基因表達的實驗應用,「基因過表達」的原理步驟和應用是什麼?

2021-04-20 01:14:26 字數 4512 閱讀 1070

1樓:叫那個不知道

基因表達(英語:gene expression)是用基因中的資訊來合成基因產物的過程。產物通常是蛋白質,但對於非蛋白質編碼基因,如轉運rna(trna)和小核rna(snrna),產物則是rna。

所有已知生物都通過基因表達來生成生命所需的高分子物質。

基因表達的過程可分為轉錄、rna剪接、翻譯、蛋白質的翻譯後修飾這幾步。基因表達調控控制細胞的結構與功能,同時也是細胞分化、形態發生及生物體的多功能性和適應性的基礎。

不同的時間、不同的環境,以及不同部位的細胞,或是基因在細胞中的含量差異,皆可能使基因產生不同的表現。基因調節也可以作為進化變化的底物,因為基因表達的時間,位置和數量的控制可以對基因在細胞或多細胞生物體中的功能(作用)具有深遠的影響。在遺傳學中,基因表達是基因型產生表現型(即可觀察的性狀)的最基本的層次。

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轉錄機制

轉錄過程由rna聚合酶完成,以dna(黑)作為模板,生成rna(藍)。上為編碼鏈,下為模板鏈基因是編碼了遺傳資訊的dn**段。基因組dna由反向平行、相反互補的雙鏈組成,每一條鏈都有5'端和3'端。

對於一個基因而言,這兩條鏈可以分別稱為模板鏈和編碼鏈。以dna為模板合成rna副本的過程,就稱為轉錄。

轉錄發生在細胞核中,由rna聚合酶完成。rna聚合酶將核苷酸一個個拼接到rna鏈上。新生成的rna與dna模板鏈的3' → 5'方向互補,而模板鏈的3' → 5'方向本身又與編碼鏈的5' → 3'方向互補。

因此,生成的rna與dna編碼鏈完全相同,除了胸腺嘧啶(t)被替換成了尿嘧啶(u)。比如,dna編碼鏈上的"atg"間接轉錄到rna非編碼鏈上就變成"aug"。

原核生物中,轉錄只由一種rna聚合酶完成,此過程需要一段稱為普里布諾盒的dna序列和σ因子才能開始。真核生物中,轉錄由三種rna聚合酶完成,需要啟動子和轉錄因子來啟動轉錄。rna聚合酶i負責轉錄核糖體rna(rrna)的基因。

rna聚合酶ii(pol ii)不僅轉錄所有蛋白質編碼基因,還轉錄一些非編碼rna(如snrna、snorna)。聚合酶遇到終止子後,轉錄過程即告結束。

2樓:我們黑夜很白

基因表達是指基因指導下的蛋白質合成過程。生物體生命活動中並不是所有的基因都同時表達,代謝過程中所需要的各種酶和蛋白質的基因以及構成細胞化學成分的各種編碼基因,正常情況下是經常表達的,而與生物發育過程有關的基因則要在特定的反應式表達。

基因表達的用運

利用基因晶片研究乾旱脅迫下玉米基因表達。

玉米是全球第一大作物、中國第二大作物,而乾旱是影響其產量的重要限制因素。開花期是玉米需水臨界期,對乾旱脅迫反應最敏感,此時逢乾旱會使產量下降幅度最大。

張教授的課題組以開花期玉米為材料,分別對其進行短期和長期的乾旱脅迫,採用全基因組晶片研究了頂葉中基因的表達情況。

3樓:亢愉律經藝

基因表達 基因表達(gene expression)是指細胞在生命過程中,把儲存在dna順序中遺傳資訊經過轉錄和翻譯,轉變成具有生物活性的蛋白質分子.生物體內的各種功能蛋白質和酶都是同相應的結構基因編碼的。

1.轉錄過程

在rna聚合酶的催化下,以dna為模板合成mrna的過程稱為轉錄(transcription).在雙鏈dna中,作為轉錄模板的鏈稱為模板鏈(template strand),或反義鏈(antisensestrand);而不作為轉錄模板的鏈稱為編碼鏈(coding strand),或有義鏈(sense strand).在雙鏈dna中與轉錄模板互補的一條dna鏈即編碼鏈,它與轉錄產物的差異僅在於dna中t變為rna中的u.

