方法包括t检验、方差分析和较新的DESeq、edgeR等差异表达分析软件包。
3. 基因组拼接分析在基因组拼接分析中，我们对齐基因组序列和转录组序列以鉴定剪切变异、外显子水平表达和全内含子表达等信息。
基因组拼接分析使得我们能够进一步挖掘基因、蛋白质和RNA转录本的相互作用模式和基因区域的多样性。
常用的方法包括软件包如TopHat、Cufflinks等。
4. 生物网络分析通常，基因表达谱是由多个基因表达水平组成的，而这些水平之间可能相互影响。
基于此，我们可以构建生物网络图谱并挖掘功能模块来获得新的知识。
这种方法的优点在于我们可以通过挖掘关键基因和互作关系来发掘新的靶点和以及不同疾病之间的关系。
基因表达谱的分析和解读
基因表达谱的分析和解读基因表达谱是指生物体内基因在特定环境或状态下的表达情况的记录，是基因组学、分子生物学和计算生物学的交叉学科。
目前，随着高通量测序技术和计算能力的迅猛发展，基因表达谱分析逐渐成为生命科学研究的重要领域。
一、基因表达谱的分析1、测定基因表达谱基因表达谱的测定主要有两种方法：芯片技术和转录组测序。
芯片技术是通过制备特定的DNA探针，然后将其固定到芯片表面，用于检测样品中的RNA，可以同时检测几百万个基因。
转录组测序则是通过高通量测序技术，对RNA进行测序，可以获取到全基因组的表达信息。
两种方法具有互补性，可以提供更为全面的基因表达谱信息。
2、处理基因表达谱数据分析基因表达谱数据的主要任务是将大量的原始数据转化为可解释和可视化的结果。
常用的数据处理方法包括以下几个步骤：（1）数据归一化：由于样品之间的RNA浓度和RNA种类的差异，需要进行数据归一化，以消除这些技术差异。
（2）差异分析：根据生物实验的目的，选择适宜的分析方法，比较不同样品在基因表达水平上的差异。
（3）聚类分析：聚类分析可以将相似的基因表达谱分为一组，便于发掘潜在的基因功能和作用途径。
二、基因表达谱的解读1、生物信息学分析基因表达谱数据的解析和生物信息学密切相关。
常见的生物信息学分析包括基因富集分析、通路富集分析和功能注释分析。
基因富集分析是通过将基因表达谱中显著性差异的基因与特定的基因功能数据库相比较，来鉴定具有显著富集的通路和生物过程。
通路富集分析则是将差异基因与已知通路或生物过程相匹配，以确定哪些通路或过程与表型变化相关。
2、机器学习方法机器学习是一种人工智能的分析方法，目的是从数据中挖掘模式和规律。
基于机器学习的基因表达谱分类方法可以将样本分为不同的亚型或状态，以进一步理解基因表达谱的生物学意义。
常见的机器学习方法包括支持向量机、随机森林和人工神经网络等。
机器学习方法通常需要多个数据集的共同验证，以确保分析的稳健性和可靠性。
基因的表达过程
基因的表达过程
基因是生命的基础单位，是DNA分子直接控制生物体遗传特征的基本质料。
但是基因不能直接转化成蛋白质，还需要一系列复杂的步骤来控制和调节基因的表达。
基因的表达过程可以分为转录和翻译两大部分。
一、转录
转录是指基因信息从DNA模板被转录成RNA分子的过程。
这个过程是在细胞核中进行的，包括以下几个步骤：
1. 启动子识别：RNA聚合酶需要在基因区起始位点寻找所谓的启动子，才能开始转录基因。
2. RNA合成：RNA聚合酶按照DNA模板单链进行合成新的RNA链，与DNA模板链形成互补配对。
3. 终止转录：RNA聚合酶需要识别到一个终止序列，才能结束合成过程，而产生的RNA链与DNA单链分离。
二、翻译
翻译是指RNA分子指导下的蛋白质合成过程。
这个过程是在细胞质内进行的，包括以下几个步骤：
1. 连接：氨基酸在载体RNA上得到激活后与tRNA结合，进而和RNA分子上的三联密码子匹配。
2. 延伸：一个已经连接的氨基酸和它的载体RNA脱离，留下了一个暴露的氨基酸和连接到下一个氨基酸的tRNA。
3. 终止翻译：翻译终止的命令是由一些不对应于氨基酸的RNA 信号识别。
这个信号使酶靠近并断开多肽链和RNA的连接。
总之，基因的表达是一个高度复杂的过程，需要许多不同类型的细胞成分协同工作才能完成。
研究基因表达和调控过程有助于我们理解生命的奥秘，也为新药开发提供了新的思路。
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。
