1、孟 尧 临床生化教研室 检验医学院,2012年2月20日星期一,1,成都医学院检验医学院,E-mail：,2012年2月20日星期一,2,成都医学院检验医学院,Function：1. Qestion2. Idea3. HelpBlack Blue Red,开场白,Why?What?How?,How to study? How to study this subject?,2012年2月20日星期一,3,成都医学院检验医学院,核酸P19 核苷酸P18 核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸P17 A、C、T、U、G H3PO4,Review,2012年2月20日星期一,4,成都医学院检验医学院,小,大,复
2、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,成都医学院检验医学院,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,6,P32、33,参与复制的酶和蛋白P33 半不连续复制P37,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,7,滚环复制,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,8,转录概述,2012年2月20日星期一,9,成都医学院检验医学院,Chapter3 基因的表达与调控,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,10,转录的概念： 中心法则为什么是DNA RNA 蛋白质而不是DNA 蛋白质？,2012年2月2
3、0日星期一,成都医学院检验医学院,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。,一、RNA合成的特点,2012年2月20日星期一,12,成都医学院检验医学院,RNA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O
4、H。,2012年2月20日星期一,13,成都医学院检验医学院,3. 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。,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,14,2012年2月20日星期一,15,成都医学院检验医学院,RNA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
5、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,二、原核生物的转录,2012年2月20日星期一,16,成都医学院检验医学院,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,2012年2月20日星期一,17,成都医学院检验医学院,3. 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
6、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。,（一）、细菌的RNA聚合酶,2012年2月20日星期一,18,成都医学院检验医学院,E.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。,2012年2月20日星期一,19,成都医学院检验医学院,（二）、原核生物转录的起始和延伸,2012年2月20日星期一,20,成都医学院检验医学院,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
7、重要的，根据他们的作用分为转录因子和辅助因子,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,21,2012年2月20日星期一,22,成都医学院检验医学院,(1). -10序列(Pribnows box):保守序列是TATAAT，位于-10bp左右；其功能是：a.与RNA Polymerase紧密结合；b.形成开放启动复合体；c.使RNA polymerase定向转录 (2). -35序列(Sextama box):保守序列是TTGACA，与-10序列相隔16-19bp。其功能是：a.为RNA Polymerase的识别为点；b.与-10序列距离相当稳定,2012年2月20日星期一,23,成
8、都医学院检验医学院,(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。,乳糖启动子的CAP结合位点,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,24,2. 转录的起始和延伸,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,25,3. 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（依赖因子终止子）,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,26,（1）. 强终止子,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,27,（2）.依赖因子
9、终止子(多出现在噬菌体中),三、真核生物的转录,2012年2月20日星期一,28,成都医学院检验医学院,（一）、真核生物的RNA聚合酶,2012年2月20日星期一,29,成都医学院检验医学院,RNA聚和酶I ：转录45S前体RNA，然后加工成5.8S、18S、28S 的 rRNA RNA聚合酶：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：转录小RNA基因包括tRNA、5S rRNA及某些snRNA,（二）、真核生物的启动子,2012年2月20日星期一,30,成都医学院检验医学院,真核生物的启动子根据各自所需的RNA聚合酶分为三
10、类，分别由RNA聚合酶I、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。,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,31,1. RNA聚合酶I的启动子结构(转录rRNA),2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,32,2. RNA聚合酶III的启动子结构,转录5S RNA、tRNA和核内小RNA,5S rRNA,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,33,聚合酶 III 的内部启动子需要装配因子 TFIIIA and TFIIIC, 起始因子 TFIIIB, 和 RNA polymerase III.,5SrRNA基因,tRNA基因,2012年2月2
11、0日星期一,成都医学院检验医学院,34,3. RNA聚合酶II的启动子结构,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,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,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,36,上游启动子元件：CAAT框：-75附近，一致
