分子生物学复习终结版.doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上1 绪论1.1 分子生物学的基本概念分子生物学-广义：在分子水平上研究生命现象，或用分子的术语描述生物现象的学科。 狭义：核酸与蛋白质水平上研究基因的复制，基因的表达（包括RNA转录、蛋白质翻译），基因表达的调控以及基因的突变与交换的分子机制。序列假说：核酸片段的特异性，完全由其碱基序列决定，而且这种序列是一种蛋白质氨基酸的密码中心法则：DNA的遗传信息经RNA一旦进入蛋白质，也就不可能再行输出。三大原则：、构成生物大分子的单体是相同的； 、生物大分子单体的排列决定了不同生物性状的差异和个体特征； 、所有生物遗传信息表达的中心法则是相同的分子生物学是研究细胞内大分子的

2、结构、功能和相互作用特点和规律，并通过这些规律认识生命现象的一门科学。1.2 分子生物学的发展简史细胞学说：（1）以下3点是必修一上的内容：a细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所组成。b细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。c新细胞可以从老细胞中产生。（2）以下7点是百度到的内容：a.细胞是有机体，一切动植物都是由单细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成；b.所有细胞在结构和组成上基本相似；c.新细胞是由已存在的细胞分裂而来；d. 生物的疾病是因为其细胞机能失常；e. 细胞是生物体结构和功能的基本单位；f 生物体是通

3、过细胞的活动来反映其功能的；g. 细胞是一个相对独立的单位，既有他自己的生命，又对于其他细胞共同组成的整体的生命起作用。正向遗传学：在不知道基因化学本质的前提下，仅依靠表型突变体在世代间的传递规律来研究基因的特征和染色体上的位置，描述基因突变和染色体的改变，分析它们对生物形态和生理特征所产生的效应。反向遗传学：通过转基因办法来确定某一基因的功能。George Beadle和Edward Tatum提出“一个基因一个酶”假说Avery围绕肺炎链球菌的成就第一个动摇了“基因是蛋白质”的理念，为“DNA是遗传物质”的理论建立奠定了基础Chargaff 法则：A+C=T+GNirenberg在一周内破

4、解了第一个遗传密码：UUU苯丙氨酸Jacob和Monod发现乳糖操纵子模型Pardee，Jacob，Monod命名的“Pa-Ja-Mo”实验结果证明：基因通过一种RNA严格地控制着蛋白质的合成。这种RNA被命名为“信使RNA”操纵子模型：几个结构基因可以同时被一个调节基因控制，并组合在一起形成“操纵子”的结构，它们从“启动子”的序列开始转录成一条单一的mRNA分子。操纵子模型将基因划分为调控基因和结构基因利用限制性内切酶EcoR1和连接酶获得了一个既含SV40的原癌基因，又含有噬菌体DNA片段的人工重组DNA分子。科学史将这一工作标志为“遗传工程”的开始。Mullis多聚酶链反应（PCR）技术

5、。定义PCR是一项“晚熟”的技术，定义PCR是一项“简单”的技术。从嗜热水生菌（Taq）中成功提取的耐热性的DNA聚合酶。1.3 现代分子生物学的发展将具有内含子与外显子相间阁排列的基因定义为“间隔基因”和“断裂基因”。“断裂基因”被誉为一次“小革命”。1997-朊蛋白的发现与遗传机制；2001-细胞周期的调控；2002-细胞程序性死亡的机制的揭示；2005人类幽门螺旋杆菌的发现与功能证实；2006-细胞内RNA干涉现象的发现与应用。分子细胞生物学、分子遗传学、分子病理学、分子免疫学、分子神经生物学等“分子化”的生物学学科形成。2 基因概念的演变与发展2.1早期的“基因”概念1融合遗传理论：这

6、一理论认为，父本精液与母本胚胎中的体液融合后，传递给后代并控制子代个体的性状表现。21809年jean-baptiste de lamaarck 提出“获得性遗传理论”31866年 chaeles robert darwin 提出“泛生论”4weismann.是第一个通过切除尾巴实验的证据否定了“泛生论”假说的科学家。并于1885年提出了著名的遗传物质的“种质论”。 Weismann认为多细胞生物可分为“体质”和“种质”。2.2经典的基因概念1孟德尔提出了遗传因子，1909年丹麦遗传学家johannsen创造了基因“gene”单词来表达孟德尔的“遗传因子”2经典的基因概念：即基因是孤立的排列在