基因测序和基因表达的定量分析
基因测序和基因表达的定量分析随着现代科技的飞速发展，人类对于基因的研究也有了重大进展。
其中，基因测序和基因表达定量分析是当前最具有前瞻性和研究价值的两个方向。
本文将分别介绍基因测序和基因表达定量分析的相关知识，并探讨其在医学、生物学等领域的应用前景。
一、基因测序基因测序是指利用现代科技手段，对人类基因组或者其他生物体的基因进行全面或局部的测定、分析和解码。
目前，常用的基因测序技术包括Sanger测序法、Illumina测序法、Ion Torrent测序法、PacBio测序法、Nanopore测序法等。
其中，Illumina测序法是目前使用最广泛的基因测序技术之一。
该技术具有高通量、高精度、低成本等优点，已经被广泛应用于基因组学、转录组学、表观遗传学等研究领域。
通过对某一生物体基因组进行全面测序，可以揭示出其基因结构、基因编码信息、重要的调控元件等相关信息。
这些信息对于深入研究人类疾病、基因进化、种群遗传学等方面都有着重要意义。
二、基因表达定量分析基因表达定量分析是指通过测定生物体在不同状态下的基因表达水平，进而探究其生物功能和调控机制的一种方法。
目前，常用的基因表达定量分析技术包括实时荧光定量PCR、microarray芯片、RNA序列（RNA-seq）等。
实时荧光定量PCR技术可以对少量样本进行基因表达定量检测，具有高灵敏度、高特异性、高准确性等特点。
但同时该技术只能测定几十个基因，并不能全面反映基因表达状态。
而microarray芯片技术可以同时检测几千个基因的表达水平，能够全面而快速地获得一个生物体在某一状态下的基因表达谱。
但该技术成本较高，并且存在芯片设计和数据分析等技术难题。
相较之下，RNA-seq技术是具备高通量、高准确、高灵敏等特点的一种基因表达定量分析技术。
该技术不依赖于芯片设计，能够覆盖全基因组范围内的RNA转录本，同时还能够检测到新型RNA组分、外源RNA以及RNA编辑等信息。
基因表达教学课件ppt
翻译的场所
翻译主要在细胞质的核糖体上进行，核糖体是由RNA和蛋白质组成的复合体 。
翻译的起始
起始密码子
翻译的起始信号是mRNA上的起始密码子，它与核糖体上的起始因子结合，起始 翻译过程。
起始因子的作用
起始因子与起始密码子结合后，可以促进核糖体与mRNA的结合，并启动翻译过 程。
02
基因表达研究在农业领域也得到了广泛应用，通过对植物和动物基因表达的研 究，可以更好地了解生长发育和适应环境的机制，提高生产效率。
03
基因表达研究在环境科学领域也扮演着重要的角色，通过对不同生物在相同环 境下的基因表达比较，可以更好地了解生物对环境的适应性，为环境保护提供 科学依据。
基因表达研究的发展趋势
02
基因表达的转录
转录的概述
01
02
03
定义
转录是指将DNA序列转 化为RNA序列的过程。
转录的酶
转录需要RNA聚合酶的 参与。
转录的场所
转录主要发生在细胞核内 。
转录的启动
启动子
转录的启动子是RNA聚合酶识别和结合DNA序列的位点。
转录起始复合物
启动子与RNA聚合酶结合形成转录起始复合物。
转录起始复合物的形成过程
基因表达谱
通过基因表达谱可以了解疾病状态下哪些基因在发生变化，从而 为疾病的诊断提供依据。
生物标志物
一些基因表达产物可以作为疾病的生物标志物，例如：前列腺癌 中的PSA基因。
疾病分型
基因表达数据可以用于疾病的分型，例如：肺癌可以分为鳞状细 胞癌、腺癌和小细胞肺癌。
基因表达异常与疾病的治疗
靶向治疗
基因表达检测技术
基因表达检测技术基因表达检测技术是研究基因在生物体发育、分化、代谢等过程中表达模式的研究方法。
这些技术对于理解基因的功能、疾病发生机制以及药物研发等方面具有重要意义。
以下是几种常见的基因表达检测技术：1. 转录组学技术：转录组学技术是研究细胞在特定生理或病理状态下转录产物的变化规律的技术。
通过该技术，可以检测基因在不同条件下的表达水平，了解基因表达的动态变化。
常见的转录组学技术包括高通量测序和微阵列技术等。
2. 微阵列技术：微阵列技术是一种高通量技术，通过将大量探针固定在硅片或玻璃片上，与标记的样品进行杂交，检测基因的表达水平。
该技术可同时检测成千上万个基因的表达情况，具有高效、灵敏的优点。
