分子生物学考试重点

1、.第二章 原核与真核生物的基因组1.核酸的紫外吸收、定性定量分析DNA和RNA的最大吸收峰为260nmA260/A280: pure dsDNA-1.8 pure RNA-2.0 protein-0.5dsDNA ssDNA/RNA,106 大卫星DNA 小卫星DNA 微卫星DNA第三章 DNA复制1冈崎片段：DNA复制时，一股以53方向的母链作为模板，指导新合成的链沿5 3合成10002000(100-200)个核苷酸不连续的小片段称之为岗崎片段。岗崎片段由DNA连接酶连成一条完整的新链。2复制叉：复制时DNA分子中的叉形结构，是由解开的两条链和尚未松解开的双螺旋形成的，是复制有关的酶和蛋白

2、质组装成复合物和新链合成的部位。 3复制子：能独立进行复制的DNA 单位，从起始位点到终止位点的全部DNA。4细菌DNA复制的过程（起始），各种酶及蛋白质的作用细菌DNA复制的过程 起始：DnaA 首先结合在OriC位点上的4个9bp重复序列上（共同序列为TTATCCACA）20-40个DnaA 蛋白各带一个ATP聚集在此位点上，DNA缠绕其上形成的复合物促使左侧邻近的3个成串富含AT的13bp序列被解链而成为开链，中间复合物所需能量由ATP供给在DanC帮助下，DanB六聚合酶随即结合于解链区的中间复合物上与其同时，在OriC位点RNA聚合酶参与起始复合物形成，合成一条短的RNA片段，并形成

3、邻近的OriC位点的RNA环HU蛋白有利于DNA解旋和形成开放起始复合物DNA沿5 3方向移动解旋，形成前体引发复合物延伸：前导链模板与全酶异二聚体的一个亚单位结合，在引物RNA合成的基础上继续合成DNA，其进行方向与复制叉方向一致后随链分4个步骤:后随链的模板形成回环，聚合酶异二聚体中的一个亚单位和引发体与后随链模板结合，准备开始合成引物引物沿53方向合成，引物行进的方向与复制叉方向一致模板链的环不断扩大，在引物3OH端开始合成DNA片段，合成方向为5 3当DNA新片段合成到距离前一片段的5端仅剩一小空隙时，酶的合成受阻，模板链接环，新合成的片段随即移动到复制叉行进相反的方向。至此，后随链的

4、一个冈崎片段的合成完成终止：细菌环状染色体的两个复制叉向前推移，最后在终止区相遇并停止复制。该区含有多个约22bp的终止子位点。DNA复制所需的蛋白质和酶及其作用: DNA解旋酶 利用ATP供能，解开DNA双链, 可随复制叉的伸展向前移动。 SSB, 单链结合蛋白 稳定已被解开的DNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。 使单链DNA 呈伸展状态，无弯曲和结节，有利于作为模板 DNA 引发酶 在模板复制的起始部位，以DNA为模板催化互补碱基聚合生成一小段RNA 拓扑异构酶 是一类调节DNA分子的超螺旋水平，可改变DNA拓扑性质的酶。对DNA分子的作用是既能水解、又能连接磷酸二酯键。拓扑异构

5、酶 I: 切开DNA双链中的一股，使DNA在解链旋转中不打结，DNA变为松弛状态再封闭切口。 同转录有关拓扑异构酶 II: 能切断DNA双链，使螺旋松弛。在ATP参与下，松弛的DNA进入负超螺旋，再连接断端。同复制有关 引发体 由多种蛋白质及酶组成,是DNA复制开始所必需的. DNA聚合酶性质 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+ 很高新生链合成-+聚合酶 主要是对DNA损伤的修复；以及在DNA复制时切除RNA引物并填补其留下的空隙。聚合酶 修复紫外光引起的DNA损伤。聚合酶 复制的主要聚合酶，还具有3 5 外切酶的校对功能，提高DNA复制的

