翻译,基因表达调控

蛋白质的生物合成——翻译(p182)翻译（translation）是指以新生的mRNA为模板，把核苷酸的三联体遗传密码翻译成氨基酸序列，合成多肽链的过程，是基因表达的最终目的。模板：mRNA原料：20种编码氨基酸氨基酸运载体：tRNA场所：核蛋白体酶：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶蛋白质因子：起始因子（initiationfactors,IF;eIF）延长因子（elongationfactors,EF）释放因子（releasefactors,RF）核蛋白体释放因子（ribosomalreleasefactors,RRF）蛋白质生物合成体系mRNA是翻译的直接模板开放阅读框架（openreadingframe,ORF）mRNA从5’→3’方向，由起始密码子到终止密码子的序列，称为一个开放阅读框架。遗传密码（geneticcodon）开放阅读框架内每3个碱基组成的三联体，决定一个氨基酸，称为遗传密码。遗传密码的特点（一）连续性（commaless）（二）方向性（sideness）（三）简并性（degeneracy）（三）摆动性（wobble）（四）通用性（universal）（五）偏爱性（biasorpreference）AUGUGAUAAUAG密码子反密码子密码的摆动性mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子相互辨认，大多数情况下是遵从碱基配对规律的。但也可出现不严格的配对，这种现象就是遗传密码的摆动性。肽链合成的“装配机”－核蛋白体大亚基转肽酶与GTP酶活性小亚基mRNA与tRNA结合的识别SD序列（Shine-Dalgarno)原核生物特有的、位于mRNA上起始密码子上游的一段富含嘌呤（AGGA)碱基的短序列，是mRNA与核糖体小亚基结合位点，直接影响翻译效率，又称为核蛋白体结合位点（ribosomalbindingsite，RBS）。密码子反密码子氨基酰-tRNA合成酶－－氨基酰-tRNAThrTyr蛋白质因子：起始因子（initiationfactors,IF;eIF）延长因子（elongationfactors,EF）释放因子（releasefactors,RF）小亚基大亚基mRNA5’3’氯霉素：作用于大亚基，阻断延伸链霉素和卡那霉素：作用于小亚基，使构象改变，引起读码错误S四环素：抑制氨基酰tRNA与核蛋白体的结合IF2干扰素：诱导eIF2磷酸化。蛋白质生物合成的阻断剂翻译后加工翻译后加工（post-translationalprocessing）：肽链从核蛋白体释放后，经过细胞内各种修饰处理，成为有活性的成熟蛋白质的过程。一级结构的修饰高级结构的修饰靶向输送胰岛素图14-14胰岛素的基因、转录和翻译产物斜线示内含子;S:信号肽;A,B:胰岛素的A链和B链;C:C肽;Pre:前导序列蛋白质组（proteome）指在一个细胞、或某一特定的组织类型所表达的全部蛋白质的总和。蛋白质组学（proteomics）是系统研究蛋白质组的组成、结构与功能的学科。蛋白质组研究的必要性蛋白质是生命活动的主要执行者，蛋白质与基因之间在很大程度上是一种非线性的关系，蛋白质在发挥功能的时候有其自身的特征和规律，这是在基因水平上难以预测的。①蛋白质的数量比基因的数量多。②基因组是静态的，而蛋白质组是动态的。③广泛的修饰加工过程，这是蛋白质功能发挥的结构基础，也是蛋白质高度多样性的重要原因。药物蛋白质组学通过对比健康状态和疾病状态细胞或组织的蛋白质组表达差异，用于药物研究、药物受体研究或药物治疗前后蛋白质表达状态的总体分析，以评价药物类似物的活性关系，寻找高活性药物的一门学科。第一节 概述　第二节 原核生物的基因表达调控　第三节真核生物的基因表达调控第七章基因表达调控(ControlofGeneExpression)基因表达调控（controlofgeneexpression）基因表达的开启或关闭以及基因活性的增加或减弱等，受着调节和控制。基因表达(geneexpression)--通过转录及翻译产生蛋白质产物，或转录后直接产生RNA产物的过程。第一节概述基因表达的时间性及空间性时间特异性(temporalspecificity)某一基因的表达严格按特定的时间顺序发生。血红蛋白（Hb）ζ2ε2→α2γ2→α2β2空间特异性(spatialspecificity)在个体发育、生长的全过程，一种基因产物在个体的不同组织或器官表达，即在个体的不同空间出现。独特的表型－－生物不同种属，同一种属的不同个体，同一个体的不同类型细胞，同一细胞在不同发育阶段或环境。基因表达调控的生物学意义适应环境、维持生长和增殖维持个体发育与分化人类基因组计划研究结果，人类基因组据估计约有2-3万个基因，但表达产物有10多万种；某个时空阶段，仅部分基因表达。顺式作用元件（cis-actingelement）－特异DNA序列可调节转录的DNA片段。－－非编码序列；包括启动子、增强子、终止子、沉默子等。反式作用因子（trans-actingfactor）－蛋白质与顺式作用元件直接或间接相互作用，能调节基因转录活性的蛋白质因子。包括转录因子，RNA聚合酶等。反式作用因子（trans-actingfactor）激活蛋白(activatorprotein）促进转录；阻遏蛋白(repressorprotein)抑制转录；RNA聚合酶直接识别并结合启动子，解开DNA双螺旋，催化合成转录产物；第二节原核生物基因转录调节原核基因转录调节特点σ因子决定RNA聚合酶识别特异性操纵子模型的普遍性操纵子—一个转录单位阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性诱导和阻遏表达诱导（induction）--可诱导基因在特定环境信号刺激下表达增强的过程。DNA损伤→修复酶基因激活调节分解代谢，如乳糖操纵子阻遏（repression）--可阻遏基因表达产物水平降低的过程调节合成代谢，如色氨酸操纵子诱导和阻遏在生物界普遍存在，也是生物体适应环境的基本途径。   负调控和正调控负调控（negativecontrol）阻遏蛋白（阻遏物）封闭结构基因转录，去除后开启转录。正调控（positivecontrol）激活蛋白（激活物）活化时，结构基因转录。乳糖操纵子－细菌以葡萄糖为能量来源葡萄糖充分时（优先利用）：与葡萄糖代谢有关的酶基因---表达与其他糖代谢有关的酶基因---关闭葡萄糖耗尽时，乳糖存在：与乳糖代谢有关的酶基因---表达与葡萄糖代谢有关的酶基因---关闭操纵子（operon）：原核生物的一段DNA序列，由几个串联排列的功能相关的结构基因，加上调控序列组成的一个完整的连续的功能单位。乳糖操纵子P：启动子O：操纵基因Z：β-半乳糖苷酶基因Y：通透酶基因A：乙酰基转移酶基因结构基因调控序列细菌对乳糖的利用及其相关的酶:乳糖(在通透酶作用下进入细菌内）β半乳糖苷酶（细菌中少量存在）异乳糖β半乳糖苷酶（细菌中少量存在）葡萄糖+半乳糖β半乳糖苷酶（细菌中少量存在）转乙酰基酶--乙酰半乳糖阻遏蛋白的负调控(negativecontrolofrepressor)无乳糖(nolactose):lac操纵子处于阻遏状态(repression)有乳糖(presenceoflactose)lac操纵子被诱导(derepression,induction)诱导剂(inducer):异乳糖、半乳糖、IPTG（异丙基硫代半乳糖苷）启动子操纵基因1、乳糖代谢基因表达调控图解：(没有乳糖时)IＰＯlacZlacYlacA调节基因启动子操纵基因结构基因RNA聚合酶mRNA转录翻译阻遏蛋白与操纵基因结合，结构基因转录受阻．阻遏蛋白乳糖代谢基因表达调控图解：(有乳糖时)IＰＯlacZlacYlacA调节基因启动子操纵基因结构基因RNA聚合酶mRNA转录翻译阻遏蛋白与别乳糖结合后构象发生了改变，因而不能与操纵基因结合，使得结构基因进行转录。阻遏蛋白别乳糖转录半乳糖苷酶通透酶乙酰转移酶乳糖分解代谢调控过程是一个自我调控过程CAP的正调控（PositiveControlofCAP）CAP(cataboliteactivatorprotein)—分解代谢基因激活蛋白同二聚体(亚基22kD)，是一种含HTH基序的重要转录调节蛋白。两个结合位点DNA结合域cAMP(cyclicAMP)结合位点2、乳糖操纵子(lacoperon)的调控方式协调调节(coordinateregulation)负调控与正调控协调合作阻遏蛋白封闭转录时，CAP不发挥作用如没有CAP加强转录，即使阻遏蛋白从O上解聚仍无转录活性☆葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌优先利用葡萄糖葡萄糖可降低cAMP浓度，阻碍其与CAP结合从而抑制转录结论：lac操纵子强的诱导作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