【正文】 U A A A A G U A G A U U G U A U A C C U G G U A G G U G U A A U蛋白質(zhì)順序 I S S L G I K V D C I P G R C N圖 1 3 4 3 錐蟲 co x Ⅱ 基因片斷及其產(chǎn)物順序的比較。核酸序列的數(shù)字是以起始密碼子 A U G 的 A 開始編號(hào)。蛋白質(zhì)以單個(gè)字母表示。方框表示與酵母、人類同源的氨基酸。黑體表示編輯位點(diǎn)。 ( 參考 B . L ew i n : 《 G E N E S 》 Ⅵ , 1 9 9 7 ， Fi g 3 1 . 1 5 )編輯的校正作用 TU A U A U G U U U U G UU G U U U A UU A U G U GA UU A U GG U U U U G U U U U U U A UU G G U A U U U U U U A U A UUU AUUU AA U U U G UU GA U A A A U A C A U U U U A U U U G UU UG UU AA U U U U U U U G U U U U G U G U U U U U G G UU TT TTTTU A G G U U U U U U U G UU G U U G UU G U U U U G U A UU A U GA UU G A G UUU G UU G U U U GG U U U U U U G U U U U TT TTTTUU G U G A A A C C A G UU A U G A G A G U U U G C A UU G UU A UUU A UU ACA UU A A G UU G G U G U U U U U GG UU C 圖 1 3 4 4 錐蟲 ( T . b r u cei ) c o x Ⅱ 基因的部分 R N A 順序。很多 U( 紅色 ) 在 DNA 中未編碼，而另一些在 D N A 中編碼的 T( 紫色 ) 在 m R N A 中被刪除了。 ( 參考 B . L ew i n : 《 G E N E S 》 Ⅵ , 1 9 9 7 ， Fi g 3 1 . 1 6 )擴(kuò)充遺傳信息 錐蟲 coxII的 mRNA上 158個(gè)位點(diǎn)插放了 394核苷酸；在 9個(gè)位點(diǎn)刪去了 18個(gè)尿苷酸 ， 實(shí)際增加了 376個(gè)核苷酸 ， 使 coxII的長(zhǎng)度增加了 55%。 因此 coxII的基因比成熟的 mRNA小了很多 ， 故稱其 隱匿基因 。 編輯的機(jī)制 ?1990年 RNA， 可以和mRNA分子被編輯的部分發(fā)生非常規(guī)的互補(bǔ) ， GU配對(duì) ， 對(duì)mRNA前體分子的編輯起了指導(dǎo)作用 ， 故稱其為 指導(dǎo) RNA（ guide gRNA） 。 如何插入多個(gè) U？ guide RNA ? 5570nt ? 5’端與 RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物互補(bǔ) ? 3‘端有 525個(gè) U 插入 U 的兩步轉(zhuǎn)酯反應(yīng) gRNA的 3’OH攻擊 mRNA 產(chǎn)生 5‘段 3’段 (5‘端與 gRNA3’相連 ) 5‘段的 3’OH攻擊 gRNA的 UU 生成 RNA編輯產(chǎn)物 (插入一個(gè) U) gRNA（少一個(gè) U） ? RNA編輯相繼在真核生物和病毒中發(fā)現(xiàn) : 如小鼠腦中的谷氨酸受體，哺乳動(dòng)物載脂蛋白 B，植物線粒體中的細(xì)胞色素氧化酶亞基。 ? editing signal? editosome structure? ? 生物學(xué)意義 生物適應(yīng)中的保護(hù)措施之一 中心法則的發(fā)展：改變 DNA的信息，使 DNA abbreviated, 稱為 cryptic gene, crytogene 第六節(jié) 翻譯水平的調(diào)控 1 mRNA運(yùn)輸控制 2 mRNA穩(wěn)定性的調(diào)控 3 mRNA結(jié)構(gòu) 4 翻譯的起始調(diào)節(jié) 5 選擇性翻譯 6 反義 RNA調(diào)控 7 翻譯的自我調(diào)節(jié) 1 mRNA運(yùn)輸控制 ? 運(yùn)輸控制 （ transport control） 是對(duì)轉(zhuǎn)錄本從細(xì)胞核運(yùn)送到細(xì)胞質(zhì)中的數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié) 。 ? 合成的 RNA大約有 1/12能被運(yùn)出核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì) ，50％ 左右的在核內(nèi)降解 ， 還有一些留在核 。 