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第十章 遗传信息的表达

第十章 遗传信息的表达. 教学目的与要求. 1. 理解基因概念及其发展 2. 掌握原核生物基因调控 3. 掌握真核生物基因调控：复制、转录和翻译三个水平。. 概 念. 反（无）意义链（ antisense strand ）：作为 RNA 合成模板的 DNA 链，方向 3 ' →5 ' 有意义链（ sense strand ）：与反意义链互补、与转录产物如 mRNA 的序列相同的 DNA 链叫有意义链，方向 5 ' →3 ' 这样便于直接识别该区域的 DNA 及其转录产物 RNA 的密码子和各种调控信号的碱基顺序。. 基因与性状.

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第十章 遗传信息的表达

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Presentation Transcript

  1. 第十章 遗传信息的表达 教学目的与要求 1. 理解基因概念及其发展 2. 掌握原核生物基因调控 3. 掌握真核生物基因调控：复制、转录和翻译三个水平。

  2. 概 念 • 反（无）意义链（antisense strand）：作为RNA合成模板的DNA链，方向3'→5' • 有意义链（sense strand）：与反意义链互补、与转录产物如mRNA的序列相同的DNA链叫有意义链，方向5'→3' • 这样便于直接识别该区域的DNA及其转录产物RNA的密码子和各种调控信号的碱基顺序。

  3. 基因与性状 • 例一 人体内苯丙氨酸代谢 苯丙酮尿症 白化病 苯丙氨酸— —酪氨酸——3，4-二羟苯丙氨酸 羟化酶 酪氨酸酶 黑色素 • 例二 镰刀型红细胞贫血症 β 链上的第六位谷氨酸——缬氨酸 血红蛋白正常 镰刀型

  4. 基因的转录 • RNA的合成 nATP nGTP RNA+4nppi nCTP NUTP ※RNA聚合物最初在1959年由四个不同的研究小组在细菌中发现，后来在真核生物中发现。

  5. 共同特性： • 起始RNA合成，不需引物 • 以双链DNA中的一条链或单链DNA为模板，按碱基配对原则，合成互补的RNA链，方向为5′—3′ • 以四种核糖核苷酸为底物 • 只具聚合活性而不具降解核苷酸链的核酸酶活性

  6. 启动子（promoter） • DNA链上与RNA聚合酶结合的区域 • 为了描述碱基的相对位置，一般把某一位点前面靠5′端的顺序叫上游，后面靠3′端的顺序叫下游。 • 转录从特定的位点开始，通常将转录起点的第一个碱基记作+1，下游方向依次为+2、+3……,上游方向依次为-1、-2、-3……。

  7. 原核生物的启动子 识别部位（sextama盒） 结合部位转录起点 16-19bp 5-9bp ※pribnow盒的六个保守碱基 5′ T80 A95 T45 A60 A50 T96 3′ -12 –11 -10 -9 -8 -7

  8. 真核生物的启动子 启动子 TATA盒（Hogness盒），又称选择子 5′ T82 A97 T93 A85 A63 A83 A50 3′ T37 T33 GC盒；CAAT盒；增强子

  9. 转录的过程 • 转录是基因表达的第一步，分为起始、延伸和终止。以E.coli为例，见P115 • RNA聚合酶=δ因子+核心酶 全 酶

  10. 转录的起始 • 酶与启动子结合 • 解链 • 形成三元复合物 • 二核苷酸形成

  11. 链的延伸 • δ 因子的释放 • 酶的移动 • 链的进一步延伸 • 酶的进一步移动 ※RNApolase无校正功能，故出现差错的机率较大，有待于以后加工修正。

  12. 转录的终止 • 需要ρ 因子的转录终止 • 不依赖ρ 因子的转录终止

  13. 转录的后加工 • 也称后成熟，是对转录后的前体mRNA、 tRNA、rRNA进行加工，成为成熟的、有功能的mRNA、 tRNA、rRNA过程。 • 包括 切割（cutting）：由核酸内切酶将RNA成段切开；修剪（trimming）：由核酸外切酶将末端附加核苷酸逐个切除；剪接（splicing）：将内含子切除，外显子连接。

