全套课件分子生物学基础

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1、分子生物学基础分子生物学基础第一章第一章绪绪论论 第一节第一节概述概述 一、分子生物学的基本含义一、分子生物学的基本含义广义上讲，对蛋白质和核酸等生物大分子结构和功能的研究都属于分子生物学的研究范畴，也就是从分子水平阐述生命的现象和生物学规律。例如，蛋白质的结构、运动和功能，酶的作用机理和动力学，膜蛋白结构与功能和跨膜运输等。从这个角度看，分子生物学几乎已经包括了生物学领域的许多方面。但实际上，随研究的深入，这些内容已逐步发展成了各自独立的学科。因此，目前人们常采用狭义的概念，分子生物学主要是研究生物体主要遗传物质基因或DNA的结构与功能、复制、转录、表达和调节控制等过程的科学。当然也涉及到与

2、这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。第一节第一节概述概述二、分子生物学的主要研究内容二、分子生物学的主要研究内容 它的研究内容主要有以下几个方面：1DNA的复制、转录和翻译2基因表达调控的研究 3DNA重组技术 4结构分子生物学5基因与基因组以及功能基因组的研究第二节第二节分子生物学发展简史分子生物学发展简史一、分子生物学的建立和发展一、分子生物学的建立和发展 1准备和酝酿阶段2现代分子生物学的建立和发展阶段 3初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段 第二节第二节分子生物学发展简史分子生物学发展简史二、分子生物学与其它学科的关系二、分子生物学与其它学科的关系 1分子生物学与生物化

3、学分子生物学是从分子水平研究生命现象。生物化学是从分子水平研究生命化学现象。在研究方向上，分子生物学主要是研究蛋白质、核酸和其它生物大分子的结构与功能，以及它们之间的相互作用，着重解决细胞中信息传递和代谢调节的问题。而生物化学主要研究大、小分子在生命活动中的代谢过程，即重点是分子的代谢转化。从学科范畴上讲，分子生物学包括生物化学；从研究的基本内容讲，遗传信息从DNA到蛋白质的过程，其许多内容又属于生物化学的范畴。第二节第二节分子生物学发展简史分子生物学发展简史 2分子生物学与细胞生物学细胞生物学是在细胞、细胞超微结构和分子水平等不同层次上，以研究细胞结构、功能及生命活动为主的基础学科。分子生物

4、学是细胞生物学的主要发展方向，也就是说，在分子水平上探索细胞的基本生命规律，把细胞看成是物质、能量、信息过程的结合，而且着重研究细胞中的遗传物质的结构、功能以及遗传信息的传递和调节等过程。3遗传学与分子生物学遗传学是分子生物学发展以来受影响最大的学科。孟德尔著名的皱皮豌豆和圆粒豌豆子代分离实验以及由此得到的遗传规律，纷纷在近20年内得到分子水平上的解释。越来越多的遗传学原理正在被分子水平的实验所证实或摈弃，许多遗传病已经得到控制或矫正，许多经典遗传学无法解决的问题和无法破译的奥秘，也相继被攻克，分子遗传学已成为人类了解、阐明和改造自然界的重要武器。 第二节第二节分子生物学发展简史分子生物学发展

5、简史 4生物分类学与分子生物学分类和进化研究是生物学中最古老的领域，它们同样由于分子生物学的渗透而获得了新生。过去研究分类和进化，主要依靠生物体的形态，并辅以生理特征，来探讨生物间亲缘关系的远近。现在，反映不同生命活动中更为本质的核酸、蛋白质序列间的比较，已被大量用于分类和进化的研究。由于核酸技术的进步，科学家已经可能从已灭绝的化石里提取极为微量的DNA分子，并进行深入的研究，以此确证这些生物在进化树上的地位。5发育生物学与分子生物学分子生物学还对发育生物学研究产生了巨大的影响。人们早就知道，个体生长发育所需的全部信息都是储存在DNA序列中的，如果受精卵中的遗传信息不能按照一定的时空顺序表达，

6、个体发育规律就会被打乱，高度有序的生物世界就不复存在。大量分子水平的实验证明，同源转换区(homeobox)及同源转换结构域(homeolomain)在个体发育过程中发挥了举足轻重的作用。专家估计，这个领域的研究将为发育生物学带来一场革命。 第二节第二节分子生物学发展简史分子生物学发展简史 三、分子生物学的现状与展望三、分子生物学的现状与展望 1功能基因组学 2蛋白质组学 3生物信息学 分子生物学基础分子生物学基础第二章 DNA的结构、复制和修复第一节第一节染色体染色体 一、染色体概述一、染色体概述 染色体在不同的细胞周期有不同的形态表现。在细胞大部分时间的分裂间期表现为染色质(chromat

7、in)。染色质是细胞核内可以被碱性染料着色的一类非定形物质。它以双链DNA为骨架，与组蛋白(hilston)、非组蛋白(non-histon)以及少量的各种RNA等共同组成丝状结构。在染色质中，DNA和组蛋白的组成非常稳定，非组蛋白和RNA随细胞生理状态不同而有变化。在细胞分裂期，染色质纤丝经多级螺旋化形成一种有固定形态的复杂的立体结构的染色体。 染色体只在细胞分裂期，人们才能在光学显微镜下观察到这些结构。它们存在于细胞核，呈棒状的可染色结构，故称为染色体。细胞分裂时，每条染色体都复制生成一条与母链完全一样的链，形成同源染色体对。 作为遗传物质，染色体具有以下特征：分子结构相对稳定；能够自我复

8、制，使亲代、子代之间保持连续性；能够指导蛋白质的合成；能够产生可遗传的变异。 第一节第一节染色体染色体 二、原核生物的染色体1细菌染色体形态结构 大肠杆菌染色体长为1333m，而要装入长约2m宽1m的细胞中，为此DNA必定以折叠或螺旋状态存在。有实验证明：在DNA分子进行折叠或螺旋过程中还依赖于RNA分子的作用。如300m的环状DNA（图2-1A），通过RNA分子的连接作用将DNA片段结合起来形成环（loop），从而导致DNA长度缩小成为25m（图2-1B），在活体大肠杆菌染色体上约有50多个这样的环。接着每个环内DNA进一步螺旋，使DNA长度进一步缩短为1.5m，而形成更高级结构的染色体（图

9、2-1C）。因此，细菌的染色体不是一条裸露的DNA链，而是以高度的组装形式存在，同时这种组装不仅为了适应细菌细胞的狭小空间，而且还要有利于染色体功能的实现，便于染色体复制和基因表达。第一节第一节染色体染色体 图2-1大肠杆菌（E. coli）染色体的基本结构 第一节第一节染色体染色体2原核生物DNA基因组的组织结构特点（1）结构简练原核DNA分子的绝大部分是用来编码蛋白质的，只有非常小的一部分不转录，这与真核DNA的冗余现象不同。 （2）基因种类和数量较少原核细胞中染色体一般只有一条双链DNA分子，且大都带有单拷贝基因，且多以重叠基因的形式存在，只有很少数基因（如rRNA基因）是以多拷贝形式存

10、在的；整个染色体DNA几乎全部由功能基因与调控序列所组成；几乎每个基因序列都与它所编码的蛋白质序列呈线性对应状态。 （3）以操纵子为转录单元原核生物DNA序列中功能相关的RNA和蛋白质基因，往往丛集在基因组的一个或几个特定部位，形成功能单位或转录单元，它们可被一起转录为含多个mRNA的分子，叫多顺反子mRNA。X174及G4基因组中就含有数个多顺反子。功能相关的基因串联在一起转录产生一条多顺反子mRNA链，然后再翻译成各种蛋白质。第一节第一节染色体染色体 三、真核生物染色体的组成三、真核生物染色体的组成1染色体蛋白质 （1）组蛋白组蛋白是真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带正电荷的Arg和Ly

11、s等碱性氨基酸，等电点一般在pHl0.0以上，属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA非特异性紧密结合，而且一般不要求特殊的核苷酸序列，通常用0.25mol/LHCL或H2SO4从染色质中分离得到。真核生物染色体的组蛋白有5种，即H1、H3、H2A、H2B和H4。组蛋白中，H3，H4，H2A，H2B，其N端氨基酸都是碱性氨基酸，碱性N端借静电引力与DNA起作用，组蛋白之间借此相互聚合，C端是疏水端；而H1则相反，C端是碱性氨基酸，N端是疏水端，而且H1具有45种分子类型，所以在遗传上H1保守性最少。组蛋白可进行各种修饰。由于组蛋白N端赖氨酸的乙酰化，改变了赖氨酸所负载的电荷，从而影响了与DNA的结合，

12、有利于转录的进行，而组蛋白的磷酸化主要在组蛋白N端丝氨酸残基上进行。现一般认为组蛋白磷酸化可减弱组蛋白与核酸的结合，从而降低组蛋白对DNA模板活力的抑制，从而利于转录进行。而甲基化组蛋白。第一节第一节染色体染色体 （2）非组蛋白与染色体组蛋白不同与染色体组蛋白不同，非组蛋白是指染色体上与特异DNA序列相结合的蛋白质，所以又称序列特异性DNA结合蛋白(sequencespecificDNAbindingproteins)。一般来说，非组蛋白所含酸性氨基酸的量超过碱性氨基酸的量，所以带负电荷。非组蛋白和组蛋白不同，它具有种属和组织特异性，而且在活动的染色质中比不活动的染色质中含量要高。非组蛋白在整

13、个细胞周期中都进行合成，而不像组蛋白仅在S期和DNA复制同步进行。 非组蛋白的功能：能帮助DNA分子折叠，以形成不同的结构域，从而有利于DNA的复制和基因的转录；协助启动DNA复制；特异性地控制基因转录，调节基因表达。非组蛋白和组蛋白一样可以被磷酸化，这被认为是基因表达和调控的重要环节。 第一节第一节染色体染色体2染色质和核小体 （1）核小体结构的主要实验证据用温和的方法破坏细胞核，将染色质铺展在电镜铜网上，通过电镜观察，未经处理的染色质自然结构为30nm的纤丝，经盐溶液处理后解聚的染色质呈现一系列核小体相互连接的串珠状结构，念珠的直径为10nm；用微球菌核酸酶(micrococcalnucl

14、ease)消化染色质，经过蔗糖梯度离心及琼脂糖凝胶电泳分析发现，如果完全酶解，切下的片段都是200bp的单体；如果部分酶解，则得到的片段是以200bp为单位的单体、二体(400bp)、三体(600bp)等等。蔗糖梯度离心得到的不同组分，在波长260nm的吸收峰的大小和电镜下所见到的单体、二体、三体的核小体完全一致；应用X射线衍射、中子散射及电镜三维重建技术，研究染色质结晶颗粒，发现颗粒是直径为11nm、高6.0nm的扁圆柱体，具有二分对称性(dyadsymmetry)，核心组蛋白的构成是两个H3分子和两个H4分子先形成四聚体，然后再与两个由H2A和H2B构成的异二聚体(heterodimer)

15、结合成八聚体。第一节第一节染色体染色体 （2）核小体结构要点每个核小体单位包括200bp左右的DNA、一个组蛋白八聚体以及一个分子的组蛋白H1；组蛋白八聚体构成核小体的核心结构，分子量100kD，由H2A、H2B、H3和H4各两个分子所组成；DNA分子以左手方向盘绕八聚体两圈，每圈83bp，共166bp。用微球菌核酸酶水解，可得到不含组蛋白H1的146bp的DNA片段(1.75圈)。一个分子的组蛋白H1与DNA结合，锁住核小体DNA的进出口，从而稳定了核小体的结构；两个相邻核小体之间以连接DNA(1inkerDNA)相连，长度为080bp不等（图2-2）。 第一节第一节染色体染色体AB图2-2

16、核小体单体的存在及核心颗粒的形成A：为核小体结构示意图；B：为核小体单元的产生第二节 DNA的组成和结构一、一、DNA的组成的组成 1碱基 核酸中的碱基分两类：嘧啶碱和嘌呤碱。嘧啶碱是母体化合物嘧啶的衍生物。核酸中常见的嘧啶碱有三类：胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶。其中胞嘧啶为DNA和RNA两类核酸所共有。胸腺嘧啶只存在于DNA中，但是tRNA中也有少量存在；尿嘧啶只存在于RNA中。植物DNA中含有一定量的5甲基胞嘧啶。在一些大肠杆菌噬菌体DNA中，5羟甲基胞嘧啶代替了胞嘧啶。嘌呤碱有两类：腺嘌呤及鸟嘌呤。嘌呤碱是由母体化合物嘌呤衍生而来的。除了5种基本的碱基外，核酸中还有一些含量甚少的稀有碱基。稀

17、有碱基种类极多，大多数都是甲基化的碱基。tRNA中含有较多的稀有碱基，可高达10。目前已知稀有碱基和核苷达近百种。图2-3A是存在于DNA和RNA分子中的5种含氮碱基的结构式。 第二节 DNA的组成和结构2核苷 核苷是一种糖苷，由戊糖和碱基缩合而成。糖与碱基之间以糖苷键相连接。糖的第一位碳原于（C1）与嘧啶碱的第一位氮原子(N1)或与嘌呤碱的第九位氮原子（N9）相连接。所以，糖与碱基间的连键是NC键，一般称之为N糖苷键；核苷中的D核糖及D2脱氧核糖均为呋喃型环状结构。糖环中的C1是不对称碳原子，所以有及两种构型。但核酸分子中的糖苷键均为糖苷键。应用X射线衍射法已证明，核苷中的碱基与糖环平面互相

18、垂直。 根据核苷中所含戊糖（图2-3B）的不同，将核苷分成两大类：核糖核苷和脱氧核糖核苷。对核苷进行命名时，必须先冠以碱基的名称，例如腺嘌呤核苷、腺嘌呤脱氧核苷等。RNA中含有某些修饰和异构化的核苷。核糖也能被修饰，主要是甲基化修饰。tRNA和rRNA中还含少量假尿嘧啶核苷，在它的结构中，核糖不是与尿嘧啶的第一位氮（N1），而是与第五位碳（C5）相连接。细胞内有特异的异构化酶催化尿嘧啶核苷转变为假尿嘧啶核苷。第二节 DNA的组成和结构3核苷酸 核苷的磷酸酯叫做核苷酸，分为(核糖)核苷酸(ribo)nucleotide和脱氧(核糖)核苷酸deoxy(ribo)nucleotide两大类，分别构成

19、DNA和RNA的基本结构单位。所有的核苷酸都可在其5位置连接一个以上的磷酸基团；从戊糖开始的第一、二、三个磷酸残基依次称为、。和及和之间的键是高能键，为许多细胞活动提供能量来源。核苷三磷酸缩写为NTP，核苷二磷酸缩写为NDP。5核苷三磷酸是核酸合成的前体。细胞内还有各种游离的核苷酸和核苷酸衍生物，它们都具有重要的生理功能。因此，对于核酸和蛋白质系统，核苷酸相当于氨基酸，碱基相当于氨基酸的功能基。下面列举几种核苷酸的结构式（图2-3C）。 核糖核苷的糖环上有3个自由羟基，能形成3种不同的核苷酸。(图2-3C)脱氧核苷的糖环上只有2个自由羟基，所以只能形成两种核苷酸。生物体内游离存在核苷酸多是5-

20、核苷酸。用碱水解RNA时，可得到2-与3-核糖核苷酸的混合物。第二节 DNA的组成和结构 图2-3碱基、戊糖和核苷酸的结构A：碱基；B：戊糖；C：核苷酸第二节 DNA的组成和结构 二、二、DNADNA的一级结构的一级结构 DNA由数量庞大的4种脱氧核苷酸通过3，5磷酸二酯键连接而成，DNA的一级结构就是这些脱氧核苷酸在分子中的排列顺序（序列）。就是DNA分子内碱基的排列顺序。它以密码子的方式蕴藏着遗传信息，以碱基序列的方式蕴藏着对遗传信息的调控。DNA分子中碱基序列似乎是不规则的，实际上是高度有序的。任何一段DNA序列都可以反映出功能特异性和它的个体的、种族的特征。一级结构决定了DNA的二级结

21、构、折叠成的空间结构。这些高级结构又决定和影响着一级结构的信息功能，即基因的启动和关闭。因此，研究DNA的一级结构对阐明遗传物质结构、功能以及它的表达、调控都是极其重要的。 DNA几乎是所有生物遗传信息的携带者。它是信息分子，携带以下两类不同的遗传信息。一类是负责编码蛋白质氨基酸序列的信息。在这一类信息中，DNA的一级结构与蛋白质一级结构之间基本上存在共线性关系。第二节 DNA的组成和结构 另一类一级结构信息与基因的表达有关，负责基因活性的选择性表达和调控。这一部分DNA的一级结构参与调控基因的转录、翻译、DNA的复制、细胞的分化等功能，决定细胞周期的不同时期和个体发育的不同阶段、不同器官、不

22、同组织以及不同外界环境下，基因是开启还是关闭，开启量是多少等等。这一类DNA一级结构有两种情况：它本身负责编码某些调控蛋白，这些蛋白质负责调控相应的基因；一些DNA一级结构区段负责基因表达的调控位点，即决定基因开启或关闭的元件。一般由调控蛋白与调控元件相互作用来有效地控制基因。后者成为调控蛋白作用的靶位点。DNA分子中有各种特异性元件，如与复制有关的各种位点都有它们特异性的一级结构。DNA分子总的A+T与G+C含量相等，但在某些区域A+T的含量大大增高。由于AT碱基对有2个氢键，而GC之间有3个氢键，在很多有重要调节功能的DNA区域都富含有AT，如启动子区域等，有利于双链的解开，某些蛋白质与解

23、链部位的相互结合。第二节 DNA的组成和结构 三、三、DNADNA的二级结构的二级结构 DNA的二级结构指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。 1双螺旋结构模型的依据 X射线衍射数据说明DNA含有两条或两条以上具有螺旋结构的多核苷酸链，而且沿纤维长轴有0.34nm和3.4nm两个重要的周期性变化。choqoe等应用层柝法对多种生物。DNA的碱基组成进行了分析，发现中的腺嘌呤数目与胸腺嘧啶的数目相等，胞嘧啶(包括5甲基胞嘧啶)的数目和鸟嘌呤的数目相等。后来又有人证明腺嘌呤和胸腺嘧啶间可以生成两个氢键；而胞嘧啶和鸟嘌呤之间可以允许生成3个氢键。用电位漓定法证明DNA的磷酸基可以滴定，而嘌

