1、WORD格式分子生物學重點：最新期末試題第二章染色體與 DNA染色體chromosome是細胞在有絲分裂時遺傳物質存在的特定形式， 是間期細胞染色質構造嚴密包裝的結果。真核生物的染色體在細胞生活周期的大局部時間里都是以染色質 (chromatin) 的形式存在的。染色質是一種纖維狀構造，叫做染色質絲，它是由最根本的單位核小體(nucleosome) 成串排列而成的。原核生物 (prokaryote)：DNA形成一系列的環狀附著在非組蛋白上形成類核。染色體由 DNA和蛋白質組成。蛋白質由非組蛋白和組蛋白H1,H2A,H2B,H3,H4DNA和組蛋白構成核小體。組蛋白的一般特性： P24進化上的保

2、守性無組織特異性肽鏈氨基酸分布的不對稱性：堿性氨基酸集中分布在N 端的半條鏈上。組蛋白的可修飾性 : 甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等。 H5 組蛋白的特殊性：富含賴氨酸 24%( 鳥類、魚類及兩棲類紅細胞染色體不含 H1 而帶有 H5)組蛋白的可修飾性在細胞周期特定時間可發生甲基化、乙酰化、磷酸化和 ADP核糖基化等。 H3、H4修飾作用較普遍， H2B有乙酰化作用、 H1 有磷酸化作用。所有這些修飾作用都有一個共同的特點， 即降低組蛋白所攜帶的正電荷。 這些組蛋白修飾的意義： 一是改變染色體的構造， 直接影響轉錄活性； 二是核小體外表發生改變，使其他調控蛋白易于和染色質相互接觸，從

3、而間接影響轉錄活性。2、DNA1) DNA 的變性和復性變性 Denaturation) DNA雙鏈的氫鍵斷裂，最后完全變成單鏈的過程稱為變性。增色效應 (Hyperchromatic effect) 在變性過程中， 260nm紫外線吸收值先緩慢上升，當到達某一溫度時驟然上升，稱為增色效應。融解溫度 Melting temperature ， Tm ) 變性過程紫外線吸收值增加的中點稱為融解溫度。 生理條件下為 85- 95影響因素： G C含量， pH 值，離子強度，尿素，甲酰胺等復性 Renaturation)熱變性的 DNA緩慢冷卻，單鏈恢復成雙鏈。減色效應 Hypochromatic

4、effect)隨著 DNA的復性， 260nm紫外線吸收值降低的現象。2) C 值反常現象 C-value paradox) C值是一種生物的單倍體基因組DNA的總量。真核細胞基因組的最大特點是它含有大量的重復序列， 而且功能 DNA序列大多被不編碼蛋白質的非功能 DNA所隔開，這就是著名的“C 值反常現象。四核小體 (nucleosome) ：用于包裝染色質的構造單位，是由 DNA鏈纏繞一個專業資料整理WORD格式組蛋白核 H2A、H2B、H3、 H4)*2 的八聚體】構成的。1、原核生物基因組構造特點 基因組很小，大多只有一條染色體 構造簡煉存在轉錄單元 (trnascriptional

5、operon)多順反子 (polycistron)重疊基因由基因內基因、局部重疊基因、一個堿基重疊組成。2、真核生物基因組構造特點真核基因組構造龐大3×109bp、染色質、核膜單順反子基因不連續性斷裂基因interruptedgene、內含子 (intron)、外顯子 (exon)非編碼區較多多于編碼序列 (9:1) 含有大量重復序列不重復序列 / 單一序列：在基因組中有一個或幾個拷貝。 真核生物的大多數基因在單倍體中都是單拷貝的。如：蛋清蛋白、血紅蛋白等功能：主要是編碼蛋白質。中度重復序列：在基因組中的拷貝數為101104。如： rRNA、tRNA一般是不編碼蛋白質的序列，在調控基

6、因表達中起重要作用 高度重復序列：拷貝數到達幾百個到幾百萬個。衛星 DNA：A"T 含量很高的簡單高度重復序列。1、 DNA的一級構造： 指 4 種脫氧核苷酸的連接及其排列順序，DNA序列是這一概念的簡稱。堿基序列2特征：雙鏈反向平行配對而成脫氧核糖和磷酸交替連接，構成DNA骨架，堿基排在內側內側堿基通過氫鍵互補形成堿基對A： T， C： G。2、DNA 的二級構造：指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所產生的雙螺旋構造。2分類：右手螺旋： A-DNA，B-DNA左手螺旋： Z-DNA3、DNA的高級構造：指 DNA雙螺旋進一步扭曲盤繞所形成的特定空間構造。是一種比雙螺旋更高層次的空間構象。

7、2主要形式：超螺旋構造正超螺旋和負超螺旋一 DNA的半保存復制 semi-nservative replication1、定義：由親代 DNA生成子代 DNA時，每個新形成的子代 DNA中，一條鏈來自親代 DNA，而另一條鏈那么是新合成的，這種復制方式稱半保存復制。3、DNA半保存復制的生物學意義： DNA的半保存復制說明 DNA在代謝上的穩定性，保證親代的遺傳信息穩定地傳遞給后代。二與 DNA復制有關的物質1、原料：四種脫氧核苷三磷酸dATP、dGTP、dCTP、dTTP)2、模板：以 DNA的兩條鏈為模板鏈，合成子代DNA3、引物： DNA的合成需要一段RNA鏈作為引物4、引物合成酶引發酶

