B細(xì)胞核與遺傳信息的流向課件

第五章細(xì)胞核與遺傳信息的流向PartB逆轉(zhuǎn)錄第五節(jié)基因與基因轉(zhuǎn)錄DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制基因(gene)：

是細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)最小的結(jié)構(gòu)功能單位，是DNA分子中含有特定遺傳信息的核苷酸序列?；虮磉_(dá)：DNA序列所攜帶的遺傳信息，通過轉(zhuǎn)錄和翻譯形成具有生物活性的蛋白質(zhì)的過程。一、原核細(xì)胞基因的結(jié)構(gòu)以大腸桿菌基因組為例DNA分子：擬核中的雙股環(huán)狀DNA，分子量2.4×109，長4×106bp

，約含3000～4000個(gè)基因。質(zhì)粒：環(huán)狀DNA，帶有少量基因，如對抗菌素、重金屬有抗性的基因。絕大部分是編碼序列。結(jié)構(gòu)基因（structuralgene)：編碼蛋白質(zhì)或酶的基因大腸桿菌乳糖代謝有關(guān)的

三個(gè)結(jié)構(gòu)基因Z:β-半乳糖苷酶Y：β-半乳糖苷透性酶A：β-半乳糖苷乙酰化酶編碼這三個(gè)酶的結(jié)構(gòu)基因相鄰排列。二、原核細(xì)胞基因的轉(zhuǎn)錄

對于任一個(gè)特定的基因，DNA雙鏈分子中只有一條鏈帶有遺傳信息，稱為編碼鏈(codingstrand)，與之互補(bǔ)的稱為反編碼鏈(anticodingstrand)。轉(zhuǎn)錄(transcription)：在RNA聚合酶的催化下，以DNA的反編碼鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對原則，以四種rNTPs為原料合成RNA的過程。編碼鏈：5'-ATGAAACGAGTCTTATGA-3'反編碼鏈：mRNA：3'-TACTTTGCTCAGAATACT-5'5'-AUGAAACGAGUCUUAUGA

-3'σ因子（起始因子）：識別原核細(xì)胞結(jié)構(gòu)基因上游的啟動(dòng)子，負(fù)責(zé)RNA合成的起始。核心酶：α2ββ’四個(gè)亞基，核心酶能夠催化轉(zhuǎn)錄RNA，核心酶與σ因子相結(jié)合成為全酶RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄過程示意圖RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合轉(zhuǎn)錄的起始RNA鏈的延長轉(zhuǎn)錄的終止轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄后的加工原核細(xì)胞mRNA一般不需要經(jīng)過加工，轉(zhuǎn)錄之后即為有功能的mRNA。tRNA分子的加工切除3’端的附加序列在3’末端加上CCA三個(gè)核苷酸酶促修飾成稀有堿基，如假尿嘧啶(二)原核細(xì)胞基因表達(dá)的調(diào)控基因表達(dá)：遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄和翻譯合成特定蛋白質(zhì)的過程大多數(shù)基因表達(dá)的調(diào)控是在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行的關(guān)于原核細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)控的學(xué)說，即操縱子學(xué)說。法國巴斯德研究所著名分子生物學(xué)家Jacob和Monod對大腸桿菌中β-半乳糖苷酶合成的調(diào)節(jié)進(jìn)行了研究，1961年首先提出了操縱子和操縱基因的概念及乳糖操縱子模型。因而獲諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎(jiǎng)。操縱子學(xué)說操縱基因（operatorgene）：位于結(jié)構(gòu)基因的上游的一段核苷酸序列，有控制結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。啟動(dòng)子（promoter）:位于操縱基因上游的一段特殊的核苷酸序列，是RNA聚合酶的識別和結(jié)合部位。調(diào)節(jié)基因（regulatorgene）：編碼某種調(diào)節(jié)蛋白（阻遏蛋白），調(diào)節(jié)操縱子的活動(dòng)。負(fù)調(diào)節(jié)：阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合后對于結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄起阻止作用，這種調(diào)節(jié)方式稱為負(fù)調(diào)節(jié)。正調(diào)節(jié)：代謝物激活蛋白（cataboliteactivatorprotein,CAP）與啟動(dòng)子結(jié)合后可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄活動(dòng)，這種調(diào)節(jié)方式稱為正調(diào)節(jié)三、真核細(xì)胞基因組的特點(diǎn)①真核細(xì)胞基因組龐大，存在著許多重復(fù)序列。②基因多為斷裂基因。斷裂基因（splitgene）：大部分基因含有非編碼序列，即基因中的編碼序列是不連續(xù)的。③存在多基因家族。DNA重復(fù)序列(repetitivesequence)單一序列中度重復(fù)順序高度重復(fù)順序：

（一）真核細(xì)胞基因組的特點(diǎn)多基因家族

概念：一組功能類似、其核苷酸序列具有同源性的基因。經(jīng)過重復(fù)和變異所產(chǎn)生的一組基因。分類：1.基因家族成簇地分布在某一條染色體上2．一個(gè)基因家族的不同成員成簇地分布不同染色體上真核細(xì)胞基因組的特點(diǎn)斷裂基因真核細(xì)胞的大部分基因中含有非編碼序列，即基因中的編碼序列是不連續(xù)的，稱為斷裂基因(splitgene)。真核細(xì)胞基因組的特點(diǎn)真核細(xì)胞基因的種類：結(jié)構(gòu)基因45srRNA基因5srRNA基因tRNA基因等3．增強(qiáng)子(enhancer)：增強(qiáng)子是基因中的一個(gè)調(diào)節(jié)序列存在部位：位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游或下游，也可位于內(nèi)含子。功能：能增強(qiáng)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄活性4．終止子：結(jié)構(gòu)基因末端具有回文結(jié)構(gòu)有一段堿基序列，作用：具有終止轉(zhuǎn)錄的作用（二）真核基因的轉(zhuǎn)錄與加工

