真核生物和原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控

真核生物和原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三前言：

21世紀(jì)，基因水平上的研究受到人們廣泛的關(guān)注。原核生物和真核生物中基因的轉(zhuǎn)錄、翻譯和后修飾是基礎(chǔ)研究，人們也只有在此基礎(chǔ)不斷擴(kuò)散深入研究其它基因水平問題。本文只簡單介紹了一些關(guān)于基因轉(zhuǎn)錄、翻譯和后修飾的一部分相關(guān)研究成果。第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三1原核生物和真核生物中基因的轉(zhuǎn)錄第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三

概念

基因轉(zhuǎn)錄是在由RNA聚合酶和輔助因子組成的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的催化下，從雙鏈DNA分子中拷貝生物信息生成一條RNA鏈的過程

轉(zhuǎn)錄中，一個基因會被讀取被復(fù)制為mRNA，就是說一特定的DNA片斷作為模板，以DNA依賴的RNA合成酶作為催化劑的合成前體mRNA的過程。

第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三1.1基因轉(zhuǎn)錄的啟動

RNA聚合酶正確識別DNA模板上的啟動子并形成由酶、DNA和核苷三磷酸構(gòu)成的三元起始復(fù)合物

當(dāng)聚合酶結(jié)合到啟動子上后，在啟動子附近將DNA局部解鏈，約解開17個堿基對。（酶與啟動子結(jié)合的部位是AT富集區(qū)，有利于解鏈）第一個核苷三磷酸(常常是GTP或ATP)結(jié)合到全酶上，形成“啟動子-全酶-核苷三磷酸”三元起始復(fù)合物。第一個核苷三磷酸與第二個核苷三磷酸縮合生成3′-5′磷酸二酯鍵后,則啟動階段結(jié)束，進(jìn)入延伸階段。第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三1.2基因轉(zhuǎn)錄的延伸

當(dāng)s因子從核心酶上脫落后，核心酶與DNA鏈的結(jié)合變得疏松(依靠其蛋白質(zhì)的堿性與酸性核酸之間的非特異性的靜電引力)，可以在模板鏈上滑動，方向為DNA模板鏈的3′→5′，同時將核苷酸逐個加到生長的RNA鏈的3'-OH端，使RNA鏈以5′→3′方向延伸。在RNA鏈延伸的同時，RNA聚合酶繼續(xù)解開它前方的DNA雙螺旋，暴露出新的模板鏈，而后面被解開的兩條DNA單鏈又重新形成雙螺旋，DNA雙螺旋的解開區(qū)保持約17個堿基對的長度。新合成的RNA鏈能與模板形成RNA-DNA雜交區(qū)，這個雜交區(qū)也在隨著RNA聚合酶的移動而不斷地移動著。第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三1.3基因轉(zhuǎn)錄的終止

DNA分子上有終止轉(zhuǎn)錄的特殊信號，也是特定的核苷酸序列，稱為終止子。RNA聚合酶可以識別終止子，它在一種蛋白質(zhì)——r因子的幫助下，終止轉(zhuǎn)錄，放出RNA鏈；有時，RNA聚合酶不需要r因子的幫助即可終止轉(zhuǎn)錄。核心酶釋放了RNA后，也離開DNA。DNA上的解鏈區(qū)重新形成雙螺旋。第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三1.4原核生物和真核生物基因轉(zhuǎn)錄的差異

1．原核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯幾乎同時進(jìn)行，而真核生物的轉(zhuǎn)錄在胞核，翻譯在胞漿。2．原核生物中只有一種RNA聚合酶催化RNA的合成，而在真核生物中則有RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶Ⅲ三種不同酶，分別催化不同種類型RNA的合成。三種RNA聚合酶都是由10個以上亞基組成的復(fù)合酶。RNA聚合酶Ⅰ存在于細(xì)胞核仁內(nèi)，催化合成除5SrRNA以外的所有rRNA的合成；RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶Ⅲ均存在于細(xì)胞核質(zhì)內(nèi)，RNA聚合酶Ⅱ催化合成mRNA前體，即不均一核RNA(hnRNA)的合成，而RNA聚合酶Ⅲ催化tRNA和小核RNA的合成[1]。3．真核和原核生物的在起始點識別和轉(zhuǎn)錄終止的方式也有所不同。第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三2原核生物和真核生物的翻譯

概念基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過程中從DNA轉(zhuǎn)移到mRNA，再由mRNA將這種遺傳信息表達(dá)為蛋白質(zhì)中氨基酸順序的過程叫做翻譯，即蛋白質(zhì)的生物合成。mRNA的翻譯是從mRNA的5′端向3′進(jìn)行的。所有蛋白質(zhì)的翻譯開始于甲硫氨酸的參與，一個特殊的起始tRNA對所有蛋白質(zhì)合成中起始氨基酸-甲硫氨酸的摻入負(fù)責(zé)，這個tRNA可簡寫為tRNAiMet,它也對選擇在mRNA上在什么位置開始翻譯起重要作用第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三

