第六章基因及其表達(dá)與調(diào)控

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容: :1 1、遺傳物質(zhì)、遺傳物質(zhì)2 2、基因表達(dá)、基因表達(dá)3 3、基因表達(dá)的調(diào)控、基因表達(dá)的調(diào)控 （自學(xué)）（自學(xué)）第六章第六章 基因及其表達(dá)與調(diào)控基因及其表達(dá)與調(diào)控基本要求：基本要求： （1 1）掌握核酸的分子結(jié)構(gòu)與功能；）掌握核酸的分子結(jié)構(gòu)與功能；（2 2）理解基因的概念及發(fā)展；）理解基因的概念及發(fā)展；（3 3）掌握基因表達(dá)的過程；）掌握基因表達(dá)的過程；（4 4）了解基因表達(dá)的調(diào)控。）了解基因表達(dá)的調(diào)控。第一節(jié)第一節(jié) 遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)（一）間接證據(jù)（一）間接證據(jù)（1 1）DNADNA通常只在核中的染色體上找到。通常只在核中的染色體上找到。也有某些例外，例如細(xì)胞也有某些例外，例

2、如細(xì)胞質(zhì)中的線料體和葉綠體等有它們的自己的質(zhì)中的線料體和葉綠體等有它們的自己的DNADNA，但這些結(jié)構(gòu)能自，但這些結(jié)構(gòu)能自體復(fù)制，有它們自己的遺傳連續(xù)性。體復(fù)制，有它們自己的遺傳連續(xù)性。 （2 2）同一種生物，不論年齡大小，不論身體的那一種組織同一種生物，不論年齡大小，不論身體的那一種組織, ,在一定在一定條件下，每個細(xì)胞核的條件下，每個細(xì)胞核的DNADNA的含量基本上是機(jī)同的，而精子的的含量基本上是機(jī)同的，而精子的DNADNA的含量正好是體細(xì)胞的一半。的含量正好是體細(xì)胞的一半。蛋白質(zhì)等其他化學(xué)物質(zhì)不符合這種蛋白質(zhì)等其他化學(xué)物質(zhì)不符合這種情況。情況。 （3 3）同一種生物的各種細(xì)胞中，同一種生

3、物的各種細(xì)胞中，DNADNA在量上恒寫在質(zhì)上也恒定；相在量上恒寫在質(zhì)上也恒定；相反地，蛋白質(zhì)在量不上恒定，在質(zhì)上也不恒定，反地，蛋白質(zhì)在量不上恒定，在質(zhì)上也不恒定，例如在某些魚類例如在某些魚類中，它們的染色體的蛋白質(zhì)一般都是組蛋白，且含有少量的中，它們的染色體的蛋白質(zhì)一般都是組蛋白，且含有少量的RNARNA，而在成熟精子中組蛋白完全不見了，全都是精蛋白了，而在成熟精子中組蛋白完全不見了，全都是精蛋白了，RNARNA的的含量也測不出，查見蛋白質(zhì)在質(zhì)量也不是恒定的，不符合遺傳物含量也測不出，查見蛋白質(zhì)在質(zhì)量也不是恒定的，不符合遺傳物質(zhì)的對穩(wěn)定性要求。質(zhì)的對穩(wěn)定性要求。 （4 4）各類生物中，能改變

4、各類生物中，能改變DNADNA結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì)都可能引起突變。結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì)都可能引起突變。 一、核酸是遺傳物質(zhì)一、核酸是遺傳物質(zhì)：1 1、細(xì)菌轉(zhuǎn)化實驗前傳（轉(zhuǎn)化因子試驗）、細(xì)菌轉(zhuǎn)化實驗前傳（轉(zhuǎn)化因子試驗） 19281928年年 格里菲斯（格里菲斯（GriffithGriffith，J.J.） 肺炎雙球菌有兩種類型肺炎雙球菌有兩種類型型（有毒）型（有毒）外包有莢膜，不能被白血球吞噬外包有莢膜，不能被白血球吞噬型（無毒）型（無毒）外無莢膜，容易被白血球吞噬外無莢膜，容易被白血球吞噬注射毒性的SIII注射已殺死的無毒性的注射已殺死的無毒性的SIII+SIII+少量活少量活R R型菌株型菌株注射無毒性

