第五章遺傳信息的表達(dá) ppt課件

1、第五章第五章 遺傳信息的表達(dá)遺傳信息的表達(dá)中心法那么：中心法那么：pr DNA RNA轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄翻譯 第一節(jié)第一節(jié) 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄transcription以為模板合成的過程以為模板合成的過程4模板：模板： 復(fù)制：復(fù)制： 兩條全部兩條全部DNA分子；分子； 轉(zhuǎn)錄：一條轉(zhuǎn)錄：一條DNA分子的部分分子的部分與復(fù)制的一樣之處與復(fù)制的一樣之處:(1)都以都以DNA為模板為模板.(2) 都以都以nt 為原料為原料,合成方向都是合成方向都是53.(3) 都服從堿基配對原那都服從堿基配對原那么么不同之處不同之處:(1)四種原料不同四種原料不同: DNAdNTP, RNANTP(2)配對堿基不同：配對堿基不同：A=

2、T；A=U3酶不同：酶不同： DNA聚合酶；聚合酶；RNA聚合酶聚合酶一、原核生物一、原核生物RNA的生物合成的生物合成一一RNA聚合酶聚合酶RNA polymerase ： 1 種種RNA合成的錯誤率為合成的錯誤率為10-6 DNA合成的錯誤率為合成的錯誤率為10-9-10-10大腸桿菌中：大腸桿菌中：全酶為：五聚體全酶為：五聚體2： ：識別結(jié)合啟動子：識別結(jié)合啟動子 2：啟動子上游：啟動子上游 ：催化構(gòu)成二酯鍵：催化構(gòu)成二酯鍵 ：酶與模板的結(jié)合部位：酶與模板的結(jié)合部位需需Mg2+，Mn2+， 無校正功無校正功能能二轉(zhuǎn)錄模板二轉(zhuǎn)錄模板基因基因1:鏈鏈2:轉(zhuǎn)錄模板鏈轉(zhuǎn)錄模板鏈(template

3、 strand) or 反意義鏈反意義鏈(antisense strand) 鏈鏈1:信息鏈信息鏈or 有意義鏈有意義鏈(sense strand) or 編碼鏈編碼鏈(coding strand)基因基因2: 鏈鏈1:轉(zhuǎn)錄模板鏈轉(zhuǎn)錄模板鏈(template strand) or 反意義鏈反意義鏈(antisense strand) 鏈鏈2 為信息鏈為信息鏈or 有意義鏈有意義鏈(sense strand) or 編碼鏈編碼鏈(coding strand)(三三) 轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄過程 1、起始階段: 不需求引物, 全酶中識別并結(jié)合啟動子DNA構(gòu)象發(fā)生變化RNA聚合酶催化兩個相鄰的nt與模板配對第

4、一個nt為5pppG or pppA, 第二個nt有游離3-OH繼續(xù)參與NTP,延伸幾個nt之后因子零落全酶全酶-DNA- pppGpN-OH 稱為起始復(fù)合物稱為起始復(fù)合物2、延伸階段: 中心酶(core enzyme) 沿模板35滑行, RNA按53方向合成12nt, RNA 5端與DNA模板脫離mRNA: 45nt/sec, rRNA: 90nt/sec3、.終止階段兩種方式兩種方式: 因子不依賴終止因子不依賴終止 因子依賴終止因子依賴終止RNA酶行進(jìn)到模板的終止子部位酶行進(jìn)到模板的終止子部位(富含富含GC,可在可在RNA 上構(gòu)成發(fā)夾構(gòu)造上構(gòu)成發(fā)夾構(gòu)造)發(fā)夾構(gòu)造影響發(fā)夾構(gòu)造影響RNA酶的行

