分子遺傳學(xué)轉(zhuǎn)錄和翻譯

分子遺傳學(xué)轉(zhuǎn)錄和翻譯2012年2月20日星期一1第一頁，共六十三頁，2022年，8月28日

E-mail：2012年2月20日星期一2Function：1.Qestion2.Idea3.HelpBlackBlue

Red開場白第二頁，共六十三頁，2022年，8月28日Why?What?How?Howtostudy?Howtostudythissubject?2012年2月20日星期一3第三頁，共六十三頁，2022年，8月28日核酸P19核苷酸P18核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸P17A、C、T、U、GH3PO4Review2012年2月20日星期一4

小大第四頁，共六十三頁，2022年，8月28日復(fù)制的方向半保留復(fù)制參與復(fù)制的酶和蛋白半不連續(xù)復(fù)制滾環(huán)復(fù)制2012年2月20日星期一5第五頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一6P32、33第六頁，共六十三頁，2022年，8月28日參與復(fù)制的酶和蛋白P33

半不連續(xù)復(fù)制P372012年2月20日星期一7第七頁，共六十三頁，2022年，8月28日滾環(huán)復(fù)制2012年2月20日星期一8第八頁，共六十三頁，2022年，8月28日

轉(zhuǎn)錄概述2012年2月20日星期一9Chapter3

基因的表達(dá)與調(diào)控第九頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一10轉(zhuǎn)錄的概念：中心法則為什么是DNARNA蛋白質(zhì)而不是DNA蛋白質(zhì)？第十頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一11遺傳信息要從DNA—蛋白質(zhì)還要經(jīng)過RNA的傳遞，其中包括攜帶編碼信息的mRNA、負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA和構(gòu)成核糖體的rRNA，這三種RNA都是以DNA為摸板在依賴于DNA的RNA聚合酶的作用下合成的，包括RNA鏈的起始、延伸、終止以及轉(zhuǎn)錄后的加工過程，這一系列過程稱為轉(zhuǎn)錄。第十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日一、RNA合成的特點(diǎn)2012年2月20日星期一12RNA的生長方向也是從5’---3’，核苷三磷酸加到新生鏈的3’---端，除去的焦磷酸分解為無機(jī)磷酸為反應(yīng)提供能量。2.RNA的四種前體是核糖核苷三磷酸（rNTP）：ATP、GTP、CTP、UTP，每個NTP上有2個—OH。第十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一133.轉(zhuǎn)錄必須以一條DNA鏈為模板，轉(zhuǎn)錄的鏈都是雙鏈，按照堿基互補(bǔ)配對原則進(jìn)行。4.轉(zhuǎn)錄的過程實現(xiàn)了DNA雙螺旋中一條鏈的RNA鏈的合成。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA的堿基序列與DNA模板鏈互補(bǔ)，同非模板鏈一致，只是把T換成了U。因此經(jīng)常把非模板鏈稱為有義鏈，模板鏈稱為反義鏈。第十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一14第十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一15RNA合成與DNA復(fù)制的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)：和DNA復(fù)制相似的是RNA的合成主要也包括四個環(huán)節(jié)：RNA聚合酶的結(jié)合；起始；延伸；終止。異同點(diǎn)：RNA轉(zhuǎn)錄：以雙鏈DNA中的一條單鏈為模板、4種核糖核酸為底物，在轉(zhuǎn)錄酶的作用下合成RNA的過程。DNA復(fù)制：以雙鏈DNA為模板、4種脫氧核糖核酸為底物，在DNA聚合酶的作用下合成新DNA的過程第十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日二、原核生物的轉(zhuǎn)錄2012年2月20日星期一16原核生物與真核生物的區(qū)別：原核生物是沒有核膜包圍的細(xì)胞核，而真核生物有，這是最重要的區(qū)別；2.原核生物的細(xì)胞壁是由肽聚糖構(gòu)成，而真核生物的細(xì)胞壁是由纖維素或幾丁質(zhì)構(gòu)成第十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一173.原核生物是以二分裂形式進(jìn)行增殖，而真核生物幾乎都以有絲分裂方式進(jìn)行增殖；4.原核生物均為單細(xì)胞生物，而真核生物絕大多數(shù)是多細(xì)胞生物，極少數(shù)是單細(xì)胞生物；5.原核生物只有核糖體一種細(xì)胞器，而真核生物具有多種細(xì)胞器。第十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日（一）、細(xì)菌的RNA聚合酶2012年2月20日星期一18E.Coli中RNA聚合酶是四聚體的核心酶2a、b、b’+