3. qPCR技术：qPCR即实时荧光定量PCR技术，是一种用于检测特定基因表达水平的定量分析方法。
该技术通过荧光染料或探针，实时监测PCR反应过程中产物的增加，实现对基因表达的定量分析。
4. Northern blot技术：Northern blot是一种用于检测总RNA中特定基因的表达水平的技术。
通过将总RNA转移到尼龙膜上，然后与标记的探针进行杂交，检测目标基因的表达水平。
该技术具有较高的灵敏度和特异性。
5. Western blot技术：Western blot是用于检测蛋白质在细胞或组织中表达水平的技术。
通过将细胞或组织中的蛋白质转移到膜上，然后与特异性抗体进行反应，最后通过显色反应检测目标蛋白质的表达水平。
该技术可用于分析蛋白质的修饰、翻译后修饰等。
6. 免疫组化技术：免疫组化技术是一种利用抗原-抗体反应检测细胞或组织中特定蛋白质表达水平的染色技术。
通过标记的抗体与目标蛋白质结合，实现对其表达水平的可视化分析。
该技术在病理诊断和基础研究中广泛应用。
7. 酶联免疫吸附试验：酶联免疫吸附试验是一种利用酶标记的抗体或抗原进行抗原-抗体反应的检测方法。
通过酶催化底物显色，实现对目标蛋白质的定量分析。
该技术具有灵敏度高、特异性强等优点。
基因工程中的基因克隆与表达
基因工程中的基因克隆与表达基因工程是一门涉及分子生物学、遗传学、生物化学等多个学科的综合性科学。
其中，基因克隆和基因表达是基因工程研究的两个重要方面。
本文将就基因克隆和基因表达的原理、方法及应用进行探讨。
一、基因克隆1.原理基因克隆是指将目标基因从其天然基因组或其他来源中分离出来，并将其插入到另一个载体（如质粒）中，使其能够在宿主细胞内复制和表达。
基因克隆的原理是基于DNA序列特异性杂交的方法，利用限制性内切酶切割目标DNA和载体DNA，然后将它们黏合在一起，形成重组DNA。
通过转形或感染，使重组DNA 进入宿主细胞内，并复制和表达。
2.方法基因克隆的方法主要有限制性酶切与黏合（RE-Mediated Ligation）、PCR（聚合酶链反应）、TA克隆和基因文库等。
限制性酶切与黏合是一种常用的基因克隆方法。
该方法利用限制性内切酶切割DNA，然后通过T4 DNA连接酶黏合在一起。
这种方法操作简单、效率高，但存在限制内切酶的局限性，无法应用于不同酶切位点的DNA。
PCR是用于复制DNA片段的重要方法，也可以用于基因克隆。
PCR方法可以在不使用限制酶的情况下，从任何源提取DNA片段，扩增需要的基因段，并使用酶切和连接技术插入到载体中。
TA克隆是指用于从PCR产物中克隆DNA的一种方法。
该方法利用了Taq聚合酶不完全特异性合成3'-末端斜伸的性质，使产生的末端序列与T自带的A进行互补配对，从而使PCR产物能够被直接连接到TA克隆载体上。
基因文库是一种重要的基因克隆技术，可以将许多目标基因同时克隆入同一载体中。
基因文库分为cDNA文库和基因组文库。
通过荧光筛选或选择性培养，可以从文库中筛选出感兴趣的基因。
3.应用基因克隆技术广泛应用于基因工程、疫苗制备、药物研发、作物改良、动物遗传改良、环境污染治理等领域。
例如，利用基因克隆技术可以创造出超级细菌、工业用酶、新型药物、高产优质作物等。
二、基因表达1.原理基因表达是指基因通过转录和翻译的过程，将DNA序列转化为蛋白质的过程。
基因表达的三种方式
基因表达的三种方式基因表达就像一场超级神秘又有趣的魔术表演，有着三种独特的“表演方式”呢。
首先是组成性表达，这就好比是那种永远不休息的勤劳小蜜蜂。
不管外界环境怎么变，它就按照自己的节奏，一直稳定地表达。
就像你家里那个永远准时响的闹钟，风雨无阻，每天都在固定的时间“唱歌”。
这种基因表达就像是一个固执的老派音乐家，只演奏自己最爱的那几首曲子，不管观众的口味怎么变，也不会轻易改曲目。
然后是诱导性表达啦。
这可就像一个超级敏感的小情绪精。
平时呢，安安静静的，一旦感受到外界的某些特定信号，就像被点燃的鞭炮一样，一下子就活跃起来了。
比如说，就像一个在舞台后台打瞌睡的演员，突然听到导演喊自己的名字，马上精神抖擞地冲上台去表演。
这种基因啊，对外界的刺激就像猫咪对毛线球一样敏感，只要有合适的信号，立马就开启表达模式。
最后就是阻遏性表达了。
