遗传信息传递

基因信息的传递基因信息的传递(2)高高 颖颖 大连医科大学生化教研室大连医科大学生化教研室 转录转录 翻译翻译 复制复制 DNA RNA 蛋白质蛋白质 逆转录逆转录 转录转录 翻译翻译 复制复制 DNA RNA 蛋白质蛋白质 逆转录逆转录 转录转录 翻译翻译 复制复制 DNA RNA 蛋白质蛋白质 逆转录逆转录 转录转录 翻译翻译 复制复制 DNA RNA 蛋白质蛋白质 逆转录逆转录 转录转录 翻译翻译 复制复制 DNA RNA 蛋白质蛋白质 逆转录逆转录 转录转录 翻译翻译 复制复制 DNA RNA 蛋白质蛋白质 逆转录逆转录 基因表达基因表达转录（转录（transcriptiontranscription）生物体以生物体以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过程的过程 。转录转录RNARNADNADNA 转录与复制的相似点：转录与复制的相似点：1.1.模板均为模板均为DNADNA2.2.延长机理都是形成磷酸二酯键延长机理都是形成磷酸二酯键3.3.方向均为方向均为5 53 3。转录和复制的区别转录和复制的区别复制复制转录转录模板模板DNADNA双双链链DNADNA的的一条一条链链原料原料d dNTPNTP(N=A(N=A、G G、C C、T T)NTP(N=ANTP(N=A、G G、C C、U U)引物引物需要需要不不需要需要酶酶DNADNA聚合酶聚合酶RNARNA聚合酶聚合酶产物产物D DNANAR RNANA配对配对A-A-T T、G-CG-CA-A-U U、T-AT-A、G-CG-C参与转录的物质参与转录的物质原料原料:NTP:NTP（ATP,UTP,GTP,CTPATP,UTP,GTP,CTP）模板模板:DNA:DNA酶酶:RNA:RNA聚合酶（聚合酶（RNA polymerase,RNA-RNA polymerase,RNA-polpol）其他蛋白质因子其他蛋白质因子 一、转录模板一、转录模板5335结构基因（structural gene）双链双链DNADNA分子中能作为模板转录出分子中能作为模板转录出RNARNA的链，称为的链，称为模板链模板链。又叫有意义链。又叫有意义链（sense strandsense strand）或）或WatsonWatson链。链。另一条互补链称为另一条互补链称为编码链编码链，又叫反，又叫反义链（义链（antisense strandantisense strand）或）或 CrickCrick链。链。转录产物转录产物RNARNA的碱基序列，除了的碱基序列，除了 T T 变变U U 外，其余与外，其余与编码链编码链相同。相同。G C A G T A C A T G T C533C G T C A T G T A C A G5DNA模板链编码链转录RNAG C A G U A C A U G U C53 不对称转录不对称转录(asymmetric(asymmetric transcription)transcription)在在DNADNA分子双链上某一区段，一股链可分子双链上某一区段，一股链可转录，另一股链不转录；转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一单链上。模板链并非永远在同一单链上。二、二、RNARNA聚合酶（聚合酶（DDRPDDRP）1.1.原核生物的原核生物的RNARNA聚合酶聚合酶E.coliE.coli的的RNARNA聚合酶是由四种亚基聚合酶是由四种亚基组成的六聚体（组成的六聚体（2 2 ）核心酶（core enzyme）全酶（holoenzyme）E.coliE.coli RNARNA聚合酶组分聚合酶组分亚基亚基分子量分子量功功 能能 3651236512决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150618150618催化功能催化功能 155613155613结合结合DNADNA模板模板 7026370263辨认起始点辨认起始点RNARNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 2.2.真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶种类种类I IIIIIIIIIII转录产物转录产物45S-45S-rRNArRNAhnRNAhnRNA5S-rRNA5S-rRNAtRNAtRNA,snRNAsnRNA对鹅膏蕈对鹅膏蕈碱碱的反应的反应不敏感不敏感极敏感极敏感中度敏感中度敏感 RNARNA聚合酶聚合酶、都由多个都由多个亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。mRNAmRNA是各种是各种RNARNA中寿命最短、中寿命最短、最不稳定的，需经常重新合成。因此最不稳定的，需经常重新合成。因此RNARNA聚合酶聚合酶是三种酶中最活跃的是三种酶中最活跃的。三、酶与模板的辨认结合三、酶与模板的辨认结合原核生物一个转录区段可视为一个转原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为录单位，称为操纵子操纵子(operon(operon)，包括若干个，包括若干个结构基因及其上游结构基因及其上游(upstream)(upstream)的的调控序列调控序列。RNARNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNADNA的部位称为的部位称为启动子启动子(promoter)(promoter)。是调控转录的关键部位。是调控转录的关键部位。