[基础医学]基因的表达

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1、基因表达的研究方法基因表达的研究方法恐龙图片基因控制生物性状指导指导 合成合成蛋白质体现基因通过指导蛋白基因通过指导蛋白 质合成来控制性状质合成来控制性状 的过程，叫的过程，叫基因的基因的 表达表达。基 因 的 含 义功能上：控制生物性状的遗传物质结构、功能的基本单位。 本质上（与DNA的关系）：具有遗传效应的DNA片段。 位置上（与染色体的关系）：在染色体上呈直线排列。科学家发现：在DNA和蛋白质之间，能 够传达DNA遗传信息的中间物质即信使 RNA 。细胞核细胞质(核糖体)RNADNA 蛋白质基因表达的现代概念是1961年提出的,在当时 发现了信使RNA (mRNA) ,破解了遗传密码,阐

2、 述了蛋白质合成的基因调节。70年代中期出现了全球性的基因表达研究的热 点,80 年代得到了进一步的发展,发表的文章 呈10 倍的速度增长。90年代基因表达的研究又进入了一个新的时代 。由于数据的充足、新技术的进步,大规模的 DNA 的序列测定,目前已有更多的DNA 序列存 在GenBank中。生物医学的研究进入了一个新的转折点RNA和DNA的比较DNARNA 基本单单位化学组组成结结构 分子大小存在部位脱氧核苷酸脱氧核糖 、磷酸 A、T、G、C双螺旋核糖核苷酸核糖 、 磷酸 A、U、G、C一般单链很大较小主要在细胞核主要在细胞质RNA的种类？信使RNAmRNA：这种RNA 起的是信使传递遗传

3、信息的 作用。转运RNAtRNA：这种RNA 担负的是运输氨基酸的任务。核糖体RNArRNA：核糖体的 组成成分。？了解了RNA的结构, RNA为 什么能够成为DNA的信使?两者结构的相似性: 基本单位都是核苷酸，都是链状结构，都 有四种碱基，可以储存遗传信息。 另外,RNA较小,可以通过核孔进入细胞质.这些表明了RNA具有作为信使的能力？那么细胞中的 RNA是怎么产 生的?DNA的遗传信息又是怎 么传给mRNA的呢？1、遗传信息的转录转录：在细胞核内，以DNA的一条链为模 板，按照碱基互补配对的原则合成RNA 的过程。转录过程转录过程 转录过程总结场所：模板：原料：原则：产物： 意义：主要在

4、细胞核DNA的一条链 4种核糖核苷酸碱基互补配对原则（A-U）mRNA信息从DNA传递到RNA上2、遗传信息的翻译：游离在细胞质中的各种氨基酸,以mRNA为 模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质UCAUG A UUAmRNA密码子 密码子 密码子密码子：mRNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基l每种密码子 对应一种氨 基酸；一种 氨基酸可由 一种或多种 密码子来决 定。 l起始密码对 应氨基酸； 终止密码不 对应氨基酸 。遗传密码的特点1、有64个密码子，只有61个为决定氨基酸的密码子，3个为终止密码并不决定氨基酸；2、密码子AUG既是甲硫氨酸的密码子，又是起始密码3、每个氨基酸可以有一个或多个的密

5、码子；每个密码 子只决定一种氨基酸。4、在生物界，从病毒到人类的所有生物共用一套密码子，说明生物彼此之间亲缘关系。A A U亮氨酸AC U天门冬 酰氨AUG异亮氨酸tRNA 翻译过程场所： 原料： 模板： 转运： 原则： 产物：翻译过程总结核糖体氨基酸mRNAtRNA 碱基互补配对原则多肽链基因表达的过程中心法则（信息流）DNARNA转录逆转录蛋白质翻译DNA转录RNA蛋白质翻译RNA蛋白质翻译RNA逆转录 DNARNA转录DNA是遗传物质的生物基础RNA病毒（烟草花叶病毒）逆转录的RNA病毒（HIV）蛋白质翻译基因对性状的控制性状：生物形态结构和生理特征，由蛋白 质体现。酶的合成：白化病根本

6、原因：基因异常导致酪氨酸酶不 能合成直接原因：体内缺少酪氨酸酶，无法合成黑色素蛋白质分子的结构：镰刀型贫血症基 因酶的合成代谢过程蛋白质结构生物性状Northern 杂交法( Northern blots) 是用DNA 探针来检测特异序列的RNA。 这种方法主要是检测特异mRNA ,以分析该基 因的表达情况及mRNA 的分子大小,特别是对细 胞生长、分化、发育过程中有关基因的表达。 该方法具有较高的特异性和低背景。差减杂交技术( Subtractive hybridization technique)高级有机物大约含50000100000 个不同的基因 ,仅有15 %左右的基因在任何细胞都表达

7、。随着 生命过程的改变,如生长和分化、稳态、细胞周 期的调节、老化和细胞凋亡,基因选择性的进行 表达。 正常生长过程,疾病引起的病理改变如癌症,是否 由单个基因突变引起,还是由多个基因复杂作用, 通过基因表达的改变就可知道。 比较不同细胞类型基因表达的差异,就可以更好 的了解控制我们生命的生物过程的信息。随着认识的深入,人们开始思考细胞从静止期向增殖 期过渡,其基因的表达是否差异,恶性肿瘤在不同时期 表达有无不同。差减杂交技术也就在这种情况下产生 了。 Lee 等应用该技术进行了肿瘤抑制侯选基因的研究, 其过程为选择肿瘤细胞和其亲代正常细胞,在相同的 条件下培养,抽提两种细胞的mRNA ,并将

8、正常细胞的 mRNA 异转录为32 P 标记的cDNA ,然后,将标记的 cDNA 与10 倍的肿瘤细胞mRNA 第一次杂交,杂交混合 液在60 过羟基磷灰石柱,收集的流出液再与10 倍 的肿瘤细胞mRNA第二次杂交,收集的最后流出液中去 除了肿瘤mRNA 与正常细胞cDNA 相结合的杂交子,再 与正常细胞的cDNA 文库进行筛选,最后将筛选出的克 隆进行序列测定。这样就可初步筛选出肿瘤抑制侯选 基因。同样也可用于其他侯选基因的初步筛选。差异显示法(Differential display)用于区分不同细胞的mRNAs 的比较研究方法 Liang 和Pardee在差减杂交技术的基础上进 行了改

9、进,通过RT-PCR 扩增部分cDNA 序列, 然后将这些短的序列展示于测序凝胶中,直 接用于鉴定差异表达的基因。这种技术主要用于: 通过以短的cDNA条带的形 式展示mRNA的亚型来观察细胞的mRNA的组成成分, 并可同时运行两种标本; 这些cDNAs 可快速测序,因此每一个mRNA 能稳 定的获得标签,与数据库中的序列进行比较; 单个条带能稳定获得,作为探针用于Northern 或southern 杂交,从cDNA 或基因组文库分离基因 。与差减差异杂交相比,差异显示技术有如下优点更为快速,前者从细胞中分离克隆需要两个 月的时间,包括mRNA的分离,cDNA文库的构建, 递减,和通过差异杂

10、交筛选。后者只需2天就可 获得差异显示模式,5天时间进行克隆; 差异显示技术能同时检测两个群体的表达基 因的差异; 差异显示技术更为敏感,因为引进了PCR 技 术,只需1 g 的mRNA 就可进行100 个涌道的 电泳,比差减杂技术提高了50 倍。基因表达芯片技术( cDNA Microarrays)对于研究基因的表达差异,基因表达的系列 分析是一种强有力的工具。 随着人类基因组计划的不断深入进行,基因 组序列和表达的序列标签( EST) 的不断增 加,人们将研究重心逐渐从“结构基因”向 “功能基因”过渡,基因芯片技术也应运而 生了。 生物芯片技术最早是由Fodor等提出的一种用于合成和 分析

11、生物分子的微型装置。 其原理是指通过微阵列(Microarray) 技术将高密度的 cDNA 全长片段或ESTs 通过高速机器人以一定的顺序 或排列方式使其附着在如玻璃片等固相表面,将两种组 织或细胞提取的总RNA 或mRNA 通过逆转录进行荧光标 记,借助碱基互补配对原理与芯片进行杂交,再利用共 聚焦激光扫描探测系统ScanARRAY System 进行扫描图 像分析,最后计算机数据分析。表达基因芯片技术可进行高通量、定量的对两种组织 或细胞基因表达的平行分析。随着人类基因组全部序列的测序完 成,将全部基因都点于基因芯片上, 做成通用基因芯片,就可进行所有遗 传性疾病的诊断和治疗。基因表达技术简介基因表达技术是基因工程技术的核心。 至今，人们已建立了许多基因表达系统， 既有原核生物基因表达系统，也有真核生 物基因表达系统。不同的表达系统各有特 点，有它们的优势，也有它们的不足。 原核生物基因表达系统有:大肠杆菌表达 系统，芽胞杆菌表达系统和链霉菌表达 系统。 真核生物基因表达系统有:酵母表达系统 ，丝状真菌表达系统，昆虫表达系统， 哺乳动物细胞表达系统，转基因动物。