第十章 遗传信息表达

AP-1 TGAGTCA
Transcripti Consensus on Sequence Activator p53
PuGPuCATGPyC Py GGGPuNTPyPyC C GGAGAPu TGACTCAG
AP-2
CCC(A/C)N(C/G NF-kB )3 ATGCAAAT (A/T)GATAPu
（三）肽链的延长
进位 fMet－tRNA——P位 下一个氨基酰tRNA进入A位 肽键形成 在23S rRNA肽基转移酶催化下，A位与P位氨基酰 形成肽键 移位 在EF-G GTP酶催化下，A位氨基酰tRNA移到P位， 并于E位释放从P位离开的tRNA 进位 空出的A位接纳下一个氨基酰tRNA
p38MAPK 途径
肽链 的延 伸
多聚核糖体
核糖体与多肽链的合成
（四）肽链的终 止和释放
终止密码子出 现—释放因子 （RF1、3）催化 下肽链合成终止 （原核细胞）
（五多肽链合成后的加工和修饰
• 去除甲硫氨酸fMet，Met
• 折叠：氢键、离子键、二硫键
• 共价修饰：磷酸化、甲基化、乙酰化 • 剪接
第三节 基因表达的调控
（一）转录 1. 粗转录阶段（由RNA聚合酶催化） • hnRNA — mRNA 2. 加工阶段 • 剪接：切除内含子和尾部区序列，5’GU，3’AG • 戴帽：对mRNA 5’端进行修饰+G，7’-N甲基化， 1位碱基2’-O甲基化 • 加尾: 在mRNA3’加一段多聚腺苷酸（poly A） 尾巴。150——200bp
• 以mRNA为模板，在核糖体上进行
一、遗传密码子
遗传密码子（genetic code ）: Nirenberg （1961）等发现 四种碱基 43＝64 种排列， 20种氨基酸 • 起始密码（AUG） • 终止密码（UAA，UGA，UAG）
遗传密码（genetic codon）
遗传密码的特征
引发体
• 引发酶（引物合成 酶 ） 催 化 合 成 RNA 引物 • RNA 引 物 与 蛋 白 质 形成引发体 • RNA引物的长度一 般为4～12个核苷 酸
DNA复制过程
前导链和后导链
前导链： 从5 ′→ 3 ′方向是连续合成的，合 成的子链叫前导链。
后随链：与5′→3′母链互补，不连续性合成许 多片段，称冈崎片段。冈崎片段最后由DNA连接 酶连接成一条完整的链，称做后随链。
3. 逆转录： 以RNA为模板转录合成cDNA的过程 端粒的合成 病毒遗传物质的复制
三、真核基因的转录
特点 多种RNA聚合酶参与不同的RNA合成 有多种类型的启动子 有多种转录因子参与 转录后加工过程复杂
第三节 蛋白质的生物合成
• 蛋白质的生物合成又称为翻译
(二)转录调节序列: 增强子（enhancer） 沉默子（silencer） 反应元件（response element）:转录因子结 合序列
Examples of transcriptional activators in mammals.
Transcripti Consensus on Sequence Activator
Oct-1 GATA-1
NFAT NF-E2
*Pu = Purine (A or G); Py = Pyrimidine (C or T); N = any
（三）原核细胞基因组结构特点
1. 只有一个DNA分子，裸DNA形式存在 2. 结构简单，编码区比例高 3. 基因多为单一序列 4. 基因以操纵子结构存在 • 操纵子（operon）：多个性质相同的基因串 联在一起形成基因簇，在一套调控系列控制 下转录表达 5. 存在重叠基因
二、多肽链合成场所——核糖体
核糖体（ribosome）：嗜碱性染料颗粒
形态：圆形或椭圆形 15－30nm 原核小、真核大 结构: 大亚基：中心突、柄、嵴、中央管 小亚基：头、基、平台
核糖体的形态
头 平台 裂沟
中心突
嵴
柄
功能区：
• mRNA结合位点： 原核生物：小亚基16S rRNA,能与mRNA结合 5’端 SD（Shine-Dalgarno）序列（核糖体结合位点， RBS）结合 真核生物：18S rRNA， • A位：受位、氨基酰位 • P位：供位、肽基位 • T因子：肽基转移酶位 • E位：tRNA释放位点
2.DNA聚合酶
• DNA聚合酶 –催化合成DNA。
（1）DNA聚合酶：原核细胞有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。主要由 Ⅲ型负责 DNA 链的延伸，Ⅰ型有 5′-3 ′和 3 ′-5 ′外切酶活性，负责RNA引物的切除。 （ 2 ）核苷酸选择：根据摸板的碱基序列，从细胞中 选择相应的游离核苷三磷酸进行 DNA 链的合成，此 过程叫“核苷酸选择”。
三、多肽链的合成
（一）氨基酰－tRNA的合成
