营养生物化学与分子生物学 课件 第8-10章 脂质与人体营养健康、基因表达调控、基因工程

第八章脂质与人体营养健康脂质结构与分类脂质的营养健康价值本章目录一二脂质的消化、吸收与代谢脂质代谢调节与人体健康三四本章重难点掌握熟悉脂质的结构及常用的命名方法脂类的主要分解代谢途径，脂肪的主要合成途径脂质的消化、吸收过程及营养健康价值了解脂质代谢调节与人体健康的关系第一节脂质结构与分类一、脂质的结构与功能二、脂肪酸的分类与命名一、脂质的结构与功能脂质是生物体内一大类不溶于水而易溶于非极性有机溶剂的有机化合物。包括脂肪、类脂及其衍生物。脂类脂肪（甘油三酯）类脂磷脂糖脂类固醇一、脂质的结构与功能1.1脂质的结构脂肪又称甘油三酯（triglyceride，TG）或三酰甘油（triacylglycerol，TAG），是由1分子甘油和3分子脂肪酸通过羧酸酯键连接生成的化合物。（1）脂肪一、脂质的结构与功能甘油一酯甘油二酯甘油三酯一分子脂肪酸与一分子甘油以酯键结合形成单酰甘油两分子脂肪酸与一分子甘油结合形成二酰甘油三分子脂肪酸与一分子甘油结合形成三酰甘油一、脂质的结构与功能油脂的分子结构一、脂质的结构与功能（2）类脂类脂主要包括磷脂（phospholipid，PL）、糖脂（glycolipid）、胆固醇（cholesterol）及胆固醇酯（cholesterolester，CE）等。一、脂质的结构与功能磷脂是广泛存在于动、植物及微生物体内的含磷酸的复合脂类，是构成生物膜的重要成分。根据所含醇类不同，磷脂可分为：甘油磷脂（glycerophospholipid）和鞘磷脂（sphingomyelin）。FAFAPiX

甘油X-OH=胆碱、水、乙醇胺、丝氨酸、肌醇、磷脂酰甘油等甘油磷脂一、脂质的结构与功能极性头非极性尾一、脂质的结构与功能甘油-3-磷酸磷脂酸磷脂酸胆碱一、脂质的结构与功能FAPiX鞘氨醇鞘磷脂鞘磷脂又称神经鞘磷脂，是由鞘氨醇、脂肪酸和磷酸胆碱构成，主要存在于中枢神经系统组织和红细胞膜中。一、脂质的结构与功能神经酰胺神经鞘磷脂一、脂质的结构与功能一、脂质的结构与功能糖脂是一种性能优良的食品添加剂，广泛应用于食品、饮料和人造奶油中。糖脂是指糖通过其半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接的化合物。根据糖脂中脂质部分的不同，糖脂分为鞘糖脂、甘油糖脂以及少了由类固醇衍生的糖脂。一、脂质的结构与功能类固醇又称类甾醇、甾族化合物，属于类异戊二烯以环戊烷多氢菲为核心，包括4个稠环，其中3个六元环（A、B和C环），1个五元环（D环）。从A环碳原子开始编号，在第10号碳原子（A、B环之间）和第13号碳原子（C、D环之间）上分别连一个甲基，称为角甲基。+环戊烷多氢菲菲环戊烷一、脂质的结构与功能甾核类固醇结构的差异在于侧链长度及其甲基、双键、羟基和羰基的数目与位置的不同环核结构为刚性，比一般磷脂的柔性低，可调节质膜的流动性带有角甲基的环戊烷多氢菲叫做甾核胆固醇一、脂质的结构与功能1.2脂质的生理功能（1）脂肪的生理功能提供能量和储存能量防震和保温的作用脂肪是机体主要的供能和储能物质，为人体活动提供所需的能量。正常生理活动所需能量的20%-30%来自于脂肪氧化，空腹时50%以上的能量来自脂肪氧化。机体内脏器官周围的脂肪组织具有软垫和润滑的作用，能够缓冲机械撞击，减少脏器之间的摩擦，对内脏具有保护作用。脂肪对维持体温的恒定具有重要作用。一、脂质的结构与功能（2）类脂的生理功能01维持生物膜的结构和功能02转变为重要的生物活性物质03作为第二信使二、脂肪酸的分类与命名2.1脂肪酸的命名结构：一端长碳氢链，一端羧基，线性为主。是许多脂质的组成成分，绝大部分脂肪酸以结合形式存在分类：饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸动物体不能合成亚油酸和α-亚麻酸，属于必需脂肪酸。二、脂肪酸的分类与命名脂肪酸命名方法1291CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH亚油酸

顺,顺-9,12-十八碳二烯酸数字命名法

亚油酸18:2或18:2Δ9c,12c系统命名法

亚油酸18:2ω6

或18:2(n-6)ω-命名法

ω6c(cis，顺式)，t(trans，反式)二、脂肪酸的分类与命名脂肪酸命名方法脂肪酸碳原子编号的Δ体系和ω体系二、脂肪酸的分类与命名簇中文名英文名系统命名碳原子和双键数分子式饱和脂肪酸

月桂酸lauricacidn-十二烷酸12:0CH3（CH2）10COOH

豆蔻酸myristicacidn-十四烷酸14:0CH3（CH2）12COOH

软脂酸palmiticacidn-十六烷酸16:0CH3（CH2）14COOH

硬脂酸stearicacidn-十八烷酸18:0CH3（CH2）16COOH

花生酸arachidicacidn-二十烷酸20:0CH3（CH2）18COOH

山嵛酸behenicacidn-二十二烷酸22:0CH3（CH2）20COOH

木焦油酸lignocericacidn-二十四烷酸24:0CH3（CH2）22COOH单不饱和脂肪酸ω-7棕榈（软）油酸palmitoleicacid9-十六碳一烯酸16:1CH3（CH2）5CH=CH（CH2）7COOHω-9油酸oleicacid9-十八碳一烯酸18:1CH3（CH2）7CH=CH（CH2）7COOHω-7异油酸vaccenicacid反式11-十八碳一烯酸18:1CH3（CH2）5CH=CH（CH2）9COOHω-9神经酸nervonicacid15-二十四碳单烯酸24:1CH3（CH2）7CH=CH（CH2）13COOH多不饱和脂肪酸

