分子生物学讲义-8RNA的生物合成2

分子生物学Molecular Biology赵青天津科技大学生物工程学院Email: zhao_qing@前情回顾3. RNA的生物合成Transcription3.4 启动子和转录起始3.5 RNA转录的后加工3.6 RNA的编辑、再编码和化学修饰启动子（promoter ）是指RNA 聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA 序列（它含有RNA 聚合酶特异性结合和转录起始所需的保守序列）。

3.4 启动子和转录起始原核生物真核生物转录起点是指与新生RNA 链第一个核苷酸相对应DNA 链上的碱基（以数字+1表示）。

3.4 启动子和转录起始原核生物真核生物聚合酶在此处与DNA结合成稳定的复合物，解开双链形成开放型起始结构。

聚合酶起始识别区，与σ因子相互作用。

TATA区---是转录精确地起始。

CAAT区和GC区---控制转录起始的频率，基本不参加起始位点的确定。

启动子预测软件有CpGPlot、CpGPrediction、Promoter 2.0、 Promotorscan等。

3.5 RNA转录的后加工原核生物RNA转录后的加工rRNA和tRNA在转录完成后，加工方式可分为3类：（1）rRNA及tRNA分子由某些新生RNA链的裂解形成。

（2）在tRNA链末端加上核苷酸（CCA）3’5’（3）碱基的修饰rRNA的碱基会被甲基化（如m C）。

tRNA分子中均含有稀有碱基，它们是由tRNA前体中的常见核苷酸经酶促修饰而成。

原核生物与真核生物mRNASD序列5’上游非编码区3’下游非编码区真核生物RNA 转录后的加工mRNA 的转录后加工： 1.加帽2.加尾3.剪接 磷酸酶 甲基化酶m 7GTP核酸外切酶RNA 末端腺苷酸转移酶RNA的剪接位点&方式I类自我剪接II类自我剪接剪接体催化的剪接5’剪接位点：内含子的5’末端3’剪接位点：内含子的3’末端分支点：位于3’剪接位点上游20－50个核苷酸之间，通常是A。

3.6 RNA的编辑、再编码和化学修饰RNA的编辑（RNA editing）如插入、删除或取代一些核苷酸残基生物学意义：①校正作用；②调控翻译；③扩充遗传信息，有利于生物进化。

RNA的再编码（RNA recoding）+1/-1移码、核糖体跳跃、终止子通读生物学意义：从一个mRNA产生两种以上相互关联但又不同的蛋白质RNA的化学修饰甲基化、去氨基化、硫代等与原核生物mRNA 相比，真核生物成熟mRNA5’端具有帽子结构 3‘端具有poly-A 尾巴 含有内含子由DNA 转录直接获得ABCD提交多选题1分DNARNA蛋白质转录翻译复制逆转录中心法则The Central Dogma蛋白质的生物合成翻译 translation4.1 蛋白质概述4.2 蛋白质的生物合成4.3 蛋白质的生物合成过程蛋白质的功能：构成细胞和生物体的重要物质（细胞骨架、肌肉） 催化作用（酶） 运输作用（血红蛋白）调节作用（激酶） 免疫作用（抗体）4.1 蛋白质概述蛋白质、脂肪、碳水化合物被誉为三大营养素蛋白质是生命活动的承担者！蛋白质（protein）是由氨基酸（amino acids）通过肽键（peptide bond）首尾相连形成的高分子化合物。

蛋白质的各级结构一级结构二级结构三级结构四级结构primary secondary tertiary quaternary一个蛋白质的故事……Protein源于希腊文，意为至高无上的排序第一的东西。

基因的生理学功能以蛋白质形式得到表达。

基因表达包括转录（transcription）和翻译（translation）。

翻译是指以新生的mRNA为模板，把核苷酸三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程，是基因表达的最终目的。

只有mRNA所携带的遗传信息才被用来指导蛋白质生物合成，所以人们一般用U、C、A、G这4种核苷酸的组合来表示遗传性状。

蛋白质是由许多氨基酸按照特定的排列顺序组成，不是随机组合的，它由编码基因中的碱基序列决定。

4.2 蛋白质的生物合成翻译是指以新生的mRNA为模板，把核苷酸三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程，是基因表达的最终目的。

翻译的过程需要300多种生物大分子参加，其中包括mRNA、tRNA、核糖体及多种蛋白因子。

遗传密码字典1.mRNA与遗传密码--三联子mRNA以5’→3’方向，从AUG开始每三个连续的核苷酸组成一个密码子（三联子密码，codon），四种碱基可以组成64种密码子。

这些密码不仅代表了20种氨基酸，还决定了翻译过程的起始与终止位置。

每种氨基酸至少有一种密码子，最多的有6种密码子。

特点：（1）方向性：密码子的阅读方向5’ →3’（2）简并性：Leu:UUA/UUC/CUU/CUC/CUA/CUG减少有害突变，对维持物种稳定性有要意义。

（3）通用性：蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到真核生物都通用。

（密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先）特殊性：也发现少数例外，如线粒体、叶绿体、草履虫、腺病毒等。