24、呤和嘧啶的可解离基团则不能漓定，说明它们是由氢键连接起来的。第二节 DNA的组成和结构 由此得出DNA双螺旋模型的要点： 主链：DNA主链由脱氧核糖和磷酸相互间隔连接而成，从3，5磷酸二酯键的方向来看，双螺旋中2条多聚脱氧核苷酸链是反向平行的。2条主链处于螺旋的外侧，碱基处于螺旋的内侧，且主链是亲水性的。2条主链形成右手螺旋，有共同的螺旋轴，螺旋的直径是2nm。 碱基配对特征：由于受几何形状限制，只有A和T配对，G和C配对，其形状才能正适合双螺旋的大小，安置在双螺旋内，不会使螺旋有任何畸变或丧失对称性。这两种碱基对还有另一个特征，就是处于一个平面具有二次旋转对称性，即一个碱基对旋转180并不影

25、响双螺旋对称性。这意味着AT、TA、GC和CG四种碱基对形式都允许处在这种几何形状中，即双螺旋结构只限定配对方式，并不限定碱基的排列顺序。第二节 DNA的组成和结构 碱基：碱基环是一个共轭环，碱基对构成的平面与螺旋轴近似垂直，螺旋轴穿过碱基平面，相邻碱基对沿螺旋转36角，上升0.34nm。因此，每10对碱基绕轴旋转一圈组成一节螺旋，螺距3.4nm。 大沟和小沟：沿螺旋轴方向观察，可以看到配对的碱基并没有充满螺旋的空间。由于碱基对与糖环的连接都是在碱基对的同侧，故这种不对称的连接导致双螺旋表面形成2个凹下去的沟，一个宽一个窄，分别称为大沟和小沟。糖一磷酸骨架构成大沟和小沟的两壁，碱基对边就是沟底

26、，而螺旋轴通过碱基对中央。因此，大、小两沟的深度差不多，亦即从螺旋圆柱面至碱基对边之间的横向距离大致相等。双螺旋表面的沟对DNA与蛋白质的相互识别和结合都是很重要的。因为只有在沟内才能接触到碱基的顺序，而在双螺旋的表面则是脱氧核糖和磷酸的重复结构，似乎并无信息可言。当然，大沟和小沟之间存在着明显的差别。大沟的空间可容纳其它分子“阅读”沟内的碱基顺序信息，并可使其氮、氧原子与蛋白质的氨基酸侧链形成氢键而结合。而小沟没有足够大的空间与蛋白质分子识别和结合，但是在B-DNA的小沟内可观察到水合结构。（图2-4）是DNA双螺旋模型第二节 DNA的组成和结构 图2-4DNA双螺旋模型 第二节 DNA的组

27、成和结构 2DNA双螺旋的种类 （1）右手螺旋的多重构象表2-1不同螺旋形式DNA分子主要参数比较 第二节 DNA的组成和结构 （2）左手螺旋 在DNA单链中存在嘌呤与嘧啶交替排列的顺序CGCGCG或CACACA时，则会出现左手双螺旋结构。在主链中各个磷酸根呈锯齿状排列，犹如“之”字形一样，因此叫做Z型构象(采用Zigzag第一个字母)。Z型结构是所有DNA结构每圈螺旋碱基对最多的，因而有最少扭曲结构。比如，真核细胞中常出现胞嘧啶第5位碳原于的甲基化，形成局部疏水区，这一区域伸入BDNA的大沟中，使BDNA不稳定而转变为ZDNA。 抗体可以区分Z型DNA和B型DNA。这些抗体与果蝇染色体的特殊

28、区域以及其它生物体的细胞核结合。在果蝇中，结合的区域比染色体有更为展开的结构,说明ZDNA的存在是一种自然现象。 可以看出，DNA构象的多变性，或者说DNA二级结构的多态性，是在不同条件和具有特殊序列结构时才呈现出来的，说明DNA是一个可变的动态分子，以多变的构象实现内涵丰富的生物学功能。第二节 DNA的组成和结构 四、DNA的高级结构 DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式，可分为正超螺旋与负超螺旋两大类，它们在特殊情况下可以相互转变，如：DNA分子的这种变化可以用一个数学公式来表示：L=T+W其中，其中为连接数，是指环形DN

29、A分子两条链间交叉的次数。只要不发生链的断裂，L是个常量。T为双螺旋的盘绕数(twistingnumber)，W为超螺旋数(writhingnumber)，它们是变量。第三节第三节 DNADNA的复制的复制 一、DNA的半保留复制机理 二、DNA复制的起点、方向和速度 DNA在复制时，首先在一定位置解开双链，这个复制起点呈现叉子的形式，称为复制叉。一般把生物体能独立进行复制的单位称为复制子。实验证明，复制在起始阶段进行控制，一旦复制开始，就连续进行下去，直到整个复制子完成复制。每个复制子由一个复制起点控制。 原核生物的复制起始点通常在它染色体的一个特定位点，并且只有一个起始点，因此，原核生物的

30、染色体只有一个复制子。真核生物染色体的多个位点可以起始复制，有多个复制起始点，因此是多复制子（表2-2）。且多个复制子不是同时起作用，而是在特定时间，只有一部分复制子（不超过15%）在进行复制过程。 关于DNA复制的方向和速度，最为普遍的就是双向等速进行（图2-5）。某些环状DNA偶尔从一个复制起始点形成一个复制叉，单向复制。而腺病毒则从两个起始点相向进行复制。第三节第三节 DNADNA的复制的复制 表2-2部分生物复制子的比较第三节第三节 DNADNA的复制的复制 图2-5放射性实验证明DNA的复制是从固定的起始点双向等速进行的第三节第三节 DNADNA的复制的复制 三、三、DNADNA复制

31、的几种主要方式复制的几种主要方式 1线性DNA双链的复制 复制叉生长方向有单一起点的单向(如腺病毒)及双向(如噬菌体)，和多个起始点的双向几种，DNA双向复制时复制叉处呈“眼”型。线性DNA复制中RNA引物被切除后，留下5端部分单链DNA，不能为DNA聚合酶所作用，使子链短于母链。T4和T7噬菌体DNA通过其末端的简并性, 使不同链的3端因互补而结合，其缺口被聚合酶作用填满，再经DNA连接酶作用生成二联体。这个过程可重复进行直到生成原长20多倍的多联体，并由噬菌体DNA编码的核酸酶特异切割形成单位长度的DNA分子。290噬菌体和腺病毒基因组的末端含反向重复序列，复制时，5端首先与末端蛋白共价结

32、合，开始互补链的合成。当另一条链完全被置换后，两端通过发卡结构相连，形成一个大部分序列互补的单链环形DNA分子，复制从其内部的起始位点开始按前导链方式双向进行，经过环形结构到达分子的另一部分，经双链结构交错切割后生成完整的子链病毒。除了环形部分发生重排之外，所生成的新DNA分子带有母链的全部遗传信息。第三节第三节 DNADNA的复制的复制 2环状DNA双链的复制 （1）型复制 型（图2-6）复制可以是双向或单向的，大多为等速双向，少数为不等速双向复制。两个共价封闭的互相盘绕的DNA双链在拓扑异构酶作用下从起始点（ori）开始形成DNA切口和封闭，DNA的一条或两条主链骨架有暂时的切断，是DNA

33、超旋或解旋，有利于复制叉向前移动。前导链DNA开始复制前，复制原点的核酸序列被转录生成短RNA链，作为起始DNA复制的引物。 （2）滚动环复制 它是很多病毒、细菌因子以及真核生 物中基因放大的基础。如：X174，T4噬菌体等的DNA都以如图2-7所示 第三节第三节 DNADNA的复制的复制 图2-6DNA复制的型结构第三节第三节 DNADNA的复制的复制 （3）D型复制 线粒体和叶绿体具有双链环状DNA，在电镜中观察到，线粒体DNA的复制叉曾呈现出D形。在复制开始时，双链环状DNA在特定ori位点出现一个复制泡(replicative bubble)，双链解链。复制泡的亲代分子中以（）链作为模

34、板，合成一条新链，并且将亲代分子的（+）链置换出来，新链与它的模板形成部分双链。这样，在线粒体DNA的复制过程中，出现一条单链和一条双链组成的三元泡结构，称为置换环(displacement loop)或D环。（图2-8）。第三节第三节 DNADNA的复制的复制 图2-7环状DNA可以通过滚环式复制产生多单元DNA第三节第三节 DNADNA的复制的复制 图2-8D型复制的模型第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点 一、原核生物DNA的复制特点 1DNA双螺旋的解旋 DNA双螺旋分子具有紧密缠绕的结构，编码碱基位于分子的内部，因此在复制时，母本DNA的两条链应至少分开一部分，才能使DNA复制

35、酶系统“阅读”模板链的碱基顺序。 使DNA双螺旋解旋并使两条链保持分开的状态是个极其复杂的过程，现在已找到一些酶和蛋白质，它们或者能使DNA双链变得易于解开，或者可以使超螺旋分子松弛。 2冈崎片段与半不连续复制 按照Watson-Crick假说，DNA的两条链的方向相反，所以复制时，如新生DNA的一条链从5向3端合成，则另一条链必须从3端向5端延伸。可是，迄今发现的DNA聚合酶都只能催化DNA链从5端向3端延长。第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点 图2-9DNA的半不连续复制 第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点 3DNA复制的引发与终止 在细胞提取物中合成冈崎片段时，不仅需要d

36、ATP、dGTP、dCTP和dTTP四种前体，还需要一个与模板DNA的碱基顺序互补的RNA短片段当作引物。有许多实验结果能证明RNA引物的存在。在多瘤病毒的体外系统中合成的冈崎片段是一个5端约10核苷酸长的，以3三磷酸为结尾的RNA。这是一个强有力的证据。第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点 图2-10大肠杆菌染色体DNA双向复制示意图 第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点 4DNA聚合酶 DNA聚合酶不是复制大肠杆菌染色体的主要聚合酶，它有35核酸外切酶活性，这种活性和聚合酶活性紧密结合在一起，既可合成DNA链，又能降解DNA，保证了DNA复制的准确性。另外，它还有53核酸外切酶

37、的功能，可作用于双链DNA，又可水解5末端或距5末端几个核苷酸处的磷酸二酯键，因而该酶被认为在切除由紫外线照射而形成的嘧啶二聚体中起着重要的作用。它也可用以除去冈崎片段5端RNA引物，使冈崎片段间缺口消失，保证连接酶将片段连接起来。DNA聚合酶具有53方向聚合酶活性，但酶活性很低。若以每分钟酶促核苷酸掺入DNA的效率计算，只有DNA聚合酶的5，故也不是复制中主要的酶。其35核酸外切酶活性可起校正作用。目前认为DNA聚合酶的生理功能主要是起修复DNA的作用。DNA聚合酶包含有7种不同的亚单位和9个亚基，其生物活性形式为二聚体。它有53方向聚合酶活性，也有35核酸外切酶活性。它的活力较强，为DNA

38、聚合酶的15倍，DNA聚合酶的300倍。它能在引物的3OH上以每分钟约5万个核苷酸的速率延长新生的DNA链，是大肠杆菌DNA复制中链延长反应的主导聚合酶。表2-3介绍了上述DNA聚合酶的性质。第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点 第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点 二、真核生物二、真核生物DNADNA的复制特点的复制特点 1真核细胞的每条染色体含有多个复制起始点。复制子的大小变化很大，约5-300kbp。复制可以在几个复制起始点上同时进行，复制起始点不是一成不变的。在发育过程中，活化的细胞有更多的复制起始点。例如，果蝇在胚胎发育早期，其最大染色体上有6000个复制叉，大约每10

39、kbp就有一个。 2真核生物染色体在全部复制完成之前，各个复制起始点不能开始新一轮的复制。而原核生物中，复制起始点上可以连续开始新的复制事件，表现为一个复制子内套叠有多个复制叉。 3真核生物DNA的复制子被称为自主复制序列（ARS），长约150bp左右，含有几个复制起始必须的保守区。并且其复制起始需起点识别复合物（ORC）参与，并需ATP。真核生物复制叉的移动速度大约只有50bp/s，还不到大肠杆菌的1/20。因此，人类DNA中每隔3x1043x105就有一个复制起始位点。第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点 4真核生物有多种DNA聚合酶，分别为在真核细胞中主要有5种DNA聚合酶，分别称

40、为DNA聚合酶、和，真核细胞的DNA聚合酶和细菌DNA聚合酶基本性质相同，均以dNTP为底物，需Mg2+激活，聚合时必须有模板链和具有3OH末端的引物链，链的延伸方向为53。但真核细胞的DNA聚合酶一般都不具有核酸外切酶活性，推测一定有另外的酶在DNA复制中起校对作用。DNA聚合酶的功能主要是引物合成。DNA聚合酶活性水平稳定，可能主要在DNA损伤的修复中起作用。DNA聚合酶是主要负责DNA复制的酶，参与先导链和滞后链的合成。而DNA聚合酶的主要功能可能是在去掉RNA引物后把缺口补全。 5端粒的复制 线性染色体的末端DNA称为端粒，端粒的功能主要是稳定染色体末端结构，防止染色体之间的末端连接。

41、复制由一种特殊的酶-端粒酶所催化。真核生物线性染色体在复制后，不能原核生物那样填补5末端的空缺，从而会使5末端序列因此缩短。而端粒酶可以外加重复单位到5末端上，维持端粒一定的长度。 第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点 三、三、DNADNA复制的调控复制的调控 1大肠杆菌染色体DNA的复制调控 染色体的复制与细胞分裂一般是同步的，但复制与细胞分裂不直接偶联。复制起始不依赖于细胞分裂，而复制的终止则能引发细胞分裂。在一定生长速度范围内，细胞与染色体的质量之比相对恒定，这是由活化物、阻遏物和去阻遏物及它们的相互作用所制约的。复制的功能单位，即复制子，由起始物位点和复制起点两部分组成。起始物位

42、点编码复制调节蛋白质，复制起点与调节蛋白质相互作用并启动复制。起始物位点突变使复制停止并导致细胞死亡。 2ColE1质粒DNA的复制调控 ColE1是一个6646bp的小质粒，在宿主细胞内拷贝数为2030。ColE1 DNA复制不依赖于其本身编码的蛋白质，而完全依靠宿主DNA聚合酶。质粒DNA编码两个负调控因子Rop蛋白和反义RNA(RNA1)，它们控制了起始DNA复制所必需的引物合成。 第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点 3真核细胞DNA的复制调控 真核细胞的生活周期可分为4个时期：G1、S、G2和M期。G1是复制预备期，S为复制期，G2为有丝分裂准备期，M为有丝分裂期。DNA复制只

43、发生在S期。 真核细胞中DNA复制有3个水平的调控： （1）细胞生活周期水平调控 也称为限制点调控，即决定细胞停留在G1期还是进入S期。许多外部因素和细胞因子参与限制点调控。促细胞分裂剂、致癌剂、外科切除等都可诱发细胞由G1期进入S期。一些细胞质因子如四磷酸二腺苷和聚ADP核糖也可诱导DNA的复制。 （2）染色体水平调控 决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在S期起始复制，这种有序复制的机理还不清楚. （3）复制子水平调控 决定复制的起始与否。这种调控从单细胞生物到高等生物是高度保守的。此外，真核生物复制起始还包括转录话化、复制起始复合物的合成和引物合成等阶段，许多参与复制起始

44、蛋白的功能与原核生物中相类似。酵母染色体复制只发生于S期,各个复制子按专一的时间顺序活化，在S期的不同阶段起始复制。第五节第五节 DNADNA的损伤与修复的损伤与修复 一、一、DNADNA的损伤来源的损伤来源1DNA分子的自发性损伤（1）互变异构 DNA分子中的4种碱基自发地使氢原子改变位置，产生互变异构体，进一步使碱基配对的方式发生改变，这样在复制后的子链上就可能出现错误。例如：腺嘌呤的互变异构体A可以与C配对，胸腺嘧啶的互变异构体T与G配对，当DNA复制时，如果模板链上存在这些互变异构体，在子链上就可能发生错误，形成损伤。（2）脱氨试剂及自发脱嘌呤和脱嘧啶 包括羟胺，是一种体外诱变剂；亚硫

45、酸盐，主要改变DNA分子单链区的CU，亚硝酸盐主要使CU，也使A和G脱去氨基，但特异性较差，可引起体内外的广泛诱变。（3）活性氧引起的诱变 活性氧为氧分子电子数大于O2的O2。8oxoG(GA)是一种氧化碱基(7，8、二氢8氧代鸟嘌呤)，可与C、A配对，而DNA聚合酶、的校正活性不能校正其错配，造成GCTA的颠换，这种损伤可以积累。H202是细胞呼吸的副产物，非常活跃，造成DNA氧化损伤时，产生胸腺嘧啶乙二醇、胸苷乙二醇和羟甲基尿嘧啶等，此类损伤一般能被修复。第五节第五节 DNADNA的损伤与修复的损伤与修复 2物理因素引起的DNA损伤 紫外线（UV）照射引起的DNA损伤主要是形成嘧啶二聚体，

46、DNA分子最易于吸收的波长在260nm左右，当受到大剂量的UV照射后，一条链上相邻的两个嘧啶核苷酸共价结合，形成环丁烷嘧啶二聚体。形成二聚体的反应可逆较长的波长（280nm）有利于二聚体的形成，较短波长（240 nm）利于其解聚。二聚体的生成位置和频率与侧翼的碱基序列有一定关系。当人的皮肤暴露在阳光下，每小时由于UV照射产生嘧啶二聚体的频率为5x104细胞。由于UV穿透力有限，故对人的伤害主要是皮肤。紫外线照射影响微生物的存活。 电离辐射对DNA的损伤有直接效应和间接效应两种途径。前者指辐射对DNA分子直接聚积能量，引起理化性质改变；后者指电离辐射对DNA存在的环境中其他成分(主要是水)沉积能

