《醫(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成共106張課件

21、沒有人陪你走一輩子，所以你要適應孤獨，沒有人會幫你一輩子，所以你要奮斗一生。22、當眼淚流盡的時候，留下的應該是堅強。23、要改變命運，首先改變自己。24、勇氣很有理由被當作人類德性之首，因為這種德性保證了所有其余的德性。--溫斯頓．丘吉爾。25、梯子的梯階從來不是用來擱腳的，它只是讓人們的腳放上一段時間，以便讓別一只腳能夠再往上登。《醫(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成《醫(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成21、沒有人陪你走一輩子，所以你要適應孤獨，沒有人會幫你一輩子，所以你要奮斗一生。22、當眼淚流盡的時候，留下的應該是堅強。23、要改變命運，首先改變自己。24、勇氣很有理由被當作人類德性之首，因為這種德性保證了所有其余的德性。--溫斯頓．丘吉爾。25、梯子的梯階從來不是用來擱腳的，它只是讓人們的腳放上一段時間，以便讓別一只腳能夠再往上登。《醫(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成醫(yī)學細胞生物學

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cellBiologycellBiology第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成21、沒有人陪你走一輩子，所以你要適應孤獨，沒有人會幫你一輩1《醫(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成共106張課件2《醫(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成共106張課件3《醫(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成共106張課件4《醫(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成共106張課件51952年，Hershey和Chase噬菌體感染實驗cellBiology1952年，Hershey和Chase噬菌體感染實驗cel6RNA也是遺傳物質

1956年A.Gierer和G.Schraman發(fā)現煙草花葉病毒（tobaccomosaicvirus,TMV），其遺傳物質是RNA。

煙草花葉病毒(TMV)是一種RNA病毒，不含DNA，它有一個圓筒狀的蛋白質外殼，由2130個相同的亞基組成，內有一條RNA分子，沿著內壁在蛋白質亞基之間盤旋。cellBiologyRNA也是遺傳物質1956年A.Gierer和G.S7RNA是遺傳物質1957年美國的HeinzFraenkel-Conrat和B.Singre用重建實驗證實了RNA是遺傳物質cellBiologyRNA是遺傳物質1957年美國的HeinzFraenkel8cellBiology第一節(jié)基因及其結構

基因是DNA分子中一段具有生物功能的核苷酸序列，控制著生物某一特定的性狀?；蚪Y構基因：指編碼非調控因子的任何蛋白質和

RNA的基因，其表達產物如結構蛋

白、酶、rRNA和tRNA等。調控基因：通過編碼蛋白質或RNA來調節(jié)其他

基因的表達。一、基因及其信息流向cellBiology第一節(jié)基因及其結構基因是D9cellBiology

基因組：是指細胞或生物體的一套完整的單倍體遺傳物質，是所有染色體上全部基因和基因間的DNA的總和，它含有一個生物體進行各種生命活動所需要的全部遺傳信息。蛋白質是生命活動的執(zhí)行者！cellBiology基因組：是指細胞或生物體的一10cellBiology中心法則：

遺傳信息從DNA到RNA再到蛋白質的流動。中心法則包括：1、DNA的復制

2、RNA的轉錄

3、蛋白質的翻譯此外，逆轉錄和RNA復制是對中心法則的補充。cellBiology中心法則：中心法則包括：1、DNA的11cellBiology二、基因的結構及其特點（一）原核細胞的基因結構cellBiology二、基因的結構及其特點（一）原核細胞12啟動子：位于結構基因上游的一段DNA序列，它

是RNA聚合酶識別和結合的部位，可以

控制在同一條DNA上緊密連接的一個或

幾個基因的轉錄。轉錄起始點：DNA模板鏈上開始進行轉錄作用的位點，以“+1”標識。從起始點開始順著轉錄方向的區(qū)域稱為下游，用+標識；從起始點開始逆著轉錄方向的區(qū)域稱為上游，用-標識。cellBiology啟動子：位于結構基因上游的一段DNA序列，它轉錄起始點：ce13識別部位：-35區(qū)（TATA盒）結合部位：-10區(qū)（Pribnow盒）cellBiology識別部位：-35區(qū)（TATA盒）結合部位：-10區(qū)（Prib14cellBiology（二）真核細胞的基因結構真核細胞的基因序列由編碼區(qū)和非編碼區(qū)組成。內含子：基因內部能夠被轉錄，但不能指導蛋白

質生物合成的非編碼序列；外顯子：基因內部能夠被轉錄，并指導蛋白質生物合成的編碼序列；cellBiology（二）真核細胞的基因結構真核細胞的基15cellBiologycellBiology16cellBiologyGT-AG法則：在內含子的5’端多以GT開始，3’端

多以AG結束。這是普遍存在于真核細胞基因RNA剪接的識別信號。cellBiologyGT-AG法則：在內含子的5’端多以17cellBiology真核生物啟動子：TATA盒（-25~-35bp）

CAAT盒（-70~-80bp）

GC盒（-80~-110bp）cellBiology真核生物啟動子：TATA盒（-25~18cellBiology終止子：存在于基因末端具有轉錄終止功能的特定

序列，轉錄后形成發(fā)夾結構，使RNA聚合

酶從模板上脫離，終止轉錄。cellBiology終止子：存在于基因末端具有轉錄終止功19cellBiology真核細胞和原核細胞mRNA的區(qū)別cellBiology真核細胞和原核細胞mRNA的區(qū)別20cellBiology基因家族基因家族是真核細胞基因組中來源相同、結構相似、功能相關的一組基因，是由一個祖先基因經重復和變異形成的。按照在基因組中的分布不同，基因家族可分為兩類：1、基因簇—基因家族成員成簇存在，串聯排列于染色體區(qū)段上；2、基因家族成員分散存在，廣泛分布于整個染色體，甚至不同染色體上。cellBiology基因家族基因家族是真核細胞基21cellBiology組蛋白基因簇cellBiology組蛋白基因簇22cellBiology人血紅蛋白亞基cellBiology人血紅蛋白亞基23cellBiology假基因：在基因家族中，有些成員不能產生有功能的基因產物，稱為假基因。假基因或是不能轉錄，或是轉錄后生成無功能的基因產物。但他們在核苷酸序列上與有功能的基因相似，可能來源于同一祖先基因。cellBiology假基因：在基因家族中，有些成員不能產24cellBiology單一序列：在真核細胞基因組中編碼蛋白質的基因

