大连理工大学考研生物化学专业课授课教案

1、 课程教案（2）一、考点1、 理解分子生物学的中心法则2、 DNA复制的特点3、 DNA复制的过程和酶及参与因子4、 真核生物DNA复制的特点5、 反转录作用及端粒酶6、 DNA的修复方式7、 RNA的转录作用及其特点8、 RNA聚合酶9、 启动子及转录终止信号10、RNA的转录过程11、转录后的加工过程12、RNA的选择性剪接13、转录的抑制剂14、核酶15、蛋白质合成体系16、蛋白质合成的过程17、蛋白质生物合成的干扰和抑制二、重点剖析1、中心法则中心法则：是指遗传信息在分子水平上的传递规律，主要是DNADNA，DNARNA蛋白质，在病毒还可由RNADNA（反转录）或RNARNA（RNA复

2、制）2、DNA复制的特点（1）半保留复制（包括半保留复制的实验依据）半保留复制：DNA复制时，以亲代DNA的两条链分别作为模板，在DNA聚合酶的催化下，按碱基互补的原则合成两条与模板链互补的新链，组成新的DNA分子。新形成的两个DNA分子与亲代DNA分子的碱基顺序完全一样。由于子代DNA分子中一条链来自亲代，而另一条链是新合成的，因此这种复制方式称为半保留复制1958年，Meselson和Stahl用15N标记E.coli. DNA，证明了DNA的复制是半保留复制（2）复制的起始点与方向复制叉：DNA分子复制时，在亲代分子的一个特定区域内双链打开，随之以双链为模板复制生成两个子代DNA双链分子

3、。开始时，复制起始点呈现一叉形(或Y形)，称为复制叉，随复制进行，复制叉向前移动复制子：基因组能独立进行复制的单位，称为复制子。每个复制子都含有控制复制起始的起点和控制复制终止的终止点复制起点DNA复制要从DNA分子的特定部位开始，此特定部位称为复制起点。在原核生物中复制起始点常位于染色体的一个特定部位，即只有一个起始点。真核生物的染色体在几个特定部位进行DNA复制，有多个复制起点复制的方向（设计实验判断复制是单向还是双向）复制的方向：从一个起始点开始，以同一方向生长出两条链，形成一个复制叉，称为单向复制。从一个起始点开始，沿两个相反的方向各生长出两条链，形成两个复制叉，这种方式最为常见，称为

4、双向复制用放射自显影实验判断DNA的复制方向及速度，用低放射性3H-脱氧胸苷短期标记，再用高放射性3H-脱氧胸苷标记，若为单向，一侧高，另一侧低。若为双向，中间低，两侧高（3）半不连续复制（如何证明DNA复制的半不连续性）半不连续复制：DNA的双螺旋结构中的两条链是反向平行的，当复制开始解链时，亲代DNA分子中一条母链的方向为53，另一条母链的方向为35。DNA聚合酶只能催化53合成方向。在以35方向的母链为模板时，复制合成出一条53方向的前导链。而以53DNA链为模板只能合成若干反向互补的冈崎片段，这些片段再连成滞后链。由于前导链的合成连续进行的，而滞后链的合成是不连续进行的，所以从总体上看

5、DNA的复制是半不连续复制前导链：亲代DNA分子中一条母链的方向为53，另一条母链的方向为35。DNA聚合酶只能催化53合成方向。在以35方向的母链为模板时，复制合成出一条53方向的前导链，前导链的前进方向与复制叉的行进方向一致，前导链的合成是连续进行的滞后链：DNA复制时，两条链均作为模板，合成新链的方向均为53。因此，以53DNA链为模板合成的互补新链不能沿着53方向连续合成，只能随着DNA双链的打开，依次合成53方向的DNA短片段（冈崎片段），再连成长的DNA链，因该链合成较前导链滞后，故又名滞后链。滞后链合成方向与复制叉的前进方向相反冈崎片段：DNA在复制时，由滞后链所形成的一些子代D

6、NA短链称为冈崎片段。冈崎片段的长度，在原核生物中约为10002000个核苷酸，相当于一个顺反子的大小。而真核生物中约为100200个核苷酸，约等于一个核小体DNA的长度 相关实验：以E.coli为材料，在培养时，培养基中加入同位素3H标记的dTTP，经30秒后，DNA开始复制，分离DNA，然后在碱中沉淀，变性，让新合成的单链和模板链分开，再用CsCl密度梯度离心，以沉降的快慢来确定片段的大小，再检测放射标记，结果表明被3H标记的片段，也就是新合成的片段（冈崎片段），沉淀系数为20S左右，即都是长10002000个碱基的DNA片段，而亲本链要比它大2050倍。延长标记时间后，冈崎片段可转变为成

7、熟DNA链，由此推断这些片段必然是复制过程的中间产物。此外，用DNA连接酶敏感突变株进行实验，在连接酶不起作用的温度下，可以观察到有大量小片段DNA累积，说明DNA复制过程中至少有一条链首先合成较短的冈崎片段，然后再由连接酶连成大分子DNA。冈崎等最初的实验不能判断DNA链的不连续合成只发生在一条链上，还是两条链都如此，对冈崎片段进行测定，结果测得的数量远超过新合成DNA的一半，似乎两条链都是不连续的。后来发现这是由于尿嘧啶代替胸腺嘧啶掺入DNA所造成的。DNA中的尿嘧啶可被尿嘧啶-DNA-糖苷酶切除，随后该处的磷酸二酯键断裂，一些核苷酸被水解，造成一个缺口，最后缺口空隙被填补和修复，在此过程

