中国海洋大学细胞生物学课件15基因表达与蛋白质的生物合成01

第三节 转录—基因表达的核心步骤
核苷酸 前体RNA序列
内含子序列
①
暂时性中间体
②
剪接成熟的RNA
切除的内 含子序列
自我剪接(self-splicing)
(樊廷俊, 2001)
第三节 转录—基因表达的核心步骤
(三) tRNA的合成与修剪
tRNA前体的合成： RNA聚合酶III
tRNA前体的转录后加工： ①修剪 ②加CCA序列 ③修饰
最典型的D环式复制是哺乳动物线粒体DNA的复制。
第二节 细胞内遗传物质的复制与基因扩增
四、基因扩增
在某些情况下，真核细胞基因组内DNA分子的一定序 列专一性地反复进行复制，而其它部分并不复制，这种专
一序列单独复制的现象称为基因扩增(gene amplification)
基因扩增是细胞在短期内为满足发育或生理适应所需
Eb Ec
Ec
Eb 成熟mRNA
Ec
成熟mRNA
顺式剪接、反式剪接的模式图解 (樊廷俊, 2001)
真核生物mRNA的合成与加工：
☻mRNA的合成
☻mRNA的加工
☻成熟mRNA的功能发挥
mRNA Cycle
第三节 转录—基因表达的核心步骤
(二) 核糖体RNA的合成
1．原核生物前体rRNA的合成与加工 2．真核生物前体rRNA的合成与加工
二、与肽链合成有关的可溶性蛋白质因子
新肽链的翻译需要多种蛋白质因子的参与：
(一) 起始因子(initiation factor, IF) (二) 延伸因子(elongation factor, EF)
(三) 释放因子(release factor, RF)
第四节 翻译与蛋白质的生物合成
(一) 起始因子(initiation factor, IF)
高等真核生物中用于前体mRNA剪接的共有序列
第三节 转录—基因表达的核心步骤
5‟端剪 接位点
U1 snRNP GU
U2 snRNP 内含子序列 A AG
5‟端剪 接位点
3‟外显子序列
5‟
5‟外显子序列 U5,U4/U6 剪接体 装配 U2 U5
HO
3‟ 前体mRNA
分支位点
U2 形成套索 切割剪接位点 U1 U5
eIF-5
1.5×105
第四节 翻译与蛋白质的生物合成
真核生物的起始因子eIF-2在起始翻译中的作用图解
第四节 翻译与蛋白质的生物合成
(二)延伸因子(elongation factor, EF)
原核生物及真核生物中翻译的延伸因子
原核生物 EF-Tu EF-Ts EF-G 真核生物 EF1 α EF1 βγ EF2 EF3
eIF-4A
eIF-4B eIF-4C eIF-4D eIF-4E
5.0×104
8.0×104 1.9×104 1.7×104 2.4×105
辅助mRNA结合
识别mRNA，具有ATPase活性 与40S结合，促进80S复合物形成 激活第一个肽键合成 “帽子”结合蛋白，识别帽子结构 与60S亚基结合，促使40S起始复合物上的各种eIF因 子游离下来
第一节 细胞中的遗传物质
真核DNA的重复序列：
非重复序列：仅1个或几个拷贝
真核生物中的大多数结构基因，如血 红蛋白、珠蛋白、蚕的丝心蛋白等 各种rRNA、tRNA及某些 结构基因如组蛋白基因等
重复次数在10~104之间 中度重复序列：
高度重复序列： 重复百万次以上
多于染色体着丝粒附近的异染色质区， 不转录，可能与染色体的稳定性有关
核液
III II
(U1 对 前 体 mRNA中的内 ②含量丰富； 含子-外显子 ( 蛋 白 质 部 接点具有辨认 ③普遍性； 分 具 有 核 能力，在剪接 酸 酶 和 连 体组装中起识 ④高度保守 接酶活性) 别作用)
①稳定；
第四节 翻译与蛋白质的生物合成
讲授内容提纲
一、mRNA、tRNA 和核糖体在蛋白质合成中的作用 二、与肽链合成有关的可溶性蛋白质因子
第三节 转录—基因表达的核心步骤
(四) 小核RNA(snRNA)
只存在于核内的长约100~200个核苷酸小分子RNA——小核 RNA(small nuclear RNA, snRNA)。
7类snRNA的特征
分类 U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 存在 部位 核液 核仁 II RNA 聚合酶 结构 5„ 末 端 ： 1 个 3甲 基 鸟 苷酸(TMG) “帽”; 3„ 端 ： Sm 抗原结合 的保守序 列 存在形式 通常与蛋 白质结合 成复合物 —snRNP 功能 前 体 mRNA 的剪接加工 特点
OH
5‟
U1
3‟
5‟
3‟
U6
U4/U6
U4 切割3‟剪接位点 连接外显子序列 U1
U2 U5 U6
5‟
成熟mRNA
3‟
切除的内含子套索
剪接体的结构和前体mRNA的剪接
第三节 转录—基因表达的核心步骤
恒定性剪接(constitutive splicing) 选择性剪接(alternative splicing)
(三) 释放因子(release factor, RF)
原核生物及真核生物中翻译的释放因子
释放因子
RF1 RF-1能识别UAA和UAG RF-2识别UAA和UGA 不能识别终止密码，而可以促进RF-1和RF-2的功能
主 要 功 能
识别mRNA 上的终止密 码，终止肽 链合成并释 放核糖体
原核生物
RF2 RF3
起始因子
eIF-I eIF-2
相对分子量
1.5×104 1.2×104
主 要 功 能
使40S起始复合物稳定等多重作用 形成GTP-Met-tRNA三元起始复合物
eIF-2A
eIF-2B eIF-3
6.5×104
6.5×104 7.0×104
AUG存在下，Met-tRNA结合于40S亚基
促进eIF-2的再利用 促进40S小亚基的形成
第一节 细胞中的遗传物质
原核DNA的绝大部分均用于编码蛋白质，只有极少
的一部分不转录（通常为基因表达的调控序列：如作为 RNA聚合酶的结合位点、核糖体结合位点、起始或终止 信号区等）。 近年来，人们还发现原核细胞内有重叠基因——同 一段DNA能携带两种不同蛋白质的信息。
A基因 B基因 B基因包含在A基因内 D基因 E基因 E基因包含在D基因内
重叠基因最早是在大肠杆菌噬菌体ФX174中发现
用不同的阅读方式便可得到不同的蛋白质！
第一节 细胞中的遗传物质
二、真核生物的遗传物质
真核细胞DNA分子量很大，非裸露，有10万以上基
因。
如人单倍体基因组的总DNA达2~3×109 bp，约为
E.coli的1000倍。
真核细胞内DNA的最大特点是它含有大量的重复序 列：非重复序列、中度重复序列和高度重复序列。
第二节 细胞内遗传物质的复制与基因扩增
三、DNA复制的其它类型
1、滚环复制(rolling-circle replication) 这种复制方式存在于噬菌体（如ФX174）、线粒体与 叶绿体、细菌质粒以及两栖类卵母细胞核糖体基因扩 增等的DNA复制中。
2、D环式复制(D-loop replication)
前体mRNA含有多个内含子，并依 次准确地逐一切除 一个前体mRNA因不同剪接方式可 产生多种成熟mRNA的剪接方式
原肌球蛋白前体mRNA的交替剪接
第三节 转录—基因表达的核心步骤
顺式剪接(cis-splicing)
在前体mRNA分子内部，有序地删除每 一个内含子的剪接方式
反式剪接(trans-splicing)
原核生物翻译的起始因子
起始因子 主 要 功 能
IF-1
IF-2 IF-3
促进IF-2和IF-3的活性
有很强的GTPase活性，协助fMet-tRNAfmet有 选择地与30S亚基结合，进入P位 促进mRNA与30S亚基结合并有保持30S亚基 稳定性的作用
第四节 翻译与蛋白质的生物合成
真核生物翻译的起始因子
第15章 基因表达与蛋白质的生物合成
Chapter 15 Gene Expression & protein biosynthesis
DNA Transcription
遗传信息传递的中心法则 (central dogma)： ——Crick, 1958
Pre-RNA
RNA
复制
Processing
转录
需要分别把位于不同前体mRNA中的外 显子剪切和拼接成一个成熟mRNA分子 的分子间的特殊剪接方式
前体 mRNA1
内含子
E1 外显子 E2 E3 Ea 外显子
内含子
Eb Ec
前体 mRNA2
cis-splicing
cis-splicing
