第21章 转录 翻译 G蛋白

转录

本质为RNA合成。核苷酸原料为NTP脱下两分子磷酸变为NMP，再通过RNA聚合酶，用35磷酸二酯键相连接。

转录模板，DNA单链中的模板链。原料为4种ntp，方向5~3。

RNA聚合酶与DNA聚合酶的区别。RNA聚合和酶无35外切活性，复制错后无法更正，RNA聚合酶不需要引物。

原核生物RNA聚合酶，亚基有5种、6个，两个阿尔法，决定经营转录类型，beta亚基催化三五磷酸二酯键，Beta一撇儿与DNA模板结合解开双螺旋，西格玛辨认转录起始点。

而聚合酶的两种形式，全酶和核心酶，差别在一个西格玛亚基。全酶转录起始阶段需要，形成第1个磷酸二酯键后西格玛亚基脱落，核心酶转录延长阶段需要。

利福平抗结核药物可抑制原核生物RNA聚合酶的beta亚基。

RNA转录过程。RNA聚合酶催化转录是与DNA模板启动子结合从3~5一边阅读一边转录，形成方向是5~3，但DNA阅读方向是3~5。

启动子不被转录，转录的DNA区域为编码序列。原核生物启动子的结构特点：启动区长约40bp，-10序列是几乎所有的启动子都含有的一个6bp的序列，该六聚体通常位于转录起点上游10bp处，共有-10序列是TATAAT，通常称为Pribnow框，是RNA聚合酶的紧密结合位点。-35序列是另一个在大多数启动子中都可以找到的6bp序列，该六聚体一般位于转录起始点上游35bp处，共有-35序列TTGACA，是RNA聚合酶对启动子的识别有关序列，对转录起始频率影响很大。

转入终止的方式依赖而Rho因子，因子识别到终止信号及时停止转录（RNA分子中出现富含胞嘧啶的区域），非依赖Rho因子。

真核生物RNA聚合酶酶的种类有三个，分别的产物是：45sRNA，hnRNA+IncRNA+piRNA+miRNA，聚合酶2产物最多，最活跃。tRNA+5srRNA+snRNA。

顺式作用元件是一段DNA分子，这段DNA分子不是转录的模板，但可以与某些蛋白质分子结合对而转录进行调节，增强或者抑制。远隔序列结合特异转录因子，启动子上游元件结合上游因子，启动子核心序列TATA盒和结合PIC。

转录因子TF123分别与RNA聚合酶123结合。TATA盒与TF2D中的TBP亚基结合。

真核启动子结构：核心启动子，上游启动子元件。

蛋白质合成是一个复杂且精确的过程，主要包括转录和翻译两个阶段，以下为你详细介绍：

转录是指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成RNA的过程，该过程发生在细胞核中（真核生物），主要步骤如下：

1.**转录起始**：RNA聚合酶识别并结合到DNA模板链上的启动子区域，使DNA双链解开，暴露出部分碱基序列，为转录做好准备。

2.**转录延伸**：RNA聚合酶沿着DNA模板链移动，以四种核糖核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则（A - U、T - A、C - G、G - C），合成与DNA模板链互补的RNA链。

3.**转录终止**：当RNA聚合酶到达DNA模板链上的终止子区域时，转录停止，新合成的RNA链从DNA模板链上释放出来。

转录后的加工（真核生物）

在真核生物中，刚转录出来的RNA是前体mRNA（pre - mRNA），需要经过一系列加工才能成为成熟的mRNA，主要包括：首尾修饰，剪接，编辑。

1.**5'端加帽**：在mRNA的5'端加上一个7 -甲基鸟苷酸帽子结构，它可以保护mRNA免受核酸酶的降解，并且有助于mRNA与核糖体的结合。

2.**3'端加尾**：在mRNA的3'端加上一段多聚腺苷酸（poly - A）尾巴，它可以增加mRNA的稳定性，促进mRNA从细胞核向细胞质的运输。

3.**剪接**：前体mRNA中包含外显子（编码蛋白质的序列）和内含子（非编码序列），通过剪接作用，将内含子切除，外显子连接在一起，形成成熟的mRNA。

tRNA的加工步骤，一，对碱基进行化学修饰，形成稀有碱基，二，剪切53末端的多余的核苷酸，三，去除内含子，四，3末端CCA。

翻译。

翻译是指以mRNA为模板，rRNA为场所，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，该过程发生在细胞质中的核糖体上，主要步骤如下：

1.氨基酸的活化：在氨基酰- tRNA合成酶的催化下，特定的氨基酸与相应的tRNA结合，形成氨基酰- tRNA。每种氨基酸都有其对应的氨基酰- tRNA合成酶和tRNA。

2.翻译起始：在起始因子的参与下，核糖体的小亚基与mRNA的起始密码子（AUG）结合，然后甲硫氨酰- tRNA（真核生物）或甲酰甲硫氨酰- tRNA（原核生物）识别并结合到起始密码子上，最后核糖体的大亚基与小亚基结合，形成完整的核糖体- mRNA - tRNA起始复合物。

3.翻译延伸：核糖体沿着mRNA从5'端向3'端移动，按照mRNA上的密码子顺序，依次将相应的氨基酰- tRNA携带的氨基酸连接到正在合成的多肽链上。这个过程包括进位、成肽和转位三个步骤：

