真核微生物蛋白质合成和分泌.ppt
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1、关于真核微生物的蛋白质合成与分泌第一张,PPT共六十八页,创作于2022年6月一、真菌基因组结构特点一、真菌基因组结构特点(一)真核基因组相对较大一)真核基因组相对较大哺乳动物哺乳动物基因组基因组DNA 约约 3 10 9 碱基对碱基对编码基因编码基因 约有约有 10000 个个,占总长的占总长的45%左右左右基因的外显子数基因的外显子数平均为平均为2个个真菌基因组真菌基因组DNA 约约4 10 7 碱基对碱基对3.1 蛋白质合成的调节机制蛋白质合成的调节机制第二张,PPT共六十八页,创作于2022年6月(二)单顺反子二)单顺反子单顺反子单顺反子(monocistron)即即一一个个编编码码基
2、基因因转转录录生生成成一一个个mRNA分分子子,经翻译生成一条多肽链。经翻译生成一条多肽链。(三)重复序列三)重复序列单拷贝序列(一次或数次)单拷贝序列(一次或数次)高度重复序列(高度重复序列(106 次)次)中度重复序列(中度重复序列(103 104次)次)多拷贝序列多拷贝序列(四)基因不连续性四)基因不连续性(一般含内含子)(一般含内含子)第三张,PPT共六十八页,创作于2022年6月染色体水平染色体水平DNA的活化的活化转录的起始转录的起始hnRNA 的剪切和加工的剪切和加工mRNA 转移到胞浆转移到胞浆翻译翻译二、真菌基因表达调控特点二、真菌基因表达调控特点第四张,PPT共六十八页,创
3、作于2022年6月2.DNA拓扑结构变化拓扑结构变化天然双链天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在;均以负性超螺旋构象存在;基因活化后基因活化后RNA-pol正超螺旋正超螺旋负超螺旋负超螺旋转录方向转录方向1.对核酸酶敏感对核酸酶敏感活活化化基基因因常常有有超超敏敏位位点点,位位于于调调节节蛋蛋白白结合位点附近。结合位点附近。三、染色体水平三、染色体水平DNA的活化与沉默的活化与沉默第五张,PPT共六十八页,创作于2022年6月第六张,PPT共六十八页,创作于2022年6月3.DNA碱基修饰变化碱基修饰变化真核真核DNA约有约有5%的胞嘧啶被甲基化,的胞嘧啶被甲基化,甲基化范围与基因表达程度呈反
4、比。甲基化范围与基因表达程度呈反比。1.mCpG1.mCpG是真核生物甲基化的唯一形式是真核生物甲基化的唯一形式是真核生物甲基化的唯一形式是真核生物甲基化的唯一形式2.2.基基基基因因因因表表表表达达达达与与与与CGCG甲甲甲甲基基基基化化化化程程程程度度度度呈呈呈呈负负负负相相相相关关关关,甲甲甲甲基基基基化化化化以以以以后后后后可可可可加加加加强阻遏蛋白或降低激活蛋白与强阻遏蛋白或降低激活蛋白与强阻遏蛋白或降低激活蛋白与强阻遏蛋白或降低激活蛋白与DNADNA的结合的结合的结合的结合3.DNA3.DNA甲甲甲甲基基基基化化化化对对对对转转转转录录录录的的的的抑抑抑抑制制制制主主主主要要要要决
5、决决决定定定定于于于于甲甲甲甲基基基基化化化化CpGCpG的的的的密密密密度和启动子强度度和启动子强度度和启动子强度度和启动子强度第七张,PPT共六十八页,创作于2022年6月DNA Methylation and Transcription5353第八张,PPT共六十八页,创作于2022年6月What Are the Functions of DNA Methylation?CpG island methylation is rare in normal cellsDefense against invading parasitic DNA,retrovirus X-chromosome i
6、nactivationIn vitro cell culture:loss of cell type-specific functions Some diseases:lupusIncreasing with ageCancer:tumor genes and tumor suppressor genes第九张,PPT共六十八页,创作于2022年6月Some tumor suppressor genes which can become hypermethylated and silenced in human tumors Tumor suppressor geneTumor type(s)
