分子遗传学转录和翻译

分子遗传学转录和翻译2012年2月20日星期一1第一页，共六十三页，编辑于2023年，星期五

E-mail：myaostudents@2012年2月20日星期一2Function：1.Qestion2.Idea3.HelpBlackBlue

Red开场白第二页，共六十三页，编辑于2023年，星期五Why?What?How?Howtostudy?Howtostudythissubject?2012年2月20日星期一3第三页，共六十三页，编辑于2023年，星期五核酸P19核苷酸P18核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸P17A、C、T、U、GH3PO4Review2012年2月20日星期一4

小大第四页，共六十三页，编辑于2023年，星期五复制的方向半保留复制参与复制的酶和蛋白半不连续复制滚环复制2012年2月20日星期一5第五页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一6P32、33第六页，共六十三页，编辑于2023年，星期五参与复制的酶和蛋白P33

半不连续复制P372012年2月20日星期一7第七页，共六十三页，编辑于2023年，星期五滚环复制2012年2月20日星期一8第八页，共六十三页，编辑于2023年，星期五

转录概述2012年2月20日星期一9Chapter3

基因的表达与调控第九页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一10转录的概念：中心法则为什么是DNARNA蛋白质而不是DNA蛋白质？第十页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一11遗传信息要从DNA—蛋白质还要经过RNA的传递，其中包括携带编码信息的mRNA、负责转运氨基酸的tRNA和构成核糖体的rRNA，这三种RNA都是以DNA为摸板在依赖于DNA的RNA聚合酶的作用下合成的，包括RNA链的起始、延伸、终止以及转录后的加工过程，这一系列过程称为转录。第十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期五一、RNA合成的特点2012年2月20日星期一12RNA的生长方向也是从5’---3’，核苷三磷酸加到新生链的3’---端，除去的焦磷酸分解为无机磷酸为反应提供能量。2.RNA的四种前体是核糖核苷三磷酸（rNTP）：ATP、GTP、CTP、UTP，每个NTP上有2个—OH。第十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一133.转录必须以一条DNA链为模板，转录的链都是双链，按照碱基互补配对原则进行。4.转录的过程实现了DNA双螺旋中一条链的RNA链的合成。转录产物RNA的碱基序列与DNA模板链互补，同非模板链一致，只是把T换成了U。因此经常把非模板链称为有义链，模板链称为反义链。第十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一14第十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一15RNA合成与DNA复制的相同点与不同点：和DNA复制相似的是RNA的合成主要也包括四个环节：RNA聚合酶的结合；起始；延伸；终止。异同点：RNA转录：以双链DNA中的一条单链为模板、4种核糖核酸为底物，在转录酶的作用下合成RNA的过程。DNA复制：以双链DNA为模板、4种脱氧核糖核酸为底物，在DNA聚合酶的作用下合成新DNA的过程第十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期五二、原核生物的转录2012年2月20日星期一16原核生物与真核生物的区别：原核生物是没有核膜包围的细胞核，而真核生物有，这是最重要的区别；2.原核生物的细胞壁是由肽聚糖构成，而真核生物的细胞壁是由纤维素或几丁质构成第十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一173.原核生物是以二分裂形式进行增殖，而真核生物几乎都以有丝分裂方式进行增殖；4.原核生物均为单细胞生物，而真核生物绝大多数是多细胞生物，极少数是单细胞生物；5.原核生物只有核糖体一种细胞器，而真核生物具有多种细胞器。第十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期五（一）、细菌的RNA聚合酶2012年2月20日星期一18E.Coli中RNA聚合酶是四聚体的核心酶2a、b、b’+

s亚基组成的一个全酶来发挥功能的。第十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一19第十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期五（二）、原核生物转录的起始和延伸2012年2月20日星期一20启动子(promoter)启动子就是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。当然转录的起始还需要一些辅助蛋白质参与，这些辅助蛋白质对于转录来说是非常重要的，根据他们的作用分为转录因子和辅助因子

第二十页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一21第二十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一22(1).-10序列(Pribnowsbox):

保守序列是TATAAT，位于-10bp左右；其功能是：a.与RNAPolymerase紧密结合；b.形成开放启动复合体；c.使RNApolymerase定向转录(2).-35序列(Sextamabox):

