遺傳信息的傳遞（復(fù)制 轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)合成）

第二章遺傳信息的傳遞 基本概念復(fù)制 指以親代DNA分子為模板合成一個新的與親代模板結(jié)構(gòu)相同的子代DNA分子的過程 轉(zhuǎn)錄 指以DNA或RNA 某些病毒中 為模板 以ATP GTP CTP和UTP四種核糖核苷三磷酸 NTP 為底物 在RNA聚合酶和其它蛋白質(zhì)因子的作用下 按堿基互補配對原則 從5 3 合成RNA的過程 遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄從DNA傳遞到RNA 翻譯 又稱蛋白質(zhì)生物合成 是指在核糖體上 將mRNA所含的遺傳密碼轉(zhuǎn)譯為多肽鏈中相應(yīng)氨基酸的過程 操縱子 由調(diào)節(jié)基因 操縱基因和結(jié)構(gòu)基因組成 正控制 是一種轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控機制 調(diào)節(jié)基因編碼的調(diào)節(jié)蛋白是激活蛋白 它與效應(yīng)物分子協(xié)同作用 開啟操縱子結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄 如果調(diào)節(jié)蛋白缺乏 基因關(guān)閉 負(fù)控制 是一種轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控機制 調(diào)節(jié)基因編碼的調(diào)節(jié)蛋白是阻遏蛋白 它本身或與輔阻抑物協(xié)同作用 關(guān)閉操縱子結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄 如果調(diào)節(jié)蛋白缺乏 基因表達(dá) 順式作用元件 是DNA分子上與結(jié)構(gòu)基因連鎖的轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)域 它們不是通過合成蛋白質(zhì)或RNA 而是與特定的反式作用元件結(jié)合 再經(jīng)反式作用元件之間和與RNA聚合酶的相互作用 實現(xiàn)對基因表達(dá)的調(diào)控作用 反式作用元件 cis actingelement 又稱轉(zhuǎn)錄因子 是指能直接或間接地識別或結(jié)合在各順式作用元件8 12bp核心序列上 參與靶基因表達(dá)調(diào)控的一組調(diào)節(jié)蛋白 第一節(jié)DNA的復(fù)制一 DNA復(fù)制的特點 2 半不連續(xù)復(fù)制一條鏈?zhǔn)竭B續(xù)的 另一條是不連續(xù)的 1半保留復(fù)制 semiconservativereplication 復(fù)制時DNA雙鏈解開并以每一單鏈為模板來形成另一對應(yīng)的新鏈 3復(fù)制起點和復(fù)制方向 多數(shù)細(xì)菌及病毒 只有一個復(fù)制起點 控制整個染色體的復(fù)制 所以整個染色體也就是一個復(fù)制子 復(fù)制子 replicon 是指在同一個復(fù)制起點控制下合成的一段DNA序列 在真核生物中 每條染色體的DNA復(fù)制則是多起點的 多個復(fù)制起點共同控制一條染色體的復(fù)制 即每條染色體有多個復(fù)制子 圖3 17 真核生物的研究發(fā)現(xiàn) 其復(fù)制也是雙向的 但近來發(fā)現(xiàn) 并不是所有的生物DNA的復(fù)制都是雙向的 如 噬菌體T2 其DNA的復(fù)制就是沿一個方向進(jìn)行的 5 3 大腸桿菌和其它許多原核生物的環(huán)狀DNA復(fù)制是雙向的 即DNA的復(fù)制從復(fù)制起點開始 向二個方向同時進(jìn)行 最后相遇 完成復(fù)制 復(fù)制方向 從起點開始是沿著一個方向進(jìn)行的呢 還是雙向的 2 真核生物DNA聚合酶真核生物中存在 和 五種DNA聚合酶 DNA聚合酶 被認(rèn)為是催化真核生物DNA復(fù)制的主力酶 二 引發(fā)酶真核生物DNA聚合酶 具有引發(fā)酶活性 三 DNA連接酶 五 解鏈酶在大腸桿菌中 DNA的合成速度每分鐘約為30 000bp 即雙螺旋每分鐘必須旋轉(zhuǎn)3000次才能完全解旋 六 單鏈結(jié)合蛋白ATP提供能量 DNA雙鏈由解旋酶解開后 單鏈DNA結(jié)合蛋白 SSB 馬上結(jié)合在分開的單鏈上 從而保持其伸展?fàn)顟B(tài) 四 拓?fù)洚悩?gòu)酶DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶將DNA雙鏈切開一個口子 使一條鏈旋轉(zhuǎn)一圈 然后再將其共價相連 從而消除其張力 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶I 只對雙鏈DNA中的一條鏈進(jìn)行切割 產(chǎn)生切口 nick 每次切割只能去除一個超螺旋 此過程不需要外加能量 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶II 可以對雙鏈DNA的二條鏈同時進(jìn)行切割 每次切割可以去除二個超螺旋 此過程需要ATP提供能量 三 DNA復(fù)制的一般過程 一 DNA復(fù)制的起始DNA的合成是半保留復(fù)制 分別以兩條鏈互為模板 而合成兩條互補新鏈 復(fù)制是雙向的 DNA的合成必須有引物的引導(dǎo) 并且復(fù)制時鏈的延伸總是從5 向3 方向進(jìn)行 二 DNA復(fù)制的過程 DNA的合成過程 1 DNA雙螺旋的解鏈 ATP提供能量 DNA雙鏈由解旋酶解開后 單鏈DNA結(jié)合蛋白 SSB 馬上結(jié)合在分開的單鏈上 從而保持其伸展?fàn)顟B(tài) 在大腸桿菌中 DNA的合成速度每分鐘約為30 000bp 即雙螺旋每分鐘必須旋轉(zhuǎn)3000次才能完全解旋 2 DNA合成的開始 由于三種DNA聚合酶均需要DNA模板和3 端的自由 OH 才能進(jìn)行DNA的合成 使DNA延伸 人們很早就發(fā)現(xiàn)RNA聚合酶 RNAploymerase 利用DNA模板 不需要特殊的引物可以直接合成RNA DNA合成前 以DNA為模板 根據(jù)堿基配對的原則 在一種特殊的RNA聚合酶 DNA引物酶 DNAprimase 的催化下 先合成一段長度為5 60個核苷酸的RNA引物 提供3 端自由 OH 然后 在DNA聚合酶III的作用下進(jìn)行DNA的合成 