第十一章遗传信息的传递与表达

1、第十一章遗传信息的传递与表达第一节概述一、基因和基因组的概念从细胞水平看，遗传的物质基础是核染色体DNA+碱性蛋白质（组蛋白），DNA是遗传的主要物质基础，DNA分子中脱氧核苷酸残基的排列顺序就是DNA分子中储存的遗传信息。而遗传单位是基因为单位储存在DNA分子中的，因此从分子水平上看，细胞就是具有遗传效应的DNA片段，是遗传的功能单位。按照功能的不同，细胞可以分为结构基因和控制基因。结构基因：带有遗传信息的细胞，其功能是在蛋白质和酶的生物合成中为多肽链的氨基酸顺序编码。原核生物和真核生物的结构基因在结构上有明显的区别。原核生物：结构基因是连续的，即整个细胞都编码多肽链，不存在无编码意义的核苷

2、酸序列。真核生物：结构基因是断续的，即在有编码意义的细胞内部穿插着若干无编码意义的核苷酸序列，有编码意义的序列称外显子。无编码意义的序列称内含子。控制基因：控制基因是一种能控制结构基因起动和关闭的基因，包括操纵基因和调节基因。操纵基因控制其邻近的结构基因转录，进而控制结构基因的转录。调节基因负责阻遏物合成。基因组是指一个细胞内所有的染色体（22条常染色体+两条性染色体）二、遗传信息传递的中心法则遗传信息的传递包括基因的传递与基因的表达。基因的遗传：亲代将遗传信息传递给子代，通过DNA的复制实现。基因的表达：DNA通过转录将遗传信息传递给mRNA，mRNA再通过翻译将遗传信息以蛋白质和酶的形式表

3、达。复制：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。转录：以DNA为模板合成RNA的过程。翻译：以mRNA为模板合成蛋白质的过程。在遗传信息的传递过程中，遗传信息的流向是从DNA到DNA，或从DNA到RNA再到蛋白质，这种遗传信息的传递规律称中心法则。到1970年发现一些病毒RNA不仅能自身复制，当其感染宿主细胞时，可以病毒RNA为模板，指导细胞合成一条与其相互补充的DNA链。因此完整的中心法则是：第二节DNA的生物合成两条途径：大多数生物DNA（复制）DNA，少数含RNA的生物，当其感染宿主细胞后，可以病毒RNA为模板，通过反向转录作用合成DNA。一、DNA的复制（一）DNA复制的方式半保留复

4、制当细胞进行有丝分裂时，DNA进行复制，复制时，亲代DNA双螺旋解开，形成单链，称亲链，两条亲链均可作为模板，以dNTP为原料，按照碱基配对原则形成与亲链完全互补的新链，称为子链，亲链与子链重新形成双螺旋结构，这样一分子亲代DNA就生成两分子与其完全相同的子代DNA，即DNA的复制。在新合成的子代DNA中，有一条链来自亲代，另一条链是新合成的，子代DNA连续复制，亦是如此，这种子代DNA分子总保留一条来自亲代DNA链称半保留复制。该半保留的复制实验于1958年证实同位素示踪法实验方法：将E.coli放在有NH4CL（N15）为唯一氮源的培养基中培养数代，直到所有的DNA均被N15标记，然后再将

5、带有标记的E.coli移到带有NH4CL（N14）为唯一氮源的培养基中培养，发现子代DNA，有一条链是N15标记，另一条链仅含N14（新合成）（二）、复制的条件1、需要DNA作为模板：在复制前先解成单链DNA2、需要dNTP作为原料3、需要一系列的酶4、需要一小段核苷酸链引导（引物）（三）、参与DNA复制的酶类和蛋白因子DNA的复制是一个复杂的酶促反应过程，需要一系列酶和蛋白因子参加。1、参与DNA解螺旋和解链酶及蛋白因子DNA在核染色体中的超螺旋状态存在，复制时，它的超螺旋和双螺旋必须解开，形成单链，才能作为复制的模板，解螺旋和解链由拓扑异构酶和解链酶完成。（1）拓扑异构酶（ToPo）：解开

