第五章遗传信息的表达

第五章遗传信息的表达第一页，共三十七页，2022年，8月28日1中心法则：prDNARNA转录逆转录翻译

第一节转录（transcription）以ＤＮＡ为模板合成ＲＮＡ的过程第二页，共三十七页，2022年，8月28日2第三页，共三十七页，2022年，8月28日3（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5＇3＇.(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聚合酶第四页，共三十七页，2022年，8月28日4一、原核生物RNA的生物合成（一）RNA聚合酶（RNApolymerase）：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+，无校对功能第五页，共三十七页，2022年，8月28日5（二）转录模板基因1:链2:转录模板链(templatestrand)or反意义链(antisensestrand)链1:信息链or有意义链(sensestrand)or编码链(codingstrand)基因2:链1:转录模板链(templatestrand)or反意义链(antisensestrand)链2为信息链or有意义链(sensestrand)or编码链(codingstrand)第六页，共三十七页，2022年，8月28日6(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5＇pppGorpppA,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称为起始复合物第七页，共三十七页，2022年，8月28日72、延长阶段:核心酶(coreenzyme)沿模板3＇5＇滑行,RNA按5＇3＇方向合成>12nt,RNA5＇端与DNA模板脱离mRNA:45nt/sec,rRNA:90nt/sec3、.终止阶段两种方式:因子不依赖终止

因子依赖终止第八页，共三十七页，2022年，8月28日8RNA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第九页，共三十七页，2022年，8月28日9

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第十页，共三十七页，2022年，8月28日10第十一页，共三十七页，2022年，8月28日11（四）、转录后加工初级转录产物（primarytranscrips）：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tRNA16srRNA23srRNA称为30sRNA5srRNA间隔序列如大肠杆菌rrnD操纵子（rRNA、tRNA混排）图5-3第十二页，共三十七页，2022年，8月28日12第十三页，共三十七页，2022年，8月28日1330sRNA核酸内切酶（RNaseP）16s、23s、5srRNA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16s、23s、5srRNA成熟tRNA第十四页，共三十七页，2022年，8月28日14二、真核生物RNA的生物合成（一）RNA聚合酶pol1：核仁：5.8S、18S、28SrRNApol2：核浆：mRNApol3：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：第十五页，共三十七页，2022年，8月28日151．起始阶段：需一些蛋白质参与，称转录因子（transcrptionfactor，TF）（1）mRNA前体的转录图5-4：pol2TF2D（含一个TATAbox结合蛋白（TBP）和多个TBP结合因子（TAF））+TATAboxTF2A，TF2B结合TF2DTF2F+pol2结合TF2BTF2E、TF2H加入，形成起始复合物第十六页，共三十七页，2022年，8月28日16第十七页，共三十七页，2022年，8月28日17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（selectivityfactor1，SL1）（含一个TBP和3个TBP结合因子）（2）rRNA前体的转录：pol1UBF1与核心启动子和UCE结合SL1与UBF1结合pol1与SL1中的TBP结合起始转录第十八页，共三十七页，2022年，8月28日18第十九页，共三十七页，2022年，8月28日19基因：Abox、BboxTF3C结合与BboxTF3B结合与启动子pol3进入（3）tRNA、5SrRNA：pol3第二十页，共三十七页，2022年，8月28日203、终止阶段：机制不清2、延长阶段：与原核生物相似，方向5＇3＇第二十一页，共三十七页，2022年，8月28日217mG：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1．mRNA前体的加工：3＇端加尾巴（polyA）去除内含子拼接外显子（1）5＇端加帽子（capping）图5-51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：第二十二页，共三十七页，2022年，8月28日22(2)3＇端加尾巴（polyAtail）图5-6mRNA中AAUAAA序列被核酸内切酶识别并在其下游11nt-30nt处切断,在polyA聚合酶作用下加入polyA.第二十三页，共三十七页，2022年，8月28日23(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,U3…..U6蛋白质内含子的结构:5＇GU------------------A-------AG3＇（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.第二十四页，共三十七页，2022年，8月28日24mRNA内含子的自我剪接第二十五页，共三十七页，2022年，8月28日25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(RNAediting)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。第二十六页，共三十七页，2022年，8月28日26（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：化学修饰第二十七页，共三十七页，2022年，8月28日27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（openreadingframe，ORF）：从起始密码子到终止密码子。第二十八页，共三十七页，2022年，8月28日28（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：5＇3＇；（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。第二十九页，共三十七页，2022年，8月28日29第一位（5端）碱基第二位（中间）碱基第三位（3端）碱基

A

G

U

C

AAAA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AG

UC

GGAA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AGUC

UUAA终止信号UAG终止信号UAU酪氨酸UAC酪氨酸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AGUC

CCAA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第三十页，共三十七页，2022年，8月28日30主要活性部位：A位（受位acceptorsite）：氨酰tRNA(tRNA-a.a)进入的部位.P位(供位donorsite,peptidesite):肽酰tRNA(tRNA-a.a-a.a-a.a-a.a…a.a)占据的部位.2．核糖体（ribosome）：rRNA+prs：是蛋白质合成的场所3．tRNA：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。第三十一页，共三十七页，2022年，8月28日315．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+30SmRNAfmet-tRNAfmet-IF-2-GTP(IF-1促进该三元复合物形