新遗传物质的分子基础

1、27%6%66%分子遗传学拥有大量直接和间接证据，说明分子遗传学拥有大量直接和间接证据，说明DNA是主要是主要的遗传物质。的遗传物质。 在在R R型和型和S S型内还可以按血清免疫反应不同，分成许多抗型内还可以按血清免疫反应不同，分成许多抗原型，常用原型，常用RR，RR和和SS、SS、SS等加以区别。等加以区别。 19281928年年CriffithCriffith将少量无毒的将少量无毒的RR型肺炎双球菌注入型肺炎双球菌注入家鼠体内，再将大量无毒但已加热杀死的家鼠体内，再将大量无毒但已加热杀死的SS型肺炎双球型肺炎双球菌注入同一只鼠体内，结果家鼠发病死亡，从死鼠体内菌注入同一只鼠体内，结果家鼠

2、发病死亡，从死鼠体内分离出分离出SS型的肺炎双球菌。型的肺炎双球菌。肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验 1616后，后，AveryAvery等用生物化学方法等用生物化学方法证明这种引起转化的证明这种引起转化的物质是物质是DNADNA，他们将他们将SS型细菌的型细菌的DNADNA提取物与提取物与RR型细菌混型细菌混合在一起，在离体培养条件下，成功的使少数合在一起，在离体培养条件下，成功的使少数RR型细菌型细菌定向转化为定向转化为SS型细菌。型细菌。 蛋白质的含氮量平均为蛋白质的含氮量平均为16。 蛋白质含量蛋白质含量 ( g % ) = 含氮量含氮量( g % ) 6.25二、二、 氨基酸的理

3、化性质氨基酸的理化性质1. 两性解离及等电点两性解离及等电点2. 紫外吸收紫外吸收 3. 茚三酮反应茚三酮反应 * 肽键肽键(peptide bond)：是由一个氨基是由一个氨基酸的酸的 -羧基与另一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的 -氨基氨基脱水缩合而形成的化学键。脱水缩合而形成的化学键。（一）肽（一）肽(peptide)* * 根据蛋白质组成成分根据蛋白质组成成分 单纯蛋白质单纯蛋白质结合蛋白质结合蛋白质 = = 蛋白质部分蛋白质部分 + + 非蛋白质部分非蛋白质部分* * 根据蛋白质形状根据蛋白质形状 纤维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质四、蛋白质的分子结构包括：四、蛋白质的分子结

4、构包括： 一级结构一级结构 (primary structure)二级结构二级结构 (secondary structure)三级结构三级结构 (tertiary structure)四级结构四级结构 (quaternary structure)高级结构高级结构定义：定义：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。的排列顺序。1 1、蛋白质的一级结构、蛋白质的一级结构主要化学键：主要化学键：肽键肽键二硫键二硫键的位置属于一级结构研究范畴。的位置属于一级结构研究范畴。 一级结构是蛋白质空间构象和特异生一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。物学功能的基础

5、。胰岛素的一级结构胰岛素的一级结构30212 2、蛋白质的二级结构、蛋白质的二级结构蛋白质分子中某一段肽链的局部空蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象的构象 。定义：定义：稳定因素稳定因素： 氢键氢键 蛋白质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式 -螺旋螺旋 ( -helix ) -折叠折叠 ( -pleated sheet ) -转角转角 ( -turn ) 无规卷曲无规卷曲 ( random coil ) （1） -螺旋螺旋: 多肽链主链围绕中心轴形成

6、多肽链主链围绕中心轴形成右手螺旋，侧链右手螺旋，侧链伸向螺旋外侧。伸向螺旋外侧。 每圈螺旋含每圈螺旋含3.6个氨基酸个氨基酸，螺距为，螺距为0.54nm。 每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形成的氢键保持螺旋稳定。成的氢键保持螺旋稳定。氢键氢键与螺旋长轴基本平与螺旋长轴基本平行。行。（2 2） - -折叠折叠多肽链充分伸展，相邻肽单元之间折叠成锯多肽链充分伸展，相邻肽单元之间折叠成锯齿状结构，侧链位于锯齿结构的上下方。齿状结构，侧链位于锯齿结构的上下方。 两段以上的两段以上的 -折叠结构平行排列折叠结构平行排列 ，两链间可，两链间可顺向平行，也可反向平行

7、顺向平行，也可反向平行 。两链间的肽键之间形成氢键，以稳固两链间的肽键之间形成氢键，以稳固 -折叠折叠结构。氢键与螺旋长轴垂直。结构。氢键与螺旋长轴垂直。 （3 3） - -转角和无规卷曲转角和无规卷曲 - -转角：转角：无规卷曲：没有确定规律性的肽链结构。无规卷曲：没有确定规律性的肽链结构。 - -转角：转角：（4 4）模体）模体蛋白质分子中，二个或三个具有二蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个具有特殊功能的空间构象，被称成一个具有特殊功能的空间构象，被称为模体为模体(motif)。（5）影响二级结构形成的因素）影响二级结构

