基因表达专题培训专家讲座

基因表示

GeneExpression基因表达专题培训第1页基因1909，Johansen，基因是传递和表示特定生物性状可遗传因子；1911，Morgan，基因在染色体上呈直线排列；1944，Avery，基因本质是DNA；1955，Benzer，顺反子（Cistron）概念，一个顺反子就是一个基因，编码蛋白质或RNA，是遗传功效不可分割单位。基因：遗传信息功效单位，可作为模板表示和产生RNA或蛋白质。基因表达专题培训第2页基因是合成有功效基因产物（RNA或多肽链）所需全部核苷酸序列。Inmolecularterms,agenecommonlyisdefinedastheentirenucleicacidsequencethatisnecessary

forthesynthesisofafunctionalgeneproduct(polypeptideorRNA).

——

MolecularCellBiology，5thed.基因表达专题培训第3页真核生物基因包含结构基因序列和转录调控序列（开启子、增强子）两部分。结构基因序列从转录第一个核苷酸开始，到转录结束为止，与RNA原始转录本序列一致。转录调控序列决定基因是否表示以及表示强度。真核生物基因是断裂基因，由外显子与内含子镶嵌排列而成。基因表达专题培训第4页转录起始位点翻译起始位点翻译终止位点转录终止位点⑴转录调控序列⑵结构基因序列基因包含两个部分基因表达专题培训第5页小鼠-珠蛋白基因基因表达专题培训第6页原核生物基因串联排列成操纵子基因表达专题培训第7页基因表示基因携带遗传信息经转录、翻译等过程，合成特定蛋白质，进而发挥特定生物学功效过程，称为基因表示。rRNA、tRNA……等RNA分子转录过程也称基因表示。基因表示步骤繁多，并受到严密调整。基因表达专题培训第8页mRNA：4%，含蛋白质编码信息rRNA：80%，核糖体组分tRNA：携带氨基酸snRNA：参加mRNA前体加工snoRNA：rRNA分子加工中起关键作用scRNA：功效各种多样tmRNA：标识合成错误蛋白质，使之降解miRNA：广泛基因转录后调控作用（近年来生物学领域明星分子）基因表达专题培训第9页第17章

RNA合成基因表达专题培训第10页RNA合成包含转录和RNA复制转录是以DNA为模板，由DNA依赖RNA聚合酶（RNAPol）催化4种NTP聚合，生成RNA过程。RNA复制是一些RNA病毒以单链RNA基因组为模板合成RNA过程。基因表达专题培训第11页转录与复制区分转录只合成与模板互补单链（不对称转录）。转录得到链是由NTP组成，而不是dNTP。RNA聚合酶不需要引物，能够从头起始转录。RNA产物不与模板保持互补状态。相反，RNA聚合酶在NTP添加处几个核苷酸之后，便将正在延长链从模板上置换下来。这一置换对于同时进行翻译至关主要，同时也使得一个基因能够同时转录成多条RNA。转录准确度（10-4）不如复制（10-7），因为它缺乏广泛校正机制。基因表达专题培训第12页转录泡编码链模板链不对称转录基因表达专题培训第13页第一节转录与转录后加工TranscriptionandRNAProcessing基因表达专题培训第14页细菌转录2真核生物转录3转录后加工4

RNA聚合酶1基因表达专题培训第15页

RNA聚合酶1基因表达专题培训第16页RNA聚合酶含有不一样形式，但有共同特征细菌只有一个RNA聚合酶。真核生物有三种RNA聚合酶，聚合酶I、II、III。聚合酶II（PolII）是真核RNA聚合酶中研究最深入，也是最主要，因为它转录几乎全部蛋白质编码基因。细菌和酵母关键酶有共同形态和组织方式。关键酶形状象一只蟹爪，两个钳子基部所夹是“活性中心裂隙”。基因表达专题培训第17页原核生物真核生物细菌RNApol（关键）古细菌RNApol（关键）RNA

