《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成共106张课件

21、没有人陪你走一辈子，所以你要适应孤独，没有人会帮你一辈子，所以你要奋斗一生。22、当眼泪流尽的时候，留下的应该是坚强。23、要改变命运，首先改变自己。24、勇气很有理由被当作人类德性之首，因为这种德性保证了所有其余的德性。--温斯顿．丘吉尔。25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的，它只是让人们的脚放上一段时间，以便让别一只脚能够再往上登。《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成21、没有人陪你走一辈子，所以你要适应孤独，没有人会帮你一辈子，所以你要奋斗一生。22、当眼泪流尽的时候，留下的应该是坚强。23、要改变命运，首先改变自己。24、勇气很有理由被当作人类德性之首，因为这种德性保证了所有其余的德性。--温斯顿．丘吉尔。25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的，它只是让人们的脚放上一段时间，以便让别一只脚能够再往上登。《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成医学细胞生物学

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cellBiologycellBiology第九章基因信息的传递与蛋白质合成21、没有人陪你走一辈子，所以你要适应孤独，没有人会帮你一辈1《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成共106张课件2《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成共106张课件3《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成共106张课件4《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成共106张课件51952年，Hershey和Chase噬菌体感染实验cellBiology1952年，Hershey和Chase噬菌体感染实验cel6RNA也是遗传物质

1956年A.Gierer和G.Schraman发现烟草花叶病毒（tobaccomosaicvirus,TMV），其遗传物质是RNA。

烟草花叶病毒(TMV)是一种RNA病毒，不含DNA，它有一个圆筒状的蛋白质外壳，由2130个相同的亚基组成，内有一条RNA分子，沿着内壁在蛋白质亚基之间盘旋。cellBiologyRNA也是遗传物质1956年A.Gierer和G.S7RNA是遗传物质1957年美国的HeinzFraenkel-Conrat和B.Singre用重建实验证实了RNA是遗传物质cellBiologyRNA是遗传物质1957年美国的HeinzFraenkel8cellBiology第一节基因及其结构

基因是DNA分子中一段具有生物功能的核苷酸序列，控制着生物某一特定的性状。基因结构基因：指编码非调控因子的任何蛋白质和

RNA的基因，其表达产物如结构蛋

白、酶、rRNA和tRNA等。调控基因：通过编码蛋白质或RNA来调节其他

基因的表达。一、基因及其信息流向cellBiology第一节基因及其结构基因是D9cellBiology

基因组：是指细胞或生物体的一套完整的单倍体遗传物质，是所有染色体上全部基因和基因间的DNA的总和，它含有一个生物体进行各种生命活动所需要的全部遗传信息。蛋白质是生命活动的执行者！cellBiology基因组：是指细胞或生物体的一10cellBiology中心法则：

遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的流动。中心法则包括：1、DNA的复制

2、RNA的转录

3、蛋白质的翻译此外，逆转录和RNA复制是对中心法则的补充。cellBiology中心法则：中心法则包括：1、DNA的11cellBiology二、基因的结构及其特点（一）原核细胞的基因结构cellBiology二、基因的结构及其特点（一）原核细胞12启动子：位于结构基因上游的一段DNA序列，它

是RNA聚合酶识别和结合的部位，可以

控制在同一条DNA上紧密连接的一个或

几个基因的转录。转录起始点：DNA模板链上开始进行转录作用的位点，以“+1”标识。从起始点开始顺着转录方向的区域称为下游，用+标识；从起始点开始逆着转录方向的区域称为上游，用-标识。cellBiology启动子：位于结构基因上游的一段DNA序列，它转录起始点：ce13识别部位：-35区（TATA盒）结合部位：-10区（Pribnow盒）cellBiology识别部位：-35区（TATA盒）结合部位：-10区（Prib14cellBiology（二）真核细胞的基因结构真核细胞的基因序列由编码区和非编码区组成。内含子：基因内部能够被转录，但不能指导蛋白

质生物合成的非编码序列；外显子：基因内部能够被转录，并指导蛋白质生物合成的编码序列；cellBiology（二）真核细胞的基因结构真核细胞的基15cellBiologycellBiology16cellBiologyGT-AG法则：在内含子的5’端多以GT开始，3’端

多以AG结束。这是普遍存在于真核细胞基因RNA剪接的识别信号。cellBiologyGT-AG法则：在内含子的5’端多以17cellBiology真核生物启动子：TATA盒（-25~-35bp）

CAAT盒（-70~-80bp）

GC盒（-80~-110bp）cellBiology真核生物启动子：TATA盒（-25~18cellBiology终止子：存在于基因末端具有转录终止功能的特定

序列，转录后形成发夹结构，使RNA聚合

酶从模板上脱离，终止转录。cellBiology终止子：存在于基因末端具有转录终止功19cellBiology真核细胞和原核细胞mRNA的区别cellBiology真核细胞和原核细胞mRNA的区别20cellBiology基因家族基因家族是真核细胞基因组中来源相同、结构相似、功能相关的一组基因，是由一个祖先基因经重复和变异形成的。按照在基因组中的分布不同，基因家族可分为两类：1、基因簇—基因家族成员成簇存在，串联排列于染色体区段上；2、基因家族成员分散存在，广泛分布于整个染色体，甚至不同染色体上。cellBiology基因家族基因家族是真核细胞基21cellBiology组蛋白基因簇cellBiology组蛋白基因簇22cellBiology人血红蛋白亚基cellBiology人血红蛋白亚基23cellBiology假基因：在基因家族中，有些成员不能产生有功能的基因产物，称为假基因。假基因或是不能转录，或是转录后生成无功能的基因产物。但他们在核苷酸序列上与有功能的基因相似，可能来源于同一祖先基因。cellBiology假基因：在基因家族中，有些成员不能产24cellBiology单一序列：在真核细胞基因组中编码蛋白质的基因