5335调控序列结构基因启动子RNA-pol N17TTAACTN7AN16TATGATN7AN17TATGTTN6AN16TATAATN7AN18TACTGTN6ATTTACATTTACATTGACATTGATACTGACGtrptRNATrplacrec Aara区区3510+1最大一致性TTGACATATAATx/4538 36 2937 37 2840 25 3041 29 44 原核生物启动子原核生物启动子3535区：区：一致性序列为一致性序列为TTGACATTGACA是是RNA-polRNA-pol的的辨认位点辨认位点1010区：区：一致性序列为一致性序列为TATAATTATAAT又叫又叫PribnowPribnow盒盒是是RNA-polRNA-pol的的结合位点结合位点 真核生物启动子真核生物启动子结构基因GCGCCAATTATA内含子外显子外显子转录起始CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件TATA盒(Hogness box)转录过程转录过程起始起始(initiation)延长延长(elongation)终止终止(termination)一、原核生物的转录过程一、原核生物的转录过程（一）转录起始（一）转录起始 1.RNA1.RNA聚合酶结合在转录模板的起始区聚合酶结合在转录模板的起始区域。域。2.DNA2.DNA双链解开，以一条链为模板，合双链解开，以一条链为模板，合成第一个磷酸二酯键。成第一个磷酸二酯键。2.DNA2.DNA双链解开。双链解开。1.RNA1.RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(2 2)与模板结合。与模板结合。3.3.在在RNARNA聚合酶作用下发生第一次聚合反聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物。应，形成转录起始复合物。5 5-pppG-OH +-pppG-OH +NTPNTP 5 5-pppGp-pppGpN N -OH 3-OH 3 +PPi+PPi转录起始过程转录起始过程 RNApolRNApol(2 2)-DNA-pppGpN)-DNA-pppGpN-OH 3-OH 3 转录起始复合物转录起始复合物（二）转录延长（二）转录延长1.1.亚基脱落，亚基脱落，RNApolRNApol聚合酶核心酶聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着变构，与模板结合松弛，沿着DNADNA模板模板前移；前移；2.2.在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTPNTP不断聚合，不断聚合，RNARNA链不断延长。链不断延长。(NMP)(NMP)n n +NTPNTP (NMP)(NMP)n+1n+1 +PPi PPi 转录的起始及延长过程转录的起始及延长过程 (三三)转录终止转录终止RNARNA聚合酶在聚合酶在DNADNA模板上停顿下来，模板上停顿下来，转录产物转录产物RNARNA链从转录复合物上脱落下来。链从转录复合物上脱落下来。分类：分类：依赖依赖Rho()Rho()因子的转录终止因子的转录终止 非依赖非依赖RhoRho因子的转录终止因子的转录终止 1.1.依赖依赖因子的转录终止因子的转录终止 因子是同六聚体蛋白；因子是同六聚体蛋白；因子能结合因子能结合RNARNA，与，与poly Cpoly C的结合力最的结合力最强；强；因子还有因子还有ATPATP酶和解螺旋酶的活性。酶和解螺旋酶的活性。2.不依赖不依赖因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有特殊的碱模板上靠近终止处，有特殊的碱基序列，转录出基序列，转录出RNA后，后，RNA产物形成特产物形成特殊的结构来终止转录。殊的结构来终止转录。二、真核生物的转录过程二、真核生物的转录过程（一）转录起始（一）转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，生物多样化，转录起始时，RNA-polRNA-pol不直不直接结合模板接结合模板，其起始过程比原核生物复，其起始过程比原核生物复杂。杂。转录起始点转录起始点TATATATA盒盒CAATCAAT盒盒GCGC盒盒 增强子增强子顺式作用元件顺式作用元件(cis(cis-acting-acting element)element)1.1.转录起始前的上游区段转录起始前的上游区段 AATAAAAATAAA切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点 修饰点修饰点 外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 OCT-1 OCT-1OCT-1：ATTTGCATATTTGCAT八聚体八聚体2.2.转录因子转录因子 能直接或间接辨认和结合转录上游区能直接或间接辨认和结合转录上游区段段DNADNA的蛋白质，统称为的蛋白质，统称为反式作用因子反式作用因子(trans-acting factors)(trans-acting factors)。反式作用因子中，直接或间接结合反式作用因子中，直接或间接结合RNARNA聚合酶的，则称为聚合酶的，则称为转录因子转录因子(trans-(trans-criptionalcriptional factors,TF)factors,TF)。参与参与RNA-polRNA-pol 转录的转录的TF TF 转录因子转录因子亚基和亚基和(或或)分子分子量（量（kDakDa）功能功能TFDTFDTBPTBP，3838结合结合TATATATA盒盒TAFTAF辅助辅助TBP-DNATBP-DNA结合结合TFATFA1212，1919，3535稳定稳定D-DNAD-DNA复合物复合物TFBTFB3333促进促进RNA-polRNA-pol结合结合TFFTFF3030，7474解螺旋酶解螺旋酶TFETFE57(57()，34(34()ATPaseATPaseTFHTFH蛋白激酶，使蛋白激酶，使CTDCTD磷酸化磷酸化3.3.转录起始前复合物转录起始前复合物(pre-initiation complex,(pre-initiation complex,PIC)PIC)真核生物真核生物RNA-polRNA-pol不与不与DNADNA分子直接结分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。合，而需依靠众多的转录因子。