8、形成的因素氨基酸侧链所带电荷氨基酸侧链所带电荷 、大小及形状。、大小及形状。影响影响-螺旋形成的因素：螺旋形成的因素： -折叠形成条件：折叠形成条件：要求氨基酸侧链较小。要求氨基酸侧链较小。疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van derVan der Waals Waals力等。力等。 稳定因素：稳定因素：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。定义定义 纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域 结构域结构域 (domain) 大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或

9、大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行其功能，称为结构域。行其功能，称为结构域。亚基之间的结合力主要是亚基之间的结合力主要是氢键和离子键。氢键和离子键。4 4、蛋白质的四级结构、蛋白质的四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级蛋白质的四级结构。结构。每条具有完整三级结构的多肽链，称为每条具有完整三级结构的多肽链，称为亚亚基基 (subunit)。第四节第四节 DNADNA的复制的复制一、一、DNA复制的

10、一般特点复制的一般特点(一一)半保留复制半保留复制半保留复制半保留复制(semiconservative replication)-复制时复制时DNA双链双链解开并以每一单链为模板来形成解开并以每一单链为模板来形成另一对应的新链。另一对应的新链。DNA自身的复制方式自身的复制方式-半保留复制半保留复制(二二)复制起点和复制方向复制起点和复制方向多数细菌及病毒多数细菌及病毒，只有一，只有一个复制起点，控制整个染色个复制起点，控制整个染色体的复制。所以体的复制。所以整个染色体整个染色体也就是一个复制子。也就是一个复制子。复制子复制子(replicon)。是指在同是指在同一个复制起点控制下合成的一个

11、复制起点控制下合成的一段一段DNA序列。序列。在在真核生物真核生物中，每中，每条染色体的条染色体的DNA复制复制则是则是多起点的多起点的，多个，多个复制起点共同控制一复制起点共同控制一条染色体的复制，即条染色体的复制，即每条染色体有多个复每条染色体有多个复制子。制子。真核真核生物的研究发现，其复制也是生物的研究发现，其复制也是双向的双向的。但近来。但近来发现，并不是所有的生物发现，并不是所有的生物DNA的复制都是双向的，的复制都是双向的，如：如：噬菌体噬菌体T2，其其DNA的复制就是沿的复制就是沿一个方向一个方向进行进行的。的。5/ 3/大肠杆菌和其它许多大肠杆菌和其它许多原核生物的环状原核生

12、物的环状DNA复制是双复制是双向的。向的。即即DNA的复制从复制起点开始，向二个方向的复制从复制起点开始，向二个方向同时进行，最后相遇，完成复制。同时进行，最后相遇，完成复制。复制方向？从起点开始是沿着一个方向进行的复制方向？从起点开始是沿着一个方向进行的呢？还是双向的？呢？还是双向的？二、原核生物二、原核生物DNA合成合成(一一)有关有关DNA合成的酶合成的酶1957年科恩伯格年科恩伯格(Kornberg, A.)及其同事，从大肠杆及其同事，从大肠杆菌中分离菌中分离DNA聚合酶聚合酶(polymerase )。聚合酶聚合酶在有在有DNA、4种脱氧核苷酸及种脱氧核苷酸及Mg+的情况下，在的情况

13、下，在离体条件下可以离体条件下可以合成合成DNA。后来发现，后来发现，DNA聚合酶聚合酶只有在引物只有在引物DNA提供提供3端自由端自由羟基的情况下，才使羟基的情况下，才使DNA链从链从5向向3方向延伸。方向延伸。实际上在此实验体系中的实际上在此实验体系中的DNA起着起着模板和引物模板和引物的双重作的双重作用。用。 DNA聚合酶聚合酶由一条多肽链组成由一条多肽链组成，含有含有928个氨基酸，分个氨基酸，分子量约为子量约为109,000道尔顿，道尔顿，编码此酶的基因为编码此酶的基因为pol A。后来，从后来，从pol A基因突变株中又分离出二种基因突变株中又分离出二种DNA聚合酶，分聚合酶，分别

