《基因的表达冯春艳》课件.pptx

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1、基因的表达冯春艳基因的表达冯春艳 制作人：时间：2024年X月目录目录第第1 1章章 基因的表达冯春艳基因的表达冯春艳第第2 2章章 基因转录基因转录第第3 3章章 基因翻译基因翻译第第4 4章章 转录后调控转录后调控第第5 5章章 基因组的调控基因组的调控第第6 6章章 总结总结 0101第第1章章 基因的表达基因的表达冯冯春春艳艳 课程介绍和学习目标课程介绍和学习目标欢迎来到基因的表达冯春艳PPT课件。本课件旨在帮助您深入了解基因表达的过程和调节机制。学习本课件后，您将能够清晰地了解基因表达的三个关键步骤和两种基因调控机制，并掌握基因表达的相关实验技术。我们将通过多种页面类型，尽可能直观地

2、展示和解释相关概念和知识点。基因的表达概述基因的表达概述基因遗传信息被转录和翻译成蛋白质的过程基因表达是什基因表达是什么？么？转录、RNA加工和翻译基因表达的三基因表达的三个关键步骤个关键步骤 基因转录基因转录基因转录基因转录基因转录是指基因转录是指DNADNA被被RNARNA聚合酶复制成聚合酶复制成RNARNA的过程。它包括的过程。它包括三个步骤：启动子识别、转录初始的合成和转录终止。启三个步骤：启动子识别、转录初始的合成和转录终止。启动子是指转录因子识别的动子是指转录因子识别的DNADNA区域，转录因子是一类能结合区域，转录因子是一类能结合到启动子上的蛋白质，它们能控制基因的表达。转录初始

3、到启动子上的蛋白质，它们能控制基因的表达。转录初始的合成是指的合成是指RNARNA合成的第一个核苷酸被加入合成的第一个核苷酸被加入RNARNA链中，转录链中，转录终止则是终止则是RNARNA链终止合成并与链终止合成并与DNADNA模板分离。模板分离。RNARNA加工加工前体mRNA剪切、5端修饰、Poly(A)尾巴的添加等步骤RNARNA加工包括加工包括哪些步骤？哪些步骤？有助于细胞对基因表达的控制，使RNA分子获得了更多的功能RNARNA加工的重加工的重要性要性包括细胞类型、环境刺激和发育阶段等RNARNA加工的影加工的影响因素响因素 翻译翻译翻译翻译翻译是指翻译是指mRNAmRNA被核糖体

4、翻译成蛋白质的过程。它包括三个被核糖体翻译成蛋白质的过程。它包括三个步骤：启动子识别、步骤：启动子识别、ElongationElongation和和TerminationTermination。启动子。启动子是指启动子序列和翻译起始密码子的结合，是指启动子序列和翻译起始密码子的结合，ElongationElongation是是指氨基酸的附加和肽链的延长，指氨基酸的附加和肽链的延长，TerminationTermination则是指翻译则是指翻译终止并释放多肽链。翻译过程中，终止并释放多肽链。翻译过程中，tRNAtRNA和和rRNArRNA也扮演了重也扮演了重要的角色。要的角色。细胞内控制基因活

5、性的机制什么是基因调控？什么是基因调控？0103 02转录后水平调控和转录前水平调控基因调控的两种机制基因调控的两种机制转录前水平调控转录前水平调控转录前水平调控转录前水平调控染色质改变染色质改变转录因子的结合转录因子的结合DNADNA甲基化甲基化组蛋白修饰组蛋白修饰 转录后水平调控和转录前水平调控转录后水平调控和转录前水平调控转录后水平调控转录后水平调控转录后水平调控转录后水平调控微小微小RNARNA（miRNAmiRNA）的结合）的结合RNARNA编辑编辑核外剪接核外剪接启动子甲基化启动子甲基化 0202第第2章章 基因基因转录转录 转录的启动子识转录的启动子识转录的启动子识转录的启动子识

