1、精選優質文檔-傾情為你奉上1 緒論1.1 分子生物學的基本概念分子生物學-廣義：在分子水平上研究生命現象，或用分子的術語描述生物現象的學科。 狹義：核酸與蛋白質水平上研究基因的復制，基因的表達（包括RNA轉錄、蛋白質翻譯），基因表達的調控以及基因的突變與交換的分子機制。序列假說：核酸片段的特異性，完全由其堿基序列決定，而且這種序列是一種蛋白質氨基酸的密碼中心法則：DNA的遺傳信息經RNA一旦進入蛋白質，也就不可能再行輸出。三大原則：、構成生物大分子的單體是相同的； 、生物大分子單體的排列決定了不同生物性狀的差異和個體特征； 、所有生物遺傳信息表達的中心法則是相同的分子生物學是研究細胞內大分子的

2、結構、功能和相互作用特點和規律，并通過這些規律認識生命現象的一門科學。1.2 分子生物學的發展簡史細胞學說：（1）以下3點是必修一上的內容：a細胞是一個有機體，一切動植物都由細胞發育而來，并由細胞和細胞產物所組成。b細胞是一個相對獨立的單位，既有它自己的生命，又對與其他細胞共同組成的整體的生命起作用。c新細胞可以從老細胞中產生。（2）以下7點是百度到的內容：a.細胞是有機體，一切動植物都是由單細胞發育而來，并由細胞和細胞產物所構成；b.所有細胞在結構和組成上基本相似；c.新細胞是由已存在的細胞分裂而來；d. 生物的疾病是因為其細胞機能失常；e. 細胞是生物體結構和功能的基本單位；f 生物體是通

3、過細胞的活動來反映其功能的；g. 細胞是一個相對獨立的單位，既有他自己的生命，又對于其他細胞共同組成的整體的生命起作用。正向遺傳學：在不知道基因化學本質的前提下，僅依靠表型突變體在世代間的傳遞規律來研究基因的特征和染色體上的位置，描述基因突變和染色體的改變，分析它們對生物形態和生理特征所產生的效應。反向遺傳學：通過轉基因辦法來確定某一基因的功能。George Beadle和Edward Tatum提出“一個基因一個酶”假說Avery圍繞肺炎鏈球菌的成就第一個動搖了“基因是蛋白質”的理念，為“DNA是遺傳物質”的理論建立奠定了基礎Chargaff 法則：A+C=T+GNirenberg在一周內破

4、解了第一個遺傳密碼：UUU苯丙氨酸Jacob和Monod發現乳糖操縱子模型Pardee，Jacob，Monod命名的“Pa-Ja-Mo”實驗結果證明：基因通過一種RNA嚴格地控制著蛋白質的合成。這種RNA被命名為“信使RNA”操縱子模型：幾個結構基因可以同時被一個調節基因控制，并組合在一起形成“操縱子”的結構，它們從“啟動子”的序列開始轉錄成一條單一的mRNA分子。操縱子模型將基因劃分為調控基因和結構基因利用限制性內切酶EcoR1和連接酶獲得了一個既含SV40的原癌基因，又含有噬菌體DNA片段的人工重組DNA分子。科學史將這一工作標志為“遺傳工程”的開始。Mullis多聚酶鏈反應（PCR）技術

5、。定義PCR是一項“晚熟”的技術，定義PCR是一項“簡單”的技術。從嗜熱水生菌（Taq）中成功提取的耐熱性的DNA聚合酶。1.3 現代分子生物學的發展將具有內含子與外顯子相間閣排列的基因定義為“間隔基因”和“斷裂基因”。“斷裂基因”被譽為一次“小革命”。1997-朊蛋白的發現與遺傳機制；2001-細胞周期的調控；2002-細胞程序性死亡的機制的揭示；2005人類幽門螺旋桿菌的發現與功能證實；2006-細胞內RNA干涉現象的發現與應用。分子細胞生物學、分子遺傳學、分子病理學、分子免疫學、分子神經生物學等“分子化”的生物學學科形成。2 基因概念的演變與發展2.1早期的“基因”概念1融合遺傳理論：這

6、一理論認為，父本精液與母本胚胎中的體液融合后，傳遞給后代并控制子代個體的性狀表現。21809年jean-baptiste de lamaarck 提出“獲得性遺傳理論”31866年 chaeles robert darwin 提出“泛生論”4weismann.是第一個通過切除尾巴實驗的證據否定了“泛生論”假說的科學家。并于1885年提出了著名的遺傳物質的“種質論”。 Weismann認為多細胞生物可分為“體質”和“種質”。2.2經典的基因概念1孟德爾提出了遺傳因子，1909年丹麥遺傳學家johannsen創造了基因“gene”單詞來表達孟德爾的“遺傳因子”2經典的基因概念：即基因是孤立的排列在

7、染色體上的實體（不再是代表某種性狀的抽象符號A a B b.）是具有特定功能。能獨立發生突變和遺傳交換的“三位一體”的、最小的遺傳單位。3基因具有劑量效應，位置效應。4基因（也即順反子）是染色體上的一個片段，在一個順反子內有若干個交換單位，最小的交換單位被稱為交換子。最小的突變單位被稱為突變子，5在同一基因座位中，同一突變位點向不同方向發生突變所形成的等位基因稱為全同等位基因，在同一基因座位中，不同突變位點發生突變所形成的等位基因稱為非全同等位基因，6人類kuru病和牛海綿狀腦炎（瘋牛病）的傳染性病原蛋白顆粒。阮病毒的繁殖是將自身PrPcs蛋白（Mr2700030000）結構信息通過與正常膜蛋

