生物信息的傳遞

生物信息的傳遞(上)從DNA到RNA基因表達：是基因經(jīng)過轉錄、翻譯、產生有生物活性的蛋白質的整個過程。轉錄(transcription)：以DNA為模板，按照堿基互補原則合成一條單鏈RNA，從而將DNA中的遺傳信息轉移到RNA中去的過程稱為轉錄。編碼鏈(coding strand)=有意義鏈模板鏈(template strand)=反義鏈不對稱轉錄(asymmetric transcription)：轉錄僅發(fā)生在DNA的一條鏈上。啟動子(promoter)：是DNA轉錄起始信號的一段序列，它能指導全酶與模板正確的結合，并活化酶使之具有起始特異性轉錄形式。終止子(terminator)：轉錄終止的信號，其作用是在DNA模板特異位置處終止RNA的合成。轉錄單位：DNA鏈上從啟動子直到終止子為止的長度稱為一個轉錄單位。3.1 RNA的轉錄轉錄的基本過程都包括：模板識別、轉錄起始、通過啟動子及轉錄的延伸和終止。1、模板識別階段主要指RNA聚合酶與啟動子DNA雙鏈相互作用并與之相結合的過程。轉錄起始前，啟動子附近的DNA雙鏈分開形成轉錄泡以促使底物核糖核苷酸與模板DNA的堿基配對。2、轉錄起始就是RNA鏈上第一個核苷酸鍵的產生。3、轉錄起始后直到形成9個核苷酸短鏈是通過啟動子階段，通過啟動子的時間越短，該基因轉錄起始的頻率也越高。4、RNA聚合酶離開啟動子，沿DNA鏈移動并使新生RNA鏈不斷伸長的過程就是轉錄的延伸。5、當RNA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雜合物分離，這就是轉錄的終止。3.1.1 轉錄的基本過程RNA合成的基本特點：1.底物是：ATP、GTP、CTP、UTP2.在聚合酶作用下形成磷酸酯鍵3.RNA的堿基順序由DNA的順序決定4.僅以一條DNA鏈作為模板5.合成方向為536.合成中不需要引物3.1.2 轉錄機器的主要成分原核生物RNA聚合酶： 亞基 基因 相對分子量 亞基數(shù) 組分 功能 rpoA 3.6510 4 2 核心酶 核心酶組裝， 啟動子識別 rpoB 1.5110 5 1 核心酶 和 共同形成 RNA合成的活性中心 rpoC 1.5510 5 1 核心酶 ？ 1110 4 1 核心酶 未知 rpoD 7.010 4 1 因子 存在多種因子，用 于識別不同的啟動子1、RNA聚合酶 大多數(shù)原核生物RNA聚合酶的組成是相同的，大腸桿菌RNA聚合酶由2個亞基、一個亞基、一個亞基和一個亞基組成，稱為核心酶。加上一個亞基后則成為聚合酶全酶（holoenzyme），相對分子質量為4.65105。研究發(fā)現(xiàn)，由和亞基組成了聚合酶的催化中心，它們在序列上與真核生物RNA聚合酶的兩個大亞基有同源性。亞基能與模板DNA、新生RNA鏈及核苷酸底物相結合。因子可以極大地提高RNA聚合酶對啟動子區(qū)DNA序列的親和力，加入因子以后，RNA聚合酶全酶識別啟動子序列的特異性總共提高了107倍。因子的作用是負責模板鏈的選擇和轉錄的起始，轉錄的起始從化學過程來看是單個核苷酸與開鏈啟動子-酶復合物相結合構成新生RNA的5端，再以磷酸二酯鍵的形式與第二個核苷酸相結合，起始的終止反映在因子的釋放。過去認為二核苷酸的形成就是轉錄起始的終止，實際上，只有當新生RNA鏈達到6-9個核苷酸時才能形成穩(wěn)定的酶-DNA-RNA三元復合物，才釋放因子，轉錄進入延伸期。真核生物RNA聚合酶 真核生物中共有3類RNA聚合酶。真核生物RNA聚合酶一般有8-14個亞基所組成，相對分子質量超過5105。除了細胞核中的RNA聚合酶之外，真核生物線粒體和葉綠體中還存在著不同的RNA聚合酶。線粒體RNA聚合酶只有一條多肽鏈，相對分子質量小于7104，是已知最小的RNA聚合酶之一，與T7噬菌體RNA聚合酶有同源性。葉綠體RNA聚合酶比較大，結構上與細菌中的聚合酶相似，由多個亞基組成，部分亞基由葉綠體基因組編碼。線粒體和葉綠體RNA聚合酶活性不受-鵝膏覃堿所抑制。 常用的轉錄抑制劑及其作用： 抑制劑 靶酶 抑制作用 利福霉素 細菌的全酶 與亞基結合，阻止起始 鏈霉溶菌素 細菌的核心酶 與亞基結合，阻止延長 放線菌素D 真核RNA聚合酶 與DNA結合，并阻止延長-鵝膏蕈堿 真核RNA聚合酶 與RNA聚合酶結合起始復合物的形成轉錄可被分為4個階段，即啟動子的選擇、轉錄起始、RNA鏈的延伸和終止。原核生物中：啟動子選擇階段包括RNA聚合酶全酶對啟動子的識別，聚合酶與啟動子可逆性結合形成封閉復合物（closed complex）。