第五章遗传信息的表达.ppt
1,第五章 遗传信息的表达,2,中心法则：,第一节 转录（transcription）,以为模板合成的过程,3,4,（4）模板： 复制： 两条全部DNA分子； 转录：一条DNA分子的部分,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53.,(3) 都服从碱基配对原则,不同之处:,(1)四种原料不同: DNAdNTP, RNANTP,(2)配对碱基不同：A=T；A=U,（3）酶不同： DNA聚合酶；RNA聚合酶,5,一、原核生物RNA的生物合成,（一）RNA聚合酶（RNA polymerase） ： 1 种,RNA合成的错误率为10-6 （DNA合成的错误率为10-9-10-10）,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,6,（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),7,(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5pppG 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,8,2、延长阶段: 核心酶(core enzyme) 沿模板35滑行, RNA按53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,9,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,（1）因子不依赖终止 图5-1,10,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,（2）因子依赖终止 图5-2,11,12,（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,6个基因： 3个tRNA 16s rRNA 23 s rRNA 称为30 s RNA 5 s rRNA 间隔序列,如大肠杆菌 rrnD操纵子 （rRNA、tRNA混排）图5-3,13,14,30 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,15,二、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：,16,1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,17,18,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）,（2）rRNA前体的转录 ：pol 1,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,19,20,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,（3）tRNA、5SrRNA：pol 3,21,3、终止阶段：机制不清,2、延长阶段：与原核生物相似，方向53,22,7mG：5-5磷酸二酯键（正常：3-5磷酸二酯键）,（四）转录产物的加工,5端加帽子,1mRNA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5-5,1 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）,两种：,23,(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.,24,(3) 去除内含子拼接外显子(splicing): 图5-7,剪接反应: 在剪接体(spliceosome)中进行 (两步) SnRNA: U1, U2,U3U6 蛋白质,内含子的结构: 5GU-A-AG 3,（5剪切位点） (分支点) (3剪切位点 ),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.,第一步: 分支点A 攻击5侧剪接位点G, 释放5外显子.,25,mRNA内含子的自我剪接,26,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。,27,（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,28,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。,29,（3）遗传密码：64个密码子的统称。密码子表（ P78）,（1）起始密码子：AUG- met； （2）终止密码子：UAG，UAA，UGA （3）读写方向： 53； （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；,特点：,（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。,30,31,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.aa.a) 占据的部位.,2核糖体（ribosome）：rRNA + prs ：是蛋白质合成的场所,3tRNA：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。,32,5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.,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.,(二)氨基酸的活化: tRNA + a.a tRNA-a.a,(三) 翻译过程: 三个阶段,33,34,2.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.,35,3 终止阶段: 当进入终止密码子时.,36,二、真核生物蛋白质合成的特点 ： 与原核生物基本相同,1肽链的折叠 2各种共价修饰 3水解修饰 4亚单位聚合,三、肽链的翻译后加工,37,修饰水解,成熟的分泌蛋白,高尔基体中切除部分肽段/修饰,蛋白原,
