基因表达过程图解共36页
合集下载
基因表达过程图解
内切酶切割 特定部位
5′
真核 mRNA 的 polyA 尾巴增强了 mRNA 的 稳 定 性 ， 并 在 mRNA 从 细胞核到细胞质的跨膜转运中发 挥重要作用
5′
polyA尾巴
富含GU 序列
α α
β 3′
ω
3′
-35序列 AACTGT
TTGACA
-10序列 ATATTA
TATAAT
5′ β′ 模板链 CCGGC
基因表达与蛋白质合成
转录与翻译
制作人：江田
转录
原核生物转录区域上游序列
操纵基因：原核生物 的表达调控依赖于操 纵基因，这是与启动 子连接的一段序列， 可控制基因的转录起 始。当抑制因子附着 在操纵子上时基因关 闭，脱离后，RNA聚合 酶便接触启动子，起 始转录 正调控因子 结合区
启动子是位于结构基因5
5′
3′
α
ω α 5′
-10序列 -35序列 AACTGT TTGACA
σ亚基
T T A A T A
T A T A A T
3′ β 5′ 模板链 转录区域 非模板链 3′
β′
转录第三阶段------转录延伸
σ 因子被释放后， RNA 聚合 酶核心酶能以正确的取向与 解链后的有关单链相互作用， 形成开链复合物。核心酶催 化 RNA链延伸，这种共价延 伸 发 生 在 DNA 的 局 部 解 链 区——转录泡内
+1
八聚体盒 3′
-140 -120 -100
GC盒
-80
CAAT盒
-60
GC盒
-40 -30
TATA盒
-20
模板链 5′ 转录区域 3′ 非模板链
5′
转录第一阶段------模板的识别 原核生物
5′
真核 mRNA 的 polyA 尾巴增强了 mRNA 的 稳 定 性 ， 并 在 mRNA 从 细胞核到细胞质的跨膜转运中发 挥重要作用
5′
polyA尾巴
富含GU 序列
α α
β 3′
ω
3′
-35序列 AACTGT
TTGACA
-10序列 ATATTA
TATAAT
5′ β′ 模板链 CCGGC
基因表达与蛋白质合成
转录与翻译
制作人：江田
转录
原核生物转录区域上游序列
操纵基因：原核生物 的表达调控依赖于操 纵基因，这是与启动 子连接的一段序列， 可控制基因的转录起 始。当抑制因子附着 在操纵子上时基因关 闭，脱离后，RNA聚合 酶便接触启动子，起 始转录 正调控因子 结合区
启动子是位于结构基因5
5′
3′
α
ω α 5′
-10序列 -35序列 AACTGT TTGACA
σ亚基
T T A A T A
T A T A A T
3′ β 5′ 模板链 转录区域 非模板链 3′
β′
转录第三阶段------转录延伸
σ 因子被释放后， RNA 聚合 酶核心酶能以正确的取向与 解链后的有关单链相互作用， 形成开链复合物。核心酶催 化 RNA链延伸，这种共价延 伸 发 生 在 DNA 的 局 部 解 链 区——转录泡内
+1
八聚体盒 3′
-140 -120 -100
GC盒
-80
CAAT盒
-60
GC盒
-40 -30
TATA盒
-20
模板链 5′ 转录区域 3′ 非模板链
5′
转录第一阶段------模板的识别 原核生物
第六单元第20讲基因表达
核糖体RNArRNA： 核糖体 的组成成分
回扣基础
突破考点
强化审答
集训真题
练出高分
回扣基础·构建网络
[判一判]
1．若核酸中出现碱基T或五碳糖为脱氧核糖，则必为DNA ( √ )
2．若A≠T、C≠G，则为单链DNA；若A＝T、C＝G，则一般认为
是双链DNA
(√ )
3．若出现碱基U或五碳糖为核糖，则必为RNA
考点一
核心突破
命题探究
技法提炼
突破考点·提炼技法
考点二 分析中心法则
1． 利用流程图分类剖析中心法则 (1)写出细胞生物及噬菌体等DNA病毒的中心法则
答案
(2)写出烟草花叶病毒等大部分RNA病毒的中心法则
答案
(3)写出HIV等逆转录病毒的中心法则
答案
(4)总结所有生物的中心法则
