第19講基因的表達(dá)匯報(bào)人：AA2024-01-27Contents目錄基因表達(dá)概述DNA轉(zhuǎn)錄為RNA過程RNA加工與修飾過程蛋白質(zhì)翻譯過程及影響因素蛋白質(zhì)后加工與修飾過程基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制探討基因表達(dá)概述01基因表達(dá)定義基因表達(dá)是指基因攜帶的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄和翻譯等過程，合成具有特定生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子或RNA分子的過程?；虮磉_(dá)意義基因表達(dá)是生物體生長發(fā)育、新陳代謝、免疫應(yīng)答等生命活動的基礎(chǔ)，對于理解生物體的生理、病理過程以及疾病的診斷和治療具有重要意義?；虮磉_(dá)定義與意義基因表達(dá)的主要產(chǎn)物是蛋白質(zhì)，包括酶、激素、抗體、受體等，它們在生物體內(nèi)發(fā)揮催化、調(diào)節(jié)、免疫、運(yùn)輸?shù)榷喾N功能。蛋白質(zhì)除了蛋白質(zhì)編碼基因外，還有大量非編碼RNA基因，如tRNA、rRNA、microRNA等，它們在基因表達(dá)調(diào)控、RNA剪接、蛋白質(zhì)翻譯等過程中發(fā)揮重要作用。非編碼RNA基因表達(dá)產(chǎn)物及功能03表觀遺傳學(xué)調(diào)控通過DNA甲基化、組蛋白修飾等方式，改變基因表達(dá)的表觀遺傳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)基因表達(dá)的長期調(diào)控。01轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控通過調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子的活性、改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)等方式，影響基因轉(zhuǎn)錄的速率和效率。02翻譯水平調(diào)控通過調(diào)控翻譯起始因子、mRNA穩(wěn)定性等方式，影響蛋白質(zhì)合成的速率和量?；虮磉_(dá)調(diào)控機(jī)制DNA轉(zhuǎn)錄為RNA過程0203DNA雙鏈局部解旋，形成開放復(fù)合物01轉(zhuǎn)錄因子識別并結(jié)合啟動子序列02RNA聚合酶與啟動子復(fù)合物結(jié)合轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物形成RNA鏈延伸過程010203DNA模板鏈指導(dǎo)RNA鏈合成RNA鏈與DNA模板鏈形成RNA-DNA雜交分子RNA聚合酶催化核糖核苷酸聚合轉(zhuǎn)錄終止信號被識別RNA聚合酶停止催化并釋放RNA鏈RNA鏈經(jīng)過加工修飾成為成熟mRNA轉(zhuǎn)錄終止與RNA釋放RNA加工與修飾過程03

內(nèi)含子剪接與外顯子連接內(nèi)含子定義位于基因編碼區(qū)內(nèi)部的間隔序列，不直接參與蛋白質(zhì)合成。剪接過程通過剪接體識別內(nèi)含子兩端的剪接位點(diǎn)，將內(nèi)含子從初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中切除，并將相鄰的外顯子連接起來。外顯子連接在剪接過程中，外顯子按照特定的順序進(jìn)行連接，形成成熟的mRNA分子。在mRNA的5'端添加一個(gè)甲基鳥嘌呤帽子結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠保護(hù)mRNA免受核酸酶的降解，并有助于mRNA從細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)。5'端加帽在mRNA的3'端添加一段多聚腺苷酸尾巴，該結(jié)構(gòu)能夠增加mRNA的穩(wěn)定性，并有助于mRNA與核糖體的結(jié)合。3'端加尾5'端加帽和3'端加尾修飾RNA編輯定義指對RNA分子進(jìn)行堿基的插入、刪除或替換等修飾的過程。RNA編輯類型包括堿基替換、堿基插入和堿基刪除等。RNA編輯的意義能夠增加基因表達(dá)的多樣性和復(fù)雜性，有助于生物體適應(yīng)不同的環(huán)境和應(yīng)對各種挑戰(zhàn)。例如，通過RNA編輯可以改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，從而影響生物體的表型和適應(yīng)性。此外，RNA編輯還可以修復(fù)基因突變和抵御病毒感染等。RNA編輯現(xiàn)象及其意義蛋白質(zhì)翻譯過程及影響因素04起始復(fù)合物的組成起始復(fù)合物由mRNA、核糖體小亞基、Met-tRNAiMet及多種起始因子組成。起始復(fù)合物的形成在起始因子的作用下，核糖體小亞基與mRNA的起始部位結(jié)合，同時(shí)Met-tRNAiMet進(jìn)入核糖體P位，形成起始復(fù)合物。翻譯的啟動起始復(fù)合物形成后，核糖體大亞基結(jié)合上來，形成完整的核糖體，同時(shí)起始因子解離，翻譯開始。起始復(fù)合物形成與啟動翻譯肽鏈延伸的步驟包括進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位三個(gè)步驟。