基因信息的传递与蛋白质合成.ppt

1、医学细胞生物学（配套教材）,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,学习目的与要求,掌握基因的概念及结构特点，转录和翻译的基本过程。 掌握乳糖操纵子的调控方式及真核生物基因调控的特点。 熟悉转录和翻译后的加工和修饰过程。 了解基因信息传递与医学的关系。,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第一节 基因及其结构,一、基因及其信息流向 二、基因的结构及特点,Transmis

2、sion of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,一、基因及其信息流向,(一)基因,基因（gene）：是细胞内遗传物质的最小功能单位，是负载有特定遗传信息的DNA片段。 结构基因（structural gene）：编码非调控因子的任何蛋 白质和RNA的基因。 调控基因（regulatory gene）：编码调节其他基因表达的 蛋白质或RNA的基因。 人类基因组约有3.0109 bp，23万个基因。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesi

3、s,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,一、基因及其信息流向,(一)基因,基因组（genome）：指细胞或生物体的一套完整的单倍体遗传物质，是所有染色体上全部基因和基因间的DNA的总和，它含有一个生物体进行各种生命活动所需要的全部遗传信息 。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)中心法则,遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的流动，称为分子生物学的中心法则（central dogma）。,Transmission of Genetic Information and Prot

4、ein Synthesis,一、基因及其信息流向,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)中心法则,中心法则包括： DNA复制：遗传信息由亲代DNA分子传给子代DNA。 RNA转录（transcription）：以DNA为模板合成RNA。 蛋白质翻译（translation）：RNA（mRNA）指导合成蛋白质的过程。 补充：RNA DNA,逆转录酶,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,一、基因及其信息流向,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)中心法则,Transmission of Genetic Info

5、rmation and Protein Synthesis,一、基因及其信息流向,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,二、基因的结构及特点,(一)原核细胞的基因结构特点 编码区（coding region） ： 能够转录为相应的mRNA，进而指导蛋白质合成的基因区段在原核细胞中是连续的，功能相关的结构基因串联排列 。 非编码区（non-coding region） ： 占整个基因组小部分，不能转录为mRNA、编码蛋白质的区段由编码区上游和下游的DNA序列组成。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的

6、传递与蛋白质合成,启动子（promoter） ：位于结构基因上游，包含转录起始点和RNA聚合酶识别及结合的部位。 起始点：DNA模板链上开始进行转录作用的位点。 识别部位：RNA聚合酶的因子识别DNA分子的部位，中心位于-35区，共有序列是5-TTGACA-3。 结合部位：在DNA分子上与RNA聚合酶核心酶紧密结合的序列，中心位于-10区，共同序列为5-TATAAT-3，又称为Pribnow盒（pribnow box）。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,二、基因的结构及特点,(一)原核细胞的基因结构特点,第九章

7、 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)真核细胞的基因结构特点,由编码区和非编码区两部分组成，编码区是不连续的，被非编码区所隔断，因而真核细胞基因也称为断裂基因。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,二、基因的结构及特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)真核细胞的基因结构特点,1.断裂基因(split gene)：由若干内含子和外显子构成的不连续镶嵌结构的结构基因。 内含子(intron)：指插入在结构基因内部能够被转录，但不能指导蛋白质生物合成的非编码顺序。 GT-AG法则：在内含子的5端多以GT开始，3端

8、多以AG结束，是普遍存在于真核细胞基因中RNA剪接的识别信号。 外显子(exon)：指在结构基因中能够被转录，并能指导蛋白质生物合成的编码顺序。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,二、基因的结构及特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,内含子的发现 A. 电镜图片 B. 根据电镜结果绘制的模式图,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成, 启动子 真核生物启动子由TATA盒及其上游的CAAT盒和/或GC

