第05章基因表達(dá)與基因表達(dá)調(diào)控課件

基因表達(dá)與基因表達(dá)調(diào)控第五章10/30/20221基因表達(dá)與基因表達(dá)調(diào)控第五章10/22/20221第一節(jié)基因表達(dá)的過(guò)程和特點(diǎn)第二節(jié)環(huán)境對(duì)基因表達(dá)的影響第三節(jié)原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第四節(jié)真核生物基因表達(dá)的調(diào)控第五節(jié)基因表達(dá)調(diào)控異常與疾病10/30/20222第一節(jié)基因表達(dá)的過(guò)程和特點(diǎn)10/22/20222基因表達(dá)（geneexpression）

是指基因所貯存的遺傳信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄（transcription）和翻譯（translation）產(chǎn)生具有生物功能的多肽和蛋白質(zhì)的過(guò)程

10/30/20223基因表達(dá)（geneexpression）是指基因所第一節(jié) 基因表達(dá)的過(guò)程和特點(diǎn)

一、基因的轉(zhuǎn)錄—RNA的合成

二、蛋白質(zhì)的生物合成—翻譯10/30/20224第一節(jié) 基因表達(dá)的過(guò)程和特點(diǎn)一、基因的轉(zhuǎn)錄—RNA的合成1復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別模板原料酶產(chǎn)物配對(duì)兩股鏈均復(fù)制模板鏈轉(zhuǎn)錄dNTPNTPDNA聚合酶RNA聚合酶子代雙鏈DNAmRNA,tRNA,rRNAA-T,G-CA-U,C-A,G-C復(fù)制轉(zhuǎn)錄10/30/20225復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別模板原料酶產(chǎn)物配對(duì)兩股鏈均復(fù)制模板鏈轉(zhuǎn)錄dN復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的比較

多核苷酸鏈的合成方向都是5’—3’

在3’-OH末端與加入的核苷酸形成磷酸二酯鍵不同點(diǎn)類(lèi)似點(diǎn)

對(duì)于一個(gè)基因組來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在一部分基因，而且每個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄都受到相對(duì)獨(dú)立的控制

轉(zhuǎn)錄是不對(duì)稱(chēng)的

轉(zhuǎn)錄時(shí)不需要引物

RNA鏈的合成是連續(xù)的10/30/20226復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的比較多核苷酸鏈的合成方向都是5’—3’不

●

定義轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板合成RNA的過(guò)程mRNA、tRNA、rRNA、小分子RNA●

轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物一、基因的轉(zhuǎn)錄10/30/20227●定義轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板合成RNA的過(guò)程mRNA、tR

1.

轉(zhuǎn)錄的體系●

原核細(xì)胞全酶（holoenzyme）α2ββ'σ●真核細(xì)胞RNA聚合酶IRNA聚合酶IIRNA聚合酶III模板DNA

原料ATP、CTP、GTP、UTPRNA聚合酶（一）基因轉(zhuǎn)錄的基本方式10/30/202281.轉(zhuǎn)錄的體系●原核細(xì)胞全酶（holoenzyme結(jié)構(gòu)基因模板鏈，有意義鏈，Waston鏈編碼鏈，反意義鏈，Crick鏈5’3’3’5’RNA合成中的DNA模板10/30/20229結(jié)構(gòu)基因模板鏈，有意義鏈，Waston鏈編碼鏈，反意義鏈，E.coliRNA聚合酶全酶(holoenzyme)的結(jié)構(gòu)β’βαασ決定被轉(zhuǎn)錄的基因識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)結(jié)合DNA模板與轉(zhuǎn)錄全過(guò)程有關(guān)β’βαα核心酶10/30/202210E.coliRNA聚合酶全酶(holoenzyme)RNA-polI核仁45S-rRNA不敏感RNA-polII核質(zhì)hnRNA低濃度敏感RNA-polIII核質(zhì)5S-rRNA,tRNA,snRNA

高濃度敏感MtRNA-pol線粒體線粒體RNAs不敏感真核生物的RNA聚合酶種類(lèi)細(xì)胞內(nèi)定位轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物對(duì)抑制劑鵝膏蕈堿反應(yīng)10/30/202211RNA-polI核仁45S(二)轉(zhuǎn)錄的過(guò)程

1.起始●原核細(xì)胞RNA聚合酶與啟動(dòng)子相互作用●真核細(xì)胞RNA聚合酶、反式作用因子與順式元件相互作用——拼板理論10/30/202212(二)轉(zhuǎn)錄的過(guò)程1.起始●原核細(xì)胞RNA聚合酶與啟動(dòng)DNA原核生物啟動(dòng)子5’3’3’5’TTGACATATAAT10bp15bpStartoftranscriptionPribnowboxRNApolymerase-35區(qū)-10區(qū)+110/30/202213DNA原核生物啟動(dòng)子5’3’3’5’TTGACATATAATDNA5’3’3’5’真核生物啟動(dòng)子StartoftranscriptionTATA10bpTATAboxHognessboxCCAATGCGCCAATboxGCbox-70區(qū)-25區(qū)+1RNApolymerase10/30/202214DNA5’3’3’5’真核生物啟動(dòng)子Startof2.延伸核心酶催化

磷酸化的RNA聚合酶催化，核小體解聚●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞10/30/2022152.延伸核心酶催化磷酸化的RNA聚合酶催化，核小體解聚●3.終止●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞結(jié)合富含C的RNA區(qū)段，發(fā)揮ATP酶及解螺旋酶活性轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)處切離并加尾依賴(lài)ρ因子不依賴(lài)ρ因子RNA3‘端形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)10/30/2022163.終止●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞結(jié)合富含C的RNA區(qū)段，發(fā)揮ARNA-pol5’3′ρDNARNApolyCρ因子和RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合RNA聚合酶構(gòu)象改變引起轉(zhuǎn)錄終止10/30/202217RNA-pol5’3′ρDNARNApolyCρ因子和R（三）轉(zhuǎn)錄后加工●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞tRNA和rRNA需加工，mRNA不需加工tRNA、rRNA和mRNA均需加工1.原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的差異10/30/202218（三）轉(zhuǎn)錄后加工●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞tRNA和rRNA需加工2.真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工●

5'端加帽轉(zhuǎn)錄未終止時(shí)加入m7G5'ppp，與穩(wěn)定mRNA及翻譯起始有關(guān)5’pppG…5’pG…ppi5’GpppG…pppGpi甲基化酶mGpppG…磷酸酶CH310/30/2022192.真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工●5'端加帽轉(zhuǎn)錄未終止核酸酶poly(A)3’-OH引入100-200bpA真核基因3’端AATAA切除3’尾10—25堿基●3'端加尾加尾信號(hào)處切離,并加poly(A)，與穩(wěn)定mRNA及翻譯效率有關(guān)10/30/202220核酸酶poly(A)3’-OH引入真核基因3’切除3’尾

●剪接（splicing）

由小分子細(xì)胞核內(nèi)核蛋白顆粒（snRNP）去除核不均一RNA（hnRNA）中的內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄序列10/30/202221●剪接（splicing）由小分子細(xì)胞核內(nèi)核蛋白

通過(guò)不同剪接方式選擇性使用外顯子，合成功能不同而結(jié)構(gòu)只有微小差異的蛋白質(zhì)選擇性剪接10/30/202222通過(guò)不同剪接方式選擇性使用外顯子，合成功能不同而結(jié)構(gòu)只

●RNA編輯（RNAediting）

RNA編輯是對(duì)mRNA前體的序列進(jìn)行的改編，在mRNA前體分子的堿基序列中C被U取代，A被G取代，使成熟mRNA的序列與基因組DNA序列不同10/30/202223●RNA編輯（RNAediting）RNA編成熟mRNA＋蛋白質(zhì)→細(xì)胞核→細(xì)胞質(zhì)3.真核生物成熟mRNA的運(yùn)輸信使核糖核蛋白顆粒(mRNP)10/30/2022243.真核生物成熟mRNA的運(yùn)輸信使核糖核蛋白顆粒(mRNP二、蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯

以特定核苷酸序列的mRNA為模板，合成相應(yīng)氨基酸序列的多肽鏈，即將帶有遺傳信息的核苷酸順序轉(zhuǎn)換為氨基酸順序的過(guò)程組成蛋白質(zhì)的氨基酸由其特定的tRNA攜帶和轉(zhuǎn)運(yùn)，在核蛋白體上按照模板mRNA所提供的編碼信息合成具有特定序列的多肽鏈10/30/202225二、蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯以特定核苷酸序列的mRN

(一)翻譯的體系(二)翻譯的基本過(guò)程(三)肽鏈翻譯后的加工修飾(四)蛋白質(zhì)的分揀與轉(zhuǎn)運(yùn)

10/30/202226(一)翻譯的體系10/22/202226(一)翻譯的體系

●模板

mRNA●氨基酸運(yùn)輸

tRNA●肽鏈合成場(chǎng)所

核糖體（rRNA+蛋白質(zhì)）●蛋白質(zhì)因子

起始、延長(zhǎng)、終止因子●原料

20種有遺傳密碼的氨基酸10/30/202227(一)翻譯的體系●模板mR

●

模板

mRNA

mRNA是翻譯的直接模板

mRNA的壽命一般較短

編碼單個(gè)蛋白或多個(gè)蛋白mRNA具有方向性，從5‘端到3’端。對(duì)應(yīng)肽鏈從氨基端到羧基端

3個(gè)核苷酸構(gòu)成1個(gè)密碼子，指令氨基酸10/30/202228●模板mRNAmRNA是翻譯的直接模板m●

連續(xù)性●簡(jiǎn)并性●

通用性●

擺動(dòng)性●

方向性密碼子特點(diǎn)遺傳密碼表10/30/202229●連續(xù)性密碼子特點(diǎn)遺傳密碼表10/22/202229由氨基酰-tRNA合成酶催化與氨基酸的連接●

氨基酸運(yùn)輸

tRNATC環(huán)反密碼子氨基酸臂額外環(huán)(可變的)DHU環(huán)具有絕對(duì)專(zhuān)一性和校正功能運(yùn)輸氨基酸10/30/202230由氨基酰-tRNA合成酶催化與氨基酸的連接●氨基酸運(yùn)輸●肽鏈合成場(chǎng)所

核糖體（rRNA+蛋白質(zhì)）●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞30S:16SrRNA和21種蛋白質(zhì)50S:5S、23SrRNA和34種蛋白質(zhì)）40S:18SrRNA和33種蛋白質(zhì)60S:5S、5.8S、23SrRNA和49種蛋白質(zhì)70S80S10/30/202231●肽鏈合成場(chǎng)所核糖體（rRNA+蛋白質(zhì)）●原核細(xì)胞

●蛋白質(zhì)因子

名稱(chēng)原核細(xì)胞真核細(xì)胞IF1,IF2,IF3eIFn(10余種)

延長(zhǎng)因子EFTu,EFTs,EFG

EF1(α,

β,γ),

EF2

釋放因子RF1,RF2,RF3eRF起始因子10/30/202232●蛋白質(zhì)因子名稱(chēng)原核細(xì)胞真核細(xì)胞IF1,IF2,IF●原料

20種有遺傳密碼的氨基酸●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞起始氨基酸為N-甲酰蛋氨酸（密碼子AUG、GUG、UUG）起始氨基酸為蛋氨酸（密碼子AUG）10/30/202233●原料20種有遺傳密碼的氨基酸●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞起始氨基酸+ATP+tRNA氨基酰tRNA+AMP+PPi氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酰tRNA的表示方法ala-tRNAalamet-tRNAemetarg-tRNAargmet-tRNAimet真核細(xì)胞起始用蛋氨酰tRNA真核細(xì)胞延伸用蛋氨酰tRNAfmet-tRNAimet

原核細(xì)胞延伸用甲酰蛋氨酰tRNA10/30/202234氨基酸+ATP+tRNA氨基酰tRNA+AMP+PPi氨基一種氨基酸可由2-6種tRNA特異地運(yùn)載tRNA的總數(shù)（40-50）大于氨基酸的數(shù)目氨基酰tRNA合成酶具有高度特異性（副密碼子）氨基酰tRNA合成酶具有校讀活性真核生物攜帶蛋氨酸的tRNA有兩種，分別為tRNAimet和tRNAemet原核生物AUG只能辨認(rèn)甲?；牡鞍彼岚被岬幕罨c轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)10/30/202235一種氨基酸可由2-6種tRNA特異地運(yùn)載氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)特（二）翻譯的基本過(guò)程1.起始

形成翻譯起始復(fù)合物2.延長(zhǎng)

指每加一個(gè)氨基酸經(jīng)過(guò)進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位3.終止

●原核細(xì)胞RF1,RF2識(shí)別終止密碼，RF3激活轉(zhuǎn)肽酶釋放肽鏈

●真核細(xì)胞eRF同時(shí)具有上述功能10/30/202236（二）翻譯的基本過(guò)程1.起始10/22/202236大小亞基的拆分mRNA與小亞基結(jié)合fmet-tRNA的結(jié)合核糖體大亞基結(jié)合翻譯起始復(fù)合物形成過(guò)程1.起始10/30/202237大小亞基的拆分翻譯起始復(fù)合物形成過(guò)程1.起始10/22/2030S·mRNA·fMet·tRNAfmet·GTP·IF2IF3·IF1+mRNA70S核糖體+IF3+IF1

30S小亞基·IF3·IF1+50S大亞基fMettRNAfmet+GTP+IF2

fMet·tRNAfmet·IF2·GTP+50SIF2IF1IF3·GDP70S·mRNA·fMet·tRNAfmet70S起始復(fù)合物的形成10/30/20223830S·mRNA·fMet·tRNAfmet·GTP·IF2特異的起始tRNA2.mRNA有5’端帽子結(jié)構(gòu)和3’尾巴。2種帽子結(jié)合蛋白（CBP）參與mRNA與核蛋白體小亞基結(jié)合3.起始階段,eIF2與met-tRNA及GTP結(jié)合形成復(fù)合物，eIF2是翻譯所必須的因子真核生物翻譯起始10/30/202239特異的起始tRNA真核生物翻譯起始10/22/20223940S·Met

·

tRNAimet·GTP80S核蛋白體+eIF3

40S小亞基·eIF3+60S大亞基Met·tRNAimet+GTP+eIF2

Met·tRNAfmet·eIF2·GTP80S·Met·tRNAfmet·mRNA80S起始復(fù)合物40S·mRNA·Met

·

tRNAimet·GTPeIF4C+mRNAeIF4A,4B,4E,4F+60SeIF2,3,4C,5eIF4D80S起始復(fù)合物的形成10/30/20224040S·Met·tRNAimet·GTP80S核2.延長(zhǎng)進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位三個(gè)階段核糖體循環(huán)P位：給位或肽位DonorsiteorPeptidylsiteA位：受位或氨基酰位AcceptorsiteorAminoacylsite進(jìn)位成肽轉(zhuǎn)位核糖體小亞基PAmRNAAUGUUAGGUCCCAACAGCAUCUAC核糖體大亞基tRNAAAUtRNA蛋亮PAmRNAAUGUUCGGUCCCAACAGCAUCUACAAG蛋亮PAmRNAAUGUUCGGUCCCAACAGCAUCAAG亮蛋10/30/2022412.延長(zhǎng)進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位三個(gè)階段核糖體循環(huán)P位：給位或肽位3.終止釋放因子（RF）辨認(rèn)終止碼RF3激活轉(zhuǎn)肽酶，催化P位上的肽與tRNA解離在釋放因子（RR）的作用下，tRNA，mRNA和RF從核糖體上解離，在IF的作用下核糖體自身分解為大小亞基。10/30/2022423.終止釋放因子（RF）辨認(rèn)終止碼10/22/202242（三）肽鏈翻譯后的加工修飾

1.一級(jí)結(jié)構(gòu)修飾●

去掉N-甲?；?、N-蛋氨酸或N端序列

●

個(gè)別氨基酸的修飾（羥化、磷酸化、形成-S-S-等）●

多蛋白（polyprotein）的水解修飾10/30/202243（三）肽鏈翻譯后的加工修飾1.一級(jí)結(jié)構(gòu)修飾●去掉N-2.空間結(jié)構(gòu)修飾●

折疊成天然構(gòu)象

分子伴侶（molecularchaperon）幫助新生多肽鏈折疊成高級(jí)結(jié)構(gòu)的一類(lèi)蛋白質(zhì)

●

亞基聚合

●

輔基的結(jié)合（如糖基化等）10/30/2022442.空間結(jié)構(gòu)修飾●折疊成天然構(gòu)象10/22/20224(四)蛋白質(zhì)的分揀與轉(zhuǎn)運(yùn)

1.分揀（sorting）分揀信號(hào)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)或高級(jí)結(jié)構(gòu)中存在被分配到目的地的信息●細(xì)胞核：

核定位信號(hào)（富含堿性氨基酸）

●各種細(xì)胞器：

細(xì)胞器定位信號(hào)

●分泌至細(xì)胞外：信號(hào)肽（signalpeptide）堿性氨基酸＋疏水氨基酸＋剪切位點(diǎn)10/30/202245(四)蛋白質(zhì)的分揀與轉(zhuǎn)運(yùn)1.分揀（sorting）分●

翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)同步（如多數(shù)分泌性蛋白）●

翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)（如核DNA編碼的線粒體蛋白）2.轉(zhuǎn)運(yùn)靶向運(yùn)輸分泌至胞外留在胞漿內(nèi)進(jìn)入核內(nèi)或其他細(xì)胞器穿過(guò)合成所在的細(xì)胞到其它組織細(xì)胞去的蛋白質(zhì)為分泌性蛋白10/30/202246●翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)同步（如多數(shù)分泌性蛋白）2.轉(zhuǎn)運(yùn)靶向運(yùn)輸分泌至蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)四環(huán)素類(lèi)，抑制原核氨基酰tRNA與核糖體結(jié)合氯霉素類(lèi)，阻斷延長(zhǎng)，原核鏈霉素類(lèi)，改變構(gòu)象，原核嘌呤霉素，競(jìng)爭(zhēng)抑制酪氨酰tRNA,原核真核放線菌酮，抑制轉(zhuǎn)肽酶，真核10/30/202247蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)四環(huán)素類(lèi)，抑制原核氨基酰tRNA與核糖體結(jié)合抑制蛋白質(zhì)合成的生物活性物質(zhì)白喉毒素(DT)：對(duì)EF2進(jìn)行修飾而失活干擾素(IF)：α-IF,β-IF,γ-IF誘導(dǎo)并激活一種蛋白激酶，使eIF2磷酸化而失活,使病毒蛋白的合成受到抑制；此外，還可誘導(dǎo)產(chǎn)生一種RNA內(nèi)切酶，破壞病毒RNA10/30/202248抑制蛋白質(zhì)合成的生物活性物質(zhì)白喉毒素(DT)：對(duì)EF2進(jìn)行修第二節(jié)環(huán)境對(duì)基因表達(dá)的影響

一、外環(huán)境因素對(duì)基因表達(dá)的影響二、基因表達(dá)時(shí)空調(diào)控三、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理

10/30/202249第二節(jié)環(huán)境對(duì)基因表達(dá)的影響一、外環(huán)境因素對(duì)基因表達(dá)的一、外環(huán)境因素對(duì)基因表達(dá)的影響

●原核生物基因表達(dá)

●

環(huán)境壓力形成了特殊的表達(dá)方式

●該表達(dá)方式對(duì)環(huán)境有高度適應(yīng)性應(yīng)變能力

10/30/202250一、外環(huán)境因素對(duì)基因表達(dá)的影響●原核生物基因表達(dá)10/2大腸桿菌可以利用許多糖作為碳源，葡萄糖、乳糖、果糖等等但大腸桿菌優(yōu)先利用葡萄糖。當(dāng)環(huán)境中的葡萄糖缺乏時(shí)，開(kāi)始利用乳糖或其它糖。

1960年，法國(guó)科學(xué)家Jacob-Monod提出操縱元模型——乳糖操縱元（LactoseOperon)10/30/202251大腸桿菌可以利用許多糖作為碳源，葡萄糖、乳糖、果糖等等●乳糖操縱子

●組成結(jié)構(gòu)基因（z、y、a）調(diào)控元件（啟動(dòng)子，操縱基因）●調(diào)控方式葡萄糖充足時(shí)，阻遏物與操縱基因結(jié)合,阻礙RNA聚合酶對(duì)下游三個(gè)結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄

葡萄糖不足時(shí)，利用乳糖去阻遏物,允許RNA聚合酶對(duì)下游三個(gè)結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。10/30/202252●乳糖操縱子●組成結(jié)構(gòu)基因（z、y、a）●調(diào)控方式葡萄大腸桿菌乳糖操縱子(lacoperon)的調(diào)節(jié)10/30/202253大腸桿菌乳糖操縱子(lacoperon)的調(diào)節(jié)10/22●真核生物基因表達(dá)

●

外環(huán)境比原核生物優(yōu)越●

主要受內(nèi)環(huán)境變化的影響

(有些細(xì)胞的基因表達(dá)也會(huì)受到環(huán)境變化的影響)10/30/202254●真核生物基因表達(dá)●外環(huán)境比原核生物優(yōu)越(有些細(xì)胞的二、基因表達(dá)的時(shí)空調(diào)控●調(diào)控對(duì)象可調(diào)節(jié)基因（regulatedgene），是特定時(shí)空條件下特異性表達(dá)的基因●調(diào)控特點(diǎn)階段特異性（時(shí)間特異性）組織特異性（空間特異性）●生物學(xué)意義分化與發(fā)育適應(yīng)環(huán)境10/30/202255二、基因表達(dá)的時(shí)空調(diào)控●調(diào)控對(duì)象可調(diào)節(jié)基因（regulate①多細(xì)胞生物不同組織細(xì)胞中的基因組是相同的不同細(xì)胞表達(dá)不同基因同一細(xì)胞不同的發(fā)育階段，表達(dá)不同基因同一種細(xì)胞中不同基因表達(dá)水平不同

豐富mRNA(高豐度)稀少mRNA(低豐度)基因差異表達(dá)特征基因差異表達(dá)是多細(xì)胞生物進(jìn)化的結(jié)果,是細(xì)胞活動(dòng)分工的基礎(chǔ)10/30/202256①多細(xì)胞生物不同組織細(xì)胞中的基因組是相同的基因差異表達(dá)特三、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理●基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白質(zhì)合成的調(diào)控10/30/202257三、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理●基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控DNA元件原核生物：?jiǎn)?dòng)序列、操縱序列

真核生物：?jiǎn)?dòng)子、增強(qiáng)子、抑制子

順式作用元件特異DNA序列●

基因表達(dá)調(diào)控的因素蛋白分子真核生物：轉(zhuǎn)錄因子

原核生物：RNA聚合酶特異因子、阻遏蛋白、激活蛋白轉(zhuǎn)錄因子反式作用因子基本轉(zhuǎn)錄因子增強(qiáng)子結(jié)合因子抑制子結(jié)合因子10/30/202258DNA元件原核生物：?jiǎn)?dòng)序列、操縱序列真核生物：?jiǎn)?dòng)第三節(jié)原核生物基因表達(dá)的調(diào)控

●

特點(diǎn)

轉(zhuǎn)錄與翻譯緊密偶聯(lián)操縱子是主要調(diào)節(jié)機(jī)制多順?lè)醋觤RNA阻遏蛋白介導(dǎo)的負(fù)性調(diào)節(jié)為主轉(zhuǎn)錄起始是調(diào)節(jié)的關(guān)鍵10/30/202259第三節(jié)原核生物基因表達(dá)的調(diào)控●特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄與翻譯緊密偶聯(lián)調(diào)節(jié)層次

●轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)●

起始調(diào)節(jié)是關(guān)鍵●

依靠操縱子(operon)與阻遏蛋白(負(fù))、激活蛋白(正)的相互作用10/30/202260調(diào)節(jié)層次●轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)●起始調(diào)節(jié)是關(guān)鍵●依靠操縱子(o阻遏蛋白對(duì)大腸桿菌乳糖操縱子的負(fù)調(diào)節(jié)10/30/202261阻遏蛋白對(duì)大腸桿菌乳糖操縱子的負(fù)調(diào)節(jié)10/22/202261激活蛋白對(duì)阿拉伯糖啟動(dòng)子的正調(diào)節(jié)

無(wú)阿拉伯糖時(shí)，AraC同二聚體與O2和I1結(jié)合，BAD基因不發(fā)生轉(zhuǎn)錄有阿拉伯糖時(shí)，AraC用另一種方式形成二聚體與I1和I2結(jié)合，從而激活BAD基因轉(zhuǎn)錄10/30/202262激活蛋白對(duì)阿拉伯糖啟動(dòng)子的正調(diào)節(jié)無(wú)阿拉伯糖時(shí)，AraC同●轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)

色氨酸操縱子trpoperon依賴(lài)ρ因子或者依賴(lài)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物3’端發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)錄過(guò)早終止，稱(chēng)為衰減（attenuation）10/30/202263●轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)色氨酸操縱子trpoperon依賴(lài)ρ因子或有色氨酸時(shí)，轉(zhuǎn)錄過(guò)早終止，只生成先導(dǎo)mRNA色氨酸操縱子（trpoperon）表達(dá)的衰減缺色氨酸時(shí)，轉(zhuǎn)錄完全，生成全長(zhǎng)mRNA10/30/202264有色氨酸時(shí)，轉(zhuǎn)錄過(guò)早終止，只生成先導(dǎo)mRNA色氨酸操縱子（t●翻譯調(diào)節(jié)

●

稀有密碼子對(duì)翻譯影響

主要影響翻譯的速度

mRNA的5′端或3′端形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，可防止被外切酶水解，延長(zhǎng)其壽命●

翻譯阻遏反義RNA（antisenseRNA）阻礙核糖體與靶mRNA結(jié)合●

mRNA穩(wěn)定性對(duì)翻譯的影響

調(diào)節(jié)蛋白競(jìng)爭(zhēng)mRNA的核糖體結(jié)合位點(diǎn)10/30/202265●翻譯調(diào)節(jié)●稀有密碼子對(duì)翻譯影響mRNA的5′端或3第四節(jié)真核生物基因表達(dá)的調(diào)控

一、轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控二、真核基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)三、翻譯水平的調(diào)控10/30/202266第四節(jié)真核生物基因表達(dá)的調(diào)控

一、轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控10/22/真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄后修飾染色質(zhì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物剪接加帽、加尾出核轉(zhuǎn)運(yùn)10/30/202267真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄后修飾染色質(zhì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)真核基因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單順?lè)醋又貜?fù)序列斷裂基因真核基因轉(zhuǎn)錄特點(diǎn)染色體結(jié)構(gòu)變化正向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行10/30/202268真核基因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單順?lè)醋诱婧嘶蜣D(zhuǎn)錄特點(diǎn)染色體結(jié)構(gòu)變化10/調(diào)控元件多而復(fù)雜，不同的基因調(diào)控元件組合不同，構(gòu)成它特有的組合模式不同的基因轉(zhuǎn)錄除需要普通轉(zhuǎn)錄因子與RNA聚合酶作用外，還需要特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子與增強(qiáng)子，沉默子等結(jié)合，決定基因表達(dá)的特異性基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中始終體現(xiàn)DNA與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用真核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控特點(diǎn)★★★★10/30/202269調(diào)控元件多而復(fù)雜，不同的基因調(diào)控元件組真核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控特一、轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控

●

特點(diǎn)多層次調(diào)控(正性調(diào)節(jié)為主)核小體結(jié)構(gòu)松弛、缺失對(duì)核酸酶敏感CpG島低甲基化組蛋白乙酰化（H1缺失）轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域的特點(diǎn)10/30/202270一、轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控●特點(diǎn)核小體結(jié)構(gòu)松弛、缺失轉(zhuǎn)錄活躍組蛋白的乙?；图谆疍NA的甲基化與其他蛋白的相互作用轉(zhuǎn)錄前調(diào)控的方式轉(zhuǎn)錄復(fù)合物不能進(jìn)入致密染色質(zhì)

▲高致密度的染色質(zhì)(heterochromatin)不能轉(zhuǎn)錄▲染色質(zhì)的致密程度依賴(lài)于10/30/202271組蛋白的乙?；图谆D(zhuǎn)錄前調(diào)控的方式轉(zhuǎn)錄復(fù)合物不能進(jìn)入致密▲屬翻譯后修飾▲Acetylgroup(CH3COO–)共價(jià)與組蛋白的堿性氨基酸結(jié)合▲中和正電荷▲消除組蛋白與DNA的離子鍵結(jié)合▲松弛染色質(zhì)▲活化轉(zhuǎn)錄組蛋白乙?；淖饔?0/30/202272▲屬翻譯后修飾組蛋白乙酰化的作用10/22/202272二、真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)順式作用元件反式作用因子順式作用元件和反式作用因子的相互作用決定基因是否轉(zhuǎn)錄10/30/202273二、真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)順式作用元件順式作用元件和反式作用因子的DNA結(jié)構(gòu)中蘊(yùn)藏著調(diào)控序列順式作用元件與基因表達(dá)cis-actingelement真核細(xì)胞編碼蛋白質(zhì)的基因中存在一些參與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的非編碼區(qū)域10/30/202274DNA結(jié)構(gòu)中蘊(yùn)藏著調(diào)控序列順式作用元件與基因表達(dá)cis-ac100~300bp位置靈活是否發(fā)揮作用取決組織細(xì)胞是否存在特異轉(zhuǎn)錄因子增強(qiáng)子位于轉(zhuǎn)錄起始上下游的DNA元件。與特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合后增強(qiáng)啟動(dòng)子活性，決定基因表達(dá)時(shí)空性10/30/202275100~300bp增強(qiáng)子位于轉(zhuǎn)錄起始上下游的DNA元件沉默子（silencer)結(jié)合特異轉(zhuǎn)錄因子后抑制啟動(dòng)子的活性，一般屬于負(fù)調(diào)控元件主要取決于特異轉(zhuǎn)錄因子的作用10/30/202276沉默子（silencer)結(jié)合特異轉(zhuǎn)錄因子后抑制反應(yīng)元件（responseelement)舉例

熱休克反應(yīng)元件---HSE糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件---GRE金屬離子反應(yīng)元件---MRETPA反應(yīng)元件---TRE低氧誘導(dǎo)因子反應(yīng)元件干擾素反應(yīng)元件10/30/202277反應(yīng)元件（responseelement)舉例DNA結(jié)構(gòu)中蘊(yùn)藏著調(diào)控序列蛋白質(zhì)---轉(zhuǎn)錄因子決定基因的開(kāi)放或關(guān)閉10/30/202278DNA結(jié)構(gòu)中蘊(yùn)藏著調(diào)控序列蛋白質(zhì)---轉(zhuǎn)錄因子決定基因的開(kāi)放

也稱(chēng)轉(zhuǎn)錄因子（transcriptionfactors，TF），是一類(lèi)細(xì)胞核內(nèi)蛋白質(zhì)因子，通過(guò)與順式作用元件和RNA聚合酶的相互作用來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的活性反式作用因子對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控反式作用因子（trans-actingfactor）10/30/202279反式作用因子對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控反式作用因子（trans-act反式作用因子類(lèi)型基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子basaltranscriptionfactor結(jié)合RNA聚合酶和轉(zhuǎn)錄核心元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄非核心元件和基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子，激活或者抑制兩類(lèi)作用特異轉(zhuǎn)錄因子specialtranscriptionfactor10/30/202280反式作用因子類(lèi)型基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子basaltranscript反式作用因子的結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合域DNAbindingdomain轉(zhuǎn)錄激活域activationdomainDNA結(jié)合域的四種模體●

螺旋－轉(zhuǎn)角－螺旋（helix-turn-helix,HTH）●

鋅指（zincfinger）●

亮氨酸拉鏈（leucinezipper）●

螺旋－環(huán)－螺旋（helix-loop-helix,HLH）10/30/202281反式作用因子的結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合域DNAbinding反式作用因子中的亮氨酸拉鏈模體10/30/202282反式作用因子中的亮氨酸拉鏈模體10/22/202282反式作用因子中的螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)10/30/202283反式作用因子中的螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)10/22/202283反式作用因子中的鋅指模體10/30/202284反式作用因子中的鋅指模體10/22/202284反式作用因子中的轉(zhuǎn)錄激活域酸性氨基酸脯氨酸谷氨酰胺

富含：10/30/202285反式作用因子中的轉(zhuǎn)錄激活域酸性氨基酸富含：10/22/2不具有組織特異性。是RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子必需的一組蛋白質(zhì)分子，是所有基因轉(zhuǎn)錄起始都需要的轉(zhuǎn)錄因子的分類(lèi)組織細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子具有組織細(xì)胞特異性。與增強(qiáng)子，沉默子結(jié)合后決定該基因表達(dá)的時(shí)空性基本轉(zhuǎn)錄因子10/30/202286不具有組織特異性。是RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子必需的一組蛋白質(zhì)分組織細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子的類(lèi)別轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄阻遏因子transcriptionactivitortranscriptionrepressorDNA結(jié)合蛋白非DNA結(jié)合蛋白輔轉(zhuǎn)錄激活因子輔轉(zhuǎn)錄阻遏因子co-transcriptionactivitorco-transcriptionrepressor10/30/202287組織細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子的類(lèi)別轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄阻遏因子tran三、翻譯水平的調(diào)控●

5’端帽子：保持mRNA穩(wěn)定，提高翻譯的效率●

3’端尾巴：

poly(A)和蛋白多聚體形成的復(fù)合物

●去穩(wěn)定元件：引起RNA降解●

小干擾RNA：

雙鏈，特異性降解靶mRNA

●影響mRNA穩(wěn)定性的因素10/30/202288三、翻譯水平的調(diào)控●5’端帽子：保持mRN●影響翻譯起始的因素●

微RNA（microRNA,miRNA）：抑制模板活性●

mRNA非翻譯區(qū)的二級(jí)結(jié)構(gòu)：影響翻譯速率

●

mRNA元件與RNA結(jié)合蛋白的相互作用●

翻譯起始因子的可逆磷酸化10/30/202289●影響翻譯起始的因素●微RNA（microRNA,mi第五節(jié)基因表達(dá)調(diào)控異常與疾病

一、轉(zhuǎn)錄因子突變與疾病二、基因修飾改變與疾病10/30/202290第五節(jié)基因表達(dá)調(diào)控異常與疾病一、轉(zhuǎn)錄因子突變與疾病二、一、轉(zhuǎn)錄因子突變與疾病

轉(zhuǎn)錄因子突變

↓

基因表達(dá)異常

↓

先天發(fā)育異常例如HOH-Dream綜合癥，引起拇指異常，心臟的房間隔缺損，室間隔缺損等10/30/202291一、轉(zhuǎn)錄因子突變與疾病轉(zhuǎn)錄因子突變例如H二、基因修飾改變與疾病

CpG島甲基化減少

↓

原癌基因表達(dá)增高

↓

導(dǎo)致腫瘤

10/30/202292二、基因修飾改變與疾病CpG島甲基化減基因表達(dá)與表達(dá)調(diào)控一覽圖10/30/202293基因表達(dá)與表達(dá)調(diào)控一覽圖10/22/202293基因表達(dá)與基因表達(dá)調(diào)控第五章10/30/202294基因表達(dá)與基因表達(dá)調(diào)控第五章10/22/20221第一節(jié)基因表達(dá)的過(guò)程和特點(diǎn)第二節(jié)環(huán)境對(duì)基因表達(dá)的影響第三節(jié)原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第四節(jié)真核生物基因表達(dá)的調(diào)控第五節(jié)基因表達(dá)調(diào)控異常與疾病10/30/202295第一節(jié)基因表達(dá)的過(guò)程和特點(diǎn)10/22/20222基因表達(dá)（geneexpression）

是指基因所貯存的遺傳信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄（transcription）和翻譯（translation）產(chǎn)生具有生物功能的多肽和蛋白質(zhì)的過(guò)程

10/30/202296基因表達(dá)（geneexpression）是指基因所第一節(jié) 基因表達(dá)的過(guò)程和特點(diǎn)

一、基因的轉(zhuǎn)錄—RNA的合成

二、蛋白質(zhì)的生物合成—翻譯10/30/202297第一節(jié) 基因表達(dá)的過(guò)程和特點(diǎn)一、基因的轉(zhuǎn)錄—RNA的合成1復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別模板原料酶產(chǎn)物配對(duì)兩股鏈均復(fù)制模板鏈轉(zhuǎn)錄dNTPNTPDNA聚合酶RNA聚合酶子代雙鏈DNAmRNA,tRNA,rRNAA-T,G-CA-U,C-A,G-C復(fù)制轉(zhuǎn)錄10/30/202298復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別模板原料酶產(chǎn)物配對(duì)兩股鏈均復(fù)制模板鏈轉(zhuǎn)錄dN復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的比較

多核苷酸鏈的合成方向都是5’—3’

在3’-OH末端與加入的核苷酸形成磷酸二酯鍵不同點(diǎn)類(lèi)似點(diǎn)

對(duì)于一個(gè)基因組來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在一部分基因，而且每個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄都受到相對(duì)獨(dú)立的控制

轉(zhuǎn)錄是不對(duì)稱(chēng)的

轉(zhuǎn)錄時(shí)不需要引物

RNA鏈的合成是連續(xù)的10/30/202299復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的比較多核苷酸鏈的合成方向都是5’—3’不

●

定義轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板合成RNA的過(guò)程mRNA、tRNA、rRNA、小分子RNA●

轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物一、基因的轉(zhuǎn)錄10/30/2022100●定義轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板合成RNA的過(guò)程mRNA、tR

1.

轉(zhuǎn)錄的體系●

原核細(xì)胞全酶（holoenzyme）α2ββ'σ●真核細(xì)胞RNA聚合酶IRNA聚合酶IIRNA聚合酶III模板DNA

原料ATP、CTP、GTP、UTPRNA聚合酶（一）基因轉(zhuǎn)錄的基本方式10/30/20221011.轉(zhuǎn)錄的體系●原核細(xì)胞全酶（holoenzyme結(jié)構(gòu)基因模板鏈，有意義鏈，Waston鏈編碼鏈，反意義鏈，Crick鏈5’3’3’5’RNA合成中的DNA模板10/30/2022102結(jié)構(gòu)基因模板鏈，有意義鏈，Waston鏈編碼鏈，反意義鏈，E.coliRNA聚合酶全酶(holoenzyme)的結(jié)構(gòu)β’βαασ決定被轉(zhuǎn)錄的基因識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)結(jié)合DNA模板與轉(zhuǎn)錄全過(guò)程有關(guān)β’βαα核心酶10/30/2022103E.coliRNA聚合酶全酶(holoenzyme)RNA-polI核仁45S-rRNA不敏感RNA-polII核質(zhì)hnRNA低濃度敏感RNA-polIII核質(zhì)5S-rRNA,tRNA,snRNA

高濃度敏感MtRNA-pol線粒體線粒體RNAs不敏感真核生物的RNA聚合酶種類(lèi)細(xì)胞內(nèi)定位轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物對(duì)抑制劑鵝膏蕈堿反應(yīng)10/30/2022104RNA-polI核仁45S(二)轉(zhuǎn)錄的過(guò)程

1.起始●原核細(xì)胞RNA聚合酶與啟動(dòng)子相互作用●真核細(xì)胞RNA聚合酶、反式作用因子與順式元件相互作用——拼板理論10/30/2022105(二)轉(zhuǎn)錄的過(guò)程1.起始●原核細(xì)胞RNA聚合酶與啟動(dòng)DNA原核生物啟動(dòng)子5’3’3’5’TTGACATATAAT10bp15bpStartoftranscriptionPribnowboxRNApolymerase-35區(qū)-10區(qū)+110/30/2022106DNA原核生物啟動(dòng)子5’3’3’5’TTGACATATAATDNA5’3’3’5’真核生物啟動(dòng)子StartoftranscriptionTATA10bpTATAboxHognessboxCCAATGCGCCAATboxGCbox-70區(qū)-25區(qū)+1RNApolymerase10/30/2022107DNA5’3’3’5’真核生物啟動(dòng)子Startof2.延伸核心酶催化

磷酸化的RNA聚合酶催化，核小體解聚●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞10/30/20221082.延伸核心酶催化磷酸化的RNA聚合酶催化，核小體解聚●3.終止●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞結(jié)合富含C的RNA區(qū)段，發(fā)揮ATP酶及解螺旋酶活性轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)處切離并加尾依賴(lài)ρ因子不依賴(lài)ρ因子RNA3‘端形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)10/30/20221093.終止●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞結(jié)合富含C的RNA區(qū)段，發(fā)揮ARNA-pol5’3′ρDNARNApolyCρ因子和RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合RNA聚合酶構(gòu)象改變引起轉(zhuǎn)錄終止10/30/2022110RNA-pol5’3′ρDNARNApolyCρ因子和R（三）轉(zhuǎn)錄后加工●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞tRNA和rRNA需加工，mRNA不需加工tRNA、rRNA和mRNA均需加工1.原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的差異10/30/2022111（三）轉(zhuǎn)錄后加工●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞tRNA和rRNA需加工2.真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工●

5'端加帽轉(zhuǎn)錄未終止時(shí)加入m7G5'ppp，與穩(wěn)定mRNA及翻譯起始有關(guān)5’pppG…5’pG…ppi5’GpppG…pppGpi甲基化酶mGpppG…磷酸酶CH310/30/20221122.真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工●5'端加帽轉(zhuǎn)錄未終止核酸酶poly(A)3’-OH引入100-200bpA真核基因3’端AATAA切除3’尾10—25堿基●3'端加尾加尾信號(hào)處切離,并加poly(A)，與穩(wěn)定mRNA及翻譯效率有關(guān)10/30/2022113核酸酶poly(A)3’-OH引入真核基因3’切除3’尾

●剪接（splicing）

由小分子細(xì)胞核內(nèi)核蛋白顆粒（snRNP）去除核不均一RNA（hnRNA）中的內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄序列10/30/2022114●剪接（splicing）由小分子細(xì)胞核內(nèi)核蛋白

通過(guò)不同剪接方式選擇性使用外顯子，合成功能不同而結(jié)構(gòu)只有微小差異的蛋白質(zhì)選擇性剪接10/30/2022115通過(guò)不同剪接方式選擇性使用外顯子，合成功能不同而結(jié)構(gòu)只

●RNA編輯（RNAediting）

RNA編輯是對(duì)mRNA前體的序列進(jìn)行的改編，在mRNA前體分子的堿基序列中C被U取代，A被G取代，使成熟mRNA的序列與基因組DNA序列不同10/30/2022116●RNA編輯（RNAediting）RNA編成熟mRNA＋蛋白質(zhì)→細(xì)胞核→細(xì)胞質(zhì)3.真核生物成熟mRNA的運(yùn)輸信使核糖核蛋白顆粒(mRNP)10/30/20221173.真核生物成熟mRNA的運(yùn)輸信使核糖核蛋白顆粒(mRNP二、蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯

以特定核苷酸序列的mRNA為模板，合成相應(yīng)氨基酸序列的多肽鏈，即將帶有遺傳信息的核苷酸順序轉(zhuǎn)換為氨基酸順序的過(guò)程組成蛋白質(zhì)的氨基酸由其特定的tRNA攜帶和轉(zhuǎn)運(yùn)，在核蛋白體上按照模板mRNA所提供的編碼信息合成具有特定序列的多肽鏈10/30/2022118二、蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯以特定核苷酸序列的mRN

(一)翻譯的體系(二)翻譯的基本過(guò)程(三)肽鏈翻譯后的加工修飾(四)蛋白質(zhì)的分揀與轉(zhuǎn)運(yùn)

10/30/2022119(一)翻譯的體系10/22/202226(一)翻譯的體系

●模板

mRNA●氨基酸運(yùn)輸

tRNA●肽鏈合成場(chǎng)所

核糖體（rRNA+蛋白質(zhì)）●蛋白質(zhì)因子

起始、延長(zhǎng)、終止因子●原料

20種有遺傳密碼的氨基酸10/30/2022120(一)翻譯的體系●模板mR

●

模板

mRNA

mRNA是翻譯的直接模板

mRNA的壽命一般較短

編碼單個(gè)蛋白或多個(gè)蛋白mRNA具有方向性，從5‘端到3’端。對(duì)應(yīng)肽鏈從氨基端到羧基端

3個(gè)核苷酸構(gòu)成1個(gè)密碼子，指令氨基酸10/30/2022121●模板mRNAmRNA是翻譯的直接模板m●

連續(xù)性●簡(jiǎn)并性●

通用性●

擺動(dòng)性●

方向性密碼子特點(diǎn)遺傳密碼表10/30/2022122●連續(xù)性密碼子特點(diǎn)遺傳密碼表10/22/202229由氨基酰-tRNA合成酶催化與氨基酸的連接●

氨基酸運(yùn)輸

tRNATC環(huán)反密碼子氨基酸臂額外環(huán)(可變的)DHU環(huán)具有絕對(duì)專(zhuān)一性和校正功能運(yùn)輸氨基酸10/30/2022123由氨基酰-tRNA合成酶催化與氨基酸的連接●氨基酸運(yùn)輸●肽鏈合成場(chǎng)所

核糖體（rRNA+蛋白質(zhì)）●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞30S:16SrRNA和21種蛋白質(zhì)50S:5S、23SrRNA和34種蛋白質(zhì)）40S:18SrRNA和33種蛋白質(zhì)60S:5S、5.8S、23SrRNA和49種蛋白質(zhì)70S80S10/30/2022124●肽鏈合成場(chǎng)所核糖體（rRNA+蛋白質(zhì)）●原核細(xì)胞

●蛋白質(zhì)因子

名稱(chēng)原核細(xì)胞真核細(xì)胞IF1,IF2,IF3eIFn(10余種)

延長(zhǎng)因子EFTu,EFTs,EFG

EF1(α,

β,γ),

EF2

釋放因子RF1,RF2,RF3eRF起始因子10/30/2022125●蛋白質(zhì)因子名稱(chēng)原核細(xì)胞真核細(xì)胞IF1,IF2,IF●原料

20種有遺傳密碼的氨基酸●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞起始氨基酸為N-甲酰蛋氨酸（密碼子AUG、GUG、UUG）起始氨基酸為蛋氨酸（密碼子AUG）10/30/2022126●原料20種有遺傳密碼的氨基酸●原核細(xì)胞●真核細(xì)胞起始氨基酸+ATP+tRNA氨基酰tRNA+AMP+PPi氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酰tRNA的表示方法ala-tRNAalamet-tRNAemetarg-tRNAargmet-tRNAimet真核細(xì)胞起始用蛋氨酰tRNA真核細(xì)胞延伸用蛋氨酰tRNAfmet-tRNAimet

原核細(xì)胞延伸用甲酰蛋氨酰tRNA10/30/2022127氨基酸+ATP+tRNA氨基酰tRNA+AMP+PPi氨基一種氨基酸可由2-6種tRNA特異地運(yùn)載tRNA的總數(shù)（40-50）大于氨基酸的數(shù)目氨基酰tRNA合成酶具有高度特異性（副密碼子）氨基酰tRNA合成酶具有校讀活性真核生物攜帶蛋氨酸的tRNA有兩種，分別為tRNAimet和tRNAemet原核生物AUG只能辨認(rèn)甲?；牡鞍彼岚被岬幕罨c轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)10/30/2022128一種氨基酸可由2-6種tRNA特異地運(yùn)載氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)特（二）翻譯的基本過(guò)程1.起始

形成翻譯起始復(fù)合物2.延長(zhǎng)

指每加一個(gè)氨基酸經(jīng)過(guò)進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位3.終止

●原核細(xì)胞RF1,RF2識(shí)別終止密碼，RF3激活轉(zhuǎn)肽酶釋放肽鏈

●真核細(xì)胞eRF同時(shí)具有上述功能10/30/2022129（二）翻譯的基本過(guò)程1.起始10/22/202236大小亞基的拆分mRNA與小亞基結(jié)合fmet-tRNA的結(jié)合核糖體大亞基結(jié)合翻譯起始復(fù)合物形成過(guò)程1.起始10/30/2022130大小亞基的拆分翻譯起始復(fù)合物形成過(guò)程1.起始10/22/2030S·mRNA·fMet·tRNAfmet·GTP·IF2IF3·IF1+mRNA70S核糖體+IF3+IF1

30S小亞基·IF3·IF1+50S大亞基fMettRNAfmet+GTP+IF2

fMet·tRNAfmet·IF2·GTP+50SIF2IF1IF3·GDP70S·mRNA·fMet·tRNAfmet70S起始復(fù)合物的形成10/30/202213130S·mRNA·fMet·tRNAfmet·GTP·IF2特異的起始tRNA2.mRNA有5’端帽子結(jié)構(gòu)和3’尾巴。2種帽子結(jié)合蛋白（CBP）參與mRNA與核蛋白體小亞基結(jié)合3.起始階段,eIF2與met-tRNA及GTP結(jié)合形成復(fù)合物，eIF2是翻譯所必須的因子真核生物翻譯起始10/30/2022132特異的起始tRNA真核生物翻譯起始10/22/20223940S·Met

·

tRNAimet·GTP80S核蛋白體+eIF3

40S小亞基·eIF3+60S大亞基Met·tRNAimet+GTP+eIF2

Met·tRNAfmet·eIF2·GTP80S·Met·tRNAfmet·mRNA80S起始復(fù)合物40S·mRNA·Met

·

tRNAimet·GTPeIF4C+mRNAeIF4A,4B,4E,4F+60SeIF2,3,4C,5eIF4D80S起始復(fù)合物的形成10/30/202213340S·Met·tRNAimet·GTP80S核2.延長(zhǎng)進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位三個(gè)階段核糖體循環(huán)P位：給位或肽位DonorsiteorPeptidylsiteA位：受位或氨基酰位AcceptorsiteorAminoacylsite進(jìn)位成肽轉(zhuǎn)位核糖體小亞基PAmRNAAUGUUAGGUCCCAACAGCAUCUAC核糖體大亞基tRNAAAUtRNA蛋亮PAmRNAAUGUUCGGUCCCAACAGCAUCUACAAG蛋亮PAmRNAAUGUUCGGUCCCAACAGCAUCAAG亮蛋10/30/20221342.延長(zhǎng)進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位三個(gè)階段核糖體循環(huán)P位：給位或肽位3.終止釋放因子（RF）辨認(rèn)終止碼RF3激活轉(zhuǎn)肽酶，催化P位上的肽與tRNA解離在釋放因子（RR）的作用下，tRNA，mRNA和RF從核糖體上解離，在IF的作用下核糖體自身分解為大小亞基。10/30/20221353.終止釋放因子（RF）辨認(rèn)終止碼10/22/202242（三）肽鏈翻譯后的加工修飾

1.一級(jí)結(jié)構(gòu)修飾●

去掉N-甲酰基、N-蛋氨酸或N端序列

●

個(gè)別氨基酸的修飾（羥化、磷酸化、形成-S-S-等）●

多蛋白（polyprotein）的水解修飾10/30/2022136（三）肽鏈翻譯后的加工修飾1.一級(jí)結(jié)構(gòu)修飾●去掉N-2.空間結(jié)構(gòu)修飾●

折疊成天然構(gòu)象

分子伴侶（molecularchaperon）幫助新生多肽鏈折疊成高級(jí)結(jié)構(gòu)的一類(lèi)蛋白質(zhì)

●

亞基聚合

●

輔基的結(jié)合（如糖基化等）10/30/20221372.空間結(jié)構(gòu)修飾●折疊成天然構(gòu)象10/22/20224(四)蛋白質(zhì)的分揀與轉(zhuǎn)運(yùn)

1.分揀（sorting）分揀信號(hào)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)或高級(jí)結(jié)構(gòu)中存在被分配到目的地的信息●細(xì)胞核：

核定位信號(hào)（富含堿性氨基酸）

●各種細(xì)胞器：

細(xì)胞器定位信號(hào)

●分泌至細(xì)胞外：信號(hào)肽（signalpeptide）堿性氨基酸＋疏水氨基酸＋剪切位點(diǎn)10/30/2022138(四)蛋白質(zhì)的分揀與轉(zhuǎn)運(yùn)1.分揀（sorting）分●

翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)同步（如多數(shù)分泌性蛋白）●

翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)（如核DNA編碼的線粒體蛋白）2.轉(zhuǎn)運(yùn)靶向運(yùn)輸分泌至胞外留在胞漿內(nèi)進(jìn)入核內(nèi)或其他細(xì)胞器穿過(guò)合成所在的細(xì)胞到其它組織細(xì)胞去的蛋白質(zhì)為分泌性蛋白10/30/2022139●翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)同步（如多數(shù)分泌性蛋白）2.轉(zhuǎn)運(yùn)靶向運(yùn)輸分泌至蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)四環(huán)素類(lèi)，抑制原核氨基酰tRNA與核糖體結(jié)合氯霉素類(lèi)，阻斷延長(zhǎng)，原核鏈霉素類(lèi)，改變構(gòu)象，原核嘌呤霉素，競(jìng)爭(zhēng)抑制酪氨酰tRNA,原核真核放線菌酮，抑制轉(zhuǎn)肽酶，真核10/30/2022140蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)四環(huán)素類(lèi)，抑制原核氨基酰tRNA與核糖體結(jié)合抑制蛋白質(zhì)合成的生物活性物質(zhì)白喉毒素(DT)：對(duì)EF2進(jìn)行修飾而失活干擾素(IF)：α-IF,β-IF,γ-IF誘導(dǎo)并激活一種蛋白激酶，使eIF2磷酸化而失活,使病毒蛋白的合成受到抑制；此外，還可誘導(dǎo)產(chǎn)生一種RNA內(nèi)切酶，破壞病毒RNA10/30/2022141抑制蛋白質(zhì)合成的生物活性物質(zhì)白喉毒素(DT)：對(duì)EF2進(jìn)行修第二節(jié)環(huán)境對(duì)基因表達(dá)的影響

一、外環(huán)境因素對(duì)基因表達(dá)的影響二、基因表達(dá)時(shí)空調(diào)控三、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理

10/30/2022142第二節(jié)環(huán)境對(duì)基因表達(dá)的影響一、外環(huán)境因素對(duì)基因表達(dá)的一、外環(huán)境因素對(duì)基因表達(dá)的影響

●原核生物基因表達(dá)

●

環(huán)境壓力形成了特殊的表達(dá)方式

●該表達(dá)方式對(duì)環(huán)境有高度適應(yīng)性應(yīng)變能力

10/30/2022143一、外環(huán)境因素對(duì)基因表達(dá)的影響●原核生物基因表達(dá)10/2大腸桿菌可以利用許多糖作為碳源，葡萄糖、乳糖、果糖等等但大腸桿菌優(yōu)先利用葡萄糖。當(dāng)環(huán)境中的葡萄糖缺乏時(shí)，開(kāi)始利用乳糖或其它糖。

1960年，法國(guó)科學(xué)家Jacob-Monod提出操縱元模型——乳糖操縱元（LactoseOperon)10/30/2022144大腸桿菌可以利用許多糖作為碳源，葡萄糖、乳糖、果糖等等●乳糖操縱子

●組成結(jié)構(gòu)基因（z、y、a）調(diào)控元件（啟動(dòng)子，操縱基因）●調(diào)控方式葡萄糖充足時(shí)，阻遏物與操縱基因結(jié)合,阻礙RNA聚合酶對(duì)下游三個(gè)結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄

葡萄糖不足時(shí)，利用乳糖去阻遏物,允許RNA聚合酶對(duì)下游三個(gè)結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。10/30/2022145●乳糖操縱子●組成結(jié)構(gòu)基因（z、y、a）●調(diào)控方式葡萄大腸桿菌乳糖操縱子(lacoperon)的調(diào)節(jié)10/30/2022146大腸桿菌乳糖操縱子(lacoperon)的調(diào)節(jié)10/22●真核生物基因表達(dá)

●

外環(huán)境比原核生物優(yōu)越●

主要受內(nèi)環(huán)境變化的影響

(有些細(xì)胞的基因表達(dá)也會(huì)受到環(huán)境變化的影響)10/30/2022147●真核生物基因表達(dá)●外環(huán)境比原核生物優(yōu)越(有些細(xì)胞的二、基因表達(dá)的時(shí)空調(diào)控●調(diào)控對(duì)象可調(diào)節(jié)基因（regulatedgene），是特定時(shí)空條件下特異性表達(dá)的基因●調(diào)控特點(diǎn)階段特異性（時(shí)間特異性）組織特異性（空間特異性）●生物學(xué)意義分化與發(fā)育適應(yīng)環(huán)境10/30/2022148二、基因表達(dá)的時(shí)空調(diào)控●調(diào)控對(duì)象可調(diào)節(jié)基因（regulate①多細(xì)胞生物不同組織細(xì)胞中的基因組是相同的不同細(xì)胞表達(dá)不同基因同一細(xì)胞不同的發(fā)育階段，表達(dá)不同基因同一種細(xì)胞中不同基因表達(dá)水平不同

豐富mRNA(高豐度)稀少mRNA(低豐度)基因差異表達(dá)特征基因差異表達(dá)是多細(xì)胞生物進(jìn)化的結(jié)果,是細(xì)胞活動(dòng)分工的基礎(chǔ)10/30/2022149①多細(xì)胞生物不同組織細(xì)胞中的基因組是相同的基因差異表達(dá)特三、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理●基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白質(zhì)合成的調(diào)控10/30/2022150三、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理●基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控DNA元件原核生物：?jiǎn)?dòng)序列、操縱序列

真核生物：?jiǎn)?dòng)子、增強(qiáng)子、抑制子

順式作用元件特異DNA序列●

基因表達(dá)調(diào)控的因素蛋白分子真核生物：轉(zhuǎn)錄因子

原核生物：RNA聚合酶特異因子、阻遏蛋白、激活蛋白轉(zhuǎn)錄因子反式作用因子基本轉(zhuǎn)錄因子增強(qiáng)子結(jié)合因子抑制子結(jié)合因子10/30/2022151DNA元件原核生物：?jiǎn)?dòng)序列、操縱序列真核生物：?jiǎn)?dòng)第三節(jié)原核生物基因表達(dá)的調(diào)控

●

特點(diǎn)

轉(zhuǎn)錄與翻譯緊密偶聯(lián)操縱子是主要調(diào)節(jié)機(jī)制多順?lè)醋觤RNA阻遏蛋白介導(dǎo)的負(fù)性調(diào)節(jié)為主轉(zhuǎn)錄起始是調(diào)節(jié)的關(guān)鍵10/30/2022152第三節(jié)原核生物基因表達(dá)的調(diào)控●特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄與翻譯緊密偶聯(lián)調(diào)節(jié)層次

●轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)●

起始調(diào)節(jié)是關(guān)鍵●

依靠操縱子(operon)與阻遏蛋白(負(fù))、激活蛋白(正)的相互作用10/30/2022153調(diào)節(jié)層次●轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)●起始調(diào)節(jié)是關(guān)鍵●依靠操縱子(o阻遏蛋白對(duì)大腸桿菌乳糖操縱子的負(fù)調(diào)節(jié)10/30/2022154阻遏蛋白對(duì)大腸桿菌乳糖操縱子的負(fù)調(diào)節(jié)10/22/202261激活蛋白對(duì)阿拉伯糖啟動(dòng)子的正調(diào)節(jié)

無(wú)阿拉伯糖時(shí)，AraC同二聚體與O2和I1結(jié)合，BAD基因不發(fā)生轉(zhuǎn)錄有阿拉伯糖時(shí)，AraC用另一種方式形成二聚體與I1和I2結(jié)合，從而激活BAD基因轉(zhuǎn)錄10/30/2022155激活蛋白對(duì)阿拉伯糖啟動(dòng)子的正調(diào)節(jié)無(wú)阿拉伯糖時(shí)，AraC同●轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)

色氨酸操縱子trpoperon依賴(lài)ρ因子或者依賴(lài)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物3’端發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)錄過(guò)早終止，稱(chēng)為衰減（attenuation）10/30/2022156●轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)色氨酸操縱子trpoperon依賴(lài)ρ因子或有色氨酸時(shí)，轉(zhuǎn)錄過(guò)早終止，只生成先導(dǎo)mRNA色氨酸操縱子（trpoperon）表達(dá)的衰減缺色氨酸時(shí)，轉(zhuǎn)錄完全，生成全長(zhǎng)mRNA10/30/2022157有色氨酸時(shí)，轉(zhuǎn)錄過(guò)早終止，只生成先導(dǎo)mRNA色氨酸操縱子（t●翻譯調(diào)節(jié)

●

稀有密碼子對(duì)翻譯影響

主要影響翻譯的速度

mRNA的5′端或3′端形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，可防止被外切酶水解，延長(zhǎng)其壽命●

翻譯阻遏反義RNA（antisenseRNA）阻礙核糖體與靶mRNA結(jié)合●

mRNA穩(wěn)定性對(duì)翻譯的影響

調(diào)節(jié)蛋白競(jìng)爭(zhēng)mRNA的核糖體結(jié)合位點(diǎn)10/30/2022158●翻譯調(diào)節(jié)●稀有密碼子對(duì)翻譯影響mRNA的5′端或3第四節(jié)真核生物基因表達(dá)的調(diào)控

一、轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控二、真核基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)三、翻譯水平的調(diào)控10/30/2022159第四節(jié)真核生物基因表達(dá)的調(diào)控

一、轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控10/22/真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄后修飾染色質(zhì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物剪接加帽、加尾出核轉(zhuǎn)運(yùn)10/30/2022160真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄后修飾染色質(zhì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)真核基因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單順?lè)醋又貜?fù)序列斷裂基因真核基因轉(zhuǎn)錄特點(diǎn)染色體結(jié)構(gòu)變化正向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行10/30/2022161真核基因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單順?lè)醋诱婧嘶蜣D(zhuǎn)錄特點(diǎn)染色體結(jié)構(gòu)變化10/調(diào)控元件多而復(fù)雜，不同的基因調(diào)控元件組合不同，構(gòu)成它特有的組合模式不同的基因轉(zhuǎn)錄除需要普通轉(zhuǎn)錄因子與RNA聚合酶作用外，還需要特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子與增強(qiáng)子，沉默子等結(jié)合，決定基因表達(dá)的特異性基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中始終體現(xiàn)DNA與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用真核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控特點(diǎn)★★★★10/30/2022162調(diào)控元件多而復(fù)雜，不同的基因調(diào)控元件組真核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控特一、轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控

●

特點(diǎn)多層次調(diào)控(正性調(diào)節(jié)為主)核小體結(jié)構(gòu)松弛、缺失對(duì)核酸酶敏感CpG島低甲基化組蛋白乙?；℉1缺失）轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域的特點(diǎn)10/30/2022163一、轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控●特點(diǎn)核小體結(jié)構(gòu)松弛、缺失轉(zhuǎn)錄活躍組蛋白的乙?；图谆疍NA的甲基化與其他蛋白的相互作用轉(zhuǎn)錄前調(diào)控的方式轉(zhuǎn)錄復(fù)合物不能進(jìn)入致密染色質(zhì)

▲高致密度的染色質(zhì)(heterochromatin)不能轉(zhuǎn)錄▲染色質(zhì)的致密程度依賴(lài)于10/30/2022164組蛋白的乙酰化和甲基化轉(zhuǎn)錄前調(diào)控的方式轉(zhuǎn)錄復(fù)合物不能進(jìn)入致密▲屬翻譯后修飾▲Acetylgroup(CH3COO–)共價(jià)與組蛋白的堿性氨基酸結(jié)合▲中和正電荷▲消除組蛋白與DNA的離子鍵結(jié)合▲松弛染色質(zhì)▲活化轉(zhuǎn)錄組蛋白乙?；淖饔?0/30/2022165▲屬翻譯后修飾組