5、的RII型分離到有活的分離到有活的性的性的SIIISIII轉(zhuǎn)化因子？轉(zhuǎn)化因子？（二）直接證據(jù)（二）直接證據(jù) 19441944年年O.T.AveryO.T.Avery等人通過實驗證明等人通過實驗證明DNADNA是一個攜帶遺是一個攜帶遺傳信息的分子，幾年之后，傳信息的分子，幾年之后，A.HershyA.Hershy和和M.ChaseM.Chase通過噬菌體通過噬菌體感染實驗也證實感染實驗也證實DNADNA是遺傳物質(zhì)。是遺傳物質(zhì)。 肺炎病菌有二種，一種是光滑型肺炎雙球菌：有莢膜、肺炎病菌有二種，一種是光滑型肺炎雙球菌：有莢膜、菌落光滑且有毒。這種菌通常外包有一層黏性發(fā)光的多糖菌落光滑且有毒。這種菌通

6、常外包有一層黏性發(fā)光的多糖莢膜，它是細(xì)菌致病性的必要成分，引起肺炎；另一種是莢膜，它是細(xì)菌致病性的必要成分，引起肺炎；另一種是粗糙型肺炎雙球菌：無莢膜、菌落粗糙且無毒。下圖給出粗糙型肺炎雙球菌：無莢膜、菌落粗糙且無毒。下圖給出了了O.T.AveryO.T.Avery等人具體的等人具體的過程。過程。2、細(xì)菌轉(zhuǎn)化實驗（a a）將光滑型肺炎雙球菌注入小鼠體內(nèi)，）將光滑型肺炎雙球菌注入小鼠體內(nèi)，使小鼠致死。使小鼠致死。（b b）將粗糙型肺炎雙球菌注入小鼠體內(nèi)，）將粗糙型肺炎雙球菌注入小鼠體內(nèi)，對小鼠無害。對小鼠無害。（c c）將光滑型肺炎雙球菌加熱殺死后，）將光滑型肺炎雙球菌加熱殺死后，再注入小鼠體內(nèi)

7、，對小鼠無害。再注入小鼠體內(nèi)，對小鼠無害。（d d）將加熱殺死的光滑型肺炎雙球菌與）將加熱殺死的光滑型肺炎雙球菌與粗糙型肺炎雙球菌一起注入小鼠體內(nèi)，小粗糙型肺炎雙球菌一起注入小鼠體內(nèi)，小鼠死掉。鼠死掉。 （e e）從加熱殺死的光滑型肺炎雙球菌中）從加熱殺死的光滑型肺炎雙球菌中提取提取DNADNA，并盡可能將混在，并盡可能將混在DNADNA中的蛋白質(zhì)中的蛋白質(zhì)除去，然后將除去，然后將DNADNA與粗糙型肺炎雙球菌混與粗糙型肺炎雙球菌混合后，再注入小鼠體內(nèi)，小鼠死掉。合后，再注入小鼠體內(nèi)，小鼠死掉。（2）. 噬菌體感染實驗噬菌體感染實驗 用用3232P P標(biāo)記噬菌體標(biāo)記噬菌體DNADNA，使標(biāo)記的