PolIRNAPol

IIRNAPolIII’A’/A’’RPA1RPB1RPC1BRPA

2RPB2RPC

2IDRPA5RPB3RPC5IILRPA9RPB12RPC9KRPA6RPB6RPC6(＋6其它)(＋9其它)(＋7其它)(＋11其它)注：每列中亚基均按分子质量降序排列。基因表达专题培训第18页T.AquaticusRNApol关键酶酿酒酵母RNApolII基因表达专题培训第19页RNA聚合酶催化转录由一系列步骤组成为转录一个基因，RNA聚合酶必须进行一系列定义明确步骤，包含：起始（initiation）、延伸（elongation）、终止（termination）。起始：开启子（promoter）是RNA聚合酶识别、结合并开启转录DNA序列。开启子-聚合酶复合体一旦形成就发生结构改变，而使起始过程继续进行，形成转录泡。基因表达专题培训第20页基因表达专题培训第21页延伸：一旦RNA聚合酶已经合成了一小段RNA（10bp），转录进入延伸阶段。终止：一旦RNA聚合酶转录了整个基因（获整组基因），它必须停下来并释放RNA产物，该步骤称为终止。基因表达专题培训第22页基因表达专题培训第23页细菌转录2基因表达专题培训第24页细菌开启子有一些明确特征在细胞内，RNA聚合酶只在开启子处开启转录。关键酶并不能识别开启子，而需要因子帮助，关键酶与因子共同组成RNA聚合酶全酶。存在各种因子，如70、32、28、54等，它们可分别识别不一样类开启子。细菌经过不一样亚基，来协调相关基因表示，以适应不一样生活环境。E.coli最常见因子是70。基因表达专题培训第25页T.AquaticusRNApol

关键酶T.AquaticusRNApol

全酶基因表达专题培训第26页70识别开启子特征绝大多数70开启子少数较强70开启子另一类型70开启子基因表达专题培训第27页70识别开启子共有序列基因表达专题培训第28页基因表达专题培训第29页基因表达专题培训第30页因子特定结构域识别开启子特定区域Regionsofσ.Thoseregionsofσfactorthatrecognizespecificregionsofthepromoterareindicatedbyarrows.Region2.3isresponsibleformeltingtheDNA.基因表达专题培训第31页与因子将RNA聚合酶关键酶募集到开启子区域σandαsubunitsrecruitRNApolymerasecoreenzymetothepromoter.Thecarboxy-terminaldomainoftheasubunit(αCTD)recognizestheUPelement(wherepresent),whereassregions2and4recognizethe–10and–35regions,respectively.基因表达专题培训第32页σ因子与-35框间相互作用使聚合酶识别特定开启子，形成闭合转录复合体。RNA聚合酶覆盖-35上游到-10下游约60个碱基对。-10框内碱基对打开产生开放转录复合体。细菌转录起始基因表达专题培训第33页细菌转录延伸转录延伸：RNA聚合酶覆盖DNA片段约30bp，形成约15～20bp转录泡，RNA-DNA杂合双链约8bp。基因表达专题培训第34页细菌转录终止有两种机制称为终止子（terminator）序列引发RNA聚合酶从DNA上脱离并释放已合成RNA链。细菌有两种类型终止子。Rho非依赖型终止子或称固有终止子，经过其转录产物形成发夹结构而终止转录。Rho依赖型终止子需要一个称为Rho蛋白质来诱发终止反应。基因表达专题培训第35页固有终止子引发终止基因表达专题培训第36页依赖Rho因子终止基因表达专题培训第37页真核生物转录3基因表达专题培训第38页真核生物转录真核生物转录过程与细菌相同，但使用“机器”存在差异。真核生物有三种不一样RNA聚合酶。真核生物转录起始需要特定起始因子，称为通用转录因子。基因表达专题培训第39页聚合酶II关键开启子由4个元件组成RNA聚合酶II开启子包含四个元件：

