【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2． RNA聚合酶不相同 ? 原核生物中 RNA由一種聚合酶合成。 ? 在真核生物中則有三種類型的 RNA聚合酶。 3．啟動(dòng)子不同 ? 已知真核生物的啟動(dòng)子與原核生物的很相似，也位于轉(zhuǎn)錄起始部位的 5?端，但存在著幾個(gè)重要的區(qū)域。 ? 如距起始部位最近的一個(gè)是在 25處，稱為 TATA盒（ Hogness盒），與原核的 10順序（ TATAAT）極為相似。它是啟動(dòng)子活性所必需的。 ? 此外在 40和 110之間還有更多的影響啟動(dòng)的堿基。具體的生物學(xué)功能尚在研究中。 DNA轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)啟動(dòng)子 基因轉(zhuǎn)錄區(qū)539。339。區(qū)1 10 ~ 40 區(qū) 25真核生物啟動(dòng)子模式圖H og n e s s4．轉(zhuǎn)錄后 RNA加工修飾不同 （ 1） mRNA加 “ 帽子 ” 和 “ 尾巴 ” 的修飾 （ 2） mRNA的剪切加工 （ 3） rRNA 的剪切加工 （ 4） tRNA 的剪切加工 （ 1） mRNA加 “ 帽子 ” 和 “ 尾巴 ” 的修飾 ?原核生物的只有幾秒鐘。而且不用加工修飾。 ?真核生物 mRNA分子的壽命較長(zhǎng)，有的可達(dá)幾小時(shí)，真核生物的 mRNA在 5?和 3?兩個(gè)末端都要受到修飾。 5?末端要形成一種稱作帽子（ cap）的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。 帽子 ? 在 mRNA5?末端連接一個(gè) 7甲基的鳥(niǎo)苷 。 ? 連接帽子的 頭兩個(gè)核苷酸 的核糖也被不同程度的 甲基化 。 HNNNNO+堿基HHOHHOHHHHOOHOOO POOHOO POOPO OOHHHH堿基OOO POOOPO OO甲基化真核生物 m RN A 分子 539。 末端的帽子結(jié)構(gòu)甲基化C H3C H3C H3C H2C H2C H2H2NmRNA3?末端的 poly（ A）結(jié)構(gòu) ?在 mRNA3?末端則要加上一段多聚腺嘌呤核苷酸 poly（ A） : ? （ AAAAAAAAA）的順序，長(zhǎng)度可達(dá)20至 200個(gè)核苷酸。 真核生物中 mRNA的加 “ 帽子 ” 和 “ 尾巴 ” 的生物學(xué)意義 ? 真核生物中 mRNA的加 “ 帽子 ” 和 “ 尾巴 ” 的生物學(xué)意義尚不十分清楚。 ? 添加帽子發(fā)生在 mRNA合成起始不久，其功能也許是保護(hù)mRNA免受核酸酶降解，以及為蛋白質(zhì)合成機(jī)器（核糖體）提供識(shí)別特征。 ? 加 “ 尾巴 ” 可能增加 mRNA的穩(wěn)定性，并對(duì) mRNA附著于細(xì)胞的內(nèi)膜上也可能有作用。 （ 2） mRNA的剪切加工 ? 真核生物每種 mRNA分子內(nèi)部含有數(shù)目變化很大的內(nèi)含子。 ? 最少的是 2個(gè)，最多的例如 α膠原蛋白在轉(zhuǎn)錄單位中含 52個(gè)內(nèi)含子之多。 ? 這些內(nèi)含子廣泛地分布于 mRNA的前體分子中，長(zhǎng)短各不相同，但都比外顯子長(zhǎng)。 ? 真核生物 mRNA前體物的剪切加工，包括內(nèi)含子的剪除及留下的片段拼接成成熟 mRNA等過(guò)程，稱為 RNA剪接（ RNA Splicing） 。 ? 剪接是在核內(nèi)進(jìn)行，而且是在加上 “ 帽子 ” 和接上 “ 尾巴 ” 之后。整個(gè)剪接過(guò)程完成之后， 5?端的 “ 帽子 ” 和 3?端的“ 尾巴 ” 并不丟失。 原核生物 真核生物 核不均一 RNA ? 在細(xì)胞內(nèi)任何時(shí)候都存在著大量正在加工似乎無(wú)用的 RNA分子。這些分子總稱為核不均一 RNA〔 hnRNA〕 。 539。539。339。339。339。539。539。 339。 339。539。239。連接外顯子內(nèi)含子切開(kāi)切開(kāi)外顯子539。 339。左右形成套索結(jié)構(gòu)兩去分支而成 線狀分子A.B.C.內(nèi)含子 端 切開(kāi)套索結(jié)構(gòu)內(nèi)含子 端 切開(kāi)外顯子 連接套索結(jié)構(gòu) 內(nèi)含子h n R NA 的拼接過(guò)程（ 3） rRNA 的剪切加工 ? 在典型動(dòng)物細(xì)胞的核仁中有一段幾百個(gè)拷貝的 DNA順序（核糖體DNA或 rDNA）編碼 18s， 28srRNA分子。 