分子生物學(xué)原理課件

RNA的生物合成（轉(zhuǎn)錄）RNABiosynthesis,Transcription轉(zhuǎn)錄RNADNA

轉(zhuǎn)錄(transcription)生物體以DNA為模板合成RNA的過程。也就是把DNA的堿基序列抄錄成RNA的堿基序列。復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的異同點(diǎn)相同點(diǎn)：不同點(diǎn):復(fù)制轉(zhuǎn)錄

以DNA作模板

雙鏈復(fù)制

模板鏈

需4種NTP

dNTP

NTP

堿基配對(duì)

A=T

A=U,T=A

合成方向5’3’

依賴DNA的聚合酶

DDDP

DDRP

多聚核苷酸大分子

半保留式子代

mRNA、tRNA、rRNA參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質(zhì)因子模板和酶TemplatesandEnzymes第一節(jié)一、轉(zhuǎn)錄模板結(jié)構(gòu)基因：strucuralgene能轉(zhuǎn)錄出mRNA然后指導(dǎo)蛋白質(zhì)生成的部分。模板鏈：templatestrand可作為模板轉(zhuǎn)錄成RNA的一股鏈。也稱作有意義鏈或Watson鏈。編碼鏈：codingstrand相對(duì)于模板鏈的另一股鏈。也稱為反義鏈或Crick鏈。模板:轉(zhuǎn)錄、翻譯的序列比較5’GCATTAGCTAGCTACTAGC3’DNA3’cgtaatcgatcgatgatcg5’雙鏈轉(zhuǎn)錄5’GCAUUAGCUAGCUACUAGC3’mRNA翻譯NAla

Leu

Ala

Ser

TryC肽鏈轉(zhuǎn)錄的不對(duì)稱性不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄：asymmetrictranscriptionDNA雙鏈對(duì)一個(gè)基因而言，一股可轉(zhuǎn)錄，另一股不轉(zhuǎn)錄。模板鏈與編碼鏈相對(duì)而言5

3

3

5

模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向二、RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄酶：依賴DNA的RNA聚合酶

DNAdependentRNApolymerase

DDRP

原核生物的RNA聚合酶大腸桿菌的RNA聚合酶：

2’其中2’稱為核心酶：只有轉(zhuǎn)錄功能亞基：辨別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)+2’=全酶受利福平或利福霉素（結(jié)核菌藥物）的特異性抑制。核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)

RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合

原核生物的RNA聚合酶

真核生物的RNA聚合酶RNA聚合酶II可認(rèn)為是真核生物中最重要的RNA聚合酶三、模板與酶的辨認(rèn)結(jié)合原核生物一個(gè)轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其上游(upstream)的調(diào)控序列。

5

3

3

5

結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列RNA-polRNA聚合酶結(jié)合模板DNA的部位，稱為啟動(dòng)子(promoter)。三、模板與酶的辨認(rèn)結(jié)合啟動(dòng)區(qū)的保守序列原核生物有兩個(gè)元件-35bp的辨認(rèn)位點(diǎn)：5’-TTGACA--10bp的Pribnow盒:5’-TATAATPu真核生物有多個(gè)元件(如-30的Hogness或TATA盒)。RNA聚合酶保護(hù)法目錄開始轉(zhuǎn)錄TTGACAAACTGT-35區(qū)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物啟動(dòng)子保守序列RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)(recognitionsite)5

5

RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因3

3

TATA盒

CAAT盒

GC盒

增強(qiáng)子

順式作用元件結(jié)構(gòu)基因-GCGC---CAAT---TATA轉(zhuǎn)錄起始真核生物啟動(dòng)子保守序列轉(zhuǎn)錄過程TheProcessofTranscription第二節(jié)（一）轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問題：RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程2.DNA雙鏈解開1.RNA聚合酶全酶(2)與模板結(jié)合3.在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物:5

-pppG-OH+

NTP

5

-pppGpN

-OH3

+ppi轉(zhuǎn)錄起始過程轉(zhuǎn)錄起始中的事件解鏈形成轉(zhuǎn)錄空泡為首的為三磷酸GTP或ATP轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物(RNA-聚合酶全酶-DNA-pppGpN’-OH)第一個(gè)磷酯鍵形成后，

亞基從轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物中脫落下來。RNA聚合酶沿DNA鏈向前移動(dòng)。轉(zhuǎn)錄空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）

····DNA

····RNA（二）轉(zhuǎn)錄延長1.

亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。(NMP)n

+

NTP

(NMP)n+1

+PPi轉(zhuǎn)錄的延長轉(zhuǎn)錄的延長是以5’到3’的方向進(jìn)行的。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi以G=C、A=U、T=A堿基配對(duì)。轉(zhuǎn)錄完成部分的DNA重新形成雙鏈。較長的RNA鏈上有核糖體結(jié)合，說明在某些情況下，轉(zhuǎn)錄的同時(shí)，翻譯已經(jīng)開始進(jìn)行了。轉(zhuǎn)錄的過程轉(zhuǎn)錄的延長5

3

DNA原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶（三）轉(zhuǎn)錄的終止轉(zhuǎn)錄終止：是RNA聚合酶在模板上的某一位置停頓，RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫離出來。分為依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止和不依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止。1、依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止Rho因子的左右是使RNA-DNA雜化雙鏈的短鏈變性，從而有利于轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中釋放出來。ATP1.依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止2.非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出RNA后，RNA產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)來終止轉(zhuǎn)錄。2、非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5

TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。5′pppG53

35RNA-pol不依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止模式RNA鏈出現(xiàn)莖-環(huán)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的終止。1.這樣的結(jié)構(gòu)改變RNA聚合酶的構(gòu)象，使酶不再向下移動(dòng)。2.DNA和RNA各自形成自己的局部雙鏈，使雜化鏈更加不穩(wěn)定，以致轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解體。接著的一串寡聚U，則更是促進(jìn)RNA新鏈從模板上脫落的促進(jìn)因素。二、真核生物的轉(zhuǎn)錄起始（一）轉(zhuǎn)錄起始真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，RNA-pol不直接結(jié)合模板，其起始過程比原核生物復(fù)雜。轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)TATA盒CAAT盒GC盒增強(qiáng)子順式作用元件(cis-actingelement)1.

轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段AATAAA切離加尾轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)修飾點(diǎn)外顯子翻譯起始點(diǎn)內(nèi)含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚體2.