RNA pol IITF II FTBPTBPTAFTAF TATADNATF II ATF II BTF II E转录前起始复合物TF II HTF II H（二）转录延长（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻没有转录与翻译同步的现象。译同步的现象。RNA-polRNA-pol前移处处都遇上核小体。前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到核小体移转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。位和解聚现象。RNA-PolRNA-PolRNA-PolRNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转转录录延延长长中中的的核核小小体体移移位位转录方向转录方向 （三）转录终止（三）转录终止 真核生物的转录后修饰真核生物的转录后修饰Post-transcriptional ModificationPost-transcriptional Modification 一、一、mRNAmRNA的转录后加工的转录后加工(一一)首尾的修饰首尾的修饰1.51.5-端加帽端加帽：m m7 7GpppGGpppG2.32.3-端加尾端加尾：多聚腺苷酸多聚腺苷酸 (poly A)(poly A)（二）（二）mRNA的剪接的剪接1.hnRNA 和和 snRNA 核内的初级核内的初级mRNA称为杂化核称为杂化核RNA(hetero-nuclear RNA,hnRNA)snRNA(small nuclear RNA)核内的蛋白质核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体小分子核糖核酸蛋白体（并接体（并接体,splicesome）snRNA真核生物结构基因，由若干个真核生物结构基因，由若干个编码区编码区和和非非编码区编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。断裂基因断裂基因(splite(splite gene)gene)非编码区非编码区 A AG G编码区编码区1 17 7ABCDEFGL12345677 700 bp2.2.外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron)外显子外显子在断裂基因及其初级转录产物上出在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟现，并表达为成熟RNARNA的核酸序列。的核酸序列。内含子内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。中被除去的核酸序列。鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNAhnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNAhnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNAmRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录、录、转转录录后后修修饰饰碱基修饰碱基修饰（2 2）还原反应）还原反应 如：如：U U DHU DHU （3 3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应 如：如：U U （4 4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A A I I 如：如：A A A Am m（1 1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）三、三、rRNArRNA的转录后加工的转录后加工转录转录剪接剪接18S-rRNA18S-rRNA5.8S5.8S和和28S-rRNA28S-rRNArDNArDNA内含子内含子内含子内含子28S28S5.8S5.8S18S18S45S-rRNA45S-rRNA Protein Biosynthesis(Translation)Protein Biosynthesis(Translation)蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成(翻译)19541954年，年，Paul ZamecnikPaul Zamecnik及其同事实验证明体内及其同事实验证明体内蛋白质是由氨基酸合成的。蛋白质是由氨基酸合成的。19561956年，他们发现年，他们发现了氨基酰了氨基酰-tRNA-tRNA合成酶。合成酶。19581958年，年，M.B.HoaglandM.B.Hoagland和和ZamecnikZamecnik又发现蛋又发现蛋白质生物合成需要可溶性白质生物合成需要可溶性RNARNA为中介。为中介。19611961年，年，Howard DintzisHoward Dintzis证明血红蛋白肽链合证明血红蛋白肽链合成方向是从成方向是从N-N-末端向末端向C-C-末端进行。末端进行。1961196119661966年间，年间，NirencergNirencerg、MatthaeiMatthaei和和KhoranaKhorana先后确定了先后确定了6464个遗传密码。个遗传密码。1973197319761976年，麦胚无细胞体系、兔网织无细年，麦胚无细胞体系、兔网织无细胞体系分别建立，蛋白质合成的具体过程终于胞体系分别建立，蛋白质合成的具体过程终于揭晓。揭晓。蛋白质的生物合成过程就是将蛋白质的生物合成过程就是将mRNAmRNA分分子中由子中由碱基序列碱基序列组成的遗传信息，通过组成的遗传信息，通过遗遗传密码传密码破译的方式转变成为蛋白质中的破译的方式转变成为蛋白质中的氨氨基酸排列顺序基酸排列顺序，因而称为翻译，因而称为翻译（translation)translation)。