这就像是一个很怕羞的小怪物。
正常情况下，它是开开心心表达的，可是一旦有了某些抑制它的因素出现，就像突然被施了魔法一样，立马躲起来，不再表达了。
就好像一个在聚光灯下唱歌的歌手，突然灯光一暗，音乐一停，就不敢再出声了。
这种基因对那些抑制因素的害怕程度，就像小老鼠见到大猫，只要那些抑制因素一出现，就乖乖闭嘴。
这三种基因表达方式在我们的身体里就像三个性格迥异的小伙伴。
组成性表达是那个老实巴交的乖孩子，总是按部就班；诱导性表达是那个机灵鬼，随时准备响应外界的召唤；阻遏性表达则是那个胆小鬼，有点风吹草动就不敢吭声了。
它们在身体这个大舞台上，每天都在上演着一场无声又精彩的大戏。
有时候，我都觉得我们的身体就像一个超级复杂的大剧场，基因们就是演员。
这些演员们的不同表演方式，共同构成了生命这个神奇的演出。
如果基因表达乱了套，那就像剧场里突然所有演员都不按剧本演了，那可就乱成一锅粥了。
不过好在，在正常情况下，它们都各司其职，用自己独特的方式，让我们的身体这个大舞台永远充满生机和活力。
基因表达的这三种方式，虽然听起来有点复杂，但其实就像一场场简单又有趣的小闹剧，在我们身体里不停地上演着，是不是超级有趣呢？。
基因表达概念
基因表达概念
基因表达（gene expression）是指将来自基因的遗传信息合成功能性基因产物的过程。
基因表达产物通常是蛋白质，所有已知的生命，无论是真核生物（包括多细胞生物）、原核生物（细菌和古细菌）还是病毒，都利用基因表达来合成生命的大分子。
基因表达可以通过对其中的几个步骤，包括转录、RNA剪接、翻译和翻译后修饰，进行调控来实现对基因表达的调控。
基因表达是遗传信息传递和基因功能发挥的关键过程，对于生物体的生长、发育和代谢等生命活动具有至关重要的作用。
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一是通过控制酶的合成来控制代谢过程, 一是通过控制酶的合成来控制代谢过程, 从而控制生物性状. 从而控制生物性状. 二是通过控制蛋白质的结构来直接影响 性状. 性状. 酶 细胞代谢
细胞结构
性状 性状
基因
结构蛋白
基因与基因 基因与基因产物 基因与环境
相互作用 精细调控
生物性状
(长沙一中08)右图是某高等动物细胞内通过一系列酶 长沙一中08) 08 将原料合成它所需要的氨基酸C 将原料合成它所需要的氨基酸C,该氨基酸是细胞正常 生活所必需的,而食物中又没有. 生活所必需的,而食物中又没有.下列说法正确的是 亲本为AbBbCc的个体自交,其后代中有1/9 AbBbCc的个体自交 1/9的个体 A.亲本为AbBbCc的个体自交,其后代中有1/9的个体 能正常生活 C B.基因对性状的控制都是通过控制酶的合成来控制 代谢过程实现的 图中① C.图中①过程包含转录和翻译过程 图中② D.图中②过程叫脱氨基作用
染 色 体
DNA
基因
控制
蛋白质的合成
在细胞质核 糖体上进行
主要在细 胞核中
通过信使RNA 通过信使RNA U U A G A U A U C
mRNA
DNA的转录 DNA的转录
时间: 场所: 场所: 主要在细胞核 时间: 整个生命过程中 过程: 过程: 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 a. DNA与RNA的碱基互补配对 的碱基互补配对: T— 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 的核糖核苷酸一个个连接起来 c.组成 RNA的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:DNA的一条链 解旋酶,RNA RNA聚合酶等 酶: 解旋酶 RNA聚合酶等 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
