基因表达的概念和特点

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）。

第十三章基因表达调控一、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。

第4章基因的表达第1节基因指导蛋白质的合成一、RNA的结构与种类1．RNA的结构（与DNA的比较）2．RNA的种类及其作用注：RNA是DNA转录的产物。

(1)(2)(3)二、遗传信息的转录1．概念2.过程DNA的结构①磷酸②碱基：A、T、G、C③脱氧核糖规则的双螺旋结构五碳糖不同碱基不同3．如图为一段DNA分子，如果以β链为模板进行转录；DNAα链……A T G A T A G G G A A A C……β链……T A C T A T C C C T T T G……mRNA ……A U G A U A G G G A A A C……该mRNA与β链的碱基序列互补配对。

4.该mRNA与α链的碱基序列有哪些异同？提示：二者的碱基序列基本相同，不同的是α链中碱基T的位置，在mRNA中是碱基U。

[师说重难]1.比较DNA的复制和转录2．转录有关问题分析(1)转录不是转录整个DNA，而是转录其中的基因。

不同种类的细胞，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA的种类没有差异。

(2)细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜，需要能量。

(3)完成正常使命的mRNA易迅速降解，保证生命活动的有序进行。

(4)质基因(线粒体和叶绿体中的基因)控制蛋白质合成过程时也进行转录。

(5)mRNA与DNA模板链碱基互补，但与非模板链碱基序列基本相同，只是用U代替T。

(6)转录时，边解旋边转录，单链转录。

三、遗传信息的翻译 1．密码子(1)概念：mRNA 上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基。

(2) 种类(共64种)⎩⎪⎨⎪⎧起始密码子：AUG (甲硫氨酸)、GUG (缬氨酸、甲硫氨酸)终止密码子：UAA 、UAG 、UGA其他密码子2．tRNA ：RNA 链经过折叠，看上去像三叶草的叶形，其一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基可以与mRNA 上的密码子互补配对，叫作反密码子。

3．翻译(1)概念 (2)过程1．翻译能够准确进行的原因是什么？提示：mRNA 为翻译提供了精确的模板；mRNA 与tRNA 之间通过碱基配对原则保证了翻译能够准确地进行。

什么是基因表达基因表达是指基因中的信息被转化为功能性产物的过程，包括从DNA到RNA的转录（transcription）和从RNA到蛋白质的翻译（translation）两个主要步骤。

这一过程是生物体中基因信息转化为生物功能的关键步骤。

基本的基因表达过程包括以下几个步骤：1. 转录（Transcription）：在细胞核内，DNA的双螺旋结构被RNA聚合酶酶解为单链RNA，形成称为mRNA（信使RNA）的分子。