一般只有一个或几个拷贝，这称为单一

序列；中序重复序列：有相对较短的序列组成，重复次数

在10~1000之间。与基因调控有关。高度重复序列：由基因组中非常短的序列组成，重

复次数在几千次以上。真核基因组中含有大量的DNA重复序列：cellBiology单一序列：在真核细胞基因组中编码蛋白25cellBiology第二节基因的转录和转录后加工一、基因转录的一般特点cellBiology第二节基因的转录和转录后加工一、基26cellBiology

在双链DNA中，作为转录模板的链称为模板链或反义链，即与mRNA互补的DNA链；

与模板链互补的另一条链称为编码链或有意链，该链与转录产物的序列相同。

模板链并非总在同一单链上。cellBiology在双链DNA中，作为转录模板27cellBiology不对称转录：在DNA双链的某一区段，以其中一条单链为模板，而在另一区段，以其相对应的互补链为模板。这种DNA链的选择性转录也称为不对称转录。

RNA的合成方向是5’→3’，并且在RNA合成中不需要引物。cellBiology不对称转录：RNA的合成方向28cellBiology二、原核细胞的基因转录cellBiology二、原核细胞的基因转录29cellBiology原核细胞基因转录的基本过程分为三个阶段：1、转录的起始阶段

RNA聚合酶的σ亚基识别基因上游的启动子，使全酶与启动子结合形成复合物。开始合成RNA，当RNA链延长到8~9个核苷酸后，σ亚基从全酶上解离出来，转录起始完成。cellBiology原核细胞基因转录的基本过程分为三个阶30cellBiology2、转录的延长阶段

核心酶沿模板链3’→5’方向移动，使RNA链以5’→3’方向不断延长。cellBiology2、转录的延长阶段核心酶沿模31cellBiologycellBiology3、转录的终止阶段原核细胞中转录终止有两种形式：（1）ρ因子依赖性终

止：ρ因子在转

录终止点与RNA

聚合酶结合，使

RNA链脱离；cellBiologycellBiology3、转录的终32cellBiology（2）ρ因子非依赖性终止：由新合成RNA链形

成局部发夹结构，使RNA聚合酶不再向下

移动，磷酸二酯键停止形成，RNA从模板

上脱离。cellBiology（2）ρ因子非依赖性终止：由新合成R33cellBiology4、转录后加工cellBiology4、转录后加工34cellBiology三、真核细胞的基因转录和转录后加工cellBiology三、真核细胞的基因转录和转录后加工35cellBiology真核细胞中含有多种RNA聚合酶。cellBiology真核细胞中含有多种RNA聚合酶。36cellBiology

真核细胞中mRNA是RNA中唯一具有编码蛋白质功能的RNA分子，其前体是在RNA聚合酶Ⅱ催化下转录形成的不均一核RNA（hnRNA），hnRNA经过剪切修饰称为成熟的mRNA。1、真核细胞mRNA的转录及其转录后加工cellBiology真核细胞中mRNA是RNA中37cellBiology真核细胞中的转录因子cellBiology真核细胞中的转录因子38cellBiology真核细胞mRNA转录的起始cellBiology真核细胞mRNA转录的起始39cellBiology真核细胞mRNA的剪接修饰：

包括5’加帽、3’加尾、剪接。cellBiology真核细胞mRNA的剪接修饰：40cellBiology5’加帽在mRNA前体5’端的第一个核苷酸上以5’-5’焦磷酸键连上一个三磷酸鸟嘌呤。并使鸟嘌呤7位氮原子甲基化，形成7-甲基鸟嘌呤三磷酸的帽子结构，同时在原来第一个核苷酸的2’-O也进行甲基化。cellBiology5’加帽在mRNA前体5’端41cellBiology甲基转移酶鸟嘌呤核苷酸转移酶cellBiology甲基转移酶鸟嘌呤核苷酸转移酶42cellBiology5’加帽的作用：1、封闭mRNA5’端，使其不能再加接核苷酸，同

时也防止转运时被核酸酶水解，增强mRNA的

稳定性；2、帽子结构能被核糖体小亚基识别，有利于mRNA

最初翻译的准确性。cellBiology5’加帽的作用：433’加尾（polyA）在腺苷酸聚合酶的作用下，mRNA前体3’端加上由200~250个腺苷酸组成的多聚腺苷酸（poly-A）尾巴。

功能：1、稳定mRNA3’端，防止被核酸酶水解；2、有利于mRNA由核到细胞质的运输。3’加尾（polyA）在腺苷酸聚合酶的作44cellBiologymRNA的剪接剪接就是将RNA前体分子中内含子切除，将外显子拼接的过程。完成hnRNA剪接需要三个必须的序列：

5’GU序列

3’AG序列分支点cellBiologymRNA的剪接剪接就是将RN45

mRNA前体的剪接是通过剪接体完成的。剪接体大小为60S，有数种小分子细胞核糖核蛋白颗粒（snRNP）组成。

snRNP有snRNA和蛋白质组成。snRNA有U1、U2、U3、U4、U5和U6，其中U6有RNA聚合酶Ⅲ转录，其他均有RNA聚合酶Ⅱ转录。mRNA前体的剪接是通过剪接46《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成共106张课件472、真核细胞rRNA的转录及其转录后加工cellBiology