ω-6亚油酸linoleicacid9，12-十八碳二烯酸18:2CH3（CH2）4（CH=CHCH2）2（CH2）6COOHω-3α-亚麻酸α-linolenicacid9，12，15-十八碳三烯酸18:3CH3CH2（CH=CHCH2）3（CH2）6COOHω-6γ-亚麻酸γ-linolenicacid6，9，12-十八碳三烯酸18:3CH3（CH2）4（CH=CHCH2）3（CH2）3COOHω-6花生四烯酸arachidonicacid5，8，11，14-二十碳四烯酸20:4CH3（CH2）4（CH=CHCH2）4（CH2）2COOHω-3EPAtimnodonicacid5，8，11，14，17-二十碳五烯酸20:5CH3CH2（CH=CHCH2）5（CH2）2COOHω-3DPAclupanodonicacid7，10，13，16，19-二十二碳五烯酸22:5CH3CH2（CH=CHCH2）5（CH2）4COOHω-3DHAdocosahexaenoicacid4，7，10，13，16，19-二十二碳六烯酸22:6CH3CH2（CH=CHCH2）6CH2COOH常见的脂肪酸二、脂肪酸的分类与命名2.2脂肪酸的分类机体内脂肪酸的来源主要包括：一是自身合成，二是从食物中摄取。某些多不饱和脂肪酸在机体内不能合成，必须从食物中摄取，称为必需脂肪酸（essentialfattyacid），如亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸。二、脂肪酸的分类与命名（C2~C5）（C6~C12）（≥C13）第二节脂质的营养健康价值一、饱和脂肪酸二、不饱和脂肪酸膳食脂肪是人类所需的三大营养素之一，脂肪的摄入和存储在维持人体正常代谢中起着重要作用。脂肪摄入不适当会引起体内代谢不平衡，从而导致心血管疾病、肥胖症等多种疾病。因此，关注膳食脂肪摄入的质和量已成为膳食营养和疾病预防的一个重要课题。一、饱和脂肪酸饱和脂肪酸（saturatedfattyacid,SFA）是指饱和直链脂肪酸，以含相同数量碳原子的烃而定名，通式为CnH2nO2。十个碳以下的饱和脂肪酸一般用天干命名法，如CH3(CH2)6COOH称为辛酸，CH3(CH2)10COOH相应的烃基为正十二烷，则命名为正十二烷酸。系统命名俗名速记表示分子式相对分子质量熔点/°C来源丁酸(butanoic)酪酸(butyric)C4:0C4H8O288.10-7.9乳脂己酸(hexanoic)低羊脂酸(caproic)C6:0C6H12O2116.15-3.4乳脂辛酸(octanoic)亚羊脂酸(caprylic)C8:0C8H16O2144.2116.7乳脂、椰子油癸酸(decanoic)羊脂酸(capric)C10:0C10H20O2172.2631.6乳脂、椰子油十二烷酸(dodecanoic)月桂酸(lauric)C12:0C12H24O2200.3144.2椰子油、棕榈仁油十四碳烷酸(tetradecanoic)豆蔻酸(myristic)C14:0C14H28O2228.3653.9肉豆蔻种子油十六碳烷酸(hexadecanoic)棕榈酸(palmitic)C16:0C16H32O2256.4263.1所有动物、植物油十八碳烷酸(octadecanoic)硬脂酸(stearic)C18:0C18H36O2284.4769.6所有动物、植物油二十碳烷酸(eicosanoic)花生酸(arachidic)C20:0C20H40O2312.5275.3花生油中含有少量二十二碳烷酸(docosanoic)山嵛酸(behenic)C22:0C22H44O2340.5779.9花生油、菜籽油中含有少量二十四碳烷酸(tetracosanoic)木焦油酸(lignoceric)C24:0C24H48O2368.6284.2花生与豆科种子油中含有少量二十六烷酸hexacosanoic蜡酸(cerotic)C26:0C26H32O2396.6887.7巴西棕榈、蜂蜡二十八烷酸(octacosanoic)褐煤酸(montanic)C28:0C28H56O2424.7390褐煤蜡、蜂蜡常见的饱和脂肪酸一、饱和脂肪酸二、单不饱和脂肪酸单不饱和脂肪酸（monounsaturatedfattyacid,MUFA）是指含有一个双键的直连脂肪酸，也称为一烯酸，与饱和脂肪酸相比少了两个氢，结构通式为CnH2n-2O2。系统命名俗名速记表示分子式熔点/°C来源顺-4-十碳一烯酸(cis-4-decenoic)十碳酸(obtusilic)4c-10:1C10H18O2—Linderaobtusiloba油脂顺-9-十碳一烯酸(cis-9-decenoic)癸烯酸(caproleic)9c-10:1C10H18O2—动物乳脂顺-4-十二碳一烯酸(cis-4-dodecenoic)林德酸(linderic)4c-12:1C12H22O21.3Linderaobtusiloba油脂顺-9-十二碳一烯酸(cis-9-dodecenoic)月桂烯酸(lauroleic)9c-12:1C12H22O2—动物乳脂顺-4-十四碳一烯酸(cis-4-tetradecenoic)粗租酸(tsuzuic)4c-14:1C14H26O218.5Linderaobtusiloba油脂顺-5-十四碳一烯酸(cis-5-tetradecenoic)抹香鲸酸(physeteric)9c-14:1C14H26O2—抹香鲸油(14%)顺-9-十四碳一烯酸(cis-9-tetradecenoic)肉豆烯酸(myristoleic)9c-14:1C14H26O2—动物乳脂、抹香鲸油Pyc-manthuskombo(23%)顺-9-十六碳一烯酸(cis-9-hexadecenoic)棕榈油酸(palmitoleic)9c-16:1C16H30O2—动物乳脂、海洋动物油脂(60%~70%)、种籽油，美洲水貂、牛脂顺-9-十七碳一烯酸(cis-9-heptadecenoic)—9c-17:1C17H32O2—牛脂、加拿大麝香牛脂顺-6-十八碳一烯酸(cis-6-octadecenoic)岩芹酸(petroselinic)6c-18:1C18H34O230伞形科植物，特别是香芹籽油(75%)顺-9-十八碳一烯酸(cis-9-octadecenoic)油酸(oleic)9c-18:1C18H34O214.16橄榄油、山核桃油，各种动植物油脂系统命名俗名速记表示分子式熔点/°C来源反-9-十八碳一烯酸(trans-9-octadecenoic)反油酸(elaidicoleic)9t-18:1C18H34O244牛脂、多种动物脂反-11-十八碳一烯酸(trans-11-octadecenoic)异油酸(vaccenic)11t-18:1C18H34O244奶油、牛油顺-5-二十碳一烯酸(cis-5-eicosmonoenoic)­5c-20:1C20H38O2—Limnanthes属种子油顺-9-二十碳一烯酸(cis-9-eicosmonoenoic)鳕烯酸(gadoleic)9c-20:1C20H38O2—海洋动物油脂顺-11-二十碳一烯酸(cis-11-eicosmonoenoic)

11c-20:1C20H38O2—霍霍巴蜡顺-11-二十二碳一烯酸(cis-11-decosenoic)鲸蜡烯酸(cetoleic)11c-22:1C22H42O2—海洋动物油脂顺-13-二十二碳一烯酸(cis-13-decosenoic)芥酸(erucic)13c-22:1C22H42O233.5十字花科种子油脂顺-15-二十四碳一烯酸(cis-15-tetracosenoic)鲨油酸(selacholeic)15c-24:1C24H46O2—海洋动物油脂顺-17-二十六碳一烯酸(cis-17-hexacosenoic)山梅酸(ximenic)17c-26:1C26H50O2—山梅种子油脂顺-21-三十碳一烯酸(cis-21-triacontenoic)三十碳烯酸(lumegueic)21c-30:1C30H58O2—山梅种子油脂Lumegue坚果常见的单不饱和脂肪酸二、单不饱和脂肪酸单不饱和脂肪酸具有较高的氧化稳定性，油酸/亚油酸比例高的膳食与血浆低密度脂蛋白的氧化势呈负相关。膳食中食用单不饱和脂肪酸替代饱和脂肪酸，有利于调整低密度脂蛋白与高密度脂蛋白的比值，朝有益方向发展。由于单不饱和脂肪酸尤其是油酸的重要性，采用这三类脂肪酸的比例来指导脂肪酸的膳食结构具有合理性。世界卫生组织建议，饱和脂肪酸:单不饱和脂肪酸:多不饱和脂肪酸的比例大致为1:1:1时，能确保人体营养的最佳均衡状态。三、多不饱和脂肪酸多不饱和脂肪酸（polyunsaturatedfattyacid,PUFA）的生理作用与靠近碳链甲基端的第1个双键位置有关，根据脂肪酸的命名规则，离羧基最远的碳即末端甲基碳，称为ω碳，并标号为C1。将C3和C4之间有一个双键的PUFA称为ω-3脂肪酸，在C6和C7之间有一个双键的称为ω-6脂肪酸。亚油酸和α-亚麻酸分别属于ω-6和ω-3系列的多不饱和脂肪酸家族。三、多不饱和脂肪酸ω-6亚油酸植物油(葵花籽、大豆、棉籽、红花籽、玉米胚、小麦胚、芝麻、花生、油菜籽）