7、染色体上的实体（不再是代表某种性状的抽象符号A a B b.）是具有特定功能。能独立发生突变和遗传交换的“三位一体”的、最小的遗传单位。3基因具有剂量效应，位置效应。4基因（也即顺反子）是染色体上的一个片段，在一个顺反子内有若干个交换单位，最小的交换单位被称为交换子。最小的突变单位被称为突变子，5在同一基因座位中，同一突变位点向不同方向发生突变所形成的等位基因称为全同等位基因，在同一基因座位中，不同突变位点发生突变所形成的等位基因称为非全同等位基因，6人类kuru病和牛海绵状脑炎（疯牛病）的传染性病原蛋白颗粒。阮病毒的繁殖是将自身PrPcs蛋白（Mr2700030000）结构信息通过与正常膜蛋

8、白PrPc（Mr3300035000）结合，在分子伴侣的辅助下，传递给PrPc并将其转化为PrPcs的过程。Piusiner不仅因此获得了1997年的诺贝尔奖，而且也结束了蛋白质是否是遗传物质的争论。2.3基因的分子结构1、RNA与DNA在结构上的差异主要表现在：（1）核苷中德核糖为2位非脱氧OH基。（2）碱基中没有胸腺嘧啶T只有尿嘧啶U（3）RNA分子多为单链分子（4）RNA分子化学稳定性较差，易发生降解（5）在以DNA分子为主要遗传物质的生物中，DNA分子链长，数目少，RNA分子链短，数目多，2、DNA双螺旋结构的模型，揭示了DNA分子是由两条反向平行的多多聚核苷酸链组成，磷酸骨架主链位于

9、螺旋的外缘，A/T,G/C以氢键方式连接形成的碱基对堆积在螺旋内部，向右盘旋的B-双螺旋棒状实体。其主要结构特征如下： 1脱氧核苷酸之间是通过3，5-膦酸二酯键将脱氧核糖5位和3位连接，形成螺旋体的磷酸骨架。 2多聚核苷酸链间形成氢键的前提是具有为共价键束缚的氢原子和受体原子，并能满足碱基之间按氢键互补配对的方式，形成直径2.0nm的螺旋体。 3.双螺旋中任一条核苷酸链绕纵轴旋转360所升降的螺距为3.4nm。其中包含有10个碱基对，每对碱基对之间相距0.34nm,相对于螺旋纵轴上升或下降了36。 4.由于从螺旋轴心到两条磷酸骨架主链所划分的两个扇形不等，一个大于180，一个小于180，形成大

10、沟，小沟。大沟往往是基因表达调控的重要位点。3、影响双螺旋结构稳定的因素 （1）氢键；（2）磷酸酯键；（3）电荷；（4）碱基堆积力（5）碱基对之间的挤压、抵御可以使DNA分子的内能增加，破坏稳定。4、DNA分子的两条核苷酸链是由碱基对之间氢键连接的，当天然DNA的溶液被加热或受到极端pH溶剂、尿素、酰胺等某些有机试剂的处理后，碱基对之间的氢键会发生断裂，或氢键的形成关系发生改变，或碱基间的堆积力受到破坏，两条核苷酸链便逐渐彼此分离，形成无规则的线团，这一过程成为变性5、已发生变性的DNA溶液在逐渐降温的条件下，两条核苷酸链的配对碱基间又重新形成氢键，恢复到天然DNA的双螺旋结构，这一过程称为复

11、性6、碱基中的嘌呤环和嘧啶环对260nm的紫外线具有强烈的吸收特征值。7、当在进行DNA热变性研究时，这种随温度升高单链状态的DNA分子不断增加而表现出A260值递增的效应被定义为碱基的增色效应或DNA的减色效应。8、.Tm值：通过对不同DNA分子变性S曲线的分析，将增色效应达到最大值一半的温度定义为该DNA分子的变性温度或Tm值9、影响DNA分子热变性Tm值的主要因素 （1）DNA分子的碱基组成：G+C含量越高的DNA分子，Tm值也越大；（2）DNA分子的碱基排列；（3）DNA片段的大小；（4）变性剂的影响；（5）盐浓度：Na+浓度越高，DNA分子的稳定性越高，Tm值越大；（6）pH。10、

12、影响DNA分子复性的因素 （1）Na+浓度；（2） 温度；（3）长度；（4）浓度；（5）核苷酸的排列或核苷酸序列的复杂性2.4核酸分子的空间结构1、DNA分子二级结构的形态：线型（L型），环型（C型），分支型（B型），叉型（Y型），置换型（D型），发夹型（H型），纽结型（K型），环突型（R型）。2、三股螺旋DNA分子的种类：（1）分子内的三股螺旋DNA（2）分子间的三股螺旋DNA（3）平行三股螺旋DNA。3、 三股螺旋DNA分子的结构特点：第三条链上的核苷酸与WatsonCrick碱基对之间的连接氢键被称为Hoogsteen氢键4、三股螺旋的生物学意义：阻止调节蛋白的结合，从而关闭基因的表达。