（4）连续性：编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。

（5）存在起始密码和终止密码起始密码：AUG，第一个氨基酸的位置，同时它也是甲硫氨酸的密码子。

终止密码：UAA、UAG、UGA，不代表任何氨基酸，它们单独或共同存在于mRNA的3’末端。

2. tRNAtRNA（transfer RNA）是蛋白质合成中运送氨基酸的分子。

◆原核生物有30~45种，真核细胞中可能存在50种。

◆tRNA中含有10%~20%的稀有碱基（甲基化的嘌呤mG、mA，二氢尿嘧啶（DHU）、次黄嘌呤等）。

此外，还含有一些稀有核苷（胸腺嘧啶核糖核苷，假尿嘧啶核苷（Ψ）等）。

tRNA二级结构（三叶草）4臂1环①氨基酸臂：3’端的最后3个碱基序列永远是CCA，A的3’或2’自由羟基（-OH）可以被氨酰化。

②TψC臂：是根据3个核苷酸命名的，其中ψ表示假尿嘧啶。

③反密码子臂（anti-codon arm）④D臂：因含有二氢尿嘧啶（DHU）而得名。

⑤可变环（多余环/extra arm）：核苷酸残基数目通常是可变的（5-21bp）。

tRNA三级结构（倒L形）这种结构是靠氢键来维持的，tRNA的三级结构与氨酰-tRNA合成酶的识别有关。

tRNA的功能接合体①运输的工具，运载aa；②解读mRNA的遗传信息。

tRNA 的种类（1）起始tRNA 和延伸tRNA能特异地识别mRNA 模板上起始密码子的tRNA 叫起始tRNA ，其它tRNA 统称为延伸tRNA 。

原核生物起始tRNA 携带甲酰甲硫氨酸（fMet），真核生物起始tRNA 携带甲硫氨酸（Met ）。

（2）同工tRNA代表同一种氨基酸的tRNA 称为同工tRNA ，同工tRNA 既要有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有某种结构上的共同性，能被AA-tRNA 合成酶识别。

（3）校正tRNA 无义突变或错义突变的校正能特异地识别mRNA 模板上起始密码子的tRNA 叫起始tRNA ，其它tRNA 统称为延伸tRNA 。

原核生物起始tRNA 携带甲酰甲硫氨酸（fMet ），真核生物起始tRNA 携带甲硫氨酸（Met ）。

代表同一种氨基酸的tRNA 称为同工tRNA ，同工tRNA 既要有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有某种结构上的共同性，能被氨酰-tRNA 合成酶识别。

无义突变或错义突变的校正3. 氨酰-tRNA合成酶氨酰-tRNA合成酶是一类催化氨基酸与tRNA结合的特异性酶其反应式如下：酶AA + tRNA + ATP → AA-tRNA + AMP + PPi 它实际上包括两步反应第一步：氨基酸活化生成酶-氨基酰腺苷酸复合物AA + ATP + 酶（E）→ E-AA-AMP + PPi第二步：氨基酰转移到tRNA 3’末端腺苷残基上E-AA-AMP + tRNA → AA-tRNA + E + AMP第二步第一步E +EE ：氨酰－tRNA 合成酶氨酰-tRNA 的表示方法： Ala-tRNA Ala Ser-tRNA Ser Met-tRNA Met氨酰-tRNA合成酶要点：•蛋白质合成的真实性主要决定于氨酰-tRNA合成酶是否能使氨基酸与对应的tRNA相结合。

•氨酰-tRNA合成酶既要能识别tRNA，又要能识别氨基酸，它对两者都具有高度的专一性。

•不同的tRNA有不同碱基组成和空间结构，容易被氨酰-tRNA合成酶所识别。

4. 核糖体翻译进行的场所，含大小亚基。

protein 约占细胞的9％，RNA占总RNA的80％。

细菌中常以多聚核糖体的形式存在。

真核生物：与内质网结合或游离核糖体结构与功能核糖体--- 蛋白质（40％）＋rRNA （60％） 真核：80S=40S ＋60S 18S rRNA+5S rRNA& 5.8S rRNA&28S rRNA原核：70S=30S ＋50S16S rRNA+5S rRNA&23S rRNAS, Svedberg 沉降速率（1）与mRNA 结合，按5’ →3’方向移动，每次移动一个密码子。

（2）有三个与tRNA 结合的位点：A 位点（AA-tRNA ）、P 位点（peptidyl-tRNA ）和E （Exit tRNA ）位点。

（3）具有肽酰基转移酶活性，还有与起始因子、延伸因子、释放因子结合的位点。

核糖体的功能E 位以下不是终止密码子的为UAG UGA UGG UAAABCD提交单选题1分4. 蛋白质的生物合成4.3 蛋白质的生物合成过程蛋白质生物合成可分为五个阶段：1. 氨基酸的活化2. 肽链的起始3. 肽链的延伸4. 肽链的终止和释放5. 折叠和加工1.氨基酸的活化氨酰-tRNA合成酶催化特定的氨基酸与特异的tRNA相结合，生成各种氨酰-tRNA。

2.肽链合成的起始（1）起始密码子的识别mRNA中的起始密码是AUG，少数是GUG。

SD序列：约-10处富含嘌呤的序列几乎所有原核生物mRNA上都有一个5’-AGGAGGU-3’序列（SD序列），这个富嘌呤区与30S亚基上16S rRNA 3’ 互补。

SD序列与16SrRNA结合，有助于核糖体辨别起始密码子。

（2）70S起始复合物的形成（需三种起始因子IF1、IF2、IF3和GTP）①30S小亚基与翻译起始因子IF-1、IF-3结合，通过SD序列与mRNA模板相结合。

②fMet-tRNA fMet在IF-2的协同下进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。

③带有tRNA、mRNA、三个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，释放翻译起始因子。