蛋白质合成体系蛋白质合成体系Protein Biosynthesis SystemProtein Biosynthesis System l 20 20种氨基酸作为原料种氨基酸作为原料l 酶及蛋白因子，如酶及蛋白因子，如IFIF、eIFeIF等等l ATPATP、GTPGTP、无机离子、无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括：参与蛋白质生物合成的物质包括：l 三种三种RNARNA mRNA mRNA rRNA rRNA tRNA tRNA一、一、mRNAmRNA是蛋白质是蛋白质/多肽链合成的模板多肽链合成的模板 在遗传信息传递过程中，在遗传信息传递过程中，DNADNA转录生成转录生成mRNAmRNA，mRNAmRNA作为蛋白质合成的直接模板，指导蛋白质作为蛋白质合成的直接模板，指导蛋白质多肽链的合成。多肽链的合成。mRNAmRNA包括包括5 5-非翻译区非翻译区(5 5-untranslated region,-untranslated region,5 5-UTR)-UTR)开放阅读框架区开放阅读框架区(open readingopen reading frame,frame,ORF)ORF)3 3-非翻译区非翻译区(3 3-untranslated region,-untranslated region,3 3-UTR)UTR)遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺顺反子反子（cistroncistron）。）。原核细胞中数个结构基因常串联为一个转原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的录单位，转录生成的mRNAmRNA可编码几种功能可编码几种功能相 关 的 蛋 白 质，为相 关 的 蛋 白 质，为 多 顺 反 子多 顺 反 子（polycistronpolycistron）。）。真核生物一个真核生物一个mRNAmRNA只编码一种蛋白质，为只编码一种蛋白质，为单顺反子单顺反子（single cistronsingle cistron）。）。原核生物原核生物mRNAmRNA真核生物真核生物mRNAmRNA非翻译区非翻译区核蛋白体结合位点核蛋白体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPPPPP5533蛋白质蛋白质PPPPPPm mG G-5533蛋白质蛋白质AAAAAA目目 录录（一）（一）mRNAmRNA含有含有6464种密码子种密码子mRNAmRNA分子上每分子上每3 3个核苷酸构建一个密码子，个核苷酸构建一个密码子，编码某一特定氨基酸或作为蛋白质合成的起始、编码某一特定氨基酸或作为蛋白质合成的起始、终止信号，称为终止信号，称为三联体密码三联体密码(triplet codon(triplet codon)，也称也称遗传密码子遗传密码子(genetic codon(genetic codon)。起始密码起始密码(initiation codon(initiation codon):):AUGAUG 终止密码终止密码(termination codon(termination codon):):UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA 遗遗传传密密码码表表目目 录录1.1.遗传密码具有通用性遗传密码具有通用性（二）遗传密码具有（二）遗传密码具有几个特性几个特性从原核生物生物（包括病毒、细菌等）、真核生从原核生物生物（包括病毒、细菌等）、真核生物以及人类都共同使用同一套遗传密码。物以及人类都共同使用同一套遗传密码。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。胞的叶绿体。2.2.密码子具有方向性密码子具有方向性(directiondirection)l起始密码子总是位于起始密码子总是位于mRNAmRNA开放阅读框架的开放阅读框架的5 5末末端，终止密码子位于端，终止密码子位于3 3末端。末端。l翻译的方向是从翻译的方向是从5 5到到3 3末端。末端。3.3.遗传密码具有连续性遗传密码具有连续性l 密码子按密码子按5 35 3方向每方向每3 3个一组阅读框架顺序个一组阅读框架顺序翻译，无标点、不重叠，即翻译，无标点、不重叠，即连续性连续性lmRNAmRNA开放阅读框架内发生一个或两个碱基插入或开放阅读框架内发生一个或两个碱基插入或缺失，可引起移码突变缺失，可引起移码突变(frameshift(frameshift mutation)mutation)。翻译的蛋白质氨基酸顺序则发生改变。翻译的蛋白质氨基酸顺序则发生改变。4.4.遗传密码具有简并性遗传密码具有简并性目目 录录l简并性，即简并性，即同一种氨基酸具有多个密码子同一种氨基酸具有多个密码子，或者多个密码子代表一种氨基酸的现象。或者多个密码子代表一种氨基酸的现象。l遗传密码中，除遗传密码中，除色氨酸色氨酸和和甲硫氨酸甲硫氨酸仅对应仅对应一个密码子外，其余氨基酸均有一个以上一个密码子外，其余氨基酸均有一个以上密码子为其编码。密码子为其编码。简并性简并性(degeneracy)(degeneracy)目目 录录 编码同一氨基酸的不同密码子互称编码同一氨基酸的不同密码子互称同义密码子；同义密码子之间的差同义密码子；同义密码子之间的差异通常只在第异通常只在第3 3位碱基上，位碱基上，5.5.遗传密码具有摆动性（遗传密码具有摆动性（wobblewobble）密码子第密码子第3 3位碱基位碱基与与tRNAtRNA反密码子反密码子的第的第1 1位碱基位碱基不严格遵守碱基配对不严格遵守碱基配对规律，而是规律，而是摆动摆动碱基配对。碱基配对。