8、：此酶以 DNA為模板合成一段 RNA,這段 RNA作為合成DNA的引物 Primer) 。實質是以 DNA為模板的 RNA聚合酶。專業資料整理WORD格式5、 DNA聚合酶 : 以 DNA為模板的 DNA合成酶以四種脫氧核苷酸三磷酸為底物反響需要有模板的指導反響需要有 3-OH存在DNA鏈的合成方向為5 3性質 聚合酶聚合酶聚合酶3' 5 '外切活性5'3'外切活性 -5' 3'聚合活性中 很低 很高新生鏈合成 - -聚合酶主要是對 DNA損傷的修復；以及在 DNA復制時切除 RNA引物并填補其留下的空隙。聚合酶修復紫外光引起的DNA損傷聚合酶

9、 DNA 復制的主要聚合酶，還具有 35外切酶的校對功能，提高 DNA 復制的保真性6、DNA連接酶 1967 年發現：假設雙鏈 DNA中一條鏈有切口，一端是 3 -OH，另一端是 5 - 磷酸基，連接酶可催化這兩端形成磷酸二酯鍵，而使切口連接。但是它不能將兩條游離的DNA單鏈連接起來DNA連接酶在 DNA復制、損傷修復、重組等過程中起重要作用7、DNA 拓撲異構酶 (DNA Topisomerase) ：拓撲異構酶 "：使 DNA一條鏈發生斷裂和再連接，作用是松解負超螺旋。主要集中在活性轉錄區，同轉錄有關。例：大腸桿菌中的 蛋白拓撲異構酶：該酶能暫時性地切斷和重新連接雙鏈 DNA，

10、作用是將負超螺旋引入 DNA分子。同復制有關。例：大腸桿菌中的 DNA旋轉酶8、DNA 解螺旋酶 / 解鏈酶 DNAhelicase)：通過水解 ATP獲得能量來解開雙鏈專業資料整理WORD格式DNA。 E.coli中的 rep 蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶rep 蛋白沿 3 5移動，而解螺旋酶I 、II 、III沿 59、單鏈結合蛋白 (SSBP-single-strandbindingprotein)I 、II 、III。 3 移動。：穩定已被解開的DNA專業資料整理WORD格式單鏈，阻止復性和保護單鏈不被核酸酶降解。三 DNA的復制過程大腸桿菌為例雙鏈的解開RNA引物的合成DNA鏈的延

11、伸切除 RNA引物，填補缺口，連接相鄰的DNA片段1、雙鏈的解開 -ftju制有特定的起始位點，叫做復制原點。ori(或 o、富含 A、T 的區段。專業資料整理WORD格式從復制原點到終點，組成一個復制單位，叫復制子復制時，解鏈酶等先將 DNA的一段雙鏈解開， 形成復制點， 這個復制點的形狀象一個叉子，故稱為復制叉雙鏈解開、復制起始P44大約 20 個 DnaA蛋白在 ATP的作用下與 oriC 處的 4 個 9bp 保守序列相結合在 HU蛋白和 ATP的共同作用下 ,Dna 復制起始復合物使 3 個 13bp 直接重復序列變性 , 形成開鏈解鏈酶六體分別與單鏈 DNA相結合 ( 需 DnaC

12、幫助 ), 進一步解開 DNA雙鏈專業資料整理WORD格式2、RNA引物的合成DnaB蛋白活化引物合成酶，引發RNA引物的合成。引物長度約為幾個至10 個核苷酸，3、DNA鏈的延伸DNA的半不連續復制 semi-discontinuousreplication)：DNA復制時其中一條子鏈的合成是連續的，而另一條子鏈的合成是不連續的，故稱半不連續復制。在 DNA復制時，合成方向與復制叉移動的方向一致并連續合成的鏈為前導鏈； 合成方向與復制叉移動的方向相反， 形成許多不連續的片段， 最后再連成一條完整的 DNA鏈為滯后鏈。在 DNA復制過程中，前導鏈能連續合成，而滯后鏈只能是斷續的合成 53 的多

13、個短片段，這些不連續的小片段稱為岡崎片段。4、切除 RNA引物，填補缺口，連接相鄰的 DNA片段復制終止當復制叉遇到約 22 個堿基的重復性終止子序列 Ter 時， Ter-Tus 蛋白復合物能使 DnaB不再將 DNA解鏈，阻擋復制叉繼續前移。 P47在 DNA聚合酶催化下切除 RNA引物；留下的空隙由 DNA聚合酶催化合成一段DNA填補上；在 DNA連接酶作用下，連接相鄰的 DNA鏈四復制的幾種主要方式P421、雙鏈環狀、型復制、雙向等速2、滾環型：（ 1模板鏈和新合成的鏈分開 ;（ 2不需 RNA引物，在正鏈 3 OH上延伸（ 3只有一個復制叉 ;3、D環復制 - 單向復制的特殊方式如：

