分子生物学基础

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1、第二章第二章动物生物技术的分子生物学基础动物生物技术的分子生物学基础一、遗传信息传递的方向一、遗传信息传递的方向中心法则中心法则逆转录病毒和逆转录病毒和逆转录酶逆转录酶美国病毒学家特明美国病毒学家特明蛋白质的生物活性蛋白质的生物活性 氨基酸顺序氨基酸顺序 特定的三维结构的完整性特定的三维结构的完整性遗传信息从基因转变成具有生物活性的功能蛋白质是通过遗传信息从基因转变成具有生物活性的功能蛋白质是通过两种两种“密码密码”介导：介导：1.遗传密码，通过遗传密码将遗传密码，通过遗传密码将mRNA多核苷酸顺序译成线多核苷酸顺序译成线性多肽链；性多肽链；2.折叠密码（折叠密码（foldingcode）,其

2、决定存在于氨基酸顺序中其决定存在于氨基酸顺序中一维结构信息向蛋白质特定的三维结构的转变。一维结构信息向蛋白质特定的三维结构的转变。RNA多肽链多肽链蛋白质蛋白质二、二、DNA的复制的复制 准准确确复复制制1、DNA复制从特定的位点开始复制从特定的位点开始酵母的自主复制序列（酵母的自主复制序列（ARS）ATTTATPuTTTATAAATAPyAAAT2、半保留复制、半保留复制3、半不连续复制、半不连续复制4、DNA复制具有高度的忠实性复制具有高度的忠实性DNA聚合酶的自我校正功能聚合酶的自我校正功能 5、多种酶和蛋白因子协同作用、多种酶和蛋白因子协同作用DNA复制的特点：复制的特点：1，复制起点

3、，复制起点复制或重新起始（复制或重新起始（denovoinitiation）或复制）或复制叉式（叉式（replicationfork）双链环状双链环状DNA的复制眼可以形成一种的复制眼可以形成一种结构，形结构，形状像希腊字母状像希腊字母单向复制单向复制双向复制双向复制D 环复制环复制 （Displacement form ） 又称置换式又称置换式 线粒体和叶绿线粒体和叶绿体体DNA的复制方式的复制方式 复制或滚环式复制复制或滚环式复制（rolling circle replication）或共价延伸）或共价延伸方式（方式（covalence elongation） 由于复制时产生的滚环由于复制

4、时产生的滚环结构形状象结构形状象，称，称复制复制 病毒、细菌因子病毒、细菌因子 ，如含有单链环状如含有单链环状DNA的的X174、G4、M13 线性线性DNA双链的复双链的复制单一起点、单向，制单一起点、单向，如：腺病毒如：腺病毒单一起点、双向，如：单一起点、双向，如：T7噬菌体噬菌体多个起点、双向多个起点、双向2、半保留复制、半保留复制1958年，年，Meselson和和Stahl证明证明DNA半保留半保留复制。复制。半保留复制是遗传消息能准确传代的保证。是物半保留复制是遗传消息能准确传代的保证。是物质稳定性的分子基础。质稳定性的分子基础。 StahlMeselson碱基的配对使得双螺旋碱基

5、的配对使得双螺旋碱基的配对使得双螺旋碱基的配对使得双螺旋DNADNA分子在复制时以半保分子在复制时以半保分子在复制时以半保分子在复制时以半保留的形式进行。留的形式进行。留的形式进行。留的形式进行。l 3 3、冈崎片段与半不连续复制（、冈崎片段与半不连续复制（okazakiokazaki 1968 1968年）年）（OriC in E. coli chromosomal DNA)大肠杆菌的大肠杆菌的DNA复制复制 四个四个9bp的重复序列的重复序列 dnaA结合位点结合位点 三个三个13bp的重复序列的重复序列若干若干GATC位点位点 * 转录激活激活 * DnaA 识别并并结合复制起点，合复制

6、起点，DnaBDnaC六聚六聚 体与体与oriC 形成预引发体形成预引发体 * DnaG加入形成引加入形成引发体（体（oriC引引发体），体），合成引物合成引物RNA * 引物合成后，引物合成后，DNApol 组装到引装到引发的的RNA上，完成复制体的上，完成复制体的组装装简单复制过程简单复制过程DnaASSB13bp repeats涉及转录激活涉及转录激活一分子的一分子的 DNA pol III. 协同合成前导链和后随链协同合成前导链和后随链复制终止复制终止a、终止序列止序列 E.coli 有两个有两个终止区域，分止区域，分别结合合专一一性的性的终止蛋白止蛋白 序列一：序列一：terE te

7、rD terA 序列二：序列二：terF terB terC 每个区域只每个区域只对一个方向的复制叉起作用一个方向的复制叉起作用 b.专一性终止蛋白专一性终止蛋白 E.coli 中由中由 tus gene 编码编码 通过抑制通过抑制DNA螺旋酶而发挥终止作用螺旋酶而发挥终止作用ter4、DNA损伤与修复损伤与修复光复活光复活切除修复切除修复重组修复重组修复SOS修复修复phR 471aa（一）（一）photo reactivation（光复活）（光复活）-TT-AA-TT-AA-TT-AA-TT-AA-可见光激活可见光激活可见光（最有效波长可见光（最有效波长400nm）激活生物界广泛）激活生物