6、别别别别转录的启动子识别是指转录因子和转录的启动子识别是指转录因子和DNADNA序列发生特异性相互序列发生特异性相互作用的过程。主要有三个转录调节因子家族：顺式作用元作用的过程。主要有三个转录调节因子家族：顺式作用元件结合转录因子、组蛋白修饰酶和转录复合物。件结合转录因子、组蛋白修饰酶和转录复合物。顺式作用元件结合转录因子顺式作用元件结合转录因子主要作用于细胞分化和器官发育核内受体超家核内受体超家族族多数成对结合于DNA的主旋转轴成对结合成对结合同源基因家族编码组蛋白蛋白质组蛋白蛋白质 组蛋白修饰酶组蛋白修饰酶转录激活乙酰化酶乙酰化酶转录抑制脱乙酰化酶脱乙酰化酶转录激活或抑制甲基转移酶甲基转移

7、酶 转录复合物转录复合物合成rRNARNARNA聚合酶聚合酶I I合成mRNARNARNA聚合酶聚合酶IIII合成tRNARNARNA聚合酶聚合酶IIIIII 转录初始的合成转录初始的合成转录初始的合成转录初始的合成转录初始的合成是转录初始的合成是RNARNA聚合酶复合物扫描聚合酶复合物扫描DNADNA模板寻找起始模板寻找起始位点并合成位点并合成RNARNA链的过程。链的过程。RNARNA聚合酶复合物由聚合酶复合物由1616个亚基组个亚基组成，其中成，其中Rpb1Rpb1是最大的亚基，起始位点周围的区域称为转是最大的亚基，起始位点周围的区域称为转录泡，它的大小、形状和位置是在录泡，它的大小、形

8、状和位置是在DNADNA序列中预计算的。序列中预计算的。转录终止转录终止转录终止转录终止转录终止是指转录终止是指RNARNA链合成达到预定长度，链合成达到预定长度，RNARNA聚合酶复合物聚合酶复合物从从DNADNA模板分离的过程。有两种不同的转录终止机制：通用模板分离的过程。有两种不同的转录终止机制：通用终止和终止和rhorho因子终止。通用终止是因子终止。通用终止是RNARNA聚合酶复合物到达终聚合酶复合物到达终止密码子时停止合成，并在止密码子时停止合成，并在RNARNA链的链的33端加入端加入A/U-richA/U-rich序序列，使得列，使得RNARNA链与链与DNADNA模板不稳定结

9、合，随后模板不稳定结合，随后RNARNA聚合酶复聚合酶复合物从合物从DNADNA分离，分离，RNARNA链形成环状结构。链形成环状结构。rhorho因子终止是一因子终止是一种依靠种依靠rhorho因子识别因子识别RNARNA链的特定序列并解除链的特定序列并解除RNARNA聚合酶复聚合酶复合物与合物与DNADNA模板的后期终止机制。模板的后期终止机制。RNARNA加工的重要性加工的重要性5端修饰和Poly(A)尾巴的添加mRNAmRNA稳定性稳定性前体mRNA剪切转录调控转录调控前体mRNA剪切编码序列长度编码序列长度5端修饰和Poly(A)尾巴的添加转录速率转录速率前体前体前体前体mRNAmR

10、NAmRNAmRNA剪切剪切剪切剪切前体前体mRNAmRNA剪切是指转录后前体剪切是指转录后前体mRNAmRNA中去除内含子的过程。中去除内含子的过程。RNARNA结合蛋白在内含子的结合蛋白在内含子的55端和端和33端各结合一个，同时形端各结合一个，同时形成内含子鞘状结构。成内含子鞘状结构。RNARNA结合蛋白和内含子鞘结构组成剪切结合蛋白和内含子鞘结构组成剪切体，对前体体，对前体mRNAmRNA进行剪切。一些剪切调节因子可调控剪切进行剪切。一些剪切调节因子可调控剪切体的组装和活性，从而影响体的组装和活性，从而影响mRNAmRNA的剪切。的剪切。5555端修饰和端修饰和端修饰和端修饰和Poly

