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1、第五章遗传信息的表达第1页，本讲稿共37页1中心法则：中心法则：pr DNA RNA转录逆转录翻译 第一节第一节 转录（转录（transcription）以为模板合成的过程以为模板合成的过程第2页，本讲稿共37页2第3页，本讲稿共37页3（4）模板：）模板：复制：复制：两条全部两条全部DNA分子；分子；转录：一条转录：一条DNA分子的部分分子的部分与复制的相同之处与复制的相同之处:(1)都以都以DNA为模板为模板.(2)都以都以nt 为原料为原料,合成方向都是合成方向都是53.(3)都服从碱基配对原则都服从碱基配对原则不同之处不同之处:(1)四种原料不同四种原料不同:DNAdNTP,RNANT
2、P(2)配对碱基不同：配对碱基不同：A=T；A=U（3）酶不同：）酶不同：DNA聚合酶；聚合酶；RNA聚合酶聚合酶第4页，本讲稿共37页4一、原核生物一、原核生物RNA的生物合成的生物合成（一）（一）RNA聚合酶（聚合酶（RNA polymerase）：1 种种RNA合成的错误率为合成的错误率为10-6（DNA合成的错误率为合成的错误率为10-9-10-10）大肠杆菌中：大肠杆菌中：全酶为：五聚体（全酶为：五聚体（2）：）：识别结合启动子：识别结合启动子 2：启动子上游：启动子上游 ：催化形成二酯键：催化形成二酯键 ：酶与模板的结合部位：酶与模板的结合部位需需Mg2+，Mn2+，无校对功能无校
3、对功能第5页，本讲稿共37页5（二）转录模板（二）转录模板基基因因1:链链2:转转录录模模板板链链(template strand)or 反反意意义义链链(antisense strand)链链1:信信息息链链or 有有意意义义链链(sense strand)or 编编码码链链(coding strand)基基因因2:链链1:转转录录模模板板链链(template strand)or 反反意意义义链链(antisense strand)链链2 为为信信息息链链or 有有意意义义链链(sense strand)or 编编码码链链(coding strand)第6页，本讲稿共37页6(三三)转录过
4、程转录过程 1、起始阶段起始阶段:不需要引物不需要引物,全酶中全酶中 识别并结合启动子识别并结合启动子 DNA构象发生变化构象发生变化 RNA聚合酶催化两个相邻的聚合酶催化两个相邻的nt与模板配对与模板配对 第一个第一个nt为为5pppG or pppA,第二个第二个nt有游离有游离3-OH继续加入继续加入NTP,延长延长 几个几个nt之后之后 因子脱落因子脱落全酶全酶-DNA-pppGpN-OH 称为起始复合物称为起始复合物第7页，本讲稿共37页72、延长阶段延长阶段:核核心心酶酶(core enzyme)沿沿模模板板35滑滑行行,RNA按按53方向合成方向合成 12nt,RNA 5端与端与
5、DNA模板脱离模板脱离mRNA:45nt/sec,rRNA:90nt/sec3、.终止阶段终止阶段两种方式两种方式:因子不依赖终止因子不依赖终止 因子依赖终止因子依赖终止第8页，本讲稿共37页8RNA酶酶行行进进到到模模板板的的终终止止子子部部位位(富富含含GC,可可在在RNA 上形成发夹结构上形成发夹结构)发夹结构影响发夹结构影响RNA酶的行进酶的行进 RNA链先从链先从DNA上释放上释放,再与核心酶分离再与核心酶分离 终止转录终止转录（1）因子不依赖终止因子不依赖终止 图图5-1第9页，本讲稿共37页9 因子与因子与RNA聚合酶结合聚合酶结合(终止子终止子)使使RNA-DNA杂交体解开杂交
6、体解开 因子、因子、RNA聚合酶与聚合酶与DNA分离分离 转录终止转录终止（2）因子依赖终止因子依赖终止 图图5-2第10页，本讲稿共37页10第11页，本讲稿共37页11（四）、转录后加工（四）、转录后加工初级转录产物（初级转录产物（primary transcrips）：一个操纵子转录出）：一个操纵子转录出的一条完整的一条完整RNA。mRNA：不需要加工：不需要加工 rRNA：需加工、修饰：需加工、修饰 tRNA：需加工、修饰：需加工、修饰6个基因：个基因：3个个tRNA 16s rRNA 23 s rRNA 称为称为30 s RNA 5 s rRNA 间隔序列间隔序列如大肠杆菌如大肠杆菌
