《基因表達(dá)》課件2

基因表達(dá)本課件將介紹基因表達(dá)的定義、機(jī)制、調(diào)節(jié)和應(yīng)用等方面的內(nèi)容。什么是基因表達(dá)？遺傳信息的解讀基因表達(dá)是指細(xì)胞將基因中的遺傳信息轉(zhuǎn)錄為RNA，再翻譯為蛋白質(zhì)的過(guò)程。生命活動(dòng)的執(zhí)行者蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要執(zhí)行者，參與了細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、代謝、免疫等幾乎所有生命活動(dòng)。基因表達(dá)的過(guò)程1蛋白質(zhì)執(zhí)行細(xì)胞功能2RNA傳遞遺傳信息3DNA儲(chǔ)存遺傳信息DNA到RNA的轉(zhuǎn)錄1解旋DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解開(kāi)2配對(duì)RNA聚合酶利用DNA鏈作為模板，合成互補(bǔ)的RNA鏈3終止RNA聚合酶遇到終止信號(hào)，停止轉(zhuǎn)錄RNA到蛋白質(zhì)的翻譯1起始核糖體識(shí)別mRNA的起始密碼子AUG，并結(jié)合到mRNA上。2延伸核糖體沿著mRNA移動(dòng)，讀取密碼子，并根據(jù)密碼子將相應(yīng)的氨基酸添加到正在生長(zhǎng)的多肽鏈上。3終止當(dāng)核糖體遇到終止密碼子UAG、UAA或UGA時(shí)，翻譯過(guò)程停止，新合成的蛋白質(zhì)從核糖體上釋放。調(diào)控基因表達(dá)的機(jī)制啟動(dòng)子和終止子啟動(dòng)子和終止子是DNA序列上的重要調(diào)控元件，它們分別控制基因轉(zhuǎn)錄的起始和終止。剪切和聚腺苷酸化剪切和聚腺苷酸化是RNA加工過(guò)程中的重要步驟，它們可以影響mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率。翻譯后修飾蛋白質(zhì)翻譯后修飾包括磷酸化、糖基化等，它們可以改變蛋白質(zhì)的活性、穩(wěn)定性和定位。啟動(dòng)子和終止子啟動(dòng)子啟動(dòng)子是DNA序列上的特定區(qū)域，它指示RNA聚合酶在哪里開(kāi)始轉(zhuǎn)錄基因。終止子終止子是DNA序列上的另一個(gè)特定區(qū)域，它指示RNA聚合酶在哪里停止轉(zhuǎn)錄基因。剪切和聚腺苷酸化1剪切從轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的前體mRNA中去除內(nèi)含子，保留外顯子，形成成熟的mRNA。2聚腺苷酸化在mRNA的3'末端添加一個(gè)多聚腺苷酸尾巴，提高其穩(wěn)定性和翻譯效率。翻譯后修飾蛋白質(zhì)折疊蛋白質(zhì)在翻譯后會(huì)折疊成特定的三維結(jié)構(gòu)，這是其發(fā)揮功能的關(guān)鍵?；瘜W(xué)修飾蛋白質(zhì)可以發(fā)生各種化學(xué)修飾，例如磷酸化、糖基化和乙?；@些修飾可以改變蛋白質(zhì)的活性、穩(wěn)定性和定位。蛋白降解一些蛋白質(zhì)在完成其功能后會(huì)被降解，以確保細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)組的動(dòng)態(tài)平衡。基因表達(dá)的調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的起始和速率。表觀遺傳調(diào)控通過(guò)DNA甲基化和組蛋白修飾影響基因表達(dá)。microRNA介導(dǎo)的基因沉默通過(guò)與mRNA結(jié)合抑制蛋白質(zhì)翻譯。轉(zhuǎn)錄因子的作用轉(zhuǎn)錄因子作為“鑰匙”，識(shí)別并結(jié)合到特定的DNA序列上，開(kāi)啟或關(guān)閉基因的表達(dá)。轉(zhuǎn)錄因子就像“開(kāi)關(guān)”，調(diào)節(jié)基因表達(dá)的強(qiáng)度，控制蛋白的生成量。轉(zhuǎn)錄因子參與復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，與其他因子相互作用，共同控制基因表達(dá)。表觀遺傳調(diào)控DNA甲基化在DNA堿基上添加甲基基團(tuán)，影響基因表達(dá)。組蛋白修飾改變組蛋白的化學(xué)修飾，影響基因的可及性。非編碼RNAmicroRNA等非編碼RNA可調(diào)控基因表達(dá)。