-亚麻酸和花生四烯酸肉类、玉米胚芽油(或在体内由亚油酸合成)ω-3

-亚麻酸油脂(芝麻、胡桃、大豆、小麦胚、油菜籽）种子、坚果(芝麻、大豆、胡桃)EPA和DHA人乳海洋动物:鱼(鲭、鲑、鲱、沙丁鱼)等，贝类、甲壳类(虾、蟹等)（或在体内由

-亚麻酸合成）ω-6和ω-3多不饱和脂肪酸的来源五、共轭亚油酸共轭亚油酸（conjugatedlinoleicacid,CLA）是亚油酸的所有立体和位置异构体混合物的总称，可看作是亚油酸的次级衍生物。共轭亚油酸的双键可位于7和9,8和10,9和11,10和12,11和13,12和14位置上，其中每一个双键又有顺式（cis或c）和反式（trans或t）两种构象。理论上共轭亚油酸有20多种的同分异构体，而c-9，t-11和t-10，c-12是含量最多的两种异构体。四、反式脂肪酸反式脂肪酸（transfattyacids,TFA）是含有反式双键的不饱和脂肪酸的总称，其双键上两个碳原子结合的两个氢原子分别位于碳链的两侧。食品中反式脂肪酸的来源主要包括两个方面：一是来自反刍动物的生物氢化作用产生的天然反式脂肪酸；二是在油脂氢化、油脂精炼以及高温煎炸过程中产生的非天然的工业反式脂肪酸。第三节脂质的消化、吸收与代谢一、脂质的消化二、脂质的吸收三、脂质的代谢一、脂质的消化消化过程及相应的酶乳化消化酶甘油三酯产物食物中的脂类2-甘油一酯+2FFA磷脂溶血磷脂+FFA磷脂酶A2

胆固醇酯胆固醇酯酶胆固醇+FFA

胰脂肪酶

辅脂肪酶

微团(micelles)消化部位：

主要在小肠上段胆汁酸盐二、脂质的吸收部位十二指肠下段及空肠上段方式中链及短链脂酸构成的TG乳化

吸收

脂肪酶甘油+FFA门静脉血循环肠粘膜细胞二、脂质的吸收长链脂酸及2-甘油一酯肠粘膜细胞（酯化成TG）胆固醇及游离脂酸肠粘膜细胞（酯化成CE）淋巴管血循环乳糜微粒(chylomicron,CM)TG、CE、PL+载脂蛋白(apo)B48、C、AⅠ、AⅣ溶血磷脂及游离脂酸肠粘膜细胞（酯化成PL）三、脂质的代谢（一）甘油三酯分解代谢从脂肪动员开始脂肪动员(fatmobilization)是指储存在脂肪细胞中的脂肪，在肪脂酶作用下逐步水解释放游离脂肪酸及甘油供其他组织氧化利用的过程。在脂肪动员中，脂肪细胞内的甘油三酯脂肪酶是限速酶，它受多种激素的调控，因此称为激素敏感性脂肪酶（HSL）。三、脂质的代谢脂肪动员三、脂质的代谢（二）甘油转变为3-磷酸甘油后被利用在甘油激酶（glycerokinase）作用下，甘油转变为3-磷酸甘油；然后在磷酸甘油脱氢酶作用下脱氢生成磷酸二羟丙酮，进入糖代谢途径分解，或转变为葡萄糖。三、脂质的代谢（三）

β-氧化是脂肪酸分解的主要方式在真核细胞中，脂肪酸的氧化分解主要在线粒体基质中进行，而氧化的方式又分为α-氧化，β-氧化，ω-氧化，其中β-氧化是主要的方式。细胞质中的脂肪酸在氧化分解以前，首先需要进行活化，并转入线粒体基质，然后在一系列酶的催化下降解生成乙酰CoA，同时产生高还原力物质。乙酰CoA再进入柠檬酸循环彻底氧化成CO2和H2O。三、脂质的代谢（三）

β-氧化是脂肪酸分解的主要方式主要过程1.脂肪酸的活化形式为脂酰CoA三、脂质的代谢2.脂酰CoA经肉碱转运进入线粒体肉碱脂酰转移酶Ⅰ（carnitineacyltransferaseⅠ）是脂酸β-氧化的关键酶。三、脂质的代谢3.脂酰CoA分解产生乙酰CoA、FADH2、NADH脂酸

-氧化的四步反应：脱氢、加水、再脱氢、硫解第一次脱氢由FAD接受；第二次脱氢由NAD+接受。脂酸

-氧化产物：乙酰CoA三、脂质的代谢4.脂肪酸β-氧化的能量生成脂酸

-氧化的四步反应：脱氢、加水、再脱氢、硫解第一次脱氢由FAD接受；第二次脱氢由NAD+接受。脂酸

-氧化产物：乙酰CoA三、脂质的代谢4.脂肪酸β-氧化的能量生成脂肪酸彻底氧化生成大量ATP。β氧化每一循环产生1个NADH、1个FADH2和1个乙酰-CoA。乙酰-CoA进入柠檬酸循环又生成FADH2,及NADH，每1分子乙酰-CoA可产生10个ATP；每1分子NADH被氧化呼吸链氧化产生2.5个ATP；每1分子FADH2，氧化产生1.5个ATP。三、脂质的代谢4.脂肪酸β-氧化的能量生成——

以16碳软脂肪酸的氧化为例活化：消耗2个高能磷酸键β-氧化：每轮循环四个重复步骤：脱氢、水化、再脱氢、硫解产物：

1分子乙酰CoA1分子少两个碳原子的脂酰CoA1分子NADH+H+1分子FADH2三、脂质的代谢4.脂肪酸β-氧化的能量生成7轮循环产物：8分子乙酰CoA7分子NADH+H+7分子FADH2能量计算：生成ATP8×10+7×2.5+7×1.5=108

净生成ATP108–2=106三、脂质的代谢3.1甘油三酯的分解代谢（MetabolismofTriglyceride）（四）脂肪酸的其他氧化方式1.不饱和脂酸的氧化在线粒体中进行

