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1、第一章 绪论1、两个经典实验证明遗传物质是DNA而不是蛋白质（1）肺炎球菌在小鼠体染色体与DNA构成DNA和RNA分子的五种含氮碱基的结构式： 第一节 染色体1、真核细胞的染色体具有如下性质：分子结构相对稳定；能够自我复制，使亲子代保持连续性；能指导蛋白质的合成，从而控制生命过程；能产生可遗传的变异。 2、染色体上的蛋白质包括组蛋白和非组蛋白。组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNA组成核小体。组蛋白分为H1、H2A、H2B、H3、H4 。组蛋白：histones真和生物体细胞染色质中的碱性蛋白质含精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸特别多，二者加起来约为所有氨基酸残基的四分之一。 3、组蛋白的一般特性：1
2、进化上的极端保守：不同种生物组蛋白的氨基酸组成是十分相似的，特别是H3、H4 可能对稳定真核生物的染色体结构起重要作用。2无组织特异性 3肽链上氨基酸分布的不对称性 4存在较普遍的修饰作用 5富含赖氨酸的组蛋白H5 4、非组蛋白：主要包括与复制和转录有关的酶类、与细胞分裂有关的蛋白等。 5、真核生物基因组DNA：真核细胞基因组的最大特点是它含有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能DNA所隔开。人们把一种生物单倍体基因组DNA的总值称为C值。在真核生物中C值一般是随生物进化而增加的，高等生物的C值一般大于低等生物，但某些两栖类的C值甚至比哺乳类还大，这就是著名的“C值反常
3、现象”。 6、真核细胞DNA序列可分为三类：1不重复序列：在单倍体基因组里，一般只有一个或几个拷贝，占DNA总量的40%80%。结构基因基本上属于不重复序列。2中度重复序列：重复次数在10104之间，占DNA总量的10%40%，各种rRNA、tRNA以及某些结构基因（如组蛋白基因）都属于此类。3高度重复序列：如卫星DNA。只在真核生物中出现占基因组的10%60%，由1060个碱基组成，在DNA链上串联重复高达数百万次，这类DNA高度浓缩，是异染色质的组成部分，可能与染色体的稳定性有关。 7、染色质与核小体：染色质纤维细丝是由DNA和组蛋白构成，DNA和组蛋白构成核小体，核小体连成念珠状构成染色
4、质。1核小体的装配过程： 两分子的H3和两分子的H4先形成四聚体，然后由H2A和H2B构成的异二聚体在该四聚体的两侧分别结合而形成八聚体。长146bp的DNA按左手螺旋盘绕在八聚体上1.8圈，形成核小体的核心颗粒，每圈约80bp。核心颗粒两端的DNA各有11bp与H1结合，形成完整的核小体。核小体的形成是染色体压缩的第一个阶段。2染色体的压缩： DNA双链以左手螺旋盘绕在组蛋白形成的八聚体核心上即核小体-念珠状结构-核小体结构进一步盘绕折叠形成染色质丝-组成突环-玫瑰花结-螺线圈-由螺线圈组成染色单体。 8、真核生物基因组的特点:1真核基因组庞大，一般都远大于原核生物的基因组 2真核基因组存在
5、大量的重复序列 3真核基因组的大部分为非编码序列，占整个基因组序列的90%以上，该特点是真核生物与细菌和病毒之间最主要的区别4真核基因组的转录产物为单顺反子。 5真核基因是断裂基因，有内含子结构。 6真核基因组存在大量的顺式作用元件。包括启动子、增强子、沉默子等 7真核基因组中存在大量的DNA多态性。单核苷酸多态性和串联重复序列多态性。 8真核基因组具有端粒结构。 单顺反子：真核基因转录产物为单顺反子，即一条mRNA模板只含有一个翻译起始点和终止点，因而一个基因编码一条多肽链或RNA。在原核生物中，通常是几种不同的mRNA连在一起，相互之间由一条短的不编码蛋白质的间隔序列所隔开，这种mRNA叫
6、做多顺反子mRNA。这样的一条mRNA链含有指导合成几种蛋白质的遗传信息。 9、原核生物基因组：原核生物基因组很小，大多只有一条染色体，只有很少基因是以拷贝形式存在，且DNA含量很少。 10、原核生物基因组特点：1结构简练：原核DNA分子的绝大部分是用来编码蛋白质的只有很少的一部分不转录 2存在转录单元：原核生物DNA序列中功能相关的RNA和蛋白质基因，往往丛集在基因组的一个或几个特定部位，形成功能单元或转录单元，它们可被一起转录为含多个mRNA的分子，称为多顺反子mRNA。3有重叠基因：同一段DNA携带两种或两种以上不同蛋白质的编码基因。 第二节 DNA的结构1、DNA的一级结构：指DNA分
