基因信息的傳遞與蛋白質合成

關于基因信息的傳遞與蛋白質合成

學習目的與要求掌握基因的概念及結構特點，轉錄和翻譯的基本過程。掌握乳糖操縱子的調控方式及真核生物基因調控的特點。熟悉轉錄和翻譯后的加工和修飾過程。了解基因信息傳遞與醫(yī)學的關系。第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)中英文退出第四節(jié)第五節(jié)第2頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)基因及其結構一、基因及其信息流向二、基因的結構及特點

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第3頁,共119頁，2024年2月25日，星期天一、基因及其信息流向(一)基因

基因（gene）：是細胞內遺傳物質的最小功能單位，是負載有特定遺傳信息的DNA片段。結構基因（structuralgene）：編碼非調控因子的任何蛋

白質和RNA的基因。調控基因（regulatorygene）：編碼調節(jié)其他基因表達的

蛋白質或RNA的基因。人類基因組約有3.0×109bp，2~3萬個基因。

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第4頁,共119頁，2024年2月25日，星期天一、基因及其信息流向(一)基因

基因組（genome）：指細胞或生物體的一套完整的單倍體遺傳物質，是所有染色體上全部基因和基因間的DNA的總和，它含有一個生物體進行各種生命活動所需要的全部遺傳信息。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第5頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)中心法則

遺傳信息從DNA到RNA再到蛋白質的流動，稱為分子生物學的中心法則（centraldogma）。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁一、基因及其信息流向第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第6頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)中心法則

中心法則包括：DNA復制：遺傳信息由親代DNA分子傳給子代DNA。RNA轉錄（transcription）：以DNA為模板合成RNA。蛋白質翻譯（translation）：RNA（mRNA）指導合成蛋白質的過程。補充：RNADNA逆轉錄酶TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁一、基因及其信息流向第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第7頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)中心法則

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁一、基因及其信息流向第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第8頁,共119頁，2024年2月25日，星期天二、基因的結構及特點(一)原核細胞的基因結構特點編碼區(qū)（codingregion）：能夠轉錄為相應的mRNA，進而指導蛋白質合成的基因區(qū)段在原核細胞中是連續(xù)的，功能相關的結構基因串聯(lián)排列。非編碼區(qū)（non-codingregion）：占整個基因組小部分，不能轉錄為mRNA、編碼蛋白質的區(qū)段由編碼區(qū)上游和下游的DNA序列組成。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第9頁,共119頁，2024年2月25日，星期天啟動子（promoter）：位于結構基因上游，包含轉錄起始點和RNA聚合酶識別及結合的部位。起始點：DNA模板鏈上開始進行轉錄作用的位點。

識別部位：RNA聚合酶的σ因子識別DNA分子的部位，中心位于-35區(qū)，共有序列是5′-TTGACA-3′。結合部位：在DNA分子上與RNA聚合酶核心酶緊密結合的序列，中心位于-10區(qū)，共同序列為5′-TATAAT-3′，又稱為Pribnow盒（pribnowbox）。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁二、基因的結構及特點(一)原核細胞的基因結構特點第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第10頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)真核細胞的基因結構特點

由編碼區(qū)和非編碼區(qū)兩部分組成，編碼區(qū)是不連續(xù)的，被非編碼區(qū)所隔斷，因而真核細胞基因也稱為斷裂基因。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁二、基因的結構及特點第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第11頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)真核細胞的基因結構特點

1.斷裂基因(splitgene)：由若干內含子和外顯子構成的不連續(xù)鑲嵌結構的結構基因。⑴內含子(intron)：指插入在結構基因內部能夠被轉錄，但不能指導蛋白質生物合成的非編碼順序。GT-AG法則：在內含子的5’端多以GT開始，3’端多以AG結束，是普遍存在于真核細胞基因中RNA剪接的識別信號。

⑵外顯子(exon)：指在結構基因中能夠被轉錄，并能指導蛋白質生物合成的編碼順序。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁二、基因的結構及特點第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第12頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

內含子的發(fā)現A.電鏡圖片B.根據電鏡結果繪制的模式圖TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第13頁,共119頁，2024年2月25日，星期天⑶啟動子真核生物啟動子由TATA盒及其上游的CAAT盒和/或GC盒組成。TATA盒（TATAbox）：在轉錄起始位點上游-25～-35bp區(qū)段，是以TATA為核心的序列，RNA聚合酶及其他蛋白質因子的結合位點。CAAT盒（CAATbox）：-70～-80bp區(qū)含有CCAAT序列。GC盒（GCbox）：-80～-110bp區(qū)含有GGGCGG序列。位于TATA盒的上游，蛋白質轉錄因子的結合位點，控制轉錄的起始頻率TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(二)真核細胞的基因結構特點