6、DNA的超螺旋结构。有两种：拓扑异构酶（ToPo）：又称转环酶，广泛存在于各种生物体中，其作用是在DNA一定部位将双链中的一条切开，使链末端沿螺旋松解方向转动松驰，然后将切口封闭，使DNA呈松驰状态，催化时不需ATP。拓扑异构酶（ToPo）：又称旋转酶，将DNA一定部位的两条链均切开，使DNA分子去除超螺旋，变为松驰态，然后再将切口封闭，催化时需ATP。（2）解链酶：又称解螺旋酶，其作用是使DNA双螺旋局部的两条互补链解开成单链。该酶同时具有ATP酶的活性，可水解ATP以获得解链所需的能量（每解开一对bp需水解2个ATP）该酶作用特点：对单链DNA有高度的亲合力，而对双链DNA亲合力则很小，因

7、此当DNA双螺旋有单链未编或双链有缺口时，解链酶结合在此处，然后沿DNA链移行，逐渐解开双链。有些解链酶还具有引物酶活性，当它移行到DNA分子复制起点时，并在DNA模板链的指导下合成一小段引物RNA。（3）HDP：又称单链结合蛋白质或DNA结合蛋白作用。当DNA局部的两条链解开后，还有可能再结合为双螺旋结构而复性。为稳定DNA解开的单链，防止复性，HDP可与解开的单链牢固结合，使其保持模板状态。作用：HDP与单链DNA结合后，可避免核酸酶对单链DNA的降解。2、引物酶DNA复制时，需要先合成一小段寡核苷酸引物，然后在引物的一端逐个加上脱氧核苷酸合成DNA链，DNA合成的引物多数是以RNA片段为

8、引物，催化RNA引物合成的酶称为RNA聚合酶，在DNA复制的起始点，在DNA模板链指导下催化RNA引物的合成。3、DNA聚合酶又称DNA指导下的DNA聚合酶（DNA polyase），它是DNA复制中最重要的酶。作用：在DNA模板链的指导下，以dNTP为底物，按碱基配对原则，将dNTP逐个加在寡核苷酸片段的一末端上（3，OH），并催化核苷酸之间形成磷酸二酯键，如此连续，新合成的DNA链沿5， 3，方向延长。原核生物E.coli三种DNA polyase（、），其中比较重要的是和，DNA聚合酶以寡聚核苷酸、寡脱氧核苷酸为引物，使dNTP逐个加到3OH末端的多核苷酸上，同时DNA聚合酶还具有核酸外

9、切酶的功能，能将DNA链损伤的部分或两个DNA片段之间的引物切除，然后催化脱氧核苷酸向此聚合，将间隙填完。DNA聚合酶，以RNA为引物，在复制中起主要作用，大多数DNA链的合成都是由此酶来催化，它也具有核酸外酶的功能。真核生物发现、四种DNA polyase，在复制中起主要作用的是DNA polyase相当于原核生物DNA polyase4、DNA连接酶在DNA双螺旋局部解开后，两条DNA上均可作为模板，在复制过程中，一条模板链指导合成的子链是连续的，另一条模板链指导合成的是断续的DNA片段冈崎片段，而连接酶作用是将相邻的冈崎片段连接起来，催化它们之间形成3，5，-磷酸二酯链。（四）DNA复制

10、过程三个阶段：1、复制的起始：并非在任何部位都可以开始复制，而是在特定起始部位开始。原核生物的环状DNA一般只有一个起始点，其核生物细胞线状DNA具有多个起始点，起始点之间的间隙约30100kb。当复制开始时，ToPo和解酶链与DNA的复制起始部位结合，该部位解螺旋，解链，形成复制点，同时ssB与该处解开的两条模板链牢固结合，使其保持复制状态，各个制点形状像叉形，又称复制叉。引物酶具有辨认DNA模板链起始点的能力，在此处由模板链指导，按照A-U、G-C的配对原则，聚合NTP，形成RNA引物，细菌RNA分较长，一般合50100个bp，而RNA较短，只有10个bp左右。2、DNA片段的合成与延伸R