5、進(jìn)酶的行進(jìn)RNA鏈先從鏈先從DNA上釋放上釋放,再與中心酶分別再與中心酶分別終止轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄1 因子不依賴終止因子不依賴終止 圖圖5-1 因子與因子與RNA聚合酶結(jié)合聚合酶結(jié)合(終止子終止子) 使使RNA-DNA雜交體解開雜交體解開 因子、因子、RNA聚合酶與聚合酶與DNA分別分別 轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止2 因子依賴終止因子依賴終止 圖圖5-2四、轉(zhuǎn)錄后加工四、轉(zhuǎn)錄后加工初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物primary transcrips：一個支配子轉(zhuǎn)錄出：一個支配子轉(zhuǎn)錄出的一條完好的一條完好RNA。mRNA：不需求加工：不需求加工 rRNA：需加工、修飾：需加工、修飾 tRNA：需加工、修飾：需加工、修飾

6、6個基因：個基因： 3個個tRNA 16s rRNA 23 s rRNA 稱為稱為30 s RNA 5 s rRNA 間隔序列間隔序列如大腸桿菌如大腸桿菌 rrnD支配子支配子 rRNA、tRNA混排圖混排圖5-3 30 s RNA核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶RNase P16 s 、23 s 、5 s rRNA前體前體 + tRNA 前體前體 內(nèi)、外切酶內(nèi)、外切酶 1 剪切作用：多余序列剪切作用：多余序列切除原間隔序列切除原間隔序列 2添加和修復(fù)添加和修復(fù)3端端CCA序列序列 3某些堿基的化學(xué)修飾某些堿基的化學(xué)修飾 成熟成熟16 s 、23 s 、5 s rRNA 成熟成熟tRNA二、真核生物RNA

7、的生物合成一一RNA聚合酶聚合酶pol 1 ：核仁：核仁：5.8S、18S、28S rRNA pol 2：核漿：核漿：mRNA pol 3 ：核漿：核漿：tRNA二轉(zhuǎn)錄單位：二轉(zhuǎn)錄單位： 為一個基因一個構(gòu)造基因加相應(yīng)調(diào)控元件為一個基因一個構(gòu)造基因加相應(yīng)調(diào)控元件三、轉(zhuǎn)錄過程：三、轉(zhuǎn)錄過程：1起始階段：需一些蛋白質(zhì)參與，稱轉(zhuǎn)錄因子transcrption factor，TF1 mRNA前體的轉(zhuǎn)錄 圖5-4 ：pol 2TF2D含一個TATAbox 結(jié)合蛋白TBP和多個TBP結(jié)合因子TAF + TATA box TF2A，TF2B結(jié)合TF2D TF2F+ pol2 結(jié)合TF2BTF2E、TF2H參與

8、，構(gòu)成起始復(fù)合物人基因：中心啟動子人基因：中心啟動子 + 上游調(diào)控元件上游調(diào)控元件UCE 轉(zhuǎn)錄因子：轉(zhuǎn)錄因子： 上游結(jié)合因子上游結(jié)合因子UBF1、 選擇因子選擇因子1selectivity factor1，SL1 含一個含一個TBP 和和 3個個TBP結(jié)合因子結(jié)合因子2rRNA前體的轉(zhuǎn)錄前體的轉(zhuǎn)錄 ：pol 1UBF1與中心啟動子和與中心啟動子和UCE 結(jié)合結(jié)合SL1與與UBF1結(jié)合結(jié)合pol 1與與 SL1 中的中的TBP結(jié)合結(jié)合起始轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄基因：基因：A box、B box TF 3 C結(jié)合與結(jié)合與B box TF 3 B結(jié)合與啟動子結(jié)合與啟動子 pol 3進(jìn)入進(jìn)入3tRNA、5SrR

9、NA：pol 33、終止階段：機(jī)制不清、終止階段：機(jī)制不清2、延伸階段：與原核生物類似，方向、延伸階段：與原核生物類似，方向537mG：5-5磷酸二酯鍵正常：磷酸二酯鍵正常：3-5磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵四轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工5端加帽子端加帽子1mRNA前體的加工：前體的加工：3端加尾巴端加尾巴poly A去除內(nèi)含子拼接外顯子去除內(nèi)含子拼接外顯子15端加帽子端加帽子capping圖圖5-5 1 型帽子構(gòu)造：型帽子構(gòu)造：m7G-nt12-OH被甲基化被甲基化 2型帽子構(gòu)造型帽子構(gòu)造: m7G-nt12-OH被甲基化被甲基化- nt22 -OH被甲基化被甲基化兩種：兩種：(2)3端加尾巴端加尾巴poly A