6、保真性（核心酶）。 DNA ligase (DNA 连接酶) 连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，形成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成完整的链。反应需要ATP。 3真核生物DNA聚合酶的种类及作用DNA聚合酶位置细胞核细胞核线粒体细胞核细胞核活性5 3的聚合酶活性;引物酶活性5 3的聚合酶活性5 3的聚合酶活性； 3 5的外切活性5 3的聚合酶活性； 3 5的外切活性,需要PCNA5 3的聚合酶活性； 3 5的外切活性功能引发修复mDNA 的复制前导链和后随链的合成修复4端粒的复制过程 端粒后随链模板的3端和端粒酶所结合的RNA分子的3端通过碱基配对形成DNA-RNA的

7、部分杂交链 利用RNA为模板，将dNTP单位逐个加到后随链模板DNA3端 DNA-RNA杂交链之间发生相对滑动，DNA链3端和RNA 模板下游3端形成新的碱基配对，并暴露出部分RNA模板序列 端粒后随链模板又继续延伸，DNA-RNA杂交链之间再次发生移位和配对，周而复始。 当后随链模板的3端延伸到足够长时，端粒的3单链末端回折成发夹结构，成为引物，复制后随链的5。5DNA复制的类型及例子(1) 型复制（大肠杆菌）(2)滚环复制 （真核rRNA的扩增、F因子DNA的转移、裂解途径的复制）(3)D环复制 （线粒体DNA）第四章 DNA损伤与修复1点突变的种类 转换:嘌呤替代嘌呤(A与G之间的相互替

8、代)、嘧啶替代嘧啶(C与T之间的替代)。 颠换:嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤A T or C T A or GG T or C C A or G2引起DNA损伤的因素 DNA分子的自发性损伤 . DNA复制中的错误 以DNA为模板按碱基配对进行DNA复制是一个严格而精确的事件，但也不是完全不发生错误的。 碱基配对的错误频率约为10-110-2. 在DNA复制酶的作用下碱基错误配对频率降到约10-510-6。但校正后的错配率仍约在10-10左右，即每复制1010（100亿） 个核苷酸大概会有一个碱基的错误。. DNA的自发性化学变化 a.碱基的异构互变 b.碱基的脱氨基作用 c.脱嘌呤与脱嘧啶 d.碱

9、基修饰与链断裂物理因素引起的DNA损伤 .紫外线引起的DNA损伤 当DNA受到其最易吸收波长(200260nm)的紫外线照射时，主要是使同一条DNA链上相邻的嘧啶以共价键连成二聚体，相邻的两个T、或两个C、或C与T间都可以环丁基环连成二聚体，其中最容易形成的是TT二聚体。 .电离辐射引起的DNA损伤 电离辐射损伤DNA有直接和间接的效应： 直接效应是DNA直接吸收射线能量而遭损伤； 间接效应是指DNA周围其他分子(主要是水分子)吸收射线能量产生具有很高反应活性的自由基进而损伤DNA。 化学因素引起的DNA损伤 .烷化剂对DNA的损伤 a. 碱基烷基化b. 碱基脱落c. 断链d. 交联.碱基类似

10、物、修饰剂对DNA的损伤 人工可以合成一些碱基类似物用作促突变剂或抗癌药物，如5溴尿嘧啶(5BU)、5氟尿嘧啶(5FU)、2氨基腺嘌呤(2AP)等。由于其结构与正常的碱基相似，进入细胞能替代正常的碱基参入到DNA链中而干扰DNA复制合成。还有一些人工合成或环境中存在的化学物质能专一修饰DNA链上的碱基或通过影响DNA复制而改变碱基序列,例如 亚硝酸盐能使C脱氨变成U，经过复制就可使DNA上的GC对变成AT对； 羟胺能使T变成C，结果是AT对改成GC对； 黄曲霉素B也能专一攻击DNA上的碱基导致序列的变化，这些都是诱发突变的化学物质或致癌剂。 3.DNA修复的方法及作用一、(直接修复) 光活化修