TFIIB结合元件（BRE）、TATA框（TATAbox）、转录起始子（initiator，Inr）、下游开启子元件（DPE、DCE、MTE等）它们合称关键开启子。基因表达专题培训第40页小鼠β-珠蛋白TATA框和起始子基因表达专题培训第41页聚合酶II与通用转录因子形成转录起始复合物尽管通用转录因子与因子没有显著同源性，但它们功效相同，即帮助聚合酶结合开启子并打开双螺旋。一起结合在开启子上准备开始转录一套完整通用转录因子和聚合酶称为转录起始复合物。TFIID是最主要通用转录因子，它识别开启子序列。基因表达专题培训第42页真核生物聚合酶II转录起始真核生物聚合酶II不直接识别关键开启子序列。最初结合由通用转录因子TFII完成。其次序为DABPolFEH。基因表达专题培训第43页基因表达专题培训第44页通用转录因子TFIID由TATA结合蛋白（TBP）和8～12个TBP相关因子（TAFs）组成。TBP负责识别TATAbox，TAFs有各种功效（结合关键开启子元件、结合其它转录因子、组蛋白乙酰化酶活性等）。基因表达专题培训第45页没有TATAbox与起始子基因也可被转录基因表达专题培训第46页聚合酶II完成转录起始当DABPolFEH复合体形成后，TFIIH（有解螺旋酶活性）使开启子解螺旋。聚合酶II大亚基有一个C端域（CTD）“尾巴”，含YSPTSPS七肽重复序列，酵母重复27次，人类重复52次。TFIIH（有蛋白激酶活性）使CTD磷酸化。CTD磷酸化使聚合酶开启延伸过程。基因表达专题培训第47页基因表达专题培训第48页体内转录起始需要其它蛋白质激活因子中介蛋白复合体核小体重塑因子组蛋白乙酰化酶基因表达专题培训第49页聚合酶II转录延伸聚合酶转入延伸阶段后，就脱落其大部分起始因子（如通用转录因子和中介蛋白）。另一组蛋白质被募集到聚合酶上，其中一些是激发延伸因子，其它则是RNA加工所需要。这些蛋白质都被募集到聚合酶II大亚基CTD尾巴上。募集这些因子需要CTD磷酸化。基因表达专题培训第50页RNA加工酶由聚合酶尾巴募集基因表达专题培训第51页RNA加工与聚合酶II延伸同时进行真核生物RNA必须以各种方式进行加工，包含：5’端加帽、内含子剪接与3’端聚腺苷酸化。其中最复杂是剪接。第一个RNA加工事件是加帽，在转录刚进入延伸阶段时就进行。聚腺苷酸化与转录终止亲密相关，当聚合酶抵达基因末端，就会碰到一个特殊序列，而引发mRNA切割、聚腺苷酸化和转录终止。基因表达专题培训第52页RNA5’帽子形成基因表达专题培训第53页帽子生物学功效维持mRNA稳定；与帽结合蛋白复合体结合，参加翻译过程。基因表达专题培训第54页聚腺苷酸化与转录终止相关转录终止信号：5’-AAUAAA-3’

5’―AAUAAA―10-30个核苷酸―CA――富含GU10-20个核苷酸―3’5’―AAUAAA―10-30个核苷酸―CA――AAAAA……（约250个）―3’

Poly(A)聚合酶＋辅助因子（CPSF，CstF，多聚腺苷酸结合蛋白等）基因表达专题培训第55页基因表达专题培训第56页CPSF：CleavageandpolyadenylationspecificityfactorCstF：Cleavagestimulatingfactor基因表达专题培训第57页5’帽子和3’尾巴在翻译中起主要作用基因表达专题培训第58页转录终止可能机制鱼雷（torpedo）模型：当转录超出加尾信号后，CPSF切断mRNA，RNApolII继续向前转录。新转录出RNA因无5’-帽子保护而被RNase切割。RNase赶上RNApolII，结束转录。变构（allosteric）模型：RNApolII转录超出加尾信号点后，转录效率大大降低，很快后无法继续转录。基因表达专题培训第59页基因表达专题培训第60页RNA聚合酶I和III转录起始真核生物除了聚合酶II外，还有聚合酶I、III。聚合酶I只用于一个基因表示，那就是rRNA前体基因。rRNA基因开启子包含关键元件和UCE。聚合酶III开启子有各种形式，而且绝大部分位于转录起始点下游。聚合酶I/III转录起始一样需要通用转录因子，而且需要TBP。基因表达专题培训第61页聚合酶I开启子基因表达专题培训第62页聚合酶III开启子基因表达专题培训第63页小结RNA聚合酶从细菌到人是高度保守。真核细胞有三种聚合酶，细菌只有一个。E.coli关键酶由五个亚基组成，组成一个蟹爪形状，真核生物酶结构也类似。真核生物聚合酶II有一点和细菌聚合酶不一样，那就是前者有CTD尾巴。转录要经过三个阶段：起始、延伸、终止。准确转录起始依赖起始因子参加。基因表达专题培训第64页细菌起始因子是因子，真核生物是通用转录因子。转录起始过程中，RNA聚合酶与起始因子在一个闭合式复合体中结合到开启子上，随即该复合体转变为开放式复合体。延伸刚开始，真核生物mRNA就进行5’加帽。细菌转录终止可分为Rho不依赖与Rho依赖型。真核生物聚合酶II转录终止与3’聚腺苷酸化事件亲密相关。帽子和尾巴能维持mRNA稳定，并在翻译中发挥主要作用。基因表达专题培训第65页

转录后加工4基因表达专题培训第66页RNA剪接是转录后加工关键步骤基因表达专题培训第67页真核基因中内含子基因长度/kb内含子数目所占百分比/%胰岛素1.4267-珠蛋白1.4269血清白蛋白181389VII型胶原3111771VIII因子1862595肌营养不良蛋白240078>99基因表达专题培训第68页RNA序列决定了在哪里进行剪接3’剪接位点5’剪接位点分支点基因表达专题培训第69页5’剪接位点CTPuAPy分支点A3’剪接位点Py(n)

