基因的表達與調(diào)控-原核基因的表達調(diào)控模式課件

基因的表達與調(diào)控-原核基因的表達調(diào)控模式課程目標了解基因表達的調(diào)控機制掌握原核基因表達的調(diào)控模式，包括轉(zhuǎn)錄和翻譯水平的調(diào)控理解原核基因表達調(diào)控的意義了解原核生物如何通過調(diào)控基因表達適應(yīng)環(huán)境變化和維持生命活動基因表達的基本過程轉(zhuǎn)錄DNA序列被轉(zhuǎn)錄成信使RNA(mRNA).翻譯mRNA被翻譯成蛋白質(zhì).蛋白質(zhì)折疊蛋白質(zhì)折疊成具有特定三維結(jié)構(gòu)的功能性蛋白質(zhì).轉(zhuǎn)錄:從DNA到mRNA1轉(zhuǎn)錄起始RNA聚合酶識別啟動子并結(jié)合2轉(zhuǎn)錄延伸RNA聚合酶沿著模板鏈移動，合成mRNA3轉(zhuǎn)錄終止RNA聚合酶遇到終止信號，釋放mRNA轉(zhuǎn)錄的調(diào)控調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始是控制基因表達的重要機制，它決定了基因表達的效率和速率。調(diào)控轉(zhuǎn)錄延伸轉(zhuǎn)錄延伸是指RNA聚合酶沿著DNA模板移動，合成mRNA的過程，它也是調(diào)控基因表達的環(huán)節(jié)之一。調(diào)控轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止是RNA聚合酶從DNA模板上脫離，終止轉(zhuǎn)錄的過程，它可以影響mRNA的長度和穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控的關(guān)鍵元件啟動子RNA聚合酶結(jié)合位點，決定轉(zhuǎn)錄起始位置。調(diào)控元件調(diào)控蛋白結(jié)合位點，影響啟動子活性。調(diào)控蛋白識別調(diào)控元件，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始頻率。原核轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式誘導(dǎo)型當特定環(huán)境信號存在時，基因表達被誘導(dǎo)。阻遏型當特定環(huán)境信號存在時，基因表達被抑制。正調(diào)控調(diào)控蛋白結(jié)合到DNA上，激活基因轉(zhuǎn)錄。負調(diào)控調(diào)控蛋白結(jié)合到DNA上，抑制基因轉(zhuǎn)錄。操縱子模型操縱子模型是原核生物基因表達調(diào)控的核心模型。一個操縱子包含一個或多個結(jié)構(gòu)基因，以及控制這些基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控元件，包括啟動子、操縱子和調(diào)節(jié)基因。通過調(diào)節(jié)蛋白與操縱子的相互作用，操縱子可以被激活或抑制，從而控制結(jié)構(gòu)基因的表達。正調(diào)控與負調(diào)控正調(diào)控正調(diào)控是指調(diào)節(jié)蛋白與操縱基因結(jié)合后，激活基因轉(zhuǎn)錄，促進蛋白質(zhì)合成。負調(diào)控負調(diào)控是指調(diào)節(jié)蛋白與操縱基因結(jié)合后，抑制基因轉(zhuǎn)錄，阻礙蛋白質(zhì)合成。基因表達的后轉(zhuǎn)錄調(diào)控mRNA穩(wěn)定性mRNA的降解速度影響蛋白質(zhì)的合成量。翻譯效率翻譯起始、延伸和終止的效率影響蛋白質(zhì)合成。蛋白質(zhì)修飾蛋白質(zhì)修飾可以改變蛋白質(zhì)的活性、穩(wěn)定性和定位。mRNA的穩(wěn)定性調(diào)控mRNA的壽命mRNA的穩(wěn)定性決定了其在細胞中的壽命，進而影響蛋白質(zhì)的合成量。調(diào)控機制原核生物通過核酸酶降解和結(jié)合蛋白等方式調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性。影響因素mRNA的二級結(jié)構(gòu)、序列特征以及一些調(diào)控蛋白都可以影響其穩(wěn)定性。翻譯:從mRNA到蛋白質(zhì)1mRNA結(jié)合核糖體結(jié)合mRNA，起始密碼子AUG。2tRNA裝載tRNA攜帶氨基酸，與密碼子配對。3肽鏈合成核糖體移動，形成肽鍵，合成蛋白質(zhì)。4翻譯終止遇到終止密碼子，蛋白質(zhì)釋放。翻譯的調(diào)控翻譯起始核糖體與mRNA結(jié)合的效率決定著翻譯的速率，可被各種因素影響。