U U摆动配对摆动配对目目 录录密码子、反密码子配对的摆动性密码子、反密码子配对的摆动性tRNAtRNA反密码子反密码子第第1 1位碱基位碱基I IU UG GA AC CmRNAmRNA密码子密码子第第3 3位碱基位碱基U U、C C、A AA A、G GU U、C CU UG G二、二、一种一种tRNAtRNA只能转运一种氨基酸但只能转运一种氨基酸但一种氨基酸可由几种一种氨基酸可由几种tRNAtRNA转运转运反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂tRNAtRNA的三级结构示意图的三级结构示意图三、三、rRNArRNA与蛋白质组成核糖体与蛋白质组成核糖体 目目 录录 蛋白质合成场所蛋白质合成场所核核糖糖体体的的组组成成目目 录录原核生物核糖体原核生物核糖体 70 S 70 S MtMt 2.7 2.710106 6 真核生物核糖体真核生物核糖体 80S 80S Mt Mt 4.24.210106 6核糖体在蛋白质合成中有主要作用核糖体在蛋白质合成中有主要作用 具有结合具有结合mRNAmRNA的位点；的位点；与起始因子、延长因子、释放因子及各种酶的与起始因子、延长因子、释放因子及各种酶的结合位点；结合位点；两个两个tRNAtRNA结合的位点，结合的位点，A A位点是氨基酰位点是氨基酰tRNAtRNA结结合位点，合位点，P P位点是肽酰位点是肽酰tRNAtRNA结合位点。结合位点。通过将通过将mRNAmRNA、氨基酰、氨基酰-tRNA-tRNA和相关的蛋白因子和相关的蛋白因子放置在正确的位置来调节蛋白质的合成。放置在正确的位置来调节蛋白质的合成。核糖体是合成蛋白质的场所。核糖体是合成蛋白质的场所。l2020种氨基酸（种氨基酸（AAAA）l酶及众多蛋白因子，如氨基酰酶及众多蛋白因子，如氨基酰-tRNA-tRNA合成合成酶、起始因子酶、起始因子(initiation factor(initiation factor，IF)IF)、延长因子（、延长因子（elongation factorelongation factor，EFEF）、释放因子（）、释放因子（release factorrelease factor，RFRF）。）。lATPATP、GTPGTPl无机离子无机离子四、蛋白质合成体系还需要其他辅助因四、蛋白质合成体系还需要其他辅助因子子大肠杆菌蛋白质合成的大肠杆菌蛋白质合成的5 5个阶段所需化合物个阶段所需化合物1 1氨基酸的活化氨基酸的活化2020种氨基酸种氨基酸2020种氨基酰种氨基酰-tRNAtRNA 合成酶合成酶3232种（或多于种（或多于3232种）种）tRNAtRNAATPATP、MgMg2+2+2 2起始起始mRNAmRNAN N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAtRNAfmerfmermRNAmRNA上的起始密码子（上的起始密码子（AUGAUG）30S30S核糖体亚基核糖体亚基50S50S核糖体亚基核糖体亚基起始因子（起始因子（IFIF-1,IF1,IF-2,IF2,IF-3 3）GTPGTP、MgMg2+2+3 3延长延长具有功能的具有功能的70S70S核糖体（起始复合物）核糖体（起始复合物）密码子特异的氨基酰密码子特异的氨基酰-tRNAtRNA延长因子（延长因子（EFEF-TuTu,EF,EF-Ts,EFTs,EF-G G）GTPGTP、MgMg2+2+4 4终止与释放终止与释放mRNAmRNA上的终止密码上的终止密码释放因子（释放因子（RFRF-1,RF1,RF-2,RF2,RF-3 3）5 5折叠和翻译后的加工折叠和翻译后的加工特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需的化合物，特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需的化合物，水解过程，末端残基的修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅水解过程，末端残基的修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅基结合到蛋白质上基结合到蛋白质上阶段阶段必需化合物必需化合物1 1氨基酸的活化氨基酸的活化2020种氨基酸种氨基酸2020种氨基酰种氨基酰-tRNAtRNA 合成酶合成酶3232种（或多于种（或多于3232种）种）tRNAtRNAATPATP、MgMg2+2+2 2起始起始mRNAmRNAN N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAtRNAmRNAmRNA上的起始密码子（上的起始密码子（AUGAUG）30S30S核糖体亚基核糖体亚基50S50S核糖体亚基核糖体亚基起始因子（起始因子（IFIF-1,IF1,IF-2,IF2,IF-3 3）GTPGTP、MgMg2+2+3 3延长延长具有功能的具有功能的70S70S核糖体（起始复合物）核糖体（起始复合物）密码子特异的氨基酰密码子特异的氨基酰-tRNAtRNA延长因子（延长因子（EFEF-TuTu,EF,EF-Ts,EFTs,EF-G G）GTPGTP、MgMg2+2+4 4终止与释放终止与释放mRNAmRNA上的终止密码上的终止密码释放因子（释放因子（RFRF-1,RF1,RF-2,RF2,RF-3 3）5 5折叠和翻译后的加工折叠和翻译后的加工特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需的化合物，特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需的化合物，水解过程，末端残基的修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅水解过程，末端残基的修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅基结合到蛋白质上基结合到蛋白质上阶段阶段必需化合物必需化合物原核生物核蛋白体结构模式原核生物核蛋白体结构模式氨基酸氨基酸 +tRNA+tRNA氨基酰氨基酰-tRNA-tRNAATPATP AMP AMPPPiPPi氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶（一）氨基酰（一）氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化真核生物：真核生物：Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet原核生物：原核生物：fMet-tRNAfMet-tRNAi if fMetMet（二）起始肽链合成的氨基酰（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA-tRNA 蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程The Process of Protein The Process of Protein BiosynthesisBiosynthesis蛋白质合成中蛋白质合成中mRNAmRNA模板的方向：模板的方向：5 35 3；蛋白质的合成方向：蛋白质的合成方向：N N端端 C C端。