-进位：下一个氨基酰- tRNA根据mRNA上的密码子，进入核糖体的A位。

-成肽：在肽基转移酶的催化下，A位上的氨基酸与P位上的多肽链形成肽键，使多肽链延长。

-转位：核糖体沿着mRNA移动一个密码子的距离，原来在A位的tRNA进入P位，原来在P位的tRNA离开核糖体，A位空出，准备接受下一个氨基酰- tRNA。

4.翻译终止：当核糖体移动到mRNA上的终止密码子（UAA、UAG、UGA）时，没有对应的氨基酰- tRNA与之结合，在释放因子的作用下，多肽链从tRNA上释放出来，核糖体与mRNA分离，翻译过程结束。

密码子的特点：方向性（从五端到三端读取），连续性（密码子之间没有间隔），简并性（除了起始密码子，一个氨基酸可对应两个或两个以上的密码子，或称同义密码子），摆动性（密码子与反密码子之间不严格遵循碱基配对，有利于避免有害突变，维持生物表型稳定），通用型（从低等生物到人类使用同一套遗传密码）。

青霉素四环素链霉素，抑制原核生物30s小亚基，红霉素氯霉素零克霉素氯，抑制原核生物50s大亚基，同时抑制真核生物核糖体的物质是嘌呤毒素。

小亚基和大亚基通常是指核糖体的两个组成部分。

核糖体是细胞内合成蛋白质的场所，它由大小两个亚基组成。在原核生物中，核糖体为70S，由30S小亚基和50S大亚基组成；在真核生物中，核糖体为80S，由40S小亚基和60S大亚基组成。

小亚基负责结合mRNA（信使核糖核酸），识别起始密码子，启动蛋白质合成过程；大亚基则含有肽酰转移酶活性，能催化氨基酸之间形成肽键，并且为tRNA（转运核糖核酸）提供结合位点，在肽链的延伸过程中发挥重要作用。在蛋白质合成起始时，小亚基先与mRNA结合，然后大亚基再与小亚基结合形成完整的核糖体，共同完成蛋白质的合成。合成结束后，大小亚基又会分离。

翻译后的加工

新合成的多肽链需要经过一系列加工和修饰才能成为具有生物学活性的蛋白质，主要包括：

1.折叠：在分子伴侣的帮助下，多肽链折叠成特定的三维结构。

2.修饰：包括糖基化、磷酸化、甲基化、乙酰化等，这些修饰可以改变蛋白质的活性、稳定性和定位等。

3.亚基组装：由多个亚基组成的蛋白质，需要将各个亚基组装在一起，形成具有功能的蛋白质复合物。

siRNA和miRNA可降解mRNA。

G蛋白即鸟苷酸结合蛋白（guanine nucleotide-binding protein），是一类能与鸟苷酸结合，具有GTP水解酶活性的信号传导蛋白，在细胞信号转导过程中起着重要作用。结构与分类。G蛋白通常由α、β、γ三个亚基组成。α亚基能结合鸟苷酸，具有GTP酶活性，它可分为结合GDP（无活性状态）和结合GTP（有活性状态）两种状态；β和γ亚基通常紧密结合在一起，形成βγ二聚体。

G蛋白主要分为异源三聚体G蛋白（与七跨膜受体偶联）和小G蛋白（单体形式）。异源三聚体G蛋白根据其α亚基的不同又可分为Gs、Gi、Gq等类型，不同类型的G蛋白在信号转导中发挥不同的作用。小G蛋白如Ras、Rho、Rab等家族，参与细胞内多种生理过程的调节。

G蛋白作用机制

1，活化过程：当配体与相应的G蛋白偶联受体（GPCR）结合后，受体构象发生改变，激活的受体与G蛋白α亚基相互作用，促使α亚基上的GDP被GTP取代，从而使G蛋白从无活性的三聚体形式转变为有活性的α- GTP和βγ亚基分离的形式。

2，信号传递：活化的α- GTP和βγ亚基可以分别作用于下游的效应器分子，如腺苷酸环化酶、磷脂酶C等，进而产生第二信使，如环磷酸腺苷（cAMP）、三磷酸肌醇（IP₃）和二酰甘油（DAG）等，将细胞外的信号传递到细胞内，引起细胞的生物学效应。

3，失活过程：α亚基具有内在的GTP酶活性，能将结合的GTP水解为GDP，使α亚基恢复到无活性状态，并与βγ亚基重新结合形成三聚体，终止信号传递。

G蛋白生物学功能

1，调节细胞代谢：例如，在激素调节血糖的过程中，胰高血糖素与肝细胞表面的G蛋白偶联受体结合，激活Gs蛋白，进而激活腺苷酸环化酶，使细胞内cAMP水平升高，激活蛋白激酶A，促进糖原分解和糖异生，升高血糖水平。

2，参与神经传导：在神经系统中，神经递质与突触后膜上的G蛋白偶联受体结合，通过G蛋白介导的信号转导途径，调节离子通道的开放和关闭，影响神经元的兴奋性和神经冲动的传递。

3，调控细胞增殖、分化和凋亡：G蛋白参与的信号通路在细胞的生长、发育和死亡过程中发挥重要作用。异常的G蛋白信号传导与肿瘤、心血管疾病、神经系统疾病等多种疾病的发生发展密切相关。