8、中也会产生一些类似冈崎片段的DNA片段。当用缺乏糖苷酶的大肠杆菌变异株进行实验时，DNA的尿嘧啶将不再被切除。此时，新合成DNA大约有一半放射性标记出现于冈崎片段中，另一半直接进入大的片段。由此可见，当DNA复制时，一条链是连续的，另一条链是不连续的，因此称为半不连续复制3、DNA复制的过程和酶及参与因子复制的过程分四个阶段。第一阶段，亲代DNA分子超螺旋的构象变化及双螺旋的解链，将复制的模板展现出来。第二阶段为复制的引发阶段，由引物RNA进行53方向的合成。第三阶段为DNA链的延长，在引物RNA合成基础上，进行DNA链的53方向合成，前导链连续地合成出一条长链，滞后链合成出冈崎片段。去除RN

9、A引物后，片段间形成了空隙，DNA聚合酶作用使各个片段靠近。在连接酶作用下，各片段连接成为一条长链。第四阶段为终止阶段，复制叉行进到一定部位就停止前进，最后前导链与滞后链分别与各自的模板形成两个子代DNA分子，到此复制过程就完成了。（1）螺旋的松弛与解链包括超螺旋的构象变化及双螺旋的解链，参与者主要为拓扑异构酶、解链酶及单链DNA结合蛋白等。拓扑异构酶拓扑异构酶可改变DNA拓扑性质。在DNA复制时，复制叉行进的前方DNA分子总是产生超螺旋，拓扑异构酶可松弛超螺旋，还可以引入负超螺旋，有利于复制叉的行进及DNA的合成。在复制完成后，拓扑异构酶又可将DNA分子引入超螺旋，有利于DNA缠绕、折叠、压

10、缩以形成染色质。 DNA拓扑异构酶有多种，主要有型及型。拓扑异构酶可以消除负超螺旋，对正超螺旋无作用拓扑异构酶可以在消耗ATP的条件下连续的引入负超螺旋，在无ATP消耗的条件下，可以松弛负超螺旋真核生物的拓扑异构酶可以消除负超螺旋，也可以消除正超螺旋。真核生物的拓扑异构酶（分为和两种）可以消除负超螺旋和正超螺旋，但不能引入负超螺旋拓扑异构酶主要和转录有关拓扑异构酶主要与复制有关拓扑异构酶引入负超螺旋可以消除复制叉前进时带来的扭曲张力解链酶（解螺旋酶）DNA复制进行时，首先要在复制起点处解开双链，反应是在一类解链酶的催化下进行的。解链酶要通过ATP的分解获得能量，以解开双链。大部分的解链酶在复制

11、叉的进行中连续地解开DNA双链。大肠杆菌的解螺旋酶、与rep蛋白共同作用，将DNA两条链解开。解螺旋酶I、II、III沿着模板链的53方向随着复制叉的前进而移动，而rep蛋白则在另一条模板链上沿35方向移动。单链DNA结合蛋白(SSB)单链结合蛋白与解开的DNA单链相结合，可以稳定单链DNA，阻止DNA复性，避免被核酸酶降解，便于复制子代DNA （2）引发DNA的合成是不连续的，引发阶段也比较复杂，有多种蛋白及酶参与，主要的是引物酶及引发前体。引物酶是一种依赖DNA的RNA聚合酶，该酶以DNA为模板，聚合一段RNA短链引物，以提供自由的3'-OH，使子代DNA链能够开始聚合引发前体引发

12、前体：在DNA复制起始点，引发引物RNA合成的一个装置，由若干蛋白因子聚合而成。在原核生物中，引发前体至少由六种蛋白因子（dnaB、dnaC、n、n、n、i）构成引发体：由引发前体与引物酶组装而成（3）DNA链的延长DNA链的延长是在DNA聚合酶催化下，以四种脱氧核糖核苷三磷酸为原料，进行的聚合作用。反应体系中有DNA模板、引物及Mg2+的存在。聚合作用是自引物的3-OH端上开始，以53方向逐个加入脱氧核糖核苷酸，使DNA链得以延长。在原核生物及真核生物，DNA聚合酶有几种类型。大肠杆菌DNA聚合酶1)DNA聚合酶是由单一肽链组成的大分子蛋白质，可被特异的蛋白酶水解为两个片段，其中的大片段称为

13、Klenow fragment，具有5'3'聚合酶活性和3'5'外切酶活性。在滞后链合成时，先合成了许多冈崎片段，而后由于RNA引物的去除形成了空隙，此时DNA聚合酶催化聚合反应，延长了各个片段，从而填补了片段间的间隙，使以上片段得以靠近，为片段连接成长链创造了条件。所以DNA聚合酶的聚合作用主要是在填补滞后链片段间空隙上发挥作用。DNA聚合酶还具有35外切酶活性可识别并除去错误的碱基，然后再继续进行聚合作用。这种活性在DNA复制中起了校对作用。DNA聚合酶的校对活性对DNA复制的准确性起着重要作用。DNA聚合酶还具有53外切酶活性。53外切酶活性也有修正错误的

14、功能，补充其35外切酶修正错误的作用。例如紫外照射产生的嘧啶二聚体，就是在其53外切酶作用下切除的。Klenow片段的用途：a .补平由核酸内切酶产生的5黏性末端b. 同位素标记DNA片段的未端c合成cDNA第二链dDNA测序2)DNA聚合酶为多亚基酶，其聚合酶亚基由一条多肽链组成，酶活力比DNA聚合酶高。除5'3' 聚合酶活性外，还具有3'5' 外切酶活性，但无5'3' 外切酶活性。DNA聚合酶不是复制酶，而是修复酶3)DNA聚合酶DNA聚合酶是一个由多种亚基组成，这些亚基组成两个亚单位而形成不对称的二聚体。其中亚基具有 5'3'