11、复：在可见光照射下，DNA光解酶分解环丁烷嘧啶二聚体形两个正常的单体。损伤被直接修复，是无差错的烷基转移酶：烷基转移酶将烷基从DNA链鸟嘌呤O6位转移到酶蛋白本身，并失活。无差错修复。这是一种适应性反应。单链断裂修复：DNA单链断裂是损伤的一种常见形式，可以通过DNA连接酶的重接而修复。二、(切割修复) 核苷酸切除修复：NER的关键特征是对损伤的DNA链的两端进行切割。碱基切除修复：BER可以去除因脱氨基或碱基丢失，无氧射线辐射或内源性物质引起的环氮类的甲基化等因素产生的DNA损伤。BER是维持DNA稳定的重要修复方式，其步骤是N-糖苷键水解，从而切除发生变化的碱基。碱基释放过程是由DNA糖苷

12、酶催化的。修复各种损伤无差错修复三、（错配修复) 用于修复在复制中错配并漏过校正检验的任何碱基。可使复制的保真性提高102-103倍。无差错按模板的遗传信息来修复错配的碱基错配修复可以纠正几乎所有的错配。此外对于插入或删除引起的DNA遗传信息的改变也有作用。四、(重组修复) a. 复制遇到DNA损伤b. 跳过损伤部位，在下一个冈崎片段的起始位置或前导链的相应位置上继续复制。c. 从同源DNA母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口处d. DNA聚合酶填补母链空缺。五、(SOS修复) 细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，为求得生存而出现的应急效应。倾向差错的修复。广泛存在于原核生物和

13、真核生物中，可能在进化中起重要作用。第五章 原核生物转录一、模板链或反义链: 根据碱基互补原则指导RNA合成的DNA链。编码链或有义链: 与mRNA序列相同的那条DNA链。二、亚基组分功能核心酶核心酶组装，启动子识别核心酶和共同形成RNA合成的活性中心核心酶用于模板的结合核心酶？因子存在多种因子，用于识别不同的启动子亚基：促使RNApol 与DNA模板链结合 前端因子使模板DNA双链解链为单链 尾端因子使解链的单链DNA重新聚合为双链亚基：RNA聚合酶的催化中心 亚基：结合两个锌离子，参与酶的催化功能。负责酶与模板DNA相结合(充当SSB的作用)。亚基：核心酶与s因子结合转变为全酶。启动子识别

14、中起着关键的作用。核心酶的功能：作用于转录的延伸过程（终止） 依靠静电引力与DNA模板结合（蛋白质中碱性基团与DNA的磷酸根之 间） 非专一性的结合（与DNA的序列无关） 结合常数：1011mol 三、70 promoter -55 to +20: 全酶的结合 -20 to +20: 聚合酶紧密结合 ，防止 DNase的降解 Up to position 40: 最重要 -10 and 35 sequence: 6 bp, 对大肠杆菌基因的起始转录最关键-10 sequence ：TATAAT: 其功能是: (1) RNA pol紧密结合;(2) 形成开放启动复合体；酶在此处与DNA结合成稳定

15、的复合物，在转录方向上解开双链形成开放型起始结构。 (3) 使RNA pol定向转录。-35 sequence：TTGACA转录效率：1、The 35 sequence : 因子识别的区域。2、The -10 sequence 对DNA解旋起着重要的作用。3、起始位点周围的序列影响起始效率。4、最初转录的30个碱基控制着RNA聚合酶离开启动子，使另一聚合酶复合物重新起始转录的速率。四、大肠杆菌的转录过程 (一) RNA链起始1. 启动子结合：全酶与35序列结合，产生封闭的酶-启动子二元复合物2. DNA解旋：全酶紧密地结合在-10序列处，模板DNA局部变性，形成开放的启动子二元复合体3. RN

16、A链起始：酶移动到转录起始位点，第一个rNTP转录开始,因子释放,形成酶-启动子-rNTP三元复合体a) RNA聚合酶全酶搜索并结合DNA特异位点b) RNA聚合酶与启动子形成闭和的启动子复合体c) 封闭性复合物转变为开放性复合物d) 酶在起始位点聚合910nt的转录物，形成二元复合物e) 启动子清除，释放因子，RNA聚合酶变构，蠕动移出启动子区域(二) RNA 链延伸1) s亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿3 5方向前移； 2) 在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。 3) RNA-DNA形成12bp长的杂交螺旋 4) 转录产物RNA沿5 3方向延长(三