在延伸因子的作用下，氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體的A位，與P位的肽酰-tRNA形成肽鍵，然后核糖體沿mRNA移動一個(gè)密碼子的距離，使A位變?yōu)镻位，P位變?yōu)镋位，同時(shí)E位的tRNA釋放出去。影響肽鏈延伸的因素包括氨酰-tRNA的合成速度、核糖體的活性、延伸因子的濃度以及mRNA的二級結(jié)構(gòu)等。肽鏈延伸過程及影響因素123當(dāng)核糖體遇到mRNA上的終止密碼子時(shí)，釋放因子識別終止密碼子并進(jìn)入核糖體A位，代替氨酰-tRNA的位置。終止密碼子的識別在釋放因子的作用下，新生肽鏈從P位的tRNA上解離下來，同時(shí)核糖體大小亞基解離，翻譯結(jié)束。新生肽鏈的釋放包括釋放因子的濃度、終止密碼子的種類以及mRNA的二級結(jié)構(gòu)等。影響終止過程的因素終止密碼子識別與釋放新生肽鏈蛋白質(zhì)后加工與修飾過程05蛋白質(zhì)二硫鍵的形成在蛋白質(zhì)折疊過程中，半胱氨酸殘基之間會形成二硫鍵，這對于穩(wěn)定蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)具有重要作用。蛋白質(zhì)折疊的能量變化蛋白質(zhì)折疊是一個(gè)能量驅(qū)動的過程，涉及多種非共價(jià)鍵的相互作用，如氫鍵、離子鍵、疏水相互作用等。分子伴侶介導(dǎo)的折疊分子伴侶是一類協(xié)助蛋白質(zhì)折疊的輔助蛋白，它們通過與新生肽鏈結(jié)合，防止其聚集并幫助其折疊成正確的三維結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象輔基連接和酶原激活等后加工輔基的連接輔基是一些非蛋白小分子，它們通過共價(jià)鍵與蛋白質(zhì)連接，形成具有生物活性的全酶。例如，維生素B6與磷酸吡哆醛連接形成全酶。酶原的激活酶原是一類無活性的酶前體，需要通過特定的后加工過程才能轉(zhuǎn)化為有活性的酶。例如，胰蛋白酶原在腸道中被腸激酶激活成為有活性的胰蛋白酶。磷酸化修飾01通過蛋白質(zhì)激酶將磷酸基團(tuán)添加到蛋白質(zhì)的特定氨基酸殘基上，從而改變蛋白質(zhì)的活性或與其他蛋白質(zhì)的相互作用。例如，細(xì)胞周期蛋白的磷酸化修飾可以調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和分化。糖基化修飾02在蛋白質(zhì)的特定氨基酸殘基上添加糖鏈，影響蛋白質(zhì)的折疊、穩(wěn)定性、活性和相互作用。例如，糖蛋白的糖基化修飾對于細(xì)胞識別和信號傳導(dǎo)具有重要作用。乙?；揎?3通過乙酰轉(zhuǎn)移酶將乙?；鶊F(tuán)添加到蛋白質(zhì)的特定氨基酸殘基上，影響蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性和相互作用。例如，組蛋白的乙酰化修飾可以影響基因的表達(dá)和染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)翻譯后修飾類型及其功能基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制探討06原核生物基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)如阻遏蛋白、激活蛋白等，它們通過與特定的DNA序列相互作用來調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄。原核生物中存在多種類型的調(diào)節(jié)蛋白通過控制轉(zhuǎn)錄的起始、延伸和終止等過程來調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。原核生物基因表達(dá)調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平操縱子由結(jié)構(gòu)基因、調(diào)節(jié)基因和操縱序列組成，通過調(diào)節(jié)蛋白與操縱序列的相互作用來控制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。操縱子模型是原核生物基因表達(dá)調(diào)控的典型機(jī)制真核生物基因表達(dá)調(diào)控具有多層次性包括轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平等多個(gè)層次的調(diào)控。轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是真核生物基因表達(dá)調(diào)控的核心通過控制轉(zhuǎn)錄因子的活性、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和RNA聚合酶的活性等來調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄。真核生物中存在多種類型的轉(zhuǎn)錄因子它們通過與特定的DNA序列相互作用來調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄，同時(shí)還可以通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用形成復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。真核生物基因表達(dá)調(diào)控層次表觀遺傳學(xué)是研究基因核苷酸序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達(dá)的可遺傳