細胞生物學(xué)課件基因表達與蛋白質(zhì)的生物合成

第15章基因表達與蛋白質(zhì)的生物合成Chapter15GeneExpression&proteinbiosynthesis第15章基因表達與蛋白質(zhì)的生物合成Chapter15G1遺傳信息傳遞的中心法則(centraldogma)：——Crick,1958復(fù)制翻譯轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄?復(fù)制反轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase):

D.Baltimore&

H.M.Temin,1970現(xiàn)代中心法則內(nèi)容圖解DNAPre-RNARNAProteinTranscriptionTranslationProcessingProcessing遺傳信息傳遞的中心法則(centraldogma)：—2第一節(jié)細胞中的遺傳物質(zhì)第二節(jié)細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的復(fù)制與基因擴增第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心步驟第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)第六節(jié)蛋白質(zhì)的細胞定位講授提綱第一節(jié)細胞中的遺傳物質(zhì)第二節(jié)細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的復(fù)制3第一節(jié)細胞中的遺傳物質(zhì)細胞中的遺傳物質(zhì)為DNA貯存遺傳信息傳遞遺傳信息突變復(fù)制其遺傳特性主要表現(xiàn)在：第一節(jié)細胞中的遺傳物質(zhì)細胞中的遺傳物質(zhì)為DNA貯存遺4基因組很?。浩銬NA常為1條分子量約109的裸露雙鏈分子。如E.coliDNA：2.4×109bp,長1.3mm,約3~4×103個基因一、原核細胞中的遺傳物質(zhì)第一節(jié)細胞中的遺傳物質(zhì)基因組很?。浩銬NA常為1條分子量約109的裸露雙鏈分子。一5近年來，人們還發(fā)現(xiàn)原核細胞內(nèi)有重疊基因——同一段DNA能攜帶兩種不同蛋白質(zhì)的信息。重疊基因最早是在大腸桿菌噬菌體ФX174中發(fā)現(xiàn)用不同的閱讀方式便可得到不同的蛋白質(zhì)！

第一節(jié)細胞中的遺傳物質(zhì)原核DNA的絕大部分均用于編碼蛋白質(zhì)，只有極少的一部分不轉(zhuǎn)錄（通常為基因表達的調(diào)控序列：如作為RNA聚合酶的結(jié)合位點、核糖體結(jié)合位點、起始或終止信號區(qū)等）。B基因包含在A基因內(nèi)E基因包含在D基因內(nèi)B基因A基因E基因D基因近年來，人們還發(fā)現(xiàn)原核細胞內(nèi)有重疊基因——同一段DNA能攜帶6真核細胞DNA分子量很大，非裸露，有10萬以上基因。如人單倍體基因組的總DNA達2~3×109bp，約為E.coli的1000倍。真核細胞內(nèi)DNA的最大特點是它含有大量的重復(fù)序列：非重復(fù)序列、中度重復(fù)序列和高度重復(fù)序列。二、真核生物的遺傳物質(zhì)第一節(jié)細胞中的遺傳物質(zhì)真核細胞DNA分子量很大，非裸露，有10萬以上基因。二、真核7幾乎所有的真核生物及其病毒的基因都含有間插排列的內(nèi)含子(intron)和外顯子(exon)序列真核生物中的大多數(shù)結(jié)構(gòu)基因，如血紅蛋白、珠蛋白、蠶的絲心蛋白等非重復(fù)序列：中度重復(fù)序列：高度重復(fù)序列：各種rRNA、tRNA及某些結(jié)構(gòu)基因如組蛋白基因等多于染色體著絲粒附近的異染色質(zhì)區(qū)，不轉(zhuǎn)錄，可能與染色體的穩(wěn)定性有關(guān)僅1個或幾個拷貝重復(fù)次數(shù)在10~104之間重復(fù)百萬次以上真核DNA的重復(fù)序列：第一節(jié)細胞中的遺傳物質(zhì)幾乎所有的真核生物及其病毒的基因都含有間插排列的內(nèi)含子(in8第二節(jié)細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的復(fù)制與基因擴增一、原核生物的DNA復(fù)制1、半保留復(fù)制2、DNA聚合酶3、DNA復(fù)制的基本過程1、多點復(fù)制與復(fù)制子2、真核生物的DNA聚合酶3、DNA復(fù)制與核小體4、核基質(zhì)在DNA復(fù)制中的作用5、端粒的復(fù)制二、真核生物的DNA復(fù)制DNA復(fù)制第二節(jié)細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的復(fù)制與基因擴增一、原核生物的DN91、滾環(huán)復(fù)制(rolling-circlereplication)這種復(fù)制方式存在于噬菌體（如ФX174）、線粒體與葉綠體、細菌質(zhì)粒以及兩棲類卵母細胞核糖體基因擴增等的DNA復(fù)制中。三、DNA復(fù)制的其它類型2、D環(huán)式復(fù)制(D-loopreplication)最典型的D環(huán)式復(fù)制是哺乳動物線粒體DNA的復(fù)制。第二節(jié)細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的復(fù)制與基因擴增1、滾環(huán)復(fù)制(rolling-circlereplicat10在某些情況下，真核細胞基因組內(nèi)DNA分子的一定序列專一性地反復(fù)進行復(fù)制，而其它部分并不復(fù)制，這種專一序列單獨復(fù)制的現(xiàn)象稱為基因擴增(geneamplification)四、基因擴增基因擴增是細胞在短期內(nèi)為滿足發(fā)育或生理適應(yīng)所需要的基因產(chǎn)物數(shù)量的一種調(diào)控手段。研究得比較清楚的是兩棲類卵母細胞發(fā)育中的核仁rRNA和昆蟲的多線染色體。第二節(jié)細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的復(fù)制與基因擴增在某些情況下，真核細胞基因組內(nèi)DNA分子的一定序列專一性地反11第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心步驟轉(zhuǎn)錄

(transcription)：DNA以本身為模板，在RNA聚合酶作用下，合成與DNA鏈完全相同的一條RNA鏈（除T→U外）的過程。1、要有DNA模板；2、需有RNA聚合酶；3、有ATP作為能源；4、要有所有4種核苷酸前體(以核苷三磷酸形式存在)。進行轉(zhuǎn)錄應(yīng)具備四個條件：第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心步驟轉(zhuǎn)錄(transcrip12一、RNA聚合酶介于聚合酶I、II之間敏感不酶感α-鵝膏蕈堿敏感性~10%20%~40%50%~70%相對活性tRNA、5SRNA、其它小分子RNAmRNA前體snRNA前體rRNA產(chǎn)物核質(zhì)核質(zhì)核仁位置真核生物3種RNA聚合酶的性質(zhì)與功能RNA聚合酶IIIRNA聚合酶IIRNA聚合酶I第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心步驟一、RNA聚合酶介于聚合酶I、II之間敏感不酶感α-鵝膏蕈13(1)5‘末端“戴帽”(capping)(2)3‘末端加尾(polyAtail)(3)切除內(nèi)含子(剪接splicing)(4)鏈內(nèi)某些核苷酸的甲基化(methylization)二、mRNA、rRNA和tRNA的合成(一)mRNA的合成與加工2、真核生物的mRNA合成與加工1、原核生物的mRNA合成第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心步驟(1)5‘末端“戴帽”(capping)二、mRNA、r14真核生物mRNA的合成與加工過程圖解第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心步驟染色體片斷染色體成熟mRNA前體mRNADNA真核生物mRNA的合成與加工過程圖解第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達15真核生物前體mRNA的結(jié)構(gòu)圖解示外顯子(exon)與內(nèi)含子(intron)序列第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心步驟真核生物前體mRNA的結(jié)構(gòu)圖解第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心16高等真核生物中用于前體mRNA剪接的共有序列染色體展開后的電鏡圖

示剪接體(spliceosome)第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心步驟高等真核生物中用于前體mRNA剪接的共有序列染色體展開后的17U6U5U2U15’3’U4/U6U5U2U15’3’前體mRNA5’3’5’端剪接位點5’端剪接位點分支位點U5,U4/U6剪接體裝配3’外顯子序列5’外顯子序列內(nèi)含子序列U4形成套索切割剪接位點HOOH成熟mRNA5’3’U6U5U2U1切除的內(nèi)含子套索切割3’剪接位點連接外顯子序列剪接體的結(jié)構(gòu)和前體mRNA的剪接第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心步驟GUAGAU1snRNPU2snRNPU6U5U2U15’3’U4/U6U5U2U15’3’前體m18原肌球蛋白前體mRNA的交替剪接選擇性剪接(alternativesplicing)恒定性剪接(constitutivesplicing)前體mRNA含有多個內(nèi)含子，并依次準確地逐一切除一個前體mRNA因不同剪接方式可產(chǎn)生多種成熟mRNA的剪接方式第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心步驟原肌球蛋白前體mRNA的交替剪接選擇性剪接(alternat19反式剪接(trans-splicing)順式剪接(cis-splicing)在前體mRNA分子內(nèi)部，有序地刪除每一個內(nèi)含子的剪接方式需要分別把位于不同前體mRNA中的外顯子剪切和拼接成一個成熟mRNA分子的分子間的特殊剪接方式內(nèi)含子外顯子E1E2E3前體mRNA1內(nèi)含子外顯子EaEbEc前體mRNA2trans-splicingE1E2EbEc成熟mRNA順式剪接、反式剪接的模式圖解(樊廷俊,2001)第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心步驟E1E2E2成熟mRNAcis-splicing成熟mRNAEbEcEccis-splicing反式剪接(trans-splicing)順式剪接(cis-s20真核生物mRNA的合成與加工：mRNA的合成mRNA的加工成熟mRNA的功能發(fā)揮mRNACycle真核生物mRNA的合成與加工：mRNA的合成mRNA的加工成21(二)核糖體RNA的合成1．原核生物前體rRNA的合成與加工2．真核生物前體rRNA的合成與加工第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心步驟(二)核糖體RNA的合成1．原核生物前體rRNA的合成與22自我剪接(self-splicing)

(樊廷俊,2001)切除的內(nèi)含子序列①剪接成熟的RNA②內(nèi)含子序列前體RNA序列核苷酸暫時性中間體第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心步驟自我剪接(self-splicing)(樊廷俊,200123(三)tRNA的合成與修剪tRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工：①修剪②加CCA序列③修飾tRNA前體的合成：RNA聚合酶III第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心步驟(三)tRNA的合成與修剪tRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工：①24(四)小核RNA(snRNA)只存在于核內(nèi)的長約100~200個核苷酸小分子RNA——小核RNA(smallnuclearRNA,snRNA)。分類存在部位RNA聚合酶結(jié)構(gòu)存在形式功能特點U1核液II5‘末端：1個3甲基鳥苷酸(TMG)“帽”;3‘端：Sm抗原結(jié)合的保守序列通常與蛋白質(zhì)結(jié)合成復(fù)合物—snRNP(蛋白質(zhì)部分具有核酸酶和連接酶活性)前體mRNA的剪接加工(U1對前體mRNA中的內(nèi)含子-外顯子接點具有辨認能力，在剪接體組裝中起識別作用)①穩(wěn)定；②含量豐富；③普遍性；④高度保守U2U3核仁U4核液U5U6IIIU7II7類snRNA的特征第三節(jié)轉(zhuǎn)錄—基因表達的核心步驟(四)小核RNA(snRNA)只存在于核內(nèi)的長約100~25第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成一、mRNA、tRNA和核糖體在蛋白質(zhì)合成中的作用二、與肽鏈合成有關(guān)的可溶性蛋白質(zhì)因子三、多肽鏈合成的基本過程五、蛋白質(zhì)合成的抑制劑及作用原理四、新生蛋白質(zhì)的加工講授內(nèi)容提綱第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成一、mRNA、tRNA和核26(一)mRNA——蛋白質(zhì)合成中的模板一、mRNA、tRNA和核糖體在蛋白質(zhì)合成中的作用(二)核糖體——對mRNA中密碼進行翻譯的場所(三)tRNA——負責(zé)氨基酸轉(zhuǎn)運的載體分子多核糖體多核糖體(一)mRNA——蛋白質(zhì)合成中的模板一、mRNA、tRNA27二、與肽鏈合成有關(guān)的可溶性蛋白質(zhì)因子新肽鏈的翻譯需要多種蛋白質(zhì)因子的參與：(一)起始因子(initiationfactor,IF)(二)延伸因子(elongationfactor,EF)(三)釋放因子(releasefactor,RF)第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成二、與肽鏈合成有關(guān)的可溶性蛋白質(zhì)因子新肽鏈的翻譯需要多種蛋白28原核生物翻譯的起始因子(一)起始因子(initiationfactor,IF)起始因子主要功能IF-1促進IF-2和IF-3的活性IF-2有很強的GTPase活性，協(xié)助fMet-tRNAfmet有選擇地與30S亞基結(jié)合，進入P位IF-3促進mRNA與30S亞基結(jié)合并有保持30S亞基穩(wěn)定性的作用第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成原核生物翻譯的起始因子(一)起始因子(initiation29真核生物翻譯的起始因子起始因子相對分子量主要功能eIF-I1.5×104使40S起始復(fù)合物穩(wěn)定等多重作用eIF-21.2×104形成GTP-Met-tRNA三元起始復(fù)合物eIF-2A6.5×104AUG存在下，Met-tRNA結(jié)合于40S亞基eIF-2B6.5×104促進eIF-2的再利用eIF-37.0×104促進40S小亞基的形成eIF-4A5.0×104輔助mRNA結(jié)合eIF-4B8.0×104識別mRNA，具有ATPase活性eIF-4C1.9×104與40S結(jié)合，促進80S復(fù)合物形成eIF-4D1.7×104激活第一個肽鍵合成eIF-4E2.4×105“帽子”結(jié)合蛋白，識別帽子結(jié)構(gòu)eIF-51.5×105與60S亞基結(jié)合，促使40S起始復(fù)合物上的各種eIF因子游離下來第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成真核生物翻譯的起始因子起始因子相對分子量主要功30真核生物的起始因子eIF-2在起始翻譯中的作用圖解第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成真核生物的起始因子eIF-2在起始翻譯中的作用圖解第四節(jié)31原核生物真核生物主要功能EF-TuEF1α負責(zé)把氨?；鵷RNA帶入到大亞基的A位，在存在GTP時與氨?；鵷RNA形成穩(wěn)定復(fù)合物EF-Tu·GTP·氨酰基-tRNAEF-TsEF1βγ使EF-Tu·GDP生成EF-Tu·GTP再重新參加肽鏈的延伸EF-GEF2一種依賴于核糖體的GTPase，負責(zé)肽基-tRNA從A轉(zhuǎn)位到P位EF3酵母和真菌中需要原核生物及真核生物中翻譯的延伸因子(二)延伸因子(elongationfactor,EF)第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成原核生物真核生物主要功能EF-TuEF132(三)釋放因子(releasefactor,RF)釋放因子主要功能原核生物RF1RF-1能識別UAA和UAG識別mRNA上的終止密碼，終止肽鏈合成并釋放核糖體RF2RF-2識別UAA和UGARF3不能識別終止密碼，而可以促進RF-1和RF-2的功能真核生物RF對3個終止密碼都能識別原核生物及真核生物中翻譯的釋放因子第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成(三)釋放因子(releasefactor,RF)釋33肽鏈合成的信號調(diào)控途徑圖解RFControl：