17、)RNA链终止1) 不依赖因子的终止子/内在终止子 结构：一是形成一个发夹结构 二是6 8 个连续的U串(发夹结构末端)机制：（1）新生RNA链发夹结构形成 （2）RNApol暂停为终止提供了机会 ，6 8个连续的U串可能为RNApol与模板的解离提供了信号 RNADNA之间的 rUdA 结合力较弱于是： RNADNA解离三元复合体解体 RNApol解离转录终止2) 依赖因子的终止子 结构： 发夹结构末端没有固定特征 靠与的共同作用而实现终止 通读： 因子的转录终止过程中， RNApol 转录了 IR 序列之后，虽发生一定时间的延宕，但如果没有 因子存在，则RNApol 会继续转录。聚合酶能越

18、过终止子继续转录称为通读。第六章 真核生物基因的转录一、三种真核生物的RNA酶(分别用于哪些转录)TypeLocation位置Transcription product 转录产物a-amanitin对-鹅膏蕈碱的敏感性RNA Pol INucleoli核仁Most rRNAs（5.8s,28s 18s）Insensitive不敏感RNA Pol IINucleo-plasm核质hnRNA , snRNAVery sensitive非常敏感RNA Pol IIINucleo-plasm核质tRNAs, 5S rRNA,snRNA and other small RNAsModerately se

19、nsitive中度敏感二、mRNA转录起始的过程（型是怎么组装形成的，各转录因子的作用）1、型启动子的转录因子 2、转录起始复合物的组装在TFIIA协助下，TFIID上TBP首先结合到启动子核心元件TATA框上，形成动态的瞬时复合物TFIIB进一步结合到动态的瞬时复合物上TFIIF和RNA聚合酶II预先结合后，再结合到复合物上TFIIE、TFIIJ和TFIIH进入复合物，使之转变为有活性的转录起始复合物TFIIH的DNA解旋酶活性利用ATP，使起始位点解开更多的DNA双链，TFIIH使RNA聚合酶IICTD磷酸化，使RNA聚合酶II离开启动子，进入延伸阶段。3、 增强子：能从启动子的上游或下游

20、数千个碱基处激活转录的序列元件第七章RNA加工和核糖核蛋白一、 真核生物mRNA的加工过程1. 5端加帽 用mRNA鸟苷转移酶以5-5的方向在前体mRNA 5端加上一个7-甲基鸟苷 2. 3端剪切核加尾u 聚腺苷化位点 在前mRNA中存在一个聚腺苷化信号： 5-AAUAAA-3, 并在其后的11-20nt处紧跟着一个5-YA-3 在其下游存在一个富含GU的序列。u 3端剪切及加尾 许多特异性的蛋白质因子识别结合这些序列元件，与前mRNA形成复合物进行剪切 聚腺苷聚合酶将250多个的A残基加到经剪切的前mRNA的3端。u poly A尾巴的功能 稳定mRNA分子，与mRNA的寿命有关 有助于成熟

21、mRNA在细胞质中的翻译。3. 内含子剪接 I 型内含子的剪接型自我剪接内含子在线粒体基因组中发现，也存在于极少数单细胞真核生物(如嗜热四膜虫的rRNA)的核基因组中。原核体系中少数内含子也是型内含子（如T4噬菌体胸苷酸合成酶基因）。 第一步：游离G发动的转酯反应, G 的3-OH攻击内元的 5拼接点第二步：游离外元（左）发动的转酯反应,左外元的3-OH 攻击3拼接点，同时释放线状的内元，形成成熟RNA分子两次转酯反应是紧密偶联的 释放出的内元可继续进行转酯反应而形成环状 类内含子的剪接型内含子在植物和低等真核生物的细胞器基因组中发现。类内含子的剪接和I类内含子不同，而和核mRNA 内含子的剪