10、 tail圖圖5-6 mRNA中中 AAUAAA序列被核酸內(nèi)切酶識別并在其下游序列被核酸內(nèi)切酶識別并在其下游11 nt -30nt 處切斷處切斷, 在在poly A聚合酶作用下參與聚合酶作用下參與poly A.(3) 去除內(nèi)含子拼接外顯子去除內(nèi)含子拼接外顯子(splicing): 圖圖5-7剪接反響剪接反響: 在剪接體在剪接體(spliceosome)中進(jìn)展中進(jìn)展 (兩步兩步) SnRNA: U1, U2,U3.U6 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)內(nèi)含子的構(gòu)造內(nèi)含子的構(gòu)造: 5GU-A-AG 35剪切位點剪切位點 (分支點分支點) (3剪切位點剪切位點 )第二步第二步: 5外顯子攻擊外顯子攻擊3剪接位點剪接位點

11、,兩個外顯子拼接兩個外顯子拼接,同時釋放套索狀中間產(chǎn)物同時釋放套索狀中間產(chǎn)物.第一步第一步: 分支點分支點A 攻擊攻擊5側(cè)剪接位點側(cè)剪接位點G, 釋放釋放5外顯子外顯子. mRNA內(nèi)含子的自我剪接內(nèi)含子的自我剪接特點：內(nèi)含子自我剪接 / 核酶產(chǎn)物：套索構(gòu)造4化學(xué)修飾: 主要是甲基化修飾5RNA的編輯的編輯(RNA editing) 隱蔽基因隱蔽基因(cryptogene) 產(chǎn)物產(chǎn)物如如 線粒體細(xì)胞色素氧化酶線粒體細(xì)胞色素氧化酶C亞基亞基mRNA： 在在145個不同位點插入個不同位點插入407個個U， 在在9個不同位點刪除個不同位點刪除19個個U， 編輯編輯nt占成熟占成熟mRNA的一半以上。的

12、一半以上。2tRNA 前體的加工前體的加工A：tRNA 前體的剪接：去除內(nèi)含子和前體的剪接：去除內(nèi)含子和5側(cè)先導(dǎo)序列。側(cè)先導(dǎo)序列。 B： 添加或修復(fù)添加或修復(fù)3端端CCA序列。序列。 C： 化學(xué)修飾：構(gòu)成稀有堿基。化學(xué)修飾：構(gòu)成稀有堿基。3rRNA 前體的加工：前體的加工： A：rRNA 前體的剪接；前體的剪接； B：化學(xué)修飾：化學(xué)修飾第三節(jié)第三節(jié) 翻譯翻譯一、原核生物蛋白質(zhì)的生物合成一、原核生物蛋白質(zhì)的生物合成一蛋白質(zhì)生物合成體系一蛋白質(zhì)生物合成體系1、mRNA ：1密碼子密碼子codon：每三個相鄰的：每三個相鄰的nt決議一個氨基酸。決議一個氨基酸。2開放閱讀框開放閱讀框open read

13、ing frame，ORF：從起始密碼：從起始密碼子到終止密碼子。子到終止密碼子。3遺傳密碼：遺傳密碼：64個密碼子的統(tǒng)稱。密碼子表個密碼子的統(tǒng)稱。密碼子表 P78 1起始密碼子：起始密碼子：AUG- met； 2終止密碼子：終止密碼子：UAG，UAA，UGA 3讀寫方向：讀寫方向： 53； 4 延續(xù)性；延續(xù)性； 5兼并性：幾個密碼子決議同一個氨基酸；兼并性：幾個密碼子決議同一個氨基酸； 6 通用性；通用性；特點：特點：7擺動性擺動性wobble：密碼子的第三位與反：密碼子的第三位與反密碼子的第一位密碼子的第一位 堿基的配對不非常嚴(yán)厲。堿基的配對不非常嚴(yán)厲。第一位5端 堿基第二位中間堿基第三位

