藥研20分子串講 課件

1、分子生物學(xué)串講 中南大學(xué) 陳漢春 9/15/20221第一講核酸與基因、DNA復(fù)制、損傷與修復(fù)含第一、三、四章內(nèi)容9/15/20222第一章 基因的結(jié)構(gòu)與功能9/15/20223一、核酸的分類 (deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脫氧核糖核酸 核糖核酸9/15/20224二、核酸的化學(xué)組成 1. 主要元素組成C、H、O、N、P2. 分子組成 堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿 戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖 磷酸(phosphate)9/15/20225核苷酸(ribonucleotide)的結(jié)構(gòu)核苷（脫氧核苷）和磷酸以磷酸

2、酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。 9/15/20226三、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)定義核酸中核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列。5端3端CGA9/15/20227四、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)9/15/20228DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) Watson, Crick, 1953DNA分子由兩條相互平行但走向相反的脫氧多核苷酸鏈組成，兩鏈以-脫氧核糖-磷酸-為骨架，以右手螺旋方式繞同一公共軸盤。目 錄9/15/20229堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)側(cè)，與對(duì)側(cè)堿基形成氫鍵配對(duì)互補(bǔ)配對(duì)形式：A=T; GC 。目 錄9/15/202210堿基互補(bǔ)配對(duì) TAGC9/15/20221

3、1五、RNA動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)有4大類RNA: 1. rRNA (80%-85%) 2. tRNA 3.小分子RNA 4. mRNA (1%-5%)(10%-15%)9/15/202212* mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1. 大多數(shù)真核mRNA的5末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個(gè)7-甲基鳥苷，同時(shí)第一個(gè)核苷酸的C2也是甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppNm-。2. 大多數(shù)真核mRNA的3末端有一個(gè)多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱為多聚A尾。一信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能9/15/202213* tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 含 1020% 稀有堿基，如 DHU 3末端為 CCA-OH 5末端大多數(shù)為G 具有 TC 二轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與

4、功能9/15/202214* tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)三葉草形 氨基酸臂 DHU環(huán) 反密碼環(huán) 額外環(huán) TC環(huán)氨基酸臂額外環(huán)* tRNA的功能活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。9/15/202215* rRNA的結(jié)構(gòu)三核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能* rRNA的功能參與組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。9/15/202216四、核 酶具有酶促活性的RNA稱為核酶。核酶(ribozyme)9/15/202217第三章 DNA的生物合成基因組復(fù)制9/15/202218復(fù)制(replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過(guò)程。復(fù)制親代DNA子代DNA9/15/20

5、2219半保存復(fù)制(semi-conservative replication)復(fù)制的高保真性(high fidelity) 雙向復(fù)制(bidirectional replication)半不連續(xù)復(fù)制(semi-discontinuous replication) 一、復(fù)制的根本規(guī)律9/15/2022201. 半保存復(fù)制 DNA生物合成時(shí)，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配對(duì)規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過(guò)來(lái)，另一股單鏈那么完全重新合成。兩個(gè)子細(xì)胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致。這種復(fù)制方式稱為半保存復(fù)制。半保存復(fù)制的

6、概念9/15/202221原核生物復(fù)制時(shí)，DNA從起始點(diǎn)(origin)向兩個(gè)方向解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制。 2. 雙向復(fù)制原核生物DNA復(fù)制中的放射自顯影圖象9/15/2022223535direction of unwinding35335(leading strand)(lagging strand)okazaki fragment3. 復(fù)制的半不連續(xù)性9/15/202223 二、DNA復(fù)制的酶學(xué)The Enzymology of DNA Replication9/15/202224參與DNA復(fù)制合成的物質(zhì)四要素： 模板(template) : 解開成單鏈的DNA

7、母鏈引物(primer): 提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP聚合酶(polymerase): 依賴DNA的DNA聚合酶，簡(jiǎn)寫 為 DNA-pol其他的酶和蛋白質(zhì)因子9/15/2022251. 復(fù)制的化學(xué)反響 (dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi 目 錄9/15/2022262. DNA聚合酶全稱：依賴DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)簡(jiǎn)稱：DNA-pol活性：1. 53 的聚合活性 3 5外切酶活性2. 核酸外切酶活性 5 3外切酶活性9/15

8、/2022275 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 5外切酶活性 5 3外切酶活性?能切除突變的 DNA片段。能識(shí)別錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。 核酸外切酶活性 目 錄9/15/202228(1) 遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；(2)聚合酶在復(fù)制延長(zhǎng)時(shí)對(duì)堿基的選擇功能 DNA-pol ；(3) 復(fù)制出錯(cuò)時(shí)DNA-pol的及時(shí)校讀功能(DNA- pol, DNA-pol 。3. 復(fù)制保真性的酶學(xué)依據(jù)9/15/2022294. DNA的復(fù)制過(guò)程： 起始 延長(zhǎng) 終止9/15

9、/2022305. 端粒酶與端粒復(fù)制9/15/20223153355335+5333355目 錄9/15/202232(1) 端粒(telomere)指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)。功能 維持染色體的穩(wěn)定性 維持DNA復(fù)制的完整性結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。 末端DNA序列是多次重復(fù)的富含T、 G堿基的短 序列。TTTTGGGGTTTTGGGG9/15/202233(2) 端粒酶(telomerase)端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR)端粒酶協(xié)同蛋白(human telomerase associated protein 1, hTP

