高中生物课件《遗传信息的转录与翻译》.pptVIP

*************************************基因表达调控的概念转录水平调控控制RNA的合成，包括转录因子结合、启动子活性、染色质修饰等机制。这是最主要和最经济的调控方式，可以避免不必要的RNA合成。RNA加工水平调控控制RNA的成熟过程，包括选择性剪接、RNA编辑、RNA稳定性等。这一层面的调控允许从同一基因产生多种RNA分子，增加基因产物的多样性。翻译水平调控控制蛋白质的合成，包括翻译起始效率、mRNA二级结构、miRNA调控等。这种调控允许细胞快速响应环境变化，调整蛋白质合成率。蛋白质水平调控控制蛋白质的活性和稳定性，包括翻译后修饰、蛋白质降解等。这是最直接的调控方式，可以迅速改变细胞内活性蛋白质的水平。原核生物基因表达调控乳糖操纵子模型乳糖操纵子是由法国科学家雅各布和莫诺发现的经典基因调控系统，是原核生物基因表达调控的典范。它由调控基因、操纵基因和结构基因组成。调控基因（i基因）编码阻遏蛋白，操纵基因（o）是阻遏蛋白的结合位点，结构基因（z、y、a）编码分解乳糖所需的酶。当环境中无乳糖时，阻遏蛋白结合在操纵基因上，阻止RNA聚合酶转录结构基因；当有乳糖存在时，乳糖与阻遏蛋白结合，使其构象改变，无法结合操纵基因，从而允许转录进行。原核生物调控特点操纵子结构：相关基因组织成操纵子，共同转录调控负调控：阻遏蛋白阻止基因表达正调控：激活蛋白促进基因表达快速响应：能迅速适应环境变化转录-翻译偶联：转录和翻译同时进行原核生物基因表达调控主要发生在转录水平，这是最经济有效的调控方式。通过调控蛋白与DNA的相互作用，细菌可以根据环境条件选择性地表达特定基因。真核生物基因表达调控蛋白质活性调控翻译后修饰、蛋白质降解等翻译水平调控miRNA调控、翻译效率控制等RNA加工水平调控选择性剪接、RNA稳定性控制等4转录水平调控启动子活性、转录因子、增强子等染色质水平调控染色质结构、组蛋白修饰、DNA甲基化等真核生物的基因表达调控比原核生物更为复杂，包括多个层次的调控机制。染色质水平的调控是真核生物特有的，它通过改变DNA的可及性影响基因表达。转录水平的调控涉及众多转录因子和调控元件，如增强子、沉默子等。RNA加工水平的调控通过选择性剪接可以从一个基因产生多种mRNA，大大增加了蛋白质组的多样性。翻译和蛋白质水平的调控使细胞能够快速响应外界刺激。表观遗传学简介定义与特点表观遗传学研究不改变DNA序列的情况下发生的可遗传的基因表达变化。这些变化可以影响基因的活性状态，但不涉及DNA碱基序列的改变。表观遗传修饰可以在细胞分裂过程中传递给子代细胞，有些甚至可以跨代遗传。主要机制DNA甲基化：在DNA上添加甲基基团，通常抑制基因表达组蛋白修饰：改变组蛋白的化学性质，影响染色质结构非编码RNA：如microRNA和长链非编码RNA调控基因表达染色质重塑：改变染色质的高级结构和核内位置生物学意义表观遗传调控在胚胎发育、细胞分化、基因印记、X染色体失活等过程中起关键作用。表观遗传改变还与多种疾病相关，如癌症、代谢疾病和神经退行性疾病。表观遗传标记可以受环境因素（如饮食、压力、污染物）影响，成为基因与环境相互作用的媒介。DNA甲基化分子机制DNA甲基化是指在DNA分子上添加甲基基团（CH?）的过程，主要发生在胞嘧啶核苷酸的5号碳原子上，形成5-甲基胞嘧啶。在哺乳动物中，甲基化主要发生在CpG双核苷酸（胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤）上。DNA甲基化由DNA甲基转移酶（DNMTs）家族催化，包括建立新甲基化模式的DNMT3a和DNMT3b，以及维持已有甲基化模式的DNMT1。甲基化可以被主动去除（通过TET酶）或通过DNA复制被被动稀释。功能与影响基因抑制：启动子区高度甲基化通常导致基因表达抑制基因组稳定性：甲基化有助于抑制转座子活性，维护基因组完整性基因印记：父源或母源等位基因的选择性表达依赖于DNA甲基化X染色体失活：在雌性哺乳动物中，一条X染色体的失活与DNA甲基化相关DNA甲基化模式的异常与多种疾病相关，如癌症中常见启动子高甲基化导致抑癌基因沉默，或全基因组低甲基化导致基因组不稳定。许多表观遗传药物通过靶向DNA甲基化来治疗疾病。组蛋白修饰乙酰化组蛋白乙酰转移酶（HATs）在组蛋白赖氨酸残基上添加乙酰基团，中和正电荷，松弛染色质结构，促进基因表达。相反，组蛋白去乙酰化酶（HDACs）去除乙酰基团，导致染色质紧密包装，抑制基因表达。甲基化组蛋白甲基转移酶在特定氨基酸残基（主要是赖氨酸和精氨酸）上添加甲基基团。与乙酰化不同，甲基化的效果取决于修饰的位置和程度