2 mRNA穩(wěn)定性的調(diào)控 mRNA的壽命； ? 原核生物 mRNA的半衰期很短，平均大約 3min。 ? 高等真核生物迅速生長(zhǎng)的細(xì)胞中 mRNA的半衰期平均 3h。 ? 在高度分化的終端細(xì)胞中許多 mRNA極其穩(wěn)定，有的壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)天。 ? 在細(xì)胞質(zhì)中所有的 RNA都要受到 降解控制（ degradation control） 。 ? 不同 mRNA降解效率的不同， ? 加入調(diào)節(jié)物 可以增加 mRNA穩(wěn)定性，并使相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄速率增加 ? mRNA的選擇性降解主要由于 核酸酶和 mRNA內(nèi)部結(jié)構(gòu) 相互作用的結(jié)果。 表 特殊效 應(yīng) 分子 對(duì) 于各 種組織 和 細(xì) 胞中的 mRNA穩(wěn) 定性的 調(diào)節(jié) mRNA 組織 或 細(xì)胞 調(diào) 控因子 mRNA的半衰期 有 調(diào)節(jié)因子 無 調(diào)節(jié) 因子 卵 黃 蛋白原 肝 （ 蛙 ） 雌激素 500h 16h 卵 黃 蛋白原 肝 （ 母 雞 ） 雌激素 ～ 24h 3h 極 低密度脂蛋白原 肝 （ 母 雞 ） 雌激素 ～ 2024h 3h 卵 清 蛋白 /伴 清蛋白 卵巢 （ 母雞 ） 雌激素 ， 孕激素 類 24h 25h 酪蛋白 乳腺 （ 大鼠 ） 促乳素 92h 5h 前列腺 甾類結(jié) 合蛋白 前 列 腺（ 大鼠 ） 雄激素 增加 30倍 mRNA的選擇性降解在很大程度上是由于核酸酶和 mRNA內(nèi)部結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)果 3 mRNA的結(jié)構(gòu) mRNA5’前導(dǎo)序列對(duì)翻譯水平的影響 ? 5’m7G帽結(jié)構(gòu)是否存在和是否易于接近 eIF4F的程度對(duì)翻譯效率有著明顯的影響 。 ? 起始密碼子 AUG的位置和其側(cè)翼的序列對(duì)翻譯的效率也有影響 。 ? 5’端非翻譯區(qū)的長(zhǎng)度也會(huì)影響到翻譯的效率和起始的精確性 ， 當(dāng)此區(qū)長(zhǎng)度在 17～ 80Nt之間時(shí) ， 體外翻譯效率與其長(zhǎng)度變成正比 。 ? 在 5’UTR中存在堿基配對(duì)區(qū)時(shí) ， 可以形成發(fā)夾式或莖環(huán)二級(jí)結(jié)構(gòu) ， 這類結(jié)構(gòu)會(huì)阻止核糖體 40S亞基的遷移 ， 對(duì)翻譯起始有抑制作用 。 mRNA3’端的結(jié)構(gòu)對(duì)翻譯速率和 mRNA壽命的影響 ? mRNA 3′端的 poly(A)不僅和 mRNA穿越核膜的能力有關(guān) ， 而且影響到 mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率 。 ? poly(A)越長(zhǎng) mRNA作為模板的使用的半衰期越長(zhǎng) 。 ? Poly(A)對(duì)翻譯的促進(jìn)作用是需要 PABP（ poly(A)結(jié)合蛋白）的存在。 4 翻譯的起始調(diào)節(jié) 翻譯起始因子的磷酸化 ? 翻譯起始因子 eFI2磷酸化 ， 磷酸化后不能重復(fù)利用 ，從而選擇性的降低或加強(qiáng)一些 mRNA的翻譯 。 ? 當(dāng)細(xì)胞處在異常環(huán)境（如饑餓、 pH變動(dòng)、重金屬處理、加入化學(xué)藥品等）或蛋白質(zhì)生物合成受抑制時(shí)，都可以檢測(cè)到細(xì)胞內(nèi) eIF2的磷酸化作用。 5 選擇性翻譯 ? 珠蛋白是由兩條 α鏈和兩條 β鏈組成的 。 ? 在二倍體細(xì)胞中都有 4個(gè) αβ， 2個(gè) β； ? 如果它們相同轉(zhuǎn)錄和翻譯的話它們之間的濃度比應(yīng)是 α： β=2： 1， 而實(shí)際上是 1： 1， α珠蛋白和 β珠蛋白是在翻譯水平上存在的差異 ， 即和翻譯起始因子的親和性不同 。 初生蛋白 6 翻譯的自我調(diào)節(jié) 用微量注射器將微管蛋白注入到哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，會(huì)抑制微管蛋白的進(jìn)一步合成。 7 例 轉(zhuǎn)鐵蛋白 mRNA的翻譯調(diào)控 ? 轉(zhuǎn)運(yùn)鐵蛋白受體（ TfR） 和 鐵蛋白 負(fù)責(zé)鐵吸收和鐵解毒。 ? 