13、是基因表达调控的机制之一也是RNA分子参与表观遗传调节的机制之一。可以作为分子刀实施DNA的定点切割。5、四股螺旋由4条核苷酸链组成。其功能为：起到稳定染色体结构，避免线状染色体DNA在复制过程中出现的5端短缩的重要生物学意义。6、.转座子的遗传效应：（1）诱变效应 （2）切除效应 （3）双转座效应 （4）位置效应（5）转座爆炸7、转座因子的应用：利用转座子的插入突变效应，研究基因的结构和功能区；利用转座子分离克隆基因；利用转座子进行插入突变位点的扩增，利用Tn进行基因定位；利用IR作为基因转移载体等。特别是生物学进入后基因组时代，利用转座子构建大型突变体库，为反向遗传学研究，功能基因的克隆与

14、功能研究提供了重要的技术平台8、假基因：指具有与功能基因相似的序列，但不能翻译有功能蛋白质的无功能基因。往往存在于真核生物的多基因家族中。9、.假基因的分类：（1）功能基因累积突变型 （2）加工假基因2.4.3 DNA的三级结构1、溴化乙锭：具有扁平分子结构，分子可以插入到DNA中，在紫外线的激发下，可以产生红光，因此拓扑异构酶成为分子生物学研究中常用的DNA燃料。2、原核生物中的拓扑异构酶主要有两种，拓扑异构酶是由TopA基因编码的单聚体蛋白，异构酶是由gyrA，graB两个基因编码的，亚基构建的异源四聚体蛋白。拓扑异构酶在原核生物中称为酶，在真核生物中称为切缝酶，当拓扑酶对单链DNA作用一

15、次，使L增加1，W也增加1，即消除一个DNA负超螺旋。拓扑异构酶在原核生物中称为螺旋酶或旋转酶。拓扑酶每作用一次，使双链DNA的L减少2，从而引入两个负超螺旋。2.5基因概念的多样性2.5.1生物进化的C值矛盾1、大C值：分子生物学将某生物单倍体基因组DNA的核苷酸数定义为大C值。2、小c值：将受中心法则限定，编码结构基因DNA的核苷酸数定义为小c值。3、C值矛盾：生物基因组的大小同生物在进化上所处地位的高低没有绝对的相关性，这种现象称为C值矛盾。体现为：C值不随生物的进化程度和复杂性而增加,如肺鱼的C值为112.2G，而人的是3.2G，与牛相近。 亲缘关系密切的生物C值相差甚大，如豌豆为14

16、，而蚕豆为2。高等真核生物具有比用于表达高得多的C值，如人的染色体组DNA含量在理论上包含300万个基因，但实际有用途的基因只有4万左右。2.5.3.3重复序列的种类1、重复序列的DNA可人为的划分为中度重复序列和高度重复序列。 中度重复序列：将每一重复单位的序列长度为0.1 1kb，每一基因组有1010000拷贝，C0t（1/2）值为0.0010.1的组分划归为中度重复序列。真核生物中的rDNA,tDNA及组蛋白基因均属于中度重复基因。Alu序列家族是灵长类动物特有的一种成员众多，功能还不十分明了的中度重复序列。 高度重复序列：将每一重复单位的序列长度为2 10bp，每一基因组有105106

17、拷贝，C0t（1/2）值小于0.001的组分划归为高度重复序列。2.5.3.4重复序列的形成1、重复序列形成的原因：滚环扩增突变：推测中度重复序列rDNA通过滚环方式不断形成串联重复的拷贝，随后插入到基因组的DNA分子中，并在进化中发生突变，形成重复家族中的相似成员。反转座插入：类似于Alu家族形成的机制一样，转录的RNA分子经反转录形成cDNA，再以转座子转座方式插入到基因组内，形成序列的重复。跳跃复制不对称交换2.5.4.1间隔基因的发现与证实1、hnRNA：间隔基因的转录产物mRNA是一条具有外显子和内涵字的前体mRNA，也称核内不均一RNA（hnRNA）。2、R环：R环是间隔基因的典型

18、结构特征。即当一条RNA分子与其双链DNA分子中的一条互补链配对，同时将另一条DNA链排除而形成的环状结构被称为R环。2.5.4.2间隔基因存在的普遍性1、断裂基因的概念：也具有相对性:内含子并非“含而不露”，比如酵母细胞色素b的基因的内含子也编码一个成熟酶。”外显子并非“表里如一”，人类尿激酶原基因外显子不编码氨基酸序列。并非真核生物所有的结构基因均为断裂基因，如Histone基因家族、Interfaron基因和酵母中多数基因。2.5.4.4间隔基因在进化中的意义1、间隔基因在进化中的意义？有利于生物遗传的相对稳定增加变异概率，有利于生物的进化扩大生物体的遗传信息储量利用内含子进行代谢调节（

