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基 因 工 程 GENE ENGINEERING 主讲教师: 周国利 E-mail: glzhou@lcu.edu.cn Chapter 7 克隆基因的表达 Chapter 7 克隆基因的表达 第一节 基因表达的基本过程 第二节 外源基因在原核细胞中的表达 第三节 外源基因在真核细胞中的表达 第一节 基因表达的基本过程 基因组（genome) 一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。 基因表达（gene expression) 基因表达是指储存遗传信息的基因经过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程。典型的基因表达是基因经过转录、翻译，产生有生物活性的蛋白质的过程。 第一节 基因表达的基本过程 一、基因表达的基本规律 （一）时间特异性 按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异性（temporal specificity). 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性（stage specificity). 一、基因表达的基本规律 (二）空间特异性 在个体生长全过程中，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的空间特异性（spatial specificity). 基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官上的分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性（cell or tissue specificity). 二、基因表达的方式 基因分类 管家基因：表达很少受环境因素影响。 可调节基因：受环境因素的诱导或阻遏（可诱导或可阻遏）。 二、基因表达的方式 按对刺激的反应性，基因表达的方式分为： （一）组成性表达 某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因（housekeeping gene) 二、基因表达的方式 无论表达水平高低，管家基因较少受环境因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区别于其它基因，这类基因表达被视为组成性基因表达（constitutive gene expression). 如微管蛋白基因、糖酵解系基因与核糖体蛋白基因等。 二、基因表达的方式 （二）诱导和阻遏表达 在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因。 可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导（induction) 如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏（repression) 三、基因表达调控的生物学意义 （一）适应环境、维持生长和增殖 （二）维持个体发育与分化 四、基因表达调控的基本原理 （一）基因表达的多级调控 DNA水平： 基因丢失；基因扩增；基因重排；甲基化修饰；染色质的结构状态 RNA水平： 转录水平调控；RNA的转录后加工； mRNA从核内向胞浆转运；mRNA稳定性 蛋白质水平： 翻译过程；翻译后加工；蛋白质的稳定性 四、基因表达调控的基本原理 （二）基因转录激活调节基本要素 1、特异的DNA序列：如启动序列，操纵序列，Pribnow盒，GC序列等。 2、调节蛋白：如阻遏蛋白，激活蛋白，CAP，转录因子等。 3、DNA-蛋白质，蛋白质-蛋白质相互作用 4、RNA聚合酶 五、 基因表达的基本过程 外源基因在宿主细胞中的表达 思考？ 基因表达与克隆基因表达的异同？ 提示：从表达的对象、过程和场所等考虑。 第二节 外源基因在原核细胞中的表达 用原核生物作宿主 第二节 外源基因在原核细胞中的表达 大肠杆菌作为表达外源基因受体菌的特征 大肠杆菌表达外源基因的优势： 1、全基因组测序，共有4405个开放阅读框架 2、基因克隆表达系统成熟完善 3、繁殖迅速、培养简单、操作方便、遗传稳定 4、被USA FDA批准为安全的基因工程受体生物 第二节 外源基因在原核细胞中的表达 大肠杆菌表达外源基因的劣势： ①大肠杆菌中的表达不存在信号肽，产品多为胞内产物，提取困难。 ②因分泌能力不足，真核蛋白质常形成不溶性的包含体，表达产物需经变性复性才恢复活性。 ③蛋白质不能糖基化。产物蛋白质N端多余一个蛋氨酸残基。 ④其内毒素很难除去。 一、原核生物基因表达的特征 1、只有一种RNA多聚酶 识别原核细胞的启动子，催化所有的RNA合成。 2、以操纵子为单位 数个相关的结构基因与其调控区结合形成一个表达的协同单位。 乳糖操纵子的结构 一、原核生物基因表达的特征 3、转录和翻译偶联、连续进行 一、原核生物基因表达的特征 4、不含内含子，缺乏转录后的加工系统。 5、调控主要在转录水平上。 6、mRNA的核糖体结合位点：Shine-Dalgarno(SD) sequence 在起始密码子上游约4～7个核苷酸之前还有一段富含嘌呤的5′