基因表達(dá)與蛋白質(zhì)合成

基因轉(zhuǎn)錄與蛋白質(zhì)合成基因轉(zhuǎn)錄DNARNA整體流程轉(zhuǎn)錄區(qū)域啟動子轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)終止子模板鏈編碼鏈轉(zhuǎn)錄RNA啟動子啟動子：是一段位于結(jié)構(gòu)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(zhǔn)確結(jié)合并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性。上游原件-35區(qū)-10區(qū)多種調(diào)控原件CAAT區(qū)TATA區(qū)其中原核生物啟動子區(qū)在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游10bp處有一個(gè)-10區(qū)，是RNA聚合酶的緊密結(jié)合位點(diǎn)，在上游35bp處有-35區(qū)，是RNA聚合酶的σ亞基識別位點(diǎn)并具有高度的親和力。真核生物在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游-30～-25bp有一個(gè)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(yīng)的序列，稱為CAAT區(qū)。原核生物有操縱子結(jié)構(gòu)：操縱子是原核生物進(jìn)行基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要方式，包括：操縱基因、啟動子和結(jié)構(gòu)基因，其中結(jié)構(gòu)基因也就是要表達(dá)的基因，通過啟動子上游阻遏物基因是否表達(dá)產(chǎn)生阻遏物與啟動子區(qū)的阻遏基因結(jié)合來調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，阻遏物基因表達(dá)，產(chǎn)生阻遏蛋白，與啟動子區(qū)的操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因被抑制，不表達(dá)，阻遏物基因不表達(dá)，沒有阻遏蛋白，啟動子區(qū)與RNA聚合酶結(jié)合，轉(zhuǎn)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(jié)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(gè)α亞基、一個(gè)β亞基，一個(gè)β’亞基、一個(gè)ω亞基組成，加上一個(gè)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(jié)構(gòu)與原核生物RNA聚合酶類似。σ亞基RNA聚合酶結(jié)構(gòu)示意圖兩個(gè)α亞基：與核心酶的組裝及啟動子的識別有關(guān)β亞基：有著聚合酶的活性，負(fù)責(zé)催化RNA的合成。β’亞基：與DNA模板結(jié)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(hù)β‘亞基的功能。σ亞基：負(fù)責(zé)模板鏈的選擇和轉(zhuǎn)錄的起始，是核心酶的別構(gòu)效應(yīng)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(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，此時(shí)DNA鏈仍處在雙鏈狀態(tài)，稱為二元封閉復(fù)合物。第二步：轉(zhuǎn)錄起始原核生物形成的起始復(fù)合物比較簡單，是由聚合酶和啟動子直接結(jié)合形成的，而真核生物則較為復(fù)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(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游200bp附近還有增強(qiáng)子序列，能夠強(qiáng)化轉(zhuǎn)錄起始。σ亞基順式作用元件：影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列，啟動子、增強(qiáng)子、沉默子；反式作用因子：和調(diào)控區(qū)序列相結(jié)合或間接影響其作用的蛋白質(zhì)因子，統(tǒng)稱為反式因子。一般為DNA結(jié)合蛋白，核內(nèi)蛋白，可使鄰近基因開放（正調(diào)控）或關(guān)閉（負(fù)調(diào)控）。2、DNA構(gòu)象發(fā)生重大變化，封閉復(fù)合物打開，變成二元

開鏈復(fù)合物。σ亞基3、σ亞基釋放，RNA聚合酶結(jié)合到模板鏈，形成RNA聚合酶、DNA、新生RNA的三元復(fù)合物。新生RNA鏈σ亞基第二步：轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄終止終止位點(diǎn)當(dāng)鏈延伸到轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)時(shí)，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(fù)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(zhuǎn)錄的終止。RNA前體真核生物轉(zhuǎn)錄的終止在3’端加上polyA的尾巴,與轉(zhuǎn)錄終止密切相關(guān)(多聚腺苷酸化)5’3’AAUAAAGAGUAAUAAAGAGUCPSFpolyA合成酶CstFpolyA結(jié)合蛋白AAUAAApolyA合成酶的復(fù)合物多聚腺苷酸化CAAAAAAAAAAAAAAApolyA合成酶復(fù)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(jié)合蛋白。CPSF及CstF會在約AAUAAA序列后35個(gè)核苷GA處啟動切割。polyA合成酶（PAP）會立即展開編寫polyA尾巴，細(xì)胞核內(nèi)的polyA結(jié)合蛋白會立即與新的polyA序列結(jié)合。其中，polyA結(jié)合蛋白作為一種分子標(biāo)尺，界定多聚核苷酸化何時(shí)停止。原核生物轉(zhuǎn)錄的終止依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止ρ因子是由相同的6個(gè)亞基組成六聚體，具有NTP酶活性和解螺旋酶活性，是促使轉(zhuǎn)錄三元復(fù)合物解離的根本原因。依賴ρ因子終止的終止子含有一個(gè)反向重復(fù)序列，使RNA末端形成一個(gè)發(fā)夾結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄延宕，ρ因子得以發(fā)揮作用，終止轉(zhuǎn)錄。依賴ρ因子的轉(zhuǎn)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(gè)有序列或二級結(jié)構(gòu)特異性的位點(diǎn)上，利用ATP水解產(chǎn)生的能量，沿著5’到3’方向朝著轉(zhuǎn)錄泡移動，其運(yùn)動速度比RNA聚合酶快些，當(dāng)RNA聚合遇到終止子而暫停時(shí)，ρ因子追上并取代了暫停在終止位點(diǎn)上的RNA聚合酶，它所具有的RNA-DNA解螺旋活性使轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA從模板上釋放。隨后轉(zhuǎn)錄復(fù)合解體，完成轉(zhuǎn)錄過程。不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止1、終止位點(diǎn)上游一般存在一個(gè)富含GC堿基的二重對稱區(qū)，由這段DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA容易形成

發(fā)卡結(jié)構(gòu)。2、在終止位點(diǎn)前面有一段由4—8個(gè)A組成的序列，

所以轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的3’端為寡聚U，這種結(jié)構(gòu)特征

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

與轉(zhuǎn)錄的終止密切相關(guān)。內(nèi)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(bǔ)的方式識別mRNA前體5’剪接點(diǎn)，由結(jié)合在3’剪接點(diǎn)上游富嘧啶區(qū)的U2AF（U2auxiliaryfactor）識別3’剪接點(diǎn)并引導(dǎo)U2snRNP與分支點(diǎn)相結(jié)合，形成剪接前體。剪接前體進(jìn)一步結(jié)合U4、U5、U6，形成60S的剪接體，進(jìn)行RNA前體分子的剪接。許多相對分子質(zhì)量較小的核內(nèi)RNA（如U1snoRNA、U2、U4、U5和U6）以及與這些RNA相結(jié)合的核蛋白（snRNPs）參與RNA的剪接。內(nèi)含子被剪切，兩個(gè)外顯子通過磷酸二酯鍵相連。RNA的編輯、再編碼和化學(xué)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(dǎo)致DNA所編碼的遺傳信息的改變，經(jīng)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(jìn)行翻譯。RNA的化學(xué)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(xué)修飾，如甲基化、去氨基化、硫代、堿基的同分異構(gòu)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(zhì)合成mRNA蛋白質(zhì)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?！猼RNA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(jié)合，通過SD序列與mRNA模板相結(jié)合。注：SD序列是存在于原核生物起始密碼子上游7-12個(gè)核苷酸處的一個(gè)4-