N

AGA

G

G

T

Pu

A

G

T基因表达专题培训第70页内含子剪接包含两次转酯反应。（1）分支点一个A2’-OH攻击5’-剪接位点磷酸二酯键，生成上游外显子3’-OH；（2）上游外显子末端3’-OH攻击3’-剪接位点磷酸二酯键，释放呈套索状内含子。内含子剪接包含两次转酯反应基因表达专题培训第71页基因表达专题培训第72页内含子剪接需要剪接体复合物前述转酯反应是由称为“剪接体”超分子复合物介导，包含超出50种蛋白质和5种RNA，大小与核糖体相当。剪接体多数功效由其RNA成份执行（剪接体也是核酶？）。剪接体RNA（U1、U2、U4、U5、U6）统称核小RNA（snRNA），它们与蛋白质组成复合物也称核小核糖核蛋白（snRNP）。基因表达专题培训第73页snRNP在剪接中功效snRNP在剪接中功效表达在三个方面：（1）识别5’剪接位点和分支点；（2）把这两个位点集结到一起；（3）催化RNA剪接和连接反应。U1、U6均能识别5’剪接位点，U2能识别分支点，U2与U6间RNA-RNA相互作用把5’剪接位点和分支点拉到一起。基因表达专题培训第74页基因表达专题培训第75页基因表达专题培训第76页真核生物中普遍存在选择性剪接一些mRNA前体可经过不一样剪接模式（选择性剪接），生成各种不一样成熟mRNA，而翻译出不一样蛋白质。选择性剪接在高等真核生物中普遍存在，人类基因组中最少35％基因存在选择性剪接。基因表达专题培训第77页肌钙蛋白T选择性剪接基因表达专题培训第78页SV40病毒T抗原选择性剪接基因表达专题培训第79页选择性剪接两种调控模式基因表达专题培训第80页rRNA和tRNA前体加工rRNA和tRNA前体加工在原核和真核细胞中是类似。这一过程包括切割事件和化学修饰。基因表达专题培训第81页原核生物rRNA前体加工基因表达专题培训第82页真核生物rRNA前体加工基因表达专题培训第83页原核与真核生物

tRNA前体加工基因表达专题培训第84页内含子可分为8种类型内含子类型发觉位置剪接方式GU-AG内含子真核hnRNA剪接体剪接AU-AC内含子真核hnRNA剪接体剪接I型内含子真核rRNA前体、细胞器RNA自催化（线形结构）II型内含子细胞器RNA、一些原核RNA自催化（套索结构）III型内含子细胞器RNA自催化？孪生内含子细胞器RNA？前tRNA内含子tRNA前体酶切割/连接古细菌内含子古细菌RNA酶切割/连接？基因表达专题培训第85页I型、II型内含子自剪接基因表达专题培训第86页I、II型内含子是自催化，这是核酶一个经典例子。II型内含子可能是最原始内含子，AU-AC内含子可能由II型内含子进化而来，并最终产生主流pre-mRNA内含子。基因表达专题培训第87页mRNA序列可由RNA编辑改变RNA编辑可在改变转录后RNA序列，而使翻译得到蛋白质序列与推导不一样。RNA编辑机制有两种：位点特异性脱氨基作用和指导RNA（gRNA）介导尿嘧啶插入和删除。基因表达专题培训第88页经过脱氨基作用进行RNA编辑ApoB-100ApoB-48基因表达专题培训第89页经过gRNA介导U插入进行RNA编辑基因表达专题培训第90页小结从pre-mRNA中除去内含子过程称为RNA剪接（RNAsplicing）。有些pre-mRNA存在不止一个剪接方式，从而产生不一样mRNA（比如，可去除不一样组合内含子），这称为选择性剪接。经过这种方式，一个基因可产生多个蛋白质产物。mRNA编辑也能够改变初始转录产物而得到不一样编码产物。基因表达专题培训第91页第二节RNA复制GenomeRNAReplication基因表达专题培训第92页以RNA作为基因组病毒称为RNA病毒，这类病毒除反转录病毒外，在宿主细胞都是以病毒单链RNA为模板合成RNA，这种RNA依赖RNA合成又称为RNA复制(RNAreplication)。

