第三章遗传物质的分子基础

第三章遗传物质的分子基础第一页，共七十九页，2022年，8月28日3.1核酸是遗传物质

什么是遗传物质？从1900年孟德尔论文的重新发现到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答案。

1928年Griffith(格里费斯)等的肺炎链球菌的转化实验，

1944年Avery(阿委瑞

)等的单因子转化实验，

1952年Hershey(赫尔歇)和Chase的噬菌体感染实验，

1957年Fraenkel-Conrat(佛兰科尔-康拉特)等的烟草花叶病毒重建试验，先后证实DNA是遗传物质，在不具备DNA的病毒中，RNA是遗传物质，即核酸是遗传物质，是遗传信息的载体。第二个问题是，遗传物质的分子基础是什么？1953年Watson和Crick的DNA双螺旋结构模型，给出了圆满的答案。第三个问题是遗传信息如何传递？基因如何表达？这得益于“中心法则”的提出和遗传密码的破译以及“DNA半保留半不连续模型”的证明。第二页，共七十九页，2022年，8月28日3.1.1DNA作为主要遗传物质的间接证据：

第三页，共七十九页，2022年，8月28日1．含量：

DNA含量恒定。体细胞DNA含量是配子DNA的一倍；多倍体DNA含量倍增，但细胞内蛋白质含量不恒定。2．代谢：利用放射性与非放射性元素进行标记，发现：

DNA分子代谢较稳定；其它分子一边形成、同时又一边分解。3．突变：

紫外线诱发突变时，最有效波长均为2600埃；与DNA所吸收的紫外线光谱一致；证明基因突变与DNA分子的变异密切联系。第四页，共七十九页，2022年，8月28日4．分布：①．DNA是所有生物染色体所共有：噬菌体、病毒、植物、人类等。②．而蛋白质则不同：噬菌体、病毒、细菌的蛋白质一般不存在于染色体上，而真核生物染色体中有核蛋白组成。第五页，共七十九页，2022年，8月28日DNA作为主要遗传物质的直接证据（1）肺炎链球菌的转化实验：DNA是遗传物质的概念源于1928年Griffith等进行的肺炎链球菌（Streptococcuspneumoniae，旧称肺炎双球菌Diplococcuspneumoniae）的转化实验。由于Griffith等没有做单因子转化实验，当时还不能说明引起转化作用的物质是什么。直到1944年Avery等三位美国科学家不仅在体外成功重复了上述实验，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。第六页，共七十九页，2022年，8月28日肺炎链球菌第七页，共七十九页，2022年，8月28日格里费斯（GriffithF.，1928）：肺炎双球菌定向转化试验。

①无毒IIR型小鼠成活重现IIR型②有毒IIIS型小鼠死亡重现IIIS型③有毒IIIS型（65℃杀死）小鼠成活无细菌④无毒IIR型有毒IIIS型（65℃杀死）小鼠死亡重现IIIS型结论：

在加热杀死的IIIS型肺炎双球菌中有较耐高温的转化物质能够进入IIR型

IIR型转变为IIIS型无毒转变为有毒。

第八页，共七十九页，2022年，8月28日阿委瑞（AveryO.T.，1944）试验：第九页，共七十九页，2022年，8月28日1952年Hershey（赫尔歇

）和Chase用标记放射性同位素的方法，进行了噬菌体感染实验，为证明DNA是遗传物质提供了更直接的证据。

T2噬菌体是感染大肠杆菌（E.coli）的一种噬菌体，它由蛋白质外壳和DNA核心构成。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感染无放射性的大肠杆菌，几分钟后离心除去未吸附的噬菌体，再利用捣碎机捣碎使噬菌体与大肠杆菌分开。对其进行离心，发现从大肠杆菌表面释放的噬菌体外壳在上清液中，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。实验表明在噬菌体感染过程中，只有DNA进入细菌细胞，而蛋白质外壳留在细菌体外。