轉(zhuǎn)錄因子能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段DNA的蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因子(trans-actingfactors)。反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的，則稱為轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionalfactors,TF)。參與RNA-polⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡ

3.轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(pre-initiationcomplex,PIC)

真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉(zhuǎn)錄的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA復(fù)合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC組裝完成，TFⅡH使CTD磷酸化4.模板理論(piecingtheory)一個(gè)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要3至5個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子之間互相結(jié)合，生成有活性，有專一性的復(fù)合物，再與RNA聚合酶搭配而有針對(duì)性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。（二）轉(zhuǎn)錄延長真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。RNA-pol前移處處都遇上核小體。轉(zhuǎn)錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉(zhuǎn)錄延長中的核小體移位轉(zhuǎn)錄方向5

------AAUAAA-5

------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)5

5

3

3

3加尾AAAAAAA······3mRNA（三）轉(zhuǎn)錄終止——

和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。真核生物轉(zhuǎn)錄終止的特點(diǎn)真核生物mRNA帶有聚腺苷酸尾巴的結(jié)構(gòu)，這是轉(zhuǎn)錄之后加上的。在模板鏈讀碼框架的3’端之后，常有一組共同序列AATAAA，再下游還有相當(dāng)多的GT序列，這些序列稱為轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)。轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的相似之處都以DNA為模板需要核苷酸作原料，從5’到3’延長；生成磷酸二酯鍵以連接核苷酸都遵從堿基配對(duì)規(guī)律都需要依賴DNA的聚合酶產(chǎn)物都是很長的多核苷酸轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的區(qū)別真核生物的轉(zhuǎn)錄后修飾Post-transcriptionalModification第三節(jié)轉(zhuǎn)錄后的修飾轉(zhuǎn)錄生成的RNA，稱為初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。無論在真核生物或原核生物中，初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都經(jīng)過一定程度的修飾加工，才能表現(xiàn)其功能。幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.

修飾(modification)4.

添加(addition)一、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工（一）首、尾的修飾

5

端形成帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp—)3

端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)帽子結(jié)構(gòu)5pppGp…5GpppGp…pppG

ppi鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶5

m7GpppGp…甲基轉(zhuǎn)移酶SAM帽子結(jié)構(gòu)的生成5ppGp…磷酸酶

Pi真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工5’和3’首尾的修飾剪接5’加帽轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的第一個(gè)核苷酸pppG水解成5’-ppG或5’-pG與另一個(gè)三磷酸鳥苷生成三磷酸雙鳥苷第二個(gè)鳥嘌呤被甲基化加帽出現(xiàn)在hnRNA中，說明可能在細(xì)胞核中完成，并在剪接之前。3’端加上聚腺苷酸尾巴真核生物mRNA中polyA的出現(xiàn)是不依賴于DNA模板的。加入polyA之前，先由核酸外切酶切去3’末端一些過剩的核苷酸，然后加入polyA。3’端修飾也是在細(xì)胞核中，在剪接之前進(jìn)行的。PolyA的有無與長短，是維持mRNA作為翻譯模板的活性，以及增加mRNA本身的穩(wěn)定性。3’端修飾示意圖（二）mRNA的剪接1.

hnRNA

和snRNA核內(nèi)的初級(jí)mRNA稱為雜化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核內(nèi)的蛋白質(zhì)小分子核糖核酸蛋白體（并接體,splicesome）snRNA真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。斷裂基因(splitegene)CABD編碼區(qū)A、B、C、D非編碼區(qū)2.外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)外顯子在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。內(nèi)含子隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過程中被除去的核酸序列。雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA真核細(xì)胞mRNA的剪接DNA模板與hnRNA是完全配對(duì)的，而成熟的mRNA與hnRNA或DNA雜交都只是部分配對(duì)。因此真核生物的基因有斷裂性。斷裂基因真核生物的結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)被非編碼區(qū)相互間隔開，但又連續(xù)鑲嵌而成，因此真核生物的基因稱為斷裂基因。外顯子代表了基因上編碼氨基酸的核苷酸序列。內(nèi)含子表示相應(yīng)的非編碼序列。原核生物結(jié)構(gòu)基因是連續(xù)的編碼序列，不是斷裂基因。內(nèi)含子的種類線粒體，葉綠體轉(zhuǎn)錄初級(jí)rRNA基因線粒體，葉綠體的mRNA形成套索狀結(jié)構(gòu)的剪接，由SnRNA和核內(nèi)蛋白形成的核小核糖核酸蛋白來完成。tRNA基因。3.

內(nèi)含子的分類根據(jù)基因的類型和剪接的方式，通常把內(nèi)含子分為4類。I：主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物的rRNA基因；II：也發(fā)現(xiàn)于線粒體、葉綠體，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是mRNA；III：是常見的形成套索結(jié)構(gòu)后剪接，大多數(shù)mRNA基因有此類內(nèi)含子；IV：是tRNA基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中的內(nèi)含子，剪接過程需酶及ATP。4.mRNA的剪接——除去hnRNA中的內(nèi)含子，將外顯子連接。snRNP與hnRNA結(jié)合成為并接體①②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)UpAGpU外顯子1內(nèi)含子外顯子2G-OHUpUpGpA剪接過程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)

(twicetransesterification)

?RNA編輯作用說明，基因的編碼序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工(differentialRNAprocessing)。5.mRNA的編輯(mRNAediting)人類apoB基因mRNA（14500個(gè)核苷酸）肝臟apoB100（分子量為500000）腸道細(xì)胞apoB48（分子量為240000）mRNA編輯內(nèi)含子的功能內(nèi)含子有利于物種的進(jìn)化選擇調(diào)節(jié)功能tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工初級(jí)產(chǎn)物中有5’端的16個(gè)堿基和反密碼子后的14個(gè)堿基需要去除。二、tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工tRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、內(nèi)切酶tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶ATPADP堿基修飾（2）還原反應(yīng)如：UDHU（3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)如：Uψ（4）脫氨反應(yīng)如：A

I如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）涉及加工的反應(yīng)甲基化還原核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)脫氨反應(yīng)3’端加上CCA-OH三、rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA內(nèi)含子內(nèi)含子28S5.8S18SrRNA的轉(zhuǎn)錄后加工豐富基因：染色體上一些相似或完全一樣的縱列串聯(lián)基因單位的重復(fù)。真核細(xì)胞的rRNA基因?qū)儆谪S富基因。45s的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是三種rRNA的前體，經(jīng)過剪接后形成核糖體小亞基的18SrRNA，其余形成5.8S及28S的rRNA。四膜蟲rRNA的結(jié)構(gòu)四膜蟲rRNA內(nèi)含子的二級(jí)結(jié)構(gòu)四膜蟲rRNA的剪接采用自我剪接方式5′-端核苷酸序列核酶(ribozyme)核酶：RNA本身具有催化活性，此種由RNA發(fā)揮催化作用的酶，稱為核酶。最簡(jiǎn)單的核酶呈槌頭結(jié)構(gòu)。最簡(jiǎn)單的核酶二級(jí)結(jié)構(gòu)——槌頭狀結(jié)構(gòu)(hammerheadstructure)底物部分通常為60個(gè)核苷酸左右同一分子上包括有催化部份和底物部份催化部份和底物部份組成錘頭結(jié)構(gòu)除rRNA外，tRNA、mRNA的加工也可采用自我剪接方式。核酶發(fā)現(xiàn)的意義對(duì)傳統(tǒng)酶學(xué)提出了挑戰(zhàn)對(duì)進(jìn)化的研究有幫助人工核酶應(yīng)用于疾病的治療。核酶研究的意義核酶的發(fā)現(xiàn)，對(duì)中心法則作了重要補(bǔ)充；核酶的發(fā)現(xiàn)是對(duì)傳統(tǒng)酶學(xué)的挑戰(zhàn)；利用核酶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合成人工核酶。人工設(shè)計(jì)的核酶粗線表示合成的核酸分子細(xì)線表示天然的核酸分子X表示一致性序列箭頭表示切斷點(diǎn)附錄GOH3′G5′OH5′3′GOH414G

