B细胞核与遗传信息的流向.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章 细胞核与遗传信息的流向,Part B,逆转录,第五节 基因与基因转录,DNA,RNA,蛋白质,复制,转录,翻译,复制,基因,(,gene),：,是细胞内遗传物质最小的结构功能单位，是,DNA,分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列。,基因表达：,DNA,序列所携带的遗传信息，通过转录和翻译形成具有生物活性的蛋白质的过程。,一、原核细胞基因的结构,以大肠杆菌基因组为例,DNA,分子：拟核中的双股环状,DNA,，分子量,2.410,9,，长,410,6,bp,，约含,3000,4000,个基因。质粒：环状,DNA,，带有少量基因，如对抗菌素、重金属有抗性的基因。,绝大部分是编码序列。,结构基因（,structural gene),：,编码蛋白质或酶的基因,Gene,是单拷贝，基因与基因不重叠。,有操纵子结构。,即编码功能相关的几种蛋白质的基因往往成簇排列，形成转录功能单元，一起转录，一起翻译。,一、原核细胞基因的结构,大肠杆菌乳糖代谢有关的三个结构基因,Z:-,半乳糖苷酶,Y,：,-,半乳糖苷透性酶,A,：,-,半乳糖苷乙酰化酶,编码这三个酶的结构基因相邻排列。,二、原核细胞基因的转录,对于任一个特定的基因，,DNA,双链分子中只有一条链带有遗传信息，称为,编码链,(coding strand),，与之互补的称为,反编码链,(anticoding strand),。,转录,(transcription),：在,RNA,聚合酶的催化下，以,DNA,的反编码链为模板，按照碱基互补配对原则，以四种,rNTPs,为原料合成,RNA,的过程。,编码链：,5,-,ATG AAA CGA GTC TTA TGA,-3,反编码链：,mRNA,：,3,-,TAC TTT GCT CAG AAT ACT,-5,5,-,AUG AAA CGA GUC UUA UGA,-3,大肠杆菌的,RNA,聚合酶的组成,：,因子,全酶,核心酶（,2,4,个亚基）,因子（起始因子）,：识别原核细胞结构基因上游的启动子，,负责,RNA,合成的起始,。,核心酶：,2,四个亚基,，核心酶能够催化转录,RNA,，核心酶与,因子相结合成为全酶,RNA,聚合酶转录过程示意图,RNA,聚合酶与启动子结合,转录的起始,RNA,链的延长,转录的终止,转录过程,转录后的加工,原核细胞,mRNA,一般不需要经过加工，转录之后即为有功能的,mRNA,。,rRNA,的加工,rRNA,基因的初级转录产物经剪切形成,3,种,rRNA,（,5S,、,16S,、,23 SrRNA,）,某些碱基被甲基化。,tRNA,分子的加工,切除,3,端的附加序列,在,3,末端加上,CCA,三个核苷酸,酶促修饰成稀有碱基，如假尿嘧啶,(,二,),原核细胞基因表达的调控,基因表达：遗传信息通过转录和翻译合成 特定蛋白质的过程,大多数基因表达的调控是在转录水平上进行的,关于原核细胞基因表达调控的学说，即操纵子学说。法国巴斯德研究所著名分子生物学家,Jacob,和,Monod,对大肠杆菌中,-,半乳糖苷酶合成的调节进行了研究，,1961,年首先提出了操纵子和操纵基因的概念及乳糖操纵子模型。因而获诺贝尔医学或生理学奖。,操纵子学说,O,：操纵基因；,P,：启动子；,Z,、,Y,、,A,：结构基因；,R,：调节基因,乳糖操纵子,操纵基因（,operator gene,）：,位于结构基因的上游的一段核苷酸序列，有控制结构基因转录的作用。,启动子（,promoter,）,:,位于操纵基因上游的一段特殊的核苷酸序列，是,RNA,聚合酶的识别和结合部位。,调节基因,（,regulator gene,）：,编码某种调节蛋白（阻遏蛋白），调节操纵子的活动。,负调节：,阻遏蛋白与操纵基因结合后对于结构基因的转录起阻止作用，这种调节方式称为负调节。