14、命名为别命名为DNA聚合酶聚合酶I和和DNA聚合酶聚合酶。u三种三种DNA聚合酶有一些共同的特性，从而决定聚合酶有一些共同的特性，从而决定DNA合成合成的特点：的特点：1、三种酶都只有、三种酶都只有53聚合酶的功能，而没有聚合酶的功能，而没有35聚合聚合酶功能，说明酶功能，说明DNA链的延伸只能从链的延伸只能从5向向3端进行。端进行。2、它们都没有直接起始合成、它们都没有直接起始合成DNA的能力，只能在引物存的能力，只能在引物存在下进行链的延伸，因此，在下进行链的延伸，因此，DNA的合成必须有引物引导才的合成必须有引物引导才能进行。能进行。3、三种酶还都有核酸外切酶的功能，可对合成过程中发、三

15、种酶还都有核酸外切酶的功能，可对合成过程中发生的错识进行生的错识进行校正校正，从而保证，从而保证DNA复制的高度准确性复制的高度准确性。(二二)DNA复制的过程复制的过程DNA的合成是半保留复制（的合成是半保留复制（ 分别以两条链互为模板，而合成分别以两条链互为模板，而合成两条互补新链），复制是双向的，两条互补新链），复制是双向的，DNA的合成的合成必须有引物必须有引物的引的引导，并且复制时链的导，并且复制时链的延伸总是从延伸总是从5向向3方向方向进行。进行。DNA的合成过程：的合成过程：1、DNA双螺旋的解链双螺旋的解链ATP提供能量，提供能量，DNA双链由双链由解旋酶解旋酶解解开后，开后，

16、单链单链DNA结合结合蛋白（蛋白（SSB）马上结马上结合在分开的单链上，合在分开的单链上，从而保持其伸展状态。从而保持其伸展状态。在大肠杆菌中，在大肠杆菌中，DNA的的合成速度每分钟约为合成速度每分钟约为30,000bp，即，即双螺旋双螺旋每分钟必须旋转每分钟必须旋转3000次次才能完全解旋。才能完全解旋。 如果没有如果没有SSB的作用，的作用，分分开的双链开的双链互补碱基对间互补碱基对间又可又可重新配对重新配对。或者，在同一条。或者，在同一条链的互补碱基对间配对而链的互补碱基对间配对而形形成发夹状结构成发夹状结构，这种结构会，这种结构会阻止阻止DNA聚合酶的作用。聚合酶的作用。随着解链的进行

17、，在随着解链的进行，在DNA复复制叉前面就会形成一种张力，制叉前面就会形成一种张力，而导致超螺旋的产生。而导致超螺旋的产生。DNA拓扑异构酶拓扑异构酶将将DNA双双链切开一个口子，使一条链链切开一个口子，使一条链旋转一圈，然后再将其共价旋转一圈，然后再将其共价相连，从而相连，从而消除其张力。消除其张力。现在发现现在发现主要有二类主要有二类DNA拓扑异构酶：拓扑异构酶：DNA拓扑异构酶拓扑异构酶I，只对双链，只对双链DNA中的一条链进行切割，中的一条链进行切割，产生切口产生切口(nick)，每次切割只能去除一个超螺旋，此过程，每次切割只能去除一个超螺旋，此过程不需要外加能量。不需要外加能量。DN

18、A拓扑异构酶拓扑异构酶II，可以对双链，可以对双链DNA的二条链同时进行切割。的二条链同时进行切割。每次切割可以去除二个超螺旋，此过程需要每次切割可以去除二个超螺旋，此过程需要ATP提供能量。提供能量。2、DNA合成的开始合成的开始由于三种由于三种DNA聚合酶均聚合酶均需要需要DNA模板和模板和3端的自由端的自由OH，才，才能进行能进行DNA的合成，使的合成，使DNA延伸。延伸。人们很早就发现人们很早就发现RNA聚合酶聚合酶(RNA ploymerase)利用利用DNA模板，模板，不需要特殊的引物可以直接合成不需要特殊的引物可以直接合成RNA。DNA合成前，以合成前，以DNA为模板，根据碱基配

19、对的原则，在一种为模板，根据碱基配对的原则，在一种特殊的特殊的RNA聚合酶聚合酶DNA引物酶引物酶(DNA primase)的催化下，的催化下，先合成先合成一段长度为一段长度为560个核苷酸的个核苷酸的RNA引物，提供引物，提供3端自由端自由OH。然后，在然后，在DNA聚合酶聚合酶III的作用下进行的作用下进行DNA的合成。的合成。3、一条、一条DNA链连续合成，一条链不连续链连续合成，一条链不连续从电子显微镜和放射自显影的结果可知，从电子显微镜和放射自显影的结果可知，DNA两条新链的合两条新链的合成是从一个成是从一个复制叉复制叉(replicating fork)向着向着同一个方向同一个方向

