分子生物学英文课件：chapter18-regulation of gene expression
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医学分子生物学-基因组ppt课件
结构基因:基因中编码RNA或蛋白质的DNA序列
调控序列:启动子/增强子/加尾信号
基因组(Genome)
细胞或生物体 一套完整单倍体的遗传物质的总和。
人
(Homo Sapien)
常染色体： 22 性染色体： X,Y
线粒体
n 基因组储存了生物体整套的遗传信息
n 不同生物基因组蕴含的遗传信息量有着巨大的 差别
反向重复序列 7.功能相关的基因构成各种基因家族(gene family) 8.存在可移动的遗传因素(mobile genetic element) 9.体细胞为双倍体，配子(精子/卵子)为单倍体
n (多)基因家族：指核苷酸序列或编码产物的结构具 有一定程度同源性的一组基因，它们功能相似。
n 基因超家族：一组由多基因家族及单基因组成的更大 的基因家族。它们的结构有程度不等的同源性，但功 能并不一定相同，甚至毫无相同之处。在进化上亲缘 关系较远。
Hairpin
5’
3’
小结构基因没有翻译起始序列
Splicing
DNA病毒 RNA过程
HBV 基因结构
原核生物基因组
模式生物: 大肠杆菌 (E.coli)
细菌的遗传物质
Genome DNA
plasmid
Transposable element
原核生物基因组结构与功能特点*
1、为一条环状双链DNA(无典型染色体结构,拟核) 2、只有一个复制起点(Ori) 3、具有操纵子结构V 4、重复序列少:绝大部分基因为单拷贝(99.7%) 5、可表达基因约50% ，>真核生物， <病毒
n 假基因：多基因家族中，某些成员并不能表达出有功 能的产物。与有功能的基因同源，但因突变等原因失 活，可能为进化的痕迹。
调控序列:启动子/增强子/加尾信号
基因组(Genome)
细胞或生物体 一套完整单倍体的遗传物质的总和。
人
(Homo Sapien)
常染色体： 22 性染色体： X,Y
线粒体
n 基因组储存了生物体整套的遗传信息
n 不同生物基因组蕴含的遗传信息量有着巨大的 差别
反向重复序列 7.功能相关的基因构成各种基因家族(gene family) 8.存在可移动的遗传因素(mobile genetic element) 9.体细胞为双倍体，配子(精子/卵子)为单倍体
n (多)基因家族：指核苷酸序列或编码产物的结构具 有一定程度同源性的一组基因，它们功能相似。
n 基因超家族：一组由多基因家族及单基因组成的更大 的基因家族。它们的结构有程度不等的同源性，但功 能并不一定相同，甚至毫无相同之处。在进化上亲缘 关系较远。
Hairpin
5’
3’
小结构基因没有翻译起始序列
Splicing
DNA病毒 RNA过程
HBV 基因结构
原核生物基因组
模式生物: 大肠杆菌 (E.coli)
细菌的遗传物质
Genome DNA
plasmid
Transposable element
原核生物基因组结构与功能特点*
1、为一条环状双链DNA(无典型染色体结构,拟核) 2、只有一个复制起点(Ori) 3、具有操纵子结构V 4、重复序列少:绝大部分基因为单拷贝(99.7%) 5、可表达基因约50% ，>真核生物， <病毒
n 假基因：多基因家族中，某些成员并不能表达出有功 能的产物。与有功能的基因同源，但因突变等原因失 活，可能为进化的痕迹。
生物化学》ppt课件14.第十四章-基因表达调控
操纵子(operon)是原核生物中几个功能相关的 结构基因成簇串联排列组成的一个基因表达的协 同单位。操纵子的本质是DNA序列。
1.操纵子的结构与功能
一个操纵子=调节序列+启动序列+操纵序列+编码序列
⑴调节序列(inhibitor,I):编码一种阻遏蛋白(repressor) 。 ⑵启动序列(promoter,P):结合RNA聚合酶，启动转录。 ⑶操纵序列(operator,O):阻遏蛋白的结合位点。 ⑷编码序列(coding sequence):编码功能性蛋白，2~6个。
第一节 基因表达调控的 概念和原理
(Concept and principle： Regulation of Gene Expression)
一、基因表达调控的概念
(一)基因表达(gene expression) 是指基因经过
转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白 质分子的过程。
(二)基因表达的时间性及空间性
转录激活域
谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
蛋白质-蛋白质结合域 (二聚化结构域)
1.同源结构域
2.锌指
3.碱C
H
C
Cys
H
His
其他氨基酸
(四)真核生物基因表达调控模式
1.真核生物基因表达调控较复杂，除转录起始阶段 受到调节外，在转录后水平、翻译水平及翻译后水平 等均受调控。
2.真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的 转录起始复合物。
白 因 子 ， 决 定 三 种 RNA(mRNA 、 tRNA 及 rRNA)转录的类别。
2.特异转录因子(special transcription factors) 为个别基因转录所必需，决定该基因的时
1.操纵子的结构与功能
一个操纵子=调节序列+启动序列+操纵序列+编码序列