8、界广泛分布（高等哺乳动物除外）分布（高等哺乳动物除外）的光复活酶，该酶分解嘧的光复活酶，该酶分解嘧啶二聚体啶二聚体是一种高度专一的修复是一种高度专一的修复形式，只分解由于形式，只分解由于UV照照射而形成的嘧啶二聚体射而形成的嘧啶二聚体（二）切除修复（二）切除修复（excisionrepair）即在一系列酶的作用下，即在一系列酶的作用下，将将DNADNA分子中受损伤的部分子中受损伤的部分切除掉，并以完整的那分切除掉，并以完整的那一段为模板，合成出切去一段为模板，合成出切去的部分，从而使的部分，从而使DNADNA恢复恢复正常，这是一种比较普遍正常，这是一种比较普遍的修复机制的修复机制细胞的修复功能

9、对于保护细胞的修复功能对于保护遗传物质遗传物质DNADNA不受破坏有不受破坏有重要意义重要意义（三）重组修复（三）重组修复（recombinationrepair）又称复制后修复又称复制后修复（postreplicationpostreplication repair repair）受损伤的受损伤的DNADNA在进行复制时，在进行复制时，跳过损伤部位，在子代跳过损伤部位，在子代DNADNA链链与损伤相对应部位出现缺口。与损伤相对应部位出现缺口。通过分子间重组，从完整的母通过分子间重组，从完整的母链上将相应的碱基顺序片段移链上将相应的碱基顺序片段移至子链的缺口处，然后再用合至子链的缺口处，然后再

10、用合成的多核苷酸来补上母链的空成的多核苷酸来补上母链的空缺，此过程即重复修复，并非缺，此过程即重复修复，并非完全校正完全校正（四）、（四）、SOS修复修复允许子链允许子链DNA复制合成时越过亲链上受损伤的片复制合成时越过亲链上受损伤的片段而不形成缺口段而不形成缺口旁路系统旁路系统是是DNADNA受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种的一种DNADNA修复方式，修复结果只是能维持基因组修复方式，修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，又称倾错性修复（又称倾错性修复（Error-

11、Prone Repair Error-Prone Repair ）三、原核和真核生物基因结构的特征三、原核和真核生物基因结构的特征原核基因：原核基因：1、功能相关的基因大多是以操纵子结构出现；、功能相关的基因大多是以操纵子结构出现；2、蛋白质基因通常以单拷贝的形式存在；、蛋白质基因通常以单拷贝的形式存在；3、编码、编码RNA的基因通常是多拷贝的；的基因通常是多拷贝的；4、位于、位于DNA上的各种调控元件的上的各种调控元件的DNA顺序是多种多样顺序是多种多样的，为基因表达调控的多样性和精确性提供了结构基础。的，为基因表达调控的多样性和精确性提供了结构基础。真核基因：真核基因：1 1、复杂的染色体

12、结构：、复杂的染色体结构：着丝点、着丝点、端粒，与端粒，与DNADNA复制起点一起构成复制起点一起构成染色体不可缺少的三要素染色体不可缺少的三要素2 2、DNADNA重复顺序重复顺序重复序列的存在是真核生物重复序列的存在是真核生物DNADNA区别于原核生物区别于原核生物DNADNA的一的一个重要特征个重要特征3 3、基因的不连续性、基因的不连续性（外显子、内含子）（外显子、内含子）、真核生物基因组中有许多来源相、真核生物基因组中有许多来源相同、结构相似、功能相关的基因组成同、结构相似、功能相关的基因组成为单一的基因簇或基因家族（为单一的基因簇或基因家族（gene gene FamilyFami

13、ly） Alu序列家族序列家族5 5、存在串联重复基因、存在串联重复基因四、四、RNA的转录和的转录和RNA的加工的加工发生在细胞核中，发生在细胞核中，以以DNA分子为模板，分子为模板，按照碱基互补的原则，按照碱基互补的原则，合成一条单链的合成一条单链的RNA即即mRNA，DNA分子携带的遗分子携带的遗传信息被转移到传信息被转移到RNA分子中。其过分子中。其过程与程与DNA的复制基的复制基本相同本相同1、RNA转录转录转录的起始转录的起始转录的延伸转录的延伸转录的终止转录的终止RNA聚合酶（RNA-pol） 1、不需要引物，能发动新链，也能延长多核苷酸链 2、合成方向53，按碱基配对原则（A-

14、U,C-G） 3、要求有完整的DNA双链或单链为模板 4、需要4种三磷酸核苷酸-ATP,GTP,UTP及CTP为反应底物 5、能识别DNA链上起始点特点：特点： 转录的起始转录的起始大肠杆菌RNA聚合酶-a2bbs a a 2bb + s = as = a2bbbbs s 核心酶核心酶核心酶核心酶 + + + + s s = = = = 全酶全酶全酶全酶分子量分子量功能功能a a36 512决定决定转录的基因的基因b b150 618催化催化转录 b b155 613结合合DNA模板模板(开开链)s s 70 263辨辨认起始点起始点真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶RNARNA聚合

15、酶聚合酶别名别名rRNArRNA聚合酶聚合酶不均一不均一RNARNA聚聚合酶合酶小分子小分子RNARNA聚合聚合酶酶定位定位核仁核仁核质核质核质核质转录产物转录产物tRNAtRNAmRNAmRNAtRNA.5srRNAtRNA.5srRNA-鹅膏蕈鹅膏蕈碱的影响碱的影响不敏感不敏感高度敏感高度敏感中度敏感中度敏感 因子辨认起始点因子辨认起始点RNA聚合酶全酶结合到起始点聚合酶全酶结合到起始点 打开双链打开双链RNA链合成开始链合成开始 因子脱落，因子脱落，RNA链延长链延长转录的起始转录的起始1）、与转录调控有关的）、与转录调控有关的DNA序列序列10区区pribnow框（框（TATAAT）：

16、）：RNA聚合酶的牢固聚合酶的牢固结合位点结合位点35区区Sextama框（框（TTGACA）：）：RNA聚合酶的识别聚合酶的识别位点位点一般来说，对于给定的启动子，其特异性序列趋于启动子一般来说，对于给定的启动子，其特异性序列趋于启动子共有序列时共有序列时10与与35区之间的间距趋于区之间的间距趋于17bp时，启动时，启动子的转录效率可能就高子的转录效率可能就高天然启动子中这段距离多为天然启动子中这段距离多为1520bp编码链编码链AACTGTATATTA模板链模板链TTGACATATAAT35DNA转录起始点转录起始点PribnowPribnow盒子盒子启动子启动子 35 10 +1转录区

17、转录区53RNA转录起点转录起点与新生与新生RNARNA链第一个核甘酸相对应链第一个核甘酸相对应DNADNA链上的碱基链上的碱基原核生物启动子结构原核生物启动子结构典型启动子的结构 -35-10转录起点转录起点16-19bpTTGACATATAAT5-9bp真核生物的启动子：真核生物的启动子：帽子位点及转录的起始位点帽子位点及转录的起始位点，其碱基大多是，其碱基大多是ATATA框：框：处转录起始点上游处转录起始点上游30区到区到25区段区段，框内框内任何碱基的替代突变都使转录活性降低，是绝大多数真核任何碱基的替代突变都使转录活性降低，是绝大多数真核基因正确表达所必需的基因正确表达所必需的在起始

18、位点的上游在起始位点的上游50、75、100左右都存在与基左右都存在与基因转录起始有关的序列：因转录起始有关的序列：75区附近的区附近的CAAT框可能控框可能控制着转录起始的频率制着转录起始的频率增强子增强子 负控制序列负控制序列真核生物启动子的结构核心启动子（核心启动子（core promotercore promoter）上游启动子元件（上游启动子元件（upstream promoter elementupstream promoter element，UPEUPE）上游启动子元件上游启动子元件包括包括CAATCAAT盒（盒（CCAATCCAAT）和）和GCGC盒（盒（GGGCGGGGGC

19、GG）等）等作用：控制转录起始频率控制转录起始频率CAATCAAT：-70 - -80bp-70 - -80bpGGGCGGGGGCGG：-80 - -110bp-80 - -110bp转录的延伸转录的延伸在转录泡上进行在转录泡上进行5 3 DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体核糖体RNARNARNA聚合酶聚合酶出现延宕出现延宕减少减少DNA序列中的序列中的GC碱基对的含量碱基对的含量RNA聚合酶没有校对能力，转录过程没有聚合酶没有校对能力，转录过程没有校对机制校对机制转录的精确性必须依靠转录的精确性必须依靠RNA聚合酶在选取互聚合酶在选取互补核苷酸或拒绝非

20、互补核苷酸的立体化学特性补核苷酸或拒绝非互补核苷酸的立体化学特性真核生物转录延长过程与原核生物大真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。译同步的现象。 转录的终止RNARNA聚合酶在聚合酶在聚合酶在聚合酶在DNADNA模板上停顿下来不再前进，模板上停顿下来不再前进，模板上停顿下来不再前进，模板上停顿下来不再前进，转录产物转录产物转录产物转录产物RNARNA链从转录复合物上脱落下来，就是链从转录复合物上脱落下来，就是链从转录复合物上脱落下来，就是链从转录复合物上脱落下来，就是转录终止。转录终止。转录终止。转录终止。强终

21、止子内部终止子强终止子内部终止子弱终止子弱终止子需要需要因子（因子（rhofactor）又称为又称为依赖性终止子依赖性终止子（Rho-dependentterminator）不依赖Rho ()因子的转录终止依赖Rho ()因子的转录终止A T PA. 依赖依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止因子：六聚体蛋白、水解各种核甘三磷酸促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录RNA RNA 聚合酶聚合酶因子附在因子附在RNARNA链上链上因子因子RNA RNA 链形成一个发夹结构，转录链形成一个发夹结构，转录停止，停止，因子利用因子利用ATPATP能滑行能滑行因子发挥解螺旋酶活性，解

22、开发夹和因子发挥解螺旋酶活性，解开发夹和RNA-DNARNA-DNA依赖依赖RhoRho因子的转录终止因子的转录终止B. 非依赖非依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出基序列，转录出RNA后，后，RNA产物形成特殊产物形成特殊的结构来终止转录的结构来终止转录发夹式结构和寡聚U的共同作用使RNA从三元复合物中解离出来 终止效率与二重对终止效率与二重对称序列和寡聚称序列和寡聚U的的长短有关，长度长短有关，长度效率效率茎环结构使转录终止的机理茎环结构使转录终止的机理 使使RNA聚合酶变构，转录停顿聚合酶变构，转录停顿