14、動物線粒體DNA五真核生物中DNA的復制特點1、真核生物每條染色體上有多個復制起點，多復制子約150bp 左右；2、復制叉移動的速度較慢約50bp秒，僅為原核生物的1 10。3、真核生物染色體在全部復制完之前 , 各個起始點不再重新開場 DNA復制；真核生物快速生長時，往往采用更多的復制起點。4、真核生物有多種DNA聚合酶。5、真核生物 DNA復制過程中的引物及岡崎片段的長度均小于原核生物。真核岡崎片段長約 100-200bp，原核岡崎片段長約 1000-2000bp。六原核和真核生物DNA的復制特點比較復制起點 ori ：原核一個，真核多個；復制子：原核一個，真核多個；復制子長度：原核長；真

15、核短；復制叉：原核多個；真核多個；復制移動速度：原核較快；真核較慢；真核生物染色體在全部完成復制前，各起始點的 DNA 復制不能再開場。而在快速生長的原核生物中，復制起點上可以連續開場新的 DNA復制。原核生物染色體的復制與細胞分裂同步， 可以屢次復制； 真核生物染色體的復制發生在 S 期，是細胞分類的特定時期，而且僅此一次。四、 DNA的修復DNA修復系統功能錯配修復恢復錯配專業資料整理WORD格式堿基切除修復切除突變的堿基核甘酸切除修復修復被破壞的 DNADNA直接修復SOS系統 修復嘧啶二體或甲基化DNADNA的修復，導致變異1、錯配修復mismatch repairDam甲基化酶使母鏈

16、位于 5GATC序列中腺甘酸甲基化甲基化緊隨在 DNA復制之后進展幾秒種后至幾分鐘內根據復制叉上 DNA甲基化程度，切除尚未甲基化的子鏈上的錯配堿基2、堿基切除修復 excision repair所有細胞中都帶有不同類型、 能識別受損核苷酸位點的糖苷水解酶， 它能特意切除受損核苷酸上的 N- - 糖苷鍵，在 DNA鏈上形成去嘌呤或去嘧啶位點，統稱為AP位點。一些堿基在自發或誘變下會發生脫酰胺，然后改變配對性質，造成氨基轉換突變腺嘌呤變為次黃嘌呤與胞嘧啶配對鳥嘌呤變為黃嘌呤與胞嘧啶配對胞嘧啶變為尿嘧啶與腺嘌呤配對3、核苷酸切除修復1通過特異的核酸內切酶識別損傷部位2由酶的復合物在損傷的兩邊切除幾

17、個核苷酸3 DNA 聚合酶以母鏈為模板復制合成新子鏈4DNA連接酶將切口補平4 、DNA的直接修復在 DNA光解酶的作用下將環丁烷胸腺嘧啶二體和 6-4 光化物復原成為單體甲基轉移酶使 O6-甲基鳥嘌呤脫甲基生成鳥嘌呤，防止 G-T 配對SOS反響 (SOS response) ：是細胞 DNA受到損傷或復制系統受到抑制的緊急情況下，細胞為求生存而產生的一種應急措施。包括誘導 DNA損傷修復、誘變效應、細胞分裂的抑制以及溶原性細菌釋放噬菌體等。細胞癌變也與 SOS反響有關。兩個作用 1 DNA的修復； 2產生變異五、 DNA的轉座DNA的轉座或叫移位 transposition) ：由可移位因

18、子 (transposable element) 介導的遺傳物質重排現象。轉座子 transposon Tn：存在于染色體 DNA上可自主復制和位移的根本單位。已經發現“轉座這一命名并不十分準確， 因為在轉座過程中， 可移位因子的一個拷貝常常留在原來位置上， 在新位點上出現的僅僅是它的拷貝。 因此，轉座有別于同源重組，它依賴于 DNA復制。專業資料整理WORD格式原核生物轉座子的類型：1、插入序列 (IS)IS 是最簡單的轉座子，不含有任何宿主基因，它們是細菌染色體或質粒DNA的專業資料整理WORD格式正常組成局部。2、復合轉座子(composite transposon)專業資料整理WORD

19、格式復合轉座子是一類帶有某些抗藥性基因或其他宿主基因 的轉座子，其兩翼往專業資料整理WORD格式往是兩個一樣或高度同源的IS 序列 3 、TnA家族TnA家族沒有 IS 序列、體積龐大 (5000bp 以上 ) 、帶有 3 個基因，其中一個編碼 - 內酰胺酶 (AmpR)，另兩個那么是轉座作用所必須的。 ( 三轉座作用的機制轉座時發生的插入作用的普遍特征，是受體分子中有一段很短的 (3 l2bp) 、被稱為靶序列的 DNA會被復制，使插入的轉座子位于兩個重復的靶序列之間。對于一個特定的轉座子來說， 它所復制的靶序列長度是一樣的， 如 IS1 兩翼總有 9 個堿基對的靶序列，而 Tn3 兩端總有