19、P65 274图）2.5.5跳跃基因或转座子1、将一个特定遗传结构的片段从一个位点转移到另一个位点的过程。所以也将这个能发生转座的独立遗传结构单位称为“跳跃基因”。2、可以转座的遗传单位称为“可转座的因子”或“转座子”。转座子是基因组上可以移动的一段DNA序列3、一个转座子从基因组的一个位置转移到另一个位置的过程称为转座。4、原核生物的转座子有：插入序列（IS）、转座因子A家族(InA)、复合型转座子、转座噬菌体，它们多为复制型转座子。5、真核生物的转座子分为剪贴式转座因子和反转录转座子。3 DNA的复制3.1 DNA复制的基本特征3.1.1 DNA的半保留复制DNA的半保留复制：DNA复制过

20、程中亲代DNA的双链分子彼此分离，作为模板，按A T配对，C G配对的原则，合成两条新生子链，这种方式为半保留复制。3.1.2 DNA复制按53延伸方向1、DNA聚合酶I、DNA聚合酶II、DNA聚合酶III的作用DNA聚合酶：有5 3聚合酶活性、有3 5外切核酸酶活性、有5 3外切核酸酶活性、有内切核酸酶活性、有切刻转移活性，是单链多肽，可催化单链或双链DNA 的延长。1.能催化单个脱氧核糖核苷酸连接到DNA链的3端.2.能沿5端到3端方向外切DNA，切除修复作用(切除引物)3.能沿3端到5端方向外切DNA，校对作用(纠错,或者说DNA损伤的恢复)。DNA聚合酶：有5 3聚合酶活性、有3 5

21、外切核酸酶活性，与低分子链的延长有关。1.发挥作用需要镁离子和铵根离子存在2.同样能参与DNA聚合酶1参与的反应,但聚合活性低3.能沿3端到5端方向外切DNADNA聚合酶：DNA复制的主要聚合酶，有5 3聚合酶活性、有3 5外切核酸酶活性、有5 3外切核酸酶活性，在细胞中存在的数目不多，是促进DNA链延长的主要酶。1.主要负责DNA链的延伸2.能沿3端到5端方向外切DNA2、为什么DNA复制的方向为53？（见作业本）3.1.4 DNA复制的起点、方向oriC区（复制起点区）具有富含AT和回文对称的序列，这种特殊的结构与复制起点区易于解链以发动DNA复制（形成“呼吸现象”）和促进聚合酶与DNA结

22、合的功能是高度统一的。大多数原核生物DNA复制是一个起点，双方向进行的。真核生物DNA复制也是双方向进行的，但在一条染色体上有多个复制起点，即表现为多复制子。3.1.5 DNA复制的引物DNA复制的引物：DNA复制的起始必须先期合成一段引物分子，研究表明无论是原核生物还是真核生物，大多数的引物分子是一段长度不等的，一般为10个核苷酸左右的RNA分子。引发酶，引发体：在E.coli中合成冈崎片段引物分子的RNA聚合酶由dnaG基因编码，这种RNA聚合酶也称为引发酶。在DNA复制过程中，引发酶往往与其他相关酶类结合在一起形成引发体。引物分子为DNA聚合酶III合成DNA分子提供了启动聚合的3-OH

23、末端。无论是前导链还是后随链的引物均为RNA分子，当DNA复制完成后，必须将RNA引物分子讲解。klenow片段：相对分子质量为103103的DNA聚合酶I经枯草杆菌蛋白酶处理后，C端形成相对分子质量为68103的大片段，N端形成相对分子质量为35103的小片段，大片段具有从5向3方向的聚合DNA功能和从3向5的外切校正功能，但效率较低，也称为klenow片段。小片段具有从5向3方向的外切核酸酶功能。3.1.7 DNA复制的模式3.1.7.1 新起始方式或复制叉式过程：（适用原核与真核生物）DNA复制的新起始方式是环状和线状DNA复制的主要方式，其主要特点是：每次复制的起始均从一个固定复制起点

24、开始，转录激活作用使双链DNA开链，启动前导链的连续复制并在两个方向形成复制叉，后随链按不连续方式合成冈崎片段。在完成一个周期的复制后，下一轮的复制又会从起始原点开始发动新一轮的复制。环状DNA半保留复制的方式也称为型复制。真核生物线状DNA含有多个复制子（从起点到终点的独立的复制单位）每一个复制子的每一轮复制也均是从一个起始原点开始，两个复制叉分别向两边展开，所以真核生物的复制也属这一类型。3.1.7.2 滚环方式或共价延伸方式过程：（病毒、细菌因子）1、滚环复制的起始点是在RF型DNA分子的正链（+）上形成一个 切口，当有3末端外露，5末端游离后以另一个单环负链（）为模板开始启动新生正链的