11、(A)Poly(A)Poly(A)Poly(A)尾巴的尾巴的尾巴的尾巴的添加添加添加添加55端修饰是指在端修饰是指在55端加上端加上7-7-甲基鸟苷，保护甲基鸟苷，保护mRNAmRNA不被降解。不被降解。Poly(A)Poly(A)尾巴的添加是指在尾巴的添加是指在33端加上端加上AdenosineAdenosine尾巴，提尾巴，提高稳定性和转录速率。高稳定性和转录速率。55端修饰和端修饰和Poly(A)Poly(A)尾巴的添加是尾巴的添加是两个相互独立的过程，由不同的酶所催化。两个相互独立的过程，由不同的酶所催化。0303第第3章章 基因翻基因翻译译 翻译的流程翻译的流程启动子序列、翻译起始因

12、子、密码子、核糖体启动启动密码子和tRNA适配性延伸延伸终止密码子和释放因子终止终止 翻译的启动翻译的启动核糖体与mRNA的起始位点结合的过程核糖体与核糖体与mRNAmRNA结合结合起始子序列、翻译起始因子启动因子启动因子 翻译的延伸翻译的延伸核糖体沿着mRNA逐个读取密码子并将其翻译成氨基酸的过程核糖体读取密核糖体读取密码子码子影响翻译延伸的因素密码子和密码子和tRNAtRNA适配性适配性 翻译的终止翻译的终止核糖体到达停止密码子时在mRNA和tRNA之间断裂并释放成品蛋白的过程核糖体释放成核糖体释放成品蛋白品蛋白影响翻译终止的因素终止密码子和终止密码子和释放因子释放因子 可改变蛋白质的活性

13、、稳定性和位置等性质蛋白质成型后的修饰过程蛋白质成型后的修饰过程0103 02磷酸化、乙酰化、葡萄糖基化常见的蛋白质修饰类型常见的蛋白质修饰类型介绍翻译与几种人类疾病的关联翻译异常与人类疾病翻译异常与人类疾病0103 02介绍一些翻译废物的类型和作用翻译废物翻译废物总结总结基因的表达过程中，翻译是将mRNA上的信息转化为蛋白质的过程。翻译分为启动、延伸、终止三个步骤，受到启动子序列、翻译起始因子、密码子、核糖体、tRNA适配性等因素的影响。翻译后的修饰和翻译异常都与人类疾病有关。翻译的流程翻译的流程翻译的流程翻译的流程翻译是将翻译是将mRNAmRNA上的信息转化为蛋白质的过程。翻译分为启上的信

14、息转化为蛋白质的过程。翻译分为启动、延伸、终止三个步骤，受到启动子序列、翻译起始因动、延伸、终止三个步骤，受到启动子序列、翻译起始因子、密码子、核糖体、子、密码子、核糖体、tRNAtRNA适配性等因素的影响。适配性等因素的影响。0404第第4章章 转录转录后后调调控控 miRNAmiRNAmiRNAmiRNA与与与与siRNAsiRNAsiRNAsiRNAmiRNAmiRNA和和siRNAsiRNA都是小分子都是小分子RNARNA，可以通过，可以通过RNARNA干扰途径介导干扰途径介导mRNAmRNA的降解和转录后调控。的降解和转录后调控。miRNAmiRNA和和siRNAsiRNA的结构和产

15、生机的结构和产生机制不同，但它们都能在细胞内发挥重要的生物学功能。制不同，但它们都能在细胞内发挥重要的生物学功能。miRNAmiRNA与与siRNAsiRNA的作用机的作用机制制miRNA和siRNA都能通过RNA干扰途径介导mRNA的降解和转录后调控。RNA干扰途径主要分为siRNA途径和miRNA途径。在siRNA途径中，通过Dicer酶将长dsRNA切割成短的siRNA，siRNA与RISC结合形成活性的RNA诱导复合物，RISC识别mRNA，并将其降解。在miRNA途径中，miRNA通过结合RISC与mRNA相互作用，在不断循环的过程中介导mRNA的降解。转录后调控的机转录后调控的机转

