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1、2012分子生物学复习要点1分子生物学研究的基本定理分子生物学研究的基本定理：1.构构成成生生物物体体有有机机大大分分子子的的单单体体在在不不同同生生物物中都是相同的；中都是相同的；2.生生物物体体内内一一切切有有机机大大分分子子的的构构成成都都遵遵循循共共同的规则同的规则；3.某某一一特特定定生生物物体体所所拥拥有有的的核核酸酸及及蛋蛋白白质质分分子决定了它的属性。子决定了它的属性。2在在凝凝胶胶电电泳泳中中，加加入入溴溴化化乙乙锭锭（ethidiumbromide，EtBr）染染料料对对核核酸酸分分子子进进行行染染色色，然然后后放放置置在在紫紫外外光光下下观观察察，可可灵灵敏敏而而快快捷捷
2、地地检检测测出出凝凝胶胶介介质质中中DNA的的谱谱带带部部位位，即即使使每每条条DNA带带中中仅仅含含有有0.05g的的微微量量DNA，也可以被清晰地检测出来。，也可以被清晰地检测出来。3溴溴化化乙乙锭锭染染料料的的化化学学结结构构及及其其对对DNADNA分分子子的的插插入入作作用用。由由于于插插入入了了溴溴化化乙乙锭锭分分子子，在在紫紫外外光光照照射射下下，琼琼脂脂糖糖凝凝胶胶电电泳泳中中DNADNA的的条条带带便便呈呈现现出出橘橘黄黄色色荧光，易于鉴定。荧光，易于鉴定。4组蛋白的一般特性： 进化上的保守性保守程度：H1 H2A、H2B H3 、H41、组蛋白 上海生化所分子遗传学1998年
3、试题： 在真核生物核内。五种组蛋白（H1 H2A H2B H3 和H4）在进化过程中，H4极为保守，H2A最不保守（ ）5简述真核生物染色体上组蛋白的种类，组蛋白修饰的种类及其生物学意义中国科学院2003年硕士研究生入学生物化学与分子生物学试题62) C值反常现象（C-value paradox) C值是一种生物的单倍体基因组DNA的总量。真核细胞基因组的最大特点是它含有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能DNA所隔开，这就是著名的“C值反常现象”。 C值矛盾7上海第二军医大硕士研究生入学考试试题：基因组的特点（真核、原核比较 ）（五）原核生物和真核生物基因组结构特点比
4、较8DNA双螺旋模型是哪年由谁提出的?简述其基本内容.为什么说该模型的提出是分子生物学发展史上的里程碑,具有划时代的贡献? 浙江大学医学院2003生物化学（硕士） 91、定义：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式称半保留复制。（一）DNA的半保留复制（semi-conservative replication）103、DNA半保留复制的生物学意义： DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。 117、DNA 拓扑异构酶(DNA Topisomerase)： 拓扑异构酶：使DNA
5、一条链发生断裂和再连接，作用是松解负超螺旋。主要集中在活性转录区，同转录有关。例：大肠杆菌中的蛋白 拓扑异构酶：该酶能暂时性地切断和重新连接双链DNA，作用是将负超螺旋引入DNA分子。同复制有关。 例：大肠杆菌中的DNA旋转酶121 1、双链的解开、双链的解开 DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原点。 ori(或o）、富含A、T的区段。基本概念： 上海生化所1998年分子遗传学试题：真核生物复制起始点的特征包括（ ）A富含GC区 B富含AT区 C Z DNA D无明显特征13DNA的半不连续复制（semi-discontinuous replication) DNA复制时其中一条子链的合成
6、是连续的，而另一条子链的合成是不连续的，故称半不连续复制。在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链为前导链；合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的DNA链为滞后链。3 3、DNADNA链的延伸链的延伸14 在DNA复制过程中，前导链能连续合成，而滞后链只能是断续的合成53 的多个短片段，这些不连续的小片段称为冈崎片段。15四、DNA的修复 (DNArepairing) DNADNA修复是细胞对修复是细胞对DNADNA受损伤后的一种反应，但有时并非能完全受损伤后的一种反应，但有时并非能完全消除消除DNADNA的损伤，只是使细胞能够耐受这的损
7、伤，只是使细胞能够耐受这DNADNA的损伤而能继续生存。的损伤而能继续生存。 DNA损伤来源损伤来源1 1、碱基的脱落（酸和热）、碱基的脱落（酸和热）2 2、碱基或核苷的改变（电离辐射和烷化剂等）、碱基或核苷的改变（电离辐射和烷化剂等）3 3、错误碱基、错误碱基4 4、碱基的缺失或插入、碱基的缺失或插入5 5、嘧啶碱基的二聚化、嘧啶碱基的二聚化6 6、链的断裂（化学试剂或电离辐射）、链的断裂（化学试剂或电离辐射）7 7、DNADNA链的交联链的交联16大肠杆菌中大肠杆菌中DNA的修复系统的修复系统DNADNA修复系统修复系统功功 能能错配修复错配修复(mismatch repair)(mism
8、atch repair)恢复错配恢复错配切除修复切除修复( (碱基、核苷酸切除碱基、核苷酸切除修复修复) )切除突变的碱基和核苷酸片段切除突变的碱基和核苷酸片段重组修复重组修复(recombinant repair)(recombinant repair) 复制后的修复，重新启动停滞复制后的修复，重新启动停滞的复制叉的复制叉DNADNA直接修复直接修复(direct repair)(direct repair)修复嘧啶二体或甲基化修复嘧啶二体或甲基化DNADNASOSSOS系统系统DNADNA的修复，导致变异的修复，导致变异 扼要说明细胞中扼要说明细胞中DNADNA修复系统有哪几种（修复系统有
9、哪几种（8 8分）分） 中国科学院中国科学院20022002年硕士学位研究生入学分子遗传学试题年硕士学位研究生入学分子遗传学试题175 5、SOSSOS反应（反应（SOS responseSOS response）nSOSSOS反应是反应是细胞细胞DNADNA受到损伤或复制系统受到抑制受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生存而产生的一种应急的紧急情况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施。措施。nSOSSOS反应包括诱导反应包括诱导DNADNA损伤修复、诱变效应、细胞损伤修复、诱变效应、细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放噬菌体等，细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放噬菌体等，细胞癌变也与癌
10、变也与SOSSOS反应有关。反应有关。18nSOS反应广泛存在于原核和真核生物中，主要反应广泛存在于原核和真核生物中，主要包括两个方面：包括两个方面：DNA的修复的修复，利于细胞的存活，具有重要意，利于细胞的存活，具有重要意义；义；产生变异，可能产生不利的后果，如导致细胞产生变异，可能产生不利的后果，如导致细胞的癌变。的癌变。19DNADNA复制具有那些特点复制具有那些特点? ?复制是复制是半保留半保留的。的。原核生物一般只有一个复制原点，真核生物有多个复原核生物一般只有一个复制原点，真核生物有多个复制原点。制原点。复制可复制可单向单向进行，也可进行，也可双向双向进行，后者更为常见。进行，后者
11、更为常见。复制是复制是半不连续半不连续的，两条链都是以的，两条链都是以5 35 3方向合成，方向合成，其中，前导链是连续合成的，随从链其中，前导链是连续合成的，随从链( (滞后链滞后链) )是不连是不连续合成的，即先合成短的续合成的，即先合成短的冈崎片段冈崎片段，再连接成随从链。，再连接成随从链。复制开始时需要一段复制开始时需要一段引物引物RNARNA ，在复制进行到一定程，在复制进行到一定程度后被度后被切除切除，并以一段，并以一段DNADNA代替。代替。复制具有严格的保证复制准确性的机制。在复制过程复制具有严格的保证复制准确性的机制。在复制过程中，有中，有多种酶和蛋白质多种酶和蛋白质参与，可