11、NA引物合成以后，在DNA模板链指导下（两条），在DNA poy催化下，在引物3OH端按碱基配对原则逐个聚合dNTP（碱基配对），随着复制不断进行，ToPo解链酶不断向前推进，复制叉也不断向前推进，新合成的DNA片段也不断延伸（5， 3，）。子链DNA中一条链的延伸方向与复制叉前进方向相同（前导链），另一条子链的延伸方向与复制叉的前进方向相反（随后链），复制开始后，前导链的合成随复制叉连续延伸，而随后链是沿复制叉移动的反方向断续合成，即合成一段一段的DNA（冈崎片段），当一个冈崎片段合成后，随复制叉的移动，在新的分叉处又合成一段引物RNA，再在引物3，OH端合成一段冈崎片段，如此进行，便合成一

12、条引物-冈崎片段相间排列的序列）。当复制到一定程度后，DNA poly将RNA引物切除，它同时又发挥DNA聚合酶功能，催化冈崎片段3，OH端延长，直到前一个冈崎片段5，末端为止。3、复制的终止复制进行到一定程度，核酸外切酶将RNA引物（前条链）切除，由DNApoly催化其延长补缺，然后由连接酶将相邻的两个冈崎片段连续起来，使之完成长链，两条子链分别与两条亲链重新形成双螺旋。（五）DNA分子的损伤和修复1、DNA分子的损伤DNA突变（其实质是bp的改变）造成DNA结构、功能破坏引起损伤的因素，紫外线、电离辐射和化学诱变剂（碱基、核苷类似物、抗生素、亚硝胺、烷化剂）损伤的类型：（1）紫外线引起的损

13、伤：UV引起DNA链上相邻碱基的聚合，形成二聚体（TT）TT之间通过共价键连接。（2）烷化剂引起的脱氧核苷酸残基烷化。（3）DNA双链局部断裂，碱基破坏。损伤的DNA若不经修复可引起机体细胞发生突变，导致疾病发生，严重的引起死亡。然而生物在长期进化过程中形成了一种对损伤 DNA的修复机制。2、损伤的修复（1） 光复活：在细胞内存在光复活酶，在较强的可见光（=400500nm，效果最好）照射下可被激活，活化的光复活酶可使TT二聚体解聚，从而是损伤部位得到修复。该酶专一性强，只作用于嘧啶二聚体，此酶在自然界中广泛存在。但在人体中，只存在于淋巴细胞和成纤维细胞中，低等生物、鸟类中都有这种酶。（2）

14、转甲基作用：烷化剂所引起的碱基甲基化损伤如：硫酸二甲酯所致的鸟嘌呤甲基化，可在细胞内转甲基酶的催化下除去甲基，使损伤部位修复。（3）切除修复：在一系列酶的作用下，将DNA一条链上的损伤部位切除，同时以完好的互补链为模板，合成正常的DNA片段以弥补切去的部分，是损伤修复。（4） 重组修复：又称复制后修复。原理是DNA大面积损伤，来不及修复就进行复制，复制时损伤部位失去模板的作用，因此，新合成的子链与损伤相对应的部位就出现缺失。这时另一条完好的母链可与有缺口的子链进行重组交换，将其缺口补上。这时母链上的缺口由DNA聚合酶和连接酶催化，以新形成的子链为模板进行复制，将其缺口补上，但是这种重组修复并没

15、有去除原有的损伤，只能通过多次复制使损伤的DNA所占的比例减少。（5） SOS修复当DNA损伤范围很大时，复制便会受到抑制，这时细胞可诱导合成一些新的DNA聚合酶，催化缺口部位DNA的合成，但是这类DNA聚合酶对碱基识别能力较差，常使修复后的DNA链上出现许多差错，甚至细胞癌变。尽管如此，这种修复单元可以提高细胞的存活率，称为紧急补救措施，是细胞在危急状态下的一种修复，因此引用国际海难呼救信号来形容称SOS修复。二、DNA的反向转录合成 当RNA病毒感染缩主细胞后，在缩主细胞中可以病毒RNA为模板合成DNA，这种遗传信息由RNA流向DNA的过程称反向转录或逆转录。 催化反向转录的酶称反转录酶，