端。蛋白质合成过程：蛋白质合成过程：起始起始延长延长终止终止一、肽链合成起始一、肽链合成起始指指mRNAmRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA-tRNA分别与核分别与核蛋 白 体 结 合 而 形 成蛋 白 体 结 合 而 形 成 翻 译 起 始 复 合 物翻 译 起 始 复 合 物 (translational initiation complex)(translational initiation complex)。参与起始过程的蛋白质因子称起始因参与起始过程的蛋白质因子称起始因子（子（initiation factorinitiation factor，IFIF）。）。参与起始过程的蛋白质因子称参与起始过程的蛋白质因子称起始因起始因子子（initiation factorinitiation factor，IFIF）。原核生）。原核生物起始因子有三种：物起始因子有三种：IF-1IF-1：占据：占据A A位防止结合其他位防止结合其他tRNAtRNA。IF-2IF-2：促进起始：促进起始tRNAtRNA与小亚基结合。与小亚基结合。IF-3IF-3：促进大小亚基分离，提高：促进大小亚基分离，提高P P位位对结合起始对结合起始tRNAtRNA敏感性。敏感性。S-DS-D序列：序列：在原核生物在原核生物mRNAmRNA起始密码起始密码AUGAUG上游，上游，存在存在4 49 9个富含嘌呤碱的一致性序列，个富含嘌呤碱的一致性序列，如如-AGGAGG-AGGAGG-，称为，称为S-DS-D序列。又称为核蛋序列。又称为核蛋白体结合位点（白体结合位点（ribosomal binding ribosomal binding sitesite，RBS)RBS)S-DS-D序列序列 （一）原核生物翻译起始复合物形成（一）原核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；mRNAmRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA的结合；的结合；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。原核细胞中转录和翻译偶联原核细胞中转录和翻译偶联（二）真核生物翻译起始复合物形成（二）真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA结合；结合；mRNAmRNA在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。真核生物翻译起始因子真核生物翻译起始因子 起始因子起始因子生物功能生物功能eIF-2eIF-2促进起始促进起始tRNAtRNA与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B,eIF-2B,eIF-3eIF-3促进大小亚基分离促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4AeIF-4FeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNAmRNA结合小亚基结合小亚基eIF-4BeIF-4B促进促进mRNAmRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGAUGeIF-4EeIF-4EeIF-4FeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA 5mRNA 5帽子帽子eIF-4GeIF-4GeIF-4FeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4EeIF-4E和和PABPABeIF-5eIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基大亚基eIF-6eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基促进核蛋白体分离成大小亚基mRNAmRNA eIF-6 eIF-6 GDP+PiGDP+PielF-5elF-5ATPATPADP+PiADP+PielF4E,elF4G,elF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABelF4A,elF4B,PAB真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet-elF-2-GTP-elF-2-GTP 真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点 核蛋白体是核蛋白体是80S80S；起始因子种类多；起始因子种类多；起始起始tRNAtRNA的的MetMet不需甲酰化；不需甲酰化；mRNAmRNA的的55帽子和帽子和3poly A3poly A尾结构与尾结构与mRNAmRNA在核蛋白体就位有关；在核蛋白体就位有关；起始起始tRNAtRNA先与核蛋白体小亚基结合，然先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合后再结合mRNAmRNA二、肽链的延长二、肽链的延长指按照指按照mRNAmRNA密码序列的指导，依次添加密码序列的指导，依次添加氨基酸氨基酸从从N N端向端向C C端端延伸肽链，直到合成终延伸肽链，直到合成终止的过程。