25、前导链合成，游离的5端按冈崎片段方式启动后随链的合成。新生正链与亲本正链总是连接在一起。2、随着模板链的滚动，新生正链不断在3末端延伸，因为也称这种方式为共价延伸方式，当其完全游离出亲兵单环负链后，它自身又作为模板链按不连续方式合成冈崎片段。实际上以亲本负链为模板滚动复制的新生正链在游离出滚环后，会立即作为正链模板合成新生负链。经过多轮的滚动，合成出的双链DNA分子式多个基因组串联在一起形成的多联体，后经切割才形成单体分子。（图3-20 P105）由于滚环复制的DNA图形看似“”，所以有时又称为型复制。3、滚环复制前导链的启动不需要引物，也不需要转录激活，直接在3OH端切口上启动复制。整个复制

26、过程中只有一个复制叉，也称为单向复制。噬菌体和真核生物的rDNA的扩增也是采用这种滚环复制的方式。3.1.7.3 置换式或D环方式过程：（线粒体和叶绿体DNA的复制方式）共生学说理论认为真核生物线粒体源于原核生物，其DNA也是环形的，但其复制却采用“置换式”进行。线粒体双链DNA分子中有两个复制起始原点，分别位于两条极性单链上，而且相距较远。复制启动时，在转录激活作用下，首先在重链（H链）的复制原点处形成复制泡，从5向3的方向，单方向启动并连续地复制前导链（新生轻链，L链），同时将另一条亲代轻链排除或置换，形成三链泡状的D环结构。当前导链复制到达第二个复制原点处时，以亲代轻链为模板，按相反的方

27、向连续地复制后随链（新生重链，H链）。最后合成出两个环状DNA分子（图3-21 P106）。3.1.8 DNA复制体的结构与复制的回环模型复制体：DNA的复制是由多种酶类共同参与的一个复杂的酶促反应过程，而且包括DNA聚合酶，DNA聚合酶，引物的引发酶，DNA解旋酶，单链结合蛋白，连接酶等在体内的如此众多的酶分子均集中在复制叉处组成一个复合体协同互作，共同完成DNA分子的复制过程，这种复合体称为复制体。3.1.9 线形DNA复制避免5端短缩的方式腺病毒-2如何保持末端不短缩？（见作业本）3.2 真核生物DNA复制的特点3.2.3 真核生物避免5短缩的机制3.2.3.1 真核生物染色体末端的特异

28、结构端粒端粒：以线性DNA线性染色体存在的真核基因组DNA末端都有一种特殊的结构叫端粒，它的结构是G4T2，仅存在于真核细胞染色体的末端。端粒酶：一种反转录酶，由蛋白质和RNA两部分组成核糖蛋白复合体，其中RNA是一段模板序列，指导合成端粒DNA的重复序列片段。3.2.3.2 真核生物的端粒酶与避免5端短缩的机制真核生物染色体DNA复制过程避免5端短缩的机制（见作业本）4 RNA的转录转录：是DNA遗传信息的表达的第一步，它是在RNA聚合酶的作用下，以双链DNA中的一条单链作为转录的模版，按A-U和C-G配对原则合成RNA的过程。RNA的转录包括起始，延伸，终止3个过程。转录单位：从启动子到终

29、止子的序列称为转录单位。原核生物中的转录单位多为多顺反子，真核生物中的转录单位为单顺反子。核内不均一RNA：间隔基因的转录产物mRNA是一条具有外显子和内含子的前体mRNA称为核内不均一RNA，前体mRNA必须将内含子剪除并将外显子连接才能成为翻译模版的成熟mRNA。小分子RNA：存在于真核生物和中，在RNA加工过程中需要多种蛋白质因子和小分子RNA的参与。小分子RNA通常与蛋白质组成复合物, 在细胞的生命活动中起重要的作用, 某些snRNPs和剪接作用密切相关。4.1转录的基本概念模板链：双链DNA转录时，只以其中一条链为模板，这条链与转录产物RNA互补，且其极性方向是35，是不编码氨基酸的