真核生物RNA聚合酶所形成的轉錄起始復合物：除了RNA聚合酶之外，真核生物轉錄起始過程中至少還需要7種輔助因子參與一般情況下，該復合物可以進入兩條不同的反應途徑，一是合成并釋放2-9個核苷酸的短RNA轉錄物，即所謂的流產式起始；二是盡快釋放亞基，轉錄起始復合物通過上游啟動子區(qū)并生成由核心酶、DNA和新生RNA所組成的轉錄延伸復合物。RNA聚合酶的核心酶雖可合成RNA，但不能找到模板DNA上的起始位點。只有帶因子的全酶才能專一地與DNA上的啟動子結合，選擇其中一條鏈作為模板，合成均一的產物。因子的作用只是起始而已，一旦轉錄開始，它就脫離了起始復合物，而由核心酶負責RNA鏈的延伸。因此，聚合酶全酶的作用是啟動子的選擇和轉錄的起始，而核心酶的作用是鏈的延伸。真核生物RNA Pol II的轉錄起始復合物真核生物轉錄起始除RNA聚合酶外，至少還需要7種輔助因子參與，如TBP，TFIIA，TFIIB，TFIID，TFIIE，TFIIF和TFIIH。3.2 啟動子與轉錄起始2、啟動子與轉錄起始 啟動子是一段位于結構基因5端上游區(qū)的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之與范本DNA準確地相結合并具有轉錄起始的特異性。 轉錄的起始是基因表達的關鍵階段，而這一階段的重要問題是RNA聚合酶與啟動子的相互作用。 3.2.1 啟動子區(qū)的基本結構轉錄單元(transcription unit)：是一段從啟動子開始至終止子結束的DNA序列，RNA聚合酶從轉錄起點開始沿著模板前進，直到終止子為止，轉錄出一條RNA鏈。轉錄起點是指與新生RNA鏈第一個核苷酸相對應DNA鏈上的堿基，研究證實通常為一個嘌呤。常把起點前面，即5末端的序列稱為上游(upstream)，而把其后面即3末端的序列稱為下游(downstream)。在啟動子區(qū)內有一個由5個核苷酸組成的共同序列，是RNA聚合酶的緊密結合點，現(xiàn)在稱為Pribnow區(qū)(Pribnow box)，這個區(qū)的中央大約位于起點上游10bp處，所以又稱為-10區(qū)。絕大部分啟動子都存在位于-10bp處的TATA區(qū)和-35bp處的TTGACA區(qū)。這兩段共同序列是RNA聚合酶與啟動子的結合位點，能與因子相互識別而具有很高的親和力。Pribnow區(qū)（Pribnow box）這個區(qū)的中央大約位于起點上游10bp處，所以又稱為10區(qū)。TTGACA。這個區(qū)的中央大約位于起點上游35bp處，所以又稱為35區(qū)。10位的TATA區(qū)和35位的TTGACA區(qū)是RNA聚合酶與啟動子的結合位點，能與因子相互識別而具有很高的親和力。在真核生物基因中，Hogness等先在珠蛋白基因中發(fā)現(xiàn)了類似Pribnow區(qū)的Hogness區(qū)（Hogness box），這是位于轉錄起始點上游2530 bp處的共同序列TATAAA，也稱為TATA區(qū)（圖3-7）。另外，在起始位點上游7078 bp處還有另一段共同序列CCAAT，這是與原核生物中35 bp區(qū)相對應的序列，稱為CAAT區(qū)（CAAT box）。在7080區(qū)含有CCAAT序列（CAAT box），在80110含有GCCACACCC或GGGCGGG序列（GC box）。3.2.2 啟動子區(qū)的識別氫鍵互補學說：RNA聚合酶并不直接識別堿基對本身，而是通過氫鍵互補的方式加以識別。這種氫鍵互補學說較為圓滿地解釋了啟動子功能既受DNA序列影響，又受其構象影響這一事實。3.2.3 酶與啟動子區(qū)的結合在RNA聚合酶與啟動子相互作用的過程中，聚合酶首先與啟動子區(qū)閉合雙鏈DNA相結合，形成二元閉合復合物，然后經(jīng)過解鏈得到二元開鏈復合物。DNA開鏈是按照DNA模板序列正確引入核苷酸底物的必要條件。RNA聚合酶既是雙鏈DNA結合蛋白，又是單鏈DNA結合蛋白。3.2.4 -10區(qū)和-35區(qū)的最佳間距在原核生物中，-35區(qū)與-10區(qū)之間的距離大約是1619bp，小于15bp或大于20bp都會降低啟動子的活性。在細菌中常見兩種啟動子突變，一種叫下降突變(down mutation)，如果把Pribnow區(qū)從TATAAT變成AATAAT就會大大降低其結構基因的轉錄水平；另一類突變叫上升突變(up mutation)，即增加Pribnow區(qū)共同序列的同一性。3.2.5 增強子及其功能能強化轉錄起始的序列為增強子或強化子(enhancer)。