10、1)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse transcriptase, hTRT) 組成(含RNA和蛋白質(zhì)，三局部)9/15/202234三、逆轉(zhuǎn)錄Reverse Transcription9/15/202235逆轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase) 逆轉(zhuǎn)錄(reverse transcription) RNADNA 逆轉(zhuǎn)錄酶9/15/202236逆轉(zhuǎn)錄酶 A AA A T T T TAAAASI核酸酶 DNA聚合酶堿水解 T T T T分子生物學(xué)研究可應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄酶作為獲取基因工程目的基因的重要方法之一，此法稱為cDNA法。 以mRNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)

11、錄合成的與mRNA堿基序列互補(bǔ)的DNA鏈。 試管內(nèi)合成cDNAcDNA complementary DNA9/15/202237DNA損傷與修復(fù)DNA Damage and Repair第四章9/15/202238遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳信息改變，均可稱為突變。在復(fù)制過(guò)程中發(fā)生的DNA突變稱為DNA損傷(DNA damage)。突變是與遺傳保守性對(duì)立而又統(tǒng)一的自然現(xiàn)象，既危害生命，又有積極意義。從分子水平來(lái)看，突變就是DNA分子上堿基的改變。 9/15/202239一、突變的意義一突變是進(jìn)化、分化的分子根底： 進(jìn)化過(guò)程是突變不斷發(fā)生與積累所 造成的。 9/15/202240二突變導(dǎo)致基因

12、型改變： DNA多態(tài)性(polymorphism)導(dǎo)致個(gè)體間 基因型的差異，用于個(gè)體識(shí)別和疾病易 感性預(yù)測(cè)等。9/15/202241三突變導(dǎo)致死亡：某些重要基因的突變可導(dǎo)致個(gè)體死亡，如杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥Ducheme muscular dystrophy，DMD DMD基因突變： 缺失、重復(fù)、點(diǎn)突變。 突變熱點(diǎn)區(qū)：外顯子320及外顯子4445區(qū)域 表型：一般6歲前出現(xiàn)進(jìn)行性嚴(yán)重肌無(wú)力，伴有 小腿假性肥大，中度至重度智力障礙和 心臟病。 預(yù)后：12歲前喪失行走能力，20歲左右死于呼 吸系統(tǒng)疾病或心力衰竭。9/15/202242四突變是某些疾病的發(fā)病根底：1. 單基因病 甲型血友?。?因子基因缺陷

13、因子活性缺乏 出血。 -地中海貧血： 珠蛋白基因缺失、插入或點(diǎn)突變 珠蛋白 鏈合成減少或缺乏。2. 多因素病 腫瘤： 癌基因和/或抑癌基因突變 細(xì)胞增殖加速、分化及凋亡受阻9/15/202243二、引發(fā)突變的因素物理因素 紫外線(ultra violet, UV)、各種輻射 UV9/15/202244化學(xué)因素水、空氣、食物中的環(huán)境致癌物目 錄9/15/202245四、DNA損傷的修復(fù)修復(fù)(repairing) 是對(duì)已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施，使其回復(fù)為原有的天然狀態(tài)。光修復(fù)(light repairing)切除修復(fù)(excision repairing)重組修復(fù)(recombination re

14、pairing)SOS修復(fù) 修復(fù)的主要類型9/15/202246一光修復(fù)光修復(fù)酶(photolyase) UV9/15/202247UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶OHP 二切除修復(fù)是細(xì)胞內(nèi)最重要和有效的修復(fù)機(jī)制，主要由DNA-pol和連接酶完成。DNA連接酶ATPE.coli的切除修復(fù)機(jī)制目 錄9/15/202248三重組修復(fù)9/15/202249四SOS修復(fù)當(dāng)DNA損傷廣泛難以繼續(xù)復(fù)制時(shí)，由此而誘發(fā)出一系列復(fù)雜的反響。在E. coli，各種與修復(fù)有關(guān)的基因，組成一個(gè)稱為調(diào)節(jié)子(regulon)的網(wǎng)絡(luò)式調(diào)控系統(tǒng)。這種修復(fù)特異性低，對(duì)堿基的識(shí)別、選擇能力差。通過(guò)SOS修復(fù)，復(fù)制如能繼

15、續(xù)，細(xì)胞是可存活的。然而DNA保存的錯(cuò)誤較多，導(dǎo)致較廣泛、長(zhǎng)期的突變。9/15/202250第 二 講 基 因 表 達(dá)第五章9/15/202251基因表達(dá)DNA RNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯轉(zhuǎn)錄Transcription翻譯Translation9/15/202252轉(zhuǎn)錄RNADNA mRNAtRNArRNA第一節(jié) RNA的生物合成轉(zhuǎn)錄RNA Biosynthesis, Transcription9/15/202253轉(zhuǎn)錄 (transcription) 生物體以DNA為模板合成RNA的過(guò)程 。 9/15/202254參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板: DN

