基因表达的翻译调控.ppt

第五章：翻译调控 基因表达主要分为 两个阶段：转录（及转录后加工） 翻译（及翻译后加工） 两个层次：以转录调控为主。经济，避免浪费； 以翻译调控为辅。自身需求，适应环境 前体mRNA极易被胞内酶系降解。半衰期很短（以分钟计） 在原核生物中，转录与翻译这两个过程紧密偶联，有助于避免RNA被迅速降解。 在真核生物中，转录和翻译过程是分别在细胞核与细胞质在两个场所进行的，而且转录出的前体mRNA必须经过转录后加工成为成熟mRNA，并被转运到细胞质内的特定部位才能被翻译成蛋白质。 mRNA降解是转录后调控的一种方式 在真核细胞中，前体mRNA的加工与运输过程通常是同时进行的。成熟mRNA一旦进入胞浆，就有可能被降解。 mRNA的运输和定位也是转录后调控的一种方式 在胞浆内,mRNA翻译的分布是不均匀的,蛋白质的分布也是不均匀的。这不是因为蛋白质单纯扩散造成的，而是由于mRNA的运输和定位决定的。 一般把对mRNA成熟、降解和胞浆内定位等翻译起始前过程的调控统称为转录后调控。 各种生物的蛋白质翻译体系大致相同： mRNA tRNA cis- 核糖体 蛋白质翻译体系 酶系 trans- 细胞因子 其他小分子 翻译的过程主要包括三个阶段： 翻译的起始、延伸和终止。 蛋白质翻译后的多种加工方式： 修饰 (modification) 折叠 (folding) 分拣 (sorting) 运输 (traffiking) 定位 (targeting) 翻译水平上的调控机制大致可分为两种类型： 1. 不受环境因素影响的。这种机制包含在基因的顺式结构中； 2. 随环境因素变化而调节的。这种机制是反式作用的。 翻译调控主要表现为翻译起始的调节。翻译调控的关键在于mRNA的结构。 5.1. 翻译起始的调控 一个成熟的mRNA分子，其结构不仅包括氨基酸顺序的编码序列，而且也包括其5’和3’两端的非编码区(untranslated region, UTR)。因此，蛋白质的翻译不仅与mRNA的编码序列有关，而且受5’和3’ UTR结构的控制。 5.1.1. 原核生物mRNA模板的核糖体结合序列 核糖体结合序列(Ribosome Binding Sequence, RBS)是指起始密码AUG上游30－40碱基的一段UTR。RBS中有SD序列(Shine-Dalgarno, SD)。 经计算机分析了74种 原核生物的mRNA，认为SD 序列为：5’-AAGGAGGU-3’八 聚体，它和16S rRNA 3’端 的3’-AUCCUCCA-5’配对。其 中GGAG是其核心。 5.1.2. 真核生物mRNA的5’帽结构 所有真核生物mRNA 5’端都有以5’-5’磷酸二酯键相连 的帽结构m7GpppN。 1976年Shatkin就由体外试验结果发现，帽结构具 有以下四个方面的作用： 1). 保护mRNA不被5’外切酶降解,增加mRNA稳定性； 2). 有利于mRNA从胞核向胞质的转运； 3). 有增强翻译的作用； 大量体内和体外试验都证实，大多数mRNA的翻译活性依赖于帽结构。虽然未被甲基化的帽结构也能保护转录物不被5’外切酶核酸酶降解，但只有当它被甲基化后，才能被有效地翻译。 4). 5’帽结构与3’poly(A)尾对mRNA翻译效率的调节有协同作用。 例外的情况： 属于小RNA病毒科(picornavirus)的(+)链RNA却没 有5‘帽结构。例如：脊髓灰质炎病毒、脑-心肌炎病毒、 口蹄疫病毒、丙型肝炎病毒和柯萨奇病毒(coxsackie virus)等。 这些病毒侵入细胞后首先终止了宿主细胞的翻译， 然后利用宿主细胞质中的核糖体进行以病毒RNA为模板 的蛋白质合成。核糖体通过直接与病毒RNA 5’ UTR 结 构中的内部核糖体进入位点(Internal Ribosom