8、噬菌體感染大腸桿菌，使標(biāo)記的噬菌體感染大腸桿菌，經(jīng)短期保溫后，噬菌體就附著在細(xì)菌上。然后用攪拌器經(jīng)短期保溫后，噬菌體就附著在細(xì)菌上。然后用攪拌器（1000010000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /分）攪拌幾分鐘，使噬菌體與大腸桿菌分開，再分）攪拌幾分鐘，使噬菌體與大腸桿菌分開，再用高速離心機(jī)使細(xì)菌沉淀，分析沉淀和上清中的放射性。用用高速離心機(jī)使細(xì)菌沉淀，分析沉淀和上清中的放射性。用3535S S標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼，進(jìn)行同樣的驗證實驗。標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼，進(jìn)行同樣的驗證實驗。 。但是被感染的細(xì)菌內(nèi)部出現(xiàn)了奇跡。隨著被感染的細(xì)菌。但是被感染的細(xì)菌內(nèi)部出現(xiàn)了奇跡。隨著被感染的細(xì)菌的培養(yǎng)，有的細(xì)菌破裂，釋放出很多

9、噬菌體來。這說明用于的培養(yǎng)，有的細(xì)菌破裂，釋放出很多噬菌體來。這說明用于復(fù)制的遺傳信息是通過病毒復(fù)制的遺傳信息是通過病毒DNADNA，而不是通過病毒蛋白質(zhì)導(dǎo)入，而不是通過病毒蛋白質(zhì)導(dǎo)入細(xì)菌內(nèi)的。細(xì)菌內(nèi)的。 32P標(biāo)記標(biāo)記 噬菌體噬菌體DNA35S標(biāo)記標(biāo)記 噬菌體噬菌體外殼外殼 美國生理學(xué)家德爾布呂克（美國生理學(xué)家德爾布呂克（DelbuckDelbuck ，M.1906M.190619811981） 19521952年赫希爾（年赫希爾（HeisheyHeishey ，A.D.A.D.）和蔡斯（）和蔡斯（Chase Chase ，M.M.），），用同位素標(biāo)記法進(jìn)行實驗。他們的實驗進(jìn)一步證明了用同位

10、素標(biāo)記法進(jìn)行實驗。他們的實驗進(jìn)一步證明了就是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)就是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)。（2 2）使細(xì)胞和個體生長過程中遺傳信息順利表達(dá)）使細(xì)胞和個體生長過程中遺傳信息順利表達(dá)3 3、DNADNA作為遺傳物質(zhì)的基本功能作為遺傳物質(zhì)的基本功能1.DNA1.DNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)（1 1）DNADNA的一級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)構(gòu).定義： DNA的一級結(jié)構(gòu)是由數(shù)量極其龐大的四種脫氧核糖核酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）按一定順序，通過3 3 ,5,5 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵( (一個核苷酸的一個核苷酸的33羥基和相鄰一個核苷酸的羥基和相鄰一個核苷酸的55磷酸基團(tuán)以酯磷酸基團(tuán)以酯鍵相連。鍵相連。) )連成的直線形或環(huán)

11、形分子。. DNA的書寫順序是53。 .DNA中有4種類型的核苷酸，有n個核苷酸組成的DNA鏈中可能有的不同序列總數(shù)為4n。二、核酸的分子結(jié)構(gòu)與功能(2)(2)、 DNADNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)（雙螺旋）（雙螺旋）定義：定義：DNA的二級結(jié)構(gòu)指DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。.雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景 堿基組成的Chargaff規(guī)則：Franklin和Wilkins獲得了高質(zhì)量的DNA的X線衍射照片，顯示出DNA是螺旋形分子。1952 年底, 美國著名的化學(xué)大師鮑林(Linus Pauling)發(fā)表了自己構(gòu)建的DNA 三螺旋結(jié)構(gòu)。 1953年Watson和Crick總結(jié)前人的研究成果，提出了DNA的雙螺旋結(jié)

12、構(gòu)模型。ChargaffChargaff 規(guī)則（規(guī)則（2020世紀(jì)世紀(jì)40-5040-50年代）年代） 不同物種間不同物種間DNADNA堿基組成一般是不同的；堿基組成一般是不同的； 同一物種不同組織同一物種不同組織DNADNA樣品堿基組成相同；樣品堿基組成相同； 一個物種的一個物種的DNADNA堿基組成不會因個體的年齡、營養(yǎng)狀堿基組成不會因個體的年齡、營養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境改變而改變；態(tài)和環(huán)境改變而改變； 任何一種任何一種DNADNA樣品中，樣品中，A A的量的量=T=T的量，的量，G G的量的量=C=C的量的量 ，因此因此 A+G=C=T A+G=C=T ，A+G+C+T=100%A+G+C+T=1