23、使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放产物释放5pppG5 3 3 5 RNA-pol原核生物和真核生物初级转录产物都需经一定程原核生物和真核生物初级转录产物都需经一定程度的加工才具有活性。度的加工才具有活性。原核生物原核生物RNA加工、真核生物加工、真核生物RNA加工加工2、RNA加工加工原核生物中rRNA前体的加工甲基化作用甲基化作用专一核酸外切酶专一核酸外切酶30S前体前体17StRNA25S专一核酸外切酶专一核酸外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA专一核酸外切酶专一核酸外切酶tRNA前体分子的加工a a、切除切除tRNAtRNA前体两端多余的

24、序列：前体两端多余的序列： 5 5端切除几到端切除几到1010个核苷酸。个核苷酸。b、末端添加：末端添加：3-端添加端添加CCA序列。序列。c、修饰：形成稀修饰：形成稀有有碱基如碱基如DH2 。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸内切酶的作用表示核酸内切酶的作用 表示核苷酸转移酶的作用表示核苷酸转移酶的作用 表示核酸外切酶的作用表示核酸外切酶的作用 表示异构化酶的作用表示异构化酶的作用 帽子结构：帽子结构：7-甲基鸟核苷三磷酸（甲基鸟核苷三磷酸（m7Gppp）5 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5

25、m7GpppGp甲基转移酶甲基转移酶SAM帽帽子子结结构构的的生生成成5 ppGp磷酸酶磷酸酶 Pim7Gppp鸟甘酸转移酶帽子结构功能：帽子结构功能：能被核糖体小亚基识别，促使能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和核糖体的结合；和核糖体的结合；m7Gppp结构能有效地封闭结构能有效地封闭mRNA5末端，以保护末端，以保护mRNA免受免受5核酸外切酶核酸外切酶的降解，增强的降解，增强mRNA的稳定。的稳定。 特异特异 内切酶识别内切酶识别AAUAAA及及随后的随后的GUGUGUG并在其间酶切，在并在其间酶切，在3端聚端聚合合50-200poly(A)I协助成熟的协助成熟的mRNA从细胞从细胞核向

26、细胞质转核向细胞质转运；运；ii.提高提高mRNA在细胞质中的在细胞质中的稳定性；稳定性；iii.作为核糖体作为核糖体的识别信号，的识别信号，使使mRNA得以得以有效翻译；有效翻译； 加加尾尾3、RNA剪接剪接剪接：剪接体与处于内含剪接：剪接体与处于内含子子5端的端的5剪接位点和剪接位点和3端的端的3剪接位点相互作用剪接位点相互作用而完成。而完成。剪接体：剪接体：一类复杂的核糖核蛋白颗一类复杂的核糖核蛋白颗粒，由核小粒，由核小RNA（smallnuclearRNAs,snRNA）和各）和各种蛋白质组成。种蛋白质组成。snRNA:分子内富含尿嘧啶核苷酸，分子内富含尿嘧啶核苷酸，称为称为U1、U2

27、、U4、U5、U6。snRNP:snRNA与特定的蛋白质与特定的蛋白质结合，组成特定的核小结合，组成特定的核小RNA蛋白体。蛋白体。完整的剪接体就是通过完整的剪接体就是通过UsnRNP之间之间RNA同蛋白质、同蛋白质、RNA同同RNA以及蛋白质与蛋白质相互作用组装以及蛋白质与蛋白质相互作用组装而成。而成。外显子外显子内含子内含子DNADNAmRNAmRNA转录转录形成套索形成套索RNARNA，外显子靠近外显子靠近剪接体剪接体去除套索去除套索RNARNA，外显子连接外显子连接成熟成熟mRNAmRNAmRNAmRNA的剪接的剪接靠近靠近 连接连接4、RNA的编辑编编辑辑（editingeditin

28、g）是是指指转转录录后后的的RNARNA在在编编码码区区发发生生碱基的突变、加入或丢失等现象。碱基的突变、加入或丢失等现象。C C变为变为U U碱基的突变碱基的突变尿苷酸的缺失和添加尿苷酸的缺失和添加尿苷酸的缺失和添加尿苷酸的缺失和添加1986.R.Benne1986.R.Benne在研究在研究锥虫锥虫线粒体线粒体mRNAmRNA转录加工时转录加工时发现发现mRNAmRNA的多个编码位置上的多个编码位置上加入或丢失尿苷酸加入或丢失尿苷酸，19901990年在高等动物和病毒中也发现了编辑现象。年在高等动物和病毒中也发现了编辑现象。 锥虫锥虫coxIIcoxII 基因的编辑基因的编辑原核生物与真核

29、生物mRNA的特征比较1、原核生物mRNA的特征 半衰期短半衰期短 多以多顺反子的形式存在多以多顺反子的形式存在 多顺反子多顺反子mRNAmRNA：编码多个蛋白质的：编码多个蛋白质的mRNAmRNA。单顺反子单顺反子mRNAmRNA：只编码一个蛋白质的：只编码一个蛋白质的mRNAmRNA。 5 5 端无端无“帽子帽子”结构，结构， 3 3 端没有或只有端没有或只有较短的较短的polypoly（A A ）结构。）结构。SDSD序列：序列：mRNAmRNA中用于结合原核生物核糖体的序列。中用于结合原核生物核糖体的序列。 2、真核生物mRNA的特征 5 5 端存在端存在“帽子帽子”结构结构多数多数m