增強子很可能通過影響染色質DNA-蛋白質結構或改變超螺旋的密度而改變模板的整體結構，從而使得RNA聚合酶更容易與范本DNA相結合，起始基因轉錄。增強子與啟動子的區(qū)別：1.增強子對于啟動子的位置不固定，而能有很大的變動；2.它能在兩個方向產生作用。一個增強子并不限于促進某一特殊啟動子的轉錄，它能刺激在它附近的任一啟動子。3.2.6 真核生物啟動子對轉錄的影響習慣上，將TATA區(qū)上游的保守序列稱為上游啟動子元件(upstream promoter element，UPE)或稱上游激活序列(upstream activating sequence，UAS)。在真核生物基因中，Hogness等先在珠蛋白基因中發(fā)現(xiàn)了類似Pribnow區(qū)的Hogness區(qū)（Hogness box），這是位于轉錄起始點上游2530 bp處的共同序列TATAAA，也稱為TATA區(qū)。另外，在起始位點上游7078 bp處還有另一段共同序列CCAAT，這是與原核生物中35 bp區(qū)相對應的序列，稱為CAAT區(qū)（CAAT box）。在7080區(qū)含有CCAAT序列（CAAT box），在80110含有GCCACACCC或GGGCGGG序列（GC box）。TATA區(qū)的主要作用是使轉錄精確地起始；CAAT區(qū)和GC區(qū)主要控制轉錄起始頻率，基本不參與起始位點的確定。轉錄實際上是RNA聚合酶、轉錄調控因子和啟動子區(qū)各種調控元件相互作用的結果。轉錄的終止 RNA聚合酶起始基因轉錄后，它就會沿著范本53方向不停地移動，合成RNA鏈，直到碰上終止信號時才與模板DNA相脫離并釋放新生RNA鏈。終止發(fā)生時，所有參與形成RNA-DNA雜合體的氫鍵都必須被破壞，范本DNA鏈才能與有意義鏈重新組合成DNA雙鏈。3.4 終止和抗終止不依賴于因子的終止 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)卡式結構。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。終止效率與二重對稱序列和寡聚U的長短有關，隨著發(fā)卡式結構（至少6bp）和寡聚U序列（至少4個U）長度的增加，終止效率逐步提高。依賴于因子的終止 因子是一個相對分子質量為2.0105的六聚體蛋白，它能水解各種核苷酸三磷酸，實際上是一種NTP酶，它通過催化NTP的水解促使新生RNA鏈從三元轉錄復合物中解離出來，從而終止轉錄。3.4.3 抗終止抗轉錄終止主要有兩種方式：1.破壞終止位點RNA的莖環(huán)結構2.依賴于蛋白質因子的轉錄抗終止3.3 原核生物與真核生物mRNA的特征比較原核生物mRNA的特征 mRNA在大腸桿菌細胞內占總RNA的2%左右（tRNA占16%，而rRNA則占80%以上）。原核生物中，mRNA的轉錄和翻譯不僅發(fā)生在同一個細胞空間里，而且這兩個過程幾乎是同步進行的，蛋白質合成往往在mRNA剛開始轉錄時就被引發(fā)了。一個原核細胞的mRNA（包括病毒）有時可以編碼幾個多肽。 3.3.1 原核生物mRNA的特征1.原核生物mRNA的半衰期短2.許多原核生物mRNA以多順反子的形式存在3.原核生物mRNA的5端無帽子結構，3端沒有或只有較短的poly(A)結構4.原核生物起始密碼子AUG上游7-12個核苷酸處有一被稱為SD序列（Shine Dalgarno sequence）的保守區(qū)，因為該序列與16S-rRNA 3端反向互補，所以被認為在核糖體-mRNA的結合過程中起作用。只編碼一個蛋白質的mRNA稱為單順反子mRNA（monocistronic mRNA），把編碼多個蛋白質的mRNA稱為多順反子mRNA（polycistronic mRNA）。多順反子mRNA是一組相鄰或相互重迭基因的轉錄產物，這樣的一組基因可被稱為一個操縱子（operon），是生物體內的重要遺傳單位。如大腸桿菌乳糖操縱子轉錄成編碼3條多肽的多順反子mRNA，經(jīng)過翻譯生成半乳糖苷酶、透過酶及乙?；D移酶。真核生物mRNA的特征前體RNA 成熟mRNA “基因”的分子生物學定義是：產生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列！3.3.2 真核生物mRNA的特征1. 真核生物mRNA的5端存在“帽子”結構：pppApNpNp 。2. 絕大多數(shù)真核生物mRNA具有多聚(A)尾巴。