7、子中核苷酸的排列顺序。DNA一级结构特征：DNA分子是由两条互相平行的脱氧核苷酸链盘绕而成；DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排在连接数=双螺旋的盘绕数+超螺旋数拓扑异构酶I催化的反应结果是：超螺旋DNA在每一个切断结合反应中，使L数发生一种变化，增加一个连接数，减少一个负超螺旋。 第三节 DNA的复制1、半保留复制：DNA在复制过程中，碱基间的氢键首先断裂，双螺旋被分开，每条分子分别做模版合成新链，产生互补的两条链。每个子代DNA分子的一条链来自亲代DNA，另一条是新合成的。 2、半不连续复制：DNA在复制时，在一个复制叉上同时进行两个方向的DNA复制，一条链
8、的合成是连续的，另一条是不连续的先合成一系列的53的短片段，然后在DNA连接酶作用下连接成完整的DNA链 3、复制的起点、方向和速度复制时，双链DNA要解开成两股链分别进行；所以这个复制起点成叉子形式，被称为复制叉。DNA复制是从固定起点开始的。一般把生物的复制单位称为复制子。一个复制子只含有一个复制起点。通常细菌、病毒和线粒体DNA分子都是作为单个复制子完成复制的。而真核生物的基因组可以同时在多个复制起点上进行双向复制，即基因组中包含多个复制子。原核生物和真核生物的DNA复制主要是从固定起点双向等速复制方式进行。 4、几种主要的复制方式：(1)线性DNA双链的复制DNA聚合酶和RNA聚合酶都
9、只能从5端向3端移动，线性DNA在复制中，当RNA引物被切除后，留下5端的部分单链DNA，不能为DNA聚合酶所作用，使子链短于母链，因此，线性DNA复制子末端的复制需要下列特殊的机制：将线性复制子转变为环状或多聚分子；在DNA末端形成发夹结构；在末端蛋白的作用下启动复制 (2)环状DNA双链的复制：型、滚环型、D型 第四节 原核生物和真核生物DNA复制的特点1、原核生物DNA复制的特点：所有的DNA复制都是从一个固定的起点开始的，而目前所知的DNA聚合酶都只能延长DNA链而不能从头合成DNA链。DNA复制时，往往先由RNA聚合酶在DNA模版上合成一段RNA引物，再由DNA聚合酶从RNA引物3末
10、端开始合成新的DNA链。对于前导链，这个引发过程比较简单只要有一段RNA引物，DNA聚合酶就能以此为起点一直合成下去，但对于滞后链，这个引发过程就非常复杂，需要多种蛋白质和酶的协同作用还涉及到岗崎片段的形成和连接。滞后链的引发由引发体来完成。DNA解链酶：DNA解链酶能水解ATP获得能量来解开双链DNA。单链结合蛋白SSB：作用是保证被解链酶解开的单链在复制完成前能保持单链结构，它以四聚体形式存在于复制叉处，待单链复制完成后才离开。 2、真核生物DNA复制的特点真核生物每条染色体上可以有多个复制起点，而原核生物只有一个复制起点；真核生物的染色体在全部完成复制前，各个起点上的DNA不能再开始，而
11、在快速生长的原核生物中，复制起点可以连续开始新的DNA复制，表现为虽有一个复制单元，但却可有多个复制叉。3、DNA复制的调控原核细胞中DNA链延伸的速度几乎是恒定的，只是复制叉的数量不同。细胞内复制叉的多少决定了复制起始频率的高低。真核细胞DNA的生活周期可分为四个时期：G1、S、G2和M期。DNA复制只发生在S期。真核细胞中DNA复制有三个水平调控：1细胞生活周期水平调控：也称限制点调控，即决定细胞停留在G1期还是进入S期。 2染色体水平调控：决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在S期起始复制3复制子水平调控：决定复制的起始与否。 第五节 DNA的修复1、错配修复：一旦复制叉
12、通过复制起点，母链就会在开始DNA合成前的几秒至几分钟DNA的转座1、转座子：是存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位。插入序列是最简单的转座子，它不含任何宿主基因，它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成成分。 2、转座作用的遗传效应：1引起插入突变 2转座产生新的基因 3转座产生染色体畸变 4转座引起生物进化 练习题1、详述原核生物和真核生物DNA复制的异同。1遗传方式相同，2都需要多种酶和蛋白的参与，相同点：都是半保留复制都涉及到拓扑异3都是从固定的起始点以双向等速方式进行复制，构酶、解旋酶DNA聚合酶等多是在起始位4半不连续复制 点形成复制叉，向两个等速前进1真核生物每条染色体上
