山东大学_分子生物学,期末考试,非基地班

1、 分 子 生 物 学第二章 核酸的结构与功能（4学时）基本要求：了解核苷酸的结构。熟悉核苷酸的命名。掌握核苷酸的化学组成。二、核酸的一级结构基本要点：1DNA和RNA的一级结构 四种核苷酸或脱氧核苷酸按照一定的排列顺序以3，5磷酸二酯键（phosphodiester linkage）相连形成的多聚核苷酸链或脱氧核苷酸（polydeoxynucleotides）, 称为核苷酸序列(也称为碱基序列)。脱氧核苷酸或核苷酸的连接具有严格的方向性，是前一核苷酸的-OH与下一位核苷酸的5-位磷酸间形成3，5磷酸二酯键，构成一个没有分支的线性大分子。DNA的书写应从5'到3'。2RNA与DN

2、A的差别 戊糖成分是核糖不是脱氧核糖; 嘧啶为胞嘧啶和尿嘧啶而不含有胸腺嘧啶, U代替了DNA的T。DNA和RNA对遗传信息的携带和传递是依靠核苷酸中的碱基排列顺序变化而实现的。基本概念：核酸的一级结构。基本要求：熟悉DNA与RNA的区别。掌握核酸的一级结构。三、DNA的空间结构与功能基本要点：1DNA的二级结构双螺旋结构模型 的双螺旋结构的研究背景 Chargaff规则：腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数总是相等（=T），鸟嘌呤的含量总是与胞嘧啶相等（G=C）；不同生物种属的DNA碱基组成不同，同一个体不同器官、不同组织的DNA具有相同的碱基组成。双螺旋结构模型的要点 是一反向平行的互补双链结构 亲水

3、的脱氧核糖基和磷酸基骨架位于双链的外侧、而碱基位于内侧，两条链的碱基互补配对， A-T形成两个氢键，G-C形成三个氢键。堆积的疏水性碱基平面与线性分子结构的长轴相垂直。两条链呈反平行走向，一条链，另一条链是。）。DNA是右手螺旋结构 DNA线性长分子在小小的细胞核中折叠形成了一个右手螺旋式结构（图-7）。螺旋直径为nm。螺旋每旋转一周包含了10对碱基，每个碱基的旋转角度为36°。螺距为3.4nm；碱基平面之间的距离为0.34nm。DNA双螺旋分子存在一个大沟（major groove）和一个小沟（minor groove），目前认为这些沟状结构与蛋白质和DNA间的识别有关。DNA双螺

4、旋结构稳定的维系 横向靠两条链间互补碱基的氢键维系，纵向则靠碱基平面间的疏水性堆积力维持，尤以碱基堆积力更为重要。2结构的多样性 B-DNA(atson-Crick模型结构) Z-DNA A-DNA3DNA的超螺旋结构 DNA在双链螺旋式结构基础上,进一步折叠成为超级螺旋结构,在蛋白质的参与下构成核小体(nucleosome),再进一步折叠将DNA紧密压缩于染色体中。DNA的超螺旋-原核生物DNA的高级结构 绝大部分原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋分子。这种双螺旋分子还需再次螺旋化形成超螺旋结构以保证其可以较致密的形式存在于细胞内(图3-9)。4DNA在真核生物细胞核内的组装 染色体的

5、基本单位核小体。核小体由DNA和组蛋白共同构成。组蛋白分子共有五种,分别称为H1,H2A,H2B,H3和H4共同构成了核小体的核心,称为组蛋白八聚体(又称核心组蛋白)。DNA双螺旋分子缠绕在这一核心上构成了核小体的核心颗粒（core particle）。核小体的核心颗粒之间再由DNA (约60个碱基对,bp)和组蛋白H1构成的连接区连接起来形成串珠样的结构(图3-10)。在此基础上,核小体又进一步旋转折叠,形成纤维状结构及襟状结构、最后形成棒状的染色体,将近l m长的DNA分子容纳于直径只有数微米的细胞核中。DNA双螺旋分子组蛋白八聚体DNA双螺旋分子缠绕(核心颗粒)串珠样的结构维状结构及襟状

6、结构棒状的染色体5DNA的功能 基因(gene) 就是DNA分子中的某一区段,经过复制可以遗传给子代,经过转录和翻译四、RNA的空间结构与功能基本要点：1信使RNA的结构与功能 细胞核内合成的mRNA 初级产物比成熟的mRNA大得多,这种初级的RNA被称为不均一核RNA (Hetergeneou nuclear RNA,hnRNA),它们在细胞核内存在时间极短,经过剪接成为成熟的mRNA并移位到细胞质(见十二章)。成熟的mRNA由编码区和非编码区构成,它的结构特点(图3-11)如下:大多数的真核mRNA转录后在5'-端加一个7-甲基鸟苷,同时第一个核苷酸的C'2也是甲基化的,这

7、种m7G ppp N m结构被称为帽子结构(cap sequence)。帽子结构具有促进核蛋白体与mRNA的结合、加速翻译起始速度的作用,同时可以增强mRNA的稳定性。在真核mRNA的3'末端,有一多聚腺苷酸(poly A)结构,通常称为多聚A尾。一般由数十个至一百几十个腺苷酸连接而成。poly A是RNA生成后加上去的。poly A与mRNA从核内向胞质的转位及mRNA的稳定性有关。各种mRNA的长短差别很大, mRNA分子的长短,决定翻译的蛋白质分子量的大小。各种RNA分子中, mRNA的半衰期最短,由几分钟到数小时不等,是细胞内蛋白质合成速度的调控点之一。mRNA的功能是把核内D