在含許多基因的dna雙鏈中,每個基因的模板鏈並不總是在同一條鏈上,亦即一條鏈可作為某些基因的模板鏈的,也可是另外一些基因的編碼鏈。

轉錄後要進行加工,轉錄後的加工包括:

(1)剪接:一個基因的外顯子和內含子都轉錄在一條原始轉錄物rna分子中,稱為前mrna(pre-mrna),又稱核內異質rna(heterogenuous nuclear rna,hurna)。因此前mrna分子既有外顯子順序又有內含子順序,另外還包括編碼區前面及後面非翻譯順序。

這些內含子順序必須除支而把外顯子順序連線起來,才能產生成熟的有功能的mrna分子,這個過程稱為rna剪接(rna splicing)。剪下發生在外顯子的3』末端的gt和內含子3』末端與下一個外顯子交界的ag處。

(2)加帽:幾乎全部的真核 mrna 端都具「帽子」結構。雖然真核生物的mrna的轉錄以嘌呤核苷酸三磷酸(pppag或pppg)領頭,但在5』端的一個核苷酸總是7-甲基鳥核苷三磷酸(m7gpppagpnp)。

mnra5』端的這種結構稱為帽子(cap)。不同真核生物的mrna具有不同的帽子。

mrna的帽結構功能:①能被核糖體小亞基識別,促使mrna和核糖體的結合;②m7gppp結構能有效地封閉rna 5』末端,以保護mrna免疫5』核酸外切酶的降解,增強mrna的穩定

(3)加尾:大多數真核生物的mrna 3』末端都有由100~200個a組成的poly(a)尾巴。poly(a)尾不是由dna編碼的,而是轉錄後的前mrna以atp為前體,由rna末端腺苷酸轉移酶,即ploy(a)聚合酶催化聚合到3』末端。

加尾並非加在轉錄終止的3』末端,而是在轉錄產物的3』末端,由一個特異性酶識別切點上游方向13~20鹼基的加尾識別訊號aauaaa以及切點下游的保守順序gugugug,把切點下游的一段切除,然後再由poly(a)聚合酶催化,加上poly(a)尾巴,如果這一識別訊號發生突變,則切除作用和多聚腺苷酸化作用均顯著降低。mrnapoly(a)尾的功能是:①可能有助mrna從核到細胞質轉運;②避免在細胞中受到核酶降解,增強mrna的穩定性。

2.翻譯過**核細胞的轉錄以及加工都是細胞核內進行,但翻譯過程則在細胞質中進行。

以mrna作為模板,trna作為運載工具,在有關酶、輔助因子和能量的作用下將活化的氨基酸在核糖體(亦稱核蛋白體)上裝配為蛋白質多肽鏈的過程,稱為翻譯(translation),這一過程大致可分為3個階段:

(1)肽鏈的起始:在許多起始因子的作用下,首先是核糖體的小亞基和mrna上的起始密碼子結合,然後甲醯甲硫氨醯trna(trna fmet)結合上去,構成起始複合物。通過trna的反密碼子uac,識別mrna上的起始密碼子aug,並相互配對,隨後核糖體大亞基結合到小亞基上去,形成穩定的複合體,從而完成了起始的作用。