30、排列顺序的链。有义链也称编码链：与转录物非互补的DNA链称为有义链，也称为编码链，有义链DNA的极性方向与RNA链相同，均为5-3，而且RNA链上的核苷酸序列与模板链DNA相同。不对称转录：转录只以DNA的一条链为模版，这意味着转录是不对称的，不对称转录有两重含义：一是指双链DNA只有一股单链用作模板，二是指同一单链上可以交错出现模板链和编码链。RNA转录时，一个转录子内是只转录一条链的DNA上的信息，表现为不对称转录。4.2转录的起始启动子：是指DNA分子上被RNA聚合酶、转录调节因子等识别并结合形成起始转录复合物的区域 ，它还包括一些调节蛋白因子的结合位点。启动子是控制转录的起始序列，它决

31、定着某一基因转录的起始位点、表达的强度等。与RNA酶亲和力高的起始频率和效率均较高被定义为强启动子。远上游序列：主要有增强子、沉默子，这类特殊的顺式元件不直接与RNA酶发生互作，它们通过与其他蛋白质结合后，激活或阻止RNA酶对结构基因的启动，它们负责对特殊基因的诱导表达。原核启动子-10和-35的保守序列：-35区Sextama盒 -10区Pribnow盒TTGAC-1520bp- TATAAT-58bp-起始位点真核生物的启动子：三种RNA聚合酶对应三种启动子RNA聚合酶的启动子由核心启动子和在起点5上游100bp左右的控制区域两部分组成。负责转录rRNA，其rDNA只有一种启动子。RNA聚

32、合酶负责转录结构基因mRNA及部分snRNA启动子基本元件包括：启动子上游元件：GC岛 CAAC/T盒核心启动子：TATA盒（-30）、帽子位点（+1）RNA聚合酶负责转录包括tDNA在内的多编码小RNA的基因。启动子分为分为三类，其中型启动子用于scRNA的基因转录。4.2.3 RNA聚合酶原核生物的RNA聚合酶的组成等详见作业本：原核生物RNA转录的过程： RNA的转录合成类似于DNA的复制，都以DNA为模板；以聚合酶催化核苷酸之间生成磷酸二酯键；都从5至3方向延伸成多聚核苷酸；都遵从碱基配对规律。但由于复制与转录的目的不同，转录又具有自己的特点。RNA的转录过程大体可分为起始、延长、终止

33、三个阶段。原核生物的转录过程，除延长阶段与真核生物相似外，起始和终止过程都与真核生物有较多的不同。（一）原核转录开始：RNA聚合酶全酶借因子作用，识别结合于转录单位启动子，覆盖75-80bpDNA区段，包含-35bp的识别部位，RNA聚合酶与DNA结合较松弛，聚合酶沿DNA滑动，与-10区结合更为牢固，在接近转录起始点时聚合酶与DNA模板形成稳定复合物。同时全酶结合的DNA在小范围构象改变，双链打开，暴露模板序列，根据碱基互补的原则，相应的原料NTP按照DNA模板序列而依次进入。RNA合成不需引物，在RNA聚合酶的催化下，起始点上相邻排列的头两个NTP以3，5-磷酸二酯键相连，第一个核苷酸多为

34、鸟嘌呤核苷酸。转录起始阶段生成的5ppp-GpNOH末端，转录延长时在mRNA分子中一直保留至转录完成。随着新生RNA链延伸到810个碱基后因子即从起始复合物上脱落，剩下的核心酶继续沿DNA链向下游移行，进入延长阶段。脱落下的因子可以再次与核心酶结合而循环使用。 （二）原核生物的转录延长：转录起始复合物形成后，s亚基即脱落。由于s亚基的离去，使复合体中核心酶的构象发生改变，与DNA模板的结合变得松散，有利于RNA聚合酶沿DNA链的3 5方向迅速向前移行，每移行一步都与一分子三磷酸核苷生成一个新的磷酸二酯键，使合成的RNA链按照5 3方向不断延伸。在转录延伸过程中，要求DNA双螺旋小片段解链，暴

35、露长度约为17bp的单链模板由RNA聚合酶核心酶、DNA模板和转录产物RNA三者结合成转录泡，也称为转录复合物。随RNA聚合酶前移，后面的DNA又回复双螺旋结构。原核生物正延伸的mRNA链虽未完成转录，该链已经结合上核蛋白体开始翻译蛋白质，使转录和翻译都以高效率进行。（三） 原核生物的转录终止：原核生物的转录终止有两种形式，一种是依赖 (Rho)因子的终止，一种是不依赖因子的终止。原核生物DNA没有共有的终止序列，而是转录产物序列指导终止过程。转录终止信号存在于RNA产物3端而不是在DNA模板。4.2.4.5增强子的结构与作用机制 增强子：是真核生物中远距离的正调控位点，增强子通常包含组成型元

