分子生物学 第二章.ppt

1、第二章 生物信息的传递,生物信息的传递,DNA间的传递 DNA的复制 DNA到RNA的传递 转录与剪接 RNA到蛋白质间的传递 蛋白翻译与转运 细胞信号传递,第一节 DNA复制,生命延续的奥秘-DNA复制,拓扑结构问题,1953年，Watson DNA的复制具有方向性, 只能从53; DNA的两条单链的复制是非对称性的, 3链为连续复制, 5链为间断复制; DNA的复制必需先在复制起始点合成一段引物.,第二节 转录与剪接,细菌的转录调控,转录起始 1）组成型控制：依赖于启动子结构 2）调节型控制：操纵子学说，依赖于调解蛋白水平 转录合成 1）延伸阶段 2）终止阶段 无转录后加工,细菌RNA聚合

2、酶,结构：核心酶+亚基 1）核心酶：2 2）亚基：启动子特异性结合,细菌启动子结构决定转录的基础水平,细菌启动子共有序列是可变的 1）-10框：T80A95T45A60A50T96 影响启动子复合物从封闭向开放的转换 2）-35框：T82T84G78A65C54A45 影响亚基识别，从而影响RNA聚合酶结合 转录起始点附近及转录单位前50个核苷酸序列影响转录起始后的延伸 不同的基因可能有不同的最有效启动子 启动子序列突变可能改变转录起始的基础水平,不同的亚基识别不同的启动子,70：标准亚基，指导大多数基因转录 特定条件下其它亚基被激活,非标准的亚基和其识别序列,操纵子及其相关概念,操纵子(op

3、eron)，指一组在基因组中彼此相邻的基因，两基因头尾间可能仅隔一两个核苷酸。操纵子的所有基因都作为一个单位表达。 结构基因(structural gene)，编码非调控因子的基因。 调控基因(regulator gene)，编码调控蛋白（阻抑物）的基因。 阻抑物(repressor)，能阻止基因表达的蛋白质，可与操纵基因结合来阻止转录。 操纵基因(operator)，位于启动子下游可与阻抑物结合的DNA元件，当与阻抑物结合后调节启动子抑制转录，常为回文序列。 诱导物(inducer)，通过与阻抑物结合激活基因转录的小分子物质。,乳糖操纵子,操纵子：lac I;lacZ+Y+A 结构基因:la

4、cZ+Y+A 调控基因:lacI 阻抑物:lacI编码蛋白 操纵基因:O 启动子：P 调控物：异乳糖,乳糖操纵子的调控,辅阻抑物与色氨酸操纵子,辅阻抑物(co-repressor)，结合到阻抑物上来抑制转录的小分子。,转录的延伸阶段：转录泡的形成,转录中RNA聚合酶将两条DNA链暂时分开，形成转录泡，接着使用其中的一条联作为模板，指导合成互补的RNA。 转录泡的长度是12-14bp，其中RNA-DNA杂合链的长度是8-9bp。,转录的终止-两种终止子（1）,内源性(固有性)终止子(intrinsic terminator)，在体外没有任何其它因子的参与时，仍能终止转录的某些位点。 特征：1）反

5、向回文序列转录后形成发夹结构，在发夹的基部有GC富含区； 2）转录单元最末端连续6个U残基。 -依赖性终止子(Rho dependent terminator)，需要因子辅助。 特征：1）形成发夹不如内源性终止子牢固，但可以使RNA聚合酶暂停； 2）因子有解旋酶活性，当RNA聚合酶暂停时，它跟上并打开RNA-DNA碱基配对，释放出转录物，终止转录。,转录的终止-两种终止子（2）,延伸和终止的调控,抗终止，抗终止蛋白结合到操纵子起始处附近的抗终止位点上，再与RNA聚合酶结合，使RNA聚合酶通过终止信号继续转录。 衰减作用，出现在与氨基酸的生物合成相关的酶的操纵子，如色氨酸操纵子中。,抗终止,色氨