12、能就是保证复制准确参与，可能就是保证复制准确性所必需的，性所必需的，DNADNA聚合酶的校正聚合酶的校正作用，也可能是保证复作用，也可能是保证复制准确性的数种途径之一。制准确性的数种途径之一。20（二）转座子的类型和结构特征1.原核生物转座子的类型：1 1、插入序列、插入序列(insertional sequence,IS) (insertional sequence,IS) 2 2、复合转座子、复合转座子(composite transposon) (composite transposon) 3 3、TnATnA家族家族21插入序列（插入序列（插入序列（插入序列（insertionalse
13、quence,ISinsertionalsequence,IS）P P5757 1.1.最简单的转座子最简单的转座子, ,不含有任何宿主基因。不含有任何宿主基因。 2.2.是很小的是很小的DNADNA片段片段( (约约1 1kb)kb)，末端具有倒置重复末端具有倒置重复 序列。序列。 3.3.转座时常复制宿主靶位点转座时常复制宿主靶位点4 41515bpbp的的DNADNA形成正形成正 向重复区。向重复区。 4.4.大部分大部分ISIS序列只有一个开放读码框。序列只有一个开放读码框。 5.5.是细菌染色体或质粒是细菌染色体或质粒DNADNA的正常组成部分。的正常组成部分。22以基因的形式荷载遗
14、传信息，是生命遗传的物以基因的形式荷载遗传信息，是生命遗传的物质基础质基础。DNA序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制得到永存（DNA复制）。作为基因复制和转录的模板，是个体生命活动作为基因复制和转录的模板，是个体生命活动的信息基础。的信息基础。DNA的生物学功能是以蛋白质的形式表达出来的。通过转录生成信使RNA，翻译生成蛋白质的过程来控制生物个体性状（基因表达）。DNA的基本功能：的基本功能：23基因表达基因表达(geneexpression)：是指细胞在生命过程：是指细胞在生命过程中中,把储存在把储存在DNA顺序中遗传信息经过顺序中遗传信息经过转录转录和和翻译翻译,转变成具有生物活性的蛋
15、白质分子。转变成具有生物活性的蛋白质分子。24 转录模板 DNA分子上转录出分子上转录出RNA的区段，称为的区段，称为结构基因。结构基因。一一段段从从启启动动子子开开始始至至终终止止子子结结束束的的DNA序序列列为为一一个个转录单元转录单元。DNA双双链链按按碱碱基基配配对对规规律律能能指指引引转转录录生生成成RNA的的一一股股单单链链，称称为为模模板板链链(templatestrand)，也也称称作作反意义链反意义链或或Waston链链。相相对对的的另另一一股股单单链链是是编编码码链链(codingstrand)，也也称为称为有意义链有意义链或或Crick链链。25u转录与复制的相似之处：转
16、录与复制的相似之处：都是酶促的核苷酸聚合过程；都是酶促的核苷酸聚合过程；都以都以DNA为模板；为模板；都需依赖都需依赖DNA的聚合酶；的聚合酶；聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键；聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键；都从都从5至至3方向延伸成新链多聚核苷酸；方向延伸成新链多聚核苷酸；都遵从碱基配对规律都遵从碱基配对规律但转录忠实性要低于但转录忠实性要低于DNA复制复制。转录与复制都受到严格的调控转录与复制都受到严格的调控二、转录与复制的异同 26u转录和复制的区别转录和复制的区别引物引物有有无无高度进行性高度进行性中途不停止中途不停止可一段一段复制可一段一段复制A -U，T -A，G -C
17、A -T，G -C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（ 半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA -pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制A -U，T -A，G -CA -T，G -C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（ 半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA -pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录
18、转录复制复制27（一）（一）原核生物原核生物RNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶（大肠杆菌为例）全酶=核心酶+ 因子第二节第二节DNA指导下的指导下的RNA聚合酶聚合酶核心酶核心酶(coreenzyme)全酶全酶(holoenzyme) 28第第三三节节与转录起始和终止有关的与转录起始和终止有关的DNA结构结构一、原核生物的启动子和终止子一、原核生物的启动子和终止子启动子定义：指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。 295 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-pol原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)，包括若干个结构基因及其上游(u
19、pstream)的调控序列。（一）启动子结构（一）启动子结构转录单元转录单元301、Pribnow框：框：10区，保守序列为区，保守序列为TATAAT。Pribnow框框是是RNA聚合酶的牢固结合位点，聚合酶的牢固结合位点，u细菌中常见两种启动子突变：细菌中常见两种启动子突变：启动子上升突变，提高转录活性；启动子上升突变，提高转录活性；启动子下降突变，降低转录水平。启动子下降突变，降低转录水平。的存在保的存在保证原核生物原核生物RNA聚合聚合酶只能与启只能与启动子区而不是其它区域形成子区而不是其它区域形成稳定的二元复合物。定的二元复合物。312、Sextama框：框：35区，保守序列为区，保守
20、序列为TTGACA。Sextama框框是是RNA聚合酶中聚合酶中的识别位点，的识别位点，也是也是RNA聚合酶的初始结合位点。聚合酶的初始结合位点。lPribnow框与框与Sextama框之间的碱基序列并不重要，但框之间的碱基序列并不重要，但两个序列之间的距两个序列之间的距离十分重要；离十分重要；l天然启动子这段距离多为天然启动子这段距离多为1520bp，距离的大小可能是决定启动子强度的因，距离的大小可能是决定启动子强度的因素之一。素之一。l实验表明：两个序列之间的距离为实验表明：两个序列之间的距离为17bp时，转录效率最高。时，转录效率最高。323、CAP位点位点：（乳糖：（乳糖操纵子的启动子
21、序列）操纵子的启动子序列）vCAP即即分解代谢物基因激活蛋白分解代谢物基因激活蛋白(catabolitegeneactivationProtein)也称环腺苷酸受体蛋白（也称环腺苷酸受体蛋白（CRP）。）。uCAP分子内有两个结构域：分子内有两个结构域：羧基末端结构域是羧基末端结构域是DNA结合区；结合区；氨基末端结构域是氨基末端结构域是cAMP结合位点。结合位点。uCAP与与cAMP的结合能提高的结合能提高CAP对双链对双链DNA的亲和力；的亲和力；uCAP与启动子（与启动子（CAP位点）的结合是激活乳糖操纵子转录的必要条件。位点）的结合是激活乳糖操纵子转录的必要条件。33（二）终止子结构（
22、二）终止子结构提供转录终止信号的序列称为终止子（提供转录终止信号的序列称为终止子（terminator）;终止信号存在于终止信号存在于RNA聚合酶已聚合酶已经转录过的序列之中。经转录过的序列之中。u原核生物终止子分为两类：原核生物终止子分为两类：一类是不依赖于一类是不依赖于因子的转录终止；因子的转录终止； 一类是一类是依赖依赖因子的转录终止；因子的转录终止；u两类终止子有共同的序列特征：两类终止子有共同的序列特征：在转录终止点之前有一段间断的回文结构。在转录终止点之前有一段间断的回文结构。u两类终止子碱基组成的不同点：两类终止子碱基组成的不同点：不依赖不依赖因子因子 回文结构富含回文结构富含G