3995′3′3955′3′E1E2I四膜蟲RNA的自我剪接5′3′L19RNA具有催化活性的片段翻譯翻譯：translation即蛋白質(zhì)生物合成。把核酸中四種符號(hào)(AGCT/U)組成的遺傳信息，以遺傳密碼破讀的手段轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)的氨基酸排列順序的過程。第一節(jié)、參與蛋白質(zhì)合成的物質(zhì)各種RNA、核糖體、氨基酸、酶起始階段：起始因子延長階段：延長因子終止階段：核糖體釋放因子一、mRNA是翻譯的模板原核生物的一種mRNA往往編碼幾種功能相近的蛋白質(zhì)。真核生物的mRNA比原核生物多，但一個(gè)RNA分子一般只帶有一種蛋白質(zhì)的編碼信息。遺傳密碼的特點(diǎn)連續(xù)性(commaless)：密碼之間沒有間斷簡(jiǎn)并性(degeneracy)：大多數(shù)氨基酸有2~6個(gè)密碼擺動(dòng)性(wobble)：密碼的第三位堿基與反密碼的第一位堿基配對(duì)不嚴(yán)格通用性(universal)：全世界生物共用連續(xù)性GCA

GUA

CAU

GUC不連續(xù)的讀法：GCACAGAGU

GUA………….密碼之間沒有核苷酸間斷簡(jiǎn)并性除了色氨酸和蛋氨酸外，其余氨基酸均有2

-6個(gè)三聯(lián)體為其編碼。*擺動(dòng)性密碼與反密碼配對(duì)辨認(rèn)時(shí)，有時(shí)并不完全按照堿基互補(bǔ)規(guī)律。尤其是密碼的第三堿基對(duì)反密碼的第一位堿基，更常出現(xiàn)這種擺動(dòng)現(xiàn)象。mRNA密碼子C－G－I反密碼子G－C－C密碼子通用性除了動(dòng)物細(xì)胞中的線粒體和植物細(xì)胞中的葉綠體外，從最簡(jiǎn)單的病毒、原核生物到人類都使用一套遺傳密碼。二、核糖體是肽鏈合成的場(chǎng)所氨基酸首先在核糖體內(nèi)合成蛋白質(zhì)，再輸送至細(xì)胞其它組分中。核糖體由大、小亞基構(gòu)成。亞基中含有不同的蛋白質(zhì)和RNA。二、核糖體是肽鏈合成的場(chǎng)所大亞基：tRNA結(jié)合位點(diǎn)：P位：給出AA，釋放tRNAA位：接受tRNA-AA轉(zhuǎn)肽酶，合成肽鍵轉(zhuǎn)位酶小亞基：識(shí)別起始位點(diǎn)與mRNA形成復(fù)合物三、tRNA和氨基酰tRNAtRNA在蛋白質(zhì)翻譯中起接合的作用。tRNA的氨基酸臂上攜帶氨基酸。tRNA分子的反密碼環(huán)與mRNA上的密碼配對(duì)。密碼-反密碼-氨基酸三聯(lián)體保證了翻譯的準(zhǔn)確性。氨基酰-tRNA的生成氨基酰-AMP-E+tRNA氨基酰-tRNA+AMP+E氨基酸＋ATP－E

氨基酰－AMP-E+PPiE:氨基酰-tRNA合成酶，具高度專一性1.存在于胞質(zhì)中2.需ATP供能,需Mg++,Mn++3.有二個(gè)識(shí)別位點(diǎn)氨基酰-tRNA的書寫Arg-tRNAarg

Met-tRNAmetmfMet-tRNAmetf原核生物起始密碼子需要在Met-tRNAmetf上進(jìn)行甲?；婧松锊恍枰?/p>

Met-tRNAmetf+FH4-CHO

轉(zhuǎn)甲?；?/p>

fMet-tRNAmetf

第二節(jié)、蛋白質(zhì)生物合成過程起始延長終止原核生物的翻譯起始起始因子(IF)：胞液中的可溶性因子。已知有三種：IF-1：促進(jìn)IF-3與小亞基結(jié)合IF-2：使fMet-tRNAmetf

與小亞基結(jié)合IF-3：使大小亞基分離核糖體結(jié)合序列：原核生物的mRNA有一非常保守的序列，與核糖體的16S-rRNA結(jié)合，引導(dǎo)mRNA進(jìn)入核糖體，這樣的序列稱為S-D序列，也叫核糖體結(jié)合序列。核糖體結(jié)合序列原核生物起始過程

70S核糖體＋I(xiàn)F3＋I(xiàn)F130S小亞基

IF3IF1+50S大亞基

fmet-tRNAfmet先形成fmettRNAfmetIF2GTP，再與小亞基和mRNA形成復(fù)合物，最后形成70S起始復(fù)合物。

P位為mRNA上的AUG及fmet

tRNAfmet

所占據(jù),A位空缺。70SmRNAfmettRNAfmet70S起始復(fù)合物fmet-tRNAfmet+GTP+IF2fmettRNAfmetIF2GTP+mRNA30SmRNAfmettRNAfmetGTPIF1IF2IF3＋50S－IF1,IF2,IF3,GDP+Pi原核生物起始過程真核生物的翻譯起始起始因子（eIF）：有10種起始甲硫氨酰tRNAmet無甲?；痬RNA結(jié)構(gòu)有所不同核糖體有所不同原核生物與真核生物的翻譯起始比較真核生物的翻譯起始二、肽鏈的延長核糖體循環(huán)：翻譯過程中的肽鏈延長，延長因子：延長過程所需的蛋白質(zhì)因子稱

(EF)。核糖體循環(huán)分為注冊(cè)、成肽和轉(zhuǎn)位三個(gè)步驟。二、肽鏈的延長注冊(cè)注冊(cè)：氨基酰-tRNA根據(jù)遺傳密碼的指引，進(jìn)入核糖體的A位。mRNA成肽和轉(zhuǎn)位成肽由轉(zhuǎn)肽酶催化，反應(yīng)在A位上進(jìn)行，即P位上的蛋氨酸退位到A位成肽。成肽后無負(fù)載的tRNA從核糖體上脫落下來。轉(zhuǎn)位：在A位上的肽連同mRNA從A位進(jìn)入P位。由轉(zhuǎn)位酶催化。這實(shí)際上是肽-tRNA-mRNA與核糖體位置的相對(duì)變更。注冊(cè)、成肽和轉(zhuǎn)位三個(gè)步驟多次反復(fù)，肽鏈就不斷延長。三、肽鏈合成的終止