翻譯延長氨基酸的加入速率取決于tRNA與核糖體的結(jié)合、mRNA的穩(wěn)定性和翻譯因子的活性等。翻譯終止終止密碼子的識別和釋放因子參與翻譯的終止，并影響蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性和降解速率。翻譯起始的調(diào)控機制核糖體結(jié)合位點核糖體結(jié)合位點(RBS)位于mRNA的起始密碼子(AUG)上游，引導(dǎo)核糖體與mRNA結(jié)合，從而啟動蛋白質(zhì)的合成。起始tRNA起始tRNA(tRNAMet)攜帶甲硫氨酸，并與起始密碼子AUG結(jié)合，為蛋白質(zhì)合成提供第一個氨基酸。翻譯起始因子翻譯起始因子是一系列蛋白質(zhì)，幫助核糖體與mRNA結(jié)合并啟動蛋白質(zhì)的合成。氨基酸活化與tRNA裝載1氨基酸活化氨基酸與ATP反應(yīng)形成氨酰-AMP，消耗一個ATP分子。2tRNA裝載氨酰-AMP與相應(yīng)的tRNA結(jié)合，釋放AMP，形成氨酰-tRNA。3酶催化整個過程由氨酰-tRNA合成酶催化，保證了氨基酸與tRNA的正確匹配。原核翻譯調(diào)控模式1起始密碼子翻譯起始密碼子AUG的識別與結(jié)合是翻譯調(diào)控的關(guān)鍵步驟。2核糖體結(jié)合位點核糖體結(jié)合位點(RBS)的序列和位置影響翻譯起始效率。3順式作用元件一些mRNA上的順式作用元件可以影響翻譯起始效率，如莖環(huán)結(jié)構(gòu)和反義RNA。4反式作用因子蛋白質(zhì)因子，如翻譯起始因子和核糖體蛋白，可以調(diào)節(jié)翻譯起始。翻譯終止調(diào)控終止密碼子翻譯終止由三個終止密碼子(UAG,UAA,UGA)觸發(fā)，這些密碼子不編碼任何氨基酸，而是信號蛋白質(zhì)合成的結(jié)束。釋放因子釋放因子(RF)識別終止密碼子，并結(jié)合到核糖體上，促進肽鏈從tRNA上脫落，從而終止翻譯過程。核糖體解聚終止后，核糖體從mRNA上分離，并解聚成兩個亞基，準備開始新的翻譯過程。翻譯后修飾調(diào)控磷酸化通過添加磷酸基團，改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象和活性。糖基化添加糖鏈，影響蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性和細胞定位。泛素化連接泛素蛋白，標記蛋白質(zhì)降解或信號傳遞。蛋白質(zhì)折疊與定位調(diào)控蛋白質(zhì)折疊蛋白質(zhì)折疊是指蛋白質(zhì)從無序的線性多肽鏈轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑囟ㄈS結(jié)構(gòu)的過程。蛋白質(zhì)定位蛋白質(zhì)定位是指蛋白質(zhì)在細胞中的特定位置或部位進行功能發(fā)揮的過程。調(diào)控機制蛋白質(zhì)折疊和定位受多種因素調(diào)控，包括分子伴侶、信號序列、細胞器等。蛋白質(zhì)功能的調(diào)控酶活性調(diào)控通過調(diào)節(jié)酶的活性來控制蛋白質(zhì)的功能。蛋白質(zhì)降解通過降解蛋白質(zhì)來去除或調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的功能。蛋白質(zhì)相互作用通過蛋白質(zhì)之間的相互作用來調(diào)控蛋白質(zhì)的功能?；虮磉_調(diào)控的層次1轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始、延伸和終止。2翻譯水平調(diào)控翻譯起始、延伸和終止。3翻譯后修飾水平調(diào)控蛋白質(zhì)折疊、定位和活性?；虮磉_調(diào)控紊亂與疾病癌癥:基因突變導(dǎo)致細胞不受控增殖.病毒感染:病毒利用宿主細胞的基因表達機制進行復(fù)制.神經(jīng)系統(tǒng)疾病:基因表達異常導(dǎo)致神經(jīng)元功能受損.概括與思考1基因表達調(diào)控是生命活動的中心基因表達調(diào)控是生物體適應(yīng)環(huán)境、維持生命活動的重要機制.2原核基因表達調(diào)控模式多樣操縱子模型、翻譯水平調(diào)控等機制保證了基因表達的有效性和靈活性.3基因表達調(diào)控研究意義重大深入理解基因表達調(diào)控機制對生物學(xué)研究、疾病治療等領(lǐng)域具有重要意義.復(fù)習(xí)要點基因表達的基本過程轉(zhuǎn)錄和翻譯原核基因表達調(diào)控模式操縱子模型，正調(diào)控與負調(diào)控翻譯調(diào)控機制翻譯起始、終止