真核生物和原核生物的转录调控省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

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1、原核生物和真核生物中基因原核生物和真核生物中基因转录、翻译和后修饰转录、翻译和后修饰级02班杨帆第1页前言：前言：二十一世二十一世纪纪，基因水平上研，基因水平上研究受到人究受到人们们广泛关注。原核生广泛关注。原核生物和真核生物中基因物和真核生物中基因转录转录、翻、翻译译和后修和后修饰饰是基是基础础研究，人研究，人们们也只有在此基也只有在此基础础不停不停扩扩散深入散深入研究其它基因水平研究其它基因水平问题问题。本文。本文只只简单简单介介绍绍了一些关于基因了一些关于基因转转录录、翻、翻译译和后修和后修饰饰一部分相关一部分相关研究成果。研究成果。第2页1 原核生物和真核生物中基因转录第3页l 概念

2、基因转录是在由RNA聚合酶和辅助因子组成转录复合物催化下，从双链DNA分子中拷贝生物信息生成一条RNA链过程 转录中，一个基因会被读取被复制为mRNA，就是说一特定DNA片断作为模板，以DNA依赖RNA合成酶作为催化剂合成前体mRNA过程。第4页1.1 基因转录开启 RNA RNA聚合酶正确识别聚合酶正确识别DNADNA模板上开启子并形成由模板上开启子并形成由酶、酶、DNADNA和核苷三磷酸组成三元起始复合物和核苷三磷酸组成三元起始复合物 当聚合酶结合到开启子上后，在开启子附近将当聚合酶结合到开启子上后，在开启子附近将DNADNA局部解链，约解开局部解链，约解开1717个碱基对。（酶与开启子结

3、个碱基对。（酶与开启子结合部位是合部位是ATAT富集区，有利于解链）富集区，有利于解链）第一个核苷三磷酸第一个核苷三磷酸(经常是经常是GTPGTP或或ATP)ATP)结合到全结合到全酶上，形成酶上，形成“开启子开启子-全酶全酶-核苷三磷酸核苷三磷酸”三元起始三元起始复合物。复合物。第一个核苷三磷酸与第二个核苷三磷酸缩合生第一个核苷三磷酸与第二个核苷三磷酸缩合生成成3-5磷酸二酯键后磷酸二酯键后,则开启阶段结束，进入延伸阶则开启阶段结束，进入延伸阶段。段。第5页1.2 基因转录延伸 当当s因子从关键酶上脱落后，关键酶与因子从关键酶上脱落后，关键酶与DNA链链结合变得疏松结合变得疏松(依靠其蛋白质

4、碱性与酸性核酸之间依靠其蛋白质碱性与酸性核酸之间非特异性静电引力非特异性静电引力)，能够在模板链上滑动，方向，能够在模板链上滑动，方向为为DNA模板链模板链 3 5，同时将核苷酸逐一加到生，同时将核苷酸逐一加到生长长RNA链链3-OH端，使端，使RNA链以链以 5 3方向延伸。方向延伸。在在RNA链延伸同时，链延伸同时，RNA聚合酶继续解开它聚合酶继续解开它前方前方DNA双螺旋，暴露出新模板链，而后面被解双螺旋，暴露出新模板链，而后面被解开两条开两条DNA单链又重新形成双螺旋，单链又重新形成双螺旋，DNA双螺旋双螺旋解开区保持约解开区保持约17个碱基正确长度。个碱基正确长度。新合成新合成RNA

5、链能与模板形成链能与模板形成RNA-DNA杂交区，杂交区，这个杂交区也在伴随这个杂交区也在伴随RNA聚合酶移动而不停地移聚合酶移动而不停地移动着。动着。第6页1.3 基因转录终止 DNA分子上有终止转录特殊信号，分子上有终止转录特殊信号，也是特定核苷酸序列，称为终止子。也是特定核苷酸序列，称为终止子。RNA聚合酶能够识别终止子，它聚合酶能够识别终止子，它在一个蛋白质在一个蛋白质 r因子帮助下，终因子帮助下，终止转录，放出止转录，放出RNA链；有时，链；有时，RNA聚聚合酶不需要合酶不需要r因子帮助即可终止转录。因子帮助即可终止转录。关键酶释放了关键酶释放了RNA后，也离开后，也离开DNA。DN