16、A酶: RNA聚合酶(RNA-pol) (DNA dependent RNA polymerase)其他蛋白質(zhì)因子9/15/2022555335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向一、轉(zhuǎn)錄模板 結(jié)構(gòu)基因(structural gene): DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段 不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄9/15/202256二、RNA聚合酶一原核生物的RNA聚合酶 (480kD,五聚體蛋白質(zhì))29/15/202257核心酶 (core enzyme)全酶 (holoenzyme)9/15/202258二真核生物的RNA聚合酶 9/15/202259三、模板上酶的識(shí)別、結(jié)合原核生物一個(gè)轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，

17、稱為操縱子(operon)，包括假設(shè)干個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其上游(upstream)的調(diào)控序列。 5335結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列RNA-polRNA聚合酶結(jié)合模板DNA的部位(啟 動(dòng)子，promoter)9/15/202260原核生物RNApol可直接結(jié)合DNA模板；真核生物RNA-pol需與輔助因子結(jié)合后才結(jié)合DNA模板。轉(zhuǎn)錄過(guò)程The Process of Transcription9/15/2022612. DNA雙鏈解開1. RNA聚合酶全酶(2)與模板結(jié)合 3. 在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反響，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物:

18、5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程一轉(zhuǎn)錄起始9/15/202262二轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)1. 亞基脫落，RNApol核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板(向5端)前移； 2. 在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長(zhǎng)。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi9/15/202263轉(zhuǎn)錄空泡(transcription bubble)：RNA-pol 核心酶 DNA RNA9/15/202264依賴Rho ()因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止三轉(zhuǎn)錄終止指RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來(lái)不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物R

19、NA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來(lái)。 分類9/15/202265A T P1. 依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止Rho因子(同源六聚體，ATP酶+解螺旋酶活性結(jié)合RNA鏈3 端poly C序列Rho因子和RNA-pol都變構(gòu)，RNA-pol停止前進(jìn)、DNA/RNA雜化雙鏈拆離。9/15/2022662. 非依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，使轉(zhuǎn)錄出的RNA產(chǎn)物形成特殊的局部莖環(huán)或發(fā)夾二級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)終止轉(zhuǎn)錄。9/15/202267莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理 使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓； 使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。5pppG5 335RNA-pol9/15/2022

20、68二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程一轉(zhuǎn)錄起始真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，RNA-pol不直接結(jié)合模板，而是與輔助因子結(jié)合后才結(jié)合DNA模板。真核生物的轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程比原核生物復(fù)雜。9/15/202269POL-TFFAB由RNA-Pol 催化轉(zhuǎn)錄的PIC POL-TFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA復(fù)合物TATAABTBPTAFTATAHECTD-PPIC組裝完成，TFH使CTD磷酸化9/15/202270二轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，轉(zhuǎn)錄與翻譯不同步。 9/15/2022715AAUAAA-5 AAUAAA-核酸酶-GUGUGUG

21、RNA-polAATAAA GTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)55333加尾AAAAAAA 3 mRNA三轉(zhuǎn)錄終止 和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。9/15/202272真核生物的轉(zhuǎn)錄后修飾Post-transcriptional Modification9/15/202273真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工一、 首、尾的修飾 5端形成 帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp ) 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)9/15/202274真核生物結(jié)構(gòu)基因，由假設(shè)干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。 1. 斷裂基因(sp

22、lite gene)CBD編碼區(qū)非編碼區(qū)二、mRNA的剪接9/15/2022752. mRNA的剪接 除去hnRNA中的內(nèi)含子，將外顯子連接。snRNP與hnRNA結(jié)合成為剪接體splicesome； 剪接體是mRNA剪接的場(chǎng)所。9/15/2022763. mRNA的編輯(mRNA editing) 9/15/202277 RNA編輯作用說(shuō)明，基因的編碼序列經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工(differential RNA processing)。人類apo B基因 mRNA（14 500個(gè)核苷酸）肝臟apo B100（分子量為500 000）腸道細(xì)胞apo B48（分子

23、量為240 000）轉(zhuǎn)錄后CU使CAAUAA9/15/202278蛋白質(zhì)的生物合成翻譯Protein Biosynthesis，Translation 第 二 節(jié)9/15/202279蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由 4 種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過(guò)遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的排列順序 。9/15/20228020種氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、無(wú)機(jī)離子參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括 三種RNAmRNAmessenger RNA, 信使RNArRNAribosomal RNA, 核蛋白體RNAtRNAtransfer

24、 RNA, 轉(zhuǎn)移RNA9/15/202281一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼 mRNA是遺傳信息的攜帶者遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱為順?lè)醋?cistron)。原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順?lè)醋?polycistron) 。真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順?lè)醋?single cistron) 。 9/15/202282 mRNA上存在遺傳密碼mRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號(hào)，稱為三聯(lián)體密碼(triplet coden)。起始密碼(initiat

25、ion coden): AUG 終止密碼(termination coden): UAA，UAG，UGA 9/15/202283遺傳密碼表密 碼 子 的 第 三 個(gè) 堿 基UCAGUCAGUCAGUCAG9/15/2022841. 連續(xù)性(commaless)遺傳密碼的特點(diǎn)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無(wú)間斷也無(wú)交叉。 9/15/2022852. 簡(jiǎn)并性(degeneracy)遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個(gè)或多至6個(gè)三聯(lián)體為其編碼。9/15/2022869/15/2022873. 通用性(universal)蛋白質(zhì)生物合成的整套