3 一條DNA鏈連續(xù)合成 一條鏈不連續(xù) 從電子顯微鏡和放射自顯影的結(jié)果可知 DNA兩條新鏈的合成是從一個復(fù)制叉 replicatingfork 向著同一個方向延伸的 而組成DNA雙螺旋的互補雙鏈具有相反的方向 一條從5 3 而另地條3 5 為反向平行 二條DNA新鏈 只有一條DNA鏈的合成是連續(xù)的 而另一條則是不連續(xù)的 所以從整個DNA分子水平來看 DNA二條新鏈的合成方向是相反的 但是都是從5 向3 方向延伸 把一直從5 向3 方向延伸的鏈稱作前導(dǎo)鏈 leadingstrand 它是連續(xù)合成的 另一條先沿5 3 方向合成一些片段 然后再由連接酶將其連起來的鏈 稱為后隨鏈 laggingstrand 其合成是不連續(xù)的 圖3 19 在前導(dǎo)鏈上 DNA引物酶只在起始點合成一次引物RNA DNA聚合酶III就可開始進(jìn)行DNA的合成 每個 岡崎片段 的合成都需要先合成一段引物RNA 然后DNA聚合酶III才能進(jìn)行DNA的合成 隨后 引物RNA被切除 并為新合成的DNA片段所替代 在大腸桿菌中 引物RNA被切除過程是在DNA聚合酶 的催化下完成的 后隨鏈上合成的DNA不連續(xù)單鏈小片段稱為岡崎片段 后隨鏈DNA的合成 因為DNA聚合酶I有5 3 端核酸外切酶的功能 它可以將RNA引物切除 同時利用其5 3 聚合酶功能 以臨近 岡崎片段 的3 端自由 OH進(jìn)行DNA的合成 從而將RNA引物替換為DNA鏈 最后由DNA連接酶 DNAligase 將 岡崎片段 連接起來 形成一條完整的新鏈 圖3 20 最后 簡要說明一下RNA病毒中RNA的自我復(fù)制 大多數(shù)RNA病毒是單鏈的 這種RNA的復(fù)制一般是先以自己為模板合成一條互補的單鏈 通常稱病毒原有的 起模板作用的鏈稱為 鏈 而新復(fù)制的RNA鏈稱為 鏈 這樣就形成了雙螺旋的復(fù)制類型 replicativeform 然后這個 鏈又從 鏈模板釋放出來 它也以自己為模板復(fù)制出一條與自己互補的 鏈 于是形成了一條新生的病毒RNA 三 真核生物DNA合成 現(xiàn)在已有很多證據(jù)表明 真核生物DNA的復(fù)制基本上與原核生物相同 但比原核生物更為復(fù)雜 真核生物DNA的復(fù)制與原核生物主要不同點 1 DNA合成只是發(fā)生在細(xì)胞周期的某個時期 真核細(xì)胞DNA的合成只是在細(xì)胞周期的S期進(jìn)行 而原核生物則在整個細(xì)胞生長過程中都可進(jìn)行DNA合成 2 原核生物DNA的復(fù)制是單起點的 而真核生物染色體的復(fù)制則為多起點的 3 真核生物DNA合成所需的RNA引物及后隨鏈上合成的 岡崎片段 的長度比原核生物要短 4 有二種不同的DNA聚合酶分別控制前導(dǎo)鏈和后隨鏈的合成 圖3 21 在原核生物中有DNA聚合酶I II和III等三種聚合酶 并由聚合酶III同時控制二條鏈的合成 真核生物中共有 和 等五種DNA聚合酶 聚合酶 和 是DNA合成的主要酶 由聚合酶 控制不連續(xù)的后隨鏈的合成 而聚合酶 則控制前導(dǎo)鏈的合成 所以其二條鏈的合成是在二種不同的DNA聚合酶的控制下完成 5 染色體端體的復(fù)制 原核生物的染色體大多數(shù)為環(huán)狀 而真核生染色體為線狀 端體 染色體其末端有特殊DNA序列組成的結(jié)構(gòu)稱為 根據(jù)DNA合成的過程 新鏈5 末端DNA是無法自動合成的 因為當(dāng)末端的RNA引物被切除后 就沒有3 端的自由羥基為DNA的合成作引物 在DNA的末端存在特殊的結(jié)構(gòu) 并在含有RNA的端體酶 telomerase 的催化下完成末端的合成 主要不同點 第五節(jié)RNA的轉(zhuǎn)錄及加工 遺傳物質(zhì)不管其化學(xué)性質(zhì)如何 其必須具有遺傳 表達(dá)和變異等三種基本功能 下面我們介紹其第二個重要的功能 基因表達(dá) 基因的表達(dá) 第一步DNA轉(zhuǎn)錄 transcription 為RNA 然后由RNA再翻譯 translation 成蛋白質(zhì) 轉(zhuǎn)錄 就是以DNA雙鏈之一的遺傳密碼為模板 把遺傳密碼以互補的方式轉(zhuǎn)錄到mRNA上 翻譯 就是mRNA攜帶著轉(zhuǎn)錄的遺傳密碼 附著在核糖體上 把tRNA運來的各種氨基酸 按照mRNA的密碼順序 相互連接起來成為多肽鏈 并進(jìn)一步折疊起來成為立體蛋白質(zhì)分子 先介紹RNA的轉(zhuǎn)錄 一 三種RNA分子 信使RNA messengerRNA mRNA 轉(zhuǎn)移RNA transferRNA tRNA 核糖體RNA ribosomalRNA rRNA 三種不同的RNA分子在基因的表達(dá)過程中起重要的作用 一 mRNA mRNA的功能就是把DNA上的遺傳信息精確無誤地轉(zhuǎn)錄下來 然后 由mRNA的堿基順序決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序 是基因表達(dá)過程中遺傳信息傳遞的中介 它起著傳遞信息的作用 因而稱為信使RNA mRNA 前面已經(jīng)介紹 生物的遺傳信息主要貯存于DNA的堿基序列中 但DNA并不直接決定蛋白質(zhì)的合成 而且在真核細(xì)胞中 DNA主要存在于細(xì)胞核的染色體上 而蛋白質(zhì)的合成中心卻位于細(xì)胞質(zhì)的核糖體上 因此 它需要一種中介物質(zhì) 才能把DNA上控制蛋白質(zhì)合成的遺傳信息傳遞給核糖體 在真核生物中 轉(zhuǎn)錄形成的RNA中 含由大量非編碼序列 大約只有25 RNA經(jīng)加工成為mRNA 最后翻譯為蛋白質(zhì) 未經(jīng)加工的前體mRNA pre mRNA 在分子大小上差別很大 所以通常稱為不均一核RNA heterogeneousnuclearRNA hnRNA 二 tRNA 如果說mRNA是合成蛋白質(zhì)的藍(lán)圖 則核糖體是合成蛋白質(zhì)的工廠 由于合成蛋白質(zhì)的原材料 20種氨基酸與mRNA的堿基之間缺乏特殊的親和力 因此 必須用一種特殊的RNA 轉(zhuǎn)移RNA tRNA 把氨基酸搬運到核糖體上 tRNA能根據(jù)mRNA的遺傳密碼依次準(zhǔn)確地將它攜帶的氨基酸連結(jié)成多肽鏈 每種氨基酸可與1 4種tRNA相結(jié)合 現(xiàn)在已知的tRNA的種類在40種以上 tRNA是最小的RNA 其分子量約為27000 25000 30000 由70到90個核苷酸組成 1969年以來 研究了來自各種不同生物 如 酵母 大腸桿菌 小麥 鼠等的十幾種tRNA的結(jié)構(gòu) 證明它們的堿基序列都能折疊成三葉草葉型 圖3 22 tRNA的結(jié)構(gòu)的共性 圖3 23 1 5 端之末具有G 大部分 或C 2 3 端之末都以ACC的順序終結(jié) 3 有一個富有鳥嘌呤的環(huán) 4 有一個反密碼子環(huán) 其的頂端有三個暴露的堿基 稱為反密碼子 這一個反密碼子可以與mRNA鏈上同自己互補的密碼子配對 5 有一個胸腺嘧啶環(huán) 三 rRNA 核糖體RNA 它是組成核糖體的主要成分 而核糖體則是合成蛋白質(zhì)的中心 原核生物的核糖體所含的rRNA 有5S 16S及23S等三種 S為沉降系數(shù) sedimentationcoefficient 當(dāng)用超速離心測定一個粒子的沉淀速度時 此速度與粒子的大小直接成比例 真核生物的核糖體 含有4種rRNA和約80種蛋白質(zhì) 四種rRNA為5S 5 8S 18S和28S rRNA是單鏈 它包含不等量的A與U G與C 但是有廣泛的雙鏈區(qū)域 在雙鏈區(qū) 堿基因氫鍵相連 表現(xiàn)為發(fā)夾式螺旋 rRNA在蛋白質(zhì)合成中的功能尚未完全明了 但16S的rRNA3 端有一段核苷酸序列與mRNA的前導(dǎo)序列是互補的 這可能有助于mRNA與核糖體的結(jié)合 除了上述三種主要的RNA外 還有小核RNA smallnuclearRNA snRNA 是真核生物轉(zhuǎn)錄后加工過程中RNA剪接體 spliceosome 的主要成份 另外 還有端體酶RNA telomeraseRNA 它與染色體末端的復(fù)制有關(guān) 以及反義RNA antisenseRNA 它參與基因表達(dá)的調(diào)控 上述各種RNA分子均為轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物 mRNA最后翻譯為蛋白質(zhì) 而rRNA tRNA及snRNA等并不翻譯 其終產(chǎn)物即為RNA 二 RNA合成的一般特點 RNA的合成與DNA合成有以下三方面明顯不同 1 所用的原料為核苷三磷酸 而在DNA合成時則為脫氧核苷三磷酸 2 只有一條DNA鏈被用作模板 而DNA合成時 兩條鏈分別用作模板 3 RNA鏈的合成不需要引物 可以直接起始合成 而DNA合成一定要引物的引導(dǎo) 轉(zhuǎn)錄合成的RNA鏈 除了U替換為T以外 與用作模板的DNA鏈互補 而與另一條非模板鏈相同 如果轉(zhuǎn)錄的RNA是mRNA 其信息最后通過密碼子決定蛋白質(zhì)的合成 現(xiàn)在通常將用作模板 進(jìn)行RNA轉(zhuǎn)錄的鏈稱作模板鏈 templatestrand 而另一條則為非模板鏈 nontemplatestrand RNA鏈的合成與DNA鏈的合成同樣 也是從5 向3 端進(jìn)行的 此過程由RNA聚合酶 RNApolymerase 催化 RNA聚合酶首先在啟動子部位 promoter 與DNA結(jié)合 形成轉(zhuǎn)錄泡 transcriptionbubble 并開始轉(zhuǎn)錄 在原核生物中只有一種RNA聚合酶完成所有RNA的轉(zhuǎn)錄 而在真核生物中 有三種不同的RNA聚合酶控制不同類型RNA的合成 RNA的合成也同樣遵循堿基配對的規(guī)則 只是U代替了T 三 原核生物RNA的合成 通常把轉(zhuǎn)錄后形成一個RNA分子的一段DNA序列稱為一個轉(zhuǎn)錄單位 transcriptunit 一個轉(zhuǎn)錄單位可能剛好是一個基因 也可能含有多個基因 RNA的轉(zhuǎn)錄可以分為三步 圖3 24 1 RNA鏈的起始 2 RNA鏈的延長 3 RNA鏈的終止及新鏈的釋放 在討論有關(guān)RNA轉(zhuǎn)錄時通常要用到上游 upstream 和下游 downstream 二個概念 因為RNA的轉(zhuǎn)錄總是從5 向3 端進(jìn)行 所以上游總是指RNA分子的5 端 而下游則指3 端 一 RNA聚合酶 催化轉(zhuǎn)錄的RNA聚合酶是一種由多個蛋白亞基組成的復(fù)合酶 如大腸桿菌的RNA聚合酶有五個亞基組成 其分子量為480 000道爾頓 含有 和 等四種不同的多肽 其中 為二個分子 亞基與RNA聚合酶的四聚體核心 2 的形成有關(guān) 亞基含有核苷三磷酸的結(jié)合位點 亞基含有與DNA模板的結(jié)合位點 因子的作用就是識別轉(zhuǎn)錄的起始位置 并使RNA聚合酶結(jié)合在啟動子部位 二 鏈的起始 RNA鏈轉(zhuǎn)錄的起始首先是RNA聚合酶在 因子的作用下結(jié)合于DNA的啟動子部位 并在RNA聚合酶的作用下 使DNA雙鏈解開 形成轉(zhuǎn)錄泡 為RNA合成提供單鏈模板 并按照堿基配對的原則 結(jié)合核苷酸 然后 在核苷酸之間形成磷酸二脂鍵 使其相連 形成RNA新鏈 因子在RNA鏈伸長到8 9個核酸后 就被釋放 然后由核心酶催化RNA的延伸 啟動子位于RNA轉(zhuǎn)錄起始點的上游 因子對啟動子的識別是轉(zhuǎn)錄起始的第一步 三 鏈的延伸 RNA鏈的延伸是在 因子釋放以后 在RNA聚合酶四聚體核心酶的催化下進(jìn)行 因RNA聚合酶同時具有解開DNA雙鏈 并使其重新閉合的功能 隨著RNA的延伸 RNA聚合酶使DNA雙鏈不斷解開和重新閉合 RNA轉(zhuǎn)錄泡也不斷前移 合成新的RNA鏈 圖3 26 四 鏈的終止 當(dāng)RNA鏈延伸遇到終止信號 terminationsignal 時 RNA轉(zhuǎn)錄復(fù)合體就發(fā)生解體 而使新合成的RNA鏈釋放出來 現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)在大腸桿菌中有二類終止信號 一類只有在存在蛋白質(zhì) 的情況下 轉(zhuǎn)錄才會終止 稱為依賴于 的終止 dependentterminator 第二類使轉(zhuǎn)錄終止不需要 的參與 所以稱為不依賴于 的終止 independentterminator 實際上在原核生物中 RNA的轉(zhuǎn)錄 蛋白質(zhì)的合成以及mRNA的降解通常可以是同時進(jìn)行的 因為在原核生物中不存在核膜分隔的核 另外 RNA的轉(zhuǎn)錄和多肽鏈的合成都是從5 向3 方向進(jìn)行 只要mRNA的5 端合成后 即可以進(jìn)行蛋白質(zhì)的翻譯過程 在原核生物中mRNA的壽命一般只有幾分種 因此 往往在3 端mRNA的轉(zhuǎn)錄還沒有最后結(jié)束 5 端mRNA在完成多肽鏈的合成后 已經(jīng)開始降解 四 真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄及加工 一 真核生物RNA轉(zhuǎn)錄的特點真核生物與原核生物RNA的轉(zhuǎn)錄過程主要有以下幾點不同 圖3 27 1 真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄是在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行而蛋白質(zhì)的合成則是在細(xì)胞質(zhì)內(nèi) 所以 RNA轉(zhuǎn)錄后首先必須從核內(nèi)運輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)內(nèi) 才能進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成 2 真核生物mRNA分子一般只編碼一個基因原核生物的一個mRNA分子通常含有多個基因 而少數(shù)較低等真核生物外 在真核生物中 一個mRNA分子一般只編碼一個基因 3 真核生物RNA聚合酶較多在原核生物中只有一種RNA聚合酶催化所有RNA的合成 而在真核生物中則有RNA聚合酶I II III等三種不同酶 分別催化不同種類型RNA的合成 4 真核生物RNA聚合酶不能獨立轉(zhuǎn)錄RNA在真核生物中 三種RNA聚合酶都必須在蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)助下才能進(jìn)行RNA的轉(zhuǎn)錄 一 原核生物與真核生物RNA轉(zhuǎn)錄的區(qū)別1 真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄是在細(xì)胞核內(nèi) 翻譯在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行 原核生物則在核區(qū)同時進(jìn)行轉(zhuǎn)錄翻譯 2 真核生物一個mRNA只編碼一個基因 原核生物一個mRNA編碼多個基因 3 真核生物有RNA聚合酶 等三種不同的酶 原核生物則只有一種RNA聚合酶 4 真核生物中轉(zhuǎn)錄的起始更復(fù)雜 RNA的合成需要轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)助進(jìn)行轉(zhuǎn)錄 原核生物則較為簡單 5 真核生物的mRNA轉(zhuǎn)錄后進(jìn)行加工 然后運送到細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行翻譯 原核生物無需進(jìn)行加工 邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯 二 mRNA的加工 1 在mRNA前體的5 端加上7 甲基鳥嘌呤核苷的帽子 cap 2 在mRNA前體的3 端加上聚腺苷酸 poly A 的尾巴 3 如果基因中存在不編碼的內(nèi)含子序列 要進(jìn)行剪接 將其切除 第三節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成把蛋白質(zhì)合成的過程稱為翻譯 非模板鏈 編碼鏈 有義鏈 信息鏈?zhǔn)峭粭l鏈 模板鏈 反義鏈 非信息鏈?zhǔn)峭粭l鏈 一 遺傳密碼有義密碼子達(dá)61個 這意味著存在一種以上密碼子對應(yīng)一種氨基酸的情況 事實上 唯有甲硫氨酸和色氨酸對應(yīng)一種密碼子 這種由一種以上密碼子編碼同一氨基酸的現(xiàn)象稱為密碼的簡并 編碼相同氨基酸的密碼子稱為同義密碼子 tRNA反密碼子臂上的反密碼子可正確識別mRNA模板上的密碼子并與之配對 確保著肽鏈的合成按正確順序進(jìn)行 遺傳密碼及相應(yīng)的氨基酸 遺傳密碼 geneticcodon 的特點 1 連續(xù)性 2 簡并性 3 擺動性 4 通用性 5 有起始子 AUG 和終止子 UAG UAA UGA 二核糖體是肽鏈合成的場所核糖體由大 小亞基構(gòu)成原核生物 70s 30s 50s 真核生物 80s 40s 60s 多聚核糖體在一條mRNA鏈上 多個核糖體呈串珠狀排列 間隔80個核苷酸 多個核糖體同時在一條mRNA上進(jìn)行翻譯 大大加速蛋白質(zhì)合成的速度 提高了mRNA的利用率 三tRNA和氨基酰 tRNA tRNA的反密碼子環(huán)與mRNA的密碼配對tRNA的3 端CCA OH是氨基酸的結(jié)合位點氨基酰 tRNA合成酶具有絕對專一性校正活性氨基酰 tRNA的寫法 Arg tRNAargfMet tRNAfmetMet tRNAimetMet tRNAemet 四蛋白質(zhì)生物合成過程 1翻譯的起始蛋氨酰 tRNA與mRNA結(jié)合到核糖體形成起始復(fù)合物起始復(fù)合物的生成 S D序列 mRNA起始密碼前的一段富含嘌呤核苷酸的序列 9 12bp 5 AGGAPuPuUUUPuPuAUG 3 真核生物翻譯起始的特點eIF1 11蛋氨酰 tRNAimetmRNA的5 端有帽子結(jié)構(gòu) 3 端有polyA核糖體為 先結(jié)合上蛋氨酰 tRNAimet 再結(jié)合mRNA 2肽鏈的延長延長因子 EF 核糖體循環(huán) 注冊 成肽 轉(zhuǎn)位 1 注冊氨基酰 tRNA進(jìn)入A位 需要EF T協(xié)助 GTP 2 成肽轉(zhuǎn)肽酶3 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位酶 GTP mRNA向前移動一個密碼子的位置耗能 肽鏈合成方向N端 C端 3肽鏈合成的終止終止密碼的辨認(rèn) 肽鏈從肽鏈 tRNA上水解出 mRNA從核糖體中分離 大小亞基拆開 需要RF參與終止 RF的作用是辨認(rèn)終止密碼促進(jìn)肽鏈C端與tRNA3 OH酯鍵的水解 原核生物 RF 1識別UAA及UAGRF 2識別UAA及UGARF 3能促進(jìn)RF 1和RF 2對核糖體的結(jié)合 是酯酶的激活物 翻譯后的加工 翻譯后加工 肽鏈從核蛋白體釋放后 經(jīng)過細(xì)胞內(nèi)各種修飾處理過程 成為有活性的成熟蛋白質(zhì)一 高級結(jié)構(gòu)的修飾 一 亞基聚合四級結(jié)構(gòu)Hb 2 2 二 輔基連接結(jié)合蛋白 二 一級結(jié)構(gòu)的修飾 一 切除N 端的甲?；騈 蛋氨酸 脫甲酰基酶或氨基肽酶 二 個別氨基酸的修飾羥脯氨酸 羥賴氨酸的羥化 含 OH的絲氨酸 蘇氨酸 酪氨酸的磷酸化 多肽鏈二硫鍵的形成 三 水解修飾鴉片促黑皮質(zhì)素原 POMC 圖3 34中心法則及其發(fā)展 第四節(jié)基因表達(dá)調(diào)控 一 基因表達(dá)的概述1 概念基因表達(dá)就是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程 在一定調(diào)節(jié)機制控制下 大多數(shù)基因經(jīng)歷基因激活 轉(zhuǎn)錄及翻譯等過程 產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子 但并非所有基因表達(dá)過程都產(chǎn)生蛋白質(zhì) tRNA rRNA編碼基因轉(zhuǎn)錄合成RNA的過程也屬于基因表達(dá) 基因表達(dá)是個體正常生長 發(fā)育和適應(yīng)環(huán)境的基礎(chǔ)細(xì)胞的分化是受控表達(dá)或選擇表達(dá)的結(jié)果 2 基因表達(dá)的時間性及空間性基因表達(dá)的時間 空間特異性由特異基因的啟動子和增強子與調(diào)節(jié)蛋白相互作用決定 1 時間特異性 按功能需要 某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時間順序發(fā)生 這是基因表達(dá)的時間特異性 多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時間特異性又稱階段特異性 2 空間特異性 在個體生長全過程 某種基因產(chǎn)物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn) 這就是基因表達(dá)的空間特異性 又稱細(xì)胞特異性或組織特異性 4 基因表達(dá)的復(fù)雜性表現(xiàn)為 1 多級調(diào)控 染色體和基因的結(jié)構(gòu)活化 轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工及轉(zhuǎn)運 mRNA降解 翻譯及翻譯后加工及蛋白質(zhì)降解等均為基因表達(dá)調(diào)控的控制點 2 多要素綜合作用 DNA序列 調(diào)節(jié)蛋白和RNA聚合酶等的結(jié)合作用 調(diào)控機理上 調(diào)控層次上 原核與真核生物最常見的調(diào)控就是轉(zhuǎn)錄過程的調(diào)控 5 基因表達(dá)的生物學(xué)意義 主要體現(xiàn)在適應(yīng)環(huán)境 維持生長 增殖 個體發(fā)育和分化等方面 二 原核生物基因表達(dá)調(diào)控1 操縱子學(xué)說 原核生物的基因表達(dá)可在DNA水平 轉(zhuǎn)錄水平和翻譯水平三個層次進(jìn)行調(diào)控 其中轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控是基因表達(dá)調(diào)控的主要環(huán)節(jié) 操縱子是原核生物轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控的主要方式 操縱子由調(diào)節(jié)基因R 操縱基因O和結(jié)構(gòu)基因S組成 操縱子通過調(diào)節(jié)基因編碼的調(diào)節(jié)蛋白開啟或關(guān)閉操縱基因 調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的表達(dá) 如果調(diào)節(jié)蛋白關(guān)閉基因表達(dá)活性 稱為負(fù)調(diào)控 反之 調(diào)節(jié)蛋白開啟基因表達(dá)活性 稱為正調(diào)控 一些小分子物質(zhì)可作用于調(diào)節(jié)蛋白 開啟轉(zhuǎn)錄活性的為誘導(dǎo)物 反之為輔阻遏物 超阻遏物 正控制系統(tǒng) positivecontrol 在無調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因關(guān)閉 加入調(diào)節(jié)蛋白后基因活性被開啟 調(diào)節(jié)蛋白稱為無輔基誘導(dǎo)蛋白 apoinducer 負(fù)控制系統(tǒng) negativecontrol 無調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因表達(dá) 加入調(diào)節(jié)蛋白后基因表達(dá)受阻 調(diào)節(jié)蛋白稱為阻遏蛋白 repressor A 轉(zhuǎn)乙酰酶 半乳糖苷透過酶 Z Y 2 操縱子結(jié)構(gòu)和功能 乳糖操縱子模型 乳糖操縱子的結(jié)構(gòu) P R 1961Jacob Monod 操縱子分為結(jié)構(gòu)區(qū)和調(diào)控區(qū)兩部分 調(diào)控區(qū)包括聚合酶結(jié)合的啟動基因 promoter P 與阻遏蛋白結(jié)合的操縱基因 operator O 存在乳糖而無葡萄糖時 乳糖與阻遏蛋白結(jié)合 使阻遏蛋白構(gòu)象改變 不能結(jié)合到O上 打開操縱子開關(guān) 缺少葡萄糖 使CAP濃度增高 形成復(fù)合物 與CAP位點結(jié)合 開放聚合酶通道 活化結(jié)構(gòu)基因 開始大量轉(zhuǎn)錄 缺少葡萄糖時 乳糖與葡萄糖均存在時 乳糖與阻遏蛋白結(jié)合 使阻遏蛋白構(gòu)象改變 不能結(jié)合到O上 存在葡萄糖 CAP濃度降低 不能與CAP位點結(jié)合 聚合酶不能與P結(jié)合 只能少量轉(zhuǎn)錄 只有葡萄糖存在時 阻遏蛋白結(jié)合在O上 關(guān)閉所控制的操縱子 阻止結(jié)合在啟動基因P上的RNA聚合酶作用 使結(jié)構(gòu)基因處于抑止?fàn)顟B(tài) 2 1pre RNAprocessing forEukaryotsonly 2 2RNAinterference RNAi 廣泛存在于原核生物 E coli 真核生物 plant mammalian 二 轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控 RNA干涉 RNAinterference RNAi 是指內(nèi)源性或外源性雙鏈RNA dsRNA 介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)mRNA發(fā)生特異性降解 從而導(dǎo)致靶基因的表達(dá)沉默 產(chǎn)生相應(yīng)功能表型缺失的現(xiàn)象 重要的意外發(fā)現(xiàn) SuGuo1995康乃爾大學(xué) 用反義RNA技術(shù)抑制par 1基因的表達(dá) RNAinterference RNAi 的發(fā)現(xiàn)與證實 秀麗新小桿線蟲胚胎對稱性基因 該研究小組一直沒能給這個意外以合理解釋 RNA干涉 RNAinterference RNAi 是指內(nèi)源性或外源性雙鏈RNA dsRNA 介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)mRNA發(fā)生特異性降解 從而導(dǎo)致靶基因的表達(dá)沉默 產(chǎn)生相應(yīng)功能表型缺失的現(xiàn)象 RNAvirus的侵染轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)錄反向重復(fù)序列的轉(zhuǎn)錄 細(xì)胞中一組特異蛋白質(zhì) 23ntsmallD S RNA sD SRNA 具有與對應(yīng)mRNA足夠的序列同源性 21 23ntsD SRNA 蛋白質(zhì)復(fù)合體結(jié)合mRNA If D SRNA的無義鏈與mRNA不互補ComplexwayoutfrommRNA If D SRNA的無義鏈與mRNA發(fā)生互補交換置換sD SRNA的有義鏈RNAaseIII從sD SRNA的無義鏈一端切斷mRNA25nt 25ntmRNA與sD SRNA無義鏈 蛋白質(zhì)結(jié)合 形成復(fù)合體 啟動新一輪切割 RNA干涉一旦啟動 就可將對應(yīng)的mRNA全部降解 達(dá)到缺失突變的效應(yīng) sD SRNA也可降解pre RNA 但機率較低 23ntsD SRNA極易穿過細(xì)胞 進(jìn)行遠(yuǎn)距離的轉(zhuǎn)移 并可進(jìn)入生殖細(xì)胞傳遞下一代 由于pre RNA存在時間短 同時有加工蛋白的結(jié)合 阻止干涉復(fù)合體的結(jié)合 RNAi研究的意義 合成并注射特異sD SRNA 在表型上達(dá)到的遺傳效應(yīng)相同于 翻譯過程中的自體調(diào)控1 阻礙蛋白對翻譯起始的調(diào)控2 mRNA二級結(jié)構(gòu)對翻譯的調(diào)控一個順反子的轉(zhuǎn)錄需要mRNA二級結(jié)構(gòu)的改變 而這又依賴于前一個順反子的翻譯 三 翻譯水平的調(diào)控 3 參與構(gòu)成基因表達(dá)裝置的蛋白質(zhì)合成的自體調(diào)控 核糖體蛋白 S7 S5 S4 S12 L2 L4 L5 L6 蛋白質(zhì)合成的輔助因子 EF G EF Tu 普通遺傳學(xué)長江大學(xué) 衰減 弱化 作用 Attenuation E colitrpsynthetaseoperon CharlesYanofskystanford U 衰減子系統(tǒng) 更為精細(xì)的調(diào)控系統(tǒng) 衰減子 attenuator 一個受到翻譯控制的轉(zhuǎn)錄終止子結(jié)構(gòu) 特征 前導(dǎo)序列中含開放閱讀框 并有2個連續(xù)的色氨酸密碼子 通過前導(dǎo)序列中一小肽鏈的翻譯來控制轉(zhuǎn)錄 不依賴終止因子的終止子結(jié)構(gòu) 弱化作用 Attenuation E colitrpsynthetaseoperon CharlesYanofskystanford U 調(diào)控機制分析 1 2 3 4 2 3 調(diào)控機制分析 Trp Arg starved Non starved Arg60 70 UGA69 79 2 3 3 4 Rho independentT 序列2和3配對 轉(zhuǎn)錄不終止 序列3和4配對 轉(zhuǎn)錄終止 Attenuatorcontrol的生物學(xué)意義 YanofskyCharles 1981 Nature 289 751 758 通過引導(dǎo)區(qū)短肽的翻譯過程對operon轉(zhuǎn)錄的精細(xì)控制 原核生物中mRNA半衰期較短 一般為2 3分鐘 頻繁更新 適應(yīng)環(huán)境 真核生物中不同基因mRNA半衰期相差很大降解速率明顯不同 mRNA的壽命對翻譯的調(diào)節(jié) 第二節(jié)真核生物的基因表達(dá)調(diào)控 一 DNA水平的基因表達(dá)調(diào)控 1 基因丟失 低等生物 丟失基因 高等生物 關(guān)閉無用基因 活化有用基因 2 基因擴增 特定基因大量增加 是細(xì)胞在短期內(nèi)為滿足某種需要而產(chǎn)生足夠基因產(chǎn)物的一種調(diào)控手段 3 DNA的甲基化和去甲基化 5 mCpG 3 3 GpCm 5 導(dǎo)致甲基深入雙螺旋結(jié)構(gòu)大溝內(nèi)部 影響DNA與結(jié)合蛋白的相互作用 加強阻遏蛋白或降低激化蛋白與DNA結(jié)合 使DNA雙螺旋大溝過分擁集 改變不同構(gòu)象間平衡 擴展大溝內(nèi)空間 影響DNA結(jié)合蛋白對應(yīng)專一序列的結(jié)合 基因重排 基因從遠(yuǎn)離其啟動子的地方移動到距啟動子近的位點而被啟動轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)表達(dá)基因的種類和活性 二 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 Britten Davidson模型 一個結(jié)構(gòu)基因受不同綜合者基因 接受位點系統(tǒng)控制 啟動子 DNA分子上結(jié)合RNA聚合酶并形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的區(qū)域 在許多情況下還包括促進(jìn)這一過程的調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)合位點 增強子 enhancer 遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)啟動子以增加轉(zhuǎn)錄速率的DNA序列 其增強作用與序列方向無關(guān) 與它在基因的上下游位置無關(guān) 并具有強烈的細(xì)胞類型依賴性 遠(yuǎn)上游序列 farupstreamsequence 在 100以上 SV40兩個正向重復(fù)序列 107 178 179 250 沉默子基因表達(dá)負(fù)調(diào)控 作用方式與增強子相似 三 轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控 可變剪接 alternativesplicing 來自一個基因的mRNA前體含有多個內(nèi)含子 在個體發(fā)育或細(xì)胞分化時 