13、有多个复制起点，2真核生物不同点：原核生物只有一个复制起点的染色体在全部完成复制前，各个起点上的DNA不能再开始，而在快速生长的原核生物中，3复制起点可以连续开始新的DNA复制，表现为虽有一个复制单元，但却可有多个复制叉。4真核生物复制真核生物DNA的复制只能在分裂期进行，原核生物在整个细胞周期都能进行5真核生物复制叉移动速度慢 起点为自主复制序列2、原核生物和真核生物存在哪些类型的转座子？转座机理有哪些？原核生物的转座子包括：插入序列、类转座因子、复合转座子和TnA转座子家族。真核生物的转座子主要是转座子和反转录转座子两类。转座子的转座机制分为三种类型：复制型、非复制型、保守型。其共同特点是
14、要涉及靶位点的交错切割和修复性复制。反转录转座子是由RNA介导的模板转换来实现的。详解：(1)原核生物的转座子包含四类：1插入序列IS：两端有IR，只编码转座酶 2类转座因子：结构同IS，但不能独立存在，只作为复合子的两端组件 3复合转座子：两端由IS或类IS构成，带有某些抗药性基因或其他宿主基因，一旦形成复合式转座子IS序列就不能再单独移动，只能作为复合体移动。4TnA转座子家族：两端为IR，可编码转座酶、解离酶和抗性物质 （2）真核生物的转座子主要是转座子和反转录转座子两大类：1转座子：玉米生物信息的传递-从DNA到RNA第一节 RNA转录的基本过程1、RNA链的合成都包括以下几个特点：R
15、NA是按照5-3方向进行的；以DNA中的反义链为模版；在RNA聚合酶催化下；以四种三磷酸核苷为原料，根据碱基配对原则，各个核苷酸之间通过形成磷酸二酯键相连，不需要引物的参与，合成的RNA带有与DNA有意义链相同的序列。转录的基本过程包括：模版识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止。2、模版的识别：主要是RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。真核生物的RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区，所以，需要一些被称为转录调控因子的辅助蛋白质按特定的顺序结合在启动子上，RNA聚合酶才能与之结合并形成复杂的转录起始前复合物PIC，以保证有效的起始转录。3、起始转录：不需要引物。转
16、录的起始就是RNA链上第一个核苷酸键的产生。转录起始后直到形成9个核苷酸短链的过程是通过启动子阶段，此时RNA聚合酶一直处于启动子区，新生的RN链与DNA模版链的结合不够牢固，很容易从dna链上掉下来并导致转录重新开始。一旦RNA聚合酶成功的合成了9个以上核苷酸并离开启动子区，转录就进入正常的延伸阶段。一般来说，通过启动子的时间越短，该基因转录起始的频率也越高。4、转录的延伸：RNA聚合酶释放因子离开启动子后，核心酶沿模版DNA链移动并使新生RNA链不断延长的过程就是转录的延伸。5、转录的终止：当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚合酶不在形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA杂合物分离，转录泡
17、瓦解，DNA恢复成双链状态，而RNA聚合酶和RNA链都被从模版上释放出来，这就是转录的终止。 第二节 转录机器主要成分1、RNA聚合酶：1原核生物RNA聚合酶：在细菌中，一种RNA聚合酶几乎负责所有的mRNA、rRNA、tRNA的合成。大多数原核生物的RNA聚合酶的组成是相同的，大肠杆菌RNA聚合酶首先由2个亚基、一个亚基、一个亚基和一个亚基组成的核心酶，加上一个亚基后则成为聚合酶全酶。转录的起始过程需要全酶，由因子辨认起始点，延长过程仅需要核心酶的催化。 大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析2RNA聚合酶的转录产物是45SrRNA，经剪接修饰后生成除了5SrRNA外的各种rRNA。rRNA与蛋白质