8、NA的碱基顺序(遗传信息),按照碱基互补的原则,抄录并转送至胞质,在蛋白质合成中用以翻译成蛋白质中氨基酸的排列顺序。mRNA分子上每3个核苷酸为一组,三联体密码(triplet code)。2转运RNA的结构与功能 转运RNA (transfer RNA,tRNA)是细胞内分子量最小的一类核酸, 100多种tRNA都由70至90个核苷酸构成。tRNA的功能是在细胞蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体并将其转呈给mRNA。 tRNA的结构特点:分子中含10%20%的稀有碱基(rare bases)。稀有碱基是指除A、G、C、U外的一些碱基,包括双氢尿嘧啶(DHU)、假尿嘧啶(,pseudouri

9、dine)和甲基化的嘌呤(mG,mA)等(图3-12)。一般的嘧啶核苷以杂环上N-1与糖环的C-1连成糖苷键,假尿嘧啶核苷则用杂环上的C-5与糖环的C-1相连。tRNA核苷酸中存在局部互补配对的区域,可以形成局部双链,进而形成一种茎-环样(stem-loop)结构或发夹结构。中间不能配对的部分则膨出形成环状或襻状。tRNA形成三叶草形(cloverleaf pattern)二级结构。分别称为DHU环和T环,以及反密码环。反密码子(anticoden)与mRNA相应的三联体密码子碱基互补。例如负责转运酪氨酸的tRNA(tRNATyr)的反密码子5'-GUA-3'与mRNA上相应的

10、三联体密码子5'-UAC-3'(编码酪氨酸)呈反向互补。不同的tRNA依照其转运的氨基酸的差别,有不同的反密码子。X射线衍射结构分析发现tRNA的共同三级结构是倒L型(图3-13b)。倒L形三级结构中T环与DHU环相距很近。3核蛋白体RNA的结构与功能 核蛋白体RNA(ribosomal RNA,rRNA)约占RNA总量的80%以上。rRNA与核蛋白体蛋白共同构成核蛋白体或称为核糖体(ribosome),原核生物和真核生物的核蛋白体均由易于解聚的大、小两个亚基组成。真核生物的核蛋白体小亚基由18S rRNA及30余种蛋白质构成；大亚基则由5S、5.8S、及28S三种rRNA加上

11、近50种蛋白质构成(表3-3)。真核生物的18S rRNA的二级结构呈花状(图3-14),形似40S小亚基,其中多个茎环结构为核蛋白体蛋白的结合和组装提供了结构基础。DNA复性 变性DNA在适当条件下，分开的两条单链分子按照碱基互补原则重新恢复天然的双螺旋构象的现象。热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，又称为退火（annealing）。第十一章 DNA的生物合成（复制）（5学时）基本要求：1. 掌握与DNA复制、DNA损伤与修复、逆转录过程有关的基本概念。包括：半保留复制，半不连续复制，复制叉，复制子，岡崎片段，领头链，随从链，端粒，端粒酶等。2. 掌握复制的过程，以及复制过程中涉及到的各种酶

12、、蛋白因子；并掌握原核生物与真核生物复制的相同点与不同点。3. 掌握逆转录过程，熟悉逆转录酶的应用。4. 了解引起地中海贫血和镰形红细胞贫血的分子机制。重点：DNA分子在生物体内的合成有三种方式：（1）DNA指导的DNA合成，也称复制，是细胞内DNA最主要的合成方式。遗传信息储存在DNA分子中，细胞增殖时，DNA通过复制使遗传信息从亲代传递到子代。（2）修复合成，即DNA受到损伤（突变）后进行修复，需要进行局部的DNA的合成，用以保证遗传信息的稳定遗传。（3）RNA指导的DNA合成，即反转录合成，是RNA病毒的复制形式，以RNA为模板，由逆转录酶催化合成DNA。真核生物的DNA合成过程与原核生

13、物基本相似，但机理尚不十分清楚，以原核生物为例介绍其复制过程。难点：DNA的双螺旋结构是复制的结构基础。DNA复制的实质为酶催化的脱氧核糖核苷酸的聚合反应。复制开始时，亲代双链DNA分子解开，分别作为模板，在DNA依赖的DNA聚合酶催化下，按照碱基配对的原则，将四种脱氧核苷酸连接成DNA大分子，合成产物的碱基序列与模板DNA的碱基序列是互补的，子代DNA双链分子中，一条来自亲代的模板链，另一条为新合成的链，故称半保留复制，是生物体最主要的DNA合成方式；合成过程中，自53连续合成一条领头链，不连续地合成一些片断，而后连成一条随从链，所以DNA合成是半不连续合成。反应过程复杂，首先螺旋松弛，双链

14、打开，形成复制叉，然后复制的引发，包括合成引物，形成引发体，最后是DNA链的延长与终止。每一阶段需要有许多酶和蛋白因子参与，包括拓扑异构酶，用于理顺解链过程中造成的链的盘绕、打结等现象；解螺旋酶在蛋白因子的辅助下结合于复制起始点，并打开双链，由单链结合蛋白稳定解开的两股单链；引物酶及其它辅助蛋白因子在打开的双链上催化合成引物，由引物提供3-OH，与原料dNTP的5-P形成磷酸二酯键，然后DNA聚合酶催化这一聚合反应的进行，而DNA连接酶将复制中的不连续片段连接成完整的链。真核生物的复制与原核生物相比，为多个起始点、5种DNA聚合酶以及有端粒复制等特点。一、DNA的复制基本要求：1. 掌握复制叉