帽子結構帽子被扣在了mRNA的5端，并可能在幾個位置發(fā)生甲基化。mRNA5端加“G”的反應是由鳥苷酸轉移酶完成的 。帽子甲基化作用帽子0：出現(xiàn)在所有真核生物中。 尿苷酸一7一甲基轉移酶 在G的7N位甲基化帽子1：除單細胞生物以外所有其他真核生物中都有的最主要的帽子。2一甲基一轉移酶第2個堿基的2OH位置上（實際上在任何修飾反應進行前，它是轉錄物中原來的第1個堿基）帽子2：甲基基團可以添加到戴帽mRNA的第3堿基上。這個反應的底物是已經(jīng)具有兩個甲基基團的帽子mRNA。2一甲基一轉移酶催化2OH位置上甲基化這種帽子通常低于戴帽群體總量的1015。二、mRNA的轉錄后修飾-帽子 1、 帽子的種類 帽子0（Cap-0） m7GpppXpYp-（共有） 帽子1 （Cap-1） m7GpppXmpYp-第一個核苷酸的 2-O 位上產生甲基化 （A N6 位甲基化） 帽子2（Cap-2） m7GpppXmpYm 第二個核苷酸的 2-O 位上產生甲基化（A、G、C、U）其中: 單細胞真核生物只有 Cap0 Cap1 是其余真核生物的主要帽子形式 Cap2 存在于某些真核生物中2、 帽子結構的生成 甲基供體都為S腺苷甲硫氨酸（SAM） RNA鳥苷酸轉移酶-戴帽酶（capping enzyme）3、 帽子結構的功能 （1） 對翻譯起識別作用-為核糖體識別RNA提供信號 Cap0 的全部都是識別的重要信號 Cap1,2 的甲基化能增進識別 （2） 增加mRNA 的穩(wěn)定性，使5端免遭外切核酸酶的攻擊 （3） 與某些RNA病毒的正鏈合成有關 （Cap1、 Cap2 ） 除帽子結構外的Euk.mRNA內部甲基化m6A形式Poly A尾巴3、 poly(A) 的功能 （1） 可能與核質轉運有關 （2） 與mRNA的壽命有關 （3） 與翻譯有關 a、 缺失可抑制體外翻譯的起始 b、 胚胎發(fā)育中，poly(A) 對其mRNA的翻譯有影 響（非poly(A) 化的為儲藏形式） c、對含 poly(A) 的mRNA 失去 poly(A) 可減弱其翻譯（4） poly(A) 在分子生物學實驗中有很大應用價值 a、 也可將 oligo (dT) 與載體相連，從總體RNA中分離 純化mRNAb、 用寡聚dT（oligo (dT)）為引物，反轉錄合成 cDNA 若 干 基 本 概 念 基因表達的第一步 以D. S. DNA中的一條單鏈作為轉錄的模板 在依賴DNA的RNA聚合酶的作用下 按A U，CG 配對的原則，合成RNA分子 模板單鏈 DNA的極性方向為3 5, 而非模板單鏈 DNA的極性方向與RNA鏈相同，均為5 3. 模板單鏈 DNA的極性方向為3 5, 而非模板單鏈 DNA的極性方向與RNA鏈相同，均為5 3.3.5 內含子的剪接、編輯及化學修飾一、概述 割裂基因（split gene）：指編碼某一RNA的基因中有些序列并不出現(xiàn)在成熟的RNA序列中，成熟RNA的序列在基因中被其他的序列隔開 內含子（intron）：原初轉錄物中通過RNA拼接反應而被去除的RNA序列或基因中與這些RNA序列相應的DNA序列 外顯子（excon）： RNA拼接（RNA splicing）：一個基因的外顯子和內含子共同轉錄在一條轉錄產物中，將內含子去除而把外顯子連接起來形成成熟RNA分子的過程 拼接點： 5 拼接點或左拼接點（內含子上游） 3 拼接點或右拼接點（下游）3.5.1 RNA中的內含子真核生物mRNA前體的加工：1. 5端形成特殊的帽子結構2. 在3端切斷并加上一個poly(A)的尾巴3. 通過剪接除去轉錄來的IVS(非翻譯區(qū))4. 鏈內部核酸的甲基化內含子的分類 中部核心結構（central core structure）:在有些內含子中，含有4個重復的保守序列，長度為10 20bp，4個保守序列構成一種二級結構，在拼接中起重要作用 由于并非所有的內含子都有中部核心結構，所以有了內含子的分類類（group ）:含有中部核心結構的細胞器基因 核基因類（group ）:不含有中部核心結構細胞器線粒體基因內 核基因 類（group ）:具有 GUAG 特征的邊界序列核基因mRNA前體 RNA基因的內元均位于 tRNA 的反密碼環(huán)上3、拼接方式 方式一：由拼接裝置完成（核mRNA內含子）可供識別的特異序列拼接裝置由多種蛋白質和核蛋白組成 方式二：自我拼接（兩類內含子 、 ）形成特定的二級結構RNA具有催化拼接的能力 方式三：需要蛋白質酶參與的拼接（酵母tRNA）前兩種拼接都屬于轉酯反應3.5.2 RNA的剪接RNA的剪接實質：就是要把斷裂基因的內含子除去，連接外顯子。