18、组成的核糖体是蛋白质合成的场所。 RNA聚合酶在核启动子与转录起始 1、启动子区的基本结构： 1启动子：是一段位于结构基因5端上游的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模版DNA链准确的结合并具有转录起始的特异性。因为基因的特异性转录取决于酶与启动子能否有效的形成二元复合物。启动子的结构影响了它与RNA聚合酶的亲和力，从而影响了基因的表达水平。2转录单元：是一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列，RNA聚合酶从转录起始位点开始沿着模版前进，直至终止子为止，转录出一条RNA链。在细菌中，一个转录单元可以是一个基因也可以是几个基因。转录起始位点是指与新生RNA链第一个核苷酸相对应的DNA链上的
19、碱基，研究证实通常是一嘌呤。常把起点前面，即5端的序列称为上游序列，而把其后面的3序列称为下游序列。 3Pribnow区：是一个由5个核苷酸TATTA组成的保守序列，其中央大约位于起点上游10bp处，所以又称-10区。4-35区：在转录开始位点上游-35区域也有一段保守序列，共同序列是TTGACA -10位的TATA区和-35位的TTGACA区是RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与因子相互识别而具有很高的亲和力。2、启动子的识别：RNA聚合酶并不直接识别碱基对本身，而是通过氢键互补的方式加以识别。3、RNA聚合酶与启动子区的结合：RNA聚合酶首先与启动子区闭合双链DNA相结合，形成二元闭合复合
20、物，然后经过解链得到二元开链复合物。一旦开链区解链，酶分子能以正确的取向与解链后的有关单链相互作用，形成开链复合物。4、-10区与-35区的最佳间距：在原核生物中，-35区与-10区之间的距离大约是1619bp，小于15bp或大于20bp都会降低启动子活性。5、增强子及其功能：增强子是DNA上能提高转录起始效率的序列，可位于转录起始点的5 或3端，而且一般与所调控的靶基因的距离无关，其特点如下：1远距离效应：一般位于上游-200bp处，但可增强远处启动子的转录，即使相距大于10kb也能发挥作用。2无方向性：无论位于靶基因的上游还是位于靶基因的下游或原核与真核生物mRNA的特征比较1、原核生物m
21、RNA的特征：1原核生物mRNA半衰期短 2许多原核生物mRNA以多顺贩子的形式存在 3原核生物mRNA5端没有帽子结构，3端也没有多聚A尾巴或者很短 2、真核生物mRNA的特征1真核生物mRNA5端有帽子结构 2绝大多数真核生物3端有poly A尾巴 3凡是编码功能的真核基因都能通过RNA聚合酶进行转录，真核基因几乎都是单顺反子mRNA，只包含一个蛋白质信息。 第五节 终止和抗终止（1）依赖于因子的终止：因子能水解各种核苷三磷酸，实际是一种NTP酶，通过催化NTP的水解促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。（2）不依赖于因子的终止：模板上存在终止转录信号终止子，每个基因或
22、操纵子都有一个启动子和一个终止子。终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区，由这段DNA转录产生的RNA容易形成发卡式结构。在终止位点前面有一段4-8个A组成的序列，因此转录产物的3端为寡聚U，这种结构特征的存在决定了转录的终止（3）抗终止：破坏终止位点的RNA的茎-环结构的抗终止和依赖于蛋白质因子的转录终止。 第六节 内含子的剪接、编辑、再编码及化学修饰1、RNA中的内含子：真核基因的表达往往伴随着RNA的剪接过程，从mRNA分子中切出被称为内含子的非编码区，并使基因中被称为外显子的编码区拼接形成成熟的mRNA。2、mRNA的剪接：1由snRNP参与的剪接：此种方式存在于绝大多数真核
23、细胞的蛋白质基因中，由五种snRNA及一些剪接因子在RNA剪接位点上逐步装配形成剪接体而完成的2自我剪接：由于内含子的RNA具有催化活性，能过进行内含子的自我剪接。 3由蛋白酶参与剪接：主要在tRNA前体中发现。 3、RNA的编辑：是某些RNA特别是mRNA的而一种加工方式，编辑的结果导致DNA所编码的遗传信息发生改变。生物学意义：校正作用：有些基因在突变过程中丢失的遗传信息可能通过RNA编辑得以修复；调控翻译：通过编辑可以构建或者除去起始密码子或者终止密码子；扩充遗传信息：能够使基因产物获得新的结构和功能，有利于生物进化。4、RNA的再编码：核糖体程序性-1/+1移位、核糖体跳跃以及终止子通