8、白PrPc（Mr3300035000）結合，在分子伴侶的輔助下，傳遞給PrPc并將其轉化為PrPcs的過程。Piusiner不僅因此獲得了1997年的諾貝爾獎，而且也結束了蛋白質是否是遺傳物質的爭論。2.3基因的分子結構1、RNA與DNA在結構上的差異主要表現在：（1）核苷中德核糖為2位非脫氧OH基。（2）堿基中沒有胸腺嘧啶T只有尿嘧啶U（3）RNA分子多為單鏈分子（4）RNA分子化學穩定性較差，易發生降解（5）在以DNA分子為主要遺傳物質的生物中，DNA分子鏈長，數目少，RNA分子鏈短，數目多，2、DNA雙螺旋結構的模型，揭示了DNA分子是由兩條反向平行的多多聚核苷酸鏈組成，磷酸骨架主鏈位于

9、螺旋的外緣，A/T,G/C以氫鍵方式連接形成的堿基對堆積在螺旋內部，向右盤旋的B-雙螺旋棒狀實體。其主要結構特征如下： 1脫氧核苷酸之間是通過3，5-膦酸二酯鍵將脫氧核糖5位和3位連接，形成螺旋體的磷酸骨架。 2多聚核苷酸鏈間形成氫鍵的前提是具有為共價鍵束縛的氫原子和受體原子，并能滿足堿基之間按氫鍵互補配對的方式，形成直徑2.0nm的螺旋體。 3.雙螺旋中任一條核苷酸鏈繞縱軸旋轉360°所升降的螺距為3.4nm。其中包含有10個堿基對，每對堿基對之間相距0.34nm,相對于螺旋縱軸上升或下降了36°。 4.由于從螺旋軸心到兩條磷酸骨架主鏈所劃分的兩個扇形不等，一個大于180

10、°，一個小于180°，形成大溝，小溝。大溝往往是基因表達調控的重要位點。3、影響雙螺旋結構穩定的因素 （1）氫鍵；（2）磷酸酯鍵；（3）電荷；（4）堿基堆積力（5）堿基對之間的擠壓、抵御可以使DNA分子的內能增加，破壞穩定。4、DNA分子的兩條核苷酸鏈是由堿基對之間氫鍵連接的，當天然DNA的溶液被加熱或受到極端pH溶劑、尿素、酰胺等某些有機試劑的處理后，堿基對之間的氫鍵會發生斷裂，或氫鍵的形成關系發生改變，或堿基間的堆積力受到破壞，兩條核苷酸鏈便逐漸彼此分離，形成無規則的線團，這一過程成為變性5、已發生變性的DNA溶液在逐漸降溫的條件下，兩條核苷酸鏈的配對堿基間又重新形成氫

11、鍵，恢復到天然DNA的雙螺旋結構，這一過程稱為復性6、堿基中的嘌呤環和嘧啶環對260nm的紫外線具有強烈的吸收特征值。7、當在進行DNA熱變性研究時，這種隨溫度升高單鏈狀態的DNA分子不斷增加而表現出A260值遞增的效應被定義為堿基的增色效應或DNA的減色效應。8、.Tm值：通過對不同DNA分子變性S曲線的分析，將增色效應達到最大值一半的溫度定義為該DNA分子的變性溫度或Tm值9、影響DNA分子熱變性Tm值的主要因素 （1）DNA分子的堿基組成：G+C含量越高的DNA分子，Tm值也越大；（2）DNA分子的堿基排列；（3）DNA片段的大小；（4）變性劑的影響；（5）鹽濃度：Na+濃度越高，DNA

12、分子的穩定性越高，Tm值越大；（6）pH。10、影響DNA分子復性的因素 （1）Na+濃度；（2） 溫度；（3）長度；（4）濃度；（5）核苷酸的排列或核苷酸序列的復雜性2.4核酸分子的空間結構1、DNA分子二級結構的形態：線型（L型），環型（C型），分支型（B型），叉型（Y型），置換型（D型），發夾型（H型），紐結型（K型），環突型（R型）。2、三股螺旋DNA分子的種類：（1）分子內的三股螺旋DNA（2）分子間的三股螺旋DNA（3）平行三股螺旋DNA。3、 三股螺旋DNA分子的結構特點：第三條鏈上的核苷酸與WatsonCrick堿基對之間的連接氫鍵被稱為Hoogsteen氫鍵4、三股螺旋的生物

13、學意義：阻止調節蛋白的結合，從而關閉基因的表達。是基因表達調控的機制之一也是RNA分子參與表觀遺傳調節的機制之一。可以作為分子刀實施DNA的定點切割。5、四股螺旋由4條核苷酸鏈組成。其功能為：起到穩定染色體結構，避免線狀染色體DNA在復制過程中出現的5端短縮的重要生物學意義。6、.轉座子的遺傳效應：（1）誘變效應 （2）切除效應 （3）雙轉座效應 （4）位置效應（5）轉座爆炸7、轉座因子的應用：利用轉座子的插入突變效應，研究基因的結構和功能區；利用轉座子分離克隆基因；利用轉座子進行插入突變位點的擴增，利用Tn進行基因定位；利用IR作為基因轉移載體等。特別是生物學進入后基因組時代，利用轉座子構建

14、大型突變體庫，為反向遺傳學研究，功能基因的克隆與功能研究提供了重要的技術平臺8、假基因：指具有與功能基因相似的序列，但不能翻譯有功能蛋白質的無功能基因。往往存在于真核生物的多基因家族中。9、.假基因的分類：（1）功能基因累積突變型 （2）加工假基因2.4.3 DNA的三級結構1、溴化乙錠：具有扁平分子結構，分子可以插入到DNA中，在紫外線的激發下，可以產生紅光，因此拓撲異構酶成為分子生物學研究中常用的DNA燃料。2、原核生物中的拓撲異構酶主要有兩種，拓撲異構酶是由TopA基因編碼的單聚體蛋白，異構酶是由gyrA，graB兩個基因編碼的，亞基構建的異源四聚體蛋白。拓撲異構酶在原核生物中稱為酶，在