(2)肽鏈的延和長:核糖體上有兩個結合點——p位和a位,可以同時結合兩個氨醯trna。當核糖體沿著mrna從5』→3』移動時,便依次讀出密碼子。

首先是trnafmet結合在p位,隨後第二個氨醯trna進入a位。此時,在肽基轉移酶的催化下,p位和a位上的2個氨基酸之間形成肽鍵。第一個trna失去了所攜帶的氨基酸而從p位脫落,p位空載。

a位上的氨醯trna在移位酶和gtp的作用下,移到p位,a位則空載。核糖體沿mrna 5』端向3』端移動一個密碼子的距離。第三個氨醯trna進入a位,與p位上氨基酸再形成肽鍵,並接受p位上的肽鏈,p位上trna釋放,a位上肽鏈又移到p位,如此反覆進行,肽鏈不斷延長,直到mrna的終止密碼出現時,沒有一個氨醯trna可與它結合,於是肽鏈延長終止。

(3)肽鏈的終止:終止訊號是mrna上的終止密碼子(uaa、uag或uga)。當核糖體沿著mrna移動時,多肽鏈不斷延長,到a位上出現終止訊號後,就不再有任何氨醯trna接上去,多肽鏈的合成就進入終止階段。

在釋放因子的作用下,肽醯trna的的酯鍵分開,於是完整的多肽鏈和核糖體的大亞基便釋放出來,然後小亞基也脫離mrna。

(4)翻譯後加工(postranslational processing):從核糖體上釋放出來的多肽需要進一步加工修飾才能形成具有生物活性的蛋白質。翻譯後的肽鏈加工包括肽鏈切斷,某些氨基酸的羥基化、磷酸化、乙醯化、糖基化等。

真核生物在新生手肽鏈翻譯後將甲硫氨酸裂解掉。有一類基因的翻譯產物前體含有多種氨基酸順序,可以切斷為不同的蛋白質或肽,稱為多蛋白質(polyprotein)。例如胰島素(insulin)是先合成86個氨基酸的初級翻譯產物,稱為胰島素原(proinsulin),胰島素原包括a、b、c三段,經過加工,切去其中無活性的c肽段,並在a肽和b肽之間形成二硫鍵,這樣才得到由51個氨基酸組成的有活性的胰島素。

3.外顯子與內含子表達過程中的相對性 從內含子與外顯子的定義來看,兩者是不能混淆的,但是真核生物的外顯子也並非都「顯」(編碼氨基酸),除了trna基因和rrna基因的外顯子完全「不顯」之外,幾乎全部的結構基因的首尾兩外顯子都只有部分核苷酸順序編碼氨基酸,還有完全不編碼基酸的外顯子,如人類g6pd基因的第一外顯子核苷酸順序。

現在已發現一個基因的外顯子可以是另一基因的內含子,反之亦然。以小鼠的澱粉酶基因為例,**於肝的與**於唾液腺的是同一基因。澱粉酶基因包括4個外顯子,肝生成的澱粉酶不保留外顯子1,而唾液腺中的澱粉酶則保留了外顯子1的50bp順序,但把外顯子2與前後兩段內含子一起剪下掉,經過這樣剪接,外顯子2就變成唾液澱粉酶基因中的內含子。

4.同一基因在不同組織能生成不同的基因產物 **於不同組織的類似蛋白,可以由同一基因編碼產生,這種現象首先是由於基因中的增強子等有組織特異性,它能與不同組織中的組織特異因子結合,故在不同組織中同一基因會產生不同的轉錄物與轉錄後加工作用。此外真核生物基因可有一個以一的poly(a)位點,因此能在不同的細胞中產生具有不同3』末端的前mrna,從而會有不同的剪接方式。由於大多數真核生物基因的轉錄物是先加poly(a)尾巴,然後再行剪接,因此不同組織、細胞中會有不同的因子干預多聚腺苷酸化作用,最後影響剪接模式。

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基因轉錄 翻譯和基因表達的區別,基因轉錄 翻譯和基因表達的區別

一 指代不同 1 基因轉錄 以dna的一條鏈為模板,按照鹼基互補配對原則,合成rna的過程。2 翻譯 是根據遺傳密碼的中心法則,將成熟的信使rna分子 由dna通過轉錄而生成 中 鹼基的排列順序 核苷酸序列 解碼,並生成對應的特定氨基酸序列的過程。3 基因表達 將來自基因的遺傳資訊合成功能性基因產物...