基因表达与性状的关系课件.pptx

课程简介欢迎来到基因表达调控的精彩课程。本课程将深入探索基因表达的全过程,包括转录、翻译、修饰等关键环节,以及各种调控机制如表观遗传、染色质重塑、非编码RNA等。我们将从基础理论到前沿应用全面解析基因表达调控的奥秘。

什么是基因表达基因表达是指细胞通过转录和翻译的过程,将基因遗传信息转化为功能性的生物分子,如蛋白质,从而发挥生物学功能。这涉及复杂的分子调控机制,包括染色质重塑、表观遗传调控、非编码RNA调控等。掌握基因表达的本质及其调控过程,是理解生命活动、疾病发生以及生物技术应用的关键。

基因表达的过程1DNA转录DNA基因上的信息首先被转录成为信使RNA(mRNA),这是基因表达的起点。RNA聚合酶识别并结合到基因的启动子区域,开始合成互补于DNA模板的mRNA分子。2mRNA加工新合成的mRNA需要经过剪接、帽子结构加成和poly(A)尾巴的加工,使其成熟并能够进入核糖体进行翻译。3蛋白质翻译成熟的mRNA分子被核糖体识别并结合,依次读取密码子,带着转运RNA(tRNA)的氨基酸进行蛋白质合成。这就是基因表达的最终产物-功能性蛋白质。

转录和转录调控启动子识别RNA聚合酶复合物通过特定的启动子序列识别目标基因,并结合到DNA上开始转录。转录起始在启动子处,RNA聚合酶解开DNA双链,并以单链DNA为模板合成互补的mRNA分子。转录延伸RNA聚合酶沿着基因序列移动,不断合成mRNA,同时对转录过程进行调控。转录终止当RNA聚合酶遇到终止信号时,会释放合成的mRNA分子并解离DNA模板。

转录因子的作用DNA结合转录因子通过特定的DNA结合结构识别和结合到基因的调控区域,这是转录调控的基础。转录复合物recruitment转录因子能招募RNA聚合酶复合物和其他辅助蛋白,形成完整的转录起始复合体。转录调控转录因子可通过与其他蛋白的相互作用,调节基因的转录效率,从而精细控制基因表达。

翻译和翻译调控蛋白质翻译利用成熟的mRNA分子作为模板,核糖体复合物按照密码子顺序添加氨基酸,最终合成出功能性的蛋白质。这个过程受到多种辅助因子的调控。翻译起始mRNA分子被核糖体复合物识别并结合,开始扫描读取密码子。启动子区域的特定序列可以调节此过程的效率。翻译延伸在核糖体上,tRNA分子带来特定的氨基酸并与mRNA上的密码子配对,形成肽键,从而逐步合成蛋白质。翻译终止当核糖体读取到终止密码子时,会释放合成好的蛋白质并解离mRNA,整个翻译过程得以完成。

蛋白质折叠和修饰1三维结构形成新合成的蛋白质链会自主折叠形成复杂的三维空间构象。2分子伴侣辅助分子伴侣蛋白通过协助折叠过程,确保蛋白质能正确折叠。3共价修饰蛋白质可以经历多种化学修饰,如磷酸化、糖基化等,改变其性质。4后翻译加工蛋白质还会经历剪切、二硫键形成等修饰,获得其最终功能状态。蛋白质在合成后必须正确折叠成其独特的三维结构,这需要许多分子伴侣蛋白的协助。同时,蛋白质还可以经历各种化学修饰,如磷酸化、糖基化等,进一步改变其性质和功能。这些后翻译修饰过程是基因表达调控的重要一环。

基因表达的调控机制基因表达受到精细的多层调控,包括转录水平、转录后水平和翻译水平的调控。这些调控机制确保细胞在不同条件下能够迅速调整基因表达,从而应对各种生理和环境变化。1转录调控:通过调节转录因子的表达和活性来控制基因的转录水平。转录后调控:利用RNA结合蛋白和非编码RNA调控mRNA的稳定性和翻译效率。翻译调控:调节翻译起始复合体的形成、延伸过程和终止过程,从而精细控制蛋白质的合成。蛋白质修饰调控:通过酶促的共价修饰,如磷酸化、乙酰化等改变蛋白质的结构和功能。蛋白质降解调控:利用泛素-蛋白酶体通路选择性降解特定蛋白质,以调节其浓度。

表观遗传调控1染色质重塑染色质的紧密程度和结构可以由专门的蛋白质复合物进行动态调节,影响基因的转录活性。2DNA甲基化DNA甲基化往往与基因沉默相关联,通过阻碍转录因子结合而抑制基因表达。3组蛋白修饰组蛋白上的各种共价修饰,如乙酰化、甲基化等,可以改变染色质的结构和功能。4非编码RNA调控各类小RNA可以通过与靶mRNA结合而抑制其转录或翻译,从而调控基因表达。

染色质重塑1核小体重塑DNA缠绕在组蛋白上形成核小体,其结构动态调节可影响基因转录。2染色质可塑性染色质重塑复合物通过ATP水解调节核小体位置,改变染色质紧密程度。3转录调控染色质重塑参与基因启动子区域的开放,调节转录因子结合和转录活性。染色质的动态重塑是表观遗传调控的重要机制。专门的染色质重塑复合物可利用ATP水解能量改变核小体的位置和结构,调节DNA在组蛋白上的包裹程度,从而动态地控制基因转录的开启和关闭。这种染色质的结构可塑性在细胞分化、器官发育等过程中发挥关键作用。

DNA甲基化DNA甲基化是一种重要的表观遗传调