《基因的表达讲》课件

基因的表达了解生命运作的奥秘by什么是基因表达遗传信息生命活动蛋白质基因表达是指细胞将遗传信息从基因表达是生命活动的基础，控制着蛋白质是生命活动的执行者，基因表DNA传递到蛋白质的过程生物体的各种特征和功能达最终产物基因表达的基本过程转录DNA序列被转录为RNA12翻译RNA序列被翻译为蛋白质复制与转录DNADNA复制DNA复制是将一个DNA分子复制成两个完全相同的DNA分子的过程，这是细胞分裂的基础转录转录是将DNA中的遗传信息转录到信使RNAmRNA的过程，是基因表达的第一步转录的三个阶段RNA起始1RNA聚合酶识别并结合到DNA模板上，开始转录过程延伸2RNA聚合酶沿DNA模板移动，合成新的RNA链终止3RNA聚合酶遇到终止信号，释放新合成的RNA链转录后修饰加帽加尾剪接在mRNA的5端加上一个7-甲基鸟苷在mRNA的3端加上一个多聚腺苷酸将mRNA中非编码的内含子序列剪切帽子结构，保护mRNA不被降解，并尾巴，保护mRNA不被降解，并帮助掉，将编码蛋白质的蛋白序列连接起帮助mRNA与核糖体结合mRNA从细胞核转移到细胞质来核糖体的结构和功能核糖体是蛋白质合成的场所，由核糖体RNA rRNA和蛋白质组成核糖体由两个亚基组成小亚基和大亚基小亚基负责识别mRNA，大亚基负责催化肽键的形成蛋白质翻译的三个阶段起始1核糖体与mRNA结合，并定位到起始密码子AUG延伸2根据mRNA上的密码子顺序，核糖体逐个添加氨基酸到肽链中终止3遇到终止密码子，核糖体释放肽链，并与mRNA分离蛋白质的翻译后修饰磷酸化糖基化泛素化通过添加磷酸基团来调节蛋白质活性通过添加糖类来改变蛋白质的稳定性通过添加泛素来标记蛋白质降解基因表达的调控机制转录水平翻译水平基因表达的调控首先发生在转录水平翻译过程是蛋白质合成的关键步骤，，影响着RNA的合成速率其效率也受到严格的调控蛋白质水平蛋白质的稳定性和活性可以被调节，影响着最终的基因表达产物转录水平的调控转录因子染色质重塑非编码RNA转录因子是蛋白质，它们能够结合到染色质的结构会影响基因的转录效率一些非编码RNA可以调控基因的转录，DNA的特定序列上，从而启动或抑制基通过改变染色质结构，可以促进或抑制例如microRNA可以抑制目标基因的表因的转录基因的转录达转录后水平的调控RNA剪接RNA加帽RNA多聚腺苷酸化从前体mRNA中去除内含子，连接外显子在mRNA的5端加上一个7-甲基鸟嘌呤帽在mRNA的3端加上一个多聚腺苷酸尾巴，形成成熟的mRNA子，保护mRNA免受降解，并帮助核糖体，保护mRNA免受降解，并帮助mRNA从识别mRNA细胞核中输出到细胞质中蛋白质水平的调控蛋白质降解蛋白质修饰通过蛋白酶体或溶酶体途径降磷酸化、糖基化等修饰影响蛋解蛋白质，控制蛋白质的浓度白质的稳定性、活性、定位和和活性相互作用蛋白质折叠蛋白质的正确折叠对于其功能至关重要，错误折叠的蛋白质可能会被降解或导致疾病基因表达的失调与疾病癌症神经系统疾病基因突变导致异常增殖基因表达失衡影响神经功能代谢疾病基因异常导致代谢紊乱癌症中的基因表达异常癌基因的激活抑癌基因的失活癌基因的过度表达或突变会导致细胞过度增殖和癌变例如，抑癌基因负责抑制细胞生长和阻止癌变这些基因的突变或失活RAS基因的激活与多种癌症相关会导致细胞失去控制，导致肿瘤形成神经系统疾病与基因表达遗传因素基因表达异常治疗策略某些神经系统疾病具有遗传倾向，例神经元中基因表达的异常会导致神经通过调节基因表达或靶向基因突变，如阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿递质失衡、神经细胞凋亡或功能障碍有可能开发出新的治疗方法来治疗神舞蹈症，从而引发神经系统疾病经系统疾病代谢疾病与基因表达基因表达异常会导致胰岛素抵抗和葡基因突变或表达异常可导致血脂代谢萄糖代谢障碍，引发**糖尿病**紊乱，增加**心血管疾病**的风险基因表达影响食欲和能量代谢，与**肥胖**的发生密切相关基因表达的检测技术Northern