20、 5bp 的靶序列。靶序列的復制可能起源于特定內切酶所造成的黏性DNA末端。三轉座作用的遺傳學效應p63（ 1轉座引起插入突變 2轉座產生新的基因 3轉座產生的染色體畸變 4轉座引起的 生物進化反轉錄轉座子 retrotransposon ：指通過 RNA為中介，反轉錄成 DNA后進展轉座的可動元件。第三章 生物信息的傳遞上從 DNA到 RNA轉錄 (transcription) ：生物體以 DNA為模板合成 RNA的過程。參與轉錄的物質原料 : NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板 :DNA酶 : RNA 聚合酶其他蛋白質因子RNA合成方向： 5' 到 3'

21、轉錄的不對稱性：在 RNA的合成中， DNA的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉錄的模板，稱為轉錄的不對稱性。與 mRNA序列一樣的那條 DNA鏈稱為編碼鏈；將另一條根據堿基互補原那么指導mRNA合成的 DNA鏈稱為模板鏈。DNA分子上轉錄出 RNA的區段，稱為構造基因。轉錄單元 transcription unit一段從啟動子開場至終止子完畢的DNA序列。二、參與轉錄起始的關鍵酶與元件一 RNA聚合酶原核生物 RNA聚合酶大腸桿菌為例 - 全酶 =核心酶因子亞基 基因 相對分子量 亞基數 組分 功能 rpoA 36500 2 核心酶 核心酶組裝，啟動子識別 rpoB 151000 1核心酶 和 &#

22、39; 共同形成RNA合成的活性中心 ' rpoC 155000 1核心酶？ 11000 需查 1核心酶 ？ rpoD 70000 1 因子 存在多種因子，用于識別不同的啟動子真核細胞的三種 RNA聚合酶特征比較酶 位置 轉錄產物 相對活性 對- 鵝膏蕈堿的敏感性RNA聚合酶 核仁 rRNA 50-70% 不敏感專業資料整理WORD格式RNA聚合酶核質 hnRNA 20-40% 敏感RNA聚合酶核質 tRNA 約 10% 存在物種特異性RNA聚合酶與 DNA聚合酶的區別RNA聚合酶 DNA聚合酶大小 (M) 大， 4.8 ×105dol 小， 1.09 ×105do

23、l引物無有產物 較短，游離較長，與模板以氫鍵相連作用方式一條鏈的某一段兩條鏈同時進展外切酶活性無 5 3 ，3 5 校對合成能力無 有修復能力無 有二啟動子 (promoter)啟動子定義：指能被 RNA聚合酶識別、結合并啟動基因轉錄的一段 DNA序列。TATA區：酶的嚴密結合位點富含 AT堿基，利于雙鏈翻開TTGACA區：提供了 RNA聚合酶全酶識別的信號轉錄起點 - 與新生 RNA鏈第一個核甘酸相對應DNA鏈上的堿基。真核生物啟動子的構造核心啟動子 core promoter定義：指保證 RNA聚合酶轉錄正常起始所必需的、 最少的 DNA序列，包括轉錄起始位點及轉錄起始位點上游 TATA區

24、作用：選擇正確的轉錄起始位點，保證準確起始2、上游啟動子元件包括 CAAT盒 CCAAT和 GC盒 GGGCGG等作用：控制轉錄起始頻率。三 轉錄起始復合物 - 二元閉合復合物、二元開鏈復合物、 三元復合物。原核三、轉錄的根本過程1、起始位點的識別： RNA聚合酶與啟動子 DNA雙鏈相互作用并與之相結合的過程。RNA聚合酶全酶 (2) 與模板結合2、轉錄起始RNA聚合酶全酶 (2) 與模板結合DNA雙鏈解開在 RNA聚合酶作用下發生第一次聚合反響，形成轉錄起始復合物5-pppG -OH NTP 5-pppGpN - OH 3 ppi轉錄起始復合物 : RNApol (2) - DNA - pp

25、pGpN- OH 3 3、RNA鏈的延伸亞基脫落， RNApol 聚合酶核心酶變構，與模板結合松弛，沿著DNA模板前移；在核心酶作用下， NTP不斷聚合， RNA鏈不斷延長。注意： 9 個核苷酸以前還在啟動子區，容易脫落，一旦形成9 個以上的核苷酸并離開啟動子區，轉錄正式進入眼神階段。4、轉錄終止終止子terminator：位于基因的末端， 在轉錄終止點之前有一段回文序列反專業資料整理WORD格式向重復序列約 6-20bp 。真核生物終止 : 由一段特定序列 5 AATAAA3和回文序列反向重復序列組成。分為兩類：強終止子內部終止子：不依賴Rho ( ) 因子的終止。弱終止子需要 因子rho