s亞基組成的一個全酶來發(fā)揮功能的。第十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一19第十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日（二）、原核生物轉(zhuǎn)錄的起始和延伸2012年2月20日星期一20啟動子(promoter)啟動子就是指RNA聚合酶識別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。當(dāng)然轉(zhuǎn)錄的起始還需要一些輔助蛋白質(zhì)參與，這些輔助蛋白質(zhì)對于轉(zhuǎn)錄來說是非常重要的，根據(jù)他們的作用分為轉(zhuǎn)錄因子和輔助因子

第二十頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一21第二十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一22(1).-10序列(Pribnowsbox):

保守序列是TATAAT，位于-10bp左右；其功能是：a.與RNAPolymerase緊密結(jié)合；b.形成開放啟動復(fù)合體；c.使RNApolymerase定向轉(zhuǎn)錄(2).-35序列(Sextamabox):

保守序列是TTGACA，與-10序列相隔16-19bp。其功能是：a.為RNAPolymerase的識別為點(diǎn)；b.與-10序列距離相當(dāng)穩(wěn)定第二十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一23(3).CAP位點(diǎn)

CAP是cAMP受體蛋白，只有CAP和啟動子上的特殊位點(diǎn)結(jié)合后才能使-35序列和-10序列很好的與RNA聚合酶結(jié)合，從而形成一個開放的起始復(fù)合物。-60-40-20+1-35序列-10序列RNA聚合酶CAPCAP乳糖啟動子的CAP結(jié)合位點(diǎn)第二十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一242.轉(zhuǎn)錄的起始和延伸第二十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一253.轉(zhuǎn)錄的終止原核生物的終止子可以分為兩類：（1）、強(qiáng)終止子（2）、弱終止子（依賴ρ因子終止子）第二十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一26（1）.強(qiáng)終止子第二十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一27（2）.依賴ρ因子終止子(多出現(xiàn)在噬菌體中)第二十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日三、真核生物的轉(zhuǎn)錄2012年2月20日星期一28（一）、真核生物的RNA聚合酶酶位置產(chǎn)物RNA聚合酶IRNA聚合酶IIRNA聚合酶III核仁核質(zhì)核質(zhì)核糖體RNA核RNAtRNA第二十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一29RNA聚和酶I：轉(zhuǎn)錄45S前體RNA，然后加工成5.8S、18S、28S的rRNARNA聚合酶Ⅱ：轉(zhuǎn)錄所有編碼蛋白質(zhì)的基因（mRNA）、snRNA（核內(nèi)小RNA）及hnRNA（核內(nèi)不均一RNA）RNA聚合酶Ⅲ：轉(zhuǎn)錄小RNA基因包括tRNA、5SrRNA及某些snRNA第二十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日（二）、真核生物的啟動子2012年2月20日星期一30真核生物的啟動子根據(jù)各自所需的RNA聚合酶分為三類，分別由RNA聚合酶I、Ⅱ、Ⅲ進(jìn)行轉(zhuǎn)錄