-氧化；还需△3-顺→△2-反烯脂酰CoA异构酶和表构酶。2.过氧化酶体脂酸的氧化：脂酸氧化酶三、脂质的代谢3.1甘油三酯的分解代谢（MetabolismofTriglyceride）（四）脂肪酸的其他氧化方式3.丙酰CoA的氧化经

-羧化酶及异构酶的作用转变为琥珀酰CoA，再经三羧酸循环进行代谢。丙酰CoA琥珀酰CoA三、脂质的代谢3.1甘油三酯的分解代谢（MetabolismofTriglyceride）（五）酮体的生成酮体是脂酸在肝分解氧化时特有的中间代谢产物。是乙酰乙酸、

-羟丁酸和丙酮三者的统称。1.酮体的生成部位：肝线粒体原料：乙酰CoA，主要来自脂酸的

-氧化。关键酶：HMGCoA合成酶二本章小结脂质通常不溶于（或难溶于）水易溶于有机溶剂。脂质包括脂肪、类脂及其衍生物。01脂肪由1分子甘油和3分子脂肪酸构成，主要功能是氧化供能和储存能量。类脂主要包括磷脂、糖脂、胆固醇及胆固醇酯等。磷脂可分为甘油磷脂和鞘磷脂两大类，以甘油磷脂为主，其作为两性分子参与细胞质膜的构成成分，运输脂类物质。人体胆固醇的来源包括外源性和内源性。02必需脂肪酸是指对人体的功能不可缺少的，但必须由膳食提供的脂肪酸，包括亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等，它们是前列腺素、血栓素及白三烯等生理活性物质的前体，具有多种重要的生理功能。03脂质的消化和吸收：脂质的消化主要在小肠上段，经各种酯酶及胆汁酸盐的共同作用，脂质被水解为脂肪酸和甘油等。消化产物主要在空肠被吸收。甘油、中短链脂酸可通过门静脉入血；长链脂肪酸和甘油在小肠黏膜细胞内再合成三酰甘油，并与载脂蛋白、磷脂、胆固醇等形成乳糜微粒后经淋巴循环进入血液。04本章小结脂肪的供能：脂肪分解时产生甘油和脂肪酸。甘油经活化、脱氢后转变为磷酸二羟丙酮，后者循糖异生途径异生为葡萄糖或分解供能；脂肪酸在细胞中先活化为脂酰CoA，再进入线粒体通过β-氧化（脱氢、加水、再脱氢及硫解）分解为乙酰CoA，后者进入三羧酸循环被彻底分解。在肝内，这些乙酰CoA可用于合成酮体，但肝不能利用酮体，需运至肝外组织氧化利用，长期饥饿时酮体是脑组织和肌肉的主要能源物质。05脂肪的储能：肝、小肠和脂肪组织是脂肪合成的主要场所，以肝的合成能力最强。脂肪合成主要利用葡萄糖分解产生的乙酰CoA为原料，先合成脂肪酸，再与3-磷酸甘油结合为脂肪。06第九章基因表达调控基因的概念基因的精细结构与功能本章目录一二基因表达原核生物基因表达调控三四真核生物基因表达调控五本章重难点掌握熟悉掌握基因的类型及其结构、原核基因的精细结构、真核基因的精细结构、原核基因转录、真核基因转录、乳糖操纵子及其他操纵子熟悉基因的功能、转录后加工、翻译、翻译后加工、原核基因表达调控的方式了解了解原核基因表达的RNA调节、真核基因表达的转录水平调控机理、真核基因表达的转录后调控机理第一节基因的概念一、基因概念的萌芽 二、经典遗传学阶段 三、分子遗传学阶段四、基因组时代的基因概念一、基因概念的萌芽1865年，孟德尔（GregorMendel）发表了豌豆杂交的研究结果，首次提出遗传因子控制生物性状假说，但孟德尔推断的是“颗粒式遗传学说”（particulateinheritancetheory），即每个亲本将“颗粒”传递给子代。1900年，孟德尔遗传观点被证实，提出这种“颗粒”是功能的单位，是重组的单位，是变异的单位。1909年，约翰森（W.L.Johannsen）觉得应该创造一个专门名词来称呼这个“颗粒”，他选定的是把德·弗里斯从达尔文pangenesis衍生出的pangene缩短而成gene。这一时期的基因只是一种抽象的符号，不代表物质实体。二、经典遗传学阶段1.基因是物质实体，线性排列在染色体上1910年，摩尔根（T.H.Morgan）发表“果蝇中的限性遗传”研究，提出“特定基因与特定染色体上的特定位置相连锁”的观点，即“摩尔根连锁规律”，证明“基因线性排列在染色体上，并占据一定位置”，并绘制出了标示基因在染色体上位置的“染色体图”，正式建立了“染色体遗传理论”。1926年，摩尔根发表《基因论》，首次把基因的概念归纳为“三位一体”学说。二、经典遗传学阶段2.一个基因一个酶（1941年）3.顺反子（1955年）4.操纵子（1961年）三、分子遗传学阶段1.基因与DNA1944年，艾弗里（O.Avery）等首先用实验证明了基因的化学本质就是DNA分子。三、分子遗传学阶段2.RNA基因1956年，吉尔（A.Gierer）和施拉姆（G.Schramm）发现，纯化的烟草花叶病毒RNA也能够诱发烟草产生花叶病，推测RNA可能含有合成子代病毒颗粒所需要的全部遗传信息。1957年，佛兰科尔-康拉特（H.Fraenkel-Conrat）和辛格尔（B.Singer）通过烟草花叶病毒重组实验证实了遗传物质为RNA。三、分子遗传学阶段3.基因与蛋白质1958年，克里克（F.Crick）提出了遗传信息的中心法则（centraldogma），即遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质。1961年，尼伦伯格（MarshallNirenberg）和马太（HeinrichMathaei）通过人工合成的mRNA作为模板体外合成蛋白质技术破译了遗传密码。他们发现，三个碱基组成一个密码子，代表一个氨基酸。和DNA一样，蛋白质也是链状分子，DNA与蛋白质的信息关系为：DNA基因的三个核苷酸代表蛋白质的一个氨基酸。三、分子遗传学阶段4.新类型基因移动基因（mobilegene）断裂基因（splitgene）重叠基因（overlappinggene）重复基因（repeatedgene）假基因（pseudogene）印记基因（imprintedgene）四、基因组时代的基因概念