9、盒组成。 TATA盒（TATA box）：在转录起始位点上游-25-35 bp区段，是以TATA为核心的序列，RNA聚合酶及其他蛋白质因子的结合位点。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二)真核细胞的基因结构特点,二、基因的结构及特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成, 终止子（terminator） 存在于基因末端具有转录终止功能的特定顺序。 转录后形成发夹结构，使RNA聚合酶从模板上脱离， 终止转录。,Transmission of Genetic Information and Protein Synt

10、hesis,(二)真核细胞的基因结构特点,二、基因的结构及特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2.基因家族 （gene family） 真核细胞基因组中来源相同、结构相似、功能相关的一组基因，是由一个祖先基因经重复和变异形成的，是真核细胞基因结构最显著的特征之一。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二)真核细胞的基因结构特点,二、基因的结构及特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,基因家族可分为二类： 基因家族的成员成簇存在，串联排列于特殊的染色体区段上，形成基因簇（gene cluster），可同时转

11、录，合成功能相关或相同的产物，如组蛋白、rRNA基因家族； 基因家族成员分散存在，广泛分布于整个染色体，甚至可存在于不同的染色体上，如干扰素、珠蛋白等基因家族。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二)真核细胞的基因结构特点,二、基因的结构及特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,3. DNA重复序列 单一序列（unique sequence）：基因组中，编码蛋白质的基因只有一个或几个拷贝。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二

12、)真核细胞的基因结构特点,二、基因的结构及特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,DNA重复序列（repetitive sequence）：基因组中，编码蛋白质的基因有多个拷贝。 中度重复序列（middle repetitive sequence）：由相对较短的序列组成，重复次数在101000之间，属非编码序列，散在分布于基因组中，与基因调控有关。 高度重复序列（highly repetitive sequence）：由基因组中非常短的序列（一般小于100bp）组成，在基因组中的重复次数在几千次以上，常成簇分布于染色体着丝粒区及染色体的端部，可能与基因表达调控及染色体结构维持有关。,Tran

13、smission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二)真核细胞的基因结构特点,二、基因的结构及特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,第二节 基因转录和转录后加工,一、基因转录的一般特点 二、原核细胞的基因转录 三、真核细胞的基因转录和转录后加工,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,基因转录：是遗传信息从DNA流向RNA的过程，即 将DNA分子上的核苷酸序列转变为RNA分子上核苷酸序列的过程。 转录的本质：是一个以DN

14、A双螺旋链中反义链为模板，以四种核苷三磷酸ATP、GTP、CTP、UTP为原料，在RNA聚合酶作用下，遵循碱基互补配对原则，合成RNA的过程。,一基因转录的一般特点,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,模板链（template strand）或反义链（antisense strand）：在双链DNA中，作为转录模板的链，与mRNA互补。 编码链（coding strand）或有意义链（sense strand）： 与模板链互补的另一条链，与转录产物的序列相同。,Transmiss

15、ion of Genetic Information and Protein Synthesis,一基因转录的一般特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,一基因转录的一般特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,二、原核细胞的基因转录,(一)原核细胞基因转录的主要因子,2.因子 是一种蛋白质，识别基因末端终止信号，使转录终止。,1.RNA聚合酶 原核细胞只有一种RNA聚合酶。,Transmission of Genetic Information and Protein Syn

16、thesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)原核细胞基因转录的基本过程 1.起始阶段 转录起始的关键是RNA聚合酶的亚基识别基因上游的启动子，使全酶与启动子结合形成复合体。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,二、原核细胞的基因转录,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)原核细胞基因转录的基本过程 1.起始阶段,转录的起始,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,二、原核细胞的基因转录,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2

17、.延长阶段,核心酶沿模板链3 5方向移动，RNA链以53方向延长。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二)原核细胞基因转录的基本过程,二、原核细胞的基因转录,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,3.终止阶段 当RNA聚合酶移动至转录终止序列，转录终止。,因子依赖性终止：因子在转录终止点与RNA聚合酶结合，使RNA链脱离。 因子非依赖性终止：新合成RNA链形成局部发夹结构，导致酶-模板结合方式的改变，RNA从模板脱离。,Transmission of Genetic Information and Protein

