分子生物學(xué) 第二章

第二章

生物信息的傳遞分子生物學(xué)第二章生物信息的傳遞DNA間的傳遞DNA的復(fù)制DNA到RNA的傳遞轉(zhuǎn)錄與剪接RNA到蛋白質(zhì)間的傳遞

蛋白翻譯與轉(zhuǎn)運(yùn)

細(xì)胞信號(hào)傳遞

分子生物學(xué)第二章第一節(jié)DNA復(fù)制分子生物學(xué)第二章

生命延續(xù)的奧秘--DNA復(fù)制分子生物學(xué)第二章拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)問(wèn)題1953年，Watson&Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)同年，提出復(fù)制的可能方式：

兩條母鏈均可作為模板來(lái)合成新的DNA鏈

半保留復(fù)制DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的難題—拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)問(wèn)題：

復(fù)制時(shí)兩條鏈如何打開(kāi)？

分子生物學(xué)第二章復(fù)制方式的假說(shuō)彌散式復(fù)制半保留復(fù)制全保留復(fù)制

分子生物學(xué)第二章半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證明—Meselson-Stahl實(shí)驗(yàn)在含有15NH4Cl的培養(yǎng)基中培養(yǎng)大腸桿菌將細(xì)菌轉(zhuǎn)移到正常培養(yǎng)基（含14NH4Cl）分別于細(xì)菌分裂一次和兩次后取樣，密度梯度離心

分子生物學(xué)第二章復(fù)制方式的確定分子生物學(xué)第二章拓?fù)洚悩?gòu)酶—解旋酶解決了拓?fù)鋯?wèn)題催化斷裂-再連接反應(yīng)的酶。在DNA分子一條或兩條鏈上形成切口，通過(guò)切口解開(kāi)螺旋。分子生物學(xué)第二章復(fù)制DNA的復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞周期的S期起始延伸終止分子生物學(xué)第二章復(fù)制起始—雙向復(fù)制真核和原核基因組中形成兩個(gè)復(fù)制叉（復(fù)制眼），分別以一條鏈為模板，雙向復(fù)制每條鏈復(fù)制中，DNA合成方向相同：5’到3’兩條鏈復(fù)制行進(jìn)的方向相反分子生物學(xué)第二章大腸桿菌復(fù)制起點(diǎn)復(fù)制起點(diǎn)oriC，長(zhǎng)約254bp2個(gè)重復(fù)基序1）9核苷酸5拷貝DnaA蛋白結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合30個(gè)DnaA2）13核苷酸3拷貝富含AT幾個(gè)解旋相關(guān)蛋白

DnaA,HU,DnaCDnaB解旋酶分子生物學(xué)第二章酵母復(fù)制起點(diǎn)自主復(fù)制序列ARS，不足200bp含四個(gè)具相似序列的亞結(jié)構(gòu)域：

A1+B1起始識(shí)別序列約40bp，為起始識(shí)別復(fù)合物（ORC)結(jié)合部位B2+B3與大腸桿菌復(fù)制起點(diǎn)相似結(jié)合ARS結(jié)合因子（ABF1)分子生物學(xué)第二章復(fù)制延伸在復(fù)制起點(diǎn)形成復(fù)制叉母代雙鏈中一條連續(xù)復(fù)制，稱前導(dǎo)鏈；一條不連續(xù)，稱滯后鏈（半不連續(xù)）DNA聚合酶引物分子生物學(xué)第二章參與DNA復(fù)制的DNA聚合酶細(xì)菌5個(gè)，其中DNA聚合酶III是復(fù)制酶真核生物9個(gè)，其中DNA聚合酶δ是復(fù)制酶分子生物學(xué)第二章后滯鏈非連續(xù)合成合成方向同前導(dǎo)鏈：5’到3’最初形成一些短的片段，稱岡崎片段

分子生物學(xué)第二章引物與引發(fā)酶RNA引物引發(fā)酶合成8-12bp的引物引發(fā)酶不是轉(zhuǎn)錄酶分子生物學(xué)第二章大腸桿菌復(fù)制需要多種蛋白的協(xié)作拓?fù)洚悩?gòu)酶、解旋酶(DnaB)：解旋復(fù)制酶：復(fù)制引發(fā)酶；提供引物單鏈結(jié)合蛋白（SSB)：穩(wěn)定打開(kāi)的雙鏈