,正调节：,代谢物激活蛋白（,catabolite activator protein,CAP,）与启动子结合后可以增强结构基因的转录活动，这种调节方式称为正调节,、表达调控的机制,三、真核细胞基因组的特点,真核细胞基因组庞大，存在着许多重复序列。,基因多为断裂基因。,断裂基因（,split gene,）：,大部分基因含有非编码序列，即基因中的编码序列是不连续的。,存在多基因家族。,DNA,重复序列,(repetitive sequence),单一序列,中度重复顺序,高度重复顺序,：,（一）真核细胞基因组的特点,多基因家族,概念：,一组功能类似、其核苷酸序列具有同源性的基因。经过重复和变异所产生的一组基因。,分类：,1.,基因家族成簇地分布在某一条染色体上,2,一个基因家族的不同成员成簇地分布不同染色体上,真核细胞基因组的特点,假基因：,在多基因家族中，有些成员不编码或编码的产物没有功能，如珠蛋白基因家族中的,。,断裂基因,真核细胞的大部分基因中含有非编码序列，即基因中的编码序列是不连续的，称为断裂基因,(split gene),。,真核细胞基因组的特点,真核细胞基因的种类：,结构基因,45srRNA,基因,5srRNA,基因,tRNA,基因等,1,外显子和内含子：,外显子,(exon),：,是指基因内部具有编码意义的碱基序列。,内含子,(intron),：,无编码意义的碱基序列,外显子与内含子的序列相间排列。,GT,AG,法则：,内含子的,5,端多以,GT,开始，,3,端多以,AG,结束，称,GT,AG,法则。,-,珠蛋白基因结构图解,真核基因的共同结构,2,启动子,(promoter),：,能被,RNA,聚合酶所识别并结合的特异性,DNA,序列，决定真核细胞基因转录起始。包括,TATA,框,和,CAAT,框,等。,启动子,3,增强子,(enhancer),：,增强子是基因中的一个调节序列,存在部位：位于转录起始点上游或下游，也可位于内含子。,功能：能增强相关基因的转录活性,4,终止子：,结构基因末端具有回文结构有一段碱基序列，,作用：,具有终止转录的作用,（二）真核基因的转录与加工,不均一核,RNA,（,heterogeneous nuclear RNA,，,hnRNA,）,：,结构基因转录的初级产物分子量大小各不相同的各种前体,RNA,，存在于细胞核内。,剪接：,将,DNA,基因中非编码顺序,(,如内含子,),转录的部分剪掉，然后将,DNA,基因中编码顺序,(,外显子,),拼接起来。,戴帽：,对,mRNA,的,5,端进行化学修饰。即在,mRNA,的,5,端第一个核苷酸前方接上一个,7,甲基鸟嘌呤三磷酸（,m,7,G,）的结构。作用：,提供核糖体所识别的标志；,封闭,mRNA5,端的作用、防止被磷酸酶水解，对,mRNA,起保护作用,加尾：,由多聚腺苷酸聚合酶催化，在,mRNA3,端加上,50,250,个腺苷酸残基，形成多聚腺苷酸,(,称,poly A),的尾巴。加尾可防止被磷酸酶水解，能延长,mRNA,的寿命。,结构基因的转录加工过程：,结构基因转录后形成前体,RNA,对,hnRNA,进行剪切拼接，形成,mRNA,对,mRNA,的,5,端化学修饰“戴帽”,对,mRNA 3,端化学修饰“加尾”,成熟,mRNA,遗传密码,All the triplet codons have meaning:61 represent amino acids,and 3 cause termination(STOP).,遗传信息翻译,遗传密码的三个特点：,通用型；简并性；阅读的无间隔性,(1),遗传密码是,三联体,密码,。,(2),遗传密码,无逗号,。,(3),遗传密码是,不重迭,的。,(4),遗传密码具有,通用性,。,(5),遗传密码具有,简并性,(degeneracy(synonyms),。,(6),密码子有,起始密码子,和,终止密码子,。