第五章第二节基因

。
蛋白质合成后的加工与修饰
1. 氨基端和羧基端的修饰 2. 共价修饰 （1）磷酸化 （1）.氨基端和羧基端的修饰
（2）糖基化质膜蛋白质和许多分泌性蛋白质都具有糖链，这些寡糖链结合在丝氨酸 或苏氨酸的羟基上
（3）羟基化
（4）二硫键的形成：
3. 亚基的聚合
4. 水解断链：
三、原核生物基因
• 原核生物具有以下特征： • 1 功能相关的基因一般高度集中，组成操纵子（是指数个功能 上相关的结构基因串联在一起，构成信息区，连同其上游的调 控区以及下游的转录终止信号所构成的基因表达单位）的形式。 同一个操纵子中的基因共同转录成一个多顺反子。 • 2 编码蛋白质的基因是单拷贝基因。 • 3 RNA基因多是多拷贝基因。 • 4 绝大多数的基因是连续的，结构基因之间少有居间序列。细 菌中的75%DNA是用来编码基因的，另外的25%是基因间DNA， 与染色体的复制、染色体DNA的包装等有关。 • 5 基因DNA序列中几乎没有或很少内含子 • 6 基因组中重复序列少。 • 7 单个染色体成环状。 • 8 几乎所有的细菌都有染色体外的基因，存在于质粒中，是对 染色体基因的补充
前导区
编码区
尾部区
编码区上游
启动子 内含子
编码区上游 终止子
外显子
内含子：位于编码序列之间，通常指基因中能被转录成前体转录 物但却不能成为mRNA组成成分的序列。 外显子：即编码序列，也就是DNA分子中编码mRNA某一部分序 列的区域，转录时外显子与内含子均被转录在hnRNA中，然后经 转录后的剪接加工过程，去除内含子结构部分，外显子转录再连接 成一个完整的成熟的RNA分子。 前导区：位于编码区的前面相当于mRNA起始密码5′端的非编译 序列； 尾部区：位于编码区之后，指mRNA分子3′端终止密码子后面的 非翻译序列。
异亮氨酸
C U A U A G U U A G A U A U C
核糖体随着 mRNA滑动. 另一个 tRNA 上的碱基与 mRNA上的 密码子配对.
亮氨酸
天门冬 酰氨
异亮氨酸
U A G C U A U U A G A U A U C
一个个氨基酸分子缩合成链状结构
亮氨酸
天门冬 酰氨
异亮氨酸
U A G U U A G A U A U C
4、第一1个tRNA分子脱离P点位； 5、A位点的氨酰-tRNA进入P位点； 6、与第三个密码子对应的氨酰tRNA占据A位点； 7、过程不断继续，直至mRNA中 出现的终止密码子到达A位点， 然后从核糖体上释放处完成了的 多肽链。
E位：排出位
问题：mRNA如何将信息翻译成蛋白质？
翻译的过程
氨酰基转移给A位上的新
进入的氨酰-tRNA，形成 肽链。原在 P位上的、脱
去甲酰蛋氨酰基的 tRNA
从复合物中迅速脱落， 使P位留空。
（ 3 ）肽链延长的第三步： 转位 在转位酶/延长因子G （ EFG ）的催化下，在 A 位的二肽连同 mRNA 从 A 位进入 P 位。实际是整个 核糖体的相对位置移动。 第三位氨基酸按密码的指 引进入 A 位注册，开始下 一轮循环。（蛋氨酸氨基 肽酶； 1 个 GTP 三磷酸鸟苷 ）
重叠基因
发现在病毒中的一种基因形式。
重叠方式 基因内基因
A B
等位基因
5）假基因：在多基因家族中，某些成员在进化
过程中获得一个或多个突变而丧失了产生蛋白产 物的能力，这类基因称为假基因。
6）移动基因：是指可以由染色体基因组 的一个位置转移到另一位置的序列。
假基因
在多基因家族中，某些成员在进化过程中获得一 个或多个突变而丧失了产生蛋白产物的能力，这 类基因称为假基因。 如：ψζ、ψα、ψβ
转运RNA(tRNA)
tRNA作用
甲硫氨酸
？
U A C
反密码子
A U G G A U A U C
mRNA
核糖体
细胞质中的mRNA
细胞质
U U A G A U A U C mRNA
核糖体
U U A G A U A U C
mRNA 与核糖体结合
亮氨酸
A A U U U A G A U A U C
转录的过程 A A T C A A T A G
G
游离的核糖核苷酸
A A T C A A T A G
RNA 聚合酶
G
A A T C A A T A G U U
G
A A T C A A T A G U U
G
A A T C A A T A G U U A
G
A A T C A A T A G U U A G
三）转录过程特点
• 转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程。其与 DNA复制过程比较，有许多相似之处，如都以 DNA作模板，需核苷酸做原料，从5'到3'方向延 长，遵守碱基配对原则，产物是很长的核苷酸链。 但也有其自身的特点，如模板只能以有意义链转 录，原料是核糖核苷三磷酸，在碱基配对时，A 与U配对，催化的酶是RNA聚合酶，从5'到3'方向 连续合成等。
tRNA离开，再去转运新的氨基酸
U U A GAU AUC
以mRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质
蛋白质生物合成可分为五个阶段：
1、氨基酸的活化 2、多肽链合成的起始 3、肽链的延长 4、肽链的终止和释放 5、蛋白质合成后的加工
1、氨基酸的活化
•氨 基 酸
+
腺 苷 三 磷 酸
+
氨酰-转移核糖核酸 合成酶
1 2
5 ´
GTP 3´ (Tu\Ts)
GTP
N-端
移位
（EF-G）
C-端
肽键形成
2 3 2 3
进位
2 3
5´
3´
2. 肽链的延长
（ 1 ）肽链延长的第一步： 进位
1个GTP鸟苷三磷酸 、EFTu延
长因子和EFTs热稳定延伸因子 。
（ 2 ）肽链延长的第二步： 成肽 在转肽酶的催化下， P位 上的 tRNA 所携的甲酰蛋
4、肽链的终止和释放
3. 肽链合成的终止
终止密码子进入A 位点， 无相应tRNA与之结合， RF在GTP下识别终止密码 子结合于A位 肽基转移酶被激活， 催化P位上的肽酰－tRNA 酯键水解，使肽基与水分 子结合 多肽链合成终止，新 生肽链和tRNA从P位上释 放，核糖体大小亚基分离 ，进入新一轮循环
Mg 2+
氨酰-转移核糖核酸 合成酶
aa
腺 苷— 磷酸
+
PPi
tRNA
氨基酸的活化过程示意图
aa
转移 核糖 核酸
+
氨酰-转移核糖核酸
+
腺 苷— 磷酸
氨基酸 + tRNA + ATP腺苷—磷酸氨酰-tRNA + AMP + ppi + H2O
2、多肽链合成的起始
3、肽链的延长
进位
1 1 2
肽键形成
基因的一般结构
原核生物
真核生物
基因有两个特点：
• 一是能忠实地复制自己，以保持生物的基本 特征； • 二是基因能够“突变”，
基因的类型
1）重叠基因 两个基因序列出现部分或全部重叠 （嵌套基因）的现象。
2）断裂基因 真核生物，
最初在腺病毒中发现，绝大多数
3) 重复基因 由重复序列构成。重复基因指染色 体上存在多数拷贝基因，重复基因往往是生命活 动最基本，最重要的功能相关的基因
HS-40