6、酸操纵子的衰减作用,色氨酸操纵子的衰减作用,转录起始点与trpE基因间可形成两个发夹：其中小的为终止信号，而大的更靠近起始点也更稳定； 两发夹环位置重叠，一次只能形成一个； RNA聚合酶与RNA转录物5端核糖体间相对位置决定形成哪一个发夹环： 若核糖体暂停，形成大发夹，继续转录，并随即翻译成蛋白； 核糖体随RNA聚合酶移动，会占据形成大发夹环茎部的位置，只能形成小发夹，终止转录。 色氨酸的量可调节大小发夹环的形成；终止信号上游有一个可编码14个氨基酸（内含两个色氨酸）的短ORF，色氨酸不足时蛋白质合成停止，核糖体暂停，则聚合酶继续转录，反之则终止。,真核细胞转录起始调控,转录起始 1）激活物

7、2）阻抑物 转录合成 1）启动子清除、脱离与加帽反应 2）延伸因子 3）合成终止与多聚腺苷酸化 转录后加工：内含子剪接,激活物(activator),激活转录起始的蛋白质 可能结合于启动子区域，影响单个基因的转录，也可能结合于增强子区域，影响多个基因的转录 可与前起始复合物相互作用，作用的部位称为激活域(activation domain)。激活域的常见结构包括： 1）酸性结构域，富含Asp和Glu 2）富含Gln的结构域 3）富含Pro的结构域,阻抑物,对于真核生物转录起始，激活物是主体，阻抑物相对较少 大多结合于上游启动子或沉默子 根据所处环境不同，一些蛋白可能既有激活作用又有阻抑作用，如

8、NC2对于有TATA框的启动子起抑制作用，而对无TATA框的启动子有激活作用 阻抑物可能与前起始复合物相互作用,真核转录,真核与原核RNA聚合酶具有结构上的相似性 真核转录的三个结构特征： 1）5端加帽 2）3端加尾 3）内含子剪接 合成与加工同时 延伸因子的存在,启动子清除、脱离与加帽反应,启动子清除，前起始复合物向开始合成的复合体过渡 启动子脱离，聚合酶离开启动子，形成转录物 加帽发生于转录物达30bp前。,加帽反应,加一个G到5端鸟苷酸转移酶 G甲基化-鸟嘌呤甲基转移酶 帽子结构在不同生物中甲基化程度不同。,延伸因子,真核转录物更长，需要延伸因子来帮助聚合酶以保持转录复合物稳定,合成终止

9、与加尾反应,Poly(A)聚合酶是加尾酶 3端内部切断，再加尾 加尾信号AATAAA,位于加尾处上游10-30bp 切割处为CA，其后有富含GU区 辅助因子：CPSF与CstF 加尾与终止同时,内含子剪接,内含子类型 GU-AG内含子的保守剪接位点序列 内含子剪接途径：套索结构 剪接装置的中心是细胞核小RNA (snRNA) 选择性剪接,内含子类型,GU-AG内含子的保守剪接位点序列,剪接位点：外显子内含子交界处序列 5端含GU：5-AGGUAAGU-3(供体位点) 3端含AG：5-PyPyPyPyPyPyNCAG-3(受体位点, Py：C或U),内含子剪接途径套索结构,分支位点，内含子内部的

10、含A位点，序列在酵母中完全保守为：5-UACUAAC-3，在动物中为5-PyNPyPyPuAPy-3 5剪接位点被剪开，内含子5端连接到分支位点A的2位置，形成套索 3剪接位点被剪开，内含子以套索形式释放，左右外显子相连,剪接装置的中心是细胞核小RNA (snRNA),剪接装置/剪接体，参与剪接的非mRNA装置，包括核小核糖核蛋白snRNP (snRNA+蛋白)和其他相关蛋白。 中心组分：五种snRNA(U1、2、4、5、6) 待命复合体：起始剪接。U1+SF1等 前剪接复合物：与分支位点结合。待命+U2 剪接体：3剪接点套索。前剪接+U4/5/6,选择性剪接使转录组和蛋白质组比基因组更复杂,

11、第三节 蛋白质合成,蛋白质合成,三种RNA 1) mRNA：密码子，指导蛋白质合成 2) tRNA：反密码子，识别并转运氨基酸 3) rRNA：核糖体的主要成分 三个过程 1) 翻译的起始 2) 肽链的延伸 3) 翻译的终止,mRNA与密码子,mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的1个氨基酸，称为密码子(codon)。,密码子特性,连续性：一个接一个 兼并性：多个密码子对应某一个氨基酸 同义密码子 通用性：多物种通用、多细胞通用、多基因通用 特殊密码子 起始密码子(AUG)，也编码甲硫氨酸(Met) 终止密码子(UAA,UAG,UGA),tRNA与反密码子,tRNA三叶草结构 受体臂连接

12、氨基酸(氨酰化) 反密码子臂与mRNA配对,密码子反密码子相互作用,特异性 密码子与反密码子配对 摆动性 密码子第三个核苷酸与反密码子第一个核苷酸配对不严格 1)G-U配对 2)反密码子中第1位的次黄嘌呤(I)可与A、C、U配对,rRNA与核糖体,核糖体是把氨基酸组装成蛋白质的工厂 rRNA是核糖体的主要成分之一 核糖体可以解离成大小两个亚基,核糖体有三个tRNA结合位点,A位点：新到来的氨酰tRNA结合位点 P位点：肽酰tRNA结合位点 E位点：去氨酰tRNA释放位点 所以tRNA在核糖体中的移动顺序是A到P到E（与mRNA方向相同）。,翻译因子参与了蛋白质的合成,起始因子：细菌IF；真核e

13、IF 延伸因子：细菌EF; 真核eEF 释放因子：细菌RF；真核eRF 核糖体再循环因子：细菌RRF,翻译起始,细菌和真核生物翻译方式上的主要差别阶段 细菌：翻译起始复合体直接建立在起始密码子上 mRNA序列上有核糖体结合位点 真核：间接定位起始位点 需要帽子结构和polyA尾介导,细菌SD序列,细菌mRNA中核糖体结合位点，与核糖体16SrRNA结合位于起始密码子上游3-10核苷酸之间,细菌翻译起始,真核生物翻译起始,前起始复合体组装 前起始复合体：40S亚基+起始tRNA+起始因子 帽结合复合体（起始因子） 使前起始复合体结合于mRNA5端 polyA结合蛋白（PAB) 与帽结合复合体一起

14、时前起始复合体结合于mRNA5端,真核生物翻译起始,翻译延伸,氨酰tRNA结合到A位（氨酰tRNA*EF-Tu*GTP复合体) 与P位氨基酸形成肽键 易位（EF-G*GTP) 脱酰化tRNA，EF-G，GDP释放,翻译终止,终止反应本身需要从最后一个肽酰-tRNA上释放肽链 终止后反应需要释放tRNA和mRNA，并解聚核糖体,第三节 蛋白质的加工与命运,蛋白质加工,折叠，需要分子伴侣 水解， 蛋白酶前肽的剪切 信号肽切除 多蛋白水解加工 化学修饰 低等生物内含肽剪切,蛋白质折叠：正确的三级结构,蛋白质的变性(去折叠、不正确折叠)与复性(正确折叠) 某些小分子蛋白当去除变性剂时具有自动折叠的能力

15、,大分子蛋白质常常不能自发折叠,当变性剂去除后，这些蛋白具有形成不溶性聚合体的趋势。这是因为在一般折叠途径的第一步，多肽试图避免其疏水集团与水接触，这时多肽会形成相互纠缠的网络。 大蛋白倾向于陷入无效的折叠支路中，即形成不正确折叠的可能更大，且所形成的不正确折叠太过稳定。 细胞内的正确折叠常常需要分子伴侣的辅助。,分子伴侣(molecular chaperon),分子伴侣，本身不决定其他蛋白质的结构与功能，但能帮助其他蛋白质形成正确折叠的蛋白分子。 分类： 1) 热休克蛋白类，例如Hsp70,Hsp40,GrpE。使某些能自发折叠的蛋白质正确折叠 2) 伴素类，例如Hsp60(GroEL),Hsp10(GroES)，为非自发性折叠蛋白提供能折叠的微环境,分子伴侣(molecular chaperon),分子伴侣，本身不决定其他蛋白质的结构与功能，但能帮助其他蛋白质形成正确折叠的蛋白分子。 分类： 1) Hsp70类，例如Hsp70,Hsp40,GrpE。使某些能自发折叠的蛋白质正确折叠 2) 伴素类，例如Hsp60(GroEL),Hsp10(GroES)，为非自发性折叠蛋白提供能折叠的微环