基因表达与调控研究技术共74页文档

03.11.2019
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（二）翻译的基本过程
1.起始
形成翻译起始复合物
2.延长
指每加一个氨基酸经过进位、成肽和转位
3.终止
●原核细胞
●真核细胞
RF1, RF2识别终止密码，RF3激活转 肽酶释放肽链
eRF同时具有上述功能
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1.起始 翻译起始复合物形成过程
大小亚基的拆分 mRNA与小亚基结合 fmet-tRNA的结合 核糖体大亚基结合
形成-S-S-等） ● 多蛋白（polyprotein）的水解修饰
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2. 空间结构修饰
● 折叠成天然构象 分子伴侣（molecular chaperon）帮助新生多
肽链折叠成高级结构的一类蛋白质
● 亚基聚合
● 辅基的结合（如糖基化等）
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(四)蛋白质的分拣与转运
● 连续性 ● 简并性 ● 通用性 ● 摆动性 ● 方向性
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● 氨基酸运输
tRNA
运输氨基酸
由氨基酰-tRNA 合成酶催化与氨 基酸的连接
DHU 环
具有绝对专一 性和校正功能
氨基酸臂
TC 环
额外环 (可变的)
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反密码子
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●肽链合成场所 核糖体（rRNA+蛋白质）
●原核细胞
转录终止的修饰点处切离并加尾
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ρ因子和RNA转录产物结合RNA聚合酶构象改变引起转录终止
DNA
RNA-pol
3´
RNA
polyC
5’
ρ
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总结：
基因 控制
间接 控制
酶的合成 控制
细胞代谢
蛋白质结构
蛋白质
直接 控制
控制 性状 基因控制性状的两条途径： 途径一： 基因 酶 代谢 途径二： 基因 结构蛋白
性状（间接） 性状（直接）
一、基因表达产物与性状的关系
➢其他实例
酒精（乙醇）
乙醇脱氢酶
乙醇脱氢酶 相关基因
乙醛 乙醛有毒，扩张血管
乙醛脱氢酶
性状
合成 代谢过程
正常 黑色素
生物性状
一、基因表达产物与性状的关系 （二）基因对性状的直接作用
请同学们自主阅读教材P71-72，思考并回答问题：
3.囊性纤维病病因是什么？ 4.通过以上实例基因如何控制控制生物的性状？
一、基因表达产物与性状的关系 （二）基因对性状的直接作用
资料3：在大约70％的囊性纤维化患者中，编码 CFTR蛋白（一种转运蛋白）的基因缺失了3个碱基， 导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，其空间结 构发生变化，使CFTR转运氯离子的功能出现异常， 导致患者支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺 部大量生长繁殖，最终使肺功能严重受损。
1. 为什么会出现白化症状？根本原因是什么？直接原因是什么？ 2. 用文字和箭头总结基因、酶与性状之间的关系。
一、基因表达产物与性状的关系 （一）基因对性状的间接作用
➢实例二：白化病
编码酪氨酸酶的基因正常
基因型
控制
编码酪氨酸酶的基因异常
酪氨酸酶正常
酶
酪氨酸酶不能合成
酪氨酸转化为黑色素
表现正常
正常人
珠蛋白 胰岛素mRNA mRNA
-
-
+
-
-