15、、半不连续复制、岡崎片段、领头链、随从链等基本概念。2. 掌握拓扑异构酶、解螺旋酶、单链结合蛋白、引物酶、DNA聚合酶、DNA连接酶的特点及生物学作用。3. 熟悉DNA的合成过程。4. 了解半保留复制的实验依据。基本概念：1. 中心法则：遗传信息从DNA通过转录流向RNA，RNA通过翻译指导合成蛋白质，这种遗传信息的传递规律称之。少数RNA也是遗传信息的贮存者，RNA能逆转录为DNA，是对中心法则的补充。2. 复制（replication）：即DNA的生物合成，以DNA为模板指导合成相同的DNA分子，使遗传信息从亲代传递到子代的过程。RNA病毒的遗传信息储存于RNA分子中，可进行RNA复制并反

16、转录合成DNA。3. 半保留复制（semiconservative replication）：DNA复制时，亲代DNA双螺旋结构解开，分别以解开的两股单链为模板，以dNTP(dATP、 dGTP 、dTTP 、dCTP)为原料，按照碱基互补的原则，合成与模板链互补的新链，从而形成两个子代DNA双链，其结构与亲代DNA双链完全一致。因子代DNA双链中的一股单链源自亲代，另一股单链为合成的新链，形成的双链与亲代双链的碱基序列完全一致，故称为半保留复制。4. 复制叉（replication fork）：原核生物DNA的复制从单一起点开始，双螺旋结构被打开，分开的两股单链分别作为新DNA合成的模板，D

17、NA合成从起点开始向两个方向进行，与单一起点相连的局部结构形状呈“Y”型，称复制叉结构。5. 半不连续复制：复制过程中，催化DNA 合成的DNA聚合酶只能催化核苷酸从53方向合成，以3 5链为模板时，新生的DNA以53方向连续合成；而以53为模板只能合成若干反向互补的岡崎片段，这些片段再相连成完整的新链，故称半不连续复制。6. 岡崎片段（Okazaki fragments）：DNA双链是反向平行的，复制时，亲代双链DNA在复制叉处打开，由于新链的合成具有方向性，即从53，以53DNA链为模板合成反向互补的新链时，只能合成小片段DNA，这些片段根据发现者命名为岡崎片断。7. 领头链、随从链：DN

18、A双链是反向的，复制时，两股链均作为模板，但新链的合成只能是53。因此，顺着解链方向合成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链，另一股新链的复制方向与解链方向相反，复制是不连续进行的，这条不连续合成的链称为随从链。8. 引发体：是由DnaA蛋白、DnaB蛋白（解螺旋酶）、DnaC蛋白、引物酶和DNA的起始复制区域共同形成的一个复合结构。DnaA蛋白辨认复制起始点，DnaB蛋白有解螺旋作用，DnaC蛋白使DnaB蛋白组装到复制起始点，引物酶合成引物。（一）、原核生物DNA的复制1与复制有关的酶及蛋白质：（1）拓扑异构酶：通过切断并连接DNA双链中的一股或双股，改变DNA分子拓扑构象，避免DN

19、A分子打结、缠绕、连环，在复制的全程中都起作用。其种类有：拓扑异构酶I和拓扑异构酶II，拓扑异构酶I能切断DNA双链中一股并再连接断端，反应不需ATP供能；拓扑异构酶II能使DNA双链同时发生断裂和再连接，需ATP供能，并使DNA分子进入负超螺旋。（2） 解螺旋酶： DNA进行复制时，需亲代DNA的双链分别作模板来指导子代DNA分子的合成，解螺旋酶可以将DNA双链解开成为单链。大肠杆菌中发现的解螺旋酶为DnaB。（3） 单链结合蛋白（SSB）：在复制中模板需处于单链状态，SSB可以模板的单链状态并保护模板不受核酸酶的降解。随着DNA双链的不断解开，SSB能不断的与之结合、解离。（4） 引物酶：

20、 是一种RNA聚合酶，在复制的起始点处以DNA为模板，催化合成一小段互补的RNA。DNA聚合酶不能催化两个游离的dNTP聚合反应，若没有引物就不能起始DNA合成。引物酶能直接在单链DNA模板上催化游离的NTP合成一小段RNA，并由这一小段RNA引物提供3-OH， 经DNA聚合酶催化链的延伸。（5） DNA聚合酶：是依赖DNA的DNA聚合酶，简称为DNA pol，以DNA为模板，dNTP为原料，催化脱氧核苷酸加到引物或DNA链的3-OH末端，合成互补的DNA新链，即53聚合活性。原核生物的DNA聚合酶有DNA polI、DNA pol II和DNA pol III，DNA pol III是复制延

21、长中真正起催化作用的，除具有53聚合活性，还有3 5 核酸外切酶活性和碱基选择功能，能够识别错配的碱基并切除，起即时校读的作用；DNA pol I具有53聚合活性、3 5和53核酸外切酶活性，53核酸外切酶活性可用于切除引物以及突变片段，起切除、修复作用。另外，klenow片断是DNA pol I体外经蛋白酶水解后产生的大片段，具有DNA 聚合酶和3 5外切酶活性，是分子生物学的常用工具酶。DNA pol II 在无DNA pol I和DNA pol III时起作用，也具有53和3 5 核酸外切酶活性。（6） DNA连接酶：DNA连接酶用于连接双链中的单链缺口，使相邻两个DNA片段的3-OH末

22、端和5-P末端形成3,5磷酸二酯键。DNA连接酶在DNA复制、修复、重组、剪接中用于缝合缺口，是基因工程的重要工具酶。2DNA的合成过程：可将复制过程分为起始、延长和终止三个阶段。复制起始：（1） 辨认起始点，合成引发体：在E.coli，复制起始点称为oriC，具有特定结构能够被DnaA蛋白辨认结合，DnaB蛋白具有解螺旋作用，DnaC蛋白使DnaB蛋白结合于起始点，DNA双链局部被打开，引物酶及其他蛋白加入，形成引发体。（2） 形成单链：DNA进行复制时，首先在拓扑异构酶作用下，使分子的超螺旋构象变化，然后在解链酶的作用下，解开双链，才能开始进行DNA的合成。解螺旋酶在蛋白因子的辅助下打开D