二、基因的結構及特點第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第14頁,共119頁，2024年2月25日，星期天⑷終止子（terminator）存在于基因末端具有轉錄終止功能的特定順序。轉錄后形成發(fā)夾結構，使RNA聚合酶從模板上脫離，

終止轉錄。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(二)真核細胞的基因結構特點

二、基因的結構及特點第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第15頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.基因家族（genefamily）真核細胞基因組中來源相同、結構相似、功能相關的一組基因，是由一個祖先基因經重復和變異形成的，是真核細胞基因結構最顯著的特征之一。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(二)真核細胞的基因結構特點

二、基因的結構及特點第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第16頁,共119頁，2024年2月25日，星期天基因家族可分為二類：基因家族的成員成簇存在，串聯(lián)排列于特殊的染色體區(qū)段上，形成基因簇（genecluster），可同時轉錄，合成功能相關或相同的產物，如組蛋白、rRNA基因家族；基因家族成員分散存在，廣泛分布于整個染色體，甚至可存在于不同的染色體上，如干擾素、珠蛋白等基因家族。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(二)真核細胞的基因結構特點

二、基因的結構及特點第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第17頁,共119頁，2024年2月25日，星期天3.DNA重復序列單一序列（uniquesequence）：基因組中，編碼蛋白質的基因只有一個或幾個拷貝。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(二)真核細胞的基因結構特點

二、基因的結構及特點第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第18頁,共119頁，2024年2月25日，星期天DNA重復序列（repetitivesequence）：基因組中，編碼蛋白質的基因有多個拷貝。中度重復序列（middlerepetitivesequence）：由相對較短的序列組成，重復次數在10～1000之間，屬非編碼序列，散在分布于基因組中，與基因調控有關。高度重復序列（highlyrepetitivesequence）：由基因組中非常短的序列（一般小于100bp）組成，在基因組中的重復次數在幾千次以上，常成簇分布于染色體著絲粒區(qū)及染色體的端部，可能與基因表達調控及染色體結構維持有關。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(二)真核細胞的基因結構特點

二、基因的結構及特點第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第19頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)基因轉錄和轉錄后加工一、基因轉錄的一般特點二、原核細胞的基因轉錄三、真核細胞的基因轉錄和轉錄后加工

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第20頁,共119頁，2024年2月25日，星期天基因轉錄：是遺傳信息從DNA流向RNA的過程，即將DNA分子上的核苷酸序列轉變?yōu)镽NA分子上核苷酸序列的過程。轉錄的本質：是一個以DNA雙螺旋鏈中反義鏈為模板，以四種核苷三磷酸ATP、GTP、CTP、UTP為原料，在RNA聚合酶作用下，遵循堿基互補配對原則，合成RNA的過程。一﹑基因轉錄的一般特點TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第21頁,共119頁，2024年2月25日，星期天模板鏈（templatestrand）或反義鏈（antisensestrand）：在雙鏈DNA中，作為轉錄模板的鏈，與mRNA互補。編碼鏈（codingstrand）或有意義鏈（sensestrand）：與模板鏈互補的另一條鏈，與轉錄產物的序列相同。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁一﹑基因轉錄的一般特點第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第22頁,共119頁，2024年2月25日，星期天TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁一﹑基因轉錄的一般特點第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第23頁,共119頁，2024年2月25日，星期天二、原核細胞的基因轉錄(一)原核細胞基因轉錄的主要因子2.ρ因子是一種蛋白質，識別基因末端終止信號，使轉錄終止。1.RNA聚合酶原核細胞只有一種RNA聚合酶。α——決定轉錄特異性β——與核苷三磷酸結合β'——與DNA模板結合σ——識別基因上游啟動子，啟動基因轉錄全酶核心酶TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第24頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)原核細胞基因轉錄的基本過程1.起始階段轉錄起始的關鍵是RNA聚合酶的σ亞基識別基因上游的啟動子，使全酶與啟動子結合形成復合體。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁二、原核細胞的基因轉錄第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第25頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)原核細胞基因轉錄的基本過程1.起始階段