23、-C G-C 下游富含下游富含A-TA-T 依赖依赖因子因子 G-CG-C含量较少含量较少 下游无特征下游无特征34u类启动子分两部分：类启动子分两部分：405称为近启动子，决定转录起始的位点；称为近启动子，决定转录起始的位点；16540称为远启动子，影响转录的频率。称为远启动子，影响转录的频率。（一）（一）RNA聚合酶聚合酶的启动子的启动子即即rRNA基因的启动子，称基因的启动子，称类启动子。类启动子。二、真核生物的启动子和终止子二、真核生物的启动子和终止子真核有三种不同的启动子和有关的元件启动子最为复杂，它和原核的启动子有很多不同35（二）（二）RNA聚合酶聚合酶的启动子的启动子1、帽子位
24、点（、帽子位点（capsite）：）：即转录起始位点，其碱基大多为即转录起始位点，其碱基大多为A。2、TATA框：框：又称又称Hogness框，位于框，位于25附近，由含有附近，由含有TATA的的67个核苷酸组成，保守序个核苷酸组成，保守序列为列为TATA（A/T）A（A/T）。但但TATA框的两侧富含框的两侧富含G-C碱基对。碱基对。即即mRNA基因的启动子，称基因的启动子，称类启动子类启动子l核心启动子元件核心启动子元件作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始。其序列的完整与准确对维持启作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始。其序列的完整与准确对维持启动子的功能是必需的。动子的功能是
25、必需的。363、CAAT框：框：位于位于75附近，保守序列为附近，保守序列为GGNCAATCT。头两个。头两个G非常重要，一但突非常重要，一但突变，转录效率大大下降。变，转录效率大大下降。4、GC框：框：位于位于110附近，以附近，以5CCGCC3序列为特征。序列为特征。l上游启动子元件上游启动子元件作用：作用：控制着转录起始的频率。控制着转录起始的频率。375、增强子（、增强子（enhancer）：）：l能结合反式作用因子，决定基因的时间和空间特异性表达，增强启动子转录能结合反式作用因子，决定基因的时间和空间特异性表达，增强启动子转录活性的活性的DNA序列。序列。l 增强子作用特点增强子作用
26、特点： 增强效应十分明显：使转录频率增加百倍或千倍。增强效应十分明显：使转录频率增加百倍或千倍。增强效应增强效应与其所处的位置和取向无关：与其所处的位置和取向无关： 增强子以增强子以5353或或 3535排列对启动子都有作用。排列对启动子都有作用。 大多为重复序列：长约大多为重复序列：长约50bp50bp，适合与反式因子结合，内部常有一个核心序列，为增，适合与反式因子结合，内部常有一个核心序列，为增强效应所必需。强效应所必需。增强效应具有严密的组织和细胞特异性。增强效应具有严密的组织和细胞特异性。没有基因专一性。没有基因专一性。许多增强子受外部信号的调控。许多增强子受外部信号的调控。38五、五
27、、RNA生物合成抑制剂生物合成抑制剂概念：能阻断、抑制或者干扰核酸的代谢 过程，最终抑制转录的一类化合物，称RNA生物合成抑制剂。l分三类：分三类：1、嘌呤和嘧啶类似物，抑制核酸前体的合成；、嘌呤和嘧啶类似物，抑制核酸前体的合成；2、通过与、通过与DNA结合而改变模板的功能；结合而改变模板的功能；3、与、与RNA聚合酶结合而影响其活力。聚合酶结合而影响其活力。39（一）利福霉素及利福平（一）利福霉素及利福平作用作用：抗结核药物，特异地抑制细菌：抗结核药物，特异地抑制细菌RNA聚合酶聚合酶的活性，因而抑制细菌的活性，因而抑制细菌RNA的合成。的合成。机制机制：利福霉素可与利福霉素可与RNA聚合酶
28、的聚合酶的亚基基结合，合，并阻止起始位点的填充，并阻止起始位点的填充，抑制二核苷酸抑制二核苷酸RNA的形成；的形成；利福平利福平则阻止阻止RNA聚合聚合酶的移的移动，抑制，抑制头三个核苷酸的形成。三个核苷酸的形成。因此，因此，利福霉素和利福平都是利福霉素和利福平都是RNA链合成合成起始起始过程的抑制程的抑制剂。40（二）利迪链菌素（二）利迪链菌素作用：作用：与细菌的与细菌的RNA聚合酶聚合酶亚基基结合，抑制合，抑制转录过程中程中RNA链的延的延长反反应。（三）（三）-鹅膏蕈碱膏蕈碱作用作用：抑制真核生物的：抑制真核生物的RNA聚合酶，且聚合酶，且RNApol极为敏感。对细菌极为敏感。对细菌RN
29、A聚合酶作用极弱。聚合酶作用极弱。41一、一、mRNA的前体加工的前体加工1、5 端形成端形成帽子结构帽子结构(m7GpppNp)2、3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)3、中部剪接、中部剪接除去内含子除去内含子4、链内部核苷酸的、链内部核苷酸的甲基化甲基化hnRNA转变成转变成mRNA的加工过程包括：的加工过程包括：42修饰的化学反应：修饰的化学反应：5-端的修饰在核内完成，且在转录到端的修饰在核内完成，且在转录到20个核苷酸个核苷酸时在转鸟嘌呤核苷酸酶催化下加到时在转鸟嘌呤核苷酸酶催化下加到5端的。先于中端的。先于中段剪切。段剪切。5帽子分帽子分Cap0、Ca
30、p1、Cap2。（一）（一）5-端加上帽子结构端加上帽子结构(mGpppNp）真核生物mRNA的5末端的第一个核苷酸总是7-甲基鸟核苷三磷酸（m7Gppp）。mRNA5端的这种结构称为帽子（cap）。43umRNA帽子的生理功能：帽子的生理功能：帽子结构参与翻译起始，帽0结构是核糖体小亚基识别mRNA所必需的；核糖体上有帽结合蛋白。m7Gppp结构能有效地封闭mRNA5末端，以保护mRNA免受5核酸外切酶的降解，增强mRNA的稳定。44（二）（二）3-端加上多聚腺苷酸尾巴端加上多聚腺苷酸尾巴(polyA)。polyA的出现不依赖的出现不依赖DNA模板。模板。加尾信号：加尾信号：3-末端出现末端
31、出现AAUAAA及下游的及下游的GU丰富区。在两序列之间由特异的核酸内丰富区。在两序列之间由特异的核酸内切酶切除多余的核苷酸，然后加上切酶切除多余的核苷酸，然后加上polyA。尾部修饰和转录终止同时进行。尾部修饰和转录终止同时进行。3-端修饰也在核内完成，并先于端修饰也在核内完成，并先于mRNA中段中段的剪接。的剪接。polyA的有无及长短是维持的有无及长短是维持mRNA作为翻译模作为翻译模板的活性，以及增加板的活性，以及增加mRNA本身稳定性的因素。本身稳定性的因素。45 翻译：指将mRNA链上的核甘酸从一个特定的起始位点开始，按每三个核甘酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。蛋
32、白质合成的场所是蛋白质合成的模板是模板与氨基酸之间的接合体是蛋白质合成的原料是核糖体mRNAtRNA20种氨基酸46一、遗传密码三联子（一）三联子密码定义 mRNA链上每三个核甘酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核甘酸就称为密码子或三联子密码(tripletcoden)。mRNA5GCUAGUACAAAACCU347（三）遗传密码的性质1、简并性由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymous codon）。482、同工tRNA（三） tRNA的种类 代表同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA。 同工t
33、RNA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，能被相同的氨基酰-tRNA合成酶识别（P112）。49 无义突变：在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子（UAG、UGA、UAA），使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变就称为无义突变。 错义突变：由于结构基因中某个核甘酸的变化使一种氨基酸的密码子变为另一种氨基酸的密码子，这种基因突变叫错义突变。 GGA（甘氨酸） AGA（精氨酸）50在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。mRNA结合部位小亚基结合或接受A