肽鏈合成終止包括：終止密碼的辨認(rèn)肽鏈從肽-tRNA上水解mRNA從核糖體中分離核糖體大小亞基的拆分三、肽鏈合成的終止釋放因子RF：終止過程中的蛋白質(zhì)因子辨認(rèn)終止密碼促進(jìn)肽鏈C端與tRNA3’-OH酯鍵的水解，使肽鏈從翻譯中的核糖體上釋放下來。RF-1：UAA和UAG；RF-2：UAA和UGA；RF-3：結(jié)合GTP，促進(jìn)RF-1和RF-2對(duì)核糖體的結(jié)合。翻譯的終止過程當(dāng)翻譯到A位出現(xiàn)mRNA的終止密碼時(shí)，由RF-1或RF-2識(shí)別終止密碼，進(jìn)入A位。釋放因子的結(jié)合誘導(dǎo)核糖體上的轉(zhuǎn)肽酶將合成的肽鏈轉(zhuǎn)移到水分子，將P位上肽鏈從tRNA分離出來。通過GTP水解GDP及Pi，使殘留在核糖體上的tRNA和各種釋放因子脫離，最后核糖體從mRNA上脫落下來。翻譯的終止示意圖翻譯的終止示意圖翻譯的終止示意圖多聚核糖體在一條mRNA上常有多個(gè)核糖體呈串珠狀排列，核糖體是以多核糖體形式存在。多核糖體的形成是由于一條mRNA鏈上多個(gè)部位有核糖體在進(jìn)行蛋白質(zhì)合成，這樣可以大大加速蛋白質(zhì)合成的速度，mRNA得到充分的利用。翻譯全過程IF-1IF-3IF-2GTPfMet起始翻譯全過程IF-1IF-3IF-2GTPfMetfMet核糖體循環(huán)翻譯全過程fMet核糖體循環(huán)fMet翻譯全過程終止IF-1IF-3核糖體循環(huán)原核生物中：復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯同步，多肽合成后，進(jìn)入大亞基的管腔內(nèi)，經(jīng)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)高爾基體，進(jìn)行后加工。翻譯后加工翻譯后加工：posttranslationalprocession蛋白質(zhì)合成后，還必須進(jìn)行后加工，才能表現(xiàn)出生理活性，這些蛋白質(zhì)的修飾過程稱為翻譯后加工。翻譯后加工去除N-甲酰基或N-蛋氨酸個(gè)別氨基酸的修飾亞基聚合輔基連接水解修飾分泌性蛋白質(zhì)去除N-甲?；騈-蛋氨酸由脫甲?；富虬被拿复呋膳c翻譯同步個(gè)別氨基酸的修飾脯氨酸羥脯氨酸賴氨酸羥賴氨酸磷酸化：Ser、Thr、Tyr二硫鍵的形成：空間相鄰的二個(gè)Cys氧化而成亞基聚合具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條以上肽鏈通過非共價(jià)鍵聚合，形成寡聚體，才有生物活性。Hb：

2

2PKC：R2C2輔基連接蛋白質(zhì)分為單純蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)兩類。如糖蛋白、脂蛋白等都需要加工后才能生成。水解修飾在真核生物中，往往會(huì)有一條已合成的多肽鏈經(jīng)翻譯后加工產(chǎn)生多種不同活性的蛋白質(zhì)或肽。信號(hào)肽

ACTH

-LT

-MSHEndophin

-MSH103肽POMC分泌性蛋白質(zhì)分泌蛋白質(zhì)：合成后分泌到血液循環(huán)中，或再到靶細(xì)胞去發(fā)揮功能的蛋白質(zhì)。信號(hào)肽：具疏水性的肽段，可使蛋白質(zhì)移向細(xì)胞膜并與細(xì)胞膜結(jié)合，然后將合成的蛋白質(zhì)送出細(xì)胞。大多數(shù)分泌性蛋白質(zhì)是一種蛋白質(zhì)前身。肽類激素、血漿蛋白、凝血因子、抗體蛋白、蛋白酶等第四節(jié)、抗生素對(duì)翻譯的抑制作用抗生素一般是細(xì)菌或真菌所產(chǎn)生的具有抑制其它生物生長的物質(zhì)?？股匾蚓哂袣⒕蛞种萍?xì)菌生長的作用而被廣泛用于臨床，部分用于科研。某些抗生素可抑制翻譯四環(huán)素抑制起始氨基酰-tRNA與原核生物或真核細(xì)胞的核糖體小亞基的結(jié)合而抑制翻譯由于不能透過真核細(xì)胞膜，故只能對(duì)原核細(xì)胞的翻譯過程發(fā)生抑制。氯霉素能與原核生物的核糖體大亞基結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)肽酶活性而阻斷翻譯的延長過程。鏈霉素和卡那霉素能與原核生物核糖體小亞基結(jié)合，改變其構(gòu)象，引起讀碼錯(cuò)誤，使毒素類的細(xì)菌蛋白失活。結(jié)核桿菌敏感嘌呤霉素結(jié)構(gòu)與酪氨酸-tRNA相似，從而取代一些氨基酰-tRNA進(jìn)入翻譯進(jìn)入翻譯中的核糖體的A位。對(duì)原核和真核都有作用放線菌酮抑制核糖體轉(zhuǎn)肽酶只對(duì)真核生物有特異性作用用于科研白喉毒素白喉?xiàng)U菌產(chǎn)生對(duì)真核生物有劇毒的毒素蛋白質(zhì)共價(jià)修飾EF-2，生成EF-2的腺苷二磷酸核糖衍生物，使EF-2失活?？股貙?duì)翻譯的抑制作用四環(huán)素族氯霉素放線菌酮嘌呤霉素鏈霉素和卡那霉素

小結(jié)翻譯中的三種RNA:mRNA、tRNA、rRNA對(duì)RNA的討論共有三次1.結(jié)構(gòu)上2.生物合成3.功能上翻譯的三個(gè)過程:1.起始：IF、eIF2.延長：EF3.終止：RF、RR

相關(guān)的三個(gè)三核苷酸代謝嘌呤核苷酸合成嘌呤核苷酸分解嘧啶核苷酸合成嘧啶核苷酸分解核苷酸的生物功能作為核酸合成的原料體內(nèi)能量的利用形式參與代謝和生理調(diào)節(jié)組成輔酶活化中間代謝物核酸的消化第一節(jié)嘌呤核苷酸合成代謝一、利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及

CO2等為原料，稱為從頭合成途徑。二、利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，合成嘌呤核苷酸，稱為補(bǔ)救合成。嘌呤核苷酸的從頭合成先合成次黃嘌呤核苷酸(IMP)IMP再轉(zhuǎn)化變成腺嘌呤核苷酸(AMP)與鳥嘌呤核苷酸(GMP)。天冬氨酸甲酰基谷氨酰胺甲?；鵌MP的合成PRPP合成酶磷酸核糖焦磷酸酰胺轉(zhuǎn)移酶1-氨基-5’-磷酸核苷甘氨酸甲酰FH4谷氨酰胺特點(diǎn)嘌呤堿的合成一開始就沿著合成核苷酸的途徑進(jìn)行，即在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤核苷酸，而不是首先單獨(dú)合成嘌呤堿后再與磷酸核糖結(jié)合的。這是嘌呤核苷酸從頭合成的一個(gè)重要特點(diǎn)。肝是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸粘膜和胸腺。AMP和GMP的合成

