打印现在分子生物学(精)

1 翻译-运转同步机制 • 分泌蛋白的生物合成开始于核糖体，翻译到大约50个氨基酸残基， 信号肽开始从核糖体的大亚基露出，被内质网膜上的受体识别并与 之结合。信号肽过膜后被内质网腔的信号肽酶水解，新生肽随之通 过蛋白孔道穿越疏水的双层磷脂。当核糖体移到mRNA的“终止” 密码子，蛋白质合成即告完成，翻译体系解散，膜上的蛋白孔道消 失，核糖体重新处于自由状态。 • 蛋白质定位的信息存在于该蛋白质自身结构中，并且通过与膜上特 殊受体的相互作用得以表达。信号肽紧接在起始密码之后，大部分 是疏水氨基酸。信号肽的长度在13～36个残基。 • 信号肽的特点：1、10～15个疏水氨基酸；2、N端有带正电荷的氨 基酸；3、C端接近切割点处代数个极性氨基酸；4、C端氨基酸侧 链短。 2 翻译后运转机制 叶绿体和线粒体中有许多蛋白质和酶是由细胞质提供的，其中绝大 多数以翻译后运转机制进入细胞器内。
3.4 原核生物与真核生物mRNA的特征比较
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一）原核生物mRNA的特征 1 原核生物的mRNA半衰期短 2 许多原核生物mRNA以多顺反子的形式存在 3 原核生物mRNA5′端无帽子结构，3′端没有或只有较短的poly(A)结构。 原核生物中，mRNA的转录和翻译不仅发生在同一个细胞空间里，而且这 两个过程几乎是同步进行的，蛋白质合成往往在mRNA刚开始转录是被引 发了。一个原核细胞的mRNA(包括病毒)有时可以编码几个多肽，而一个 真核细胞的mRNA最多只能编码一个多肽。 二） 真核生物mRNA的特征 • 1 半衰期较长，几乎都是单顺反子的形式存在 • 2 真核生物的mRNA的5′端存在帽子结构。帽子结构可能使mRNA免遭核酸 酶的破坏。mRNA的帽子结构常常被甲基化 • 3 绝大多数真核生物mRNA具有poly(A)尾巴 • 真核细胞mRNA的最大特点在于它往往以一个较大分子质量的前提RNA出 现在核内，只有成熟的，相对分子质量明显变小并经化学修饰的mRNA才 能进入细胞质，参与蛋白质的合成。所以，真核细胞的mRNA的合成和功 能表达发生在不同的空间和时间范筹内。
三 RNA的编辑和化学修饰 • RNA的编辑是某些RNA，特别是mRNA的一种加工方 式，它导致了DNA所编码的遗传信息的改变，因为经 过编辑的mRNA的序列发生了不同于模版DNA的变化 • RNA的编辑可能是充分发挥生理功能所必须的。载体 蛋白mRNA中的C-U,谷氨酸受体蛋白mRNA中的A-I， 都属于脱氨基作用的结果，分别由胞嘧啶和腺嘌呤脱 氨酶所催化。通常情况下，该酶促反应的特异性不强， 腺嘌呤脱氨酶可以作用于双链RNA区的任何腺苷酸残 基。但是，RNA的编辑发生在带有催化作用的脱氨酶 亚基的复合体中，有附加的RNA结合区能帮助识别所 编辑的特异性靶位点。 • 除了RNA的编辑之外，有些RNA，特别是前体rRNA和 tRNA，还可能有特异性化学修饰如下：
蛋白质运转机制 • 蛋白质的合成位点与功能位点常常被细胞内的膜所隔开， 蛋白质需要运转。核糖体是真核生物细胞内合成蛋白质的 场所，任何时候都有许多蛋白质被输送到细胞质、细胞核、 线粒体和内质网等各个部分，补充和更新细胞功能。细胞 各部分都有特定的蛋白质组分，蛋白质必须准确无误地定 向运送才能保证生命活动的正常进行。 • 蛋白质运转可分为两大类: 1、翻译运转同步机制：蛋白质 的合成和运转同时发生，则属于; 2、翻译后运转机制：蛋 白质从核糖体上释放后才发生运转。 • 分泌蛋白质大多是以同步机制运输的。 • 在细胞器发育过程中，由细胞质进入细胞器的蛋白质大多 是以翻译后运转机制运输的。 • 参与生物膜形成的蛋白质，依赖于上述两种不子的剪接编辑及化学修饰