microRNA介導(dǎo)的基因沉默調(diào)控機(jī)制microRNA通過(guò)與靶基因mRNA的3'UTR區(qū)配對(duì)，抑制其翻譯或促進(jìn)其降解，從而沉默靶基因的表達(dá)。廣泛的靶標(biāo)microRNA可以調(diào)控?cái)?shù)百甚至數(shù)千個(gè)靶基因，在細(xì)胞發(fā)育、信號(hào)傳導(dǎo)、免疫應(yīng)答等多種生物過(guò)程中發(fā)揮重要作用。疾病相關(guān)性microRNA表達(dá)異常與多種疾病密切相關(guān)，包括癌癥、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病等。細(xì)胞信號(hào)通路與基因表達(dá)信號(hào)分子細(xì)胞外信號(hào)分子，例如激素、生長(zhǎng)因子和神經(jīng)遞質(zhì)，與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體激活后，會(huì)引發(fā)一系列的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)事件，將信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)。基因表達(dá)調(diào)控信號(hào)通路最終會(huì)到達(dá)細(xì)胞核，調(diào)節(jié)特定基因的表達(dá)。基因表達(dá)模式變化與疾病癌癥基因表達(dá)異常會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞不受控制地生長(zhǎng)和分裂，從而導(dǎo)致癌癥。神經(jīng)退行性疾病基因表達(dá)變化可能會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元死亡和腦功能障礙，從而導(dǎo)致阿爾茨海默病和帕金森病。免疫疾病免疫系統(tǒng)中基因表達(dá)的失調(diào)會(huì)導(dǎo)致自身免疫性疾病，例如狼瘡和類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎。代謝疾病基因表達(dá)變化會(huì)導(dǎo)致代謝過(guò)程失衡，從而導(dǎo)致糖尿病和肥胖癥。癌癥中的基因表達(dá)異常癌基因的過(guò)度表達(dá)癌基因控制細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂。它們的過(guò)度表達(dá)可導(dǎo)致不受控制的細(xì)胞增殖，從而形成腫瘤。抑癌基因的失活抑癌基因抑制腫瘤形成。它們的失活可導(dǎo)致細(xì)胞增殖失控，從而促進(jìn)癌癥發(fā)展?；虮磉_(dá)調(diào)控異常癌癥細(xì)胞中，基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制失衡，導(dǎo)致正常細(xì)胞功能紊亂，促進(jìn)腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移。神經(jīng)退行性疾病中的基因表達(dá)神經(jīng)元死亡基因表達(dá)異常會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙和死亡，進(jìn)而引發(fā)疾病?；虮磉_(dá)異常包括基因突變、轉(zhuǎn)錄失調(diào)、翻譯錯(cuò)誤等。阿爾茨海默病、帕金森病等疾病都與基因表達(dá)變化密切相關(guān)。免疫疾病中的基因表達(dá)基因表達(dá)異常免疫疾病常伴隨基因表達(dá)的異常，導(dǎo)致免疫系統(tǒng)功能失調(diào)。免疫細(xì)胞免疫細(xì)胞的基因表達(dá)模式在免疫疾病中發(fā)生改變，導(dǎo)致自身免疫反應(yīng)。免疫調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)基因表達(dá)可以為治療免疫疾病提供新的策略。代謝疾病中的基因表達(dá)2型糖尿病胰島素抵抗和胰島素分泌缺陷導(dǎo)致血糖升高，與基因表達(dá)的變化有關(guān)。肥胖癥能量代謝失衡導(dǎo)致體重增加，基因表達(dá)調(diào)控參與了脂肪儲(chǔ)存和能量消耗的調(diào)節(jié)。血脂異常膽固醇和甘油三酯水平升高，與脂蛋白代謝相關(guān)基因表達(dá)異常有關(guān)?