16、又称RNA指导下的DNA聚合酶，该酶的作用是以RNA为模板，合成带有病毒RNA全部遗传信息的DNA。 反转录过程：（1）病毒感染缩主细胞后，在缩主细胞的胞液中脱去外壳，以病毒RNA为模板，以dNTP为原料，由反转录酶催化，合成一条与病毒RNA互补的DNA链（cDNA） ，cDNA与RNA形成杂交体。（2）反转录酶继续催化杂交体分离，cDNA释放，再以 cDNA为模板，合成互补DNA，形成双股cDNA，即前病毒。（3）双股cDNA整合到缩主细胞DNA分子中。 当整合有前病毒的缩主细胞DNA转录时，此插入的cDNA即可转录出相应的mRNA，在经翻译合成由病毒RNA编码的蛋白质而使机体致病。第三节R

17、NA的生物合成一、转录的概念 DNA除了可以复制外，还可以指导RNA的合成，这种以一条DNA的片段为模板合成RNA，遗传信息由DNA流向RNA的过程称转录。转录是基因表达的第一步，也是关键的一步，转录生成的RNA将指导蛋白质的合成。二、转录的条件1、需要模板 在体外，RNA集合酶能使DNA的两条链同时进行转录，但在体内情况不同，许多实验证明在体内DNA两条链中仅有一条链可用于转录，或者某些区域以这一条链转录，另一区域以另一条链转录。用于转录的链称模板敛，与模板链相互补的DNA链称编码链，编码链与转录出来的RNA链碱基序列一样，只是尿嘧啶取代胸腺嘧啶，它无转录功能。 DNA双螺旋上有翻译的启动部

18、位和终止部位，启动部位称称启动子，启动子含有转录酶的识别位点和结合部位和转录起始点。启动子的核苷酸序列中A、T含量高（A-T之间两个氢键，结合力弱，双链容易打开）。2、原料： NTP3、转录酶： 原核生物转录酶在胞液中；真核生物转录酶在胞核中，转录完成后，生成的RNA由胞核进入胞液。三、参与转录的酶类及蛋白因子即RNA聚合酶及大肠杆菌中发现的与转录终止有关的蛋白因子称因子。1、RNA聚合酶又称DNA指导的RNA聚合酶，该酶在原核和真核生物中广泛存在，以NTP为原料，以DNA为模板，催化RNA合成（5，3，），反应还需Mg2+或Mn2+参加。 2 与DNA模板结合，酶的滑动及碱基识别有关 1 催

19、化磷酸二酯键的形成， 1 与DNA模板结合 1 识别启动子全酶由5个亚基组成，可用2，表示，亚基又称因子，其作用是识别DNA模板链上的启动子，因此又称起始因子，因子与其他亚基结合不牢固，容易与全酶分离，分离后的余下部分称核心酶，核心酶的作用是使已开始合成的RNA链延伸，而不具有起始合成RNA的催化功能。只有加入因子，才能表现全酶活性。真核生物RNA聚合酶有、，分子量在500000D，由4-6种亚基组成，型存在与核仁中，催化rRNA前体的合成；型存在与核质中， 催化mRNA前体的合成；型存在与核质中，催化tRNA前体的合成。2、因子在E.Coli和噬菌体发现的一种蛋白因子与转录终止有关四、转录过

20、程 1、起始阶段RNA聚合酶依靠全酶的因子辨认DNA分子中特殊的启动部位，在适当条件下，使核心酶与DNA模板链牢固结合，并使该部位双螺旋解开，形成局部的单链区域，与DNA复制不同，解开的两条链只有一条链可作为模板（或其中的某一段）。双链解开后，RNA聚合酶结合在起始部位，开始转录。由于核板链的起始部位多含A、T，因此合成的第一个NTP多为ATP、GTP。2、延伸阶段 当第一个核苷结合后，因子便从全酶中脱落下来，失去因子的核心酶发生构象改变，与DNA模板的结合变得较为松驰，可沿模板链方向滑动，在核心酶的催化下，按照AU，GC配对原料，逐个地加到前一个核苷酸的上，并形成磷酸二酯键。随着核心酶沿模板

21、链方向滑动DNA双螺旋逐渐解开，而RNA链沿方向逐渐延长，脱落的因子可重新与核质中的核心酶结合进行下一次的转录。随着RNA不断延长，已合成的RNA链从端与模板链脱离，模板链与编码重新形成双螺旋结构。3、终止阶段细菌和真核生物转录一旦起始，通常都能继续下去，直到转录完成终止，但在转录的延伸阶段RNApolyase遇到障碍停顿和受阻，酶即从模板上脱落转录停止。把提供转录信号的DNA序列称终止子。DNA的转录终止信号可被RNApolyase识别。在转录过程中，RNApoly沿着模板链向前移动，它所感受的信号来自正在转录的序列，而不能感受尚未转录序列，即终止信号应位于已转录的序列中。E.coli中存在