止的过程。肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为进行，又称为核蛋白体循环核蛋白体循环（ribosomal ribosomal cycle)cycle)，每次循环增加一个氨基酸，分为，每次循环增加一个氨基酸，分为以下三步：以下三步：进位进位（entranceentrance）成肽成肽（peptide bond formationpeptide bond formation）转位转位（translocationtranslocation）原核延原核延长因子长因子生物功能生物功能对应真核对应真核延长因子延长因子EF-TuEF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA-tRNA进入进入A A位，结位，结合分解合分解GTPGTPEF-1-EF-1-EF-TsEF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EF-1-EFGEFG有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-mRNA-肽肽酰酰-tRNA-tRNA由由A A位前移到位前移到P P位，促位，促进卸载进卸载tRNAtRNA释放释放EF-2EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 进进位位转转位位成肽成肽真核生物肽链合成的延长过程与原核真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。子。另外，真核细胞核蛋白体没有另外，真核细胞核蛋白体没有E E位，转位，转位时卸载的位时卸载的tRNAtRNA直接从直接从P P位脱落。位脱落。（四）真核生物延长过程（四）真核生物延长过程 三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止当当mRNAmRNA上终止密码出现后，多肽链合上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰成停止，肽链从肽酰-tRNA-tRNA中释出，中释出，mRNAmRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。成终止。终止相关的蛋白因子称为释放因子终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor,RF)(release factor,RF)识别终止密码，如识别终止密码，如RF-1RF-1特异识别特异识别UAAUAA、UAGUAG；而而RF-2RF-2可识别可识别UAAUAA、UGAUGA。诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。白体上释放。释放因子的功能释放因子的功能原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1RF-1，RF-2RF-2，RF-3RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRFeRF 蛋白质合成后加工和输送蛋白质合成后加工和输送Posttranslational Posttranslational Processing&Protein Processing&Protein TransportationTransportation从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。白。主要包括主要包括 多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构 肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰 高级结构修饰高级结构修饰 一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质 新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后进新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后进行，新生肽链行，新生肽链N N端在核蛋白体上一出现，肽端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、模体、结构域到形成完整的空间构象。模体、结构域到形成完整的空间构象。大多数天然蛋白质折叠都需要其他酶和蛋大多数天然蛋白质折叠都需要其他酶和蛋白质的辅助。白质的辅助。几种有促进蛋白折叠功能的大分子几种有促进蛋白折叠功能的大分子1.1.分子伴侣分子伴侣 (molecular chaperon)(molecular chaperon)2.2.蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 (protein(protein disulfide isomerasedisulfide isomerase,PDI),PDI)3.3.肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide(peptide prolyl cis-trans isomeraseprolyl cis-trans isomerase,PPI),PPI)（1 1）热休克蛋白）热休克蛋白(heat shock protein,HSP)(heat shock protein,HSP)HSP70HSP70、HSP40HSP40和和GreEGreE族族 （2 2）伴侣素）伴侣素(chaperonins(chaperonins)GroELGroEL和和GroESGroES家族家族1.1.