15、真核生物中稱為切縫酶，當拓撲酶對單鏈DNA作用一次，使L增加1，W也增加1，即消除一個DNA負超螺旋。拓撲異構酶在原核生物中稱為螺旋酶或旋轉酶。拓撲酶每作用一次，使雙鏈DNA的L減少2，從而引入兩個負超螺旋。2.5基因概念的多樣性2.5.1生物進化的C值矛盾1、大C值：分子生物學將某生物單倍體基因組DNA的核苷酸數定義為大C值。2、小c值：將受中心法則限定，編碼結構基因DNA的核苷酸數定義為小c值。3、C值矛盾：生物基因組的大小同生物在進化上所處地位的高低沒有絕對的相關性，這種現象稱為C值矛盾。體現為：C值不隨生物的進化程度和復雜性而增加,如肺魚的C值為112.2G，而人的是3.2G，與牛相近

16、。 親緣關系密切的生物C值相差甚大，如豌豆為14，而蠶豆為2。高等真核生物具有比用于表達高得多的C值，如人的染色體組DNA含量在理論上包含300萬個基因，但實際有用途的基因只有4萬左右。2.5.3.3重復序列的種類1、重復序列的DNA可人為的劃分為中度重復序列和高度重復序列。 中度重復序列：將每一重復單位的序列長度為0.1 1kb，每一基因組有1010000拷貝，C0t（1/2）值為0.0010.1的組分劃歸為中度重復序列。真核生物中的rDNA,tDNA及組蛋白基因均屬于中度重復基因。Alu序列家族是靈長類動物特有的一種成員眾多，功能還不十分明了的中度重復序列。 高度重復序列：將每一重復單位的

17、序列長度為2 10bp，每一基因組有105106拷貝，C0t（1/2）值小于0.001的組分劃歸為高度重復序列。2.5.3.4重復序列的形成1、重復序列形成的原因：滾環擴增突變：推測中度重復序列rDNA通過滾環方式不斷形成串聯重復的拷貝，隨后插入到基因組的DNA分子中，并在進化中發生突變，形成重復家族中的相似成員。反轉座插入：類似于Alu家族形成的機制一樣，轉錄的RNA分子經反轉錄形成cDNA，再以轉座子轉座方式插入到基因組內，形成序列的重復。跳躍復制不對稱交換2.5.4.1間隔基因的發現與證實1、hnRNA：間隔基因的轉錄產物mRNA是一條具有外顯子和內涵字的前體mRNA，也稱核內不均一RN

18、A（hnRNA）。2、R環：R環是間隔基因的典型結構特征。即當一條RNA分子與其雙鏈DNA分子中的一條互補鏈配對，同時將另一條DNA鏈排除而形成的環狀結構被稱為R環。2.5.4.2間隔基因存在的普遍性1、斷裂基因的概念：也具有相對性:內含子并非“含而不露”，比如酵母細胞色素b的基因的內含子也編碼一個成熟酶。”外顯子并非“表里如一”，人類尿激酶原基因外顯子不編碼氨基酸序列。并非真核生物所有的結構基因均為斷裂基因，如Histone基因家族、Interfaron基因和酵母中多數基因。2.5.4.4間隔基因在進化中的意義1、間隔基因在進化中的意義？有利于生物遺傳的相對穩定增加變異概率，有利于生物的進化

19、擴大生物體的遺傳信息儲量利用內含子進行代謝調節（P65 274圖）2.5.5跳躍基因或轉座子1、將一個特定遺傳結構的片段從一個位點轉移到另一個位點的過程。所以也將這個能發生轉座的獨立遺傳結構單位稱為“跳躍基因”。2、可以轉座的遺傳單位稱為“可轉座的因子”或“轉座子”。轉座子是基因組上可以移動的一段DNA序列3、一個轉座子從基因組的一個位置轉移到另一個位置的過程稱為轉座。4、原核生物的轉座子有：插入序列（IS）、轉座因子A家族(InA)、復合型轉座子、轉座噬菌體，它們多為復制型轉座子。5、真核生物的轉座子分為剪貼式轉座因子和反轉錄轉座子。3 DNA的復制3.1 DNA復制的基本特征3.1.1 D

20、NA的半保留復制DNA的半保留復制：DNA復制過程中親代DNA的雙鏈分子彼此分離，作為模板，按A T配對，C G配對的原則，合成兩條新生子鏈，這種方式為半保留復制。3.1.2 DNA復制按53延伸方向1、DNA聚合酶I、DNA聚合酶II、DNA聚合酶III的作用DNA聚合酶：有5 3聚合酶活性、有3 5外切核酸酶活性、有5 3外切核酸酶活性、有內切核酸酶活性、有切刻轉移活性，是單鏈多肽，可催化單鏈或雙鏈DNA 的延長。1.能催化單個脫氧核糖核苷酸連接到DNA鏈的3'端.2.能沿5'端到3'端方向外切DNA，切除修復作用(切除引物)3.能沿3'端到5'端方

21、向外切DNA，校對作用(糾錯,或者說DNA損傷的恢復)。DNA聚合酶：有5 3聚合酶活性、有3 5外切核酸酶活性，與低分子鏈的延長有關。1.發揮作用需要鎂離子和銨根離子存在2.同樣能參與DNA聚合酶1參與的反應,但聚合活性低3.能沿3'端到5'端方向外切DNADNA聚合酶：DNA復制的主要聚合酶，有5 3聚合酶活性、有3 5外切核酸酶活性、有5 3外切核酸酶活性，在細胞中存在的數目不多，是促進DNA鏈延長的主要酶。1.主要負責DNA鏈的延伸2.能沿3'端到5'端方向外切DNA2、為什么DNA復制的方向為53？（見作業本）3.1.4 DNA復制的起點、方向oriC