47、量，引起DNA分子的变化。 第五节第五节 DNADNA的损伤与修复的损伤与修复 3化学因素引起的DNA损伤 （1）烷化剂对DNA的损伤 烷化剂是一类亲电子的化合物，极容易与生物体中的有机物大分子的亲核位点起反应。当烷化剂和DNA作用时，就可以将烷基加到核酸的碱基上去。DNA中的亲核位点主要有：腺嘌呤中的N1，N3，N6，N7；鸟嘌呤中的N1，N2，N3N7和06；胞嘧啶中的N3，N4和O4；胸腺嘧啶中的N3，O2和O4。其中鸟嘌呤的N7位和腺嘌呤的N3位最容易被烷化，DNA链上的磷酸二酯键中的氧也容易被烷化。 （2）碱基类似物对DNA的损伤 碱基类似物是一类结构与碱基相似的人工合成化合物，由于

48、它们的结构与碱基相似，进入细胞后能替代正常的碱基掺入到DNA链中，干扰DNA的正常合成。5溴尿嘧啶(5BU)是胸腺嘧啶环上的甲基被溴取代的一种最常见的碱基类似物，与U的结构非常相似,能与A配对，5BU有酮式和烯醇式两种形态，当处于烯醇式时，可与G配对，且存在机率高于酮式形态，因此一旦掺入到DNA链中，通过互变异构在复制中产生突变，引起ATCC的转换。另一个常见的碱基类似物是2氨基嘌呤(2AP)，在正常的酮式状态时与T配对，在烯醇式状态时与C配对。在某些植物体的代谢过程中，能产生个别的毒性化合物，其中包括DNA损伤剂。 第五节第五节 DNADNA的损伤与修复的损伤与修复 二、二、DNADNA的修

49、复的修复 1错配修复 E.coli避免突变的主要途径之一就是甲基指导的错配修复系统。这个系统是非特异性的，它能修复引起DNA双螺旋轻微扭曲的任何扭伤，包括错配、移码、碱基类似物的掺人和某些类型微小扭曲的烷基化损伤。 2碱基切除修复 是一种在细胞中存在较普遍的修复过程。在细胞中都有不同类型、能识别受损核酸位点的糖苷水解酶，它能特意性切除受损核苷酸上的N-糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点（AP位点）。DNA分子中一旦产生了AP位点，核酸内切酶就会把受损核酸的糖苷-磷酸键切开，并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA，由DNA聚合酶I合成新的片段，最终由DNA连接酶把两者连成新的被修复的

50、DNA链。 第五节第五节 DNADNA的损伤与修复的损伤与修复 图2-11甲基介导的错配修复模型 第五节第五节 DNADNA的损伤与修复的损伤与修复 3核苷酸切除修复 核苷酸切除修复系统几乎能够修复紫外线照射引起的各种损伤。包括环丁烷二聚体、64损伤、碱基-糖基交联等引起DNA双螺旋大扭曲(major distortion)，而不能修复由于碱基错配、O6甲基鸟嘌呤、O4甲基胸腺嘧啶、8oxoG或碱基类似物引起的DNA双螺旋微小扭曲， 对提高DNA损伤细胞的存活能力是非常重要的。第五节第五节 DNADNA的损伤与修复的损伤与修复 图2-12UvrABC内切酶切补修复模型A：UvrA；B：UvrB

51、；C：UvrC；D：UvrD；I：PolI第五节第五节 DNADNA的损伤与修复的损伤与修复 4DNA的直接修复 大肠杆菌细胞中有光复活修复系统，不需切除碱基或核苷酸，而直接由可见光激活细胞内的DNA光解酶，分解因紫外光照射而产生的胸腺嘧啶二聚体。即在生物体内，光解酶首先识别DNA上的二聚体，结合成酶DNA复合物，利用可见光的能量，使DNA分子上受损的部位恢复正常，然后酶从DNA上释放。图2-13为DNA分子上的胸腺嘧啶二聚体。 第五节第五节 DNADNA的损伤与修复的损伤与修复 图2-13DNA分子上的胸腺嘧啶二聚体结构 分子生物学基础分子生物学基础第三章第三章 遗传与变异遗传与变异第一节第

52、一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律一、噬菌体的繁殖和遗传一、噬菌体的繁殖和遗传 1、噬菌体的繁殖（1）烈性噬菌体烈性噬菌体（virulentphage）是使宿主菌发生裂解的噬菌体。它在浸染细菌时，先吸附到菌体表面的特异受体上，由噬菌体所产生酶的作用下，在细菌细胞壁上形成一个微孔，把它的头部中所含的遗传物质（核酸）注入到菌体内，它的蛋白质外壳却留在宿主细胞外面。这时宿主细胞的DNA立即停止活动，由噬菌体的DNA指导合成作用，产生一批噬菌体DNA和蛋白质外壳，最终形成新的噬菌体。 （2）温和噬菌体还有一类噬菌体感染细菌后，除偶而情况外，不出现溶菌现象，这类噬菌体被称为温和噬菌体（temper

53、atephage）。温和噬体体感染细菌后，可采取两种增殖周期中的一种。其中一种是溶菌周期，细菌受到感染后，菌体内噬菌体迅速增殖，菌体被裂解，噬菌体释放出来。另一种是所谓的溶源周期，细菌受噬菌体感染后，好象未被感染一样，细菌继续增殖。 第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 2噬菌体的基因重组 从野生型噬菌体可以分离出突变型，各突变型的性状可以传给可后裔。用两种突变型噬菌体感染同一宿主菌，它们的后裔可以出现重组子。进行重组实验时，把上述两个亲本噬菌体（r h+和r+ h）去感染菌株B，噬菌体的浓度要高，使有高比例的细菌同时受到两种噬菌体的感染（称为混合感染或复感染，mixed or d

54、ouble infection）。把释放出来的噬菌体（子代噬菌体）接种在同时长有菌株B和B/2的培养基上。现在可以看到4种噬菌斑（表3-1）。第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 4种噬菌斑中，半透明而大（rh+）和透明而小且有朦胧光环（r+h）的是亲本突变型，透明而大且有朦胧光环（rh）和半透明而小（r+h+）的是重组型。利用出现不同噬菌斑的数目，可以作重组值的计算，我们可以利用重组值估计基因的位置和基因间的距离。重组值可用下式计算：第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 二、细菌的繁殖和遗传二、细菌的繁殖和遗传 1、细菌的繁殖 细菌通常以二分体的分裂方式进行无性繁殖，

55、称作裂殖。裂殖形成的子细胞常大小相等，称同形裂殖。在陈旧的培养基中也会出现大小不等的子细胞，称异形裂殖。通过电子显微镜和遗传学的研究已证明，细菌中亦存在有性接 合 ， 不 过 其 频 率 较 低 ， 大 量 地 仍 以 裂 殖 为 主 。 细菌通常每20min繁殖一代，每生长和分裂一个世代，细胞内染色体就要复制一次（图3-1）。 第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 图3-1细菌的裂殖过程 第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 2、细菌的杂交和基因重组 （1）细菌的杂交 细菌主要是无性繁殖。 Lederberg和Tatum先把两种菌株分别涂布在基本培养基平板上，培养几天

56、后都没有任何菌落生长。若是把菌株A和B混合培养在含有以上五种物质的液体培养基中，几个小时后，离心洗涤细胞并涂布在基本培养基上，发现长出了菌落，频率是110-7（图3-2）。第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 杂交的原养型：met+bio+thr+leu+thi 图3-2细菌的杂交现象第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 （2）F因子与高频重组 F F因子因子 Hayes用与Lederberg的实验相似的菌株A、B做杂交试验，所不同的是他用链霉素处理菌株A或B，不杀死它们，但阻碍它们的分裂。结果发现，处理过的A和未处理的B混合与处理过的B和未处理的A混合，情况大不相同。

57、前一种处理和混合在基本培养基上可以出现菌落，后一种处理和混合在基本培养基上不产生菌落。 高高频频重重组组 后来Cavalli和Hayes先后在菌株A中发现了一种高频重组菌株Hfr。它们能跟F的菌株杂交，并能得到频率很高的重组细菌，频率要比一般的F+F高出上千倍。经研究证明，Hfr和F+不同之处是Hfr中的F因子整合在细菌的染色体上（图3-4B），但一般的F+中的F因子是存在于细胞质中的质粒。第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 （3）F因子与性导 F+与Hfr两种菌株可以相互转换，也就是说F因子既可以插入到染色体中去，形成Hfr菌株，有时又可通过有规则的交换和剪切，从染色体上完整地

58、游离下来形成F+菌株，但是偶尔也会出现不规则的环出，形成的F因子携带了相邻细菌染色体的基因（图3-6）。这种带有插入细菌基因的环状F因子称为F因子（F-facter）。第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 图3-3U型管培养细菌不发生杂交 图3-5F因子的DNA结构第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 图3-4AF+F杂交 第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 图3-4BHfr细胞的形成和HfrF杂交 第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 图3-6F因子整合到细菌核染色体及不规则环出形成F因子 第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 （

59、4）转导 细菌杂交发现以后，过了几年又发现了转导（transduction）。转导是指以噬菌体为媒介，将细菌的小片段染色体从一个细菌转移到另一细菌的过程。转导有两种，一为普遍性转导，一为特异性转导。 普遍性转导 该实验虽然没有证明沙门氏菌中有接合现象，却发现了由噬菌体介导的基因转移过程转导。现在知道，P22感染供体细菌细胞时，供体染色体断裂成小片段，在形成噬菌体颗粒时，偶而错误地把供体染色体的片段组合到头部，而不是它们自己的遗传物质。因为决定感染 细 菌 的 能 力 的 是 外 壳 蛋 白 质 ， 所 以 这 种 病 毒 或 转 导 颗 粒（transducing particles）可以吸附

60、到受体细菌细胞上，注入它们的内容物，现在这内容物是供体细菌的部分基因了。当转导中的噬菌体内容物注入一个受体细胞后，形成一个部分二倍体，然后导入的供体菌基因通过重组，整合到受体菌的染色体上（图3-7）。第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 图3-7P22噬菌体的普遍性转导示意图第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 特异性转导特异性转导 我们现在介绍另一类噬菌体，它们所进行的转导是特异性转导（specialized transduction），或局限性转导（restricted transduction），这类噬菌体只转移细菌染色体的特定部分。噬菌体是特异转导者（trans

61、ducer）的一个很好例子。大肠杆菌的一个溶源菌株K12（）可由紫外光诱导，用来进行转导。唯一成功的转导为gal+基因座位。根据实验知道，总是附着在供体的gal+基因座位的邻近位置，特异性转导供体的gal+基因给受体（图3-8）。 第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 图3-8噬菌体特异性转导机制A：DNA插入细菌染色体形成溶源性细菌； B：正常环出产生噬菌体或不正常环出产生dgal+转导粒子；C：产生溶源性转导子或通过重组产生转导子第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 （5）转化 细菌的转化作用是指从一个供体菌株分离出来的DNA片段与另一受体菌株的活细胞接触，受体细胞

62、吸收外源DNA片段进而发生遗传重组的过程（图3-9）。进一步研究发现，细菌转化的频率较低，大约只有1%的受体细胞可吸收外源DNA，转化频率低的原因可能是： 受体细菌的细胞壁并非任何区域都允许外源DNA片段通过，而只是在特定区域形成临时性通道，因此将这一区域称为受体部位（receptor site），而在受体细胞表面这一部位的数目是有限的； 第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 图3-9细菌转化的机制A：转化菌形成的过程；B：转化中遗传重组的机制 第一节第一节原核生物的遗传规律原核生物的遗传规律 转化时供体细菌DNA断裂成小片段，这些片段平均长度约为20,000个核苷酸对，外源DNA

63、片段进入受体后可以和受体染色体形成部分二倍体，有可能发生重组，从而使受体细胞发生稳定性的遗传转化。转化过程包括几个连续的阶段：供体双链DNA 分子和受体细胞表面受体部位进行可逆性结合；供体DNA片段被吸入受体细胞，并要防止被受体DNA酶破坏；供体DNA进入受体后，立即从双链DNA转变成单链DNA，其中一条单链被降解；未被降解的单链DNA部分地或整个地插入受体细胞的DNA链中与同源区段形成杂合的DNA分子；杂合DNA经复制、分离以后，形成一个受体亲代类型的DNA和一个供体与受体DNA结合的杂种双链DNA，从而导致基因重组形成各种类型的转化子（transformant）。 第二节 真核生物的遗传规

64、律 一、真核生物的繁殖 1、无丝分裂（amitosis）也称直接分裂，是一种简单的分裂形式，先是细胞的体积增大，然后核延伸缢裂成两部分，细胞质也随之从中部收缩分裂为二。这种方式仅在少数情况下发生，过去不少人认为无丝分裂在高等生物中是病变、衰老或受伤害组织的细胞分裂方式。目前了解到，无丝分裂在某些专化组织细胞中是常见的，比如，某些腺细胞、神经细胞、小麦的分蘖节和胚乳，向日葵的中柱鞘以及愈伤组织的某些细胞中常可见到。 2、有丝分裂（mitosis）有丝分裂是真核细胞中普遍而比较完善的一种分裂方式。有丝分裂的特点主要在于分裂过程中核及染色体之间有规律的动态变化，其结果是遗传物质从母细胞均等地分给两个

65、新形成的子细胞。第二节 真核生物的遗传规律 细胞周期包括间期和分裂期。间期又可分为G 1期，S期和G 2期。分裂期（图3-10）又分为前期、中期、后期和末期。 （1）间期（interphase） 是细胞有丝分裂之前阶段，虽然细胞核在形态上没有什么显著的变化，但许多重要的合成过程，包括细胞质内各种物质的合成和DNA的复制，均在这一阶段进行。间期又可分为三个时期，G 1（gap1 phase） 期 主 要 进 行 各 种 RNA和 蛋 白 质 的 合 成 ；S（synthesis phase）期，主要进行DNA的复制，结果DNA量即染色质的量增加了一倍；G 2（gap2 phase）期较短，是进一

66、步为分裂期作准备，这时细胞中积累以后形成纺锤体的微管蛋白等前体物质，并贮存了能量。整个间期往往占一个细胞周期的90%的时间。第二节 真核生物的遗传规律 （2）分裂期 前期（prophase） 分裂开始于前期，这时在S期已经加倍的染色质包含2条染色单体的纤丝不断地螺旋化，变短、变粗，形成染色体。核仁变小至逐渐消失。中心体（动物和低等植物）一分为二移向细胞的两端，最后核膜溃解，出现纺锤体。 中期（metaphase） 各条染色体移到细胞中央平面 赤道板附近，它们的着丝粒的位置均处在赤道板上。 后期（anaphase） 每一个染色体的着丝粒分裂为二，使并列的两个染色单体在纺锤丝的牵引下各移向一极。

67、末期（telophase） 两组染色体分别移向两极后，染色体逐渐解螺旋，纺锤体逐步消失，重现核膜和核仁。 第二节 真核生物的遗传规律 图3-10有丝分裂过程示意图第二节 真核生物的遗传规律 3、减数分裂 真核生物在进行有性生殖时，在形成配子的过程中，要经过一种特殊的细胞分裂过程减数分裂。这个过程的特点是，染色体复制一次，细胞连续分裂两次（减数分裂I、II），结果一个母细胞分成4个子细胞，每个子细胞内的染色体数减少为一半，也就是说原来是二倍体体细胞，减数分裂后就变成了单倍体生殖细胞。如人的体细胞中染色体数为2n=46，生殖细胞染色体数n=23。此外，同对的染色体之间可以发生遗传物质的交换，这样通

68、过遗传物质的重新组合，使新形成的性细胞之间在遗传上可能出现质的差异，这样便为杂种后代的多样性准备了条件。 构成减数分裂的两次连续分裂通常称为减数第一分裂和第二分裂，它们都可划分为前、中、后、末四个连续的时期，习惯上以前期、中期、前期、中期等来表示（图3-11）。 第二节 真核生物的遗传规律 图3-11减数分裂过程示意图 第二节 真核生物的遗传规律 减数第一分裂： （1）前期I 细线期 进入减数分裂的细胞，染色体纤丝已在间期复制，每一染色体已有两个染色单体，由于太细长，还看不出双重性，染色纤丝开始螺旋化。 偶线期 染色体的形态和细线期差不多，这时形态、特性上相同的各对染色体（即同源染色体）开始配

69、对，同源染色体配对是减数分裂的特点。一般有丝分裂没有此过程。 粗线期 同源染色体配对完成，这时每一组染色体看上去是二条实际上含有一对同源染色体（也就是四条染色单体）故称双价体。双价体上有两个并列排着的着丝粒，它们分别属于2个同源染色体。由于染色体的螺旋化程度加深，染色体细丝逐渐可见。由于配对，从外观上看染色体数目由2n条n组。 双线期 双价体中两条同源染色体一部分分开，另一部分又相互连接，这称交叉。交叉最终导致交换的结果。 终变期 也称浓缩期，染色体进一步螺旋化，染色体变粗、变短，核膜开始消失，双价体移向赤道板。第二节 真核生物的遗传规律 （2）中期 各个双价体排列在赤道板上，由于纺锤体的作用

70、，双价体上的两个着丝粒渐渐分开，一对同源染色体开始分离，但仍有交叉连接着，交叉逐渐端化。 （3）后期 由于纺锤体的作用，双价体中的两条同源染色体分开，分别移向一极，每条染色体的着丝粒不分裂，包含着两个染色单体。因此，每一极只得到n条染色体，所形成的2个子细胞，各含n条染色体，所谓的减数就发生在这时候（请注意和有丝分裂的区别，有丝分裂后期是着丝粒分开，两个染色单体分别移向一极，因此数目没有减少）。 （4）末期 染色体到达两极，并逐渐解旋，核仁重建，核膜重建，胞质分裂，形成两个子细胞，各自含有n条染色体。 （5）减数分裂间期 这是指第一次减数分裂和第二次减数分裂组之间的时期，由于不需要复制染色体，

71、这个时期很短，有的生物不经这个时期而直接进入第二次减数分裂。第二节 真核生物的遗传规律 减数第二分裂： （6）前期 情况与有丝分裂前期相似，每条染色体含有两条染色单体，它是由于第一次分裂后期，着丝粒没有分裂而保存下来的，这时整个细胞的染色体数目是n。 （7）中期 各条染色体排列在赤道板上。 （8）后期 着丝粒一分为二姊妹染色单体各移向一极。 （9）末期 染色体逐渐解螺旋，核膜和核仁重新出现。 经过减数分裂过程（包括减数分裂、），一个2n的体细胞形成四个染色体数目减半为n的子细胞。它们再经过一个发育阶段，便形成配子细胞。 第二节 真核生物的遗传规律 二、真核生物的遗传规律二、真核生物的遗传规律

72、1显性与隐性性状 2分离与自由组合规律（1）分离规律孟德尔的结论是：在子一代中，两个不相容而对立的亲代的性状只出现一个；在子一代中潜伏的性状在子二代中以1/4比例出现。分离规律从表面上看起来是后代中重新分离出原属隐性性状的个体，实质上是杂种在产生雌雄配子时，决定显性性状的基因和决定隐性性状的基因分离，形成雌雄配子各有两种（一种含显性基因，一种含隐性基因），各占1/2，以后随机结合，使得子二代基因型分离比为121。其中隐性纯合体的表型与原隐性亲本一样，显性纯合体和杂合体的表型则是同显性亲本一样，所以子二代表型分离比是31（图3-12）。第二节 真核生物的遗传规律 图3-12豌豆一对等位基因的分离

73、规律 第二节 真核生物的遗传规律 （2）自由组合规律图3-13豌豆两对等位基因的自由组合规律 第二节 真核生物的遗传规律 孟德尔的自由组合规律还可以引伸到更多基因对杂合体的后代各种类型的数目的预测。如子一代是3对基因的杂合体，那么就会产生雌雄各8种配子，有64种配子组合，其表型的比例是二项式（3+1）3的展开。同理可以推导出4对、5对或更多的基因杂合体的后代情况，列于表3-2。第二节 真核生物的遗传规律 3连锁与交换规律不完全连锁（incomplete linkage）是指连锁的非等位基因，在配子形成过程中发生了交换，这样就出现了和完全连锁不同的遗传现象。这种结果除产生大量亲本型外，还会出现少

74、量的重组型。应当指出，一对连锁基因重组频率的多少是固定的，但不同连锁基因间重组频率是不同的，这反应了不同基因在染色体上的相对距离。重组型出现是染色体交换的结果，所谓交换（crossing over）是指两条同源染色体对应片段间发生了交叉和交换，从而导致了等位基因间的交换。性连锁是指性染色体上有关基因的情况，它们既符合伴性遗传的规律，而当性染色体上有两对或两对以上的基因时，它们也表出连锁和交换的现象。同样，常染色体上排列着的许多基因，也有表出连锁和交换的规律。第二节 真核生物的遗传规律 图3-14玉米两对相对性状的的遗传分析 第二节 真核生物的遗传规律 3重组与交换的分子基础 （1）断裂融合学说

75、 这个学说是由达林顿最先提出的（图3-16），他认为减数分裂前期的偶线期，一对同源染色体相互吸引形成螺旋，联合配对，而当一个染色体分成两个单体时，染色单体又相互排斥，这时由于斥力代替引力，平衡被破坏，只有当两个非姊妹染色单体在相同的位置上断裂，螺旋部分松开，平衡才得以恢复。这时一个染色单体的断裂端跟另一非姊妹染色单体的相应断裂端相接愈合，形成了重组染色单体。这样，在每发生一次断裂愈合所形成的四个染色单体中，两个是亲代类型，两个是重组类型。 第二节 真核生物的遗传规律 图3-16染色体断裂融合模式 第二节 真核生物的遗传规律 （2）杂种DNA学说 该学说是至今一个能解释上面这种异常情况的学说。其

76、观点是在晚偶线期染色体配对时，同源DNA分子配合在一起，经过内切酶的作用，切开断裂点，使两个非姊妹染色体DNA双链分子各有一条链断裂，以后再在连接酶的作用下，一个断裂点以交替的方式跟另一个断裂点相互联结，形成两个杂种的DNA分子（图3-17）。 第二节 真核生物的遗传规律 图3-17DNA分子的交换与重组 第二节 真核生物的遗传规律 杂种的DNA分子中有不相称的碱基对，GA对和CT对等。这种不相称的碱基对是不稳定的，它们在DNA分子中会处于歪斜状况，很容易为核酸外切酶所切除，形成缺口，在多聚酶作用下，又能合成互补的碱基，再在连接酶作用下，成为连续的核苷酸链完成修复，这个过程也叫基因的转换。切除

77、和修复可以进行，也可以不进行。就是进行的话，也可以向不同方向发展，例如GA的碱基对可以去掉A，变成GC对，也可以去掉G，变成TA对。如果GC是野生型的话，则TA是突变型。这样以来，就会造成像图（图3-18）所示各种异常的分离。杂种DNA理论是断裂愈合理论的补充和发展，两种理论加在一起，可以初步解释正常的交换重组和异常的交换重组。 第二节 真核生物的遗传规律 图3-18重组DNA分子各种异常的分离 第第三节 基因、基因组与基因突变 一、基因的类型和特性 1基因的概念基因（gene）是生物的DNA或RNA分子中具有遗传效应的核苷酸序列，是遗传的基本单位。包括编码蛋白质和tRNT、rRNA及其他小分

78、子RNT的结构基因，以及具有调节控制作用的调控基因。基因可以通过复制、转录和翻译来决定蛋白质的生物合成，进而实现对遗传性状发育的控制。基因还可以发生突变和重组，导致产生有利、中性、有害或致死的变异。DNA是遗传的物质基础，基因主要是位于染色体上的DNA分子中。DNA由不同的核苷酸按一定的顺序排列而成，遗传信息存在于其中。由于DNA的核苷酸序列能决定它所对应的蛋白质氨基酸序列，而生物体的各种表型是通过产生许多特殊功能的蛋白质来实现的，因此基因也被简单的定义为能产生一个特定蛋白质的DNA序列。 第第三节 基因、基因组与基因突变 2基因的命名 （1）用三个小写英文斜体字母表示基因的名称 （2）在三个

79、小写英文斜体字母后面加上一个大写英文斜体字母表示其不同的基因座，全部用正体时表示其相应的蛋白产物和表型。 （3）对于质粒和其他染色体外成分，如果是自然产生的质粒，用三个英文正体字母表示，第一个字母大写；但如果是重组质粒，则在两个大写字母之前加一个p，大写字母表示构建该质粒的研究者或单位。 （4）对果蝇基因命名的例子最繁多，特别是在发育生物学中。对突变表型的表示用14个字母代表。 第第三节 基因、基因组与基因突变 （5）对于酵母，一般用三个大写英文斜体字母表示基因的功能，后面的数字表示不同的基因座。 （6）线虫用三个小写英文斜体字母表示突变表型 （7）目前还没有适用于植物的惯用命名法，但大多数也

80、用13个小写字母表示。 （8）脊椎动物一般用描述基因功能的14个小写英文斜体字母和数字表示其基因功能。 （9）人类基因的命名方法与脊椎动物相似，但需大写。 第第三节 基因、基因组与基因突变 3断裂基因 多数真核生物和少数低等生物的基因组中，在基因的编码序列之间含有大量的不编码序列，从而隔断了对应于蛋白质的氨基酸序列，这种不连续的基因又称为断裂基因或割裂基因（split gene）。指基因的编码序列在DNA分子上不连续排列，而被不编码的序列所隔开。 构成断裂基因的DNA序列分为两类：基因中编码的序列称为外显子（exon），外显子是基因中对应于信使RNA编码序列的区域；不编码的间隔序列称为内含子（

81、intron），内含子是在信使RNA被转录后的剪接加工中被去除的区域。断裂基因由一系列交替存在的外显子和内含子构成，基因的两端起始和结束于外显子，对应于其转录产物信使RNA的5和3末端。如果一个基因具有n个内含子，则相应也含有n+1个外显子。第第三节 基因、基因组与基因突变 图3-19鸡卵清蛋白基因中存在非编码的内含子区L及17区为外显子，AG区为内含子第第三节 基因、基因组与基因突变 4重叠基因 （1）原核生物的重叠基因 图3-20174的重叠基因 第第三节 基因、基因组与基因突变 （2）真核生物的重叠基因 图3-21选择性剪接可产生不同的RNA产物 第第三节 基因、基因组与基因突变 5基因

82、及基因组的大小与C值矛盾 （1）基因及基因组大小 表3-3总结了一些生物体的平均基因大小，当比较不同物种时，可以看出从低等真核生物到高等真核生物mRNA的平均大小略有增加，而基因的平均大小和外显子数目明显增加。在哺乳动物、昆虫、鸟类中，基因的平均长度将近是其mRNA长度的5倍。第第三节 基因、基因组与基因突变 （2）C值与C值矛盾 生物体的一个特征是其单倍体基因组的全部DNA含量总是相对恒定的，通常称为该物种的C值。真核生物基因组的C值（C-value）：指生物单倍体基因组中的DNA含量，以pg表示（1pg=10-12g）。不同物种的C值差异很大，最小的支原体只有106bp，而最大的如某些显花

83、植物和两栖动物可达1011bp。C值矛盾（C value paradox）是指真核生物中DNA含量的反常现象。 主要表现为：C值不随生物的进化程度和复杂性而增加，如肺鱼的C值为112.2，而人是3.2，与牛相近；亲缘关系密切的生物C值相差甚大，如豌豆为14，而蚕豆为2；高等真核生物具有比用于遗传高得多的C值，如人的染色体组DNA含量在理论上包含300万个基因，但有实际用途的基因只有5万10万个左右。第第三节 基因、基因组与基因突变 二、基因组二、基因组 1原核生物的基因组 （1）原核生物的染色体基因组 （2）质粒基因组 2真核生物基因组 （1）真核生物染色体基因组 （2）线粒体基因组 （3）叶

84、绿体基因组（Chloroplast genome） 第第三节 基因、基因组与基因突变 3真核生物DNA序列组织 单拷贝序列又称非重复序列，在一个基因组中只有一个拷贝，真核生物的大多数编码基因都是单拷贝的。在复性动力学中对应于慢复性组分。 轻度重复序列 在一个基因组中有210个拷贝（有时被视为非重复序列），如蛋白基因和酵母tRNA基因。在复性动力学中也对应于慢复性组分。 中度重复序列 有十至几百个拷贝，一般是不编码的序列，例如人类基因组中的Alu序列等。中度重复序列可能在基因表达调控中起重要作用，包括DNA复制的起始、开启或关闭基因的活性、促进或终止转录等。平均长度约300bp，它们在一起构成了

85、基因序列家族与非重复序列相间排列。对应于中间复性组分。 高度重复序列 有几百到几百万个拷贝，是一些重复数百次的基因，如rRNA基因和某些tRNA基因，而大多数是重复程度更高的序列，如卫星DNA等。高度重复序列对应于快复性组分。 第第三节 基因、基因组与基因突变 三、基因突变三、基因突变 1基因突变的类型 基因突变有以下多种类型：碱基对置换指DNA错配碱基在复制后被固定下来，由原来的一个碱基对被另一个碱基对所取代，又称为点突变。碱基对置换有两种类型：即转换是在两种嘧啶或两种嘌呤之间的互换；颠换发生在嘧啶与嘌呤或嘌呤与嘧啶之间的互换。碱基替换通常仅发生在一个碱基上，偶尔也有几个碱基同时被替换。转换

86、发生的频率一般比颠换高1倍左右。插入突变指在基因的序列中插入了一个碱基或一段外来DNA导致的突变。例如，大肠杆菌的噬菌体Mu-1、插入序列（IS）或转座子都可能诱发插入突变。插入突变有两种方式：拷贝或复制移动，指一个位点上的序列被复制后插入到另一位点。非拷贝移换，DNA序列从一个位点直接移动到另一位点。 第第三节 基因、基因组与基因突变 2诱变剂的作用（1）碱基类似物是与DNA正常碱基结构类似的化合物（base analog），能在DNA复制时取代正常碱基掺入并与互补链的碱基配对。但这些类似物易发生互变异构，在复制时改变配对性质，引起碱基对置换。所有碱基类似物引起的置换都是转换，而非颠换。5-

87、BU是胸腺嘧啶的类似物，在通常情况下以酮式（keto）结构存在，能与腺嘌呤配对；但它有时以烯醇式（enol）结构存在，则与鸟嘌呤配对（图3-22）。胸腺嘧啶也有酮式和烯醇式互变异构现象，但其烯醇式发生率极低。而5-BU中由于溴原子负电性很强，其烯醇式发生率很高，显著提高了诱变力，结果使AT对转变为GC对。第第三节 基因、基因组与基因突变 图3-225-溴尿嘧啶酮式和烯醇式具有不同的配对性质第第三节 基因、基因组与基因突变 （2）碱基的修饰剂 某些化学诱变剂通过对DNA分子上碱基的修饰（base modifier），改变其配对性质。例如，亚硝酸能脱去碱基上的氨基。当腺嘌呤脱氨后成为次黄嘌呤（I）

88、，后者与胞嘧啶配对，而不与胸腺嘧啶配对；胞嘧啶脱氨后成为尿嘧啶，与腺嘌呤配对等。经过两次的复制以后，分别由于A和C的脱氨，而使AT对转换为GC对，或GC对转换为AT对。鸟嘌呤脱氨后成为黄嘌呤（X），后者仍与胞嘧啶配对，经复制后恢复正常，不引起碱基对置换。 羟胺（NH2OH）与DNA分子上的碱基作用十分特异，它只与胞嘧啶作用，生成4-羟胺胞嘧啶（HC），能与腺嘌呤配对，结果使GC对变为AT对（图3-23）。 第第三节 基因、基因组与基因突变 图3-23化学修饰剂改变碱基的配对性质 第第三节 基因、基因组与基因突变 3诱变剂和致癌剂的检测 许多化合物需在体内经过代谢活化才有诱变作用，在测试时可将待

89、测物与肝提取物一起保温，使其转化，这样可使潜在的诱变剂也能被检测出来。大肠杆菌的SOS反应可以使处于溶源状态的噬菌体激活，从而裂解宿主细胞产生噬菌斑。通常引起细菌SOS反应的化合物对高等动物都是致癌的。Devoret根据此原理，利用溶源菌被诱导产生噬菌斑的方法来检测致癌剂，简化了检测手段。 第四节 染色体变异和DNA重组 一、染色体结构和数目变异一、染色体结构和数目变异 1染色体结构变异 许多染色体水平的变异在显微镜中可以直接观察到。习惯上把染色体结构的改变分为四种主要的类型，它们是缺失、重复、倒位和易位。（1）缺失 染色体臂发生二处的断裂，中间部分丢失，然后断裂处愈合，形成缺失。缺失杂合体在

90、减数分裂时，同源染色体相互配对，由于一条染色体缺少一个片段，同源染色体的另一条相应部分无法配对，拱了起来形成弧状的缺失圈，如图3-24。第四节 染色体变异和DNA重组 图3-24染色体缺失所形成的弧状缺失圈 第四节 染色体变异和DNA重组 （2）重复 重复是指一个染色体除了正常的组成之外，还多了一些额外的染色体片段。重复可以在同一个染色体上，也可以在不同染色体上。存在重复的染色体片段，在同源染色体配对时，出现和缺失时类似的拱形结构，这是由于重复的部分无法配对，拱了出来（图3-25）。 图3-25各种重复杂合体的配对结构 第四节 染色体变异和DNA重组 （3）倒位 倒位是指染色体断裂的某一片段倒

91、转了位置又重新愈合的情况。倒位之后，虽然染色质含量没有什么变化，但由于基因的排列顺序的变化，也会造成遗传效应。在倒位的纯合体中，同源染色体都是倒位的，可以正常联合配对，减数分裂是正常的，看不出有什么遗传效应。但倒位的杂合体减数分裂比较复杂，在粗线期会产生倒位环（图3-26）。 图3-26倒位杂合体的配对结构 第四节 染色体变异和DNA重组 （4）易位 易位是指一个染色体的片段接到另一个非同源染色体上，其中常见的是两个非同源染色体相互交换了片段，产生所谓的相互易位。例如，一个染色体的顺序是st，另一个非同源染色体的顺序是wv，相互易位及分离的结果如图3-27。 在易位杂合体中，减数分裂的粗线期由

92、于染色体同源部分配对，会出现十字形的图形。易位可以自然产生，也可以由人工诱变产生，人们利用易位进行育种，取得了显著的成绩。 第四节 染色体变异和DNA重组 图3-27相互易位杂合体的配对结构和分离方式 第四节 染色体变异和DNA重组 2染色体数目的变化 （1）非整倍性变化 染色体数目的变化可以不是整套的增减，而是多了一条或一对，少了一条或一对。人们把少了一条染色体（2n1）的个体称为单体，少了一对（2n2）称为缺体，多了一条（2n+1）称为三体，而多了两条不同源的染色体称为双三体（2n+1+1）。染色体数目变异的一些类型列于表3-4。 第四节 染色体变异和DNA重组 （2）整倍性变化 高等动植

93、物以二倍体为主要生活世代，但植物可在倍数方面有较大幅度的变化。 多倍体的染色体数目是单倍体的三倍、四倍或更多倍。多倍体普遍存在于植物界，对进化有很大的意义。 同源多倍体，是由染色体复制，而细胞不分割形成的。也可由未减数的配子结合生成。在同源多倍体中，所含的基因和原来一样，只是每一种基因的数目成倍地增加了。异源多倍体。 两个不同种杂交，所得的杂种再经过染色体加倍，可形成异源多倍体。 同源多倍体营养器官粗大，在生产上有一定的意义。 异源多倍体也可以人工合成，成功的例子很多。 第四节 染色体变异和DNA重组 二、二、DNADNA的重组的重组 1、同源重组 同源重组（homologous recomb

94、ination）又称一般性重组，由两条具有同源区的DNA分子，通过配对、链断裂和再连接，而产生的片段间交换的过程。 （1）Holliday模型 （2）与DNA重组有关的酶 第四节 染色体变异和DNA重组 图3-28同源重组的Holliday模型 第四节 染色体变异和DNA重组 图3-29RecA蛋白介导的DNA链交换模型 第四节 染色体变异和DNA重组 2、特异位点重组 特异位点重组广泛存在于各类细胞中，起着十分特殊的作用，彼此有很大的不同。它们的作用包括某些基因表达的调节，发育过程中程序性DNA重排，以及有些病毒和质粒DNA复制循环过程中发生的整合与切除等。此过程往往发生在一个特定的短（20

95、200bp）DNA序列内（重组位点），并且有特异的酶（重组酶）和辅助因子对其识别和作用。特异位点重组的结果决定于重组位点的位置和方向。如果重组位点以相反方向存在于同一DNA分子上，重组结果发生倒位；重组位点以相同方向存在于同一DNA分子上，重组发生切除；在不同分子上，重组发生整合（图3-30）。 第四节 染色体变异和DNA重组 图3-30特异位点重组的结果决定于重组位点的位置和方向 第四节 染色体变异和DNA重组 三、三、DNADNA的转座的转座 1转座子的概念 生物体基因组中的DNA序列是基本恒定的，但在漫长的进化过程中，生物体基因组也在缓慢地发生着变异。与总的稳定性相反的是，由转座子或转座

96、元件可以引起DNA序列的改变，使生物体基因组发生变异。转座子（transposon）是指在基因组中可以移动的一段DNA序列。一个转座子由基因组的一个位置转移到另一个位置的过程称为转座。由转座子引起的转座过程有以下特征：能从基因组的一个位点转移到另一个位点，从一个复制子转移到另一个复制子；不以独立的形式存在（如噬菌体或质粒DNA），而是在基因组内由一个部位直接转移到另一部位；转座子编码其自身的转座酶，每次移动时携带转座必需的基因一起在基因组内跃迁，所以转座子又称跳跃基因；转座的频率很低，且插入是随机的，不依赖于转座子（供体）和靶位点（受体）之间的任何序列同源性；转座子可插入到一个结构基因或基因调

97、节序列内，引起基因表达内容的改变。第四节 染色体变异和DNA重组 2转座子的分类 （1）插入序列（IS因子） 最简单的转座子称为插入序列（insertion sequence，IS），简称IS因子。已发现有10余种，如IS1、IS2等。IS因子是一种较小的转座因子，长度为7501550bp，只含有与转座有关的酶基因，不含抗药性等其他基因，其两端都具有1525bp的反向重复序列（IR）。转座酶的活性主要是识别靶部位和转座子的末端并引起转座。转座子的末端可视为转座酶的部分底物，转座酶水平改变能控制转座因子的转座频率。 第四节 染色体变异和DNA重组 图3-31转座子在靶部位插入前后的结构 第四节

98、染色体变异和DNA重组 （2）复合型转座子（Tn） 这类转座子中除了有转座酶基因外，还带有药物抗性基因（或其相关基因）标志，因结构较大而复杂，故称为复合型转座子，以Tn表示。根据结构不同分为两种类型。I型：其两个末端由相同的IS序列构成，IS序列有正向和反向两种排列方式；II型：其两末端由38bp的反向重复序列组成，如TnA族转座子。复合型转座子也具有转位因子的三个共性：末端反向重复序列，为转座酶所必需；中间的开放阅读框架（ORF）作为标记基因；转位后，靶位点成为正向重复序列。 Tn3转座子中tnpA基因编码含1021个氨基酸的转座酶，相对分子质量120 000；tnpR基因编码185个氨基酸

99、的蛋白质，相对分子质量23 000。后者有两个功能：一是作为解离酶，促使转座中间产物解离；另一个作为阻遏蛋白，调节tnpA和tnpR两个基因表达。解离控制位点res位于左右转录单位间的163bp富含A-T区。该区有3个长约3040bp的同源序列，是TnpR蛋白结合位点。Tn3的结构如图3-32。第四节 染色体变异和DNA重组 3转座过程发生的机制 转座子插入到一个新的靶DNA部位大致概括为：转座酶识别转座子的末端反向重复序列并在其3端切开，同时在靶部位交错切开单链，它的5突出末端与转座子的3末端连接，形成Shapiro中间体。不同种类转座子形成与靶序列连接中间体的过程大致相同，随后步骤各异。在

100、这个过程中，转座子两条链如同桥梁。交错末端的产生和填充可解释在插入部位产生靶DNA正向重复的问题（互补复制），两条链切口之间交错的核苷酸数目决定了正向重复的长度（图3-33）。 第四节 染色体变异和DNA重组 图3-32Tn3的结构示意图图3-33转座子插入到靶DNA部位的机制第四节 染色体变异和DNA重组 按转座子在转座过程中是否发生复制，分为复制型转座和非复制型转座两类（图3-34）：图3-34非复制型转座与复制型转座的基本过程 第四节 染色体变异和DNA重组 （1）复制型转座 转座过程中，在形成靶部位与转座子连接中间体后即进行复制，通过复制使原来位置与新的靶部位各有一个转座子，其一条链是

101、原有的，另一条链是新合成的。故转座的序列实际上是原来元件的一个拷贝，作为自身移动的一个部分转座子被复制。这个过程伴随着转座子拷贝数的增加。复制型转座涉及两种酶：一种是转座酶，作用在原来转座子的末端，另一种是解离酶，作用于复制拷贝元件。TnA族转座子就是通过复制型转座而移动的。复制转座使供体与受体分子连接成为共整合体（cointegrate），需通过重组将二者分开。 （2）非复制型转座 又称保留性转座，转座元件直接由一个部位转移到另一个部位，在原来的部位没有保留。主要是利用供体和靶DNA序列的直接连接，只需要转座酶。插入序列和Tn10和Tn5利用这种机制转座。 第四节 染色体变异和DNA重组 4

102、转座引起的遗传学效应 转座子首先是因其可导致突变而被认识的。当它插入靶基因后，使基因突变失活，这是转座子的最直接效应；当转座因子自发插入细菌的操纵子时，即可阻止它所在基因的转录和翻译，并且由于转座因子带有终止子，其插入影响操纵子下游基因的表达，从而表现出极性（方向性），由此产生的突变只能在转座子被切除后才能恢复。转座因子的存在一般能引起宿主染色体DNA重组，造成染色体断裂、重复、缺失、倒位及易位等，是基因突变和重排的重要原因。转座因子也可通过干扰宿主基因与其调控元件之间的关系或转座子本身的作用而影响邻近基因的表达，从而改变宿主的表型。归纳以上，转座子引起的遗传学效应可有以下几个方面：以10-8

103、10-3的频率转座，引起插入突变；在插入位置染色体DNA重排而出现新基因；影响插入位置邻近基因的表达，使宿主表型改变；转座子插入染色体后引起两侧染色体畸变。 转座因子在分子生物学研究中主要是用于难以筛选的基因的转移；作为基因定位的标记；筛选插入突变；构建特殊菌株；克隆难以进行表型鉴定的基因。 分子生物学基础分子生物学基础第四章第四章遗传信息的转录遗传信息的转录从从DNA到到RNA第一节 RNA转录的概述 一、一、RNARNA转录的特点转录的特点 在DNA指导下RNA的合成称为转录。RNA链的转录起始于DNA模板的一个特定起点，并在特定的终点终止，此转录区域称为转录单位。一个转录单位可以是一个基

104、因或多个基因。基因的转录是一种有选择性的过程，随着细胞的不同生长发育阶段和细胞内外条件的改变将转录不同的基因。转录起始主要由DNA分子上的启动子（promoter）控制，而控制终止的部位称为终止子（teminator）。典型的转录单位结构如图4-1。第一节 RNA转录的概述 图4-1典型的转录单位结构 第一节 RNA转录的概述 二、转录的基本过程二、转录的基本过程 无论是原核还是真核细胞，转录的基本过程都包括：模板识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止（图4-2）。图4-2大肠杆菌中依赖于DNA的RNA转录过程第一节 RNA转录的概述 1模板识别 模板识别阶段主要指RNA聚合酶与启动子D

105、NA双链相互作用并与之相结合的过程。转录起始前，启动子附近的DNA链分开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板DNA的碱基配对。转录起始就是RNA链上第一个磷酸二脂键的产生。 2转录起始 转录的起始从化学过程来看是单个核苷酸与开链启动子酶复合物相结合构成新生RNA的5端，再以磷酸二酯键的形式与第二个核苷酸相结合，起始的终止反应在因子的释放。过去认为磷酸二酯键的形式就是转录起始的终止，实际上，只有当新生RNA链达到69个核苷酸时才能形成稳定的酶DNARNA三元复合物，才释放因子，转录进入延伸期。 第一节 RNA转录的概述 3通过启动子 转录起始后直到形成9个核苷酸短链是通过启动子阶段，此时RNA聚

106、合酶一直处于启动子区，新生的RNA链与DNA模板链的结合不够牢固，很容易从DNA链上掉下来并导致转录重新开始。一旦RNA聚合酶成功地合成9个以上核苷酸并离开启动子区，转录就进入正常的延伸阶段。所以，通过启动子的时间代表一个启动子的强弱。 4转录延伸 RNA聚酶离开启动子，沿DNA链移动并使新生RNA链不断伸长的过程就是转录的延伸。大肠杆菌RNA聚合酶的活性一般为每秒合成50-90个核苷酸。随着RNA聚合酶的移动，DNA双螺旋持续解开，暴露出新的单链DNA模板，新生RNA链的3末端不断延伸，在解链区形成RNADNA杂合物。而在解链区的后面，DNA模板链与其原先配对的非模板链重新结合成为双螺旋。

107、5转录终止 当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，RNADNA杂合物分离，转录泡瓦解，DNA恢复成双链状态，而RNA聚合酶和RNA链都被从模板上释放出来，这就是转录的终止。第一节 RNA转录的概述 三、三、RNARNA聚合酶聚合酶 1原核生物的RNA聚合酶 大多数原核生物RNA聚合酶的组成是相同的（表4-1），大肠杆菌RNA聚合酶由2个亚基、一个亚基、一个亚基和一个亚基组成，称为核心酶。加上一个亚基后则成为聚合全酶（holoenzyme），相对分子质量为4.65105（图4-3）。 第一节 RNA转录的概述 2真核生物的RNA聚合酶 真核生物的基因组比原核生物大，

108、RNA聚合酶也更为复杂。其相对分子质量大都在5105左右，有814个亚基，并含有Zn2+。利用-鹅膏蕈碱（-amanitine）的抑制作用可将真核生物RNA聚合酶为分三类（表4-2）。第二节 启动子与转录的起始 一、启动子的基本结构一、启动子的基本结构 启动子是一段位于结构基因5端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确地相结合并具有转录起始的特异性。因为基因的特异性转录取决于酶与启动子能否有效地形成二元复合物，所以，RNA聚合酶如何有效地找到启动子并与之相结是转录起始过程中首先要解决的问题。有实验表明，对许多启动子来说，RNA聚合酶与之相结合的速率至少比布朗运动中的随机碰

109、撞高100倍。第二节 启动子与转录的起始 1原核生物的启动子结构 原核生物启动子序列按功能的不同可分为3个部位（图4-4上）。 （1）起始部位：指DNA分子上开始转录的作用位点，该位点有与转录生成RNA链的第一个核苷酸互补的碱基，由前述内容可知，该碱基的序号为+1。 （2）结合部位：是DNA分子上与RNA聚合酶的核心酶结合的部位，其长度为7bp，中心部位在10bp处，碱基序列具有高度何守性，富含TATAAT序列，故称之为TATA盒（TATA box），又称普里布诺序列（pribnow box）。因该段序列中富含AT碱基，维持双链结合的氢键相对较弱，导致该处双链DNA易发生解链，有利于RNA聚合

110、酶的结合。 （3）识别部位：利用诱变技术可使启动子发生突变，当35序列突变时，将会降低RNA聚合酶与启动子的结合速度，这说明35序列提供了RNA聚合酶识别的信号，该序列的碱基富含TTGACA，其中心则刚好位于35bp处，它是RNA聚合酶亚基的识别部位。 第二节 启动子与转录的起始 图4-4原核和真核生物的启动子结构 第二节 启动子与转录的起始 2真核生物的启动子结构科学家通过对许多基因启动子区的分析，发现绝大多数功能蛋白基因的启动子都具有共同的结构模式。简单地说，真核基因的启动子（图4-4下）在2535区含有TATA序列，在7080区含有CCAAT序列（CAAT box），在80110含有GC

111、CACACCC或GGGCGGG序列（GC box）。习惯上，将TATA区上游的保守序列称为上游启动子元件（upstream promoter element,UPE）或称上游激活序列（upstream activating sequence，UAS）。第二节 启动子与转录的起始 3真核生物启动子对转录的影响 TATA区和其他两个UPE区的作用有所不同（图4-5）。前者的主要作用是使转录精确地起始，如果除去TATA区或进行碱基突变，转录产物下降的相对值不如CAAT区或GC区突变后明显，但发现所获得的RNA产物起始点不固定。研究SV40晚期基因启动子发现上游激活区的存在与否，对该启动子的生物活性有

112、着根本性的影响。若将该基因5上游2147核苷酸序列切除，基因完全不表达（图4-6）。第二节 启动子与转录的起始 图4-5启动子区主要顺式作用元件与基因转录活性 第二节 启动子与转录的起始 图4-6SV40基因启动子上TATAAA及邻近区域对基因转录活性的影响 第二节 启动子与转录的起始 二、转录的起始二、转录的起始 1启动子区的识别 2原核生物转录的起始 原核生物转录起始过程（图4-7）：RNA聚合酶在亚基引导下，识别并结合到启动子上，使DNA局部的双链被解开，形成的解链区称转录泡（transcription bubble），解链发生在与RNA聚合酶结合的部位。RNA聚合酶的催化亚基按照模板链

113、对碱基的选择，特异识别底物核苷酸，形成磷酸二酯键并脱下焦磷酸，合成RNA链最初29nt。第一个核苷酸通常为带有3个磷酸基的鸟苷或腺苷（pppG或pppA）。起始合成后，亚基脱离核心酶与启动子，起始阶段至此结束。第二节 启动子与转录的起始 图4-7原核生物基因转录的起始第二节 启动子与转录的起始 3真核生物转录的起始 除了RNA聚合酶之外，真核生物转录起始过程中至少还需要7种辅助蛋白质因子参与（表4-3）。因为不少辅助因子本身就包含多个亚基，所以转录起始复合物的分子量特别大。 真核生物转录起始过程（图4-8）：在7种辅助因子参与下，RNA聚合酶与启动子相互作用，聚合酶首先与启动子区闭合双链DNA

114、相结合，形成二元闭合复合物，然后经过解链得到二元开链复合物。解链区一般在9+13之间，而酶与启动子结合的主要区域在其上游。一旦开链区解链，酶分子能以正确的取向与解链后的有关单链相互作用，形成开链复合物。因此，RNA聚合酶既是双链DNA结合蛋白，又是单链DNA结合蛋白。DNA开链是按照DNA模板序列正确引入核苷酸底物的必要条件。第二节 启动子与转录的起始 第二节 启动子与转录的起始 图4-8真核生物RNA聚合酶指导的基因转录起始 第二节 启动子与转录的起始 三、增强子及其功能三、增强子及其功能 除了启动子以外，近年来发现还有另一序列与转录的起始有关。在SV40的转录单元上发现它的转录起始位点上游

115、约200bp处有两段72bp长的重复序列，它们不是启动子的一部分，但能增强或促进转录的起始，除去这两段序列会大大降低这些基因的转录水平，若保留其中一段或将之取出插至DNA分子的任何部位，就能保持基因的正常转录。因此，称这种能强化转录起始的序列为增强子或强化子（enhancer）。除SV40外，还在反转录病毒基因、免疫球蛋白基因、胰岛素基因、胰糜蛋白酶基因等许多基因的启动区中陆续发现了增强子的存在。 第三节 转录的终止 一、不依赖于一、不依赖于因子的终止因子的终止 现已查明，模板DNA上存在终止转录的特殊信号终止子，每个基因或操纵子都有一个启动子和一个终止子。终止位点上游一般存在一个富含GC碱基

116、的二重对称区，由这段DNA转录产生的RNA容易形成发卡式结构。在终止位点前面有一段由48个A组成的序列，所以转录产物的3端为寡聚U，这种结构特征的存在决定了转录的终止。在新生RNA中出现发卡式结构会导致RNA聚合酶的暂停，破坏RNADNA杂合链5端的正常结构。RNA3端寡聚U的存在使杂合链的3端部分现不稳定的rUdA区域。两者共同作用使RNA从三元复合物中解离出来（图4-9）。终止效率与二重对称序列和寡聚U的长短有关，随着发卡式结构（至少6bp）和寡聚U序列（至少4个U）长度的增加，终止效率逐步提高。第三节 转录的终止 二、依赖于二、依赖于因子的终止因子的终止 体外转录实验表明，纯化的RNA聚

117、合酶并不能识别特异性的转录终止信号，而加入大肠杆菌因子后该聚合酶就能在DNA模板上准确地终止转录。 因子是一个相对分子质量为2.0105的六聚体蛋白，它能水解各种核苷三磷酸，实际上是一种NTP酶，它通过催化NTP的水解促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。 依赖于因子的转录终止区DNA序列缺乏共性，说明该因子并不能识别这些终止位点。现在一般认为，RNA合成起始以后因子即附着在新生的RNA链上，靠水解ATP产生的能量，沿着5 3方向朝RNA聚合酶移动，到达RNA的3-OH端后取代了暂停在终止位点上的RNA聚合酶，使之从模板DNA上释放mRNA，完成转录过程（图4-10）。第三

118、节 转录的终止 图4-11依赖于蛋白质因子的转录抗终止模式 第四节 转录后加工 一、一、mRNAmRNA的加工的加工 15端帽结构目前所知5端帽结构是在核内完成的，且先于对mRNA中段序列的剪接过程，加帽的作用部位是转录后的mRNA 5端的第一个核苷酸上。由前面内容所知，RNA 5端的第一个核苷酸以嘌呤类多见，尤以pppG为主，其作用过程为：先由磷酸酶把5pppG水解生成5pG，然后与另一个三磷酸鸟苷pppG反应生成三磷酸双鸟苷，接着在甲基化酶的作用下，由SAM提供甲基，将甲基连接在后接上去的鸟嘌呤碱基N7位上，生成5m7GpppGp，此结构称帽子结构（图4-12）。第四节 转录后加工 图4-

119、12真核生物mRNA5端帽结构 第四节 转录后加工 23端加尾 真核生物成熟的mRNA 3端通常都有100200个腺苷酸残基，构成多聚腺苷酸（polyA）的尾巴。通过研究发现，DNA序列中没有多聚T的序列，由此说明了3尾巴polyA是在转录后加上的。研究发现，它还是多聚腺苷酸化的信号，该序列AAUAAA，因为切除该保守序列，3端则不能进行切除，也不能形成polyA尾巴。3端polyA尾的形成见图4-13。第四节 转录后加工 图4-13真核生物mRNA3端polyA尾结构的形成 第四节 转录后加工 3mRNA中段序列的剪接 真核生物细胞作为转录的模板链中的结构基因中含有表达活性的碱基序列，称外显

120、子（exon），也有无表达活性的碱基序列，称内含子（intron），其后者远多于前者。经转录生成的hnRNA，既有内含子序列，也有外显子序列。 剪接在加帽加尾后进行，由核酸内切酶把内含子和外显子的连接处的磷酸二酯键水解，剔除内含子，再连接外显子生成成熟的mRNA（图4-14）。此后，mRNA通过核膜孔转运到细胞质，指导蛋白质的合成。剪接过程比较复杂，其内含子一般左端为GU，右端均为AG，此结构形式不适用于线粒体和叶绿体的内含子，也不适合于tRNA和rRNA的编码基因，该结构可能为核酸内切酶的作用位点。体外实验表明，切开首先在内含子左端GU外进行，进行一系列反应过程再在内含子右端AG处切开（图4

121、-15）。第四节 转录后加工 图4-14卵清蛋白mRNA的剪接加工过程17:外显子;AG:内含子。 第四节 转录后加工 图4-15前体mRNA中内含子的剪切位点 第四节 转录后加工 二、二、tRNA tRNA 加工加工 1 1原核生物tRNA的加工 （1）核酸内切酶与DNA限制性内切酶不同，它不能识别特异的序列，所识别的是加工部位的空间结构。 （2）核酸外切酶从3端逐个切去附加序列。 （3）3端CCAOH结构 所有成熟的tRNA的3端都有CCAOH结构。 （4）修饰碱基的形成 成熟的tRNA含有大量的稀有碱基，如甲基化碱基、二氢尿嘧啶等。这些都是由高度特异性的tRNA修饰酶作用形成的。第四节

122、转录后加工 图4-16tRNA前体的加工 第四节 转录后加工 2真核生物tRNA的加工 真核生物tRNA基因数目比原核生物tRNA基因数目大得多，不过其基因也成簇排列，并且被间隔区分开。tRNA前体由RNA聚合酶转录合成，前体加工成成熟的tRNA需要在核酸内工酶和外切酶作用下切除5和3端的附加序列。真核生物tRNA3端不含CCAOH结构。成熟tRNA还需要进行碱基修饰，修饰反应的形式有甲基化反应、还原反应、脱氨基反应和碱基转位反应。tRNA前体中也有内含子成分，在核酸内切酶作用下，切去内含子，再由RNA连接酶催化，使切开的tRNA两部分连接起来。另有报道，成熟tRNA的反密码子环是通过加工插入

123、tRNA前体中的。第四节 转录后加工 三、三、rRNArRNA加工加工 原核生物中rRNA的加工往往与转录同时进行，因此一般得不到完整的前体rRNA。负责其前体加工的核酸内切酶为RNaseIII（图4-17），在该酶的作用下，30S转录产物裂解产生16S和23S rRNA前体，5S rRNA的前体是在RNaseE作用下产生的。 真核生物rRNA基因拷贝数很多，呈串联排列，重复达成千上万次。在分类上，把rRNA基因（rDNA）序列称为高度重复的DNA序列。由RNA聚合酶I转录产生45S rRNA 前体，在RNaseIII和其他核酸内切酶作用下，生成18S、5.8S和28S rRNA。经过适当加工

124、后，28S 、5.8S、5S rRNA以及有关蛋白一起组成核糖体大亚基，18S rRNA与有关蛋白组成小亚基（图4-18）。 第四节 转录后加工 图4-17大肠杆菌rRNA前体的加工 第四节 转录后加工 图4-18真核生物rRNA前体的加工第四节 转录后加工 四、核酶的作用特点及方式四、核酶的作用特点及方式 1核酶的作用特点 （1）核酶的作用底物比较单纯，均为RNA。也就是说，核酶一般多限于催化自身的RNA或其他异体RNA分子进行化学反应。 （2）核酶的催化效率较酶蛋白的催化效率一般都低得多。 （3）核酶催化的反应都必须有Mg2+存在时才能进行，这可能是Mg2+在维持核酶催化活性所需的特殊构象

125、方面是必不可少的。 （4）核酶的催化作用也表现一定的特异性，例如，RNase P中的核酶只能剪切tRNA前体的5端前导序列，而对于3端或其他部位的核苷酸序列以及对其他种类RNA前体的成熟都不起作用。第四节 转录后加工 2核酶的作用方式 至今发现的所有核酶，其作用方式都比较单调，归纳起来主要不外乎两大类型：一类为剪切型，即此类核酶可催化自身RNA或其他异体RNA分子剪掉一小段或切除一大段寡聚核苷酸序列，其催化功能相当于核酸内切酶的作用。另一类为剪接型，此类核酶的作用主要是催化自身RNA进行化学反应，它们的作用是既剪又接，实际上相当于核酸内切酶和连接酶两种作用。这两类RNA的剪切作用和剪接作用不都

126、需要其他酶（蛋白质）的参与。 第四节 转录后加工 3核酶的作用机制 Altman等发现，大肠杆菌RNaseP中的核酶（M1RNA）分子中有一个活性核心。他们用核酸酶处理M1RNA以除去3端的122个核苷酸，结果发现活性只是有所下降，若除去其5端的70个核苷序列，则活性完全丧失。这表明保持M1RNA的完整末端序列特别是其5端序列，对维持其催化活性所需构象是必须的。据此，人们已经根据锤头结构的自我剪切模型和理论，设计合成出一些人们所需要的核酶或其基因。用以剪切破坏人类和动植物有害基因转录出的mRNA或其前体，从而抑制细胞内肿瘤基因、遗传缺陷基因以及病毒基因等不良基因的表达，为基因治疗提供一种可行的

127、途径和美好的前景。分子生物学基础分子生物学基础第五章第五章遗传遗传信息的翻信息的翻译译从从mRNAmRNA到蛋白到蛋白质质 第一节参与蛋白质生物合成的物质 一、一、mRNAmRNA和遗传密码和遗传密码 1遗传密码及其破译 2遗传密码的性质 （1）遗传密码的连续性 （2）遗传密码的简并性 （3）遗传密码的摆动性 （4）遗传密码的普遍性和特殊性 （5）遗传密码的防错功能 第一节参与蛋白质生物合成的物质 第一节参与蛋白质生物合成的物质 图 5-1 除 Arg以 外 ， 编 码 某 一 特 定 氨 基 酸 的 密 码 子个数与该氨基酸在蛋白质中的出现频率吻合 第一节参与蛋白质生物合成的物质 图5-2m

128、RNA上的密码子与tRNA上的反密码子配对示意图 第一节参与蛋白质生物合成的物质 第一节参与蛋白质生物合成的物质 第一节参与蛋白质生物合成的物质 第一节参与蛋白质生物合成的物质 二、二、tRNAtRNA与氨基酸的转运与氨基酸的转运 1tRNA的结构 （1）tRNA的二级结构tRNA的三叶草形二级结构如图5-3所示。 图5-3tRNA的三叶草二级结构 第一节参与蛋白质生物合成的物质 tRNA的稀有碱基含量约有70余种。每个tRNA分子至少含有2个稀有碱基，最多有19个稀有碱基，多数分布在非配对区，特别是在反密码子3 端邻近部位出现的频率最高，且多为嘌呤核苷酸。这对于维持反密码子环的稳定性及密码子

129、、反密码子之间的配对很重要。基因组研究表明，原核生物与真核生物细胞中所拥有的各种tRNA基因总数有很大不同，见表5-6。第一节参与蛋白质生物合成的物质 （2）tRNA的三级结构 酵母和大肠杆菌tRNA的三级结构都呈倒L形折叠式，这种结构是靠氢键来维持的，共有9个氢键帮助形成tRNA 分子的三级结构。tRNA的三级结构与氨酰- tRNA合成酶的识别有关。受体臂和TC臂的杆状区域构成了第一个双螺旋，D臂和反密码子臂的杆状区域形成了第二个双螺旋，两个双螺旋上各有一个缺口。TC臂和D臂的套索状结构位于倒 L的转折点。氨基酸受体臂在L形的一端，反密码子臂则在另一端。tRNA的倒L形结构如图5-4所示。

130、第一节参与蛋白质生物合成的物质 图5-4tRNA的倒L形三级结构 第一节参与蛋白质生物合成的物质 2tRNA的功能 转录是遗传信息从一种核酸分子（DNA）转移到另一种结构上极为相似的核酸分子（RNA）的过程，信息转移依靠碱基配对。翻译则是遗传信息从mRNA分子转移到结构极不相同的蛋白质分子，信息是以能被翻译成单个氨基酸的三联密码子形式存在的，在此起作用的是tRNA的解码机制。 根据Crick的接合体假说，氨基酸必须与一种接合体接合，才能被带到RNA模板的恰当位置上正确合成蛋白质。因此，氨基酸在合成蛋白质之前必须通过AA-tRNA合成酶活化，在消耗ATP的情况下结合到tRNA上，生成有蛋白质合成

131、活性的AAtRNA。同时，AAtRNA的生成还涉及信息传递的问题，因为只有tRNA上的反密码子能与mRNA上的密码子相互识别并配对，而氨基酸本身不能识别密码子，只有结合到tRNA上生成AAtRNA，才能被带到mRNA核糖体复合体上，插入到正在合成的多肽链的适当位置上。第一节参与蛋白质生物合成的物质 3tRNA的种类 （1）起始tRNA和延伸tRNA起始tRNA是指能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA，其他的tRNA统称为延伸tRNA。 （2）同工tRNA由于一种氨基酸可能有多个密码子，为了识别该氨基酸就有多个tRNA，即多个tRNA代表一种氨基酸。为此将几个代表相同氨基酸的tRNA称

132、为同工tRNA。在一个同工tRNA组内，所有tRNA均专一于相同的氨酰-tRNA合成酶。同工tRNA既要有不同的反密码子以识别该氨基酸各种同义密码子，又要有某种结构上的共同性，能被AA-tRNA合成酶识别。所以同工tRNA组内肯定具备了足以区分其他tRNA组的特异构造，保证合成酶能准确无误地加以选择。 （3）校正tRNA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），使蛋白质的合成提前终止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变称为无义突变。无义突变的校正tRNA可通过改变反密码子区校正无义突变。大肠杆菌无义突变的校正tRNA见表5-7

133、。第一节参与蛋白质生物合成的物质 第一节参与蛋白质生物合成的物质 三、核糖体与肽链装配三、核糖体与肽链装配 1核糖体的结构 原核生物核糖体由约2/3的RNA及1/3的蛋白质组成。真核生物核糖体中RNA占3/5，蛋白质占2/5。核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，可以解离为大、小两个亚基，每个亚基都含有一个相对分子质量较大的rRNA和许多不同的蛋白质分子。这些大分子rRNA能在特定位点与蛋白质结合，从而完成核糖体不同亚基的组装。在大肠杆菌内，RNA和蛋白质的比例约为21，在其它许多生物体中则为11。大小亚基均含有许多不同的蛋白质。小亚基（30S）由1种RNA（16S，1542个核苷酸）和21种蛋白

134、质组成，大亚基（50S）由2种RNA（23S，2904个核苷酸和5S，120个核苷酸）和34种蛋白质组成。第一节参与蛋白质生物合成的物质 第一节参与蛋白质生物合成的物质 原核生物和真核生物核糖体中的蛋白质种类和RNA组成见表5-9。 第一节参与蛋白质生物合成的物质 核糖体结构模型及原核与真核细胞核糖体大小亚基比较如图5-5所示。核糖体分子可容纳两个tRNA和约40bp长的mRNA。 图5-5核糖体结构模型及原核与真核细胞核糖体大小亚基比较(a)电子显微镜模式图。大亚基位于整个分子的左侧，细绳代表mRNA位于两个（b）原核生物70S和真核生物80S核糖体 第一节参与蛋白质生物合成的物质 2rRN

135、A 核糖体内的所有rRNA在形成核糖体的结构和功能时都起着重要作用。 3核糖体的功能 核糖体存在于每个进行蛋白质合成的细胞中。虽然在不同生物体内其大小有别，但组织结构基本相同，而且所执行的功能也完全相同。在多肽合成过程中，不同的tRNA将相应的氨基酸带到蛋白质合成部位，并与mRNA进行专一性的相互作用，以选择对信息专一的AA-tRNA。核糖体还必须能同时容纳另一种携带肽链的tRNA，即肽基-tRNA，并使之处于肽键易于生成的位置上。第二节蛋白质生物合成的过程 蛋白质生物合成亦称为翻译，即把mRNA分子中碱基排列顺序转变为蛋白质或多肽链中的氨基酸排列顺序的过程。蛋白质生物合成主要包括下列步骤：翻

136、译的起始核糖体与mRNA结合并与氨酰-tRNA生成起始复合体；肽链的延伸核糖体沿mRNA5端向3端移动，使多肽链的合成从N端向C端的方向进行；肽链的终止以及新合成多肽链的折叠和加工核糖体从mRNA上解离，准备新一轮合成反应。 各阶段必须的成分见表5-10。 第二节蛋白质生物合成的过程 第二节蛋白质生物合成的过程 一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化原核生物的起始tRNA是fMet-tRNAfMet，真核生物的起始tRNA是Met-tRNAMet。原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。在真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRN

137、AMet相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始复合体。起始复合体的生成除了需要GTP提供能量外，还需要Mg2+、NH4+及3个起始因子（IF-1、IF-2和IF-3）。起始因子与30S小亚基的结合较为松散，用1mol/L NH4Cl处理即可使之游离。第二节蛋白质生物合成的过程 二、翻译的起始二、翻译的起始 1原核生物蛋白质合成的起始 起始阶段的主要任务是在mRNA分子的正确起始点即起始密码子处完成完整核糖体的组装。蛋白质翻译的起始复合体包括：30S核糖体小亚基、mRNA、fMet-tRNAfMet、三个起始因子（IF-1、IF-2、IF

138、-3）、GTP、50S核糖体大亚基、Mg2+。翻译的起始又可被分成三步，如图5-7所示。 第二节蛋白质生物合成的过程 图5-7蛋白质翻译起始过程 第二节蛋白质生物合成的过程 IF-1和IF-3与游离的30S核糖体小亚基相结合，以阻止在与mRNA结合前30S亚基与大亚基的结合，从而防止无活性核糖体的形成。 由30S小亚基、起始因子IF-1和IF-3及mRNA所组成的复合体立即与GTP-IF-2及fMet-tRNAfMet相结合。起始tRNA通过其反密码子与mRNA分子上AUG密码子配对，与上述复合体结合，同时释放IF-3。IF-3的作用在于保持大小亚基彼此分离状态，以及有助于mRNA结合。此时的

139、复合体称为30S起始复合体。 30S起始复合体再与50S大亚基结合，替换出IF-1和IF-2，而GTP在此耗能过程中被水解。起始后期形成的该复合体被称为70S起始复合体。第二节蛋白质生物合成的过程 如图5-8所示。其中IF-3的功能是使核糖体的30S和50S亚基保持分开，其它两个起始因子IF-1及IF-2的功能则是促进fMet-tRNAifMet及mRNA与30S小亚基的结合。如前所述，mRNA的SD序列可与小亚基上16S rRNA的3进行碱基配对，起始密码子AUG可与起始tRNA上的反密码子进行配对。当30S小亚基结合上fMet-tRNAifMet以及与mRNA形成复合体后，IF-3就解离下

140、来，以便50S大亚基与复合体的结合，后一结合使IF-2离开核糖体，同时使结合在IF-2上的GTP水解，原核生物的起始过程需要1分子GTP水解成GDP及磷酸提供能量。 第二节蛋白质生物合成的过程 图5-8原核生物蛋白质合成起始复合体的形成 第二节蛋白质生物合成的过程 2真核生物蛋白质合成的起始 真核生物蛋白质合成的起始需要更多的蛋白质因子eIF参与，目前至少发现有9种，其中有些因子含有多达11种不同的亚基。但对它们的功能了解甚少，主要过程如图5-9所示。与原核系统类似，eIF-3使40S的小亚基与大亚基分开，但其间的反应不同。Met-tRNAiMet首先与小亚基结合，同时与eIF-2及GTP形成

141、起始四元复合体，该复合体再在多个因子的帮助下开始与mRNA的5端结合。其中eIF-4因子含有1个特殊的亚基，能特异性地结合在mRNA的5端帽子结构上。结合在mRNA上后，核糖体小亚基就开始向3端移动至第一个AUG，这种移动由ATP水解为ADP及磷酸来提供能量。第二节蛋白质生物合成的过程 图5-9真核生物蛋白质合成起始复合体的形成 第二节蛋白质生物合成的过程 三、肽链的延伸三、肽链的延伸 肽链延伸也可被分为三步： 1第一步，进位 氨酰-tRNA首先必须与GTP-EF-Tu复合体相结合，形成氨酰-tRNA-GTP-EF-Tu复合体并与70S中的A位点相结合。此时，GTP水解并释放GDP-EF-Tu

142、复合体。如图5-11所示。 2第二步，转肽转肽是形成肽键的反应，转肽如图5-12所示。该过程是在延伸因子从核糖体上解离下来的同时进行的。催化这一过程的酶是存在于核糖体大亚基上的23S tRNA与酶蛋白称为肽酰转移酶，催化的本质是使一个酯键转变成一个肽键，由新加入的氨酰-tRNA上氨基酸的氨基对肽酰-tRNA上酯键的羰基进行亲核反应而成。第二节蛋白质生物合成的过程 3第三步，移位 移位是延伸过程的最后一步，如图5-13所示。该过程由移位因子EF-2催化（原核中为EF-G，真核中为EF-2）。核糖体的移位需要EF-G和另一分子GTP水解提供能量。移位的目的是使核糖体沿mRNA向下游移动，使下一个密

143、码子暴露于核糖体的合适位点以供继续翻译。此过程除需EF-2外，还需GTP、Mg2+。按进位转肽移位，每进行一次核糖体循环，就在肽链上增加1个氨基酸残基。 以嘌呤霉素作为抑制剂通过实验表明，核糖体端mRNA移动与肽基-tRNA的移位这两个过程是偶联的。肽链延伸是由许多这样的反应组成的，原核生物中每次反应共需3个延伸因子，EF-Tu、EF-Ts、EF-G，真核生物细胞需EF-1、及EF-2，消耗2个GTP，向生长中的肽链加上一个氨基酸。第二节蛋白质生物合成的过程 图5-11细菌中肽链延伸的第一步反应：进位 第二节蛋白质生物合成的过程 图5-12转肽 第二节蛋白质生物合成的过程 图5-13细菌中肽链