分子伴侣分子伴侣分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。的正确折叠。二、一级结构的修饰二、一级结构的修饰（一）肽链（一）肽链N N端的修饰端的修饰（二）个别氨基酸的修饰（二）个别氨基酸的修饰（三）多肽链的水解修饰（三）多肽链的水解修饰鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(POMC)(POMC)的水解修饰的水解修饰N NC C信号肽信号肽PMOCPMOCKRKRKRKR103103肽肽 (？)ACTHACTH-LT-LT-MSH-MSH-MSH-MSHEndophinEndophin三、高级结构的修饰三、高级结构的修饰（一）亚基聚合（一）亚基聚合 （二）辅基连接（二）辅基连接（三）疏水脂链的共价连接（三）疏水脂链的共价连接 蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。这一过程称为蛋白质的靶向输送。四、蛋白质合成后的靶向输送四、蛋白质合成后的靶向输送蛋白质的靶向输送（蛋白质的靶向输送（protein targetingprotein targeting）所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为信号，主要为N N末端特异氨基酸序列，可引末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列序列称为信号序列 。信号序列信号序列(signal sequence)(signal sequence)靶向输送蛋白靶向输送蛋白信号序列或成分信号序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信号肽信号肽内质网腔蛋白内质网腔蛋白信号肽，信号肽，C C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL(KDEL序序列列)线粒体蛋白线粒体蛋白N N端靶向序列（端靶向序列（20203535氨基酸残基）氨基酸残基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-ValLys-Val-，SV40 TSV40 T抗原）抗原）过氧化体蛋白过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-Ser-Lys-Leu-（PSTPST序列）序列）溶酶体蛋白溶酶体蛋白Man-6-PMan-6-P（甘露糖（甘露糖-6-6-磷酸）磷酸）靶向输送蛋白的信号序列或成分靶向输送蛋白的信号序列或成分 （一）（一）分泌蛋白的靶向输送分泌蛋白的靶向输送真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网，再分别被包装送过程首先要进入内质网，再分别被包装成分泌小泡而分泌出细胞。成分泌小泡而分泌出细胞。信号肽信号肽(signal peptide)(signal peptide)各种新生分泌蛋白的各种新生分泌蛋白的N N端有保守的氨端有保守的氨基酸序列称信号肽。基酸序列称信号肽。信号肽的一级结构信号肽的一级结构N N端侧碱性区端侧碱性区 疏水核心区疏水核心区 C C端加工区端加工区 蛋白质生物合成是很多天然抗生素蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。它们就是通过和某些毒素的作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。过程而起作用的。四四环环素素族族氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理应用应用四环素族（金霉素四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素链霉素、卡那霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素红霉素红霉素梭链孢酸梭链孢酸 放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核小亚基原核小亚基原核小亚基原核小亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基真核大亚基真核大亚基真核、原核真核、原核核蛋白体核蛋白体 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA-tRNA与小亚与小亚基结合基结合改变构象引起读码错误、改变构象引起读码错误、抑制起始抑制起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位抑制转肽酶、妨碍转位与与EFG-GTPEFG-GTP结合，抑制肽结合，抑制肽链延长链延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA类似物，进类似物，进位后引起未成熟肽链脱落位后引起未成熟肽链脱落抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究医学研究抗肿瘤药抗肿瘤药抗生素抑制蛋白质生物合成的原理抗生素抑制蛋白质生物合成的原理 复习思考题复习思考题1.1.复制与转录的异同点。复制与转录的异同点。2.RNA2.RNA聚合酶与聚合酶与DNADNA聚合酶作用的异同点。聚合酶作用的异同点。3.3.试述原核生物启动子的结构特点及功能。试述原核生物启动子的结构特点及功能。4.4.原核生物与真核生物原核生物与真核生物RNARNA聚合酶有何异同？聚合酶有何异同？5.5.原核生物与真核生物的转录终止有何不同？原核生物与真核生物的转录终止有何不同？6.6.以以E.coliE.coli为例，试述转录的基本过程。为例，试述转录的基本过程。7.7.试述试述mRNAmRNA成熟的加工过程。成熟的加工过程。