24、读都是再编码的表现方式。RNA的再编码可以从一个mRNA产生两种或以上的相互关联但又不同的蛋白质，这也可能是蛋白质合成的一种调节方式。5、RNA的化学修饰：甲基化、去氨基化、硫代、碱基的同分异构化、二价键的饱和化、核苷酸的替代。6、核酶是指一类具有催化功能的RNA分子，通过催化靶点RNA链中磷酸二酯键的断裂，特异性的剪接RNA分子，从而阻断基因的表达。 练习：1、说明真核细胞与原核细胞在基因转录，翻译及DNA空间结构方面存在哪些差？答：1真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，很少存在原核生物中多操纵子形式；2高等真核细胞大部分DNA是不转录的，真核细胞中有一部分有几个或几十个碱
25、基组成的序列，在基因组中重复上百次甚至上百万次，另外，真核细胞的基因组中还存在不被翻译的内含子；3真核细胞的DNA与组蛋白和大量非组蛋白结合，只有很少的一部分DNA是裸露的；4真核生物能够有序的根据生长发育阶段的需要进行DNA重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数，这种能力在缘何生物中是很少见的；5在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于转录起始位点上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制RNA聚合酶对他的结合。在真核生物中，基因转录的调节区则大的多，他们可能远离核心启动子达几百甚至上千对，虽然这些调节区也能与蛋白质结合，但不是直接影响启动子区对RNA聚合酶的接受程度，而是
26、通过改变整个所控制基因5上游区DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。6真核生物的RNA在细胞核中合成，只有转运穿过核膜到达细胞质后，才能翻译成蛋白质。原核生物中不存在这样的限制。7许多真核生物的基因转录后只有经过复杂的成熟后剪接过程，才能被顺利的翻译成蛋白质。原核生物中就没这么复杂。2、简述原核生物转录起始与转录终止过程中涉及到的主要蛋白质和核酸结构及其具体作用。 答：转录的起始阶段：涉及到的主要蛋白是RNA聚合酶：RNA聚合酶中的因子负责模板链的选择和转录的起始。在此阶段，启动子能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确结合，启动子的结构影响它与RNA聚合酶的亲和力，从而影响基因表达的水
27、平。除启动子外，增强子对基因的转录也有很大的影响。增强子无论在转录起始位点的上游还是下游，都有转录增强作用。终止阶段：因子参与的终止：因子能过催化NTP水解促使新生的RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。不依赖于因子的终止：模板DNA上存在终止转录信号终止子，终止位点上游一般都存在一个富含GC的二重对称区，该段的DNA转录产生的RNA容易形成发卡式结构。在终止位点前面有一段4-8个A组成的序列，因此转录产物的3端为寡聚U，这种结构特征的存在决定了转录的终止。 第四章 生物信息的传递 从mRNA到蛋白质1、翻译是指将mRNA链上的核苷酸序列从一个特定的起始位点开始，按3个核苷酸代表一
28、个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。 第一节 遗传密码-三联子1、mRNA链上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这 3个核苷酸就称为一个密码，也叫三联子密码。翻译时从起始密码子AUG开始，沿着mRNA链上的核苷酸序列从一个特定的起始位点开始，按3个核苷酸代表一个氨基酸5-3的方向连续阅读密码子，直至终止密码子为止，生成一条具有特定序列的多肽链蛋白质。2、遗传密码的性质：1密码的连续性：一个密码子接一个密码子连续的阅读直至终止密码 2密码的简并性：由一种以上密码子编码同一种氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子。3密码的通用性和特殊性：遗传密码无论在体tR