腺苷酸代琥珀酸合成酶IMP脫氫酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶GMP合成酶Asp，GTPATPATP和GTP的合成在激酶的作用下，以ATP為磷酸供給AMPADPATPGMPGDPGTP從頭合成的調(diào)節(jié)PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶的變構(gòu)嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶次黃嘌呤－鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶生理意義：可以節(jié)省從頭合成時(shí)能量和一些氨基酸的消耗；體內(nèi)某些組織器官，不能從頭合成嘌呤核苷酸，因此對(duì)這些組織器官來說，補(bǔ)救合成途徑具有更重要的意義。嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變酶脫氧核苷酸的生成dNDP+ATPdNTP+ADP核糖核苷酸還原酶嘌呤核苷酸的抗代謝抑制物嘌呤核苷酸的抗代謝物是一些嘌呤、氨基酸或葉酸等的類似物。它們主要以競(jìng)爭(zhēng)性抑制或“以假亂真”等方式干擾或阻斷嘌呤核苷酸的合成代謝，從而進(jìn)一步阻止核酸以及蛋白質(zhì)的生物合成。嘌呤的類似物：6-巰基嘌呤(6MP)、6-巰基鳥嘌呤、8-氮雜鳥嘌呤。氨基酸類似物：氮雜絲氨酸及6-重氮-5-氧正亮氨酸，結(jié)構(gòu)與谷氨酰胺類似。第二節(jié)嘌呤核苷酸的分解代謝類似于食物中核苷酸的消化過程。1.核苷酸在核苷酸酶的作用下水解成核苷2.核苷磷酸解成自由的堿基及1-磷酸核糖。3.1-磷酸核糖轉(zhuǎn)變成5-磷酸核糖，成為PRPP的原料。4.嘌呤堿既可以參加補(bǔ)救合成，也可以分解產(chǎn)生尿酸。嘌呤代謝與臨床尿酸鹽晶體可導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎、尿路結(jié)石及腎病。痛風(fēng)病可能與嘌呤核苷酸代謝缺陷有關(guān)，臨床上用別嘌呤醇治療。第三節(jié)嘧啶核苷酸的合成代謝從頭合成原料：

谷氨酰胺、

CO2、天冬氨酸。補(bǔ)救合成嘧啶核苷酸的從頭合成谷氨酰胺＋HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP＋Pi氨基甲酰磷酸天冬氨酸氨基甲?；D(zhuǎn)移酶氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸二氫乳清酸酶二氫乳清酸脫氫酶乳清酸乳清酸乳清酸核苷酸尿嘧啶核苷酸脫羧酶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶CTP、dCDP、TMP的合成CTP合成酶UDPdUDPdUMPTMPTMP合成酶CTPCDPdCDPdCMP脫氨基N5,N10-CH2-FH4UMP嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成

嘧啶＋PRPP

一磷酸嘧啶核苷＋PPi

尿嘧啶核苷＋ATPUMP＋ADP

嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶

尿苷激酶嘧啶核苷酸的抗代謝物嘧啶類似物：5-氟尿嘧啶氨基酸類似物、葉酸類似物嘧啶核苷酸的分解代謝通過核苷酸酶及核苷磷酸化酶的作用，分別除去磷酸及核糖和嘧啶胞嘧啶脫氨基轉(zhuǎn)變成尿嘧啶。尿嘧啶還原成二氫尿嘧啶，并水解開環(huán)。最終生成NH3、CO2及

-丙氨酸。胸腺嘧啶降解成

-氨基異丁酸。嘧啶堿的代謝主要在肝中進(jìn)行。產(chǎn)物易溶于水。

核酸的結(jié)構(gòu)與

功能

NucleicAcidstructureandFunction

什么是核酸?核酸是遺傳信息物質(zhì)核酸的結(jié)構(gòu)與功能DNA(deoxyribonucleicacid)

RNA(ribonucleicacid)nucleicacidDNA（deoxyribonucleicacid)RNA(ribonucleicacid)核酸研究的歷史1869年，瑞士科學(xué)家Miescher在外科繃帶上得到一種含磷酸很高的酸性化合物。因存在于核中，故命名為“核質(zhì)”(nuclein)。1889年，Altmann制備了不含蛋白質(zhì)的核酸制品，首先使用了核酸(nucleic

acid)這個(gè)名稱。核酸研究的歷史1928－1932年，確立了核酸在生命現(xiàn)象中的地位。1944年，轉(zhuǎn)化作用的發(fā)現(xiàn)，證實(shí)：

核酸

遺傳物質(zhì)

1953年，Waston和Crick建立了雙螺旋模型，這是核酸發(fā)展史上的重要里程碑。核酸研究的歷史早期的研究僅將核酸看成是細(xì)胞中的一種成分，后逐步證明核酸中含有戊糖，磷酸和堿基，是一種線狀聚合物。DNAisthecarrierofgeneticinformation核苷酸的結(jié)構(gòu)

左邊是電腦模型，右邊是簡(jiǎn)化的表示法酯鍵糖苷鍵RiboseandDeoxyribose

第一節(jié)

核酸的化學(xué)

組成第一節(jié)核酸的化學(xué)組成

堿基水解完全水解核酸單核苷酸戊糖

磷酸核酸的化學(xué)組成Nucleicacid

nucleotide

phosphate+

nucleoside

base+pentose

purine、pyrimidineDNARNAdeoxyribonucleotideribonucleotidedeoxyribonucleosideribonucleosidedeoxyriboseriboseThestructureofbase嘌呤嘧碇核酸中的堿基是含氮雜環(huán)化合物：

堿基的互變異構(gòu)酮式－烯醇

C=OC-OHNN氨基－亞氨基

C-NH2C=NH2+

+HNHN受介質(zhì)pH影響

堿基的共軛雙鍵260nm波長的紫外吸收強(qiáng)。核酸測(cè)定的基礎(chǔ)。RiboseandDeoxyribosepentose核苷是堿基與戊糖以糖苷鍵相連接形成的化合物：核苷核苷或脫氧核苷與磷酸通過酯鍵相連接分別構(gòu)成核苷酸或脫氧核苷酸按組成分類：含有1個(gè)磷酸基團(tuán)的核苷酸稱為核苷一磷酸（NMP），如CMP含有2個(gè)磷酸基團(tuán)的核苷酸稱為核苷二磷酸（NDP），如GDP含有3個(gè)磷酸基團(tuán)的核苷酸稱為核苷三磷酸（NTP），如ATP核苷酸核苷酸許多單核苷酸在體內(nèi)具有許多重要的生理功能

ATP是體內(nèi)能量的直接來源和利用形式。

腺苷酸是NAD＋、FAD、輔酶A等的組成成分。

cAMP與cGMP是細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中重要的調(diào)節(jié)因子。核苷酸的連接方式AdenosineADPATPAMP

第二節(jié)

核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)核苷酸的連接(連接酶)DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是通過3’,5’-磷酸二酯鍵構(gòu)成一個(gè)沒有分支的線性大分子，其兩個(gè)末端分別是5’-末端（游離磷酸基）和3’-末端（游離羥基）。是指DNA分子中核苷酸的排列順序。由于脫氧核苷酸之間的差別僅是其堿基的不同，所以DNA分子堿基的排列順序就代表了核苷酸的排列順序。DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)5’3’DNA的

一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸的書寫方法5’：左側(cè)（上）3’：右側(cè)（下）AUGGC和AGUGC的堿基組成相同，但表示二段不同的核酸序列。

第三節(jié)

DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能Chargaff規(guī)則腺嘌呤與胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等，鳥嘌呤與胞嘧啶的摩爾數(shù)相等，即：A=T，G=C不同生物種屬的DNA,其堿基組成不同同一個(gè)體不同器官、不同組織的DNA具有相同的堿基組成。提示：A與T，G與C之間可能以互補(bǔ)的方式存在。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)

DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA分子由兩條脫氧核糖核酸作骨架的雙鏈組成，以右手螺旋方式盤旋糖－磷酸骨架均位于外側(cè)，堿基在內(nèi)側(cè)堿基平面之間距離為0.34nm。螺旋一周為10堿基對(duì)，螺距為3.4nm。雙螺旋的兩條鏈?zhǔn)欠捶较蚱叫械摹A基配對(duì)：G=CA=T。穩(wěn)定力：互補(bǔ)堿基之間的氫鍵疏水性堆積力-堿基堆積力B型-DNADNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)原核生物和真核生物線粒體、葉綠體中的DNA是共價(jià)封閉的環(huán)狀雙螺旋，再形成超螺旋。環(huán)狀雙螺旋超螺旋DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)真核生物中DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)有關(guān)。和DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)有組蛋白和非組蛋白。組蛋白H2A、H2B、H3和H4各兩個(gè)分子形成八聚體，被兩圈140-145堿基對(duì)的DNA所圍繞。形成核小體。H1位于核小體之間的連接區(qū)，組成串珠狀結(jié)構(gòu)。DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)核小體

DNA的功能基因：就是DNA大分子的一個(gè)片段，有復(fù)制、轉(zhuǎn)錄等主要功能，是生物遺傳繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ)。DNA的功能：作為生物遺傳信息復(fù)制的模版和基因轉(zhuǎn)錄的模版。一個(gè)生物體的全部基因序列稱為基因組。

DNA功能是儲(chǔ)存遺傳信息，保證每一種生物機(jī)體合成它們獨(dú)特的蛋白質(zhì)和RNA，使機(jī)體按一定時(shí)間和空間順序來合成細(xì)胞成分。

DNAisthestorehouse,orcellularlibrarythatcontainstheinformationrequiredtobuildacellororganism.

生物體內(nèi)DNA的大小

第四節(jié)

RNA的空間結(jié)構(gòu)

與功能結(jié)構(gòu)：RNA由一條多核苷酸鏈組成，經(jīng)卷曲盤繞可形成局部雙螺旋二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)RNA的結(jié)構(gòu)和功能參與hnRNA的剪接轉(zhuǎn)運(yùn)snRNA小核RNA成熟mRNA的前體hnRNA不均一核RNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸mttRNAtRNA轉(zhuǎn)運(yùn)RNA蛋白質(zhì)合成的模板mtmRNAmRNA信使RNA核蛋白體的組成成分mtrRNArRNA核蛋白體RNA功能線粒體細(xì)胞核與胞液動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)主要RNA的分布與功能蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所一、信使RNA（mRNA）傳遞DNA遺傳信息的RNA稱為信使RNA（mRNA）。細(xì)胞核內(nèi)初合成的mRNA前體是不均一核RNA（hnRNA），經(jīng)剪接生成成熟的mRNA。去掉內(nèi)含子（intron）轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)物，留下外顯子（extron）轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)物，重新連在一起。mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：⑴．大多數(shù)真核mRNA的5’-端在轉(zhuǎn)錄后均加上一個(gè)帽子結(jié)構(gòu)。mRNA的帽子結(jié)構(gòu)可保護(hù)mRNA免受核酸酶從5’端的降解作用，并在翻譯起始中起重要作用。⑵．絕大多數(shù)真核mRNA的3’-端有200多個(gè)腺苷酸殘基的尾巴（PolyA），其作用在于增加mRNA的穩(wěn)定性和維持其翻譯活動(dòng)。m7GpppGmRNA的功能

mRNA的功能是把核內(nèi)DNA的堿基順序（即遺傳信息）按照堿基互補(bǔ)原則，抄錄并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)，決定蛋白質(zhì)合成過程中的氨基酸排列順序。mRNA通過三個(gè)核苷酸聯(lián)成的密碼子編碼氨基酸。二、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）tRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：tRNA分子中含有較多的稀有堿基：DHU、ψ和mG、mA等所有的tRNA均是線性多核苷酸鏈，局部片斷由于堿基互補(bǔ)而形成局部雙螺旋區(qū)，而非互補(bǔ)區(qū)則形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。整個(gè)tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)三葉草結(jié)構(gòu)tRNA中的3個(gè)環(huán)分別是DHU環(huán)、TψC環(huán)和反密碼環(huán)tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)倒L型，一端為氨基酸臂，另一端為反密碼子tRNA的功能其功能是攜帶蛋白質(zhì)合成所需的氨基酸，并按mRNA上的密碼順序“對(duì)號(hào)入座”地將其轉(zhuǎn)運(yùn)到mRNA分子上。tRNA的三葉草結(jié)構(gòu)tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)均呈倒L字母形，其3’末端含CAA-OH的氨基酸臂位于一端，反密碼環(huán)位于另一端。tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定力是核苷酸之間的各種氫鍵。三、核蛋白體RNA(rRNA)rRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成的核蛋白是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。rRNA分子大小不均一，真核細(xì)胞的rRNA有4種，其沉降系數(shù)分別為28S、58S、5S和18S。大約與70種蛋白質(zhì)結(jié)合而存在于的核蛋白體的大小亞基中rRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)為莖環(huán)樣結(jié)構(gòu)。

四、核酶(ribozyme)

rRNA前體的自我剪接是由內(nèi)含子催化的，其本質(zhì)是RNA。具有酶的催化活力的RNA就稱為核酶，核酶的發(fā)現(xiàn)改變了酶都是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)概念。第五節(jié)

核酸的理化性質(zhì)及其應(yīng)用核酸的一般性質(zhì)核酸分子通常表現(xiàn)為較強(qiáng)的酸性。由于DNA分子細(xì)長，其在溶液中的粘度很高；RNA分子比DNA短，在溶液中的粘度低于DNA。

核酸的紫外線吸收核酸分子中的堿基都含有共軛雙鍵，在260nm波長處有最大紫外光吸收。蛋白質(zhì)在280nm波長處有最大吸收，所以可利用溶液260nm和280nm處吸收光度（A）的比值來估計(jì)核酸的純度。DNA的理化性質(zhì)及其應(yīng)用變性復(fù)性增色效應(yīng)減色效應(yīng)解鏈溫度雜交探針DNA的理化性質(zhì)及其應(yīng)用變性復(fù)性增色效應(yīng)減色效應(yīng)解鏈溫度雜交探針核酸的變性與復(fù)性（一）變性DNA變性是指在某些因素的作用下，維系DNA雙螺旋的次級(jí)鍵發(fā)生斷裂，雙螺旋DNA分子被解開成單鏈的過程。引起DNA變性的因素有加熱和化學(xué)物質(zhì)的作用。變性可使其粘度下降和紫外吸收值的改變等。2．增色效應(yīng)和解鏈溫度（Tm）。3．G＋C含量越高，Tm值越大；A＋T含量越高，Tm越值小。（二）復(fù)性1．解開的兩條鏈重新締合形成雙螺旋，稱為DNA的復(fù)性或退火。2．退火溫度：比Tm低25℃。變性和復(fù)性雙鏈分開和重新形成雙鏈這樣的過程稱為變性和復(fù)性。破壞氫鍵形成的因素都可能使DNA變性，如過量的酸、堿或加熱。變性與復(fù)性增色效應(yīng)和減色效應(yīng)OD260:單核苷酸>單鏈DNA>雙鏈DNADNA變性時(shí)，溶液的OD260增高，稱為增色效應(yīng)。在解鏈曲線中的中點(diǎn)稱為中點(diǎn)解鏈溫度，或解鏈溫度(Tm)。變性和復(fù)性是可逆的，熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，故復(fù)性也稱為退火(annealing)雜交雜交：不同的DNA鏈放在同一溶液中作變性處理，或把單鏈DNA和RNA放在一起，局部的堿基配對(duì)，就可以形成局部雙鏈。這一過程稱為雜交。雜交的應(yīng)用。