⑴调节序列(inhibitor,I):编码一种阻遏蛋白(repressor) 。 ⑵启动序列(promoter,P):结合RNA聚合酶，启动转录。 ⑶操纵序列(operator,O):阻遏蛋白的结合位点。 ⑷编码序列(coding sequence):编码功能性蛋白，2~6个。
第一节 基因表达调控的 概念和原理
(Concept and principle： Regulation of Gene Expression)
一、基因表达调控的概念
(一)基因表达(gene expression) 是指基因经过
转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白 质分子的过程。
(二)基因表达的时间性及空间性
转录激活域
谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
蛋白质-蛋白质结合域 (二聚化结构域)
1.同源结构域
2.锌指
3.碱C
H
C
Cys
H
His
其他氨基酸
(四)真核生物基因表达调控模式
1.真核生物基因表达调控较复杂，除转录起始阶段 受到调节外，在转录后水平、翻译水平及翻译后水平 等均受调控。
2.真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的 转录起始复合物。
白 因 子 ， 决 定 三 种 RNA(mRNA 、 tRNA 及 rRNA)转录的类别。
2.特异转录因子(special transcription factors) 为个别基因转录所必需，决定该基因的时
2024年《分子生物学》全册配套完整教学课件pptx
2024/2/29
运输功能
如载体蛋白，血红蛋白等 ，在生物体内运输各种物 质。
免疫功能
如抗体蛋白，参与生物体 的免疫应答。
18
蛋白质的功能与调控
调节功能
如激素，生长因子等，调节生物 体的生长发育和代谢过程。
2024/2/29
储存功能
如植物种子中的贮藏蛋白，动物体 内的肌红蛋白等，储存能量和营养 物质。
个性化医疗
根据患者的基因信息，制定个 性化的治疗方案。
药物基因组学
预测患者对药物的反应和副作 用，指导合理用药。
30
基因治疗的原理与应用
基因治疗的原理
通过导入正常基因或修复缺陷基因， 从而治疗由基因突变引起的疾病。
遗传性疾病的治疗
如视网膜色素变性、腺苷脱氨酶缺乏 症等。
2024/2/29
癌症治疗
利用基因编辑技术，修复或敲除癌症 相关基因，抑制肿瘤生长。
基因表达调控的层次
基因表达调控可分为转录前调控、转录水平调控、转录后调控和翻 译水平调控等多个层次。
基因表达调控的意义
基因表达调控对于生物体的生长发育、代谢、免疫应答等生理过程具 有重要意义，同时也是疾病发生发展的重要因素。
2024/2/29
22
原核生物的基因表达调控
1 2 3
原核生物基因表达调控的特点
26
DNA损伤的修复机制
直接修复
针对某些简单的DNA损伤，如碱 基错配，可通过特定的酶直接进行 修复。
碱基切除修复
通过识别并切除受损碱基，再合成 新的DNA片段进行修复。
2024/2/29
核苷酸切除修复
针对较严重的DNA损伤，如嘧啶 二聚体，通过切除一段包含受损部
运输功能
如载体蛋白，血红蛋白等 ，在生物体内运输各种物 质。
免疫功能
如抗体蛋白，参与生物体 的免疫应答。
18
蛋白质的功能与调控
调节功能
如激素，生长因子等，调节生物 体的生长发育和代谢过程。
2024/2/29
储存功能
如植物种子中的贮藏蛋白，动物体 内的肌红蛋白等，储存能量和营养 物质。
个性化医疗
根据患者的基因信息，制定个 性化的治疗方案。
药物基因组学
预测患者对药物的反应和副作 用，指导合理用药。
30
基因治疗的原理与应用
基因治疗的原理
通过导入正常基因或修复缺陷基因， 从而治疗由基因突变引起的疾病。
遗传性疾病的治疗
如视网膜色素变性、腺苷脱氨酶缺乏 症等。
2024/2/29
癌症治疗
利用基因编辑技术，修复或敲除癌症 相关基因，抑制肿瘤生长。
基因表达调控的层次
基因表达调控可分为转录前调控、转录水平调控、转录后调控和翻 译水平调控等多个层次。
基因表达调控的意义
基因表达调控对于生物体的生长发育、代谢、免疫应答等生理过程具 有重要意义，同时也是疾病发生发展的重要因素。
2024/2/29
22
原核生物的基因表达调控
1 2 3
原核生物基因表达调控的特点
26
DNA损伤的修复机制
直接修复
针对某些简单的DNA损伤，如碱 基错配，可通过特定的酶直接进行 修复。
碱基切除修复
通过识别并切除受损碱基，再合成 新的DNA片段进行修复。
2024/2/29
核苷酸切除修复
针对较严重的DNA损伤，如嘧啶 二聚体，通过切除一段包含受损部
分子生物学(英文版)
Chapter 3 Nucleic Acid1. Physical and chemical structure of DNA●Double-stranded helix● Major groove and minor groove● Base pairing● The two strands are antiparallel● G+C content (percent G+C)● Satellite DNASatellite DNA consists of highly repetitive DNA and is so called because repetitions of a short DNA sequence tend to produce a different frequency of the nucleotides adenine, cytosine， guanine and thymine， and thus have a different density from bulk DNA — such that they form a second or ’satellite’ band when genomic DNA is separated on a density gradient。