一般只有一個或幾個拷貝，這稱為單一

序列；中序重復序列：有相對較短的序列組成，重復次數

在10~1000之間。與基因調控有關。高度重復序列：由基因組中非常短的序列組成，重

復次數在幾千次以上。真核基因組中含有大量的DNA重復序列：cellBiology單一序列：在真核細胞基因組中編碼蛋白25cellBiology第二節(jié)基因的轉錄和轉錄后加工一、基因轉錄的一般特點cellBiology第二節(jié)基因的轉錄和轉錄后加工一、基26cellBiology

在雙鏈DNA中，作為轉錄模板的鏈稱為模板鏈或反義鏈，即與mRNA互補的DNA鏈；

與模板鏈互補的另一條鏈稱為編碼鏈或有意鏈，該鏈與轉錄產物的序列相同。

模板鏈并非總在同一單鏈上。cellBiology在雙鏈DNA中，作為轉錄模板27cellBiology不對稱轉錄：在DNA雙鏈的某一區(qū)段，以其中一條單鏈為模板，而在另一區(qū)段，以其相對應的互補鏈為模板。這種DNA鏈的選擇性轉錄也稱為不對稱轉錄。

RNA的合成方向是5’→3’，并且在RNA合成中不需要引物。cellBiology不對稱轉錄：RNA的合成方向28cellBiology二、原核細胞的基因轉錄cellBiology二、原核細胞的基因轉錄29cellBiology原核細胞基因轉錄的基本過程分為三個階段：1、轉錄的起始階段

RNA聚合酶的σ亞基識別基因上游的啟動子，使全酶與啟動子結合形成復合物。開始合成RNA，當RNA鏈延長到8~9個核苷酸后，σ亞基從全酶上解離出來，轉錄起始完成。cellBiology原核細胞基因轉錄的基本過程分為三個階30cellBiology2、轉錄的延長階段

核心酶沿模板鏈3’→5’方向移動，使RNA鏈以5’→3’方向不斷延長。cellBiology2、轉錄的延長階段核心酶沿模31cellBiologycellBiology3、轉錄的終止階段原核細胞中轉錄終止有兩種形式：（1）ρ因子依賴性終

止：ρ因子在轉

錄終止點與RNA

聚合酶結合，使

RNA鏈脫離；cellBiologycellBiology3、轉錄的終32cellBiology（2）ρ因子非依賴性終止：由新合成RNA鏈形

成局部發(fā)夾結構，使RNA聚合酶不再向下

移動，磷酸二酯鍵停止形成，RNA從模板

上脫離。cellBiology（2）ρ因子非依賴性終止：由新合成R33cellBiology4、轉錄后加工cellBiology4、轉錄后加工34cellBiology三、真核細胞的基因轉錄和轉錄后加工cellBiology三、真核細胞的基因轉錄和轉錄后加工35cellBiology真核細胞中含有多種RNA聚合酶。cellBiology真核細胞中含有多種RNA聚合酶。36cellBiology

真核細胞中mRNA是RNA中唯一具有編碼蛋白質功能的RNA分子，其前體是在RNA聚合酶Ⅱ催化下轉錄形成的不均一核RNA（hnRNA），hnRNA經過剪切修飾稱為成熟的mRNA。1、真核細胞mRNA的轉錄及其轉錄后加工cellBiology真核細胞中mRNA是RNA中37cellBiology真核細胞中的轉錄因子cellBiology真核細胞中的轉錄因子38cellBiology真核細胞mRNA轉錄的起始cellBiology真核細胞mRNA轉錄的起始39cellBiology真核細胞mRNA的剪接修飾：

包括5’加帽、3’加尾、剪接。cellBiology真核細胞mRNA的剪接修飾：40cellBiology5’加帽在mRNA前體5’端的第一個核苷酸上以5’-5’焦磷酸鍵連上一個三磷酸鳥嘌呤。并使鳥嘌呤7位氮原子甲基化，形成7-甲基鳥嘌呤三磷酸的帽子結構，同時在原來第一個核苷酸的2’-O也進行甲基化。cellBiology5’加帽在mRNA前體5’端41cellBiology甲基轉移酶鳥嘌呤核苷酸轉移酶cellBiology甲基轉移酶鳥嘌呤核苷酸轉移酶42cellBiology5’加帽的作用：1、封閉mRNA5’端，使其不能再加接核苷酸，同

時也防止轉運時被核酸酶水解，增強mRNA的

穩(wěn)定性；2、帽子結構能被核糖體小亞基識別，有利于mRNA

最初翻譯的準確性。cellBiology5’加帽的作用：433’加尾（polyA）在腺苷酸聚合酶的作用下，mRNA前體3’端加上由200~250個腺苷酸組成的多聚腺苷酸（poly-A）尾巴。

功能：1、穩(wěn)定mRNA3’端，防止被核酸酶水解；2、有利于mRNA由核到細胞質的運輸。3’加尾（polyA）在腺苷酸聚合酶的作44cellBiologymRNA的剪接剪接就是將RNA前體分子中內含子切除，將外顯子拼接的過程。完成hnRNA剪接需要三個必須的序列：