；虮磉_(dá)與環(huán)境因素陽(yáng)光紫外線照射可影響基因表達(dá)，調(diào)節(jié)皮膚色素沉著。營(yíng)養(yǎng)飲食結(jié)構(gòu)影響基因表達(dá)，例如影響代謝和免疫功能。污染環(huán)境污染物可導(dǎo)致基因表達(dá)異常，增加患病風(fēng)險(xiǎn)。營(yíng)養(yǎng)與基因表達(dá)膳食營(yíng)養(yǎng)素維生素、礦物質(zhì)等必需營(yíng)養(yǎng)素影響基因表達(dá)，調(diào)節(jié)新陳代謝、免疫系統(tǒng)、細(xì)胞生長(zhǎng)等。均衡飲食健康的飲食結(jié)構(gòu)可以提供充足的營(yíng)養(yǎng)，維持基因表達(dá)的正常運(yùn)作，預(yù)防疾病。表觀遺傳調(diào)控營(yíng)養(yǎng)可以影響表觀遺傳修飾，如DNA甲基化，從而改變基因表達(dá)模式。運(yùn)動(dòng)與基因表達(dá)1肌肉生長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)會(huì)刺激肌肉細(xì)胞生長(zhǎng)，增加蛋白質(zhì)合成，改變基因表達(dá)模式。2能量代謝運(yùn)動(dòng)會(huì)提高身體能量利用率，改變葡萄糖和脂肪代謝相關(guān)的基因表達(dá)。3炎癥反應(yīng)運(yùn)動(dòng)會(huì)誘發(fā)輕微的炎癥反應(yīng)，從而改變免疫系統(tǒng)和炎癥相關(guān)基因表達(dá)。藥物與基因表達(dá)藥物影響許多藥物通過(guò)調(diào)節(jié)基因表達(dá)來(lái)發(fā)揮治療作用。靶向治療靶向治療藥物可特異性地作用于特定基因或蛋白質(zhì)，從而抑制或激活特定基因的表達(dá)。副作用藥物的副作用也可能與基因表達(dá)的改變有關(guān)。基因組編輯技術(shù)精準(zhǔn)性基因組編輯技術(shù)可以精確地修改特定基因，避免傳統(tǒng)方法的脫靶效應(yīng)。效率與傳統(tǒng)方法相比，基因組編輯技術(shù)具有更高的效率，可以更快地實(shí)現(xiàn)基因改造。應(yīng)用廣泛基因組編輯技術(shù)在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、生物材料等多個(gè)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。CRISPR/Cas9技術(shù)基因編輯工具CRISPR/Cas9是一種強(qiáng)大的基因編輯技術(shù)，可以精準(zhǔn)地修改生物體的基因組。靶向性高該技術(shù)利用Cas9酶和向?qū)NA（gRNA）識(shí)別并切割特定的DNA序列，從而實(shí)現(xiàn)基因的插入、刪除或替換。應(yīng)用廣泛CRISPR/Cas9技術(shù)在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、生物技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。合成生物學(xué)與基因表達(dá)調(diào)控構(gòu)建新功能合成生物學(xué)利用工程學(xué)原理設(shè)計(jì)和構(gòu)建新的生物系統(tǒng)，以解決各種挑戰(zhàn)，例如疾病治療、環(huán)境修復(fù)和可持續(xù)能源生產(chǎn)?；虮磉_(dá)調(diào)控通過(guò)改造基因回路，合成生物學(xué)家可以精確控制基因表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)特定生物功能的優(yōu)化?；虮磉_(dá)工程應(yīng)用農(nóng)業(yè)提高作物產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。制藥生產(chǎn)治療性蛋白質(zhì)和藥物。環(huán)境修復(fù)污染和清潔環(huán)境。臨床應(yīng)用前景基因表達(dá)療法有望治療各種疾病，包括癌癥、遺傳病和感染性疾病。通過(guò)調(diào)節(jié)基因表達(dá)，可以改善疾病癥狀、提高療效和延長(zhǎng)患者壽命?；虮磉_(dá)工程正在推動(dòng)個(gè)性化醫(yī)療的發(fā)展，為患者提供更精準(zhǔn)的治療方案。倫理與法律問(wèn)題1數(shù)據(jù)隱私保護(hù)基因數(shù)據(jù)包含個(gè)人遺傳信息，需要嚴(yán)