15、; 聚合酶活性，因而具有复制DNA的功能；而亚基具有3'5'外切酶的活性，因此它与DNA复制的校对功能有关。DNA聚合酶在DNA复制中链的延长上起主要的作用。DNA聚合酶结构中不对称的二聚体，同时分别催化着前导链和滞后链的合成。DNA聚合酶也具有35外切酶活性，所以对于DNA复制也有校对的功能，可停止加入或除去错误的核苷酸然后继续加正确的核苷酸。因此，DNA聚合酶配合DNA聚合酶I可将复制的错误率大大地降低。当此片段接近前方的片段时，由DNA聚合酶I的53外切酶活性切除RNA引物，造成了片段间的空隙；继而催化进行53方向的聚合作用，填补了片段间的空隙4）DNA聚合酶和当DNA受

16、到较严重损伤时，即可诱导产生这两种酶进行修复，但修复缺乏准确性，因而出现高突变率。高突变率虽然会杀死许多细胞，但至少可以克服复制障碍，使少数突变的细胞得以生存真核生物DNA聚合酶真核生物DNA Pol有、及五种。真核生物的DNA复制是在DNA聚合酶与DNA聚合酶相互配合下催化进行的，还有一些酶及蛋白质因子参与反应。DNA聚合酶与引物酶共同起引发作用，然后由DNA聚合酶催化前导链及滞后链的合成。在链的延长中，有PCNA（增殖细胞核抗原）参与，保障连续性。DNA聚合酶是线粒体中DNA复制酶。DNA聚合酶与DNA损伤修复、校正和填补缺口有关DNA连接酶DNA复制过程中，经过了链延长阶段后，合成出的前

17、导链为一条连续的长链。滞后链则是由合成出许多相邻的片段，在DNA连接酶的催化下，连接成为一条长链。连接作用是在DNA连接酶催化下进行的。DNA连接酶的作用是催化各相邻的DNA片段以3，5磷酸二酯键相连接。原核细胞中以NAD提供能量，真核细胞中以ATP提供能量DNA复制的忠实性保证复制忠实性的原因主要有以下三点:1）起始时以RNA作为引物2）DNA聚合酶的高度专一性： 严格遵循碱基配对原则3）DNA聚合酶的校对功能： 错配碱基被DNA聚合酶的3'5'外切酶活力切除 DNA聚合酶具有3®¢5¢外切酶功能，以校正复制过程中的核苷酸，也就是说聚合酶在开始形

18、成一个新的磷酸二酯键前，总是检查前一个碱基是否正确，这也决定了DNA复制不能从头开始合成。因此，先合成一条低忠实性的多核苷酸来开始DNA的合成，并以核糖核苷酸来表示是“暂时”的，当DNA开始聚合以后再利用5®¢3¢外切酶的功能进行切除，确保复制的忠实性（4）终止终止区，在此区中包括有5个ter序列，其核心序列为GTGTGTGT，它们可以和Tus蛋白结合，阻止了解链酶发挥作用，促使复制的终止。DNA复制完毕后，又可在拓扑异构酶的作用下，在DNA分子中引入超螺旋结构，进行进一步的装配。4、真核生物DNA复制的特点（与原核生物复制的区别）聚合酶不同：真核生物DNA复制的

19、聚合酶包括、和五种，原核生物的聚合酶包括pol 、复制速度不同：真核生物DNA复制的速度约为50bp/s 复制叉，而原核生物DNA复制的速度约为1000bp/s 复制叉复制起点不同：原核生物中的复制起始点通常为一个，而真核生物中为多个冈崎片段的不同：真核生物DNA复制中的冈崎片段长度约为100-200bp，而原核生物的冈崎片段则要大得多5、逆转录作用及端粒酶（1）逆转录作用逆转录作用：逆转录作用即是以RNA为模板，由dNTP聚合生成DNA的作用。催化此反应的酶为逆转录酶。逆转录在病毒致癌过程中起着重要的作用，在基因工程中，可用于mRNA为模板合成cDNA的实验中逆转录酶具有多种酶活性，其催化的

20、反应是：RNA指导的DNA合成反应；RNA的水解反应；DNA指导的DNA合成反应。逆转录酶催化的DNA合成反应也是53合成方向。在DNA合成开始进行时，需要有引物。逆转录酶没有35外切酶活性，因此它没有校正功能，逆转录作用的错误率相对较高（2）端粒酶端粒：指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构部分，通常膨大成粒状。其共同的结构特征是由一些富含G、C的短重复序列构成，可重复数十次至数百次。人端粒DNA由53方向的（TTAGGG）n 反复串联组成，长约515kb，是非结构基因，不具编码蛋白质的功能 端粒具有保护DNA双链末端，使其免遭降解及彼此融合的功能。端粒的平均长度随着细胞分裂次数的增多及年

21、龄的增长而变短，可导致核染色体稳定性下降，并导致衰老。其分子机制在于，线形DNA分子不能从末端核苷酸外合成RNA引物，如此染色体将逐代缩短。但是在生殖细胞、胚胎细胞和肿瘤细胞中，由于有端粒酶，所以并不出现这种情况。端粒酶：端粒酶是一种RNA-蛋白质复合体，它以自身RNA为模板，通过逆转录过程对末端DNA链进行延长。线性DNA在复制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出现缩短。故需要在端粒酶的催化下，进行延长反应。端粒酶催化合成端粒，在保证染色体复制的完整性上有重要意义。6、DNA的修复方式（1）DNA复制过程中的校正修复DNA复制过程中会发生错误，这可以由DNA聚合酶来修正错误。在大肠杆菌