5’GU序列

3’AG序列分支點cellBiologymRNA的剪接剪接就是將RN45

mRNA前體的剪接是通過剪接體完成的。剪接體大小為60S，有數種小分子細胞核糖核蛋白顆粒（snRNP）組成。

snRNP有snRNA和蛋白質組成。snRNA有U1、U2、U3、U4、U5和U6，其中U6有RNA聚合酶Ⅲ轉錄，其他均有RNA聚合酶Ⅱ轉錄。mRNA前體的剪接是通過剪接46《醫(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成共106張課件472、真核細胞rRNA的轉錄及其轉錄后加工cellBiology

每個rRNA基因由3個外顯子和2個內含子組成，3個外顯子依次編碼18SrRNA、5.8SrRNA、28SrRNA的前體序列，共同組成一個轉錄單位。2、真核細胞rRNA的轉錄及其轉錄后加工cellBiolo48cellBiologycellBiology49rRNA的剪接——自身剪接cellBiologyrRNA的剪接——自身剪接cellBiology50cellBiology3、真核細胞tRNA的轉錄及其轉錄后加工在真核細胞中含有多個編碼tRNA的基因，它們成簇存在并被間隔區(qū)分開，在RNA聚合酶Ⅲ的作用下轉錄成tRNA前體。cellBiology3、真核細胞tRNA的轉錄及其轉錄后51cellBiology真核細胞tRNA的加工：1、剪接2、化學修飾3、3’末端加CCA其中化學修飾包括：甲基化反應、還原反應、

核苷內轉位反應、脫氨基反應cellBiology真核細胞tRNA的加工：其中化學修飾52cellBiology4、5SrRNA的轉錄及其轉錄后加工cellBiology4、5SrRNA的轉錄及其轉錄后加53cellBiology第三節(jié)蛋白質的生物合成

mRNA指導蛋白質的合成，這是基因表達的第二步，即翻譯。mRNA——翻譯的模板，決定蛋白質中的氨基酸順序；tRNA——運輸工具，攜帶氨基酸準確進入指定位置；rRNA——與多種蛋白質組成核糖體，作為蛋白質合

成的裝配機器。cellBiology第三節(jié)蛋白質的生物合成mR54cellBiology一、遺傳信息翻譯的基本原理密碼子：在mRNA鏈上3個相鄰的堿基可以決定一

個特定的氨基酸，這種核苷酸三聯體被

稱為密碼子。遺傳密碼：mRNA上的堿基排列順序叫做遺傳密碼。四種核苷酸可以組成64個三聯體密碼子。cellBiology一、遺傳信息翻譯的基本原理密碼子：在55cellBiology遺傳密碼表cellBiology遺傳密碼表56cellBiology遺傳密碼的特點：1、通用性2、簡并性3、連續(xù)性4、方向性終止密碼子：UAA、UAG、UGA起始密碼子：AUGcellBiology遺傳密碼的特點：1、通用性終止密碼子57cellBiology蛋白質合成的接合器——tRNA

tRNA既能夠識別mRNA上的密碼子，又能夠攜帶特定的氨基酸。cellBiology蛋白質合成的接合器——tRNA58cellBiologyATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步AMP第二步E3-氨酰-tRNA氨基酸

tRNA通過其3’端的CCA序列上的-OH與活化的氨基酸結合。該過程包括兩步反應：1、氨基酸的活化2、形成氨酰-tRNA

這兩步反應均在氨酰tRNA合成酶的催化下進行。cellBiologyATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi59cellBiology

tRNA反密碼子環(huán)中的反密碼子通過堿基互補原則識別mRNA上的密碼子。不同的tRNA分子有不同的反密碼子。cellBiologytRNA反密碼子環(huán)中60cellBiology

擺動性：一般來講，密碼子的前兩位堿基在和反密碼子配對時，遵循正常的堿基互補配對原則，而第三位堿基的配對有一定的靈活性，即反密碼子的第三個堿基可與密碼子的第三個堿基不配對，這就是密碼子和反密碼子配對的擺動性。cellBiology擺動性：一般來講，密碼子的前61cellBiologycellBiology62cellBiology二、蛋白質合成的場所——核糖體原核細胞和真核細胞核糖體成分的比較cellBiology二、蛋白質合成的場所——核糖體原核細63核糖體上存在的活性部位：1、mRNA結合位點2、P位點3、A位點4、轉肽酶活性部位5、參與蛋白質合成的因子的結合部位cellBiologyE位點：結合空載的tRNA核糖體上存在的活性部位：cellBiologyE位點：結合64cellBiologycellBiology65cellBiology

SD序列：位于原核生物的mRNA5’端起始密碼子上游一段富含嘌呤的序列，它能夠與30S小亞基上的16SrRNA3’端的富含嘧啶的序列互補結合，從而指導mRNA的起始密碼子正確定位在30S小亞基的P位點，又稱為核糖體結合位點。cellBiologySD序列：位于原核生物的mR66cellBiology三、蛋白質合成的一般過程蛋白質生物合成可分為五個階段，即氨基酸的活化、多肽鏈合成的起始、肽鏈的延長、肽鏈的終止和釋放、蛋白質合成后的加工修飾。cellBiology三、蛋白質合成的一般過程蛋白671、氨基酸的活化在氨酰-tRNA合成酶作用下，氨基酸的羧基與tRNA3’末端的CCA-OH縮合成氨酰-tRNA。ATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步AMP第二步E3-氨酰-tRNA氨基酸1、氨基酸的活化ATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步A682、多肽鏈合成的起始具有啟動作用的氨酰-tRNA在原核細胞是甲酰甲硫氨酰-tRNA，在真核細胞是甲硫氨酰-tRNA。2、多肽鏈合成的起始具有啟動作用的氨酰-tRNA在原核693、多肽鏈的延長——核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)包括進位、成肽、移位三個步驟。延長因子：

EF-TuEF-Ts3、多肽鏈的延長——核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)包括進位、成704、肽鏈的終止和釋放