29、NA1、tRNA在蛋白质合成过程中处于关键地位，它不但为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体，还为准确无误的将所需的氨基酸运送到核糖体上提供了运送载体，所以，它又被称为 第二遗传密码。2、tRNA的结构： 受体臂（accept stem，也被称作amino acid stem）是一个7个碱基长的臂，其中包含5端，与有3端羟基（OH）（能结合氨基酸于其上）的3端。受体臂有可能含有非Watson-Crick所发现的碱基对。.CCA尾（CCA tail）是tRNA分子3端的CCA序列，在翻译时，帮助酶识别tRNA。D臂（D arm）是在一个环（D loop）的端部4个碱基的臂，通常含有二氢尿嘧啶（
30、dihydrouridine）。反密码子臂（anticodon arm）有5个碱基，包括反密码子（anticodon）。每一tRNA包括一个特异的三联反密码子序列，能够与氨基酸的一个或者多个密码子匹配。例如赖氨酸（lysine）的密码子之一是AAA，相应的tRNA的反密码子可能是UUU（一些反密码子可以与多于一个的密码子匹配被称为“摆动”）。T臂（T arm）是5个碱基的茎，包括序列TC。 3、tRNA的功能：运输的工具转运氨基酸；解读mRNA的信息。4、tRNA种类：1起始tRNA和延伸tRNA：能特异性的识别mRNA模板上起始密码子的tRNA叫tRNA，其他的统称为延伸tRNA2同工tRN
31、A：代表同一种氨基酸的tRNA叫同工tRNA 3校正tRNA：分为无义突变和错义突变校正。 在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子，使蛋白质合成提前终止，合成无功能或无意义的多肽。这种突变称为无义突变。无义突变的校正tRNA可改变反密码子区校正无义突变。错义突变是由于结构基因中某个核苷酸的变化使一种氨基酸的密码变成另一种氨基酸的密码。错义突变的校正tRNA通过反密码子区的改变把正确的氨基酸加到肽链上，合成正常的蛋白质。5、氨酰tRNA合成酶：是一类催化氨基酸与tRNA结合的特异性酶，由它决定氨基酸能否与对应的tRNA结合，既能识别tRNA，又能识别氨基
32、酸，对两者都具有高度的专一性。催化反应：AA-tRNA+AMP+PPi 第三节 核糖体1、核糖体的结构：1核糖体由大小两个亚基组成。每个亚基都含有一个相对分子质量较大的tRNA和许多不同的蛋白质分子。2核糖体蛋白。核糖体上有多个活性中心，每个中心都由一组特殊的核糖体蛋白质构成，形成一个多种酶的结合体，单个酶或蛋白质只有在这个总体结构上才拥有催化性质，他们共同承担了蛋白质生物合成的任务。3核糖体RNA。 2、核糖体的功能：合成的场所，选择对信息专一的AA-tRNA；同时容纳另一种携带肽链的tRNA，既肽基-tRNA核糖体包括至少五个活性中心:mRNA结合部位、结合或接受AA-tRNA部位、结合或
33、接受肽基-tRNA的部位、肽基转移部位及形成肽键的部位。 第四节 蛋白质合成的生物学基质1、氨基酸的活化：氨基酸必须在氨酰-tRNA合成酶的作用下生成活化氨基酸-AA-tRNA2、翻译的起始：1原核生物翻译的起始： fMet需要的7种成分：30S小亚基、模版mRNA、fMet-tRNA 、三个翻译起始因子IF-1、IF-2、2+IF-3、GTP、50S大亚基、Mg第一步：30S小亚基首先与翻译起始因子IF-1、IF-3结合，通过SD序列与mRNA模版结合；fMet第二步：在IF-2和GTP的帮助下，fMet-tRNA 进入小亚基的P位tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对；第三步：带
34、有tRNA、mRNA三个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。2真核生物翻译的起始： 真核生物蛋白质生物合成的起始基质与原核生物基本相同，其差异主要是核糖体较大，有较Met多的起始因子参与，其mRNA具有m7GpppNp帽子结构，Met-tRNA 不甲酰化，mRNA分子5端的帽子和3端多聚A都参与形成翻译起始复合物。3、肽链的延伸：1后续AA-tRNA与核糖体结合：起始复合物形成以后，第二个AA-tRNA的结合。AA-tRNA与EF-TuGTP形成复合物，进入核糖体的A位，水解产生GDP并在EF-Ts的作用下释放GDP并使EF-Tu结合另一分子GTP，进入