5srRNA基因位于核仁之外，處在另一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位中，基因長(zhǎng) 24000個(gè)拷貝。 ? 所有的 rRNA轉(zhuǎn)錄物都需要加工，過(guò)程與原核相似，即剪切 5?和 3?末端和切除轉(zhuǎn)錄物中不需要的區(qū)域。 （ 4） tRNA 的剪切加工 ? 真核生物的 tRNA也是一個(gè)大轉(zhuǎn)錄物（ tRNA前體轉(zhuǎn)錄物），這些轉(zhuǎn)錄物可能含有一個(gè)或多個(gè) tRNA的順序。 ? 成熟的 tRNA也是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)剪切加工而成。 第三節(jié) 催化活性 RNA的發(fā)現(xiàn) 一、 T． Cech的發(fā)現(xiàn) 1982年塞克（ T． Cech）及其同事在用四膜蟲(chóng)（ Tetrahymena）研究 rRNA剪接的過(guò)程中引出了一個(gè)非常出人意料的發(fā)現(xiàn)。 POG四膜蟲(chóng) r R NA 的拼接過(guò)程OPOGHPO O H 3 39。PO5 39。 POHPO O H 3 39。G PG P5 39。 P OH5 39。 P O H 3 39。外顯子Ⅰ外顯子Ⅱ內(nèi)含子A.B.C.第一次轉(zhuǎn)移反應(yīng) ,G 的攻擊的 539。 末端第二次轉(zhuǎn)移反應(yīng) , 攻擊第三次轉(zhuǎn)移反應(yīng) ,3 39。 O H3 39。 O H攻擊 內(nèi)含子 的 539。 末端外顯子Ⅰ 的 3 39。 O H 外顯子Ⅱ內(nèi)含子 539。 末端 附近的鍵?四膜蟲(chóng)核糖體 RNA的前體長(zhǎng) ，必須除去一段414bp的內(nèi)含子，才能產(chǎn)生成熟的 26srRNA。 ? 塞克（ T． Cech）及其同事發(fā)現(xiàn)只需核苷酸存在下，RNA就能剪接自身或自我剪切（ selfsplicing）。即RNA分子本身具有高度的專一性和催化活性。 其它催化活性 RNA的發(fā)現(xiàn) ?對(duì)大腸桿菌核糖核酸酶 P（ Rnase P）的研究 ?真核的酵母和真菌的線粒體中的發(fā)現(xiàn) ?對(duì)核糖體大亞基的研究 早期 RNA世界 ? 在 DNA和蛋白質(zhì)出現(xiàn)之前，生命進(jìn)化的早期存在著一個(gè) RNA的世界。這些 RNA分子集信息編碼和催化功能于一身 。 ? 經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的衍變進(jìn)化，開(kāi)始合成蛋白質(zhì)，由于蛋白質(zhì)有 20種氨基酸的多側(cè)鏈，比 RNA的 4個(gè)堿基更為多樣性，于是逐步替代 RNA形成催化活性更高的酶； ? 由 RNA衍變，出現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄開(kāi)始形成 DNA。由于 DNA的雙螺旋比單鏈的 RNA更穩(wěn)定，因此替代 RNA成為遺傳信息穩(wěn)定的貯藏所，成為今天專管遺傳信息編碼的載體。 第四節(jié) 蛋白質(zhì)的生物合成 蛋白質(zhì)的生物合成概述 ? 生物體每個(gè)蛋白質(zhì)的生物合成都受 DNA的指導(dǎo)，但貯存遺傳信息的 DNA并非蛋白質(zhì)合成的直接模板，而是轉(zhuǎn)錄了遺傳信息的 mRNA。 ? 以 mRNA為模板合成蛋白的過(guò)程稱為 翻譯（ translation）或稱為 表達(dá) （ expression）。 ?遺傳信息是如何儲(chǔ)藏在 4種核苷酸中的？ ?如何破譯遺傳密碼？ 一、遺傳密碼 ?數(shù)學(xué)家 、 物理學(xué)家 —— 邏輯運(yùn)算或推導(dǎo) ?分子生物學(xué)家 —— ？ 遺傳密碼的破譯 ? 1955年 紐約大學(xué) GrunbergManago用將核苷酸連接起來(lái)的酶形成 RNA聚合體 ? A連接成多聚 A（ polyA， AAAAAAA） polyC polyG polyU polyAU 問(wèn)題：什么樣的核苷酸組合可以被翻譯成多肽片段？ ? 1960年德國(guó)人 31歲 Matthei 和美國(guó)國(guó)家健康研究所 33歲 的Nirenberg將 ATP和游離的氨基酸加入到從細(xì)胞中提取的核糖體、核酸和酶的混合物中在試管中合成多肽 問(wèn)題：哪一種 RNA可促進(jìn)多肽的合成 ？ ? 