22、两类终止子：一类称为不依赖于因子的终止，另一类是依赖于因子的终止，这个终止子核苷酸的结构，GC序列和后面的AT富含区，因此，新合成的RNA末端多含有一条由多聚尿苷酸(poly U)组成的“尾”。因此当核心酶沿DNA模板链移行到终止部位时，转录即告终止因子识别终止子，与终止子结合导致转录停止。 五、转录后的加工修饰RNA转录后需要继续加工才能具有活性。原核生物无细胞核，结构基因连续，因此转录后的RNA很少经过加工，就可参与蛋白质的合成；真核生物的结构基因由编码序列和非编码序列组成，所以转录后生成的各种RNA都是前体，必须经过加工修饰才能成为具有活性的RNA。mRNA转录后的加工真核细胞的mRNA

23、前体是不均一RNA（hnRNA）是由外显子和内含子相间排列组成，hnRNA分子量比成熟mRNA大，这是其非编码比例占比例大（5075%）加工时将这些序列切除，其过程包括：1、在核酸酶作用下将hnRNA链上的内含子切除，再经连接酶连接起来，成为连续基因，。2、在鸟苷酸转移酶的催化下，hnRNA5，-未端加上一分子鸟苷酸残基，然后对G甲基化，成为7-甲基鸟苷酸（m7GTP）称5，-帽子结构，5，-帽子的确切功能还不十分清楚，推测它能在翻译过程中起识别作用以及对mRNA起稳定作用。实验方法用化学方法除去的珠蛋白m7GTP，在麦胚无细胞系统中不能有效地翻译，表明帽子结构对翻译功能是重要的，帽子结构还可

24、以保护 ，避免 端受核酸外切酶的降解，帽子结构上的鸟嘌呤如果不带甲基翻译效果也较差，但稳定增长性不变。3、在多聚腺苷酸酶的作用下，以ATP为底物，在前体的 3，-端接上一段多聚A（PolyA）尾部结构，尾部多聚A的形成可被冬虫夏草（抑制剂）所阻止，但它并不是影响hnRNA的转录，但当加入该抑制剂时，在细胞质内无新的mRNA出现，这说明多聚A对mRNA的成熟是必需的，另外珠蛋白mRNA的多聚A尾巴被去除后，仍能在 胚无细胞系统中翻译，表明该尾部并不是翻译所必需，但去除mRNA 的PolyA后，mRNA稳定性差，可被核酸酶除解，稳定性下降，当 由细胞核向细胞质转移时，PolyA尾部会有不同程度的缩

25、短。4、编码序列的部分核苷酸甲基化，主要是核糖C2，和腺嘌呤C6，的甲基化，上述加工过程是在细胞核内进行的，经加工修饰，hnRNA转变为成熟mRNA，与蛋白结合后穿过核膜进入细胞质。第四节 蛋白的生物合成一、翻译的概念在遗传信息的传递过程中，DNA将遗传信息转录给mRNA，这是基因表达的第一步，mRNA再指导蛋白的合成，这是细胞表达的第二步。蛋白分子中氨基酸残基的排序是由mRNA分子中的核苷酸的序列决定，每三个相邻的核苷酸（三联密码），代表一种氨基酸，因此将mRNA分子中核苷酸残基转变为蛋白分子中氨基酸序列的过程称翻译。二、蛋白生物合成的条件1、20种氨基酸2、三种RNA3、一系列酶催化三种R

26、NA在蛋白生物合成中的作用（一）mRNA 将负责DNA的遗传信息传递给蛋白质，起着信使作用，mRNA还决定蛋白中氨基酸的序，是蛋白合成的模板。mRNA在转录时，如实转录了DNA分子上的遗传信息（5，3，），每三个相邻的核苷酸组成一个三联密码，4种核苷酸可组成43即64种密码代表20种氨基酸。64种密码中AUG是蛋氨酸的密码，但它位于mRNA的起始部位时，又可作为肽链合成起始信号，又称起始密码，UAA、UAG、UGA不代表任何氨基酸，作为肽链合成的终止信号，称为终止密码，起始密码位于mRNA的5，端，终止密码位于3，-端，遗传密码具有下列特性：（1）连续性和不重叠性密码子在mRNA链上是连续排列