基因组学改变了现代生命科学的进程和研究方式，由单个基因转向了对生物体的整个基因。基因组学在DNA、mRNA和蛋白质水平以及细胞或组织水平上对所有基因进行研究，具体包括结构基因组学、功能基因组学、表观基因组学等。第一代Sanger测序技术下一代测序技术（next-generationsequencing,NGS）四、基因组时代的基因概念1.基因组学结构基因组学（structuralgenomics）：研究全部基因编码的每一个蛋白的三维结构，包括遗传图（geneticmap）、物理图（physicalmap）、转录图（expressionprofiling）和全序列图（wholegenome）。功能基因组学（functionalgenomics）研究所有基因的功能、调控和相互作用，从而在基因组水平上建立生物体基因组与其表型之间的关系。表观基因组学（epigenomics）是在基因组的水平上研究表观遗传修饰。表观遗传修饰机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和ncRNA相互作用等。四、基因组时代的基因概念2.非编码RNA非编码RNA（ncRNA）是由DNA转录而来，但不能编码蛋白质的RNA分子。第二节基因的精细结构与功能一、基因的大小和数量二、基因的类型及其结构三、原核基因的精细结构四、真核基因的精细结构五、基因的功能一、基因的大小和数量1.原核基因的大小和数量原核基因指的是原核生物体基因组上的基因，包括染色体DNA和质粒DNA。原核基因组大小通常在0.5Mb到12Mb之间，原核基因数量通常在170个到11000个之间。NCBI数据库中古细菌基因组大小范围在0.1Mb到13.4Mb之间。NCBI数据库中细菌基因组大小范围在0.1Mb到35.58Mb之间。一、基因的大小和数量2.真核基因的大小和数量不同真核生物的基因组大小差异很大，原生生物基因组大小在0.56Mb到103Mb之间，真菌基因组大小在2.2Mb到96.3Mb之间，植物基因组大小在13Mb到16,243Mb之间，动物基因组大小在43Mb到34,558Mb之间。真核生物基因组中含有大量的非编码序列，且不同生物体非编码序列所占基因组总长比例不同，如酵母非编码DNA约占25%、果蝇非编码DNA约占75%、人类非编码DNA约占98%。通常，越复杂的生物体，非编码序列所占基因组总长比例越高。一、基因的大小和数量生物体名称基因组大小/MbCDS数量染色体数量肠脑炎微孢子虫（Encephalitozoonintestinalis）2.221,93811酿酒酵母（Saccharomycescerevisiae）12.166,01516金牛鸵球藻（Ostreococcustauri）13.037,76620恶性疟原虫（Plasmodiumfalciparum）23.335,38716产黄青霉（Penicilliumchrysogenum）32.5311,1984粉色面包霉菌（Neurosporacrassa）41.110,8127香菇（Lentinulaedodes）46.089,80410秀丽隐秆线虫（Caenorhabditiselegans）100.2928,4116拟南芥（Arabidopsisthaliana）119.6748,2655果蝇（Drosophilamelanogaster）143.7330,7177红鳍东方鲀（Takifugurubripes）384.1346,76022生物体名称基因组大小/MbCDS数量染色体数量蒺藜苜蓿（Medicagotruncatula）430.0142,6838曼氏血吸虫（Schistosomamansoni）558.1314,4087番茄（Solanumlycopersicum）828.3537,66012大豆（Glycinemax）978.9474,24820火鸡（Meleagrisgallopavo）1,115.4729,66732虎皮鹦鹉（Melopsittacusundulatus）1,171.6229,16532斑马鱼（Daniorerio）1,679.2057,10025变色龙（Anoliscarolinensis）1,799.1434,8276玉米（Zeamays）2,182.7957,57810非洲爪蟾（Xenopuslaevis）2,742.4772,91318人（Homosapiens）3,272.09123,37824小麦（Triticumaestivum）15,418.80131,40221一、基因的大小和数量3.病毒基因的大小和数量噬菌体和病毒的基因组大小通常在0.3Kb到2.47Mb之间，基因的数量通常在1个到600个之间。在基因组完成图组装水平上，目前最小的病毒基因组为水稻黄斑驳病毒，基因组大小为220bp，基因数量为1个；最大的病毒基因组为非洲猪瘟病毒，基因组大小为3.16Mb，基因数量为1557个。二、基因的类型及其结构1.开放阅读框2.断裂基因蛋白质编码基因翻译成蛋白质的部分称为开放阅读框（ORF）。外显子与内含子交替排列，通常内含子不具备任何遗传信息，也不会被翻译，这种基因被称为断裂基因。二、基因的类型及其结构3.重叠基因重叠基因具有多种结构类型：①大基因包含小基因。②前后2个基因首尾重叠1个或2个核苷酸。③几个基因的重叠。④互补链的重叠。⑤内含子的重叠。二、基因的类型及其结构4.重复基因重复基因的产生一般有以下几种方式：反转录插入、基因组的不等交换、基因组大片段重复和全基因组重复。不同机制所产生的重复基因的重复区域大小不同，小重复区域如某个基因小片段重复，大重复区域如整个基因组重复。（1）轻度重复序列（lowrepetitivesequence）：一般指重复次数为2-10个拷贝的序列。（2）中度重复序列（moderaterepetitivesequence）：重复单元的平均长度约300bp，重复次数在10拷贝到105拷贝之间。（3）高度重复序列（highrepetitivesequence）：一般把重复次数超过105拷贝的DNA称为高度重复序列。二、基因的类型及其结构5.移动基因移动基因普遍存在于生物体，包括原核和真核生物。原核生物的移动基因包括插入序列（insertionsequence,IS）、转座子（transposon,Tn）和转座噬菌体。真核生物的移动基因包括转座子（Ty因子、P因子、FB因子和玉米控制因子等）和反转录转座子（retrotransposons）。二、基因的类型及其结构（1）插入序列（IS）插入序列是最简单的移动遗传元件，长度通常小于2,500bp。IS可以作为独立的实体存在，也可以形成某些转座子的末端部分。IS的结构比较简单，只编码与转位活性有关的蛋白质，通常为转位酶（transposase），同时在两端还存在着一对反向重复序列（invertedrepeats,IR）。大肠杆菌EC03插入序列IS10的分子结构二、基因的类型及其结构（2）转座子（Tn）转座子是一类较大的可移动元件，由几个基因组成，典型的转座子的长度是几千个碱基。根据结构特征的不同，Tn可以分为2种类型：复合转座子和TnA转座子。Tn转座子A为复合转座子代表Tn5的结构；B为TnA家族转座子代表Tn3的结构二、基因的类型及其结构（3）转座噬菌体Mu噬菌体（μphage）是一种以大肠杆菌为寄主的温和噬菌体，基因组全长38,000bp，线性双链DNA。二、基因的类型及其结构（4）酵母转座子Ty因子酵母是低等真核生物，其转座子中研究较清楚的是Ty类转座子，如Ty1。Ty因子是一大类转座子，长约6,300bp，两端含有一对长330bp的正向重复序列，称为δ成分，其作用与IS、Tn中的反向重复序列类似。二、基因的类型及其结构（5）果蝇转座子P因子完整的P因子长度为2,907bp，含有4个开放阅读框（ORF0、ORF1、ORF2、ORF3）、3个内含子、2个10bp转座酶结合位点，两端为31bp的反向重复序列（IR）。二、基因的类型及其结构（6）玉米控制因子玉米控制因子是美国玉米遗传学家麦克林托克（B.McClintock）最早在真核生物中发现的转座子，由激活因子（activatorelement）和解离因子（dissociationelement）组成，也称为激活-解离因子（Ac-Ds）。玉米Ac-Ds因子基因结构A为Ac因子的基因结构，B为Ds因子的基因结构二、基因的类型及其结构（7）反转录转座子反转录转座子（retrotransposon）是由RNA介导转座的转座子，首先DNA转录成RNA，然后通过反转录过程将RNA转换回DNA，从而将自身复制并粘贴到不同的基因组位置。几种反转录转座子基因结构三、原核基因的精细结构1.原核基因的结构原核基因结构总体上可以分为启动区、转录区和终止区三大组成部分，其中转录区又分为5'非编码区（5'-UTR）、编码区和3'非编码区（3'-UTR）。原核生物基因结构三、原核基因的精细结构启动区（promoterregion）是位于转录起点上游的一段非编码核苷酸序列，其作用是作为RNA聚合酶的结合部分，启动下游转录区的转录。典型的原核基因的启动区具有两个特征性结构元件：-10元件和-35元件，同时在-10元件和转录起点之间有一段解旋区。-10元件也称为普里比诺盒（Pribnowbox），含有保守序列TATA区。该元件可被RNA聚合酶识别，并为其移动定向，即按照5'→3'方向延伸。-35元件含有保守序列TTGACA区，是RNA聚合酶结合的起始位点。三、原核基因的精细结构转录区（transcriptionregion）指的是从转录起点到转录终止位点的一段核苷酸序列。在原核生物中，转录区可被RNA聚合酶转录成一条连续的mRNA分子，包括5'非编码区（5'-UTR）、编码区和3'非编码区（3'-UTR）三大组成部分。