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真核生物基因表达调控1_图文

真核生物基因表达调控1_图文

第十章

真核生物基因表达与调控

本章重点
? 1.真核生物基因表达调控水平: .真核生物基因表达调控水平: DNA水平的调控 水平的调控 转录水平的调控(transcriptional regulation) 转录水平的调控 转录后水平的调控(post transcriptional regulation) 转录后水平的调控 翻译水平的调控(translational regulation) 翻译水平的调控 翻译后水平的调控(protein maturation) 翻译后水平的调控 ? 2.真核与原核生物基因表达调控的区别 .

真核生物结构特点
? 1、有核膜包被,转录和翻译分别在细胞核和细 、有核膜包被, 胞质中进行, 需进行转录后加工; 胞质中进行,RNA需进行转录后加工; 需进行转录后加工 ? 2、真核生物基因数多,且多含内含子,同时真 、真核生物基因数多,且多含内含子, 核生物还有很多非编码区; 核生物还有很多非编码区; ? 3、真核生物 与组蛋白形成核小体, 、真核生物DNA与组蛋白形成核小体,另外还 与组蛋白形成核小体 有非组蛋白,都会影响基因活性; 有非组蛋白,都会影响基因活性; ? 4、真核生物为多细胞复杂有机体,不同发育阶 、真核生物为多细胞复杂有机体, 段、不同组织和器官中基因受到不同调节

真核基因组结构特点
? 真核基因组结构庞大 3×109bp、染色质、染 × 、染色质、 色体、 色体、核膜 ? 含有大量重复序列 ? 基因不连续性 断裂基因(interrupted gene)、 断裂基因( )、 内含子(intron)、 外显子 内含子 、 外显子(exon) ? 非编码区较多 多于编码序列 ? 原核生物:生长调控;真核生物:分化调控 原核生物:生长调控;真核生物:

真核生物基因表达的调控
? DNA水平的调控 水平的调控 ? 转录水平的调控 转录水平的调控(transcriptional regulation) ? 转录后水平的调控(post transcriptional 转录后水平的调控 regulation) ? 翻译水平的调控 翻译水平的调控(translational regulation) ? 翻译后水平的调控 翻译后水平的调控(protein maturation)

第一节 DNA水平的调控 水平的调控
? 染色质的丢失:不可逆 染色质的丢失:
– 核的全能性(totipotency):细胞核内保存了个体 核的全能性( ):细胞核内保存了个体 ): 发育所必需的全部基因

? 基因扩增 基因扩增(gene amplification):增加基因的拷 : 贝数
– 非洲爪蟾卵母细胞 非洲爪蟾卵母细胞rRNA基因卵裂时,扩增2000倍, 基因卵裂时,扩增 基因卵裂时 倍 达1012个核糖体 – 药物:诱导抗药性基因的扩增;肿瘤细胞:原癌基 药物:诱导抗药性基因的扩增;肿瘤细胞: 因拷贝数异常增加

? 基因重排 基因重排(gene rearrangement): :
– 如免疫球蛋白基因重排,多样性 如免疫球蛋白基因重排,

? DNA甲基化 甲基化(DNA methylation): 甲基化 :
– mCpG,即“CpG岛(CpG-rich islands)” , 岛 – 甲基化(methylated)程度高,基因表达降低; 程度高, 甲基化 程度高 基因表达降低; 去甲基化(undermethylated):基因表达增加 去甲基化 :

? 染色质(chromatin)或染色体 或染色体(chromosome) 染色质 或染色体 结构对基因表达的调控 对基因表达的调控: 结构对基因表达的调控:

DNA甲基化与 染色体失活 甲基化与X染色体失活 甲基化与
? 雌性胎生哺乳动物细胞中两条 染色体之一在 雌性胎生哺乳动物细胞中两条X染色体之一在 发育早期随机失活 ? X染色体失活中心 染色体失活中心(X-chromosome inactivation 染色体失活中心 center,Xic):Xist基因 center,Xic):Xist基因(Xi-specific transcript) 基因(Xi-specific Xist 甲基化, 甲基化,不转录 去甲基化, 去甲基化,转录 X染色体 染色体 活性 失活 其他位点 去甲基化, 去甲基化,活性 甲基化, 甲基化,失活