E1 E2 E2 成熟mRNA E1 E2
trans-splicing
第五节 蛋白质合成的调节
第六节 蛋白质的细胞定位
第一节 细胞中的遗传物质
细胞中的遗传物质为DNA 其遗传特性主要表现在： 贮存遗传信息
传递遗传信息
突变 复制
第一节 细胞中的遗传物质
一、原核细胞中的遗传物质
基因组很小：其DNA常为1条分子量约109的裸露双链
分子。
如E.coli DNA：2.4×109 bp, 长1.3mm, 约3~4×103个基因
要的基因产物数量的一种调控手段。研究得比较清楚的是
两栖类卵母细胞发育中的核仁rRNA和昆虫的多线染色体。
第三节 转录—基因表达的核心步骤
转录 (transcription)：DNA以本身为模板，在RNA聚合
酶作用下，合成与DNA链完全相同的一条 RNA链
（除T→U外）的过程。 进行转录应具备四个条件： 1、要有DNA模板； 2、需有RNA聚合酶； 3、有ATP作为能源； 4、要有所有4种核苷酸前体(以核苷三磷酸形式存在)。
几乎所有的真核生物及其病毒的基因都含有间插排列 的内含子(intron)和外显子(exon) 序列
第二节 细胞内遗传物质的复制与基因扩增
1、半保留复制
一、原核生物的DNA复制
DNA复制 二、真核生物的DNA复制
2、DNA聚合酶 3、DNA复制的基本过程 1、多点复制与复制子 2、真核生物的DNA聚合酶 3、DNA复制与核小体 4、核基质在DNA复制中的作用 5、端粒的复制
第三节 转录—基因表达的核心步骤
染色体
染色体 片断
DNA
前体 mRNA 成熟 mRNA
真核生物mRNA的合成与加工过程图解
第三节 转录—基因表达的核心步骤
真核生物前体mRNA的结构图解
示外显子(exon)与内含子(intron)序列
第三节 转录—基因表达的核心步骤
染色体展开后的电镜图
示剪接体(spliceosome)
20%~40%
敏感
~10%
介于聚合酶I、II之间
第三节 转录—基因表达的核心步骤
二、mRNA、rRNA和tRNA的合成
(一) mRNA的合成与加工
1、原核生物的 mRNA合成
2、真核生物的mRNA合成与加工
(1) 5„末端‚戴帽‛(capping)
(2) 3„末端加尾(poly A tail)
(3) 切除内含子 (剪接splicing) (4) 链内某些核苷酸的甲基化(methylization)
反转录
反转录酶
(reverse transcriptase):
D.Baltimore 复制 & H.M.Temin, 1970
Translation
翻译ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
?
Processing 现代中心法则内容图解 Protein
讲授提纲
第一节 细胞中的遗传物质
第二节 细胞内遗传物质的复制与基因扩增 第三节 转录—基因表达的核心步骤 第四节 翻译与蛋白质的生物合成
主 要 功 能
负责把氨酰基tRNA带入到大亚基的A位，在存在GTP时与氨酰 基tRNA形成稳定复合物EF-Tu· GTP· 氨酰基-tRNA 使EF-Tu· GDP生成EF-Tu· GTP再重新参加肽链的延伸 一种依赖于核糖体的GTPase，负责肽基-tRNA从A转位到P位 酵母和真菌中需要
第四节 翻译与蛋白质的生物合成
真核生物
RF
对3个终止密码都能识别
肽 链 合 成 的 信 号 调 控 途 径 图 解
三、多肽链合成的基本过程 四、新生蛋白质的加工
五、蛋白质合成的抑制剂及作用原理
一、mRNA、tRNA 和核糖体在蛋白质合成中的作用
多核糖体
(一) mRNA——蛋白质合成中的模板
多核糖体
(二)核糖体——对mRNA中密码进行翻译的场所
(三) tRNA——负责氨基酸转运的载体分子
第四节 翻译与蛋白质的生物合成
第三节 转录—基因表达的核心步骤
一、RNA聚合酶
真核生物3种RNA聚合酶的性质与功能
RNA聚合酶I 位 产 置 物 核仁 rRNA RNA聚合酶II 核质 mRNA前体 snRNA前体 RNA聚合酶III 核质 tRNA、5S RNA、其 它小分子RNA
相对活性
α-鹅膏蕈碱敏感性
50%~70%
不酶感