30、RNAmRNA 3 3 端具有端具有polypoly（A A ）尾巴（组蛋白除外）尾巴（组蛋白除外）以单顺反子的形式存在以单顺反子的形式存在“基因基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能功能RNARNA所必需的全部核甘酸序列。所必需的全部核甘酸序列。原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNAmRNA结构的比较结构的比较五、翻译蛋白质的生物合成五、翻译蛋白质的生物合成1、遗传密码：、遗传密码：UAA、UGA、UAG61个密码子个密码子特点：特点：通用性；通用性；兼并性；兼并性；摇摆假说摇摆假说遗传密码使用的偏倚性：遗传密码使用的偏倚性：蛋白质生物合成时对兼

31、并密蛋白质生物合成时对兼并密码子使用的频率不同，对于一个给定的氨基酸而言，码子使用的频率不同，对于一个给定的氨基酸而言，有的密码子使用频率明显高于其它密码子。有的密码子使用频率明显高于其它密码子。在基因的化学合成过程中，可通过选择性的使用在基因的化学合成过程中，可通过选择性的使用“高高频频”密码，改善基因在宿主细胞中的表达水平。密码，改善基因在宿主细胞中的表达水平。 密码子的不重叠性和阅读方向。密码子的不重叠性和阅读方向。酵母、无脊椎动物、脊椎动物的线粒体以及在支原体酵母、无脊椎动物、脊椎动物的线粒体以及在支原体中的遗传密码出现了一些偏离。中的遗传密码出现了一些偏离。UGA色氨酸色氨酸AGA、

32、AGG（精氨酸）（精氨酸）终止密码终止密码AUA（异亮氨酸）（异亮氨酸）甲硫氨酸甲硫氨酸CUA（亮氨酸）（亮氨酸）苏氨酸苏氨酸AGA（精氨酸）（精氨酸）丝氨酸丝氨酸2、蛋白质生物合成的过程、蛋白质生物合成的过程蛋白质的生物合成过程是由肽链的氨基端到羧蛋白质的生物合成过程是由肽链的氨基端到羧基端依次加氨基酸的肽链成长过程，每次在已基端依次加氨基酸的肽链成长过程，每次在已有肽链的羧基端加上一个氨基酸。有肽链的羧基端加上一个氨基酸。以以mRNAmRNA为模板，氨基酸经活化获得的氨酰为模板，氨基酸经活化获得的氨酰tRNAtRNA为原料，为原料，GTPGTP、ATPATP供能，在核糖体中完成供能，在核糖

33、体中完成。蛋白质的合成过程翻译过程中，由于每一个氨基酸是严格按照mRNA模板的密码序列被逐个合成到肽链上，因此，mRNA上的遗传信息被准确地翻译成特定的氨基酸序列。细胞质中，翻译是一个快速过程，一段mRNA可以相继与多个核糖体相结合，同时连续进行多条同一种新肽链的合成。遗传信息流由DNARNA蛋白质流动。RNA的自我复制，反转录保证蛋白质合成正确性的机制：保证蛋白质合成正确性的机制：很多氨基酰很多氨基酰tRNA合成酶有两个活性位点：合成酶有两个活性位点： 一个负责氨基酰一个负责氨基酰tRNA的形成的形成 另一个位点负责识别连接在另一个位点负责识别连接在tRNA上的氨基酸上的氨基酸是否正确。是否

34、正确。如果发现连接在如果发现连接在tRNAtRNA上的氨基酸不正确，则其通上的氨基酸不正确，则其通过水解去除错连的氨基酸，从而防止了氨基酸的过水解去除错连的氨基酸，从而防止了氨基酸的错误掺入。错误掺入。动力学校对机制：动力学校对机制：氨基酰氨基酰tRNAtRNA上的反密码子与上的反密码子与mRNAmRNA上的密码子的上的密码子的结合和肽链形成不是同时进行，结合和肽链形成不是同时进行，而是有一个时而是有一个时间差间差。只有那些具有正确反密码子的只有那些具有正确反密码子的tRNAtRNA才能同它们才能同它们在在mRNAmRNA上相应的密码子之间保持足够长的时间，上相应的密码子之间保持足够长的时间，

35、使新的肽链得以形成。使新的肽链得以形成。如果进入的如果进入的tRNAtRNA不正确，由于上述的时间差，不正确，由于上述的时间差，在肽链没有形成之前，错配的在肽链没有形成之前，错配的tRNAtRNA就从核糖体就从核糖体复合物上除去，从而减少了不正确氨基酸错误复合物上除去，从而减少了不正确氨基酸错误掺入到新生肽链中去的几率。掺入到新生肽链中去的几率。3、蛋白翻译后的修饰和加工及折叠蛋白翻译后的修饰和加工及折叠N端的端的Met和和fMet的去除的去除去除功能蛋白质不再需要的肽段去除功能蛋白质不再需要的肽段对多肽链氨基酸侧链的各种修饰：磷酰化、甲对多肽链氨基酸侧链的各种修饰：磷酰化、甲基化、羟基化、乙

