医学细胞生物学第九章细胞内遗传信息的传递及调控

这是一篇关于医学细胞生物学第九章细胞内遗传信息的传递及调控的思维导图，包含基因及其结构、 基因转录和转录后加工、蛋白质的生物合成等。

第九章细胞内遗传信息的传递及调控

• 基因及其结构
  • 基因
    • 基因
      • 是细胞内遗传物质的最小功能单位，是负载有特定遗传信息的DNA片段
    • 结构基因
      • 编码非调控因子的任何蛋白和RNA的基因
    • 调控基因
      • 编码调节其他基因表达的蛋白质或RNA基因
    • 基因组
      • 指细胞或生物体的一套完整单倍体遗传物质，是所有染色体上全部基因和基因之间的DNA总和
  • 中心法则
    • DNA复制
      • DNA ®DNA
    • DNA转录
      • DNA ®RNA
    • RNA转录
      • RNA ®蛋白质
    • RNA逆转录
      • RNA ®DNA
• 基因转录和转录后加工
  • 基因的一般特点
    • 基因转录
      • 遗传信息从DNA流向RNA的过程，即将DNA分子上的脱氧核苷酸序列转变为RNA分子上的核苷酸序列
    • 转录的本质
      • 是以DNA双螺旋链中反义链为模版，以ATP、GTP、CTP、UTP为原料，在RNA聚合酶的作用下，遵循碱基互补配对原则的，合成RNA的一个过程
      • 模板链（反义链）
        • 在双链DNA中，作为转录模板的链，与mRNA互补
      • 编码链（有意义链）
        • 与模板链互补的另一条链，与转录产物的序列相同
  • 真核细胞基因的转录和转录后的加工
    • 真核生物转录的主要特点
      • 有多种RNA聚合酶分别合成不同类别的RNA
      • 有多种不同类型的启动子为不同的RNA聚合酶所用
      • 有多种转录因子
      • 真核生物与转录时或转录后有广泛的RNA加工
    • 真核细胞mRNA合成和加工
      • mRNA合成
        • mRNA是RNA中唯一具有编码蛋白质功能的RNA
        • 由RNA聚合酶II催化
        • 通用转录因子参与形成转录起始复合物
        • mRNA的初级转录本大小不一，被称为不均一核
      • mRNA加工
        • 戴帽
          • 5‘末端加上7-甲基鸟嘌呤三磷酸的帽子结构
            • 被核糖体小亚基识别，有利于mRNA的最初翻译的准确性
            • 防止被核酸酶水解，增强mRNA的稳定性
        • 加尾
          • 3’末端加上多聚腺苷酸的尾巴
            • 可使mRNA3‘端稳定，防止被核酸酶水解
            • 有利于mRNA由细胞核到细胞质的转运
        • 剪接
          • 将RNA的前体分子中内含子切除，将外显子拼接的过程
            • 完成hnRNA剪切需要有三个必需的序列：5’GU序列，3‘AG序列和分支点
            • mRNA剪接是通过剪接体完成的
              • 剪接体的组成
                • 核糖核蛋白颗粒(snRNP)
                  • 小核RNA
                  • 蛋白质
    • rRNA分子的合成后加工
      • rRNA基因为多拷贝基因，串联排列于特定的核仁染色质区段
      • 在RNA聚合酶I催化下转录形成原始rRNA前体——45SrRNA
      • rRNA剪切为自身剪切，不需要蛋白质的参与
      • rRNA前体的加工发生在核仁中，最终装配成核糖体的大、小亚基
    • tRNA的转录后加工
      • 真核细胞tRNA基因成簇存在并被间隔区分开，在RNA聚合酶III的作用下被转录为tRNA前体
      • tRNA前体剪切
        • tRNA前体的5’末端和反密码环的区域部分被切除并拼接成成熟的tRNA
      • tRNA前体的化学修饰
        • 通过化学修饰形成稀有碱基
          • 常见的碱基修饰
            • 还原反应、转位反应、脱氢反应、甲基化反应
    • 5SrRNA的合成加工