?常染色质 结构松散, 常染色质:结构松散 常染色质 结构松散, 基因表达 ?异染色质 结构紧密, 异染色质:结构紧密 异染色质 结构紧密, 基因不表达 ?有基因表达活性的染 有基因表达活性的染 色质DNA对 DNaseⅠ 色质 对 Ⅰ 更敏感, 更敏感,即DnaseⅠ的 Ⅰ 敏感性可作为该基因 敏感性可作为该基因 的转录活性的标志。 的转录活性的标志。

染色质的疏松及活性染色质

第二节 转录水平的调控
? 最重要 ? RNA聚合酶 聚合酶 ? 顺式作用元件 顺式作用元件(cis-acting element) ? 反式作用因子 反式作用因子(trans-acting factor) ? 转录起始的调控

真核生物的RNA聚合酶 真核生物的RNA聚合酶 RNA
~5.0×105,
酶 位置 产物 聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅰ 核仁 聚合酶Ⅱ 聚合酶Ⅱ 核质 聚合酶Ⅲ 聚合酶Ⅲ 核质 tRNAs, 5S rRNA, 小RNAs

rRNA(28S,18 mRNA S,5.8S)

50%~70% 20%~40% %~70 %~40 10% 相对活 50%~70% 20%~40% ~10% 性 对鹅膏 不敏感 覃素 亚基数 13 敏感 10 介于二者之间 14

原核与真核生物的RNA聚合酶 原核与真核生物的RNA聚合酶 RNA

顺式作用元件(cis-acting element)
? 影响自身基因表达活性的 影响自身基因表达活性的DNA序列 自身基因表达活性的 序列 ? 非编码序列 ? 分启动子、增强子、沉默子 分启动子、增强子、

启动子(promoter): 启动子 : 1、TATA盒,-25bp 、 盒 上游启动子元件(upstream promotor elements, 上游启动子元件 UPE) 2、CAAT 盒,-75bp; 、 ; 3、GC序列等 、 序列等

增强子(enhancer): : 增强子 远离转录起始点1~30kb,增强启动子转录活性DNA序 ,增强启动子转录活性 远离转录起始点 序 列,与方向、距离无关 与方向、

增强子

? 感染真核细胞的病毒 感染真核细胞的病毒DNA,大多具有可 , 被寄主细胞蛋白质激活的增强子。 被寄主细胞蛋白质激活的增强子。
– 小鼠乳腺瘤病毒(MMTV)的DNA,具有 小鼠乳腺瘤病毒( ) , 糖皮质激素基因的增强子。 糖皮质激素基因的增强子。在能被类固醇激 活的细胞(如乳腺上皮细胞) 活的细胞(如乳腺上皮细胞)中,MMTV 病毒能旺盛生长。 病毒能旺盛生长。 – 病毒有寄主范围,因它有组织特异和物种特 病毒有寄主范围, 异的增强子。 异的增强子。

增强子的特性:
1. 2. 3. 4. 5. 6. 通过启动子大幅度提高同一条DNA链上靶基因的转录效率 对同源或异源的基因同样有效 位置可以在基因上游,内部,下游; 正向或反向都有效 核苷酸序列多为重复序列,内部含有核心序列 一般有组织特异性 离转录起始点较远

增强子的作用机制的几种假说: 1. 改变DNA模板的空间结构 2. 固定模板在细胞核内的特定位置, 协助DNA拓扑异构酶改 变双螺旋, 促进RNA聚合酶II在DNA链上的结合和滑动 3. 为RNA聚合酶II或其它反式作用因子进入染色质提供进入 位置

沉默子(silencer): : 沉默子
? 类似于增强子,但起到负调控作用 类似于增强子, ? 不受方向和距离的限制,可对异源基因起作用 不受方向和距离的限制, ? 例:酵母交配型有关位点的HMR和HML 酵母交配型有关位点的 和

反式作用因子(trans-acting factor) 反式作用因子
? 概念:为DNA结合蛋白,核内蛋白,可使邻近 概念: 结合蛋白, 结合蛋白 核内蛋白, 基因开放(正调控)或关闭(负调控) 基因开放(正调控)或关闭(负调控) 通用或基本转录因子(general transcription ? 通用或基本转录因子 factors)—RNA聚合酶结合启动子所必需的一 聚合酶结合启动子所必需的一 组蛋白因子。 组蛋白因子。
– TFⅡA、 TFⅡB、 TFⅡD、 TFⅡE等 Ⅱ 、 Ⅱ 、 Ⅱ 、 Ⅱ 等