该实验证明具有遗传作用的是DNA而不是蛋白质。（2）噬菌体感染试验：第十页，共七十九页，2022年，8月28日（3）烟草TMV的重建试验：

能感染烟草的烟草花叶病毒（tobaccomosaicvirus,TMV）由蛋白质外壳和RNA核心组成。可以从TMV病毒分别提取它的蛋白质和RNA，再将它们放在一起，可以得到具有感染力的病毒颗粒。1957年Fraenkel-Conrat（佛兰科尔-康拉特）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，重建形成两种杂种病毒，去感染烟草叶片。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病毒粒子，即子代病毒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的病毒中，RNA是遗传物质。第十一页，共七十九页，2022年，8月28日佛兰科尔-康拉特-辛格尔（Framkel-Conrat-Singer）试验：结论：提供RNA的亲本决定了其后代的RNA和蛋白质。

在不含DNA的TMV中，RNA就是遗传物质。第十二页，共七十九页，2022年，8月28日3.2核酸的分子结构3.2.1核酸的分子组成第十三页，共七十九页，2022年，8月28日第十四页，共七十九页，2022年，8月28日第十五页，共七十九页，2022年，8月28日第十六页，共七十九页，2022年，8月28日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，即A／T＝G／C＝1，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。第十七页，共七十九页，2022年，8月28日3.2.2DNA的分子结构（1）DNA的一级结构：DNA的一级结构是指核苷酸在DNA分子中的排列顺序。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分子中，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基因组计划的伟大作用。第十八页，共七十九页，2022年，8月28日（2）DNA的二级结构：是指DNA通过分子间相互作用形成的双链或双螺旋分子，即DNA双螺旋结构（doublehelicalstructure）。1953年Watson和Crick根据Wilkins及Franklin对DNA纤维X射线衍射图研究证明DNA分子具有螺旋结构的信息，Chargaff等发现的DNA中碱基含量A=T，G=C，(A＋G＝T＋C)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-helicalmodelofDNA）。该模型从分子水平上合理地解释了DNA的复制和转录与遗传信息的表达过程，解决了DNA的自我复制问题，巩固了DNA作为遗传物质和遗传信息载体的地位。第十九页，共七十九页，2022年，8月28日DNA双螺旋的多态性：第二十页，共七十九页，2022年，8月28日（3）DNA的高级结构：是指DNA的超螺旋（supercoil）结构和染色体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。第二十一页，共七十九页，2022年，8月28日

生物体中绝大多数DNA以超螺旋的形式存在，比喻细菌质粒、大肠杆菌染色体、线粒体DNA、叶绿体DNA、以及哺乳类病毒基因组等。例如大肠杆菌染色体（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。一个闭合分子必须在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，一个分子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。第二十二页，共七十九页，2022年，8月28日

核小体与染色质纤维的包装

DNA在真核生物核小体(nucleosome)结构中的扭曲方式也是一种超螺旋结构。核小体可以组成更高层次的结构。

真核生物的一条染色体是一个完整的DNA双螺旋分子。在哺乳动物中，每一染色体的DNA约有6×109bp，如此长的DNA分子如何存在于平均10μm的细胞核内呢？也就是说，线状的DNA是如何包装成分裂中期高度卷缩的染色体？染色体：1/3DNA，1/3组蛋白，1/3非组蛋白，痕量的RNA

组蛋白共有5类，即H1，H2A，H2B，H3和H4。组蛋白相当保守，在染色质结构中起着重要的作用。非组蛋白在不同有机体、不同组织间变化很大，可能与基因的调控有关。第二十三页，共七十九页，2022年，8月28日

真核生物染色体的结构：真核生物染色体至少有3个层次的压缩使DNA包装成中期染色体。第一层次:核小体DNA双螺旋环绕组蛋白八聚体形成核小体(nucleosome）为染色体结构的最基本单位，直径约10nm。●核小体核心(组蛋白八聚体，包括H2A，H2B，H3和H4各两个分子)环绕核小体的DNA,长约180-200bp盘绕丝（146bp）:盘绕组蛋白八聚体表面1.75圈连接丝（34-54bp）:连接相邻2个核小体，一个分子的组蛋白H1第二十四页，共七十九页，2022年，8月28日第二十五页，共七十九页，2022年，8月28日第二层次:螺线管（体）10nm的核小体纤丝通过折叠或螺旋化形成中空的直径约30nm的螺线管（solenoid）。组蛋白H1参与这一层次的压缩，它结合于核小体与连接丝连接的部位。第二十六页，共七十九页，2022年，8月28日第三层次:中期染色体染色体非组蛋白形成一个骨架（scaffold），30nm的螺线管围绕着骨架压缩成紧密包装的超螺线体。超螺线体再进一步压缩、折叠和螺旋化成中期染色体，但其机制还不十分清楚。多级螺旋模型放射环－骨架模型第二十七页，共七十九页，2022年，8月28日第二十八页，共七十九页，2022年，8月28日3.2.3RNA的分子结构(1)tRNA分子：已经做出全序列分析的tRNA有3300种以上。