26、factor，又稱為 依賴性終止子 Rho-dependent terminator不依賴因子的終止當 RNA鏈延伸到轉錄終止位點時， RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯鍵， RNA-DNA 雜合物別離，轉錄泡瓦解， DNA恢復成雙鏈狀態，而 RNA聚合酶和 RNA鏈都被從模板上釋放出來，這就是轉錄的終止。終止位點上游一般存在一個富含 GC堿基的二重對稱區， RNA形成發夾構造；在終止位點前面有一段由 4-8 個 A 組成的序列， RNA的 3端為寡聚 U發夾式構造和寡聚 U 的共同作用使 RNA從三元復合物中解離出來。依賴因子的終止因子：六聚體蛋白、水解各種核甘三磷酸促使新生 RNA鏈從三元轉

27、錄復合物中解離出來，從而終止轉錄。二、真核生物的轉錄過程1.轉錄起始真核生物的轉錄起始上游區段比原核生物多樣化，轉錄起始時，RNA-pol 不直接結合模板，其起始過程比原核生物復雜。 1 .轉錄起始前的上游區段順式作用元件 (cis-actingelement) ：影響自身基因表達活性的非編碼DNA序列。例：啟動子、增強子、弱化子等增強子：在啟動區存在的能增強或促進轉錄的起始的 DNA序列。但不是啟動子的一局部。特點： 1. 遠距離效應； 2. 無方向性； 3. 順式調節； 4. 無物種和基因的特異性；5. 具有組織特異性； 6. 有相位性；7. 有的增強子可以對外部信號產生反響。 2 . 轉

28、錄因子：能直接、間接識別和結合轉錄上游區段 DNA的蛋白質，現已發現數百種，統稱為反式作用因子 (trans-acting factors) 。反式作用因子中，直接或間接結合 RNA聚合酶的，那么稱為轉錄因子(transcriptional factors, TF)。參與 RNA-pol 轉錄的 TF - TFD、 TFA、TFB、TFF、TFE、TFH（ 3轉錄起始前復合物 (pre-initiation complex, PIC)真核生物 RNA-pol 不與 DNA分子直接結合，而需依靠眾多的轉錄因子。（ 4模板理論 (piecing theory)一個真核生物基因的轉錄需要 3 至 5

29、 個轉錄因子。轉錄因子之間互相結合， 生成有活性、有專一性的復合物， 再與 RNA聚合酶搭配而有針對性地結合、 轉錄相應的基因。2. 轉錄延伸真核生物轉錄延長過程與原核生物大致相似， 但因有核膜相隔， 沒有轉錄與翻譯同步的現象。RNA-pol 前移處處都遇上核小體。轉錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現象。3. 轉錄終止 和轉錄后修飾密切相關。四、轉錄后加工專業資料整理WORD格式5端加帽、 3端加尾、 RNA的剪接、 RNA的編輯1、在 5端加帽5端的一個核苷酸總是7- 甲基鳥核苷三磷酸 m7Gppp。 mRNA5端的這種結構稱為帽子 cap。帽子構造功能：能被核糖體小亞基識別，促使mR

30、NA和核糖體的結合；m7Gppp構造能有效地封閉 mRNA5末端，以保護 mRNA免受 5核酸外切酶的降解，增強 mRNA的穩定。2、3端加尾 - 多聚腺苷酸尾巴 -AAUAAA：準確切割。加poly A多聚腺苷酸尾巴功能：提高了 mRNA在細胞質中的穩定性。3、RNA的剪接生物體內內含子的主要類型：U-AG、AU-AC、類內含子、類內含子類內含子參與 RNA剪接的物質： snRNA核內小分子 RNA、 snRNP與 snRNA結合的核蛋白 、核內 RNAU1、U2、 U4、U5、 U64、RNA的編輯編輯 editing 是指轉錄后的 RNA在編碼區發生堿基的突變、參加或喪失等現象。五、原核

31、生物與真核生物mRNA的特征比較1、原核生物 mRNA的特征 半衰期短 多以多順反子的形式存在單順反子 mRNA：只編碼一個蛋白質的mRNA。多順反子 mRNA：編碼多個蛋白質的mRNA。Z：- 半乳糖苷酶 Y： 透過酶 A：乙酰基轉移酶ZYA為構造基因 5 端無“帽子構造， 3端沒有或只有較短的 poly A 構造。 SD序列：原核生物起始密碼子 AUG上游 7-12 個核苷酸處有一被稱為 SD序列的保守區。 mRNA中用于結合原核生物核糖體的序列。 P852、真核生物 mRNA的特征“基因的分子生物學定義：產生一條多肽鏈或功能 RNA所必需的全部核甘酸序列。 5 端存在“帽子構造多數 mR

32、NA 3 端具有 poly A 尾巴組蛋白除外以單順反子的形式存在六、 RNA合成與 DNA合成異同點一樣點：1、都以 DNA鏈作為模板2、合成的方向均為5 33、聚合反響均是通過核苷酸之間形成的3,5 - 磷酸二酯鍵，使核苷酸鏈延長。不同點：復制 轉錄專業資料整理WORD格式模板 兩條鏈均復制模板鏈轉錄不對稱轉錄原料 dNTP NTP酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶產物 子代雙鏈 DNA半保存復制 mRNA， tRNA， rRNA 配對 A-T ；G-C A-U； T-A；G-C引物 RNA引物 無第四章生物信息的傳遞下從 mRNA到蛋白質翻譯：指將 mRNA鏈上的核甘酸從一個特定的起始位點開