34、A-tRNA部位（A位）大亚基结合或接受肽基tRNA的部位大亚基肽基转移部位（P位）大亚基形成肽键的部位（转肽酶中心）大亚基 51四、蛋白质合成的过程氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止蛋白质前体的加工52(一)氨基酸的活化氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATPAMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶53第一节第一节基因操作的主要技术基因操作的主要技术原理原理1核酸的凝胶电泳(Agarose&Polyacrylamide)将某种分子放到特定的电场中，它就会以一定的速度向适当的电极移动。某物质在电场作用下的迁移速度叫作电泳的速率，它与电场强度成正比，与该分子所携带的净电荷
35、数成正比，而与分子的磨擦系数成反比（分子大小、极性、介质的粘度系数等）。在生理条件下，核酸分子中的磷酸基团是离子化的，所以，DNA和RNA实际上呈多聚阴离子状态（Polyanions）。将DNA、RNA放到电场中，它就会由负极正极移动。547.PCR技术（基因的体外扩增法）(1).概念PCR（聚合酶链式反应）技术：是一种在体外快速扩增特定基因或DNA序列的方法。也是体外酶促合成特异DNA片段的方法。经过经过n轮轮PCR扩增扩增循环循环,理论上理论上可以得到可以得到2n个个新生的新生的DNA分子。分子。特别注意：特别注意：55(2).一个PCR体系的基本组成超纯水缓冲液Mg2+dNTPsDNA模
36、板引物TaqDNA聚合酶56作业:1、用Sanger双脱氧链终止法进行DNA自动序列分析(即DNA测序分析)的原理。2、PCR技术原理。3、转化子的蓝白筛选原理。576.1.3原位杂交技术原位杂交原位杂交(InSituHybridization，ISH)是是用标记的核酸探针，经放射自显影或非放用标记的核酸探针，经放射自显影或非放射检测体系，在组织、细胞、间期核及染射检测体系，在组织、细胞、间期核及染色体上色体上对核酸进行定位和相对定量研究对核酸进行定位和相对定量研究的的一种手段，分为一种手段，分为RNA原位杂交原位杂交染色体原位杂交。染色体原位杂交。58RNA原位杂交：用放射性或非放射性（如原
37、位杂交：用放射性或非放射性（如地高辛、生物素等）标记的特异性探针与地高辛、生物素等）标记的特异性探针与被固定的组织切片反应，若细胞中存在与被固定的组织切片反应，若细胞中存在与探针互补的探针互补的mRNA分子，两者杂交产生双分子，两者杂交产生双链链RNA，可通过放射性标记或经酶促免疫，可通过放射性标记或经酶促免疫显色，对该基因的表达产物做出定性定量显色，对该基因的表达产物做出定性定量分析。分析。596.4基因芯片及数据分析基因芯片（基因芯片（DNAchip），又称），又称DNA微阵列微阵列（DNAmicroarray）技术是能同时监测大）技术是能同时监测大量靶基因表达的实验手段，从而迅速准确量靶
38、基因表达的实验手段，从而迅速准确地在基因组水平上阐述不同生物组织或细地在基因组水平上阐述不同生物组织或细胞中各种转录本的变化规律。胞中各种转录本的变化规律。60一、原核生物基因表达调控总论一、原核生物基因表达调控总论原核生物基因调控一般执行如下规律原核生物基因调控一般执行如下规律一个体系需要时被打开，不需要时被关闭。一个体系需要时被打开，不需要时被关闭。基因的开与关是相对的。基因的开与关是相对的。开开-关的活性可以通过转录水平上进行调节。关的活性可以通过转录水平上进行调节。61基因表达调控主要表现在二个方面基因表达调控主要表现在二个方面转录水平上的调控转录水平上的调控转录后水平上的调控转录后水
39、平上的调控62转录水平上的调控转录水平上的调控负转录调控负转录调控（negativetrnscriptionregulation)调节基因的产物是阻遏蛋白调节基因的产物是阻遏蛋白正转录调控（正转录调控（positivetranscriptionregulation)调节基因的产物是激活蛋白调节基因的产物是激活蛋白63负转录调控负转录调控负控诱导负控诱导阻遏蛋白不与效应物阻遏蛋白不与效应物结合时基因不转录。结合时基因不转录。64负控阻遏负控阻遏阻遏蛋白与效应物结阻遏蛋白与效应物结合时，基因不转录。合时，基因不转录。65正转录调控正转录调控正控诱导正控诱导有效应物时，激活蛋白有效应物时，激活蛋白处
40、于活性状态基因转录。处于活性状态基因转录。66正控阻遏正控阻遏有效应物时，激活蛋有效应物时，激活蛋白处于无活性状态基白处于无活性状态基因不转录。因不转录。67负控诱导负控诱导负控阻遏负控阻遏正控诱导正控诱导正控阻遏正控阻遏68弱化子弱化子在操纵区与结构基因之间的一段可以在操纵区与结构基因之间的一段可以终止转录终止转录作用的核苷酸序列，称为弱化子。作用的核苷酸序列，称为弱化子。B、弱化子对基因活性的影响、弱化子对基因活性的影响69有葡萄糖的存在即使在培养基中加入乳糖、半乳有葡萄糖的存在即使在培养基中加入乳糖、半乳糖等诱导物，操纵子也不会启动，这种现象称为糖等诱导物，操纵子也不会启动，这种现象称为
41、葡萄糖效应或称为降解物抑制作用。葡萄糖效应或称为降解物抑制作用。C、降解物对基因活性的调节、降解物对基因活性的调节70当细菌生长过程中，氨基酸全面缺乏时，细菌将会当细菌生长过程中，氨基酸全面缺乏时，细菌将会产生应急反应，停止全部基因的表达。产生应急反应，停止全部基因的表达。产生应急反应的信号是鸟苷四磷酸产生应急反应的信号是鸟苷四磷酸(ppGpp)和鸟苷五和鸟苷五磷酸（磷酸（pppGpp），是由空载的），是由空载的tRNA所引起的所引起的。D、细菌的应急反应、细菌的应急反应71空载空载tRNA会激活焦磷酸转移酶，使会激活焦磷酸转移酶，使ppGpp大大量合成，量合成，ppGpp的出现会关闭许多基因
42、，的出现会关闭许多基因，PpGpp与与pppGpp的作用能够影响一大批操纵的作用能够影响一大批操纵子，所以称他们是超级调控子或称为魔斑。子，所以称他们是超级调控子或称为魔斑。725、环腺苷酸受体蛋白对转录的调控、环腺苷酸受体蛋白对转录的调控cAMP受受 体体 蛋蛋 白白 CRP（ cAMP receptorprotein），cAMP与与CRP结结合合后后所所形形成成的的复复合合物称激活蛋白物称激活蛋白CAP（cAMPactivatedprotein）。）。73二、乳糖操纵子二、乳糖操纵子法国法国Jacob和和Monod等人等人1961年提出年提出(lacoperon)学说学说。JacobMon
43、od74乳糖乳糖(lac)操纵子的表达调控操纵子的表达调控1、阻遏蛋白的负性调控、阻遏蛋白的负性调控没有乳糖时，没有乳糖时，1ac操纵子处于阻遏状态。操纵子处于阻遏状态。i基因在自身的基因在自身的启动子启动子Pi控制下，产生阻遏蛋白控制下，产生阻遏蛋白R。R以四聚体形式与以四聚体形式与操纵子操纵子o结合，阻碍结合，阻碍RNA聚合酶与启动子聚合酶与启动子P的结合。的结合。752、CAP的正性调控的正性调控cAMP含量与葡萄糖的分解代谢有关，当细菌含量与葡萄糖的分解代谢有关，当细菌利用葡萄糖供给能量时，利用葡萄糖供给能量时，cAMP含量降低；无含量降低；无葡萄糖时，葡萄糖时，cAMP含量升高。含量
44、升高。cAMP与与CRP结合变为结合变为CAP，并以二聚体的方，并以二聚体的方式与特定的式与特定的DNA序列结合。序列结合。76三、半乳糖（三、半乳糖（gal)操纵子操纵子不同于不同于lac操纵子操纵子,没有葡萄糖时可以被诱导没有葡萄糖时可以被诱导,有葡萄糖存在有葡萄糖存在时时gal也能被诱导，因此认为也能被诱导，因此认为gal中可能存在两个启动子。中可能存在两个启动子。77(二二)弱化子及其作用弱化子及其作用当色氨酸达到一定浓度，但还没有高到能够活化当色氨酸达到一定浓度，但还没有高到能够活化R使其起阻遏作用的程度时，产生色氨酸合成酶使其起阻遏作用的程度时，产生色氨酸合成酶类的量已经明显降低，
45、而且产生的酶量与色氨酸类的量已经明显降低，而且产生的酶量与色氨酸浓度呈负相关。这种调控现象与色氨酸操纵子特浓度呈负相关。这种调控现象与色氨酸操纵子特殊的结构有关。殊的结构有关。78先导序列含有先导序列含有3对反向重复序列，在被转录生成对反向重复序列，在被转录生成mRNA时都能够形成发夹式结构，使转录终止。时都能够形成发夹式结构，使转录终止。79、终止转录的作用（弱化机制）、终止转录的作用（弱化机制）A.当色氨酸浓度低时，生成的当色氨酸浓度低时，生成的tRNAtrp量就少，使核量就少，使核糖体沿糖体沿mRNA翻译移动的速度慢，赶不上翻译移动的速度慢，赶不上RNA聚合聚合酶沿酶沿DNA移动转录的速
