用内因和外因之间的关系来解释分子生物学事件(精)

起始密码子的识别
内因：原核生物为SD序列 外因：为反SD序列
SD序列和反SD序列
蛋白质翻译后的定向与分拣
一般用由Blobel和Dobberstein于1975年提出的信号学说解释 蛋白质的定向和分拣。其主要内容是：各种蛋白质在细胞中 的最终定位由多肽链本身所具有的特定氨基酸序列决定。这 些特殊的氨基酸序列起着一种信号向导的作用，因此被称为 信号序列。在某种意义上，一个蛋白质分子上的信号序列相 当于它特有的“分子邮政编码”。如果一个蛋白质缺乏任何 一种信号序列，则会留在其“默认”的位置——细胞液，如 参与糖酵解和磷酸戊糖途径的酶以及细胞骨架蛋白等。
用内因和外因之间的关系解 释重要的分子生物学机制
南京大学生命科学学院杨荣武
唯物辩证法认为，外因是变化的条件，内因是变 化的根据，外因通过内因而起作用。同时，内因
和外因又是相互作用的。没有一定的外因，内因 也是不能充分发挥作用的。
几个问题
DNA复制为什么具有固定的起点？ 转录为什么具有固定的起点？ 转录后加工为什么如此精确？ 翻译为什么具有固定的起点？ 蛋白质合成好以后为什么各得其所？ 蛋白质合成好以后是如何得到正确的构象的？
* 剪接反应的“内因”——剪接信号 * 剪接反应的“外因”——snRNP和剪接因子 * 剪接反应——两次转酯反应 * 剪接体的组装
剪接信号
1. 5′-剪接点 5′外显子AG GU
Y= 嘧啶 R= 嘌呤 N = 任何核苷酸
内含子
2. 3′-剪接点 AG G 3′外显子
18 - 40 个核 苷酸
YNYRAY
TATA -30
Inr +1
RNA聚合酶III 如tRNA
A +20
B +60
如tRNA
PSE -60
RNA聚合酶 I rRNA UCE -90
TATA -30 核心启动子
真核生物RNA聚合酶II的启动子序列
RNA聚合酶II催化的基因转录预起始复合物的形成
真核细胞mRNA前体的后加工
* 加工形式 1) 5′-端 = 加帽 2) 3′-端 = 加尾 3) 内部 = 剪接 4) 内部=甲基化 5) 编码区=编辑 * 后加工机制
内因：为信号序列；外因为SRP等
5’ CAP
CPSF
CFI CFII PAP
AAUAAA
mRNA
核糖核酸蛋白复合物
1) CPSF = “剪切/多聚腺苷酸化特异性因子（3个亚基） 识别mRNA前体 3′-UTR上的 AAUAAA 一致序列，并与 此结合。
2) 招募CFI和CFII = “剪切因子”
3) 招募PAP = “poly(A)聚合酶”
AAUAAA
AAAAAAAAAAAAA100-200
鸡卵清蛋白基因结构及其Pre-mRNA的后加工
mRNA前体的剪接机制
* mRNA前体的剪接是高度精确的。其精确性一方面取决于位于 外显子和内含子交界处的剪接信号（可以将其视为内因）， 另外一方面取决于5种被称为snRNP的核糖核酸蛋白质复合物 （可以将其视为外因）。
大肠杆菌DNA复制过程中引发体的形成
转录为什么具有固定的起 点？
内因：启动子 外因：原核细胞为RNA聚合酶的sigma因子；真核细
胞为特定的转录因子
原核生物几种基因的启动子序列
细菌基因转录从起始阶段向延伸阶段的转变
RNA聚合酶I、II和III的启动子
RNA聚合酶 II
如AdML UPE -60
在剪接体中与U2结合。
mRNA前体的编辑
* 定义 任何发生在转录后编码区内的序列变化
* 主要类型 1) 尿苷酸的插入 2) C→U (哺乳动物的Apo B-48) 3) A→I (哺乳动物谷氨酸受体的一个亚基)
* 机制
1) gRNA 2) 特殊的脱氨酶 * 意义 1) 提高遗传信息的容量 2) 创造终止密码子和起始密码子
3. 分支点
剪接通过2次转酯反应
* 在转酯反应中，1个磷酸二酯键被转移到另外1个羟 基上。
RNA 链 O O -
OO
X
R
OO
-
P + R - OH
O
Y
X - OH +
P
O
Y
•没有水解，无能量的损失
剪接的两次转酯反应
snRNA U1 U2 U4
U5
U6
参与剪接反应的5种snRNA
互补性 内含子的5' -端
分支点
U6 snRNA
上游外显子 和下游外显子
U4 (和U2)
功能 识别和结合5'-剪接点 识别和结合分支点。在剪接体组装中，也与U6 snRNA 配对。 结合并失活U6。在剪接体组装中，U4-U6之间的碱基配对被U2-U6 之间的剪接配对所取代。U6也取代U1 与5' -剪接点的相互作用。 与相邻的2个外显子结合，以防止它们离开剪接体。
尿苷酸的插入
COX II DNA：…GTATAAAA GTAGA G A ACCT GG… COX II RNA：…GUAUAAAAGUAGAUUGUAUACCTGG…
锥体虫COXIII mRNA前体在 编辑过程中插入大量的尿苷酸
杂交 编辑
杂交 编辑
小肠上皮细胞内发生的Apo B蛋白的Pre-mRNA的编辑
DNA复制具有 固定的起点
内因：复制起始区 外因：起始蛋白
DNA复制起始区的特征 ① 由多个短的重复序列组成；
② 能够被多亚基的复制起始区结合蛋白识别；
③ 通常富含AT碱基对，这有利于DNA复制起动时的解链， 因为AT碱基对含有的氢键数目低于GC碱基对。
DNA复制起始区的特征
大肠杆菌DNALeabharlann Baidu制起始区的结构
3′-加尾
25-30 bp
TATA box
ATG +1
5′-UTR
基因的编码序列
翻译区域
mRNA
终止密码子
3′-UTR
加尾反应由两步组成：
1) 剪切——在3′-UTR一个特定序列上游10-30 核苷酸序 列的位置切开
2) 添加腺苷酸（100-200个）产生多聚腺苷酸尾巴
加尾的内因和外因
内因：加尾信号（主要是AAUAAA) 外因：特殊的蛋白质
5’ 帽子
CPSF
CFI CFII PAP
AAUAAA
mRNA
* mRNA前体在AAUAAA序列下游10-30个核苷酸的位 置被CFI/II切开 * 产生的3′-OH被PAP作为添加腺苷酸的位点。PAP不 需要模板，只对ATP有亲和性 * Poly(A)尾巴被 poly(A)-结合蛋白结合（PABP）