22、區（復制起點區）具有富含AT和回文對稱的序列，這種特殊的結構與復制起點區易于解鏈以發動DNA復制（形成“呼吸現象”）和促進聚合酶與DNA結合的功能是高度統一的。大多數原核生物DNA復制是一個起點，雙方向進行的。真核生物DNA復制也是雙方向進行的，但在一條染色體上有多個復制起點，即表現為多復制子。3.1.5 DNA復制的引物DNA復制的引物：DNA復制的起始必須先期合成一段引物分子，研究表明無論是原核生物還是真核生物，大多數的引物分子是一段長度不等的，一般為10個核苷酸左右的RNA分子。引發酶，引發體：在E.coli中合成岡崎片段引物分子的RNA聚合酶由dnaG基因編碼，這種RNA聚合酶也稱為引

23、發酶。在DNA復制過程中，引發酶往往與其他相關酶類結合在一起形成引發體。引物分子為DNA聚合酶III合成DNA分子提供了啟動聚合的3-OH末端。無論是前導鏈還是后隨鏈的引物均為RNA分子，當DNA復制完成后，必須將RNA引物分子講解。klenow片段：相對分子質量為103×103的DNA聚合酶I經枯草桿菌蛋白酶處理后，C端形成相對分子質量為68×103的大片段，N端形成相對分子質量為35×103的小片段，大片段具有從5向3方向的聚合DNA功能和從3向5的外切校正功能，但效率較低，也稱為klenow片段。小片段具有從5向3方向的外切核酸酶功能。3.1.7 DNA復制

24、的模式3.1.7.1 新起始方式或復制叉式過程：（適用原核與真核生物）DNA復制的新起始方式是環狀和線狀DNA復制的主要方式，其主要特點是：每次復制的起始均從一個固定復制起點開始，轉錄激活作用使雙鏈DNA開鏈，啟動前導鏈的連續復制并在兩個方向形成復制叉，后隨鏈按不連續方式合成岡崎片段。在完成一個周期的復制后，下一輪的復制又會從起始原點開始發動新一輪的復制。環狀DNA半保留復制的方式也稱為型復制。真核生物線狀DNA含有多個復制子（從起點到終點的獨立的復制單位）每一個復制子的每一輪復制也均是從一個起始原點開始，兩個復制叉分別向兩邊展開，所以真核生物的復制也屬這一類型。3.1.7.2 滾環方式或共價

25、延伸方式過程：（病毒、細菌因子）1、滾環復制的起始點是在RF型DNA分子的正鏈（+）上形成一個 切口，當有3末端外露，5末端游離后以另一個單環負鏈（）為模板開始啟動新生正鏈的前導鏈合成，游離的5端按岡崎片段方式啟動后隨鏈的合成。新生正鏈與親本正鏈總是連接在一起。2、隨著模板鏈的滾動，新生正鏈不斷在3末端延伸，因為也稱這種方式為共價延伸方式，當其完全游離出親兵單環負鏈后，它自身又作為模板鏈按不連續方式合成岡崎片段。實際上以親本負鏈為模板滾動復制的新生正鏈在游離出滾環后，會立即作為正鏈模板合成新生負鏈。經過多輪的滾動，合成出的雙鏈DNA分子式多個基因組串聯在一起形成的多聯體，后經切割才形成單體分子

26、。（圖3-20 P105）由于滾環復制的DNA圖形看似“”，所以有時又稱為型復制。3、滾環復制前導鏈的啟動不需要引物，也不需要轉錄激活，直接在3OH端切口上啟動復制。整個復制過程中只有一個復制叉，也稱為單向復制。噬菌體和真核生物的rDNA的擴增也是采用這種滾環復制的方式。3.1.7.3 置換式或D環方式過程：（線粒體和葉綠體DNA的復制方式）共生學說理論認為真核生物線粒體源于原核生物，其DNA也是環形的，但其復制卻采用“置換式”進行。線粒體雙鏈DNA分子中有兩個復制起始原點，分別位于兩條極性單鏈上，而且相距較遠。復制啟動時，在轉錄激活作用下，首先在重鏈（H鏈）的復制原點處形成復制泡，從5向3的

27、方向，單方向啟動并連續地復制前導鏈（新生輕鏈，L鏈），同時將另一條親代輕鏈排除或置換，形成三鏈泡狀的D環結構。當前導鏈復制到達第二個復制原點處時，以親代輕鏈為模板，按相反的方向連續地復制后隨鏈（新生重鏈，H鏈）。最后合成出兩個環狀DNA分子（圖3-21 P106）。3.1.8 DNA復制體的結構與復制的回環模型復制體：DNA的復制是由多種酶類共同參與的一個復雜的酶促反應過程，而且包括DNA聚合酶，DNA聚合酶，引物的引發酶，DNA解旋酶，單鏈結合蛋白，連接酶等在體內的如此眾多的酶分子均集中在復制叉處組成一個復合體協同互作，共同完成DNA分子的復制過程，這種復合體稱為復制體。3.1.9 線形DN

28、A復制避免5端短縮的方式腺病毒-2如何保持末端不短縮？（見作業本）3.2 真核生物DNA復制的特點3.2.3 真核生物避免5短縮的機制3.2.3.1 真核生物染色體末端的特異結構端粒端粒：以線性DNA線性染色體存在的真核基因組DNA末端都有一種特殊的結構叫端粒，它的結構是G4T2，僅存在于真核細胞染色體的末端。端粒酶：一種反轉錄酶，由蛋白質和RNA兩部分組成核糖蛋白復合體，其中RNA是一段模板序列，指導合成端粒DNA的重復序列片段。3.2.3.2 真核生物的端粒酶與避免5端短縮的機制真核生物染色體DNA復制過程避免5端短縮的機制（見作業本）4 RNA的轉錄轉錄：是DNA遺傳信息的表達的第一步，

