2遗传学课件第3章遗传物质的分子

1、第3章遗传物质的基础什么是遗传物质？从1900年孟德尔的重新发现到1910年摩尔根的果蝇伴性遗传实验以来，生物学家一直在寻找。1928年Griffith等的链球菌的转化实验，1944年1952年1957年Avery等的单因子转化实验，Hershey和Chase的噬菌体Fraenkel-Conrat等的烟草花叶实验，重建试验，先后证实DNA是遗传物质， 在不具备DNA的质，即核酸是遗传物质，是遗传信息的载体。中，RNA是遗传物第二个问题是，遗传物质的基础是什么？1953年Watson和Crick的DNA双螺旋结构模型，给出了圆满的。如何表达？这得益于“中心法则第三个问题是遗传信息如何传递？”的提

2、出和遗传的破译以及“DNA半保留半不连续模型”的证明。3.1核酸是遗传物质由于ffith等没有做单因子转化实验，当时还不能说明3.1.1链球菌的转化实验：DNA是遗传物质的概念源于引1起92转8年化G作ri用ff的it物h等质进是行什的链球菌（Streptococcuspneumoniae，旧称双球菌 Diplococcus pneiae）直到1944年Avery位美国科学家不仅在体外重复了的转化实验。上述实验，而且用生物化学的方法对S型菌提取液的所有成分分离后，进行单因子转化实验，证明转化因子是DNA，而不是多糖荚膜、蛋白质和RNA，而且转化频率随着DNA的纯度的提高而增加。Avery等的实

3、验结果首次证明转化因子是DNA，取得了DNA是遗传物质的第一个和最重要的一个证据，明确了DNA是遗传信息的载体。3.1.2噬 菌体试验：1952年Hershey和Chase用标记放射性同位素的方法，进行了噬菌体实验，为证明DNA是遗传物质提供了更直接的证据。大遗肠传杆作菌用（的E是.cDoNlAi而）不的是一蛋种白噬质菌。体，T2该噬实菌验体证是明它由蛋白质外壳和DNA。在噬菌体中，其蛋白质是唯一含硫（S）的物质，而DNA是唯一含磷（P）的物质。利用这一特性，他们在放射性32P和35S存在的情况下，使噬菌体进行繁殖，再用这种带有放射性物质标记的噬菌体去无放射性的大肠杆菌，几分钟后离心除去未吸对

4、其附进的行噬离菌心体，发再现利从用大捣肠碎杆机菌捣表碎面使的体噬与菌大体肠外杆壳菌清液中。，它们由蛋白质组成，含有80放射性标记35S，而大肠杆菌在沉淀中，含有80放射性标记32P。实验表明在噬菌体过程中，只有DNA进入细菌细胞，而蛋白质外壳留在细菌体外。3.1.3烟草TMV的重建试验：能烟草的烟草花叶（tobaccomosaic,TMV）由蛋白质外壳和RNA组成。可以从TMV分别提取它的蛋白质和RNA，再将它们放在一起，可以得到具有力的病毒颗粒。1957年Fraenkel-Conrat等人将两个不同的MTV株系（S株系和HR株系）的蛋白质和RNA分别提取出来，然后相互对换,将S株系的蛋白质和

5、HR株系的RNA,或反过来将HR株系的蛋白质和R株系的RNA放在一起，重建形成两种杂种，去烟草叶片。结果是叶片上所产生的病斑跟所含RNA密切相关，是什么样的RNA就形成什么样的子代粒子，即子代粒子的外壳蛋白是由RNA决定的，而不是由蛋白质决定的。令人信服地证明在不具有DNA的中，RNA是遗传物质。3.2核酸的结构3.2.1 核酸的组成DNA和RNA都含四种主要碱基：其中腺嘌呤（adenine,A）、鸟嘌呤（guanine,G）、和胞嘧啶（cytosine,C）是两者共有，而尿嘧啶（uracil,U）为RNA 特有，胸腺嘧啶（thymine,T）为DNA所特有。DNA的碱基组成具有很明显的特征，

6、即ATGC1，而RNA的碱基组成一般没有这种特点。DNA和RNA都含有戊糖，其本质的区别在于它们含有的戊糖的类别不同：RNA含有D-核糖， 而DNA含有2脱氧D核糖。3.2.2DNA的结构（1）DNA的一级结构：DNA的一级结构是指核苷酸在DNA中的排列顺序。在DNA的一级结构中因为各种脱氧核苷酸的脱氧核糖和磷酸都是相同的，所以碱基顺序也就代表了核苷酸 顺序。生物的遗传信息通过核苷酸的不同排列顺序贮存在DNA中，碱基的顺序就是信息所要表达的内容，碱基顺序稍有变化，就可能引起遗传信息的很大变动，因此顺序测定对于阐明DNA的结构和功能具有更本性的意义。从这个意义上我们可以更深刻地理解组计划的伟大作