22、切有些相似。但也有不同之处。 核mRNA的剪接l 剪接所需的特异序列5-GU-3 : 5 剪接位点或供体位点5-AG-3: 3剪接位点或受体位点(嘧啶区): before AG at the 3-end分枝点顺序：为Py80NPy87Pu75APy95其中A为百分之百的保守，且具有2-OH。位于嘧啶区上游的10-40残基处。l 剪接是一个二步反应分支序列中A残基上的2-羟基与5剪接位点相互作用形成一个套索结构并释放出外显子1.切割3剪接位点，随后将两段外显子连接起来。 Splicing 剪接l 参与剪接的因子 snRNPs: U1, U2, U4, U5 and U6其中RNA成分能与5和3剪

23、接位点及分支点的保守序列碱基互补配对。Other splicing factors核pre-mRNA内含子的剪接过程与型内含子RNA的剪接相似，区别在于前者由剪接体完成，后者由内含子自我催化完成。 剪接过程：剪接体的组装： snRNPs 和前体mRNA形成的复合物第一次转酯：左外显子、内含子剪切套索 第二次转酯：exons连接、套索状内含子释放 拼接体解体与套索降解同步a) U1 snRNP的5端结合到5剪接位点，形成早期剪接复合体b) U2 结合到分支位点，形成前剪接体复合物。c) U4,U5和U6的复合物结合上去，使内含形成环状结构，结果使得外显子的3端和5端靠近，U1、U4解离，形成过渡

24、态复合物。 d) 剪接体内结构重排，形成有利于催化剪接反应的构象。4. 甲基化 修饰或加工的最后一个步骤是某些碱基的甲基化。 脊椎动物中最常见的甲基化是在 5-RRACX-3序列中A残基N6位。二、 外显子: 真核生物的结构基因上，能够为特定的蛋白质编码的DNA序列。 内含子:真核生物的结构基因上，不能为特定的蛋白质编码的DNA序列。RNA编辑：是指转录后的RNA在编码区发生碱基的加入，丢失或转换等现象。 三、 原核生物和真核生物rRNA的组成1. 原核生物rRNA 基因的结构E.coli 有7种不同的rRNA操纵子分散在整个基因组中每个操纵子包含一个拷贝的5s rRNA、16s rRNA、2

25、3s rRNA序列。有一到4个编码tRNA的序列。2、原核生物rRNA 基因结构在基因组内成簇排列，成串重复数百次集中在核仁内可转录间隔区与非转录间隔区交替排列真核生物的18S、5.8S和28S rRNA基因是串联在一起形成一个转录本，初始转录本为45S前体5S rRNA 是由RNA聚合酶III转录不相联的基因产生的，而且几乎不需要加工。第八章 遗传密码与蛋白质的生物合成1. 同义密码子：编码同一种氨基酸的多个密码子。OFRs 开放阅读框: Suspected coding regions(潜在的编码区), 是从起始密码子起到终止密码子间的一段连续的密码子区。摆动假说：在蛋白质生物合成中转移核

26、糖核酸反密码子的5位碱基不严格的特异性的假说。允许反密码子的5位(第一位)碱基与信使核糖核酸的密码子3位(第三位)碱基通过改变了的氢键配对(如非G-C、A-U 配对)，从而识别一种以上的密码子。SD序列：信使核糖核酸(mRNA)翻译起点上游与原核16S 核糖体RNA或真核18S rRNA 3端富含嘧啶的7核苷酸序列互补的富含嘌呤的37个核苷酸序列(AGGAGG)，是核糖体小亚基与mRNA结合并形成正确的前起始复合体的一段序列。2. 遗传密码的特性 通用性 例外：mitochondria(线粒体) and unicellular organisms(单细胞生物) 简并性 Synonymous c