33、場，按每三個核甘酸代表一個氨基酸的原那么，依次合成一條多肽鏈的過程。蛋白質合成的場所是核糖體。蛋白質合成的模板是mRNA模板與氨基酸之間的接合體是tRNA蛋白質合成的原料是20 種氨基酸一、遺傳密碼 "a"a 三聯子一三聯子密碼： mRNA鏈上每三個核甘酸翻譯成蛋白質多肽鏈上的一個氨基酸，這三個核甘酸就稱為密碼子或三聯子密碼(triplet coden)。至 1966 年， 20 種氨基酸對應的61 個密碼子和三個終止密碼子全部被查清。三遺傳密碼的性質1、 連續性編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯體密碼連續閱讀，密碼間既無連續也無穿插。基因損傷引起 mRNA閱讀框架內的堿基發生

34、插入或缺失，可能導致框移突變(frameshift mutation)。從 mRNA 5端起始密碼子 AUG到 3 端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯體密碼連續排列編碼一個蛋白質多肽鏈，稱為開放閱讀框架 (open reading frame, ORF)。2、簡并性由一種以上密碼子編碼同一個氨基酸的現象稱為簡并 degeneracy ，對應于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子 synonymous codon。3、通用性與特殊性蛋白質生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。已發現少數例外，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。4、擺動性轉運氨基酸的 tRNA上的反密碼子需要通過堿基互補與

35、 mRNA上的遺傳密碼子反向配對結合，在密碼子與反密碼子的配對中， 前兩對嚴格遵守堿基配對原那么， 第三對堿基有一定的自由度，可以“擺動，這種現象稱為密碼子的擺動性。二、 tRNA的構造、功能與種類一 tRNA 的構造1、二級構造：三葉草形2、三級構造：“L形二 tRNA 的功能1、解讀 mRNA的遺傳信息2、運輸的工具，運載氨基酸專業資料整理WORD格式tRNA有兩個關鍵部位： 3 端 CCA：承受氨基酸，形成氨酰 -tRNA。與 mRNA結合部位反密碼子部位tRNA憑借自身的反密碼子與 mRNA鏈上的密碼子相識別， 把所帶氨基酸放到肽鏈的一定位置。1、起始 tRNA和延伸 tRNA能特異地

36、識別 mRNA模板上起始密碼子的 tRNA稱起始 tRNA，其他 tRNA統稱為延伸 tRNA。真核生物：起始密碼子 AUG所編碼的氨基酸是 Met，起始 AA-tRNA為Met-tRNAMet。原核生物：起始密碼子 AUG所編碼的氨基酸并不是 甲硫氨酸本身 , 而是甲酰甲硫氨酸，起始 AA-tRNA為 fMet-tRNAfMet2、同工 tRNA代表同一種氨基酸的tRNA稱為同工 tRNA。同工 tRNA既要有不同的反密碼子以識別該氨基酸的各種同義密碼，又要有某種構造上的共同性，能被一樣的氨基酰 -tRNA 合成酶識別 P119。3、校正 tRNA無義突變校正 tRNA：可以通過改變反密碼子

37、區校正無義突變錯義突變校正 tRNA：通過反密碼子區的改變把正確的氨基酸加到肽鏈上，合成正常的蛋白質。無義突變：在蛋白質的構造基因中， 一個核苷酸的改變可能使代表某個氨基酸的密碼子變成終止密碼子 UAG、UGA、UAA，使蛋白質合成提前終止，合成無功能的或無意義的多肽，這種突變就稱為無義突變。錯義突變：由于構造基因中某個核甘酸的變化使一種氨基酸的密碼子變為另一種氨基酸的密碼子，這種基因突變叫錯義突變。GGA甘氨酸 AGA精氨酸四、氨酰 -tRNA 合成酶AA- tRNA 合成酶是一類催化氨基酸與 tRNA結合的特異性酶，它既能識別 tRNA，又能識別氨基酸，對兩者都具有高度的專一性。三、核糖體

38、的構造與功能核糖體是由 rRNAribosomal ribonucleic acid 和多種蛋白質結合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，蛋白質肽鍵的合成就是在這種核糖體上進展的。細菌是 70s50s30s 哺乳動物是 80s60s40s二核糖體的功能：合成蛋白質在單個核糖體上， 可化分多個功能活性中心， 在蛋白質合成過程中各有專一的識別作用和功能。mRNA結合部位小亞基結合或承受 AA-tRNA部位 A 位大亞基結合或承受肽基tRNA的部位大亞基肽基轉移部位 P 位大亞基形成肽鍵的部位轉肽酶中心大亞基專業資料整理WORD格式四、蛋白質合成的過程 ( 生物學機制氨基酸的活化翻譯的起始肽鏈的延伸肽鏈的