連接酶：連接岡崎片段其它蛋白分子生物學(xué)第二章大腸桿菌DNA復(fù)制終止存在終止序列：Tus蛋白識(shí)別位點(diǎn)Tus蛋白的不同結(jié)合方向控制了復(fù)制叉是否能夠通過(guò)分子生物學(xué)第二章DNA復(fù)制的特點(diǎn)半保留復(fù)制---DNA的兩條單鏈分別作為模板復(fù)制與之互補(bǔ)的單鏈;DNA的復(fù)制具有方向性,只能從5’→3’;DNA的兩條單鏈的復(fù)制是非對(duì)稱性的,3’鏈為連續(xù)復(fù)制,5’鏈為間斷復(fù)制;DNA的復(fù)制必需先在復(fù)制起始點(diǎn)合成一段引物.分子生物學(xué)第二章第二節(jié)轉(zhuǎn)錄與剪接分子生物學(xué)第二章細(xì)菌的轉(zhuǎn)錄調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始1）組成型控制：依賴于啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)2）調(diào)節(jié)型控制：操縱子學(xué)說(shuō)，依賴于調(diào)解蛋白水平轉(zhuǎn)錄合成1）延伸階段2）終止階段無(wú)轉(zhuǎn)錄后加工分子生物學(xué)第二章細(xì)菌RNA聚合酶結(jié)構(gòu)：核心酶+σ亞基1）核心酶：α2ββ’2）σ亞基：?jiǎn)?dòng)子特異性結(jié)合分子生物學(xué)第二章細(xì)菌啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)決定轉(zhuǎn)錄的基礎(chǔ)水平細(xì)菌啟動(dòng)子共有序列是可變的1）-10框：T80A95T45A60A50T96

影響啟動(dòng)子復(fù)合物從封閉向開(kāi)放的轉(zhuǎn)換2）-35框：T82T84G78A65C54A45

影響σ亞基識(shí)別，從而影響RNA聚合酶結(jié)合轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近及轉(zhuǎn)錄單位前50個(gè)核苷酸序列影響轉(zhuǎn)錄起始后的延伸不同的基因可能有不同的最有效啟動(dòng)子啟動(dòng)子序列突變可能改變轉(zhuǎn)錄起始的基礎(chǔ)水平分子生物學(xué)第二章不同的σ亞基識(shí)別不同的啟動(dòng)子σ70：標(biāo)準(zhǔn)σ亞基，指導(dǎo)大多數(shù)基因轉(zhuǎn)錄特定條件下其它σ亞基被激活分子生物學(xué)第二章非標(biāo)準(zhǔn)的σ亞基和其識(shí)別序列分子生物學(xué)第二章操縱子及其相關(guān)概念操縱子(operon)，指一組在基因組中彼此相鄰的基因，兩基因頭尾間可能僅隔一兩個(gè)核苷酸。操縱子的所有基因都作為一個(gè)單位表達(dá)。結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)，編碼非調(diào)控因子的基因。調(diào)控基因(regulatorgene)，編碼調(diào)控蛋白（阻抑物）的基因。阻抑物(repressor)，能阻止基因表達(dá)的蛋白質(zhì)，可與操縱基因結(jié)合來(lái)阻止轉(zhuǎn)錄。操縱基因(operator)，位于啟動(dòng)子下游可與阻抑物結(jié)合的DNA元件，當(dāng)與阻抑物結(jié)合后調(diào)節(jié)啟動(dòng)子抑制轉(zhuǎn)錄，常為回文序列。誘導(dǎo)物(inducer)，通過(guò)與阻抑物結(jié)合激活基因轉(zhuǎn)錄的小分子物質(zhì)。分子生物學(xué)第二章乳糖操縱子操縱子：lacI;lacZ+Y+A結(jié)構(gòu)基因:lacZ+Y+A調(diào)控基因:lacI阻抑物:lacI編碼蛋白操縱基因:O啟動(dòng)子：P調(diào)控物：異乳糖分子生物學(xué)第二章乳糖操縱子的調(diào)控分子生物學(xué)第二章輔阻抑物與色氨酸操縱子輔阻抑物(co-repressor)，結(jié)合到阻抑物上來(lái)抑制轉(zhuǎn)錄的小分子。分子生物學(xué)第二章轉(zhuǎn)錄的延伸階段：轉(zhuǎn)錄泡的形成轉(zhuǎn)錄中RNA聚合酶將兩條DNA鏈暫時(shí)分開(kāi)，形成轉(zhuǎn)錄泡，接著使用其中的一條聯(lián)作為模板，指導(dǎo)合成互補(bǔ)的RNA。轉(zhuǎn)錄泡的長(zhǎng)度是12-14bp，其中RNA-DNA雜合鏈的長(zhǎng)度是8-9bp。分子生物學(xué)第二章轉(zhuǎn)錄的終止--兩種終止子（1）內(nèi)源性(固有性)終止子(intrinsicterminator)，在體外沒(méi)有任何其它因子的參與時(shí)，仍能終止轉(zhuǎn)錄的某些位點(diǎn)。特征：1）反向回文序列轉(zhuǎn)錄后形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，在發(fā)夾的基部有GC富含區(qū)；2）轉(zhuǎn)錄單元最末端連續(xù)6個(gè)U殘基。ρ-依賴性終止子(Rhodependentterminator)，需要ρ因子輔助。特征：1）形成發(fā)夾不如內(nèi)源性終止子牢固，但可以使RNA聚合酶暫停；2）ρ因子有解旋酶活性，當(dāng)RNA聚合酶暫停時(shí)，它跟上并打開(kāi)RNA-DNA堿基配對(duì)，釋放出轉(zhuǎn)錄物，終止轉(zhuǎn)錄。分子生物學(xué)第二章轉(zhuǎn)錄的終止--兩種終止子（2）分子生物學(xué)第二章延伸和終止的調(diào)控抗終止，抗終止蛋白結(jié)合到操縱子起始處附近的抗終止位點(diǎn)上，再與RNA聚合酶結(jié)合，使RNA聚合酶通過(guò)終止信號(hào)繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。衰減作用，出現(xiàn)在與氨基酸的生物合成相關(guān)的酶的操縱子，如色氨酸操縱子中。