23、NA双链，单链结合蛋白SSB结合于处于单链状态模板链上；拓扑异构酶使DNA分子避免打结、缠绕等，在复制全过程中起作用。（3） 合成引物：引发体中的引物酶催化合成RNA引物，由引物提供3-OH基，使复制开始进行。领头连和随从链均由引物酶合成引物，随从链在复制中需多次合成引物。复制延长：（1） 复制方向：原核生物如E.coli，只有一个起始点oriC，两个复制叉同时向两个方向进行复制，称为双向复制。（2） 链的延长：按照与模板链碱基配对的原则，在DNA聚合酶III的作用下，逐个加入脱氧核糖核酸，使链延长。由于DNA双链走向相反，DNA聚合酶只能催化核苷酸从53方向合成，领头链的复制方向与解链方向一

24、致，可以连续复制，而另一股模板链沿53方向解开，随从链的复制方向与解链方向相反，复制只能在模板链解开一定长度后进行，因此随从链的合成是不连续的，形成的是若干个岡崎片段。DNA聚合酶I的即时校读，DNA聚合酶III的碱基选择功能，使复制具有保真性。复制终止：原核生物如E.coli，他的两个复制叉的汇合点就是复制的终点。由RNA酶切去领头链和随从链中的引物，引物留下的空隙由DNA聚合酶I催化，四种脱氧核糖三磷酸为原料自53方向延长填补。最后，DNA连接酶由ATP供能，将两个不连续片段相邻的5-P和3-OH连接起来，成为连续的子链，复制完成。（二）、真核生物的复制：真核细胞的一生可以定义为一个细胞周

25、期，细胞增殖时， DNA通过复制使其含量成倍增加，随后细胞分裂，成为两个子代细胞，DNA将亲代的特征传递到子代。细胞周期包括G1期、S期、G2期和M期， DNA的复制只发生在S期。与原核生物相比，真核生物的复制具有以下特点：1. 多复制子：真核生物的DNA复制也是半保留复制。染色体线性分子的复制有多个起始点，每个起始点由两个反向运动的复制叉组成，进行双向复制。由一个起始点控制的DNA复制称为一个复制子。2. 5种DNA聚合酶：与原核生物不同，真核细胞含有5种DNA聚合酶：、和。除了外，所有DNA聚合酶存在于核内。DNA聚合酶和在复制延长中起催化作用，DNA聚合酶延长随从链，DNA聚合酶延长领头

26、链。DNA聚合酶和在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。DNA聚合酶在线粒体中，用于线粒体DNA的复制。3. 端粒复制：真核生物染色体线性分子的复制，领头链可连续完整复制，而随从链3端引物除去后的空隙无法填补，会造成缩短了的子代的双链，解决的途径是用端粒酶来复制染色体的末端（端粒）。端粒是染色体末端具有特定重复序列和蛋白质的结构，端粒酶是一种逆转录酶，由酶和含重复序列的RNA分子组成，它以自身的RNA分子为模板从随从链的3端合成端粒的重复序列，使随从链延长，以防止随从链在每次复制时被缩短。二、DNA的修复合成受环境理化因素或生物学因素的影响，DNA序列会发生改变，包括碱基的变化、链的断裂、

27、交联等，通过一定的修复机制对损伤DNA进行校正，保证遗传信息的稳定。基本要求：1 掌握DNA突变的概念及突变类型。2 掌握损伤DNA的修复机制。3 了解突变的意义及引起突变的因素。4 了解引起地中海贫血和镰形红细胞贫血的分子机制。基本概念：1 突变：是指DNA分子中碱基序列的改变，从而影响其表达产物的结构与功能。2 框移突变：基因编码区域插入或缺失碱基，DNA分子三联体密码的阅读方式改变，使转录翻译出的氨基酸排列顺序发生改变，称为框移突变。3个或3n个碱基插入或缺失，不一定引起框移突变。3 切除修复：是最重要的修复方式，由UvrA、UvrB、UvrC、DNA-pol I、dNTP、连接酶参与。

28、首先UvrA、UvrB辨认损伤部位并与之结合，UvrC切除损伤的DNA，DNA-pol I以dNTP为原料，填补切除空隙，最后由连接酶连接缺口，完成修复。（一） 突变类型：1 点突变：又称错配。DNA分子中一个碱基的变异，包括转换和颠换。2 缺失：DNA分子中一个核苷酸或一段核苷酸的消失。3 插入：一个核苷酸或一段核苷酸插入到DNA分子中。4 重排：DNA链内部重组，使其中一段方向反置或大片段的链在DNA分子内迁移。（二）修复方式：1 直接修复：又称光修复，由光修复酶修复因紫外照射引起的嘧啶二聚体，使其还原。2 切除修复：见上。3 重组修复：当损伤的DNA尚未进行修复就已经进行复制，复制出的子

29、代DNA会出现缺口，此时所产生的子代DNA就需进行重组修复。重组蛋白RecA具有核酸酶活性，将健康母链中与缺口对应的一股DNA片段重组到子链缺口处，而健康母链出现的缺口，可按健康的模板由DNA聚合酶催化填补，然后由连接酶连接，最后将健康链完全复原。4 SOS修复：是DNA损伤到难以继续复制时，细胞采取的一种应急性修复方式。DNA损伤严重，诱导出一系列的复杂反应，产生SOS修复酶系，包括重组蛋白、调控蛋白以及复制、修复的酶系统等。三、DNA的反转录合成反转录又称逆转录，指遗传信息从RNA流向DNA。是RNA指导下的DNA合成过程，即以RNA为模板，四种dNTP为原料，合成与RNA互补的DNA单链

30、，催化这一过程的酶称反转录酶，RNA病毒中都含有此酶。1 反转录酶：属RNA指导的DNA聚合酶，具有三种酶活性，即RNA指导的DNA聚合酶，RNA酶，DNA指导的DNA聚合酶。在分子生物学技术中，作为重要的工具酶被广泛用于建立基因文库、获得目的基因等工作。2 合成过程；RNA为模板，在反转录酶的催化下，合成与RNA互补的DNA单链，形成杂化双链，反转录酶将其中RNA链水解，在以互补的DNA链为模板，合成双链DNA。3 反转录方向：53。第十二章 RNA的生物合成（转录）（4学时）本章重点：转录的反应体系，原核生物RNA聚合酶和真核生物中的RNA聚合酶的特点，RNA的转录过程大体可分为起始、延长

31、、终止三个阶段。真核RNA的转录后加工，包括各种RNA前体的加工过程。本章难点： 转录模板的不对称性极其命名，原核生物及真核生物的转录起始，真核生物的转录终止，mRNA前体的剪接机制（套索的形成及剪接），第、类和第类内含子的剪接过程，四膜虫rRNA前体的加工，核酶的作用机理。一模板和酶要点：1模板 RNA的转录合成需要DNA做模板，DNA双链中只有一股链起模板作用，指导RNA合成的一股DNA链称为模板链（template strand），与之相对的另一股链为编码链（coding strand），不对称转录有两方面含义:一是DNA链上只有部分的区段作为转录模板(有意义链或模板链),二是模板链并非

32、自始至终位于同一股DNA单链上。2RNA聚合酶 转录需要RNA聚合酶。原核生物的RNA聚合酶由多个亚基组成:2'称为核心酶,转录延长只需核心酶即可。2'称为全酶,转录起始前需要亚基辨认起始点,所以全酶是转录起始必需的。真核生物RNA聚合酶有RNA-pol、三种,分别转录45s-rRNA; mRNA(其前体是hnRNA);以及5s-rRNA、snRNA和tRNA。3.模板与酶的辨认结合转录模板上有被RNA聚合酶辨认和结合的位点。在转录起始之前被RNA聚合酶结合的DNA部位称为启动子。典型的原核生物启动子序列是-35区的TTGACA序列和-10区的Pribnow盒即TATAAT序列

33、。真核生物的转录上游调控序列统称为顺式作用元件,主要有TATA盒、CG盒、上游活化序列(酵母细胞)、增强子等等。和顺式作用元件结合的蛋白质都有调控转录的作用,统称为反式作用因子。反式作用因子已发现数百种,能够归类的称为转录因子(TF),相应于RNA-pol、的是TF、TF、TF。TF又有A、B、C、D、E、F多种及其亚类。基本概念：1.不对称转录:两重含义,一是指双链DNA只有一股单链用作转录模板(模板链);二是对不同基因同一单链上某些区段作为模板链而另一些区段作为编码链，即模板链并非永远在同一单链上。2. 编码链:DNA双链上不用作转录模板的那一段单链,因其碱基序列除由T代替U而外,其他与转

34、录产物mRNA序列相同而得名。3（sigma）因子:原核生物RNA聚合酶全酶的成份,功能是辨认转录起始区,这种因子称70,此外还有分子量不同,功能不同的其他因子。基本要求： 掌握转录与复制的区别，转录的不对称性，原核生物的RNA聚合酶的组成及各亚基的功能，真核生物RNA聚合酶的分类、性质及功能，原核生物启动子的结构特点，了解真核生物RNA聚合酶的组成，研究转录起始区的方法。二转录过程1转录起始：转录的起始就是生成由RNA聚合酶,模板和转录5'端首位核苷酸组成的起始复合物。原核生物RNA5'端是嘌呤核苷酸(A、G),而且保留三磷酸核苷的结构,所以其起始复合物是:pppG-DNA-

35、RNA聚合酶。真核生物起始,生成起始前复合物(PIC)。例如RNA-pol-转录,是由各种TF相互辨认结合,再与RNA聚合酶结合,并通过TF结合到TATA盒上. 2. 转录延长: 转录的延长是以首位核苷酸的3'-OH为基础逐个加人NTP即形成磷酸二醋键,使RNA逐步从5'向3'端生长的过程。在原核生物,因为没有细胞膜的分隔,转录未完成即已开始翻译,而且在同一DNA模板上同时进行多个转录过程。电镜下看到的羽毛状图形和羽毛上的小黑点(多聚核糖体),是转录和翻译高效率的直观表现。3转录终止：转录的终止在原核生物分为依赖Rho因子与非依赖Rho因子两类。Rho因子有ATP酶和解

36、螺旋酶两种活性,因此能结合转录产物的3'末端区并使转录停顿及产物RNA脱离DNA模板。非依赖Rho因子的转录终止,其RNA产物3'-端往往形成茎环结构,其后又有一串寡聚U。茎环结构可使因子聚合酶变构而不再前移,寡聚U则有利于RNA不再依附DNA模板链而脱出。因此无论哪一种转录终止都有RNA聚合酶停顿和RNA产物脱出这两个必要过程。真核生物转录终止是和加尾(mRNA的聚腺昔酸poly A)修饰同步进行的。 RNA上的加尾修饰点结构特征是有AAAUAA序列。基本概念：1转录起始前复合物 (pre-initiation complex,PIC):是真核生物转录因子与RNA聚合酶一同结