46、度，这时核糖体占据移动转录的速度，这时核糖体占据1位的机位的机会较多，使会较多，使1、2不能配对，不能配对，2、3配对，阻止了配对，阻止了3、4生成终止信号的结构，生成终止信号的结构，trp操纵元处于开放状态。操纵元处于开放状态。8081B.当色氨酸浓度增高时，核糖体沿当色氨酸浓度增高时，核糖体沿mRNA翻译移翻译移动的速度加快，占据到动的速度加快，占据到2段的机会增加，段的机会增加，2、3配对配对的机会减少，的机会减少，3、4形成终止结构的机会增多，转录形成终止结构的机会增多，转录减弱。减弱。82C.当所有氨基酸都不足时，核糖体翻译移动的速度当所有氨基酸都不足时，核糖体翻译移动的速度就更慢，
47、甚至不能占据就更慢，甚至不能占据1的序列，结果有利于的序列，结果有利于1、2和和3、4发夹结构的形成，于是转录停止。等于告诉细发夹结构的形成，于是转录停止。等于告诉细菌：菌：“整个氨基酸都不足，即使合成色氨酸也不能整个氨基酸都不足，即使合成色氨酸也不能合成蛋白质，不如不合成以节省能量合成蛋白质，不如不合成以节省能量”。83原核与真核生物基因表达的原核与真核生物基因表达的差异差异RepeptitivegeneOverlappinggeneSplittinggenenointronPost-transcriptiontranscription&translationRNAprocessingsyn
48、chronizelyEukaryote Eukaryote Prokaryote DNA+histonchromatinNakedDNA回顾回顾回顾回顾84原核生物与真核生物基因原核生物与真核生物基因表达调控机制具有惊人的相似性表达调控机制具有惊人的相似性共同的起源与共同的分子基础共同的起源与共同的分子基础调控机理上调控机理上调控层次上调控层次上核酸分子间的互作核酸分子间的互作核酸与蛋白质分子间的互作核酸与蛋白质分子间的互作蛋白质分子间的互作蛋白质分子间的互作transcriptionallevelposttranscriptionalleveltranslationallevelposttr
49、anslationallevel85真核生物主要采用正控制模式真核生物主要采用正控制模式无无调节蛋白存在蛋白存在时，基因关，基因关闭有有调节蛋白存在蛋白存在时，基因开启，基因开启n n真核真核RNApol对其启其启动子的子的亲和性和性n n转录的启的启动是依是依赖多种激活蛋白的作多种激活蛋白的作用（与多个用（与多个顺式元件式元件结合）。合）。86真核生物正调控的必要性和优真核生物正调控的必要性和优越性越性n n特异性特异性特异性特异性: :真核基因真核基因真核基因真核基因组组很大很大很大很大, ,某种某种某种某种顺顺式元件出式元件出式元件出式元件出现现的几率高。的几率高。的几率高。的几率高。这
50、这种情况下种情况下种情况下种情况下, ,保保保保证证基因特异表达的方法之一是使用多个基因特异表达的方法之一是使用多个基因特异表达的方法之一是使用多个基因特异表达的方法之一是使用多个调调控控控控蛋白蛋白蛋白蛋白, ,并同并同并同并同时时与与与与顺顺式元件式元件式元件式元件结结合形成复合物合形成复合物合形成复合物合形成复合物, ,才能启才能启才能启才能启动转录动转录, ,而而而而且必且必且必且必须须是正是正是正是正调调控。如果是控。如果是控。如果是控。如果是负调负调控控控控, ,只要有一个只要有一个只要有一个只要有一个调调控蛋白与控蛋白与控蛋白与控蛋白与顺顺式元件式元件式元件式元件结结合合合合,
51、,即可关即可关即可关即可关闭闭基因。基因。基因。基因。一个多一个多一个多一个多细细胞生物基因的胞生物基因的胞生物基因的胞生物基因的调节调节位点位点位点位点( (顺顺式元件式元件式元件式元件) )至少是至少是至少是至少是5 5个。个。个。个。由于一种由于一种由于一种由于一种顺顺式元件可与多个式元件可与多个式元件可与多个式元件可与多个调调控蛋白控蛋白控蛋白控蛋白结结合合合合, ,几个不同的几个不同的几个不同的几个不同的顺顺式元件以适当有功能的方式排列在一起的随机性几乎没有，式元件以适当有功能的方式排列在一起的随机性几乎没有，式元件以适当有功能的方式排列在一起的随机性几乎没有，式元件以适当有功能的方
52、式排列在一起的随机性几乎没有，也保也保也保也保证证了基因的特异性表达。了基因的特异性表达。了基因的特异性表达。了基因的特异性表达。n n经济经济: :在分化了的在分化了的在分化了的在分化了的细细胞中胞中胞中胞中, ,只只只只须须表达一部分表达一部分表达一部分表达一部分( (套套套套) )基因基因基因基因, ,其他的其他的其他的其他的关关关关闭闭。例如有。例如有。例如有。例如有100100个基因个基因个基因个基因,10%,10%表达表达表达表达,90%,90%关关关关闭闭。如果是如果是如果是如果是负负控制控制控制控制, ,须须9090种阻遏物种阻遏物种阻遏物种阻遏物; ;如果是正控制如果是正控制
53、如果是正控制如果是正控制, ,只只只只须须1010种激活物，种激活物，种激活物，种激活物，减减减减轻轻蛋白蛋白蛋白蛋白质质合成的合成的合成的合成的负负担担担担。87真核生物基因真核生物基因调控，根据其性控，根据其性质可分可分为两大两大类：第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应，包括某种底物或激素水平升降及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。88真核基因真核基因组的一般构造特点的一般构造特点 在真核在真核在真核在真核细细胞中，一条成熟的胞中，一条成熟的胞中，
54、一条成熟的胞中，一条成熟的mRNAmRNA链链只能翻只能翻只能翻只能翻译译出一出一出一出一条多条多条多条多肽链肽链，不存在原核生物中常，不存在原核生物中常，不存在原核生物中常，不存在原核生物中常见见的多基因操的多基因操的多基因操的多基因操纵纵子形子形子形子形式。式。式。式。 真核真核真核真核细细胞胞胞胞DNADNA都与都与都与都与组组蛋白和大量非蛋白和大量非蛋白和大量非蛋白和大量非组组蛋白相蛋白相蛋白相蛋白相结结合，只合，只合，只合，只有一小部分有一小部分有一小部分有一小部分DNADNA是裸露的。是裸露的。是裸露的。是裸露的。 高等真核高等真核高等真核高等真核细细胞胞胞胞DNADNA中很大部分
55、是不中很大部分是不中很大部分是不中很大部分是不转录转录的，大部分真的，大部分真的，大部分真的，大部分真核核核核细细胞的基因中胞的基因中胞的基因中胞的基因中间还间还存在不被翻存在不被翻存在不被翻存在不被翻译译的内含子。的内含子。的内含子。的内含子。 真核生物能真核生物能真核生物能真核生物能够够有序地根据生有序地根据生有序地根据生有序地根据生长发长发育育育育阶阶段的需要段的需要段的需要段的需要进进行行行行DNADNA片段重排，片段重排，片段重排，片段重排，还还能在需要能在需要能在需要能在需要时时增加增加增加增加细细胞内某些基因的胞内某些基因的胞内某些基因的胞内某些基因的拷拷拷拷贝贝数。数。数。数。
56、89 在真核生物中，基因在真核生物中，基因在真核生物中，基因在真核生物中，基因转录转录的的的的调节调节区相区相区相区相对较对较大，它大，它大，它大，它们们可能可能可能可能远远离启离启离启离启动动子达几百个甚至上千个碱基子达几百个甚至上千个碱基子达几百个甚至上千个碱基子达几百个甚至上千个碱基对对，这这些些些些调节调节区一般通区一般通区一般通区一般通过过改改改改变变整个所控制基因整个所控制基因整个所控制基因整个所控制基因55上游区上游区上游区上游区DNADNA构构构构型来影响它与型来影响它与型来影响它与型来影响它与RNARNA聚合聚合聚合聚合酶酶的的的的结结合能力。合能力。合能力。合能力。在原核生
57、物中，在原核生物中，在原核生物中，在原核生物中，转录转录的的的的调节调节区都很小，大都位于启区都很小，大都位于启区都很小，大都位于启区都很小，大都位于启动动子上游不子上游不子上游不子上游不远处远处，调调控蛋白控蛋白控蛋白控蛋白结结合到合到合到合到调节调节位点上可直接位点上可直接位点上可直接位点上可直接促促促促进进或抑制或抑制或抑制或抑制RNARNA聚合聚合聚合聚合酶酶与它的与它的与它的与它的结结合。合。合。合。90n n真核生物的真核生物的RNA在在细胞核中合成，只有胞核中合成，只有经转运穿运穿过核膜，到达核膜，到达细胞胞质后，才能被翻后，才能被翻译成蛋白成蛋白质，原核生物中不存在，原核生物中