22、DNA复制过程中，如果有错误核苷酸掺入，DNA聚合酶暂时停止催化聚合作用，而是由DNA聚合酶或DNA聚合酶的 35外切酶活性切除错误的碱基，然后继续再催化正确的聚合作用。真核生物DNA聚合酶也具有此种校对作用。所以DNA聚合酶的校对作用是DNA复制中的修复形式其他能够保证DNA复制准确性的机制在于：以亲代DNA为模板，按碱基互补配对方式进行DNA复制起始时以RNA作为引物细胞内DNA损伤修复机制（2）DNA的损伤修复DNA的损伤与突变DNA的损伤：DNA损伤指在生物体生命过程中DNA双螺旋结构发生的任何改变。DNA结构发生的改变主要分为两种：单个碱基的改变；双螺旋结构的异常扭曲DNA的突变1）

23、同义突变：基因突变导致mRNA密码子第三位碱基的改变，但不引起密码子意义的改变，其翻译产物中的氨基酸残基顺序不变，但有时可引起翻译效率降低2）错义突变：基因突变导致mRNA密码子碱基被置换，翻译产物中的氨基酸残基顺序发生改变3）无义突变：基因突变导致mRNA密码子碱基被置换而改变成终止密码子，引起多肽链合成的终止4）移码突变：基因突变导致mRNA密码子碱基被置换，引起突变点之后的氨基酸残基顺序全部发生改变 生物体内外许多因素都会造成DNA损伤，生物体内的损伤在一定条件下可以修复。DNA突变是核苷酸的序列改变的结果，包括由于DNA损伤和错配得不到修复而引起的突变。能够修复的损伤不会导致突变，而损

24、伤一旦不能修复，就会导致突变。突变不一定都是由损伤引起DNA损伤的修复修复是生物机体细胞在长期的进化过程中形成的一种保护功能，在遗传信息传递的稳定性方面具有重要作用。细胞对DNA损伤的修复系统主要有5种，即切除修复、错配修复、直接修复、重组修复和易错修复直接修复1）光复活作用：是一种高度专一的直接修复方式，是由光复活酶催化的修复。其机制是可见光激活了光复活酶，它能分解由于紫外线照射而形成的嘧啶二聚体。此方式分布很广，在植物中特别重要，但不存在与哺乳动物中2）转甲基作用：在转甲基酶的催化下，将DNA上被修饰的甲基去除。此时，转甲基酶自身被甲基化而失活切除修复是在一系列酶的作用下，将DNA分子中受

25、损部分切除掉，并以完整的那条链为模板，合成出切除的部分，从而使DNA恢复正常结构的过程。1）碱基切除修复碱基切除修复是一种较普遍的修复过程，主要修复单个碱基缺陷的损伤。所有细胞中都带有不同类型、能识别受损核酸位点的糖苷水解酶，它能够特异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，统称为AP位点。一旦AP位点形成，即有AP核酸内切酶在AP位点附近将DNA链特异切开。不同AP核酸内切酶的切割方式不同，或在5侧或在3侧。之后外切核酸酶将包括AP位点在内的DNA链切除。DNA聚合酶兼有外切核酸酶活性，并使DNA链3端延伸以填补空缺，DNA连接酶将链连上。在AP位点必须切除若干核

26、苷酸后才能进行修复合成，细胞内没有酶能在AP位置直接将碱基插入，因为DNA合成的前体物质是核苷酸而不是碱基2）核苷酸切除修复DNA螺旋结构有较大损伤变形时，则以核苷酸片段切除修复方式进行修复。常见的是短片段修复。当DNA链多处发生严重损伤时将诱导长片段修复大肠杆菌ABC切除酶包括3种亚基：Uvr A、Uvr B和Uvr C。由Uvr A和Uvr B蛋白组成复合物（A2B），寻找并结合在损伤部位。Uvr A二聚体随即解离，留下Uvr B 与DNA牢固结合，然后Uvr C蛋白结合到Uvr B上，Uvr B切开损伤部位3侧第5个磷酸二酯键，Uvr C切开5侧第8个磷酸二酯键。结果是12-13个核苷酸

27、的片段（决定于损伤碱基是1个还是2个）在Uvr D解螺旋酶帮助下被除去，空缺由DNA聚合酶和DNA连接酶填补人类和其它真核生物的切除酶水解损伤部位3侧第6个磷酸二酯键以及5侧第22个磷酸二酯键，切除27-29个核苷酸片段，然后用DNA聚合酶和DNA连接酶填补空缺重组修复受损伤的DNA链复制时，产生的子代DNA在损伤的对应部位出现缺口，完整的另一条母链DNA与有缺口的子链DNA进行重组交换，将母链DNA上相应的片段填补子链缺口处，而母链DNA出现缺口，以另一条子链DNA为模板，经DNA聚合酶催化合成一段新的DNA片段填补母链DNA的缺口，最后由DNA连接酶连接，完成修补错配修复大肠杆菌的Dam甲

28、基化酶可以使DNA的GATC序列中A的N6甲基化，新合成的链在短期内未能甲基化，如果有错配碱基对，则需切除新合成链的错配区，MutS二聚体识别并结合到错配碱基部位，mutL二聚体与MutS结合，使DNA形成突环，复合体随ATP水解而移动，直至遇到GATC序列，随后核酸内切酶MutH结合到MutSL上，将未甲基化链GATC位点G的5端切开，若切开处位于错配碱基的3侧，则由核酸外切酶或核酸外切酶X沿3 5方向切除核酸链。若切开处位于错配碱基的5侧，则由核酸外切酶或RecJ沿5 3方向切除核酸链,新的DNA链由DNA聚合酶和连接酶合成并连接。在切除链的过程中，解螺旋酶和SSB帮助链的解开易错修复和S

29、OS易错修复：指DNA受到严重损伤，细胞处于危急状态时所诱导的高错误频率的DNA修复SOS：指DNA损伤时，应急而诱导产生的修复作用，称为SOS修复。在正常情况下，修复蛋白的合成是处于低水平状态的，这是由于它们的mRNA合成受到阻遏蛋白LexA的抑制。细胞中的recA蛋白也参与了SOS修复。当DNA受到严重损伤时，recA以其蛋白酶的功能水解破坏LexA，从而诱导了十几种SOS基因的活化，促进了此十几种修复蛋白的合成7、RNA的转录作用及其特点转录：转录作用是DNA指导的RNA合成作用。反应是以DNA为模板，在RNA聚合酶催化下，以四种核糖核苷三磷酸（NTP）即ATP、GTP、CTP及UTP为