? 特异转录因子 special transcription factors)— 特异转录因子( 个别基因转录所必需的转录因子. 个别基因转录所必需的转录因子
– OCT-2:在淋巴细胞中特异性表达,识别Ig基因的 :在淋巴细胞中特异性表达,识别 基因的 启动子和增强子。 启动子和增强子。

反式作用因子特点
? 三个功能结构域:DNA识别结合域 三个功能结构域: 识别结合域(DNA识别结合域 binding domain);转录活性域 ;转录活性域(transcriptional activation domain);结合其他蛋白的结合域 ; ? 能识别并结合顺式作用元件 能识别并结合顺式作用元件(cis-acting element) ? 正调控与负调控

功能 结构域

反式作用因子结构域的模式
? DNA结合域 结合域(DNA- banding domain) 结合域
– 锌指结构 锌指结构(zinc finger motif) – 同源结构域(homodomain,HD):螺旋-回折 同源结构域 :螺旋 回折回折 螺旋(helix-turn-helix) 螺旋 – 亮氨酸拉链结构 (leucine zipper) 亮氨酸拉链结构 – 螺旋 环-螺旋 螺旋-环 螺旋 螺旋(helix-loop-helix,HLH) – 碱性 螺旋 碱性α螺旋 螺旋(alkaline α-helix)

锌指结构(zinc finger motif)
锌指结构:基因调控的转录因子存在于致癌基因、果蝇控制 发育的基因、受生长因子和分化信号诱导合成的蛋白质序列中; 锌指区域:由二个Cys簇及二个His簇组成;保守序列CysN2-4-Cys-N12-14-His-N3-His; 锌指蛋白: 2~13 2~13个手指,各由23 23 氨基酸组成,并由7~ 8个氨基酸连接;与 DNA大沟结合并环绕 DNA分子,大沟与特 异DNA碱基互作。

锌指空间结构

锌指与DNA结合

螺旋-转角 螺旋(helix-turn-helix) 螺旋 转角-螺旋 转角 螺旋
最初发现于原核生物的 激活和阻遏蛋白。 (N)α-β-α(COOH) 结合磷酸 戊糖骨架 与DNA大 沟中的特异 碱基结合

识别螺旋

与DNA大沟特异结合的空间图示

亮氨酸拉链(leucine zipper) 亮氨酸拉链
碱性亮氨酸拉链(bZIP): 可形成蛋白质-蛋白质二聚体的亮氨酸拉链(leucine zipper, LP);具有35个氨基酸残基,其中有4个亮氨酸,每7个氨基酸 出现一次,形成α-螺旋时, 每两圈伸出一个亮氨酸,由亮氨酸 残基间的疏水作用力形成一条拉链,产生蛋白质二聚体; 碱性α-螺旋与DNA磷酸残基和碱基互作,二聚体? 剪刀 结构。

螺旋-环 螺旋 螺旋 环-螺旋(helix-loop-helix,HLH)
?100~200个C端氨基酸形成 两个双性α螺旋,中间由非 螺旋的氨基酸loop相连 ?疏水面和亲水面有利于二 聚体形成 ?α螺旋的N端氨基酸有碱性 区,带有正电荷,当与DNA 靠近时形成α螺旋结合DNA 的大沟,与亮氨酸拉链相似 ?例:广泛存在于DBP,EBP、 E12、E47等

helix loop

helix 与DNA结合的空间图示

真核基因转录表达调控
? 激素调节
甾类激素:糖皮质激素、盐皮质激素、雌激素、 甾类激素:糖皮质激素、盐皮质激素、雌激素、雄激素等 1、分子质量小,细胞中含量低 、分子质量小, 2、甾体核上1-2个基因差异就会导致不同激素产生 、甾体核上 - 个基因差异就会导致不同激素产生 3、与受体蛋白结合形成复合物(反式作用因子) 、与受体蛋白结合形成复合物(反式作用因子) 复合物

激素应答因子(顺式作用元件) 激素应答因子(顺式作用元件)

4、甾类激素受体结构 、

无活性基因

基因激活

甾类激素对基因转录的调节
糖皮质激素与受体蛋白形成复合物,结合在增强子序列上,使之活化, 糖皮质激素与受体蛋白形成复合物,结合在增强子序列上,使之活化,促进激 素效应基因的转录