真核生物的啟動子由轉(zhuǎn)錄因子而不是RNA聚合酶所識別。第三十頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一311.RNA聚合酶I的啟動子結(jié)構(gòu)(轉(zhuǎn)錄rRNA)第三十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一322.RNA聚合酶III的啟動子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄5SRNA、tRNA和核內(nèi)小RNA5SrRNA第三十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一33聚合酶III的內(nèi)部啟動子需要裝配因子TFIIIAandTFIIIC,起始因子TFIIIB,和RNApolymeraseIII.5SrRNA基因tRNA基因第三十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一343.RNA聚合酶II的啟動子結(jié)構(gòu)聚合酶Ⅱ的啟動子結(jié)構(gòu)包括多個可以被不同的轉(zhuǎn)錄因子和輔助因子識別的保守序列CAATboxGCbox八聚體上游啟動子元件核心元件第三十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一35核心元件：TATA框（Goldberg-Hogness）：

位置：-25~-30一致序列：T82A97T93A85(A63/T37)A83(A50/T37)特點(diǎn)：全部堿基是AT對。作用：和RNA聚合酶的定位有關(guān)，決定轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn)。起始子（Initiator，Inr）：

位置：起始點(diǎn)位置一致序列：PyPyANPyPy

特點(diǎn)：富含嘧啶堿基作用：和轉(zhuǎn)錄起始位置的精確性有關(guān)第三十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一36上游啟動子元件：CAAT框：-75附近，一致序列：GG（C/T）CAATCT。GC框：-90附近，富含GGGCGG的序列。八聚體應(yīng)答元件：位置和序列不定第三十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一37遠(yuǎn)端調(diào)控區(qū)：增強(qiáng)子（Enhancer）：真核生物啟動子中遠(yuǎn)端調(diào)控區(qū)域常見，可以增強(qiáng)啟動子轉(zhuǎn)錄活性的一段DNA序列。作用特點(diǎn)：a.遠(yuǎn)距離效應(yīng)；b.無方向性；c.順式調(diào)節(jié)；d.無物種和基因的特異性；e.組織特異性；f.有相位性；g.有的增強(qiáng)子可以對外部信號產(chǎn)生反應(yīng)。第三十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一382.減弱子（Dehancer）：在某些基因的上游遠(yuǎn)端和下游遠(yuǎn)端具有負(fù)調(diào)節(jié)序列，其作用不受距離和方向的影響。沉默子（Silences）上游激活序列（UASs）第三十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日（三）、真核基因轉(zhuǎn)錄的終止2012年2月20日星期一39真核生物的轉(zhuǎn)錄終止信號和終止過程了解很少，困難在于很難確定原初轉(zhuǎn)錄物的3’末端，因為大多數(shù)基因在轉(zhuǎn)錄后會很快進(jìn)行加工。無論是mRNA、tRNA還是rRNA第三十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日四、轉(zhuǎn)錄后加工2012年2月20日星期一40在細(xì)胞內(nèi)，由RNA聚合酶合成的新的RNA稱為原初轉(zhuǎn)錄物（primarytranscript），原初轉(zhuǎn)錄物往往需要經(jīng)過一系列的變化包括鏈的裂解、5’和3’的加工、拼接和編輯等過程才能成為成熟的RNA分子，此過程稱為轉(zhuǎn)錄后加工（post-transcriptionprocessing）第四十頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一41（一）、原核生物RNA轉(zhuǎn)錄后的加工原核生物rRNA前體的加工16SRNaseⅢRNaseⅢRNaseEtRNA23S5StRNA16StRNA23S5StRNA第四十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一422.原核生物tRNA前體的加工前體加工大致分為四步：(1)、由核酸內(nèi)切酶在tRNA兩端切斷；(2)、由核酸外切酶從3’端切去附加的序列；(3)、在3’端加上CCA-OH（有的不用另外加因為自身帶有該序列）；(4)、核苷酸的修飾。第四十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一43（二）、真核生物RNA轉(zhuǎn)錄后的加工真核生物tRNA前體的加工不被轉(zhuǎn)錄的序列tRNA基因轉(zhuǎn)錄加工切去多余的序列加上CCA、修飾第四十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一442.真核生物rRNA前體的加工真核生物rRNA前體的加工和原核的極為相似1、真核生物核糖體組成：小亞基：16~18SrRNA組成大亞基：5S、5.8S、26~28SrRNA組成2、基因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：成簇排列，16~18、5.8和26~28SRNA組成一個轉(zhuǎn)錄單位，彼此由間隔序列隔開，將來轉(zhuǎn)錄為一個45S的前體RNA進(jìn)行加工，5S的單獨(dú)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。3、加工過程：以哺乳動物為例第四十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一45（三）、前體mRNA的加工原核生物前體mRNA的加工原核生物的mRNA很少經(jīng)過加工，由于轉(zhuǎn)錄和翻譯偶聯(lián)，一般情況下一邊轉(zhuǎn)錄一邊就進(jìn)行翻譯，中間沒有可加工的間歇時間。2.真核生物前體mRNA的加工真核生物mRNA前體的加工是最為復(fù)雜的，對于生物體本身來說也是非常重要的，因為他是編碼蛋白質(zhì)的，結(jié)構(gòu)上包含內(nèi)含子結(jié)構(gòu)，而且真核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程被分開在不同的場所進(jìn)行，這些就決定了真核生物mRNA前體加工必然是一個復(fù)雜的過程。第四十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一46第四十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一47第四十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)生物合成及合成后加工2012年2月20日星期一481954PaulZamecnik采用同位素標(biāo)記氨基酸體內(nèi)試驗證明體內(nèi)蛋白質(zhì)是由氨基酸合成的；1956氨基酰-tRNA合成酶1958M.B.Hoagland&Zamecnik又發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)生物合成需要可溶性RNA為中介；1961HowardDintzis證明血紅蛋白肽鏈合成方向是從N-末端向C-末端進(jìn)行；1961-1966Nirenberg、Matthaei&Khorana先后確定了64個遺傳密碼；1973-1976麥胚無細(xì)胞體系、兔網(wǎng)織無細(xì)胞體系分別建立，蛋白質(zhì)合成的具體過程終于確立第四十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一49mRNA20AminoAcids遺傳信息排列順序A、G、C、U翻譯(translation):mRNA轉(zhuǎn)譯成氨基酸序列的過程一、蛋白質(zhì)生物合成體系的組成（一）、mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板第四十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一50mRNA上有4種核苷酸A、C、U、G可構(gòu)建4×4×4=64個密碼子（也稱為三聯(lián)體密碼）第五十頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一51遺傳密碼特點(diǎn)：通用性（universal）：從原核生物到人類都是用同一套遺傳密碼mRNA密碼子的排列具有方向性三聯(lián)體密碼是連續(xù)的遺傳密碼具有簡并性（除Trp和Met）反密碼子與密碼子配對有擺動性第五十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一52每一種特異的tRNA只能轉(zhuǎn)載特異的氨基酸（二）、tRNA是氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)工具第五十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一53第五十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一54原核：大亞基23S、5SrRNA+小亞基16SrRNA+數(shù)種核糖體蛋白真核：大亞基28S、5.8S、5SrRNA+小亞基18SrRNA+數(shù)種核糖體蛋白（三）、核糖體RNA是蛋白質(zhì)合成的場所第五十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一55核糖體在蛋白質(zhì)合成中有兩個主要作用：1.核糖體通過將mRNA、氨基酰-tRNA和相關(guān)的蛋白因子放置在正確的位置來調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成；2.核糖體的成分可催化翻譯過程的一部分化學(xué)反應(yīng)第五十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一56（四）、蛋白質(zhì)合成體系組成還需要

其他成分第五十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日2012年2月20日星期一57氨基酰-tRNA合成酶催化氨基酸與tRNA的連接：

胞漿；氨基酰-tRNA合成酶催化tRNA的3’-末端與氨基酸的羧基形成酯鍵，生成氨基酰-tRNA2.氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性二、蛋白質(zhì)生物合成分5個