RNARNARNA复制酶一、病毒RNA基因组经过RNA依赖RNA聚合酶进行复制基因表达专题培训第93页二、复制酶只特异识别和复制病毒RNA但缺乏校正功效催化RNA复制酶是RNA依赖RNA聚合酶(RNA-dependentRNApolymerase，RDRP)，也称为RNA复制酶(RNAreplicase),由病毒RNA编码。

RNA复制酶只能复制病毒RNA，不能以DNA为模板合成RNA。基因表达专题培训第94页RNA复制酶组成大多数RNA噬菌体RNA复制酶由4个亚基组成1个亚基(MW65,000)——噬菌体RNA复制酶基因编码，是复制酶活性部位

另外3个亚基——延长因子Tu、延长因子Ts和S1蛋白，都由宿主细胞本身基因编码，参加宿主细胞蛋白质合成。可能在帮助复制酶定位和结合病毒RNA3＇端过程中起作用基因表达专题培训第95页RNA依赖RNA合成机制和特点RNA依赖RNA合成化学反应过程、机制与DNA依赖RNA合成是相同，合成方向也是从5′到3′RNA复制酶不含有校正功效

基因表达专题培训第96页一、大多数RNA病毒基因组是单链RNA分子大多数RNA病毒基因组是单链RNA分子，如单链RNA噬菌体、脊髓灰质炎病毒(Poliovirus)、鼻病毒(Rhinovirus)

少数病毒基因组是双链RNA分子，如呼肠孤病毒(Reovirus）基因组RNA复制主要特点基因表达专题培训第97页单链RNA基因组分类

依据单链RNA基因组与其mRNA序列之间异同正链RNA(positive-strandRNA)(即与mRNA序列一致RNA)负链RNA(negative-strandRNA)(即与mRNA序列互补RNA)基因表达专题培训第98页

多数RNA病毒基因组由连续核糖核酸链组成有些病毒基因组RNA由不连续几条核酸链组成如流感病毒，呼肠孤病毒有病毒自带专门用于病毒复制核酸酶，有则无有病毒核酸并不但有一个分子，如流感病毒有8条RNA，呼肠孤病毒有11~12条双链RNARNA病毒基因组组成基因表达专题培训第99页二、病毒基因组RNA复制需要利用宿主翻译系统合成相关酶和蛋白质定义：病毒基因组RNA复制是病毒在真核细胞中以本身全长RNA分子为模板，从头至尾合成一套新基因组RNA。必要条件：

1.要有能够特异识别并复制病毒RNARNA聚合酶。

2.能利用仅能识别单顺反子信息细胞机制，从多顺反子基因组（或是这些基因组转录本）合成自己蛋白。基因表达专题培训第100页策略：

1.合成多聚蛋白，然后再剪切成单个蛋白。如小型RNA病毒。

2.合成多个亚基因组RNA，然后分别翻译成单个蛋白。

3.将基因组分成几段，即分节基因组，使每节都编码单个蛋白如正粘病毒、呼肠孤病毒等。因为病毒种类繁多，核酸类别不一样，因而病毒复制机制不尽相同。基因表达专题培训第101页第18章

蛋白质合成与加工基因表达专题培训第102页翻译概述信使RNA核苷酸序列中遗传信息转变为蛋白质氨基酸排列次序过程，称为翻译。翻译是全部生物中最保守，也是细胞中最花费能量事件之一。在细菌中，最多可有80%能量和50%细胞干重是专用于合成蛋白质。单一蛋白质合成需要上百种蛋白质和RNA合作。翻译机器由4种基本成份组成：mRNA、tRNA、氨基酰-tRNA合成酶和核糖体。基因表达专题培训第103页