某個內(nèi)含子5的供點可在特定條件下與另一個內(nèi)含子的3受點進(jìn)行剪接 同時刪除2個內(nèi)含子及其中間的全部外顯子和內(nèi)含子 按不同方式對mRNA前體進(jìn)行的剪接 可變剪接的方式 順式剪接 cis splicing 發(fā)生在一個RNA分子內(nèi)部的剪接 即通過剪接將一個RNA分子內(nèi)部的內(nèi)含子剪接掉 使外顯子連接在一起的堿基方式 反式剪接 trans splicing 發(fā)生在兩個RNA分子間的剪接 即以兩種不同來源的RNA前體分子作為底物 經(jīng)過剪接在成熟的非翻譯部分5端拼接上一小段 反式剪接 反義基因在耐儲藏番茄育種中的應(yīng)用 乙烯合成被抑制 anti senseACCgene 本章結(jié)束 普通遺傳學(xué)長江大學(xué) 乳糖操縱子的功能 負(fù)調(diào)控機制 3 操縱子的其他調(diào)控形式 1 色氨酸操縱子 2 半乳糖操縱子 galoperon 3 阿拉伯糖操縱子 araoperon 4 基因表達(dá)的時空調(diào)控噬菌體SPO1侵染枯草桿菌 侵染后 早期基因立即轉(zhuǎn)錄 4 5m后 轉(zhuǎn)為中期基因表達(dá) 8 12m后轉(zhuǎn)為晚期基因表達(dá) 5 DNA序列重排的調(diào)控DNA序列的重排調(diào)控基因的表達(dá) 如鼠傷寒沙門氏菌的相轉(zhuǎn)變機制 包括P的DNA倒位 三 真核生物基因表達(dá)調(diào)控1 真核基因組結(jié)構(gòu)特點 基因組 Genome 是指一特定生物體的整套 單倍體 遺傳物質(zhì)的總和 1 真核基因組結(jié)構(gòu)龐大 哺乳類動物基因組DNA長達(dá)109個bp 2 單順反子 真核基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子 即一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個mRNA分子 經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈 順反子表示一個起作用的單位 其所包括的一段DNA與一個多肽鏈的合成相對應(yīng) 是基因的基本功能和轉(zhuǎn)錄單位 一個基因可有幾個順反子 一個順反子產(chǎn)生一條mRNA 3 重復(fù)序列 在原核 真核DNA中都有重復(fù)出現(xiàn)的核苷酸序列 但在真核更普遍 根據(jù)重復(fù)頻率可將重復(fù)序列區(qū)分為高度重復(fù)序列 106次 中度重復(fù)序列 103 104 及單拷貝序列 單拷貝序列在整個基因組中只出現(xiàn)一次或很少的幾次 4 基因不連續(xù)性 真核結(jié)構(gòu)基因兩側(cè)存在不被轉(zhuǎn)錄的非編碼序列 往往是基因表達(dá)的調(diào)控區(qū) 在編碼基因內(nèi)部尚有一些不為蛋白質(zhì)所編碼的間隔序列 稱內(nèi)含子 而編碼序列稱為外顯子 因此真核基因是不連續(xù)的 二 真核生物基因表達(dá)調(diào)控 一 DNA及染色體水平的調(diào)控 二 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控1 基因轉(zhuǎn)錄的反式作用元件2 轉(zhuǎn)錄因子的分子結(jié)構(gòu)特征 基因丟失 基因擴增 基因重排 甲基化修飾 三 轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控1 RNA編輯 RNAediting 2 mRNA前體的選擇性拼接3 反義RNA的調(diào)控反義RNA的調(diào)控是指真核生物基因組中 某些調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄所產(chǎn)生的RNA可與基因組DNA或RNA序列互補 形成雜交體 阻斷或減弱基因轉(zhuǎn)錄或翻譯的調(diào)控機制 這些調(diào)節(jié)基因所產(chǎn)生的RNA稱之為反義RNA 第六節(jié)遺傳密碼與蛋白質(zhì)的翻譯一 遺傳密碼 1 三聯(lián)體密碼 2 通用性 3 簡并現(xiàn)象 4 遺傳密碼間不能重復(fù)利用 除少數(shù)情況外 一個mRNA上每個堿基只屬于一個密碼子 5 起始密碼子 AUGGUG和終止密碼子 UAAUAGUGA 6 遺傳密碼間無逗號 即在翻譯過程中 遺傳密碼的譯讀是連續(xù)的 圖3 29核糖體的結(jié)構(gòu) 原核生物70S核糖體 哺乳動物原核生物80S核糖體 圖3 30蛋白質(zhì)合成的起始 圖3 31蛋白質(zhì)合成鏈的延伸 圖3 32蛋白質(zhì)合成的終止 圖3 33多聚核糖體 二 DNA復(fù)制的延伸 DNA復(fù)制叉 后隨鏈的合成 三 DNA復(fù)制的終止 四 原核生物和真核生物DNA的復(fù)制特點 一 復(fù)制的起點和速率通常細(xì)菌等原核生物只要一個復(fù)制起點 真核生物有很多個復(fù)制起點 真核生物線性DNA的復(fù)制泡 二 復(fù)制方式 型復(fù)制滾環(huán)式復(fù)制D環(huán)復(fù)制 三 真核生物染色體末端DNA的復(fù)制 第二節(jié)DNA的轉(zhuǎn)錄一 DNA轉(zhuǎn)錄的基本特征轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的相同點 都在酶的催化作用下 以DNA為模板 按堿基互補配對的原則 沿5 3 方向合成與模板互補的新鏈 轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的差別 1 轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在一部分區(qū)域 約1 的DNA序列最后被表達(dá)成為成熟的mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中 指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成 2 轉(zhuǎn)錄時只有一條鏈為模板 稱為模板鏈或反義鏈 而另一條稱為有意義鏈或編碼鏈 DNA復(fù)制時 兩條鏈都用作模板 3 轉(zhuǎn)錄起始時 不需要引物的參與 而DNA復(fù)制一定要引物的存在 4 轉(zhuǎn)錄的底物是4種核糖核苷三磷酸 rNTP 即ATP GTP CTP和UTP RNA與模板DNA的堿基相互配對關(guān)系為G C和A U 