18、 Synthesis,(二)原核细胞基因转录的基本过程,二、原核细胞的基因转录,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,4.转录后加工,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二)原核细胞基因转录的基本过程,二、原核细胞的基因转录,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,三、真核细胞的基因转录和转录后加工,真核生物的转录同样可分为起始、延长和终止3个阶 段。与原核生物相比，真核生物转录的主要特点是： 有多种RNA聚合酶分别合成不同类别的RNA； 有多种类型的启动子为不同的RNA聚合酶所用； 有多种转录因子（transcrip

19、tion factor）； 真核生物于转录时或转录后有广泛的RNA加工。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,真核细胞中含有多种RNA聚合酶，它们专一性地转录不同基因而生成各不相同的产物。,真核生物的RNA聚合酶,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三、真核细胞的基因转录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(一)真核细胞mRNA合成和加工,1.mRNA合成 mRNA是RNA中唯一具有编码

20、蛋白质功能的RNA分子。 由RNA聚合酶催化 通用转录因子（general transcription factor）参与 形成转录起始复合物。 mRNA的初级转录本大小各不相同，被称为不均一核RNA（heterogeneous nuclear RNA，hnRNA）。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三、真核细胞的基因转录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(一)真核细胞mRNA合成和加工,Transmission of Genetic Information and Protein Synthe

21、sis,三、真核细胞的基因 转录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2.mRNA加工 戴帽： 5末端加上7-甲基鸟嘌呤三磷酸（m7Gppp）的帽子结构。 被核糖体小亚基识别，有利于mRNA最初翻译的 准确性； 防止被核酸酶水解，增强mRNA的稳定性。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(一)真核细胞mRNA合成和加工,三、真核细胞的基因转录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2.mRNA加工 加尾 ：3末端加上由200250个腺苷酸组成的多聚腺苷酸（poly-A）的尾巴。 可使mRNA

22、 3端稳定，防止被核酸酶水解； 有利于mRNA由细胞核到细胞质的转运。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(一)真核细胞mRNA合成和加工,三、真核细胞的基因转录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2.mRNA加工 剪接 ：是将RNA前体分子中内含子切除，将外显子拼接的过程。 完成hnRNA剪接需要有三个必需的序列：5GU 序列，3AG序列和分支点。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(一)真核细胞mRNA合成和加工,

23、三、真核细胞的基因转录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2.mRNA加工 mRNA前体的剪接是通过剪接体（spliceosome）完成的。 剪接体组成：核糖核蛋白颗粒（small nuclear ribonucleoprotein particle，snRNP）。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(一)真核细胞mRNA合成和加工,三、真核细胞的基因转录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,真核细胞mRNA前体的剪接过程,Transmission of Genetic Informat

24、ion and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,真核细胞RNA的转录后加工,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)rRNA分子的合成后加工,rRNA基因为多拷贝基因，串联排列于特定的核仁染色质区段。 在RNA聚合酶催化下转录形成原始rRNA前体45S rRNA，最终剪切为28S、18S和5.8S rRNA。 rRNA的剪接不需要任何蛋白质的参与即可发生，进行的是自身剪接。 rRNA前体的加工发生在核仁中，最终装配成核糖体的大、小亚基。,

25、Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三、真核细胞的基因录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,45S rRNA的剪接加工,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,真核细胞tRNA的基因，成簇存在并被间隔区分开，在RNA聚合酶的作用下被转录为tRNA前体。,(三)tRNA的转录后加工,1.tRNA前体的剪接 tRNA前体的5末端和反密码环的区域被部分切除并拼接形成成熟的tRNA。,Transmi

26、ssion of Genetic Information and Protein Synthesis,三、真核细胞的基因录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(三)tRNA的转录后加工,2.tRNA前体的化学修饰 通过化学修饰形成稀有碱基。 常见的碱基修饰有： 还原反应； 转位反应； 脱氨反应； 甲基化反应。 3.3端加上CCA,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三、真核细胞的基因录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(四)5S rRNA的合成加工 5S rRNA是一类特殊的rRNA分