29、它是在RNA聚合酶的作用下，以雙鏈DNA中的一條單鏈作為轉錄的模版，按A-U和C-G配對原則合成RNA的過程。RNA的轉錄包括起始，延伸，終止3個過程。轉錄單位：從啟動子到終止子的序列稱為轉錄單位。原核生物中的轉錄單位多為多順反子，真核生物中的轉錄單位為單順反子。核內不均一RNA：間隔基因的轉錄產物mRNA是一條具有外顯子和內含子的前體mRNA稱為核內不均一RNA，前體mRNA必須將內含子剪除并將外顯子連接才能成為翻譯模版的成熟mRNA。小分子RNA：存在于真核生物和中，在RNA加工過程中需要多種蛋白質因子和小分子RNA的參與。小分子RNA通常與蛋白質組成復合物, 在細胞的生命活動中起重要的作

30、用, 某些snRNPs和剪接作用密切相關。4.1轉錄的基本概念模板鏈：雙鏈DNA轉錄時，只以其中一條鏈為模板，這條鏈與轉錄產物RNA互補，且其極性方向是35，是不編碼氨基酸的排列順序的鏈。有義鏈也稱編碼鏈：與轉錄物非互補的DNA鏈稱為有義鏈，也稱為編碼鏈，有義鏈DNA的極性方向與RNA鏈相同，均為5-3，而且RNA鏈上的核苷酸序列與模板鏈DNA相同。不對稱轉錄：轉錄只以DNA的一條鏈為模版，這意味著轉錄是不對稱的，不對稱轉錄有兩重含義：一是指雙鏈DNA只有一股單鏈用作模板，二是指同一單鏈上可以交錯出現模板鏈和編碼鏈。RNA轉錄時，一個轉錄子內是只轉錄一條鏈的DNA上的信息，表現為不對稱轉錄。4

31、.2轉錄的起始啟動子：是指DNA分子上被RNA聚合酶、轉錄調節因子等識別并結合形成起始轉錄復合物的區域 ，它還包括一些調節蛋白因子的結合位點。啟動子是控制轉錄的起始序列，它決定著某一基因轉錄的起始位點、表達的強度等。與RNA酶親和力高的起始頻率和效率均較高被定義為強啟動子。遠上游序列：主要有增強子、沉默子，這類特殊的順式元件不直接與RNA酶發生互作，它們通過與其他蛋白質結合后，激活或阻止RNA酶對結構基因的啟動，它們負責對特殊基因的誘導表達。原核啟動子-10和-35的保守序列：-35區Sextama盒 -10區Pribnow盒TTGAC-1520bp- TATAAT-58bp-起始位點真核生物

32、的啟動子：三種RNA聚合酶對應三種啟動子RNA聚合酶的啟動子由核心啟動子和在起點5上游100bp左右的控制區域兩部分組成。負責轉錄rRNA，其rDNA只有一種啟動子。RNA聚合酶負責轉錄結構基因mRNA及部分snRNA啟動子基本元件包括：啟動子上游元件：GC島 CAAC/T盒核心啟動子：TATA盒（-30）、帽子位點（+1）RNA聚合酶負責轉錄包括tDNA在內的多編碼小RNA的基因。啟動子分為分為三類，其中型啟動子用于scRNA的基因轉錄。4.2.3 RNA聚合酶原核生物的RNA聚合酶的組成等詳見作業本：原核生物RNA轉錄的過程： RNA的轉錄合成類似于DNA的復制，都以DNA為模板；以聚合酶

33、催化核苷酸之間生成磷酸二酯鍵；都從5至3方向延伸成多聚核苷酸；都遵從堿基配對規律。但由于復制與轉錄的目的不同，轉錄又具有自己的特點。RNA的轉錄過程大體可分為起始、延長、終止三個階段。原核生物的轉錄過程，除延長階段與真核生物相似外，起始和終止過程都與真核生物有較多的不同。（一）原核轉錄開始：RNA聚合酶全酶借因子作用，識別結合于轉錄單位啟動子，覆蓋75-80bpDNA區段，包含-35bp的識別部位，RNA聚合酶與DNA結合較松弛，聚合酶沿DNA滑動，與-10區結合更為牢固，在接近轉錄起始點時聚合酶與DNA模板形成穩定復合物。同時全酶結合的DNA在小范圍構象改變，雙鏈打開，暴露模板序列，根據堿基

34、互補的原則，相應的原料NTP按照DNA模板序列而依次進入。RNA合成不需引物，在RNA聚合酶的催化下，起始點上相鄰排列的頭兩個NTP以3，5-磷酸二酯鍵相連，第一個核苷酸多為鳥嘌呤核苷酸。轉錄起始階段生成的5ppp-GpNOH末端，轉錄延長時在mRNA分子中一直保留至轉錄完成。隨著新生RNA鏈延伸到810個堿基后因子即從起始復合物上脫落，剩下的核心酶繼續沿DNA鏈向下游移行，進入延長階段。脫落下的因子可以再次與核心酶結合而循環使用。 （二）原核生物的轉錄延長：轉錄起始復合物形成后，s亞基即脫落。由于s亞基的離去，使復合體中核心酶的構象發生改變，與DNA模板的結合變得松散，有利于RNA聚合酶沿D

35、NA鏈的3 5方向迅速向前移行，每移行一步都與一分子三磷酸核苷生成一個新的磷酸二酯鍵，使合成的RNA鏈按照5 3方向不斷延伸。在轉錄延伸過程中，要求DNA雙螺旋小片段解鏈，暴露長度約為17bp的單鏈模板由RNA聚合酶核心酶、DNA模板和轉錄產物RNA三者結合成轉錄泡，也稱為轉錄復合物。隨RNA聚合酶前移，后面的DNA又回復雙螺旋結構。原核生物正延伸的mRNA鏈雖未完成轉錄，該鏈已經結合上核蛋白體開始翻譯蛋白質，使轉錄和翻譯都以高效率進行。（3） 原核生物的轉錄終止：原核生物的轉錄終止有兩種形式，一種是依賴 (Rho)因子的終止，一種是不依賴因子的終止。原核生物DNA沒有共有的終止序列，而是轉錄