20、延伸的。延伸的。而组成而组成DNA双螺旋的互补双链具有相反的方向，一条从双螺旋的互补双链具有相反的方向，一条从53，而另地条，而另地条35，为，为反向平行。反向平行。二条二条DNA新链，只有一条新链，只有一条DNA链的合成是链的合成是连续的，连续的，而另而另一条则是一条则是不连续的。不连续的。所以从整个所以从整个DNA分子水平来看，分子水平来看，DNA二条新链的二条新链的合成方向合成方向是相反的，但是都是从是相反的，但是都是从5向向3方向延伸。方向延伸。把一直从把一直从5向向3方向延伸的方向延伸的链称作链称作前导链前导链(leading strand)，它是连续合成的。它是连续合成的。另一条先

21、沿另一条先沿53方向合成方向合成一些片段，然后再由连接酶一些片段，然后再由连接酶将其连起来的链，称为将其连起来的链，称为后随后随链链(lagging strand)，其合成其合成是不连续的是不连续的。在前导链上，在前导链上，DNA引物酶引物酶只在起始点只在起始点合成一次引物合成一次引物RNA，DNA聚合酶聚合酶III就可开就可开始进行始进行DNA的合成。的合成。 每个每个“冈崎片段冈崎片段”的合的合成都需要成都需要先合成一段引物先合成一段引物RNA，然后然后DNA聚合酶聚合酶III才才能进行能进行DNA的合成。的合成。 随后，引物随后，引物RNA被切除，并被切除，并为新合成的为新合成的DNA片

22、段所替代。片段所替代。 在大肠杆菌中，引物在大肠杆菌中，引物RNA被切除过程是在被切除过程是在DNA聚合酶聚合酶的催化下完成的。的催化下完成的。后随链上合成的后随链上合成的DNA不连不连续单链小片段称为续单链小片段称为冈崎片段冈崎片段后随链后随链DNA的合成：的合成：因为因为DNA聚合酶聚合酶I有有53端核酸外切酶的功能，它端核酸外切酶的功能，它可以将可以将RNA引物切除，引物切除，同时利用其同时利用其53聚合酶聚合酶功能，以临近功能，以临近“冈崎片段冈崎片段”的的3端自由端自由OH进行进行DNA的合成，从而将的合成，从而将RNA引物引物替换为替换为DNA链。链。最后由最后由DNA连接酶连接酶

23、(DNA ligase)将将“冈崎片冈崎片段段”连接起来，形成一连接起来，形成一条完整的新链。条完整的新链。最后，简要说明一下最后，简要说明一下RNA病毒中病毒中RNA的的自我复制。大多数自我复制。大多数RNA病毒是单链的。病毒是单链的。这种这种RNA的复制一般是先以自己为模板的复制一般是先以自己为模板合成一条互补的单链，通常称病毒原有合成一条互补的单链，通常称病毒原有的，起模板作用的链称为的，起模板作用的链称为“”链，而链，而新复制的新复制的RNA链称为链称为“”链，这样就链，这样就形成了形成了双螺旋的复制类型双螺旋的复制类型(replicative form)。然后这个然后这个“”链又从链

24、又从“”链模板链模板释放出来，它也以自己为模板复制出一释放出来，它也以自己为模板复制出一条与自己互补的条与自己互补的“”链，于是形成了链，于是形成了一条新生的病毒一条新生的病毒RNA。三、真核生物三、真核生物DNA合成合成现在已有很多证据表明，真核生物现在已有很多证据表明，真核生物DNA的复制基本上与原的复制基本上与原核生物相同，但比原核生物更为复杂。核生物相同，但比原核生物更为复杂。真核生物真核生物DNA的复制与原核生物主要不同点：的复制与原核生物主要不同点：1、DNA合成只是发生在细胞周期的某个时期：合成只是发生在细胞周期的某个时期：真核细胞真核细胞DNA的合成只是在细胞周期的的合成只是在

25、细胞周期的S期期进行。进行。而原核生物则而原核生物则在整个细胞生长过程在整个细胞生长过程中都可进行中都可进行DNA合成。合成。2、原核生物、原核生物DNA的复制是的复制是单起点的，单起点的，而真核生物染色而真核生物染色体的复制则为体的复制则为多起点的。多起点的。3、真核生物、真核生物DNA合成所需的合成所需的RNA引物引物及后随链上合成及后随链上合成的的“冈崎片段冈崎片段”的长度比原核生物要短的长度比原核生物要短4、有二种不同的、有二种不同的DNA聚聚合酶分别控制前导链和后合酶分别控制前导链和后随链的合成随链的合成。在原核生物中有在原核生物中有DNA聚合酶聚合酶I、II和和III等三种聚合酶，