5'-UTR是转录区上游位于5'-端起始密码子之前的一段不翻译的核苷酸序列区，含有一个核糖体结合位点（ribosomebidingsite,RBS）和一个翻译起始信号。在大肠杆菌5'-UTR区mRNA分子中，有一段保守序列UAAGGAGGU，称为SD序列。SD序列可以与大肠杆菌核糖体16SrRNA的3'-端碱基序列互补，即为核糖体结合位点。编码区（codingregion）是转录区中从起始密码子到终止密码子的一段编码氨基酸的核苷酸序列区。三、原核基因的精细结构终止区（terminationregion）是位于转录终止位点之后的一段非编码核苷酸序列，其作用是为RNA聚合酶提供转录终止信号，使其停止转录作用并从DNA分子上解离下来。根据是否依赖蛋白质辅因子（ρ因子），终止区分为两种类型：依赖ρ因子的转录终止区（ρ-dependentterminator）和不依赖ρ因子的转录终止区（ρ-independentterminator）。三、原核基因的精细结构原核生物DNA大多数为双螺旋结构，少数以单链形式存在，且大多数为环状，少数为线状。基因组中含有数百个至数千个基因，基因组内核苷酸序列大多数用于编码蛋白质以及tRNA、rRNA等，仅含有少量的非编码序列。结构基因通常是连续的，中间无非编码成分内含子，多为单拷贝，无重叠现象。功能相关的结构基因常常串连在一起，构成操纵子（operon）结构，由共同的调控元件调控，并转录在同一个mRNA分子中，然后再翻译成各自蛋白质。原核生物染色体数量少，一般只有一条染色体。质粒DNA存在于细胞质中。不同细菌所含质粒数量不同，大多数不超过10个。2.原核基因组的结构四、真核基因的精细结构真核基因在DNA、pre-mRNA和mRNA三个层次的结构组成不同。在DNA水平，基因结构包括启动子、转录区和终止子3个部分。1.真核基因的结构真核基因在DNA、pre-mRNA和mRNA三个层次的结构组成四、真核基因的精细结构（1）启动子真核基因启动子（promoter）是位于转录区5'-端上游外侧的一段具有特殊功能的DNA非编码核苷酸序列。与原核基因启动区功能类似，为RNA聚合酶的结合位点，启动下游相关基因的转录活性。启动子包含起始元件（Inr元件）、TATA盒和上游元件等结构单元。四、真核基因的精细结构（2）转录区转录区是位于转录起点和转录终点之间的一段核苷酸序列。在DNA和pre-RNA水平，转录区包括5'非翻译区（5'-UTR）、外显子序列、内含子序列和3'非翻译区（3'-UTR）。5'-UTR位于转录区上游的5'-末端，3'-UTR位于转录区下游的3'-末端，二者之间为由外显子和内含子组成的断裂基因。和原核基因相比，真核基因的5'-UTR和3'-UTR的长度更长，复杂性更高。四、真核基因的精细结构（3）终止子真核基因终止子（terminator）是位于转录区3'-端下游外侧的一段具有特殊功能的DNA非编码核苷酸序列。终止子能够为RNA聚合酶提供转录终止信号。真核基因终止子通常包含poly(A)加尾信号区和回文序列构成的终止转录序列区。四、真核基因的精细结构真核生物基因组由位于细胞核的染色体基因组和细胞器基因组组成。对于细胞器基因组，除了高等植物和一些藻类同时拥有线粒体基因组和叶绿体基因组，大多数真核细胞都只拥有线粒体基因组。但是，对于真核生物基因组而言，几乎全部遗传信息都位于染色体基因组，细胞器的DNA基因仅占极小比例。2.真核基因组的结构四、真核基因的精细结构真核基因组的结构具有以下基本特点：A.真核基因组一般都远大于原核基因组，如大肠杆菌的基因组大小约为5Mb，而秀丽隐杆线虫的基因组大小约为100Mb。真核生物中，基因组的大小一般随生物进化而增加，高等生物基因组大小一般大于低等生物。相应地，高等真核生物基因组上的基因数量通常也大于低等真核生物。B.不同于呈裸露状态的原核基因组DNA，真核基因组DNA与蛋白质通过超螺旋卷曲组装成染色体结构，大大压缩了DNA所占空间体积。C.不同于原核生物基因组的单拷贝，大多数真核生物都是二倍体（如人的体细胞），同时还有一些高等植物是多倍体（如普通小麦为六倍体）。四、真核基因的精细结构D.高等真核生物基因组存在大量的重复DNA序列，约占真核基因组DNA总量的15%-80%。这些重复DNA序列包括中度重复序列、高度重复序列、转座子，其中大部分高度重复序列为非编码基因。E.真核基因组含有大量的非编码DNA序列，非编码DNA占比大于编码DNA，如人基因组中98%的DNA为非编码序列。F.在真核生物不同染色体之间或同一染色体的不同区段，基因分布密度不均一，有的为基因富集区，有的为基因荒漠区。G.真核基因组具有端粒结构，它具有保护线性DNA复制和染色体完整性的作用，端粒磨损越多，细胞寿命越短。五、基因的功能基因表达（geneexpression）是指根据基因的遗传信息合成功能性基因产物的过程。基因表达产物通常是蛋白质，但是某些非蛋白质编码基因（如tRNA、rRNA、snRNA等）的表达产物是功能性RNA。基因的表达过程包含2步：转录和翻译。一些非蛋白质编码基因不能形成蛋白质，而是在基因调控中起作用。1.基因表达五、基因的功能基因作为遗传物质，通过无性繁殖或有性繁殖从亲代传递给子代。遗传信息准确传递的前提是DNA的精确复制，DNA的复制通过半保留半不连续方式完成。真核细胞的基因组含有多条染色体，这些染色体都必须精确地复制一次，并且在细胞分裂周期中，一对一地分配到两个子细胞中去。和原核生物相比，真核生物的DNA复制要复杂得多，对其详尽复制机制目前认识还不甚清楚。2.基因遗传五、基因的功能DNA复制的起始指的是从起始子蛋白DnaA与复制起点结合开始，到复制装置组装完成为止的整个过程。复制装置（replicationapparatus）是一种大分子复合物，由多种蛋白因子组成，在细胞中执行DNA复制功能。大肠杆菌复制装置的组装经由预引发体（pre-primosome）、引发体（primosome）和复制体（replisome）三个阶段完成。（1）DNA复制的起始五、基因的功能DNA聚合酶Ⅲ全酶根据模板链上DNA碱基顺序，按照碱基互补配对原则（A-T、C-G），依次正确地将脱氧核苷三磷酸逐个连接到新生链的3'-OH末端。紧接着，DNA聚合酶Ⅲ全酶迅速催化前后两个脱氧核苷三磷酸之间形成一个磷酸二酯键，将二者连接起来。如此，新生链上的碱基一个一个地被准确添加上去。DNA的复制方式是半保留半不连续复制，前导链和后随链上新生互补链的合成方式有一定差异。（2）DNA链的延长DNA链延长过程中的前导链和后随链五、基因的功能在大肠杆菌染色体DNA复制子中，存在着一个复制终止区（ter），其位置与复制起始区oriC相对。复制终止区含有6个终止位点，分别位于ter两侧。左侧终止区含有的三个终止位点为terC、terB和terF，只能抑制逆时针方向移动的复制叉。右侧终止区含有的三个终止位点为terA、terD和terE，只能抑制顺时针方向移动的复制叉。（3）DNA复制的终止大肠杆菌染色体DNA复制子复制终止区结构五、基因的功能3.基因突变基因突变指DNA碱基序列发生改变。基因突变主要由内因和外因导致，前者为DNA复制过程中出现了错误和转座子插入等造成碱基序列变化，后者为受到辐射、化学药物、病毒等影响而导致碱基序列变化。基因突变有多种类型，包括插入、缺失、易位、反转或碱基替换等。基因上三个碱基组成一个密码子，翻译成一个氨基酸，由于遗传密码的简并性，有时某个碱基的改变不会影响蛋白质的氨基酸序列，这类突变称为沉默突变（silentmutation）。第三节基因表达一、原核基因转录二、真核基因转录三、转录后加工四、翻译五、翻译后加工一、原核基因转录基因转录（RNA合成）与基因复制（DNA合成）过程相似，但二者之间存在明显的差别：①引物需求不同。基因复制时，DNA聚合酶需要引物才能合成DNA。而基因转录时，RNA聚合酶不需要引物就能合成RNA。②底物不同。基因复制时，底物是脱氧核糖核苷三磷酸。而基因转录时，底物是核糖核苷三磷酸。③产物不同。基因复制时，产物是获得2条新生链，且每条新生链与模板链结合在一起构成DNA双链分子，整个基因组所有DNA分子拷贝数增加一倍。而基因转录时，产物是游离的新生链（序列与模板链互补），且以RNA单链形式存在，转录的是基因组的某一段序列，可以产生几个到上千个相同的拷贝。一、原核基因转录④保真性不同。基因复制时，核苷酸错误率为10-10。基因转录时，核苷酸错误率为10-4。即基因复制的保真性远远大于基因转录。基因转录主要包括转录起始、转录延长和转录终止三个阶段，原核基因和真核基因的转录过程基本一致，但是具体生化反应和特性具有一定差异。一、原核基因转录RNA聚合酶是一类以DNA为模板合成RNA的聚合酶，全称是依赖于DNA的RNA聚合酶（DNA-dependentRNApolymerase），缩略为RNAP。细菌通常只有一种RNA聚合酶，负责所有类型RNA的合成，包括mRNA、tRNA、rRNA等。1.原核生物RNA聚合酶一、原核基因转录大肠杆菌RNA聚合酶以核心酶和全酶两种形式存在，核心酶（coreenzyme，α2ββ´ω）由2个α亚基、1个β亚基、1个β´亚基和1个ω亚基组成。全酶（completeenzyme，α2ββ´ωσ）是在核心酶的基础上加一个σ亚基。核心酶只具有基本的RNA合成能力，而全酶才具有启动转录的功能。大肠杆菌RNA聚合酶全酶晶体结构一、原核基因转录亚基类型编码基因分子量/Da亚基数功能ⅠrpoA365002参与其他亚基的组装，识别启动子，调节转录活性βrpoB1506001与DNA模板结合，具有酶催化活性，催化磷酸二酯键形成β´rpoC1556001具有酶催化活性，与DNA模板结合，螯合镁离子，防止DNA过度负超螺旋ωrpoZ110001与β基结合并协助其功能，调节σ因子的功能，调节DNA的转录活性σrpoD703001识别启动子，启动RNA合成