不均一核RNA（heterogeneousnuclearRNA，hnRNA）：

結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的初級產(chǎn)物分子量大小各不相同的各種前體RNA，存在于細(xì)胞核內(nèi)。剪接： 將DNA基因中非編碼順序(如內(nèi)含子)轉(zhuǎn)錄的部分剪掉，然后將DNA基因中編碼順序(外顯子)拼接起來。戴帽： 對mRNA的5’端進(jìn)行化學(xué)修飾。即在mRNA的5’端第一個(gè)核苷酸前方接上一個(gè)7甲基鳥嘌呤三磷酸（m7G）的結(jié)構(gòu)。作用：①提供核糖體所識別的標(biāo)志；②封閉mRNA5’端的作用、防止被磷酸酶水解，對mRNA起保護(hù)作用加尾：

由多聚腺苷酸聚合酶催化，在mRNA3’端加上50～250個(gè)腺苷酸殘基，形成多聚腺苷酸(稱polyA)的尾巴。加尾可防止被磷酸酶水解，能延長mRNA的壽命。結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄加工過程：結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄后形成前體RNA對hnRNA進(jìn)行剪切．拼接，形成mRNA對mRNA的5’端化學(xué)修飾“戴帽”對mRNA3’端化學(xué)修飾“加尾”成熟mRNA遺傳密碼

Allthetripletcodonshavemeaning:61representaminoacids,and3causetermination(STOP).

遺傳信息翻譯遺傳密碼的三個(gè)特點(diǎn)：通用型；簡并性；閱讀的無間隔性(1)遺傳密碼是三聯(lián)體密碼。(2)遺傳密碼無逗號。(3)遺傳密碼是不重迭的。(4)遺傳密碼具有通用性。(5)遺傳密碼具有簡并性(degeneracy(synonyms)。(6)密碼子有起始密碼子和終止密碼子。(7)反密碼子中的“擺動(dòng)”（wobble）Wobblehypothesis

accountsfortheabilityofatRNAtorecognizemorethanonecodonbyunusual(non-GC,non-AT)pairingwiththethirdbaseofacodon.

Codon-anticodonrecognitioninvolveswobbling密碼子與反密碼子配對的擺動(dòng)假說第三節(jié)tRNA的結(jié)構(gòu)和功能

一.tRNA的結(jié)構(gòu)（一）三葉草型的二維結(jié)構(gòu)(1)各種tRNA均含有70~80個(gè)堿基，其中22個(gè)堿基是恒定的。(2)5’端和3’端配對（常為7bp）形成莖區(qū)，稱為受體臂（acceptorarm）或稱氨基酸臂。在3’端永遠(yuǎn)是4個(gè)堿基（XCCA）的單鏈區(qū)，在其末端有2’-OH或3’-OH，是被氨基?；稽c(diǎn)。此臂負(fù)責(zé)攜帶特異的氨基酸。

（3）TψC常由5bp的莖和7Nt和環(huán)組成。此臂負(fù)責(zé)和核糖體上的rRNA識別結(jié)合；(4)反密碼子臂(anticodonarm)常由5bp的莖區(qū)和7Nt的環(huán)區(qū)組成，它負(fù)責(zé)對密碼子的識別與配對。(5)D環(huán)(Darm)的莖區(qū)長度常為4bp，也稱雙氫尿嘧啶環(huán)。負(fù)責(zé)和氨基酰tRNA聚合酶結(jié)合;(6)額外環(huán)(extraarm)可變性大，從4Nt到21Nt不等，其功能是在tRNA的L型三維結(jié)構(gòu)中負(fù)責(zé)連接兩個(gè)區(qū)域（D環(huán)－反密碼子環(huán)和TψC-受體臂）。轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控一．順式作用元件和反式作用因子元件：順式作用因子元件：(1)核心啟動(dòng)子成分，如TATA框；(2)上游啟動(dòng)子分，如CAAT框,GC框;(3)遠(yuǎn)上游順序：如增強(qiáng)子，減弱子、靜息子,酵母的UAS

（upstreamactivatorsequences）等。

反式作用因子可以分為3類；(1)

通用反式作用因子，，主要識別啟動(dòng)子的核心啟動(dòng)成分，如TBP；（2）特殊組織與細(xì)胞中的反式作用因子，如淋巴細(xì)胞中的Oct-2；（3）和反應(yīng)性元件（responseelenents）相結(jié)合的反式作用因子。如HSE（熱休克反應(yīng)元件，heatshockresponseelement），GRE（糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件glucocorticoidresponseelement）；MRE（金屬反應(yīng)元件，metalresponseelement）；

TRE（腫瘤誘導(dǎo)劑反應(yīng)元件，tumorgenicagentresponseelement);(一)蛋白質(zhì)直接和DNA結(jié)合1.

螺旋轉(zhuǎn)角螺旋（Helix-turn-helix,

HTH）：如LacO的R蛋白，λ的CI，Cro蛋白，涉及酵母交配型的a1和a2蛋白。真核生物中的Oct-1和Oct-2；2.鋅指結(jié)構(gòu)（zincfimger）單個(gè)的鋅指保守序列是：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X2-HisⅠ型:2Cys/2His:TFIIIA,SP1Ⅱ型:2cys/2cys:GAL4

3.亮氨酸拉鏈（Leucineziipper）同二聚體（honwdimers）異二聚體（hefercdimers）C-Jun,C-Fos,Myc,4.