gene的表达

这是一篇关于gene的表达的结构思维导图，阐述了gene指导蛋白质的合成和gene表达与性状的关系，详细表达了两节的知识点以及常考点。框架清晰，内容全面。

章四 gene的表达

• 节1 gene指导蛋白质的合成
  • 遗传信息的转录
    • 过程：DNA分子→mRNA（信使RNA） 场所：细胞核（main）、叶绿体、线粒体 模板：DNA的一条链（供转录的） 条件：4种核糖核苷酸、ATP、RNA聚合酶 原则：碱基互补配对原则 特点：边解旋边转录
      • RNA一般为单链，比DNA短→可通过核孔，从cell核转移到cell质中
      • 模板链方向：3´→5´（RNA与模板链反向为5´→3´）
      • DNA分子中两条链里仅一条链是转录模板链（不固定，是哪条与其碱基排列顺序有关，看具体gene，∵特定gene转录要从启动子下游的3´开始）；一个DNA转录出的mRNA不完全相同
  • 遗传信息的翻译
    • 过程：mRNA分子→蛋白质 场所：cell质的核糖体 模板：mRNA 条件：21种游离氨基酸、ATP、酶、tRNA（转运RNA） 原则：碱基互补配对原则 特点：边解旋边转录 方向：起始密码子→终止密码子（不对应氨基酸） 产物：多肽→（内质网）→（高尔基体）→蛋白质
      • 每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸
        • 每个tRNA的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子
        • tRNA特点：1种tRNA的反密码子只对应1种氨基酸 1种氨基酸可由1种/多种tRNA转运
      • 核糖体是沿着mRNA移动的
        • 核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点
      • mRNA上的3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫作1个密码子。64个密码子组成密码子表。
        • 密码子特点：连续性（三联体、不间断、不重叠）、简并性（不同的序列却对应同一个氨基酸→保证遗传稳定，防止过多变异）、通用性（几乎所有的生物体都共用64个密码子→说明各种生物可能有共同起源）
      • 肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，然后开始承担cell生命活动的各项职责
    • 通常，1个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成→少量mRNA分子就可迅速合成大量蛋白质（意义）
      • 起始密码子开始端合成的多肽链短
  • 中心法则（克里克提出）
    • 概念：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译
    • 补充：少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA
      • ①RNA→RNA（RNA的复制） ②RNA→DNA（逆转录，有酶参与）
    • 在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量→可见，生命是物质、能量和信息的统一体
• 节2 gene表达与性状的关系
  • gene表达产物与性状的关系
    • gene（根原）→（转录）→mRNA→（翻译）→蛋白质（直原）→（体现）→性状
      • 皱粒豌豆形成机制：编码淀粉分支酶的gene（根原，可催化蔗糖变淀粉）被插入的DNA序列打乱→淀粉分支酶异常，活性大大降低→淀粉合成受阻，含量降低→淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩
      • 白化症状：人的白化症状是由编码酪氨酸酶的gene异常引起的。酪氨酸酶存在于正常人的皮肤、毛发等处，它能将酪氨酸转变为黑色素。If一个人由于gene异常而缺少酪氨酸酶，那么这个人就不能合成黑色素，从而表现出白化症状
      • 间接控制：gene通过控制酶的合成来控制代谢过程， 进而控制生物体的性状
      • 囊性纤维化（常隐）：编码CFTR蛋白（1种转运蛋白）的gene缺失了3个碱基，导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，其空间结构发生变化，使CFTR转运氯离子的功能出现异常，导致患者支气管中黏液过多，管腔受阻，细菌在肺部大量生长繁殖，最终使肺功能严重受损
      • 镰状cell贫血（常隐）
      • 直接控制：gene通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
  • gene的选择性表达与cell分化
    • 管家gene：所有cell中都表达的gene，指导合成的蛋白质是维持cell基本生命活动所必需的（如核糖体蛋白gene、ATP合成酶gene）
    • 奢侈gene：只在某类cell中特异性表达的gene（如卵清蛋白gene、胰岛素gene）
    • cell分化的本质就是gene的选择性表达
  • 表观遗传
    • 概念：生物体gene的碱基序列保持不变，但gene表达和表型发生可遗传变化的现象叫作表观遗传。表观遗传普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中
    • 特点：可遗传性；可逆性gene表达；碱基序列不变
    • DNA甲基化（DNA外进行）可引起gene的失活→gene不能表达
      • 实例1：柳穿鱼花的形态结构不同（gene不能表达的植株的Lcyc基因被高度甲基化即Lcyc基因有多个碱基连接甲基集团了）
      • 实例2：小鼠后代不同毛色，特定gene的表达受到抑制越明显，小鼠体毛颜色越深（gene前端有一段影响gene表达的特殊的碱基序列被甲基化）
      • 实例3：吸烟使人的体cell内DNA的甲基化水平变高，对染色体上的组蛋白也会产生影响。男性吸烟者的精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明显升高。
    • 常见调控机制
      • DNA修饰（如甲基化修饰，主要抑制转录）
      • 组蛋白修饰（影响gene表达、转录）
      • 非编码RNA修饰（主要抑制翻译）
    • gene与性状的关系并非简单的一一对应关系
      • 一因一效：1个gene1个性状→红绿色盲、白化病等
      • 多因一效：身高
      • 一因多效：我国科学家研究发现水稻的Ghd7gene编码的蛋白质不仅参与了开花的调控，而且对水稻的生长、发育和产量都有重要作用
      • 环境影响
        • 改变gene型→gene突变
        • 改变gene表达→表观遗传
        • 间接改变蛋白质活性（温度、ph值等），直接影响酶的活性
• 中心主题