26、并由等三种聚合酶，并由聚合酶聚合酶III同时控制二条链的同时控制二条链的合成。合成。而在真核生物中共有而在真核生物中共有、和和等五等五种种DNA聚合酶。聚合酶。聚合酶聚合酶和和是是DNA合成的合成的主要酶，主要酶，由聚合酶由聚合酶控制不控制不连续的后随链的合成，而聚连续的后随链的合成，而聚合酶合酶则控制前导链的合成，则控制前导链的合成，所以其二条链的合成是在二所以其二条链的合成是在二种不同的种不同的DNA聚合酶的控制聚合酶的控制下完成。下完成。主要不同点：主要不同点： 5、染色体端体的复制、染色体端体的复制原核生物的染色体大多数为原核生物的染色体大多数为环状，环状，而真核生染色体为而真核生染色

27、体为线状。线状。端体：染色体端体：染色体其末端有特殊其末端有特殊DNA序列组成的结构称为序列组成的结构称为。根据根据DNA合成的过程，新链合成的过程，新链5末端末端DNA是无法自动合成是无法自动合成的，因为当末端的的，因为当末端的RNA引物被切除后，就没有引物被切除后，就没有3端的自由端的自由羟基为羟基为DNA的合成作引物。的合成作引物。在在DNA的末端存在特殊的结构，并在含有的末端存在特殊的结构，并在含有RNA的端体酶的端体酶(telomerase)的催化下完成末端的合成。的催化下完成末端的合成。主要不同点：主要不同点：真核生物与原核生物真核生物与原核生物DNA 合成的区别合成的区别第五节第

28、五节 RNA的转录及加工的转录及加工 遗传物质不管其化学性质如何，其必须具有遗传物质不管其化学性质如何，其必须具有遗传、表达和变遗传、表达和变异等三种基本功能。异等三种基本功能。下面我们介绍其第二个重要的功能下面我们介绍其第二个重要的功能基因表达。基因表达。基因的表达：基因的表达：第一步第一步DNA转录转录(transcription)为为RNA，然后，然后由由RNA再翻译再翻译(translation)成蛋白质。成蛋白质。转录：转录：就是以就是以DNADNA双链之一的遗传密码为模板，把遗传密码双链之一的遗传密码为模板，把遗传密码以互补的方式转录到以互补的方式转录到mRNAmRNA上。上。 翻

29、译：翻译：就是就是mRNA携带着转录的遗传密码，附着在携带着转录的遗传密码，附着在核糖体上，把核糖体上，把tRNA运来的各种氨基酸，按照运来的各种氨基酸，按照mRNA的密码顺序，相互连接起来成为多肽链，并进一步的密码顺序，相互连接起来成为多肽链，并进一步折叠起来成为立体蛋白质分子。折叠起来成为立体蛋白质分子。 先介绍先介绍RNA的转录的转录一、三种一、三种RNA分子分子信使信使RNA (messenger RNA，mRNA)转移转移RNA (transfer RNA，tRNA)核糖体核糖体RNA (ribosomal RNA，rRNA)三种不同的三种不同的RNA分子在基因的表达过程中起重要的作

30、用。分子在基因的表达过程中起重要的作用。(一一)mRNA mRNA的功能就是把的功能就是把DNA上的遗传信息精确无误地转上的遗传信息精确无误地转录下来，然后，由录下来，然后，由mRNA的碱基顺序决定蛋白质的氨基酸顺的碱基顺序决定蛋白质的氨基酸顺序，序，是基因表达过程中遗传信息传递的中介。是基因表达过程中遗传信息传递的中介。它它起着传递信息的作用起着传递信息的作用，因而称为，因而称为信使信使RNA (mRNA)。在真核生物中，转录形成的在真核生物中，转录形成的RNA中，含由大量非编码序列，中，含由大量非编码序列，大约只有大约只有25RNA经加工成为经加工成为mRNA，最后翻译为蛋白质。，最后翻译

31、为蛋白质。未经加工的前体未经加工的前体mRNA(pre-mRNA)在分子大小上差别在分子大小上差别很大，所以通常很大，所以通常称为称为不均一核不均一核RNA (heterogeneous nuclear RNA，hnRNA)。前面已经介绍，生物的前面已经介绍，生物的遗传信息主要贮存于遗传信息主要贮存于DNA的碱基序列的碱基序列中，但中，但DNA并不直接决定蛋白质的合成。而且在真核细胞中，并不直接决定蛋白质的合成。而且在真核细胞中，DNA主要存在于细胞核的染色体上，主要存在于细胞核的染色体上，而而蛋白质的合成中心却蛋白质的合成中心却位于细胞质的核糖体上位于细胞质的核糖体上。因此，它需要一种中介物