58、不存在这样严格的空格的空间间隔。隔。n n许多真核生物的基因只有多真核生物的基因只有经过复复杂的成熟的成熟和剪接和剪接过程（程（maturationandsplicing），），才才能能顺利地翻利地翻译成蛋白成蛋白质。91(3)基因不基因不连续性性(interruptedgene)n n基因的基因的编码编码序列在序列在DNADNA分子上是不分子上是不连续连续的，的，为为不不编码编码的序列所隔开。的序列所隔开。n n不不连续连续基因是通基因是通过过mRNAmRNA和和DNADNA杂杂交交试验发现试验发现的。的。n n外外显显子子( (exon)exon)：编码编码序列序列 n n内含子内含子(
59、(intron)intron)：非非编码编码序列序列n n外外显显子和内含子的概念与是否子和内含子的概念与是否编码编码氨基酸的概念并不相氨基酸的概念并不相对应对应。n n从不从不连续连续基因到成熟基因到成熟mRNAmRNA之之间间存在着一个基因存在着一个基因转录转录的中的中间间体体, ,叫做初叫做初级转录级转录物，叫做物，叫做不均一核不均一核RNA(heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)RNA(heterogeneousnuclearRNA,hnRNA), ,这这个基因的初个基因的初级级转录转录物既含有外物既含有外显显子又含有内合子序列，子又含有内合子序列，n n从不均一
60、核从不均一核RNARNA到成熟到成熟mRNAmRNA要要经过经过一一转录转录后的加工拼接后的加工拼接过过程。程。n n真核生物基因的不真核生物基因的不真核生物基因的不真核生物基因的不连续连续性和性和性和性和转录转录后加工是真核基因有后加工是真核基因有后加工是真核基因有后加工是真核基因有别别于原核基因的又一重于原核基因的又一重于原核基因的又一重于原核基因的又一重要特征。要特征。要特征。要特征。928.1.3真核生物真核生物DNA水平上的基因表达调控水平上的基因表达调控 分子生物学的最新研究表明，在个体分子生物学的最新研究表明，在个体发发育育过过程中，程中，用来合成用来合成RNARNA的的DNAD
61、NA模板也会模板也会发发生生规规律性律性变变化，从而化，从而控制基因表达和生物体的控制基因表达和生物体的发发育。育。 高度重复基因的形成通常与个体分化高度重复基因的形成通常与个体分化阶阶段段DNADNA的某的某些些变变化有关。例如，一个成熟的化有关。例如，一个成熟的红细红细胞能胞能产产生大量的生大量的可翻可翻译译出成熟珠蛋白的出成熟珠蛋白的mRNAmRNA，而其前体而其前体细细胞却不胞却不产产生珠蛋白。生珠蛋白。许许多情况下，多情况下，这这种种变变化是由于基因本身或化是由于基因本身或它的拷它的拷贝贝数数发发生了永久性生了永久性变变化。化。这这种种DNADNA水平水平的的调调控是真核生物控是真核
62、生物发发育育调调控的一种形控的一种形式，它包括了基因式，它包括了基因丢丢失、失、扩扩增、重排和移位等方式，增、重排和移位等方式，通通过这过这些方式可以消除或些方式可以消除或变换变换某些基因并改某些基因并改变变它它们们的的活性。活性。这这些些调调控方式与控方式与转录转录及翻及翻译译水平的水平的调调控是不同控是不同的，因的，因为为它使基因它使基因组发组发生了改生了改变变。938.1.3真核生物真核生物DNA水平上的基因表达调控水平上的基因表达调控 分子生物学的最新研究表明，在个体分子生物学的最新研究表明，在个体发发育育过过程中，程中，用来合成用来合成RNARNA的的DNADNA模板也会模板也会发发
63、生生规规律性律性变变化，从而化，从而控制基因表达和生物体的控制基因表达和生物体的发发育。育。 高度重复基因的形成通常与个体分化高度重复基因的形成通常与个体分化阶阶段段DNADNA的某的某些些变变化有关。例如，一个成熟的化有关。例如，一个成熟的红细红细胞能胞能产产生大量的生大量的可翻可翻译译出成熟珠蛋白的出成熟珠蛋白的mRNAmRNA，而其前体而其前体细细胞却不胞却不产产生珠蛋白。生珠蛋白。许许多情况下，多情况下，这这种种变变化是由于基因本身或化是由于基因本身或它的拷它的拷贝贝数数发发生了永久性生了永久性变变化。化。这这种种DNADNA水平水平的的调调控是真核生物控是真核生物发发育育调调控的一种
64、形控的一种形式，它包括了基因式，它包括了基因丢丢失、失、扩扩增、重排和移位等方式，增、重排和移位等方式，通通过这过这些方式可以消除或些方式可以消除或变换变换某些基因并改某些基因并改变变它它们们的的活性。活性。这这些些调调控方式与控方式与转录转录及翻及翻译译水平的水平的调调控是不同控是不同的，因的，因为为它使基因它使基因组发组发生了改生了改变变。948.1.3.3基因重排基因重排将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。真核生物最典型的例子是免疫球蛋白在成熟过程中的重排以及酵母的交配型转变.958.1.4DNA甲基化与基因活性的调控甲基化与基因活性的调控
65、DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一，这一修饰途径可能存在于所有高等生物中并与基因表达调控密切相关。大量研究表明，DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。研究证实，CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化导致了人体1/3以上由于碱基转换而引起的遗传病。DNA甲基化修饰现象广泛存在于多种有机体中。实验证明，这个过程不但与DNA复制起始及错误修正时的定位有关，还通过改变基因的表达参与细胞的生长、发育过程及染色体印迹、X染色体失活等的调控。96增强子可能有如下增强子可能有
66、如下3 3种作用机制：种作用机制：影响模板附近的影响模板附近的DNADNA双螺旋结构，导致双螺旋结构，导致DNADNA双螺旋弯折或在反式因子的参与下，双螺旋弯折或在反式因子的参与下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形成增强以蛋白质之间的相互作用为媒介形成增强子与启动子之间子与启动子之间“ “成环成环” ”连接，活化基因连接，活化基因转录；转录；将模板固定在细胞核内特定位置，如连将模板固定在细胞核内特定位置，如连接在核基质上，有利于接在核基质上，有利于DNADNA拓扑异构酶改拓扑异构酶改变变DNADNA双螺旋结构的张力，促进双螺旋结构的张力，促进RNARNA聚合聚合酶酶II II在在DNADNA链上
67、的结合和滑动；链上的结合和滑动；增强子区可以作为反式作用因子或增强子区可以作为反式作用因子或RNARNA聚合酶聚合酶II II进进入染色质结构的入染色质结构的“入口入口”。增强子的作用原理是什么呢？97 真核生物启真核生物启动动子和增子和增强强子是由若干子是由若干DNADNA序列元件序列元件组组成的，由于它成的，由于它们们常与特定的功能基因常与特定的功能基因连锁连锁在一起，因此被称在一起，因此被称为顺为顺式作用元件。式作用元件。这这些序列些序列组组成基因成基因转录转录的的调调控区，影响基因的表达。在控区，影响基因的表达。在转录调转录调控控过过程中，除了需要程中，除了需要调调控区外，控区外，还还
68、需要反式作用因子需要反式作用因子。 一般一般认为认为，如果某个蛋白是体外，如果某个蛋白是体外转录转录系系统统中起始中起始RNARNA合成所必需的，合成所必需的，它就是它就是转录转录复合物的一部分。根据各个蛋白成分在复合物的一部分。根据各个蛋白成分在转录转录中的作用，能将整中的作用，能将整个复合物分个复合物分为为3 3部分：部分： 反式作用因子反式作用因子反式作用因子反式作用因子是能直接或是能直接或间间接地接地识别识别或或结结合在各合在各类顺类顺式作用元件核心序列式作用元件核心序列上，参与上，参与调调控靶基因控靶基因转录转录效率的蛋白效率的蛋白质质。 n n参与所有或某些参与所有或某些转录阶转录
69、阶段的段的RNARNA聚合聚合酶亚酶亚基，不具有基因基，不具有基因特异性。特异性。n n与与转录转录的起始或的起始或终终止有关的止有关的辅辅助因子，不具有基因特异性。助因子，不具有基因特异性。n n与特异与特异调调控序列控序列结结合的合的转录转录因子。它因子。它们们中有些被中有些被认为认为是是转转录录复合物的一部分，因复合物的一部分，因为为所有或大部分基因的启所有或大部分基因的启动动区都含有区都含有这这一特异序列。更多的一特异序列。更多的则则是基因或启是基因或启动动子特异性子特异性结结合合调调控蛋控蛋白，它白，它们们是起始某个（是起始某个（类类）基因）基因转录转录所必需的。所必需的。8.38.