36、產物序列指導終止過程。轉錄終止信號存在于RNA產物3端而不是在DNA模板。4.2.4.5增強子的結構與作用機制 增強子：是真核生物中遠距離的正調控位點，增強子通常包含組成型元件和可調節元件。增強子可以從非常遠的距離使它的靶基因轉錄活性增加達1000倍。增強子的作用不依賴方向和位置，它是通過使內部DNA成環突出而實現與基本轉錄裝置相互作用。增強子可以包含有功能的成簇的結合位群點，稱為增強子元。增強子具有組織和細胞的特異性，既表達需要特異的蛋白因子的作用。增強子由兩個以上的增強子成分組成。 增強子與啟動子的區別在于：1、增強子可以從非常遠的距離使它的靶基因轉錄活性增加達1000倍。2、啟動子只能在

37、一個方向對鄰近位置的下游基因進行轉錄發動，增強子的作用不依賴方向和位置，它是通過使內部DNA成環突出而實現與基本轉錄裝置相互作用。3、增強子可以包含有功能的成簇的結合位群點，稱為增強子元。4、增強子具有組織和細胞的特異性，既表達需要特異的蛋白因子的作用。 一個活性的增強子能與較多數量的野生型反式因子的功能結構域結合，這種現象稱為增強子元件冗余。 絕緣子：是一段具有轉化染色質結構的區域，它能阻斷增強子或沉默子對靶基因/啟動子的增強或失活作用效應。它有兩種重要功能：1、當一個絕緣子位于增強子與啟動子之間時，可消除增強子對啟動子增強表達效應。2、當一個絕緣子位于沉默子與啟動子之間時，可阻斷沉默子對下

38、游靶基因的失活效應。4.2.4.7 順式元件與反式因子互作通用原則及方式 順式元件：DNA、RNA或者蛋白質中的一些特殊的核酸或氨基酸殘基序列，只作用于與其連接在一起的靶，而不作用于不與其相連的靶。 反式因子：起反式作用的調控元件，通過直接結合或間接作用于DNA、RNA等核酸分子，對基因表達發揮不同調節作用(激活或抑制)的各類蛋白質因子。其本身對基因表達沒有調控作用，只是阻斷來自上、下游的調控效應。 反式因子能以以下幾種常見的模體與DNA結合：1、螺旋-轉角-螺旋 2、鋅指 3、堿性域或亮氨酸拉鏈 4、反平行-折疊4.4轉錄過程的終止 終止子：轉錄過程中能夠終止RNA聚合酶轉錄的DNA序列，使

39、RNA合成終止。在大腸桿菌中有依賴于或不依賴于的兩類終止子依賴于因子的終止子和不依賴于因子的終止子如何終止轉錄：見作業本第四章45RNA的加工4.5.1加工的概念RNA加工：真核生物新合成的前體RNA分子所經歷的結構和化學方面的修飾與成熟過程。這一過程可以貫穿整個轉錄過程。真核生物的前體mRNA所進行的加工反應，包括5末端的加帽，3末端的多聚腺苷化（加尾），內含子的剪接，編輯修飾和內部腺嘌呤甲基化。核內不均一RNA：真核生物的結構基因多為斷裂基因，其初始的轉錄產物即前體RNA是長短不一，且序列的復雜程度很高，稱為核內不均一RNA。它在核中不是以裸露的核酸形式存在，而是與很多高豐度蛋白締合形成不

40、均一的核糖核酸蛋白體。所有的tRNA都需要經過加工。真核生物除了大亞基5S rRNA外，其他rRNA都需要經過加工。4.5.2加工的目的加工的目的：（1）RNA的加工造就了RNA的多樣性；（2）RNA的加工與RNA的轉錄有關，可以增加RNA的穩定性。4.5.3加工的過程4.5.3.1RNA的5端戴帽5端帽子結構：分為三種類型：Cap-0（m7GppXpYp）；Cap-（m7GpppXmpYp）；Cap-（m7GpppXmpYmp）其分布為：（1）單細胞真核生物只有 Cap0；（2） Cap1 是其余真核生物的主要帽子形式；（3）Cap2 存在于某些真核生物中。5帽子的功能：見第4章作業。4.5

41、.3.2RNA3端的多聚腺苷化3多聚腺苷化（poly（A）的意義：（1） 可能與核質轉運有關（2） 穩定mRNA，與mRNA的壽命有關 （3） 影響翻譯效率a、 缺失可抑制體外翻譯的起始；b、 胚胎發育中，poly(A) 對其mRNA的翻譯有影響（非poly(A) 化的為儲藏形式）；c、含有poly(A)的mRNA 失去poly(A)，可減弱mRNA的翻譯。（4）在分子實驗中，可用于從總體RNA中分離純化mRNA，可反轉錄合成 cDNA（5）與轉錄偶聯既能促進轉錄終止，也能防止mRNA“早熟”。（6）參與新生的RNA從DNA/RNA/RNA聚合酶三聯體復合物中的釋放。（7）參與前體的3末端內含