一 RNA中的内含子 • 断裂基因：断裂基因的存在表明真核细胞的基因结构和 mRNA合成过程比原核细胞要复杂的多，因为真核基因 的表达往往伴随着RNA的剪接过程，从mRNA前体分子 中切除被称为内含子的非编码区，并使基因中被称为外 显子的编码区拼接形成成熟mRNA。真核基因大多是断 裂的，也就是说一个基因可由多个内含子和外显子间隔 排列而成。 • 外显子：编码蛋白质的序列。 • 内含子：初级转录产物hnRNA加工产生成熟mRNA时被 切除的间隔序列。研究表明，内含子在真核基因中所占 的比例非常高，甚至超过99%。
四）真核基因转录的起始 • 真核生物转录起始十分复杂，往往需要多种蛋白因子的协助，已经知道， 在所有的细胞中有一类叫做转录因子的蛋白质分子，它们与RNA聚合酶Ⅱ形 成转录起始复合物，共同参与转录起始的过程。 • 真核生物基因中，有专门为蛋白质编码的基因，这些基因由RNA聚合酶Ⅱ 负责进行转录起始关键性作用。根据这些转录因子的作用特点可大致分为二 类；第一类为普遍转录因子，它们与RNA聚合酶Ⅱ共同组成转录起始复合物， 转录才能在正确的位置上开始。普遍转录因子是由多种蛋白质分子组成的， 其中包括特异结合在TATA盒上的蛋白质，叫做TATA盒结合蛋白，还有至成 一组复合物叫做转录因子ⅡD。TFⅡD再与RNA聚合酶Ⅱ结合完成转录起始复 合物的形成。 • 除TFⅡD以外，在细胞核提取物中还发现TFⅡA，TFⅡF，TFⅡE，TFⅡH 等，它们在转录起始复合物组装的不同阶段起作用，像TFⅡH就有旋转酶活 性，它可利用ATP分解产生的能量，介导起始点双螺旋的打开，使RNA聚合 酶得以发挥作用。从中也不难看出真核细胞中基因转录的起始是基因的表达 调控的关键，这么多蛋白质分子之间相互作用，以及这些蛋白质分子DNA调 控元件相结合，构成控制基因转录开始的复杂体系。 • 第二类转录因子为组织细胞特异性转录因子或者叫可诱导性转录因子，这 此TF是在特异的组织细胞或是受到一些类固醇激素，生长因子或其它刺激后， 开始表达某些特异蛋白质分子时，才需要的一类转录因子。
2.1 线粒体蛋白质跨膜运转 特征:1、通过线粒体膜的蛋白质在运转之前大多数以前体形式存在，它由成 熟蛋白质和位于N端的一段前导肽(leader peptide)共同组成,前导肽约含 20～80个氨基酸残基，当前体蛋白过膜时，前导肽被多肽酶所水解，释 放成熟蛋白质。 2、蛋白质通过线粒体膜运转时，首先由外膜上的Tom受体复合蛋白识 别与分子伴侣相结合的待运转多肽，通过Tom和Tim组成的膜通道进入线 粒体内腔。蛋白质跨膜运转时的能量来自线粒体Hsp70引发的ATP水解和 膜电位差。
• 真核生物的启动子有其特殊性，真核生物有三种RNA聚合酶，每一种 都有自己的启动子类型。以RNA聚合酶Ⅱ的启动子结构为例，人们比 较了上百个真核生物RNA聚合酶Ⅱ的启动子核苷酸序列伯发现；在-25 区有TATA框，又称为Hogness框或Goldberg-Hogness框。其一致序 列为T28A97A93A85A63T37A83A50T37，基本上都由A，T碱基所组 成，实验表明，TATA框决定了转录起点的选择，天然缺少TATA框的 基本可以从一个以上的位点开始转录。在-75区有CAAT框，其一致的 序列为GGTCAATCT。有实验表明CAAT框与转录起始频率有关。 • • • • • • 三）原核基因转录的起始 原核生物转录起始可分为四个阶段： ①核心酶在δ因子参与下接触到DNA上； ②RNA聚合酶识别启动子并与之结合，形成封闭性的起始复合物； ③酶结合在-10区，启动子活化；然后解开双链，暴露模板链； ④酶移动到转录起始位点，加上第一个核苷三磷酸，形成三元复合物， 转录开始。