BlottingReal-Time PCRRNA测序技术一种用于检测特定RNA分子的技术，通通过荧光信号实时监测PCR扩增过程，可对所有RNA分子进行测序，可以全面了过电泳分离RNA，然后用探针杂交，可以以定量分析特定RNA的表达水平解细胞或组织的转录组，包括基因表达水确定特定RNA的大小和丰度平、转录本结构和非编码RNA的分析Northern Blotting步骤原理•RNA分离与纯化•RNA凝胶电泳Northern Blotting利用RNA探针，与RNA样本中的特定mRNA序列杂交，从而检测特定基因的表达水平•RNA转移到膜上•与探针杂交•信号检测与分析Real-Time PCR1实时定量PCR2荧光检测实时定量PCR（qPCR）是一qPCR依赖于荧光探针或染料种敏感的技术，用于精确地测来检测PCR扩增产物的积累量特定基因的表达水平荧光信号的强度与扩增产物的qPCR可以在样品中对目标基量成正比，允许实时监测PCR因进行定量分析，并提供有关反应其在给定细胞或组织中的丰度的信息广泛应用3qPCR被广泛应用于各种研究和临床环境中，包括基因表达分析、病原体检测、基因分型和药物发现测序技术RNA全面分析高灵敏度精确定量RNA测序可以分析所有类型的RNA，RNA测序具有很高的灵敏度，可以检RNA测序可以准确地测量RNA的丰度包括mRNA、lncRNA、miRNA等，测到低丰度的RNA，发现更多新的基，为基因表达定量分析提供可靠的数提供更全面的基因表达信息因和调控机制据基因芯片技术高通量分析敏感度高一次可以检测成千上万个基因可以检测到微小的基因表达变的表达水平化应用广泛在疾病诊断、药物研发、生物研究等领域应用广泛蛋白质组学技术蛋白质组学技术蛋白质组学技术应用蛋白质组学技术包括一系列技术蛋白质组学技术在生物学、医学，用于研究细胞或生物体中所有和制药等领域具有广泛的应用，蛋白质的组成、结构、功能和相例如疾病诊断、药物开发和生物互作用标志物发现蛋白质组学技术类型常用的蛋白质组学技术包括二维凝胶电泳、质谱分析、蛋白质芯片和免疫印迹等基因表达的临床应用药物靶标的发现个体化医疗早期诊断与预防基因治疗通过分析基因表达变化，识别根据患者的基因表达情况，制通过检测基因表达异常，早期利用基因工程技术，将正常基与疾病相关的基因或蛋白质，定个性化的治疗方案，提高疗发现疾病，并采取相应的预防因导入患者体内，修复或替代为新药物开发提供靶点效并减少副作用措施，降低疾病风险缺陷基因，治疗遗传性疾病药物靶标的发现基因表达与药物靶标靶标验证基因表达的异常与许多疾病的发生发展密切相关通过识别与疾对候选靶标进行深入研究，验证其与疾病的关联性，以及药物作病相关的基因表达变化，可以找到潜在的药物靶标用机制和效果个体化医疗基因检测靶向治疗识别患者的独特基因特征，预测药物针对患者特定基因突变，开发个性化反应和疾病风险治疗方案精准诊断利用基因信息，提高疾病诊断的准确性和早期发现率早期诊断与预防疾病风险预测个性化预防策略早期干预基因检测可识别个体患某些疾病的风根据基因信息制定个性化的预防策略对于具有遗传风险的个体，可进行更险，便于提前采取预防措施，例如改变生活方式、补充营养等早期的筛查，以便及时发现和治疗疾病基因治疗直接修改或替换有缺陷的基因病毒载体或其他递送系统将治疗基因引入细胞为遗传疾病和癌症提供潜在的治疗方法实例分析感染与基因表达:HIVHIV病毒感染人体后，会通过整合到宿主细胞的基因组中，并利用宿主细胞的基因表达机制来复制自身HIV病毒的基因表达受到宿主细胞基因表达调控机制的影响，也反过来影响宿主细胞的基因表达，导致宿主免疫系统受损，最终发展为艾滋病例如，HIV病毒的Tat蛋白会促进病毒基因的转录，而宿主细胞的某些基因，如NF-κB，会受到HIV病毒感染的刺激而表达上调，从而促进病毒的复制总结与展望基因表达是生命活动的核心，从DNA到蛋白质的复杂过程决定着生命体的特征和功能对于基因表达的深入研究，将有助于我们理解生命现象、预防和治疗疾病、甚至改造生命。