70、3 反式作用因子反式作用因子反式作用因子反式作用因子98反式作用因子可以分反式作用因子可以分为为3 3类类； (1) (1) 通用反式作用因子通用反式作用因子通用反式作用因子通用反式作用因子，主要，主要识别识别启启动动子的核心启子的核心启动动成分，如成分，如TBPTBP； （2 2）特殊特殊组织组织与与细细胞中的反式作用因子，如淋巴胞中的反式作用因子，如淋巴细细胞中的胞中的Oct-2Oct-2； （3 3）和和反反反反应应性元件性元件性元件性元件（response elenentsresponse elenents）相相结结合的反式作合的反式作用因子。用因子。 如如HSEHSEHSEHSE（热
71、热休克反休克反应应元件，元件，heat shock response heat shock response elementelement），）， GREGREGREGRE（糖皮糖皮质质激素反激素反应应元件元件glucocorticoid glucocorticoid response elementresponse element）；）； MREMREMREMRE（金属反金属反应应元件，元件，metal response elementmetal response element）；）； TRETRETRETRE（肿肿瘤瘤诱导剂诱导剂反反应应元件，元件，tumorgenic agent tu
72、morgenic agent response element);response element);99( (一一) )蛋白质直接和蛋白质直接和DNADNA结合结合螺旋转角螺旋锌指结构亮氨基拉链螺旋环螺旋同源异形结构域同源异形结构域1008.4.1蛋白质磷酸化、信号转导及基因蛋白质磷酸化、信号转导及基因表达表达 蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程是生物体内普遍存在的信息传导调节方式，几乎涉及所有的生理及病理过程，如糖代谢、光合作用、细胞的生长发育、神经递质的合成与释放甚至癌变等等。 蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催化的把ATP或GTP上位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程，其逆转过程是由蛋
73、白质磷酸酶催化的，称为蛋白质脱磷酸化。蛋白质的磷酸化反应是生物体内存在的一种普遍的调节方式，在细胞信号的传递过程中占有极其重要的地位。已经发现在人体内有多达2000个左右的蛋白质激酶和1000个左右的蛋白质磷酸酶基因。1018.5其他水平上的基因调控其他水平上的基因调控8.5.1RNA的加工成熟的加工成熟 各种基因的转录产物都是RNA，无论是rRNA、tRNA还是mRNA，初级转录产物只有经过加工，才能成为有生物功能的活性分子。8.5.1.1rRNA和和tRNA的加工成熟的加工成熟rRNA加工有两个内容，一个是分子内的切割，另一个是化学修饰。真核生物的rRNA基因转录时，先产生一个45S的前体
74、rRNA，然后被核酸酶逐渐降解，形成成熟的18S、28S和5.8SrRNA。1028.5.1.2mRNA的加工成熟的加工成熟编码蛋白质的基因转录产生mRNA。这类基因产物在转录后要进行一系列的加工变化，才能成为成熟的有生物功能的mRNA。这些加工主要包括在mRNA的5末端加“帽子”，在其3末端加上多聚（A），进行RNA的剪接以及核苷酸的甲基化修饰等。由于mRNA的这些结构与它作为蛋白质合成模板的功能有密切关系，所以是基因表达的重要调控环节。 与rRNA、tRNA相同，编码蛋白质的基因转录时首先生成前体pre-mRNA（或称核不均一RNA，hnRNA），然后再加工剪接为成熟mRNA。1038.5
75、.1.3真核生物基因转录后加工的多样性真核生物基因转录后加工的多样性真核生物的基因可以按其转录方式分为两大类：即简单转录单位和复杂转录单位。这两种转录方式虽然最终都产生蛋白质，但它们的转录后加工方式是不同的。(1)简单转录单位。简单转录单位。这类基因只编码产生一个多肽，其原始转录产物有时需要加工，有时则不需要加工。这类基因转录后加工有3种不同形式第一种简单转录单位，如组蛋白基因，它们没有内含子，因此不存在转录后 加工问题，其mRNA3末端没有多聚（A），但有一个保守的回文序列作为转录终止信号。第二种简单转录单位包括腺病毒蛋白IX，-干扰素和许多酵母蛋白质基因，它们没有内含子，所编码的mRNA不
76、需要剪接，但需要加多聚（A）。第三种简单转录单位包括-和-珠蛋白基因及许多细胞蛋白基因，这些基因虽然都有内含子，需要进行转录后加工剪接，还要加多聚（A），但它们只产生一个有功能的mRNA，所以仍然是简单转录单位。1048.5.2 8.5.2 翻翻译水平的水平的调控控n n一一. .mRNAmRNA运运输控控制制（transport control）是对转录本从细胞核运送到细胞质中的数量进行调节;n n二二mRNAmRNA翻翻译的控制的控制n n三三mRNAmRNA的的结构和翻构和翻译的效率的效率n n四翻四翻译的起始的起始调节n n五五选择性翻性翻译n n六反六反义RNARNA调控控n n七翻
77、七翻译的自我的自我调节1059.1肿瘤与癌症癌（cancer）是一群不受生长调控而繁殖的细胞，也称恶性肿瘤。良性肿瘤是一群仅局限在自己的正常位置，且不侵染周围其它组织和器官的细胞。绝大多数癌是由肿瘤细胞经过一系列突变转化而来的。106肿瘤细胞是永生化的、转化了的细胞细胞癌变时发生三种类型的改变：永生化（immortalization）细胞克服了细胞分裂次数的限制无限增殖的特性。转化（transformation）指在转化的细胞中，不能观察到正常的细胞生长受限制，如转化细胞不依赖于通常能够刺激细胞生长和生存的因子,细胞变圆并长成一个集落(实体瘤)。转移（metastasis）癌细胞获得了能够侵入
78、正常组织的能力。它能够离开原来的组织，转移到机体的其他部分，并形成新的克隆。107癌基因（oncogene）可分为两大类：病毒癌基因（viraloncogene，V-onc）:致瘤病毒中能在体内诱发肿瘤并在体外引起细胞转化的基因。编码病毒癌基因的主要有DNA病毒和RNA病毒。大约有15%-20%的癌症是由病毒感染引起的。原癌基因(细胞转化基因,cellularoncogene,C-onc):存在于细胞基因组中,正常情况下处于静止或低水平(限制性)表达状态，对维持细胞正常功能具有重要作用，当受到致癌因素作用被活化而导致细胞恶变的基因。108“基因领域”(geneterritory):基因与基因之
79、间的间隔距离。同一DNA链上两个具有相同转录方向的基因间隔小于一定长度时，影响有效转录所必需的染色质结构的形成，从而使这两个基因中的一个或两个均不能转录或转录活性显著降低，产生所谓基因领域效应（geneterritorialeffect）。1099.6基因治疗人类疾病的发生，其实都是人体细胞中自身基因的改变或由外源病原体基因产物与人体基因相互作用的结果。基因治疗是将人的外源正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病,从而达到治疗疾病目的的生物医学高技术。110说明：说明：1.穿穿梭梭载载体体（sbuttlevector）指指在在两两种种宿宿主主