26、密碼，從原核生物到人類都通用。 已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。 通用密碼 線粒體密碼AUA 異亮 蛋、起始AGA 精 終止AGG 精 終止UGA 終止 色9/15/2022884. 擺動(dòng)性(wobble)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的反密碼需要通過(guò)堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼反向配對(duì)結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對(duì)規(guī)律，稱為擺動(dòng)配對(duì)。 9/15/202289密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)現(xiàn)象tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U, C, AA, GU, CUG9/15/202290二、核蛋白體是多

27、肽鏈合成的裝置9/15/202291原核生物真核生物核蛋白體小亞基大亞基核蛋白體小亞基大亞基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質(zhì)rpS 21種rpL 36種rpS 33種rpL 49種 不同細(xì)胞核蛋白體的組成 9/15/202292原核生物翻譯過(guò)程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:9/15/202293三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂9/15/202294氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰-tRNA合成酶一氨基酰-tRNA合成酶(aminoac

28、yl-tRNA synthetase) 氨基酸的活化9/15/202295真核生物： Met-tRNAiMet原核生物： fMet-tRNAfMet二起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA9/15/202296蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程 The Process of Protein Biosynthesis 9/15/202297翻譯的起始(initiation)翻譯的延長(zhǎng)(elongation)翻譯的終止(termination )整個(gè)翻譯過(guò)程可分為 ：翻譯過(guò)程從閱讀框架的5-AUG開始，按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序延長(zhǎng)肽鏈，直至終止密碼出現(xiàn)。 9/15/202298一、肽鏈合成起始指mRNA和起始氨基酰

29、-tRNA分別與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物 (translational initiation complex)。9/15/202299原核、真核生物各種起始因子的生物功能 IF-3IF-29/15/2022100一原核生物翻譯起始復(fù)合物形成核蛋白體大小亞基別離；mRNA在小亞基定位結(jié)合；起始氨基酰-tRNA的結(jié)合； 核蛋白體大亞基結(jié)合。9/15/2022101IF-3IF-11. 核蛋白體大小亞基別離9/15/2022102AUG53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結(jié)合9/15/2022103IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet

30、 )結(jié)合到小亞基AUG539/15/2022104IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成AUG539/15/2022105二真核生物翻譯起始復(fù)合物形成核蛋白體大小亞基別離；起始氨基酰-tRNA結(jié)合；mRNA在核蛋白體小亞基就位；核蛋白體大亞基結(jié)合。9/15/2022106met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、 eIF-6 elF-3GDP+Pi各種elF釋放elF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻譯起始復(fù)合

31、物形成過(guò)程9/15/2022107二、肽鏈合成的延長(zhǎng)指根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，次序添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過(guò)程。 肽鏈延長(zhǎng)在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomal cycle)，每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸，包括以下三步：進(jìn)位(entrance)成肽(peptide bond formation)轉(zhuǎn)位(translocation)9/15/2022108延伸過(guò)程所需蛋白因子稱為延長(zhǎng)因子(elongation factor, EF)原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)EF-G真核生物：eEF-1 、eEF-2 9/15/2022109原

32、核延長(zhǎng)因子生物功能對(duì)應(yīng)真核延長(zhǎng)因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合分解GTPEF-1-EF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-1-EFG有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進(jìn)卸載tRNA釋放EF-2肽鏈合成的延長(zhǎng)因子 9/15/2022110又稱注冊(cè)(registration)一進(jìn)位指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白體A位。 9/15/2022111TuTsGTPGDPAUG53TuTsGTP9/15/2022112二成肽是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過(guò)程。9/15/2022113三轉(zhuǎn)位延長(zhǎng)因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶(

33、translocase )活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進(jìn)核蛋白體向mRNA的3側(cè)移動(dòng) 。9/15/2022114fMetAUG53fMetTuGTP9/15/2022115真核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)過(guò)程與原核根本相似，但有不同的反響體系和延長(zhǎng)因子。另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒(méi)有E位，轉(zhuǎn)位時(shí)卸載的tRNA直接從P位脫落。四真核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)過(guò)程9/15/2022116 三、肽鏈合成的終止當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體等別離，這些過(guò)程稱為肽鏈合成終止。 9/15/2022117終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子 (release facto

34、r, RF) 一是識(shí)別終止密碼，如RF-1特異識(shí)別UAA、UAG；而RF-2可識(shí)別UAA、UGA。二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，相?dāng)于催化肽?；D(zhuǎn)移到水分子-OH上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。 釋放因子的功能原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物釋放因子：eRF 9/15/2022118原核肽鏈合成終止過(guò)程 9/15/2022119蛋白質(zhì)合成后加工和輸送Posttranslational Processing & Protein Transportation9/15/2022120從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過(guò)不同的翻譯后復(fù)雜加工過(guò)程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象

35、的功能蛋白。主要包括多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu) 肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾高級(jí)結(jié)構(gòu)修飾 9/15/2022121一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象的蛋白質(zhì)新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈N端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始。可能隨著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產(chǎn)生正確的二級(jí)結(jié)構(gòu)、模序、結(jié)構(gòu)域到形成完整空間構(gòu)象。 一般認(rèn)為，多肽鏈自身氨基酸順序儲(chǔ)存著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的根底。細(xì)胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動(dòng)完成，而需要其他酶、蛋白輔助。 9/15/2022122幾種有促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子1. 分子伴侶 (molecular chaperon) 2. 蛋白二硫鍵異