32、质，才能。因此，它需要一种中介物质，才能把把DNA上控制蛋白质合成的遗传信息传递给核糖体。上控制蛋白质合成的遗传信息传递给核糖体。 (二二)tRNA 如果说如果说mRNA是合成蛋白质的蓝图，则是合成蛋白质的蓝图，则核糖体是合核糖体是合成蛋白质的工厂。成蛋白质的工厂。 由于合成蛋白质的原材料由于合成蛋白质的原材料20种氨基酸与种氨基酸与mRNA的碱的碱基之间缺乏特殊的亲和力。基之间缺乏特殊的亲和力。 因此，必须用一种特殊的因此，必须用一种特殊的RNA转移转移RNA(tRNA)把氨把氨基酸搬运到核糖体上，基酸搬运到核糖体上，tRNA能根据能根据mRNA的遗传密码依次的遗传密码依次准确地将它携带的氨

33、基酸连结成多肽链。准确地将它携带的氨基酸连结成多肽链。 每种氨基酸可与每种氨基酸可与14种种tRNA相结合，现在已知的相结合，现在已知的tRNA的种类在的种类在40种以上。种以上。tRNA是最小的是最小的RNA。其分子量其分子量约为约为27000(2500030000)，由，由70到到90个核苷酸组成。个核苷酸组成。1969年以来，研究了年以来，研究了来自各种不同生物，如：来自各种不同生物，如：酵母、大肠杆菌、小麦、酵母、大肠杆菌、小麦、鼠等的十几种鼠等的十几种tRNA的结的结构构，证明它们的碱基序，证明它们的碱基序列都能折叠成列都能折叠成三叶草叶三叶草叶型型。 tRNA的结构的结构的共性的共

34、性：(1) 5端之末具有端之末具有G(大大部分部分)或或C。(2) 3端之末都以端之末都以ACC的顺序终结。的顺序终结。(3) 有一个富有鸟嘌呤有一个富有鸟嘌呤的环。的环。(4)有一个反密码子环，有一个反密码子环，其的顶端有三个暴露的其的顶端有三个暴露的碱基，称为碱基，称为反密码子。反密码子。这一个反密码子可以与这一个反密码子可以与mRNA链上同自己互补链上同自己互补的密码子配对。的密码子配对。(5) 有一个胸腺嘧啶有一个胸腺嘧啶环。环。(三三)rRNA核糖体核糖体RNA，它是组成核糖体的主要成分，而核糖体则它是组成核糖体的主要成分，而核糖体则是合是合成蛋白质的中心。成蛋白质的中心。原核生物的

35、核糖体所含的原核生物的核糖体所含的rRNA，有，有5S、16S及及23S等三种。等三种。S为沉降系数为沉降系数(sedimentation coefficient)，当用超速离心测，当用超速离心测定一个粒子的沉淀速度时，此速度与粒子的大小直接成比例。定一个粒子的沉淀速度时，此速度与粒子的大小直接成比例。真核生物的核糖体，含有真核生物的核糖体，含有4种种rRNA和约和约80种蛋白质。四种种蛋白质。四种rRNA为为5S、5.8S、18S和和28S。rRNA是单链，是单链，它包含不等量的它包含不等量的A与与U、G与与C，但是有广泛，但是有广泛的双链区域。在双链区，碱基因氢鍵相连，表现为的双链区域。在

36、双链区，碱基因氢鍵相连，表现为发夹式发夹式螺旋。螺旋。rRNA在蛋白质合成中的功能尚未完全明了在蛋白质合成中的功能尚未完全明了。但。但16S的的rRNA3端有一段核苷酸序列与端有一段核苷酸序列与mRNA的前导序列是互补的，的前导序列是互补的，这可能有助于这可能有助于mRNA与核糖体的结合。与核糖体的结合。除了上述三种主要的除了上述三种主要的RNA外，还有外，还有小核小核RNA (small nuclear RNA，snRNA)是真核生物转录后加工过程中是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体剪接体(spliceosome)的主要成份。的主要成份。另外，还有另外，还有端体酶端体酶RNA (telo

37、merase RNA)，它与染色体，它与染色体末端的复制有关；以及反义末端的复制有关；以及反义RNA(antisense RNA)，它参与，它参与基因表达的调控。基因表达的调控。上述各种上述各种RNA分子均为转录的产物，分子均为转录的产物，mRNA最后翻译为最后翻译为蛋白质，而蛋白质，而rRNA、tRNA及及snRNA等并不翻译，其终产物等并不翻译，其终产物即为即为RNA。 二、二、RNA合成的一般特点合成的一般特点 RNA的合成的合成与与DNA合成合成有以下三方面明显不同：有以下三方面明显不同：(1)所用的原料为所用的原料为核苷三磷酸，核苷三磷酸，而在而在DNA合成时则为脱氧合成时则为脱氧核

