真核生物和原核生物的转录调控

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,原核生物和真核生物中基因的转录、翻译和后修饰,2009,级,02,班,杨帆,前言：,21,世纪，基因水平上的研究受到人们广泛的关注。原核生物和真核生物中基因的转录、翻译和后修饰是基础研究，人们也只有在此基础不断扩散深入研究其它基因水平问题。本文只简单介绍了一些关于基因转录、翻译和后修饰的一部分相关研究成果。,1,原核生物和真核生物中基因的转录,概念,基因转录是在由,RNA,聚合酶和辅助因子组成的转录复合物的催化下，从双链,DNA,分子中拷贝生物信息生成一条,RNA,链的过程,转录中，一个基因会被读取被复制为,mRNA,，就是说一特定的,DNA,片断作为模板，以,DNA,依赖的,RNA,合成酶作为催化剂的合成前体,mRNA,的过程。,1.1,基因转录的启动,RNA,聚合酶正确识别,DNA,模板上的启动子并形成由酶、,DNA,和核苷三磷酸构成的三元起始复合物,当聚合酶结合到启动子上后，在启动子附近将,DNA,局部解链，约解开,17,个碱基对。（酶与启动子结合的部位是,AT,富集区，有利于解链）,第一个核苷三磷酸,(,常常是,GTP,或,ATP),结合到全酶上，形成,“,启动子,-,全酶,-,核苷三磷酸,”,三元起始复合物。,第一个核苷三磷酸与第二个核苷三磷酸缩合生成,3-5,磷酸二酯键后,则启动阶段结束，进入延伸阶段。,1.2,基因转录的延伸,当,s,因子从核心酶上脱落后，核心酶与,DNA,链的结合变得疏松,(,依靠其蛋白质的碱性与酸性核酸之间的非特异性的静电引力,),，可以在模板链上滑动，方向为,DNA,模板链的,3 5,，同时将核苷酸逐个加到生长的,RNA,链的,3-OH,端，使,RNA,链以,5 3,方向延伸。,在,RNA,链延伸的同时，,RNA,聚合酶继续解开它前方的,DNA,双螺旋，暴露出新的模板链，而后面被解开的两条,DNA,单链又重新形成双螺旋，,DNA,双螺旋的解开区保持约,17,个碱基对的长度。,新合成的,RNA,链能与模板形成,RNA-DNA,杂交区，这个杂交区也在随着,RNA,聚合酶的移动而不断地移动着。,1.3,基因转录的终止,DNA,分子上有终止转录的特殊信号，也是特定的核苷酸序列，称为终止子。,RNA,聚合酶可以识别终止子，它在一种蛋白质,r,因子的帮助下，终止转录，放出,RNA,链；有时，,RNA,聚合酶不需要,r,因子的帮助即可终止转录。,核心酶释放了,RNA,后，也离开,DNA,。,DNA,上的解链区重新形成双螺旋。,1.4,原核生物和真核生物基因转录的差异,1,原核生物的转录和翻译几乎同时进行，而真核生物的转录在胞核，翻译在胞浆。,2,原核生物中只有一种,RNA,聚合酶催化,RNA,的合成，而在真核生物中则有,RNA,聚合酶,、,RNA,聚合酶,和,RNA,聚合酶,三种不同酶，分别催化不同种类型,RNA,的合成。三种,RNA,聚合酶都是由,10,个以上亚基组成的复合酶。,RNA,聚合酶,存在于细胞核仁内，催化合成除,5SrRNA,以外的所有,rRNA,的合成；,RNA,聚合酶,和,RNA,聚合酶,均存在于细胞核质内，,RNA,聚合酶,催化合成,mRNA,前体，即不均一核,RNA(hnRNA,),的合成，而,RNA,聚合酶,催化,tRNA,和小核,RNA,的合成,1,。,3,真核和原核生物的在起始点识别和转录终止的方式也有所不同。,2,原核生物和真核生物的翻译,概念,基因的遗传信息在转录过程中从,DNA,转移到,mRNA,，再由,mRNA,将这种遗传信息表达为蛋白质中氨基酸顺序的过程叫做翻译，即蛋白质的生物合成。,mRNA,的翻译是从,mRNA,的,5,端向,3,进行的。所有蛋白质的翻译开始于甲硫氨酸的参与，一个特殊的起始,tRNA,对所有蛋白质合成中起始氨基酸,-,甲硫氨酸的掺入负责，这个,tRNA,可简写为,tRNAiMet,它也对选择在,mRNA,上在什么位置开始翻译起重要作用,翻译即蛋白质的生物合成的过程大致为：（,1,）氨基酸的激活；（,2,）肽链合成的起始；（,3,）肽链的延长；（,4,）肽链合成的终止和释放。,2,1,氨基酸的激活,tRNA,在氨基酰,-,tRNA,合成酶的帮助下，能够识别相应的氨基酸，并通过,tRNA,氨基酸臂的,3-OH,与氨基酸的羧基形成活化酯氨基酰,-,tRNA,。,2,2,肽链合成的起始,起始阶段可分两步：先形成,30S,起始复合体，再形成,70S,起始复合体。,（一）,30S,起始复合体的形成：,30S,亚基在,IF3,与,IF1,的促进下，与,mRNA,的起始部位结合。