分子生物学复习课件

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1、分子生物学 复习,中心法则,Part A. 复制,复制通论,1.半保留复制 2.半不连续复制 3.复制起点固定, 双向, 等速复制. 4.复制中的信号: (1)复制 起点: 原核ori, 真核ARS (2) 复制终点,原核和真核复制的主要差异,复制起点( 原核1, 真核多); 复制次数(原核多次, 真核1次) 真核S期复制, 端粒的复制,复制的几种特殊形式,环状DNA复制 (1) 型 -双向, 大肠杆菌(正常); (2) 滚环型-单向,切割, X174; (3) D-环型-单向, 线粒体. 病毒中存在全保留复制方式, 逆转录复制方式.,复制中信号保真 (原核为例),1. 复制中, 复制酶35外

2、切酶的矫正功能; 2. 复制后的二次矫正( 母链甲基化).,DNA的转座,转座: 染色体上可自主复制和移动一段核酸序列. 分类 (1) 复制性转座( TnA)-拷贝 (2) 非复制性转座( IS )-整个移动 1.很小,1kb 左右,编码转座酶; 2.末端有倒置重复序列,其外侧还有一小段正置重复序列(转座时, 复制靶序列形成) 3.,特定IS,靶序列一样; 不同IS,靶序列不一样,Part B. 转录,转 录 通 论,一. RNA转录的一般过程 1.模板识别 2.转录起始 3.通过启动子 4.转录的延伸 5.终止 二.转录的原料: 1.RNA聚合酶; 2.双链DNA模板; 3. NTPs ;

3、4.辅助因子 三. 转录的方向: 5 3 (模板链 / 编码链) 四. 转录中模板上的信号: (保守序列) 启动子( promotor), 终止子( terminator) 调控序列( 操纵子 operator, 增强子 enhancer ) 五.不对称转录,一.原核生物转录的特点,RNA聚合酶(2 ): 全酶 = 核心酶 + 提高酶与启动子序列的亲和力(103),降低与非特异序列的亲和力(104),启动子（promoter）,Pribnow box即 -10 box -10 box与-35 box的最佳距离为17 1 bp +1 一般为A (mRNA转录起始点) 越接近保守序列, 起动子越强

4、.,转录终止 (终止子),(1)不依赖于因子的终止 强终止子 =“ 一段反向互补序列 “ + “一段富含T的区域” (2)依赖于因子的终止.; 弱终止子 =“ 一段反向互补序列 “,不依赖于因子的终止,依赖于因子的终止,二.真核生物mRNA转录,RNA聚合酶II II类启动子:,增强子(沉默子),无方向, 位置, 距离的限制 具有组织特异性 有时两者可相互转换. 不属于启动子, 能调节基因的转录. 起动子,增强子与沉默子都属于顺式作用元件.,真核生物的转录因子,起始,延伸, 终止都需要因子的帮助.(与原核转录的区别) 分为: (1) 通用转录因子-都需要 (2) 基因特异转录因子-调控,转录起

5、始,转录终止,没有明确的终止子,但有终止信号 转录会在AATAAA下游0.5-2kb处终止(AATAAA下游15-30bp加PolyA),前体mRNA的加工(时序性),(1) 5加帽 (转录早期进行30 nt) (2) 3加尾 (前体mRNA加polyA) (3) 切除内含子 (4) 编辑和修饰,5 cap的特殊结构和功能,3 m7GpppNmNm-3 (G的方向与N的方向相反,通过5-5相连) 功能: (1) 保护mRNA (2) 提高翻译能力（效率） (3) 有利于mRNA在细胞内的运输（运出细胞核） (4) 使mRNA前体的能正确剪接 (第一个内含子),poly(A)的功能 (1) 保护