16、录后调控的机转录后调控的机制制制制转录后调控主要包括转录后调控主要包括RNARNA剪切、剪切、mRNAmRNA降解、转录后翻译调降解、转录后翻译调控和蛋白质的稳定性调控等。控和蛋白质的稳定性调控等。RNARNA剪切是指将剪切是指将RNARNA前体剪切前体剪切成多个可变剪接异构体，从而产生不同的成多个可变剪接异构体，从而产生不同的mRNAmRNA；mRNAmRNA的降的降解是指在细胞中通过核酸酶降解解是指在细胞中通过核酸酶降解mRNAmRNA分子；转录后翻译调分子；转录后翻译调控是指利用转录后修饰机制调控控是指利用转录后修饰机制调控mRNAmRNA的翻译；蛋白质的稳的翻译；蛋白质的稳定性调控是指

17、调控蛋白质合成后的降解速率。定性调控是指调控蛋白质合成后的降解速率。参与调控的重要RNA分子miRNAmiRNA0103RNA的具体化学修饰方式RNARNA编辑编辑02指针对RNA结合并调控RNA的蛋白质RNARNA结合蛋白结合蛋白RNARNA剪切和剪切和RNARNA编辑编辑是转录后表达调控的重要方式RNARNA剪切剪切RNA分子的具体化学修饰方式RNARNA编辑编辑这些异构体在功能上有很大差异RNARNA剪切产生剪切产生多个可变剪接多个可变剪接异构体异构体 siRNAsiRNAsiRNAsiRNA途径途径途径途径通过通过DicerDicer酶将长酶将长dsRNAdsRNA切割成切割成短的短的

18、siRNAsiRNAsiRNAsiRNA与与RISCRISC结合形成活性的结合形成活性的RNARNA诱导复合物诱导复合物RISCRISC识别识别mRNAmRNA，并将其降解，并将其降解miRNAmiRNAmiRNAmiRNA途径途径途径途径miRNAmiRNA通过结合通过结合RISCRISC与与mRNAmRNA相互相互作用作用在不断循环的过程中介导在不断循环的过程中介导mRNAmRNA的降解的降解RNARNARNARNA调调调调控控控控机机机机制制制制的的的的多多多多样样样样性性性性RNARNA调控机制具有多样性和复杂调控机制具有多样性和复杂性性转录后调控是一个复杂的系统转录后调控是一个复杂的

19、系统性调控过程性调控过程转录后水平调控转录后水平调控转录后水平调控转录后水平调控转录后水平调控转录后水平调控是指转录后产生的是指转录后产生的miRNAmiRNA、siRNAsiRNA、长链非编码、长链非编码RNARNA等通过等通过RNARNA干扰途径对干扰途径对mRNAmRNA进行负向调进行负向调控控RNARNA干扰途径主要分为干扰途径主要分为siRNAsiRNA途途径和径和miRNAmiRNA途径途径RNARNA干扰的作用机制干扰的作用机制该过程可介导基因表达调控RNARNA干扰是干扰是RNARNA分子相互作用分子相互作用的过程的过程其中miRNA和siRNA是小RNA的两类小小RNARNA

20、介导介导RNARNA干扰干扰siRNA途径和miRNA途径两种两种RNARNA干扰干扰机制机制RNA干扰是基因表达调控的重要机制RNARNA干扰的重干扰的重要性要性 0505第第5章章 基因基因组组的的调调控控 染色质结构和组染色质结构和组染色质结构和组染色质结构和组蛋白修饰蛋白修饰蛋白修饰蛋白修饰染色质是指细胞核染色物质的总称，它由染色质是指细胞核染色物质的总称，它由DNADNA、组蛋白、非、组蛋白、非组蛋白等多种成分组成。组蛋白修饰是指一系列化学修饰组蛋白等多种成分组成。组蛋白修饰是指一系列化学修饰作用对组蛋白进行的修饰，如酰化、甲基化等。这些修饰作用对组蛋白进行的修饰，如酰化、甲基化等。