36、構(gòu)酶 (protein disulfide isomerase, PDI)3. 肽-脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶 (peptide prolyl cis-trans isomerase, PPI)9/15/2022123二、一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾一肽鏈N端的修飾二個(gè)別氨基酸的修飾三多肽鏈的水解修飾9/15/2022124鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾NC信號(hào)肽PMOCKRKR103肽 ( ？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin9/15/2022125三、高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾一亞基聚合 二輔基連接三疏水脂鏈的共價(jià)連接 9/15/2022126蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜機(jī)制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)

37、胞靶部位，這一過(guò)程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。 四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送(protein targeting)9/15/2022127所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號(hào)，主要為N末端特異氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這一序列稱為信號(hào)序列 。 信號(hào)序列(signal sequence)9/15/2022128一分泌蛋白的靶向輸送真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送過(guò)程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 信號(hào)肽(signal peptide) 各種新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列稱信號(hào)肽。 9/15/2022129信號(hào)肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 9/15/2022130第三

38、講 基因組結(jié)構(gòu)與功能、基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)基因表達(dá)及其調(diào)控第二、六、七章9/15/2022131 基因組(Genome):泛指一個(gè)有生命體、病毒或細(xì)胞器的全部遺傳物質(zhì),即一個(gè)物種遺傳信息的總和。在真核生物，基因組是指一套染色體(單倍體)DNA。9/15/2022132第一節(jié) 原核生物基因組9/15/2022133一、原核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特點(diǎn)1、基因組為雙鏈環(huán)狀DNA。 集中分布于擬核，習(xí)慣稱為染色體。2、一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)(Ori)3、操縱子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為多順?lè)醋印?/15/20221344、編碼區(qū)無(wú)重疊5、基因是連續(xù)的，無(wú)內(nèi)含子。6、基因組編碼區(qū)約占50%，遠(yuǎn)大于真核基因 組，小于病毒基因

39、組。9/15/20221359、存在可移動(dòng)的DNA序列，包括插入序列 和轉(zhuǎn)座子。7、重復(fù)序列很少，一般為單拷貝，但出現(xiàn)多 拷貝基因rRNA基因。8、出現(xiàn)同工酶基因。10、 出現(xiàn)具有調(diào)控功能的DNA序列9/15/2022136 操縱子(operon) 概念：功能上相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起構(gòu)成信息區(qū)，連同上游的調(diào)控區(qū)和下游的轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)所構(gòu)成的基因表達(dá)單位。9/15/2022137乳糖操縱子(lac operon) 調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列操縱序列ZYAOPDNA9/15/2022138二、質(zhì)粒plasmid)概念： 細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)位于染色體外的能夠獨(dú)立復(fù)制的共價(jià)閉合環(huán)狀DNA分子。9/15/20

40、22139第二節(jié) 真核生物基因組一、真核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特點(diǎn)雙倍體基因組多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順?lè)醋雍写罅恐貜?fù)序列非編碼序列有90%以上斷裂基因含有基因家族9/15/2022140二、真核生物基因組結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基因順式調(diào)控元件基因家族重復(fù)序列轉(zhuǎn)座子端粒9/15/2022141真核生物的結(jié)構(gòu)基因由編碼序列外顯子和非編碼序列內(nèi)含子兩局部構(gòu)成，編碼序列是不連續(xù)的，被非編碼序列分隔開來(lái)，稱為斷裂基因。結(jié)構(gòu)基因9/15/2022142調(diào)控序列9/15/20221431) 順式作用元件(cis-acting element)概念：能夠被調(diào)控蛋白特異性識(shí)別和結(jié)合，從而調(diào)控結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的DNA序列。9/

41、15/2022144 TATA盒 CAAT盒 GC盒 增強(qiáng)子 順式作用元件 結(jié)構(gòu)基因-GCGCCAATTATA轉(zhuǎn)錄起始啟動(dòng)子上游啟動(dòng)子元件9/15/2022145基因家族來(lái)自某一祖先基因，并且核苷酸序列或編碼產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)具有一定程度同源性的一組基因。多基因家族基因超家族9/15/2022146第三節(jié) 基因組學(xué) 基因組研究已經(jīng)從單個(gè)基因開展到研究生物體整個(gè)基因組的結(jié)構(gòu)與功能?；蚪M研究已從簡(jiǎn)單的低等生物到真核生物，從多細(xì)胞生物到人類。測(cè)定一個(gè)生物基因組核酸的全序列無(wú)疑對(duì)了解這一生物的生命信息及其功能有極大的意義。9/15/2022147基因組學(xué)指開展和應(yīng)用DNA制圖、測(cè)序新技術(shù)及計(jì)算機(jī)程序，分析生