2。
Alternate DNA structureTwo bases have been extruded from base stacking at the junction. The white line goes from phosphate to phosphate along the chain。
O is shown red, N blue， P yellow and C grey.3. Circular and superhelical DNADNA can also form a double-stranded, covalently-closed circle。
分子生物学原核生物基因表达调控ppt课件
14
一、原核基因表达调控环节
1、转录水平上的调控
（transcriptional regulation）
2、转录后水平上的调控
（post-transcriptional regulation）
① mRNA加工成熟水平上的调控 ② 翻译水平上的调控
15
二、操纵子学说
1、操纵子模型的提出 1961年，Monod和Jacob提出 获1965年诺贝尔生理学和医学奖
54
55
③ 操纵基因是DNA上的一小段序列（仅为26bp）， 是阻遏物的结合位点。
56
RNA聚合酶结合部位
阻遏物结合部位
57
操纵位点的回文序列
58
④当阻遏物与操纵基因结合时，lac mRNA的转 录起始受到抑制。
59
未诱导：结构基因被阻遏
阻遏物 四聚体
LacI P O
lacZ
lacY
lacA
32
酶合成的诱导操纵子模型
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
调节基因
操纵基因
结构基因
诱导物
如果某种物质能够促使
阻遏蛋白
mRNA
细菌产生酶来分解它，
这种物质就是诱导物。
诱导物
酶蛋白
33
• 可阻遏调节：基因平时是开启的，处在产生蛋白质 或酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物 的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。 例：色氨酸操纵子 合成代谢蛋白的基因
1、根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白） 的应答，可分为： 正转录调控 负转录调控
29
调节基因
操纵基因
结构基因
激活蛋白 阻遏蛋白
正转录调控 负转录调控
一、原核基因表达调控环节
1、转录水平上的调控
（transcriptional regulation）
2、转录后水平上的调控
（post-transcriptional regulation）
① mRNA加工成熟水平上的调控 ② 翻译水平上的调控
15
二、操纵子学说
1、操纵子模型的提出 1961年，Monod和Jacob提出 获1965年诺贝尔生理学和医学奖
54
55
③ 操纵基因是DNA上的一小段序列（仅为26bp）， 是阻遏物的结合位点。
56
RNA聚合酶结合部位
阻遏物结合部位
57
操纵位点的回文序列
58
④当阻遏物与操纵基因结合时，lac mRNA的转 录起始受到抑制。
59
未诱导：结构基因被阻遏
阻遏物 四聚体
LacI P O
lacZ
lacY
lacA
32
酶合成的诱导操纵子模型
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
调节基因
操纵基因
结构基因
诱导物
如果某种物质能够促使
阻遏蛋白
mRNA
细菌产生酶来分解它，
这种物质就是诱导物。
诱导物
酶蛋白
33
• 可阻遏调节：基因平时是开启的，处在产生蛋白质 或酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物 的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。 例：色氨酸操纵子 合成代谢蛋白的基因
1、根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白） 的应答，可分为： 正转录调控 负转录调控
29
调节基因
操纵基因
结构基因
激活蛋白 阻遏蛋白
正转录调控 负转录调控
Molecular Biology 分子生物学课件
may not be active simultaneously,
but cannot be activated more than once in the cell cycle
Define the origins
The “eye”
Replication fork
The point at which replication is occurring: unidirectional or bidirectional
Molecular Biology: DNA