144、延伸的第三步反应：移位 第二节蛋白质生物合成的过程 四、翻译的终止四、翻译的终止翻译的最后一步涉及到肽酰-tRNA中连接tRNA和C端氨基酸酯键的切断，这一过程需要终止和释放因子（RFs）。核糖体与mRNA的解离还需要核糖体释放因子（RRF）的参与。细胞中通常不含能识别3个终止密码子的tRNA。在大肠杆菌中，当终止密码子进入核糖体上的A位点后，即被释放因子识别。RF-1可识别UAA和UAG，RF-2识别UAA和UGA，RF-3有助于RF-1和RF-2的活性。释放因子使肽酰转移酶将多肽链转至H2O分子而不是通常的氨酰-tRNA，释放出mRNA并与核糖体亚基完全解离。当释放因子识别在A位点上的终止

145、密码子后，存在于大亚基上的肽酰转移酶专一活性转变成了酯酶活性，以水解新生合成的肽链。原核生物蛋白质合成中新生肽链的释放如图5-14所示。第二节蛋白质生物合成的过程 图5-14原核生物蛋白质合成中新生肽链的释放 第二节蛋白质生物合成的过程 体外实验中，当大肠杆菌的核糖体与fMet-tRNAiMet、RF-1两个三聚核苷酸AUG和UAA混合后，通过水解生成甲酰蛋氨酸，如图5-15所示。 蛋白质生物合成的全部过程如图5-16所示。 图5-15体外释放因子活性实验 第二节蛋白质生物合成的过程 图5-16蛋白质生物合成过程总过程 第三节翻译后的加工 一、一、N-N-端端f-Metf-Met或或MetMe

146、t的切除的切除 原核生物的肽链，其N-端不保留fMet，大约半数蛋白由脱甲酰酶除去甲酰基，留下Met作为第一个氨基酸；在原核及真核细胞中fMet或者Met一般都要被除去，此过程是由氨肽酶水解来完成的。水解的过程有时发生肽链合成的过程中，有时在肽链从核糖体上释放以后。至于脱甲酰还是除去fMet常与邻接的氨基酸有关。如邻接的氨基酸是Arg，Asn，Asp，Glu，Ily或Lys以脱甲酰基为主，如邻接的氨基酸是Aly，Gly，Pro，Thr或Val则常除去fMet。 第三节翻译后的加工 二、二硫键的形成和羟化作用二、二硫键的形成和羟化作用 1二硫键的形成 mRNA中没有胱胺酸的密码子，胱氨酸中的二硫

147、键是通过2个半胱氨酸的-SH基氧化形成的，肽链内或肽链间都可形成二硫键，二硫键在维持蛋白质的空间构象中起了很重要的作用。 2羟化作用 有些氨基酸如羟脯氨酸、羟赖氨酸没有对应的密码子，这些氨基酸是在肽链合成后由羟化酶催化氨基酸残基发生羟化而成，如胶原蛋白中的羟脯赖氨酸就是以这种方式形成的。第三节翻译后的加工 三、化学修饰三、化学修饰 1折叠 在ER腔中折叠和修饰是有关的，糖的连接对于正确的折叠十分必要。蛋白二硫异构酶（PDI）可以改变二硫键，影响到折叠，它必须和特殊的ER蛋白相结合，此酶的某些活性或全部活性可能是酶作为ER中的一种复合体的形式来实现的。即在越膜位点和蛋白结合才能发挥它的功能。通过

148、对折叠和寡聚物产物的计算表明折叠需要一种酶来催化，使其在细胞中迅速发生。 一个与折叠功能有关的蛋白是BiP，它是分子伴侣Hsp70家族的一个成员。BiP促使寡聚物的形成ER腔中蛋白的折叠。ER可能含有各种辅助蛋白，它们的功能是识别蛋白折叠的形态，以帮助这些蛋白产生一种构象，使其可迅速地转运到下一个目标。 大部分膜上的糖蛋白，都是寡聚物，一般在ER中寡聚，然后迅速地从ER转到高尔基体，但不装配亚基或者防止蛋白酶装配。错折叠的蛋白常和BiP相联，在这种情况下他们会被降解掉，若折叠正确，那么就可以转运到高尔基体或继续转运。 BiP有两个功能：帮助转运蛋白折叠；切除错折叠蛋白。第三节翻译后的加工 2在

149、ER中的糖基化及修整 实际上所有的分泌蛋白和膜蛋白几乎都是被糖基化的蛋白。糖基化有两种类型：糖蛋白是由寡糖连接在Asp的氨基所形成的，连接的链称为N-糖苷键。寡糖连接在Ser、Thr或羟基-lys的羟基上（O-糖苷键）。N-糖苷键是在ER开始，而在高尔基体中进一步完成；O-糖苷键的形成仅发生在高尔基体中。 3在高尔基体表面的进一步加工 复合寡聚糖是在高尔基体中进一步修整和加上糖的残基。第一步是通过高尔基体的甘露糖苷酶修整甘露糖残基。然后单个的糖基由N-乙酰-葡萄糖胺转移加上，按着由高尔基体苷露糖苷酶继续切除苷露糖残基。在这一位置上寡糖通过内-糖苷酶H使寡变成对降解产生抗生。对Endo H的易感

150、性被用来作为一种测验，从而测定一个糖蛋白是处于什么阶段。第三节翻译后的加工 四、剪切四、剪切蛋白内含子又称为内蛋白子，是近年发现的一种新的翻译后加工的产物。它是1994年由Perler等首先提出的。蛋白外显子又称为外蛋白子。内蛋白子的基因不是单独的开放阅读框（ORF）它是插入在外蛋白子的基因中和内含子的区别在于它可以和外蛋白子的基因一道表达，而不是其mRNA被切除，产生前体蛋白以后再从前体中被切除掉，余下的外蛋白连接在一起成为成熟的蛋白，这也不同于胰岛素，胰岛素的A键和B键本身是不相连接的，仅仅通过二硫键将两个片段连在一起。分子生物学基础分子生物学基础第六章第六章原核生物基因表达调控原核生物基

151、因表达调控 第一节第一节 概述概述 生物的遗传信息以基因为基本单位，储存在细胞内的DNA分子的核苷酸序列中。个体发育的过程中，有序地将储存的核苷酸序列信息通过密码子反密码子系统，转变成蛋白质分子，执行各种生理生化功能，完成生命的全过程。将遗传信息从DNA转变为表现生命活性的蛋白质分子的全过程就是基因的表达过程，对这个过程的调节、控制称为基因表达调控。 第一节第一节 概述概述 一、原核基因表达调控的特点一、原核基因表达调控的特点 1基因的可调控性 2基因表达与环境关系密切 二、降解物对基因活性的调节二、降解物对基因活性的调节 1降解物抑制作用 葡萄糖存在时，即使培养基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖

152、等糖类物质，也不会诱导出相应的糖类物质吸收、代谢的酶，这种现象称为葡萄糖效应，也称为降解物抑制作用。 明显的这种效应的出现与葡萄糖的存在直接相关。菌体内，葡萄糖通过降低cAMP（环一磷酸腺苷）的浓度水平，阻止应答cAMP和其受体蛋白分解代谢物激活蛋白（catabolite activator protein，CAP）的基因表达（图6-1）。乳糖等其它糖类物质的代谢酶基因多数是可以应答cAMP-CAP复合物的基因。第一节第一节 概述概述 图6-1降解物抑制作用 图6-2cAMP-CAP复合物作用位点五核苷的倒转重复序列第一节第一节 概述概述 2cAMP-CAP复合物与基因结合调节其表达活性 CA

153、P由相对分子量为22.5kD的两个亚基聚合而成，可被cAMP激活，形成cAMP-CAP复合物与DNA的特殊序列识别、结合。在一些基因的启动子序列上分离到cAMP-CAP复合物，表明了这种复合物可以促进基因的转录。 图6-1 降解物抑制作用cAMP-CAP复合物中的CAP是DNA结合蛋白，结合于启动子区域，如乳糖操纵子的启动子中五个碱基的反向重复序列（图6-2）。结合位点多数位于转录起始位点上游-23-50bp处，中心区位于-41bp处，左端的序列保守性强，命名为区，右端的序列保守性较差，是为区，由于区的序列有较大的变动，使得不同基因对CAP的应答强弱有所不同。第一节第一节 概述概述 三、弱化子

154、对基因活性的影响三、弱化子对基因活性的影响 1弱化作用（attenuator） 氨基酸的合成途径所需酶的基因，其编码产物上游常出现另外一段编码序列，称为前导序列，这段序列的功能是调节其下游基因的表达。此调节方式中，由特殊负载的氨酰tRNA提供调节信号，如TrptRNATrp的浓度是调节色氨酸合成酶基因表达的信号，当其浓度较高时，前导序列二级构象发生变化，形成终止子结构，终止转录，这段前导核苷酸序列称为弱化子或衰减子（attenuator），这种降低基因表达的方式称为弱化作用（attenuation）。 弱化子位于启动子和下游的结构基因之间（图6-3）。当色氨酸存在时，RNA聚合酶渗漏表达色氨酸

155、合成酶基因；当色氨酸浓度降低，解除转抑制和终止作用，色氨酸合成酶基因的表达量可增强700倍。第一节第一节 概述概述 图6-3色氨酸操纵子结构和弱化子结构第二节第二节 原核基因表达的调控原核基因表达的调控 一、转录水平的调控 原核生物转录水平调控的经典模型是操纵子模型，该模型提出一个调控区域控制连锁在一起的多个基因的转录。 细菌基因组中，相关基因串联在一起，形成一个基因簇，编码同一代谢途径中不同的酶，它们是一个多顺反子，共同转录、共同调控，构成表达、调控的单元，称为操纵子（operon），由启动子、转录控制区、结构基因（structural gene）组成的一个转录单位（图6-5）。基因组中存在

156、的基因根据其产物功能不同可以分为两种类型，编码细胞结构、基本代谢所需的蛋白或RNA的称为结构基因，编码可以控制其它基因表达的蛋白或RNA的基因则称为调控基因。操纵子模型中，由转录控制区应答调控基因所表达的调控因子的作用，决定下游的结构基因是否表达。第二节第二节 原核基因表达的调控原核基因表达的调控 图6-5原核生物转录的操纵子模型第二节第二节 原核基因表达的调控原核基因表达的调控 1正调控和负调控 原核生物转录水平的基因调控，具有正调控和负调控的两种方式。调控因子作用于靶序列，引起靶序列附近基因转录水平的变化，激活蛋白的作用使得转录水平上升，是正调控（positive regulation）；

157、阻遏蛋白的作用使转录水平下降，是负调控（negative regulation）。 调控蛋白应答小分子效应物的作用，分为可诱导（inducible）和可阻遏（repressible）两种效应，激活蛋白和阻遏蛋白都可以应答小分子效应物的诱导和阻遏效应。因此，原核生物的操纵子有四种应答方式，分别为：可诱导的负调控、可诱导的正调控、可阻遏的负调控、可阻遏的正调控（图6-6）。 活性阻遏蛋白结合靶位点，封闭了基因的表达。小分子诱导物加入后，与阻遏蛋白结合，形成的复合物脱离结合位点，解除了阻遏蛋白对基因表达的抑制作用，基因恢复正常表达，此过程为可诱导的负调控（图6-6 a）。 第二节第二节 原核基因表达

158、的调控原核基因表达的调控 第二节第二节 原核基因表达的调控原核基因表达的调控 无活性的阻遏蛋白，不能结合到目的基因的靶位点，基因组成型表达。加入小分子辅阻遏物，激活阻遏蛋白的活性，结合在基因上抑制RNA聚合酶的作用，阻止基因表达，此过程为可阻遏的负调控（图6-6 b）。基因由初始活性状态转变为无活性状态。 活性激活蛋白结合在基因上，基因组成型正调控表达。加入辅阻遏物，作用于激活蛋白，使其活性丧失从基因上脱离，基因失去活性，此过程是可阻遏的正调控（图6-6 b）。基因由活性表达转变成无活性形式。第二节第二节 原核基因表达的调控原核基因表达的调控 图6-6原核生物的操纵子对诱导物和调节物的四种应答

159、模式第二节第二节 原核基因表达的调控原核基因表达的调控 2乳糖操纵子 大肠杆菌的乳糖操纵子模型最先由Jacob和Monod提出。乳糖（Lac）是一种葡萄糖的替代能源物质。乳糖操纵子（图6-7）由启动子、操纵基因（operator）、结构基因组成。三个结构基因分别是：编码-半乳糖苷酶基因（lacZ）、编码-半乳糖苷透性酶基因（lacY）、编码-半乳糖苷转乙酰基酶基因（lacA），这三个基因所编码的酶在乳糖转入细胞和分解代谢的过程中起作用，与乳糖代谢相关。图6-7乳糖操纵子结构模式图 第二节第二节 原核基因表达的调控原核基因表达的调控 乳糖操纵子的上游有一个独立转录的基因lacI，其编码产物Lac

160、I可以结合在乳糖操纵子的操纵基因（lacO）上，即转录控制区，阻抑下游结构基因的表达。因此，乳糖操纵子是一个负调控系统（图6-8）。其中，LacI是具有负调控作用的反式作用因子，LacI作用的靶DNA序列lacO是顺式作用元件。图6-8乳糖操纵子的负调控 第二节第二节 原核基因表达的调控原核基因表达的调控 3色氨酸操纵子 色氨酸操纵子对调节物的应答方式属于可阻遏的负调控。以分支酸为底物合成色氨酸的合成酶基因串联在一起，组成一个基因簇，包括邻氨基苯甲酸合成酶（trpE）、邻氨基苯甲酸焦磷酸转移酶（trpD）、邻氨基苯甲酸异构酶（trpC）、色氨酸合成酶（trpB）、吲哚甘油-3-磷酸合成酶（tr

161、pA）等五种酶的编码基因。这五个结构基因上游是前导序列（trpL）、操纵基因（trpO）和启动子序列，组成一个独立的转录单位，色氨酸操纵子（图6-3）。 另一独立转录单位，trpR基因编码结合trpO的阻遏蛋白TrpR。正常情况下，该蛋白无活性，不与trpO结合，因此trpO下游的结构基因trpEDCBA常规表达。培养基中加入Trp，Trp可激活TrpR的活性，TrpR结合于trpO，阻遏下游基因表达。其中，Trp是辅阻遏物。即若环境中Trp供应充足，菌体将关闭色氨酸从头合成的一系列酶基因的转录过程（图6-10）。 第二节第二节 原核基因表达的调控原核基因表达的调控 图6-10色氨酸操纵子的负

162、调控 第二节第二节 原核基因表达的调控原核基因表达的调控 4阿拉伯糖操纵子 阿拉伯糖与乳糖一样，可替代葡萄糖作为碳源物质被菌体利用。大肠杆菌中，阿拉伯糖（Ara）代谢所需酶的三个基因分别是：核酮糖激酶基因（araB）、L-Ara异构酶基因（araA）、L-核酮糖-5-磷酸差向异构酶基因（araD），组成一个基因簇，有共同的启动子PBAD。与其它操纵子不同的是，操纵序列位于PBAD上游，操纵序列左端有另一方向转录的启动子PC，负责调节基因araC的转录，其产物AraC蛋白有两种活性形式，Pr对PBAD的表达起阻遏作用，Pi对PBAD的表达起激活作用（图6-11）。 第二节第二节 原核基因表达的调

163、控原核基因表达的调控 图6-11阿拉伯糖操纵子模式第二节第二节 原核基因表达的调控原核基因表达的调控 二、翻译水平的调控二、翻译水平的调控 1翻译的自我调控 原核生物mRNA在翻译水平上的自我调控可以有两种方式，其一是翻译产物的蛋白质分子作为调控分子，直接结合于mRNA的翻译起始位点，调节翻译的效率，如组成核糖体的多种蛋白质的基因分散在整个基因组中，其表达水平应保持一致，终产物蛋白质的浓度调节基因表达活性，终产物浓度高，将关闭自身编码基因的表达；另一种可能的调控方式是mRNA形成特定的分子内二级结构，起调控作用，如mRNA可在核糖体结合位点形成二级结构调节翻译过程（图6-12）。第二节第二节

164、原核基因表达的调控原核基因表达的调控 图6-12mRNA结构对翻译起始的调控左图：由于mRNA形成二级结构，仅有一个翻译起始位点可以利用；右图：翻译第一个顺反子会改变RNA的构型，使得第二个翻译起始位点暴露出来。第二节第二节 原核基因表达的调控原核基因表达的调控 2重叠基因对翻译的影响 同一个操纵子内，由共同的启动子启动转录的一系列基因，可以一种极简单的机制保持表达量的一致。在Trp操纵子中（图6-3），trpB和trpA基因形成重叠基因，翻译时核糖体不从mRNA链上脱落下来，而是改变相位后直接翻译下一个蛋白，从而保证了两个蛋白产物细胞内浓度一致。trpB(UGA处翻译终止) -UGA -GA

165、A-AUC- UGA-UGG-AA A UG-G AA- trpA(AUG处翻译起始) 第二节第二节 原核基因表达的调控原核基因表达的调控 3稀有密码子对翻译的影响 DNA复制时，引物酶催化一段RNA引物的合成，引物酶由dnaG编码。rpsU-dnaG-rpoD组成一个转录单位，产生多顺反子转录物。细胞内三个基因的终产物的浓度相差却很大，rpsU产物浓度为4104个/细胞，dnaG产物50个/细胞，rpoD产物2800个/细胞。菌体通过使用稀有密码子，使转录为一条mRNA链的三个基因的表达产物量可以有很大差异。 第二节第二节 原核基因表达的调控原核基因表达的调控 4RNA调节物 前述的调控因子

166、主要是蛋白质，但有些RNA也具有调控作用。RNA调节物合成后，扩散到靶位点，这段单链核酸序列，通过改变靶序列的二级结构控制靶序列的活性。 反义RNA就是一种RNA调节物，作为反式作用因子调节基因表达。有三种可能的调节方式：反义RNA与核糖体竞争mRNA 上的结合位点，阻碍翻译的起始；反义RNA与mRNA结合形成内切酶可以识别底物的二级结构，使结合的mRNA变得不稳定；反义RNA也可与转录物结合，使转录过程提前终止。分子生物学基础分子生物学基础第七章真核基因表达的调控第七章真核基因表达的调控 第一节概述 一、真核基因表达调控的特点一、真核基因表达调控的特点 真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及D