轉錄的起始TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁二、原核細胞的基因轉錄第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第26頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.延長階段核心酶沿模板鏈3’→5’方向移動，RNA鏈以5’→3’方向延長。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(二)原核細胞基因轉錄的基本過程二、原核細胞的基因轉錄第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第27頁,共119頁，2024年2月25日，星期天3.終止階段當RNA聚合酶移動至轉錄終止序列，轉錄終止。

ρ因子依賴性終止：ρ因子在轉錄終止點與RNA聚合酶結合，使RNA鏈脫離。ρ因子非依賴性終止：新合成RNA鏈形成局部發(fā)夾結構，導致酶-模板結合方式的改變，RNA從模板脫離。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(二)原核細胞基因轉錄的基本過程二、原核細胞的基因轉錄第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第28頁,共119頁，2024年2月25日，星期天4.轉錄后加工mRNA：不需要加工，合成后即可作為模板參與蛋白質合成tRNArRNA需要進一步剪切修飾才能成為具有生物功能的成熟分子TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(二)原核細胞基因轉錄的基本過程二、原核細胞的基因轉錄第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第29頁,共119頁，2024年2月25日，星期天三、真核細胞的基因轉錄和轉錄后加工真核生物的轉錄同樣可分為起始、延長和終止3個階段。與原核生物相比，真核生物轉錄的主要特點是：有多種RNA聚合酶分別合成不同類別的RNA；有多種類型的啟動子為不同的RNA聚合酶所用；有多種轉錄因子（transcriptionfactor）；真核生物于轉錄時或轉錄后有廣泛的RNA加工。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第30頁,共119頁，2024年2月25日，星期天真核細胞中含有多種RNA聚合酶，它們專一性地轉錄不同基因而生成各不相同的產物。真核生物的RNA聚合酶TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三、真核細胞的基因轉錄和轉錄后加工第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第31頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(一)真核細胞mRNA合成和加工1.mRNA合成mRNA是RNA中唯一具有編碼蛋白質功能的RNA分子。由RNA聚合酶Ⅱ催化

通用轉錄因子（generaltranscriptionfactor）參與

形成轉錄起始復合物。mRNA的初級轉錄本大小各不相同，被稱為不均一核RNA（heterogeneousnuclearRNA，hnRNA）。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三、真核細胞的基因轉錄和轉錄后加工第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第32頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(一)真核細胞mRNA合成和加工TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三、真核細胞的基因轉錄和轉錄后加工第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第33頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.mRNA加工⑴戴帽：

5’末端加上7-甲基鳥嘌呤三磷酸（m7Gppp）的帽子結構。被核糖體小亞基識別，有利于mRNA最初翻譯的

準確性；防止被核酸酶水解，增強mRNA的穩(wěn)定性。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(一)真核細胞mRNA合成和加工三、真核細胞的基因轉錄和轉錄后加工第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第34頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.mRNA加工⑵加尾：3’末端加上由200～250個腺苷酸組成的多聚腺苷酸（poly-A）的尾巴?？墒筸RNA3’端穩(wěn)定，防止被核酸酶水解；有利于mRNA由細胞核到細胞質的轉運。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(一)真核細胞mRNA合成和加工三、真核細胞的基因轉錄和轉錄后加工第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第35頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.mRNA加工⑶剪接：是將RNA前體分子中內含子切除，將外顯子拼接的過程。完成hnRNA剪接需要有三個必需的序列：5’GU序列，3’AG序列和分支點。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(一)真核細胞mRNA合成和加工三、真核細胞的基因轉錄和轉錄后加工第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第36頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.mRNA加工mRNA前體的剪接是通過剪接體（spliceosome）完成的。剪接體組成：核糖核蛋白顆粒（smallnuclearribonucleoproteinparticle，snRNP）。snRNP小核RNA（snRNA）蛋白質TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(一)真核細胞mRNA合成和加工三、真核細胞的基因轉錄和轉錄后加工第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第37頁,共119頁，2024年2月25日，星期天真核細胞mRNA前體的剪接過程TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第38頁,共119頁，2024年2月25日，星期天真核細胞RNA的轉錄后加工