42、命體(包括人類)全部基因的結(jié)構(gòu)與功能。函蓋內(nèi)容：人類基因組方案 轉(zhuǎn)錄組學(xué) 蛋白質(zhì)組學(xué) 生物信息學(xué)9/15/2022148基因組學(xué)包括三個(gè)不同的亞領(lǐng)域：結(jié)構(gòu)基因組學(xué)(Structural genomics)功能基因組學(xué)(Functional genomics)比較基因組學(xué)(Comparative genomics) 9/15/2022149人類基因組方案HGP: 屬于結(jié)構(gòu)基因組學(xué)范疇； 指制作高分辨率的遺傳圖和物理圖, 最 終完成人類和其它重要模式生物 的全部基因組DNA序列測(cè)定。 9/15/2022150HGP的研究任務(wù):物理制圖遺傳制圖基因組DNA序列測(cè)定創(chuàng)立計(jì)算機(jī)分析管理系統(tǒng) 9/15/2

43、022151第四節(jié) 功能基因組學(xué)詳盡分析基因序列、描述基因組所有基因的功能,包括研究基因的表達(dá)及其調(diào)控模式。 9/15/2022152功能基因組學(xué)的研究?jī)?nèi)容:鑒定DNA序列中的基因同源性分析預(yù)測(cè)基因的功能實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)基因的功能描述基因表達(dá)及調(diào)控模式 9/15/2022153第五節(jié) 蛋白質(zhì)組學(xué) 研究在不同時(shí)間和空間發(fā)揮功能的特定蛋白質(zhì)群體，揭示和說(shuō)明生命活動(dòng)的根本規(guī)律。9/15/2022154蛋白質(zhì)組(proteome)：一個(gè)細(xì)胞或組織在特定生理或病理狀態(tài)下表達(dá)的所有種類的蛋白質(zhì)。 轉(zhuǎn)錄子組和蛋白質(zhì)組是動(dòng)態(tài)的，即個(gè)體的不同組織細(xì)胞及生理或病理狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)錄子組及蛋白質(zhì)組均不同；相同狀態(tài)下的轉(zhuǎn)錄子組

44、與蛋白質(zhì)組也并不完全匹配。9/15/20221552DE for separating proteins:第一向: 等電聚焦第二向: SDS蛋白質(zhì)組學(xué)的研究技術(shù)9/15/20221562D電泳圖譜及圖像分析: 對(duì)照組 實(shí)驗(yàn)組9/15/2022157蛋白質(zhì)點(diǎn)定位及匹配結(jié)果: 實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組蛋白點(diǎn)匹配圖9/15/2022158基質(zhì)輔助激光解 吸飛行時(shí)間質(zhì)譜MALDITOFMS: 通過(guò)專門的蛋白質(zhì)點(diǎn)切割系統(tǒng)，可以將蛋白質(zhì)點(diǎn)所在的膠區(qū)域進(jìn)行精確切割。接著對(duì)膠中蛋白質(zhì)進(jìn)行酶切消化，酶切后的消化物經(jīng)脫鹽/濃縮處理后點(diǎn)樣，進(jìn)行質(zhì)譜分析MALDI-TOF。根據(jù)質(zhì)譜分析數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)或和已有的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較分析

45、。9/15/2022159差異蛋白質(zhì)點(diǎn)的肽質(zhì)量指紋圖:9/15/2022160串聯(lián)質(zhì)譜MS/MS: 即在第一級(jí)質(zhì)譜得到肽的分子離子，最后形成N端碎片離子系列和C端碎片離子系列，將這些離子碎片系列綜合分析，可得出肽段的氨基酸序列。 9/15/2022161 第六節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控 機(jī)體的各種細(xì)胞中含有相同的遺傳信息(相同的結(jié)構(gòu)基因)，但并非在所有細(xì)胞中同時(shí)表達(dá)，而必須根據(jù)機(jī)體的不同發(fā)育階段、不同的組織細(xì)胞及不同的功能狀態(tài)，選擇性、程序性地表達(dá)特定數(shù)量的特定基因，這就是基因表達(dá)的調(diào)控。 9/15/2022162一、基因表達(dá)的特異性基因表達(dá)具有時(shí)間特異性和空間特異性；基因的特異性表達(dá)由特異基因的調(diào)控序

46、列順式作用元件和調(diào)節(jié)蛋白反式作用因子相互作用而決定。9/15/2022163一基因表達(dá)的時(shí)間特異性 按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的時(shí)間特異性(temporal specificity)。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階段特異性(stage specificity)。9/15/2022164二基因表達(dá)的空間特異性在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的空間特異性(spatial specificity)?；虮磉_(dá)伴隨時(shí)間或階段順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱細(xì)胞或組織

47、特異性(cell or tissue specificity)。9/15/2022165細(xì)菌能在一定范圍內(nèi)適用于不同碳源、不同環(huán)境溫度條件而生長(zhǎng)，是因?yàn)椴煌幕驅(qū)?nèi)、外環(huán)境信號(hào)刺激的反響性不同而致基因表達(dá)的方式不同。二、基因表達(dá)的方式9/15/2022166一些基因產(chǎn)物在生命全過(guò)程都是必需的，這些基因在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，稱為管家基因(house keeping gene)。它較少受環(huán)境因素的影響，其表達(dá)方式為組成性基因表達(dá)(constitutive gene expression)，或稱根本表達(dá)。如細(xì)胞骨架蛋白基因的表達(dá)。 一組成性表達(dá)根本表達(dá)9/15/2022167有些