tRNA负载2翻译过程3折叠与修饰4翻译机器1蛋白质合成与医学基因表达专题培训第104页翻译机器1基因表达专题培训第105页翻译机器在遗传信息传递中，翻译远比DNA到RNA转录复杂，因为mRNA不可能直接作为模板指导多肽链合成。mRNA蛋白编码区由称为密码子三核苷酸单位组成，密码子决定氨基酸次序。tRNA介导氨基酸与密码子相互作用。氨基酰-tRNA合成酶使氨基酸与tRNA结合起来。核糖体协调mRNA与tRNA识别，并催化肽键合成。基因表达专题培训第106页多肽链是由开放阅读框决定蛋白质合成信息蕴藏在三核苷酸密码子中，每个密码子决定一个氨基酸。每条mRNA蛋白质编码区由连续、不重合、称为开放阅读框（openreadingframe，ORF）密码子串联组成。每个ORF对应一个蛋白质，其起始和终止位点都位于mRNA内部。ORF以AUG为起点，以UAA、UGA、UAG为终点。基因表达专题培训第107页小鼠-珠蛋白基因基因表达专题培训第108页信使RNA结构特点mRNA最少应包含一个ORF。真核细胞mRNA几乎都只有一个ORF。原核细胞mRNA经常含有多个ORF，可编码多条多肽链。这种含有多个ORFmRNA称为多顺反子。多顺反子经常编码功效相关蛋白质。原核mRNA含有核糖体结合位点（RBS）或称SD序列，用于募集翻译机器。真核mRNA在5’和3’端修饰，以促进翻译。基因表达专题培训第109页原核与真核mRNA结构基因表达专题培训第110页遗传密码特点从原核生物到人类都使用同一套密码：通用性（universal），有例外密码子排列含有方向性（direction）：5’3’三联体密码连续性（commaless）遗传密码含有简并性（degeneracy）：多个密码子编码同一个氨基酸反密码子与密码子配对含有摆动性（wobble）基因表达专题培训第111页遗传密码方向性和连续性遗传密码通用性基因表达专题培训第112页遗传密码简并性基因表达专题培训第113页遗传密码摆动性基因表达专题培训第114页tRNA是氨基酸转运工具细菌中有30～40种tRNA分子，真核生物有50种。tRNACCA-3’序列是氨基酸结合部位，每一个特异tRNA只能结合一个氨基酸，这种特异性是由氨基酰-tRNA合成酶决定。氨基酰-tRNA合成酶催化氨基酸结合到tRNA受体臂上，该过程称为tRNA负载。基因表达专题培训第115页核糖体是蛋白质合成场所基因表达专题培训第116页基因表达专题培训第117页核糖体RNA是核糖体结构与催化决定因子近年来对细菌核糖体高精度三维结构研究，加紧了对这一分子机器认识。已经证实，大亚基肽酰转移酶中心完全由RNA组成。RNA也在小亚基饰演中心角色：负载tRNA反密码子环和mRNA密码子都是和16S

rRNA相互作用，而不是小亚基蛋白质。实际上，当代核糖体很可能是从完全由RNA组成原始翻译机器进化而来。基因表达专题培训第118页核糖体有3个tRNA结合位点核糖体有3个tRNA结合位点，即A、P和E位点。A位点是氨基酰tRNA结合位点，P位点是肽酰tRNA结合位点，E位点是延伸多肽链转移到氨基酰tRNA后释放tRNA结合位点。基因表达专题培训第119页翻译机器还需要其它成份20种氨基酸（AA）酶及众多蛋白因子，如起始因子（initiationfactor，IF)）

、延长因子（elongationfactor，EF）、释放因子（releasefactor，RF）。ATP、GTP无机离子（Mg2+）基因表达专题培训第120页以E.coli

翻译为例，总结翻译所需物质基因表达专题培训第121页小结mRNA开放阅读框（蛋白编码区）三联密码子决定了蛋白质氨基酸排列次序。密码子是通用、5’-3’方向、连续和简并，密码子和反密码子之间识别有摆动性。细菌mRNASD序列、真核mRNA帽子和尾巴在翻译中起关键作用。氨基酰-tRNA合成酶负责tRNA负载。核糖体有A、P、E三个tRNA结合位点。翻译需要蛋白因子参加，包含IF、EF和RF。基因表达专题培训第122页