剪切方式：mRNA前體的剪接；自我剪接；蛋白質剪接(tRNA)。剪接體(spliceosome)：各種參與剪接的成分形成的一個體系。Ribozyme：有酶活性的RNA。拼接機制（Splicing mehanism ) SnRNA (or ScRNA) 與拼接點序列間存在互補區(qū)域并參與剪接, 形成拼接體( spliceosome)。Spliceosome 逐級組裝， SnRNA（U1、U2、U5和U4U6）分步替代U1通過5，拼接點互補而結合 U2識別并結合分支點A U1和U2作用使內元的 5端和 3端帶到 一起（U1與 3拼接點配對） U1、U2、mRNA與U4U5U6復合物形成一個完整的拼接體3.5.3 RNA的編輯和化學修飾RNA的編輯：是在mRNA水平上改變遺傳信息的過程。種類：單堿基突變；尿苷酸的缺失和添加化學修飾：甲基化；硫代；二價鍵的飽和化；去氨基化；堿基的同分異構化；核苷酸的替代。習題1.真核生物的TATA盒是:A.轉錄的起始點 B.翻譯的起始點 C.RNA聚合酶與DNA模板穩(wěn)定結合處 D.DNA聚合酶的活性中心 E.DNA合成起始位點2.關于RNA的敘述,錯誤的是:A.主要有mRNA、tRNA、rRNA三大類 B.胞質中只有一種RNA，即mRNA C.最小的一種RNA是tRNA D.原核生物沒有hnRNAE.原核生物沒有snRNA3.真核細胞中mRNA的加工修飾不包括:A.在mRNA 3末端加poly A尾 B.mRNA的前體是核內hnRNAC.在mRNA 5端形成7甲基鳥苷酸帽子結構 D.除去非結構信息部分E.不同RNA片段之間的拼接4.絕大多數(shù)真核生物mRNA 5端有:A.帽式結構 B.poly A C.起始密碼子 D.啟動子 E.SD序列5. snRNA的功能是:BA.參與DNA復制 B.參與RNA剪接 C.激活RNA聚合酶 D.形成核糖體 E.是rRNA的前體6.核酶(ribozyme)的底物是:A.DNA B.RNA C.核糖體 D.細胞核膜 E.核蛋白7.反義核酸作用主要是:A.封閉DNA B.封閉RNA C.降解DNA D.降解RNAE.封閉核糖體8.轉錄與DNA復制過程的共同點是:A.需要DNA聚合酶 B.所用模板相同 C.所用原料相同D.所得產物相同 E.需要RNA聚合酶1.真核生物mRNA轉錄后的成熟步驟主要包括 5端形成特殊的帽子結構在3端切斷并加上一個poly(A)的尾巴通過剪接除去轉錄來的IVS(非翻譯區(qū))鏈內部核酸的甲基化生物信息的傳遞(下)從mRNA到蛋白質4.1 遺傳密碼三聯(lián)子1、mRNA與蛋白質之間的聯(lián)絡是經(jīng)過遺傳密碼的破譯來完成的4.1.1 三聯(lián)子密碼及其破譯遺傳密碼(code)：mRNA中蘊藏遺傳信息的堿基順序稱為遺傳密碼,密碼是密碼子的總和。密碼子(codon)： mRNA中每個相鄰的三個核苷酸翻譯成蛋白質多肽鏈上的一個氨基酸，這三個核苷酸就稱為一個密碼子。閱讀框(reading frame)：遺傳密碼是三個一讀，稱為閱讀框。AUG：蛋氨酸(Met)或起始密碼UAA、UAG、UGA：終止密碼UAG琥珀型(amber)密碼子UGA蛋白石(opal)密碼子UAA赭石型(ochre)密碼子三聯(lián)體密碼的破譯：以均聚物、隨機共聚物和特定序列的共聚物為模板指點多肽的分解核糖體結合技術4.1.2 遺傳密碼的性質1.密碼的簡并性：簡并(Degenracy)：由一種以上密碼子編碼同一種氨基酸的景象稱為簡并。同義密碼子(Synonymous codons)：對應于同一種氨基酸的密碼子稱為同義密碼子。2.密碼的普遍性與特殊性：普遍性：無論在體外還是體內，也無論是病毒、細菌、植物還是植物，遺傳密碼均適用。特殊性：線粒體密碼子，其它例外(支原體、四膜蟲)線粒體mRNA中的密碼子：與胞漿中mRNA的密碼子有三點不同(哺乳植物)：1.線粒體中UGA不代表終止密碼子，而是編碼Trp；2.由AUG和AUA二個密碼子編碼；3.AGA和AGG不是Arg的密碼子，而是終止密碼子，即UAA、UAG、AGA和AGG均為終止密碼子。密碼子與反密碼子的互相作用：反密碼子(anticodon)：指tRNA上能辨認一個mRNA密碼子的地位，這個地位上的堿基與密碼子的堿基是互補的。所謂“擺動假說”(Wobble hypothesis)：即密碼的第一、第二堿基是必需嚴厲依照規(guī)范配對(A-U、G-C)，而第三堿基則可以有一定水平的擺動靈敏性。Wobble hypothesis：1.