37、合于转录起始前的DNA区域而成的复合物。 2加尾修饰点：真核生物mRNA转录不是在mRNA的位置上终止，而是在数百个核苷酸之后，研究发现在编码链读码框架的3'端之后，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多GC的序列，这些序列称为加尾修饰点,转录越过修饰点后，mRNA在修饰点处被切断，随即加入polyA。3Rho因子：是原核生物转录终止因子,有ATP酶和解螺旋酶活性。转录终止也可不依赖Rho因子。基本要求：掌握原核生物的转录起始复合物的形成过程，真核生物转录起始及起始前复合物(PIC)的生成，RNA聚合酶催化的转录起始过程中各种TF的作用，转录延伸过程中的化学反应，原核生物的转录

38、终止的两种形式，真核生物的转录终止的修饰点。了解原核生物RNA聚合酶的各种亚基与真核生物的各种转录因子之间的关系即拼版理论，原核生物转录空泡的形成及转录产物的释放过程。三真核RNA的转录后加工1 mRNA转录后加工真核生物转录生成的RNA,多需经加工后才具备活性,这一过程称为转录后修饰,mRNA转录后修饰包括首、尾修饰和剪接。加尾修饰是和转录终止同步的,5'端修饰主要是指生成帽子结构,即把5'-pppG转变为5'-pmGpppG。其过程需磷酸解、磷酸化和碱基的甲基化。mRNA由hRNA加工而成。真核生物基因由内含子隔断编码序列的外显子,是断裂基因。内含子一般也出现在转录

39、初级产物hRNA。切除内含子,把外显子连结在一起,就是剪接加工。在电镜下看到加工过程,内含子往往被弯曲成套索状,因此称为套索RNA。现在知道剪接加工中,需要由多种Sn-RNA与蛋白质共同组成的并接体。并接体和hnRNA上的内含子边界序列辨认结合。剪接过程先由含鸟苷酸的酶提供3'-OH对其中内含子5'-端的磷酸二酯键作亲电子攻击使其断裂。断裂的外显子3'-OH对内含子3'-端的磷酸二酯键作亲电子攻击,使刚断出的外显子完全置换了内含子,两个外显子就相连起来,因此这个过程称二次转酯反应。2tRNA转录后加工tRNA的转录后修饰,除了剪接加工外,还包括tRNA链上稀有碱

40、基的形成,以及加上3'端的CCA序列。3rRNA的转录后加工 rRNA加工多采用自我剪接的形式。自我剪接的RNA本身形成一种特别的二级结构,称为锤头结构。锤头结构是指复合的茎环组成形态,但其中某些序列上必需是特定的碱基所占据。这种RNA结构,不需要任何蛋白质,就可以水解RNA链上某一特定位点的磷酸二酯键。也就是说,这是一种起催化作用的RNA,现称为核酶。核酶的发现,对酶学、分子生物学,进化生物学都是重要的理论更新,而且,医学上已开始利用人工设计的核酶,去消灭一些作为病原体的RNA病毒或消除一些不利于生命活动的细胞内RNA。基本概念：1. 剪接修饰:RNA转录初级产物含有非编码组分,通过

41、剪接除去非编码组分,把编码组份连接起来。剪接修饰最常见的是靠并接体协助的二次转酯反应,此外还可有自我剪接及需酶的剪接等剪接方式。2. 外显子:定义为断裂基因上及其转录初级产物上可表达的序列。或转录初级产物上通过拼接作用而保留于成熟的RNA中的核苷酸序列或基因中与成熟RNA相对应的DNA序列3. 内含子:早期定义为核酸上的非编码序列。随着内含子功能的被拓宽,建议用"转录初级产物上通过拼接作用而被去除的RNA序列或基因中与这种RNA序列相对应的DNA序列"较全面。4. 并接体：由snRNA和蛋白质组成的核糖核酸蛋白(核蛋白)复合物。其功能是结合内含子两端的边界序列,协助RNA的

42、剪接加工。5. 核酶（ribozyme）:具有催化功能(酶的作用)的RNA分子。核酶能起作用的结构,至少含有3个茎(RNA分子内配对形成的局部双链),1至3个环(RNA分子局部双链鼓出的单链)和至少有13个一致性的碱基位点。基本要求：掌握真核生物mRNA转录后5-端加帽；3-端加尾及mRNA链进行剪接修饰，tRNA及rRNA的转录后加工过程，了解内含子的其他剪接方式及功能，核酶的应用。第十三章 蛋白质的生物合成（4学时）本章重点: 蛋白质合成的反应体系、三种RNA在翻译中的作用、蛋白质合成过程可分为起始、延长、终止三个阶段。原核生物翻译起始与真核生物的区别。肽链合成后的加工修饰。蛋白质生物合成

43、的干扰和抑制。本章难点：遗传密码的特性、翻译起始复合物的形成、肽链延长阶段的三个步骤、蛋白质的靶向输送。一.参与蛋白质生物合成的物质要点: 参与翻译过程的物质： 需要20种氨基酸作为原料、三种RNA、蛋白质因子（起始因子IF、延长因子EF及释放因子RF）、酶和ATP、GTP等， 共同协调完成蛋白质合成。1.mRNA是翻译的直接模板mRNA每3个碱基组成三联体密码子,决定一个氨基酸的信息。有64个密码子， 其中mRNA 5'端的AUG称为起始密码。UAG、UAA、UGA为肽链合成的终止信号， 其余61个密码子代表20种氨基酸。密码阅读方向是从5到3，决定翻译的方向性。遗传密码有以下生物特