tRNA负载2基因表达专题培训第123页氨基酰-tRNA合成酶分两步使tRNA负载连接了氨基酸tRNA分子称为负载tRNA。负载过程是氨基酸羧基与tRNA受体臂末端A2’或3’-OH形成酰基。形成酰基有一个高能键。细胞内存在20种氨基酰-tRNA合成酶，分别对应20种氨基酸。基因表达专题培训第124页负载分两步：（1）腺苷酰基化，氨基酸与ATP反应形成氨基酰-腺苷酸，释放PPi；基因表达专题培训第125页（2）tRNA负载：氨基酰-腺苷酸（依然与氨基酰-tRNA合成酶紧密结合）与tRNA结合。基因表达专题培训第126页氨基酰tRNA写法：aa-tRNAaa，如：Met-tRNAMetTrp-tRNATrp基因表达专题培训第127页氨基酰-tRNA合成酶是高保真氨基酰-tRNA合成酶面临着两个主要挑战：第一，它必须识别针对特定氨基酸一组正确tRNA；第二，它必须使这些同工tRNA负载正确氨基酸。tRNA受体臂和反密码子环是合成酶识别关键位点，鉴于其主要性，这种决定性结构有时被称为“第二遗传密码”。合成酶除了催化口袋之外，还有编辑口袋可校正合成腺苷酰基化产物，以排除掺入错误氨基酸，使保真度到达10-4。基因表达专题培训第128页基因表达专题培训第129页翻译过程3基因表达专题培训第130页翻译过程可分为三个阶段多肽链合成能够分为起始、延伸和终止三个阶段。原核生物和真核生物蛋白质合成在策略上有主要相同点和不一样点。即使核糖体是蛋白质合成中心，但各种辅助因子在各个阶段也起着主要作用，而且也是蛋白质合成得以快速和正确进行所必须。最主要蛋白质包含起始因子（IF）、延伸因子（EF）和释放因子（RF），真核生物中分别称eIF、eEF和eRF。基因表达专题培训第131页翻译起始翻译要成功地起始，必须有三个事件发生：第一，核糖体必须被募集到mRNA上；第二，负载tRNA必须置于核糖体P位点；第三，核糖体必须准确地定位在起始密码子上。基因表达专题培训第132页细菌与真核生物起始因子基因表达专题培训第133页细菌翻译起始细菌mRNA核糖体结合位点（SD序列）经过与rRNA碱基配对而募集到小亚基上。基因表达专题培训第134页SD序列SD序列，即核糖体结合位点（RBS），是位于AUG上游8～13个核苷酸处一段富含嘌呤序列，5’-AGGAPuPuUUUPuPuAUG-3’，能与16S

rRNA3’端互补，而促进mRNA翻译起始。基因表达专题培训第135页基因表达专题培训第136页起始tRNA（fMet-tRNAifMet）直接结合到细菌小亚基上。基因表达专题培训第137页三种起始因子指导包含mRNA和起始tRNA起始复合物装配。基因表达专题培训第138页细菌翻译起始基因表达专题培训第139页真核生物翻译起始真核细胞mRNA经过5’帽子吸引核糖体；核糖体从mRNA5’端向3’端“扫描”而找到起始密码子；起始位点Kozak共有序列：5’-CCPuCCAUGG-3’；翻译起始因子使真核mRNA保持环状。基因表达专题培训第140页真核生物翻译起始基因表达专题培训第141页翻译起始因子使真核mRNA形成环状结构基因表达专题培训第142页核糖体小亚基经过“扫描”识别起始AUG基因表达专题培训第143页翻译延伸过程翻译延伸过程由三个步骤组成：进位、成肽、转位，合称核糖体循环。进位：正确氨基酰tRNA置于A位点上；成肽：A位点氨基酰tRNA和P位点肽酰tRNA肽链间形成肽键，此反应造成多肽链从P位点转移到A位点上；转位：新形成A位点肽酰tRNA转移到P位点。以上机制在原核和真核生物中是高度保守。基因表达专题培训第144页氨基酰tRNA由延伸因子EF-Tu送至A位点基因表达专题培训第145页基因表达专题培训第146页基因表达专题培训第147页基因表达专题培训第148页EF-Ts促进Tu-GTP形成基因表达专题培训第149页肽键形成由23SrRNA催化基因表达专题培训第150页肽酰转移酶活性中心位于核糖体大亚基23SrRNA上，证实核糖体是一个核酶。肽键合成是由核酶催化。基因表达专题培训第151页基因表达专题培训第152页核糖体有各种机制排斥错误氨基酰tRNA第一，只有当密码子-反密码子正确配对时，16SrRNA两个腺嘌呤残基与配对碱基正确小沟之间才能形成正确氢键；基因表达专题培训第153页第二，正确碱基配对使得结合氨基酰tRNAEF-Tu引发GTP水解和EF-Tu释放；基因表达专题培训第154页第三，只有碱基配对正确氨基酰tRNA在肽键形成过程中旋转进入正确位置时，才能保持与核糖体结合。这一旋转易位称为tRNA入位。基因表达专题培训第155页转位依赖肽键形成与EF-G基因表达专题培训第156页基因表达专题培训第157页基因表达专题培训第158页基因表达专题培训第159页基因表达专题培训第160页进位成肽转位肽链延伸（核糖体循环）总览基因表达专题培训第161页生成一个肽键消耗3个NTP和4个高能键一个ATP被氨基酰tRNA合成酶消耗（2个高能磷酸键）；二个GTP在进位和转位中被消耗（2个高能磷酸键）。所以，每个肽键形成消耗一个ATP和二个GTP，共4个高能磷酸键。基因表达专题培训第162页释放因子在终止密码子作用下终止翻译当翻译碰到终止密码UAA、UAG、UGA时，蛋白质合成即告结束。此时进入A位点不是tRNA，而是一个蛋白质，称为释放因子。原核生物有三种释放因子RF-1、-2、-3，RF-1识别UAA与UAG，RF-2识别UAA与UGA，RF-3是GTP结合蛋白，促进RF与核糖体结合。真核生物有两种释放因子eRF1、eRF3。eRF1识别全部三种终止密码子，eRF3为核糖体依赖GTP酶，帮助eRF1释放合成多肽。基因表达专题培训第163页细菌翻译终止基因表达专题培训第164页核糖体再循环因子RRF和延伸因子EF-G帮助完成核糖体再循环基因表达专题培训第165页多聚核糖体基因表达专题培训第166页基因表达专题培训第167页小结细菌翻译起始中，mRNASD序列与小亚基16SrRNA作用，将核糖体吸引到mRNA上。在IFs帮助下，fMet-tRNAifMet进入P位点。真核mRNA经过帽子和eIFs吸引小亚基，小亚基以5’-3’方向沿着mRNA扫描，直到遇见AUG。细菌与真核生物大亚基都只在AUG被识别后才结合mRNA。EF-Tu催化进位，23SrRNA催化成肽，EF-G催化转位。RFs识别终止密码子，并释放成熟肽链。基因表达专题培训第168页细菌与真核生物基因表示差异细菌真核生物mRNA多顺反子单顺反子转录生成mRNA转录生成hnRNA需加工转录与翻译耦联核内转录，胞浆翻译核糖体30S＋50S＝70S40S＋60S＝80S翻译起始fMet-tRNAifMetMet-tRNAiMet小亚基先结合mRNA小亚基先结合tRNAimRNA定位依赖SD序列定位依赖于“扫描”3种IFs10种以上eIFs延伸EF-Tu、Ts、GeEFs终止3种RFeRF1、eRF3基因表达专题培训第169页折叠与修饰4基因表达专题培训第170页翻译生成多肽链必须经过加工才能成为有功效蛋白质。这些加工步骤包含：化学修饰、折叠、亚基聚合等，其中最主要是折叠。蛋白质合成后经靶向运输抵达细胞特异空间。基因表达专题培训第171页新生肽链经历翻译后修饰末端修饰：肽链N-和C-末端有切除和/或化学修饰水解加工多蛋白水解加工可产生各种肽链