7、用。（2）DNA的结构间相互作用形成的双DNA的链或双螺旋结构是指DNA通过，即DNA双螺旋结构（doublehelicalstructure）。1953年Watson和Crick根据Wilkins及Franklin对DNAX射线衍射图研究证明DNA具有螺旋结构的信息，Chargaff等发现的DNA中碱基含量A=T，G=C，(AGTC)的定律，以及对四种碱基的物化数据的分析结果等，提出了著名的DNA双螺旋结构模型（double-helicalmofDNA）。该模型从水平上合理地解释了DNA的解决了DNA的自我 传信息载体的地位。和转录与遗传信息的表达过程，问题，巩固了DNA作为遗传物质和遗DN

8、A双螺旋的多态性结构的研究表明，在不同的湿度下DNA可以呈对DNA现不同的螺旋构型。在溶液中或在细胞的生理条件下，DNA一般为B型，但当水合的B-DNA脱水，或由于加入乙醇或盐使水的活性降低时就转变为A型。A-DNA和B-DNA都为右手螺旋，但A-DNA比B-DNA缠绕更为紧密，每圈螺旋含有11bp，螺旋轴距约为2.8 nm。其他的右旋DNA还有C-,D，E- 和T-DNA 等。这些不同构型的DNA其结构参数都有一定的差异变化，这种现象称为DNA结构的多态性。Z-DNA也是DNA结构多态性的一种类型与A-DNA和B-DNA不同，Z-DNA为左手双螺旋旋构型。在Z-DNA中多核苷酸链的磷酸基团绕

9、螺旋轴的为锯齿形（Z字形），每圈螺旋含有12bp,每一碱基对在螺旋轴上的上升距离为0.37nm,螺旋轴距约为4.5nm,螺旋表面的小沟深，而大沟消失（图37B-DNA和Z-DNA双螺旋结构）。已有证据表明Z-DNA存在于天然DNA中，用Z-DNA的抗体已可鉴别出天然DNA中的Z-DNA区段，并有证据表明Z-DNA的存在与的表达调控有关，但具体在生活细胞中的功能还不清楚。（3）DNA的高级结构DNA的高级结构是指DNA的超螺旋（supercoil）结构和DNA所具有的复杂折叠状态。超螺旋是DNA双螺旋的螺旋轴盘绕而形成的螺旋，是DNA三级结构的一种形式。DNA的三级结构是指双螺旋链的扭曲。例如在

10、B-DNA双螺旋中，每10个核苷酸长度旋转一圈，这时双螺旋最稳定处于能量最低态。生物体中绝大多数DNA以超螺旋的形式存在，比喻细菌质粒、大肠杆菌、线粒体DNA、叶绿体DNA、以及哺乳类病毒组等。例如大肠杆菌（拟核）的结构域就是一种双螺旋结构，在各结构域中若用DNA酶处理，DNA链将会断裂，双螺旋结构受到破坏，变为松弛型结构。一个闭合必须在DNA的每一条链上都没有断裂，既是在一条链上出现断裂都有可能导致双螺旋的消失。同样，一个无论是闭合还是开放结构，只要缺少双螺旋结构，就称为松弛型。松弛DNA负超螺旋正双螺旋溴乙锭溴乙锭根据DNA拓扑学原理，DNA超螺旋结构的拓扑态变化用以下数学式表示：LTWL

11、代表拓扑连接数（linking number），是双螺旋中一条链环绕另一条链盘绕的次数，只有链不发生断裂，它是一个整数；T为盘绕数（twisting number）,将右手螺旋定为正值，它代表DNA的一股链绕双螺旋轴所做的完整的旋转数，是DNADNA而言，它等于DNA的碱基数除以10。中双螺旋的数目。对BW表示缠绕数（writhing number）,也称为超螺旋数，指双螺旋螺旋轴的次数。绕超对于松弛型，W=0, L=T; 对于负超螺旋，L< T ；对于正超螺旋，L>T。在遗传学研究中，变化。的转录、DNA的、修复与重组等均涉及到超螺旋的拓扑异构酶拓扑异构酶从D核NA小核体小体与1