12、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,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,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。,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,38,2. 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
13、响。 沉默子（Silences） 上游激活序列（UASs）,（三）、真核基因转录的终止,2012年2月20日星期一,39,成都医学院检验医学院,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,四、转录后加工,2012年2月20日星期一,40,成都医学院检验医学院,在细胞内，由RNA聚合酶合成的新的RNA称为原初转录物（primary transcript），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（pos
14、t-transcription processing）,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,41,（一）、原核生物RNA转录后的加工 原核生物rRNA前体的加工,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,42,2. 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。,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,43,（二）、真核生物RNA转录后的加工 真核生物tRNA前体的加工,201
15、2年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,44,2. 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：1618S rRNA组成大亚基：5S、5.8S、2628S rRNA组成 2、基因结构特点：成簇排列，1618、5.8和2628SRNA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,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,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
16、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。,2012年2月20日星期一,46,成都医学院检验医学院,2012年2月20日星期一,47,成都医学院检验医学院,蛋白质生物合成及合成后加工,2012年2月20日星期一,48,成都医学院检验医学院,1954 Paul Zamecnik采用同位素标记氨基酸体内试验证明体内蛋白质是由氨
17、基酸合成的； 1956 氨基酰-tRNA合成酶 1958 M.B.Hoagland&Zamecnik又发现蛋白质生物合成需要可溶性RNA为中介； 1961 Howard Dintzis证明血红蛋白肽链合成方向是从N-末端向C-末端进行； 1961-1966 Nirenberg、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,2012年2月20日星期一,49,成都医学院检验医学院,mRNA,20 Amino Acids,遗传信息,排列顺序,A、G、C、U,翻译(translation): mR
18、NA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,2012年2月20日星期一,50,成都医学院检验医学院,mRNA上有4种核苷酸A、C、U、G 可构建444=64个密码子（也称为三联体密码）,2012年2月20日星期一,51,成都医学院检验医学院,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,2012年2月20日星期一,52,成都医学院检验医学院,每一种特异的tRNA只能转载特异的氨基酸,（二
19、）、tRNA是氨基酸的转运工具,2012年2月20日星期一,成都医学院检验医学院,53,2012年2月20日星期一,54,成都医学院检验医学院,原核：大亚基23S、5S rRNA+小亚基16S rRNA+数种核糖体蛋白真核：大亚基28S、5.8S、5S rRNA+小亚基18S rRNA+数种核糖体蛋白,（三）、核糖体RNA是蛋白质合成的场所,2012年2月20日星期一,55,成都医学院检验医学院,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,2012年2月20
20、日星期一,56,成都医学院检验医学院,（四）、蛋白质合成体系组成还需要其他成分,2012年2月20日星期一,57,成都医学院检验医学院,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-tRNA 2. 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性,二、蛋白质生物合成分5个阶段进行 （一）、氨基酸活化成氨基酰-tRNA,2012年2月20日星期一,58,成都医学院检验医学院,原核生物及真核生物翻译起始需要起始因子3种IF或eIF 2. 起始过程形成翻译起始复合物,（二）、起始阶段形成翻译起始复合物,2012年2月20日星
21、期一,59,成都医学院检验医学院,合成肽链延长的核糖体循环分为3步反应进位、成肽和转位。循环一次，肽链延长一个氨基酸残基，直至肽链合成终止。原核：EF真核：eEF,（三）、肽链延长阶段形成肽键,2012年2月20日星期一,60,成都医学院检验医学院,肽链合成的终止包括：终止密码的识别、从肽酰-tRNA水解出肽链、从核糖体分离出mRNA和大、小亚基拆开。原核生物有3种RF，真核生物只发现一种eRF,（四）、肽链合成终止阶段释放新生的肽链,2012年2月20日星期一,61,成都医学院检验医学院,从核糖体释放的多肽链不一定是具备生物活性的成熟蛋白质，在细胞内新生肽链只有经过各种修饰、聚合处理才能成为
22、有活性的成熟蛋白，该过程包括蛋白质折叠和翻译后加工。,三、翻译后的折叠和加工修饰,2012年2月20日星期一,62,成都医学院检验医学院,肽链氨基末端和羧基末端有切除和/或化学修饰翻译过程中，原核生物的N-末端的第一个氨基酸总是甲酰蛋氨酸；真核生物的是蛋氨酸。细胞内的脱甲酰基酶或氨基肽酶可以去除,（一）、新生肽链经历翻译后修饰,2012年2月20日星期一,63,成都医学院检验医学院,水解加工包括多蛋白水解加工和内含肽的剪接 （1）、蛋白水解加工可产生多种肽链 （2）、内含肽切除导致外显肽连接,2012年2月20日星期一,64,成都医学院检验医学院,氨基酸残基的化学修饰有多种形式 （1）、甲基化和乙酰化修饰 （2）、蛋白质糖基化 （3）、某些蛋白质加入异戊二烯基团 （4）、结合蛋白质加入辅基 （5）、大多数蛋白质有二硫健的形成,2012年2月20日星期一,65,成都医学院检验医学院,多肽链通过分步反应快速地进行折叠辅助蛋白参与：二硫键异构酶、脯氨酰顺-反异构酶和分子伴侣蛋白等 分子伴侣参与蛋白质折叠细胞内的分子伴侣可分为两大类，即按照与核糖体结合与否,（二）、折叠是肽链高级结构形成的过程,2012年2月20日星期一,66,成都医学院检验医学院,（三）、亚单位聚合形成多亚基蛋白质,