核酸分子雜交是根據(jù)兩條核酸單鏈在一定條件下可按堿基互補(bǔ)原則退火形成雙鏈的原理，用已知的單鏈核苷酸片段作為探針檢測(cè)樣本中是否存在與其互補(bǔ)的同源核酸序列的方法。

常用的核酸分子雜交方法：

Southern

印跡雜交、Northern

印跡雜交斑點(diǎn)雜交、狹縫雜交原位雜交（菌落原位雜交、細(xì)胞原位雜交、 組織片原位雜交）夾心雜交探針探針：在核酸雜交的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種用于研究和診斷的新技術(shù)稱為探針技術(shù)。單鏈的核苷酸聚合體標(biāo)記后，就可以稱為探針。探針探針技術(shù)：在核酸雜交的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種用于研究和診斷的新技術(shù)。探針(probe)：經(jīng)同位素標(biāo)記的具有特定堿基序列的單鏈核苷酸聚合體。探針可用于：基因診斷、致病基因的定位、Southernblotting、Northernblotting、原位雜交、DNA芯片技術(shù)等臨床實(shí)踐和科研。第六節(jié)核酸酶

限制性內(nèi)切酶的應(yīng)用AluI….AGCT…..….AGCT...…..TCGA…..….TCGA...

BamHI…GGATCC…...GGATTC......CCTAGG……CCTAGG...

小結(jié)DNA的組成與結(jié)構(gòu)及性質(zhì)一級(jí)：堿基序列二級(jí)：雙螺旋結(jié)構(gòu)三級(jí)：核小體、超螺旋等RNA的組成與結(jié)構(gòu)

mRNA：遺傳密碼及其性質(zhì)

tRNA：三葉草、倒L型結(jié)構(gòu)、反密碼子

rRNA：大、小亞基組裝而成DNA與RNA的區(qū)別

基因表達(dá)調(diào)控RegulationofGeneExpression

通常情況下，真核生物細(xì)胞只有2-15%的基因處于有轉(zhuǎn)錄活性的狀態(tài)。表達(dá)調(diào)控是研究不同的環(huán)境和條件以及各種因素如何令基因表達(dá)或不表達(dá)，而且按一定的時(shí)間、空間有次序高效地運(yùn)作。調(diào)控水平：轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后、翻譯、翻譯后

調(diào)控：細(xì)胞代謝的調(diào)控（細(xì)胞生存、適應(yīng)內(nèi)環(huán)境）基因表達(dá)的調(diào)控（生命延續(xù)、適應(yīng)大環(huán)境）多水平的調(diào)控、多途徑的調(diào)控調(diào)控特點(diǎn)：復(fù)雜、多變、靈敏、準(zhǔn)確第一節(jié)、原核生物的操縱子調(diào)控模式操縱子：幾個(gè)相關(guān)基因排列在一起，轉(zhuǎn)錄出一個(gè)mRNA，翻譯出多種具相關(guān)功能的蛋白質(zhì)，完成一個(gè)功能。有一個(gè)調(diào)控成分。是原核生物的轉(zhuǎn)錄單位。

第一節(jié)、原核生物的操縱子調(diào)控模式一、酶的誘導(dǎo)（enzymeinduction）二、操縱子（operon）的結(jié)構(gòu)與功能三、乳糖操縱子（Lacoperon）與色氨酸操縱子（Trpoperon）四、

cAMP對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控五、原核生物轉(zhuǎn)錄的整體調(diào)控模式induceraddedinducerremoved酶蛋白合成量細(xì)胞孵育時(shí)間一、誘導(dǎo)現(xiàn)象由底物導(dǎo)致利用該底物的酶的合成增加。一、誘導(dǎo)現(xiàn)象葡萄糖乳糖

無半乳糖苷酶乳糖葡萄糖+半乳糖一、誘導(dǎo)現(xiàn)象酶的誘導(dǎo)是生物進(jìn)化中的一種合理、經(jīng)濟(jì)地利用有限資源的本能。酶的誘導(dǎo)是低等生物的普遍現(xiàn)象。1961年，JacobandMonod提出了操縱子學(xué)說。酶誘導(dǎo)的本質(zhì)：代謝物對(duì)催化本身代謝的酶的合成量調(diào)節(jié)。二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能

操縱子阻遏物基因上游啟動(dòng)子操縱基因一組結(jié)構(gòu)基因

R(i)POSinhibitorpromotoroperatorstructuralgenegene二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能啟動(dòng)子是結(jié)合RNA聚合酶的DNA序列強(qiáng)：-35TTGACA、-10TATAAT弱：-35區(qū)共有序列-10Pribnow不一致一般：基因工程選用強(qiáng)啟動(dòng)子，或雜交融合生成新啟動(dòng)子二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能Lacoperon的啟動(dòng)子Plac的-10Trpoperon的啟動(dòng)子Ptrp的-35PtacPtac-17二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能操縱基因是結(jié)合阻遏物的部位，位于啟動(dòng)子和結(jié)構(gòu)基因之間，可與啟動(dòng)子部分重疊。是RNA聚合酶是否能通過的開關(guān)。無阻遏物時(shí)，O區(qū)開放讓酶通過并轉(zhuǎn)錄下游的結(jié)構(gòu)基因有阻遏物時(shí)酶就不能通過二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能阻遏物基因：產(chǎn)生阻遏物，位于離操縱子較遠(yuǎn)的上游區(qū)。負(fù)調(diào)控：起調(diào)控作用的蛋白質(zhì)分子抑制轉(zhuǎn)錄關(guān)閉的基因由代謝底物開放（誘導(dǎo)）-----阻遏物失活開放的基因由代謝底物關(guān)閉（阻遏）-----阻遏物激活二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能操縱子：結(jié)構(gòu)基因、上游啟動(dòng)子(P)和操縱基因(O)組成。P和O合稱調(diào)控區(qū)可誘導(dǎo)和可阻遏的操縱子LacTrp三、乳糖操縱子和色氨酸操縱子乳糖操縱子操縱子的三個(gè)結(jié)構(gòu)基因?yàn)?半乳糖苷酶、-半乳糖苷通透酶和-半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶。在無乳糖時(shí)，阻遏蛋白與O區(qū)結(jié)合，阻止RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄在有乳糖時(shí)，乳糖與阻遏蛋白結(jié)合后，改變了阻遏蛋白的結(jié)構(gòu)，使其不能與O區(qū)結(jié)合。(1kb)(155000)

