基因工程-第六章-外源基因的表达.ppt
基因表达(gene expression)：在一定调节机制控制下，基因经过转录及翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。,简单地说，基因表达就是基因的转录和翻译过程。,第六章 外源基因表达,大多数基因的表达产物是蛋白质,部分基因如tRNA和rRNA基因表达产物是RNA。表达多肽和蛋白质取决于精确的转录、翻译及翻译后的加工等步骤，而表达tRNA和rRNA则仅需要转录过程。基因表达过程体现了中心法则的内容，即遗传信息的流向是从DNA到蛋白质。,基因表达的特性,时间特异性（temporal specificity）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，这就是基因表达的时间特异性。如噬菌体、病毒、细菌、侵入缩主后，呈现一定的感染阶段。,阶段特异性（stage specificity）多细胞生物基因表达表现为与分化、发育阶段一致的的时间性,因此又称阶段特异性。,空间特异性或组织细胞特异性,空间特异性（spatial specificity）在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，就是基因表达的空间特异性。,基因表达的空间特异性又称为细胞特异性（cell specificity）或组织特异性（tissue specificity），因为基因表达伴随时间或阶段顺序所表现出的空间分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的。,基因表达的方式,按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：基本(或组成性)基因表达诱导和阻遏表达,某些基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因(house-keeping gene)。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。区别于其他基因，这类基因表达被视为组成性表达。,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时被抑制，这种基因是可阻遏基因。,可阻遏基因表达产物降低的过程称为阻遏(repression)。,基因表达调控的生物学意义,适应环境、维持生长和增殖,生物体赖以生存的外环境是在不断变化的，为了生存，所有活细胞都必须对外环境变化作出适当反应，调节代谢，以适应环境变化。生物体适应环境、调节代谢的能力与蛋白质分子的生物学功能有关。而蛋白质的水平又受基因表达的调控。,维持个体发育与分化,多细胞生物调节基因的表达除为适应环境外，还有维持组织器官分化、个体发育的功能。当某种基因缺陷或表达异常时，则会出现相应组织或器官的发育异常。,第六章 外源基因的表达,2023/10/11,苏州科技学院生物系 叶亚新,第一节 基因表达的机制,外源基因的起始转录mRNA的延伸与稳定性外源基因mRNA的有效翻译表达蛋白在细胞中的稳定性目的基因沉默,第六章 外源基因的表达,2023/10/11,苏州科技学院生物系 叶亚新,一、外源基因的起始转录选择可调控的启动子和相关的调控序列，是构建一个表达系统首先要考虑的问题理想的可调控的启动子细胞生长初期不表达或低水平表达在诱导因子的作用下开始转录高表达,原核生物基因表达的启动子：诱导型启动子 lac、trp 等组成型启动子 T7噬菌体,第一节 基因表达的机制,2023/10/11,苏州科技学院生物系 叶亚新,二、mRNA的延伸与稳定性,外源基因起始转录后，保持mRNA的有效延伸、终止及稳定存在是外源基因有效表达的关键避免转录物内的终止序列（衰减子attenuators）在表达载体上的存在加入抗终止序列元件存在正常转录终止序列，防止产生不必要的转录产物增加mRNA的稳定性在原核细胞：选择RNase缺失的受体菌在真核细胞：增加mRNA的准确加工,2023/10/11,苏州科技学院生物系 叶亚新,三、外源基因mRNA的有效翻译,基本原则AUG(ATG)是首选的起始密码子SD序列为与核糖体16SrRNA互补结合的位点，该序列至少含有AGGAGG序列中的4个碱基SD序列与翻译起始密码子之间的距离为39个碱基在翻译起始区周围的序列不易形成明显的二级结构不同基因组使用密码子具有选择性主密码子（major codon）罕用密码（rare codon）,2023/10/11,苏州科技学院生物系 叶亚新,四、表达蛋白在细胞中的稳定性,避免外源基因表达蛋白被降解的解决办法：,构建融合蛋白表达系统构建分泌蛋白表达系统构建包涵体表达系统包涵体（Inclusion Bodies，IB）:在某些生长条件下，E.coli能积累某种特殊的生物大分子，它们致密地聚集在细胞内，或被膜包裹或形成无膜裸露结构，这种结构称为包涵体。选择蛋白水解酶基因缺陷型的受体系统,第六章 外源基因的表达,第一节 基因表达的机制五、目的基因沉默基因沉默（gene silencing）是导致外源基因不能正常表达的重要因素，主要表现在转基因植物与转基因动物中。作用机制：位置效应的基因沉默转录水平的基因沉默转录后水平的基因沉默,2023/10/11,苏州科技学院生物系 叶亚新,2023/10/11,苏州科技学院生物系 叶亚新,第二节 基因表达的调控元件,启动子（promoter）增强子（enhancer）终止子（terminator）衰减子（attenuator）绝缘子（insulator）反义子（antisense RNA）,第六章 外源基因的表达,第六章 外源基因的表达,第三节 外源基因表达系统大肠杆菌基因表达系统芽孢杆菌表达系统链霉菌表达系统蓝藻表达系统酵母表达系统哺乳动物细胞基因表达系统植物细胞基因表达系统,2023/10/11,苏州科技学院生物系 叶亚新,