27、odons(同义密码子) :编码同一种氨基酸的多个密码子。 连续性：non-spacer, non overlap Start codon : AUG ending condon: UAA、UAG、UGA。 方向性：密码子的阅读方向为5-3。 变偶性（摆动性）：密码子的前两个碱基相同，决定了其专一性，而第三个碱基可以发生变化，与反密码的第一个碱基不严格按常见的碱基配对规律配对。3.起始密码子：AUG 终止密码子：UAA、UAG、UGA4.密码子与反密码子相互作用 u 密码子与反密码子是反向互补配对u 如果5反密码子碱基被修饰，tRNA通常能跟一种以上的密码子相互作用。(摆动现象)摆动现象: 密

28、码子的第三个碱基与反密码的第一个碱基不严格按常见的碱基配对规律配对的现象。密码子与反密码子配对的摆动现象蛋白质合成分为4个步骤：a. 氨基酸的活化b. initiation(起始)-起始tRNA与mRNA结合到核蛋白体上，生成翻译起始复合物。c. Elongation(延伸)-氨基酸的重复添加d. Termination(终止)-蛋白质多肽链的释放5.起始tRNA于起始氨基酸6.原核生物蛋白质起始步骤如下1. 原核生物中, 起始过程所需的成分 核糖体的大小亚基 mRNA 起始氨酰 tRNA ： fMet-tRNAfMet 三种起始因子 : IF1, IF2, IF 3 GTP、Mg2+起始:(

29、1) 核蛋白体大小亚基分离,IF1和IF3与游离的30S亚基结合(2) 30S亚基利用核糖体结合位点(SD序列) 与mRNA模板结合.(3) IF2与GTP复合物结合到小亚基上(4) 起始tRNA (fMet-tRNAfMet) 进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对，形成30S起始复合物。(5) IF-1和IF-3解离，GTP水解，IF-2释放，50S大亚基结合结合到fMet-tRNAfMet-mRNA-30S复合物上，形成70S起始复合物。延伸: 又称核蛋白体循环 (ribosomal cycle)，是指tRNA转运氨基酸到核糖体上，以mRNA为模板合成多肽链的

30、过程。 每次循环包括： （1）进位(entrance) ：氨酰tRNA转运需要EF-Tu 和EF-Ts，并要消耗GTP负载tRNA与EF-Tu 和GTP一起形成复合，与核糖体的A位点结合.释放的EF-Tu.GDP复合物在EF-Ts因子的作用下可再生。 (2) 成肽(peptide bond formation)：肽键形成 50S核糖体亚基的肽酰转移酶催化两个相邻的氨基酸之间形成肽键，该反应不需要能量。 P位的fMet-tRNAfmet的酰基与A位上的AA-tRNA的氨基成肽键。tRNA本身则从P位脱落，使P位空出。转位（移位）: EF-G和GTP结合到核糖体上，空载tRNA从P位点解离，该步骤

31、需要消耗能量。 肽酰tRNA从A位移到P位，mRNA相对与核糖体移动了一个密码子。需要延伸因子(EF)：EF-T(EF-Tu，EF-Ts)、EF-G GTP，负载tRNA和70S起始复合物。终止:1.释放因子RF与终止密码辨认结合 2.肽链与tRNA分离(RF) 3.tRNA、mRNA及RF从核蛋白体脱落u RF1 识别 UAA 和 UAGu RF2 识别 UAA 和UGAu RF3 协助 RF1 或 RF2 执行反应7.真核生物与原核生物蛋白质合成起始的区别真核生物翻译起始的特点: 核糖体较大,为； 起始因子比较多； mRNA 5端具有m7Gppp帽子结构 Met-tRNAMet mRNA的

32、5端帽子结构和3端polyA都参与形成翻译起始复合物； 与原核生物翻译起始的区别原核生物中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。而在真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物。第九章 原核生物基因表达调控1.乳糖操纵子的组成结构及调节机制一、乳糖操纵元的结构(一) 乳糖操纵子的结构 a regulatory gene (调节基因): Lac I, encode the lac repressor (编码乳糖阻抑物) 3 st