1.氨基酸活化 氨基酸＋ATP＝氨基酰腺苷酸 注：原核为甲酰甲硫氨酸，真核为甲硫氨酸 2.氨基酰tRNA合成 氨基酰 + tRNA—氨基酰—tRNA 氨基酰tRNA合成酶有高度的特异性，特异性 识别氨基酸和有特定反密码子的tRNA 同功受体tRNA：
（二）肽链合成的起始
（一）转录水平调控
反式作用因子（trans-acting factor）： 转录因子 顺式作用元件（cis-acting element）： 调控DNA序列 • 启动子 • 增强子 • 沉默子 • 反应元件（response element）:反式作用 因子结合序列
（二）基因转录水平调控因素 （1）环境因素 （2）激素、细胞因子、神经递质 （3）染色质结构的变化 染色质重塑（重构）（chromatin remolding） • 螺旋化 • 乙酰化 • 甲基化
1. mRNA与小亚基的结合 小亚基（30S）、IF3、IF1 + mRNA （RBS） — IF3-mRNA-30S三元复合物 2. 30S起始复合物的形成 IF2 + GTP + IF3-mRNA（AUG） + fMet-tRNA 3. 70S起始复合物的形成 30S起始复合物＋50S亚基 GTP酶水解、IF1-3解离 30S + 50S + mRNA + fMet-tRNA
（二）转录后水平调节
• mRNA剪接 • 小核RNA（snRNA） • 微小RNA（miRNA）
（三）翻译及翻译后水平调节
小 结
• • • • 核仁的结构和功能，NOR的定义 DNA复制的基本过程 RNA转录的基本过程 蛋白质合成的基本过程
核膜的崩解与形成
不同时期核膜和 染色质的变化
第九章
基因信息的表达与传递
第一节 DNA复制
• 遗传物质：人 46条DNA链 3×109碱基对
• 复制形式：半保留复制、半不连续性复制
• 复制方向： 5 ´ 3 ´
DNA的复制过程
• 复制泡形成： DNA 解螺 旋，双链打开膨大 • 复制叉：松开的两股 链和未松开的两股链 外形如“Y”字形 • 复制子：起始点和复 制叉共同构成的一个 单位，叫复制子
半不连续性复制
前导链：由5 ′→ 3 ′方向连续合成； 后随链：分段合成冈崎片段，最后连接
（二）复制所需的引物和酶
1. 引物：RNA引物，DNA引物 2. 酶：异构酶、解旋酶、聚合酶、连接酶、 单链DNA结合蛋白（SSB）、拓扑异构酶 3. 引发酶（RNA引物合成酶）和引发体 dnaA、B、C 4. 原料： 4种核苷酸
1. 2. 3. • 方向性: 5 ´ －3 ´ 简并性: 多个密码子编码同一氨基酸 通用性: 所有生物基本相同，比较表 但线粒体 CUA 苏氨酸（亮） AUA 甲硫氨酸（异亮） UGA 色氨酸 （终止） 4. 连续性：密码子的阅读不重叠、不间隔
（二）遗传密码的特征
1. 2. 3. • 方向性: 5 ´ －3 ´ 简并性: 多个密码子编码同一氨基酸 通用性: 所有生物基本相同，比较表 但线粒体 CUA 苏氨酸（亮） AUA 甲硫氨酸（异亮） UGA 色氨酸 （终止） 4. 连续性：密码子的阅读不重叠、不间隔
1. 原核基因的表达调控 操纵基因：实为一段阻遏物结合序列 调节基因 —表达调节蛋白
负调节
阻遏物
正调节
激活物 诱导物
操纵子基因表达调控机制
操纵基因：阻遏蛋白结合部位 操纵子 启 动 子：RNA聚合酶的结合部位 调节基因：编码阻遏蛋白的基因 结构基因：编码功能蛋白的基因 乳糖代谢 结构基因 Z：控制β-半乳糖苷酶合成 Y：控制半乳糖通透酶合成 A：控制乙酰基转移酶合成
（四）真核基因组结构特点
1. 基因组DNA比较庞大，结构复杂 2. 基因组DNA中非编码序列占绝大部分 3. 基因多为断续基因（split gene），编码 区中含有内含子（intron） 4. 不存在重叠基因 5. 含有大量的重复序列 • 低度重复序列 • 中度重复序列 • 高度重复序列
第二节 基因的转录
第二节 RNA转录
基因（gene):遗传物质的表达单位，一段特定序列的 核酸片段，具有指导RNA或（和）蛋白质合成的生物学 功能。 1909年丹麦遗传学家W. Johannsen提出 基因组（genome）：单倍染色体所有基因的总称 蛋白质组（proteome）：细胞内所有蛋白质的总称
一、基因结构 （一） 基本结构： 1. 启动子 原核:Pribnow box -10bp TATAATG CAT box -35bp TTGACAT 真核: TATA box -25 - 50bp CAAT box -70 - 80bp 2. 编码区: 起始密码子 至 终止密码子 3. 终止子: 提示转录终止的序列 依赖终止因子 终止因子非依赖
1.依赖ρ因子的转录终止 2.非依赖ρ因子的转录终止
ρ因子参与的转录终止过程
RNA的发卡结构与转录终止
真核生物转录后的加工