真核基因转录调控模型( 模型) 真核基因转录调控模型(Britten-Davidson模型) 模型
真核生物个体在发育时, 真核生物个体在发育时,许多基因可以被协同调 控,重复序列可能在调控中具有重要作用。发生协同诱 重复序列可能在调控中具有重要作用。 导可能在结构基因之外,还存在 个遗传因子 个遗传因子, 导可能在结构基因之外,还存在3个遗传因子,即: 1、受体位点(receptor site R):可被激活因子激活 、受体位点( ):可被激活因子激活 ): 2、整合基因(integrator gene I):产生激活物 、整合基因( ):产生激活物 ): 3、感受位点(sensor site S):接受调控信号 、感受位点( ) 接受调控信号

A

y

x w

w w w W x X y Y

多重激活子
z Z

B x C

z y

A B C

x y z x y P x y z O x y

多重接受子
R

启动子区

激活子

受体

结构基因

真核生物基因表达调控的Britten-Davidson模型 模型 真核生物基因表达调控的

第三节 转录后水平的修饰
真核基因转录的结果保证了遗传信息从DNA传递给 RNA,因而转录水平的调控是决定细胞中RNA水平的 一种重要方式。然而实验表明,RNA的数量、结构甚 至种类在细胞核和细胞质中并非完全相同,而且在活 跃生长的细胞与静止生长的细胞之间,RNA的情况也 存在一些差异。这表明遗传信息在转录后还有着多样 的选择性,即基因表达除DNA水平和转录水平的调控 外,转录后还将在不同情况下进一步加工、剪切、修 饰,以及改变基因表达的最终产物。

转录后修饰的几种方式

1、剪 接 (splice) 、

2、剪 切 (clavage ) 、

3、碱 基 修 饰 、

4、添 加 、

转录后修饰的类型 ? RNA前体加工 前体加工 ? 内含子的剪接 ? RNA编辑 编辑

RNA前体加工 前体加工
? tRNA前体加工 前体加工
tRNA前体
外切酶

成熟RNA+15-30个核苷酸+非编码序列

剪切

剪接

添加

碱基修饰

? rRNA前体加工 前体加工
rDNA rRNA的45S前体(包含5.8S,18S和28S) 5.8S+18S+28S+5’和3’多余序列
转录

酶切

rDNA 18 S 5.8S 28 S

转录
45S - RNA

剪接
18S - RNA

5.8S , 28S RNA

mRNA前体加工 前体加工 DNA
转录

mRNA前体
O HN
CH3
+

后加工

3’尾:50-200个多聚腺苷酸(polyA)

5’帽:7-甲基鸟苷二磷酸(m7-Gppp)
N N N

O H 2N H2C O O

O

O
N

P O P O P O CH 2 O OOO-

5′ pppGp… ′
磷酸酶

OH OH

O O P O O-

5′端加帽(cap)和3′端多聚腺苷酸化(polyA)的调控意义: 使mRNA稳定,在转录过程中不被降解。

鸟苷酸转移酶 pi 甲基转移酶 5′ GpppGp… ′ 5′ ppGp… ′ SAM SAH pppG ppi m7 GpppGp…

内含子的剪接
? 一、真核生物中的内含子 1、Ⅰ类内含子 、 2、Ⅱ类内含子 、 3、Ⅲ类内含子 、

不同内含子剪接特点
内含子类型 Ⅰ类内含子 (自我剪接) Ⅱ类内含子 (蛋白质酶剪接) Ⅲ类内含子 (核mRNA前体) 剪接点序列 剪接信号位置 剪接特征

RNA催化,G辅助因子, U……G 内含子、剪接点 内含子编码剪接蛋白, GUGCC …… YnAU 套索切除等

N N……N N

外显子

ATP激活的酶中间 产物

GU……AG

内含子、剪接点 snRNA参与,套索 切除 分支点

? 二、内含子剪接过程(自我剪接为例) 内含子剪接过程(

四膜虫的rRNA二级结构 四膜虫的rRNA二级结构 rRNA

5’

5’

5’

E1 I E2
3’

G
OH OH

G
3’ 3’