大肠杆菌RNA聚合酶各亚基的特性一、原核基因转录2.原核基因转录的起始（1）RNA聚合酶与启动子的结合原核基因启动区具有两个特征性结构元件：-35元件和-10元件，该两个元件就是核心启动子元件。RNA聚合酶全酶首先与DNA进行松散结合，然后在DNA分子上移动直到发现启动子，并且稳定地结合在启动子上。RNA聚合酶与DNA结合过程中，σ因子发挥着重要作用。σ因子引导RNA聚合酶稳定地结合到启动子上。此时DNA仍然保持着闭合的双链状态，因此RNA聚合酶和DNA形成的复合物称为闭合启动子复合物（closedpromotercomplex）。一、原核基因转录当RNA聚合酶与启动子稳定结合后，在σ因子的作用下，启动子内一小段区域发生暂时性的局部解链，形成转录泡，此时为开放启动子复合物（openpromotercomplex）。原核RNA聚合酶与启动子的结合一、原核基因转录（2）转录起始一旦形成开放启动子复合物，RNA链的合成也开始，且不需要引物的存在。模板链起始位点的核苷酸通常是T或者C，因此与其互补的RNA链的起始核苷酸通常是A或者G。接着下一个+2位核苷酸被加入，且两个核苷酸之间通过形成磷酸二酯键的方式连接在一起。此时形成DNA-RNA-RNA聚合酶三元复合物，但RNA可能解离掉，所以是不稳定的三元复合物（instableternarycomplex）。当RNA聚合酶成功合成一条长度超过10nt的RNA链，DNA、RNA和RNA聚合酶可以形成稳定的三元复合物（stableternarycomplex）。稳定三元复合物的形成标志着转录起始的完成，随后进入RNA合成延伸阶段。一、原核基因转录3.原核基因转录延长转录起始完成后，σ因子从延伸复合物中释放出来，核心酶继延伸RNA链，将核苷酸逐个添加到正在延长的RNA连上。由于σ因子的解离，RNA聚合酶由全酶转变成了核心酶，相应地与DNA结合的紧密性也发生了变化。RNA链新生碱基在脱落、排出聚合酶前，有一段碱基与DNA模板形成DNA-RNA杂交分子，其长度为8-9nt。聚合酶洞穴所能容纳杂交分子长度为8-9nt，下游端每新进入一个核苷酸，上游端则被置换出一个RNA碱基脱离DNA模板链，从RNA出口通道离开。一、原核基因转录RNA聚合酶在RNA链延伸过程中发挥着多种功能，包括转录泡附近双链DNA的解旋与复旋、RNA新生链的合成、RNA新生链的释放、RNA新生链碱基的校正等。一、原核基因转录随着RNA新生链的延长，当RNA聚合酶到达整个基因的转录终点遇到终止信号时，便会停止移动，从DNA-RNA-RNA聚合酶三元复合物中解离下来，并释放新生RNA链，转录泡处的模板链与编码链重新组合成DNA双链。根据RNA转录终止时，RNA聚合酶是否需要辅助因子，终止子分为两类：不依赖ρ因子的转录终止子（rho-independentterminator）和依赖ρ因子的转录终止子（rho-dependentterminator）。4.原核基因转录终止不依赖ρ因子的转录终止子又称为内在终止子（intrinsicterminator），不需要任何辅助因子的参与，RNA核心酶就能够终止基因转录。该类终止子的终止能力主要取决于序列中的两个特殊元件：反向重复序列和富含A碱基的序列。一、原核基因转录依赖ρ因子的转录终止子必须有ρ因子的参与才能使转录终止。ρ因子是由6个相同亚基构成的一个开放环形六聚体，分子量约27kDa，具有RNA结合、ATP水解和解螺旋酶三重活性。DNA模板链上有ρ因子识别位点（rhoutilizationsites），简称rut序列。首先，当RNA新生链上有rut序列之后，ρ因子识别rut序列并结合到RNA链上。接着，ρ因子按照5'→3'方向沿着RNA链移动，追踪核心酶，移动所需能量由ρ因子水解ATP提供。然后，当RNA聚合酶停顿在转录终止位点而被ρ因子捕捉时，ρ因子发挥解螺旋酶活性，使DNA-RNA杂合分子解旋，RNA链从三元复合物中解离出来，转录终止。4.原核基因转录终止依赖ρ因子的转录终止子终止过程二、真核基因转录1.真核生物RNA聚合酶（1）真核生物RNA聚合酶的类型不同于细菌的一种RNA聚合酶负责全部RNA的合成，真核生物细胞核中普遍存在三种截然不同的RNA聚合酶，分别为RNA聚合酶Ⅰ（PolⅠ）、RNA聚合酶Ⅱ（PolⅡ）和RNA聚合酶Ⅲ（PolⅢ）。每种RNA聚合酶的含量、活性和对α-鹅膏蕈碱（α-amanitin）的敏感性均不相同，分别负责转录一套独立的基因，并识别不同的启动子。近年来，新发现了RNA聚合酶Ⅳ（PolⅣ）和RNA聚合酶Ⅴ（PolⅤ）两种RNA聚合酶，但他们仅存在于植物中。此外，真核生物细胞器线粒体和叶绿体也具有RNA聚合酶，但他们属于原核类型的RNA聚合酶。二、真核基因转录亚基类型定位相对活性转录产物α-鹅膏蕈碱敏感性RNA聚合酶Ⅰ细胞核50%-70%rRNA（5SrRNA除外）不敏感RNA聚合酶Ⅱ细胞核20%-40%pre-mRNA、snRNA敏感RNA聚合酶Ⅲ细胞核约10%5SrRNA、tRNA、scRNA中度敏感RNA聚合酶Ⅳ细胞核