30、原料，各种核苷酸之间以3，5磷酸二酯键相连进行的聚合反应。合成反应的方向为53。反应体系中还有Mg2+、Mn2+等参与，反应中不需要引物参与。碱基互补原则为A-U、G-C，在RNA中U替代T与A配对。DNA分子多为双股链的分子，在转录作用进行时，DNA双链中只有一条链作为模板，指导合成与其互补的RNA。此DNA链称为模板链，另一条链称为编码链。编码链的序列与转录本RNA的序列基本相同，只是编码链上的T在相应转录本上为U。编码链又称为有义链；模板链又称为反义链。在多基因的双链DNA分子中，每个基因的模板不是全在同一条链上，也就是在双链DNA分子中的一条链，对于某基因是有义链，但对另一个基因则可能

31、是反义链。转录作用开始时，RNA聚合酶结合于基因的特定部位，在此附近DNA双键打开，形成转录泡，进行核苷酸的聚合反应。随着RNA聚合酶沿着DNA模板链移动，核苷酸的聚合反应继续进行RNA的不对称转录：以DNA为模板合成RNA的过程叫做转录。因为：只以基因DNA双链中的一条链为模板进行转录，而另一条链无转录功能；DNA双链上的多个基因进行转录的模板并不在同一条DNA链上，故又称其为不对称转录转录与复制的异同相同：1）都是以DNA为模板进行2）复制和转录过程都遵循碱基互补配对原则3）都是从5向 3方向进行4）都依赖DNA的双链5）聚合过程每次都延长一个核苷酸6）核苷酸之间的连接都是磷酸二酯键不同：

32、1）复制所需的底物为脱氧核苷三磷酸，而转录的底物为核苷三磷酸2）在复制过程中，A-T 配对而在转录过程中是 A-U 配对3）RNA聚合酶与DNA聚合酶不同，能合成出新链，因此转录不需要引物，而复制需要引物4）复制得到的是与模板链互补的DNA链，而转录得到的是与模板互补的RNA链5）转录过程中，只有一条链能作为模板链，并且只是一条DNA链的某一区段，而复制中，两条都可作为模板链，都被复制6）复制得到的产物与亲代具有高保真性，绝大多数情况下是完全相同的，而转录产物与结构基因相比较，除U与T互换外，成熟的RNA序列与模板序列相差很大 8、RNA聚合酶（1）原核生物RNA聚合酶大肠杆菌RNA聚合酶的结

33、构是由五个亚基组成，为二条链，一条链，一条链和因子，2四个亚基组成核心酶，加上因子后成为全酶。为起始因子，因子引导RNA聚合酶稳定地结合到DNA的启动子上。亚基借助疏水作用与DNA结合，亚基是碱性蛋白，借助静电作用与DNA结合，构成RNA聚合酶的催化中心。亚基与启动子上游元件和活化因子结合，促进酶的装配。RNA聚合酶全酶的功能：1）识别和结合DNA链上的启动子2）沿着DNA双链作单向运动3）解开DNA双螺旋，转录后又恢复双螺旋4）能同时与局部分离的DNA链以及转录产物RNA链结合5）按DNA链的模板原则选择正确的底物NTP，以53方向催化磷酸二酯键形成，合成RNA链6）识别转录的终止信号7）能

34、与转录因子相互作用，以调节转录速度8）能在转录受到阻遏的情况下进行自身调整，借助于辅助因子，恢复和维持RNA合成（2）真核生物的RNA聚合酶真核生物中已发现有三种RNA聚合酶，分别称RNA聚合酶、。RNA聚合酶转录生成hnRNA和mRNA，是真核生物中最活跃的RNA聚合酶。RNA聚合酶转录的产物都是小分子量的RNA，tRNA，5S rRNA，snRNA和scRNARNA聚合酶转录产物是45S rRNA，经加工产生5.8S rRNA，18S rRNA 和28S rRNARNA聚合酶的活性都可被低浓度的-鹅膏蕈碱抑制，而RNA聚合酶不受抑制。动物RNA聚合酶受高浓度的-鹅膏蕈碱抑制，而酵母、昆虫的

35、RNA聚合酶不受抑制除了细胞核RNA聚合酶外，还分离到线粒体和叶绿体RNA聚合酶，它们的结构简单，能转录所有种类的RNA，类似于细菌RNA聚合酶9、启动子及转录终止信号（1）启动子启动子：启动子是RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列，它含有RNA聚合酶特异性结合和转录起始所需的保守序列位点，启动子本身不被转录转录因子：RNA聚合酶在进行转录时，常需要一些辅助因子（蛋白质）参与作用，此类蛋白质统称为转录因子足迹法和DNA测序法可用来确定启动子的序列结构原核生物的启动子原核生物基因的启动子分为两类：一类是RNA聚合酶能够识别并结合的启动子，称为核心启动子；另一类在RNA聚合酶结合时需要

36、蛋白质辅助因子的协助，这类启动子除了具有RNA聚合酶结合位点之外，还有辅助因子结合位点，后者位于核心启动子上游，因此称为启动子上游部位。核心启动子与启动子上游部位共同构成了原核生物基因的启动子1）-10序列（Pribnow框）从起点上游约-10处找到6 bp 的保守序列TATAAT，称为Pribnow框，或称为-10序列，是转录的解链区。-10序列含有较多的A-T碱基对，双链分开所需的能量较低，因此，-10序列有助于DNA局部双链解开2）-35序列只含-10序列的DNA不能转录，在上游的-35区域，有一段保守区域，称为-35序列，其共同序列是TTGACA。-35序列的功能是提供RNA聚合酶识别