6、A上解链区重新形成双螺旋。上解链区重新形成双螺旋。第7页1.4原核生物和真核生物基因转录差异 1 原核生物转录和翻译几乎同时进行，而真核生物原核生物转录和翻译几乎同时进行，而真核生物转录在胞核，翻译在胞浆。转录在胞核，翻译在胞浆。2 原核生物中只有一个原核生物中只有一个RNA聚合酶催化聚合酶催化RNA合成，合成，而在真核生物中则有而在真核生物中则有RNA聚合酶聚合酶、RNA聚合酶聚合酶和和RNA聚合酶聚合酶三种不一样酶，分别催化不一样种类型三种不一样酶，分别催化不一样种类型RNA合成。三种合成。三种RNA聚合酶都是由聚合酶都是由10个以上亚基组成个以上亚基组成复合酶。复合酶。RNA聚合酶聚合酶

7、存在于细胞核仁内，催化合成除存在于细胞核仁内，催化合成除5SrRNA以外全部以外全部rRNA合成；合成；RNA聚合酶聚合酶和和RNA聚聚合酶合酶均存在于细胞核质内，均存在于细胞核质内，RNA聚合酶聚合酶催化合成催化合成mRNA前体，即不均一核前体，即不均一核RNA(hnRNA)合成，而合成，而RNA聚合酶聚合酶催化催化tRNA和小核和小核RNA合成合成1。3 真核和原核生物在起始点识别和转录终止方式也真核和原核生物在起始点识别和转录终止方式也有所不一样。有所不一样。第8页2 原核生物和真核生物翻译 概念概念 基因遗传信息在转录过程中从基因遗传信息在转录过程中从DNA转移到转移到mRNA，再由，

8、再由mRNA将这种遗传将这种遗传信息表示为蛋白质中氨基酸次序过程叫做翻信息表示为蛋白质中氨基酸次序过程叫做翻译，即蛋白质生物合成。译，即蛋白质生物合成。mRNA翻译是从翻译是从mRNA5端向端向3进行。进行。全部蛋白质翻译开始于甲硫氨酸参加，一个全部蛋白质翻译开始于甲硫氨酸参加，一个特殊起始特殊起始tRNA对全部蛋白质合成中起始氨对全部蛋白质合成中起始氨基酸基酸-甲硫氨酸掺入负责，这个甲硫氨酸掺入负责，这个tRNA可简写可简写为为tRNAiMet,它也对选择在它也对选择在mRNA上在什么上在什么位置开始翻译起主要作用位置开始翻译起主要作用 第9页 翻译即蛋白质生物合成过程大致为：（翻译即蛋白质

9、生物合成过程大致为：（1）氨基酸激活；（氨基酸激活；（2）肽链合成起始；（）肽链合成起始；（3）肽）肽链延长；（链延长；（4）肽链合成终止和释放。）肽链合成终止和释放。第10页第11页21 氨基酸激活 tRNA在氨基酰在氨基酰-tRNA 合成合成酶帮助下，能够识别对应氨基酸，酶帮助下，能够识别对应氨基酸，并经过并经过tRNA氨基酸臂氨基酸臂 3-OH 与与氨基酸羧基形成活化酯氨基酰氨基酸羧基形成活化酯氨基酰-tRNA。第12页22肽链合成起始 起始阶段可分两步：先形成起始阶段可分两步：先形成30S起始复起始复合体，再形成合体，再形成70S起始复合体。起始复合体。（一）（一）30S起始复合体形成

10、：起始复合体形成：30S亚基在亚基在IF3与与IF1促进下，与促进下，与mRNA起始部位结合。起始部位结合。IF2在在GTP参加下可参加下可特异与甲酰甲硫氨酰特异与甲酰甲硫氨酰tRNAiMet结合，形成结合，形成三元复合物，并使此三元复合物中三元复合物，并使此三元复合物中tRNA反反密码子与上述密码子与上述30S亚基上亚基上mRNA起始密码子起始密码子互补结合，形成互补结合，形成30S起始复合体。起始复合体。（起始因（起始因子，子，initiation factor，简称，简称IF）第13页 30S起始复合体是由起始复合体是由30S亚亚基、基、mRNA、甲酰甲硫氨酰、甲酰甲硫氨酰tRNAiMe

11、t及及IF1、IF2、IF3与与GTP共同组成。共同组成。第14页（二）70S起始复合体形成：起始复合体形成：30S起始复合体一旦形成，起始复合体一旦形成，IF3也就脱落，也就脱落，50S亚基随即与其结合。此时复合体中亚基随即与其结合。此时复合体中GTP水解水解释出释出GDP与无机磷酸，使与无机磷酸，使IF2与与IF1也都脱落，形也都脱落，形成了成了70S起始复合体。起始复合体。70S起始复合体形成，表起始复合体形成，表明蛋白质生物合成起始阶段已经完成，已可进入明蛋白质生物合成起始阶段已经完成，已可进入肽链延长阶段。肽链延长阶段。70S起始复合体由大、小亚基，起始复合体由大、小亚基，mRNA与

12、甲酰甲硫氨酰与甲酰甲硫氨酰tRNAiMet共同组成。共同组成。第15页第16页23 肽链延长 这一阶段，与这一阶段，与mRNA上密码上密码子相适应，新氨基酸不停被对应子相适应，新氨基酸不停被对应特异特异tRNA运至核糖体受位，形成运至核糖体受位，形成肽链。同时，核糖体从肽链。同时，核糖体从mRNA5端向端向3端不停移位以推进翻译过端不停移位以推进翻译过程。程。第17页 普通有以下过程：（普通有以下过程：（1）进）进位（氨酰位（氨酰tRNA进入进入A位点），此位点），此过程参加因子有：延长因子过程参加因子有：延长因子EFTu（Tu）、）、EFTs（Ts）、）、GTP、氨酰、氨酰tRNA。（。（2

13、）肽链形）肽链形成：肽酰基从成：肽酰基从P位点转移到位点转移到A位点，位点，形成新肽链。（形成新肽链。（3）：移位：在移）：移位：在移位因子（移位酶）位因子（移位酶）EFG作用下，作用下，核糖体沿核糖体沿mRNA（5-3）作相对）作相对移动，使原来在移动，使原来在A位点肽酰位点肽酰tRNA回到回到P位点位点。第18页24肽链合成终止和释放 终止阶段包含已合成完成肽终止阶段包含已合成完成肽链被水解释放，以及核糖体与链被水解释放，以及核糖体与tRNA从从mRNA上脱落过程。这上脱落过程。这一阶段需要一阶段需要GTP与一个起终止作与一个起终止作用蛋白质因子用蛋白质因子释放因子释放因子（release

14、 factor，RF）参加。）参加。第19页 RF使大亚基使大亚基“给位给位”转肽酶转肽酶不起转肽作用，而起水解作用。不起转肽作用，而起水解作用。转肽酶水解转肽酶水解“给位给位”上上tRNA与多与多肽链之间酯键，使多肽链脱落。肽链之间酯键，使多肽链脱落。RF、核糖体及、核糖体及tRNA亦渐次脱离。亦渐次脱离。从从mRNA上脱落核糖体，分解为上脱落核糖体，分解为大小两亚基，重新进入核糖体循大小两亚基，重新进入核糖体循环。核糖体大小亚基解离状态维环。核糖体大小亚基解离状态维持需要持需要IF3。第20页第21页第22页第23页3 原核生物和真核生物后修饰3.1 N-端端f-Met或或Met切除切除

15、原核生物肽链，其原核生物肽链，其N-端不保留端不保留fMet，大约半，大约半数蛋白由脱甲酰酶除去甲酰基，留下数蛋白由脱甲酰酶除去甲酰基，留下Met作为第作为第一个氨基酸；在原核及真核细胞中一个氨基酸；在原核及真核细胞中fMet或者或者Met普通都要被除去，此是由氨肽酶水解来完成。水普通都要被除去，此是由氨肽酶水解来完成。水解过程有时发生肽链合成过程中，有时在肽链从解过程有时发生肽链合成过程中，有时在肽链从核糖体上释放以后。至于是脱甲酰还是除去核糖体上释放以后。至于是脱甲酰还是除去fMet，这常与邻接氨基酸相关。如第二氨基酸是，这常与邻接氨基酸相关。如第二氨基酸是Arg,Asn,Asp,Glu,

16、Ily或或Lys以脱甲酰基为主，如以脱甲酰基为主，如邻接氨基酸是邻接氨基酸是Gly,Pro,Thr或或Val则常除去则常除去fMet。第24页3.2 二硫键形成二硫键形成 两个半胱氨酸相距较远硫氢两个半胱氨酸相距较远硫氢基能够氧化成二硫键，产生基能够氧化成二硫键，产生mRNA中没有对应密码子胱氨酸。中没有对应密码子胱氨酸。很多细胞外蛋白质中二硫键形成，很多细胞外蛋白质中二硫键形成，比如胰岛素，免疫球蛋白。比如胰岛素，免疫球蛋白。第25页第26页3.3化学修饰 化学修饰是蛋白质修饰主要方式，化学修饰是蛋白质修饰主要方式，其修饰类型也很多，包含磷酸化（如核糖其修饰类型也很多，包含磷酸化（如核糖体蛋

17、白体蛋白Ser，Tyr和和Trp残基常被磷酸化）；残基常被磷酸化）；糖基化（如各种糖蛋白）；甲基化（如组糖基化（如各种糖蛋白）；甲基化（如组蛋白，肌蛋白），乙基化（如组蛋白），蛋白，肌蛋白），乙基化（如组蛋白），羟基化（如胶原蛋白）。其中，糖基化是羟基化（如胶原蛋白）。其中，糖基化是真核生物细胞中特有加工，这些蛋白常和真核生物细胞中特有加工，这些蛋白常和细胞信号识别相关，如受体蛋白等。细胞信号识别相关，如受体蛋白等。第27页3.4剪切 在原核生物中经常产生一个在原核生物中经常产生一个多蛋白前体要经剪切后才能成为多蛋白前体要经剪切后才能成为成熟蛋白，如反转录病毒中有成熟蛋白，如反转录病毒中有3个

18、个基因基因gag，pol和和env，其中，其中pol基因长约基因长约2900NT，其产物经剪，其产物经剪切后产生反转录酶，内切酶和蛋切后产生反转录酶，内切酶和蛋白酶三种蛋白。其它两个基因产白酶三种蛋白。其它两个基因产物也要经过加工才能产生关键蛋物也要经过加工才能产生关键蛋白和外壳蛋白。白和外壳蛋白。第28页 在真核生物中有些蛋白要经过切在真核生物中有些蛋白要经过切除才能成为有活性成熟蛋白，最有名除才能成为有活性成熟蛋白，最有名例子是高等生物胰岛素，它是一个分例子是高等生物胰岛素，它是一个分泌蛋白，含有信号肽。新合成前胰岛泌蛋白，含有信号肽。新合成前胰岛素原（素原（preproinsulin），

19、在），在ER中切中切除信号肽变成了胰岛素原除信号肽变成了胰岛素原（proinsulin），它是单链多肽，由），它是单链多肽，由3个二硫键将主键连在一起，弯曲成复个二硫键将主键连在一起，弯曲成复杂环形结构。分子由杂环形结构。分子由A链（链（21aa）B链（链（31aa）和）和C链（链（33aa）三个连续）三个连续片段组成。当转运到胰岛细胞囊胞中，片段组成。当转运到胰岛细胞囊胞中，C链被切除，成为由链被切除，成为由A，B两条分开链两条分开链由由3个二硫键连结成成熟胰岛素。个二硫键连结成成熟胰岛素。第29页4 结语 对于原核生物和真核生物中对于原核生物和真核生物中基因转录、翻译和后修饰研究，基因转录、翻译和后修饰研究，人们已日益成熟，但仍有一部分人们已日益成熟，但仍有一部分问题需深入研究。如：怎样更有问题需深入研究。如：怎样更有效率地完成基因转录翻译，在转效率地完成基因转录翻译，在转录翻译过程中是否还有其它未发录翻译过程中是否还有其它未发觉有效因子，等问题还值得人们觉有效因子，等问题还值得人们探讨。只有不停深入研究这些，探讨。只有不停深入研究这些，才会促进人类基因研究发展。才会促进人类基因研究发展。第30页