12、1染nm色染色质质的0 nm包染色装质粗纤维染色单体(或)，总压缩7×6×40×58400倍。其长度压缩了近万倍DNA在真核生物核小体(nucleosome)结构中的扭曲方次的结构。式也是一种超螺旋结构。核小体可以组成更（1）核小体是染色质的基本结构（2）染色质的包装过程3.2.3 RNA的：结构(1)tRNA已经做出全序列分析的tRNA有3300种以上。，长7594个核苷酸，5端有末端tRNA都是小磷酸化基团，3端为CCA-OH序列,高，而且许多被甲基化修饰；中稀有碱基含量较内部有碱基互补区，都结构一般由氨基酸接受子环和TC环组成，能形成三叶草形结构。该臂、二氢

13、尿嘧啶环（D环）、反有的还在反子环和TC环之间存在额外环。tRNA的三级结构都为倒L形结构。（2）rRNA大肠杆菌的5S 、16S 和23S rRNA 的一、分别含有120、1542和2904核苷酸。结构组成： 5 个双螺旋区和其他单链区；两 个 功 能 域 ： 一 个 功 能 域 中 含 有5 CGAAC 序列，这是与tRNA TC环上的GTCG序列相互作用的部位，使tRNA与核糖体结合。另一个功能域与23S rRNA中的一段序列互补，对核糖体大亚基与rRNA的相互作用有重要意义。大肠杆菌5S rRNA的结构模型不同来源的16S rRNA具有相似的结构大肠杆菌16S rRNA的结构四个功能域

14、：5端功能域中心功能域3末端大功能域3末端小功能域在。这些功能域中有与mRNA互补的部位，有结合肽酰tRNA 的部位，有些则在30S与50S亚基结合中起作用等，涉及多种识别与作用功能RNA的结构在的表达与调控过程中起着十分重要的作用例如rRNA与mRNA间的碱基配对着蛋白质的起始；tRNA与mRNA间的碱基配对促进翻译过程；RNA发夹结构及茎环结构转录的终止、翻译的效率以及mRNA的稳定性；RNA-RNA间的碱基配对在内含子的剪切过程中也起着重要的作用。RNA的结构和功能的研究，揭示出它们在生物近年对小的发育、生长、繁殖和得引起我们的关注和重视。表达与调控中的多种重要功能，这值3.3DNA3.

15、3.1 DNA的基本规律DNA一般按半保留半不连续的的方式进行；起始（Initiation）在原点（Origin）的特定序列上；的起点处；叉（Fork）的移动有单向或双向；链的延伸方向只能是53方向；在存在模板的条件下，DNA聚合酶以短的RN段作为引物开始DNA的短片段；存在各种DNA链的起始机制，除了RNA外，还存在其它的一些机制，包括DNA链与一个末端蛋白共价结合，以及缺口的共价延伸，或者亲本链已被环出的末端等；终止也是在过程中的某个固定点；的机色体；决于组结构和构象来保持产生完整的染即使在同一个细胞内也可进行多种机制的操作。3.3.2半保留半不连续半保留3.3.3 环状双链DNA方式（1

16、）滚环：滚环又叫的增殖、接合，以及真核生物rDNA的扩增都是以这种方式进行。（2）-型1963年Cairns对大肠杆菌DNA 放射自显影实验的结果提出来的。大肠杆菌DNA双链环状分子在其DNA过程的中间产物，在放射自显影观察时可形成一个-型结构。这是由于从，形成两个原点（OriC）开始叉，双向所产生的结果。-型需要RNA引物，半保留半不连续。一条单链总是和模板链互补地结合在一起形成子链。（3）线粒体的D环哺乳动物mtDNA：不对称不同时的。到2/3先双链中的一条链，待该链的长度时，另一条链才开始。由于重链和轻链上有各自的起点，其起始的特点是，在起始区形成D-Loop(Displacement)

17、结构，即重链和以重链为模板的新链组成的双链部分以及被新链替代出来的单链（轻链）部分形成的结构。Dloop区 含有约 500600bp，它是不稳定的，处于降解 状态，这样来保持该区双链被打开，即D-loop结构。3.3.4真核生物端粒的端粒（telomere）是真核生物末端的一种特殊结构。功能：防止的稳定性，保持末端免受核酸酶的降解，维持结构的完整性，为线状的末端和细胞衰老提供基础。此外，端粒与等也有密切的关系。联会、细胞端粒DNA的序列比较特殊，由一系列短的随机串联重复序列组成，可用Gn(A/T)m的一般式来表示，其中n>1,m为14。例如四膜虫为TTGGGG,线虫为TTAGGC，哺乳类