36、酰化、糖基化等基化、羟基化、乙酰化、糖基化等硫硫键的形成硫硫键的形成分子伴侣分子伴侣新生蛋白质经蛋白酶切后变成有功能的成熟蛋白质新生蛋白质经蛋白酶切后变成有功能的成熟蛋白质新生蛋白质经蛋白酶切后变成有功能的成熟蛋白质新生蛋白质经蛋白酶切后变成有功能的成熟蛋白质前前胰胰岛岛素素原原蛋蛋白白翻翻译译后后成成熟熟过过程程示示意意图图5、蛋白质的剪接、蛋白质的剪接1994年年Perler等人对与蛋白质剪接有关的成等人对与蛋白质剪接有关的成分进行了规范化的定义和命名：分进行了规范化的定义和命名：将按正确阅读框插入到前体蛋白质序列中，并将按正确阅读框插入到前体蛋白质序列中，并在蛋白剪接或成熟过程中切出的蛋

37、白序列称为在蛋白剪接或成熟过程中切出的蛋白序列称为蛋白内含子（蛋白内含子（intein）,而处于而处于intein旁侧，相旁侧，相互首尾相连以形成成熟蛋白产物的蛋白质序列，互首尾相连以形成成熟蛋白产物的蛋白质序列，称为称为蛋白外显子（蛋白外显子（extein）.蛋白质剪接是在前体蛋白水平上，而不是在蛋白质剪接是在前体蛋白水平上，而不是在RNA水平上进行。水平上进行。蛋白质剪接是从前体蛋白内切除蛋白质剪接是从前体蛋白内切除inteins,并将并将exteins以肽链相连，产生成熟的蛋白质的过程，以肽链相连，产生成熟的蛋白质的过程，切除切除inteins,连接连接exteins二者缺一不可二者缺一

38、不可。蛋白质剪接的结果是由一个单一的前体蛋白产生蛋白质剪接的结果是由一个单一的前体蛋白产生两个或多个蛋白质。两个或多个蛋白质。六、基因的表达调控六、基因的表达调控1、原核基因表达调控、原核基因表达调控操纵子：乳糖操纵子、色氨酸操纵子操纵子：乳糖操纵子、色氨酸操纵子2、真核基因的表达调控、真核基因的表达调控（1）、转录水平的调控）、转录水平的调控（2）、转录后调控）、转录后调控（3）、翻译水平的调控）、翻译水平的调控（4）、无功能）、无功能DNA与真核基因表达调控与真核基因表达调控一、原核基因的表达调控一、原核基因的表达调控降解物基因活化蛋白降解物基因活化蛋白降解物基因活化蛋白降解物基因活化蛋白

39、(CAP)(CAP)特异的结合在启动基因上时，能促进特异的结合在启动基因上时，能促进特异的结合在启动基因上时，能促进特异的结合在启动基因上时，能促进RNARNA聚聚聚聚合酶与启动基因结合，并促进其进行转录；游离合酶与启动基因结合，并促进其进行转录；游离合酶与启动基因结合，并促进其进行转录；游离合酶与启动基因结合，并促进其进行转录；游离CAPCAP不能与启动基因结合，不能与启动基因结合，不能与启动基因结合，不能与启动基因结合，必须当细胞内有足够的必须当细胞内有足够的必须当细胞内有足够的必须当细胞内有足够的cAMPcAMP时，时，时，时，CAPCAP首先与首先与首先与首先与cAMPcAMP形成复合

40、体，才能与形成复合体，才能与形成复合体，才能与形成复合体，才能与启动基因结合，而葡萄糖的降解产物能降低启动基因结合，而葡萄糖的降解产物能降低启动基因结合，而葡萄糖的降解产物能降低启动基因结合，而葡萄糖的降解产物能降低cAMPcAMP的含量的含量的含量的含量2 2、trptrp 操纵子的阻遏系统操纵子的阻遏系统低低TrpTrp时：时：阻遏物不结合阻遏物不结合操纵基因操纵基因; ;高高TrpTrp时：时：阻遏物阻遏物+ +TrpTrp 结合操纵基因结合操纵基因衰减子：在转录水平上调节基因表达的衰减作用，用于终止衰减子：在转录水平上调节基因表达的衰减作用，用于终止衰减子：在转录水平上调节基因表达的衰

41、减作用，用于终止衰减子：在转录水平上调节基因表达的衰减作用，用于终止和减弱转录，这种调节的作用部位叫衰减子和减弱转录，这种调节的作用部位叫衰减子和减弱转录，这种调节的作用部位叫衰减子和减弱转录，这种调节的作用部位叫衰减子是一种位于是一种位于是一种位于是一种位于结构基因上游前导区的终止子。结构基因上游前导区的终止子。结构基因上游前导区的终止子。结构基因上游前导区的终止子。UUUUUUUU调节区调节区 结构基因结构基因 trpROP前导序列前导序列 衰减子区域衰减子区域 UUUU前导前导mRNA1234衰减子结构衰减子结构 第第1010、1111密码子为密码子为trptrp密码子密码子 终止密码子

42、终止密码子 14aa14aa前导肽编码区前导肽编码区: 包含序列包含序列1 1 形成发夹结构能力强弱：形成发夹结构能力强弱： 序列序列1/21/2 序列序列2/32/3序列序列3/4 3/4 trp 密码子密码子 UUUUUUUU34UUUU 334核糖体核糖体 前导肽前导肽 前导前导mRNA1.1.当当色色氨酸浓度高时氨酸浓度高时 转录衰减机制转录衰减机制 125 trp 密码子密码子 衰减子结构衰减子结构就是终止子就是终止子可使转录可使转录前导前导DNA UUUU 3 RNARNA聚合酶聚合酶 终止终止UUUU342423UUUU核糖体核糖体 前导肽前导肽 前导前导mRNA 15 trp

