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基因轉錄與蛋白質合成基因轉錄DNARNA整體流程轉錄區(qū)域啟動子轉錄起點終止子模板鏈編碼鏈轉錄RNA啟動子啟動子:是一段位于結構基因5’端上游的一段DNA序列,能活化RNA聚合酶,使之與模板DNA準確結合并具有轉錄起始的特異性。上游原件-35區(qū)-10區(qū)多種調控原件CAAT區(qū)TATA區(qū)其中原核生物啟動子區(qū)在轉錄起始位點上游10bp處有一個-10區(qū),是RNA聚合酶的緊密結合位點,在上游35bp處有-35區(qū),是RNA聚合酶的σ亞基識別位點并具有高度的親和力。真核生物在轉錄起始位點上游-30~-25bp有一個共同序列,功能和原核生物的-10區(qū)類似,稱為TATA區(qū);另外在-78~-70bp也有一段與原核生物的-35區(qū)相對應的序列,稱為CAAT區(qū)。原核生物有操縱子結構:操縱子是原核生物進行基因轉錄調控的主要方式,包括:操縱基因、啟動子和結構基因,其中結構基因也就是要表達的基因,通過啟動子上游阻遏物基因是否表達產生阻遏物與啟動子區(qū)的阻遏基因結合來調控基因轉錄,阻遏物基因表達,產生阻遏蛋白,與啟動子區(qū)的操縱基因結合,結構基因被抑制,不表達,阻遏物基因不表達,沒有阻遏蛋白,啟動子區(qū)與RNA聚合酶結合,轉錄起始。第一步:模板識別RNA聚合酶與啟動子DNA雙鏈相互作用并與之結合的過程。RNA聚合酶:以雙鏈DNA為模板,以NTP為原料,并以鎂離子或者錳離子為輔助因子,催化RNA鏈的起始、延伸和終止,不需要任何引物。原核生物只含有一種RNA聚合酶,可以催化合成mRNA、tRNA、rRNA。其核心酶是由兩個α亞基、一個β亞基,一個β’亞基、一個ω亞基組成,加上一個σ亞基后則成為RNA聚合酶全酶。真核生物由三種RNA聚合酶,其中RNA聚合酶I合成rRNA前體45S;RNA聚合酶Ⅱ合成mRNA的前體及大部分snRNA以及microRNA;RNA聚合酶Ⅲ合成tRNAs、rRNA5S等。它們的結構與原核生物RNA聚合酶類似。σ亞基RNA聚合酶結構示意圖兩個α亞基:與核心酶的組裝及啟動子的識別有關β亞基:有著聚合酶的活性,負責催化RNA的合成。β’亞基:與DNA模板結合,與β亞基一起組成了RNA聚合酶的催化中心。ω亞基:還未清楚它的功能。但是它在恥垢分枝桿菌中似乎是有保護β‘亞基的功能。σ亞基:負責模板鏈的選擇和轉錄的起始,是核心酶的別構效應物,使酶專一性的識別模板上的啟動子,可以極大的提高RNA聚合酶對啟動子區(qū)DNA序列的親和力。1、聚合酶與啟動子可逆性結合形成轉錄起始復合物,此時DNA鏈仍處在雙鏈狀態(tài),稱為二元封閉復合物。第二步:轉錄起始原核生物形成的起始復合物比較簡單,是由聚合酶和啟動子直接結合形成的,而真核生物則較為復雜,需要眾多因子的參與,其中包括順式作用元件和反式作用因子。真核生物在轉錄起始位點上游200bp附近還有增強子序列,能夠強化轉錄起始。σ亞基順式作用元件:影響自身基因表達活性的DNA序列,啟動子、增強子、沉默子;反式作用因子:和調控區(qū)序列相結合或間接影響其作用的蛋白質因子,統(tǒng)稱為反式因子。一般為DNA結合蛋白,核內蛋白,可使鄰近基因開放(正調控)或關閉(負調控)。2、DNA構象發(fā)生重大變化,封閉復合物打開,變成二元