36、件和可调节元件。增强子可以从非常远的距离使它的靶基因转录活性增加达1000倍。增强子的作用不依赖方向和位置，它是通过使内部DNA成环突出而实现与基本转录装置相互作用。增强子可以包含有功能的成簇的结合位群点，称为增强子元。增强子具有组织和细胞的特异性，既表达需要特异的蛋白因子的作用。增强子由两个以上的增强子成分组成。 增强子与启动子的区别在于：1、增强子可以从非常远的距离使它的靶基因转录活性增加达1000倍。2、启动子只能在一个方向对邻近位置的下游基因进行转录发动，增强子的作用不依赖方向和位置，它是通过使内部DNA成环突出而实现与基本转录装置相互作用。3、增强子可以包含有功能的成簇的结合位群点，

37、称为增强子元。4、增强子具有组织和细胞的特异性，既表达需要特异的蛋白因子的作用。 一个活性的增强子能与较多数量的野生型反式因子的功能结构域结合，这种现象称为增强子元件冗余。 绝缘子：是一段具有转化染色质结构的区域，它能阻断增强子或沉默子对靶基因/启动子的增强或失活作用效应。它有两种重要功能：1、当一个绝缘子位于增强子与启动子之间时，可消除增强子对启动子增强表达效应。2、当一个绝缘子位于沉默子与启动子之间时，可阻断沉默子对下游靶基因的失活效应。4.2.4.7 顺式元件与反式因子互作通用原则及方式 顺式元件：DNA、RNA或者蛋白质中的一些特殊的核酸或氨基酸残基序列，只作用于与其连接在一起的靶，而

38、不作用于不与其相连的靶。 反式因子：起反式作用的调控元件，通过直接结合或间接作用于DNA、RNA等核酸分子，对基因表达发挥不同调节作用(激活或抑制)的各类蛋白质因子。其本身对基因表达没有调控作用，只是阻断来自上、下游的调控效应。 反式因子能以以下几种常见的模体与DNA结合：1、螺旋-转角-螺旋 2、锌指 3、碱性域或亮氨酸拉链 4、反平行-折叠4.4转录过程的终止 终止子：转录过程中能够终止RNA聚合酶转录的DNA序列，使RNA合成终止。在大肠杆菌中有依赖于或不依赖于的两类终止子依赖于因子的终止子和不依赖于因子的终止子如何终止转录：见作业本第四章45RNA的加工4.5.1加工的概念RNA加工：

39、真核生物新合成的前体RNA分子所经历的结构和化学方面的修饰与成熟过程。这一过程可以贯穿整个转录过程。真核生物的前体mRNA所进行的加工反应，包括5末端的加帽，3末端的多聚腺苷化（加尾），内含子的剪接，编辑修饰和内部腺嘌呤甲基化。核内不均一RNA：真核生物的结构基因多为断裂基因，其初始的转录产物即前体RNA是长短不一，且序列的复杂程度很高，称为核内不均一RNA。它在核中不是以裸露的核酸形式存在，而是与很多高丰度蛋白缔合形成不均一的核糖核酸蛋白体。所有的tRNA都需要经过加工。真核生物除了大亚基5S rRNA外，其他rRNA都需要经过加工。4.5.2加工的目的加工的目的：（1）RNA的加工造就了R

40、NA的多样性；（2）RNA的加工与RNA的转录有关，可以增加RNA的稳定性。4.5.3加工的过程4.5.3.1RNA的5端戴帽5端帽子结构：分为三种类型：Cap-0（m7GppXpYp）；Cap-（m7GpppXmpYp）；Cap-（m7GpppXmpYmp）其分布为：（1）单细胞真核生物只有 Cap0；（2） Cap1 是其余真核生物的主要帽子形式；（3）Cap2 存在于某些真核生物中。5帽子的功能：见第4章作业。4.5.3.2RNA3端的多聚腺苷化3多聚腺苷化（poly（A）的意义：（1） 可能与核质转运有关（2） 稳定mRNA，与mRNA的寿命有关 （3） 影响翻译效率a、 缺失可抑制体

41、外翻译的起始；b、 胚胎发育中，poly(A) 对其mRNA的翻译有影响（非poly(A) 化的为储藏形式）；c、含有poly(A)的mRNA 失去poly(A)，可减弱mRNA的翻译。（4）在分子实验中，可用于从总体RNA中分离纯化mRNA，可反转录合成 cDNA（5）与转录偶联既能促进转录终止，也能防止mRNA“早熟”。（6）参与新生的RNA从DNA/RNA/RNA聚合酶三联体复合物中的释放。（7）参与前体的3末端内含子的除去。4.5.3.3RNA的剪接型内含子的结构与剪接机制：见第4章作业。表格 不同类型内含子的分布和剪接形式内含子类型内含子分布剪接方式核pre-mRNA内含子（型内含子