414 G
OH

G 399

四膜虫RNA 四膜虫 的自我剪接

395

? 三、交替剪接

RNA编辑 RNA编辑
? RNA编辑概念 编辑概念 是指转录后的mRNA在编码区发生碱基插入、 在编码区发生碱基插入、 是指转录后的 在编码区发生碱基插入 删除或转换的现象,是在RNA水平上的修饰。 水平上的修饰。 删除或转换的现象,是在 水平上的修饰 例:原生动物锥虫线粒体细胞色素C氧化酶亚 原生动物锥虫线粒体细胞色素 氧化酶亚 基因转录物, 出现非基因组编码的尿苷酸 基Ⅱ基因转录物,5’出现非基因组编码的尿苷酸

? RNA编辑类型 编辑类型 1、碱基插入与删除 、 U的插入或删除 的插入或删除 原生动物锥虫线粒体细胞色素C氧化酶亚 例:原生动物锥虫线粒体细胞色素 氧化酶亚 158bp产物插入 产物插入394U,同时在 个位点去除 个U 个位点去除18个 产物插入 ,同时在18个位点去除 基Ⅲ基因 2、碱基转换 、 哺乳动物载脂蛋白B( 例:哺乳动物载脂蛋白 (ApoB)编辑中 被U )编辑中C被 替换,产生肝型与肠型载脂蛋白B: 替换,产生肝型与肠型载脂蛋白 : ApoB100与 与 位 变 ApoB48 ApoBmRNA 666位:C变U ApoB48
翻译
CAA变UAA 变

ApoB100

胞苷脱氨酶

gRNA
? gRNA:有不同于编码靶mRNA的基因编 :有不同于编码靶 的基因编 长约40- 码,长约 -80nt,可以指导额外的碱基 , 掺入(或丢失)到mRNA中去,为指导 掺入(或丢失) 中去, 中去 RNA. ? 3个区:1区:5’ 端, 锚定 个区: 区 个区 2区:精确定位编辑的位置 区 3区:一段多聚尿嘧啶序列,提供 区 一段多聚尿嘧啶序列, 或者接收尿嘧啶 方向: - 方向:3’-5’

? RNA编辑的可能机制 编辑的可能机制
5’
mRNA

P
OH

U 5’ 3’ OH

3’ 5’

gRNA与mRNA配对

P U

3’

gRNA3’攻击与mRNA的 非配对碱基磷酸二脂键 游离mRNA 5’片段的3’OH 进行第二次亲核攻击

3’ 5’
OH

P

U 3’

5’ 3’OH

3’

mRNA 5’片段重新与编辑 后的3’连接

RNA编辑的转脂反应模型

第四节 翻译水平的调控
? mRNA稳定性调节 稳定性调节
– 3′端非编码区结构影响其稳定性:3′端富含 和U的结 端非编码区结构影响其稳定性: 端富含 端富含A和 的结 端非编码区结构影响其稳定性 构,引起mRNA 不稳定 引起 – 5′帽子和 3′尾可以增强 帽子和 尾可以增强 尾可以增强mRNA的稳定性 的稳定性 – 蚕蛹羽化成蛾后,需大量蛋白水解酶溶解蚕丝蛋白, 蚕蛹羽化成蛾后,需大量蛋白水解酶溶解蚕丝蛋白, mRNA半衰期达 小时,其他仅 小时 半衰期达100小时 其他仅2.5小时 小时, 半衰期达

? 翻译起始的调控
蛋白质的生物合成过程可以分为肽链的起始、 蛋白质的生物合成过程可以分为肽链的起始、 延伸和终止3个阶段。其中,起始阶段相对重要, 延伸和终止 个阶段。其中,起始阶段相对重要, 个阶段 是翻译水平调控的主要时期。 是翻译水平调控的主要时期。 – 翻译起始因子的调控:eIF-2,血红素对珠蛋 翻译起始因子的调控: , 白合成的调节 – 阻遏蛋白的调控:铁结合调节蛋白 阻遏蛋白的调控: (regulatory iron-binding protein)

?

免网织红细胞和大多数生物的网织红细胞一样是没有细胞核的,因此没有 免网织红细胞和大多数生物的网织红细胞一样是没有细胞核的, DNA,而mRNA也早已加工好了,所以蛋白质的合成调节只能依赖于翻译水 也早已加工好了, , 也早已加工好了 很多基因表达水平的资料就是从研究网织红细胞中获得的。 平,很多基因表达水平的资料就是从研究网织红细胞中获得的。血红素对珠 蛋白合成的调控就是一例, 蛋白合成的调控就是一例,这种调节是通过对翻译起始的复合物的形成来控 制的。 制的。 血红素+珠蛋白:形成血红蛋白 血红素+珠蛋白:

?