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第39頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)rRNA分子的合成后加工rRNA基因為多拷貝基因，串聯(lián)排列于特定的核仁染色質區(qū)段。在RNA聚合酶Ⅰ催化下轉錄形成原始rRNA前體——45SrRNA，最終剪切為28S、18S和5.8SrRNA。rRNA的剪接不需要任何蛋白質的參與即可發(fā)生，進行的是自身剪接。rRNA前體的加工發(fā)生在核仁中，最終裝配成核糖體的大、小亞基。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三、真核細胞的基因錄和轉錄后加工第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第40頁,共119頁，2024年2月25日，星期天45SrRNA的剪接加工

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第41頁,共119頁，2024年2月25日，星期天真核細胞tRNA的基因，成簇存在并被間隔區(qū)分開，在RNA聚合酶Ⅲ的作用下被轉錄為tRNA前體。(三)tRNA的轉錄后加工1.tRNA前體的剪接tRNA前體的5’末端和反密碼環(huán)的區(qū)域被部分切除并拼接形成成熟的tRNA。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三、真核細胞的基因錄和轉錄后加工第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第42頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(三)tRNA的轉錄后加工2.tRNA前體的化學修飾

通過化學修飾形成稀有堿基。常見的堿基修飾有：還原反應；轉位反應；脫氨反應；甲基化反應。3.3'端加上CCA

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三、真核細胞的基因錄和轉錄后加工第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第43頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(四)5SrRNA的合成加工5SrRNA是一類特殊的rRNA分子，由核仁外的基因編碼；5SrDNA為串聯(lián)排列的多拷貝基因；在RNA聚合酶III的作用下，5SrDNA轉錄為5SrRNA，無需剪切加工，即可轉運至核仁，直接參與核糖體大亞基的組裝。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三、真核細胞的基因錄和轉錄后加工第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第44頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)蛋白質的生物合成一﹑遺傳信息翻譯的基本原理二﹑蛋白質合成的場所——核糖體三﹑蛋白質合成的一般過程四、肽鏈合成后的加工修飾五、蛋白質的降解TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第45頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)蛋白質的生物合成生物體內蛋白質的合成稱為翻譯，是以mRNA為模板，指導特定的氨基酸序列合成的過程。

參與翻譯的生物大分子包括核糖體、mRNA、tRNA及多種蛋白質因子。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第46頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(一)mRNA攜帶指導蛋白質合成的遺傳密碼遺傳密碼（geneticcode）：mRNA上的堿基排列順序。在mRNA鏈上3個相鄰的堿基可以決定一個特定的氨基酸，這種核苷酸三聯(lián)體被稱為密碼子（codon）。一、遺傳信息翻譯的基本原理TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第47頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(一)mRNA攜帶指導蛋白質合成的遺傳密碼遺傳密碼特點：一、遺傳信息翻譯的基本原理通用性（universal）：從原核生物到真核生物，幾乎所有生物體中的遺傳密碼都是通用的。簡并性（degeneracy）：多個密碼子決定同一氨基酸。連續(xù)性（commaless）：在翻譯過程中，遺傳密碼的閱讀是連續(xù)的。方向性（direction）：mRNA中密碼子的閱讀方向為5’→3’。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第48頁,共119頁，2024年2月25日，星期天遺傳密碼表TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第49頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)tRNA既能識別mRNA上的密碼子又能攜帶特定的氨基酸t(yī)RNA識別mRNA上的密碼子：反密碼子（anticodon）的堿基互補配對作用。tRNA攜帶特定氨基酸：氨酰-tRNA合成酶催化。氨基酸的活化：氨基酸與ATP在氨酰-tRNA合成酶作用下形成氨酰-AMP。氨基酸與tRNA的連接：活化氨基酸的氨?；晦D移至tRNA分子上形成氨酰-tRNA（aminoacyl-tRNA）并釋放AMP。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁一、遺傳信息翻譯的基本原理第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第50頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)tRNA既能識別mRNA上的密碼子又能攜帶特定的氨基酸擺動性（wobble）：密碼子的前兩位堿基在和反密碼子配對時，遵循正常的堿基互補配對原則，而第三位堿基的配對具有一定的靈活性。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁一、遺傳信息翻譯的基本原理第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第51頁,共119頁，2024年2月25日，星期天tRNA轉運氨基酸機制示意圖

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第52頁,共119頁，2024年2月25日，星期天二﹑蛋白質合成的場所——核糖體核糖體是合成蛋白質的機器，其功能是按照mRNA的指令由氨基酸合成蛋白質。(一)核糖體是由rRNA和蛋白質組成的大分子復合物TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第53頁,共119頁，2024年2月25日，星期天核糖體立體結構模型