      • 5SrRNA是一类特殊的rRNA分子，由核仁外的基因编码
      • 5SrDNA为串联排列的多拷贝基因
      • 在RNA聚合酶III的作用下，5SrDNA转录为5SrRNA，无需剪切加工，即可运至核仁，直接参与核糖体大亚基的组装
• 蛋白质的生物合成
  • 遗传信息翻译的基本原理
    • mRNA携带指导蛋白质合成的遗传密码
      • 遗传密码
        • mRNA上的碱基排列顺序
        • 遗传密码的特点
          • 通用性
            • 所有生物通用
          • 简并性
          • 连续性
          • 方向性
            • 5‘®3’
      • 在mRNA链上相邻的3个碱基，即核苷酸三联体被称为密码子
    • tRNA既能识别mRNA上的密码子又能携带特定的氨基酸
      • tRNA识别mRNA上的密码子
      • tRNA携带特定的氨酰-tRNA合成酶
        • 氨基酸的活化
          • 氨基酸与ATP在氨酰-tRNA合成酶的作用下形成氨酰-AMP
        • 氨基酸与tRNA的连接
          • 活化氨基酸的氨酰基被转移到tRNA分子上形成氨酰-tRNA并释放AMP
      • 摆动性
        • 密码子和反密码子前两位配对严密，第三位具有一定的灵活性
  • 蛋白质合成的场所——核糖体
    • 核糖体是由rRNA和蛋白质组成的大分子复合物
    • 核糖体是蛋白质合成的场所
      • mRNA结合点：位于核糖体小亚基
        • 原核生物30S小亚基通过16SrRNA的3’端与mRNA的5’端起始密码子上游SD序列配对结合
        • 真核生物中，核糖体40S小亚基识别mRNA的帽子结构，使mRNA与核糖体结合
      • P位
        • 起始氨酰-tRNA和肽酰-tRNA结合的位置
      • A位
        • 氨酰tRNA结合的位置
      • E位
        • 结合空载tRNA，使核糖体变构
      • 转肽酶活性部位
        • 催化肽键的合成
      • 参与蛋白质合成的因子的结合部位
        • 起始因子
        • 延长因子
        • 终止因子或释放因子
  • 蛋白质合成的一般过程
    • 氨基酸的活化
      • 蛋白质生物合成的预备阶段
    • 多肽链合成的起始
      • 翻译起始阶段的“蛋白质装配”
        • 大肠杆菌细胞的翻译起始过程
          • ①核糖体30S小亚基在起始因子的帮助下，通过其16SrRNA的一段特殊序列识别 mRNA的SD序列，并与之互补结合，形成小亚基-mRNA复合物
          • ②起始氨酰-tRNA(原核细胞是甲酰蛋氨酰-tRN A），通过反密码子与mRNA的起始密码AUG互补结合，形成起始氨酰-tRNA-小亚基-mRNA复合物
          • ③核糖体大亚基立即加入到复合物中，形成起始氨酰-tRNA-小亚基-mRNA-大亚基构成的完整起始复合物，至此肽链的合成开始
    • 肽链的延长
      • 是多因子参与的核糖体循环过程
        • 进位
        • 成肽
        • 转位
    • 肽链的终止和释放
      • 终止密码子的辨认
        • 出现终止密码（UGA、UAA、UAG）时，释放因子RF-1、RF-2识别到A位上
      • 肽链和mRNA从核糖体上释放
      • 核糖体大小亚基解聚
    • 多聚核糖体
      • 多个核糖体结合在一个mRNA上
    • 蛋白质合成后的加工修饰
  • 肽链合成后的加工修饰
    • 一级结构的修饰改变了多肽链氨基酸的性质和组成
      • 肽链氨基端的修饰
        • N-甲酰甲硫氨酸或甲硫氨酸的去除
      • 共价修饰
      • 前肽链的水解修饰
    • 高级机构的修饰包括亚基聚合、多肽折叠和辅基连接
      • 亚基聚合
        • 非共价键聚合
      • 多肽折叠
      • 辅基连接
  • 蛋白质的降解
    • 泛素-蛋白酶体途径
    • 溶酶体降解途径