例:人们通过对青霉素,链霉素,四环素,氯霉素等 人们通过对青霉素,链霉素,四环素, 抗生素研究发现, 抗生素研究发现,抗生素之所以能够杀死细菌等病原 体而对人体无害, 体而对人体无害,其原因是抗生素能够有效地阻断细 菌细胞内的蛋白质合成, 菌细胞内的蛋白质合成,而不影响人体细胞内蛋白质 的合成.于是人们对此提出了许多假设, 的合成.于是人们对此提出了许多假设,其中有如下 三点: 三点: 抗生素能阻断细菌DNA的转录过程,而不影响人DNA DNA的转录过程 ①抗生素能阻断细菌DNA的转录过程,而不影响人DNA 的转录过程. 的转录过程. 抗生素能阻断细菌转运RNA的功能, RNA的功能 ②抗生素能阻断细菌转运RNA的功能,而不影响人转 RNA的功能 的功能. 运RNA的功能. ③抗生素能阻断细菌核糖体的功能,而不影响人体核 抗生素能阻断细菌核糖体的功能, 糖体的功能. 糖体的功能. 请任选择一种假设, 请任选择一种假设,写出你的探究性实验的基本思路 并对实验结果和结论进行预测. ,并对实验结果和结论进行预测. ).其基本实验思路 其基本实验思路: 答:你选择假设 (①/②/③).其基本实验思路:
翻译过程
起始阶段:复合物的形成,起始密码子 起始阶段:复合物的形成, 延伸阶段:tRNA的进入,多肽链的形成 延伸阶段:tRNA的进入 的进入, 终止阶段:终止密码子 终止阶段:
核糖体
A U G G A U A U C
mRNA与核糖体结合 mRNA与核糖体结合
翻译小结
1)密码子是在信使RNA上决定 密码子是在信使RNA上决定 RNA 一个氨基酸的三个相邻碱基. 一个氨基酸的三个相邻碱基. 转运RNA RNA上与其配对的三个碱基 转运RNA上与其配对的三个碱基 条件 称为反密码子.从理论上, 称为反密码子.从理论上,4种 碱基可以组合成为64 64种密码子 碱基可以组合成为64种密码子 原料 决定20种氨基酸. 20种氨基酸 决定20种氨基酸. 2)一种密码子只能决定一种氨 基酸, 基酸,一种氨基酸可以有几种 产物 密码子. 密码子. UAA,UAG,UGA三个密码子 3)UAA,UAG,UGA三个密码子 其 不能决定氨基酸, 不能决定氨基酸,称这是蛋白 质合成的终止密码子. 质合成的终止密码子. 密码子在生物界是通用的, 4)密码子在生物界是通用的, 说明生物是由共同原始祖先进 它 化而来的, 化而来的,彼此这间存在着亲 缘关系. 缘关系.
结果:DNA上的遗传信息就传递到mRNA上 结果:DNA上的遗传信息就传递到mRNA上 上的遗传信息就传递到mRNA
mRNA通过核孔进入细胞质 mRNA通过核孔进入细胞质
细胞核
A A T C A A T A G U U A G A U A U C
mRNA
细胞质
U U A G A U A U C mRNA
① 基本实验思路:设置甲,乙两组实验,进行体外 基本实验思路:设置甲,乙两组实验, 模拟细菌DNA的转录过程. DNA的转录过程 模拟细菌DNA的转录过程.甲组滴加一定浓度的适量抗 生素的水溶液,乙组滴加等量的蒸馏水, 生素的水溶液,乙组滴加等量的蒸馏水,其它条件相 同且适宜.最后检测两组实验中RNA的生成量. RNA的生成量 同且适宜.最后检测两组实验中RNA的生成量.实验结 果及结论:若甲,乙两组中RNA的生成量相等, RNA的生成量相等 果及结论:若甲,乙两组中RNA的生成量相等,则抗生 素不阻断细菌DNA的转录;若甲组中RNA生成量少于乙 素不阻断细菌DNA的转录;若甲组中RNA生成量少于乙 DNA的转录 RNA 组中RNA的生成量,则抗生素能阻断细菌DNA RNA的生成量 DNA的转录 组中RNA的生成量,则抗生素能阻断细菌DNA的转录 基本实验思路:设置甲,乙两组实验, ② 基本实验思路:设置甲,乙两组实验,进行体外模 拟细菌的翻译过程. 拟细菌的翻译过程.甲组加入用抗生素处理后的各种转 RNA,乙组加入未用抗生素处理的, 运RNA,乙组加入未用抗生素处理的,等量的各种转运 RNA.其余条件相同且适宜. RNA.其余条件相同且适宜.最后检测两组实验中蛋白 质的生成量.实验结果及结论:若甲, 质的生成量.实验结果及结论:若甲,乙两组中蛋白质 的生成量相等,则抗生素不阻断细菌转运RNA的功能; RNA的功能 的生成量相等,则抗生素不阻断细菌转运RNA的功能; 若甲组中蛋白质生成量少于乙组中蛋白质的生成量, 若甲组中蛋白质生成量少于乙组中蛋白质的生成量,则 抗生素能阻断细菌转运RNA RNA的功能 抗生素能阻断细菌转运RNA的功能
第四章基因的表达
知识结构
考点一.基因控制蛋白质的合成 考点一.