每个rRNA基因由3个外显子和2个内含子组成，3个外显子依次编码18SrRNA、5.8SrRNA、28SrRNA的前体序列，共同组成一个转录单位。2、真核细胞rRNA的转录及其转录后加工cellBiolo48cellBiologycellBiology49rRNA的剪接——自身剪接cellBiologyrRNA的剪接——自身剪接cellBiology50cellBiology3、真核细胞tRNA的转录及其转录后加工在真核细胞中含有多个编码tRNA的基因，它们成簇存在并被间隔区分开，在RNA聚合酶Ⅲ的作用下转录成tRNA前体。cellBiology3、真核细胞tRNA的转录及其转录后51cellBiology真核细胞tRNA的加工：1、剪接2、化学修饰3、3’末端加CCA其中化学修饰包括：甲基化反应、还原反应、

核苷内转位反应、脱氨基反应cellBiology真核细胞tRNA的加工：其中化学修饰52cellBiology4、5SrRNA的转录及其转录后加工cellBiology4、5SrRNA的转录及其转录后加53cellBiology第三节蛋白质的生物合成

mRNA指导蛋白质的合成，这是基因表达的第二步，即翻译。mRNA——翻译的模板，决定蛋白质中的氨基酸顺序；tRNA——运输工具，携带氨基酸准确进入指定位置；rRNA——与多种蛋白质组成核糖体，作为蛋白质合

成的装配机器。cellBiology第三节蛋白质的生物合成mR54cellBiology一、遗传信息翻译的基本原理密码子：在mRNA链上3个相邻的碱基可以决定一

个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体被

称为密码子。遗传密码：mRNA上的碱基排列顺序叫做遗传密码。四种核苷酸可以组成64个三联体密码子。cellBiology一、遗传信息翻译的基本原理密码子：在55cellBiology遗传密码表cellBiology遗传密码表56cellBiology遗传密码的特点：1、通用性2、简并性3、连续性4、方向性终止密码子：UAA、UAG、UGA起始密码子：AUGcellBiology遗传密码的特点：1、通用性终止密码子57cellBiology蛋白质合成的接合器——tRNA

tRNA既能够识别mRNA上的密码子，又能够携带特定的氨基酸。cellBiology蛋白质合成的接合器——tRNA58cellBiologyATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步AMP第二步E3-氨酰-tRNA氨基酸

tRNA通过其3’端的CCA序列上的-OH与活化的氨基酸结合。该过程包括两步反应：1、氨基酸的活化2、形成氨酰-tRNA

这两步反应均在氨酰tRNA合成酶的催化下进行。cellBiologyATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi59cellBiology

tRNA反密码子环中的反密码子通过碱基互补原则识别mRNA上的密码子。不同的tRNA分子有不同的反密码子。cellBiologytRNA反密码子环中60cellBiology

摆动性：一般来讲，密码子的前两位碱基在和反密码子配对时，遵循正常的碱基互补配对原则，而第三位碱基的配对有一定的灵活性，即反密码子的第三个碱基可与密码子的第三个碱基不配对，这就是密码子和反密码子配对的摆动性。cellBiology摆动性：一般来讲，密码子的前61cellBiologycellBiology62cellBiology二、蛋白质合成的场所——核糖体原核细胞和真核细胞核糖体成分的比较cellBiology二、蛋白质合成的场所——核糖体原核细63核糖体上存在的活性部位：1、mRNA结合位点2、P位点3、A位点4、转肽酶活性部位5、参与蛋白质合成的因子的结合部位cellBiologyE位点：结合空载的tRNA核糖体上存在的活性部位：cellBiologyE位点：结合64cellBiologycellBiology65cellBiology

SD序列：位于原核生物的mRNA5’端起始密码子上游一段富含嘌呤的序列，它能够与30S小亚基上的16SrRNA3’端的富含嘧啶的序列互补结合，从而指导mRNA的起始密码子正确定位在30S小亚基的P位点，又称为核糖体结合位点。cellBiologySD序列：位于原核生物的mR66cellBiology三、蛋白质合成的一般过程蛋白质生物合成可分为五个阶段，即氨基酸的活化、多肽链合成的起始、肽链的延长、肽链的终止和释放、蛋白质合成后的加工修饰。cellBiology三、蛋白质合成的一般过程蛋白671、氨基酸的活化在氨酰-tRNA合成酶作用下，氨基酸的羧基与tRNA3’末端的CCA-OH缩合成氨酰-tRNA。ATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步AMP第二步E3-氨酰-tRNA氨基酸1、氨基酸的活化ATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步A682、多肽链合成的起始具有启动作用的氨酰-tRNA在原核细胞是甲酰甲硫氨酰-tRNA，在真核细胞是甲硫氨酰-tRNA。2、多肽链合成的起始具有启动作用的氨酰-tRNA在原核693、多肽链的延长——核糖体循环核糖体循环包括进位、成肽、移位三个步骤。延长因子：