恣意一個密碼子的前兩位堿基都與tRNA anticodon中的相應堿基構成Watson-Crick堿基配對。2.反密碼子第一位是A或C時，只能辨認一個密碼子。當反密碼子第一位是U或G時，能辨認兩個密碼子。當Inosine(I)作為反密碼子第一位時，能辨認三個密碼子。3.假如數(shù)個密碼子同時編碼一個氨基酸，但凡第一、二位堿基不相反的密碼子都對應于各自的tRNA。4.依據(jù)上述規(guī)則，至多需求32種不同的tRNA才干翻譯61個codons(密碼子)。密碼子反密碼子配對擺動的準繩：反密碼子5端 密碼子3端G U or CC G onlyA U onlyU A or GI U，C or A遺傳密碼子的根本特點：1.每個密碼子三聯(lián)體(triplet)決議一種氨基酸；2.兩種密碼子之間無任何核苷酸或其它成分加以別離，即密碼子無逗號；3.密碼子具無方向性，從N端到C端；4.密碼子有簡并性；5.共有64個密碼子，其中有1個起始密碼子和3個終止密碼子；6.密碼子有通用性，即不管是病毒、原核生物還是真核生物密碼子的含義都是相反的。二、tRNAtRNA的二級構造(三葉草構造)1. 3端含CCA-OH序列2. TC環(huán)(TC loop)：7個堿基3.額定環(huán)(extro variable loop)：3-18個堿基4.反密碼環(huán)(anticodon loop)：7個堿基5.二氫尿嘧啶環(huán)(dihydr-Uloop或D-loop)：8-12個堿基6.螺旋區(qū)：4-5個堿基4.2 tRNA4.2.1 tRNA的L形三級構造tRNA的三級構造次要由在二級構造中未配對堿基間構成氫鍵而引發(fā)的。在三葉草構造中的氫鍵被稱為次級氫鍵，在三級構造中的就稱為三級氫鍵。大局部恒定或半恒定核苷酸都參與三級氫鍵的構成。4.2.2 tRNA的功用在蛋白質生物分解進程中，tRNA次要起轉運氨基酸的作用。tRNA上與多肽鏈分解有關的位點：1. 3端CCA上的氨基酸承受位點2. 辨認氨酰tRNA分解酶的位點3. 核糖體辨認位點4. 反密碼子位點4.2.3 tRNA的品種起始tRNA；延伸tRNA；同工tRNA；校正tRNA。校正tRNA：分為無義漸變及錯義漸變校正在蛋白質的構造基因中，一個核苷酸的改動能夠使代表某個氨基酸的密碼子變成終止密碼子(UAG、UGA、UAA)，使蛋白質分解提早終止，分解無功用的或有意義的多肽，這種漸變就稱為無義漸變。錯義漸變：由于構造基因中某個核苷酸的變化使一種氨基酸的密碼變成另一種氨基酸的密碼。4.2.4 氨酰 tRNA分解酶是一類催化氨基酸與tRNA結合的特異性酶，其反響式如下：AA+tRNA+ATP AA-tRNA+AMP+PPi它實踐上包括兩步反響：第一步是氨基酸活化生成酶-氨基酰腺苷酸復合物。AA+ATP+酶（E） E-AA-AMP+PPi第二步是氨?；D移到tRNA 3 末端腺苷殘基的2 或3-羥基上。E-AA-AMP+tRNA AA-tRNA+E+AMP4.3 核糖體4.3.3 核糖體的功用4.3.1 核糖體的構造由幾十種蛋白質和幾種rRNA組成。包括兩個亞基，大亞基約為小亞基絕對分子質量的一倍。每個亞基包括一個次要的rRNA成分和許多不同功用的蛋白質分子。核糖體上有不止一個的活性中心，每一個這樣的中心都由一組特殊的蛋白質構成。核糖體的根本功用依賴于其中的rRNA，核糖體蛋白質起著增強rRNA功用的作用。多聚核糖體(polyribosome)：在執(zhí)行蛋白質分解功用時，單個核糖核蛋白體常常5-6個或更多個串聯(lián)在一同，構成一個聚合體，稱為多核蛋白體或多核糖體(polyribosome或polysome)。4.3.2 rRNArRNA的根本特點1. rRNA是單鏈RNA。2.G-C堿基對與A-U堿基對的總量不等。3.單股rRNA鏈可自行折疊，構成螺旋區(qū)和環(huán)區(qū)，一切螺旋區(qū)的堿基都是保守的。4.一切來源rRNA均能構成4個構造域(、和)，每個構造域均含許多莖(螺旋段)和環(huán)，它們經(jīng)過無間隔堿基對的互相反響彼此接近。5.絕大少數(shù)的rRNA堿基的特異功用尚不清楚。rRNA1、5S rRNA: 含與tRNA和23S rRNA辨認序列2、16S rRNA：含與mRNA5端和 23SrRNA互補序列。3、23S rRNA ：存在一段能與tRNAMet序列互補的片段，5S rRNA互補序列。4、5.8S rRNA ：與tRNA作用的辨認序列，同5SrRNA。5、18S rRNA ：與16SrRNA同源。