27、的，密码子之间没有任何标点隔开。相邻密码子的核苷酸序列不重叠。因此阅读时，先找到起始点，然后沿着5，3，方向阅读直到终止密码。（2）简并性除蛋氨酸和色氨酸，其他18种氨基酸的密码子均在两种以上，这种同一氨基酸有多种密码子现象称为密码子的简并性。为同一种氨基酸编码的一组密码子称同义密码。同义密码的第一、二两个核苷酸残基总是相同的，所不同的是第三个核苷酸残基，这种现象称“摆动现象”。密码子的简并性使密码子在第三个碱基发生突变时，仍具有意义。（4）通用性自然界所有生物都通用这套标准遗传密码。AUG其始密码，又是终止密码；UAAUAG、UGA不代表任何氨基酸。而是肽链合成的终止密码。另外，动物细胞线粒

28、体和植物细胞叶绿体的密码子与这套通用密码有些不同：终止密码UGA编码色氨酸；原来编码精氨酸的AGA、AGG却作为终止信号；AUG、AUU成为其始密码。（二）tRNA tRNA氨基酸臂的-CCA-OH可与氨基酸以共价键结合，tRNA反密码环上的三联密码子能识别mRNA模板上的密码子，从而按照mRNA模板链的密码顺序，将所携带的氨基酸准确带到指定的位置合成肽链。实际上，翻译作用是靠tRNA反密码子识别密码子来完成的。反密码子与密码子的识别方向相反，阅读是都朝5，3，mRNA密码子的第一、二、三位碱基与反密码子的第三、二、一位碱基相配对，密码子的第一、二位碱基与反密码子的第三、二位碱基严格遵守碱基配

29、对规律，而第三位碱基与反密码子的第一位碱基配对不严格（如U-G，I-C，I-A，I一般常出现在反密码子的第一位）即摆动配对。其意义是使得携带同一种氨基酸的tRNA可结合到几种同义密码上.(三)rRNA属于不均一RNA,其作用是在蛋白质合成中与多种蛋白质形成核蛋白体,作用蛋白质合成的场所。核蛋白体的结构如下：由不同大小的两个亚基组成大亚基具有转肽酶活性和两个tRNA结合位点 结合肽酰的部位tRNA（P位） 结合氨基酰tRNA部位（A位）小亚基 ：结合mRNA的部位，使mRNA附着在核蛋白体上。（四）参与蛋白生物合成的酶类及蛋白因子1、氨基酰tRNA合成酶：作用是在ATP参与下，催化tRNA的 a

30、a臂CCA-OH与aa中的 -COOH形成酯键，同时使氨基酸活化。此酶催化的特点：特异性强，每种氨基酸都有特定的氨基酰tRNA合成酶。2、转肽酶：位于核蛋白体的大亚基上，催化大亚基P位上的任何肽酰tRNA的肽酰基转移到其相邻的A位上氨基酰tRNA的氨基上，结合成肽键使肽链延长。3、蛋白因子：起始因子：（IF，真核生物eIF），与翻译起始有关。延因子（EF），参与蛋白生物合成过程中，核蛋白体沿着mRNA模板的相对移行。终止因子（RF，又称释放因子），合成终止时肽链的解离。核蛋白体释放因子（RRf）五、蛋白生物合成的过程（一）氨基酸的活化与转运合成肽链前，氨基酸必须经过活化，才能与相应的tRNA结

31、合。由于氨基酰tRNA合成酶具有较强的特异性，可保证氨基酸与相应的tRNA连接，防止将错误的氨基酸安排到肽链中，保证翻译的准确性。（二）多肽链的形成核蛋白体循环氨基酸活化后，由tRNA转运至核蛋白体上合成肽链，其完成过程从大亚基，小亚基，mRNA和蛋氨酰tRNA聚合成起如复合体开始，到肽链合成完成，核蛋白体解聚为止，解聚后的大小亚基，mRNA还可重新聚合成起始复合体，进行下一条肽链的合成，如此循环称蛋白体循环。此循环步骤。1、起始阶段指大小mRNA和具有启动作用的氨基酰tRNA聚合成起始复合体在原核生物中，具有启动作用的氨基酰tRNA是甲酰蛋氨酰tRNA（fMet-tRNA）；在真核生物中，具