EF-TuEF-Ts3、多肽链的延长——核糖体循环核糖体循环包括进位、成704、肽链的终止和释放

原核细胞的释放因子(RF)有三种，RF-1识别UAA和UAG，RF-2识别UAA和UGA，RF-3结合GTP并促进RF-1、RF-2与核糖体的结合。真核细胞的释放因子为eRF1，它可识别3种终止密码子。4、肽链的终止和释放原核细胞的释放因子(RF)有三71肽链合成终止过程包括三个步骤：1、终止密码的辨认2、肽链和mRNA等释出3、核糖体大小亚基解聚肽链合成终止过程包括三个步骤：72cellBiology多聚核糖体：多个核糖体结合到一个mRNA分子上，成串排列，形成蛋白质合成的功能单位，称为多聚核糖体。cellBiology多聚核糖体：73cellBiology四、肽链合成后的加工修饰一级结构的修饰：1、肽链氨基酸的修饰2、共价修饰3、多肽链的水解修饰高级结构的修饰：1、亚基聚合2、多肽折叠3、辅基连接cellBiology四、肽链合成后的加工修饰一级结构的修74cellBiology真核细胞内蛋白质的降解主要有两种途径：1、溶酶体的吞噬2、依赖泛素-蛋白酶体对蛋白质的降解cellBiology真核细胞内蛋白质的降解主要有两种途径75cellBiology第四节基因表达的调控

基因表达的调控一般表现为正性调控和负性调控，前者使基因表达量增加，后者则是使基因表达量减少。cellBiology第四节基因表达的调控基因表76cellBiology一、基因表达的一般特点1、基因表达具有时间性和空间性时间特异性：按照功能需要，某一特定基因的表达

严格按照一定的时间顺序发生，这称

为基因表达的时间特异性。阶段特异性：多细胞生物从受精卵到组织、器官形

成的各个不同发育阶段，都会有不同

的基因严格按照自己特定的时间顺序

开启或关闭，表现为分化、发育阶段

一致的时间性，也称为阶段特异性。cellBiology一、基因表达的一般特点1、基因表达具77cellBiology空间特异性：一种基因产物在个体的不同组织或器

官中表达，即在个体的不同空间出现，

这就是基因表达的空间特异性。组织特异性：不同组织细胞中不仅表达的基因数量

不相同，而且基因表达的强度和种类

也各不相同，这就是基因表达的组织

特异性。cellBiology空间特异性：一种基因产物在个体的不同78cellBiology2、基因表达有组成性表达和可诱导/阻遏表达两种方式组成性表达是指不太受环境变动而变化的一类基因表达。

管家基因是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的。如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因与核糖体蛋白基因等。cellBiology2、基因表达有组成性表达和可诱导/阻79cellBiology

诱导/阻遏表达：又称适应性表达，指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。

诱导：应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导，这类基因被称为可诱导的基因。阻遏：随环境条件变化而基因的表达水平降低的现象称为阻遏，相应的基因被称为可阻遏的基因。cellBiology诱导/阻遏表达：又称适应性表80cellBiology二、原核基因的表达调控转录调控是原核生物基因表达调控的关键步骤。原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制实现的。操纵子由结构基因和表达调控元件组成，是原核细胞中最常见的表达调控单位。原核基因表达调控最典型的代表是大肠杆菌乳糖操纵子调控模式。cellBiology二、原核基因的表达调控转录调81cellBiology

大肠杆菌乳糖操纵子含LacZ、LacY和LacA三个结构基因，分别编码β-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷通透酶和β-半乳糖苷乙酰转移酶，此外还有一个操纵子序列Olac、一个启动子序列Plac及一个调节基因LacI。cellBiology大肠杆菌乳糖操纵子含LacZ82cellBiology代谢物激活蛋白（CAP）cellBiology代谢物激活蛋白（CAP）83cellBiology

大肠杆菌的乳糖操纵子调控机制包括正、负调控两种方式。1、阻遏蛋白的负性调控cellBiology大肠杆菌的乳糖操纵子调控机制84cellBiologycellBiology85cellBiology2、CAP的正性调控cellBiology2、CAP的正性调控86cellBiology

大肠杆菌中的cAMP含量与葡萄糖的分解代谢有关，当大肠杆菌利用葡萄糖功能时，cAMP含量降低；相反，当环境中无葡萄糖可利用时，cAMP的含量增高。cellBiology大肠杆菌中的cAMP含量与葡87cellBiologycellBiology88cellBiology

当阻遏蛋白封闭转录时，CAP的正性调控不能发挥作用；但是如果没有CAP存在来加强转录活性时，即使阻遏蛋白从操纵序列上解离，乳糖操纵子仍然没有转录活性。可见，上述两种机制相辅相成、互相协调、相互制约。当葡萄糖和乳糖共同存在时，细菌会首先利用葡萄糖。cellBiology当阻遏蛋白封闭转录时，CAP89cellBiology三、真核基因的表达调控

真核细胞基因表达调控可以在转录水平、RNA加工水平、RNA转录水平、RNA转运水平、mRNA的降解水平、翻译水平和蛋白质的活性水平上进行。cellBiology三、真核基因的表达调控真核细90cellBiology1、转录水平的调控

反式作用因子：是指能直接或间接地识别或结合在特异性的DNA（各类顺式作用元件核心序列)上参与调控靶基因转录效率的蛋白质。顺式作用元件：基因表达调节蛋白（反式作用因子）所识别的DNA序列叫做顺式作用元件。cellBiology1、转录水平的调控反式作用因91cellBiologycellBiology92cellBiology真核细胞的顺式作用元件分为：