33、uctural genes (结构基因): Lac Y、 Lac Z、 Lac A 2 control elements(调控元件): Plac（启动子)、 Olac(操纵基因位点)1. 结构基因lacZ, lacY, lacA 三个结构基因位于同一个转录单元中。2. 操纵基因 位于 -5至21这段区域，和启动子的右侧末端重叠，2628bp 是阻遏蛋白的结合位点。 (回文对称): 当一条链以5到3方向从左向右读与其互补链5到3方向从右向左读时具有相同的序列。以+11为对称轴，每边为两段各6bp反向重复序列3. 乳糖阻抑物(1) 是由4个相同亚基组成的同源四聚体(2) 具有两个结合位点：操纵基因

34、结合位点和诱导物结合位点(3) 无诱导物存在时，能阻止基因的转录,诱导物通过与阻遏物结合，改变它的构象，使之不能与操纵区相结合，激活基因转录。(4) 阻遏蛋白和DNA的结合能增强RNA聚合酶结合DNA的能力二、乳糖操纵子的调节机制乳糖操纵元的双调控系统： (1)受乳糖与阻遏蛋白调控的、可诱导的负调控系统; (2)受cAMP与CAP调节的、可诱导的正调控系统。葡萄糖通过调节cAMP的合成间接监控这一过程。 以此保证大肠杆菌灵活、经济、有效地适应外界环境，只有在必需的时候（只有乳糖，没有葡萄糖）才启动乳糖操纵子的表达。(一) 负调节机制1. 无诱导物时，阻抑物与操纵基因结合，阻止转录2. Indu

35、ction 诱导诱导物跟乳糖阻抑物结合，改变了阻抑物的构象，使其不能结合到操纵位点上。诱导物和结合于操纵基因上的阻遏物结合，使其从操纵基因上释放。而不是和游离阻遏物结合，影响阻遏物和DNA结合的平衡。诱导物改变阻遏蛋白在DNA上的分布，而不是产生游离阻遏蛋白：n 随机DNA序列和阻遏蛋白也具有亲和力，但比操纵基因和阻遏蛋白的亲和力低107倍n 诱导物和阻遏蛋白结合时，阻遏蛋白和操纵基因的亲和力下降，所有阻遏蛋白结合在DNA的随机序列上n 除去诱导物后，阻遏蛋白恢复活性，从随机位点直接转移到操纵基因上Lactose (allolactose) ：天然的诱导物IPTG(异丙基-b-D-硫代半乳糖苷

36、), 人工合成的诱导物，, 能快速激活乳糖操纵子结构基因的转录，但自身不被分解(义务诱导物) 可诱导调控的操纵元，其基因表达产物都是利用某种营养物的酶体系（分解代谢） 有营养物 相应基因开放 无营养物 细胞就没必要产生相应的酶 （二） CAP的正性调节作用DNA结合区与CAP位点结合CAP(同二聚体),含 cAMP结合区 cAMP-CAP复合物（有活性）1. CRP，cAMP受体蛋白 CRP 是一种转录激活因子(分解代谢激活蛋白,CAP) 与cAMP结合后才有活性：CAP与cAMP结合后，发生空间构象的变化而活化，能以二聚体的方式与特定的DNA序列结合，从而增强RNA聚合酶的转录活性，可使转录

37、提高50倍 cAMP 水平受 葡萄糖调节 CRP 激活因子参与分解代谢操纵子对葡萄糖水平反应的基因表达的全局调控。cAMP：Cyclic AMP ATP在腺苷酸环化酶的作用下转变成环腺苷酸 (cAMP)。 When glucose is present当葡萄糖存在时，细胞中cAMP含量低，CRP以二聚体的形式存在，从而不能跟DNA结合调控转录。当葡萄糖缺乏时，cAMP含量升高，与CRP结合；CRP-cAMP复合物结合到启动子中RNA聚合酶结合位点上游的序列，使DNA弯曲90 ，增强了RNA聚合酶跟启动子的结合，使转录提高了50倍。 (三) 协调调节(1)当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能