80、生生物物体体内内复复制制的的载载体体分分子子，因因而而可可以以运运载载目目的的基基因因（穿穿梭梭往返两种生物之间，如：往返两种生物之间，如：YEP,DIDB2192.YACYeastArtificialChromsome由由酵酵母母基基因因和和PBR322质质粒粒衍衍生生物物构构成成，对对克克隆隆大大的的真真核核基基因因十十分分有用，在有用，在HGP中发挥主要作用。中发挥主要作用。3.BAC细菌人工染色体。细菌人工染色体。111南南通通大大学学生生命命科科学学学学院院三、人类基因组计划的科学意义三、人类基因组计划的科学意义1.确定人类基因组中约确定人类基因组中约5万个编码基因的序列万个编码基因
81、的序列及其在基因组中的物理位置，研究基因的及其在基因组中的物理位置，研究基因的产物及其功能。产物及其功能。2.了解转录和剪接调控元件的结构与位置，从了解转录和剪接调控元件的结构与位置，从整个基因组结构的宏观水平上理解基因转整个基因组结构的宏观水平上理解基因转录与转录后调节。录与转录后调节。112南南通通大大学学生生命命科科学学学学院院5.发现与发现与DNA复制、重组等有关的序列。复制、重组等有关的序列。6.研究研究DNA突变、重排和染色体断裂等。突变、重排和染色体断裂等。7.确定人类基因组中转座子、逆转座子和病确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列，研究其周围序列的性质。毒残余序列，研
82、究其周围序列的性质。8.研究染色体和个体之间的多态性。研究染色体和个体之间的多态性。113南南通通大大学学生生命命科科学学学学院院l以人类基因组和拟南芥基因组为例说明你对生以人类基因组和拟南芥基因组为例说明你对生物基因组全序测定工作的科学意义与社会意义物基因组全序测定工作的科学意义与社会意义的认识（的认识（8分）分）l中国科学院中国科学院2002年年硕士学位研究生入学分子遗传学试题硕士学位研究生入学分子遗传学试题114南南通通大大学学生生命命科科学学学学院院遗传图谱遗传图谱转录图谱转录图谱0.7cM或或kb序列图谱序列图谱物理图谱物理图谱100kb100kbSTSmapSTSmap四张图：四张
83、图：物理图、物理图、 转录图转录图遗传图遗传图 、序列图、序列图 四、四、HGP的主要任务的主要任务115南南通通大大学学生生命命科科学学学学院院l多态性：多态性：人的人的DNA序列上序列上平均每几百个碱基会出现平均每几百个碱基会出现一些变异（一些变异（variation），），并按照孟德尔遗传规律由并按照孟德尔遗传规律由亲代传给子代，从而在不亲代传给子代，从而在不同个体间表现出不同，因同个体间表现出不同，因而被称为多态性而被称为多态性（Polymorphism）。）。116南南通通大大学学生生命命科科学学学学院院l第三代第三代DNA遗传标记，可能也是最好的遗传标记，是遗传标记，可能也是最好的
84、遗传标记，是分散于基因组中的单个碱基的差异，即分散于基因组中的单个碱基的差异，即单核苷酸的多单核苷酸的多态性态性（singlenucleotidepolymorphism，SNP），包括单个碱基的缺失、插入和替换。包括单个碱基的缺失、插入和替换。lSNP中大多数为转换，即由一种嘧啶碱基替换另一种中大多数为转换，即由一种嘧啶碱基替换另一种嘧啶碱基，或由一种嘌呤碱基替换另一种嘌呤碱基，嘧啶碱基，或由一种嘌呤碱基替换另一种嘌呤碱基，颠换与转换之比为颠换与转换之比为1：2。117南南通通大大学学生生命命科科学学学学院院2.DNA的鸟枪法测序的主要步骤的鸟枪法测序的主要步骤建立高度随机、插入片段大小为建
85、立高度随机、插入片段大小为2kb左右的基因组文库。左右的基因组文库。克隆数要超过一定值，并保证经末端测序的克隆片段的克隆数要超过一定值，并保证经末端测序的克隆片段的碱基总数达到基因组碱基总数达到基因组5倍以上。倍以上。高效、大规模的末端测序。高效、大规模的末端测序。对文库中每一个克隆，进行对文库中每一个克隆，进行两端测序。两端测序。序列集合。序列集合。填补缺口。填补缺口。118南南通通大大学学生生命命科科学学学学院院对鸟枪法的改进对鸟枪法的改进克隆连续序列法克隆连续序列法Clonecontig法。法。用稀有内切酶用稀有内切酶把待测基因组降解为数百把待测基因组降解为数百kb以上的片段，再分以上的
86、片段，再分别测序。别测序。靶标鸟枪法（靶标鸟枪法（diretedshotgun）。）。根据染色体根据染色体上已知基因和标记的位置来确定部分上已知基因和标记的位置来确定部分DNA片段片段的相对位置，再逐步缩小各片段之间的缺口。的相对位置，再逐步缩小各片段之间的缺口。119南南通通大大学学生生命命科科学学学学院院四、功能基因组学研究四、功能基因组学研究l概念：概念：利用结构基因组学提供的丰富的信息资源的基利用结构基因组学提供的丰富的信息资源的基础上，应用高通量、大规模实验分析方法并结合统计础上，应用高通量、大规模实验分析方法并结合统计与计算机分析，来研究基因的表达、调控与功能，基与计算机分析，来研
87、究基因的表达、调控与功能，基因间、基因与蛋白质之间和蛋白质与底物、蛋白质与因间、基因与蛋白质之间和蛋白质与底物、蛋白质与蛋白质之间的相互作用以及生物的生长发育等规律。蛋白质之间的相互作用以及生物的生长发育等规律。l功能基因组学的功能基因组学的研究目标研究目标就是对所有基因如何行使其就是对所有基因如何行使其职能从而控制各种生命现象的问题作出回答。职能从而控制各种生命现象的问题作出回答。120杂交法杂交法SBHSBH（SequencingSequencing by hybridization by hybridization）用特定长度的具有所有可能碱基序列的用特定长度的具有所有可能碱基序列的寡核
88、苷酸探针与未知序列的寡核苷酸探针与未知序列的DNADNA片段杂交。片段杂交。根据某些探针形成的完全双链，推知目根据某些探针形成的完全双链，推知目的的DNADNA的碱基序列。的碱基序列。121 步骤：步骤： 1.1.将待测的靶将待测的靶DNADNA分子与一组已知核分子与一组已知核苷酸序列的寡核苷酸探针进行杂交苷酸序列的寡核苷酸探针进行杂交 2. 2. 对能与待测对能与待测DNADNA杂交的探针之间杂交的探针之间的碱基重叠关系作比较分析，据此推算的碱基重叠关系作比较分析，据此推算靶靶DNADNA的核苷酸序列。的核苷酸序列。122123基因基因 合合成成有有功功能能的的蛋蛋白白质质或或RNARNA所
89、所必必需需的的全全部部DNADNA序序列列，即即一一个个基基因因不不仅仅包包括括编编码码蛋蛋白白质质或或RNARNA的的核核酸酸序序列列，还还应应包包括括为为保保证证转转录录所所必必需需的的调控序列。调控序列。基因组基因组(genome)(genome)泛泛指指一一个个有有生生命命体体、病病毒毒或或细细胞胞器器的的全全部部遗遗传传物物质质；在在真真核核生生物物，基基因因组组是是指指一一套套染染色色体（单倍体）体（单倍体）DNADNA。 基因组学概念及范畴基因组学概念及范畴124基因组学基因组学(genomics)(genomics)就是发展和应用就是发展和应用DNADNA制图、测序新技术以及制图、测序新技术以及计算机程序，分析生命体（包括人类）全部基因计算机程序，分析生命体（包括人类）全部基因组结构及功能。组结构及功能。125个人观点供参考，欢迎讨论