  14. mRNA前体分子加工 • 原核生物的mRNA一般不需加工 • 真核生物mRNA的加工包括①戴帽，即在5′端加一个帽子，结构为m7G（ 5′）-P-P-P- （ 5′） Nm②加尾，在3′端加上约190个多聚A尾巴③甲基修饰，每个一段加一甲基取代H，以增加稳定性④剪辑（剪接、编辑），由核酸内切酶切除内含子，再由连接酶将外显子连接。

  15. tRNA前体分子的加工 • 其二级结构见P125 • 加工过程包括①修饰 尿苷（U）→假尿苷（Ψ）；核苷甲基化②剪辑，除去内含子或间隔序列③加臂，在3′端加上-C-C-A-OH三个碱基，末端的-OH能与氨基酸结合，形成tRNA的“手臂”，用于捕捉氨基酸，完成tRNA的转运功能。 • 三维空间结构：倒L型

  16. rRNA前体分子的加工 • 包括切割、修剪、剪接和核苷酸的修饰，最终形成16SrRNA、23SrRNA、5SrRNA • 一种特殊的rRNA加工方式 嗜热四膜虫（Tetrahymena thermophila）—自我剪接 • 核酶（ribozyme）：此过程不需酶蛋白、也不需能量，只需要一价和二价阳离子和含有3′-OH的GTP或GDP或干脆是鸟苷均可，我们把这种具有催化活性的RNA。

  17. 四膜虫rRNA自我剪接图解

  18. 翻译过程概貌 翻译（translation）：由核糖体解读包含在mRNA分子中的遗传信息，以mRNA为模板将氨基酸装配成特定肽链的过程。 • 包括：起始、延伸、终止 • 模板：mRNA；引导：tRNA； • 方式：反密码子与密码子配对； • 过程：核糖体+mRNA→tRNA携带aa与核糖体结合→下一个aa进入核糖体→两个aa分子间形成肽键→肽链延长。

  19. 几个重要概念 • 关于遗传密码 • 密码子 三联体密码 • 遗传密码的破译，60年代，M.Nirenberg和H.G.Khorana • 遗传密码的特点①简并性：指一种aa有一种以上密码子的现象，其生物学意义使密码子与aa之间有一定的“宽松度”，从而降低碱基变异对生物体的影响②通用性，从细菌、病毒到植物、动物及人类。

  20. 蛋白质的生物合成和加工 • 核糖体（ribosome） 原核生物 真核生物 小亚基 30S 40S 大亚基 50S 60S • 酶和蛋白因子： ①氨酰tRNA-合成酶 ②起始因子IF1、IF2、IF3 ③延伸因子EF-Tu、EF-Ts、EF-G ④终止因子RF-1、RF-2、RF-3 • 其他组分：ATP、Mg2+、肽基转移酶等。

  21. 蛋白质的合成过程 • 起始 • 形成fMet-tRNA fMet（甲酰甲硫氨酸） • 30S起始复合物的形成 30S+mRNA IF3 30S-mRNA-IF3 fMet-tRNA+GTP+IF1+IF2 IF3 30S-mRNA-fMet-tRNA-GTP、IF1、IF2 • 70S起始复合物的形成 50SGTP GDP+Pi IF1、IF2 70S-mRNA-fMet-tRNA

  22. 延伸 • 核糖体大亚基上的两个位点：P位和A位 P位（供体部位） 接受肽 ；A位（受体部位） 接受酰氨基

  23. 终止及翻译后加工 • 终止：终止密码子UAA、UAG、UGA出现在A位，在RF-1、RF-2帮助下，使新生肽链从核糖体上释放出来，接着核糖体离开mRNA，重新解离成50S、30S。 • 翻译后加工： • 由氨肽酶将fMet切除 • 二硫键形成 –S-S- • aa的修饰：磷酸化、糖基化、乙酰化和羟基化 • 肽链切除

  24. 本章小结 1.基因的概念、表达、调控和新发展 2.原核生物在转录和翻译水平上的调控 操纵子模型：乳糖操纵子、色氨酸操纵子、和阿拉伯糖操纵子模型 3.真核生物的三个水平调控 DNA水平：基因扩增、DNA重排、DNA甲基化

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