答案
考点二
核心突破
命题探究
61 种；终止密码有 3 种，不决定氨基酸；起始密码子有 2
种，决定氨基酸。
回扣基础
突破考点
强化审答
集训真题
练出高分
回扣基础·构建网络
(2)反密码子存在于 tRNA 上(如下图)
回扣基础
突破考点
强化审答
集训真题
练出高分
回扣基础·构建网络
判一判 (1)密码子位于mRNA上，是由三个相邻碱基组成的，密
考点一
核心突破
命题探究
技法提炼
突破考点·提炼技法
2 如图为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图，请据图回答下列问题。
(5)已知 AUG、GUG 为起始密码子，UAA、UGA、UAG 为终止密码子。 某信使 RNA 的碱基排列顺序如下：A—U—U—C—G—A—U—G— A—C……(40 个碱基)……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U。此信使
回扣基础
突破考点
强化审答
集训真题
练出高分
回扣基础·构建网络
[判一判]
1．若核酸中出现碱基T或五碳糖为脱氧核糖，则必为DNA ( √ )
2．若A≠T、C≠G，则为单链DNA；若A＝T、C＝G，则一般认为
是双链DNA
(√ )
3．若出现碱基U或五碳糖为核糖，则必为RNA
考点一
核心突破
命题探究
技法提炼
突破考点·提炼技法
考点二 分析中心法则
1． 利用流程图分类剖析中心法则 (1)写出细胞生物及噬菌体等DNA病毒的中心法则
答案
(2)写出烟草花叶病毒等大部分RNA病毒的中心法则
答案
(3)写出HIV等逆转录病毒的中心法则
答案
(4)总结所有生物的中心法则
答案
考点二
核心突破
命题探究
61 种；终止密码有 3 种，不决定氨基酸；起始密码子有 2
种，决定氨基酸。
回扣基础
突破考点
强化审答
集训真题
练出高分
回扣基础·构建网络
(2)反密码子存在于 tRNA 上(如下图)
回扣基础
突破考点
强化审答
集训真题
练出高分
回扣基础·构建网络
判一判 (1)密码子位于mRNA上，是由三个相邻碱基组成的，密
考点一
核心突破
命题探究
技法提炼
突破考点·提炼技法
2 如图为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图，请据图回答下列问题。
(5)已知 AUG、GUG 为起始密码子，UAA、UGA、UAG 为终止密码子。 某信使 RNA 的碱基排列顺序如下：A—U—U—C—G—A—U—G— A—C……(40 个碱基)……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U。此信使
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。
第20讲 基因的表达
酪氨酸酶基因异常
↓ 酪氨酸酶缺乏 ↓
不能合成黑色素
↓ 白化病症状
3.基因与性状的关系 （1）一般来说，基因决定生物体的性状 （2）基因与性状的关系并不都是简单的线性关系 一个基因控制一个性状（基因的特异性）；如白化病
一个基因控制多个性状（基因的多效性）；如翻毛鸡
多个基因控制一个性状（多基因效应）；如身高
（2）细胞质基因与细胞核基因的区别 细胞质基因 存在部位 是否与蛋白 质结合 基因数量 遗传方式 功能 叶绿体、线粒 体、细菌质粒 否，DNA分子裸露 少 母系遗传 复制，转录，翻译 细胞核基因 细胞核中
与蛋白质结合成为染色体
多 遵循孟德尔遗传规律 复制，转录，翻译
DNA转录 DNA→RNA
DNA一条链
含AUGC的4种核 糖核苷酸 含AUGC的 4种核糖核苷酸
RNA
绝大多数生物
RNA复制 RNA→RNA
RNA
RNA
以RNA为遗传物质 的生物（如烟草花 叶病毒） 某些致癌病毒 （如艾滋病病毒）
RNA逆转录 RNA→DNA