启动子、增强子、沉默子。增强子是一种能增强真核细胞某些启动子功能的调节序列，不具有启动子的功能，但能增强或提高增强子的活性。cellBiology真核细胞的顺式作用元件分为：93cellBiology真核细胞中的反式作用因子蛋白质的转录因子可包含的结构域：1、DNA结合域2、转录激活域3、连接区常见的转录因子DNA结合域：锌指结构螺旋-转角-螺旋螺旋-环-螺旋亮氨酸拉链

真核基因表达的调节蛋白，又称转录调节因子或转录因子。cellBiology真核细胞中的反式作用因子蛋白质的转录94cellBiology锌指结构cellBiology锌指结构95cellBiologycellBiology96cellBiologycellBiology97basichelix-turnhelix，bHTH3.4nm213+213213213213213-phageCro螺旋-转角-螺旋cellBiologybasichelix-turnhelix，bHTH3.498cellBiologycellBiology99cellBiologybasichelix-loop-helix，bHLH螺旋-环-螺旋cellBiologybasichelix-loop-h100cellBiologybasicleucinezipper，bZIPCOOHNH2COOHNH218152229361815222936LeucineresidueCNCOHCH2CHCH3CH3亮氨酸拉链cellBiologybasicleucinezipp101cellBiologycellBiology102cellBiologycellBiology103cellBiologycellBiology104cellBiology本章知识重点：1、名词：基因、基因组、结构基因、调控基因、中心

法则、外显子、内含子、模板链、编码连、不对称

转录、多聚核糖体、顺式作用元件、反式作用因子2、原核细胞和真核细胞基因结构特点3、原核细胞基因转录的过程及其特点4、真核细胞基因转录后加工（mRNA、tRNA、rRNA）5、蛋白质翻译中mRNA、tRNA、rRNA的功能6、蛋白质合成的一般过程7、乳糖操纵子的正负调控cellBiologycellBiologycellBiology本章知识重点：cellBiolog10566、节制使快乐增加并使享受加强。——德谟克利特

67、今天应做的事没有做，明天再早也是耽误了。——裴斯泰洛齐

68、决定一个人的一生，以及整个命运的，只是一瞬之间。——歌德

69、懒人无法享受休息之乐。——拉布克

70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭66、节制使快乐增加并使享受加强。——德谟克利特10621、没有人陪你走一辈子，所以你要适应孤独，没有人会帮你一辈子，所以你要奋斗一生。22、当眼泪流尽的时候，留下的应该是坚强。23、要改变命运，首先改变自己。24、勇气很有理由被当作人类德性之首，因为这种德性保证了所有其余的德性。--温斯顿．丘吉尔。25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的，它只是让人们的脚放上一段时间，以便让别一只脚能够再往上登。《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成21、没有人陪你走一辈子，所以你要适应孤独，没有人会帮你一辈子，所以你要奋斗一生。22、当眼泪流尽的时候，留下的应该是坚强。23、要改变命运，首先改变自己。24、勇气很有理由被当作人类德性之首，因为这种德性保证了所有其余的德性。--温斯顿．丘吉尔。25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的，它只是让人们的脚放上一段时间，以便让别一只脚能够再往上登。《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成医学细胞生物学

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cellBiologycellBiology第九章基因信息的传递与蛋白质合成21、没有人陪你走一辈子，所以你要适应孤独，没有人会帮你一辈107《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成共106张课件108《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成共106张课件109《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成共106张课件110《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成共106张课件1111952年，Hershey和Chase噬菌体感染实验cellBiology1952年，Hershey和Chase噬菌体感染实验cel112RNA也是遗传物质

1956年A.Gierer和G.Schraman发现烟草花叶病毒（tobaccomosaicvirus,TMV），其遗传物质是RNA。

烟草花叶病毒(TMV)是一种RNA病毒，不含DNA，它有一个圆筒状的蛋白质外壳，由2130个相同的亚基组成，内有一条RNA分子，沿着内壁在蛋白质亚基之间盘旋。cellBiologyRNA也是遗传物质1956年A.Gierer和G.S113RNA是遗传物质1957年美国的HeinzFraenkel-Conrat和B.Singre用重建实验证实了RNA是遗传物质cellBiologyRNA是遗传物质1957年美国的HeinzFraenkel114cellBiology第一节基因及其结构

基因是DNA分子中一段具有生物功能的核苷酸序列，控制着生物某一特定的性状。基因结构基因：指编码非调控因子的任何蛋白质和

RNA的基因，其表达产物如结构蛋

白、酶、rRNA和tRNA等。调控基因：通过编码蛋白质或RNA来调节其他

基因的表达。一、基因及其信息流向cellBiology第一节基因及其结构基因是D115cellBiology

基因组：是指细胞或生物体的一套完整的单倍体遗传物质，是所有染色体上全部基因和基因间的DNA的总和，它含有一个生物体进行各种生命活动所需要的全部遗传信息。蛋白质是生命活动的执行者！cellBiology基因组：是指细胞或生物体的一116cellBiology中心法则：

遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的流动。中心法则包括：1、DNA的复制

2、RNA的转录

3、蛋白质的翻译此外，逆转录和RNA复制是对中心法则的补充。cellBiology中心法则：中心法则包括：1、DNA的117cellBiology二、基因的结构及其特点（一）原核细胞的基因结构cellBiology二、基因的结构及其特点（一）原核细胞118启动子：位于结构基因上游的一段DNA序列，它