翻譯即蛋白質(zhì)的生物合成的過程大致為：（1）氨基酸的激活；（2）肽鏈合成的起始；（3）肽鏈的延長；（4）肽鏈合成的終止和釋放。第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三2．1氨基酸的激活

tRNA在氨基酰-tRNA合成酶的幫助下，能夠識別相應(yīng)的氨基酸，并通過tRNA氨基酸臂的3'-OH與氨基酸的羧基形成活化酯－氨基酰-tRNA。第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三2．2肽鏈合成的起始起始階段可分兩步：先形成30S起始復(fù)合體，再形成70S起始復(fù)合體。（一）30S起始復(fù)合體的形成：30S亞基在IF3與IF1的促進(jìn)下，與mRNA的起始部位結(jié)合。IF2在GTP參與下可特異與甲酰甲硫氨酰tRNAiMet結(jié)合，形成三元復(fù)合物，并使此三元復(fù)合物中tRNA的反密碼子與上述30S亞基上mRNA的起始密碼子互補(bǔ)結(jié)合，形成30S起始復(fù)合體。（起始因子，initiationfactor，簡稱IF）第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三30S起始復(fù)合體是由30S亞基、mRNA、甲酰甲硫氨酰tRNAiMet及IF1、IF2、IF3與GTP共同構(gòu)成。第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三（二）70S起始復(fù)合體的形成：30S起始復(fù)合體一旦形成，IF3也就脫落，50S亞基隨即與其結(jié)合。此時復(fù)合體中的GTP水解釋出GDP與無機(jī)磷酸，使IF2與IF1也都脫落，形成了70S起始復(fù)合體。70S起始復(fù)合體的形成，表明蛋白質(zhì)生物合成的起始階段已經(jīng)完成，已可進(jìn)入肽鏈延長階段。70S起始復(fù)合體由大、小亞基，mRNA與甲酰甲硫氨酰tRNAiMet共同構(gòu)成。第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三2．3肽鏈的延長這一階段，與mRNA上的密碼子相適應(yīng)，新的氨基酸不斷被相應(yīng)特異的tRNA運(yùn)至核糖體的受位，形成肽鏈。同時，核糖體從mRNA的5’端向3’端不斷移位以推進(jìn)翻譯過程。

第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三一般有以下過程：（1）進(jìn)位（氨酰tRNA進(jìn)入A位點），此過程參與因子有：延長因子EFTu（Tu）、EFTs（Ts）、GTP、氨酰tRNA。（2）肽鏈的形成：肽?；鶑腜位點轉(zhuǎn)移到A位點，形成新的肽鏈。（3）：移位：在移位因子（移位酶）EF－G的作用下，核糖體沿mRNA（5’-3’）作相對移動，使原來在A位點的肽酰－tRNA回到P位點。第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三2．4肽鏈合成的終止和釋放終止階段包括已合成完畢的肽鏈被水解釋放，以及核糖體與tRNA從mRNA上脫落的過程。這一階段需要GTP與一種起終止作用的蛋白質(zhì)因子—釋放因子（releasefactor，RF）的參與。

第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三RF使大亞基“給位”的轉(zhuǎn)肽酶不起轉(zhuǎn)肽作用，而起水解作用。轉(zhuǎn)肽酶水解“給位”上tRNA與多肽鏈之間的酯鍵，使多肽鏈脫落。RF、核糖體及tRNA亦漸次脫離。從mRNA上脫落的核糖體，分解為大小兩亞基，重新進(jìn)入核糖體循環(huán)。核糖體大小亞基解離狀態(tài)的維持需要IF3。第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三3原核生物和真核生物的后修飾3.1N-端f-Met或Met的切除原核生物的肽鏈，其N-端不保留fMet，大約半數(shù)蛋白由脫甲酰酶除去甲?；?，留下Met作為第一個氨基酸；在原核及真核細(xì)胞中fMet或者M(jìn)et一般都要被除去，此是由氨肽酶水解來完成的。水解的過程有時發(fā)生肽鏈合成的過程中，有時在肽鏈從核糖體上釋放以后。至于是脫甲酰還是除去fMet，這常與鄰接的氨基酸有關(guān)。如第二氨基酸是Arg,Asn,Asp,Glu,Ily或Lys以脫甲?；鶠橹鳎玎徑拥陌被崾荊ly,Pro,Thr或Val則常除去fMet。第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三3.2二硫鍵的形成兩個半胱氨酸相距較遠(yuǎn)硫氫基可以氧化成二硫鍵，產(chǎn)生mRNA中沒有相應(yīng)密碼子的胱氨酸。很多細(xì)胞外蛋白質(zhì)中二硫鍵的形成，例如胰島素，免疫球蛋白。第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三3.3化學(xué)修飾化學(xué)修飾是蛋白質(zhì)修飾的主要方式，其修飾的類型也很多，包括磷酸化（如核糖體蛋白的Ser，Tyr和Trp殘基常被磷酸化）；糖基化（如各種糖蛋白）；甲基化（如組蛋白，肌蛋白），乙基化（如組蛋白），羥基化（如膠原蛋白）。其中，糖基化是真核生物細(xì)胞中特有的加工，這些蛋白常和細(xì)胞信號的識別有關(guān)，如受體蛋白等。第二十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三3.4剪切在原核生物中常常產(chǎn)生一種多蛋白的前體要經(jīng)剪切后才能成為成熟的蛋白，如反轉(zhuǎn)錄病毒中有3個基因gag，pol和env，其中pol基因長約2900NT，其產(chǎn)物經(jīng)剪切后產(chǎn)生反轉(zhuǎn)錄酶，內(nèi)切酶和蛋白酶三種蛋白。其它兩個基因的產(chǎn)物也要經(jīng)過加工才能產(chǎn)生核心蛋白和外殼蛋白。第二十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期三在真核生物中有些蛋白要經(jīng)過切除才能成為有活性的成熟蛋白，最有名的例子是高等生物的胰島素，它是一種分泌蛋白，具有信號肽。新合成的前胰島素原（preproinsulin），在ER中切除信號肽變成了胰島素原（proinsulin），它是單鏈的多肽，由3個二硫鍵將主鍵連在一起，彎曲成復(fù)雜的環(huán)形結(jié)構(gòu)。分子由A鏈（21aa）B鏈（31aa）和C鏈（33aa）三個連續(xù)的片段構(gòu)成。當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)到