ncRNA

RNA聚合酶Ⅴ细胞核

ncRNA

线粒体RNA聚合酶细胞质<1%线粒体基因不敏感叶绿体RNA聚合酶细胞质<1%叶绿体基因不敏感真核生物含有的RNA聚合酶二、真核基因转录（2）真核生物RNA聚合酶的亚基组成真核生物所有类型RNA聚合酶都是多亚基蛋白质，且不同类型RNA聚合酶的亚基组成不同，甚至同一种RNA聚合酶在不同真核生物中的亚基数量也不一样。PolⅠ、PolⅡ和PolⅢ一般都由8-16个亚基组成。酿酒酵母PolⅠ、PolⅡ和PolⅢ的亚基组成不同，分别含有14、12和17个亚基。虽然三种RNA聚合酶亚基的种类和数量各不相同，但是具有一个共同点就是每种RNA聚合酶都含有两个大亚基（相对分子质量超过100kDa）和一些小亚基。酿酒酵母RNA聚合酶Ⅰ（A）、RNA聚合酶Ⅱ（B）和RNA聚合酶Ⅲ（C）的结构二、真核基因转录亚基名称蛋白质分子量/kDa特征缺失表型RPB1190含有CTD；与DNA结合；参与起始位点选择；与原核β´亚基同源致死RPB2139参与起始位点选择；含活性中心；确定延长速率；与原核β亚基同源致死RPB335与RPB11亚基结合共同发挥作用，与原核α亚基二聚体同源致死RPB425与RPB7亚基结合成亚复合体，参与应激反应条件致死RPB525PolⅠ、PolⅡ和PolⅢ共有亚基，转录激活因子的靶点致死RPB618PolⅠ、PolⅡ和PolⅢ共有亚基，参与酶的组装并维持其稳定致死RPB719与RPB4亚基结合成亚复合体，在稳定期优先结合致死RPB817PolⅠ、PolⅡ和PolⅢ共有亚基，有寡核苷酸/寡糖结合域致死RPB914选择起始位点，含有参与RNA链延长的锌带基序条件致死RPB108PolⅠ、PolⅡ和PolⅢ共有亚基致死RPB1114与RPB3亚基结合共同发挥作用，与原核α亚基二聚体同源致死RPB128PolⅠ、PolⅡ和PolⅢ共有亚基致死酵母RNA聚合酶Ⅱ的亚基组成二、真核基因转录2.真核基因转录的起始不同于原核RNA聚合酶，真核RNA聚合酶需要转录因子的辅助才能结合到启动子，发挥转录作用。转录因子（transcriptionfactor,TF）是一类与启动子特异性DNA序列元件结合以调控转录速率的蛋白质。转录因子包括普遍性转录因子（generaltranscriptionfactor）和特异性转录因子（specifictranscriptionfactor）。前者特指参与RNA聚合酶Ⅱ转录活性所需的转录因子，后者指只能激活特定启动子转录活性的转录因子。转录因子可以先与RNA聚合酶结合成全酶后再与启动子结合，转录因子也可以先与启动子结合后再招募RNA聚合酶的结合。真核生物具有三种截然不同的RNA聚合酶，分别转录不同的基因。相应地，三种RNA聚合酶识别不同的启动子，并且需要不同转录因子进行辅助。PolⅠ、PolⅡ和PolⅢ三种聚合酶的转录因子分别简写为TFⅠ、TFⅡ和TFⅢ。二、真核基因转录RNA聚合酶Ⅱ核心启动子包含TFⅡB识别元件（BRE）、TATA框、起始子元件（Inr元件）、下游启动子元件（DPE）、下游核心元件（DCE）和十基序元件（MTE）6个保守元件中的多个元件。RNA聚合酶Ⅱ单独不能起始转录，在转录开始之前，PolⅡ、6种普遍性转录因子和中介蛋白组成称为普遍性转录机器（generaltranscriptionmachinery）的蛋白质复合物，也称为转录前起始复合物。中介蛋白起到连接转录因子和PolⅡ的作用。真核Ⅱ型启动子存在含有TATA元件和不含TATA元件两种情况。对于含有TATA盒的启动子，在转录前起始复合物的组装过程中，转录因子TFⅡD首先与TATA元件结合，形成DNA-TFⅡD复合物。转录因子TFⅡD是一个含有TATA元件结合蛋白（TATA-box-bindingprotein,TBP）和8-10个TBP相关因子（TBP-