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第54頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)核糖體是蛋白質合成的場所1.mRNA結合位點位于核糖體小亞基。原核生物30S小亞基通過16SrRNA的3’端與mRNA5’端起始密碼子上游SD序列（Shine-Dalgarnosequence）配對結合。真核生物中，核糖體40S小亞基識別mRNA的帽子結構，使mRNA與核糖體結合。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁二﹑蛋白質合成的場所——核糖體第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第55頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)核糖體是蛋白質合成的場所2.P位（peptidyl-tRNAsite）起始氨酰-tRNA和肽酰-tRNA結合的位置。3.A位（aminoacylsite）氨酰tRNA結合的位置。4.轉肽酶（transpeptidase）活性部位位于P位和A位的連接處，催化肽鍵的形成。5.參與蛋白質合成的因子的結合部位TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁二﹑蛋白質合成的場所——核糖體第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第56頁,共119頁，2024年2月25日，星期天核糖體上的主要功能位點TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第57頁,共119頁，2024年2月25日，星期天三﹑蛋白質合成的一般過程蛋白質生物合成可分為五個階段：氨基酸的活化；多肽鏈合成的起始；肽鏈的延長；肽鏈的終止和釋放；蛋白質合成后的加工修飾。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第58頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

(一)氨基酸活化是蛋白質生物合成的預備階段氨基酸+tRNA+ATP氨基酰tRNA+AMP+PPi氨基酰-tRNA合成酶TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三﹑蛋白質合成的一般過程第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第59頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

(二)起始復合物是翻譯起始階段的“蛋白質裝配機”起始階段：指大亞基、小亞基、mRNA和具有啟動作用的起始氨基酰-tRNA裝配為起始復合物的過程。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三﹑蛋白質合成的一般過程第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第60頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

大腸桿菌細胞翻譯起始復合物的形成大腸桿菌細胞翻譯起始復合物形成的過程：核糖體30S小亞基附著于mRNA起始信號部位。30S前起始復合物的形成。70S起始復合物的形成。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第61頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(三)肽鏈延長是多因子參與的核糖體循環(huán)過程

核糖體循環(huán)（ribosomecirculation）：肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)循環(huán)進行，每經過一個循環(huán)肽鏈增加一個氨基酸。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三﹑蛋白質合成的一般過程第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第62頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(三)肽鏈延長是多因子參與的核糖體循環(huán)過程

核糖體循環(huán)包括三個步驟：進位（registration）：特異的氨酰-tRNA進入A位。成肽（peptideformation）：P位上的氨基酸連接到A位氨基酸的氨基，形成肽鍵。轉位（translocation）：核糖體沿mRNA5’端向3’端移動一個密碼子距離。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三﹑蛋白質合成的一般過程第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第63頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(三)肽鏈延長是多因子

參與的核糖體循環(huán)過程

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三﹑蛋白質合成的一般過程第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第64頁,共119頁，2024年2月25日，星期天

肽鏈合成的終止過程(四)肽鏈合成終止過程1.終止密碼的辨認當A位上出現終止密碼時，釋放因子識別并結合到A位上。2.肽鏈和mRNA等從核糖體上釋出3.核糖體大小亞基解聚TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三﹑蛋白質合成的一般過程第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第65頁,共119頁，2024年2月25日，星期天多聚核糖體（polyribosome）：

多個核糖體結合到一個mRNA分子上，成串排列，形成蛋白質合成的功能單位。多聚核糖體可以在一條mRNA鏈上同時合成多條相同的多肽鏈，大大提高了翻譯的效率。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第66頁,共119頁，2024年2月25日，星期天四、肽鏈合成后的加工修飾(一)一級結構的修飾改變了多肽鏈氨基酸的性質和組成肽鏈氨基端的修飾N-甲酰甲硫氨酸或甲硫氨酸的去除：甲?；浢摷柞；杆?，甲硫氨酸或者氨基端的一些氨基酸殘基由氨肽酶水解。新生多肽鏈不具有生物活性，需經過化學修飾和加工處理才能形成具有天然構象和生物學活性的功能蛋白。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第67頁,共119頁，2024年2月25日，星期天四、肽鏈合成后的加工修飾(一)一級結構的修飾改變了多肽鏈氨基酸的性質和組成2.共價修飾：磷酸化、糖基化、羥基化、甲基化、乙