35、新一轮循环。fMet 2肽键的生成：在核糖体mRNAAA-tRNA复合物中，AA-tRNA占据A位，fMet-tRNA 占fMet据P位。在肽基转移酶的催化下，A位上的AA-tRNA转移到P位，与fMet-tRNA 上的氨基酸生成肽键。起始tRNA完成使命后离开核糖体P位点，A位点准备接受新的AA-tRNA，开始下一轮反应。3移位：核糖体通过EF-G介导的GTP水解所提供的能量向mRNA模板3末端移动一个密码子，使二肽基-tRNA完全进入P位，准备开始新一轮的肽链延伸。4、肽链的终止：肽链延伸过程中，当终止密码子UAA、UAG、UGA出现在核糖体的A位时，没有相应的AA-tRNA能与其结合，而
36、释放因子能识别这些密码子并与之接合，水解P位上的多肽链与tRNA之间的二酯键，然后，新生成的肽链和tRNA从核糖体上释放，核糖体大小亚基解体，蛋白质合成结束。5、蛋白质前体的加工：新生的多肽链大多是没有功能的，必须经过加工修饰才能转变为有活性的蛋白质：N端fMet或Met的切除、二硫键的形成、特定氨基酸的修饰、切除新生肽链中的非功能片段6、蛋白质的折叠：新生肽链在细胞蛋白质转运机制1、翻译转运同步机制：一般认为，蛋白质定位的信息存在于该蛋白质自身结构中并且通过与膜上特殊受体的相互作用得以表达。这就是信号肽假说的基础。这一假说认为，蛋白质跨膜转运信号也是由mRNA编码的。在起始密码子后，有一段编
37、码疏水性氨基酸序列的RNA 区域，被称为信号序列。信号序列在结合核糖体上合成后便于膜上特定的受体相互作用，产生通道，允许这段多肽在延长的同时穿过膜结构。因此，这种方式是边翻译边跨膜转运。2、翻译后转运机制：1线粒体蛋白质跨膜转运：蛋白质从核糖体释放后才开始转运。通过线粒体膜的蛋白质在转运之前大多以前体形式存在，它大多由成熟蛋白和位于N端的前导肽共同组成。蛋白质通过线粒体的内膜的转运是一种需能过程。蛋白质通过线粒体内膜转运时，首先由膜外的Tom受体复合蛋白识别与Hsp70或MSF等分子伴侣相结合的待转运多肽。通过Tom和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔。2前导肽的作用与性质： 前导肽对线粒体蛋白
38、的识别和跨膜运转起着关键的作用性质：带正电荷的碱性氨基酸含量较为丰富，它们分散于不带电的氨基酸序列之间；缺少带负电荷的酸性氨基酸；羟基氨基酸含量较高；有形成两亲螺旋结构的能力。3叶绿体蛋白质的跨膜转运：叶绿体定位信号肽一般有两部分，第一部分决定该蛋白能否进入叶绿体基质，第二部分决定该蛋白能否进入内囊体。3、核定位蛋白的转运基质：核糖体蛋白首先在细胞质中合成，运转到细胞核内，在核仁中装配成40S和60S核糖体亚基，然后运回细胞质中行驶蛋白质合成机器的功能。4、蛋白质的降解：大肠杆菌中，蛋白质的降解是通过一个依赖于ATP的蛋白酶（Lon）来实现的。当细胞中出现错误的蛋白或半衰期很短的蛋白质时，该酶
39、就被激活。Lon蛋白每切除一个肽键要消耗2分子的ATP。成熟多肽N端第一个残基对蛋白质的稳定性有重要影响。练习：1、真核生物蛋白质的翻译后的加工有哪些？答：（1）信号肽的切除：蛋白质除游离胞浆内发挥作用外，还有一部分要分泌到细胞外和定位于膜系统中起作用。每个需要运输的多肽都含有一段氨基酸序列称为信号肽，引导多肽到不同的转运系统，到达目的地后，信号肽被切除。（2）二硫键的形成：在mRNA分子中，没有胱氨酸的密码子，而不少蛋白质分子中含有胱氨酸二硫键，有的还有多个，且二硫键是蛋白质的功能基团，它是通过两个半胱氨酸的巯基氧化而成的，有的在切除肽段前就形成。（3）蛋白质的折叠：肽链的折叠在肽链的合成没
40、有结束前就已经开始。核糖体可保护30-40个氨基酸长的肽链，当肽链从核糖体中暴露便开始折叠，使线形多肽呈现一定的空间结构。（4）糖基化作用使多肽变成糖蛋白，糖蛋白中的糖苷键有两类：一类是肽链上天冬酰胺侧链上的N原子与寡聚糖核之间构成N-糖苷键；另一类是肽链上丝氨酸、苏氨酸侧链上的氧原子与寡聚糖核之间构成的O-糖苷键。（5）非末端氨基酸残基的修饰：丝氨酸苏氨酸残基的磷酸化；赖氨酸谷氨酸等的甲基化；谷氨酸天冬氨酸的羧基化。（6）末端修饰：真核生物多肽的N-末端都是甲硫氨酸，通常N-末端的第一个甲硫氨酸以及更多的N-末端残基要被除去。（7）前体修饰：有些蛋白质生物合成时是以前体蛋白或多蛋白形式出现的