是RNA聚合酶识别和结合的部位，可以

控制在同一条DNA上紧密连接的一个或

几个基因的转录。转录起始点：DNA模板链上开始进行转录作用的位点，以“+1”标识。从起始点开始顺着转录方向的区域称为下游，用+标识；从起始点开始逆着转录方向的区域称为上游，用-标识。cellBiology启动子：位于结构基因上游的一段DNA序列，它转录起始点：ce119识别部位：-35区（TATA盒）结合部位：-10区（Pribnow盒）cellBiology识别部位：-35区（TATA盒）结合部位：-10区（Prib120cellBiology（二）真核细胞的基因结构真核细胞的基因序列由编码区和非编码区组成。内含子：基因内部能够被转录，但不能指导蛋白

质生物合成的非编码序列；外显子：基因内部能够被转录，并指导蛋白质生物合成的编码序列；cellBiology（二）真核细胞的基因结构真核细胞的基121cellBiologycellBiology122cellBiologyGT-AG法则：在内含子的5’端多以GT开始，3’端

多以AG结束。这是普遍存在于真核细胞基因RNA剪接的识别信号。cellBiologyGT-AG法则：在内含子的5’端多以123cellBiology真核生物启动子：TATA盒（-25~-35bp）

CAAT盒（-70~-80bp）

GC盒（-80~-110bp）cellBiology真核生物启动子：TATA盒（-25~124cellBiology终止子：存在于基因末端具有转录终止功能的特定

序列，转录后形成发夹结构，使RNA聚合

酶从模板上脱离，终止转录。cellBiology终止子：存在于基因末端具有转录终止功125cellBiology真核细胞和原核细胞mRNA的区别cellBiology真核细胞和原核细胞mRNA的区别126cellBiology基因家族基因家族是真核细胞基因组中来源相同、结构相似、功能相关的一组基因，是由一个祖先基因经重复和变异形成的。按照在基因组中的分布不同，基因家族可分为两类：1、基因簇—基因家族成员成簇存在，串联排列于染色体区段上；2、基因家族成员分散存在，广泛分布于整个染色体，甚至不同染色体上。cellBiology基因家族基因家族是真核细胞基127cellBiology组蛋白基因簇cellBiology组蛋白基因簇128cellBiology人血红蛋白亚基cellBiology人血红蛋白亚基129cellBiology假基因：在基因家族中，有些成员不能产生有功能的基因产物，称为假基因。假基因或是不能转录，或是转录后生成无功能的基因产物。但他们在核苷酸序列上与有功能的基因相似，可能来源于同一祖先基因。cellBiology假基因：在基因家族中，有些成员不能产130cellBiology单一序列：在真核细胞基因组中编码蛋白质的基因

一般只有一个或几个拷贝，这称为单一

序列；中序重复序列：有相对较短的序列组成，重复次数

在10~1000之间。与基因调控有关。高度重复序列：由基因组中非常短的序列组成，重

复次数在几千次以上。真核基因组中含有大量的DNA重复序列：cellBiology单一序列：在真核细胞基因组中编码蛋白131cellBiology第二节基因的转录和转录后加工一、基因转录的一般特点cellBiology第二节基因的转录和转录后加工一、基132cellBiology

在双链DNA中，作为转录模板的链称为模板链或反义链，即与mRNA互补的DNA链；

与模板链互补的另一条链称为编码链或有意链，该链与转录产物的序列相同。

模板链并非总在同一单链上。cellBiology在双链DNA中，作为转录模板133cellBiology不对称转录：在DNA双链的某一区段，以其中一条单链为模板，而在另一区段，以其相对应的互补链为模板。这种DNA链的选择性转录也称为不对称转录。

RNA的合成方向是5’→3’，并且在RNA合成中不需要引物。cellBiology不对称转录：RNA的合成方向134cellBiology二、原核细胞的基因转录cellBiology二、原核细胞的基因转录135cellBiology原核细胞基因转录的基本过程分为三个阶段：1、转录的起始阶段

RNA聚合酶的σ亚基识别基因上游的启动子，使全酶与启动子结合形成复合物。开始合成RNA，当RNA链延长到8~9个核苷酸后，σ亚基从全酶上解离出来，转录起始完成。cellBiology原核细胞基因转录的基本过程分为三个阶136cellBiology2、转录的延长阶段

核心酶沿模板链3’→5’方向移动，使RNA链以5’→3’方向不断延长。cellBiology2、转录的延长阶段核心酶沿模137cellBiologycellBiology3、转录的终止阶段原核细胞中转录终止有两种形式：（1）ρ因子依赖性终

止：ρ因子在转

录终止点与RNA

聚合酶结合，使

RNA链脱离；cellBiologycellBiology3、转录的终138cellBiology（2）ρ因子非依赖性终止：由新合成RNA链形

成局部发夹结构，使RNA聚合酶不再向下

移动，磷酸二酯键停止形成，RNA从模板

上脱离。cellBiology（2）ρ因子非依赖性终止：由新合成R139cellBiology4、转录后加工cellBiology4、转录后加工140cellBiology三、真核细胞的基因转录和转录后加工cellBiology三、真核细胞的基因转录和转录后加工141cellBiology真核细胞中含有多种RNA聚合酶。cellBiology真核细胞中含有多种RNA聚合酶。142cellBiology