18、为TTAGGG等。当端粒（TTAGGG）n序列的3单链末端序列折回碱基配对取代其上游相同序列时，将形成一个类似D-loop的t-loop（telomere loop） 结构。该结构的形成提供了一个有序的高级结构，使凸出3单链埋藏在DNA内部以免与端粒酶接触，同时也保护了单链。端粒的是由端粒酶（telomerase）催化的端粒酶是一个大的核糖白一单个RNA 酶RNA的，由多条多肽与组成。端粒序列是端粒DNA的模板，它是一富含C的1522nt重复序列。端粒酶是一种特殊的反转录酶， 其活性只限于利用端粒酶特异的RNA作为模板。3.3.5 反转录LTR的由于重组（重排）都是由DNA过程中模板变更所引起

19、，这种机制称为拷贝选择（copychice）重组，它是RNA期间发生重组的共同基础。3.4RNA转录与转录是DNA的遗传信息被拷贝成RNA的遗传信息的过程。一般将DNA双链上带有遗传信息的链称为非模板链（nontemplate strand），或链（gene strand），或有义链（sence strand），或编码链（coding strand），它与mRNA序列一致，代表的是从遗传DNA序列。另一条与其互补的链称为模板链（template strand），到蛋白质序列相的链（antigene strand），或反义链（antisense或反strand），它是作为模板mRNA的DNA链。

20、所有均以模板链为模板进行转录，因而转录产物的碱基顺序必定与链的遗传信息一致。Figure 1.17a The Biology of Cancer (© Garland Science 2007)3.4.1 RNA聚合酶（1）大肠杆菌RNA聚合酶大多数原核生物RNA聚合酶的组成是相同的，而且只有一种RNA聚合酶转录所有的2组成大肠杆菌。酶（coreenzyme），因子加入后形成全酶（holoenzyme）专一性起始转录原核生物一种RNA聚合酶转录所有的，其中因子酶去识别一启动子的识别。组不同的启动子。由于因子替代引导E. coli 有几种不同的因子不同的因子识别不同启动子的保守序列例：

21、噬菌体SPO1基因的转录由两个连续的因子替换而其改变转录起始的专一性因子上的几种氨基酸能与10启动子序列的编码链上的碱基专一结合，这便是因子决定启动子专一性的机制（2） 真核生物RNA聚合酶真核生物细胞中有3类RNA聚合酶真核生物RNA聚合酶含有十多种亚基对原核生物和真核生物的RNA聚合酶的蛋白质电泳分析表明：在真核生物中，一些蛋白质亚基在所有的RNA聚合酶中是共同都具有的。一些亚基与细菌RNA聚合酶有关系酵母RNA聚合酶与大肠杆菌的酶相比较，在组成上酵母RNA聚合酶、和分别有两个大亚基（LL）与大肠杆菌的和亚基类似，另两个亚基与亚基类似。同时，酵母RNA聚合酶、和彼此之间有5个小亚基（102

22、7kD）是相同的。这说明RNA聚合酶在进化上是高度保守的。真核生物RNA聚合酶需要一些转录起始因子（transcriptioninitiationfactors,TIFs）或一般转录因子（generaltranscriptionfactors,GTFs）帮助其识别启动子。首先转录起始因子按特定顺序结合于启动子上形成复合物，帮助RNA聚合酶到DNA上的转录起始位点，RNA聚合酶才能与之相结合，形成前起始复合物。由于多个转录起始因子的相互作用使DNA构象发生改变，从闭合状态转换成开放形式。转录起始因子与RNA聚合酶一起组成了转录起始的基本装置（basalapparatus）。普遍性转录因子(gen

23、eral transcription factor)也称基础转录因子（basal transcription factor）：它们是转录起始复合物的组成成员，主要任务是将RNA聚合酶在启动子上，帮助RNA聚合酶正确识别起始位点并开始转录。特异性转录因子(specific /special transcription factor)或序列特异性转录因子：使聚合酶特异地应答各种外界的刺激，更加高效而且协调地进行转录。因为，这类转录因子对转录起始复合物的组装及转录速率施加影响，并决定某一基 因是否表达，所以又可称其为转录激活因子。转录激活因子在真核生物的表达调控中占有十分重要的地位， 绝大多数转录激

