真核生物和原核生物的转录调控.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,原核生物和真核生物中基因转录、翻译和后修饰,级,02,班,杨帆,第1页,第1页,前言：21世纪，基因水平上研究受到人们广泛关注。原核生物和真核生物中基因转录、翻译和后修饰是基础研究，人们也只有在此基础不断扩散进一步研究其它基因水平问题。本文只简朴简介了一些关于基因转录、翻译和后修饰一部分相关研究成果。,第2页,第2页,1,原核生物和真核生物中基因转录,第3页,第3页,概念,基因转录是在由,RNA,聚合酶和辅助因子构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,第4页,1.1,基因转录启动,RNA,聚合酶正确辨认,DNA,模板上启动子并形成由酶、,DNA,和核苷三磷酸构成三元起始复合物,当聚合酶结合到启动子上后，在启动子附近将,DNA,局部解链，约解开,17,个碱基对。（酶与启动子结合部位是,AT,富集区，有助于解链）,第一个核苷三磷酸,(,经常是,GTP,或,ATP),结合到全酶上，形成,“,启动子,-,全酶,-,核苷三磷酸,”,三元起始复合物。,第一个核苷三磷酸与第二个核苷三磷酸缩合生成,3-5,磷酸二酯键后,则启动阶段结束，进入延伸阶段。,第5页,第5页,1.2,基因转录延伸,当,s,因子从关键酶上脱落后，关键酶与,DNA,链结合变得疏松,(,依托其蛋白质碱性与酸性核酸之间非特异性静电引力,),，能够在模板链上滑动，方向为,DNA,模板链,3 5,，同时将核苷酸逐一加到生长,RNA,链,3-OH,端，使,RNA,链以,5 3,方向延伸。,在,RNA,链延伸同时，,RNA,聚合酶继续解开它前方,DNA,双螺旋，暴露出新模板链，而后面被解开两条,DNA,单链又重新形成双螺旋，,DNA,双螺旋解开区保持约,17,个碱基正确长度。,新合成,RNA,链能与模板形成,RNA-DNA,杂交区，这个杂交区也在伴随,RNA,聚合酶移动而不断地移动着。,第6页,第6页,1.3,基因转录终止,DNA,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。,RNA,聚合酶能够辨认终止子，它在一个蛋白质,r,因子帮助下，终止转录，放出,RNA,链；有时，,RNA,聚合酶不需要,r,因子帮助即可终止转录。,关键酶释放了,RNA,后，也离开,DNA,。,DNA,上解链区重新形成双螺旋。,第7页,第7页,1.4,原核生物和真核生物基因转录差别,1 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。,2 原核生物中只有一个RNA聚合酶催化RNA合成，而在真核生物中则有RNA聚合酶、RNA聚合酶和RNA聚合酶三种不同酶，分别催化不同种类型RNA合成。三种RNA聚合酶都是由10个以上亚基组成复合酶。RNA聚合酶存在于细胞核仁内，催化合成除5SrRNA以外全部rRNA合成；RNA聚合酶和RNA聚合酶均存在于细胞核质内，RNA聚合酶催化合成mRNA前体，即不均一核RNA(hnRNA)合成，而RNA聚合酶催化tRNA和小核RNA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有所不同。,第8页,第8页,2,原核生物和真核生物翻译,概念,基因遗传信息在转录过程中从,DNA,转移到,mRNA,，再由,mRNA,将这种遗传信息表示为蛋白质中氨基酸顺序过程叫做翻译，即蛋白质生物合成。,mRNA,翻译是从,mRNA5,端向,3,进行。所有蛋白质翻译开始于甲硫氨酸参与，一个特殊起始,tRNA,对所有蛋白质合成中起始氨基酸,-,甲硫氨酸掺入负责，这个,tRNA,可简写为,tRNAiMet,它也对选择在,mRNA,上在什么位置开始翻译起主要作用,第9页,第9页,翻译即蛋白质生物合成过程大体为：（,1,）氨基酸激活；（,2,）肽链合成起始；（,3,）肽链延长；（,4,）肽链合成终止和释放。,第10页,第10页,第11页,第11页,2,1,氨基酸激活,tRNA,在氨基酰,-tRNA,合成酶帮助下，能够辨认相应氨基酸，并通过,tRNA,氨基酸臂,3-OH,与氨基酸羧基形成活化酯氨基酰,-tRNA,。,第12页,第12页,2,2,肽链合成起始,起始阶段可分两步：先形成,30S,起始复合体，再形成,70S,起始复合体。,（一）,30S,起始复合体形成：,30S,亚基在,IF3,与,IF1,增进下，与,mRNA,起始部位结合。,IF2,在,GTP,参与下可特异与甲酰甲硫氨酰,tRNAiMet,结合，形成三元复合物，并使此三元复合物中,tRNA,反密码子与上述,30S,亚基上,mRNA,起始密码子互补结合，形成,30S,起始复合体。