分子生物学第五讲

1、分子生物学第五讲第1页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一 转录: 在RNA聚合酶（RNA Polymerase）的催化下，以DNA为模板合成RNA的过程 。Review of last class第2页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一转录的不对称性(asymmetric transcription ) DNA链上只有部分区段作为转录模板(反义链或模板链),且模板链并非自始至终位于同一股DNA单链上，称为转录的不对称性。有义链(Sense strand) 与mRNA序列相似的那条DNA链称为有义链，又叫编码链.第3页，共59页，2022年，5月20日

2、，19点35分，星期一启动子(Promoter)：位于DNA分子上专一与RNA聚合酶结合并决定转录起始的一段序列。 转录单元：一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。包括上游调控区、结构基因区、下游转录终止区三个部分。第4页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一转录起始（Initiation） (模板识别 Template recognition) RNA聚合酶与DNA结合寻找启动子解开DNA双螺旋起始位点合成RNA第5页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一RNA polymerase II位于核质中用于所有蛋白质编码基因mRNA前体的合成前体mRNA需

3、经过加帽、加尾及剪接等加工过程。第6页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一复制和转录相同点：都以DNA为模板合成方向均为53方向都需要依赖DNA的聚合酶遵循碱基互补配对规律原料为核苷酸产物为多聚核苷酸链第7页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一 1、DNA复制时，以35方向的母链作为模板，指导新合成的链以53方向进行连续合成的链称为 。另一条非连续合成的链称作 ，该合成链上有许多被称作 片段的不连续片段。 2、RNA有三种基本类型，它们是 、 和 。 3、下列过程不属于转录起始的是（ ） A、RNA聚合酶与DNA结合 B、寻找启动子 C、解开DNA双螺旋

4、 D、在核心酶作用下， NTP不断聚合 4、A gene with 6 exons is expected to have（ ） A、5 introns B、6 introns C、7 introns D、incertitude第8页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一顺式作用元件(cis-acting element)：影响自身基 因表达活性的非编码DNA序列，包括启动子、增强子、沉默子等（1）启动子：在DNA分子中，RNA聚合酶能够识别、结合并导致转录起始的序列。（2）增强子：能从启动子的上游或下游数千个碱基处激活转录的序列元件（3）沉默子：某些基因含有负性调节元件沉默

5、子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。第9页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一反式作用因子(trans-acting factors)能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子。 反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptional factors, TF)。 第10页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一End of Review第11页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一第12页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一第1

6、3页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一桃基因组测序完成，2013, 3.24 Nature Genetics第14页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一第15页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一粗山羊草基因组测序完成注：拟斯卑尔脱山羊草 BB 第16页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一 流感病毒可分为甲（）、乙（）、丙（）三型。其中，甲型流感依据流感病毒血凝素蛋白（hemagglutinin，HA）的不同可分为1-16种亚型（H1H16）， 根据病毒神经氨酸酶蛋白（neuraminidase, NA）的不同可

7、分为1-9种亚型（N1N9），HA不同亚型可以与NA的不同亚型相互组合形成不同的流感病毒。Beware the New Bird Flu H7N9 血凝素蛋白呈柱状，能与人、鸟、猪豚鼠等动物红细胞表面的受体相结合引起凝血。血凝素蛋白水解后分为轻链和重链两部分，后者可以与宿主细胞膜上的唾液酸受体相结合，前者则可以协助病毒包膜与宿主细胞膜相互融合。 第17页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一 神经氨酸酶蛋白是一个呈蘑菇状的四聚体糖蛋白，具有水解唾液酸的活性，当成熟的流感病毒经出芽的方式脱离宿主细胞之后，病毒表面的血凝素会经由唾液酸与宿主细胞膜保持联系，需要由神经氨酸酶将唾液酸

8、水解，切断病毒与宿主细胞的最后联系。 因此神经氨酸酶是流感治疗药物的一个作用靶点，针对该酶设计的奥司他韦（Oseltamivir）是著名的抗流感药物之一，商品名叫达菲 （Tamiflu）。 第18页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一内容提要 1、基本概念2、遗传密码3、核蛋白体是多肽链合成的装置4、tRNA与氨基酸的活化5、蛋白质生物合成过程第19页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一第20页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一1. 概念翻译：翻译是指以mRNA为模板，把核苷酸三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽 链的过程

9、。 蛋白质合成的场所是? 蛋白质合成的模板是? 模板与氨基酸之间的接合体是? 蛋白质合成的原料是?tRNA 温故部分概念 P122第21页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一20种氨基酸(a.a.)作为原料酶及众多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括 三种RNAmRNA（messenger RNA, 信使RNA）rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA）tRNA（transfer RNA, 转移RNA）第22页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一2. 遗传密码原核生物的多顺反子（polycistro

10、nic）真核生物的单顺反子（monocistronic）非编码序列核蛋白体结合位点起始密码子终止密码子编码序列PPP53蛋白质PPPmG -53蛋白质第23页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一 mRNA上存在遗传密码mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(triplet coden)。起始密码(initiation codon): AUG 终止密码(termination codon): UAA，UAG，UGA 第24页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一遗传密码