24、活因子都可与合，属于DNA结合蛋白。的调控序列结转录因子多种多样：可识别上游启动子元件，或与更远的增强子结合，通过直接或借助其他蛋白质的接触来激活前体起 始复合物的形成；有些转录因子，如p300/CBP可以修饰组蛋白，部分影响核小体的，而非影响前体起始复合物的组装；还有一些转录因子的作用是使DNA弯曲成一定的形状，使其它转录因子相互接触；还有一些转录因子并无DNA结合活性，只是通过与蛋白质之间接触的方式与前起始复合物作用激活转录。3.4.2启动子与增强子（1）原核生物启动子启动子（promoter）是决定RNA聚合酶转录起始位点的DNA序列。RNA聚合酶特异与其结合而使转录开始。，原核生物的启

25、动子一般处在结构的上游。一个典型的原核生物启动子主要由4个区域组成：转录起点（Startpoint）、10序列（10sequence）、35序列(-35sequence)、10序列和35序列间的序列长度。（2） 真核生物启动子真核生物有3类RNA聚合酶，分别识别三种不同类型的启动子，它们在结构上各有特点。RNA聚合酶I识别的启动子结构：RNA聚合酶I（RNApolI），只转录rRNA一种，包括5.8S、18S和28SrRNANTS ( nontranscribed spacer)：非转录间区；ETS （external transcibed spacer）：外间区；ITS (internal

26、trascribed spacer)：内间区。 RNA聚合酶识别的启动子的结构RNA Pol的产物为一些量较小的细胞质 RNAtRNA、5S rRNA 、7SL（cytoplasmic RNA， scRNA ）、RNA(参与细胞内蛋白质转移)、 U6RNA(转录后)等。RNA Pol的启动子很特殊，既有上游启动子也有下游启动子。下游启动子位于它们转录的编码序列内，通常启动子在50bp100bp之间，由2个的框序列组成，A box和C box，或A box和B box。因此，RNA Pol的启动子有三种类型：型内启动子、型内启动子和型外启动子。型内启动子：是5SrRNA所具有的启动子，不含TAT

27、A框，转录区（启动子）位于+50至+80的区段，由boxA和boxC组成。这类启动子需要TFA,TFB和TFC的结合来RNA聚合酶。型内启动子：是tRNA的启动子，无TATA框，由A box和B box的不连续启动子。A box位于10bp至20bp;Bbox 位于50bp至65bp。只需要TFB和TFC的结合来RNA聚合酶。型外启动子：是某些scRNA、U6 RNA和7SL RNA的启动子，属上游启动子，它由 TATA框、PSE（proximal sequenceelement，近端顺序元件）和Oct元件等3个上游元件组成。TATA框可能决定聚合酶类型的特异性，PSE和Oct元件的存在可以大

28、大增加转录效率。 RNA聚合酶识别的启动子结构RNA聚合酶（RNApol）主要负责蛋白质（结构）和部分核内小RNA(smallnuclearRNA，snRNA)的转录，其识别的启动子位于转录起始点的上游，结构最为复杂。RNApol识别的启动子由启动子（corepromoter）或基本启动子（basalpromoter）上游启动子元件（upstream。promoterelement，UPE）组成启动子是指在体外测定到的由RNApol进行精确转录起始所要求的最低限度的一套DNA序列元件。一个典型的核心启动子与起始位点紧密靠近，长约80个核苷酸左右，从转 录起点向上游（40）或下游（40）延伸。R

29、NA pol启动子由4种元件组成：TATA框 （TATAelement或TATAbox）TBB识别序列（TBBrecognitionelement,BRE）起始子（initiator,InR）下游启动子元件（downstreampromoterelement,DPE）起始子一般由Py2CAPy5，位于2至+4之间，可能提供RNA pol的识别。只包含InR的启动子是能被RNA pol识别的最简单形式 DPE对于含InR但不含TATA框的启动子的活性十分重要，但对含TATA框的启动子却无作用TATA框的作用是选择正确的起始位点，保证精确起始并产生基础水平的转录，当某些缺少TATA框时可由Inr来

30、替代这一作用。TBB识别序列位于32至37bp之间，作用是介导RNA pol的结合，影响转录起始点的选择；一般地，一个启动子可能包含以上4种元件中的2种或3种。因此，一个启动子既可由TATA框和InR组成，也可由InR和DPE组成，还可由TATA框和InR共同组成。启动子的变化是不大的。但是，在RNA这样pol启动子中上游启动子元件的变化和组合却是很大的，这样与启动子再组合起来就形成了RNApol启动子的复杂性和多样性。一个小的RNA pol 启动子仅有两种元件12InR?Core promoter: minimal promoters that contain a TATA-box.TATA