Jun Yang, Ph. D. Office: Bldg 3, Room 601 Tel: 8721 7149 Office hour: Tuesdays, 2-3 pm or
by appointment
Replicon
The unit of DNA in which an individual act of replication occurs
A genome in a prokaryotic cell is a single replicon: single copy control
Plasmid constitutes a separate replicon
may replicate with the bacterial genome under single copy control;
The bacterial genome is a single circular replicon
A bacterial replicon should be able to:
Initiate a replication cycle Control the frequency of initiation events Segregate replicated chromosomes to daughter cells
but cannot be activated more than once in the cell cycle
Define the origins
The “eye”
Replication fork
The point at which replication is occurring: unidirectional or bidirectional
Molecular Biology: DNA
Jun Yang, Ph. D. Office: Bldg 3, Room 601 Tel: 8721 7149 Office hour: Tuesdays, 2-3 pm or
by appointment
Replicon
The unit of DNA in which an individual act of replication occurs
A genome in a prokaryotic cell is a single replicon: single copy control
Plasmid constitutes a separate replicon
may replicate with the bacterial genome under single copy control;
The bacterial genome is a single circular replicon
A bacterial replicon should be able to:
Initiate a replication cycle Control the frequency of initiation events Segregate replicated chromosomes to daughter cells
分子生物学原理--基因工程ppt课件
分子生物学原理
整合
• 整合： 噬菌体感染大肠杆菌的第一步
噬菌体粘附于细胞壁上，将自身的 DNA注入菌体中。 此 DNA可与细菌染色 体重组，成为细菌染色体的一部分。
• 溶原菌：整合了噬菌体基因组的细菌。
• 裂解： 噬菌体感染大肠杆菌的第二步
DNA利用菌体的酶系统，复制自身及 外壳蛋白，组装成大量新 噬菌体，并将 细菌涨破。
第十四章 基因重组与基因工程
10/28/2024
分子生物学原理
基因重组：genomic recombination 重组DNA：recombinant DNA
10/28/2024
分子生物学原理
第一节、自然界的基因重组
• 转化：transformation • 整合：integration • 转导：transduction • 转位：transposition
10/28/2024
分子生物学原理
转位
• 转位：一个或一组基因从一处转到基因 组的另一个位置。
• 这些游动的基因称为转位子(transposon)。
10/28/2024
分子生物学原理
转 位
10/28/2024
分子生物学原理
第二节、基因工程
• 基因工程：是用分离纯化或人工合成的 DNA在体外与载体DNA结合，成为重组 DNA，用以转化宿主，筛选出能表达重 组DNA的活细胞，加以纯化、传代、扩 增，成为克隆。也叫基因克隆或重组 DNA技术。
切割后与原来载体比较。
• 利用核酸杂交和放射自显影进行鉴定：用目 的基因作探针监测宿主DNA是否重组体。
10/28/2024
分子生物学原理
DNA重组体的筛选与鉴定
•灭 活法筛 选重组 体。
分子生物学(全套课件396P)pdf(2024)
通过蛋白质的修饰、降解等方式来 调节蛋白质的活性和稳定性。
20
真核生物基因表达的调控
转录因子调控
转录因子通过与DNA结合，激活或抑制特定基因的转录。
表观遗传学调控
通过改变染色质结构和DNA甲基化等方式来影响基因的表达。
2024/1/30
microRNA调控
microRNA通过与mRNA结合，抑制其翻译或促进其降解来调控基 因表达。
与细胞生物学的关系
细胞生物学是研究细胞结构和功能的 科学，而分子生物学则是研究细胞内 生物大分子的结构和功能的科学。两 者在研究对象和研究方法上相互补充 ，共同揭示细胞的生命活动规律。细 胞生物学为分子生物学提供了研究对 象和研究背景，而分子生物学则为细 胞生物学提供了更深入的研究手段和 视角。