真核细胞中mRNA是RNA中唯一具有编码蛋白质功能的RNA分子，其前体是在RNA聚合酶Ⅱ催化下转录形成的不均一核RNA（hnRNA），hnRNA经过剪切修饰称为成熟的mRNA。1、真核细胞mRNA的转录及其转录后加工cellBiology真核细胞中mRNA是RNA中143cellBiology真核细胞中的转录因子cellBiology真核细胞中的转录因子144cellBiology真核细胞mRNA转录的起始cellBiology真核细胞mRNA转录的起始145cellBiology真核细胞mRNA的剪接修饰：

包括5’加帽、3’加尾、剪接。cellBiology真核细胞mRNA的剪接修饰：146cellBiology5’加帽在mRNA前体5’端的第一个核苷酸上以5’-5’焦磷酸键连上一个三磷酸鸟嘌呤。并使鸟嘌呤7位氮原子甲基化，形成7-甲基鸟嘌呤三磷酸的帽子结构，同时在原来第一个核苷酸的2’-O也进行甲基化。cellBiology5’加帽在mRNA前体5’端147cellBiology甲基转移酶鸟嘌呤核苷酸转移酶cellBiology甲基转移酶鸟嘌呤核苷酸转移酶148cellBiology5’加帽的作用：1、封闭mRNA5’端，使其不能再加接核苷酸，同

时也防止转运时被核酸酶水解，增强mRNA的

稳定性；2、帽子结构能被核糖体小亚基识别，有利于mRNA

最初翻译的准确性。cellBiology5’加帽的作用：1493’加尾（polyA）在腺苷酸聚合酶的作用下，mRNA前体3’端加上由200~250个腺苷酸组成的多聚腺苷酸（poly-A）尾巴。

功能：1、稳定mRNA3’端，防止被核酸酶水解；2、有利于mRNA由核到细胞质的运输。3’加尾（polyA）在腺苷酸聚合酶的作150cellBiologymRNA的剪接剪接就是将RNA前体分子中内含子切除，将外显子拼接的过程。完成hnRNA剪接需要三个必须的序列：

5’GU序列

3’AG序列分支点cellBiologymRNA的剪接剪接就是将RN151

mRNA前体的剪接是通过剪接体完成的。剪接体大小为60S，有数种小分子细胞核糖核蛋白颗粒（snRNP）组成。

snRNP有snRNA和蛋白质组成。snRNA有U1、U2、U3、U4、U5和U6，其中U6有RNA聚合酶Ⅲ转录，其他均有RNA聚合酶Ⅱ转录。mRNA前体的剪接是通过剪接152《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成共106张课件1532、真核细胞rRNA的转录及其转录后加工cellBiology

每个rRNA基因由3个外显子和2个内含子组成，3个外显子依次编码18SrRNA、5.8SrRNA、28SrRNA的前体序列，共同组成一个转录单位。2、真核细胞rRNA的转录及其转录后加工cellBiolo154cellBiologycellBiology155rRNA的剪接——自身剪接cellBiologyrRNA的剪接——自身剪接cellBiology156cellBiology3、真核细胞tRNA的转录及其转录后加工在真核细胞中含有多个编码tRNA的基因，它们成簇存在并被间隔区分开，在RNA聚合酶Ⅲ的作用下转录成tRNA前体。cellBiology3、真核细胞tRNA的转录及其转录后157cellBiology真核细胞tRNA的加工：1、剪接2、化学修饰3、3’末端加CCA其中化学修饰包括：甲基化反应、还原反应、

核苷内转位反应、脱氨基反应cellBiology真核细胞tRNA的加工：其中化学修饰158cellBiology4、5SrRNA的转录及其转录后加工cellBiology4、5SrRNA的转录及其转录后加159cellBiology第三节蛋白质的生物合成

mRNA指导蛋白质的合成，这是基因表达的第二步，即翻译。mRNA——翻译的模板，决定蛋白质中的氨基酸顺序；tRNA——运输工具，携带氨基酸准确进入指定位置；rRNA——与多种蛋白质组成核糖体，作为蛋白质合

成的装配机器。cellBiology第三节蛋白质的生物合成mR160cellBiology一、遗传信息翻译的基本原理密码子：在mRNA链上3个相邻的碱基可以决定一

个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体被

称为密码子。遗传密码：mRNA上的碱基排列顺序叫做遗传密码。四种核苷酸可以组成64个三联体密码子。cellBiology一、遗传信息翻译的基本原理密码子：在161cellBiology遗传密码表cellBiology遗传密码表162cellBiology遗传密码的特点：1、通用性2、简并性3、连续性4、方向性终止密码子：UAA、UAG、UGA起始密码子：AUGcellBiology遗传密码的特点：1、通用性终止密码子163cellBiology蛋白质合成的接合器——tRNA

tRNA既能够识别mRNA上的密码子，又能够携带特定的氨基酸。cellBiology蛋白质合成的接合器——tRNA164cellBiologyATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步AMP第二步E3-氨酰-tRNA氨基酸

tRNA通过其3’端的CCA序列上的-OH与活化的氨基酸结合。该过程包括两步反应：1、氨基酸的活化2、形成氨酰-tRNA

这两步反应均在氨酰tRNA合成酶的催化下进行。cellBiologyATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi165cellBiology

tRNA反密码子环中的反密码子通过碱基互补原则识别mRNA上的密码子。不同的tRNA分子有不同的反密码子。cellBiologytRNA反密码子环中166cellBiology