44、性：(1) 遗传密码的连续性，即从AUG开始，各密码子连续阅读而无间断，若有碱基插入或缺失，会造成框移突变；(2) 简并性，大部分氨基酸有多个密码子，以24个居多，可有6个。这种由多种密码编码一种氨基酸的现象称为简并性。决定同一种氨基酸密码子的头两个碱基是相同的,第三位碱基不同,第三位碱基发生点突变时仍可翻译出正常的氨基酸；(3) 摆动性，mRNA密码子的前两位碱基和tRNA的反密码严格配对。而密码第三位碱基与反密码第一位碱基不严格遵守配对规则，称为密码配对的摆动性。见表1-1.表1-1 密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子第一个碱基 IUCAGmRNA密码子第三个碱基U,C,AA,

45、GGUU,C(4)通用性，生物体的遗传密码相同，称密码的普遍性。但线粒体密码子有例外。如AUA与AUG均代表Met和起始密码子；UGA为Trp密码子而不是终止密码子等。2.核蛋白体是肽链合成的场所 核蛋白体由大、小亚基构成，每个亚基含不同的蛋白质和rRNA。大亚基有转肽酶活性，有容纳tRNA的二个部位: A位，即氨基酰位,P位，即肽酰位。3.tRNA和氨基酰-tRNA tRNA的作用是携带并转运特异氨基酸。tRNA分子上3'端的CCA序列是结合氨基酸的部位，反密码环可特异识别mRNA的密码序列。(1)氨基酰-tRNA合成酶。氨基酰-tRNA合成酶可高度特异识别氨基酸及tRNA底物，保证

46、各氨基酸与相应数种tRNA准确结合。氨基酸-tRNA合成酶催化的反应分为两步： 氨基酸ATP-E氨基酸-AMP-EPPi氨基酰-AMP-EtRNA 氨基酰-tRNA+AMP + E此反应使氨基酸羧基活化，并使活化氨基酸转移到tRNA 3'端CCA-OH,形成氨基酸的活性形式,氨基酰-tRNA。(2)氨基酰-tRNA的表示方法原核细胞tRNA携带的甲硫氨酸可被甲酰化，称tRNAifmet，fMet- tRNAifmet专一识别起始密码AUG，第一个进入核蛋白体循环。甲酰转移酶N10-甲酰四氢叶酸MettRNAifmet四氢叶酸fMet- tRNAifmet基本要求: 1. 熟悉遗传密码的

47、生物特性。2. 掌握氨基酰-tRNA合成酶的催化活性及特异性.3. 掌握三种RNA在蛋白质合成中的功能。基本概念:1. 遗传密码:模板上的核苷酸,三个为一组(三联体)决定一个氨基酸的种类,称为三联体密码。密码也决定蛋白质的一级结构。2 翻译： 蛋白质生物合成称为翻译，是指把核苷酸序列组成的遗传信息，破读为蛋白质分子的氨基酸排列顺序。二.蛋白质生物合成过程要点:翻译过程可分为起始、延长、终止三个阶段，蛋白质合成在核蛋白体上进行称为核蛋白体循环（广义）。肽链的合成是从N端到C端。1.翻译起始 (原核生物)生成由起始氨基酰-tRNA、mRNA和核蛋白体组成的70S起始复合物，原核生物的起始因子(IF

48、)有三种。其过程在原核生物和真核大同小异。(1)核蛋白体大、小亚基分离。 (2)mRNA结合小亚基 mRNA起始密码上游为S-D序列，可与小亚基16S rRNA 3'端互补。紧接S-D序列的短核苷酸序列可被小亚基蛋白识别结合，两方面作用促使mRNA在小亚基上定位。（3）fmet-tRNAifmet结合于mRNA-小亚基复合体的AUG上，形成30S起始复合体。(4)大亚基加入30S起始复合体，形成70S起始复合体。（二）真核生物翻译起始的特点 真核生物核蛋白体为80S（60S + 40S）。10种起始因子（eIF），见下表。表1-2 各种起始因子在形成起始复合物中的作用生成起始复合物步骤

49、 IF eIF亚基分离起始tRNA就位mRNA就位大亚基结合IF-3、IF-1IF-2、IF-1核酸-核酸、核酸-蛋白质之间的辨认结合各种IF脱落，GTP水解eIF-3、eIF-3A、eIF-4CeIF-2、eIF2B、eIF- 3、eIF-4CeIF-4、eIF-4A、eIF-4B、eIF-4E 、eIF-4F1.真核起始甲硫氨酸不需甲酰化。2.真核mRNA没有S-D序列，但5'端帽子结构与其在核蛋白体就位相关。帽结合蛋白（CBP）可与mRNA帽子结合，促进mRNA与小亚基结合。 2.肽链的延长 延长阶段为不断循环进行的过程，也称核蛋白体循环。分为进位、成肽和转位三个步骤。真核及原核

50、生物的延长，主要是延长因子体系的不同，见表1-3。表1-3 真核和原核生物延长因子及其功能原核生物功能真核生物EFTuEFTsEFG协助氨基酰-tRNA进入A位，结合GTP从EFTu中置换GDP转位酶，促助肽酰-tRNA由A位进至P位，协助tRNA的释放EF1EF1、EF1EF2(1)进位根据A位上密码引导，相应的氨基酰-tRNA进入A位，称为进位（注册）。EF-T由EF-Tu和EF-Ts两个亚基组成， EF-Tu-GTP与氨基酰-tRNA形成 氨基酰-tRNA-Tu-GTP三元复合物并进入A位，消耗GTP完成进位，释出EF-Tu-GDP，EF-Ts促进EF-Tu 释出GDP，并重新形成EF-

