第五篇B-细胞核及遗传信息的流向.ppt

第五章细胞核与遗传信息的流向PartB,逆转录,第五节基因与基因转录,DNA,复制,转录,翻译,复制,基因(gene)：是细胞内遗传物质最小的结构功能单位，是DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列。基因表达：DNA序列所携带的遗传信息，通过转录和翻译形成具有生物活性的蛋白质的过程。,一、原核细胞基因的结构,以大肠杆菌基因组为例DNA分子：拟核中的双股环状DNA，分子量2.4109，长4106bp，约含30004000个基因。质粒：环状DNA，带有少量基因，如对抗菌素、重金属有抗性的基因。绝大部分是编码序列。结构基因（structuralgene)：编码蛋白质或酶的基因,Gene是单拷贝，基因与基因不重叠。有操纵子结构。即编码功能相关的几种蛋白质的基因往往成簇排列，形成转录功能单元，一起转录，一起翻译。,一、原核细胞基因的结构,大肠杆菌乳糖代谢有关的三个结构基因,Z:-半乳糖苷酶Y：-半乳糖苷透性酶A：-半乳糖苷乙酰化酶编码这三个酶的结构基因相邻排列。,二、原核细胞基因的转录,对于任一个特定的基因，DNA双链分子中只有一条链带有遗传信息，称为编码链(codingstrand)，与之互补的称为反编码链(anticodingstrand)。转录(transcription)：在RNA聚合酶的催化下，以DNA的反编码链为模板，按照碱基互补配对原则，以四种rNTPs为原料合成RNA的过程。,编码链：5-ATGAAACGAGTCTTATGA-3,反编码链：mRNA：,3-TACTTTGCTCAGAATACT-5,5-AUGAAACGAGUCUUAUGA-3,大肠杆菌的RNA聚合酶的组成：因子全酶核心酶（24个亚基）,因子（起始因子）：识别原核细胞结构基因上游的启动子，负责RNA合成的起始。核心酶：2四个亚基，核心酶能够催化转录RNA，核心酶与因子相结合成为全酶,RNA聚合酶转录过程示意图,RNA聚合酶与启动子结合转录的起始RNA链的延长转录的终止,转录过程,转录后的加工,原核细胞mRNA一般不需要经过加工，转录之后即为有功能的mRNA。,rRNA的加工,rRNA基因的初级转录产物经剪切形成3种rRNA（5S、16S、23SrRNA）,某些碱基被甲基化。,tRNA分子的加工,切除3端的附加序列在3末端加上CCA三个核苷酸酶促修饰成稀有碱基，如假尿嘧啶,(二)原核细胞基因表达的调控,基因表达：遗传信息通过转录和翻译合成特定蛋白质的过程大多数基因表达的调控是在转录水平上进行的,关于原核细胞基因表达调控的学说，即操纵子学说。法国巴斯德研究所著名分子生物学家Jacob和Monod对大肠杆菌中-半乳糖苷酶合成的调节进行了研究，1961年首先提出了操纵子和操纵基因的概念及乳糖操纵子模型。因而获诺贝尔医学或生理学奖。,操纵子学说,O：操纵基因；P：启动子；Z、Y、A：结构基因；R：调节基因,乳糖操纵子,操纵基因（operatorgene）：位于结构基因的上游的一段核苷酸序列，有控制结构基因转录的作用。启动子（promoter）:位于操纵基因上游的一段特殊的核苷酸序列，是RNA聚合酶的识别和结合部位。,调节基因（regulatorgene）：编码某种调节蛋白（阻遏蛋白），调节操纵子的活动。负调节：阻遏蛋白与操纵基因结合后对于结构基因的转录起阻止作用，这种调节方式称为负调节。,正调节：代谢物激活蛋白（cataboliteactivatorprotein,CAP）与启动子结合后可以增强结构基因的转录活动，这种调节方式称为正调节,、表达调控的机制,三、真核细胞基因组的特点,真核细胞基因组庞大，存在着许多重复序列。基因多为断裂基因。断裂基因（splitgene）：大部分基因含有非编码序列，即基因中的编码序列是不连续的。存在多基因家族。,DNA重复序列(repetitivesequence)单一序列中度重复顺序高度重复顺序：,（一）真核细胞基因组的特点,多基因家族,概念：一组功能类似、其核苷酸序列具有同源性的基因。经过重复和变异所产生的一组基因。分类：1.基因家族成簇地分布在某一条染色体上2一个基因家族的不同成员成簇地分布不同染色体上,真核细胞基因组的特点,假基因：在多基因家族中，有些成员不编码或编码的产物没有功能，如珠蛋白基因家族中的。,断裂基因真核细胞的大部分基因中含有非编码序列，即基因中的编码序列是不连续的，称为断裂基因(splitgene)。,真核细胞基因组的特点,真核细胞基因的种类：,结构基因45srRNA基因5srRNA基因tRNA基因等,1外显子和内含子：外显子(exon)：是指基因内部具有编码意义的碱基序列。内含子(intron)：无编码意义的碱基序列外显子与内含子的序列相间排列。GTAG法则：内含子的5端多以GT开始，3端多以AG结束，称GTAG法则。,-珠蛋白基因结构图解,真核基因的共同结构,2启动子(promoter)：能被RNA聚合酶所识别并结合的特异性DNA序列，决定真核细胞基因转录起始。