42、子的除去。4.5.3.3RNA的剪接型內含子的結構與剪接機制：見第4章作業。表格 不同類型內含子的分布和剪接形式內含子類型內含子分布剪接方式核pre-mRNA內含子（型內含子）真核兩步轉酯反應，自由羥基的起始供體由內部分支位點腺嘌呤提供，形成套索結構的中間體。需要UsnRNA參與裝配剪接體型內含子某些酵母線粒體rRNA，某些原核基因組，極少數單細胞真核生物核基因組有保守的二級結構，鳥嘌呤核苷酸輔因子是自由羥基供體，由RNA核酶實現自我催化剪接型內含子核U5snRNA，葉綠體RNA有保守的二級結構，內部腺嘌呤是自由羥基供體，形成套索結構的內含子中間體。實現自我催化剪接細胞核tRNA內含子剪接機制

43、類似于tRNA成熟過程，涉及剪切后的連接。沒有中間體形成，內含子以線性片段切除。需要幾種反式作用的加工酶順式剪接：將一個mRNA前體中的各個內含子切除，并將相互鄰近的各個外顯子加以連接，形成成熟的mRNA的過程。在這個過程中，各個外顯子都來自同一基因。反式剪接：發生在兩個RNA分子之間的剪接，將兩條不同的mRNA的外顯子連接在一起，形成成熟的mRNA。被剪接的外顯子來源于不同的基因，甚至不同的染色體，比如錐蟲mRNA的5端有相同的35nt的序列。選擇性剪接：同一前體mRNA中的外顯子通過不同組合形成不同的成熟mRNA分子。即從一個mRNA前體中通過不同的剪接方式產生不同的mRNA剪接異構體的過

44、程。最終的蛋白產物會表現出不同的功能和結構特性，呈現不同的表型。4.5.3.5RNA編輯RNA編輯的概念和意義：見第4章作業。RNA編輯的幾種機制：（1）堿基替換編輯；（2）堿基插入編輯；（3）以向導RNA為模板的插入編輯，即RNA編輯所需要的信息或者來自向導RNA，或者來自被編輯RNA自身（幫助酶識別編輯位點）。向導RNA：引導RNA編輯的RNA分子,長度大約是6080個核苷酸,是由單獨的基因轉錄的,具有3'寡聚U的尾巴,中間有一段與被編輯mRNA精確互補的序列,5'端是一個錨定序列,它同非編輯的mRNA序列互補。在編輯時,形成一個編輯體，以向導RNA內部的序列作為模板進行轉

45、錄物的校正,同時產生編輯的mRNA。RNA編輯的類型：（1）堿基的插入與刪除；（2）堿基改變5 蛋白質的翻譯5.1蛋白質合成的裝備5.1.1mRNA的結構和功能信使RNA具有兩個必需特征:一段可翻譯的密碼序列（開放閱讀框ORF） 一個核糖體結合位點（RBS）在原核細胞中，一個轉錄物包括多個順反子，每個順反子可翻譯出一個獨立的多肽鏈。每個順反子相當一個真核mRNA，原核mRNA位點含有保守序列5-AGGAGGU-3-,位于起始密碼子上游310個核苷酸處。在真核細胞中一個轉錄物只有一個順反子，包括多個編碼區和非編碼區。其中將外顯子隔開的非編碼區域稱為內含子。經過轉錄和轉錄后加工，成熟mRNA含有可

46、連續閱讀的編碼區。5.1.2tRNA的結構與功能除了少數例外，所有的TRNA分子都有三葉草式的二級結構。P181圖5-6原核核糖體稱為70S核糖體。小亞基稱為30S核糖體，包含21種不同的蛋白質被稱為S1S21和16S rRNA。大亞基稱為50S核糖體，由34種蛋白質和23S及5 S rRNA組成。真核核糖體為80S核糖體，其中40S小亞基包含33種蛋白質和18S rRNA。60S大亞基包含50種蛋白質和3種rRNA（28S，5.8S,5S）.5.1.3rRNA與核糖體的結構與功能核糖體的活性位點及其功能 小亞基與mRNA的結合位點。可防止mRNA鏈內堿基對的形成。 大亞基與氨基酰TRNA結合

47、的位點A。A位點內mRNA表面只對特定的aa-tRNA表現出特異性，且A位點結合aa-tRNA要求在P位點上必須有肽酰tRNA存在。 在肽鏈延長過程大亞基與肽鏈結合的位點P。肽酰tRNA位點，能夠與起始的tRNA相結合，且P位點會影響A位點活性。 空載tRNA離開核糖體的出口位點E。E位點包括兩個，E1為脫氨基tRNA離開核糖體提供出口，對蛋白質合成的準確性起重要作用。E2為多肽離開核糖體提供出口。 大亞基的肽基轉移酶結構域。提供肽鍵形成的催化活性。 延伸因子-氨基酰-TRNA-GTP復合體進入核糖體位點 肽鍵轉位因子結合位點 核糖體大亞基與5S rRNA結合位點，與tRNA進入有關。5.2遺

48、傳密碼及其簡并性5.2.2遺傳密碼的簡并性 密碼子的簡并性：生物共有64個遺傳密碼子，但是編碼氨基酸的只有20種。密碼子數量遠遠大于氨基酸的種數，因此許多氨基酸所對應的密碼子不止一個，這種一種氨基酸由幾個密碼子所編碼的現象稱為密碼子的簡并性。 簡并的概念： 一種AA受兩個以上codon 編碼的遺傳現象 （課件） 廣義密碼（GGC）：密碼子中第二位核苷酸決定氨基酸性質的特點被稱為廣義密碼或密碼中的密碼。5.2.2.1搖擺假說 搖擺假說：由于同義密碼子的第1、2個堿基是保守的，第三個堿基是可變的。因此解讀同義密碼子的tRNA的反密碼子的第1個堿基必定具有最小的專一性，也就是說它與密碼子第3個堿基之