• 在合成的各个阶段有许多蛋白质、酶和其他生物大分 子参与。参与蛋白质合成的各种组分约占细胞干重的 35%。在真核生物中有将近300种生物大分子与蛋白 质的生物合成有关。 • 蛋白质合成是一个需能反应，要有各种高能化合物的 参与。细胞用来进行合成代谢的总能量的90%消耗在 蛋白质合成过程中。 • 在真核生物细胞核内合成的mRNA，要运送到细胞质， 才能翻译生成蛋白质。 • 所谓翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起 始位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则， 依次合成一条多肽链的过程。 • 蛋白质合成速度很高。大肠杆菌只需要5s就能合成一 条由100个氨基酸组成的多肽。
第四章 生物信息的传递（下） 蛋白质的生物合成步骤 蛋白质的合成是一个比DNA的复制和转录更为复杂的过程。 它包括： • (1)翻译的起始 核糖体与mRNA结合并与氨酰-tRNA生 成起始复合物。 • (2)肽链的延伸 由于核糖体沿mRNA5’端向3’端移动， 开始了从N端向C端的多肽合成，这是蛋白质合成过程 中速度最快的阶段。 • (3)肽链的终止及释放 核糖体从mRNA上解离，准备新 一轮合成反应。 • 核糖体是蛋白质合成的场所。 • mRNA是蛋白质合成的模板。 • 转移RNA(transfer RNA，tRNA)是模板与氨基酸之间的 接合体。
蛋白质合成的生物学机制
蛋白质是生物活性物质中最重要的大分子组分，生物有机体的遗传学特性 要通过蛋白质来得到表达。 蛋白质的生物合成包括氨基酸活化、肽链的起始、伸长、终止以及新合成 多肽链的折叠和加工。 （1）氨基酸的活化：蛋白质合成的起始需要核糖体大小亚基、起始tRNA 和几十个蛋白因子。在mRNA编码区5‘端形成核糖体-mRNA-起始tRNA 复合物并将甲硫氨酸放入核糖体P位点。 （2）翻译的起始：细菌中翻译的起始需要如下7种成分:①30S小亚基，② 模板mRNA，③fMet-tRNAfMet，④3个翻译起始因子(IF-l、IF-2和IF-3)， ⑤GTP，⑥50S大亚基，⑦Mg2＋。翻译起始又可被分成3步。 第一步，30S小亚基与翻译起始因子IF-l，IF-3的作用下通过mRNA 的SD序 列与之相结合。 第二步，在IF-2和GTP的帮助下，fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上 的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。 第三步，带有tRNA、mRNA及3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚 基结合；然后，释放翻译起始因子。
二 RNA的剪接 • 研究表明，许多相对分子质量较小的核内RNA以及与 这些RNA相结合的核蛋白(被称为snRNPs)参与RNA的 剪接。mRNA链上每个内含子的5′和3′段分别与不 同的snRNPs相结合，形成RNA和RNP复合物。 • 在高等真核生物中，内含子通常是有序或组成性地从 mRNA前体中被剪接，然而，在个体发育或细胞分化 时可以有选择地越过某些外显子或某个剪接点进行变 位剪接，产生出组织或发育阶段特异性mRNA，称为 内含子的变位剪接。 一般情况下，由u1snoRNA以碱基互补的方式识别mRNA前体 5‘剪接点，由结合在3’剪接点上游富嘧啶区的u2AF识别3‘剪 接点，并引导u2snRNP与分支点相结合，形成剪接前体， 并进一步与 u4、 u5、 u6snRNP三聚体相结合，形成60s的 剪接体，进行RNA前体分子的剪接。