6、28S rRNA4.3.3 核糖體的功用核糖體必需包括至多5個活性中心，即mRNA結合部位、結合或承受AA-tRNA部位（A位）、結合或承受肽基tRNA的部位、肽基轉移部位（P位）及構成肽鍵的部位（轉肽酶中心）。核糖體小亞基擔任對模板mRNA停止序列特異性辨認，如起始局部的辨認、密碼子與反密碼子的互相作用等，mRNA的結合位點也在此亞基上大亞基擔任攜帶氨基酸及tRNA的功用，肽鍵的構成、AA-tRNA、肽基-tRNA的結合等，A位、P位、轉肽酶中心等次要在大亞基上。4.4 蛋白質合成的生物學機制4.4.1 氨基酸的活化氨基酸必須在氨基酰-tRNA合成酶的作用下生成活化氨基酸AA-tRNA。tRNA與相應氨基酸的結合是蛋白質合成中的關鍵步驟，因為只要tRNA攜帶了正確的氨基酸，多肽合成的準確性就相對有了保障。4.4.2 翻譯的起始起始密碼子和起始信號：1.mRNA上的起始密碼子常為AUG，少數(shù)為GUG2.在mRNA起始密碼子上游8-13個核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列，稱為Shine-Dalgarno序列，簡稱SD序列。它和16S rRNA 3端有一個互補的序列，它們互相識別，以保證起始的正確性。Eukaryotic ribosomes migrate from the 5 end of mRNA to the ribosome binding site, which includes an AUG initiation codon.翻譯的起始 ：第一步，30S小亞基首先與翻譯起始因子IF-1，IF-3結合，再在SD序列的幫助下與mRNA模板結合。第二步，在IF-2和GTP的幫助下，fMet-tRNAfMet進入小亞基的P位，tRNA上的反密碼子與mRNA上的起始密碼子配對。第三步，帶有tRNA，mRNA，三個翻譯起始因子的小亞基復合物與50S大亞基結合，GTP水解，釋放翻譯起始因子。原核生物的翻譯的起始因子：IF-1 9.5kd 加強IF-2，IF-3的酶活IF-2 95kd-117kd 促使fMet-tRNAfMet選擇性的結合在30S亞基上IF-3 20kd 促使30S亞基結合于mRNA起始部分，阻礙30S與50S亞基的結合真核生物蛋白質生物合成的起始機制與原核生物基本相同，其差異主要是核糖體較大，有較多的起始因子參與，其mRNA具有m7GpppNp帽子結構，Met-tRNAMet不甲?；琺RNA分子5 端的“帽子” 參與形成翻譯起始復合物。真核生物的翻譯的起始因子： eIF2 3種亞基 形成三元起始復合體(eIF2,GTP,tRNA)eIF2-A 65kd Met-tRNAmet與40S亞基結合 eIF1 15kd 促使mRNA與40S亞基結合 eIF3 500kd 促使mRNA與40S亞基結合eIF4b 80kd 促使mRNA與40S亞基結合eIF4a 50kd 促使與mRNA，GTP結合eIF4c 19kd 促使兩亞基結合 eIF5 150kd 釋放eIF2，eIF3eIF4e(eIF4f的亞基) 與5端帽子結合4.4.3 肽鏈的延伸過程：后續(xù)AA-tRNA與核糖體結合 肽鏈的生成 移位延伸因子：EF-Tu，EF-Ts，EF-G(原核生物) EF-1,EF-2(真核生物) 2個GTP后續(xù)AA-tRNA與核糖體結合細菌中肽鏈延伸的第一步反應：第二個氨基酰-tRNA的結合。該氨基酰-tRNA首先與EF-Tu GTP形成復合物，進入核糖體的A位，水解產生GDP并在EF-Ts的作用下釋放GDP并使EF-Tu結合另一分子GTP，進入新一輪循環(huán)。肽鍵的生成核糖體mRNAAA-tRNA復合物中，AA-tRNA占據(jù)A位，fMet-tRNAfMet占據(jù)P位。在肽基轉移酶（peptidyl transferase）的催化下，A位上的AA-tRNA轉移到P位，與fMet-tRNAfMet上的氨基酸生成肽鍵。起始tRNA在完成使命后離開核糖體P位點，A位點準備接受新的AA-tRNA，開始下一輪合成反應。移位肽鍵延伸過程中最后一步反應是移位，即核糖體向mRNA 3 端方向移動一個密碼子。此時，仍與第二個密碼子相結合的二肽基tRNA2從A位進入P位，去氨基酰-tRNA被擠入E位，mRNA上的第三位密碼子則對應于A位。EF-G是移位所必須的蛋白質因子，移位的能量來自另一分子GTP水解。4.4.4 肽鏈的終止終止因子：原核生物有3種蛋白因子:RF1、RF2、RF3。RF1用于識別終止密碼子UAA、UAG；RF2幫助識別UAA、UAG；RF3不識別終止密碼子，主要是協(xié)助肽的釋放。一旦tRNA從核糖體上脫落，則核糖體立即離開mRNA，并解離成50S和30S亞基，核糖體可以重復使用。真核生物僅一種：RF4.4.5 蛋白質前體的加工1.N端fMet或Met的切除2.二硫鍵的形成：蛋白質合成后通過兩個半胱氨酸的氧化形成3.特定氨基酸的修飾：磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羥基化、羧基化4.切除新生肽鏈中的非功能片段糖蛋白中常見的糖肽連接鍵：N糖苷鍵：-N-乙酰氨基葡萄糖基-天冬酰胺(GlcNAc-Asn)O糖苷鍵：-N-乙酰氨基半乳糖基-絲氨酸/蘇氨酸(GalNAc-Ser/Thr)4.4.6 蛋白質合成的抑制劑1.抗生素類阻斷劑：鏈霉素、卡那霉素、新霉素等：競爭性抑制蛋白質合成四環(huán)素和土霉素：四環(huán)素阻止氨酰-tRNA轉移到A位置氯霉素：阻斷50S亞基的活性嘌呤霉素(Puromycin)白喉霉素(diphtheria toxin)：與延長因子發(fā)生作用2.干擾素對病毒蛋白合成的抑制：從白細胞中得到-干擾素，從成纖維細胞中得到-干擾素，在免疫細胞中得到-干擾素?？股匾种频鞍踪|生物合成的原理抗生素 作用點 作用原理四環(huán)素族 原核核蛋白體小亞基 抑制氨酰- tRNA與小亞基結合氯霉素 原核核蛋白體大亞基 抑制轉肽酶，阻斷延長鏈霉素/卡那霉素 原核核蛋白體小亞基 改變構象引起讀碼錯誤， 抑制起始 嘌呤霉素 原、真核核蛋白體大亞基 抑制轉肽酶，妨礙移位放線菌酮 真核核蛋白體大亞基 抑制轉肽酶，阻斷延長紅霉素 原核核糖體大亞基 阻斷移位，阻斷Pro合成延長4.4.7 RNA分子在生物進化中的地位RNA在生命起源中的地位及其演化過程生命是自我復制的體系：三種生物大分子，只有RNA既具有信息載體功能又具有酶的催化功能。因此，推測RNA可能是生命起源中最早的生物大分子。核酶(ribosome)：具有催化作用的RNA。由RNA催化產生了蛋白質DNA代替了RNA的遺傳信息功能DNA雙鏈比RNA單鏈穩(wěn)定；DNA鏈中胸腺嘧啶代替了RNA鏈中的尿嘧啶，使之易于修復。蛋白質取代了絕大部分RNA酶的功能蛋白質化學結構的多樣性與構象的多變性；與RNA相比，蛋白質能更為有效地催化多種生化反應，并提供更為復雜的細胞結構成分，逐漸演化成今天的細胞。4.5 蛋白質運轉機制蛋白質運轉類別若某個蛋白質的合成和運轉是同時發(fā)生的，則屬于翻譯運轉同步機制；若蛋白質從核糖體上釋放后才發(fā)生運轉，則屬于翻譯后運轉機制。這兩種運轉方式都涉及到蛋白質分子內特定區(qū)域與細胞膜結構的相互關系。4.5.1 翻譯運轉同步機制信號序列(signal sequence)：在起始密碼子后，有一段編碼疏水性氨基酸序列的RNA區(qū)域，這個氨基酸序列就被稱為信號序列。信號肽(signal peptide)：絕大多數(shù)越膜蛋白的N端都具有長度大約在13-36個殘基之間的以疏水氨基酸為主的N端信號序列或稱信號肽。信號肽的結構特點：1.一般帶有10-15個疏水氨基酸2.常常在靠近該序列N-端疏水氨基酸區(qū)上游帶有1個或數(shù)個帶正電荷的氨基酸3.在其C-末端靠近蛋白酶切割位點處常常帶有數(shù)個極性氨基酸，離切割位點最近的那個氨基酸往往帶有很短的側鏈(Ala或Gly)信號序列的基本作用：1.通過與SRP的識別和結合，引導核糖體與內質網(wǎng)結合2.通過信號序列的疏水性，引導新生肽跨膜轉運SRP & DP信號識別顆粒(signal recognition partical，SRP)：是一種核糖核酸蛋白復合體，它的作用是識別信號序列，并將核糖體引導到內質網(wǎng)上。?？康鞍?docking protein，DP，又稱SRP受體蛋白)：即SRP在內質網(wǎng)膜上的受體蛋白，它能夠與結合有信號序列的SRP牢牢地結合，使它在合成蛋白質的核糖體停靠到內質網(wǎng)上來。信號肽假說(signal hypothesis)：提出：G.Blobel & B.Dobborstein(1975)證明：基因重組實驗核心內容：核糖體同內質網(wǎng)的結合受制于mRNA中特定的密碼序列(可以翻譯成信號肽)，具有這種密碼序列的新生肽才能連同核糖體一起附著到內質網(wǎng)膜的特定部位。已知野生型細胞中，-半乳糖酶定位于胞質內，麥芽糖結合蛋白定位于胞外，麥芽糖運轉蛋白位于外膜內腔。如果把-半乳糖酶羧基端基因片段與麥芽糖運轉蛋白和麥芽糖結合蛋白的氨