7、 rrnD操纵子操纵子（rRNA、tRNA混排）图混排）图5-3第12页，本讲稿共37页12第13页，本讲稿共37页13 30 s RNA 核酸内切酶（核酸内切酶（RNase P）16 s、23 s、5 s rRNA前体前体 +tRNA 前体前体 （内、外切酶）（内、外切酶）（1）剪切作用：多余序列剪切作用：多余序列切切 除除 原原 间间 隔隔 序序 列列 （2）添添 加加 和和 修修 复复 3端端 CCA序序 列列 （3）某些碱基的化学修饰）某些碱基的化学修饰 成熟成熟16 s、23 s、5 s rRNA 成熟成熟tRNA第14页，本讲稿共37页14二、真核生物真核生物RNA的生物合成的生物
8、合成（一）（一）RNA聚合酶聚合酶pol 1：核仁：核仁：5.8S、18S、28S rRNA pol 2：核浆：核浆：mRNA pol 3：核浆：核浆：tRNA（二）转录单位：（二）转录单位：为一个基因（一个结构基因加相应调控元件）为一个基因（一个结构基因加相应调控元件）三、转录过程：三、转录过程：第15页，本讲稿共37页151起始阶段：需一些蛋白质参与，称转录因子（起始阶段：需一些蛋白质参与，称转录因子（transcrption factor，TF）（1）mRNA前体的转录前体的转录 图图5-4：pol 2TF2D（含一个（含一个TATAbox 结合蛋白（结合蛋白（TBP）和多个）和多个TB
9、P结合因结合因子（子（TAF）+TATA box TF2A，TF2B结合结合TF2D TF2F+pol2 结合结合TF2B TF2E、TF2H加入，形成起始复合物加入，形成起始复合物第16页，本讲稿共37页16第17页，本讲稿共37页17人基因：核心启动子人基因：核心启动子+上游调控元件（上游调控元件（UCE）转转录录因因子子：上上游游结结合合因因子子（UBF1）、选选择择因因子子1（selectivity factor1，SL1）（含一个（含一个TBP 和和 3个个TBP结合因子）结合因子）（2）rRNA前体的转录前体的转录：pol 1UBF1与核心启动子和与核心启动子和UCE 结合结合 S
10、L1与与UBF1结合结合 pol 1与与 SL1 中的中的TBP结合结合 起始转录起始转录第18页，本讲稿共37页18第19页，本讲稿共37页19基因：基因：A box、B box TF 3 C结合与结合与B box TF 3 B结合与启动子结合与启动子 pol 3进入进入（3）tRNA、5SrRNA：pol 3第20页，本讲稿共37页203、终止阶段：机制不清、终止阶段：机制不清2、延长阶段：与原核生物相似，方向、延长阶段：与原核生物相似，方向53第21页，本讲稿共37页217mG：5-5磷酸二酯键（正常：磷酸二酯键（正常：3-5磷酸二酯键）磷酸二酯键）（四）转录产物的加工转录产物的加工5端
11、加帽子端加帽子1mRNA前体的加工：前体的加工：3端加尾巴（端加尾巴（poly A）去除内含子拼接外显子去除内含子拼接外显子（1）5端加帽子（端加帽子（capping）图）图5-5 1 型帽子结构：型帽子结构：m7G-nt1（2-OH被甲基化）被甲基化）2型型帽帽子子结结构构:m7G-nt1（2-OH被被甲甲基基化化）-nt2（2 -OH被甲基化）被甲基化）两种：两种：第22页，本讲稿共37页22(2)3端加尾巴（端加尾巴（poly A tail）图）图5-6 mRNA中中 AAUAAA序序列列被被核核酸酸内内切切酶酶识识别别并并在在其其下下游游11 nt-30nt 处切断处切断,在在poly
12、 A聚合酶作用下加入聚合酶作用下加入poly A.第23页，本讲稿共37页23(3)去除内含子拼接外显子去除内含子拼接外显子(splicing):图图5-7剪接反应剪接反应:在在剪接体剪接体(spliceosome)中进行中进行(两步两步)SnRNA:U1,U2,U3.U6 蛋白质蛋白质内含子的结构内含子的结构:5GU-A-AG 3（5剪切位点）剪切位点）(分支点分支点)(3剪切位点剪切位点)第第二二步步:5外外显显子子攻攻击击3剪剪接接位位点点,两两个个外外显显子子拼拼接接,同时释放套索状中间产物同时释放套索状中间产物.第一步第一步:分支点分支点A 攻击攻击5侧剪接位点侧剪接位点G,释放释放
13、5外显子外显子.第24页，本讲稿共37页24 mRNA内含子的自我剪接内含子的自我剪接第25页，本讲稿共37页25特点：内含子自我剪接/核酶产物：套索结构（4）化学修饰化学修饰:主要是甲基化修饰主要是甲基化修饰（5）RNA的编辑的编辑(RNA editing)隐蔽基因隐蔽基因(cryptogene)产物产物如如 线粒体细胞色素氧化酶线粒体细胞色素氧化酶C亚基亚基mRNA：在在145个不同位点插入个不同位点插入407个个U，在在9个个不不同同位位点点删删除除19个个U，编编辑辑nt占占成成熟熟mRNA的一半以上。的一半以上。第26页，本讲稿共37页26（2）tRNA 前体的加工前体的加工A：tR