38、发挥作用(2)如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。 cAMPCAP复合物与启动子区的结合是转录起始所必需的。(3)单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖。(4)葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolic repression)。 2.色氨酸操纵子的组成结构及调节机制。 编码色氨酸合成所需的5种结构基因 当细胞中色氨酸短缺时，这些基因协同表1. 特点:(1) trpR和trpABCDE不连锁；(2) 操纵基因在启动子内(3) 有衰减子(attenuator)/弱化子(4) 启动子和结构基

39、因不直接相连，二者被前导序列(Leader)所隔开 (一) 负调控机制 调节基因 trpR编码色氨酸阻抑物 与色氨酸形成复合物后，与操纵基因相结合，阻止结构基因的转录 Trp ：协同抑制因子 ，能抑制色氨酸的合成(负反馈调控) 能使转录的起始效率下降70倍 是一种 粗调控机制，调节转录的起始色氨酸阻抑物The repressor is a dimer (二聚体) of two subunits which has a structure with a central core (中心区域) and two flexible DNA-reading heads (DNA解读头部) (carbox

40、yl-terminal of each subunit )(二) 弱化系统在高浓度色氨酸存在下，通过形成特殊的“衰减子”结构，对转录进行更精细的调控。1. 前导RNA的结构 在trp mRNA5端trpE基因的起始密码前一个长162bp的mRNA片段。含有四个互补序列区，碱基互补形成不同的结构2. 前导肽前导RNA含有一个有效的核糖体结合位点，并能编码一个由14个氨基酸组成的前导肽 该前导序列的第10个和11个密码子编码色氨酸。3. 弱化子： DNA中可导致转录过早终止的一段核苷酸序列（123-150区）。u characteristic 位于前导序列(在trpE起始密码子之前)的末端 非r依

41、赖型的终止位点，有一富含GC的回文对称结构，紧跟着一串8个U残基序列 高效的转录终止子3. 弱化作用当色氨酸浓度低时，生成的tRNAtrp就少，核糖体在序列1的trp密码子处暂停，序列2和3之间形成配对结构，阻止了衰减，因为序列3不再与序列4之间形成衰减结构，RNA聚合酶得以沿DNA前进，继续去转录其后trpE等基因，trp操纵元就处于开放状态。当色氨酸浓度增高时，tRNAtrp浓度随之升高，核糖体快速翻译序列1(前导肽阅读框)，占据到2的机会增加，1和2生成发夹结构的机会减少，3和4形成类似终止子的衰减子结构的机会增多，导致RNA聚合酶终止转录。衰减作用的重要性: 细菌通过弱化作用弥补阻遏作

42、用的不足，因为阻遏作用只能使转录不起始，对于已经起始的转录，只能通过弱化作用使之中途停下来。阻遏作用的信号是细胞内色氨酸的多少；弱化作用的信号则是细胞内载有色氨酸的tRNA的多少。它通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调控作用。3.弱化子：DNA中可导致转录过早终止的一段核苷酸序列（123-150区）。4. 正调控系统和负调控系统1)根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白） 的应答，可分为： a.正转录调控：如果在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入这种调节蛋白质后基因活性就被开启，这样的调控正转录调控。 b.负转录调控: 在没有调节蛋白质

43、存在时基因是表达的，加入这种调节蛋白质后基因表达活性便被关闭，这样的调控负转录调控。2)根据操纵子对某些能调节它们的小分子的应答，可分为可诱导调节和可阻遏调节两大类： a.可诱导调节：指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物质的诱导下使基因活化。 例：大肠杆菌的乳糖操纵子 分解代谢蛋白的基因b. 可阻遏调节：基因平时是开启的，处在产生蛋白质或酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。 例：色氨酸操纵子 合成代谢蛋白的基因3) 在负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白（repressor），起着阻止结构基因转录的作用。 根据其作用特征又可分为负控诱导和负控阻遏： 在负控诱导系统中，阻遏蛋白与效应物（诱导物）结合时，结构基因转录； 在负控阻遏系统中，阻遏蛋白与效应物（辅阻遏物）结合时，结构基因不转录。4) 在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白（activator）。 根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激活蛋白处于活性状态； 在正控阻遏系统中，效应物分子（辅阻遏物）的存在使激活蛋白处于非活性状态。第十章