GTP肽鏈合成的信號調(diào)控途徑圖解RFControl：34第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成三、多肽鏈合成的基本過程肽鏈合成的起始肽鏈合成的延伸肽鏈合成的終止第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成三、多肽鏈合成的基本過程肽鏈35English第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成肽鏈合成的起始肽鏈合成的延伸肽鏈合成的終止肽鏈合成的過程圖解ChineseEnglish第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成肽鏈合成的起始36四、新生蛋白質(zhì)的加工（一）新合成的多肽鏈的修飾1、脫甲?；?、胱氨酸的特化3、側(cè)鏈的改造（二）新生多肽鏈中非功能性片段的剪切“內(nèi)含肽”(intein)“外顯肽”(extein)第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成inteinN-terminusexteinC-terminusextein前體蛋白四、新生蛋白質(zhì)的加工（一）新合成的多肽鏈的修飾1、脫甲?；?37酵母液ATP酶的成熟剪切示意圖inteinN-terminusexteinC-terminusextein前體蛋白119kDa內(nèi)含肽+40kDa剪接N端和C端有明顯一致的結(jié)構(gòu)域(motif)可能是自然催化過程！剪接機制???

69kDa成熟蛋白第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成ProteinCycle酵母液ATP酶的成熟剪切示意圖inteinN-terminu38五、蛋白質(zhì)合成的抑制劑及作用原理抗菌素對蛋白質(zhì)合成抑制的作用原理抗菌素抑制蛋白質(zhì)合成的作用原理鏈霉素(stroptomycin)與核糖30S亞基結(jié)合形成異常起始復(fù)合物，抑制蛋白質(zhì)合成氯霉素(chloramphenicol)抑制細菌、線粒體、葉綠體的70S核糖體的肽基轉(zhuǎn)移酶活性，使肽鍵不能形成紅霉素(erythromycin)抑制核糖體在mRNA上的易位(translocation)反應(yīng)利福霉素(rifamycin)與RNA聚合酶結(jié)合，抑制RNA鏈起始，阻礙RNA合成嘌呤霉素(purmycin)氨酰基-tRNA類似物，進入核糖體A位，同已合成的肽鏈形成肽鍵，阻止了肽鏈繼續(xù)合成和延長四環(huán)素(tetracycline)抑制氨?；?tRNA與核糖體A位的結(jié)合梭鏈孢酸(fusidicacid)與EF-G結(jié)合之后，抑制EF-G引起的移位放線菌素D(actinomycinD)可插入DNA的堿基之間(特別是GC豐富區(qū))，阻礙RNA聚合酶移動，抑制RNA的合成稀疏霉素(sparsomycin)可與核糖體大亞基結(jié)合，抑制肽基轉(zhuǎn)移酶反應(yīng)放線菌酮(cycloheximide)抑制80S核糖體移位酶的活性，阻止肽基-tRNA由A位移向P位鵝膏蕈素(α-amanitine)可使RNA聚合酶II和III失活，抑制RNA形成茴香酶素(anisomycin)阻斷80S核糖體上的肽基轉(zhuǎn)移酶反應(yīng)第四節(jié)翻譯與蛋白質(zhì)的生物合成五、蛋白質(zhì)合成的抑制劑及作用原理抗菌素對蛋白質(zhì)合成抑制的作39第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)一、原核生物中蛋白質(zhì)合成的調(diào)控二、真核生物中蛋白質(zhì)合成的調(diào)控第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)一、原核生物中蛋白質(zhì)合成的調(diào)控二40F.Jacob&J.Monod(1960)第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)(一)操縱子是細菌代謝的重要調(diào)節(jié)機構(gòu)操縱子學(xué)說(operonhypothesis)一、原核生物中蛋白質(zhì)合成的調(diào)控F.Jacob&J.Monod(1960)第五節(jié)41ipozya細菌操縱子的結(jié)構(gòu)模型i,regulatorgene,調(diào)節(jié)基因(阻遏物基因);p,promotergene,啟動基因;o,operator,操縱基因β-半乳糖苷酶的編碼基因阻遏物蛋白的編碼基因啟動基因,RNA聚合酶的結(jié)合部位操縱基因,阻遏物蛋白的結(jié)合部位半乳糖苷透性酶的編碼基因硫基半乳糖轉(zhuǎn)乙酰酶的編碼基因ipozya細菌操縱子的結(jié)構(gòu)模型i,regulatorg42Z,β-半乳糖苷酶;Y,半乳糖苷透性酶;a,硫基半乳糖轉(zhuǎn)乙酰酶乳糖結(jié)構(gòu)基因RNApolymerase乳糖操縱子中可誘導(dǎo)酶合成的轉(zhuǎn)錄控制阻遏物蛋白1、活性阻遏物蛋白的存在可阻遏結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄Z,β-半乳糖苷酶;乳糖結(jié)構(gòu)基因RNA乳糖操縱子中可誘43發(fā)生構(gòu)象變化而失活的阻遏物蛋白，使之不再能同操縱基因（O）結(jié)合，于是RNA聚合酶即可從啟動子起動，合成結(jié)構(gòu)基因的mRNA，進而被翻譯為蛋白質(zhì)。乳糖阻遏物蛋白失活的阻遏物蛋白2、誘導(dǎo)物可解除阻遏物蛋白的阻遏作用發(fā)生構(gòu)象變化而失活的阻遏物蛋白，使之不再能同操縱基因（O）結(jié)44色氨酸激活的阻遏物蛋白阻遏物蛋白3、輔阻遏物可激活阻遏物蛋白的阻遏作用本來不能同操縱基因(O)結(jié)合的阻遏物蛋白，因與輔阻遏物結(jié)合而被激活，從而能同操縱基因（O）結(jié)合，于是RNA聚合酶將不能從啟動子起動，結(jié)構(gòu)基因不能被轉(zhuǎn)錄。色氨酸激活的阻遏物蛋白阻遏物蛋白3、輔阻遏物可激活阻遏物蛋白45可阻遏的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機制圖解第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)可阻遏的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機制圖解第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)46(二)CAP蛋白結(jié)合cAMP對轉(zhuǎn)錄進行正控制分解物基因激活蛋白(cataboliteactivatorprotein,

CAP)：結(jié)合在啟動子上以增強RNA聚合酶的結(jié)合第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)(二)CAP蛋白結(jié)合cAMP對轉(zhuǎn)錄進行正控制分解物基因激47葡萄糖充足時，胞內(nèi)cAMP水平下降，cAMP從CAP蛋白上分離下來，CAP失活，不再結(jié)合到DNA上，細胞便轉(zhuǎn)向利用葡萄糖進行代謝葡萄糖充足時，胞內(nèi)cAMP水平下降，cAMP從CAP蛋白上分48配體結(jié)合使調(diào)控蛋白從DNA上脫落下來配體結(jié)合使調(diào)控蛋白結(jié)合到DNA上負控制正控制第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)阻遏物同DNA結(jié)合，阻止轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)物同DNA結(jié)合，促進轉(zhuǎn)錄GENEONGENEOFFGENEONGENEOFF配體結(jié)合使調(diào)控蛋白從DNA上脫落下來配體結(jié)合使調(diào)控蛋白結(jié)合到49(三)不同的σ因子可使RNA聚合酶識別不同的啟動子在有些細菌細胞內(nèi)含有不同的σ因子，它們可以辨認不同的啟動子，因此具有調(diào)控不同基因轉(zhuǎn)錄起始的作用，以適應(yīng)生長發(fā)育不同階段的要求。細菌RNA聚合酶含有的σ因子，其結(jié)合提高了辨認啟動子的能力，保證了原核生物RNA聚合酶只能與啟動子區(qū)形成穩(wěn)定的起始復(fù)合物，在酶與啟動子特異性結(jié)合的過程中起著極其重要的作用。第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)(三)不同的σ因子可使RNA聚合酶識別不同的啟動子在有些50二、真核生物中蛋白質(zhì)合成的調(diào)控第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)(一)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達調(diào)控(二)真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)(六)真核基因表達的激素調(diào)節(jié)(五)蛋白質(zhì)合成的翻譯后水平的調(diào)節(jié)(三)蛋白質(zhì)合成的轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)(四)蛋白質(zhì)合成的翻譯水平的調(diào)節(jié)二、真核生物中蛋白質(zhì)合成的調(diào)控第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)(511、基因轉(zhuǎn)錄與核小體結(jié)構(gòu)(一)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達調(diào)控真核基因轉(zhuǎn)錄起始時核小體移位模型基因激活蛋白使核小體從啟動子移開，暴露出啟動子，從而可讓通用轉(zhuǎn)錄因子在啟動子上裝配1、基因轉(zhuǎn)錄與核小體結(jié)構(gòu)(一)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達調(diào)控真核基52第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄時在核小體不移位的狀態(tài)下進行轉(zhuǎn)錄示意圖第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄時在核小體不移位的狀532、組蛋白和非組蛋白對轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)在真核細胞中，帶負電荷的DNA分子和帶正電荷的組蛋白緊密結(jié)合而呈封閉狀態(tài)。DNA分子中有的基因雖具有轉(zhuǎn)錄為mRNA的潛能，但因被組蛋白封閉而不能進行轉(zhuǎn)錄?？梢?，組蛋白的結(jié)合與分離以及修飾（如乙?；?、甲基化、磷酸化等）能調(diào)節(jié)mRNA的轉(zhuǎn)錄。第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)2、組蛋白和非組蛋白對轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)在真核細胞中，帶負電荷的D54如RNA聚合酶DNA聚合酶Poly(A)聚合酶DNA內(nèi)切酶DNA外切酶組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶組蛋白甲基化酶組蛋白激酶組蛋白水解酶非組蛋白激酶等非組蛋白種類繁多，有多種是參與核酸代謝和修飾的酶：非組蛋白帶有負電荷，能通過靜電作用，吸引封閉DNA(帶負電)的組蛋白(帶正電)，使二者分離，DNA得以轉(zhuǎn)錄。第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)如RNA聚合酶非組蛋白種類繁多，有多種是參與核酸代謝和修飾的55雞RBCDNA和組蛋白雞RBCDNA和組蛋白合成血紅蛋白mRNA不合成血紅蛋白mRNA非組蛋白具有物種和組織特異性的證明實驗雞網(wǎng)織紅細胞非組蛋白+雞肝細胞非組蛋白+基因轉(zhuǎn)錄基因不轉(zhuǎn)錄非組蛋白有物種和組織特異性，能與DNA特異結(jié)合，對DNA有專一調(diào)控作用！第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)雞RBC雞RBC合成血紅蛋白mRNA不合成血紅蛋白mRNA非56(1)

非組蛋白能特異性地同被組蛋白所阻遏的DNA特定區(qū)域相結(jié)合；非組蛋白對轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)可能分兩步進行：基因的活化以及細胞的分化與非組蛋白的磷酸化有關(guān)！(2)非組蛋白發(fā)生磷酸化而帶負電荷，便開始排斥帶負電荷的DNA，而與帶正電荷的組蛋白結(jié)合成復(fù)合物。結(jié)果解除了組蛋白在特定區(qū)段對DNA的抑制，使該區(qū)基因轉(zhuǎn)錄。第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)(1)非組蛋白能特異性地同被組蛋白所阻遏的DNA特定區(qū)域相57第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)(二)真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)真核基因的轉(zhuǎn)錄起始過程復(fù)雜基因所在DNA上的順式調(diào)控元件1、基因所在DNA上順式作用元件對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控2、反式作用因子對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控3、調(diào)控蛋白質(zhì)與DNA的相互作用對基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控諸多反式調(diào)控因子主要有以下三種調(diào)控方式：第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)(二)真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)真581、基因所在DNA上順式作用元件對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)TATA框(TATAbox或Hognessbox)：保證轉(zhuǎn)錄準確地在起始點開始

其它與轉(zhuǎn)錄起始有關(guān)的DNA調(diào)節(jié)序列(如CAAT框、GC序列等)：主要控制轉(zhuǎn)錄起始的頻率

增強子(enhancer)：通過啟動子來增強轉(zhuǎn)錄效率的一種遠端調(diào)控元件沉默子(silencer)：作用與增強子相反，抑制基因表達——順式調(diào)控元件DNA上的基因調(diào)節(jié)序列1、基因所在DNA上順式作用元件對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控第五節(jié)59第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)真核生物基因轉(zhuǎn)錄的啟動需要轉(zhuǎn)錄因子的參與

通用轉(zhuǎn)錄因子

(generaltranscriptionfactor)在基因開始轉(zhuǎn)錄前它們結(jié)合到啟動子上，與RNA聚合酶組裝成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，起始轉(zhuǎn)錄一些能和特定的DNA調(diào)節(jié)序列相結(jié)合的基因調(diào)節(jié)蛋白，在基因轉(zhuǎn)錄起始和調(diào)節(jié)等方面有著重要的作用

特定的轉(zhuǎn)錄因子

(specialtranscriptionfactor)轉(zhuǎn)錄因子

(generaltranscriptionfactor,TF)：DNA專一序列結(jié)合蛋白

(sequence-specificDNA-bindingprotein)2、反式作用因子對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控(基因調(diào)節(jié)蛋白,generegulatoryprotein)基因調(diào)節(jié)蛋白的作用第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)真核生物基因轉(zhuǎn)錄的啟動需要轉(zhuǎn)錄因60第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)(1)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的組裝與轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物(transcriptionalinitiationcomplex)：轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄相關(guān)因子(TBPassociatedfactors)RNA聚合酶TATAbox-bindingprotein第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)(1)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的組裝與轉(zhuǎn)61TATAbox轉(zhuǎn)錄起始點第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)真核生物RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的組裝過程示意圖TFIID(A)TFIIA,TFIIB(B)RNA聚合酶IITFIIFTFIIETFIIHTBP(C)蛋白激酶(TFIIH)活性ATP(D)UTP,ATPCTP,GTP開始轉(zhuǎn)錄(E)TBP(TATAbox-bindingprotein,TATA框結(jié)合蛋白);TAF(TBP-associatedfactor,TBP蛋白相關(guān)因子)(約8種,大小不同)TFIID結(jié)合TATA框：引起此序列彎曲，造成局部構(gòu)象變化，吸引RNA聚合酶II和其它轉(zhuǎn)錄因子在啟動子上參與組裝TFIIA的加入，可防止某些抑制物的摻入，有助于TFIID同TATA框結(jié)合的穩(wěn)定，使組裝過程得以繼續(xù)進行TFIIH是一個多亞基的蛋白質(zhì)復(fù)合物，由多條肽鏈構(gòu)成，其中有的亞基具有解旋酶活性(利用ATP使模板DNA解螺旋)；TFIIH的另一個亞基有激酶活性(在ATP存在下，使聚合酶大亞基的CDT中的絲氨酸或蘇氨酸磷酸化，以便聚合酶脫離起始復(fù)合物而起始轉(zhuǎn)錄)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物TATAbox轉(zhuǎn)錄起始點第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)62第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)(2)基因調(diào)節(jié)蛋白同增強子結(jié)合遠距離地調(diào)控轉(zhuǎn)錄通用轉(zhuǎn)錄因子和聚合酶還需要激活蛋白的協(xié)助，才能有效地啟動轉(zhuǎn)錄。其中，結(jié)合到增強子上的激活蛋白可明顯增強轉(zhuǎn)錄速率。真核生物中基因激活蛋白遠距離調(diào)控模式因啟動子與增強子相距遠(上萬個bp)，因此啟動子與增強子之間的DNA鏈要發(fā)生折曲，以使結(jié)合在增強子上的調(diào)節(jié)蛋白與轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物相互接觸而發(fā)揮作用第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)(2)基因調(diào)節(jié)蛋白同增強子結(jié)合63第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)在細菌與真核生物中，基因調(diào)節(jié)蛋白都是結(jié)合到基因調(diào)節(jié)序列上，來影響轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的裝配：一般激活蛋白促進復(fù)合物組裝，而抑制蛋白則阻止或破壞復(fù)合物組裝。真核生物的DNA調(diào)節(jié)序列

細菌的操縱基因和激活蛋白結(jié)合序列；真核生物中的這些序列往往位于距啟動子距離較遠的DNA區(qū)段上。細菌和真核生物中基因激活機制的差別

差別:第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)在細菌與真核生物中，基因調(diào)節(jié)蛋白64第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)真核生物的基因調(diào)節(jié)蛋白所結(jié)合的DNA調(diào)節(jié)序列往往位于距啟動子較遠的DNA上，或促進或抑制轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的裝配距啟動子較遠結(jié)合部位與作用部位不同作用部位第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)真核生物的基因調(diào)節(jié)蛋白距啟動子較653、調(diào)控蛋白質(zhì)與DNA的相互作用對基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控(1)調(diào)控因子與DNA的相互作用直接或間接結(jié)合到DNA的基因調(diào)節(jié)序列上、參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的基因調(diào)節(jié)蛋白——基因表達調(diào)控的反式作用因子(trans-actingfactor)。通用轉(zhuǎn)錄因子基因調(diào)控蛋白順式調(diào)控元件——DNA的基因調(diào)節(jié)序列

啟動子

其它與轉(zhuǎn)錄起始有關(guān)的DNA調(diào)節(jié)序列(CAAT框等)

增強子

沉默子基因激活蛋白基因抑制蛋白3、調(diào)控蛋白質(zhì)與DNA的相互作用對基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控(1)調(diào)控66大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白能直接作用于DNADNA形成帽狀彎曲調(diào)節(jié)蛋白直接識別專一DNA序列的機制圖解,插到識別區(qū)域的DNA雙螺旋的大溝中，與其中的堿基對產(chǎn)生一系列的分子接觸點，并在蛋白質(zhì)與堿基對的接觸邊緣形成氫鍵、離子鍵或發(fā)生疏水性相互作用。

有些調(diào)節(jié)蛋白如激活蛋白不能直接作用于DNA，而是發(fā)生間接作用：通過改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)錄因子易于同DNA接觸。大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白能直接作用于DNADNA形成帽狀彎曲調(diào)節(jié)蛋白直67其基本結(jié)構(gòu)中具有不同功能的結(jié)構(gòu)域(domain)：由幾十到幾百個氨基酸構(gòu)成(2)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的結(jié)構(gòu)特征：DNA結(jié)合功能域轉(zhuǎn)錄激活功能域結(jié)合其它因子的功能域其中3個主要的功能域是：其基本結(jié)構(gòu)中具有不同功能的結(jié)構(gòu)域(domain)：由幾十到幾68①DNA結(jié)合功能域

螺旋-轉(zhuǎn)角-

螺旋功能域(helix-turn-helixmotif)鋅指功能域(zincfingermotif)亮氨酸拉鏈功能域(Leucinezippermotif)

螺旋-袢環(huán)-

螺旋功能域(helix-loop-helixmotif)①DNA結(jié)合功能域螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋功能域(heli69這種形式的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域有兩個

螺旋，其間有

轉(zhuǎn)角

螺旋-轉(zhuǎn)角-

螺旋結(jié)構(gòu)域(helix-turn-helixmotif)識別螺旋的氨基酸殘基直接同靶DNA大溝的特定堿基結(jié)合；另一

螺旋的氨基酸和DNA中的磷酸戊糖骨架接觸。具有這種結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)與DNA結(jié)合時，常以二聚體形式發(fā)揮作用這種形式的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域有兩個螺旋，其間有轉(zhuǎn)角螺旋70鋅指結(jié)構(gòu)(zincfingermotif)由一小群氨基酸和一個鋅原子結(jié)合，在蛋白質(zhì)中形成相對獨立的一個結(jié)構(gòu)域通過

螺旋結(jié)合到DNA大溝中，鋅指環(huán)上突出的賴氨酸、精氨酸參與同DNA的結(jié)合鋅指結(jié)構(gòu)(zincfingermotif)由一小群氨71亮氨酸拉鏈型結(jié)構(gòu)域(Leucinezippermotif)肽鏈羧基端約35個氨基酸殘基可形成

螺旋，且其中每相隔6-7個氨基酸就含有1個亮氨酸，因此，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)形成

螺旋時亮氨酸可排成一行，出現(xiàn)于螺旋的同一方向這類蛋白質(zhì)常以二聚體形式同DNA上靶位點結(jié)合，兩個分子相應(yīng)的

螺旋之間，靠亮氨酸殘基的疏水作用力，形成形似拉鏈的結(jié)構(gòu)亮氨酸拉鏈型結(jié)構(gòu)域(Leucinezippermoti72

螺旋-袢環(huán)-

螺旋結(jié)構(gòu)域(helix-loop-helixmotif)HLH與DNA的這種結(jié)合方式與亮氨酸拉鏈相似螺旋-袢環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)域HLH與DNA的這種結(jié)合方式與亮氨73②激活基因轉(zhuǎn)錄的功能域：一般由20~100個氨基酸殘基組成。有時一個反式作用因子可含有多個轉(zhuǎn)錄激活區(qū)。不同的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)具有共同的結(jié)構(gòu)特點：a.具有含很多負電荷的