21、这些修饰能够影响基因的表达，是基因组调控的重要机制之一。能够影响基因的表达，是基因组调控的重要机制之一。转录因子的作用转录因子的作用转录因子的作用转录因子的作用转录因子是一类能够结合到某些特定序列的转录因子是一类能够结合到某些特定序列的DNADNA结构上的蛋结构上的蛋白质，参与基因表达的调控。它们可以激活或抑制基因的白质，参与基因表达的调控。它们可以激活或抑制基因的转录，是基因表达调控的重要因素。转录因子可以分为激转录，是基因表达调控的重要因素。转录因子可以分为激活子和抑制子，它们在基因表达活子和抑制子，它们在基因表达 中具有不同的作用机制。中具有不同的作用机制。基因组调控的特殊机制基因组调控

22、的特殊机制对基因表达的影响DNADNA甲基化甲基化对染色质结构的影响组蛋白变体组蛋白变体 组蛋白修饰在肿瘤发生中的作用肿瘤肿瘤0103组蛋白修饰与免疫系统疾病的关联免疫系统疾病免疫系统疾病02组蛋白修饰与神经系统疾病的关联神经系统疾病神经系统疾病基因组编辑技术基因组编辑技术基因组编辑技术基因组编辑技术CRISPR-Cas9CRISPR-Cas9技术技术TALENTALEN技术技术ZFNZFN技术技术临床应用临床应用临床应用临床应用分子诊断分子诊断精准医学精准医学个性化治疗个性化治疗伦伦伦伦理理理理、法法法法律律律律和和和和社社社社会会会会问问问问题题题题医学伦理医学伦理个人隐私保护个人隐私保护

23、知识产权知识产权基因组学的发展基因组学的发展基因测序技术基因测序技术基因测序技术基因测序技术SangerSanger测序技术测序技术NGSNGS测序技术测序技术总结总结基因组调控是指基因表达在不同发育、生理和环境条件下的变化，是生物学研究的热点之一。本章主要介绍了基因组调控的机制和特点，以及基因组学在医学研究和临床应用中的发展。0606第第6章章 总结总结 本课程总结本课程总结概述课程所学的基因表达知识点知识点总结知识点总结总结基因表达在实际应用中所起的作用应用总结应用总结总结本课程的收获和不足之处收获和不足收获和不足 参考文献参考文献参考文献：1.Alberts,B.,et al.(2002

24、).Molecular Biology of the Cell.New York:Garland Science.2.Cooper,G.M.(2000).The Cell:A Molecular Approach.2nd edition.Sunderland(MA):Sinauer Associates.3.Lodish,H.,et al.(2000).Molecular Cell Biology.4th edition.New York:Scientific American Books.问题与讨论问题与讨论问题与讨论问题与讨论在这个环节，欢迎大家提出关于基因表达的问题，并进行在这个环节，欢

25、迎大家提出关于基因表达的问题，并进行讨论，共同探讨。讨论，共同探讨。转录的过程转录的过程转录的过程转录的过程启动子的结构和功能启动子的结构和功能转录因子的作用转录因子的作用mRNAmRNA的修饰和成熟的修饰和成熟翻译的过程翻译的过程翻译的过程翻译的过程核糖体的结构和功能核糖体的结构和功能tRNAtRNA的作用的作用氨基酸的激活和加入氨基酸的激活和加入基因表达的调控基因表达的调控基因表达的调控基因表达的调控转录因子的作用和调控转录因子的作用和调控染色质的结构和改变染色质的结构和改变RNARNA干扰和其他表观遗传调控干扰和其他表观遗传调控本课程知识点总结本课程知识点总结基基基基因因因因表表表表达达达达的的的的基基基基本本本本概概概概念念念念DNADNA的转录和的转录和RNARNA的翻译的翻译基因的结构和功能基因的结构和功能基因表达的调控机制基因表达的调控机制利用基因表达技术进行疾病的诊断基因诊断基因诊断0103利用基因表达技术研究表观遗传调控机制表观遗传调控研究表观遗传调控研究02利用基因表达技术进行疾病的治疗基因治疗基因治疗基因表达的未来基因表达的未来基因表达技术的发展将会在医学、生物学、农业等领域产生革命性的影响，为人类带来更多的福祉。THANKS 谢谢观看！谢谢观看！