(× ) (7)细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板,提高转录效率。
(× )
长句应答
下图示信息显示一条mRNA可结合多个核糖体,其意义是 少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质 。
二、中心法则及基因表达与性状的关系 1.中心法则 (1)提出者: 克里克 。 (2)补充后的内容图解:
【备考2023】高考生物一轮复习 第6单元 第19讲 基因的表达
素养目标
一、遗传信息的转录和翻译 1.RNA的结构和种类
核糖核苷酸
A、U、G、C
单链
mRNA
反密码子
核糖体
2.遗传信息的转录
RNA聚合酶 RNA
细胞核 线粒体
叶绿体
信使RNA
核糖体RNA
转运RNA
பைடு நூலகம்
RNA聚合酶
一条链 核糖核苷酸
考点一 遗传信息的表达
新教材
新高考
(1)教材新增:mRNA和tRNA的3'端和5' 端
结合DNA双螺旋结构模型及RNA
(2)教材改动:密码子表;密码子的破译 由选学变为“科学史话”
的结构,考查转录、翻译过程,培养 结构与功能观
角度一、转录和翻译过程分析 考向探究 考向1转录、翻译过程分析 1.(2022山东滕州期中)(不定项选择)科学家研究发现人体生物钟机理(部分) 如下图所示,下丘脑SCN细胞中,基因表达产物 PER蛋白浓度呈周期性变化,周期为24 h。 下列分析正确的是( ) A.per基因不只存在于下丘脑SCN细胞中 B.①过程需要解旋酶和RNA聚合酶 C.①过程的产物不能直接作为②过程的模板 D.图中的核糖体在mRNA上移动的方向是 从左向右
RNA聚合酶 mRNA

缺点
SSH技术对其实材料要求多
SSH技术得到的cDNA是限制酶消化的cDNA，不再是全场cDNA 所研究材料的差异不能太大
差异显示技术(differential display,DD)
差异显示(differential display,DD)是1992年由美 国波斯顿Dena-Faber 癌症研究所的Liang Peng 博士 和Arthur Pardee 博士建立的筛选基因差异表达的有 效方法。是将mRNA反转录技术和PCR技术二者结 合发展起来的一种RNA指纹图谱技术，因此也称为 DDRT-PCR。每一种细胞组织（同一组织细胞经不 同的处理）都有其特异表达的不同于其他组织细胞 的基因普，即特异的RNA指纹图谱。
Rsa I 酶切
cDNA 末端接头连接
E
实验流程
由RNA合成 cDNA
Rsa I 酶切
A, B, C, D cDNA 末端接头连接
E
末端补齐 第一次消减杂交 第二次消减杂交 末端补齐 第一次PCR扩增 第二次PCR扩增 E E 富集差异表达基因
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A B C
D
实验流程
由RNA合成 cDNA A B C D 第一次消减杂交
差减杂交技术原理
差减杂交（SH）具有富集作用，有利于克隆 低丰度基因esentationaldifferenec analysis, RDA)
抑制性差减杂交(suppression subtractive hybridization SSH)
Driver cDNA （过量）
Tester cDNA with Adaptor 2R
A B C D
ห้องสมุดไป่ตู้
A
B
C D
实验流程

阿拉伯糖操纵子的基因结构图
操纵子由结构基因B、A、D以及调控元件I1、 I2、O1、O2和启动子构成。araC基因编码调 节蛋白AraC。
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AraC 对阿拉伯糖操纵子的调节图
不存在阿拉伯糖时，AraC二聚体与O1、O2及I1 结合，二聚体间相互作用使DNA弯曲成环结构。
由于I2不被占据，B、A、D基因不发生转录，但
例:色氨酸操纵子表达的调控有两种方式: a.通过阻遏蛋白的负调控 b.通过衰减子作用
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（2）转录衰减的调控
调节区
trpR RNA聚P合酶O
RNA聚合酶
Trp 低时
Trp 高时 Trp
140个核苷酸
结构基因
mRNA 6700个核苷酸
色氨酸操纵子
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调节区
trpR
PO
前导序列
前导mRNA
1
2
结构基因
(constitutive gene expression)
基因较少受环境因素影响，而是在个 体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织 中持续表达，或变化很小。如管家基因。
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（二）诱导和阻遏表达
诱导表达(induction expression)
在特定环境信号刺激下，有些基 因的表达表现为开放或增强。
阻遏表达(repression expression)
在特定环境信号刺激下，有些基因 的表达表现为关闭或下降。
6
协调表达(coordinance expression)
在一定机制下，功能相关的一组 基因，协调一致，共同表达。
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四、基因表达的调控的概念
机体各种细胞中含有的相同遗传 信息(相同的结构基因)，根据机体的 不同发育阶段、不同的组织细胞及不 同的功能状态，选择性、程序性地表 达特定数量的特定基因的过程。