48、基因表達(dá)極易受環(huán)境變化影響，在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，有些基因的表達(dá)表現(xiàn)為開放或增強(qiáng)，這種表達(dá)方式稱為誘導(dǎo)表達(dá)(inducing expression)。相反，有些基因的表達(dá)表現(xiàn)為關(guān)閉或下降，那么這種表達(dá)方式稱為阻遏表達(dá)(repressing expression) 。例如細(xì)菌能在一定范圍內(nèi)適用于不同碳源、不同環(huán)境溫度條件而生長(zhǎng)；經(jīng)常飲酒者體內(nèi)醇氧化酶水平活性較高。二誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)9/15/2022168在生物體內(nèi)，各種代謝途徑能有條不紊地進(jìn)行，這是因?yàn)樵谝欢C(jī)制控制下，功能相關(guān)的一組基因能協(xié)調(diào)一致，共同表達(dá)，即協(xié)調(diào)表達(dá)(coordinative expression)，這種調(diào)節(jié)被稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(c

49、oordinative regulation)。例如物種特性的維持、個(gè)體發(fā)育的協(xié)調(diào)。 三協(xié)調(diào)表達(dá)9/15/2022169三、基因表達(dá)調(diào)控的根本原理整個(gè)基因表達(dá)的過(guò)程分為幾個(gè)階段，即基因活化、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工及翻譯、翻譯后加工等。在上述各個(gè)環(huán)節(jié)中均存在著基因表達(dá)調(diào)控的控制點(diǎn)。可見，基因表達(dá)調(diào)控是在多級(jí)水平上進(jìn)行的復(fù)雜事件 。9/15/2022170基 因激 活轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工mRNA降解蛋白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾蛋白質(zhì)降解等一基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控9/15/2022171二基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)根本要素基因表達(dá)的調(diào)節(jié)與基因的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，生物個(gè)體或細(xì)胞所處的內(nèi)、外環(huán)境，以及細(xì)胞內(nèi)所存在的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白有關(guān)。

50、9/15/2022172原核生物 蛋白質(zhì)因子 操縱子(operon) 機(jī)制特異DNA序列編碼序列 啟動(dòng)序列 操縱序列 其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)特異DNA序列和調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)9/15/2022173RNA轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)-10區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列9/15/2022174原核基因轉(zhuǎn)錄起始時(shí)RNA-pol與啟動(dòng)序列結(jié)合10區(qū)Prib

51、now box-35區(qū)9/15/2022175操縱序列 阻遏蛋白(repressor)的結(jié)合位點(diǎn)當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時(shí)，會(huì)阻礙RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移動(dòng) ，阻礙轉(zhuǎn)錄。啟動(dòng)序列編碼序列操縱序列pol阻遏蛋白9/15/2022176真核生物1) 順式作用元件(cis-acting element)可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列BADNA編碼序列轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)不同真核生物的順式作用元件中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些共有序列即順式作用元件的核心序列(core sequence) ，如TATA盒、CAAT盒等，這些共有序列是RNA聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。 9/15/2

52、0221772) 真核基因的調(diào)節(jié)蛋白還有蛋白質(zhì)因子可特異識(shí)別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá)，稱順式作用。 正性調(diào)節(jié)誘導(dǎo)和負(fù)性調(diào)節(jié)阻遏由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通過(guò)與另一基因的特異的順式作用元件相互作用，調(diào)節(jié)其表達(dá)。 反式作用因子(trans-acting factor) 這種調(diào)節(jié)作用稱為反式作用。 9/15/2022178第 七 節(jié)原核生物基因的表達(dá)調(diào)控the Regulation of Prokaryote Gene Expression9/15/2022179一、原核生物基因表達(dá)的特點(diǎn) 1. 只有一種RNA聚合酶。RNA聚合酶識(shí)別原核基因的啟動(dòng)序列，催化所有RNA的合成

53、； RNA聚合酶全酶中的亞基又稱因子識(shí)別特異啟動(dòng)序列，決定特異基因包括mRNA、rRNA和tRNA基因的轉(zhuǎn)錄起始。9/15/2022180原核基因轉(zhuǎn)錄起始時(shí)RNA-pol與啟動(dòng)序列結(jié)合9/15/20221812. 基因表達(dá)以操縱子為根本單位。原核基因一般不含內(nèi)含子，其基因是連續(xù)的。大多數(shù)原核基因轉(zhuǎn)錄單位為多順?lè)醋印?9/15/2022182 多順?lè)醋?polycistron) 原核基因中多個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，即包含多個(gè)編碼多肽鏈或RNA的序列。通常依賴同一調(diào)控序列對(duì)其轉(zhuǎn)錄進(jìn)行調(diào)節(jié)，使這些相關(guān)基因?qū)崿F(xiàn)協(xié)同表達(dá)。9/15/2022183 單順?lè)醋?monocistron

54、) 編碼一個(gè)多肽鏈的DNA的序列區(qū)域。相當(dāng)于真核細(xì)胞的一個(gè)基因，包括獨(dú)立的結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控序列。9/15/20221843. 轉(zhuǎn)錄和翻譯偶聯(lián)：原核生物染色體DNA是裸露的環(huán)形DNA，在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄成mRNA后，直接在胞漿中與核糖體結(jié)合翻譯為蛋白質(zhì)。4. 普遍存在阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合阻遏或解聚去阻遏的開關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制。 5. mRNA翻譯起始部位有特殊的堿基序列 SD序列。 9/15/2022185轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 影響轉(zhuǎn)錄的因素 轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制翻譯水平的調(diào)控 SD序列的調(diào)控作用 mRNA的穩(wěn)定性 翻譯產(chǎn)物的調(diào)控作用 小分子RNA的調(diào)控作用 二、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控 9/15/20221861. 操縱