RNA
含ATGC的 4种脱氧核苷酸
DNA
翻译 （RNA→多肽）
(4) 极少数RNA还具有催化作用
三.遗传信息的转录 1.转录的概念 主要在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成RNA （tRNA,rRNA,mRNA)的过程称为转录
2.转录的过程-以蛋白质的表达为例
RNA聚合酶有解旋DNA， 连接核糖核苷酸生成磷 酸二酯键的功能
四.遗传信息的翻译
1.翻译的概念 游离在细胞质中的20种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定 氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫做翻译。
④相关计算 基因中的碱基数：mRNA中的碱基数 ：氨基酸数(不考虑终止密码子的情况下） 6 3 1
基因的表达课件ppt
转录水平调控
基因表达首先经历转录水平的调控，即DNA转录成RNA的过程，这种调控可以控制RNA 的种类和数量。
翻译水平调控
转录完成后，RNA需要进行翻译，即RNA转变为蛋白质的过程，这种调控可以控制蛋白 质的种类和数量。
表观遗传调控
除了转录和翻译水平的调控外，基因表达还受到表观遗传调控的影响，这种调控可以通过 修饰DNA或RNA来影响基因的表达。
基因的分类
根据功能和结构，基因可分为编码基因和非编码基因。
基因表达的必要性
生物生长和发育
基因表达是生物生长和发育的基础，通过基因的表达，生物体会产生相应的蛋白 质，进而实现生物的生长发育。
环境应答
基因表达也是生物对环境应答的基础，生物体会根据环境的变化，通过基因的表 达来调整自身的状态。
基因表达的调控
某些基因的突变可以导致基因表达异常，进而引发疾病 ，如遗传性疾病、癌症等。
基因甲基化
DNA甲基化是调节基因表达的重要方式之一，当甲基化 异常时，基因表达也会受到影响，进而可能导致疾病发 生。
基因印记
基因印记是指来自父母双方的基因在表达上存在差异， 这种差异可能导致一些疾病的发生。
通过基因表达研究疾病分子机制
基因编辑技术
改进和优化CRISPR-Cas9等基因编辑技术，使其更加精准、高效、 安全。
未来可能的研究热点和挑战
跨学科融合
整合生物学、化学、物理学和计算机科学等多学科的前沿技术与方法，为基因表达研究提供新的视角和工具。
数据科学在基因表达研究中的应用
充分利用大数据和人工智能技术，挖掘基因表达数据的隐藏信息和规律。
以基因表达为靶点的药物开发
靶点
通过研究基因表达在疾病中的作用，科学家们可以找到新的药物靶点，这些 靶点可以是调控基因表达的分子或者是与基因表达相关的通路。
基因表达首先经历转录水平的调控，即DNA转录成RNA的过程，这种调控可以控制RNA 的种类和数量。
翻译水平调控
转录完成后，RNA需要进行翻译，即RNA转变为蛋白质的过程，这种调控可以控制蛋白 质的种类和数量。
表观遗传调控
除了转录和翻译水平的调控外，基因表达还受到表观遗传调控的影响，这种调控可以通过 修饰DNA或RNA来影响基因的表达。
基因的分类
根据功能和结构，基因可分为编码基因和非编码基因。
基因表达的必要性
生物生长和发育
基因表达是生物生长和发育的基础，通过基因的表达，生物体会产生相应的蛋白 质，进而实现生物的生长发育。
环境应答
基因表达也是生物对环境应答的基础，生物体会根据环境的变化，通过基因的表 达来调整自身的状态。
基因表达的调控
某些基因的突变可以导致基因表达异常，进而引发疾病 ，如遗传性疾病、癌症等。
基因甲基化
DNA甲基化是调节基因表达的重要方式之一，当甲基化 异常时，基因表达也会受到影响，进而可能导致疾病发 生。
基因印记
基因印记是指来自父母双方的基因在表达上存在差异， 这种差异可能导致一些疾病的发生。
通过基因表达研究疾病分子机制
基因编辑技术