真核生物基因表达与调控
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。

2024/1/26
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蛋白质在细胞中的作用
蛋白质可以作为酶催化生物体内 的化学反应，维持生命活动的正 常进行。
蛋白质可以作为载体运输物质， 如血红蛋白运输氧气和二氧化碳 。
蛋白质可以作为抗体参与免疫反 应，保护机体免受病原体的侵害 。
蛋白质是细胞结构和功能的基础 ，参与细胞的各种生命活动，如 催化、运输、免疫、调节等。
2024/1/26
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基因表达调控的分子机制
DNA结合蛋白的作用
识别并结合特定DNA序列，影响基因转录。
染色质结构与基因表达
染色质结构的变化可影响基因的可及性和转 录活性。
2024/1/26
信号转导与基因表达调控
细胞外信号通过信号转导途径影响基因表达 。
转录后调控机制
包括mRNA剪接、转运、定位和降解等过程 对基因表达的调控。
比较基因组学分析
通过比较不同物种或不同个体之间的基因组差异，揭示物种进化、基 因功能等生物学问题。
生物信息学在基因组学中的应用
利用生物信息学方法对基因组数据进行挖掘和分析，发现新的基因、 突变位点以及与疾病相关的遗传变异等。
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THANK YOU
感谢观看
2024/1/26
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2024/1/26
8
DNA的复制与修复
01
02
03
DNA复制的过程
起始、延伸和终止三个阶 段，涉及多种蛋白质和酶 的参与。
2024/1/26
DNA复制的特点
半保留复制、半不连续复 制等。
DNA修复的机制
直接修复、切除修复、重 组修复和SOS修复等，用 于纠正复制过程中产生的 错误。
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DNA的转录与表达

表观遗传 2.小鼠毛色遗传
小 鼠 毛 色 受 基 因 Avy 和 a 的 控 制 ， Avy 为显性，表现为黄色，a为隐性，表现为 黑色。纯种黄色小鼠与纯种黑色小鼠杂交， 子代小鼠基因型为Avya，却表现出黄色和 黑色之间的一系列过渡类型。研究表明， 在Avy基因前端有一段特殊碱基序列具有 多个可发生DNA甲基化修饰的位点。
段外来的DNA序列，使编码 因异常
淀粉分支酶的基因被打乱
↓
↓
不能合成 酪氨酸酶
淀粉分支酶 异常，活性降
↓
低
酪氨酸 不能转变为黑色素
↓
↓
细胞内 淀粉 含量下降
表现出白化症状
↓
豌豆成熟时，淀粉含量低而
失水皱缩
控制编码苯丙氨酸羧化酶的基因异常 ↓
不能合成苯丙氨酸羧化酶 ↓
主要代谢途径受阻（在苯丙氨酸羧化酶作用 下将苯丙氨酸转化为络氨酸），次要代谢途
④生物的性状还受环境条件的影响 (生物的表型=基因型+环境)
例如：水毛茛在空气中和水中有两种类型的叶
1、基因对性状的控制
讲
间接控制：基因通过指导酶的合成 来控制代谢过程 进而控制生物体的性状
（皱粒豌豆的形成、人的白化病的形成、苯丙酮尿症）
直接控制：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 （囊性纤维病、镰刀型细胞贫血症）
↓
↓
CFTR蛋白缺少苯丙氨酸
血红蛋白的结构异常
↓
↓
CFTR蛋白空间结构异常，导致CFTR转运
红细胞呈现弯曲的镰刀状
氯离子功能异常
患者的红细胞容易破裂，使人患溶血性
患者支气管中粘液增多，官腔受阻，细
贫血，严重时会导致死亡
菌在肺部大量生长繁殖，肺功能严重受