6、mRNA：延长其寿命（半衰期） (2) 提高mRNA的翻译能力：能与poly(A)结合蛋白 结合，促进翻译，促进mRNA与核糖体结合 (3) poly(A)能促进最后一个内含子的剪接,(3) RNA剪接（RNA splicing）,剪接信号(属于内含子的边界) 主要: GU-AG (剪切体) 次要: AU-AC 自我剪切的I, II内含子 剪接体: snRNAs (核小分子RNA)参与,特殊剪接方式,选择性剪接: 一个基因转录出来的RNA前体，通过不同的剪接方式（选择不同的外显子）而形成不同的成熟mRNA，产生不同的蛋白质 反式剪接: 参与剪接的外显子并不在同一个基因中（即在不同的RNA分子中

7、）,RNA编辑,在特定位点: 改变,插入,删除核苷酸. 在转录后进行，沿3 5方向进行; 由gRNA（guide RNA，向导RNA）指导进行; 因是RNARNA, 存在 G-U 配对.,Part C. 翻译,蛋白翻译通论,一.合成过程 1. 翻译的起始-2. 肽链的延伸-3. 肽链的终止及释放 二. 蛋白质生物合成体系 1、mRNA; 2、核糖体; 3、tRNA; 4、起始因子、延长因子和终止因子; 5、氨基酰-tRNA 合成酶 三.氨基酸的活化与搬运 AA-tRNA 四. 蛋白质前体的加工, 折叠 五. 蛋白的定向转运 六. 蛋白的降解,密码子的特点,遗传密码：三联体密码 遗传密码的特点：

8、 连续性 有起始密码(AUG, (原核中也用GUG)和终止密码(UAA,UAG,UGA) 简并性 摆动性 通用性 偏好性,密码子与反密码子配对的摆动现象,核糖体,tRNA：接合器,一种tRNA只能与一种氨基酸结合，一种氨基酸可与几种tRNA结合。(tRNA数目20) 结合位点为：3端CCA-OH。 Ala-tRNAala; 起始tRNA fmet-tRNAfmet： (原核生物） Met-tRNAimet 起始tRNA (真核生物） met-tRNAemet;携带延长中的肽链上的蛋氨酸(真核生物）,tRNA的二级结构 和三级结构,三叶草型,倒 L 型,氨基酰-tRNA合成酶,既能识别特定的氨基

9、酸，又能识别转运该氨基酸的tRNA。 氨酰tRNA合成酶的专一性很高，共有20种，每一种只用于单一种氨基酸与相应tRNA的结合 (氨基酸专一, tRNA有多个). 氨基酸+ATP+tRNA 氨基酰-tRNA +AMP +PPi 氨基酰-tRNA合成酶可发挥较对功能，使误载的氨基酰-tRNA从tRNA上释下，保证遗传信息翻译的准确性。,1. tRNA装载 在氨酰tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase）的作用下，使氨基酸连接到tRNA 3端的腺苷酸上，形成氨酰tRNA (fmet-tRNA) 2. 核糖体解离 翻译起始复合物首先是在核糖体小亚基上组装起来 每一次翻译后，

10、核糖体的大小亚基必须解离，以让新的翻译起始复合物形成 核糖体解离需要起始因子（initiation factors，IF）的协助,原核生物的蛋白翻译,3. mRNA与小亚基结合。 AUG上游813个碱基处存在SD序列能与小亚基中16S rRNA 3端序列互补。 4、fmet-tRNA的结合： fMet-tRNA进入小亚基的P位, 反密码子与mRNA起始密码子配对; 5、大亚基结合,6. 延伸 Step 1：进位 (注册) (1) 一个新的氨酰tRNA结合到核糖体的A位 (2) 校对（proofreading）:如错误的氨酰 tRNA进入了A位 （反密码子与密码子不能很好配对），可进行校正. S

11、tep 2：转肽 大亚基的23S rRNA, 肽基转移酶, 形成肽键 Step 3：移位 mRNA与肽基tRNA（peptidyl-tRNA）移动1个密码子的距离，使肽基tRNA进入P位，而原在P位的tRNA离开核糖体,7. 终止 (1) 翻译到达终止密码子后，释放因子及GTP结合到核糖体的相应位点，促使肽链与tRNA的连结断开 (2) 接着释放因子和tRNA从核糖体解离 (3) 最后，核糖体与mRNA解离，核糖体大小亚基解离,真核生物蛋白质合成的特点,起始阶段 （1）在核内合成mRNA前体，加工并与多种蛋白质结合成核蛋白颗粒，转入胞浆。起始时其二级结构需要松解，并放出多余的蛋白质。 （2）M