31、-box 既是一个起始因子（initiator element）位点,也是一个转录起始位点。主要是TATA-box binding protein (TBPs)与其结合。有的Core promoter enhancer element + CAAT box + TATA box+ transcription start site有的Core promoter TATA box + transcription start siteA core promoter can consist either of a TATA box plus InR or of an InR plus DPE (dow

32、nstream promoter element).（The DPE is a common component of RNA polymerase II promoters that do not contain a TATA box.）.RNApol启动子的上游启动子元件一般位于起始位点上游50至200bp区域，主要有CAATbox、GCbox、octamerbox（八聚体框，一个8bp元件）等。CAATbox是位于转录起始上游约75bp处的一个保守序列GG(T/C)CAATCT。实验揭示CAAT框内的碱基突变对转录起始的影响很大，说明它决定了启动子起始转录的效率及频率， 但是并不影响启动

33、子的专一性。而且，该元件对启动子的影 响在正方向和反方向排列时均能产生作用；GCbox位于转录起始上游约90bp附近，含有共有序列GGGCGG，可以在启动子中正、反方向排列，一份或数份，其功能与CAATbox相似主要是决定启动子起始转录的效率；octamerbox一是转录因子Oct1和Oct2识别结合的位点致CC序G列CC为C AoTr TTGCAT,GGGCGG orGGC/TCAAT/ACT5 .不同的含有不同的启动子启动子的结构是多种多样的Promoter construction is flexiable but context can be important启动子是按“mix an

34、d match”原则来组织，各种因子（elements）能够对启动子的功能起作用，但是没有一种因子对所有的启动子是必需的。在一些启动子中发现有四种类型的因子: TATA,GC boxes, CAAT boxes, and the octamer(a 8 bp element)但是这些因子在一些启动子中其数目、位置和方向是不同的（3）增强子 （enhancer）是真核细胞中通过启动子来增强转录 的一种远端性元件。增强的是同它连锁的的转录频率。1981年由Benerji,Rusconi小组和Chambom等发现的，又称远上游序列（far upstream sequence）1981 Benerji

35、SV40 DNA140bp（增强子）SV40DNA+兔血红蛋白融合的表达水平其特点是： 具有远距离效应：常在上游-200bp处，但可增强远处启动子的转录，即使相距十几Kb也能发挥其作用； 无方向性：在DNA双链中没有5端与3端固定的方向性，无论在靶转录的作用 ；的上游，下游或内部都可发挥增强 顺式调节:只调节位于同一上的靶，而对其它染色体上的 无物种和接到异源无作用；的特异性，对同源或异源同样有效，可以上发挥作用，如将SV40的增强子接到兔-珠蛋白前，引入Hela细胞，此珠蛋白转录增强200倍。 具有组织的特异性: SV40的增强子在3T3细胞中比多瘤的增强子要弱，但在Hela细胞中SV40的

36、增强子比多瘤的要强5倍，抗体的增强子只有在B淋巴细胞中才起作用。增强子的效应需特定的蛋白质因子参与。 有相位性:增强子的活性与其在DNA双螺旋结构中的空间方向性有关（其作用和DNA的构象有关）。 有的增强子可以对外部信号产生反应:如热体克在高温下才表达。编码重金属蛋白的金属硫蛋白表达。某些增强子可以被固醇类激活。在镉和锌存在下才增强子含有许多可与不同转录因子结合的基序，可以不同的组合方式调控的表达，在已研究过的绝大多数的表达调控模式中都发现组成增强子的不同基序或模块（module）之间可形成不同的组合,它们是差别表达（differential expression）的主（图7.18）。要组织和

37、细胞专一性增强子：只在特殊的组织细胞、特定的转录因子参与下，才能发挥其功能。诱导性增强子：这种增强子的活性通常要有特定的启动子参与。 例如：金属硫蛋白可以在多种组织细胞中转录，又可受类固醇激素、锌、镉和生长因子等的诱导而提高转录水平。增强子的作用机制增强子的活性作用要求与启动子靠近。3.4.3 原核生物tRNA和rRNA的多数转录的初始产物无生物活性，在生物体内进行处理后才具有生物活性。转录后（post-transcriptional modification）（ post-transcriptional processing）:是指将各种前体RNA转变成有功能的、各种RNA(mRNA、rRN