,(7),反密码子中的,“,摆动,”,（,wobble,）,Wobble hypothesis,accounts for the ability of a tRNA to recognize more than one codon by unusual(non-GC,non-AT)pairing with the third base of a codon.,Codon-anticodon recognition involves wobbling,密码子与反密码子配对的摆动假说,第三节,tRNA,的结构和功能,一,.tRNA,的结构,（一）三叶草型的二维结构,(1),各种,tRNA,均含有,7080,个碱基，其中,22,个碱基是恒定的。,(2)5,端和,3,端配对（常为,7bp,）形成茎区，称为,受体臂,（,acceptor arm,）或称,氨基酸臂,。在,3,端永远是,4,个碱基（,XCCA,）的单链区，在其末端有,2,-OH,或,3,-OH,，是被氨基酰化位点。此臂负责携带特异的氨基酸。,（,3,）,TC,常由,5bp,的茎和,7Nt,和环组成。此臂负责和核糖体上的,rRNA,识别结合；,(4),反密码子臂,(anticodon arm),常由,5bp,的茎区和,7Nt,的环区组成，它负责对密码子的识别与配对。,(5),D,环,(D arm),的茎区长度常为,4bp,，,也称,双氢尿嘧啶环。负责和氨基酰,tRNA,聚合酶结合;,(6),额外环,(extra arm),可变性大，从,4 Nt,到,21 Nt,不等，其功能是在,tRNA,的,L,型三维结构中负责连接两个区域（,D,环反密码子环和,TC-,受体臂）。,转录水平的调控,一顺式作用元件和反式作用因子元件：,顺式作用因子元件：,(1),核心启动子成分，如,TATA,框；,(2),上游启动子分，如,CAAT,框,GC,框,;,(3),远上游顺序：如增强子，减弱子、,静 息 子,酵 母 的,UAS,（,upstreamactivator sequences,）等。,反式作用因子可以分为,3,类；,(1),通用反式作用因子,，主要识别启动子的核,心启动成分，如,TBP,；,（,2,）特殊组织与细胞中的反式作用因子，如淋巴细,胞中的,Oct-2,；,（,3,）和,反应性元件,（,response elenents,）相结合的反,式作用因子。,如,HSE,（热休克反应元件，,heat shock response,element,），,GRE,（糖皮质激素反应元件,glucocorticoid,response element,）；,MRE,（金属反应元件，,metal response element,）；,TRE,（肿瘤诱导剂反应元件，,tumorgenic,agent response element);,(,一,),蛋白质直接和,DNA,结合,1.,螺旋转角螺旋,（,Helix-turn-helix,HTH,）：,如,LacO,的,R,蛋白，,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.,锌指结构,（,zinc fimger,）,单个的锌指保守序列是：,Cys-X,2-4,-Cys-X,3,-Phe-X,5,-Leu-X,2,-His-X,2,-His,型,:2Cys/2His:TF IIIA,SP1,型,:2cys/2cys :GAL4,3.,亮氨酸拉链,（,Leucine ziipper,）,同二聚体,（,honwdimers,）,异二聚体,（,hefercdimers,）,C-Jun,C-Fos,Myc,4.,螺旋一环一螺旋,（,HLH,）,在,HLH,中带有碱性区的肽链称为,碱性,HLH,（,bHLH,，,protein,）。,bHLH,又分为两类。,A,类是可以广泛表达的蛋白，包括哺乳动物的,E12/E47,（可和免疫球蛋基因增强子中的元件结合）和果蝇,da,（,daughterless,性别控制的总开关基因）的产物；,B,类是组织特异性表达的蛋白，包括哺乳动物的,MyoD(,肌浆蛋白（,myogen,）基因的转录因子,果蝇的,AC-S,（,achaete-scute,无刚毛基因的产物,）,