38、苷三磷酸；核苷三磷酸；(2)只有一条只有一条DNA链被用作模板，链被用作模板，而而DNA合成时，两条链合成时，两条链分别用作模板；分别用作模板；(3)RNA链的合成链的合成不需要引物，不需要引物，可以直接起始合成，而可以直接起始合成，而DNA合成一定要引物的引导。合成一定要引物的引导。RNA、DNA 合成的区别；合成的区别；转录合成的转录合成的RNA链，除了链，除了U替换为替换为T以外，与用作模板的以外，与用作模板的DNA链互补，而链互补，而与另一条非模板链相同。与另一条非模板链相同。如果转录的如果转录的RNA是是mRNA，其信息最，其信息最后通过密码子决定蛋白质的合成。后通过密码子决定蛋白质

39、的合成。现在通常将用作模板，进行现在通常将用作模板，进行RNA转录的链转录的链称作称作模板链模板链(template strand)；而另一条则；而另一条则为为非模板链非模板链(nontemplate strand)。RNA链的合成与链的合成与DNA链的合成同样，链的合成同样，也也是从是从5向向3端进行的，端进行的，此过程由此过程由RNA聚合聚合酶酶(RNA polymerase)催化。催化。RNA聚合酶首先在启动子部位聚合酶首先在启动子部位(promoter)与与DNA结合，形成转录泡结合，形成转录泡(transcription bubble)，并开始转录。，并开始转录。在原核生物中只有一种

40、在原核生物中只有一种RNA聚合酶完成所有聚合酶完成所有RNA的转录，而在真核生物中，有三种不同的的转录，而在真核生物中，有三种不同的RNA聚合酶控制不同类型聚合酶控制不同类型RNA的合成。的合成。RNA的合成也同样遵循碱基配对的规则，只是的合成也同样遵循碱基配对的规则，只是U代替了代替了T。三、原核生物三、原核生物RNA的合成的合成通常把转录后形成一个通常把转录后形成一个RNA分子的一段分子的一段DNA序列称为序列称为一个转一个转录单位录单位(transcript unit)。一个转录单位可能刚好一个转录单位可能刚好是一个基因，也可能含是一个基因，也可能含有多个基因。有多个基因。RNA的转录可

41、以分的转录可以分为三步为三步：(1)RNA链的起始；链的起始；(2)RNA链的延长；链的延长；(3)RNA链的终止链的终止及新链的释放。及新链的释放。在讨论有关在讨论有关RNA转录时通常要用到上游转录时通常要用到上游(upstream)和下游和下游(downstream)二个概念。因为二个概念。因为RNA的转录总是从的转录总是从5向向3端端进行，所以上游总是指进行，所以上游总是指RNA分子的分子的5端，而下游则指端，而下游则指3端。端。(一一) RNA聚合酶聚合酶催化转录的催化转录的RNA聚合酶是一种由聚合酶是一种由多个蛋白亚基多个蛋白亚基组成的复合酶。组成的复合酶。如大肠杆菌的如大肠杆菌的R

42、NA聚合酶有五个亚基组成，其分子量为聚合酶有五个亚基组成，其分子量为480,000道尔顿，含有道尔顿，含有、和和等四种不同的多肽，其中等四种不同的多肽，其中为二个分子。为二个分子。亚基与亚基与RNA聚合酶的四聚体核心聚合酶的四聚体核心(2)的形成有关的形成有关; 亚基含有核苷三磷酸的结合位点；亚基含有核苷三磷酸的结合位点；亚基含有与亚基含有与DNA模板的结合位点；模板的结合位点；因子的作用就是识别转录的起始位置，并使因子的作用就是识别转录的起始位置，并使RNA聚合酶聚合酶结合在启动子部位。结合在启动子部位。(二二) 链的起始链的起始RNA链转录的起始首先是链转录的起始首先是RNA聚合酶在聚合酶

43、在因子的作用下结因子的作用下结合于合于DNA的启动子部位的启动子部位;并在并在RNA聚合酶的作用下，使聚合酶的作用下，使DNA双链解开，形成转录泡，为双链解开，形成转录泡，为RNA合成提供单链模板，并按照合成提供单链模板，并按照碱基配对的原则，结合核苷酸碱基配对的原则，结合核苷酸;然后，在核苷酸之间形成磷酸二脂然后，在核苷酸之间形成磷酸二脂键，使其相连，形成键，使其相连，形成RNA新链。新链。因子在因子在RNA链伸长到链伸长到89个核酸后，就被释放，然后由个核酸后，就被释放，然后由核心酶催化核心酶催化RNA的延伸。的延伸。启动子位于启动子位于RNA转录起转录起始点的上游，始点的上游，因子对因子