27、子，由核仁外的基因编码； 5S rDNA为串联排列的多拷贝基因； 在RNA聚合酶III的作用下，5S rDNA转录为5S rRNA，无需剪切加工，即可转运至核仁，直接参与核糖体大亚基的组装。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三、真核细胞的基因录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,第三节 蛋白质的生物合成,一遗传信息翻译的基本原理 二蛋白质合成的场所核糖体 三蛋白质合成的一般过程 四、肽链合成后的加工修饰 五、蛋白质的降解,Transmission of Genetic Information an

28、d Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,第三节 蛋白质的生物合成,生物体内蛋白质的合成称为翻译，是以mRNA为模板，指导特定的氨基酸序列合成的过程。 参与翻译的生物大分子包括核糖体、mRNA、tRNA及多种蛋白质因子。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(一)mRNA携带指导蛋白质合成的遗传密码,遗传密码（genetic code）：mRNA上的碱基排列顺序。 在mRNA链上3个相邻的碱基可以决定一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体被称为密码子

29、（codon）。,一、遗传信息翻译的基本原理,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(一)mRNA携带指导蛋白质合成的遗传密码,遗传密码特点：,一、遗传信息翻译的基本原理,通用性（universal）：从原核生物到真核生物，几乎所有生物体中的遗传密码都是通用的。 简并性（degeneracy）：多个密码子决定同一氨基酸。 连续性（commaless）：在翻译过程中，遗传密码的阅读是连续的。 方向性（direction）：mRNA中密码子的阅读方向为53。,Transmission

30、of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,遗传密码表,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)tRNA既能识别mRNA上的密码子又能携带特定的氨基酸,tRNA识别mRNA上的密码子：反密码子（anticodon）的碱基互补配对作用。 tRNA携带特定氨基酸：氨酰-tRNA合成酶催化。 氨基酸的活化：氨基酸与ATP在氨酰-tRNA合成酶作用下形成氨酰-AMP。 氨基酸与tRNA的连接：活化氨基酸的

31、氨酰基被转移至tRNA分子上形成氨酰-tRNA（aminoacyl-tRNA）并释放AMP。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,一、遗传信息翻译的基本原理,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)tRNA既能识别mRNA上的密码子又能携带特定的氨基酸,摆动性（wobble）：密码子的前两位碱基在和反密码子配对时，遵循正常的碱基互补配对原则，而第三位碱基的配对具有一定的灵活性。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,一、遗传信息翻译的基

32、本原理,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,tRNA转运氨基酸机制示意图,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,二蛋白质合成的场所核糖体,核糖体是合成蛋白质的机器，其功能是按照mRNA的指令由氨基酸合成蛋白质。,(一)核糖体是由rRNA和蛋白质组成的大分子复合物,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,核糖体立体结构模型,Transmission of Genetic I

33、nformation and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)核糖体是蛋白质合成的场所,1.mRNA结合位点 位于核糖体小亚基。 原核生物30S小亚基通过16S rRNA 的3端与mRNA 5端起始密码子上游SD序列（Shine-Dalgarno sequence）配对结合。 真核生物中，核糖体40S小亚基识别mRNA的帽子结构，使mRNA与核糖体结合。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,二蛋白质合成的场所核糖体,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)核糖体是蛋白

34、质合成的场所,2.P位（peptidyl-tRNA site）起始氨酰-tRNA和肽酰-tRNA结合的位置。 3.A位（aminoacyl site）氨酰tRNA结合的位置。 4.转肽酶（transpeptidase）活性部位 位于P位和A位的连接处，催化肽键的形成。 5.参与蛋白质合成的因子的结合部位,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,二蛋白质合成的场所核糖体,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,核糖体上的主要功能位点,Transmission of Genetic Information and Protei