?；投蜴I形成等。3.多肽鏈的水解修飾前體蛋白水解產生活性蛋白；多肽鏈經水解后產生幾種不同的蛋白質或多肽。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第68頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)高級結構的修飾包括亞基聚合、多肽折疊和輔基

連接亞基聚合：許多蛋白質由兩個以上亞基構成，需要各亞基通過非共價鍵聚合成多聚體才能表現出完整的生物活性，如人血紅蛋白。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁四、肽鏈合成后的加工修飾第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第69頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)高級結構的修飾包括亞基聚合、多肽折疊和輔基

連接多肽折疊：新生肽鏈必須逐步折疊成天然空間構象才能成為有活性的功能蛋白，折疊過程需要分子伴侶參與。分子伴侶蛋白有兩類：

①蛋白因子

②

酶輔基連接：有些結合蛋白和帶輔基的酶，合成后需要結合相應輔基，才能成為天然功能蛋白質。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁四、肽鏈合成后的加工修飾第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第70頁,共119頁，2024年2月25日，星期天細胞內的蛋白質不斷地被降解和被新合成的蛋白質取代。蛋白的降解在細胞的生理活動中發(fā)揮著不可替代的作用。真核細胞內蛋白質的降解主要有兩種途徑：1.泛素-蛋白酶體（ubiquitin-proteasome）途徑

特點：細胞內蛋白質選擇性降解的重要途徑。五、蛋白質的降解TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第71頁,共119頁，2024年2月25日，星期天1.泛素-蛋白酶體（ubiquitin-proteasome）途徑過程：

五、蛋白質的降解E1激活泛素分子，需要ATP供能；E2將泛素結合在被降解的蛋白質上；E3識別并釋放泛素化的蛋白質；蛋白酶體降解泛素化的蛋白質。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第72頁,共119頁，2024年2月25日，星期天蛋白質降解的泛素化反應TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第73頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.

溶酶體降解途徑特點：是非特異性蛋白質降解途徑，蛋白質在溶酶體通過ATP非依賴途徑被降解。過程：蛋白質經自噬形成自噬體，或內吞作用進入細胞。經溶酶體消化、分解為小分子氨基酸。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁五、蛋白質的降解第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第74頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)基因表達信息的調控一、基因表達的一般特點二、原核基因的表達調控三、真核基因的表達調控TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第75頁,共119頁，2024年2月25日，星期天基因表達的實質：通過基因的轉錄和翻譯，產生具有特異生物學功能的蛋白質分子，賦予細胞或個體一定功能或形態(tài)表型?；虻谋磉_受到嚴密和精確的調控。

基因表達的調控：正性調控（positiveregulation）：使基因表達量增加。負性調控（negativeregulation）：使基因表達量減少。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第76頁,共119頁，2024年2月25日，星期天一、基因表達的一般特點(一)基因表達具有時間性和空間性基因表達的時間特異性（temporalspecificity）：按照功能需要，某一特定基因表達嚴格按照一定的時間順序發(fā)生?；虮磉_的空間特異性（spatialspecificity）：一種基因產物在個體的不同組織或器官中表達，在個體的不同空間出現。基因表達具有嚴格的時間和空間特異性，這是由基因的啟動子等調控序列與調節(jié)蛋白相互作用決定的。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第77頁,共119頁，2024年2月25日，星期天1.組成性表達(constitutiveexpression)：不太受環(huán)境變動而變化的一類基因表達，如管家基因。(二)基因表達有組成性表達和可誘導/阻遏表達兩種

方式TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁一、基因表達的一般特點第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第78頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.適應性表達(adaptiveexpression)：環(huán)境的變化容易使其表達水平變動的一類基因表達?？烧T導的基因(induciblegene)：隨環(huán)境條件變化表達水平增高的基因?？勺瓒舻幕?repressiblegene)：隨環(huán)境條件變化表達水平降低的基因。(二)基因表達有組成性表達和可誘導/阻遏表達兩種

方式TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁一、基因表達的一般特點第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第79頁,共119頁，2024年2月25日，星期天二、原核基因的表達調控轉錄調控是原核生物基因表達調控的關鍵步驟。原核生物大多數基因表達調控是通過操縱子機制實現的。操縱子（operon）由結構基因和表達調控元件組成，是原核細胞中最常見的表達調控單位。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第80頁,共119頁，2024年2月25日，星期天二、原核基因的表達調控(一)大腸桿菌乳糖代謝相關基因組成乳糖操縱子TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第81頁,共119頁，2024年2月25日，星期天1.阻遏蛋白的負性調控沒有乳糖的環(huán)境中，阻遏蛋白與操縱序列結合，阻礙RNA聚合酶與啟動子的結合，阻止基因的轉錄。有乳糖存在時，在β-半乳糖苷酶的催化下乳糖轉變?yōu)榘肴樘牵笳吲c阻遏蛋白結合，使阻遏蛋白與操縱序列解離，基因轉錄開放。(二)大腸桿菌的乳糖操縱子調控機制包括正、負調控

兩種方式TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁二、原核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第82頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)大腸桿菌的乳糖操縱子調控機制包括正、負調控

兩種方式TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁二、原核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第83頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.CAP的正性調控當環(huán)境中無葡萄糖可供利用時，cAMP的含量增高，CAP與cAMP結合而活化，與乳糖操縱子的啟動子上游的CAP結合位點相結合，從而增強RNA聚合酶的轉錄活性。當有葡萄糖可供分解利用時，cAMP濃度降低，CAP不能被活化，乳糖操縱子的結構基因表達下降。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(二)大腸桿菌的乳糖操縱子調控機制包括正、負調控

兩種方式二、原核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第84頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.CAP的正性調控TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(二)大腸桿菌的乳糖操縱子調控機制包括正、負調控

兩種方式二、原核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第85頁,共119頁，2024年2月25日，星期天三、真核基因的表達調控真核細胞基因表達調控可以在轉錄水平、RNA加工水平、RNA轉運水平、mRNA降解水平、翻譯水平和蛋白質活性水平上進行。真核基因表達調控的途徑

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第86頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(一)轉錄水平調控是真核細胞基因表達的主要控制點真核基因具有復雜的調控區(qū)，包括啟動子區(qū)和其他能調節(jié)基因表達的轉錄因子和基因調節(jié)蛋白結合位點?；虮磉_的調節(jié)是通過反式作用因子與順式作用元件相互作用而實現的。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三、真核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第87頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(一)轉錄水平調控是真核細胞基因表達的主要控制點反式作用因子（trans-actingfactor）：基因表達調節(jié)蛋白。順式作用元件（cis-actingelement）：基因表達調節(jié)蛋白

所識別的DNA序列。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三、真核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第88頁,共119頁，2024年2月25日，星期天真核細胞基因表達調控區(qū)示意圖

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第89頁,共119頁，2024年2月25日，星期天1.順式作用元件是能夠調控基因表達的特殊DNA序列真核基因的順式作用元件分為啟動子、增強子（enhancer）和沉默子（silencer）。啟動子：能被RNA聚合酶所識別并結合的特異性DNA序列，決定細胞基因轉錄起始。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(一)轉錄水平調控是真核細胞基因表達的主要控制點三、真核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第90頁,共119頁，2024年2月25日，星期天1.順式作用元件是能夠調控基因表達的特殊DNA序列增強子：一種能增強真核細胞某些啟動子功能的調節(jié)序列，作用不受序列方向性的限制，大多位于上游。沉默子：基因表達的負性調控元件，對基因轉錄起阻遏作用，不受序列方向的影響，能遠距離發(fā)揮作用。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(一)轉錄水平調控是真核細胞基因表達的主要控制點三、真核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第91頁,共119頁，2024年2月25日，星期天增強子作用模式示意圖（A）沒有增強子存在時，基因轉錄維持在較低的基礎水平；（B）當有增強子存在時，可以使轉錄水平升高。（C和D）增強子可以緊鄰啟動子上游也可位于轉錄起始位點的上游或下游幾個kb處；（E）與轉錄方向相反的增強子也可刺激轉錄。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第92頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.反式作用因子通過順式作用元件調控基因的表達真核基因表達的調節(jié)蛋白，又稱轉錄調節(jié)因子或轉錄因子。轉錄因子從功能上劃分為不同區(qū)域：①DNA結合域（DNAbindingdomain）；②轉錄激活域（activatingdomain）；③連接區(qū)：連接上兩個結構域的部分。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(一)轉錄水平調控是真核細胞基因表達的主要控制點三、真核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第93頁,共119頁，2024年2月25日，星期天2.反式作用因子通過順式作用元件調控基因的表達DNA結合域常見有以下幾種：①鋅指（zincfinger）結構，是最常見的DNA結合域；②螺旋-轉角-螺旋（helix-turn-helix，HTH）；③螺旋-環(huán)-螺旋（helix-loop-helix，HLH）；④亮氨酸拉鏈（leucinezipper）。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(一)轉錄水平調控是真核細胞基因表達的主要控制點三、真核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第94頁,共119頁，2024年2月25日，星期天一種典型的鋅指結構

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第95頁,共119頁，2024年2月25日，星期天幾種其他常見的反式作用因子DNA結合域

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第96頁,共119頁，2024年2月25日，星期天3.真核細胞的阻遏蛋白阻遏蛋白（repressor）參與真核細胞基因表達的負性調控：通過與特定的DNA序列結合而抑制轉錄。通過干擾其他轉錄因子與DNA的結合來發(fā)揮抑制作用。通過競爭性阻止激活蛋白與啟動子或增強子的結合，抑制轉錄。通過蛋白質-蛋白質的相互作用來抑制轉錄。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(一)轉錄水平調控是真核細胞基因表達的主要控制點三、真核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第97頁,共119頁，2024年2月25日，星期天4.染色質結構影響基因的轉錄基因表達激活需要將致密的染色質展開，降低相鄰核小體間的聚集，增加轉錄因子的進入，促進基因轉錄。這種染色質結構的動態(tài)變化過程通常稱為染色質重塑（chromatinremolding）。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(一)轉錄水平調控是真核細胞基因表達的主要控制點三、真核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第98頁,共119頁，2024年2月25日，星期天4.染色質結構影響基因的轉錄染色質重塑是基因表達調控的主要方式：①依賴ATP的物理修飾：以ATP水解釋放的能量，使組蛋白和DNA的構象發(fā)生局部改變，該過程主要通過依賴ATP的染色質重塑復合體或染色質重建子（remodeler）來完成。②組蛋白的共價化學修飾：在組蛋白上進行化學修飾，如組蛋白的乙?；?、甲基化、磷酸化、泛素化、sumo化（sumoylation）和糖基化等。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(一)轉錄水平調控是真核細胞基因表達的主要控制點三、真核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第99頁,共119頁，2024年2月25日，星期天真核細胞中基因活化蛋白通過影響局部染色質的結構而激活轉錄

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第100頁,共119頁，2024年2月25日，星期天組蛋白修飾的一般概念和常見標記TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第101頁,共119頁，2024年2月25日，星期天5.非編碼RNA能夠調節(jié)基因轉錄除了轉錄調節(jié)蛋白以外，一些非編碼RNA分子也能調節(jié)基因的轉錄，如微小RNA。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(一)轉錄水平調控是真核細胞基因表達的主要控制點三、真核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第102頁,共119頁，2024年2月25日，星期天5.非編碼RNA能夠調節(jié)基因轉錄miRNA調節(jié)基因的轉錄

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁(一)轉錄水平調控是真核細胞基因表達的主要控制點三、真核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第103頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)RNA加工水平調控的主要途徑是剪接多數真核細胞的mRNA前體分子經剪接去除內含子后形成一種成熟的mRNA，并翻譯成一條相應的多肽鏈，這種RNA剪接方式稱為常規(guī)剪接（constitutivesplicing）。

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三、真核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第104頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(二)RNA加工水平調控的主要途徑是剪接在特定條件下，剪接發(fā)生在兩個內含子之間，即某個內含子的5′端與另一個內含子的3′端進行剪接，刪除這兩個內含子及其中間的全部外顯子或內含子，這種剪接稱為RNA可變剪接（alternativesplicing）。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三、真核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第105頁,共119頁，2024年2月25日，星期天mRNA前體可變剪接示意圖TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第106頁,共119頁，2024年2月25日，星期天(三)真核細胞基因表達的翻譯水平調控與起始因子

磷酸化密切相關真核細胞翻譯水平調節(jié)點主要在翻譯起始階段和延長階段，尤其是起始階段。通過磷酸化調節(jié)起始因子活性對起始階段有重要的控制作用。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁三、真核基因的表達調控第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第107頁,共119頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)基因的信息傳遞與醫(yī)學一、基因表達調控異常與疾病二、蛋白質降解異常與疾病三、基于原核生物和真核生物蛋白質合成體

系差異的藥物研制TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首頁第九章基因信息的傳遞與蛋白質合成第108頁,共119頁，2024年2月25日，星期天