这个过程是DNA信息的复制，生成一个与特定基因相对应的RNA分子。

2. RNA剪接（RNA Splicing）：在一些基因表达过程中，mRNA 分子可能会经历剪接，即非编码的区域（内含子）被剪除，而编码蛋白质的区域（外显子）被保留。

这是通过剪接体（spliceosome）等细胞器负责的。

3. RNA修饰（RNA Modification）：在转录过程中，RNA分子可能会经历一些修饰，例如加上帽子（5'端）和尾巴（3'端），以提高mRNA的稳定性、传递性和翻译的有效性。

4. 翻译（Translation）：在细胞的核糖体（ribosome）中，mRNA上的信息被读取，并翻译成氨基酸序列，从而合成蛋白质。

翻译的过程涉及到tRNA（转运RNA）和蛋白质合成机器。

5. 蛋白质折叠与修饰：合成的蛋白质在细胞中会经历折叠和修饰过程，确保它们具有正确的结构和功能。

6. 蛋白质功能表达：最终，合成的蛋白质在细胞中执行特定的功能，例如在细胞结构中提供支持、作为酶催化生化反应、参与细胞信号传导等。

基因表达的调控对于维持生物体的正常功能和适应环境变化非常重要。

这涉及到复杂的调节网络，包括启动子、转录因子、RNA干扰等分子机制。

基因表达的失调可能导致细胞功能紊乱，甚至引起疾病。

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。

基因表达的规律和特点
基因表达的规律和特点如下：
1、规律：基因表达受到多种因素的调控，包括细胞类型、发育阶段、环境刺激等。

在不同细胞类型和发育阶段，基因表达的模式会有差异。

此外，基因表达还受到转录因子、DNA甲基化、组蛋白修饰等调控机制的影响。

2、特点：
1)基因表达是一个动态过程，可以随着时间的推移而改变。

某些基因在特定时间点或特定条件下才会被激活或抑制。

2)基因表达的水平可以在不同细胞中有差异。

不同细胞类
型具有不同的功能和特征，与其相关的基因表达模式也会不同。

3)基因表达可以受到环境刺激的影响。

外界刺激（如温度、
光照、营养等）可以影响基因的表达水平。

4)基因表达的调控可以通过转录因子、DNA甲基化和组蛋
白修饰等方式实现。

转录因子可以结合到基因的启动子区域，并促进或抑制转录的发生。

DNA甲基化和组蛋白修饰可以改变染色质的结构，影响基因的可及性和转录的效率。

5)基因表达的调控是高度复杂的网络。

多个基因和调控元
件之间可以相互作用，形成复杂的调控网络。

这种调控
网络可以确保基因表达的准确性和稳定性。

总之，基因表达的规律和特点使得细胞能够在不同的条件下调整基因的表达水平，以适应外界环境并保持细胞功能的正常运作。

基因表达的规律和特点
基因表达是指细胞在特定条件下，将DNA 上的遗传信息转化为蛋白质的过程。

基因表达具有以下规律和特点：
1. 时空特异性：基因表达具有时间和空间的特异性。

不同的基因在不同的时间和不同的细胞类型中表达。

2. 组织特异性：不同的组织和器官中表达的基因也不同，这是由于不同组织和器官的功能和代谢需求不同。

3. 调控复杂性：基因表达受到多种因素的调控，包括转录因子、启动子、增强子、抑制子等。

4. 信号转导：细胞可以通过信号转导途径来调节基因表达，从而适应环境变化和细胞功能需求。

5. 多层次调控：基因表达的调控可以发生在多个层次上，包括转录、转录后、翻译和翻译后等。

6. 基因表达的稳定性和可变性：基因表达的稳定性是指细胞维持基因表达水平的能力，而可变性则是指细胞能够根据环境变化和细胞功能需求快速调整基因表达水平的能力。

7. 基因表达的遗传变异：不同个体之间的基因表达水平存在差异，这是由于基因的遗传变异和环境因素的影响。

基因表达是一个复杂的过程，受到多种因素的调控，具有时空特异性、组织特异性、调控复杂性、信号转导、多层次调控、稳定性和可变
性以及遗传变异等特点。

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。

（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。

如图：基因1可能以α链为模板，而基因2可能是以β链为模板，转录时为模板的链称为有义链，而另一条为反义链。

(2)发生场所真核：主要在细胞核，其次线粒体、叶绿体。

原核：细胞质模板：DNA的一条链原料：四种核糖核苷酸(3)条件能量：ATP酶：解旋酶、RNA聚合酶(4)原则：碱基互补配对原则: A配U ，G配C，C配G，T配A。

(5)具体过程：遗传信息的转录过程是在RNA聚合酶的催化作用下进行的，当RNA聚合酶与DNA分子的某一启动部位相结合时，DNA分子的这一片段的双螺旋结构解开，以其中的一条链为模板，聚合酶沿着该链移动，按照碱基互补配对原则，使细胞里已经存在的四种核糖核苷酸聚合成与该片段互补的信使RNA，这样储存于DNA分子中的遗传信息便转录到信使RNA分子上。