35、n Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,三蛋白质合成的一般过程,蛋白质生物合成可分为五个阶段： 氨基酸的活化； 多肽链合成的起始； 肽链的延长； 肽链的终止和释放； 蛋白质合成后的加工修饰 。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(一)氨基酸活化是蛋白质生物合成的预备阶段,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三蛋白质合成的一般过程,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)起始复合

36、物是翻译起始阶段的“蛋白质装配机”,起始阶段：指大亚基、小亚基、mRNA和具有启动作用的起始氨基酰-tRNA装配为起始复合物的过程。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三蛋白质合成的一般过程,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,大肠杆菌细胞翻译起始复合物的形成,大肠杆菌细胞翻译起始复合物形成的过程：,核糖体30S小亚基附着于mRNA起始信号部位。 30S前起始复合物的形成。 70S起始复合物的形成。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis

37、,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(三)肽链延长是多因子参与的核糖体循环过程,核糖体循环（ribosome circulation）：肽链延长在核蛋白体上连续循环进行，每经过一个循环肽链增加一个氨基酸。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三蛋白质合成的一般过程,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(三)肽链延长是多因子参与的核糖体循环过程,核糖体循环包括三个步骤：,进位（registration）：特异的氨酰-tRNA进入A位。 成肽（peptide formation）：P位上的氨基酸连接到A位氨基酸的氨基

38、，形成肽键。 转位（translocation）：核糖体沿mRNA 5端向3端移动一个密码子距离。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三蛋白质合成的一般过程,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(三)肽链延长是多因子参与的核糖体循环过程,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三蛋白质合成的一般过程,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,肽链合成的终止过程,(四)肽链合成终止过程,1.终止密码的辨认 当A位上出现终止密码时，释放因子识别并结

39、合到A位上。 2.肽链和mRNA等从核糖体上释出 3.核糖体大小亚基解聚,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三蛋白质合成的一般过程,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,多聚核糖体（polyribosome）： 多个核糖体结合到一个mRNA分子上，成串排列，形成蛋白质合成的功能单位。 多聚核糖体可以在一条mRNA链上同时合成多条相同的多肽链，大大提高了翻译的效率。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,

40、四、肽链合成后的加工修饰,(一)一级结构的修饰改变了多肽链氨基酸的性质和组成,肽链氨基端的修饰 N-甲酰甲硫氨酸或甲硫氨酸的去除：甲酰基经脱甲酰基酶水解，甲硫氨酸或者氨基端的一些氨基酸残基由氨肽酶水解。,新生多肽链不具有生物活性，需经过化学修饰和加工处理才能形成具有天然构象和生物学活性的功能蛋白。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,四、肽链合成后的加工修饰,(一)一级结构的修饰改变了多肽链氨基酸的性质和组成,2.共价修饰：磷酸化、糖基化、羟基化、甲基化、乙 酰化和二硫键形成等。

41、 3.多肽链的水解修饰 前体蛋白水解产生活性蛋白； 多肽链经水解后产生几种不同的蛋白质或多肽。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)高级结构的修饰包括亚基聚合、多肽折叠和辅基 连接,亚基聚合：许多蛋白质由两个以上亚基构成，需要各亚基通过非共价键聚合成多聚体才能表现出完整的生物活性，如人血红蛋白。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,四、肽链合成后的加工修饰,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(

42、二)高级结构的修饰包括亚基聚合、多肽折叠和辅基 连接,多肽折叠：新生肽链必须逐步折叠成天然空间构象才能成为有活性的功能蛋白，折叠过程需要分子伴侣参与。 分子伴侣蛋白有两类： 蛋白因子 酶 辅基连接：有些结合蛋白和带辅基的酶，合成后需要结合相应辅基，才能成为天然功能蛋白质。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,四、肽链合成后的加工修饰,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,细胞内的蛋白质不断地被降解和被新合成的蛋白质取代。蛋白的降解在细胞的生理活动中发挥着不可替代的作用。 真核细胞内蛋白质的降解主要有两种途径： 1.

43、泛素-蛋白酶体（ubiquitin-proteasome）途径 特点：细胞内蛋白质选择性降解的重要途径。,五、蛋白质的降解,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,1. 泛素-蛋白酶体（ubiquitin-proteasome）途径 过程：,五、蛋白质的降解,E1激活泛素分子，需要ATP 供能； E2 将泛素结合在被降解的蛋白质上； E3 识别并释放泛素化的蛋白质； 蛋白酶体降解泛素化的蛋白质。,Transmission of Genetic Information and Prot

44、ein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,蛋白质降解的泛素化反应,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2. 溶酶体降解途径 特点：是非特异性蛋白质降解途径，蛋白质在溶酶体通过ATP非依赖途径被降解 。 过程： 蛋白质经自噬形成自噬体，或内吞作用进入细胞。 经溶酶体消化、分解为小分子氨基酸。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,五、蛋白质的降解,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,

45、第四节 基因表达信息的调控,一、基因表达的一般特点 二、原核基因的表达调控 三、真核基因的表达调控,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,基因表达的实质：通过基因的转录和翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子，赋予细胞或个体一定功能或形态表型。 基因的表达受到严密和精确的调控。 基因表达的调控： 正性调控（positive regulation）：使基因表达量增加。 负性调控（negative regulation）：使基因表达量减少。,Transmission of Genet

46、ic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,一、基因表达的一般特点,(一)基因表达具有时间性和空间性 基因表达的时间特异性（temporal specificity）：按照功能需要，某一特定基因表达严格按照一定的时间顺序发生。 基因表达的空间特异性（spatial specificity）： 一种基因产物在个体的不同组织或器官中表达，在个体的不同空间出现。 基因表达具有严格的时间和空间特异性，这是由基因的启动子等调控序列与调节蛋白相互作用决定的。,Transmission of Genetic Information and P

47、rotein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,1.组成性表达(constitutive expression)：不太受环境变动而变化的一类基因表达，如管家基因。,(二)基因表达有组成性表达和可诱导/阻遏表达两种 方式,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,一、基因表达的一般特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2.适应性表达(adaptive expression)：环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。 可诱导的基因(inducible gene)：随环境条件变化表达水平增高的基

48、因。 可阻遏的基因(repressible gene)：随环境条件变化表达水平降低的基因。,(二)基因表达有组成性表达和可诱导/阻遏表达两种 方式,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,一、基因表达的一般特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,二、原核基因的表达调控,转录调控是原核生物基因表达调控的关键步骤。原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制实现的。 操纵子（operon）由结构基因和表达调控元件组成，是原核细胞中最常见的表达调控单位。,Transmission of Genetic Information

49、 and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,二、原核基因的表达调控,(一)大肠杆菌乳糖代谢相关基因组成乳糖操纵子,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,1.阻遏蛋白的负性调控 没有乳糖的环境中，阻遏蛋白与操纵序列结合，阻碍RNA聚合酶与启动子的结合，阻止基因的转录。 有乳糖存在时，在-半乳糖苷酶的催化下乳糖转变为半乳糖，后者与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白与操纵序列解离，基因转录开放。,(二)大肠杆菌的乳糖操纵子调控机制包括正、负调控 两种方式,Tr

50、ansmission of Genetic Information and Protein Synthesis,二、原核基因的表达调控,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)大肠杆菌的乳糖操纵子调控机制包括正、负调控 两种方式,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,二、原核基因的表达调控,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2.CAP的正性调控,当环境中无葡萄糖可供利用时，cAMP的含量增高，CAP与 cAMP结合而活化，与乳糖操纵子的启动子上游的CAP结合位点相结合，从而增强RNA聚合酶的转录活性。 当有葡萄糖

51、可供分解利用时，cAMP浓度降低，CAP不能被活化，乳糖操纵子的结构基因表达下降。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二)大肠杆菌的乳糖操纵子调控机制包括正、负调控 两种方式,二、原核基因的表达调控,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2.CAP的正性调控,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二)大肠杆菌的乳糖操纵子调控机制包括正、负调控 两种方式,二、原核基因的表达调控,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,三、真核基因的表达调控