37、的信号，通过因子识别-35序列，使RNA聚合酶结合在启动子上，因此，-35区域又称为识别区域。-35序列的突变将降低RNA聚合酶与启动子结合的速度，但不影响转录起点附近DNA双链的解开；而-10序列的突变不影响RNA聚合酶与启动子结合的速度，但降低双链的解链速度真核生物的启动子。真核生物有三种RNA聚合酶：RNA聚合酶I、II、III，分别转录rRNA、mRNA、tRNA和小分子RNA，这三类聚合酶的启动子各有其结构特点。RNA聚合酶的启动子RNA聚合酶的启动子有三个保守区：1）TATA框（Hogness框）此序列功能：使DNA双链解开，并决定转录的起点位置，失去TATA框，转录将可能在许多位

38、点上开始。TATA框的改变或缺失，直接影响DNA与酶的结合程度，会使转录起始点偏移，因此，TATA是绝大多数真核基因正确表达所必需的。由于RNA聚合酶分子有相对固定的空间结构，同此框的结合位点和转录反应催化位点的距离，决定了起始位点的正确选择。启动子特定序列和酶的正确结构，把酶置于一种正确的构象中，决定了识别的正确性和转录起始的正确性2）CAAT框，中心在-75处，9bp。功能：与RNA聚合酶结合3）GC框，在CAAT框上游，序列GGGCGG，与某些转录因子结合（2）终止信号终止子：提供转录终止信号的一段DNA序列。终止因子：协助RNA聚合酶识别终止子的蛋白质辅助因子。有些终止子的作用可被特异

39、的因子所阻止，使酶越过终止子继续转录，称为通读，这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。终止子位于已转录的序列中，DNA的终止子可被RNA聚合酶本身或其辅助因子识别。大肠杆菌中的两类终止子所有原核生物的终止子在终止点之前都有一个回文结构，它转录出来的RNA可以形成一个茎环式的发夹结构。不依赖于的终止子（简单终止子）简单终止子在RNA序列分子的水平上有两个明显的结构特征：1）有能形成茎环结构的反向重复序列，靠近茎环底部有一段富含GC碱基对的结构2）在茎环结构的 3 端，一般有4-6个连续或不连续的U序列结构 茎环结构能够使RNA聚合酶在RNA合成时出现缓速、暂停等现象，这种暂停为转录终止提供了

40、机会。在RNA-DNA杂合双链中，rU-dA碱基对间的氢键作用力很弱，在此处将RNA-DNA杂合双链末端分开所需要的能量较低依赖的终止子依赖的终止子，必需在因子存在时，才发生终止作用。终止点前无寡聚U序列，回文对称区不富含GC。因子通常以同源六聚体的活性形式存在，各个亚基都具有ATPase结构域和RNA结合结构域。因子具有53解螺旋酶活性，使RNA-DNA杂合双链分离，它通过水解ATP为这一过程提供能量10、RNA的转录过程（1）起始RNA聚合酶的因子识别DNA启动子的识别部位，RNA聚合酶核心酶则结合在启动子的结合部位。在与RNA聚合核心酶结合的Pribonow盒附近，双链暂时打开约17个碱

41、基对长度，展示出DNA模板链，有利于RNA聚合酶进入转录泡，催化RNA聚合作用。转录作用开始时，根据DNA模板链上的核苷酸的序列，NTP根据碱基互补原则依次进入反应体系。在RNA聚合酶的催化下，起始点处相邻的前两个NTP以3，5磷酸二酯键相连接。随后，因子从模板及RNA聚合酶上脱落下来，于是RNA聚合酶的核心酶沿着模板向下游移动，转录作用进入延长阶段。脱落下的因子可以再次与核心酶结合而循环使用。（2）延长在RNA聚合酶的催化下，核苷酸之间以3，5磷酸二酯键相连接进行着RNA的合成反应，合成方向为53。在延长过程中，局部打开的DNA双链、RNA聚合酶及新生成转录本RNA局部形成转录泡。随RNA聚

42、合酶的移动，转录泡也行进，贯穿于延长始终。（3）终止在RNA延长进程中，当RNA聚合酶行进到DNA模板的终止信号时，RNA聚合酶就不再继续前进，聚合作用也因此停止。由于终止信号中有由GC富集区组成的反向重复序列，在转录生成的mRNA中有相应的发卡结构。此发卡结构可阻碍RNA聚合酶的行进，由此而停止了RNA聚合作用。在终止信号中还有AT富集区，其转录生成的mRNA 3末端有多个U残基。11、转录后的加工过程转录作用产生出的mRNA、tRNA及rRNA的初级转录本全是前体RNA，而不是成熟的RNA，它们没有生物学活性，还要在酶的作用下，进行加工才能变为成熟的，有活性的RNA。RNA的加工过程主要是

43、在细胞核内进行，也有少数反应是在胞质中进行。RNA加工的类型有：剪切及剪接，剪切就是剪去部分序列；剪接是指剪切后又将某些片段连接起来。末端添加核苷酸：例如tRNA的3-末端添加-CCA。修饰：在碱基及核糖分子进行化学修饰。RNA转录后加工：RNA聚合酶合成的原初转录产物，要经过剪切、修饰、拼接等过程，才能转变成成熟的RNA分子，此过程称RNA转录后加工RNA编辑：RNA编辑是改变了RNA分子序列的一种转录后修饰现象，包括碱基的插入、缺失或核苷酸的替换。剪接只影响RNA分子本身的结构特性，与编码的序列内容无关，而RNA编辑能改变转录产物的信息特性，导致编码蛋白质的氨基酸序列改变，改变密码子的含义

44、甚至整个可读框（1）mRNA前体的加工mRNA生成的特点1)原核生物mRNA的生成原核生物转录作用生成的mRNA属于多顺反子。即几个结构基因，利用共同的启动子及共同的终止信号，经转录作用生成mRNA分子，所以此mRNA分子可编码几种不同的蛋白质。细菌中用做蛋白质合成模板的初始转录产物mRNA在转录的同时也在一边翻译，不存在时空间隔，一般不需要加工，一经转录即可直接进行翻译，一个大的多顺反子mRNA被翻译成多个蛋白质分子2）真核生物mRNA生成真核生物转录作用生成的mRNA为单顺反子，即一个mRNA分子只编码一种蛋白质。真核生物的结构基因中包含有具有表达活性的编码蛋白质序列，称为外显子；还含有无

45、表达活性的序列，称为内含子。由于内含于是插在外显子之间，所以又称为插入序列。转录生成的mRNA前体中有来自外显子部分的，也有来自内含子部分的。在加工时，前体要进行剪接作用。外显子：在DNA分子中或mRNA分子中既能被转录又能被翻译的核苷酸序列叫做外显子内含子：许多真核生物的基因是不连续的，这些不连续基因中的插入序列称内含子。当基因转录为RNA后，内含子仍在RNA序列中存在，经加工后可除去mRNA前体的加工原核生物转录生成的初级转录本mRNA不需经过复杂的加工就表现有活性。真核生物转录生成的mRNA要经过较复杂的加工过程。包括：1）5末端加帽2）3端加尾3）剪接去除内含子并连接外显子4）核苷酸编

46、辑5）甲基化修饰1)5末端帽子的生成。步骤：mRNA 5末端pppNp在磷酸酶作用下脱Pi，形成ppNp-。在鸟苷酸转移酶作用下，与Gppp反应形成GpppNp-。在甲基转移酶作用下，由SAM提供甲基，在鸟嘌呤的N-7上甲基化，然后在连接于鸟苷酸的第一个（或第二个）核苷酸2OH上又进行甲基化，最后成为m7GpppNmp，这就是帽子生成。5帽子结构的功能：a对mRNA的保护作用，使mRNA免受核酸酶从5端开始的降解b使mRNA具有可翻译能力c参与mRNA的输送2）3末端polyA尾的生成polyA尾的生成是polyA聚合酶的催化下，由ATP聚合而成。polyA的功能：a保护mRNA，提高mRNA

47、在细胞质中的稳定性b增强mRNA的可翻译能力3）剪接作用。在转录时，外显子及内含子均转录到hnRNA中。在细胞核中，hnRNA进行剪接作用，首先在核酸内切酶作用下剪切掉内含子；然后在连接酶作用下，将外显子各部分连接起来，成为成熟的mRNA，这就是剪接作用。一个相同的初级转录本，在不同的组织中由于剪接作用的差异可以产生具有不同编码的mRNA，导致翻译生成不同的蛋白质产物。在剪接作用过程中有如下一些共同的特点：amRNA前体的剪切部位是在内含子末端的特定序列。真核生物所有编码蛋白质的核结构基因，其内含子的左端均为GT，右端均为AG。此规律称GT-AG规律（对于mRNA就是GU-AG，此规律不适合于

48、线粒体、叶绿体的内含子，也不适合于tRNA和某些rRNA的核结构基因）b真核细胞内存在许多种类的小分子RNA，有些由聚合酶III转录，有些由聚合酶II转录。核内小RNA（snRNA）主要存在于核内，细胞质小RNA（scRNA）主要存在于细胞质。重要的snRNA有U系列snRNA，因其尿嘧啶含量高而得名。U系列snRNA通常都与多肽或蛋白质结合形成核糖核蛋白颗粒（RNP）。U snRNA参与hnRNA的拼接过程。U3 snRNA与rRNA前体的加工有关，U1、U2、U4、U5、U6可能都与hnRNA的加工有关。4)RNA编辑在转录产物中插入、删除或取代一些核苷酸残基，生成具有正确翻译功能的模板，

49、此即所谓RNA的编辑作用。编辑过程由一个或多个小分子的“指导RNA”提供mRNA的编辑信息，并作为模板指导其进行编辑，在编辑体的帮助下进行编辑。5)甲基化修饰原核生物mRNA分子中不含有稀有碱基，但真核生物的mRNA中则含有甲基化核苷酸，除了在hnRNA的5端帽子结构中含有23个甲基化核苷外；在分子内部还会有l2个N6-甲基腺嘌呤存在于非编码区。N6-甲基腺嘌呤的生成是在hnRNA的剪接作用之前发生的。（2）tRNA前体的加工原核tRNA前体的加工：核酸内切酶（RNaseP、RNaseF）在tRNA两端切断核酸外切酶RNaseD从3末端切除多余的核苷酸tRNA核苷酰转移酶催化，3末端加CCA-

50、OH核苷的修饰和异构化真核tRNA前体的剪切、修饰过程与原核相似（3）rRNA前体的加工原核生物rRNA的加工：原核生物有16S、23S及5S三种rRNA，这三种rRNA均存在于30S的rRNA前体中。转录作用完成后，在RNase、RNaseP、RNaseE催化下，将rRNA前体切开产生17S、25S及5S rRNA的中间前体。进一步在核酸酶的作用下，切去部分间隔序列，产生成熟的16S、23S及5S rRNA，还有成熟的tRNA。并进行甲基化修饰，生成稀有碱基。真核生物rRNA的加工：真核生物的核糖体中有18S、5.8S及5S rRNA。5SrRNA自己独立成体系，在成熟过程中加工甚少，不进行