螺旋結(jié)構(gòu)(

-helix);b.富含谷氨酰胺(Gln);c.有些反式作用因子的功能結(jié)構(gòu)域富含脯氨酸殘基(Pro).酵母GAL4因子的結(jié)構(gòu)圖解酵母GAL4有2個激活功能域。同轉(zhuǎn)錄裝置接觸,促進轉(zhuǎn)錄起始②激活基因轉(zhuǎn)錄的功能域：一般由20~100個氨基酸殘基組74③結(jié)合其它因子的結(jié)構(gòu)域：基因調(diào)節(jié)蛋白還含有結(jié)合其它因子的結(jié)構(gòu)域。如酵母GAL4因子，其激活結(jié)構(gòu)域可以與通用轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，促進轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的組裝。激活功能域DNA結(jié)合功能域基因激活蛋白的結(jié)合可使基因的轉(zhuǎn)錄效率提高1000倍!GAL4基因激活蛋白的作用圖解③結(jié)合其它因子的結(jié)構(gòu)域：基因調(diào)節(jié)蛋白還含有結(jié)合其它因子的75(三)蛋白質(zhì)合成的轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄后還需要在不同情況下進一步加工、剪接和修飾：RNA剪接5末端戴上m7G帽3末端多腺苷酸化等鏈內(nèi)某些核苷酸的甲基化順式剪接反式剪接恒定性剪接選擇性剪接(三)蛋白質(zhì)合成的轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄后還需要在不同76RNA編輯(RNAediting)：mRNA水平上的遺傳信息加工方式。在轉(zhuǎn)錄后的mRNA中，其編輯區(qū)出現(xiàn)堿基插入，刪除或轉(zhuǎn)換等變化，從而改變了初始轉(zhuǎn)錄物的編碼特性。在原生動物、一些植物線粒體mRNA、哺乳動物mRNA和某些病毒mRNA中也都發(fā)現(xiàn)了RNA編輯現(xiàn)象。錐體蟲COⅡ基因片段與其表達產(chǎn)物的比較UUAGGUAUAAAAGUAGAUUGUAUACCUGGUAGGUGUAAUTTAGGTATAAAAGTAGAGAACCTGGTATTTGTAATLGIKVDCIPGRCNmRNA序列氨基酸序列DNA正鏈序列其編碼區(qū)所發(fā)生的堿基數(shù)量變化，改變了原初基因！RNA編輯(RNAediting)：mRNA水平上的遺傳信77在錐蟲線粒體的3個成熟mRNA中，發(fā)現(xiàn)約有50%的尿苷酸因‘編輯’而來。RNA編輯的模式圖解完全編輯的RNARNA轉(zhuǎn)錄本因此，CoⅢ基因遠小于其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，而被稱為隱匿基因。其CoⅢmRNA：約有158個位點插入了394個尿苷酸，又在9處刪除了18個尿苷酸，故此mRNA實際增加了376個尿苷酸，占CoⅢ成熟mRNA總長的55%。向?qū)NA在錐蟲線粒體的3個成熟mRNA中，發(fā)現(xiàn)約有50%的尿苷酸因‘78真核生物中也存在著明顯的翻譯水平上的調(diào)節(jié)。在這一水平的調(diào)控中，最為重要的幾個方面是：mRNA自身的穩(wěn)定性蛋白質(zhì)合成起始速率的調(diào)節(jié)mRNA的結(jié)構(gòu)……等(四)蛋白質(zhì)合成的翻譯水平的調(diào)節(jié)真核生物中也存在著明顯的翻譯水平上的調(diào)節(jié)。在這一水平的調(diào)控中79在真核生物中，母體mRNA常同蛋白質(zhì)結(jié)合以核糖核蛋白顆粒(ribonucleoproteinparticle,RNP)的形式隱蔽下來。受精后才有步驟地“顯露”出來，并利用卵母細胞中已裝配的核糖體進行蛋白質(zhì)合成，供早期胚胎發(fā)育之用。(1)mRNA的穩(wěn)定性隱蔽mRNA(maskedmRNA)：mRNA屏蔽狀態(tài)的解除與否、mRNA的壽命長短都直接影響mRNA作為合成蛋白質(zhì)模板的功能。在真核生物中，母體mRNA常同蛋白質(zhì)結(jié)合以核糖核蛋白顆粒(r80有的mRNA的穩(wěn)定性受激素的控制。乳汁中的酪蛋白是在乳腺中合成的，酪蛋白mRNA轉(zhuǎn)錄物的壽命在有催乳激素時比沒有催乳激素時長得多。由此可見，真核生物中形成穩(wěn)定的mRNA是一個很重要的翻譯調(diào)控途徑。例如，哺乳動物網(wǎng)織細胞在丟失細胞核之后的數(shù)周內(nèi)尚保存合成血紅蛋白的能力，這表明細胞內(nèi)存在著非常穩(wěn)定的長壽命血紅蛋白mRNA。有的mRNA的穩(wěn)定性受激素的控制。乳汁中的酪蛋白是在乳腺中合815’端的“帽子”結(jié)構(gòu)3’端的多(A)尾5’端非編碼序列3’端非編碼序