這兩個(gè) mRNA上存在相似的順式作用元件，稱為 鐵應(yīng)答元件（ iron response element， IRE） 。 ? IRE與 IRE結(jié)合蛋白（ IREBP）相互作用控制了這兩個(gè)mRNA的翻譯效率。 ? 當(dāng)細(xì)胞 缺鐵 時(shí)， IREBP與 IRE具有高親和力，兩者的結(jié)合有效地 阻止了鐵蛋白 mRNA的翻譯， ? 與此同時(shí)， TfR mRNA上 339。非翻譯區(qū)中的 IRE也與 IREBP特異結(jié)合，有效地阻止了 TfR mRNA的降解，促進(jìn) TfR蛋白的合成。 翻譯延伸過程對(duì)蛋白質(zhì)合成的影響 翻譯過程并非一定能從起始密碼到終止密碼 ， 有些中間形成莖環(huán)二級(jí)結(jié)構(gòu) ， 阻止延伸；另外 ， 在翻譯延伸過程中出現(xiàn)移框翻譯 ， 翻譯時(shí)向前或向后移動(dòng)一個(gè)核苷酸 ， 從而改變翻譯的產(chǎn)物 。 翻譯后水平的調(diào)控 ? 翻譯后產(chǎn)生的多數(shù)蛋白質(zhì)無生物活性，必須經(jīng)過切割加工、水解、化學(xué)修飾、剪接 。 ? 某些蛋白質(zhì)有選擇的受到抑制 。 ? 某些蛋白質(zhì)必須位于細(xì)胞內(nèi)特定位置，如溶酶體、線粒體、葉綠體 。 ? 需同其他蛋白質(zhì)結(jié)合，組裝成功能單位，如血紅蛋白、微管蛋白、核糖體等，都是由多條蛋白質(zhì)分子結(jié)合在一起形成的功能單位。 真核生物主要采用正控制模式 無調(diào)節(jié)蛋白存在時(shí)，基因關(guān)閉 有調(diào)節(jié)蛋白存在時(shí)，基因開啟 ? 真核 RNA pol 對(duì)其啟動(dòng)子的親和性 ? 轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)是依賴多種激活蛋白的作用（與多個(gè)順式元件結(jié)合）。 真核生物正調(diào)控的必要性和優(yōu)越性 ? 特異性 : 真核基因組很大 ,某種順式元件出現(xiàn)的幾率高。這種情況下 ,保證基因特異表達(dá)的方法之一是使用多個(gè)調(diào)控蛋白 ,并同時(shí)與順式元件結(jié)合形成復(fù)合物 ,才能啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄 , 而且必須是正調(diào)控。如果是負(fù)調(diào)控 ,只要有一個(gè)調(diào)控蛋白與順式元件結(jié)合 ,即可關(guān)閉基因。 一個(gè)多細(xì)胞生物基因的調(diào)節(jié)位點(diǎn) (順式元件 )至少是 5個(gè)。 由于一種順式元件可與多個(gè)調(diào)控蛋白結(jié)合 , 幾個(gè)不同的順式元件以適當(dāng)有功能的方式排列在一起的隨機(jī)性幾乎沒有，也保證了基因的特異性表達(dá)。 ? 經(jīng)濟(jì) :在分化了的細(xì)胞中 ,只須表達(dá)一部分 (套 )基因 ,其他的關(guān)閉。例如有 100個(gè)基因 ,10%表達(dá) ,90%關(guān)閉。 如果是負(fù)控制 ,須 90種阻遏物 。 如果是正控制 ,只須 10種激活物， 減輕蛋白質(zhì)合成的負(fù)擔(dān)。 原核生物與真核生物基因 表達(dá)調(diào)控機(jī)制具有驚人的相似性 共同的起源與共同的分子基礎(chǔ) 調(diào)控機(jī)理上 調(diào)控層次上 核酸分子間的互作 核酸與蛋白質(zhì)分子間的互作 蛋白質(zhì)分子間的互作 transcriptional level post— transcriptional level translational level post— translational level summary 思考題 1. 什么是順式作用和反式作用 ? 順式作用元件和反式作用元件有哪些？什么是反式作用因子？ 2. 反式作用因子 /轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)特征 ,各部分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 3. 調(diào)控蛋白 DNA結(jié)合域的主要結(jié)構(gòu)特征有哪些 ,并各舉一例說明。 4. 說出幾種 DNA聚合酶 II的轉(zhuǎn)錄因子及其識(shí)別序列和 DNA結(jié)合域的結(jié)構(gòu)特征。 5. 可變剪接的概念 ,意義 ,產(chǎn)生原因是什么。 6. RNA的編輯 ,產(chǎn)生過程 ,意義。 7. 真核生物的基因調(diào)控有什么特點(diǎn)？ 8. 真核生物翻譯水平的調(diào)控因素及其過程，可以舉例 .