38、A或tRNA等) 的过程成原核生物tRNA初始转录本多为串连在一起的多顺反子（polycistron），少数为单顺反子，另有 由tRNA和rRNA串连组成为了得到成核酸酶对前体tRNA和rRNA,细菌细胞利用了多种进行后。由RNase 负责3.4.4真核生物tRNA和rRNA的（1）真核生物tRNA的真核tRNA的真核的前体与原核不同：tRNA数目多、单顺反子、成簇排列、有基因间隔区，例如 爪蟾 tRNA数目200拷贝，酵母约有400个tRNA，是一种重复序列；tRNA中含有内含子。真核的前体过程要剪接内含子，都要加CCA ；其与真核生物其它内含子剪接相比不是转酯反应；其剪切原则上是依赖于对t

39、RNA共同的结构的识别tRNA半(2)真核rRNA的真核生物的18S、5.8S和28S rRNA串联在一起形成一个转录本，初级转录本为45S前体，5S RNA与它们转录，这和原核的rRNA不同。真核rRNA中没有内含子。在转录时或转录后有110个甲基化酶立即结合导转录本保持到rRNA18S RNA28S RNA上：成熟39个甲基化酶（胞质中加上4个）结合结合 74个甲基化酶表明甲基化用于标明转录本的区域3.4.5真核生物mRNA前体的一般要经过四个步骤：mRNA的5端加帽mRNA的3端多聚腺苷酸化（加尾） 切除内含子修饰（对某些碱基进行甲基化）(1) mRNA的5'加帽Ø 成

40、真核生物并没有游离的5端，只有所谓的帽子结构，该结构是通过转录加上去的。Ø mRNA的5加帽是一个多步过程，第一步是鸟苷转移酶（guanylyltransferase）将一个鸟苷酸加在5RNA的前端，产生5-5对接的磷酸二酯键。第二步由鸟嘌呤甲基转移酶（quaninemethyltransferase)将一个甲团加到嘌呤环的7位氮原子使5帽子鸟嘌呤转变为7-甲基鸟嘌呤。真核生物的帽子结构有三类Type 0 cap: Typecap:Typecap:m7GpppX m7GpppXmm7GpppXmYm存在于各类帽子中存在于 类帽子中CH3帽结构的形成与甲基化位点存在于 类帽子中CH3m

41、RNA 5'加帽的功能主要表现在4个方面：1）保护mRNA5端不被降解RNA酶的降解从5'端起始， 当在mRNA的5'端加上m7GpppG帽子后，带有3个连接磷酸的5'帽可RNase切割。2）为核糖体识别mRNA提供信号，提高翻译效率真核生物mRNA必须通过5帽结合蛋白才能接触核糖体，起始翻译。缺少加帽的mRNA由于不能被5帽结合蛋白识别，其翻译效 率比加帽的mRNA低20倍。3）作为进出细胞核的识别标记。凡由Pol II转录的RNA均在5'端加帽，包括snRNA，这是RNA识别标记。4） 提高mRNA的剪接效率。5'帽结合蛋白涉及第一个内含子剪

42、接复合物的形成，直接影响mRNA的剪接效率进出细胞核的(2) mRNA 的3端多聚腺苷酸化Ø 几乎所有真核生物成mRNA末端都有一串约250个腺嘌呤核苷酸尾巴。它们并非模板DNA编码，而是在转录完成后由poly (A) 多聚酶。加尾位置不在转录物的最末端，而是在接近末端的内部位点。在切除mRNA 3末端的一段序列后，再加上多聚腺苷酸。Ø 加尾信号:新的mRNA的3'-端含两个明显的加尾信号。5'-AAUAAA-24 bpGUGUGUUGGAAUUUUUUGUGU-3'mRNA的3端多聚腺苷酸化的作用可能是：增加mRNA的稳定性；提高mRNA翻译效率；

43、poly（A）可影响mRNA前体最后一个内含子的剪切，缺少poly（A）使剪接效率降低5-10倍。（3）RNA的剪接内含子的切除和外显子的连接机理：真核细胞DNA的间插序列（interveningsequence），即不连续（interruptedgene）的间插序列称为内含子(intron)。被内含子隔开的序列，即出现在成熟RNA中的序列称为外显子（exon）。真核生物前体mRNA切除内含子,连接外显子形成成mRNA的过程称为RNA剪接(RNAsplicing)。内含子的边界顺序由保守的基序组成比较大量的真核生物mRNA内含子发现，它们的两侧边界均有一对保守顺序，即5'-端为GU，3