14、3端堿基 A G U C AAAA賴氨酸AAG賴氨酸 AAU天冬酰胺AAC天冬酰胺AGA精氨酸AGG精氨酸 AGU絲氨酸AGC絲氨酸AUA異亮氨酸AUG甲硫氨酸 +起始信號AUU異亮氨酸AUC異亮氨酸ACA蘇氨酸ACG蘇氨酸 ACU蘇氨酸ACC蘇氨酸AG UC GGAA谷氨酸GAG谷氨酸GAU天冬氨酸GAC天冬氨酸GGA甘氨酸GGG甘氨酸GGU甘氨酸GGC甘氨酸GUA纈氨酸GUG纈氨酸GUU纈氨酸GUC纈氨酸GCA丙氨酸GCG丙氨酸GCU丙氨酸GCC丙氨酸AGUC UUAA終止信號UAG終止信號UAU酪氨酸UAC酪氨酸UGA終止信號UGG色氨酸UGU半胱氨酸UGC半胱氨酸UUA亮氨酸UUG亮氨

15、酸UUU苯丙氨酸UUC苯丙氨酸UCA絲氨酸UCG絲氨酸UCU絲氨酸UCC絲氨酸AGUC CCAA谷氨酰胺CAG谷氨酰胺CAU組氨酸CAC組氨酸CGA精氨酸CGG精氨酸CGU精氨酸CGC精氨酸CUA亮氨酸CUG亮氨酸CUU亮氨酸CUC亮氨酸CCA脯氨酸CCG脯氨酸CCU脯氨酸CCC脯氨酸AGUC主要活性部位：主要活性部位： A位受位位受位acceptor site：氨酰：氨酰tRNA(tRNA-a.a)進(jìn)入的進(jìn)入的部位部位. P位位(供位供位 donor site,peptide site): 肽酰肽酰tRNA(tRNA-a.a-a.a-a.a-a.aa.a) 占據(jù)的部位占據(jù)的部位.2核糖體核糖

16、體ribosome：rRNA + prs ：是蛋白質(zhì)合成的場所：是蛋白質(zhì)合成的場所3tRNA：氨基酸的運輸工具，：氨基酸的運輸工具， 細(xì)菌中約細(xì)菌中約30種種-40種。種。4各種蛋白質(zhì)：起始因子：各種蛋白質(zhì)：起始因子：IF：IF-1；IF-2；IF-3。 延伸因子：延伸因子：EF：EF-Tu；EF-Ts；EF-G。 終止因子：終止因子：RF：RF-1；RF-2；RF-3。5氨基酰氨基酰-tRNA合成酶：催化氨基酸與合成酶：催化氨基酸與tRNA結(jié)合構(gòu)成結(jié)合構(gòu)成tRNA-a.a, 具有特異性具有特異性.1.起始階段起始階段: IF-3+ 30S mRNAfmet-tRNAfmet-IF-2-GTP(IF-1促進(jìn)該三元復(fù)合物構(gòu)促進(jìn)該三元復(fù)合物構(gòu)成成) 50S 釋放釋放IF-1,IF-2,IF-3,GDP,Pi構(gòu)成構(gòu)成70S.mRNA. fmet-tRNAfmet 三元起始復(fù)合物三元起始復(fù)合物.(二二)氨基酸的活化氨基酸的活化: tRNA + a.a tRNA-a.a (三三) 翻譯過程翻譯過程: 三個階段三個階段2.延伸階段延伸階段: 許多循環(huán)組成，每個循環(huán)包括三步許多循環(huán)組成，每個