7、pRbRetinoblastomaVHLRenal carcinomap16INK4aMelanoma and many othersp15INK4bHematologic malignancieshMLH1Colorectal carcinomaAPCColorectal carcinomaBRCA1Breast cancer第十张,PPT共六十八页,创作于2022年6月4.组蛋白变化组蛋白变化富含富含Lys组蛋白水平降低组蛋白水平降低 活性的核小体常缺乏活性的核小体常缺乏H1,但却结合有非组蛋,但却结合有非组蛋 白白HMG14和和HMG17的存在的存在 H2A,H2B二聚体不稳定性增加二聚
8、体不稳定性增加组蛋白修饰组蛋白修饰H1组蛋白磷酸化,对组蛋白磷酸化,对DNA亲和力低亲和力低 核心组蛋白的修饰,乙酰化,磷酸化核心组蛋白的修饰,乙酰化,磷酸化 H3组蛋白巯基暴露组蛋白巯基暴露第十一张,PPT共六十八页,创作于2022年6月第十二张,PPT共六十八页,创作于2022年6月四、四、RNA pol I 和和pol 的转录调节的转录调节RNA pol I转录产物只有转录产物只有rRNA前体,有前体,有2个顺式个顺式作用元件(作用元件(-45+20bp核心元件,核心元件,-156-107bp上游控制元件上游控制元件UCE),需),需两种转录因子两种转录因子来正确有效地帮助起始转录(上游
9、结合因子来正确有效地帮助起始转录(上游结合因子1和选择性因子和选择性因子1)。)。RNA pol 对对tRNA和和5S rRNA基因的转录调节,启动子在基因的转录调节,启动子在转录区内。转录区内。tRNA有有2种转录因子,种转录因子,5S rRNA有有3种转录因子,种转录因子,但都只有但都只有TFBB才才识识真正的真正的转录转录起始因子,在定位起始因子,在定位RNA polRNA pol方方面起重要作用。面起重要作用。第十三张,PPT共六十八页,创作于2022年6月五、五、RNA pol II转录起始的调节转录起始的调节1.由由1012个亚基组成个亚基组成2.最最大大亚亚基基的的C末末端端含含
10、有有可可磷磷酸酸化化位位点点的的T氨氨基基酸酸残残基基(Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser)重重复复序序列列,称称为为CTD(Carboxyl Terminal Domain)3.CTD是是TFIIH的的底底物物,磷磷酸酸化化后后与与RNA链延伸有密切关系链延伸有密切关系第十四张,PPT共六十八页,创作于2022年6月(一)顺式作用元件一)顺式作用元件1.启动子启动子真真核核基基因因启启动动子子是是RNA聚聚合合酶酶结结合合位位点点周周围围的的一一组组转转录录控控制制组组件件,至至少少包包括括一一个个转录起始点转录起始点以及一个以上的以及一个以上的功能组件功能组件。TATA
11、盒盒GC盒盒CAAT盒盒第十五张,PPT共六十八页,创作于2022年6月2.增强子增强子(enhancer)指指远远离离转转录录起起始始点点、决决定定基基因因的的时时间间、空空间间特特异异性性、增增强强启启动动子子转转录录活活性性的的DNA序序列。列。3.沉默子沉默子(silencer)某些基因的负性调节元件,当其结合特异某些基因的负性调节元件,当其结合特异蛋白因子时,对基因转录起阻遏作用。蛋白因子时,对基因转录起阻遏作用。第十六张,PPT共六十八页,创作于2022年6月定定义义:是是能能直直接接或或间间接接地地识识别别或或结结合合在在各各顺顺式式作作用用元元件件核核心心序序列列上上,参参与与
12、调调控靶基因转录速率的一组蛋白质。控靶基因转录速率的一组蛋白质。结构:含有结构:含有DNA结合域和转录活性区域。结合域和转录活性区域。(二)反式作用因子二)反式作用因子 第十七张,PPT共六十八页,创作于2022年6月(二)反式作用因子二)反式作用因子 1.转录调节因子分类(按功能特性)转录调节因子分类(按功能特性)*基本转录因子基本转录因子(general transcription factors)是是RNA聚聚合合酶酶结结合合启启动动子子所所必必需需的的一一组组蛋蛋白白因因子子,决定三种决定三种RNA(mRNA、tRNA及及rRNA)转录的类别。转录的类别。第十八张,PPT共六十八页,创
