基因工程外源基因的表達(dá)

基因表達(dá)(geneexpression)：

在一定調(diào)節(jié)機(jī)制控制下，基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄及翻譯，產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子的過程。

簡單地說，基因表達(dá)就是基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。第六章外源基因表達(dá)大多數(shù)基因的表達(dá)產(chǎn)物是蛋白質(zhì),部分基因如tRNA和rRNA基因表達(dá)產(chǎn)物是RNA。表達(dá)多肽和蛋白質(zhì)取決于精確的轉(zhuǎn)錄、翻譯及翻譯后的加工等步驟，而表達(dá)tRNA和rRNA則僅需要轉(zhuǎn)錄過程?；虮磉_(dá)過程體現(xiàn)了中心法則的內(nèi)容，即遺傳信息的流向是從DNA到蛋白質(zhì)?；虮磉_(dá)的特性時(shí)間特異性（temporalspecificity）按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，這就是基因表達(dá)的時(shí)間特異性。如噬菌體、病毒、細(xì)菌、侵入縮主后，呈現(xiàn)一定的感染階段。階段特異性（stagespecificity）多細(xì)胞生物基因表達(dá)表現(xiàn)為與分化、發(fā)育階段一致的的時(shí)間性,因此又稱階段特異性。空間特異性或組織細(xì)胞特異性空間特異性（spatialspecificity）在個(gè)體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，就是基因表達(dá)的空間特異性?；虮磉_(dá)的空間特異性又稱為細(xì)胞特異性（cellspecificity）或組織特異性（tissuespecificity），因?yàn)榛虮磉_(dá)伴隨時(shí)間或階段順序所表現(xiàn)出的空間分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的?；虮磉_(dá)的方式按對刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為：基本(或組成性)基因表達(dá)誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)

某些基因在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，通常被稱為管家基因(house-keepinggene)。無論表達(dá)水平高低，管家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。區(qū)別于其他基因，這類基因表達(dá)被視為組成性表達(dá)。誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)

在特定環(huán)境信號刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱為可誘導(dǎo)基因。

可誘導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過程稱為誘導(dǎo)(induction)。

如果基因?qū)Νh(huán)境信號應(yīng)答時(shí)被抑制，這種基因是可阻遏基因。

可阻遏基因表達(dá)產(chǎn)物降低的過程稱為阻遏(repression)?；虮磉_(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖

生物體賴以生存的外環(huán)境是在不斷變化的，為了生存，所有活細(xì)胞都必須對外環(huán)境變化作出適當(dāng)反應(yīng)，調(diào)節(jié)代謝，以適應(yīng)環(huán)境變化。生物體適應(yīng)環(huán)境、調(diào)節(jié)代謝的能力與蛋白質(zhì)分子的生物學(xué)功能有關(guān)。而蛋白質(zhì)的水平又受基因表達(dá)的調(diào)控。維持個(gè)體發(fā)育與分化

多細(xì)胞生物調(diào)節(jié)基因的表達(dá)除為適應(yīng)環(huán)境外，還有維持組織器官分化、個(gè)體發(fā)育的功能。當(dāng)某種基因缺陷或表達(dá)異常時(shí)，則會出現(xiàn)相應(yīng)組織或器官的發(fā)育異常。第六章外源基因的表達(dá)2023/1/23蘇州科技學(xué)院生物系葉亞新第一節(jié)基因表達(dá)的機(jī)制外源基因的起始轉(zhuǎn)錄mRNA的延伸與穩(wěn)定性外源基因mRNA的有效翻譯表達(dá)蛋白在細(xì)胞中的穩(wěn)定性目的基因沉默第六章外源基因的表達(dá)2023/1/23蘇州科技學(xué)院生物系葉亞新一、外源基因的起始轉(zhuǎn)錄選擇可調(diào)控的啟動子和相關(guān)的調(diào)控序列，是構(gòu)建一個(gè)表達(dá)系統(tǒng)首先要考慮的問題理想的可調(diào)控的啟動子細(xì)胞生長初期不表達(dá)或低水平表達(dá)在誘導(dǎo)因子的作用下開始轉(zhuǎn)錄高表達(dá)原核生物基因表達(dá)的啟動子：誘導(dǎo)型啟動子lac、trp等組成型啟動子T7噬菌體第一節(jié)基因表達(dá)的機(jī)制2023/1/23蘇州科技學(xué)院生物系葉亞新二、mRNA的延伸與穩(wěn)定性外源基因起始轉(zhuǎn)錄后，保持mRNA的有效延伸、終止及穩(wěn)定存在是外源基因有效表達(dá)的關(guān)鍵避免轉(zhuǎn)錄物內(nèi)的終止序列（衰減子attenuators）在表達(dá)載體上的存在加入抗終止序列元件存在正常轉(zhuǎn)錄終止序列，防止產(chǎn)生不必要的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物增加mRNA的穩(wěn)定性在原核細(xì)胞：選擇RNase缺失的受體菌在真核細(xì)胞：增加mRNA的準(zhǔn)確加工2023/1/23蘇州科技學(xué)院生物系葉亞新三、外源基因mRNA的有效翻譯基本原則AUG(ATG)是首選的起始密碼子SD序列為與核糖體16SrRNA互補(bǔ)結(jié)合的位點(diǎn)，該序列至少含有AGGAGG序列中的4個(gè)堿基SD序列與翻譯起始密碼子之間的距離為3－9個(gè)堿基在翻譯起始區(qū)周圍的序列不易形成明顯的二級結(jié)構(gòu)不同基因組使用密碼子具有選擇性主密碼子（majorcodon）罕用密碼（rarecodon）2023/1/23蘇州科技學(xué)院生物系葉亞新四、表達(dá)蛋白在細(xì)胞中的穩(wěn)定性避免外源基因表達(dá)蛋白被降解的解決辦法：構(gòu)建融合蛋白表達(dá)系統(tǒng)構(gòu)建分泌蛋白表達(dá)系統(tǒng)構(gòu)建包涵體表達(dá)系統(tǒng)包涵體（InclusionBodies，IB）:在某些生長條件下，E.coli能積累某種特殊的生物大分子，它們致密地聚集在細(xì)胞內(nèi)，或被膜包裹或形成無膜裸露結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)稱為包涵體。選擇蛋白水解酶基因缺陷型的受體系統(tǒng)第六章外源基因的表達(dá)第一節(jié)基因表達(dá)的機(jī)制五、目的基因沉默基因沉默（genesilencing）是導(dǎo)致外源基因不能正常表達(dá)的重要因素，主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)基因植物與轉(zhuǎn)基因動物中。作用機(jī)制：位置效應(yīng)的基因沉默轉(zhuǎn)錄水平的基因沉默轉(zhuǎn)錄后水平的基因沉默2023/1/23蘇州科技學(xué)院生物系葉亞新2023/1/23蘇州科技學(xué)院生物系葉亞新第二節(jié)基因表達(dá)的調(diào)控元件啟動子（promoter）增強(qiáng)子（enhancer）終止子（terminator）衰減子（attenuator）絕緣子（insulator）反義子（antisenseRNA）第六章