在网织红细胞中有两个合成酶系,一个合成血红素,另一个合成珠蛋白, 在网织红细胞中有两个合成酶系,一个合成血红素,另一个合成珠蛋白,血 红素通过自身的反馈调节来控制,而其浓度又可调节珠蛋白合成的速率, 红素通过自身的反馈调节来控制,而其浓度又可调节珠蛋白合成的速率,使 珠蛋白合成速度为血红素的两倍, 珠蛋白合成速度为血红素的两倍,这种调控是通过控制翻译起始复合物的形 成来进行的。 成来进行的。 依赖cAMP的蛋白激酶(R2C2)是由调节亚基 和催化亚基 构成,当它 的蛋白激酶( 和催化亚基C2构成 依赖 的蛋白激酶 )是由调节亚基R2和催化亚基 构成, 结合释放出自由的C 和cAMP结合释放出自由的 亚基,成为活化的蛋白激酶,而血红素的存在 结合释放出自由的 亚基,成为活化的蛋白激酶, 对这一步反应是抑制的。自由的C亚基可催化无活性的 亚基可催化无活性的HCR(控制血红素阻 对这一步反应是抑制的。自由的 亚基可催化无活性的 ( 遏物hemim-controlled repressor,又称 又称EIF-2激酶)磷酸化而成有活性的 激酶) 遏物 又称 激酶 磷酸化而成有活性的HCR, , 而有活性的HCR又使 又使eIF-2磷酶化失去活性,而血红素抑制这一系列反应就 磷酶化失去活性, 而有活性的 又使 磷酶化失去活性 可使EIF-2不被磷酸化,保持活性状态,和细胞中的 不被磷酸化, 可使 不被磷酸化 保持活性状态,和细胞中的tRNAinit及ESP(eIF-2及 ( stimulating protein)形成翻译起始复合物,开始合成珠蛋白,因此缺乏血红 )形成翻译起始复合物,开始合成珠蛋白, 素时,珠蛋白也不能合成。 素时,珠蛋白也不能合成。

?

翻译起始因子(eIF2)的调控

铁结合调节蛋白
3′

3′

? mRNA非翻译区的结构与翻译调控 非翻译区的结构与翻译调控
非翻译区( (一)、5’非翻译区(5’ untranslated region, 5’UTR)的调控作用 )、 非翻译区 ) 1、关于 帽子结构: 、关于mRNA5’帽子结构: 帽子结构 mRNA的5’帽子结构有利于 帽子结构有利于mRNA由细胞核转运至细胞质; 由细胞核转运至细胞质; 的 帽子结构有利于 由细胞核转运至细胞质 未甲基化的帽子可以保护mRNA不受 外切酶的降解; 不受5’外切酶的降解 未甲基化的帽子可以保护 不受 外切酶的降解; 帽子甲基化后可以使mRNA有效翻译。 帽子甲基化后可以使 有效翻译。 有效翻译
O HN H 2N N
CH3

N N

+

O H2C O O

O

O
N

P O P O P O CH 2 O OOO-

OH OH

O O P O

5′ GpppGp… ′

O-

2、起始密码子AUG及旁侧序列 、起始密码子 及旁侧序列

分类 -3 脊椎动物 植物 原生动物 酵母

共有序列 +1 +4
A GCCGCC G CCAUGG

A ACAAUGGC AAAAA AAA A AAA AUGAN UUUUU UUU A A A U U

3、起始密码子AUG所在的先导序列长度对翻译起始的影响 、起始密码子 所在的先导序列长度对翻译起始的影响
先导序列: 中由第一个AUG至5’帽子间的长度称为先导 先导序列: 5’UTR中由第一个 中由第一个 至 帽子间的长度称为先导 序列,它会影响起始效率和翻译起始的准确性。 序列,它会影响起始效率和翻译起始的准确性。 Kozak等人证实: 等人证实: 等人证实 第一个AUG至5’帽子长度 帽子长度<12bp,核糖体 亚基会滑过第一个AUG 第一个 至 帽子长度 ,核糖体40S亚基会滑过第一个 亚基会滑过第一个 第一个AUG至5’帽子长度在 -18bp时,体外翻译效率与其长度成正比 帽子长度在17- 第一个 至 帽子长度在 时 体内试验证明,加长这段序列可以减弱AUG5’端二级结构对翻译的抑制作用 体内试验证明,加长这段序列可以减弱 端二级结构对翻译的抑制作用