2024/1/30
2024/1/30
8
DNA的复制与修复
01
02
03
DNA复制的过程
起始、延伸和终止，其中 涉及多种酶和蛋白质的参 与。
2024/1/30
DNA复制的特点
半保留复制，新合成的 DNA分子中，一条链是旧 的，一条链是新的。
DNA修复的机制
包括直接修复、切除修复 、重组修复和SOS修复等 ，用于维护DNA分子的完 整性。
REPORTING
2024/1/30
11
RNA的分子组成与结构
RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，由磷酸、核糖和碱基三部分组成。
2024/1/30
RNA的碱基主要有4种，即A腺嘌呤、G鸟嘌呤、C胞嘧啶、U尿嘧啶，其 中，U（尿嘧啶）取代了DNA中的T。
RNA一般为单链长分子，不形成双螺旋结构，但是很多RNA也需要通过 碱基配对原则形成一定的二级结构乃至三级结构来行使生物学功能。
20
真核生物基因表达的调控
转录因子调控
转录因子通过与DNA结合，激活或抑制特定基因的转录。
表观遗传学调控
通过改变染色质结构和DNA甲基化等方式来影响基因的表达。
2024/1/30
microRNA调控
microRNA通过与mRNA结合，抑制其翻译或促进其降解来调控基 因表达。
与细胞生物学的关系
细胞生物学是研究细胞结构和功能的 科学，而分子生物学则是研究细胞内 生物大分子的结构和功能的科学。两 者在研究对象和研究方法上相互补充 ，共同揭示细胞的生命活动规律。细 胞生物学为分子生物学提供了研究对 象和研究背景，而分子生物学则为细 胞生物学提供了更深入的研究手段和 视角。
2024/1/30
2024/1/30
8
DNA的复制与修复
01
02
03
DNA复制的过程
起始、延伸和终止，其中 涉及多种酶和蛋白质的参 与。
2024/1/30
DNA复制的特点
半保留复制，新合成的 DNA分子中，一条链是旧 的，一条链是新的。
DNA修复的机制
包括直接修复、切除修复 、重组修复和SOS修复等 ，用于维护DNA分子的完 整性。
REPORTING
2024/1/30
11
RNA的分子组成与结构
RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，由磷酸、核糖和碱基三部分组成。
2024/1/30
RNA的碱基主要有4种，即A腺嘌呤、G鸟嘌呤、C胞嘧啶、U尿嘧啶，其 中，U（尿嘧啶）取代了DNA中的T。
RNA一般为单链长分子，不形成双螺旋结构，但是很多RNA也需要通过 碱基配对原则形成一定的二级结构乃至三级结构来行使生物学功能。
Chapter 18 Biosynthesis of Amino Acids , Nucleotides and RelatedMolecules
Chapter 18 Biosynthesis of Amino Acids , Nucleotides and RelatedMolecules第18章氨基酸，核酸，以及相关分子的生物合成1.ATP Consumption by Root Nodules in Legumes（豆类根瘤中的ATP消耗）Bacteria residing in the root nodules of the pea plant consume more than 20% of the ATP produced by the plant. Suggest why these bacteria consume so much ATP.：居住在豆类植物根瘤中的细菌要消耗多于植物产生的ATP的20%。
提出为什么这些细菌会消耗如此多的ATP。
2. Glutamate Dehydrogenase and Protein Synthesis（谷氨酸脱氢酶和蛋白质的合成）The bacterium Methylophilus methylotrophus can synthesize protein from methanol and ammonia. Recombinant DNA techniques have improved the yield of protein by introducing into M. methylotrophus the glutamate dehydrogenase gene from E. coli. Why does this genetic manipulation increase the protein yield?细菌Methylophilus methylotrophus可以从甲醇和氨水来合成蛋白质。
重组DNA技术已经通过向Methylophilus methylotrophus中引入来自于E. coli的谷氨酸脱氢酶基因改进了蛋白质的生产。
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2.Induction and repression of gene expression:
Induction or repression: turned on/off by environmental events, Some gene products rise and decrease in response to molecular signals.
Key term
housekeeping genes:
Some gene products are required all the time, and their genes are expressed at constant level in all the cells of a species or organism.
example: expression of insulin
Ⅲ. The modes of gene expression:
1.Constitutive gene expression (housekeeping gene) :
*expressing in almost all cells *expressing in all life period *influenced less by the environmental changes *housekeeping gene is constitutively expressed *only influenced by promoter and RNA polymerase
*repressible genes: decreased by repressors the decrease in gene expression is called repression.
Example: the enzymes catalyzing tryptophan biosynthesis.
Many of the genes for enzymes that catalyze steps in central metabolic pathways.
constitutive gene expression:
Constant, unregulated expression of the genes. It is only regulated by promoter and RNA pol.
*inducible genes: increased by inducers the process of increasing expression of the gene is called
induction. example: The expression of genes encoding DNA repair enzymes
Chapter 18
Regulation of gene expression
Based on the National
planning textbook，8th
edition, 2013
Section 1
Basic conception and characters of gene expression
DNA → mRNA → Protein (or DNA → RNA)
Ⅱ. Specificity of gene expression:
*Temporal specificity (Stage specificity) Not all genes are expressed all the time. In the human genome only a fraction are expressed at any given time. example: alpha fetal protein, AFP
in liver cancer cells, AFP is activated
*Spatial specificity (cell or tissue specificity) for specific tissue, some gene products have functions,
presence in very large amounts. Other gene products are needed in much smaller amounts.
3. Coordinate gene expression
➢ The genes that associate functionally are regulated to express together.
➢ Example: genes for enzymes and transport proteins participating in the same metabolism pathway (such as the enzymes for glycolysis)
Hale Waihona Puke . Gene expression:
The process in which gene was transcribed into RNA
and translated into protein. Or the process in which the functional product was
produced. (including the transcription of rRNA and tRNA)
Ⅳ. multiple levels and complexity of gene expression regulation:
➢Gene activation ➢Initiation of transcription ➢Posttranscriptional processing ➢Translation ➢Posttranslational modification
① ②
③
Ⅴ. Regulation of gene expression is the bases of growth and development :