2
1 2
1

多基因家族
一个多基因家族中不同成员成簇分布于几条不同的 染色体上，编码一组关系密切的蛋白。如：

α珠蛋白基因簇，5个相关基因，长800bp。16chr。 5’—ζ—ψζ—ψα1—α2—α1—3’

β珠蛋白基因簇，6个相关基因，1700bp。11chr。
5‘—ε—Aγ/Gγ—ψβ1—δ--β—3‘
G
A A T C A A T A G U U A G U
G
A A T C A A T A G U U A G U U
G
A A T C A A T A G U U A G U U A
G
A A T C A A T A G U U A G U U A U
G
A A T C A A T A G U U A G U U A U C
第 二 节 基 因
外显子：具有编码意义 转录单位 内含子：无编码意义
基 因
非编码区
前导区 启动子
增强子 调节转录活动。 调控 区 mRNA裂解信号 终止子 回文结构
尾部区
一、基因的分子生物学定义
基因是指DNA分子中具有功能活性的片段，基 因不仅包含编 码 RNA的核酸序列，还包括为保证转录所必需 的调控序列。 由四个部分组成即：
RNA的种类和功能
• • • • • 转运RNA（tRNA）：转运氨基酸 信使RNA（mRNA）：蛋白质合成的模板 不均一核RNA（hnRNA）：成熟mRNA的前体 核糖体RNA（rRNA）：核蛋白体组成成分 小核RNA（snRNA）： 参与hnRNA的剪接、转 运 • 小核仁RNA（snoRNA）：rRNA的加工和修饰 • 小胞质RNA（scRNA/7SL-RNA）：蛋白质内质 网定位合成的信号识别体的组成成分
G
A A T C A A T A G U U A G U U A U C
mRNA G
有义链又称编码链，是基因中与转录产物mRNA碱基序列相同的那条链（除 用T代替U）。基因中与有义链互补的链称反义链或模板链，是起转录作用 的模板。在包含多个基因的DNA分子中，各个基因的有义链并不都在同一条 DNA脱氧核苷酸链上，即在一条链上既有某些基因的有义链，又有另一些基 因的反义链。