,IF2,在,GTP,参与下可特异与甲酰甲硫氨酰,tRNAiMet,结合，形成三元复合物，并使此三元复合物中,tRNA,的反密码子与上述,30S,亚基上,mRNA,的起始密码子互补结合，形成,30S,起始复合体。（起始因子，,initiation factor,，简称,IF,）,30S,起始复合体是由,30S,亚基、,mRNA,、甲酰甲硫氨酰,tRNAiMet,及,IF1,、,IF2,、,IF3,与,GTP,共同构成。,（二）,70S,起始复合体的形成：,30S,起始复合体一旦形成，,IF3,也就脱落，,50S,亚基随即与其结合。此时复合体中的,GTP,水解释出,GDP,与无机磷酸，使,IF2,与,IF1,也都脱落，形成了,70S,起始复合体。,70S,起始复合体的形成，表明蛋白质生物合成的起始阶段已经完成，已可进入肽链延长阶段。,70S,起始复合体由大、小亚基，,mRNA,与甲酰甲硫氨酰,tRNAiMet,共同构成。,2,3,肽链的延长,这一阶段，与,mRNA,上的密码子相适应，新的氨基酸不断被相应特异的,tRNA,运至核糖体的受位，形成肽链。同时，核糖体从,mRNA,的,5,端向,3,端不断移位以推进翻译过程。,一般有以下过程：（,1,）进位（氨酰,tRNA,进入,A,位点），此过程参与因子有：延长因子,EFTu,（,Tu,）、,EFTs,（,Ts,）、,GTP,、氨酰,tRNA,。（,2,）肽链的形成：肽酰基从,P,位点转移到,A,位点，形成新的肽链。（,3,）：移位：在移位因子（移位酶）,EF,G,的作用下，核糖体沿,mRNA,（,5-3,）作相对移动，使原来在,A,位点的肽酰,tRNA,回到,P,位点,。,2,4,肽链合成的终止和释放,终止阶段包括已合成完毕的肽链被水解释放，以及核糖体与,tRNA,从,mRNA,上脱落的过程。这一阶段需要,GTP,与一种起终止作用的蛋白质因子,释放因子（,release factor,，,RF,）的参与。,RF,使大亚基“给位”的转肽酶不起转肽作用，而起水解作用。转肽酶水解“给位”上,tRNA,与多肽链之间的酯键，使多肽链脱落。,RF,、核糖体及,tRNA,亦渐次脱离。从,mRNA,上脱落的核糖体，分解为大小两亚基，重新进入核糖体循环。核糖体大小亚基解离状态的维持需要,IF3,。,3,原核生物和真核生物的后修饰,3.1 N-,端,f-Met,或,Met,的切除,原核生物的肽链，其,N-,端不保留,fMet,，大约半数蛋白由脱甲酰酶除去甲酰基，留下,Met,作为第一个氨基酸；在原核及真核细胞中,fMet,或者,Met,一般都要被除去，此是由氨肽酶水解来完成的。水解的过程有时发生肽链合成的过程中，有时在肽链从核糖体上释放以后。至于是脱甲酰还是除去,fMet,，这常与邻接的氨基酸有关。如第二氨基酸是,Arg,Asn,Asp,Glu,Ily,或,Lys,以脱甲酰基为主，如邻接的氨基酸是,Gly,Pro,Thr,或,Val,则常除去,fMet,。,3.2,二硫键的形成,两个半胱氨酸相距较远硫氢基可以氧化成二硫键，产生,mRNA,中没有相应密码子的胱氨酸。很多细胞外蛋白质中二硫键的形成，例如胰岛素，免疫球蛋白。,3.3,化学修饰,化学修饰是蛋白质修饰的主要方式，其修饰的类型也很多，包括磷酸化（如核糖体蛋白的,Ser,，,Tyr,和,Trp,残基常被磷酸化）；糖基化（如各种糖蛋白）；甲基化（如组蛋白，肌蛋白），乙基化（如组蛋白），羟基化（如胶原蛋白）。其中，糖基化是真核生物细胞中特有的加工，这些蛋白常和细胞信号的识别有关，如受体蛋白等。,3.4,剪切,在原核生物中常常产生一种多蛋白的前体要经剪切后才能成为成熟的蛋白，如反转录病毒中有,3,个基因,gag,，,pol,和,env,，其中,pol,基因长约,2900NT,，其产物经剪切后产生反转录酶，内切酶和蛋白酶三种蛋白。其它两个基因的产物也要经过加工才能产生核心蛋白和外壳蛋白。,在真核生物中有些蛋白要经过切除才能成为有活性的成熟蛋白，最有名的例子是高等生物的胰岛素，它是一种分泌蛋白，具有信号肽。新合成的前胰岛素原（,preproinsulin,），在,ER,中切除信号肽变成了胰岛素原（,proinsulin,），它是单链的多肽，由,3,个二硫键将主键连在一起，弯曲成复杂的环形结构。分子由,A,链（,21aa,）,B,链（,31aa,）和,C,链（,33aa,）三个连续的片段构成。当转运到胰岛细胞的囊胞中，,C,链被切除，成为由,A,，,B,两条分开的链由,3,个二硫键连结成成熟的胰岛素。,4,结语,对于原核生物和真核生物中基因的转录、翻译和后修饰的研究，人们已日益成熟，但仍有一部分问题需深入研究。如：怎样更有效率地完成基因转录翻译，在转录翻译过程中是否还有其它未发现的有效因子，等问题还值得人们探讨。只有不断深入研究这些，才会促进人类基因研究的发展。,