43、密码子密码子 结构基因结构基因前导前导DNA RNARNA聚合酶聚合酶 2.2.当当色色氨酸浓度低时氨酸浓度低时 Trp合成酶系相关合成酶系相关结构基因被转录结构基因被转录 序列序列3 3、4 4不能不能形成衰减子结构形成衰减子结构 细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，因细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，因为阻遏作用只能使为阻遏作用只能使转录不起始转录不起始，对于已经起始的，对于已经起始的转录，只能通过弱化作用使之中途停下来。阻遏转录，只能通过弱化作用使之中途停下来。阻遏作用的信号是作用的信号是细胞内色氨酸的多少细胞内色氨酸的多少；弱化作用的；弱化作用的信号则是信号则是细胞内载有色氨酸的细胞

44、内载有色氨酸的tRNAtRNA的多少的多少。它通。它通过前导肽的翻译来控制转录的进行，在细菌细胞过前导肽的翻译来控制转录的进行，在细菌细胞内这两种作用相辅相成，体现着生物体内周密的内这两种作用相辅相成，体现着生物体内周密的调控作用。调控作用。l原核生物操纵子，真核生物？2、真核生物基因的表达和调控l真核生物基因表达与调控的复杂性：（1）真核生物具有由核膜包被的细胞核，其基因的转录发生在细胞核中，而翻译则发生在细胞质中（2）真核生物基因数目比原核生物多，大多数基因除了有不起表达作用的内含子，另外还有更多调节基因表达的非编码序列，真核生物所转录的前体mRNA必须经过加工成熟后才进入表达阶段。真核生

45、物基因表达与调控的复杂性l真核生物基因表达与调控的复杂性：(3) 真核生物染色质由DNA与5种组蛋白结合组成，它们折叠和缠绕形成核小体，核小体及染色质进一步折叠缠绕形成超级结构状态的细胞分裂中期染色体。染色质的结构对基因的表达起总体控制作用。（4）化学信号包括某些激素的诱导控制作用。（5）基因组内DNA的化学修饰（6）发育过程中高度分化的机制l真核生物基因表达的调控可发生在不同水平上（1 1）、转录水平的调控）、转录水平的调控 调控区（顺式作用因子）：调控区（顺式作用因子）：转录起始位点上游的转录起始位点上游的GCGC盒（盒（GGGCGGGGGGCGGG）、）、CAATCAAT盒（盒（GGCC

46、AATCTGGCCAATCT）、）、octameroctamer( (八聚体基序八聚体基序) )以及增强子序列。以及增强子序列。 蛋白因子（反式作用因子）：蛋白因子（反式作用因子）：通用（或基础）转录通用（或基础）转录因子、启动子特异转录激活蛋白因子、启动子特异转录激活蛋白 、辅助激活蛋白因辅助激活蛋白因子。子。 （2）转录后调控）转录后调控转录衰减：转录衰减：RNARNA分子转录提前终止分子转录提前终止RNA的可变剪接的可变剪接：由于由于存在存在“内含子序列的不确定内含子序列的不确定性或多义性性或多义性”RNA的编辑的编辑：校正基因的移码突变；可以在校正基因的移码突变；可以在mRNAmRNA

47、上上重新构建或去除起始密码区，控制蛋白质合成；可以重新构建或去除起始密码区，控制蛋白质合成；可以在基因原来的起始密码前构建新的在基因原来的起始密码前构建新的AUGAUG起始密码，扩起始密码，扩充遗传信息。充遗传信息。（3）、翻译水平的调控：）、翻译水平的调控：i、原核和真核细胞利用不同的策略去确定在、原核和真核细胞利用不同的策略去确定在mRNA分子上的翻译起始位点：分子上的翻译起始位点：原核：原核：SD序列序列真核：真核：由由AUG密码子同密码子同mRNA分子的分子的5端帽子结构的接近端帽子结构的接近程度而决定的程度而决定的 ii、5非翻译区二级结构对翻译起始既可表现出负控非翻译区二级结构对翻

48、译起始既可表现出负控制又可表现出正控制效应制又可表现出正控制效应：当当5UTR的序列中存在着碱基配对时，就可形成的序列中存在着碱基配对时，就可形成发夹式或发夹式或茎环二级结构茎环二级结构，这种结构阻止核糖体小亚基的迁移，对翻译这种结构阻止核糖体小亚基的迁移，对翻译起始具有顺式阻抑作用起始具有顺式阻抑作用。作用的强弱取决于发夹结构的稳定性及其在作用的强弱取决于发夹结构的稳定性及其在5UTR的位置的位置 碱基配对区越长或碱基配对区越长或G+CG+C含量愈高，发夹结构就愈稳定；含量愈高，发夹结构就愈稳定；当发夹结构位于当发夹结构位于AUGAUG下游下游1414个核苷酸距离时，增强了原来的个核苷酸距离