包括TATA框和CAAT框等。,启动子,3增强子(enhancer)：增强子是基因中的一个调节序列存在部位：位于转录起始点上游或下游，也可位于内含子。功能：能增强相关基因的转录活性,4终止子：结构基因末端具有回文结构有一段碱基序列，作用：具有终止转录的作用,（二）真核基因的转录与加工,不均一核RNA（heterogeneousnuclearRNA，hnRNA）：结构基因转录的初级产物分子量大小各不相同的各种前体RNA，存在于细胞核内。,剪接：将DNA基因中非编码顺序(如内含子)转录的部分剪掉，然后将DNA基因中编码顺序(外显子)拼接起来。,戴帽：对mRNA的5端进行化学修饰。即在mRNA的5端第一个核苷酸前方接上一个7甲基鸟嘌呤三磷酸（m7G）的结构。作用：提供核糖体所识别的标志；封闭mRNA5端的作用、防止被磷酸酶水解，对mRNA起保护作用,加尾：由多聚腺苷酸聚合酶催化，在mRNA3端加上50250个腺苷酸残基，形成多聚腺苷酸(称polyA)的尾巴。加尾可防止被磷酸酶水解，能延长mRNA的寿命。,结构基因的转录加工过程：,结构基因转录后形成前体RNA,对hnRNA进行剪切拼接，形成mRNA,对mRNA的5端化学修饰“戴帽”,对mRNA3端化学修饰“加尾”,成熟mRNA,遗传密码Allthetripletcodonshavemeaning:61representaminoacids,and3causetermination(STOP).,遗传信息翻译,遗传密码的三个特点：通用型；简并性；阅读的无间隔性,(1)遗传密码是三联体密码。(2)遗传密码无逗号。(3)遗传密码是不重迭的。(4)遗传密码具有通用性。(5)遗传密码具有简并性(degeneracy(synonyms)。(6)密码子有起始密码子和终止密码子。(7)反密码子中的“摆动”（wobble）,WobblehypothesisaccountsfortheabilityofatRNAtorecognizemorethanonecodonbyunusual(non-GC,non-AT)pairingwiththethirdbaseofacodon.,Codon-anticodonrecognitioninvolveswobbling密码子与反密码子配对的摆动假说,第三节tRNA的结构和功能,一.tRNA的结构（一）三叶草型的二维结构(1)各种tRNA均含有7080个碱基，其中22个碱基是恒定的。(2)5端和3端配对（常为7bp）形成茎区，称为受体臂（acceptorarm）或称氨基酸臂。在3端永远是4个碱基（XCCA）的单链区，在其末端有2-OH或3-OH，是被氨基酰化位点。此臂负责携带特异的氨基酸。,（3）TC常由5bp的茎和7Nt和环组成。此臂负责和核糖体上的rRNA识别结合；(4)反密码子臂(anticodonarm)常由5bp的茎区和7Nt的环区组成，它负责对密码子的识别与配对。(5)D环(Darm)的茎区长度常为4bp，也称双氢尿嘧啶环。负责和氨基酰tRNA聚合酶结合;(6)额外环(extraarm)可变性大，从4Nt到21Nt不等，其功能是在tRNA的L型三维结构中负责连接两个区域（D环反密码子环和TC-受体臂）。,转录水平的调控一顺式作用元件和反式作用因子元件：顺式作用因子元件：(1)核心启动子成分，如TATA框；(2)上游启动子分，如CAAT框,GC框;(3)远上游顺序：如增强子，减弱子、静息子,酵母的UAS（upstreamactivatorsequences）等。,反式作用因子可以分为3类；(1)通用反式作用因子，主要识别启动子的核心启动成分，如TBP；（2）特殊组织与细胞中的反式作用因子，如淋巴细胞中的Oct-2；（3）和反应性元件（responseelenents）相结合的反式作用因子。如HSE（热休克反应元件，heatshockresponseelement），GRE（糖皮质激素反应元件glucocorticoidresponseelement）；MRE（金属反应元件，metalresponseelement）；TRE（肿瘤诱导剂反应元件，tumorgenicagentresponseelement);,(一)蛋白质直接和DNA结合1.螺旋转角螺旋（Helix-turn-helix,HTH）：如LacO的R蛋白，的CI，Cro蛋白，涉及酵母交配型的a1和a2蛋白。真核生物中的Oct-1和Oct-2；2.锌指结构（zincfimger）单个的锌指保守序列是：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X2-His型:2Cys/2His:TFIIIA,SP1型:2cys/2cys:GAL4,3.亮氨酸拉链（Leucineziipper）同二聚体（honwdimers）异二聚体（hefercdimers）C-Jun,C-Fos,My