tRNA都是小分子，长75－94个核苷酸，5’端有末端磷酸化基团，3’端为CCA-OH序列,分子中稀有碱基含量较高，而且许多被甲基化修饰；分子内部有碱基互补区，都能形成三叶草形二级结构。该二级结构一般由氨基酸接受臂、二氢尿嘧啶环（D环）、反密码子环和TψC环组成，有的还在反密码子环和TψC环之间存在额外环。

tRNA的三级结构都为倒L形结构。第二十九页，共七十九页，2022年，8月28日图tRNA分子结构第三十页，共七十九页，2022年，8月28日（2）rRNA分子大肠杆菌的5S、16S和23SrRNA的一、二级结构分别含有120、1542和2904核苷酸。

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分子TψC环上的GTψCG序列相互作用的部位，使tRNA与核糖体结合。另一个功能域与23SrRNA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5SrRNA的二级结构模型第三十一页，共七十九页，2022年，8月28日不同来源的16SrRNA具有相似的二级结构。大肠杆菌16SrRNA的二级结构四个功能域：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第三十二页，共七十九页，2022年，8月28日RNA的二级结构在基因的表达与调控过程中起着重要的作用例如：

rRNA与mRNA间的碱基配对控制着蛋白质的起始；

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控制转录的终止、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。近年对小分子RNA的结构和功能的研究，揭示出它们在生物的发育、生长、繁殖和基因表达与调控中的多种重要功能，这值得引起我们的关注和重视。第三十三页，共七十九页，2022年，8月28日3.3DNA复制3.3.1DNA复制的基本规律①DNA复制一般按半保留半不连续的的方式进行；②复制起始（Initiation）在原点（Origin）的特定序列上；③复制的起点处控制复制；④复制叉（Fork）的移动有单向或双向；⑤链的延伸方向只能是5’→3’方向；⑥在存在模板的条件下，DNA聚合酶以短的RNA片段作为引物开始合成DNA的短片段；第三十四页，共七十九页，2022年，8月28日⑦存在各种DNA链的合成起始机制，除了RNA引发外，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；⑧终止也是在复制过程中的某个固定点；⑨复制的机制取决于基因组结构和构象来保持产生完整的染色体；⑩即使在同一个细胞内也可进行多种复制机制的操作。第三十五页，共七十九页，2022年，8月28日3.3.2半保留半不连续复制半保留复制第三十六页，共七十九页，2022年，8月28日半不连续复制第三十七页，共七十九页，2022年，8月28日3.3.3环状双链DNA复制方式（1）滚环复制：滚环复制又叫σ复制

λ的增殖、接合，以及真核生物rDNA的扩增都是以这种复制方式进行。

滚环复制中，在环状双链DNA的一条链上造成专一性缺口，产生游离的3′-OH末端作为引物，以另一条完整环状单链作为模板，由DNA聚合酶催化延伸，新合成的链沿着环状的模板链滚动；这种环状结构称为滚环（rollingcircle）。随着它的滚动，3′端不断延长，5′端不断地被置换甩出而成为一条单链，该单链可以延长出基因组的多个拷贝单位，按照单位长度断裂，就会产生多个单链线性拷贝第三十八页，共七十九页，2022年，8月28日（2）θ-型复制

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复制过程的中间产物，在放射自显影观察时可形成一个θ-型结构。这是由于复制从复制原点（OriC）开始，形成两个复制叉，双向复制所产生的结果。θ-型复制需要RNA引物，半保留半不连续复制。一条单链总是和模板链互补地结合在一起形成子链。第三十九页，共七十九页，2022年，8月28日（3）线粒体的D环复制哺乳动物mtDNA复制：不对称不同时的复制。先复制双链中的一条链，待该链复制到2/3的长度时，另一条链才开始复制。由于重链和轻链上有各自的复制起点，其复制起始的特点是，在起始区形成D-Loop(Displacement)结构，即重链和以重链为模板合成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。D－loop区含有约500－600bp，它是不稳定的，处于降解⇌合成状态，这样来保持该区双链被打开，即D-loop结构。第四十页，共七十九页，2022年，8月28日3.3.4真核生物染色体端粒的复制