開鏈復合物。σ亞基3、σ亞基釋放,RNA聚合酶結合到模板鏈,形成RNA聚合酶、DNA、新生RNA的三元復合物。新生RNA鏈σ亞基第二步:轉錄延伸RNA聚合酶釋放σ亞基之后與啟動子脫離,核心酶沿模板DNA鏈移動并使新生RNA鏈不斷延長的過程。第三步:轉錄終止終止位點當鏈延伸到轉錄終止位點時,RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯鍵,RNA-DNA雜合體分離,DNA恢復到雙鏈狀態(tài)而RNA聚合酶和新生成的RNA鏈從模板上釋放出來,這就是轉錄的終止。RNA前體真核生物轉錄的終止在3’端加上polyA的尾巴,與轉錄終止密切相關(多聚腺苷酸化)5’3’AAUAAAGAGUAAUAAAGAGUCPSFpolyA合成酶CstFpolyA結合蛋白AAUAAApolyA合成酶的復合物多聚腺苷酸化CAAAAAAAAAAAAAAApolyA合成酶復合物包括polyA合成酶、多聚腺苷酸化特異因子(CPSF)、切割活化因子(CstF)以及polyA結合蛋白。CPSF及CstF會在約AAUAAA序列后35個核苷GA處啟動切割。polyA合成酶(PAP)會立即展開編寫polyA尾巴,細胞核內的polyA結合蛋白會立即與新的polyA序列結合。其中,polyA結合蛋白作為一種分子標尺,界定多聚核苷酸化何時停止。原核生物轉錄的終止依賴ρ因子的轉錄終止不依賴ρ因子的轉錄終止ρ因子是由相同的6個亞基組成六聚體,具有NTP酶活性和解螺旋酶活性,是促使轉錄三元復合物解離的根本原因。依賴ρ因子終止的終止子含有一個反向重復序列,使RNA末端形成一個發(fā)夾結構,導致轉錄延宕,ρ因子得以發(fā)揮作用,終止轉錄。依賴ρ因子的轉錄終止“窮追模型”:RNA合成起始以后,ρ因子即附著在新生的RNA鏈5’端的某個有序列或二級結構特異性的位點上,利用ATP水解產生的能量,沿著5’到3’方向朝著轉錄泡移動,其運動速度比RNA聚合酶快些,當RNA聚合遇到終止子而暫停時,ρ因子追上并取代了暫停在終止位點上的RNA聚合酶,它所具有的RNA-DNA解螺旋活性使轉錄產物RNA從模板上釋放。隨后轉錄復合解體,完成轉錄過程。不依賴ρ因子的轉錄終止1、終止位點上游一般存在一個富含GC堿基的二重對稱區(qū),由這段DNA轉錄產生的RNA容易形成

發(fā)卡結構。2、在終止位點前面有一段由4—8個A組成的序列,

所以轉錄產物的3’端為寡聚U,這種結構特征

的存在決定了轉錄的終止。真核生物轉錄后的修飾過程內含子的剪接RNA的編輯、再編碼和化學修飾由于原核生物屬于連續(xù)基因,基因內部不存在內含子,沒有轉錄后修飾的過程,邊轉錄邊翻譯。5’加帽3’加尾5’加帽和3’加尾1、真核生物在延伸早期,會在mRNA前體的5’端加上一個7-甲基鳥嘌呤的帽子,這種帽子的作用是使mRNA在轉錄過程中免遭核酸酶的破壞。2、在延伸終止時期,會在3’端加上一個polyA的尾巴,

與轉錄的終止密切相關。內含子的剪接剪接前體5’3’U2AFsU2-snRNPU4/U6-snRNPU5-snRNP剪接體U1snoRNA以堿基互補的方式識別mRNA前體5’剪接點,由結合在3’剪接點上游富嘧啶區(qū)的U2AF(U2auxiliaryfactor)識別3’剪接點并引導U2snRNP與分支點相結合,形成剪接前體。剪接前體進一步結合U4、U5、U6,形成60S的剪接體,進行RNA前體分子的剪接。許多相對分子質量較小的核內RNA(如U1snoRNA、U2、U4、U5和U6)以及與這些RNA相結合的核蛋白(snRNPs)參與RNA的剪接。內含子被剪切,兩個外顯子通過磷酸二酯鍵相連。RNA的編輯、再編碼和化學修飾RNA編輯是指某些RNA,特別是mRNA前體的一種加工方式,如插入、刪除或者取代一些核苷酸殘基,導致DNA所編碼的遺傳信息的改變,經過編輯的mRNA序列發(fā)生了不同于模板DNA的變化。RNA再編碼是指mRNA在某些情況下不是以固定的方式翻譯,而可以改變原來的編碼信息,以不同的方式進行翻譯。RNA的化學修飾是指有些RNA,特別是rRNA和tRNA的前體,可能發(fā)生特異性化學修飾,如甲基化、去氨基化、硫代、堿基的同分異構化和核苷酸的替代等等。至此,一條成熟的mRNA就合成了蛋白質合成mRNA蛋白質整體流程mRNA5’3’GUAtRNA氨基酸CAU延伸中的肽鏈翻譯方向第一步:氨基酸的活化游離的tRNA氨基酸氨酰—tRNA合成酶氨酰--tRNA至少存在20種以上具有氨基酸專一性的的氨酰—tRNA合成酶,能夠識別并通過氨基酸的羧基與tRNA3’端腺苷酸核糖基上3’-OH縮水形成二酯鍵。第二步:翻譯的起始(以原核生物為例)IF-1IF-3核糖體30S小亞基P位A位mRNAmRNA起始密碼子AUGIF-3IF-1(1)、30S小亞基與起始因子IF-1、IF-3結合,通過SD序列與mRNA模板相結合。注:SD序列是存在于原核生物起始密碼子上游7-12個核苷酸處的一個4-

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