基因表达

氨基酰-tRNA的表示方法 各种氨基酸和对应的tRNA结合后形成的 氨基酰-tRNA表示为： 氨基酸的三字母缩写-tRNA氨基酸的三字母缩写
例如：
丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla 精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg 甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet
真核生物起始氨基酰-tRNA是Met-tRNAiMet
N
H2N HN
N
N N
P O
O
CH3
H OCH3
帽子结构与稳定mRNA及翻译起始有关。

帽子结构的生成过程： 5 pppG…
磷酸酶
5 ppG…
pppG
Pi
鸟苷酸 转移酶
ppi
5 GpppG…
SAM
甲基转移酶
5 m7GpppG…
前体mRNA在3’端特异位点断裂并加上多聚腺 苷酸尾
• 除组蛋白外，几乎所有的mRNA都有80-250个
原核生物70S起始复合物形成过程
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
原核生物mRNA在核蛋白体小亚基上的准确 定位和结合涉及两种机制：
• 在各种mRNA起始AUG上游约8～13核苷酸部位，
存在一段由4～9个核苷酸组成的一致序列，富
含嘌呤碱基，如-AGGAGG-，称为 S-D序列，又
腺苷酸构成的3’末端ploy (A)尾结构。
• 尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。
• poly A的有无与长短，是维持mRNA作为翻译模
板的活性，以及增加mRNA本身稳定性的因素。 • 前体mRNA分子的断裂和加多聚腺苷酸尾是多步 骤过程。
YNCUGAC
选择性剪接(alternative splicing)
原核生物
起始氨基酰-tRNA: fMet-tRNAfMet
具有起始功能的tRNAfMet 与甲硫氨酸结合
后，甲硫氨酸很快被甲酰化为N-甲酰甲硫氨酸
(N-formyl methionine, fMet)，于是形成N-甲酰
甲硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAfMet)，可以在mRNA
的起始密码子AUG处就位，参与形成翻译起始 复合物。起始密码子只能辨认fMet-tRNAfMet。
Met Ala Val His 终止密码
基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发
生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift
mutation)。
缬 丙 酪 甘
缬
丙
丝
精
缬
脯
苏
天冬
3. 简并性(degenerate) 一种氨基酸可具有2个或2个以上的密码 子为其编码。这一特性称为遗传密码的简并 性。 除色氨酸和甲硫氨酸仅有1个密码子外， 其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为 其编码。为同一种氨基酸编码的各密码子称 为简并性密码子，也称同义密码子。
码从mRNA的起始密码子AUG开始，按5’→3’
的方向逐一阅读，直至终止密码子。
读码方向
5′ 3′
N
肽链延伸方向
C
2. 连续性(non-punctuated)
编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密 码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间 既无间隔也无交叉。
5’…….A U G G C A G U A C A U …… U A A 3’
fMet-tRNAfMet 的生成是一碳化合物转移和 利用的过程之一，反应由转甲酰基酶催化，甲 酰基从N10-甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸的α氨基上。
翻译的基本过程
• 起始
形成翻译起始复合物
• 延长
指每加一个氨基酸进过进位、成肽合转位
• 终止
原核细胞： RF1 RF2在RF3的帮助下识别终止密码 子，诱导转肽酶转变为酯酶 真核细胞： eRF同时具有上述功能
称 核 蛋 白 体 结 合 位 点 (ribosomal binding site,
RBS)。一条多顺反子mRNA序列上的每个基因 编码序列均拥有各自的S-D序列和起始AUG。
小亚基中的16S-rRNA 3ˊ-端有一富含嘧啶碱 基的短序列，如-UCCUCC-，通过与S-D序列 碱基互补而使mRNA与小亚基结合。
Alternative splicing
• Alternative splicing occurs as a normal phenomenon in eukaryotes, where it greatly increases the diversity of proteins that can be encoded by the genome; • in humans, ~95% of multiexonic genes are alternatively spliced. • Abnormal variations in splicing are also implicated in disease.
• mRNA序列上紧接S-D序列后的小核苷酸序列，
可被核蛋白体小亚基蛋白rpS-1识别并结合。
原核进位的反应过程：
GTP Tu Ts
Ts Tu GDP
5'
AUG
GDP
3'
原核生物释放因子的功能：
识别终止密码子 RF-1特异识别UAA、UAG； RF-2特异识别UAA、UGA。 诱导转肽酶转变为酯酶活性 催化新生肽链与结合在P位的tRNA之间 的酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。 RF-3可结合核蛋白体其他部位，有GTP酶活性， 能介导RF-1、RF-2与核蛋白体的相互作用。
真核生物有两种携带Met的tRNA
起始氨基酰-tRNA: Met-tRNAiMet tRNAiMet （ initiator-tRNA) 与 甲 硫 氨 酸 结合后形成Met-tRNAiMet，可以在mRNA的 起始密码子AUG处就位，参与形成翻译起 始 复 合 物 。 起 始 密 码 子 只 能 辨 认 MettRNAiMet。 参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet tRNAMet 和 甲 硫 氨 酸 结 合 后 生 成 MettRNAMet，必要时进入核蛋白体，为延长中的 肽链添加甲硫氨酸。
is a process by which the exons of the RNA produced by transcription of a gene (a primary gene transcript or pre-mRNA) are reconnected in multiple ways during RNA splicing. The resulting different mRNAs may be translated into different protein isoforms; thus, a single gene may code for multiple proteins.
肽链合成终止过程
COORF
5'
UAG
3'
多聚核糖体 (polysome)
Gro EL-Gro ES复合物
肽链需要进行特定的加工和修饰