51、T，再次被利用。 （2）成肽 转肽酶催化催化P位上甲酰甲硫氨酰基或肽酰基转移给A位上进入的氨基酰-tRNA，形成肽键连接，生成的二肽酰-tRNA占据A位，P位连有空载 tRNA，将迅速从核蛋白体脱落。（3）转位EFG有转位酶活性，催化A位二肽酰tRNA进入P位，同时核蛋白体沿mRNA移动一个密码子， A位再次空缺，开第3个氨基酰-tRNA进位。重复上述循环，肽链在N端加入一个氨基酸。使P位依次出现3肽、4肽等。（一）肽链合成终止（原核）终止需要释放因子RF、RR。真核生物仅需一种释放因子，有GTP酶活性。1、任何氨基酰-tRNA不辨认终止密码，由 RF-1辨认终止密码UAA、UAG；RF-2辨

52、认UAA、UGA。2、RF-3可使转肽酶的构象改变，发挥酯酶活性水解多肽、脱离tRNA。3、在RR作用下，tRNA、mRNA、RF与核蛋白体分离。大、小亚基分开，重新参与蛋白质合成过程。 （二）多聚核蛋白体循环：在翻译时多个核蛋白体结合于同一条mRNA上，称为在mRNA上的密度与模板的长度有关。可使蛋白质高速、高效同时合成多条肽链。基本要求:1. 掌握原核生物翻译起始的过程。2了解真核生物翻译起始的特点3熟悉原核生物肽链延长的三个步骤及延长因子的作用。基本概念:1. 核蛋白体循环（广义）：蛋白质合成的中心环节。是活化的氨基酸在核蛋白体上缩合成肽的过程。包括起始、延长、终止三个阶段。2. S-D

53、序列（核蛋白体结合序列）： mRNA起始密码AUG上游为富含嘌呤AGGA序列称S-D序列，可与小亚基16S rRNA 3'端互补结合。因此AGGA序列也被称为核蛋白体结合序列。3核蛋白体循环（狭义）指翻译过程的肽链延长阶段。循环包括进位、成肽和转位三个步骤。每循环一次，肽链延长一个氨基酸，形成一个肽键。如此周而复始，直至肽链合成终止。基本要求:1掌握翻译后加工的形式及意义。2熟悉蛋白质靶向输送的过程及意义。基本概念:1信号肽:未成熟的分泌性蛋白质中可被细胞转运系统识别的特征性氨基酸序列，有碱性N-末端，疏水核心区，及加工区三个区段。2翻译后加工:将新合成的肽链经多种修饰加工处理，使之成

54、为有生理活性的成熟蛋白质，称为翻译后加工。主要包括高级结构的修饰：亚基聚合、辅基连接。一级结构的修饰：去除N-甲酰基或N蛋氨酸，个别氨基酸的修饰，水解修饰和靶向输送三方面。四、蛋白质生物合成的干扰和抑制要点:某些药物、毒素和生物活性物质等可干扰和抑制蛋白质生物合成过程。 1.抗生素类通过直接阻断蛋白质生物合成而起抑菌作用。见表14。 表1-4 抗生素抑制蛋白质生物合成的原理抗生素作用点作用原理四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）氯霉素、链霉素、卡那霉素、嘌呤霉素放线菌酮原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体大亚基原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体大亚基真核核蛋白体大亚基抑制氨酰-tRNA与小亚基结合抑制转肽

55、酶、阻断延长改变构象引起读码错误、抑制起始抑制转肽酶、妨碍移位抑制转肽酶、阻断延长2.干扰蛋白质合成的生物活性物质（一）毒素多种毒素在肽链延长阶段可阻断蛋白质合成，如白喉毒素,通过抑制翻译延长的移位，而抑制细菌蛋白质合成。 （二） 干扰素的作用干扰素可抑制病毒繁殖。机理有两方面，一是在某些病毒双链RNA存在时，诱导特异蛋白激酶活化，使起始因子eIF2磷酸化失活，抑制病毒蛋白质合成；二是干扰素与双链RNA共同活化特殊的2-5A合成酶，生成 2-5A，再活化核酸内切酶RNase L，使病毒RNA降解。 基本要求:1. 了解抗生素、毒素和干扰素阻断蛋白质生物合成的作用的机理。 第十四章 基因表达调控

56、(4学时)本章的主要内容： 基因表达调控的基本概念、特点、基本原理。乳糖操纵子的结构、负性调控、正性调控、协调调节、转录衰减、SOS反应。真核基因及基因表达调控的特点、顺式作用元件和反式作用因子的概念、种类和特点. 以及它们在转录激活中的作用。要点：第一节 基因表达调控基本概念与原理一、 基因表达的概念 基因是一段DNA分子，编码一种多肽链或 RNA。基因通过转录和翻译产生具有一定功能的蛋白质的过程。大多数基因的表达产物是蛋白质，部分基因如rRNA和tRNA 基因的表达产物是RNA.二、基因表达的特点 （A）、时间特异性或发育阶段特异性、（B）、空间特异性或组织细胞特异性，（C）、有两种表达方式，管家基因几乎在所有的细胞和所有的发育阶段持续表达，基本不受环境因素的影响，只受启动子调节。另外一些基因的表达受环境因素的诱导或阻遏。（D）、 基因表达可在多层次上受到调节如基因、转录、转录后加工 翻译和翻译后加工等水平上进行调节。但最主要的是转录水平的调节，本章讨论的内容是原核基因和真核基因转录水平的调节。三、基因转录激活的基本要素： （A）、特异的调节序列 是调节基因转录的片段,如原核生物操纵子调控区中的启动序列、操纵序列、P蛋白结合位点和真核基因的启动子、增强子和沉默子等。（B）、调节蛋白 是调