在試管中加入了 ATP、游離的氨基酸、酶和核糖體及核糖體RNA—— 沒(méi)有蛋白質(zhì)的合成 問(wèn)題：需要其他帶有遺傳信息的 RNA？ ? Marianne GrunbergManago方法人工合成 RNA 加入不同的酶、核糖體、 ATP、氨基酸 加入 poly U、 poly A、 poly AU poly U產(chǎn)生了許多蛋白質(zhì) 問(wèn)題： poly U主要利用了哪些氨基酸呢 ？ ? 不同的氨基酸分別加入到 poly U試管系統(tǒng)中 5天通宵達(dá)旦 星期六早晨，熬紅了眼的Matthei得到了答案：poly U合成的肽鏈全部是苯丙氨酸（ Phe） ? 世界上破譯第一個(gè)遺傳密碼的人 問(wèn)題：幾個(gè) U決定一個(gè)苯丙氨酸的合成 ？ ? Nirenberg 莫斯科 第五屆國(guó)際生物化學(xué)大會(huì) 不善于推銷自己 小組會(huì)上 Meselson認(rèn)為非同小可 全體大會(huì)上重新做學(xué)術(shù)報(bào)告 問(wèn)題：幾個(gè) U決定一個(gè)苯丙氨酸的合成？ ? Nirenberg全力組織其他遺傳密碼的破譯 Nirenberg發(fā)現(xiàn)并定義了 3個(gè)核苷酸為一個(gè)密碼子 決定一個(gè)氨基酸的翻譯 ? Khorana 按需要連接任意核苷酸 ACACACACACACAC thrhisthrhis鏈 ACA—— 蘇氨酸的密碼子 CAC—— 組氨酸的密碼子 ? 1966年， Nirenberg和 Khorana 全部遺傳密碼字典 64個(gè)密碼子 61個(gè)負(fù)責(zé) 20種氨基酸翻譯， 3個(gè)終止密碼子 ? Nirenberg 和 Khorana 1968年 諾貝爾獎(jiǎng) 遺傳密碼 ? 遺傳密碼 ? DNA（或 mRNA）中的核苷酸序列與蛋白質(zhì)中的氨基酸序列之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為。 ? 密碼子 ? DNA（或 mRNA）上每 3個(gè)核苷酸翻譯成蛋白質(zhì)多肽鏈上的一個(gè)氨基酸 ,這 3個(gè)核苷酸就稱為 密碼子 （二） 遺傳密碼的主要特征 二、解碼系統(tǒng) ? 氨基酸與 tRNA分子的連接，也稱為氨基酸的活化 ? 密碼子一反密碼子的相互作用 反密碼子 3? X?Y?Z?5? 密碼子 5? X Y Z 3? ? 擺動(dòng)假說(shuō) ? 前兩個(gè)堿基對(duì)是標(biāo)準(zhǔn)型的堿基互補(bǔ)，以保證結(jié)合有最大限度的穩(wěn)定性，第三個(gè)堿基則要求不那么嚴(yán)格，可以允許結(jié)構(gòu)上有小小的波動(dòng)（即擺動(dòng)）。 ? 在 Holley測(cè)定的酵母 tRNA Ala順序中發(fā)現(xiàn)反密碼子是 TGC，它可以識(shí)別丙氨酸的同義密碼子 GCU、 GCC、 GCA。 氨基酸 +tRNA+ATP 氨基酰 tRNA+AMP+PPi 氨基酰 tRNA合成酶 三、核糖體 ? 核糖體（ ribosome） ? 是蛋白質(zhì)合成的主要場(chǎng)所。 ? 它含有蛋白質(zhì)合成中所需要的多種酶活性，能將 mRNA分子的堿基順序翻譯成氨基酸順序。 （一）核糖體的化學(xué)組成 種不同的蛋白質(zhì)70S 核糖體亞基30S50S1 6 S R N A2 3 S R N A 5 S R N A2132種不同的蛋白質(zhì)亞基核糖體（大腸桿菌）結(jié)構(gòu)真核生物核糖體 ?真核生物的核糖體大約是 80s ? 40s亞基 ?18srRNA ?約 30種蛋白質(zhì) ? 60s亞基 ?5s、 、 28srRNA ?50種蛋白質(zhì) （二）核糖體的結(jié)構(gòu)與功能 ? 核糖體的結(jié)構(gòu)至少要滿足如下的部位： ? 容納 mRNA的部位， ? 結(jié)合氨基酰 tRNA的部位（稱 A位點(diǎn)）， ? 結(jié)合肽基 tRNA的部位（稱 P位點(diǎn)）， ? 形成肽鍵的部位（轉(zhuǎn)肽酶中心）。 ? 識(shí)別并結(jié)合 mRNA上特異的起始部位， 能沿 mRNA移動(dòng)以 “ 解讀 ” 全部信息， 在翻譯結(jié)束后肽鏈脫落掉下等功能 。 339。大腸桿菌 70S 核糖體539。AA肽?；稽c(diǎn)氨?；稽c(diǎn)反密碼子大亞基小亞基密碼子結(jié)合位點(diǎn)m RN A（ P 位點(diǎn)）（ A 位點(diǎn)）（三）多核糖體 蛋白質(zhì)合成過(guò)程中一個(gè) mRNA的分子上不止結(jié)合一個(gè)核糖體而是一群核糖體，稱 多核糖體 （ polysome）。