13、作于2022年6月*特异转录因子特异转录因子(special transcription factors)为为个个别别基基因因转转录录所所必必需需,决决定定该该基基因因的的时时间、空间特异性表达。间、空间特异性表达。转录激活因子转录激活因子转录抑制因子转录抑制因子第十九张,PPT共六十八页,创作于2022年6月2.转录调节因子结构转录调节因子结构DNA结合域结合域转录激活域转录激活域TF蛋白质蛋白质-蛋白质结合域蛋白质结合域(二聚化结构域)(二聚化结构域)谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域第二十张,PPT共六十八页,创作于2022年6月最常见的最常见的DN
14、A结合域结合域 1.锌指锌指(zinc finger)C CysH His常结合常结合GC盒盒第二十一张,PPT共六十八页,创作于2022年6月ZnCysHis第二十二张,PPT共六十八页,创作于2022年6月 2.-螺旋螺旋常结合常结合CAAT盒盒第二十三张,PPT共六十八页,创作于2022年6月碱性亮氨酸拉链碱性亮氨酸拉链Basic-Leucine-Zipper第二十四张,PPT共六十八页,创作于2022年6月碱性螺旋环螺旋碱性螺旋环螺旋Basic-Helix/Loop/Helix第二十五张,PPT共六十八页,创作于2022年6月(三(三)mRNA 转录激活及其调节转录激活及其调节polT
15、FHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP真核真核RNA聚合酶聚合酶在转录因子帮助下,形成的转在转录因子帮助下,形成的转录起始复合物。录起始复合物。TF II D是是唯一具有位点特异唯一具有位点特异的的DNA结结合能力的因子。合能力的因子。TATA DNATBP相关因子相关因子是细胞特异的,与转录激是细胞特异的,与转录激活因子共同决定组织特异活因子共同决定组织特异性转录性转录第二十六张,PPT共六十八页,创作于2022年6月真核基因转录激活调节是真核基因转录激活调节是复杂的、多样的复杂的、多样的*不不同同的的DNA元元件件组组合合可可产产生生多多种种类类型型的的转转录录调调节节方式;方式;
16、*多种转录因子又可结合相同或不同的多种转录因子又可结合相同或不同的DNA元件。元件。*转转录录因因子子与与DNA元元件件结结合合后后,对对转转录录激激活活过过程程所所产产生生的的效果各异,有正性调节或负性调节之分。效果各异,有正性调节或负性调节之分。第二十七张,PPT共六十八页,创作于2022年6月六、六、RNA pol II转录终止的调节转录终止的调节转录终止于转录终止于poly-A添加点以下添加点以下0.5-2kb范围内的多处可能位点。范围内的多处可能位点。HIV基因组转录终止调节基因组转录终止调节 病毒蛋白病毒蛋白Tat是一抗终止蛋白,它与转录产物是一抗终止蛋白,它与转录产物5端特异端特
17、异RNA序列结序列结合,并与宿主蛋白质、合,并与宿主蛋白质、RNA pol II相互作用,是延长中的相互作用,是延长中的RNA形成一定的二级结构形成一定的二级结构,阻止,阻止HIV基因组转录提早终止基因组转录提早终止第二十八张,PPT共六十八页,创作于2022年6月七、转录后水平的调节七、转录后水平的调节(一)(一)hnRNA加工成熟的调节加工成熟的调节 在核内进行加工修饰,包括加帽、加尾、剪接、碱基修在核内进行加工修饰,包括加帽、加尾、剪接、碱基修饰和编辑等。饰和编辑等。(二)(二)mRNA运输、胞浆内稳定性的调节运输、胞浆内稳定性的调节 1.mRNA的自身的特异序列与相关的调节蛋白相互作用
18、的自身的特异序列与相关的调节蛋白相互作用 2.小分子小分子RNA(dsRNA),),miRNA与与siRNA等等。第二十九张,PPT共六十八页,创作于2022年6月八、翻译水平的调节八、翻译水平的调节主要的调节点:主要的调节点:起始阶段起始阶段和延长阶段和延长阶段(一)翻译起始因子(一)翻译起始因子(eIF)活性的调节)活性的调节 磷酸化可阻碍磷酸化可阻碍eIF的正常功能的正常功能(二)(二)RNA结合蛋白(结合蛋白(RBP)对翻译起始的调节)对翻译起始的调节 IRE位于铁蛋白和位于铁蛋白和ALA合酶的合酶的5UTR 铁浓度低时,铁浓度低时,IRE-BP活化时,结合活化时,结合IRE阻碍小亚基
19、与其始阻碍小亚基与其始点结合,抑制翻译起始;点结合,抑制翻译起始;铁浓度高时,铁浓度高时,IRE-BP不能结合不能结合IRE,翻译起始;,翻译起始;蛋白质合成的调节结束蛋白质合成的调节结束第三十张,PPT共六十八页,创作于2022年6月3.2 真菌的蛋白质分泌机制真菌的蛋白质分泌机制一、内质网在分泌途径发挥重要作用一、内质网在分泌途径发挥重要作用真核细胞有一个广泛的膜系统,包括内质网、高尔真核细胞有一个广泛的膜系统,包括内质网、高尔基体、小泡等,所有这些一起构成分泌系统或分泌基体、小泡等,所有这些一起构成分泌系统或分泌途径。除分泌蛋白外,这套系统还有其它功能。途径。除分泌蛋白外,这套系统还有其