12、et-tRNAiMet （3） 起始复合物：40S-mRNA-Met-tRNAiMet （4）没有SD序列。5cap 和3 ployA参与形成翻译起始复合物.,起始密码子的寻找-扫描模型,扫描（scanning） 找到起始密码子后，再加上核糖体大亚基，就可开始翻译,第一个AUG不一定是起始密码 与在其周围，往往有共同序列CCRCCAUGG (R,嘌呤) 还与高级结构有关,（1）N末端的甲酰甲硫氨酸（原核）或甲硫氨酸（真核）的切除; （2）二硫键的形成 （3）修饰：磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化等 （4）多聚蛋白前体的切割, 切除新生肽链中非功能片段, 信号肽的处理. （5）蛋白质剪接：

13、除去蛋白质内含子（intein） (6) 新生肽链的折叠 (7) 亚单位聚合,肽链的翻译后加工,蛋白的定向转运机制,1.信号肽假说.(p136-) (1)分泌蛋白 翻译-转运同步机制 (2)细胞器(叶绿体, 线粒体等) 翻译后转运机制 (3)膜蛋白(ER等) 两者兼有 (4)核定位 翻译后转运机制 2. 信号肽, 导肽, 核定位信号的特点(p137, p140, p143),蛋白质的降解,细菌: Lon蛋白酶 真核: 泛素(ubiquitin) 降解 (1) 泛素, 76氨基酸; (2) 成熟蛋白N端第一个氨基酸严重影响蛋白的寿命.(精氨酸,赖氨酸最不稳定, 2-3min) (3)需要E1,

14、E2, E3三个降解因子参与和ATP. (4)泛素标记后, 运送到蛋白降解体系降解.,Part D. 基因表达调控,基因表达调控通论,基因表达的时间性及空间性 基因表达方式 （1）管家基因与奢侈基因 （2）诱导和阻遏表达 基因表达的调控方式：多级调控， 转录调控最重要 影响基因表达的因素： （1）原核: 营养状况, 环境因素; （2）真核: 激素水平, 发育阶段.,一. 原核生物基因表达的调控,转录与翻译相耦联。 分为： （1） 转录水平的调控：操纵子 （2）翻译水平的调控 启动子对转录的影响 （1）启动子决定转录方向及模板链 (2) 启动子决定转录效率,原核基因 转录水平 的调控 操纵子 =

15、启动子 + 操纵基因 + 结构基因,转录的调控机制,1.负转录调控 (1) 负控诱导: 表达 (2) 负控阻遏: 不表达 2.正转录调控 (1)正控诱导:表达 (2)正控阻遏: 不表达,A. 负控诱导: 表达,细菌中的转录调控系统,转录的调控机制 (范例),乳糖操纵子调控的机制 (分解代谢) 色氨酸操纵子的调控机制(合成代谢),乳糖操纵子,色氨酸操纵子(The trp Operon),trp操纵子阻遏型操纵子,The more stable structure,The less stable structure,前导肽的翻译 (转录翻译偶联),衰减子形成的动态特征,翻译水平的调控,（一）、 S

16、D 序列对翻译的影响 （二）、核糖体合成反馈抑制 （三）、 mRNA 的稳定性 （四）、反义 RNA(antisense) 的调控 (五) 稀有密码子 (六) 重叠基因,二.真核生物基因表达的调控,DNA水平的调控* 转录水平的调控 转录后水平的调控* 翻译水平的调控 翻译后水平的调控*,DNA水平的调控,染色质的丢失 基因扩增 基因重排 DNA甲基化 (表达降低, X染色体失活中心) 染色体结构 (常染色质 和 异染色质),转录水平的调控-最重要,转录起始 顺式作用元件 和 反式作用因子; 以正调控为主,反式作用因子特点,三个功能结构域： (1) DNA识别结合域； (2) 转录活性域 (3) 结合其他蛋白的结合域 能识别并结合顺式作用元件 正调