32、有启动作用的氨基酰tRNA是蛋氨酰tRNA（Met-tRNA）。蛋氨基tRNA有两种，一种是5，-端可被起始因子识别的核苷酸序列，可与起始因子结合，由起始因子携带到核蛋白体mRNA模板的起始密码子上。这样蛋氨酰tRNA具有启动作用。另一种蛋氨酰tRNA的 5，-端不具有识别序列，不被起始因子识别，能被延伸因子识别，只能与mRNA模板起始部位以后的AUG密码子结合。起始复合物的形成：（1）小亚基、mRNA和起始因子（eIF-3）组合成一个三元复合体，mRNA的起始密码子刚好位于小亚基中，同时，起始蛋氨酰tRNA，起始因子-2 （eIF-2）和GTP也组成第一个三元复合体。（2）两个三过复合体在起

33、始因子eIF-2作用下，形成40s复合体。（3）在起始因子中的GTP酶催化下，将40s复合体中的GTP水解为GDP和P，同时，大亚基（60s）结合到小亚基上，形成80s复合体，各种起始因子也从复合体中解放出来，因此起始复合体结构。功能： 结合mRNA的部位。（小亚基上） 结合氨基酰tRNA的部位（能够接受氨基酰tRNA） 结合肽酰tRNA，在合成肽链过程中该部位可供出肽酰基结合与之相邻A位氨基酰tRNA上，又称给位（P位） 催化多肽键形成的部位，该部位存在着转肽酶。 各种蛋白因子结合的部位。其整个功能是装配蛋白质，因此形象称为蛋白装配体。2、延伸阶段起始复合物形成后，按照mRNA模板的编码顺序

34、各种氨基酰tRNA依次结合到核蛋白体上使肽链不断延长，过程。（1） 进位在合成肽链前，A位空的，按照该位置mRNA的密码，mRNA相应的氨基酰tRNA进入该位置，并通过反密码与密码子结合，此反应由EF参与，GTP供能。特别注意，在进位前氨基酰tRNA必须与GTP，EF1结合为复合物，才能与大亚基上的A位结合，结合时GTP被水解，释放出反应所需的能量。（2） 转肽在转肽酶的作用下，P位上蛋白酰tRNA的氨基酰转移到A位，并通过活化了的-COOH与A位上氨基酰tRNA的-NH2结合，形成第一个肽键，这样在A位上合成了一个二肽酰tRNA，同时，P位的tRNA从大亚基上脱落，该过程需Mg2+或K+ ，

35、不需ATP或GTP，通过转肽，大亚基上的P位成为空位。（3） 移位在延长因子EF-2作用下（催化下），核蛋白体沿3，- 端移行一个密码子的位置，这样，A位上形成的肽酰tRNA移位到P位上，mRNA的下一个密码子移到A位上，与A位mRNA密码子相对应的氨基酰tRNA又开始下一轮的进位，转肽移位形成肽酰tRNA，如此mRNA反复进行，使肽链不断延长，每经过一周，肽链延长一个氨基酸残基，直到终止信号，肽链合成的方向从NC。3、终止阶段当核蛋白体沿mRNA5，3，端移行到终止信号（UAA、UAG、UGA）时，任何一种氨基酰tRNA却不能再进位，此时终止因子（RF）便与终止密码子结合，肽键的延长便终止，

36、终止因子结合在大亚基的A位后，可改变转肽酶的活性，成为水解酶的活性，催化肽酰tRNA水解，使合成的肽链从核蛋白体中释放出来，反应需GTP供能，肽链脱落后，tRNA、mRNA与核蛋白体分离，起始复合物解链，解体后各成份可以参与另一条肽链的合成，事实上在细胞中进行蛋白合成时，分子mRNA上不只结合一个核蛋白体，而是同时结合着多个核蛋白体，相邻两个核蛋白体之间的距离大约法8090个核苷酸残基，因此，细胞合成蛋白的效率是很高的，即多核蛋白体循环。（三）肽链合成后的加工新合成的多肽链有一组结构，必须形成空间结构才能是有活性，肽链的空间结构是按照其一级结构的特点，自行折叠形成，一般不需能量，多数蛋白在形成