20、它功能。对蛋白质进行修饰和组装;运送膜蛋白;储存对蛋白质进行修饰和组装;运送膜蛋白;储存Ca2+;合合成并输送脂类;胞外多糖的合成和分泌。成并输送脂类;胞外多糖的合成和分泌。分泌途径与细菌的异同分泌途径与细菌的异同第三十一张,PPT共六十八页,创作于2022年6月(一)核糖体与内质网的结合(一)核糖体与内质网的结合1)对于几乎所有的蛋白质而言,当合成它的对于几乎所有的蛋白质而言,当合成它的核核糖体与内质网结合糖体与内质网结合时就决定了它将要进入分泌时就决定了它将要进入分泌途径。途径。在分泌能力强的真核细胞中,粗面内质网的含量非在分泌能力强的真核细胞中,粗面内质网的含量非常丰富;反之,粗面内质网
21、相对较少。常丰富;反之,粗面内质网相对较少。第三十二张,PPT共六十八页,创作于2022年6月2)粗面内质网由大量平行排列、相互连接的潴泡组粗面内质网由大量平行排列、相互连接的潴泡组成。这些潴泡的腔内空间在拓扑上与细胞质不同,成。这些潴泡的腔内空间在拓扑上与细胞质不同,而与胞外空间和液泡内空间等价而与胞外空间和液泡内空间等价。蛋白质一旦进入内质网腔后,再运送到胞外空间就不需要蛋白质一旦进入内质网腔后,再运送到胞外空间就不需要穿过膜了。穿过膜了。3)大多数输入到内质网腔或膜上的蛋白会进入高尔大多数输入到内质网腔或膜上的蛋白会进入高尔基复合体,最后通过基复合体,最后通过TGN(高尔基体反面管网)运
22、(高尔基体反面管网)运输。蛋白质在高尔基体中可能会受到糖基化修饰。输。蛋白质在高尔基体中可能会受到糖基化修饰。第三十三张,PPT共六十八页,创作于2022年6月第三十四张,PPT共六十八页,创作于2022年6月(二)蛋白质象货物一样在分泌系统中传送(二)蛋白质象货物一样在分泌系统中传送1)蛋白质蛋白质包裹在从某个潴泡或区室上出芽的小泡包裹在从某个潴泡或区室上出芽的小泡中中,穿过分泌系统,在下一个位点停泊并融合。,穿过分泌系统,在下一个位点停泊并融合。2)小泡的形成需要特异的胞质蛋白自组装形成小泡的形成需要特异的胞质蛋白自组装形成包包被被。小泡的出芽或融合都需要消耗。小泡的出芽或融合都需要消耗G
23、TP形式的能形式的能量。在停泊或融合时,小泡脱去蛋白包被,露出量。在停泊或融合时,小泡脱去蛋白包被,露出膜蛋白与目标膜的膜蛋白相互作用膜蛋白与目标膜的膜蛋白相互作用,从而结合在,从而结合在目标膜上。这些膜蛋白和包被蛋白都是蛋白质分目标膜上。这些膜蛋白和包被蛋白都是蛋白质分选机制的一部分,决定了其专一性。选机制的一部分,决定了其专一性。指定运输路线指定运输路线第三十五张,PPT共六十八页,创作于2022年6月3)运载蛋白的小泡在分泌系统的运载蛋白的小泡在分泌系统的区室(如内质网、区室(如内质网、高尔基体等)高尔基体等)间持续移动,而且前向间持续移动,而且前向(顺向,顺向,charged)运输和反
24、向运输和反向(逆向,逆向,empty)运输的量几乎运输的量几乎相等,以保证各区室维持其特定的蛋白组成。相等,以保证各区室维持其特定的蛋白组成。4)每个区室每个区室自有的可溶性蛋白自有的可溶性蛋白在小泡携带蛋白质在小泡携带蛋白质顺向运输离开时必须停留在区室内。这种将区室顺向运输离开时必须停留在区室内。这种将区室的的内在蛋白内在蛋白和和货物蛋白货物蛋白分选的作用由分选的作用由膜蛋白膜蛋白完成。完成。它一侧识别货物蛋白,另一侧它一侧识别货物蛋白,另一侧(细胞质一侧细胞质一侧)识别包识别包被蛋白。被蛋白。确认货物确认货物第三十六张,PPT共六十八页,创作于2022年6月第三十七张,PPT共六十八页,创
25、作于2022年6月5)小泡出芽后,与质膜融合,将其中所含的蛋白小泡出芽后,与质膜融合,将其中所含的蛋白运送到胞外。运送到胞外。第三十八张,PPT共六十八页,创作于2022年6月(三)蛋白质进入分泌途径的依据是信号肽(三)蛋白质进入分泌途径的依据是信号肽1)分泌蛋白的初生肽链在分泌蛋白的初生肽链在N端有一段由端有一段由16-30个氨个氨基酸组成的基酸组成的信号肽信号肽(signal peptide)。由它引导多肽。由它引导多肽进入内质网膜,开始整个蛋白质转运到内质网腔进入内质网膜,开始整个蛋白质转运到内质网腔的过程。的过程。所有的所有的分泌蛋白分泌蛋白、驻留在分泌系统区室的蛋白驻留在分泌系统区室
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