52、,真核细胞基因表达调控可以在转录水平、RNA加工水平、RNA转运水平、mRNA降解水平、翻译水平和蛋白质活性水平上进行。,真核基因表达调控的途径,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(一)转录水平调控是真核细胞基因表达的主要控制点,真核基因具有复杂的调控区，包括启动子区和其他能调节基因表达的转录因子和基因调节蛋白结合位点。 基因表达的调节是通过反式作用因子与顺式作用元件相互作用而实现的。,Transmission of Genetic Information and Protei

53、n Synthesis,三、真核基因的表达调控,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(一)转录水平调控是真核细胞基因表达的主要控制点,反式作用因子（trans-acting factor）：基因表达调节蛋白。 顺式作用元件（cis-acting element）：基因表达调节蛋白 所识别的DNA序列。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三、真核基因的表达调控,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,真核细胞基因表达调控区示意图,Transmission of Genetic Information and Prote

54、in Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,1.顺式作用元件是能够调控基因表达的特殊DNA序列,真核基因的顺式作用元件分为启动子、增强子（enhancer）和沉默子（silencer）。 启动子：能被RNA聚合酶所识别并结合的特异性DNA序列，决定细胞基因转录起始。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(一)转录水平调控是真核细胞基因表达的主要控制点,三、真核基因的表达调控,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,1.顺式作用元件是能够调控基因表达的特殊DNA序列,增强子：一种能增强真核细胞某些启动子

55、功能的调节序列，作用不受序列方向性的限制，大多位于上游。 沉默子：基因表达的负性调控元件，对基因转录起阻遏作用，不受序列方向的影响，能远距离发挥作用。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(一)转录水平调控是真核细胞基因表达的主要控制点,三、真核基因的表达调控,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,增强子作用模式示意图 （A）没有增强子存在时，基因转录维持在较低的基础水平； （B）当有增强子存在时，可以使转录水平升高。 （C和D）增强子可以紧邻启动子上游也可位于转录起始位点的上游或下游几个kb处； （E）与转录方向相

56、反的增强子也可刺激转录。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2.反式作用因子通过顺式作用元件调控基因的表达 真核基因表达的调节蛋白，又称转录调节因子或转录因子。 转录因子从功能上划分为不同区域： DNA结合域（DNA binding domain）； 转录激活域（activating domain）； 连接区：连接上两个结构域的部分。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(一)转录水平调控是真核细胞

57、基因表达的主要控制点,三、真核基因的表达调控,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2.反式作用因子通过顺式作用元件调控基因的表达 DNA结合域常见有以下几种 ： 锌指（zinc finger）结构，是最常见的DNA结合域； 螺旋-转角-螺旋（helix-turn-helix，HTH）； 螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix，HLH）； 亮氨酸拉链（leucine zipper）。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(一)转录水平调控是真核细胞基因表达的主要控制点,三、真核基因的表达调控,第九章 基因信

58、息的传递与蛋白质合成,一种典型的锌指结构,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,几种其他常见的反式作用因子DNA结合域,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,3.真核细胞的阻遏蛋白,阻遏蛋白（repressor）参与真核细胞基因表达的负性调控： 通过与特定的DNA序列结合而抑制转录。 通过干扰其他转录因子与DNA的结合来发挥抑制作用。 通过竞争性阻止激活蛋白与启动子或增

59、强子的结合，抑制转录。 通过蛋白质-蛋白质的相互作用来抑制转录。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(一)转录水平调控是真核细胞基因表达的主要控制点,三、真核基因的表达调控,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,4.染色质结构影响基因的转录 基因表达激活需要将致密的染色质展开，降低相邻核小体间的聚集，增加转录因子的进入，促进基因转录。这种染色质结构的动态变化过程通常称为染色质重塑（chromatin remolding）。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(一)转录水平调控是真核细胞