原核細胞的釋放因子(RF)有三種，RF-1識別UAA和UAG，RF-2識別UAA和UGA，RF-3結合GTP并促進RF-1、RF-2與核糖體的結合。真核細胞的釋放因子為eRF1，它可識別3種終止密碼子。4、肽鏈的終止和釋放原核細胞的釋放因子(RF)有三71肽鏈合成終止過程包括三個步驟：1、終止密碼的辨認2、肽鏈和mRNA等釋出3、核糖體大小亞基解聚肽鏈合成終止過程包括三個步驟：72cellBiology多聚核糖體：多個核糖體結合到一個mRNA分子上，成串排列，形成蛋白質合成的功能單位，稱為多聚核糖體。cellBiology多聚核糖體：73cellBiology四、肽鏈合成后的加工修飾一級結構的修飾：1、肽鏈氨基酸的修飾2、共價修飾3、多肽鏈的水解修飾高級結構的修飾：1、亞基聚合2、多肽折疊3、輔基連接cellBiology四、肽鏈合成后的加工修飾一級結構的修74cellBiology真核細胞內蛋白質的降解主要有兩種途徑：1、溶酶體的吞噬2、依賴泛素-蛋白酶體對蛋白質的降解cellBiology真核細胞內蛋白質的降解主要有兩種途徑75cellBiology第四節(jié)基因表達的調控

基因表達的調控一般表現為正性調控和負性調控，前者使基因表達量增加，后者則是使基因表達量減少。cellBiology第四節(jié)基因表達的調控基因表76cellBiology一、基因表達的一般特點1、基因表達具有時間性和空間性時間特異性：按照功能需要，某一特定基因的表達

嚴格按照一定的時間順序發(fā)生，這稱

為基因表達的時間特異性。階段特異性：多細胞生物從受精卵到組織、器官形

成的各個不同發(fā)育階段，都會有不同

的基因嚴格按照自己特定的時間順序

開啟或關閉，表現為分化、發(fā)育階段

一致的時間性，也稱為階段特異性。cellBiology一、基因表達的一般特點1、基因表達具77cellBiology空間特異性：一種基因產物在個體的不同組織或器

官中表達，即在個體的不同空間出現，

這就是基因表達的空間特異性。組織特異性：不同組織細胞中不僅表達的基因數量

不相同，而且基因表達的強度和種類

也各不相同，這就是基因表達的組織

特異性。cellBiology空間特異性：一種基因產物在個體的不同78cellBiology2、基因表達有組成性表達和可誘導/阻遏表達兩種方式組成性表達是指不太受環(huán)境變動而變化的一類基因表達。

管家基因是指所有細胞中均要表達的一類基因，其產物是對維持細胞基本生命活動所必需的。如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因與核糖體蛋白基因等。cellBiology2、基因表達有組成性表達和可誘導/阻79cellBiology

誘導/阻遏表達：又稱適應性表達，指環(huán)境的變化容易使其表達水平變動的一類基因表達。

誘導：應環(huán)境條件變化基因表達水平增高的現象稱為誘導，這類基因被稱為可誘導的基因。阻遏：隨環(huán)境條件變化而基因的表達水平降低的現象稱為阻遏，相應的基因被稱為可阻遏的基因。cellBiology誘導/阻遏表達：又稱適應性表80cellBiology二、原核基因的表達調控轉錄調控是原核生物基因表達調控的關鍵步驟。原核生物大多數基因表達調控是通過操縱子機制實現的。操縱子由結構基因和表達調控元件組成，是原核細胞中最常見的表達調控單位。原核基因表達調控最典型的代表是大腸桿菌乳糖操縱子調控模式。cellBiology二、原核基因的表達調控轉錄調81cellBiology

大腸桿菌乳糖操縱子含LacZ、LacY和LacA三個結構基因，分別編碼β-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷通透酶和β-半乳糖苷乙酰轉移酶，此外還有一個操縱子序列Olac、一個啟動子序列Plac及一個調節(jié)基因LacI。cellBiology大腸桿菌乳糖操縱子含LacZ82cellBiology代謝物激活蛋白（CAP）cellBiology代謝物激活蛋白（CAP）83cellBiology

大腸桿菌的乳糖操縱子調控機制包括正、負調控兩種方式。1、阻遏蛋白的負性調控cellBiology大腸桿菌的乳糖操縱子調控機制84cellBiologycellBiology85cellBiology2、CAP的正性調控cellBiology2、CAP的正性調控86cellBiology

大腸桿菌中的cAMP含量與葡萄糖的分解代謝有關，當大腸桿菌利用葡萄糖功能時，cAMP含量降低；相反，當環(huán)境中無葡萄糖可利用時，cAMP的含量增高。cellBiology大腸桿菌中的cAMP含量與葡87cellBiologycellBiology88cellBiology

當阻遏蛋白封閉轉錄時，CAP的正性調控不能發(fā)揮作用；但是如果沒有CAP存在來加強轉錄活性時，即使阻遏蛋白從操縱序列上解離，乳糖操縱子仍然沒有轉錄活性?？梢?，上述兩種機制相輔相成、互相協調、相互制約。當葡萄糖和乳糖共同存在時，細菌會首先利用葡萄糖。cellBiology當阻遏蛋白封閉轉錄時，CAP89cellBiology三、真核基因的表達調控

真核細胞基因表達調控可以在轉錄水平、RNA加工水平、RNA轉錄水平、RNA轉運水平、mRNA的降解水平、翻譯水平和蛋白質的活性水平上進行。cellBiology三、真核基因的表達調控真核細90cellBiology1、轉錄水平的調控

反式作用因子：是指能直接或間接地識別或結合在特異性的DNA（各類順式作用元件核心序列)上參與調控靶基因轉錄效率的蛋白質。順式作用元件：基因表達調節(jié)蛋白（反式作用因子）所識別的DNA序列叫做順式作用元件。cellBiology1、轉錄水平的調控反式作用因91cellBiologycellBiology92cellBiology真核細胞的順式作用元件分為：