DDRPDDRP色氨酸操縱子色氨酸操縱子有5個(gè)結(jié)構(gòu)基因D、E基因：共產(chǎn)生鄰氨基苯甲酸合成酶C基因：產(chǎn)物是吲哚甘油磷酸合成酶B、A基因：共同產(chǎn)物是色氨酸合成酶這些基因一起轉(zhuǎn)錄翻譯后可進(jìn)行色氨酸的合成。色氨酸合成僅限細(xì)菌。色氨酸操縱子調(diào)控方式（-）（+）乳糖和色氨酸操縱子的共同點(diǎn)以負(fù)調(diào)控方式為主：蛋白質(zhì)分子（阻遏物）對(duì)受調(diào)控的區(qū)域起抑制作用。由低分子物質(zhì)（底物或產(chǎn)物）影響蛋白質(zhì)對(duì)DNA的結(jié)合。結(jié)果：既滿足細(xì)胞生長需求，又不無謂浪費(fèi)。乳糖和色氨酸操縱子的不同點(diǎn)乳糖操縱子色氨酸操縱子

阻遏物阻遏物R基因R基因阻遏物阻遏物代謝物基因開放基因關(guān)閉四、cAMP對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控在乳糖和葡萄糖都存在時(shí)，哪種糖被優(yōu)先利用？

四、cAMP對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控乳糖操縱子的啟動(dòng)子屬于弱啟動(dòng)子正調(diào)控方式CAP：catabolitegeneactivatorprotein分解代謝基因活化蛋白，受cAMP激活cAMP-CAP復(fù)合物：結(jié)合于DNA上游的CAP位點(diǎn)，促進(jìn)分解代謝基因表達(dá)CAP位點(diǎn)：位于PO上游，屬正調(diào)控位點(diǎn)四、cAMP對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控培養(yǎng)基中有葡萄糖時(shí)：葡萄糖代謝引起細(xì)胞內(nèi)cAMP水平下降，乳糖操縱子基因關(guān)閉。培養(yǎng)基中葡萄糖不足時(shí)：cAMP水平升高，cAMP-CAP復(fù)合物生成，cAMP使CAP變構(gòu)，而與CAP位點(diǎn)結(jié)合，促進(jìn)乳糖操縱子基因的轉(zhuǎn)錄，以便細(xì)胞利用乳糖。四、cAMP對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控1阿拉伯糖操縱子B、A、D：編碼三種酶，共催化阿拉伯糖的代謝。C：R1（阻遏蛋白），變構(gòu)后成R2。起始區(qū)：initiator（I）R1和R2在變構(gòu)前后，分別執(zhí)行負(fù)和正調(diào)控功能。誘導(dǎo)物可以使抑制蛋白在R1和R2兩種構(gòu)象之間轉(zhuǎn)變。阿拉伯糖操縱子五、原核生物轉(zhuǎn)錄的整體調(diào)控模式調(diào)節(jié)子：regulon操縱子是基因表達(dá)的基本單元，成群操縱子所組成的高一級(jí)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)稱為調(diào)節(jié)子調(diào)節(jié)原理：內(nèi)、外環(huán)境的變化通過傳感器使膜內(nèi)產(chǎn)生信號(hào)，這種信號(hào)可同時(shí)作用于多個(gè)操縱子，或激活或抑制，從而達(dá)到群體協(xié)調(diào)的目的。調(diào)節(jié)子模式SOS修復(fù)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)子DNA損傷和復(fù)制受阻是刺激因子和信號(hào)。LexA蛋白是一系列操縱子的阻遏物。

recA基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RecA蛋白可水解LexA蛋白。LexA阻遏recA基因，RecA蛋白可水解LexA蛋白，二者之間的平衡移動(dòng)，使細(xì)胞在應(yīng)急時(shí)可迅速啟動(dòng)大量基因的轉(zhuǎn)錄。SOS修復(fù)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)子第二節(jié)、真核生物的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控真核生物的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控更為復(fù)雜：總量大：30億bp，10萬基因分散在各染色體上，23對(duì)染色體：定位大量的內(nèi)含子：比結(jié)構(gòu)基因多十?dāng)?shù)倍大量的重復(fù)序列：重復(fù)次數(shù)可達(dá)幾千~百萬次更多的蛋白質(zhì)參與基因的多態(tài)性：不同的地域、人種、個(gè)體一、人類基因的研究基因組：DNA雙螺旋天書人類基因組即將全部破譯，一本書已通讀一遍，但閱讀理解的任務(wù)還剛開始。一、人類基因的研究人類基因組計(jì)劃：（HGP）

humangenomicproject

對(duì)人類基因組大約30億核苷酸對(duì)的全序列測(cè)定。在完成結(jié)構(gòu)分析過程中，對(duì)基因的功能，包括其表達(dá)調(diào)控，作進(jìn)一步研究，以便徹底了解生命的奧秘。HGP的內(nèi)容建立人類基因組高分辨率的遺傳圖譜完成全部人類染色體的各種物理圖譜及選擇某些模型生物的DNA物理圖譜。人類DNA和模型生物的DNA全部序列的測(cè)定。建立收集、儲(chǔ)存、分類和分析所有有關(guān)資料和數(shù)據(jù)的工作系統(tǒng)。創(chuàng)建完成以上目標(biāo)所需的新技術(shù)、新方法。二、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件分子辨認(rèn)：molecularrecognition探討DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間的辨認(rèn)與結(jié)合的機(jī)制，以及與調(diào)控的關(guān)系。二、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件TATAbox：-30區(qū)CAATbox啟動(dòng)子GCbox上游活化序列：（USA）upstreamactivatorsequence應(yīng)答元件與可誘導(dǎo)因子：-200bp八聚體TATAbox：免疫球蛋白增強(qiáng)子的特點(diǎn)增強(qiáng)子：enhancer它是在遠(yuǎn)距離影響啟動(dòng)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件，必須被蛋白質(zhì)因子結(jié)合后才能發(fā)揮增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄的功能。增強(qiáng)子影響啟動(dòng)子，但沒有嚴(yán)格的專一性。增強(qiáng)子作用無方向性。二、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件順式作用元件：真核生物結(jié)構(gòu)基因上游的調(diào)控區(qū)，有特定的相似或一致性的序列。反式作用因子：和順式作用元件相結(jié)合或間接影響其作用的蛋白質(zhì)因子。真核生物RNApolII轉(zhuǎn)錄的基因RNA聚合酶II的轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物TFIID是唯一與DNA特異位點(diǎn)即TATA盒結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。TATA和TFIID、TFIIA、TFIIB、RNApolII、TFIIF和TFIIE形成轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物(PIC)。反式作用因子性質(zhì)同一DNA序列可被不同蛋白質(zhì)識(shí)別，同一蛋白質(zhì)因子也可與多種不同DNA序列結(jié)合。DNA與蛋白質(zhì)的結(jié)合少數(shù)是直接結(jié)合，多數(shù)是蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用后再影響DNA。蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)或