保守序列是TTGACA，与-10序列相隔16-19bp。其功能是：a.为RNAPolymerase的识别为点；b.与-10序列距离相当稳定第二十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一23(3).CAP位点

CAP是cAMP受体蛋白，只有CAP和启动子上的特殊位点结合后才能使-35序列和-10序列很好的与RNA聚合酶结合，从而形成一个开放的起始复合物。-60-40-20+1-35序列-10序列RNA聚合酶CAPCAP乳糖启动子的CAP结合位点第二十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一242.转录的起始和延伸第二十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一253.转录的终止原核生物的终止子可以分为两类：（1）、强终止子（2）、弱终止子（依赖ρ因子终止子）第二十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一26（1）.强终止子第二十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一27（2）.依赖ρ因子终止子(多出现在噬菌体中)第二十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期五三、真核生物的转录2012年2月20日星期一28（一）、真核生物的RNA聚合酶酶位置产物RNA聚合酶IRNA聚合酶IIRNA聚合酶III核仁核质核质核糖体RNA核RNAtRNA第二十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一29RNA聚和酶I：转录45S前体RNA，然后加工成5.8S、18S、28S的rRNARNA聚合酶Ⅱ：转录所有编码蛋白质的基因（mRNA）、snRNA（核内小RNA）及hnRNA（核内不均一RNA）RNA聚合酶Ⅲ：转录小RNA基因包括tRNA、5SrRNA及某些snRNA第二十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期五（二）、真核生物的启动子2012年2月20日星期一30真核生物的启动子根据各自所需的RNA聚合酶分为三类，分别由RNA聚合酶I、Ⅱ、Ⅲ进行转录

真核生物的启动子由转录因子而不是RNA聚合酶所识别。第三十页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一311.RNA聚合酶I的启动子结构(转录rRNA)第三十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一322.RNA聚合酶III的启动子结构转录5SRNA、tRNA和核内小RNA5SrRNA第三十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一33聚合酶III的内部启动子需要装配因子TFIIIAandTFIIIC,起始因子TFIIIB,和RNApolymeraseIII.5SrRNA基因tRNA基因第三十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一343.RNA聚合酶II的启动子结构聚合酶Ⅱ的启动子结构包括多个可以被不同的转录因子和辅助因子识别的保守序列CAATboxGCbox八聚体上游启动子元件核心元件第三十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一35核心元件：TATA框（Goldberg-Hogness）：

位置：-25~-30一致序列：T82A97T93A85(A63/T37)A83(A50/T37)特点：全部碱基是AT对。作用：和RNA聚合酶的定位有关，决定转录的起始位点。起始子（Initiator，Inr）：