39、終止蛋白質前體的加工( 一) 氨基酸的活化原核生物中，起始氨基酸是：甲酰甲硫氨酸起始 AA-tRNA是： fMet-tRNAfMet真核生物中，起始氨基酸是：甲硫氨酸起始 AA-tRNA是： Met-tRNAMet( 二) 翻譯的起始原核生物細菌為例：所需成分： 30S小亞基、 50S 大亞基、模板 mRNA、 fMet-tRNAfMet 、GTP、Mg2翻譯起始因子： IF-1 、IF-2 、IF-3 、翻譯起始 ( 翻譯起始復合物形成 ) 又可被分成 3 步： P1291. 核蛋白體大小亞基別離2、30S 小亞基通過 SD序列與 mRNA模板相結合。3. 在 IF-2 和 GTP的幫助下，

40、 fMet-tRNAfMet 進入小亞基的 P 位，tRNA上的反密碼子與 mRNA上的起始密碼子配對。4、帶有 tRNA、mRNA和 3 個翻譯起始因子的小亞基復合物與 50S 大亞基結合， GTP 水解，釋放翻譯起始因子。真核生物翻譯起始的特點核糖體較大 , 為 80；起始因子比較多； mRNA 5端具有 m7Gppp帽子構造 Met -tRNAMet mRNA的 5端帽子構造和 3端 polyA 都參與形成翻譯起始復合物；真核生物翻譯起始復合物形成 ( 區別原核生物 )原核生物中 30S 小亞基首先與 mRNA模板相結合，再與 fMet-tRNAfMet 結合，最后與 50S 大亞基結合

41、。而在真核生物中， 40S 小亞基首先與 Met-tRNAMet 相結合，再與模板 mRNA結合，最后與 60S 大亞基結合生成 80S·mRNA·Met-tRNAMet 起始復合物 P131。( 三) 肽鏈的延伸肽鏈延伸由許多循環組成，每加一個氨基酸就是一個循環，每個循環包括：AA-tRNA與核糖體結合、肽鍵的生成和移位。延伸因子 (elongation factor, EF)：原核生物： EF-T (EF-Tu, EF-Ts)、 EF-G真核生物： EF-1 、EF-21、AA-tRNA與核糖體 A 位點的結合需要消耗GTP，并需 EF-Tu、EF-Ts 兩種專業資料整

42、理WORD格式延伸因子2、肽鍵形成：是由轉肽酶/ 肽基轉移酶催化專業資料整理WORD格式3、移位：核糖體向mRNA3端方向移動一個密碼子。需要消耗 GTP，并需 EF-G延伸因子專業資料整理WORD格式A 位點是新到來的氨酰 -tRNA 的結合位點。P 位點是肽酰 - tRNA 的結合位點。E 位點是延伸過程中釋放 tRNA的位點，即，去氨酰 -tRNA 通過 E 位點脫出，釋放到核糖體外的胞質中。四肽鏈的終止RF1：識別終止密碼子UAA和 UAG終止因子 RF2：識別終止密碼子UAA和 UGARF3：具 GTP酶活性，刺激 RF1和 RF2活性，協助肽鏈的釋放真核生物只有一個終止因子 eRF

43、( 五) 蛋白質前體的加工1、N端 fMet 或 Met 的切除2、二硫鍵的形成3、特定氨基酸的修飾磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羥基化和羧基化4、切除新生肽鏈中非功能片段六蛋白質折疊由核糖體合成的所有新生肽鏈必須通過正確的折疊才能形成動力學和熱力學穩定的三位構象，從而表現出生物學活性或功能。新生多肽一級構造二級構造三級構造已經具有活性 對于寡聚蛋白需要組裝稱為四級構造才有活性。( 七) 蛋白質合成抑制劑青霉素、四環素和紅霉素只與原核細胞核糖體發生作用， 從而阻遏原核生物蛋白質的合成，抑制細菌生長。被廣泛用于人類醫學。氯霉素和嘌呤霉素既能與原核細胞核糖體結合，又能與真核生物核糖體結合，阻礙細

44、胞內蛋白質合成，影響細胞生長。氯霉素有時也用于治病，但劑量和周期受到較嚴控制。五、蛋白質的運轉機制1、翻譯 - 運轉同步機制2、翻譯后運轉機制(1) 線粒體蛋白質跨膜運轉(2) 葉綠體蛋白質的跨膜運轉3、核定位蛋白的運轉機制4、蛋白質的降解"* 蛋白質的合成位點與功能位點常常被細胞內的膜所隔開，蛋白質需要運轉。"* 核糖體是真核生物細胞內合成蛋白質的場所， 任何時候都有許多蛋白質被輸送到細胞質、細胞核、線粒體和內質網等各個局部，補充和更新細胞功能。"* 細胞各局部都有特定的蛋白質組分， 蛋白質必須準確無誤地定向運送才能保證生命活動的正常進展。"* 細胞中