55、子模型的普遍性操縱子：原核生物細(xì)胞中多個(gè)功能相關(guān)基因成簇地串聯(lián)、密集于染色體上，共同組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。即多個(gè)結(jié)構(gòu)基因受同一啟動(dòng)序列控制，轉(zhuǎn)錄出多順販子mRNApolycistronic mRNA)。原核生物基因的協(xié)調(diào)表達(dá)即是通過(guò)調(diào)控單個(gè)啟動(dòng)基因的活性來(lái)完成的。9/15/2022187 一個(gè)多順?lè)醋愚D(zhuǎn)錄單位與其調(diào)控序列即構(gòu)成操縱子operon。 乳糖操縱子lactose operon, lac是原核生物基因轉(zhuǎn)錄負(fù)調(diào)控的最典型模式,也稱Jacob-Monod模式。 9/15/20221882. 阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合：特異基因的表達(dá)被阻遏；阻遏蛋白與操縱序列解聚：特異基因

56、的表達(dá)去阻遏。9/15/2022189啟動(dòng)序列編碼序列操縱序列pol阻遏蛋白阻遏蛋白與操縱序列的結(jié)合9/15/2022190二、乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制1. 乳糖操縱子(lac operon)的結(jié)構(gòu) 調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列操縱序列 結(jié)構(gòu)基因Z： 編碼-半乳糖苷酶Y： 編碼透酶A：編碼乙酰基轉(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA9/15/2022191mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒(méi)有乳糖存在時(shí)阻遏基因2. 阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)9/15/2022192mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)IDNAZYAOPpol啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖-半乳糖苷酶9/15/2022193CAP: catabolite gene

57、 activator protein 代謝物基因激活蛋白 在啟動(dòng)序列P上游有一個(gè)CAP結(jié)合位點(diǎn)，由P序列、O序列和CAP結(jié)合位點(diǎn)共同構(gòu)成lac 操縱子的調(diào)控區(qū)。3. CAP的正性調(diào)節(jié)9/15/2022194代謝物基因激活蛋白CAP能將葡萄糖饑餓信號(hào)傳遞給很多操縱子，使細(xì)菌在缺乏葡萄糖的環(huán)境中利用其它碳源。 CAP的作用有cAMP依賴性，又稱其為cAMP受體蛋白cAMP receptor protein，CRP。9/15/2022195+ + + + 轉(zhuǎn)錄無(wú)葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP9/15/2022196 在大腸桿菌的

58、許多操縱子中，基因的轉(zhuǎn)錄不是由單一因子調(diào)控的，而是通過(guò)負(fù)調(diào)控因子和正調(diào)控因子進(jìn)行復(fù)合調(diào)控。4. 協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)9/15/2022197mRNA低半乳糖時(shí)高半乳糖時(shí) 葡萄糖低 cAMP濃度高 葡萄糖高cAMP濃度低RNA-polOOOO9/15/2022198第 八 節(jié)真核生物基因的表達(dá)調(diào)控the Regulation of Eukaryote Gene Expression9/15/2022199 單細(xì)胞真核生物，如酵母基因表達(dá)的調(diào)控和原核生物基因表達(dá)的調(diào)控根本相同。 多細(xì)胞真核生物中，遺傳信息從細(xì)胞核的基因組DNA傳遞到基因編碼的蛋白質(zhì)均受到多層次的調(diào)控，包括DNA水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯

59、水平和翻譯后水平的調(diào)控。9/15/2022200一、基因組DNA水平的調(diào)控 染色質(zhì)的喪失 基因擴(kuò)增gene amplification 基因重排gene rearrangementDNA甲基化 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變9/15/2022201二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 主要通過(guò)反式作用因子與順式作用元件及RNA聚合酶RNA polymerase, RNA pol的相互作用完成。 調(diào)控作用主要表現(xiàn)為反式作用因子影響轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成。9/15/2022202三、翻譯水平的調(diào)控翻譯起始阻遏蛋白、翻譯起始因子、起始密碼、mRNA5-UTR長(zhǎng)度mRNA穩(wěn)定性自身結(jié)構(gòu)、RNase、反式作用因子、激素、生長(zhǎng)因子、離子 小

60、分子RNA9/15/2022203五、翻譯后水平的調(diào)控 (posttranslational control)新生肽鏈水解個(gè)別氨基酸的共價(jià)修飾 靶向輸送9/15/2022204第四講 基因與疾病第十、十一章9/15/2022205第一節(jié) 基因變異與疾病一、基因 gene 是核酸分子中貯存遺傳信息的遺傳單位，一個(gè)基因不僅僅包括編碼蛋白質(zhì)肽鏈或RNA的核酸序列，還包括保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列及位于編碼區(qū)5端上游的非編碼序列、內(nèi)含子和位于編碼區(qū)3端下游的非編碼序列。9/15/2022206二、基因突變點(diǎn)突變?nèi)笔Р迦胫嘏湃诤?/15/2022207基因突變類型：1. 堿基置換突變(substituti