44、对启动子的识别是转录起启动子的识别是转录起始的第一步。始的第一步。(三三) 链的延伸链的延伸RNA链的延伸是在链的延伸是在因子释放以后，在因子释放以后，在RNA聚合酶四聚聚合酶四聚体核心酶的催化下进行。体核心酶的催化下进行。 因因RNA聚合酶同时具聚合酶同时具有解开有解开DNA双链，并使双链，并使其重新闭合的功能。其重新闭合的功能。随着随着RNA的延伸，的延伸，RNA聚合酶使聚合酶使DNA双链不断解开和重新双链不断解开和重新闭合。闭合。RNA转录泡也不断前转录泡也不断前移，合成新的移，合成新的RNA链链。(四四) 链的终止链的终止当当RNA链延伸遇到终止信号链延伸遇到终止信号(terminat

45、ion signal)时，时，RNA转录复合体就发生解体，而使新合成的转录复合体就发生解体，而使新合成的RNA链释放出来。链释放出来。现在发现在大肠杆菌中有二类终止信号：现在发现在大肠杆菌中有二类终止信号：一类只有在存在蛋白质一类只有在存在蛋白质的情况下，转录才会终止，称为的情况下，转录才会终止，称为依赖于依赖于的终止的终止(dependent terminator)。第二类使转录终止不需要第二类使转录终止不需要的参与，所以称为不依赖于的参与，所以称为不依赖于的终止的终止(-independent terminator)。实际上在原核生物中，实际上在原核生物中，RNA的转录、蛋白质的合成以及的

46、转录、蛋白质的合成以及mRNA的降解通常可以是同时进行的。的降解通常可以是同时进行的。因为在原核生物中不存在核膜分隔的核，另外，因为在原核生物中不存在核膜分隔的核，另外，RNA的转录的转录和多肽链的合成都是从和多肽链的合成都是从5向向3方向进行，只要方向进行，只要mRNA的的5端合端合成后，即可以进行蛋白质的翻译过程。成后，即可以进行蛋白质的翻译过程。在原核生物中在原核生物中mRNA的寿命一般只有几分种。因此，往往在的寿命一般只有几分种。因此，往往在3端端mRNA的转录还没有最后结束，的转录还没有最后结束，5端端mRNA在完成多肽在完成多肽链的合成后，已经开始降解。链的合成后，已经开始降解。四

47、、真核生物四、真核生物RNA的转录及加工的转录及加工(一一)真核生物真核生物RNA转录的特点转录的特点真核生物与原核生物真核生物与原核生物RNA的转的转录过程主要有以下几点不同录过程主要有以下几点不同：1、真核生物、真核生物RNA的转录是在细胞核内进行的转录是在细胞核内进行而蛋白质的而蛋白质的合成则是在细胞质内，所以，合成则是在细胞质内，所以，RNA转录后首先必须从核内运转录后首先必须从核内运输到细胞质内，才能进行蛋白质的合成。输到细胞质内，才能进行蛋白质的合成。2、真核生物、真核生物mRNA分子一般只编码一个基因分子一般只编码一个基因原核生物的原核生物的一个一个mRNA分子通常含有多个基因，

48、而少数较低等真核生物分子通常含有多个基因，而少数较低等真核生物外，在真核生物中，一个外，在真核生物中，一个mRNA分子一般只编码一个基因。分子一般只编码一个基因。3、真核生物、真核生物RNA聚合酶较多聚合酶较多在原核生物中只有一种在原核生物中只有一种RNA聚聚合酶催化所有合酶催化所有RNA的合成，而在真核生物中则有的合成，而在真核生物中则有RNA聚合酶聚合酶I、II、III等三种不同酶，分别催化不同种类型等三种不同酶，分别催化不同种类型RNA的合成。的合成。4、真核生物、真核生物RNA聚合酶不能独立转录聚合酶不能独立转录RNA在真核生物在真核生物中，三种中，三种RNA聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行能进行RNA的转录。的转录。（一）原核生物与真核生物（一）原核生物与真核生物RNA 转录的区别转录的区别1. 真核生物真核生物RNA 的转录是在细胞核内，翻译在细胞质中进行；原核生物原核生物则在核区同时进行转录翻译；2. 真核生物真核生物一个mRNA 只编码一个基因；原核生物原核生物一个mRNA 编码多个基因；3. 真核生物真核生物有RNA 聚合酶、等三种不同的酶；原核生物原核生物则只有一种RNA 聚合酶；4. 真核生物真核生物中转录的起始更复杂，RNA 的合成需要转录因子的 协助进行转录；原核生物原核生物则较为简单；5. 真