内含肽（intein）切除造成外显肽（extein）连接基因表达专题培训第172页蛋白水解加工基因表达专题培训第173页内含肽剪切基因表达专题培训第174页氨基酸残基化学修饰个别氨基酸可进行甲基化和乙酰化修饰

蛋白质糖基化是一个复杂化学修饰一些蛋白质加入异戊二烯基团结合蛋白质加入辅基大多数蛋白质有二硫键形成基因表达专题培训第175页糖基化基因表达专题培训第176页甲基化乙酰化异戊二烯化基因表达专题培训第177页肽链折叠两种模型肽链折叠是按等级进行：

1.在数毫秒内二级结构即沿多肽链形成。蛋白形成紧密但未折叠结构，将其疏水基团置于内部，与水隔离；

2.其后数秒或数分钟内，二级结构相互作用，通常经过一系列中间体构象，三级结构逐步成形。多肽链经过非极性残基间疏水作用介导，自动折叠成一个称之为“熔球”紧密结构。基因表达专题培训第178页几个辅助性蛋白：1.分子伴侣蛋白(molecularchaperone)2.蛋白二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽脯氨酰顺-反异构酶(peptidyl-prolylcis/transisomerase,PPI)基因表达专题培训第179页分子伴侣参加蛋白质折叠分子伴侣功效：封闭待折叠蛋白暴露疏水区段；创建一个隔离环境，蛋白质可互不干扰在此折叠；促进折叠和去聚合；碰到应激，使折叠蛋白质去折叠。分子伴侣：细胞内负责帮助其它多肽完成正确折叠、组装、转运和降解蛋白质。基因表达专题培训第180页核糖体结合分子伴侣：触发因子（triggerfactor，TF）新生链相关复合物（nascentchain-associatedcomplex，NAC）非核糖体结合分子伴侣：

70KD/40KD热休克蛋白（heatshockprotein,Hsp）家族

60KD/10KD热休克蛋白家族（伴侣素家族）分子伴侣有核糖体结合和非核糖体结合两类基因表达专题培训第181页（1）热休克蛋白70（Hsp70）两个主要功效域为折叠所必需还需要辅助因子Hsp40和GrpE。基因表达专题培训第182页基因表达专题培训第183页（2）大肠杆菌