考点二. 考点二.基因控制生物的性状
考点一. 考点一.基因控制蛋白质的合成
第一课时
思
考:
生物体细胞核中染色体和DNA分子 生物体细胞核中染色体和DNA分子 DNA 数是相对恒定的, 数是相对恒定的,而生物的性状却 是多种多样的.这如何解释? 是多种多样的.这如何解释? 分析:一个DNA分子可以控制 分析:一个DNA分子可以控制 DNA 多种蛋白质的合成. 多种蛋白质的合成.
基因:
具有遗传效应的DNA片段 具有遗传效应的DNA片段 DNA
基因和染色体,DNA和 脱氧核苷酸的关系:
每一条染色体只含有一个 DNA分子 每个DNA 分子, DNA分子上有 DNA分子,每个DNA分子上有 DNA片段 片段, , DNA片段, 染色体上 ,每 个 有 上 个 每个 有 的 , 遗传 DNA
决定
根本原因
蛋白质的多样性 直接原因 / 物质基础 导致 生物界的多样性 表现形式
(长沙一中08)一段信使RNA上有300个 长沙一中08)一段信使RNA上有300个 08 RNA上有300 碱基,其中A 120个 碱基,其中A和C有120个,转录出该信使 RNA的DNA片段中 片段中C RNA的DNA片段中C和T的个数以及指导合 成一条多肽链时脱去的水分子数分别是 300个 100个 A.300个,100个 300个 99个 B.300个,99个 B 180个 99个 C.180个,99个 129个 100个 D.129个,100个
场所 细胞质的核糖体 模板 信使RNA 信使RNA
酶,转运RNA为 转运RNA为 RNA 运载工具, 运载工具,ATP 氨基酸 多肽链 一条或几条 多肽链进一 步形成蛋白 质的空间结 构 密码
思考: 思考: 1.猪肉与牛肉主要成分都是蛋白 1.猪肉与牛肉主要成分都是蛋白 为什么味道不一样 不一样? 质,为什么味道不一样? 2.一个人体内不同组织细胞形态 2.一个人体内不同组织细胞形态 和功能不同的主要原因是什么? 不同的主要原因是什么 和功能不同的主要原因是什么?
师大附中09).双链RNA在生物体内是存在 (师大附中09).双链RNA在生物体内是存在 09).双链RNA 是一种自然现象, 的,是一种自然现象,经酶切后会形成很多小 片段,这些小片段一旦与mRNA mRNA中的同源序列互 片段,这些小片段一旦与mRNA中的同源序列互 补结合,形成双链RNA,导致mRNA失去功能,即 补结合,形成双链RNA,导致mRNA失去功能, RNA,导致mRNA失去功能 不能翻译产生蛋白质,也就是使基因"沉默" 不能翻译产生蛋白质,也就是使基因"沉默" 了.已知控制矮牵牛紫色花的基因为 …TGGGAACTTA (模板链片段).若将产生紫色 TGGGAACTTA…(模板链片段) TGGGAACTTA 素的基因…ACCCTTGAAT (模板链片段)转入开 素的基因 ACCCTTGAAT…(模板链片段) ACCCTTGAAT 紫色花的矮牵牛花中,则矮牵牛花的花色最可 紫色花的矮牵牛花中, 能为 D A.深紫色 B.浅紫色 紫色(不变) D. C.紫色(不变) D.白色
考点二. 考点二.基因控制生物的性状
第二课时
基因的功能 复制遗传信 息 时间 进行场所 模板 原料 条件 过程 产物
细胞分裂间期
表达遗传信息 转录