位置：起始点位置一致序列：PyPyANPyPy

特点：富含嘧啶碱基作用：和转录起始位置的精确性有关第三十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一36上游启动子元件：CAAT框：-75附近，一致序列：GG（C/T）CAATCT。GC框：-90附近，富含GGGCGG的序列。八聚体应答元件：位置和序列不定第三十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一37远端调控区：增强子（Enhancer）：真核生物启动子中远端调控区域常见，可以增强启动子转录活性的一段DNA序列。作用特点：a.远距离效应；b.无方向性；c.顺式调节；d.无物种和基因的特异性；e.组织特异性；f.有相位性；g.有的增强子可以对外部信号产生反应。第三十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一382.减弱子（Dehancer）：在某些基因的上游远端和下游远端具有负调节序列，其作用不受距离和方向的影响。沉默子（Silences）上游激活序列（UASs）第三十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期五（三）、真核基因转录的终止2012年2月20日星期一39真核生物的转录终止信号和终止过程了解很少，困难在于很难确定原初转录物的3’末端，因为大多数基因在转录后会很快进行加工。无论是mRNA、tRNA还是rRNA第三十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期五四、转录后加工2012年2月20日星期一40在细胞内，由RNA聚合酶合成的新的RNA称为原初转录物（primarytranscript），原初转录物往往需要经过一系列的变化包括链的裂解、5’和3’的加工、拼接和编辑等过程才能成为成熟的RNA分子，此过程称为转录后加工（post-transcriptionprocessing）第四十页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一41（一）、原核生物RNA转录后的加工原核生物rRNA前体的加工16SRNaseⅢRNaseⅢRNaseEtRNA23S5StRNA16StRNA23S5StRNA第四十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一422.原核生物tRNA前体的加工前体加工大致分为四步：(1)、由核酸内切酶在tRNA两端切断；(2)、由核酸外切酶从3’端切去附加的序列；(3)、在3’端加上CCA-OH（有的不用另外加因为自身带有该序列）；(4)、核苷酸的修饰。第四十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一43（二）、真核生物RNA转录后的加工真核生物tRNA前体的加工不被转录的序列tRNA基因转录加工切去多余的序列加上CCA、修饰第四十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一442.真核生物rRNA前体的加工真核生物rRNA前体的加工和原核的极为相似1、真核生物核糖体组成：小亚基：16~18SrRNA组成大亚基：5S、5.8S、26~28SrRNA组成2、基因结构特点：成簇排列，16~18、5.8和26~28SRNA组成一个转录单位，彼此由间隔序列隔开，将来转录为一个45S的前体RNA进行加工，5S的单独进行转录。3、加工过程：以哺乳动物为例第四十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一45（三）、前体mRNA的加工原核生物前体mRNA的加工原核生物的mRNA很少经过加工，由于转录和翻译偶联，一般情况下一边转录一边就进行翻译，中间没有可加工的间歇时间。2.真核生物前体mRNA的加工真核生物mRNA前体的加工是最为复杂的，对于生物体本身来说也是非常重要的，因为他是编码蛋白质的，结构上包含内含子结构，而且真核生物的转录和翻译的过程被分开在不同的场所进行，这些就决定了真核生物mRNA前体加工必然是一个复杂的过程。第四十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一46第四十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一47第四十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期五蛋白质生物合成及合成后加工2012年2月20日星期一481954PaulZamecnik采用同位素标记氨基酸体内试验证明体内蛋白质是由氨基酸合成的；1956氨基酰-tRNA合成酶1958M.B.Hoagland&Zamecnik又发现蛋白质生物合成需要可溶性RNA为中介；1961HowardDintzis证明血红蛋白肽链合成方向是从N-末端向C-末端进行；1961-1966Nirenberg、Matthaei&Khorana先后确定了64个遗传密码；1973-1976麦胚无细胞体系、兔网织无细胞体系分别建立，蛋白质合成的具体过程终于确立第四十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一49mRNA20AminoAcids遗传信息排列顺序A、G、C、U翻译(translation):mRNA转译成氨基酸序列的过程一、蛋白质生物合成体系的组成（一）、mRNA是蛋白质合成的模板第四十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一50mRNA上有4种核苷酸A、C、U、G可构建4×4×4=64个密码子（也称为三联体密码）第五十页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一51遗传密码特点：通用性（universal）：从原核生物到人类都是用同一套遗传密码mRNA密码子的排列具有方向性三联体密码是连续的遗传密码具有简并性（除Trp和Met）反密码子与密码子配对有摆动性第五十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一52每一种特异的tRNA只能转载特异的氨基酸（二）、tRNA是氨基酸的转运工具第五十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一53第五十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一54原核：大亚基23S、5SrRNA+小亚基16SrRNA+数种核糖体蛋白真核：大亚基28S、5.8S、5SrRNA+小亚基18SrRNA+数种核糖体蛋白（三）、核糖体RNA是蛋白质合成的场所第五十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一55核糖体在蛋白质合成中有两个主要作用：1.核糖体通过将mRNA、氨基酰-tRNA和相关的蛋白因子放置在正确的位置来调节蛋白质的合成；2.核糖体的成分可催化翻译过程的一部分化学反应第五十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一56（四）、蛋白质合成体系组成还需要

其他成分第五十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期五2012年2月20日星期一57氨基酰-tRNA合成酶催化氨基酸与tRNA的连接：

胞浆；氨基酰-tRNA合成酶催化tRNA的3’-末端与氨基酸的羧基形成酯键，生成氨基酰-tRNA2.氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性二、蛋白质生物合成分5