4、 5’UTR的二级结构对 、 的二级结构对mRNA翻译的影响 的二级结构对 翻译的影响

(二)、3’UTR对翻译的调控作用 )、 对翻译的调控作用 1、终止密码子及其旁侧序列 、 终止密码子使用频率: 终止密码子使用频率: UAA:脊椎动物和单子叶植物 : UGA: 除脊椎动物和单子叶植物的其它真核生物 : UAG:使用频率很低 : 旁侧序列:紧挨3’端核苷酸 A+G)频率:60%- 端核苷酸( %-70% 旁侧序列:紧挨3’端核苷酸(A+G)频率:60%-70% C的频率小于 % 的频率小于17% 的频率小于 2、UA序列与翻译调控 、 序列与翻译调控 3’UTR富含 保守序列,由几个相间分布的 富含UA保守序列 富含 保守序列,由几个相间分布的UUAUUUAU组成 组成 UA保守序列降低 保守序列降低mRNA稳定性,对翻译起抑制作用 稳定性, 保守序列降低 稳定性 UA拷贝数增加则抑制效率提高 拷贝数增加则抑制效率提高 UA的抑制作用与终止密码子的距离无关 的抑制作用与终止密码子的距离无关

3、polyA尾的调控作用 、 尾的调控作用 mRNA转运时的保护作用 转运时的保护作用 促进翻译

翻译后水平的调控
? 新生肽链的水解:酶解 新生肽链的水解:
– 肽链 端的第一个氨基酸:稳定化氨基酸 肽链N端的第一个氨基酸: 端的第一个氨基酸 Met、Ser、Thr、Ala、Val、Cys、Gly、 (Met、Ser、Thr、Ala、Val、Cys、Gly、 Pro)与去稳定氨基酸 )

? 肽链中氨基酸的共价修饰:磷酸化、甲 肽链中氨基酸的共价修饰:磷酸化、 基化、 基化、酰基化 ? 通过信号肽 通过信号肽(signal peptide)分拣、运输、 分拣、 分拣 运输、 定位

蛋白质合成后的靶向输送
( protein targeting) )
? 蛋白质合成后的去向

– 留在胞浆 – 进入核、线粒体或其它细胞器 进入核、 – 分泌至体液,输送至靶器官 分泌至体液, *靶向输送 蛋白质合成后,定向地到 靶向输送--蛋白质合成后 靶向输送 蛋白质合成后, 达其执行功能的目标地点

? 分泌性蛋白质 分泌性蛋白质(secretory proteins)
– 穿过合成所在的细胞到其它组织细胞去的蛋白质

? 信号肽 信号肽(signal peptide) – N-端的一段疏水氨基酸 10~40个氨基酸 ~ 个氨基酸 端的一段疏水氨基酸
– 把合成的蛋白质移向胞膜并与胞膜结合,然后把 把合成的蛋白质移向胞膜并与胞膜结合, 合成的蛋白质送出胞外

分泌性蛋白质转运的机制

SRP: signal recognition particles

本章小结 1.基因的概念、表达、调控和新发展: ①.DNA是遗传物质; ②.性状受制于基因; ③.基因位于染色体上。 经典遗传学的基因:“三位一体”,即是功 能、突变、 重组单位。 分子遗传学的基因:保留了功能单位,发展 了突变子和 交换子的概念。 新基因概念:重叠基因、跳跃基因、断裂基 因、假基因。

2.原核生物在转录和翻译水平上的调控: 操纵元模型:乳糖操纵元,色氨酸操纵元和阿拉伯糖 操纵元模型。 3.真核生物的三个水平调控: DNA水平:基因扩增、DNA重排、DNA甲基化。 转录水平:启动子与转录因子的结合; 转录强化子与激活子; 选择性启动子; 选择性mRNA切割; 激素的调控作用。 翻译水平:蛋白质的折叠、蛋白酶切割、化学修饰、 蛋白质内含子的剪切。


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