14、NA 前体的剪接：去除内含子和前体的剪接：去除内含子和5侧先导序列。侧先导序列。B：添加或修复添加或修复3端端CCA序列。序列。C：化学修饰：形成稀有碱基。化学修饰：形成稀有碱基。（3）rRNA 前体的加工：前体的加工：A：rRNA 前体的剪接；前体的剪接；B：化学修饰：化学修饰第27页，本讲稿共37页27第三节第三节 翻译翻译一、原核生物蛋白质的生物合成一、原核生物蛋白质的生物合成（一）蛋白质生物合成体系（一）蛋白质生物合成体系1、mRNA：（1）密码子（）密码子（codon）：每三个相邻的）：每三个相邻的nt决定一个氨基酸。决定一个氨基酸。（2）开开放放阅阅读读框框（open readin
15、g frame，ORF）：从从起起始始密码子到终止密码子。密码子到终止密码子。第28页，本讲稿共37页28（3）遗传密码：）遗传密码：64个密码子的统称。密码子表（个密码子的统称。密码子表（P78）（1）起始密码子：）起始密码子：AUG-met；（2）终止密码子：）终止密码子：UAG，UAA，UGA （3）读写方向：）读写方向：53；（4）连续性；连续性；（5）兼并性：几个密码子决定同一个氨基酸；）兼并性：几个密码子决定同一个氨基酸；（6）通用性；通用性；特点：特点：（7）摆动性（）摆动性（wobble）：密码子的第三位与反）：密码子的第三位与反密码子的第一位密码子的第一位 碱基的配对不十分严
16、格。碱基的配对不十分严格。第29页，本讲稿共37页29第一位（5端）碱基第二位（中间）碱基第三位（3端）碱基AGUCAAAA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AGUCGGAA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AGUCUUAA终止信号UAG终止信号UAU酪氨酸UAC酪氨酸
17、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AGUCCCAA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AGUC第30页，本讲稿共37页30主要活性部位：主要活性部位：A位位（受受位位acceptor site）：氨氨酰酰tRNA(tRNA-a.a)进进入入的部位的部位.P位位(供供位位 donor site,peptide site):肽肽
18、酰酰tRNA(tRNA-a.a-a.a-a.a-a.aa.a)占据的部位占据的部位.2核糖体（核糖体（ribosome）：）：rRNA+prs ：是蛋白质合成的场所：是蛋白质合成的场所3tRNA：氨基酸的运输工具，：氨基酸的运输工具，细菌中约细菌中约30种种-40种。种。4各种蛋白质：起始因子：各种蛋白质：起始因子：IF：IF-1；IF-2；IF-3。延伸因子：延伸因子：EF：EF-Tu；EF-Ts；EF-G。终止因子：终止因子：RF：RF-1；RF-2；RF-3。第31页，本讲稿共37页315氨基酰氨基酰-tRNA合成酶：催化氨基酸与合成酶：催化氨基酸与tRNA结合形成结合形成tRNA-a.
19、a,具有特异性具有特异性.1.起始阶段起始阶段:IF-3+30S mRNA fmet-tRNAfmet-IF-2-GTP(IF-1促进该三元复合物形成促进该三元复合物形成)50S 释放释放IF-1,IF-2,IF-3,GDP,Pi形成形成70S.mRNA.fmet-tRNAfmet 三元起始复合物三元起始复合物.(二二)氨基酸的活化氨基酸的活化:tRNA+a.a tRNA-a.a(三三)翻译过程翻译过程:三个阶段三个阶段第32页，本讲稿共37页32第33页，本讲稿共37页332.延长阶段延长阶段:许多循环组成，每个循环包括三步许多循环组成，每个循环包括三步（1）进位）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）转肽：肽键形成（3）移位）移位:：A位位 P位位.第34页，本讲稿共37页343 终止阶段终止阶段:当进入当进入终止密码子时终止密码子时.第35页，本讲稿共37页35二、真核生物蛋白质合成的特点二、真核生物蛋白质合成的特点：与原核生物基本相同与原核生物基本相同1肽链的折叠肽链的折叠2各种共价修饰各种共价修饰3水解修饰水解修饰4亚单位聚合亚单位聚合三、肽链的翻译后加工肽链的翻译后加工第36页，本讲稿共37页36修饰水解成熟的分泌蛋白高尔基体中切除部分肽段/修饰蛋白原第37页，本讲稿共37页37