42、）真核两步转酯反应，自由羟基的起始供体由内部分支位点腺嘌呤提供，形成套索结构的中间体。需要UsnRNA参与装配剪接体型内含子某些酵母线粒体rRNA，某些原核基因组，极少数单细胞真核生物核基因组有保守的二级结构，鸟嘌呤核苷酸辅因子是自由羟基供体，由RNA核酶实现自我催化剪接型内含子核U5snRNA，叶绿体RNA有保守的二级结构，内部腺嘌呤是自由羟基供体，形成套索结构的内含子中间体。实现自我催化剪接细胞核tRNA内含子剪接机制类似于tRNA成熟过程，涉及剪切后的连接。没有中间体形成，内含子以线性片段切除。需要几种反式作用的加工酶顺式剪接：将一个mRNA前体中的各个内含子切除，并将相互邻近的各个外显

43、子加以连接，形成成熟的mRNA的过程。在这个过程中，各个外显子都来自同一基因。反式剪接：发生在两个RNA分子之间的剪接，将两条不同的mRNA的外显子连接在一起，形成成熟的mRNA。被剪接的外显子来源于不同的基因，甚至不同的染色体，比如锥虫mRNA的5端有相同的35nt的序列。选择性剪接：同一前体mRNA中的外显子通过不同组合形成不同的成熟mRNA分子。即从一个mRNA前体中通过不同的剪接方式产生不同的mRNA剪接异构体的过程。最终的蛋白产物会表现出不同的功能和结构特性，呈现不同的表型。4.5.3.5RNA编辑RNA编辑的概念和意义：见第4章作业。RNA编辑的几种机制：（1）碱基替换编辑；（2）

44、碱基插入编辑；（3）以向导RNA为模板的插入编辑，即RNA编辑所需要的信息或者来自向导RNA，或者来自被编辑RNA自身（帮助酶识别编辑位点）。向导RNA：引导RNA编辑的RNA分子,长度大约是6080个核苷酸,是由单独的基因转录的,具有3寡聚U的尾巴,中间有一段与被编辑mRNA精确互补的序列,5端是一个锚定序列,它同非编辑的mRNA序列互补。在编辑时,形成一个编辑体，以向导RNA内部的序列作为模板进行转录物的校正,同时产生编辑的mRNA。RNA编辑的类型：（1）碱基的插入与删除；（2）碱基改变5 蛋白质的翻译5.1蛋白质合成的装备5.1.1mRNA的结构和功能信使RNA具有两个必需特征:一段可

45、翻译的密码序列（开放阅读框ORF） 一个核糖体结合位点（RBS）在原核细胞中，一个转录物包括多个顺反子，每个顺反子可翻译出一个独立的多肽链。每个顺反子相当一个真核mRNA，原核mRNA位点含有保守序列5-AGGAGGU-3-,位于起始密码子上游310个核苷酸处。在真核细胞中一个转录物只有一个顺反子，包括多个编码区和非编码区。其中将外显子隔开的非编码区域称为内含子。经过转录和转录后加工，成熟mRNA含有可连续阅读的编码区。5.1.2tRNA的结构与功能除了少数例外，所有的TRNA分子都有三叶草式的二级结构。P181图5-6原核核糖体称为70S核糖体。小亚基称为30S核糖体，包含21种不同的蛋白质

46、被称为S1S21和16S rRNA。大亚基称为50S核糖体，由34种蛋白质和23S及5 S rRNA组成。真核核糖体为80S核糖体，其中40S小亚基包含33种蛋白质和18S rRNA。60S大亚基包含50种蛋白质和3种rRNA（28S，5.8S,5S）.5.1.3rRNA与核糖体的结构与功能核糖体的活性位点及其功能 小亚基与mRNA的结合位点。可防止mRNA链内碱基对的形成。 大亚基与氨基酰TRNA结合的位点A。A位点内mRNA表面只对特定的aa-tRNA表现出特异性，且A位点结合aa-tRNA要求在P位点上必须有肽酰tRNA存在。 在肽链延长过程大亚基与肽链结合的位点P。肽酰tRNA位点，能够与起始的tRNA相结合，且P位点会影响A位点活性。 空载tRNA离开核糖体的出口位点E。E位点包括两个，E1为脱氨基tRNA离开核糖体提供出口，对蛋白质合成的准确性起重要作用。E2为多肽离开核糖体提供出口。 大亚基的肽基转移酶结构域。提供肽键形成的催化活性。 延伸因子-氨基酰-TRNA-GTP复合体进入核糖体位点 肽键转位因子结合位点 核糖体大亚基与5S rRNA结合位点，与tRNA