11、表第25页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。 Complete CDS and deduced amino acid sequence of BcPRO in Brassica campestris ssp. chinenesis. BcPRO gene is 405 bp in length encoding 135 amino acids. 第26页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一 连续性(Commaless)遗

12、传密码的特点编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致移码突变(frameshift mutation)。 第27页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一简并性(Degeneracy)遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。第28页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一通用性(universal)蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。密码的通用性进

13、一步证明各种生物进化自同一祖先。 第29页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一摆动性(Wobble)转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码子与密码子之间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。 tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, CUG第30页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一内容提要 1、基本概念2、遗传密码3、核蛋白体是多肽链合成的装置4、tRNA与氨基酸的活化5、蛋白质生物合成过程第31页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期

14、一3、核蛋白体是多肽链合成的装置第32页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质rpS 21种rpL 36种rpS 33种rpL 49种 不同细胞核蛋白体的组成 核蛋白体是细胞质和线粒体中无膜包裹的颗粒状细胞器，具蛋白质合成功能。核蛋白体包括RNA 和蛋白质，直径为20-25nm 。 第33页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一原核生物翻译过程

15、中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位(exit site)第34页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一4、tRNA与氨基酸的活化反密码环 氨基酸臂（Amino arm）第35页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一tRNA的三级结构示意图第36页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰-tRNA合成酶氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)氨基酸的活化第37

16、页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一第一步反应氨基酸 ATP+E 氨基酰-AMP-E PPi 第38页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一第二步反应氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP E第39页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 第40页，共59页，2022年，5月20日，1

17、9点35分，星期一补充说明： 大小亚基：小亚基结合mRNA和tRNA（A位氨基酰tRNA 和肽酰tRNA） 大亚基则催化肽键的形成。第41页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一翻译的起始(initiation)翻译的延长(elongation)翻译的终止(termination )整个翻译过程可分为 ：翻译过程从阅读框架的5-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。 5、蛋白质生物合成过程第42页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一（1）肽链合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物 (t

18、ranslational initiation complex)。原核、真核生物各种起始因子的生物功能 促进核蛋白体分离成大小亚基eIF-6促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-5eIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PABeIF-4GeIF-4F复合物成分，结合mRNA5帽子eIF-4E结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUGeIF-4BeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基IF-4A最先结合小亚基促进大小亚基分离eIF-2B，eIF-3促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2真核生物促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA敏感性 IF-3促进

19、起始tRNA与小亚基结合 IF-2占据A位防止结合其他tRNAIF-1原核生物生物功能起始因子促进核蛋白体分离成大小亚基eIF-6促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-5eIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PABeIF-4GeIF-4F复合物成分，结合mRNA5帽子eIF-4E结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUGeIF-4BeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基IF-4A最先结合小亚基促进大小亚基分离eIF-2B，eIF-3促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2真核生物促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA敏感性-3促进起始tRNA与小

20、亚基结合-占据A位防止结合其他tRNAIF-1原核生物生物功能起始因子第43页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一原核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；起始氨基酰-tRNA的结合； 核蛋白体大亚基结合。第44页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一lF1、3met-GTP-lF230S50SGDP+PilF2,fmetfmet30S50SlF1、3mRNAGTP第45页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一与原核生物的差异 1）核蛋白体真核生物80S（40S+60S），原核生物70S; 2）起始因子（e

21、IF）有10种，结构上与原核IF差别很大； 3）起始蛋氨酰-tRNA不需甲酰化； 4）mRNA结构不同，有5帽子结构和3多聚A 5）起始复合物形成过程不同第46页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一 起始过程1）大小亚基的解离2) Met-tRNAimet-GTP-eIF2eIF-3eIF4c小亚基第47页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一3）mRNA结合到小亚基： 所需因子：eIF-3、eIF-1、eIF-4A、eIF-4B，由ATP提供能量。 结合过程：通过帽结合因子（CBP：eIF-4E、eIF-4F）与 mRNA 的帽结合，转移至小亚基。mRN

22、A在小亚基上向下游移动，使起始密码 AUG在tRNAimet的反密码位置结合，开始翻译。4）通过eIF-5的作用，小亚基与大亚基结合，形成起始复合物。第48页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一帽结合蛋白（CBP）种类： CBP eIF-4E CBP eIF-4F 功能：与mRNA的帽子结构结合 CBP 具有解旋酶和ATP酶活性。第49页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、 eIF-6 elF-3GDP+Pi各种elF释放elF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, e

23、lF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻译起始复合物形成过程第50页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一（2）肽链合成延长指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸， 包括以下三步：进位(entrance)成肽(peptide bond formation)转位(translocation)第51页，共59页，2022年，5月20日，19点35分，星期一延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor, EF)原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)、EF-G真核生物：EF-1 、EF-2 原核延长因子生物功能对应真核延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基EF-1-EFG有转