分子生物學(xué)第二章抗終止分子生物學(xué)第二章色氨酸操縱子的衰減作用分子生物學(xué)第二章色氨酸操縱子的衰減作用轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)與trpE基因間可形成兩個(gè)發(fā)夾：其中小的為終止信號(hào)，而大的更靠近起始點(diǎn)也更穩(wěn)定；兩發(fā)夾環(huán)位置重疊，一次只能形成一個(gè)；RNA聚合酶與RNA轉(zhuǎn)錄物5’端核糖體間相對(duì)位置決定形成哪一個(gè)發(fā)夾環(huán)：

若核糖體暫停，形成大發(fā)夾，繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，并隨即翻譯成蛋白；

核糖體隨RNA聚合酶移動(dòng)，會(huì)占據(jù)形成大發(fā)夾環(huán)莖部的位置，只能形成小發(fā)夾，終止轉(zhuǎn)錄。色氨酸的量可調(diào)節(jié)大小發(fā)夾環(huán)的形成；終止信號(hào)上游有一個(gè)可編碼14個(gè)氨基酸（內(nèi)含兩個(gè)色氨酸）的短O(píng)RF，色氨酸不足時(shí)蛋白質(zhì)合成停止，核糖體暫停，則聚合酶繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，反之則終止。分子生物學(xué)第二章真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始1）激活物2）阻抑物轉(zhuǎn)錄合成1）啟動(dòng)子清除、脫離與加帽反應(yīng)2）延伸因子3）合成終止與多聚腺苷酸化轉(zhuǎn)錄后加工：內(nèi)含子剪接分子生物學(xué)第二章激活物(activator)激活轉(zhuǎn)錄起始的蛋白質(zhì)可能結(jié)合于啟動(dòng)子區(qū)域，影響單個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄，也可能結(jié)合于增強(qiáng)子區(qū)域，影響多個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄可與前起始復(fù)合物相互作用，作用的部位稱為激活域(activationdomain)。激活域的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)包括：1）酸性結(jié)構(gòu)域，富含Asp和Glu2）富含Gln的結(jié)構(gòu)域3）富含Pro的結(jié)構(gòu)域分子生物學(xué)第二章阻抑物對(duì)于真核生物轉(zhuǎn)錄起始，激活物是主體，阻抑物相對(duì)較少大多結(jié)合于上游啟動(dòng)子或沉默子根據(jù)所處環(huán)境不同，一些蛋白可能既有激活作用又有阻抑作用，如NC2對(duì)于有TATA框的啟動(dòng)子起抑制作用，而對(duì)無(wú)TATA框的啟動(dòng)子有激活作用阻抑物可能與前起始復(fù)合物相互作用分子生物學(xué)第二章真核轉(zhuǎn)錄真核與原核RNA聚合酶具有結(jié)構(gòu)上的相似性真核轉(zhuǎn)錄的三個(gè)結(jié)構(gòu)特征：1）5’端加帽2）3’端加尾3）內(nèi)含子剪接合成與加工同時(shí)延伸因子的存在分子生物學(xué)第二章啟動(dòng)子清除、脫離與加帽反應(yīng)啟動(dòng)子清除，前起始復(fù)合物向開(kāi)始合成的復(fù)合體過(guò)渡啟動(dòng)子脫離，聚合酶離開(kāi)啟動(dòng)子，形成轉(zhuǎn)錄物加帽發(fā)生于轉(zhuǎn)錄物達(dá)30bp前。分子生物學(xué)第二章加帽反應(yīng)加一個(gè)G到5’端—鳥(niǎo)苷酸轉(zhuǎn)移酶G甲基化---鳥(niǎo)嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶帽子結(jié)構(gòu)在不同生物中甲基化程度不同。分子生物學(xué)第二章延伸因子真核轉(zhuǎn)錄物更長(zhǎng)，需要延伸因子來(lái)幫助聚合酶以保持轉(zhuǎn)錄復(fù)合物穩(wěn)定分子生物學(xué)第二章合成終止與加尾反應(yīng)Poly(A)聚合酶是加尾酶3’端內(nèi)部切斷，再加尾加尾信號(hào)AATAAA,位于加尾處上游10-30bp切割處為CA，其后有富含GU區(qū)輔助因子：CPSF與CstF加尾與終止同時(shí)分子生物學(xué)第二章內(nèi)含子剪接內(nèi)含子類型GU-AG內(nèi)含子的保守剪接位點(diǎn)序列內(nèi)含子剪接途徑：套索結(jié)構(gòu)剪接裝置的中心是細(xì)胞核小RNA(snRNA)選擇性剪接分子生物學(xué)第二章內(nèi)含子類型分子生物學(xué)第二章GU-AG內(nèi)含子的保守剪接位點(diǎn)序列剪接位點(diǎn)：外顯子—內(nèi)含子交界處序列5’端含GU：5’-AG↓GUAAGU-3’(供體位點(diǎn))3’端含AG：5’-PyPyPyPyPyPyNCAG↓-3’(受體位點(diǎn),Py：C或U)分子生物學(xué)第二章內(nèi)含子剪接途徑—套索結(jié)構(gòu)分支位點(diǎn)，內(nèi)含子內(nèi)部的含A位點(diǎn)，序列在酵母中完全保守為：5’-UACUAAC-3’，在動(dòng)物中為5’-PyNPyPyPuAPy-3’5’剪接位點(diǎn)被剪開(kāi)，內(nèi)含子5’端連接到分支位點(diǎn)A的2’位置，形成套索3’剪接位點(diǎn)被剪開(kāi)，內(nèi)含子以套索形式釋放，左右外顯子相連分子生物學(xué)第二章剪接裝置的中心是細(xì)胞核小RNA(snRNA)剪接裝置/剪接體，參與剪接的非mRNA裝置，包括核小核糖核蛋白snRNP(snRNA+蛋白)和其他相關(guān)蛋白。中心組分：五種snRNA(U1、2、4、5、6)待命復(fù)合體：起始剪接。U1+SF1等前剪接復(fù)合物：與分支位點(diǎn)結(jié)合。待命+U2剪接體：3’剪接點(diǎn)套索。前剪接+U4/5/6分子生物學(xué)第二章選擇性剪接使轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組比基因組更復(fù)雜分子生物學(xué)第二章第三節(jié)

蛋白質(zhì)合成分子生物學(xué)第二章蛋白質(zhì)合成三種RNA1)mRNA：密碼子，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成2)tRNA：反密碼子，識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸3)rRNA：核糖體的主要成分三個(gè)過(guò)程1)翻譯的起始2)肽鏈的延伸3)翻譯的終止分子生物學(xué)第二章mRNA與密碼子mRNA上每3個(gè)核苷酸翻譯成蛋白質(zhì)多肽鏈上的1個(gè)氨基酸，稱為密碼子(codon)。

分子生物學(xué)第二章密碼子特性連續(xù)性：一個(gè)接一個(gè)兼并性：多個(gè)密碼子對(duì)應(yīng)某一個(gè)氨基酸同義密碼子通用性：多物種通用、多細(xì)胞通用、多基因通用特殊密碼子起始密碼子(AUG)，也編碼甲硫氨酸(Met)終止密碼子(UAA,UAG,UGA)

分子生物學(xué)第二章tRNA與反密碼子tRNA三葉草結(jié)構(gòu)受體臂連接氨基酸(氨?；?反密碼子臂與mRNA配對(duì)分子生物學(xué)第二章密碼子—反密碼子相互作用特異性

密碼子與反密碼子配對(duì)擺動(dòng)性

密碼子第三個(gè)核苷酸與反密碼子第一個(gè)核苷酸配對(duì)不嚴(yán)格1)G-U配對(duì)2)反密碼子中第1位的次黃嘌呤(I)可與A、C、U配對(duì)分子生物學(xué)第二章rRNA與核糖體核糖體是把氨基酸組裝成蛋白質(zhì)的工廠rRNA是核糖體的主要成分之一核糖體可以解離成大小兩個(gè)亞基分子生物學(xué)第二章核糖體有三個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn)A位點(diǎn)：新到來(lái)的氨酰tRNA結(jié)合位點(diǎn)P位點(diǎn)：肽酰tRNA結(jié)合位點(diǎn)E位點(diǎn)：去氨酰tRNA釋放位點(diǎn)所以tRNA在核糖體中的移動(dòng)順序是A到P到E（與mRNA方向相同）。分子生物學(xué)第二章翻譯因子參與了蛋白質(zhì)的合成起始因子：細(xì)菌IF；真核eIF延伸因子：細(xì)菌EF;真核eEF釋放因子：細(xì)菌RF；真核eRF核糖體再循環(huán)因子：細(xì)菌RRF分子生物學(xué)第二章翻譯起始細(xì)菌和真核生物翻譯方式上的主要差別階段細(xì)菌：翻譯起始復(fù)合體直接建立在起始密碼子上mRNA序列上有核糖體結(jié)合位點(diǎn)真核：間接定位起始位點(diǎn)需要帽子結(jié)構(gòu)和polyA尾介導(dǎo)

分子生物學(xué)第二章細(xì)菌SD序列細(xì)菌mRNA中核糖體結(jié)合位點(diǎn)，與核糖體16SrRNA結(jié)合位于起始密碼子上游3-10核苷酸之間分子生物學(xué)第二章細(xì)菌翻譯起始分子生物學(xué)第二章真核生物翻譯起始前起始復(fù)合體組裝前起始復(fù)合體：40S亞基+起始tRNA+起始因子帽結(jié)合復(fù)合體（起始因子）使前起始復(fù)合體結(jié)合于mRNA5’端polyA結(jié)合蛋白（PAB)與帽結(jié)合復(fù)合體一起時(shí)前起始復(fù)合體結(jié)合于mRNA5’端分子生物學(xué)第二章真核生物翻譯起始分子生物學(xué)第二章翻譯延伸氨酰tRNA結(jié)合到A位（氨酰tRNA*EF-Tu*GTP復(fù)合體)與P位氨基酸形成肽鍵易位（EF-G*GTP)脫?；痶RNA，EF-G，GDP釋放分子生物學(xué)第二章翻譯終止終止反應(yīng)本身需要從最后一個(gè)肽酰-tRNA上釋放肽鏈終止后反應(yīng)需要釋放tRNA和mRNA，并解聚核糖體

分子生物學(xué)第二章第三節(jié)

蛋白質(zhì)的加工與命運(yùn)分子生物學(xué)第二章蛋白質(zhì)加工折疊，需要分子伴侶水解，

蛋白酶前肽的剪切

信號(hào)肽切除

多蛋白水解加工化學(xué)修飾低等生物內(nèi)含肽剪切分子生物學(xué)第二章蛋白質(zhì)折疊：正確的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的變性(去折疊、不正確折疊)與復(fù)性(正確折疊)某些小分子蛋白當(dāng)去除變性劑時(shí)具有自動(dòng)折疊的能力分子生物學(xué)第二章大分子蛋白質(zhì)常常不能自發(fā)折疊當(dāng)變性劑去除后，這些蛋白具有形成不溶性聚合體的趨勢(shì)。這是因?yàn)樵谝话阏郫B途徑的第一步，多肽試圖避免其疏水集團(tuán)與水接觸，這時(shí)多肽會(huì)形成相互糾纏的網(wǎng)絡(luò)。大蛋白傾向于陷入無(wú)效的折疊支路中，即形成不正確折疊的可能更大，且所形成的不正確折疊太過(guò)穩(wěn)定。