41、，通过蛋白酶的切割，成为较小的活性分子。2、蛋白质合成过程如何保证其翻译的正确性？（1）氨基酸与tRNA的专一结合，保证tRNA携带正确的氨基酸；（2）校正作用：氨酰-tRNA合成酶和tRNA的校正作用；对占据核糖体A位的氨酰-tRNA的校对；变异校对即基因现代分子生物学研究方法-DNA、RNA及蛋白质操作技术（1）DNA基本操作技术1、核酸凝胶电泳技术：1原理：电泳分子在电场的作用下迁移速率与电场强度及电泳分子本身所带的电荷成正比。由于糖-磷酸骨架在结构上的重复性质，相同数量的双链DNA几乎具有等量的净电荷，因此它们能以同样的速度向正电极方向迁移。在一定的电场强度下，电泳的迁移率，取决于核酸
42、分子本身的大小和构型。2凝胶浓度越高，孔隙越小，其分辩能力就越强，反之，浓度越低，孔隙就增大，分辨能力也随之减弱。3在凝胶电泳中，适量加入溴乙啶EB，染料对核酸分子进行染色，其能插入到DNA或RNA分子的相邻碱基之间，并在300nm波长的紫外灯下发出荧光。4脉冲凝胶电泳PFGE：用于分离超大相对分子质量DNA。由于琼脂糖凝胶的电场方向、电流大小、作用时间都在变化，与相对分子质量较小的DNA相比，相对分子质量交大的DNA需要更多的脉冲次数来更换其构型和方向。 2、细菌转化transformation1是指一种细菌菌株由于捕获了来自供体菌株的DNA而导致性状特征发生遗传改变的过程。 2CaCl2法
43、是制备大肠杆菌感受态最常用的化学方法，将快速生长的大肠杆菌置于经低温0预处理的低渗溶液中，便会造成细胞膨胀，细胞膜通透性发生改变，极易于外源DNA相粘附并在细胞表面形成复合物。此时，将该体系转移到42下作短暂的热刺激，外源DNA就可能被细胞吸收。3电击法：锐利的电脉冲可以在细胞膜上造成小凹陷，并由此形成纳米级疏水孔洞。随着跨膜电压增加，一些较大的疏水性孔洞就会变为亲水性孔洞。在孔洞开放的时候，介质中的DNA很容易通过孔洞进入进入细胞质。 3、聚合酶链反应技术PCR标准的PCR过程分为三步：1.DNA变性（90-96）：双链DNA模板在热作用下， 氢键断裂，形成单链DNA 2.退火（25-65）
44、：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部双链。 3.延伸（70-75）：在Taq酶（在72左右，活性最佳）的作用下，以dNTP为原料，从引物的5端3端延伸，合成与模板互补的DNA链。 每一循环经过变性、退火和延伸，DNA含量即增加一倍。 实时定量PCR：利用带荧光检测的PCR仪对整个PCR过程中扩增DNA的累积速率绘制动态变化图，从而消除了在测定终端产物丰度时有较大变异系数的问题。 TaqMan探针：是一段被设计成可以与靶DNA序列中间部位结合的单链DNA，并且该单链DNA序列的5和3端带有短波长和长波长的两个不同荧光基团。这两个基团由于距离靠的太近，在荧光共振能量转移作用下会发生荧光猝
45、灭，因而检测不到荧光。随着PCR反应的进行，TaqMan探针结合到目的DNA上，并且会被具有外切酶活性的Taq DNA聚合酶逐个切除而降解。被切下来的荧光基团解除了荧光猝灭的束缚，会在激发光下发出荧光，因此，所发出的荧光强度直接反映了扩增DNA的总量。TaqMan探针三个要素：一端的短波长荧光基团 菱形；一段目的DNA特异的碱基序列；另一端长波长荧光基团 小圆形。 4、基因组文库的构建把某种生物的基因组DNA切成适当大小，分别与载体组合，导入微生物细胞，形成克隆。汇集包含基因组中所有DNA序列的克隆，这样的克隆片段总汇，称为基因组DNA文库。在基因组文库构建中采用两种策略提高文库代表性：一是用
46、机械切割法或限制性内切酶切割法随机断裂DNA，以保证克隆的随机性。而是增加文库重组克隆的数目，以提高覆盖基因组的倍数。（2）RNA基本操作技术1、总RNA提取：目前实验室最常用的方法是用异硫氰酸胍-苯酚抽提法。Trizol试剂是使用最广泛的抽提RNA专用试剂，主要由苯酚和异硫氰酸胍组成，可以迅速破坏细胞结构，使存在于细胞质及核内的RNA释放出来，并使核糖体蛋白与RNA分子分离，还能保证RNA的完整。2、RNA的纯化：实验室常用寡聚dT-纤维素柱色谱法获得高纯度的mRNA。该方法利用mRNA 3端含有ployA+的特点，当RNA流经寡聚dT纤维素柱时，在高盐缓冲液的作用下，mRNA被特异性的结合在柱上，在用低盐溶液或蒸馏水洗脱mRNA。经过两次寡聚dT纤维素柱后可得到较高纯度的mRNA。 3、cDNA的合成：第一条cDNA的合成是以mRNA为模板，反转录成cDNA，由反转录酶催化，该酶合成DNA时需要引物引导，常用 的引物是oligo dT。第二条cDNA是以第一条链为模板，由DNA聚合酶催化。 4、基因文库的筛选：1核酸杂交法：用放射性标记的特异DNA探针适用于高密度的菌落杂交筛选。将一张圆形