45、蛋白質的合成： 絕大多數在細胞質中合成； 一小局部在細胞器 葉綠體和線粒體中合成。"* 定位于細胞器內的大局部蛋白質在細胞質中合成， 細胞器內合成的留在細胞器內。"* 蛋白質插入或穿過生物膜的過程稱為蛋白質運轉proteintranslocation。專業資料整理WORD格式蛋白質運轉的兩種方式翻譯 - 運轉同步 co-translational translocation 是即將進入內質網的蛋白質的易位方式；蛋白質正合成的時候就可與運轉裝置結合；蛋白質合成時，核糖體定位于內質網外表，稱膜結合核糖體(membrane-boundribosome 。分泌蛋白質大多是以同步機制

46、運輸的翻譯后運轉 post-translational translocation 蛋白質翻譯完成后從核糖體上釋放，然合擴散至適宜的靶膜并與運轉裝置結合。蛋白質合成時，其核糖體不與任何細胞器相連， 稱游離核糖體 (free ribosome) 在細胞器發育過程中， 由細胞質進入細胞器的蛋白質大多是以翻譯后運轉機制運輸的。參與生物膜形成的蛋白質，依賴于上述兩種不同的運轉機制鑲入膜內。蛋白性質運轉機制主要類型分泌 蛋白質在結合核糖體上合成，并以翻譯 - 運轉同步機制運輸 免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等細胞器發育 蛋白質在游離核糖體上合成，以翻譯后運轉機制運輸 核、葉綠體、線粒體、乙醛酸循環體、

47、過氧化物酶體等細胞器中的蛋白質膜的形成兩種機制兼有質膜、內質網、類囊體中的蛋白質1、翻譯 - 運轉同步機制信號肽假說信號肽：能啟動蛋白質運轉的任何一段多肽。 常指新合成多肽鏈中用于指導蛋白質跨膜轉移的 N-末端氨基酸序列有時不一定在 N端。絕大局部被運入內質網內腔的蛋白質都帶有一個信號肽。信號序列特點：（ 1一般帶有 10-15 個疏水氨基酸；（ 2在靠近該序列 N-端常常有 1 個或數個帶正電荷的氨基酸；（ 3在其 C-末端靠近蛋白酶切割位點處常常帶有數個極性氨基酸，離切割位點最近的那個氨基酸往往帶有很短的側鏈丙氨酸或甘氨酸。信號肽假說內容：（ 1蛋白質合成起始首先合成信號肽（ 2 SRP信

48、號識別蛋白與信號肽結合，翻譯暫停（ 3 SRP與 SRP受體結合，核糖體與膜結合，翻譯重新開場（ 4信號肽進入膜構造（ 5蛋白質過膜，信號肽被切除，翻譯繼續進展（ 6蛋白質完全過膜，核糖體解離信號肽與蛋白質轉運的關系 P144專業資料整理WORD格式（ 1完整信號肽是保證蛋白質轉運的必要條件；（ 2僅有信號肽缺乏以保證蛋白質轉運發生；（ 3信號序列切除并不是轉運所必需；（ 4并非所有運轉蛋白質都有可降解的信號肽。蛋白質翻譯運轉同步運輸的根本過程可分兩個階段：首先：帶有新生肽鏈的核糖體與膜結合；然后：新生肽鏈進入膜通道并易位。專業資料整理WORD格式核糖體與膜結合需要信號識別顆粒signal r

49、ecognition particle, SRPSRP有兩種能力：。專業資料整理WORD格式結合新合成的分泌型蛋白的信號序列；結合位于膜上的SRP 受體。2、翻譯后運轉機制前導肽及其特性: " 翻譯后跨膜易位的蛋白質， 前體一般含前導肽 (leader peptide)，前導肽在跨膜運轉中起重要作用。"過膜后，前導肽水專業資料整理WORD格式解，蛋白質變為有功能的蛋白質。前導肽的一般特性：（ 1帶正電荷堿性氨基酸 Arg較豐富， 分散于不帶電荷的氨基酸序列之間；（ 2缺少帶負電荷的酸性氨基酸；（ 3羥基氨基酸 Ser含量較高；（ 4有形成兩親親水和疏水 - 螺旋能力。線粒體

50、蛋白質跨膜運轉Hsp70為分子伴侶分子伴侶：結合在一些不完全裝配或不恰當折疊蛋白上， 幫助它們折疊或防止它們聚集的蛋白質。分子伴侶的生物學功能(1)幫助新生蛋白質正確折疊(2)糾正錯誤折疊或介導其降解泛素活化酶 (ubiquitin - activating enzyme， E1)泛素結合酶 ubiquitin - conjugating enzyme，E2)泛素蛋白連接酶 (ubiquitin -proteinligating enzyme, E3)E1,E2,E3 的作用：E1 激活泛素分子，E2 就負責把泛素分子綁在被降解蛋白質上。E3 能識別被降解的蛋白質。第五章分子生物學研究法重組 DNA技術 - 基因工程分子雜交及相關技術聚合酶鏈式反響的原理和應用 DNA多態性及其檢測基因操作：主要包括 DNA分子的切割與連接、核酸分子雜交、凝膠電泳、細胞轉化、核酸序列分析以及基因的人工合成、定點突變和 PCR擴增等。基因工程：指在體外將核酸分子插入病毒、質粒或其他載體分子， 構成遺傳物質專業資料整理WORD格式的