167、NA的空间结构方面存在很大的差异，主要表现在以下几个方面。 在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，不存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。 真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分DNA是裸露的。 真核细胞中存在着一部分由几个或几十个碱基组成的DNA序列，它们在整个基因组中重复几百次甚至上百万次，高等真核细胞DNA中很大一部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。 第一节概述 真核生物能够根据生长发育阶段的需要进行DNA片段的有序重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的的拷贝数，这种能力在原核生物中是极为罕见的。 原核生物中，转录的调节区都

168、很小，大都位于启动子上游不远处，调控蛋白结合到调节点上后可直接促进或抑制RNA聚合酶对它的结合。而在真核生物中，基因转录的调节区则大得多，它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对。虽然这些调控区也能与蛋白质结合，但是并不直接影响启动子区对RNA聚合酶的接受程度。这些调节区一般通过改变整个所控制基因5上游区DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。 真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质，而原核生物中不存在这样严格的空间间隔。 许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，才能顺利地翻译成蛋白质。 第一节概述 二、真核生物基因结构与转录活性二、

169、真核生物基因结构与转录活性 1简单多基因家族 2复杂多基因家族 3发育调控的复杂多基因家族 第二节真核基因表达第二节真核基因表达DNADNA水平的调控水平的调控 一、基因丢失一、基因丢失 在有些细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而除去这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。如马蛔虫受精卵有2条染色体，当个体发育到一定阶段，分化为体细胞的那些细胞中的染色体断裂为小的片段，有着丝点的小片段保留下来，其它的不能分配到下一代而失去，基因的丢失决定了细胞的寿命。但在高等生物的细胞

170、分化中尚未发现基因丢失现象。许多生物体分化的细胞其细胞核内保存了个体发育所必需的全部基因，这些细胞具有经去分化和再分化而发育成完整个体的潜在能力，这种能力称为全能性。 第二节真核基因表达第二节真核基因表达DNADNA水平的调控水平的调控 二、基因扩增二、基因扩增 基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象。基因扩增使细胞在短期内产生大量的基因产物，以满足生长发育的需要，基因扩增是基因活性调控的一种该式。最早发现的是蛙的成熟卵细胞在受精后的发育过程中其rRNA基因（可称为rRNA）可扩增2000倍，以后发现其它动物的卵细胞也有同样的情况，这很显然适合了受精后迅速发育分裂，要合成大量蛋白质需

171、要大量核糖体。第二节真核基因表达第二节真核基因表达DNADNA水平的调控水平的调控 三、基因重排三、基因重排 第二节真核基因表达第二节真核基因表达DNADNA水平的调控水平的调控 交配型转换首先是核酸内切酶HO在MAT基因内部一个24bp序列处切开双链DNA，自由的3末端又在DNA聚合酶的作用下以上游（或下游）HML基因为模板合成双链DNA，直到完全置换所有的MATa基因，完成性别转换，如图7-2所示。 图7-2酵母中的交配型转换 第三节真核基因表达转录水平的调控第三节真核基因表达转录水平的调控 一、真核基因转录与染色质结构变化的关系一、真核基因转录与染色质结构变化的关系 DNA绝大部分都在细

172、胞核内与组蛋白等结合成染色质，染色质的结构影响转录，至少有以下现象： 1染色质结构影响基因转录 在真核细胞中以核小体为基本单位的染色质是真核基因组DNA的主要存在方式。DNA盘绕组蛋白核心形成核小体，妨碍了与转录因子及RNA聚合酶的靠近和结合，使基因的活性受到抑制。 2组蛋白的作用 组蛋白H1及核心组蛋白共同参与核小体的组装与凝聚。在特殊氨基酸残基上的乙酰化、甲基化或磷酸化等修饰，可改变蛋白质分子表面的电荷，影响核小体的结构，从而调节基因的活性。 第三节真核基因表达转录水平的调控第三节真核基因表达转录水平的调控 3DNA拓扑结构变化 天然双链DNA的构象大多是负性超螺旋。当基因活跃转录时，RN

173、A聚合酶转录方向前方DNA的构象是正性超螺旋，其后面的DNA为负性超螺旋。正性超螺旋会拆散核小体，有利于RNA聚合酶向前移动转录；而负性超螺旋则有利于核小体的再生成。 4转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加 染色质DNA受DNase作用通常会被降解成400bp左右的片段，反映了完整的核小体规则的重复结构。但活跃进行转录的染色质受DNase消化常出现100200bp的DNA片段，且长短不均一，说明其DNA受组蛋白掩盖的结构有变化，出现了对DNase高敏感点。 5DNA碱基修饰变化 真核DNA中的胞嘧啶约有5%被甲基化为5-甲基胞嘧啶(m5C)，而活跃转录的DNA段落中胞嘧啶甲基化程度常较低。这种甲

174、基化最常发生在某些基因5侧区的CpG序列中，实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转录，甲基化可能阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而影响转录。第三节真核基因表达转录水平的调控第三节真核基因表达转录水平的调控 二、顺式作用元件二、顺式作用元件 顺式元件是指与参与转录调控的反式作用因子（蛋白质）相互作用的DNA序列。其中主要是起正性调控作用的顺式作用元件，包括启动子、增强子；起负性调控作用的元件沉寂子。 1启动子 与原核启动子的含义相同，是指RNA聚合酶结合并起动转录的DNA序列，但真核不同启动子间不像原核那样有明显共同一致的序列，而且单靠RNA聚合酶难以结合DNA起动转录，而是需要多种蛋白

175、质因子的相互协调作用，不同蛋白质因子又能与不同DNA序列相互作用，不同基因转录起始及其调控所需的蛋白因子也完全不同，因而不同启动子序列也很不相同，要比原核更复杂、序列也更长。真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元件，每个元件约长730bp。它是RNA聚合酶进行精确而有效的转录所必需的。 第三节真核基因表达转录水平的调控第三节真核基因表达转录水平的调控 启动子中的元件可以分为两种。 （1）核心启动子元件指RNA聚合酶II起始转录所必需的最小的DNA序列，包括转录起始点及其上游-45-30bp处的TATA盒。核心元件单独起作用时只能确定转录

176、起始位点和产生基础水平的转录。TATA盒是控制转录精确性的序列。 （2）上游启动子元件包括通常位于-70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距转录起始点更远的上游元件。这些元件与相应的蛋白因子结合能提高或改变转录效率。不同基因具有不同的上游启动子元件组成，其位置也不相同，就使得不同的基因表达分别有不同的调控。上游控制元件控制着转录起始的频率，启动子的强度就决定于上游启动子的数目和种类。 第三节真核基因表达转录水平的调控第三节真核基因表达转录水平的调控 2增强子 增强子是指能使基因转录频率明显增加的DNA序列。增强子的作用有以下特点。 增强效应十分明显。一般能使基因转录频率增加10200倍，有的可

177、以增加上千倍， 增强效应与其位置和取向无关。 大多为重复序列。 增强效应有严密的组织和细胞特异性。说明只有特定的蛋白质（转录因子）参与才能发挥其功能。 没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应。 许多增强子还受外部信号的调控，如金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。 增强子要有启动子才能发挥作用。 第三节真核基因表达转录水平的调控第三节真核基因表达转录水平的调控 三、反式作用因子三、反式作用因子 反式作用因子是指能直接或间接与DNA上表达调控元件结合而发挥作用的蛋白质因子，常被称为转录调节因子或转录因子。 反式作用因子有数百种之多，包括激活因子和

178、阻遏因子等，它们与顺式作用元件中的上游激活序列、特异性结构，对真核生物基因的转录分别起促进和阻遏作用。反式作用因子是与顺式元件相互作用的调控转录的转录因子。反式作用因子有三个结构域，即DNA结合结构域、转录激活结构域和二聚化结构域。 第三节真核基因表达转录水平的调控第三节真核基因表达转录水平的调控 螺旋-转角-螺旋结构域是最早发现于原核生物中的一个关键因子，该结构域长约20个aa，主要是两个-螺旋区和将其隔开的转角。其中的一个被称为识别螺旋区，因为它常常带有数个直接与DNA序列相识别的氨基酸。其结构如图7-3所示。图7-3螺旋-转角-螺旋结构及其与DNA的结合 第三节真核基因表达转录水平的调控

179、第三节真核基因表达转录水平的调控 2锌指结构域 这类结构主要见于真核生物的调节因子。其结构如图7-4所示，每个重复的“指”状结构约含23个氨基酸残基，锌以4个配价键与4个半胱氨酸、或2个半胱氨酸和2个组氨酸相结合。 图7-4蛋白质的锌指结构 第三节真核基因表达转录水平的调控第三节真核基因表达转录水平的调控 3亮氨酸拉链 亮氨酸拉链最初是通过比较酵母转录激活因子GCN4、哺乳动物转录因子C/EBP（CAAT区及SV40增强子核心序列结合蛋白）以及癌基因产物Fos、Jun和Myc的AA序列时发现的。亮氨酸拉链中螺旋的突出特点是每隔7个AA残基出现一个疏水的亮氨酸残基。这些残基位于DNA结合域的C端

180、-螺旋上，这样-螺旋的侧面每两圈就会出现一个亮氨酸，形成一个疏水的表面。结果-螺旋的疏水表面间就可相互使用，形成二聚体结构。早期的研究认为两个-螺旋疏水的亮氨酸残基交错排列，故称为亮氨酸拉链 第三节真核基因表达转录水平的调控第三节真核基因表达转录水平的调控 4螺旋-环-螺旋结构域（HLH） 螺旋-环-螺旋结合域总体上与亮氨酸拉链相似，只是它的二个-螺旋被一个螺旋的多肽分成二个单体蛋白，C端-螺旋一侧的疏水残基可以二聚化。与亮氨酸拉链一样，螺旋环螺旋结构与经常与碱性结构域相邻，以形成DNA结合蛋白所需的二聚体。这种特异型二聚体的形成增加了转录因子所有组成成分的多样性和复杂性。其主要特点是可形成两

181、个亲脂性-螺旋，两个螺旋之间由环状结构相连，其DNA结合功能是由一个较短的富碱性氨基酸区所决定的。其结构如图7-6所示。 第三节真核基因表达转录水平的调控第三节真核基因表达转录水平的调控 图7-6碱性螺旋-环-螺旋结构图 第四节真核基因表达其他水平上的调控第四节真核基因表达其他水平上的调控 一、转录后水平的调控一、转录后水平的调控 1rRNA和tRNA的加工成熟 rRNA加工包括分子内的切割和化学修饰两方面内容。真核生物的rRNA基因转录时先产生一个45 S的前体rRNA，然后被核酸酶逐渐降解，形成成熟的18S、28S和5.8S rRNA。 rRNA基因转录主要在细胞核内进行，初级转录产物45

182、S前体rRNA很快被加工降解，生成不同相对分子质量的成熟rRNA。rRNA的化学修饰主要是甲基化，原核生物rRNA主要是碱基甲基化，而真核生物rRNA主要是核糖甲基化。tRNA基因转录时也可能首先生成前体tRNA，然后再进行加工成熟。一般认为，tRNA基因的初级转录产物在进入细胞质后，首先经过核苷的修饰，生成4.5S前体tRNA，再行剪接成为成熟tRNA（4S）。 第四节真核基因表达其他水平上的调控第四节真核基因表达其他水平上的调控 2mRNA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经过一系列的加工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

183、“帽子”，在mRNA的3末端加上poly(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核不均一RNA，然后再加工剪接为成熟mRNA。第四节真核基因表达其他水平上的调控第四节真核基因表达其他水平上的调控 3真核生物基因转录后加工的多样性 （1）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，有时不需加工。这类基因转录后加工有3种不同形式，如图7-7所示。 图7-7真核生物基因转录后加工的三种主要形式 第四节真核基因表达其他水

184、平上的调控第四节真核基因表达其他水平上的调控 （2）复杂转录单位含有复杂转录单位的主要是一些编码组强和发育特异性蛋白质的基因，它们除了含有数量不等的内含子外，其原始转录产物能通过不同方式加工成两个或两个以上的mRNA。主要有：利用多个5端转录起始位点或剪接位点产生不同的蛋白质；利用多个加poly(A)位点和不同的剪接方式产生不同的蛋白质；虽无剪接，但有多个转录起始位点或加poly(A)位点的基因。第四节真核基因表达其他水平上的调控第四节真核基因表达其他水平上的调控 二、翻译水平的调控二、翻译水平的调控 1可溶性蛋白因子的修饰与翻译起始的调控 2mRNA的“扫描模式”与蛋白质合成的起始 3mRN

185、A5末端帽子结构的识别与蛋白质合成 （1）帽子的类型与功能真核生物mRNA5末端可能有三种不同的帽子，即O型、I型、II型，其主要差异在于帽子中碱基甲基化程度的不同。表7-3列举了这三种不同类型帽子的结构。 第四节真核基因表达其他水平上的调控第四节真核基因表达其他水平上的调控 （2）帽子结合蛋白（CBP） 在哺乳动物细胞和部分纯化的生长因子eIF-3及eIF-4B中，找到了一个相对分子质量为2.4104、对帽子专一的多肽，称为帽子结合蛋白质I（CBPI）。高度纯化的CBPI可以促进有帽子mRNA的翻译，但对不戴帽子的mRNA无效。 第四节真核基因表达其他水平上的调控第四节真核基因表达其他水平上

186、的调控 4、mRNA稳定性的调节 虽然对mRNA稳定性的调节机理尚不清楚，但细胞确实可以调节各种不同mRNA的寿命。例如，蚕蛹羽化成蛾后，需要合成大量的蛋白水解酶溶解蚕丝蛋白，此时蚕丝水解酶mRNA的半衰期长达100h，而其它的mRNA的半衰期只有2.5h；催乳激素可使乳腺组织中酪蛋白mRNA的半衰期提高20倍；冬眠的种子中，各种mRNA早已存在，但它们只有在种子萌发时才被翻译；蛙卵中存在各种mRNA，但有些只在孵化前被翻译，有些只在孵化后翻译；在红细胞分化过程中，细胞可专一性降解其它mRNA，而保留珠蛋白mRNA 第四节真核基因表达其他水平上的调控第四节真核基因表达其他水平上的调控 三、翻译

187、后水平的调控三、翻译后水平的调控 1多肽的切割 多肽的切割主要包括两个方面：一是与蛋白质分泌有关的切割；二是与蛋白质活化有关的切割。 （1）信号肽的切割 蛋白质的合成是在核糖体中进行的，核糖体根据DNA转录的mRNA翻译成各种蛋白质。信号肽能引导多肽链到不同的转送系统。在真核细胞中，某一多肽的N端刚合成不久，这种多肽合成后的去向就已被决定。一部分核糖体以游离状态停留在胞浆中，它们只合成供装配线粒体及叶绿体膜的蛋白质。另一部分核糖体，受新合成多肽N端的信号肽控制而进入内质网，使原来表面平滑的内质网变成有局部凸起的粗面内质网。与内质网相结合的核糖体主要合成三类蛋白质：溶酶体蛋白、分泌到胞外的蛋白和

188、构成质膜骨架的蛋白。 第四节真核基因表达其他水平上的调控第四节真核基因表达其他水平上的调控 信号肽在结构上具有以下特点。 信号肽的氨基端至少有一个带正电荷的氨基酸，为一亲水区段。不同信号肽的亲水区段所含氨基酸残基的多少不同，从而造成信号肽长短不齐，但其长度通常为17个AA。 信号肽的中部有1015个氨基酸，是由高度疏水性的氨基酸组成的肽链。 信号肽的C末端有一个可被信号肽酶识别的位点，此位点上游的第一个（-1）及第三个（-3）氨基酸常为具有一个小侧链的氨基酸（如丙氨酸）。 信号肽无同等性及专一性。各种分泌蛋白质后的信号肽在顺序上并未发现有同等性，也未发现信号肽存在于已完成的多肽上。信号肽也无严

189、格的专一性，表现在信号肽对所输送蛋白质结构的要求不严格，第四节真核基因表达其他水平上的调控第四节真核基因表达其他水平上的调控 （2）导肽的切割通过线粒体膜的蛋白质是在合成以后进行转运的，这些蛋白质在转运之前大多数以前体形式存在，它由成熟蛋白质和N端延伸的一段前导肽共同组成。 导肽具有下列特点。 含有丰富的带正电荷的氨基酸（特别是精氨酸和赖氨酸），它们分散于不带电荷的氨基酸序列之间，如果带正电荷的氨基酸被不带电荷的氨基酸代替，就不能起牵引作用。 缺少或不含有带负电荷的酸性氨基酸；羟基氨基酸，特别是丝氨酸和苏氨酸的含量也较丰富。 有两性分子的性质（既有亲水部分，又有疏水部分），能形成两性分子的螺旋

190、结构，使导肽能加强与生物膜或人工膜的直接相互作用；导肽的不同区段作用不同。第四节真核基因表达其他水平上的调控第四节真核基因表达其他水平上的调控 2多肽的剪接和化学修饰 （1）多肽的剪切初生蛋白质接受切割、有限水解或化学修饰而成为有活性的成熟蛋白质，这就是蛋白质活化的主要机制。近年来，不少科学家还发现，蛋白质前体可以通过多肽的剪辑被切成数个片段，然后再以一定的顺序结合起来，最后形成成熟的有活性的蛋白质。 （2）多肽的化学修饰蛋白质磷酸化。蛋白激酶能将ATP末端的磷酸基团分别转移到多肽中的丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸残基上，从而使蛋白质发生磷酸化。磷酸化是蛋白质合成后广泛存在的一种化学修饰，是控制酶活性的重要步骤。蛋白质糖基化。许多重要的细胞表面蛋白、识别蛋白和分泌蛋白均带有一个或数个糖基，这类蛋白被称为糖基化蛋白或糖蛋白。这些附加的糖基有不少重要的生理功能。首先，糖基化蛋白的构型常常会发生变化，有利于抵御蛋白酶的降解反应；其次，糖蛋白上的羟基会大大提高该多肽的可溶性；第三，糖基化以后往往能使蛋白准确地进入各自的细胞器。