51、修饰和剪切。45S rRNA前体中包含有18S、5.8S及28SrRNA。在加工过程中，分子广泛地进行甲基化修饰，主要是在28S及18S中。甲基化作用多发生于核糖上，较少在碱基上。随后45S rRNA前体经核酸酶顺序剪切下生成18S、5.8S、28SrRNA。12、RNA的选择性剪接选择性剪接：一个基因的初始转录产物在不同的分化细胞、不同的发育阶段、甚至不同的生理状态下，通过不同的剪接方式，可以得到不同的成熟mRNA和蛋白质产物，称为选择性剪接。所产生的多个蛋白质即为同源体选择性剪接的类型:剪接产物缺失一个或几个外显子剪接产物保留一个或几个内含子作为外显子的编码序列在外显子中存在潜在的5端剪接

52、点或3端剪接点，使该外显子部分缺失内含子中也存在潜在的5端剪接点或3端剪接点，从而使部分的内含子变成了编码序列13、转录的抑制剂（1）嘌呤和嘧啶的类似物：如6-巯基嘌呤在体内可以转变为巯基嘌呤核苷酸，阻断嘌呤核苷酸的生物合成，从而抑制转录。5-氟尿嘧啶是尿嘧啶的类似物，可以掺入RNA，5-氯，5-溴，5-碘尿嘧啶是胸腺嘧啶的类似物，可以掺入DNA，并可以引起碱基配对的错误。上述化合物可作为抗癌药使用（2）DNA模板功能的抑制剂：烷化剂可以使DNA烷基化，通常有致癌作用；放线菌素D可以插入碱基平面之间，抑制转录作用，色霉素A，橄榄霉素，光神酶素有类似的作用；嵌入染料如丫啶和菲锭可以使DNA发生移

53、码突变，抑制复制和转录（3）RNA聚合酶的抑制剂：利福霉素（或利福平），利链霉素可以和原核生物RNA聚合酶的亚基结合，抑制转录，-鹅膏蕈碱可以抑制真核生物的转录14、核酶核酶：核酶泛指一类具有催化功能的RNA分子，一般是指无需蛋白质参与或不与蛋白质结合，就具有催化功能的RNA分子。目前已发现的核酶分为两类：剪接型核酶和剪切型核酶。剪接型核酶：指RNA分子被磷酸二酯酶水解切割后，伴随着形成新的磷酸二酯键剪切型核酶：只剪不接，催化自身RNA或不同的RNA分子，切下特异的核苷酸序列15、蛋白质合成体系参与蛋白质合成的物质，除作为原料的氨基酸外，还有mRNA、tRNA、核糖体、有关的酶(氨酰tRNA合

54、成酶)，以及ATP、GTP等供能物质与必要的无机离子等。（1）mRNA的作用原理遗传密码是指DNA链上的核苷酸与蛋白质链上的氨基酸的对应关系。密码子是指mRNA链上三个连续的核苷酸决定一个特定的氨基酸，mRNA上特定的核苷酸序列对应蛋白质链上特定的氨基酸序列遗传密码的性质：遗传密码是三联体密码模板从mRNA5端的起始密码子开始，到3端的终止密码称为开放读码框架。在框架内每3个碱基组成1个密码子，决定1个氨基酸。遗传密码无逗号遗传密码不重叠遗传密码具有通用性各种低等和高等生物，包括病毒、细菌及真核生物，基本上共用同一套遗传密码遗传密码具有简并性有61个密码子代表20种氨基酸，每个密码子只代表一种

55、氨基酸，而多数氨基酸都有24个密码子。同一种氨基酸具有两个或更多密码子的现象称为密码子的简并性。对应于同一种氨基酸的不同密码子称为同义密码子密码子的简并性具有重要的生物学意义，可以减少有害突变密码子有起始密码子和终止密码子在绝大多数的生物体中使用AUG为起始密码子（极少数GUG）。UAA、UAG、UGA是终止密码子（2）tRNA的作用原理不同的氨基酸有其特定的tRNA，同一种氨基酸常有数种tRNA。在ATP和酶存在的条件下，tRNA与对应氨基酸结合成为氨酰tRNA。tRNA上有由3个核苷酸组成的反密码子，与mRNA上的密码子按碱基互补配对原则结合，氨酰tRNA才能准确的在mRNA上对号入座。但

56、tRNA的反密码子中的核苷酸与mRNA的第三个核苷酸配对时，并不严格遵循碱基互补配对原则，此种配对称不稳定配对。（3）核糖体的作用原理核糖体由大亚基(原核为50S，真核为60S)和小亚基(原核为30S，真核为40S)组成。大亚基具有转肽酶的活性，可使核糖体上的肽链转移到新进入核糖体的tRNA所携带的氨基酸上，使其缩合成肽。所以，当核糖体在mRNA上每向前移动一个密码子的位置，肽链上即增加一个新的氨基酸，直至终止信号。16、蛋白质合成的过程（1）原核生物蛋白质合成的步骤氨酰-tRNA合成酶使氨基酸结合到特定的tRNA上 氨基酸tRNAATP 氨酰-tRNAAMPPPi此酶专一性很高，只作用于L-氨基酸，每种氨基酸有一个专一的酶。酶有校对机制，一方面对转运RNA有专一性，另一方面还有水解位点，可水解错误酰化的氨基酸。肽链合成的起始甲硫氨酸的单一的密码子有两种tRNA去识别，即和tRNAMet，它们有相同的反密码子，但有不同的专一性，当甲硫氨酸与反应生成Met-后,可进一步甲酰化生成甲酰甲硫氨酰-，即fMet-。这种甲酰化反应不会在甲硫氨酸或Met- tRNAMet上发生。因为在mRNA起始密码子的上游区（5端）有一段富含嘌呤的SD序列，它能与核糖体30S小亚基16S rRNA的3端一段富含嘧啶的序列互补结合，使30S小亚基正确定位在mRNA的5端。SD序列允许fMe