啟動子、增強子、沉默子。增強子是一種能增強真核細胞某些啟動子功能的調節(jié)序列，不具有啟動子的功能，但能增強或提高增強子的活性。cellBiology真核細胞的順式作用元件分為：93cellBiology真核細胞中的反式作用因子蛋白質的轉錄因子可包含的結構域：1、DNA結合域2、轉錄激活域3、連接區(qū)常見的轉錄因子DNA結合域：鋅指結構螺旋-轉角-螺旋螺旋-環(huán)-螺旋亮氨酸拉鏈

真核基因表達的調節(jié)蛋白，又稱轉錄調節(jié)因子或轉錄因子。cellBiology真核細胞中的反式作用因子蛋白質的轉錄94cellBiology鋅指結構cellBiology鋅指結構95cellBiologycellBiology96cellBiologycellBiology97basichelix-turnhelix，bHTH3.4nm213+213213213213213-phageCro螺旋-轉角-螺旋cellBiologybasichelix-turnhelix，bHTH3.498cellBiologycellBiology99cellBiologybasichelix-loop-helix，bHLH螺旋-環(huán)-螺旋cellBiologybasichelix-loop-h100cellBiologybasicleucinezipper，bZIPCOOHNH2COOHNH218152229361815222936LeucineresidueCNCOHCH2CHCH3CH3亮氨酸拉鏈cellBiologybasicleucinezipp101cellBiologycellBiology102cellBiologycellBiology103cellBiologycellBiology104cellBiology本章知識重點：1、名詞：基因、基因組、結構基因、調控基因、中心

法則、外顯子、內含子、模板鏈、編碼連、不對稱

轉錄、多聚核糖體、順式作用元件、反式作用因子2、原核細胞和真核細胞基因結構特點3、原核細胞基因轉錄的過程及其特點4、真核細胞基因轉錄后加工（mRNA、tRNA、rRNA）5、蛋白質翻譯中mRNA、tRNA、rRNA的功能6、蛋白質合成的一般過程7、乳糖操縱子的正負調控cellBiologycellBiologycellBiology本章知識重點：cellBiolog10566、節(jié)制使快樂增加并使享受加強?！轮兛死?/p>

67、今天應做的事沒有做，明天再早也是耽誤了。——裴斯泰洛齊

68、決定一個人的一生，以及整個命運的，只是一瞬之間?！璧?/p>

69、懶人無法享受休息之樂?！伎?/p>

70、浪費時間是一樁大罪過?！R梭66、節(jié)制使快樂增加并使享受加強?！轮兛死?0621、沒有人陪你走一輩子，所以你要適應孤獨，沒有人會幫你一輩子，所以你要奮斗一生。22、當眼淚流盡的時候，留下的應該是堅強。23、要改變命運，首先改變自己。24、勇氣很有理由被當作人類德性之首，因為這種德性保證了所有其余的德性。--溫斯頓．丘吉爾。25、梯子的梯階從來不是用來擱腳的，它只是讓人們的腳放上一段時間，以便讓別一只腳能夠再往上登?！夺t(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成《醫(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成21、沒有人陪你走一輩子，所以你要適應孤獨，沒有人會幫你一輩子，所以你要奮斗一生。22、當眼淚流盡的時候，留下的應該是堅強。23、要改變命運，首先改變自己。24、勇氣很有理由被當作人類德性之首，因為這種德性保證了所有其余的德性。--溫斯頓．丘吉爾。25、梯子的梯階從來不是用來擱腳的，它只是讓人們的腳放上一段時間，以便讓別一只腳能夠再往上登?！夺t(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成醫(yī)學細胞生物學

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cellBiologycellBiology第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成21、沒有人陪你走一輩子，所以你要適應孤獨，沒有人會幫你一輩107《醫(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成共106張課件108《醫(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成共106張課件109《醫(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成共106張課件110《醫(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成共106張課件1111952年，Hershey和Chase噬菌體感染實驗cellBiology1952年，Hershey和Chase噬菌體感染實驗cel112RNA也是遺傳物質

1956年A.Gierer和G.Schraman發(fā)現煙草花葉病毒（tobaccomosaicvirus,TMV），其遺傳物質是RNA。

煙草花葉病毒(TMV)是一種RNA病毒，不含DNA，它有一個圓筒狀的蛋白質外殼，由2130個相同的亞基組成，內有一條RNA分子，沿著內壁在蛋白質亞基之間盤旋。cellBiologyRNA也是遺傳物質1956年A.Gierer和G.S113RNA是遺傳物質1957年美國的HeinzFraenkel-Conrat和B.Singre用重建實驗證實了RNA是遺傳物質cellBiologyRNA是遺傳物質1957年美國的HeinzFraenkel114cellBiology第一節(jié)基因及其結構

基因是DNA分子中一段具有生物功能的核苷酸序列，控制著生物某一特定的性狀。基因結構基因：指編碼非調控因子的任何蛋白質和

RNA的基因，其表達產物如結構蛋

白、酶、rRNA和tRNA等。調控基因：通過編碼蛋白質或RNA來調節(jié)其他

基因的表達。一、基因及其信息流向cellBiology第一節(jié)基因及其結構基因是D115cellBiology

基因組：是指細胞或生物體的一套完整的單倍體遺傳物質，是所有染色體上全部基因和基因間的DNA的總和，它含有一個生物體進行各種生命活動所需要的全部遺傳信息。蛋白質是生命活動的執(zhí)行者！cellBiology基因組：是指細胞或生物體的一116cellBiology中心法則：

遺傳信息從DNA到RNA再到蛋白質的流動。中心法則包括：1、DNA的復制

2、RNA的轉錄

3、蛋白質的翻譯此外，逆轉錄和RNA復制是對中心法則的補充。cellBiology中心法則：中心法則包括：1、DNA的117cellBiology二、基因的結構及其特點（一）原核細胞的基因結構cellBiology二、基因的結構及其特點（一）原核細胞118啟動子：位于結構基因上游的一段DNA序列，它