49、时，增强了原来的起始效率起始效率iii、起始密码子（、起始密码子（AUG）先导序列的长度影响翻译起）先导序列的长度影响翻译起始效率：始效率：先导序列长度：先导序列长度：mRNAmRNA分子中第一分子中第一AUGAUG到其帽子间的距离。到其帽子间的距离。 长度长度1212个核苷酸时，即使个核苷酸时，即使AUGAUG置于理想旁侧序列中，仍一半置于理想旁侧序列中，仍一半以上的核糖体以上的核糖体40S40S亚基滑过第一个亚基滑过第一个AUGAUG，从其下游的，从其下游的AUGAUG启始翻启始翻译；译；长度长度2020核苷酸，可以防止滑过现象；核苷酸，可以防止滑过现象；长度在长度在17171818个核苷

50、酸之间，其翻译效率与其长度成正比；加个核苷酸之间，其翻译效率与其长度成正比；加长先导序列的长度还可以减弱长先导序列的长度还可以减弱AUG5AUG5端的二级结构对翻译的抑端的二级结构对翻译的抑制作用。制作用。一般而言，一个适当长度、无高级结构和上游一般而言，一个适当长度、无高级结构和上游AUGAUG密码的密码的55非非翻译区对翻译区对RNARNA的有效起始是必需的；相反，一个富含高级结构、的有效起始是必需的；相反，一个富含高级结构、G GC C含量高或含多个含量高或含多个AUGAUG的的55非翻译区可对翻译起始有阻抑作非翻译区可对翻译起始有阻抑作用。用。iv、3非翻译区的结构对翻译起始的影响：非

51、翻译区的结构对翻译起始的影响：33非翻译区含有非翻译区含有UAUA序列，常有几个相间分布的序列，常有几个相间分布的UUAUUUAUUUAUUUAU八核八核苷酸序列组成，去除这段序列可明显提高苷酸序列组成，去除这段序列可明显提高mRNAmRNA的稳定性，推的稳定性，推断断UAUA序列是对翻译起序列是对翻译起阻抑作用阻抑作用的元件的元件 ；阻抑活性随其在阻抑活性随其在33非翻译区的拷贝数增加而提高；非翻译区的拷贝数增加而提高；可能是通过抑制起始阶段即可能是通过抑制起始阶段即80S80S核糖体复合体形成之前的第一核糖体复合体形成之前的第一过程。过程。v、poly(A)尾对尾对mRNA稳定性及翻译效率

52、有调控稳定性及翻译效率有调控作用：作用：poly(A)poly(A)通过其结合蛋白（通过其结合蛋白（PABPPABP）与）与60S60S大亚基相互大亚基相互作用而实现其对翻译起始的促进作用。作用而实现其对翻译起始的促进作用。vi、mRNA蛋白质相互作用与翻译水平的调控：蛋白质相互作用与翻译水平的调控：负翻译调控：某些负翻译调控：某些mRNAmRNA分子的翻译能被结合到分子的翻译能被结合到mRNA5mRNA5端的特定的翻译阻遏蛋白所阻断端的特定的翻译阻遏蛋白所阻断5AUGstop3mRNA COOHH2NAUGstop53翻译阻遏蛋白翻译阻遏蛋白细胞内贮铁蛋白细胞内贮铁蛋白ferritin的合成

53、的合成:ferritinmRNA5端的先导端的先导序列（大约序列（大约30个核苷酸）作为个核苷酸）作为铁效应元件折叠成茎环结构，铁效应元件折叠成茎环结构，这这个元件是一个翻译阻遏蛋白顺个元件是一个翻译阻遏蛋白顺乌头酸酶的结合位点。乌头酸酶的结合位点。顺乌头酸又是一个铁结合蛋白顺乌头酸又是一个铁结合蛋白，当细胞暴露到铁溶液中引起顺乌当细胞暴露到铁溶液中引起顺乌头酸酶从头酸酶从ferritin的的mRNA上上解离，从而使解离，从而使ferritinmRNA翻译起始，使翻译起始，使ferritin的合成增的合成增加加100倍。倍。（4）无功能）无功能DNA与真核基因表达调控与真核基因表达调控“无功能

54、基因无功能基因”（junk DNAjunk DNA）：指基因组中尚未发）：指基因组中尚未发现任何功能的现任何功能的DNADNA，实际上这些所谓的，实际上这些所谓的junk DNAjunk DNA序列序列对研究包括癌症在内的人类疾病，正常基因组的修对研究包括癌症在内的人类疾病，正常基因组的修复、调控乃至多细胞有机体的进化等都是至关重要复、调控乃至多细胞有机体的进化等都是至关重要的。的。i、参与基因表达调控序列可能就处于所谓的、参与基因表达调控序列可能就处于所谓的junkDNA中；中；ii、真核基因组中含有大量的重复序列（小卫星）参与基因组、真核基因组中含有大量的重复序列（小卫星）参与基因组结构的保持；结构的保持；iii、内含子。、内含子。作业作业 一、名词解释一、名词解释半保留复制、半不连续复制、半保留复制、半不连续复制、RNA转录、蛋白质的剪接转录、蛋白质的剪接二、填空二、填空1、真核生物的启动子包括、真核生物的启动子包括、。2、帽子结构一般为、帽子结构一般为。3、加尾识别信号为、加尾识别信号为。三、简答题三、简答题1、真核基因结构特征。、真核基因结构特征。2、原核生物、真核生物、原核生物、真核生物mRNA的特征。的特征。3、遗传密码的特征。、遗传密码的特征。4、乳糖操纵子的双调控模式。、乳糖操纵子的双调控模式。5、衰减子的弱化机制。、衰减子的弱化机制。