（起始因子，,initiation factor,，简称,IF,）,第13页,第13页,30S,起始复合体是由,30S,亚基、,mRNA,、甲酰甲硫氨酰,tRNAiMet,及,IF1,、,IF2,、,IF3,与,GTP,共同构成。,第14页,第14页,（二）,70S,起始复合体形成：,30S,起始复合体一旦形成，,IF3,也就脱落，,50S,亚基随后与其结合。此时复合体中,GTP,水解释出,GDP,与无机磷酸，使,IF2,与,IF1,也都脱落，形成了,70S,起始复合体。,70S,起始复合体形成，表明蛋白质生物合成起始阶段已经完毕，已可进入肽链延长阶段。,70S,起始复合体由大、小亚基，,mRNA,与甲酰甲硫氨酰,tRNAiMet,共同构成。,第15页,第15页,第16页,第16页,2,3,肽链延长,这一阶段，与,mRNA,上密码子相适应，新氨基酸不断被相应特异,tRNA,运至核糖体受位，形成肽链。同时，核糖体从,mRNA5,端向,3,端不断移位以推动翻译过程。,第17页,第17页,普通有下列过程：（,1,）进位（氨酰,tRNA,进入,A,位点），此过程参与因子有：延长因子,EFTu,（,Tu,）、,EFTs,（,Ts,）、,GTP,、氨酰,tRNA,。（,2,）肽链形成：肽酰基从,P,位点转移到,A,位点，形成新肽链。（,3,）：移位：在移位因子（移位酶）,EF,G,作用下，核糖体沿,mRNA,（,5-3,）作相对移动，使本来在,A,位点肽酰,tRNA,回到,P,位点,。,第18页,第18页,2,4,肽链合成终止和释放,终止阶段包括已合成完毕肽链被水解释放，以及核糖体与,tRNA,从,mRNA,上脱落过程。这一阶段需要,GTP,与一个起终止作用蛋白质因子,释放因子（,release factor,，,RF,）参与。,第19页,第19页,RF,使大亚基“给位”转肽酶不起转肽作用，而起水解作用。转肽酶水解“给位”上,tRNA,与多肽链之间酯键，使多肽链脱落。,RF,、核糖体及,tRNA,亦渐次脱离。从,mRNA,上脱落核糖体，分解为大小两亚基，重新进入核糖体循环。核糖体大小亚基解离状态维持需要,IF3,。,第20页,第20页,第21页,第21页,第22页,第22页,第23页,第23页,3,原核生物和真核生物后修饰,3.1 N-,端,f-Met,或,Met,切除,原核生物肽链，其,N-,端不保留,fMet,，大约半数蛋白由脱甲酰酶除去甲酰基，留下,Met,作为第一个氨基酸；在原核及真核细胞中,fMet,或者,Met,普通都要被除去，此是由氨肽酶水解来完毕。水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,fMet,，这常与邻接氨基酸相关。如第二氨基酸是,Arg,Asn,Asp,Glu,Ily,或,Lys,以脱甲酰基为主，如邻接氨基酸是,Gly,Pro,Thr,或,Val,则常除去,fMet,。,第24页,第24页,3.2,二硫键形成,两个半胱氨酸相距较远硫氢基能够氧化成二硫键，产生,mRNA,中没有相应密码子胱氨酸。诸多细胞外蛋白质中二硫键形成，比如胰岛素，免疫球蛋白。,第25页,第25页,第26页,第26页,3.3,化学修饰,化学修饰是蛋白质修饰主要方式，其修饰类型也诸多，包括磷酸化（如核糖体蛋白,Ser,，,Tyr,和,Trp,残基常被磷酸化）；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），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，这些蛋白常和细胞信号辨认相关，如受体蛋白等。,第27页,第27页,3.4,剪切,在原核生物中经常产生一个多蛋白前体要经剪切后才干成为成熟蛋白，如反转录病毒中有,3,个基因,gag,，,pol,和,env,，其中,pol,基因长约,2900NT,，其产物经剪切后产生反转录酶，内切酶和蛋白酶三种蛋白。其它两个基因产物也要通过加工才干产生关键蛋白和外壳蛋白。,第28页,第28页,在真核生物中有些蛋白要通过切除才干成为有活性成熟蛋白，最有名例子是高等生物胰岛素，它是一个分泌蛋白，含有信号肽。新合成前胰岛素原（,preproinsulin,），在,ER,中切除信号肽变成了胰岛素原（,proinsulin,），它是单链多肽，由,3,个二硫键将主键连在一起，弯曲成复杂环形结构。分子由,A,链（,21aa,）,B,链（,31aa,）和,C,链（,33aa,）三个连续片段构成。当转运到胰岛细胞囊胞中，,C,链被切除，成为由,A,，,B,两条分开链由,3,个二硫键连结成成熟胰岛素。,第29页,第29页,4,结语,对于原核生物和真核生物中基因转录、翻译和后修饰研究，人们已日益成熟，但仍有一部分问题需进一步研究。如：如何更有效率地完毕基因转录翻译，在转录翻译过程中是否尚有其它未发觉有效因子，等问题还值得人们探讨。只有不断进一步研究这些，才会增进人类基因研究发展。,第30页,第30页,