反应过程
氨基酰-tRNA合成酶 氨基酰- tRNA ATP AMP＋PPi
氨基酸 + tRNA
第一步反应
氨基酸 ＋ATP-E 氨基酰-AMP-E ＋ PPi
第二步反应
氨基酰-AMP-E ＋ tRNA
氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
特性

氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和 tRNA都有高度特异性。
Alternative splicing of Pyruvate kinase in Glycolysis
The PK-M gene consists of 12 exons, of which exons 9 and 10 are alternatively spliced in a mutually exclusive fashion to give rise to the PK-M1 and PK-M2 isoforms, respectively。 M1 isoform is expressed in most adult tissues; and the M2 isoform expressed during embryonic development. The enzyme M1-pyruvate kinase (M1-PK) in healthy cells shifts to M2-pyruvate kinase (M2-PK) in tumor cells.
Alternative splicing and cancer
mRNA的编辑(mRNA editing)
RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后 加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加 工(differential RNA processing)。

遗传密码的特点
1. 方向性(directional) 翻译时遗传密码的阅读方向是5’→3’，即读
原核生物翻译起始复合物形成的特点
• mRNA的准确定位依赖S-D序列与核糖体的16S rRNA 部分序列的互补结合； • 起始tRNA 是携带了N甲酰甲硫氨酸的tRNAfMet；
• 仅需3种起始因子:
IF1: 占据A位防止结合其他tRNA; IF2: 促进起始tRNA与小亚基结合; IF3: 促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的敏感 性。
已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、 植物细胞的叶绿体。
通用密码 AUA AGA 异亮 精 线粒体密码 蛋、起始 终止
AGG
UGA
精
终止
终止
色

核糖体是肽链“装配厂”
原核生物（以大肠杆菌为例） 真核生物（以小鼠肝为例）
小亚基
30S
40S
rRNA
蛋白质
16S
21种
1542个核苷酸
占总重量的40%
翻译起始复合物的形成过程
1. 核蛋白体大小亚基分离； 2. 起始氨基酰-tRNA的结合； 3. mRNA在小亚基定位结合；
4. 核蛋白体大亚基结合。
真核生物翻译起始复合物形成的特点
• 起始因子种类多；
• 起始tRNA的Met不需甲酰化；
• mRNA的5’帽子和3’poly A尾结构与 Hale Waihona Puke BaiduRNA在核蛋白体就位有关； • 起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然 后再结合mRNA。
18S
33种
1874个核苷酸
占总重量的50%
大亚基 rRNA 23S 5S 31种
50S 2940个核苷酸 120个核苷酸 占总重量的30% 28S 5.85S 5S 49种
60S 4718个核苷酸 160个核苷酸 120个核苷酸 占总重量的35%
蛋白质
原核生物核蛋白体结构模式
二、氨基酰-tRNA合成酶保证氨基酸 与tRNA的正确结合
帽子结合蛋白复合物（eIF4F complex）
Kozak consensus sequence
• is a sequence which occurs on eukaryotic mRNA and has the consensus (gcc)gccRccAUGG, where R is a purine (adenine or guanine) three bases upstream of the start codon (AUG), which is followed by another 'G'. • The Kozak consensus sequence plays a major role in the initiation of the translation process.
各种氨基酸的密码子数目
4. 摆动性(wobble) tRNA上反密码子的第1位碱基与 mRNA密码子的第3位碱基配对时，可以 在一定范围内变动，即并不严格遵循碱基 配对规律，这一现象称为摆动性。
5. 通用性(universal) 从简单的病毒到高等的人类，几乎使用 同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这 套“通用密码”基本上适用于生物界的所有 物种，具有通用性。 密码的通用性进一步证明各种生物进化 自同一祖先。
转录泡（transcription bubble)
mRNA5’末端的7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷帽子结 构在转录起始后迅速形成

帽子结构:m7GpppN
OH OH H H H H O 5' CH2 O O O
-
NH 2 O P O
-
O O P O
-
N O 5' CH2 H H O O H 3' 2' N N