端粒（telomere）是真核生物染色体末端的一种特殊结构。功能：防止染色体末端免受核酸酶的降解，维持染色体结构的稳定性，保持染色体的完整性，为线状染色体的末端复制提供基础。此外，端粒与染色体联会、细胞分裂和细胞衰老等也有密切的关系。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1~4。例如四膜虫为TTGGGG，线虫为TTAGGC，哺乳类为TTAGGG等。第四十一页，共七十九页，2022年，8月28日

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（telomereloop）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分子内部以免与端粒酶接触，同时也保护了单链。第四十二页，共七十九页，2022年，8月28日端粒的复制：是由端粒酶（telomerase）催化合成的，端粒酶是一个大的核糖核蛋白分子，由多条多肽与一单个RNA分子组成。端粒酶RNA的核心序列是复制端粒DNA的模板，它是一富含C的15~22nt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。第四十三页，共七十九页，2022年，8月28日3.4RNA转录与加工

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双链分子上带有遗传信息的链称为非模板链（non-templatestrand），或基因链（genestrand），或有义链（sensestrand），或编码链（codingstrand），它与mRNA序列一致，代表的是从遗传密码到蛋白质序列相联系的DNA序列。另一条与其互补的链称为模板链（templatestrand），或反基因链（antigenestrand），或反义链（antisensestrand），它是作为模板合成mRNA的DNA链。所有基因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基因链的遗传信息一致。第四十四页，共七十九页，2022年，8月28日

转录过程可以分为模板识别（templaterecognition）、转录起始（transcriptioninitiation）、延伸（elongation）和终止（termination）4个基本阶段。模板识别是指RNA聚合酶与启动子相互作用并结合到启动子上的过程；转录起始是RNA聚合酶结合到启动子上后开始合成RNA；延伸是RNA链被延伸，RNA合成主要在此阶段；终止是指延伸被终止，转录物（transcript）从模板上脱离下来。第四十五页，共七十九页，2022年，8月28日3.4.1原核生物RNA的合成（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聚合酶转录所有的基因。

α2ββ’组成大肠杆菌核心酶（coreenzyme），σ因子加入后形成全酶（holoenzyme）专一性起始转录原核生物一种RNA聚合酶转录所有的基因，其中σ因子控制启动子的识别。由于σ因子替代引导核心酶去识别一组不同的启动子。第四十六页，共七十九页，2022年，8月28日E.coli有几种不同的σ因子不同的σ因子识别不同启动子的保守序列第四十七页，共七十九页，2022年，8月28日

一个σ因子（E.coli中是σ70）起始大部分基因的转录，而其他σ因子识别不同的启动子，可以诱导特殊基因的协同表达。原核生物一种RNA聚合酶转录所有的基因，其中σ因子控制启动子的识别。由σ因子替代引导核心酶去识别一组不同的启动子。第四十八页，共七十九页，2022年，8月28日（2）原核生物启动子

启动子promotor：DNA分子上RNA聚合酶最先结合部位，Promotor在转录起始点的上游原核生物启动子由四个区域组成：1、转录起始位点是指在合成RNA时DNA链上第一个核苷酸掺入的位点。2、－10序列（Pribnowbox）：转录起始点上游－10位置，consensussequence是TATAPuATG。3、－35序列（Sextamabox）RNA聚合酶所覆盖的区域，共有序列是TTGACA，位于－35位置。是RNA聚合酶对转录模板的初始识别位点，决定启动子的强度。4、－10区和－35区间的距离两个元件之间的距离却至关重要；相距17bp时，转录效率最高。第四十九页，共七十九页，2022年，8月28日第五十页，共七十九页，2022年，8月28日（3）原核生物终止子terminator