49、間的配對原則具有一定范圍的靈活性。由于反密碼子位于tRNA的突變環上，因此反密碼子三聯體的排列就會呈彎曲弧形，不能與密碼子保持完全的平行，加上反密碼子的第1個核苷酸位于非雙鏈結構的松弛環內，搖擺的自由度較大，從而導致密碼子的第3個核苷酸和反密碼子的第1個核苷酸之間可能形成非標準的堿基配對，反密碼子的這一點也被稱為搖擺位點（一般為第34位堿基）。如果tRNA的搖擺位點是被修飾的堿基，就可能出現更多的選擇配對關系，這種假說被稱為搖擺假說，密碼子的這一性質被稱為變偶性或搖擺性。最早由F.Crick在1966年提出，并在以后得到證實。 搖擺假說（Wobble hypothesis） 1966 Cric

50、k 提出 又稱 “變偶假說” 內容： codon 的前兩位堿基和反密碼子配對時遵循 WatsonCrick 原則，而第三位堿基有一定的靈活性 即 codon 的3rd-nt 與 anti-codon 的1st-nt（nt34） mRNA 5CGU.CGC.CGACGGAGAAGG3 擺動 tRNA GCG GCU UCU 35 5 5 （課件）5.2.2.3同工受體tRNA同工受體tRNA:能解讀同義密碼子的不同tRNA被定義為同工受體tRNA。例如絲氨酸有CGU,CGC,CGA,CGG,AGA,AGG等6個密碼子，分別由3個同工受體tRNA識讀，它們的反密碼子分別為GCG,GCU,UCU每一

51、個tRNA在搖擺原則的支配下可以識讀兩個密碼。5.3蛋白質的翻譯蛋白質的翻譯可分為起始、延伸和終止3個階段5.3.1蛋白質翻譯的若干基本概念（詳見課本199頁。部分為百度的定義）多順反子：即參與一個代謝途徑的若干結構基因編碼在同一個轉錄單位內，具有多個開放閱讀框，多順反子是原核生物操縱子的主要結構形式。閱讀框：解讀mRNA中遺傳密碼的三聯體方式。開放閱讀框：按一定的閱讀框，從起始密碼到終止密碼可連續解讀遺傳密碼的區域。反密碼子：tRNA中反密碼子環上與mRNA密碼子反向互補的三核苷酸序列。氨酰tRNA合成酶（AARS）：催化氨基酸激活偶聯反應的酶。先將一種氨基酸連接到腺苷一磷酸生成相應氨酰腺苷

52、酸，然后共價連接到tRNA 3端生成氨酰tRNA。一種氨酰tRNA合成酶識別一種特定的氨基酸。起始氨基酸：蛋白質合成開始的第一個氨基酸。核糖體結合位點：核糖體識別并結合信使核糖核酸(mRNA)的位點。原核生物信使核糖核酸起始密碼子的上游含有核糖體識別和結合序列；真核生物信使核糖核酸的5帽子結構對核糖體的識別起一定作用。SD序列：SD序列（Shine-Dalgarnosequence）：mRNA中用于結合原核生物核糖體的序列。SD序列在細菌mRNA起始密碼子AUG上游10個堿基左右處，有一段富含嘌呤的堿基序列，能與細菌16SrRNA3端識別，幫助從起始AUG處開始翻譯。5.3.2多肽鏈的合成1、

53、原核生物蛋白質翻譯的起始過程：（P200第9段）Ø IF1刺激IF3與30S亞基結合， 形成穩定的30S小亞基。Ø IF3促進mRNA與30S小亞基結合，使起始密碼子調整到P位。Ø IF2結合到起始tRNA。IF2使起始tRNA定位到P位。30S預起始復合物30S起始復合物。Ø IF2 刺激 50S亞基參與形成70S三元起始復合物。 Ø IF1和IF3釋放。IF2的活性形式是IF2·GTP, 50S亞基作為GTP酶活化蛋白，激發IF2的GTP酶活性，GTP水解成GDP和Pi， IF2釋放。fMet-tRNAfmet占據著50S亞基的肽

54、酰位(P)。而A位則空著。2、真核生物蛋白質翻譯的起始的特點(1) 起始過程需要更多的起始因子(eIF)(2) 40S小亞基識別mRNA的5端的帽子結構(3) 5端的帽子對準確起譯和保證翻譯效率起重要作用.(4) 3端的非翻譯區提高翻譯效率起重要作用.3、Prok.的三種起始因子（initiation factor IF）參與蛋白質合成起始的可溶性蛋白因子三種IF分別為： IF1 IF2 IF3 IF1-加強IF2、IF3的酶活IF2-促進fmet-tRNAfmet與30S小亞基結合的作用，并有依賴核糖體50S大亞基的GTP酶活IF3-促使 30S亞基結合于 mRNA 起始部位，阻止30S亞基

55、與50S亞基的結合，或者說促進70S核糖體的解離4、kozak序列真核生物基因中起始密碼子上下游的最佳序列為，-3位為嘌呤堿基；+4位為G，起始密碼子AUG中的A處于+1位。A/GCCAUGG被稱為kozak序列或掃描序列。5、多肽鏈的延伸（見第五章作業簡答題第一題）指按照mRNA密碼序列的指導，依次添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程。 肽鏈的延伸是在核蛋白體上連續性循環式進行，又稱為核蛋白體循環（ribosomal cycle)，每次循環增加一個氨基酸，分為以下三步：進位（entrance）：指根據mRNA下一組遺傳密碼指導，使相應氨基酰-tRNA進入核蛋白體A位。成肽（peptide bond formation）：是由轉肽酶（transpeptidase）催化的肽鍵形成過程。轉位（translocation）：延長因子EF-G有轉位酶（translocase ）活性，可結合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的3側移動。6、RF和RRF1)RF：原核生物和真核生物都有三種終止密碼子：UAG、UAA和UGA，沒有一個轉移核糖核酸(tRNA)能夠與之相互作用，而是由特殊蛋白質因子識別，促使合成終止，這類蛋白質因子被稱為釋放因子。原核生物有RF1、RF2和RF3，而真核生物只有eRF。 RF-1: