第08章基因表达与调控.ppt

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1、8.1 RNA转录(transcription)基因表达的第一步基因表达的第一步 以以D.S.DNA中的一条单链作为转录的模板，在中的一条单链作为转录的模板，在依赖依赖DNA的的RNA聚合酶聚合酶的作用下，按的作用下，按AU，GC配对的原则，合配对的原则，合成成RNA分子分子 模板单链模板单链 DNA的极性方向为的极性方向为3 5，而非模板单链而非模板单链DNA的的极性方向与极性方向与RNA链相同，均为链相同，均为5 3。(书写书写DNA序列时，序列时，仅写非模板序列，可不注明极性方向仅写非模板序列，可不注明极性方向)DNA3-TACTCAT-5 RNA5-ATGAGTA-3 Non-temp

2、late(sense strand)template(antisense strand)5-AUGAGUA-3 某一基因只以一条单链某一基因只以一条单链DNA为模板进行转录为模板进行转录(不对称转录不对称转录)RNA转录包括转录包括 promotion,elongation,termination 三过程三过程 从从启动子启动子(promoter)到到终止子终止子(terminator)称为一个称为一个转录转录单位单位(transcriptional unit)原核生物中的转录单位多为原核生物中的转录单位多为 polycistron in operon，真核，真核生物中的转录单位多为生物中的转

3、录单位多为 monocistron,No operon 转录原点记为转录原点记为+1，其上游记为，其上游记为负值负值，下游记为，下游记为正值正值+1-10+10upstreamstart pointdownstream8.1.1 原核生物的RNA转录l 启动子(promoter)的结构与功能(E.coli)Promoter 由两个重要部分组成由两个重要部分组成 CAPcAMP binding site7040，基因表达调控的正控制位点基因表达调控的正控制位点 RNA polymerase binding site3510，RNA聚合酶的识别位点和结合位点聚合酶的识别位点和结合位点 CAP：cA

4、MP Acceptor Protein(环化环化AMP受体蛋白受体蛋白)Catabolite gene Activator Protein(代谢分解物基因激活蛋白代谢分解物基因激活蛋白)Sextama Box：35 site，RNApol.loosely binding siteRNApol.recognition site(R site)TTGACA(Sextama Box)Pribnow Box：10 site，RNApol.firmly binding site(B site)TATAAT(pribnow Box)Initiation site：1 site，RNA 转录起始点转录起始点

5、(I site)(A/G)RNA polymerase binding site includingCAP-cAMP binding site(Activator Region，AR)AR：IR是是CAP-cAMP 的强结合位点的强结合位点(7050)AR：CAP-cAMP 的弱结合位点的弱结合位点(5040)IR-70 AR-40AR IR-50RNApol.into Sextama Boxinto Pribnow Boxstart transcriptionAR+CAP-cAMP提高提高AR的结合效率的结合效率Cooperative effectAR+CAP-cAMP Promotel R

6、NA聚合酶(RNA polymerase)for elongation依靠静电作用力，非专依靠静电作用力，非专一性与一性与DNA 结合结合结合常数：结合常数：1011/mol半衰期：半衰期：60for initiation依靠空间结构，专一性依靠空间结构，专一性与与 DNA结合结合结合常数：结合常数：1014/mol半衰期：数小时半衰期：数小时 l 转录的起始和延伸(initiation and elongation)l 转录的终止(termination)终止子终止子(terminator)：DNA上提供转录停止信号的一段序列上提供转录停止信号的一段序列 强终止子，强终止子，Rho-inde

7、pendent terminator 弱终止子，弱终止子，Rho-dependent terminator强终止子的结构特点强终止子的结构特点 存在回文序列，可形成茎环结构，阻存在回文序列，可形成茎环结构，阻止止RNApol.的前进的前进 茎环内富含茎环内富含GC，使茎环内不易解开，使茎环内不易解开 3 端端常有常有68个个U，便于，便于RNA的释放的释放 存在回文序列，可形成茎环存在回文序列，可形成茎环结构，且茎环结构常较短结构，且茎环结构常较短 茎环中的茎环中的GC含量少，茎环含量少，茎环易打开易打开 3 端端缺乏连续的缺乏连续的AT对对 由于茎环的存在可使聚合酶由于茎环的存在可使聚合酶转

8、录延宕，转录的终止必须转录延宕，转录的终止必须有有因子因子存在存在弱终止子的结构特点弱终止子的结构特点ACGUAUGUUGCAUACAG GUUCAAUCAAUUUAUU8.1.2 真核生物的RNA转录l 与转录启动相关的顺式作用因子(cis-factors)启动子启动子(Promoter)：基本水平转录的基本水平转录的 cis-factorFor housekeeping gene(constitutive expression)增强子增强子(Enhancer)：特异诱导特异诱导(高效高效)表达的表达的cis-factorFor luxury gene(inducible expressio

9、n)启动子启动子(promoter)的结构和功能的结构和功能(RNA 聚合酶聚合酶)Core promoter(initiator,TATA box)UPE(Upstream Promoter Element)(CAAT box,GC box)u起始因子起始因子(initiator)：PyPyANT/(A)PyPy，+1 决定起始强度和起始位点的正确选择决定起始强度和起始位点的正确选择uTATA box：T A T A A(T)A A(T)，-25(Hogness box/Goldberg-Hogness box)选择正确的起始位点，影响转录速率选择正确的起始位点，影响转录速率uCAAT bo

10、x：G G C C(T)C A A T C T，-75控制转录起始活性控制转录起始活性uGC box：G G G C G G，多拷贝，多拷贝，-90控制转录效率控制转录效率l 与基本转录相关的反式作用因子(trans-factors)真核生物中RNA聚合酶的作用必须有其他相关转录蛋白在启动子处的先期结合才能启动转录RNA polymerase、Including L,L subunit&7-12 small subunitsRNA聚聚合酶合酶位置位置产物产物相对相对活性活性对对-鹅膏蕈鹅膏蕈的敏感性的敏感性pol.核仁核仁28S,18S,5.8S rRNA5070%不敏感不敏感pol.核质核质

11、前体前体mRNA2040%高度敏感高度敏感pol.核质核质tRNA,5S rRNA10%中度敏感中度敏感 TF，Transcriptional Factor TBP，TATA box Binding Protein TAF，TBP Associate Factor RAP，RNApol.Associate proteinTrans-factor for basic transcription 真核生物转真核生物转录过程动画录过程动画l RNA前体的加工环磷酸二酯酶开环环磷酸二酯酶开环激酶在激酶在5-OH加磷加磷8.2 蛋白质翻译(Protein Translation)8.2.1 遗传密码(g

12、enetic code)三联体密码三联体密码 密码间无逗号，不重叠密码间无逗号，不重叠 通用性通用性 简并性简并性 起始密码子和终止密码子起始密码子和终止密码子8.2.2 基本元件l tRNA（转移（转移RNA,transfer RNA，将氨基酸搬运到核糖体上），将氨基酸搬运到核糖体上）tRNA as a adapter for codon&amino acid tRNA loading aa by aa-tRNAaa synthetase(AARS)¶codon tRNA recognise codon by anti-codon（反密码子）（反密码子）氨基酰氨基酰tRNA分子分子的

13、形成的形成l rRNA（核糖体（核糖体RNA,ribosomal RNA，合成蛋白质的工厂），合成蛋白质的工厂）l mRNA（信使（信使RNA,messenger RNA，合成蛋白质的蓝图，合成蛋白质的蓝图，将将DNA上控制蛋白质合成的遗传信息传递给核糖体）上控制蛋白质合成的遗传信息传递给核糖体）In Prokaryote：poly-cistron5-end：300Nt leading seq.(A/G-AUG)S.D seq.-AUG9Nt betterrich A,U Shine-Dalgarno seq.(S.D seq.)G mut.translation go downIn Euka

14、ryote：mono-cistron5 m7Gppp-CCACC-A-3-A1U2G3G4leading seq.核糖体小亚基扫描核糖体小亚基扫描AUG的信号序列的信号序列 至关准确翻译至关准确翻译GGAGG8.2.3 多肽链的合成 Direction of peptide elongation：N C R1HNCCNCCHHOHHOOH R2OHHOHHNCCR3in Prok.f MettRNAmetf&MettRNAmetmin Euk.MettRNAmetI&MettRNAmetE AminoacyltRNAaal 肽链合成的起始(initiation)IF-1：9.5kd，加强，加强

15、IF-2，IF-3的的酶活性酶活性IF-2：95kd-117kd，促使，促使f Met-tRNAmetf 选择性的结合在选择性的结合在30S亚基上亚基上IF-3：20kd，促使，促使30S亚基结合亚基结合于于mRNA起始部位，具有起始部位，具有解离解离30S与与50S亚基的活性亚基的活性原核生物翻译的起始真核生物蛋白质合成起始l 肽链合成的延伸和终止进位进位转位转位移位移位释放因子释放因子8.3 基因表达的调控 原核生物对环境的适应，真核生物的细胞分化、组织特化、原核生物对环境的适应，真核生物的细胞分化、组织特化、个体发育以及环境对表型的影响都是基因表达的结果个体发育以及环境对表型的影响都是基

16、因表达的结果 基因表达的调控涉及基因表达的调控涉及RNA转录的开转录的开/关、数量、选择性加关、数量、选择性加工，蛋白质翻译速率、数量、加工与降解和分泌等工，蛋白质翻译速率、数量、加工与降解和分泌等 遗传信息表达的方式：遗传信息表达的方式：组成型表达组成型表达(constitutive expression)，Housekeeping gene诱导型表达诱导型表达(inducible expression)，Luxury geneGenome DNA10%：结构基因的编码序列结构基因的编码序列90%：重复、间隔、调节序列重复、间隔、调节序列基因选择性表达指令基因选择性表达指令 原核生物与真核生物基因表达调控机制具有相似性原核生物与真核生物基因表达调控机制具有相似性调控机理上调控机理上核酸分子间的互作核酸分子间的互作核酸与蛋白质分子间的互作核酸与蛋白质分子间的互作蛋白质分子间的互作蛋白质分子间的互作调控层次上调控层次上transcriptional levelposttranscriptional leveltranslational levelposttranslational lev