终止子：提供转录终止信号的DNA序列终止子的结构特征

1.发夹结构

2.polyU序列

3.真正起终止作用的不是DNA序列，而是转录生成的RNA结构第五十一页，共七十九页，2022年，8月28日（4）原核生物RNA的合成起始延伸终止和释放第五十二页，共七十九页，2022年，8月28日在原核生物中，转录、翻译以及mRNA的降解通常是同时进行的。因为在原核生物中不存在核膜包裹的细胞核。RNA的转录和多肽链的合成都是从5′→3′，只要mRNA的5′端合成后，即可开始翻译。在原核生物中mRNA的寿命一般只有几分钟。往往在3′端mRNA的转录还没有最后结束，5′端mRNA在完成多肽链的合成后，已经开始降解。

（5）转录和翻译同时进行第五十三页，共七十九页，2022年，8月28日（1）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。3.4.2真核生物RNA的合成第五十四页，共七十九页，2022年，8月28日

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聚合酶定位到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分子构象发生改变，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）。第五十五页，共七十九页，2022年，8月28日

普遍性转录因子(generaltranscriptionfactor)也称基础转录因子（basaltranscriptionfactor）：它们是转录起始复合物的组成成员，主要任务是将RNA聚合酶定位在核心启动子上，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/specialtranscriptionfactor)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。第五十六页，共七十九页，2022年，8月28日

转录激活因子在真核生物基因的表达调控中占有十分重要的地位，绝大多数转录激活因子都可与基因的调控序列结合，属于DNA结合蛋白。

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，部分影响核小体的定位，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。第五十七页，共七十九页，2022年，8月28日（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。①RNA聚合酶I识别的启动子结构：RNA聚合酶I（RNApolI），只转录rRNA一种基因，包括5.8S、18S和28SrRNA。第五十八页，共七十九页，2022年，8月28日第五十九页，共七十九页，2022年，8月28日②RNA聚合酶Ⅲ识别的启动子的结构

RNAPolⅢ基因的产物为一些分子量较小的细胞质RNA（cytoplasmicRNA，scRNA）、tRNA、5SrRNA、7SLRNA(参与细胞内蛋白质转移)、U6RNA(转录后加工)等。

RNAPolⅢ基因的启动子很特殊，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基因编码序列内，通常核心启动子在＋50bp－＋100bp之间，由2个分开的框序列组成，Abox和Cbox，或Abox和Bbox。因此，RNAPolⅢ基因的启动子有三种类型：Ⅰ型基因内启动子、Ⅱ型基因内启动子和Ⅲ型基因外启动子。第六十页，共七十九页，2022年，8月28日Ⅰ型基因内启动子：是5SrRNA基因所具有的启动子，不含TATA框，转录控制区（核心启动子）位于+50至+80的区段，由boxA和boxC组成。这类启动子需要TFⅢA,TFⅢB和TFⅢC的结合来定位RNA聚合酶。

Ⅱ型基因内启动子：是tRNA基因的启动子，无TATA框，由Abox和Bbox构成基因的不连续启动子。Abox位于＋10bp至＋20bp;Bbox位于＋50bp至＋65bp。只需要TFⅢB和TFⅢC的结合来定位RNA聚合酶。

Ⅲ型基因外启动子：是某些scRNA、U6RNA和7SLRNA基因的启动子，属上游启动子，它由TATA框、PSE（proximalsequenceelement，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元件的存在可以大大增加转录效率。第六十一页，共七十九页，2022年，8月28日③RNA聚合酶Ⅱ识别的启动子结构

RNA聚合酶Ⅱ（RNApolⅡ）主要负责蛋白质基因（结构基因）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。

RNApolⅡ识别的启动子由

核心启动子（corepromoter）或基本启动子（basalpromoter）上游启动子元件（upstreampromoterelement，UPE）组成。第六十二页，共七十九页，2022年，8月28日

核心启动子是指在体外测定到的由RNApolⅡ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。

RNApolⅡ核心启动子由4种元件组成：

TATA框（TATAelement或TATAbox）

TBⅡB识别序列（TBⅡBrecognitionelement,BRE）起始子（initiator,InR）下游启动子元件（downstreampromoterelement,DPE）第六十三页，共七十九页，2022年，8月28日

起始子一般由Py2CAPy5构成，位于－2至+4之间，可能提供RNApolⅡ的识别。只包含InR的启动子是能被RNApolⅡ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，当某些基因缺少TATA框时可由InR来替代这一作用。TBⅡB识别序列位于－32至－37bp之间，作用是介导RNApolⅡ的结合，影响转录起始点的选择；第六十四页，共七十九页，2022年，8月28日（3）真核生物RNA的合成特点