是RNA聚合酶識別和結合的部位，可以

控制在同一條DNA上緊密連接的一個或

幾個基因的轉錄。轉錄起始點：DNA模板鏈上開始進行轉錄作用的位點，以“+1”標識。從起始點開始順著轉錄方向的區(qū)域稱為下游，用+標識；從起始點開始逆著轉錄方向的區(qū)域稱為上游，用-標識。cellBiology啟動子：位于結構基因上游的一段DNA序列，它轉錄起始點：ce119識別部位：-35區(qū)（TATA盒）結合部位：-10區(qū)（Pribnow盒）cellBiology識別部位：-35區(qū)（TATA盒）結合部位：-10區(qū)（Prib120cellBiology（二）真核細胞的基因結構真核細胞的基因序列由編碼區(qū)和非編碼區(qū)組成。內含子：基因內部能夠被轉錄，但不能指導蛋白

質生物合成的非編碼序列；外顯子：基因內部能夠被轉錄，并指導蛋白質生物合成的編碼序列；cellBiology（二）真核細胞的基因結構真核細胞的基121cellBiologycellBiology122cellBiologyGT-AG法則：在內含子的5’端多以GT開始，3’端

多以AG結束。這是普遍存在于真核細胞基因RNA剪接的識別信號。cellBiologyGT-AG法則：在內含子的5’端多以123cellBiology真核生物啟動子：TATA盒（-25~-35bp）

CAAT盒（-70~-80bp）

GC盒（-80~-110bp）cellBiology真核生物啟動子：TATA盒（-25~124cellBiology終止子：存在于基因末端具有轉錄終止功能的特定

序列，轉錄后形成發(fā)夾結構，使RNA聚合

酶從模板上脫離，終止轉錄。cellBiology終止子：存在于基因末端具有轉錄終止功125cellBiology真核細胞和原核細胞mRNA的區(qū)別cellBiology真核細胞和原核細胞mRNA的區(qū)別126cellBiology基因家族基因家族是真核細胞基因組中來源相同、結構相似、功能相關的一組基因，是由一個祖先基因經重復和變異形成的。按照在基因組中的分布不同，基因家族可分為兩類：1、基因簇—基因家族成員成簇存在，串聯排列于染色體區(qū)段上；2、基因家族成員分散存在，廣泛分布于整個染色體，甚至不同染色體上。cellBiology基因家族基因家族是真核細胞基127cellBiology組蛋白基因簇cellBiology組蛋白基因簇128cellBiology人血紅蛋白亞基cellBiology人血紅蛋白亞基129cellBiology假基因：在基因家族中，有些成員不能產生有功能的基因產物，稱為假基因。假基因或是不能轉錄，或是轉錄后生成無功能的基因產物。但他們在核苷酸序列上與有功能的基因相似，可能來源于同一祖先基因。cellBiology假基因：在基因家族中，有些成員不能產130cellBiology單一序列：在真核細胞基因組中編碼蛋白質的基因

一般只有一個或幾個拷貝，這稱為單一

序列；中序重復序列：有相對較短的序列組成，重復次數

在10~1000之間。與基因調控有關。高度重復序列：由基因組中非常短的序列組成，重

復次數在幾千次以上。真核基因組中含有大量的DNA重復序列：cellBiology單一序列：在真核細胞基因組中編碼蛋白131cellBiology第二節(jié)基因的轉錄和轉錄后加工一、基因轉錄的一般特點cellBiology第二節(jié)基因的轉錄和轉錄后加工一、基132cellBiology

在雙鏈DNA中，作為轉錄模板的鏈稱為模板鏈或反義鏈，即與mRNA互補的DNA鏈；

與模板鏈互補的另一條鏈稱為編碼鏈或有意鏈，該鏈與轉錄產物的序列相同。

模板鏈并非總在同一單鏈上。cellBiology在雙鏈DNA中，作為轉錄模板133cellBiology不對稱轉錄：在DNA雙鏈的某一區(qū)段，以其中一條單鏈為模板，而在另一區(qū)段，以其相對應的互補鏈為模板。這種DNA鏈的選擇性轉錄也稱為不對稱轉錄。

RNA的合成方向是5’→3’，并且在RNA合成中不需要引物。cellBiology不對稱轉錄：RNA的合成方向134cellBiology二、原核細胞的基因轉錄cellBiology二、原核細胞的基因轉錄135cellBiology原核細胞基因轉錄的基本過程分為三個階段：1、轉錄的起始階段

RNA聚合酶的σ亞基識別基因上游的啟動子，使全酶與啟動子結合形成復合物。開始合成RNA，當RNA鏈延長到8~9個核苷酸后，σ亞基從全酶上解離出來，轉錄起始完成。cellBiology原核細胞基因轉錄的基本過程分為三個階136cellBiology2、轉錄的延長階段

核心酶沿模板鏈3’→5’方向移動，使RNA鏈以5’→3’方向不斷延長。cellBiology2、轉錄的延長階段核心酶沿模137cellBiologycellBiology3、轉錄的終止階段原核細胞中轉錄終止有兩種形式：（1）ρ因子依賴性終

止：ρ因子在轉

錄終止點與RNA

聚合酶結合，使

RNA鏈脫離；cellBiologycellBiology3、轉錄的終138cellBiology（2）ρ因子非依賴性終止：由新合成RNA鏈形

成局部發(fā)夾結構，使RNA聚合酶不再向下

移動，磷酸二酯鍵停止形成，RNA從模板

上脫離。cellBiology（2）ρ因子非依賴性終止：由新合成R139cellBiology4、轉錄后加工cellBiology4、轉錄后加工140cellBiology三、真核細胞的基因轉錄和轉錄后加工cellBiology三、真核細胞的基因轉錄和轉錄后加工141cellBiology真核細胞中含有多種RNA聚合酶。cellBiology真核細胞中含有多種RNA聚合酶。142cellBiology