37、空间结构前，肽键还需要经过加工，和肽键的水解剪切等。六、蛋白生物合成的调节蛋白是细胞表达的最终产物，遗传信息从DNAmRNA蛋白质，经过基因的复制、转录及转录后加工，翻译及翻译后加工等一个环节，在这些环节中，细胞都形成了一整套精确的调节机构来控制蛋白质的合成，以保证机体对蛋白质质和量的需要，这些调节主要包括基因水平的调节、转录水平的调节和翻译水平的调节，目前研究较多的是后两种水平的调节。（一）转录水平的调节转录水平的调节在原核细胞主要是受操纵子的调节，在真核细胞中主要受组蛋白和酸性蛋白的调节。1、操纵子模型1961年在研究乳糖诱导Ecoli半乳糖苷酶合成中发现了一种调控机制，提出了著名的乳糖操

38、纵子模型，此后在原核细胞中发现了许多操纵，因此，操纵是原核细胞转录水平调节的主要机构。操纵子是DNA分子中的转录单位，是操纵基因和受操纵基因控制的邻近的结构基因或基因组的结合物，它由信息区和控制区两大序列组成。（1） 信息区：由编码蛋白（一种或数种）结构基因组成，这些基因的翻译产物（蛋白）常常彼此相关，如组成和结构相类似的一组基因或属于同一代谢途径的一组酶类。（2） 控制区：由启动基因（P）和操纵基因（O）组成，启动基因可结合RNA聚合酶启动转录，操纵基因位于启动基因和结构基因之间，是RNA聚合酶向结构基因移行的必径之处，它走着开关作用控制，其后的结构基因转录“关闭和开放”。在操纵子的上游（5

39、，端），还存在调节基因（R），负责编码阻遏蛋白，由于调节基因距离操纵子较远，因此它不属于操纵子，但它编码的阻遏蛋白对操纵子的开关起着重要的调节作用。乳糖操纵模型： 在培养基未加乳糖时，大肠杆菌的调节细胞转录mRNA，mRNA翻译阻遏蛋白，阻遏蛋白与操纵基因结合，阻碍RNA聚合酶通过，结构基因“关闭”。加入乳糖后，乳糖与阻遏蛋白结合，使其构象改变，失去与操纵基因结合的活性，从操纵基因上脱落，RNApolyase顺利通过操纵基因移行到结构基因，转录mRNA再翻译半乳糖苷酶。在这里，乳糖起着诱导半乳糖苷酶合成的诱导物的作用，这种由阻遏蛋白“关闭”基因，诱导物“开放”基因的调节方式称诱导作用。诱导合成

40、的酶或蛋白称诱导酶或诱导蛋白，酶合成的诱导物通常是酶的底物。意义：在代谢过程中形成一种 正反馈调节机制，使得底物丰富时细胞相应地合成较多的酶，加速底物的利用。色氨酸操纵子：（Trp）有些操纵子如色氨酸操纵子，它上游的调节基因编码的阻遏蛋白不具有结合活性，因此，不与操纵基因结合，结构基因是开放的，转录mRNA，mRNA再翻译色氨酸合成酶，当色氨酸合成过多时，色氨酸即可与无活性的阻遏蛋白结合，使其构象发性改变而活化，可与操纵基因结合，使结构基因“关闭”，这种与无活性的阻遏蛋白结合并使其活化的物质称辅阻遏物，辅阻遏一般不是酶的底物，而是酶促反应的产物。意义：它形成一种负反馈调节机制，使得某种代谢物足量时，细胞不再合成，防止代谢物的堆积。2、组蛋白和反性蛋白调节在真核细胞基因的“关闭”或“开放”主要受组蛋白和酸性蛋白控制。在真核细胞染色体上，DNA与蛋白质结合，这些蛋白包括碱性的组蛋白，带有大量的正电荷；另一类是非组蛋白，即是酸性蛋白，带有大量的负电荷。在染色体上，DNA和碱性蛋白、酸性蛋白形成三联体，使大多数基因被组蛋白封闭，只有少数基因是开放的，当某些物质作