真核生物RNA的转录在细胞核内进行转录完成后需要运送到核外，因此寿命较长真核生物一个mRNA分子一般只含有一个基因，单顺反子mRNA

真核生物RNA合成后的加工第六十五页，共七十九页，2022年，8月28日原核生物与真核生物RNA转录的区别

1.真核生物RNA的转录是在细胞核内，翻译在细胞质中进行；

原核生物则在核区同时进行转录和翻译；

2.真核生物一个mRNA只编码一个基因；

原核生物一个mRNA编码多个基因；

3.真核生物有RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等三种不同的酶；

原核生物则只有一种RNA聚合酶；

4.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；原核生物则较为简单；

5.真核生物的mRNA转录后进行加工，然后运送到细胞质中进行翻译；原核生物无需进行加工，边转录边翻译。第六十六页，共七十九页，2022年，8月28日3.5遗传密码与蛋白质合成3.5.1遗传密码的性质

遗传密码（geneticcode）是联系mRNA的碱基序列和蛋白质氨基酸序列的桥梁。①遗传密码是三联体密码（tripletcode），1个密码子由3个核苷酸组成，它特异编码多肽链中的1个氨基酸。第六十七页，共七十九页，2022年，8月28日②遗传密码无逗号密码与密码之间没有任何不编码的核苷酸，阅读mRNA时是连续的。③遗传密码不重叠遗传密码不重叠是指一个蛋白质中为氨基酸编码的密码子上的3个核苷酸只参与编码1个氨基酸，在多核苷酸链上任何两个相邻的密码子不共用任何核苷酸，核苷酸本身不重叠使用。④遗传密码具有通用性在所有的生物中，密码子字典几乎是通用的，既适用于原核生物，也适用于多数真核生物。⑤遗传密码具有简并性（degeneracy），61种有义密码子决定20种氨基酸，必然同一个氨基酸有多个密码子。实际上除AUG（Met）和UGG（Trp）以外，每个氨基酸都有一个以上的密码子，这种现象称为密码的简并。⑥有起始密码子和终止密码子第六十八页，共七十九页，2022年，8月28日3.5.2tRNA与遗传密码（1）反密码子中的“摆动”（wobble）问题在蛋白质的合成过程中，tRNA的反密码子在核糖体内是通过碱基的反向配对与mRNA上的密码子相互作用的。

1996年，Crick根据立体化学原理提出摆动假说（wobblehypothesis），解释了反密码子中某些稀有成分（如Ⅰ）的配对，以及许多氨基酸有2个以上密码子问题。根据摆动假说，在密码子与反密码子的配对中，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个以上的密码子。第六十九页，共七十九页，2022年，8月28日1.反密码子第一位是C或A时，只能识别一种密码子反密码子（3’）X-Y-C（5’）（3’）X-Y-A（5’）密码子（5’）Y-X-G（3’）（5’）Y-X-U（3’）2.反密码子第一位是U或G时，可分别识别两种密码子反密码子（3’）X-Y-U（5’）（3’）X-Y-G（5’）密码子（5’）Y-X-A/G（3’）（5’）Y-X-C/U（3’）3.反密码子第一位是Ⅰ时，可分别识别3种密码子反密码子（3’）X-Y-Ⅰ（5’）密码子（5’）Y-X-A/U/C（3’）第七十页，共七十九页，2022年，8月28日（2）tRNA的种类起始tRNA和延伸tRNA

能特异识别mRNA模板上起始密码子的tRNA叫起始tRNA,其他tRNA统称为延伸tRNA。原核起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸（fMet）真核起始tRNA携带甲硫氨酸（Met）原核生物中Met-tRNAfMet必须首先甲酰化生成fMet-tRNA才能参与蛋白质的生成。第七十一页，共七十九页，2022年，8月28日

同功tRNA

由于一种氨基酸可能有多个密码子，为了识别也就有多个tRNA，即多个tRNA代表同一种氨基酸，我们将几个代表相同氨基酸的tRNA称为同工tRNA。在一个同工tRNA组内，所有tRNA均专一于相同的氨酰－tRNA合成酶。校