真核細胞中mRNA是RNA中唯一具有編碼蛋白質功能的RNA分子，其前體是在RNA聚合酶Ⅱ催化下轉錄形成的不均一核RNA（hnRNA），hnRNA經過剪切修飾稱為成熟的mRNA。1、真核細胞mRNA的轉錄及其轉錄后加工cellBiology真核細胞中mRNA是RNA中143cellBiology真核細胞中的轉錄因子cellBiology真核細胞中的轉錄因子144cellBiology真核細胞mRNA轉錄的起始cellBiology真核細胞mRNA轉錄的起始145cellBiology真核細胞mRNA的剪接修飾：

包括5’加帽、3’加尾、剪接。cellBiology真核細胞mRNA的剪接修飾：146cellBiology5’加帽在mRNA前體5’端的第一個核苷酸上以5’-5’焦磷酸鍵連上一個三磷酸鳥嘌呤。并使鳥嘌呤7位氮原子甲基化，形成7-甲基鳥嘌呤三磷酸的帽子結構，同時在原來第一個核苷酸的2’-O也進行甲基化。cellBiology5’加帽在mRNA前體5’端147cellBiology甲基轉移酶鳥嘌呤核苷酸轉移酶cellBiology甲基轉移酶鳥嘌呤核苷酸轉移酶148cellBiology5’加帽的作用：1、封閉mRNA5’端，使其不能再加接核苷酸，同

時也防止轉運時被核酸酶水解，增強mRNA的

穩(wěn)定性；2、帽子結構能被核糖體小亞基識別，有利于mRNA

最初翻譯的準確性。cellBiology5’加帽的作用：1493’加尾（polyA）在腺苷酸聚合酶的作用下，mRNA前體3’端加上由200~250個腺苷酸組成的多聚腺苷酸（poly-A）尾巴。

功能：1、穩(wěn)定mRNA3’端，防止被核酸酶水解；2、有利于mRNA由核到細胞質的運輸。3’加尾（polyA）在腺苷酸聚合酶的作150cellBiologymRNA的剪接剪接就是將RNA前體分子中內含子切除，將外顯子拼接的過程。完成hnRNA剪接需要三個必須的序列：

5’GU序列

3’AG序列分支點cellBiologymRNA的剪接剪接就是將RN151

mRNA前體的剪接是通過剪接體完成的。剪接體大小為60S，有數種小分子細胞核糖核蛋白顆粒（snRNP）組成。

snRNP有snRNA和蛋白質組成。snRNA有U1、U2、U3、U4、U5和U6，其中U6有RNA聚合酶Ⅲ轉錄，其他均有RNA聚合酶Ⅱ轉錄。mRNA前體的剪接是通過剪接152《醫(yī)學細胞生物學》基因信息的傳遞與蛋白質合成共106張課件1532、真核細胞rRNA的轉錄及其轉錄后加工cellBiology

每個rRNA基因由3個外顯子和2個內含子組成，3個外顯子依次編碼18SrRNA、5.8SrRNA、28SrRNA的前體序列，共同組成一個轉錄單位。2、真核細胞rRNA的轉錄及其轉錄后加工cellBiolo154cellBiologycellBiology155rRNA的剪接——自身剪接cellBiologyrRNA的剪接——自身剪接cellBiology156cellBiology3、真核細胞tRNA的轉錄及其轉錄后加工在真核細胞中含有多個編碼tRNA的基因，它們成簇存在并被間隔區(qū)分開，在RNA聚合酶Ⅲ的作用下轉錄成tRNA前體。cellBiology3、真核細胞tRNA的轉錄及其轉錄后157cellBiology真核細胞tRNA的加工：1、剪接2、化學修飾3、3’末端加CCA其中化學修飾包括：甲基化反應、還原反應、

核苷內轉位反應、脫氨基反應cellBiology真核細胞tRNA的加工：其中化學修飾158cellBiology4、5SrRNA的轉錄及其轉錄后加工cellBiology4、5SrRNA的轉錄及其轉錄后加159cellBiology第三節(jié)蛋白質的生物合成

mRNA指導蛋白質的合成，這是基因表達的第二步，即翻譯。mRNA——翻譯的模板，決定蛋白質中的氨基酸順序；tRNA——運輸工具，攜帶氨基酸準確進入指定位置；rRNA——與多種蛋白質組成核糖體，作為蛋白質合

成的裝配機器。cellBiology第三節(jié)蛋白質的生物合成mR160cellBiology一、遺傳信息翻譯的基本原理密碼子：在mRNA鏈上3個相鄰的堿基可以決定一

個特定的氨基酸，這種核苷酸三聯體被

稱為密碼子。遺傳密碼：mRNA上的堿基排列順序叫做遺傳密碼。四種核苷酸可以組成64個三聯體密碼子。cellBiology一、遺傳信息翻譯的基本原理密碼子：在161cellBiology遺傳密碼表cellBiology遺傳密碼表162cellBiology遺傳密碼的特點：1、通用性2、簡并性3、連續(xù)性4、方向性終止密碼子：UAA、UAG、UGA起始密碼子：AUGcellBiology遺傳密碼的特點：1、通用性終止密碼子163cellBiology蛋白質合成的接合器——tRNA

tRNA既能夠識別mRNA上的密碼子，又能夠攜帶特定的氨基酸。cellBiology蛋白質合成的接合器——tRNA164cellBiologyATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步AMP第二步E3-氨酰-tRNA氨基酸

tRNA通過其3’端的CCA序列上的-OH與活化的氨基酸結合。該過程包括兩步反應：1、氨基酸的活化2、形成氨酰-tRNA

這兩步反應均在氨酰tRNA合成酶的催化下進行。cellBiologyATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi165cellBiology

tRNA反密碼子環(huán)中的反密碼子通過堿基互補原則識別mRNA上的密碼子。不同的tRNA分子有不同的反密碼子。cellBiologytRNA反密碼子環(huán)中166cellBiology

擺動性：一般來講，密碼子的前兩位堿基在和反密碼子配對時，遵循正常的堿基互補配對原則，而第三位堿基的配對有一定的靈活性，即反密碼子的第三個堿基可與密碼子的第三個堿基不配對，這就是密碼子和反密碼子配對的擺動性。cellBiology擺動性：一般來講，密碼子的前167cellBiologycellBiology168cellBiology二、蛋白質合成的場所——核糖體原核細胞和真核細胞核糖體成分的比較cellBiology二、蛋白質合成的場所——核糖體原核細169核糖體上存在的活性部位：1、mRNA結合位點2、P位點3、A位點4、轉肽酶活性部位5、參與蛋白質合成的因子的結合部位cellBiologyE位點：結合空載的tRNA核糖體上存在的活性部位：cellBiologyE位點：結合170cellBiologycellBiology171cellBiology

SD序列：位于原核生物的mRNA5’端起始密碼子上游一段富含嘌呤的序列，它能夠與30S小亞基上的16SrRNA3’端的富含嘧啶的序列互補結合，從而指導mRNA的起始密碼子正確定位在30S小亞基的P位點，又稱為核糖體結合位點。cellBiologySD序列：位于原核生物的mR172cellBiology三、蛋白質合成的一般過程蛋白質生物合成可分為五個階段，即氨基酸的活化、多肽鏈合成的起始、肽鏈的延長、肽鏈的終止和釋放、蛋白質合成后的加工修飾。cellBiology三、蛋白質合成的一般過程蛋白1731、氨基酸的活化在氨酰-tRNA合成酶作用下，氨基酸的羧基與tRNA3’末端的CCA-OH縮合成氨酰-tRNA。ATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步AMP第二步E3-氨酰-tRNA氨基酸1、氨基酸的活化ATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步A1742、多肽鏈合成的起始具有啟動作用的氨酰-tRNA在原核細胞是甲酰甲硫氨酰-tRNA，在真核細胞是甲硫氨酰-tRNA。2、多肽鏈合成的起始具有啟動作用的氨酰-tRNA在原核1753、多肽鏈的延長——核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)包括進位、成肽、移位三個步驟。延長因子：

EF-TuEF-Ts3、多肽鏈的延長——核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)包括進位、成1764、肽鏈的終止和釋放

原核細胞的釋放因子(RF)有三種，RF-1識別UAA和UAG，RF-2識別UAA和UGA，RF-3結合GTP并促進RF-1、RF-2與核糖體的結合。真核細胞的釋放因子為eRF1，它可識別3種終止密碼子。4、肽鏈的終止和釋放原核細胞的釋放因子(RF)有三177肽鏈合成終止過程包括三個步驟：1、終止密碼的辨認2、肽鏈和mRNA等釋出3、核糖體大小亞基解聚肽鏈合成終止過程包括三個步驟：178cellBiology多聚核糖體：多個核糖體結合到一個mRNA分子上，成串排列，形成蛋白質合成的功能單位，稱為多聚核糖體。cellBiology多聚核糖體：179cellBiology四、肽鏈合成后的加工修飾一級結構的修飾：1、肽鏈氨基酸的修飾2、共價修飾3、多肽鏈的水解修飾高級結構的修飾：1、亞基聚合2、多肽折疊3、輔基連接cellBiology四、肽鏈合成后的加工修飾一級結構的修180cellBiology真核細胞內蛋白質的降解主要有兩種途徑：1、溶酶體的吞噬2、依賴泛素-蛋白酶體對蛋白質的降解cellBiology真核細胞內蛋白質的降解主要有兩種途徑181cellBiology第四節(jié)基因表達的調控

基因表達的調控一般表現為正性調控和負性調控，前者使基因表達量增加，后者則是使基因表達量減少。cellBiology第四節(jié)基因表達的調控基因表182cellBiology一、基因表達的一般特點1、基因表達具有時間性和空間性時間特異性：按照功能需要，某一特定基因的表達

嚴格按照一定的時間順序發(fā)生，這稱

為基因表達的時間特異性。階段特異性：多細胞生物從受精卵到組織、器官形

成的各個不同發(fā)育階段，都會有不同

的基因嚴格按照自己特定的時間順序

開啟或關閉，表現為分化、發(fā)育階段

一致的時間性，也稱為階段特異性。cellBiology一、基因表達的一般特點1、基因表達具183cellBiology空間特異性：一種基因產物在個體的不同組織或器

官中表達，即在個體的不同空間出現，

這就是基因表達的空間特異性。組織特異性：不同組織細胞中不僅表達的基因數量

不相同，而且基因表達的強度和種類

也各不相同，這就是基因表達的組織

特異性。cellBiology空間特異性：一種基因產物在個體的不同184cellBiology2、基因表達有組成性表達和可誘導/阻遏表達兩種方式組成性表達是指不太受環(huán)境變動而變化的一類基因表達。

管家基因是指所有細胞中均要表達的一類基因，其產物是對維持細胞基本生命活動所必需的。如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因與核糖體蛋白基因等。cellBiology2、基因表達有組成性表達和可誘導/阻185cellBiology

誘導/阻遏表達：又稱適應性表達，指環(huán)境的變化容易使其表達水平變動的一類基因表達。

誘導：應環(huán)境條件變化基因表達水平增高的現象稱為誘導，這類基因被稱為可誘導的基因。阻遏：隨環(huán)境條件變化而基因的表達水平降低的現象稱為阻遏，相應的基因被稱為可阻遏的基因。cellBiology誘導/阻遏表達：又稱適應性表186cellBiology二、原核基因的表達調控轉錄調控是原核生物基因表達調控的關鍵步驟。原核生物大多數基因表達調控是通過操縱子機制實現的。操縱子由結構基因和表達調控元件組成，是原核細胞中最常見的表達調控單位。原核基因表達調控最典型的代表是大腸桿菌乳糖操縱子調控模式。cellBiology二、原核基