摆动性：一般来讲，密码子的前两位碱基在和反密码子配对时，遵循正常的碱基互补配对原则，而第三位碱基的配对有一定的灵活性，即反密码子的第三个碱基可与密码子的第三个碱基不配对，这就是密码子和反密码子配对的摆动性。cellBiology摆动性：一般来讲，密码子的前167cellBiologycellBiology168cellBiology二、蛋白质合成的场所——核糖体原核细胞和真核细胞核糖体成分的比较cellBiology二、蛋白质合成的场所——核糖体原核细169核糖体上存在的活性部位：1、mRNA结合位点2、P位点3、A位点4、转肽酶活性部位5、参与蛋白质合成的因子的结合部位cellBiologyE位点：结合空载的tRNA核糖体上存在的活性部位：cellBiologyE位点：结合170cellBiologycellBiology171cellBiology

SD序列：位于原核生物的mRNA5’端起始密码子上游一段富含嘌呤的序列，它能够与30S小亚基上的16SrRNA3’端的富含嘧啶的序列互补结合，从而指导mRNA的起始密码子正确定位在30S小亚基的P位点，又称为核糖体结合位点。cellBiologySD序列：位于原核生物的mR172cellBiology三、蛋白质合成的一般过程蛋白质生物合成可分为五个阶段，即氨基酸的活化、多肽链合成的起始、肽链的延长、肽链的终止和释放、蛋白质合成后的加工修饰。cellBiology三、蛋白质合成的一般过程蛋白1731、氨基酸的活化在氨酰-tRNA合成酶作用下，氨基酸的羧基与tRNA3’末端的CCA-OH缩合成氨酰-tRNA。ATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步AMP第二步E3-氨酰-tRNA氨基酸1、氨基酸的活化ATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步A1742、多肽链合成的起始具有启动作用的氨酰-tRNA在原核细胞是甲酰甲硫氨酰-tRNA，在真核细胞是甲硫氨酰-tRNA。2、多肽链合成的起始具有启动作用的氨酰-tRNA在原核1753、多肽链的延长——核糖体循环核糖体循环包括进位、成肽、移位三个步骤。延长因子：

EF-TuEF-Ts3、多肽链的延长——核糖体循环核糖体循环包括进位、成1764、肽链的终止和释放

原核细胞的释放因子(RF)有三种，RF-1识别UAA和UAG，RF-2识别UAA和UGA，RF-3结合GTP并促进RF-1、RF-2与核糖体的结合。真核细胞的释放因子为eRF1，它可识别3种终止密码子。4、肽链的终止和释放原核细胞的释放因子(RF)有三177肽链合成终止过程包括三个步骤：1、终止密码的辨认2、肽链和mRNA等释出3、核糖体大小亚基解聚肽链合成终止过程包括三个步骤：178cellBiology多聚核糖体：多个核糖体结合到一个mRNA分子上，成串排列，形成蛋白质合成的功能单位，称为多聚核糖体。cellBiology多聚核糖体：179cellBiology四、肽链合成后的加工修饰一级结构的修饰：1、肽链氨基酸的修饰2、共价修饰3、多肽链的水解修饰高级结构的修饰：1、亚基聚合2、多肽折叠3、辅基连接cellBiology四、肽链合成后的加工修饰一级结构的修180cellBiology真核细胞内蛋白质的降解主要有两种途径：1、溶酶体的吞噬2、依赖泛素-蛋白酶体对蛋白质的降解cellBiology真核细胞内蛋白质的降解主要有两种途径181cellBiology第四节基因表达的调控

基因表达的调控一般表现为正性调控和负性调控，前者使基因表达量增加，后者则是使基因表达量减少。cellBiology第四节基因表达的调控基因表182cellBiology一、基因表达的一般特点1、基因表达具有时间性和空间性时间特异性：按照功能需要，某一特定基因的表达

严格按照一定的时间顺序发生，这称

为基因表达的时间特异性。阶段特异性：多细胞生物从受精卵到组织、器官形

成的各个不同发育阶段，都会有不同

的基因严格按照自己特定的时间顺序

开启或关闭，表现为分化、发育阶段

一致的时间性，也称为阶段特异性。cellBiology一、基因表达的一般特点1、基因表达具183cellBiology空间特异性：一种基因产物在个体的不同组织或器

官中表达，即在个体的不同空间出现，

这就是基因表达的空间特异性。组织特异性：不同组织细胞中不仅表达的基因数量

不相同，而且基因表达的强度和种类

也各不相同，这就是基因表达的组织

特异性。cellBiology空间特异性：一种基因产物在个体的不同184cellBiology2、基因表达有组成性表达和可诱导/阻遏表达两种方式组成性表达是指不太受环境变动而变化的一类基因表达。

管家基因是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的。如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因与核糖体蛋白基因等。cellBiology2、基因表达有组成性表达和可诱导/阻185cellBiology

诱导/阻遏表达：又称适应性表达，指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。

诱导：应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导，这类基因被称为可诱导的基因。阻遏：随环境条件变化而基因的表达水平降低的现象称为阻遏，相应的基因被称为可阻遏的基因。cellBiology诱导/阻遏表达：又称适应性表186cellBiology二、原核基因的表达调控转录调控是原核生物基因表达调控的关键步骤。原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制实现的。操纵子由结构基因和表达调控元件组成，是原核细胞中最常见的表达调控单位。原核基因表达调控最典型的代表是大肠杆菌乳糖操纵子调控模式。cellBiology二、原核基