44、'-端为AG，这类称为GU-AG的内含子均以相同方式剪切。类内含子的剪接类内含子常分布于真核生物的细胞器中，如 四膜虫的rRNA；大部分真菌如酵母的mtDNA；植物叶绿体的内含子；类内含子有一个共结构，共9个同的配对区（P1P9），其中P4和P7是类内含子中共有的保守序列。P4由P和Q序列形成， 长10nt，配对碱基6 7对。P7由R和S序列，长12nt，5对碱基配对。P3,P4,P6和P7是结构，是可以执行催化的最小区域。其他的配对区在不同的内含子中是不同的。IGS类内含子的剪接机制自剪接（self-splicing）反应，通过3次连续的转酯反应完成。只是磷酸酯键的直接转移，没有水解

45、，不需能量。特点：由于内含子自身形成特定的三级结构，从而产生适于剪接反应的空间构象和活性位点，相当于传统酶的激活位点，即G苷酸结合位点和底物结合位点，后者依赖于IGS的配对来确定。G的参与完成剪接反应。即剪接反应完全由内含子自身完成。类内含子的剪接Ø 类内含子的剪接和类内含子不同，而和核mRNA内含子的剪切有些相似。Ø 分布：在酵母mtRNA,细胞色素氧化酶的a亚基、b亚 基，玉米mtRNA、tRNA以及真核mRNA前体中。Ø 边界序列为5GUGCG- - -YnAG,符合GTAG法则结构：形成6个茎环结构，使两个并列的功能区靠近。¾功能区5和功能区6被

46、两个碱基隔开。功能区6含有1个不配对A残基，其上带有2OH,发动第一次转酯反应。类内含子的结构mRNA的剪接过程相比，类与前所叙的核内含子的最大特定是不需要其他成分的参与，RNA本身能形成剪接所需的空间结构和催化mRNA的剪接过程中，需要活性区域。在核多种成分特别是snRNA与RNA前体共同作用才能形成剪接所需的空间结构，产生具催化功能的区 域。核mRNA的剪接核mRNA的剪接过程和类内含子十分相似，根本区别是：核mRNA前体本身不能形成结构，必需依赖于snRNP(U1,U2,U4,U5和U6)的帮助才能形成剪接体，进行自我剪接。结构特点：完全符合GU-AG法则边界顺序含分枝点序列内含子5端保

47、守序列（5GUAAGUA3） 和U1snRNA的5端保守序列 3CAUUCAU5互补剪接机制Ø 在剪接体的作用下通过转酯反应而完成Ø 形成一个套索（lariat）结构和剪接了的外显子Ø snRNP的剪接功能和反应步骤是：U1结合形成E complex A complex(U2结合) B1 complex B2 complexC1complexC2 complexE complex + U2A complex (U2与分枝位结合)B1 complex (U5/U4/U6三聚体结合，U5结合在外显子5端，U6与U2结合)u1u2u1u2B2 complex (出U1,

48、U5从u1u5 u6外显子向内含子移动，U6结合在5剪接位点)u4u2u6C1 complex (u1出U4,U6/U4u5催化转酯反应，U5结合在外显子3剪接位点.5位点被切开，u4u2形成套索)u6u5C2 complex (U2/U5/U6仍结合在套索上。3位点被切开，外显u2u4u2u5 u6子被连接)出剪接了的RNA,套索脱分枝成线状。RNA splicing可变剪接产生多种RNA3.5 遗传与蛋白质3.5.1 遗传遗传的性质是三联体无逗号不重迭通用性简并性子有：起始和终止子子3.5.2（1）反tRNA与遗传子中的“摆动”（wobble）问题过程中，tRNA的反在蛋白质的子在核糖体内

49、是通过碱基的反向配对与mRNA上的子相互作用的。1996年，Crick根据立体化学原理提出摆动假说（wobble hypothesis）,解释了反子中某些稀有成分（如）的配对，以及许多氨基酸有2个以上子问题。根据摆动假说，在子与反子的配对中，前两个严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，因而使某些tRNA可以识别1个以上的子。1.反反子第一位是C或A时，只能识别一种子子 （3）X-Y-C（5）子 （5）Y-X-G（3）（3）X-Y-A（5）（5）Y-X-U（3）2.反子第一位是U或G时，可分别识别两种子子 （3）X-Y-U（5）（3）X-Y-G（5）反子 （5）Y-X-A/G（3）（5）Y-X-C/U（3）3.反