改进和优化CRISPR-Cas9等基因编辑技术，使其更加精准、高效、 安全。
未来可能的研究热点和挑战
跨学科融合
整合生物学、化学、物理学和计算机科学等多学科的前沿技术与方法，为基因表达研究提供新的视角和工具。
数据科学在基因表达研究中的应用
充分利用大数据和人工智能技术，挖掘基因表达数据的隐藏信息和规律。
以基因表达为靶点的药物开发
靶点
通过研究基因表达在疾病中的作用，科学家们可以找到新的药物靶点，这些 靶点可以是调控基因表达的分子或者是与基因表达相关的通路。
基因表达(基因工程课件)
目的蛋白质稳定性高。
目的蛋白质易于分离: 利用亲和层析技术，可以快速 获得纯度较高的融合蛋白。
目的蛋白质表达率高: 与受体蛋白质共用一套表达元件。 目的蛋白质溶解性好：融合蛋白质在胞内形成良好的空
间构象，且大多具有水溶性。 目的蛋白质需要回收：融合蛋白质需要裂解和进一步
分离，才能获得目的蛋白。
目的基因表达
CONTENTS
目 录
01 基因表达载概体念的 概 念 、 种 类
02 基因表达载和体调的控特条点件 、 功 能
03
原核与真质核粒生物基因表达的主要差异
04
基因表达过程
05
影响外源基因表达的因素
03
蛋白质的表达形式
基因表达：指基因携带的遗传信息，经过 转录、翻译、加工修饰等复杂过程，产生 具有生物学功能的蛋白质过程。
mRNA上与核糖体16sRNA结合的序列。
原核生物肽链合成的延长：
1.进位: 氨基酰-tRNA结合到 核糖体A位。
氨基酸2
氨基酸1
2.成肽:转肽酶催化，P位上起 始氨基酰-tRNA上的氨基酸 与A位上氨基酰-tRNA的氨基 形成肽键。
CA A G G A
ACUAGGUUCCUGCUAG
3.转位：转位酶催化，A位的 肽酰-tRNA移入P位。
转录延长：
启动子清除，σ亚基脱落， RNA聚合酶核心酶变构，与 模板结合松弛，沿着DNA模 板前移，在核心酶作用下 NTP不断聚合，RNA链不断 延长。
核心酶
β ωα
α
β’
全酶 σ
原核生物：在同一DNA模板上，有多个转录同时进行（羽毛
状现象），转录尚未完成，翻译已在进行。
真核生物：转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜
目的蛋白质易于分离: 利用亲和层析技术，可以快速 获得纯度较高的融合蛋白。
目的蛋白质表达率高: 与受体蛋白质共用一套表达元件。 目的蛋白质溶解性好：融合蛋白质在胞内形成良好的空
间构象，且大多具有水溶性。 目的蛋白质需要回收：融合蛋白质需要裂解和进一步
分离，才能获得目的蛋白。
目的基因表达
CONTENTS
目 录
01 基因表达载概体念的 概 念 、 种 类
02 基因表达载和体调的控特条点件 、 功 能
03
原核与真质核粒生物基因表达的主要差异
04
基因表达过程
05
影响外源基因表达的因素
03
蛋白质的表达形式
基因表达：指基因携带的遗传信息，经过 转录、翻译、加工修饰等复杂过程，产生 具有生物学功能的蛋白质过程。
mRNA上与核糖体16sRNA结合的序列。
原核生物肽链合成的延长：
1.进位: 氨基酰-tRNA结合到 核糖体A位。
氨基酸2
氨基酸1
2.成肽:转肽酶催化，P位上起 始氨基酰-tRNA上的氨基酸 与A位上氨基酰-tRNA的氨基 形成肽键。
CA A G G A
ACUAGGUUCCUGCUAG
3.转位：转位酶催化，A位的 肽酰-tRNA移入P位。
转录延长：
启动子清除，σ亚基脱落， RNA聚合酶核心酶变构，与 模板结合松弛，沿着DNA模 板前移，在核心酶作用下 NTP不断聚合，RNA链不断 延长。
核心酶
β ωα
α
β’
全酶 σ
原核生物：在同一DNA模板上，有多个转录同时进行（羽毛
状现象），转录尚未完成，翻译已在进行。
真核生物：转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜
基因表达(打印)
第4章基因表达使用说明1、复习课，依据导学案学习目标及重点回顾课本内容，独立完成“自主学习”部分，用红笔标注重点、疑点。
（可查阅相关资料）2、课堂上通过小组合作、互动、展示、点评加深对本节知识的理解达成目标学习目标①知识目标：能说出RNA分子的组成和种类；能说明遗传信息的转录和翻译过程；能概述中心法则的提出和发展；能举例说明基因、蛋白质与性状的关系。
②能力目标：学会分析碱基与氨基酸的对应关系，并学会比较各过程之间的异同。
③情感目标：通过本节课的学习，学生能树立联系的观点。
学习重点能说明遗传信息的转录和翻译过程。
自主学习一、DNA与RNA的比较项目DNA RNA全称组成成分碱基磷酸磷酸磷酸五碳糖基本单位空间结构规则的结构通常是单链结构类型通常只有一种三种：分布主要在中主要在中功能主要的遗传物质，只要生物体内有DNA，DNA就是遗传物质①生物体内无DNA时，RNA是遗传物质；②参与蛋白质的合成，即翻译工作；③少数RNA有催化作用鉴定被染成色被染成色相同点：①化学组成成分中都有磷酸及碱基A、C、G；②二者都是核酸，核酸中的碱基序列代表遗传信息；联系：RNA是以DNA的一条链为模板转录产生的，即RNA的遗传信息来自DNA。
二、转录与复制的异同（下表：）阶段项目复制转录时间生长发育的连续过程进行场所模板以为模板以为模板原料条件需要特定的酶和A TP 需要特定的酶和A TP过程在酶的作用下，两条扭成螺旋的双链解开，以解开的每段链为模板，按碱基互补配对原则（A—T、C—G、T—A、G—C）合成与模板互补的子链；子链与对应的母链盘绕成双螺旋结构在细胞核中，以DNA解旋后的一条链为模板，按照A—U、G—C、T—A、C—G的碱基互补配对原则，形成mRNA，mRNA从细胞核进入细胞质中，与核糖体结合产物特点边解旋边复制；复制（每个子代DNA含一条母链和一条子链）边解旋边转录；DNA双链分子全保留式转录（转录后DNA仍保留原来的双链结构）遗传信息的传递方向遗传信息从亲代DNA传给子代DNA分子遗传信息由DNA传到RNA注：细胞中因有DNA和RNA ，所以就整个细胞而言，嘌呤和嘧啶未必相等。
第四节基因表达
主要基因工程表达体系比较
表达体系 产 物 产生部位 培养方式 提 纯 产物活性
潜在危性
大肠杆菌 多肽蛋白质 菌体内 融合蛋白质
容易
一般
部分高产
对原核好 对真核差
不大
酵 母 多肽蛋白质 菌体内 糖基化蛋白 外分泌
容易 可高产
菌体内 真核的接近 稍复杂 天然产物
不大
哺乳动物 完 整 外分泌 糖基化蛋白
该质粒在PRPL启动子下游插入 proteinG的IgGFc结合区基因片 段180个碱基对，下游是多克隆位 点，引入剪切融合蛋白具有与IgG 结合的活性，可用亲和层析。简 化下游工艺。
融合表达质粒pBG-2的结构
⒉影响目的基因在大肠杆菌中 表达的因素
外源基因表达产量与细胞浓度和细 胞表达产量呈正相关。单个细胞 产量取决于： ⑴外源基因的拷贝数
①菌体生长力强 ②菌体内源蛋白酶要较弱 ③菌体性能稳定 ④分泌能力强
四、动物细胞中的基因表达
哺乳动物细胞外源基因表达产物 可由重组转化的细胞分泌到培养 液中，使产物易纯化。 基因产物糖基化接近天然产物。
细胞生长慢，生产率低， 条件刻苛，费用高， 培养液浓度较小。 表达的外源细胞均为传代细胞 表达产物是否致癌尚有疑问。
质粒pBV220的结构
pBV220系统国内使用最多的载体,其组成: ①来源于pUC8多克隆位点 ②核糖体rrnB基因终止信号 ③pBR322第4225～3735位 ④pUC18第2066～680位 ⑤λ噬菌体cIts857抑制子基因及PR启动子 ⑥pRC23的PL启动子及SD序列
pBV220系统优点：
⑤PR和PL启动子串联，可以增强启 动作用；
本系统宿主菌可以是大肠杆菌HB101、 JM103、C600，质粒拷贝数较多，因此 小量简便快速提取即可满足需要。