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第五章 遗传信息的表达

第五章 遗传信息的表达. 转录. 翻译. pr. DNA. RNA. 逆转录. 中心法则：. 第一节 转录（ transcription ）. 以ＤＮＡ为模板合成ＲＮＡ的过程. 与复制的相同之处 :. (1) 都以 DNA 为模板. (2) 都以 nt 为原料 , 合成方向都是 5 ＇  3 ＇. (3) 都服从碱基配对原则. 不同之处 :. (1) 四种原料不同 : DNA  dNTP, RNA  NTP. (2) 配对碱基不同： A=T ； A=U. （ 3 ）酶不同： DNA 聚合酶； RNA 聚合酶.

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第五章 遗传信息的表达

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Presentation Transcript

  1. 第五章 遗传信息的表达

  2. 转录 翻译 pr DNA RNA 逆转录 中心法则： 第一节 转录（transcription） 以ＤＮＡ为模板合成ＲＮＡ的过程

  3. 与复制的相同之处: (1)都以DNA为模板. (2) 都以nt 为原料,合成方向都是5＇3＇. (3) 都服从碱基配对原则 不同之处: (1)四种原料不同: DNAdNTP, RNANTP (2)配对碱基不同：A=T；A=U （3）酶不同： DNA聚合酶；RNA聚合酶 （4）模板： 复制： 两条全部DNA分子； 转录：一条DNA分子的部分

  4. 一、原核生物RNA的生物合成 （一）RNA聚合酶（RNA polymerase） ： 1 种 大肠杆菌中： 全酶为：五聚体（2＇）： ：识别结合启动子 2：启动子上游 ：催化形成二酯键 ＇：酶与模板的结合部位 需Mg2+，Mn2+， 无校对功能 RNA合成的错误率为10-6（DNA合成的错误率为10-9-10-10）

  5. （二）转录模板 基因1:链2:转录模板链(template strand) or 反意义链(antisense strand) 链1:信息链or 有意义链(sense strand) or 编码链(coding strand) 基因2: 链1:转录模板链(template strand) or 反意义链(antisense strand) 链2 为信息链or 有意义链(sense strand) or 编码链(coding strand)

  6. (三) 转录过程 1、起始阶段: 不需要引物, 全酶中识别并结合启动子  DNA构象发生变化  RNA聚合酶催化两个相邻的nt与模板配对 第一个nt为5＇pppG or pppA, 第二个nt有游离3＇-OH 继续加入NTP,延长 几个nt之后 因子脱落 全酶-DNA- pppGpN＇-OH 称为起始复合物

  7. 2、延长阶段: 核心酶(core enzyme) 沿模板3＇5＇滑行, RNA按5＇3＇方向合成  >12nt, RNA 5＇端与DNA模板脱离 mRNA:  45nt/sec, rRNA: 90nt/sec 3、.终止阶段 两种方式: 因子不依赖终止 因子依赖终止

  8. （1）因子不依赖终止 图5-1 • RNA酶行进到模板的终止子部位(富含GC,可在RNA 上形成发夹结构) •  • 发夹结构影响RNA酶的行进 •  • RNA链先从DNA上释放,再与核心酶分离 •  • 终止转录

  9. （2）因子依赖终止 图5-2 因子与RNA聚合酶结合(终止子)  使RNA-DNA杂交体解开  因子、RNA聚合酶与DNA分离  转录终止

  10. （四）、转录后加工 初级转录产物（primary transcrips）：一个操纵子转录出的一条完整RNA。 mRNA：不需要加工 rRNA：需加工、修饰 tRNA：需加工、修饰 • 如大肠杆菌 rrnD操纵子 （rRNA、tRNA混排）图5-3 • 6个基因： 3个tRNA • 16s rRNA • 23 s rRNA 称为30 s RNA • 5 s rRNA • 间隔序列

  11. 30 s RNA • 核酸内切酶（RNase P） • 16 s 、23 s 、5 s rRNA前体 + tRNA 前体 •  • （内、外切酶） （1） 剪切作用：多余序列 • 切除原间隔序列 （2）添加和修复3‘端CCA序列 （3）某些碱基的化学修饰 •  • 成熟16 s 、23 s 、5 s rRNA 成熟tRNA

  12. 二、真核生物RNA的生物合成 （一）RNA聚合酶 pol 1 ：核仁：5.8S、18S、28S rRNA pol 2：核浆：mRNA pol 3 ：核浆：tRNA （二）转录单位： 为一个基因（一个结构基因加相应调控元件） 三、转录过程：

  13. 1．起始阶段：需一些蛋白质参与，称转录因子（transcrption factor，TF） • （1） mRNA前体的转录 图5-4 ：pol 2 • TF2D（含一个TATAbox 结合蛋白（TBP）和多个TBP结合因子（TAF）） • + TATA box •  • TF2A，TF2B结合TF2D •  • TF2F+ pol2 结合TF2B •  • TF2E、TF2H加入，形成起始复合物

  14. （2）rRNA前体的转录 ：pol 1 人基因：核心启动子 + 上游调控元件（UCE） 转录因子： 上游结合因子（UBF1）、 选择因子1（selectivity factor1，SL1） （含一个TBP 和 3个TBP结合因子） UBF1与核心启动子和UCE 结合  SL1与UBF1结合  pol 1与 SL1 中的TBP结合  起始转录

  15. （3）tRNA、5SrRNA：pol 3 基因：A box、B box  TF 3 C结合与B box  TF 3 B结合与启动子  pol 3进入

  16. 2、延长阶段：与原核生物相似，方向5＇3＇ 3、终止阶段：机制不清

  17. （四）转录产物的加工 5＇端加帽子 1．mRNA前体的加工： 3＇端加尾巴（poly A） 去除内含子拼接外显子 （1）5＇端加帽子（capping）图5-5 7mG：5＇-5＇磷酸二酯键（正常：3＇-5＇磷酸二酯键） 两种： 1 型帽子结构：m7G-nt1（2＇-OH被甲基化） 2型帽子结构: m7G-nt1（2＇-OH被甲基化）- nt2（2’ -OH被甲基化）

  18. (2)3＇端加尾巴（poly A tail）图5-6 mRNA中 AAUAAA序列被核酸内切酶识别并在其下游11 nt -30nt 处切断, 在poly A聚合酶作用下加入poly A.

  19. (3) 去除内含子拼接外显子(splicing): 图5-7 内含子的结构: 5＇GU------------------A-------AG 3＇ （5＇剪切位点） (分支点) (3＇剪切位点 ) • 剪接反应: 在剪接体(spliceosome)中进行 • (两步) SnRNA: U1, U2,U3…..U6 • 蛋白质 第一步: 分支点A 攻击5＇侧剪接位点G, 释放5＇外显子. 第二步: 5＇外显子攻击3＇剪接位点,两个外显子拼接,同时释放套索状中间产物.

  20. mRNA内含子的自我剪接

  21. 特点：内含子自我剪接 / 核酶 产物：套索结构 （4）化学修饰: 主要是甲基化修饰 （5）RNA的编辑(RNA editing) • 隐蔽基因(cryptogene) 产物 • 如 线粒体细胞色素氧化酶C亚基mRNA： • 在145个不同位点插入407个U， • 在9个不同位点删除19个U， 编辑nt占成熟mRNA的一半以上。

  22. （2）tRNA 前体的加工 A：tRNA 前体的剪接：去除内含子和5＇侧先导序列。 B： 添加或修复3＇端CCA序列。 C： 化学修饰：形成稀有碱基。 （3）rRNA 前体的加工： A：rRNA 前体的剪接； B：化学修饰

  23. 第三节 翻译 一、原核生物蛋白质的生物合成 （一）蛋白质生物合成体系 • 1、mRNA ： • （1）密码子（codon）：每三个相邻的nt决定一个氨基酸。 • （2）开放阅读框（open reading frame，ORF）：从起始密码子到终止密码子。

  24. （3）遗传密码：64个密码子的统称。密码子表（ P78） 特点： （1）起始密码子：AUG- met； （2）终止密码子：UAG，UAA，UGA （3）读写方向： 5＇3＇； （4） 连续性； （5）兼并性：几个密码子决定同一个氨基酸； （6） 通用性； （7）摆动性（wobble）：密码子的第三位与反密码子的第一位 碱基的配对不十分严格。

  25. 第一位（5端） 碱基 第二位（中间）碱基 第三位（3端）碱基 A G U C A AAA赖氨酸 AAG赖氨酸 AAU天冬酰胺 AAC天冬酰胺 AGA精氨酸 AGG精氨酸 AGU丝氨酸 AGC丝氨酸 AUA异亮氨酸 AUG甲硫氨酸 +起始信号 AUU异亮氨酸 AUC异亮氨酸 ACA苏氨酸 ACG苏氨酸 ACU苏氨酸 ACC苏氨酸 A G U C G GAA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缬氨酸 GUG缬氨酸 GUU缬氨酸 GUC缬氨酸 GCA丙氨酸 GCG丙氨酸 GCU丙氨酸 GCC丙氨酸 A G U C U UAA终止信号 UAG终止信号 UAU酪氨酸 UAC酪氨酸 UGA终止信号 UGG色氨酸 UGU半胱氨酸 UGC半胱氨酸 UUA亮氨酸 UUG亮氨酸 UUU苯丙氨酸 UUC苯丙氨酸 UCA丝氨酸 UCG丝氨酸 UCU丝氨酸 UCC丝氨酸 A G U C C CAA谷氨酰胺 CAG谷氨酰胺 CAU组氨酸 CAC组氨酸 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 A G U C

  26. 2．核糖体（ribosome）：rRNA + prs ：是蛋白质合成的场所 • 主要活性部位： • A位（受位acceptor site）：氨酰tRNA(tRNA-a.a)进入的部位. • P位(供位 donor site,peptide site): 肽酰tRNA(tRNA-a.a-a.a-a.a-a.a…a.a) 占据的部位. 3．tRNA：氨基酸的运输工具， 细菌中约30种-40种。 4．各种蛋白质：起始因子：IF：IF-1；IF-2；IF-3。 延伸因子：EF：EF-Tu；EF-Ts；EF-G。 终止因子：RF：RF-1；RF-2；RF-3。

  27. 5．氨基酰-tRNA合成酶：催化氨基酸与tRNA结合形成tRNA-a.a, 具有特异性. (二)氨基酸的活化: tRNA + a.a  tRNA-a.a (三) 翻译过程: 三个阶段 1.起始阶段: IF-3+ 30S  mRNA fmet-tRNAfmet-IF-2-GTP(IF-1促进该三元复合物形成) 50S 释放IF-1,IF-2,IF-3,GDP,Pi 形成70S.mRNA. fmet-tRNAfmet三元起始复合物.

  28. 2.延长阶段: 许多循环组成，每个循环包括三步 （1）进位:：甲硫氨酰-tRNA首先进入P位（ 由起 始密码子AUG编码）此后的所有aa-tRNA都首先进入A位. （2）转肽：肽键形成 （3）移位:：A位P位.

  29. 3 终止阶段: 当进入终止密码子时.

  30. 二、真核生物蛋白质合成的特点 ： 与原核生物基本相同 三、肽链的翻译后加工 • 1．肽链的折叠 • 2．各种共价修饰 • 3．水解修饰 • 4．亚单位聚合

  31. 修饰水解 高尔基体中切除部分肽段/修饰 蛋白原 成熟的分泌蛋白

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