而復(fù)制的底物是dNTP 堿基互補配對關(guān)系為G C和A T 5 RNA的合成依賴于RNA聚合酶的催化作用 而DNA復(fù)制需要DNA聚合酶 兩種聚合酶系不同 6 轉(zhuǎn)錄時DNA RNA雜合雙鏈分子是不穩(wěn)定的 RNA鏈在延伸過程中不斷從模板鏈上游離出來 模板DNA又恢復(fù)雙鏈狀態(tài) 而DNA復(fù)制叉形成之后一直打開 不斷向兩側(cè)延伸 新合成的鏈與親本鏈形成子鏈 7 真核生物基因和rRNA tRNA基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄生成的初級轉(zhuǎn)錄物一般都需經(jīng)過加工 才能具有生物功能和成熟的RNA分子 二 RNA聚合酶 一 大腸桿菌RNA聚合酶大腸桿菌中只有一種RNA聚合酶負(fù)責(zé)所有mRNA rRNA和tRNA的合成 它是一種復(fù)合酶 由5個亞基組成 2 2 四個亞基構(gòu)成核心酶 核心酶與 亞基構(gòu)成全酶 亞基能識別啟動子 并與DNA形成穩(wěn)定的起始復(fù)合物 參與轉(zhuǎn)錄的起始 二 真核生物RNA聚合酶真核生物細(xì)胞內(nèi)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的RNA聚合酶有三類 即RNA聚合酶I II和III 它們在細(xì)胞中處于不同的部位 其中RNA聚合酶II為主力酶 三 基因轉(zhuǎn)錄的一般過程 一 轉(zhuǎn)錄的起始 二 轉(zhuǎn)錄的延伸 三 轉(zhuǎn)錄的終止 轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄延伸的移動方式RNA鏈的延伸 原核生物轉(zhuǎn)錄的終止處有特殊結(jié)構(gòu)的存在 稱為終止子 原核生物的終止子分為二種 一種為強終止子 另一種為弱終止子 強終止子存在回文結(jié)構(gòu) 且富含GC序列 其3 端有多個核苷酸的寡聚U 強終止子的結(jié)構(gòu) 因子不依賴轉(zhuǎn)錄終止機制 弱啟動子也存在回文序列 易形成發(fā)夾二級結(jié)構(gòu) 但其發(fā)夾結(jié)構(gòu)中的G C含量少 但若沒有其他蛋白質(zhì)因子的幫助 聚合酶將會越過終止子繼續(xù) 通讀 下去 只有當(dāng)一種蛋白質(zhì)因子 rhofactor 存在時 轉(zhuǎn)錄才會終止 這種終止方式稱為 因子依賴性終止 依賴性終止機制見右圖 四 mRNA的加工原核生物的mRNA往往一產(chǎn)生就是成熟的 不需轉(zhuǎn)錄后的修飾加工 真核生物基因的初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物則一般缺乏生物活性 必須經(jīng)過剪接加工后成為有活性的成熟mRNA分子 它們需從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)內(nèi) 指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成 真核生物mRNA的加工主要包括在mRNA的5 末端加 帽子 在3 端加上多聚腺苷酸尾巴以及進(jìn)行RNA的剪接 真核生物的帽子有三種類型 0型帽子 1型帽子和2型帽子 真核生物RNA的剪接有三類 第一類是依靠內(nèi)含子的特殊結(jié)構(gòu)而能自發(fā)地進(jìn)行剪接 第二類是蛋白質(zhì) 酶 促剪切 第三類是需要一種細(xì)胞核小分子核糖核蛋白參與剪接的方式 真核生物mRNA的剪接就是這種方式 第三節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成把蛋白質(zhì)合成的過程稱為翻譯 一 遺傳密碼有義密碼子達(dá)61個 這意味著存在一種以上密碼子對應(yīng)一種氨基酸的情況 事實上 唯有甲硫氨酸和色氨酸對應(yīng)一種密碼子 這種由一種以上密碼子編碼同一氨基酸的現(xiàn)象稱為密碼的簡并 編碼相同氨基酸的密碼子稱為同義密碼子 tRNA反密碼子臂上的反密碼子可正確識別mRNA模板上的密碼子并與之配對 確保著肽鏈的合成按正確順序進(jìn)行 遺傳密碼及相應(yīng)的氨基酸 遺傳密碼 geneticcodon 的特點 1 連續(xù)性 2 簡并性 3 擺動性 4 通用性 5 有起始子 AUG 和終止子 UAG UAA UGA 二核糖體是肽鏈合成的場所核糖體由大 小亞基構(gòu)成原核生物 70s 30s 50s 真核生物 80s 40s 60s 多聚核糖體在一條mRNA鏈上 多個核糖體呈串珠狀排列 間隔80個核苷酸 多個核糖體同時在一條mRNA上進(jìn)行翻譯 大大加速蛋白質(zhì)合成的速度 提高了mRNA的利用率 三tRNA和氨基酰 tRNA tRNA的反密碼子環(huán)與mRNA的密碼配對tRNA的3 端CCA OH是氨基酸的結(jié)合位點氨基酰 tRNA合成酶具有絕對專一性校正活性氨基酰 tRNA的寫法 Arg tRNAargfMet tRNAfmetMet tRNAimetMet tRNAemet 四蛋白質(zhì)生物合成過程 1翻譯的起始蛋氨酰 tRNA與mRNA結(jié)合到核糖體形成起始復(fù)合物起始復(fù)合物的生成 S D序列 mRNA起始密碼前的一段富含嘌呤核苷酸的序列 9 12bp 5 AGGAPuPuUUUPuPuAUG 3 真核生物翻譯起始的特點eIF1 11蛋氨酰 tRNAimetmRNA的5 端有帽子結(jié)構(gòu) 3 端有polyA核糖體為 先結(jié)合上蛋氨酰 tRNAimet 再結(jié)合mRNA 2肽鏈的延長延長因子 EF 核糖體循環(huán) 注冊 成肽 轉(zhuǎn)位 1 注冊氨基酰 tRNA進(jìn)入A位 需要EF T協(xié)助 GTP 2 成肽轉(zhuǎn)肽酶3 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位酶 GTP mRNA向前移動一個密碼子的位置耗能 肽鏈合成方向N端 C端 3肽鏈合成的終止終止密碼的辨認(rèn) 肽鏈從肽鏈 tRNA上水解出 mRNA從核糖體中分離 大小亞基拆開 需要RF參與終止 RF的作用是辨認(rèn)終止密碼促進(jìn)肽鏈C端與tRNA3 OH酯鍵的水解 原核生物 RF 1識別UAA及UAGRF 2識別UAA及UGARF 3能促進(jìn)RF 1和RF 2對核糖體的結(jié)合 是酯酶的激活物 翻譯后的加工 翻譯后加工 肽鏈從核蛋白體釋放后 經(jīng)過細(xì)胞內(nèi)各種修飾處理過程 成為有活性的成熟蛋白質(zhì)一