13、00%。 例如：例如：G+CG+C含量為含量為40%40%，則則G=20%G=20%、 C=20%C=20%、 A=30%A=30%、T=30%T=30%. DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點2.0 nm小小溝溝大大溝溝兩條右手螺旋的多核苷酸鏈反向平行圍繞同一中心軸相互纏繞。兩條鏈偏向一側(cè)，形成大溝和小溝磷酸與核糖通過磷酸二酯鍵連接，形成DNA分子骨架，位于DNA分子外側(cè)，嘌呤與嘧啶位于雙螺旋內(nèi)側(cè)。堿基平面和縱軸垂直，糖環(huán)的平面與縱軸平行。雙螺旋的直徑2nm，相鄰堿基對之間的距離為0.34nm。沿中心軸旋轉(zhuǎn)一周有10個核苷酸。兩核苷酸鏈靠堿基間的氫鍵連接在一起（A=T配對，G C配對）。當(dāng)一條多核苷酸

14、鏈的序列確定后，可決定另外一條互補(bǔ)鏈的序列。雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素？ 堿基堆積力（堆積堿基的疏水作用）-主要因素 氫鍵(AT之間兩個氫鍵，GC之間三個氫鍵) 環(huán)境中的正離子復(fù)制復(fù)制( (replication)replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈?zhǔn)侵高z傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNADNA為模板為模板合成子鏈合成子鏈DNADNA的過程。的過程。復(fù)制復(fù)制親代親代DNA子代子代DNA2 2、DNADNA半保留半不連續(xù)復(fù)制半保留半不連續(xù)復(fù)制（1 1）半保留復(fù)制）半保留復(fù)制(semiconservative(semiconservative replication) replication)概念

15、：概念：DNADNA生物合成時，母鏈生物合成時，母鏈DNADNA解開為兩股單鏈，各自作為模解開為兩股單鏈，各自作為模板，按堿基配對規(guī)律，合成與板，按堿基配對規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的DNADNA，一股單鏈從親代完整接受，一股單鏈從親代完整接受過來，另一股單鏈則完全重新過來，另一股單鏈則完全重新合成，兩個子細(xì)胞的合成，兩個子細(xì)胞的DNADNA都和親都和親代代DNADNA堿基序列一致，這種復(fù)制堿基序列一致，這種復(fù)制方式為半保留復(fù)制。方式為半保留復(fù)制。復(fù)制時，復(fù)制時，DNADNA從從起始點起始點(origin)(origin)向兩個方向兩個方向解鏈，形成兩個延伸

16、方向相反的復(fù)制叉，稱向解鏈，形成兩個延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為為雙向復(fù)制雙向復(fù)制。 復(fù)制中的放射自顯影圖象復(fù)制中的放射自顯影圖象（2 2） 雙向復(fù)制雙向復(fù)制(bidirectional replication)(bidirectional replication)A. 環(huán)狀雙鏈環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點及復(fù)制起始點B. 復(fù)制中的兩個復(fù)制叉復(fù)制中的兩個復(fù)制叉C. 復(fù)制接近終止點復(fù)制接近終止點(termination, ter)oriterA B C原核生物原核生物DNA雙向復(fù)制雙向復(fù)制53oriorioriori535533553復(fù)制子復(fù)制子3真核生物真核生物DNA多復(fù)制子復(fù)制多復(fù)制子復(fù)制（3

17、3）、半不連續(xù)復(fù)制）、半不連續(xù)復(fù)制(semi-discontinuous replication)(semi-discontinuous replication) 順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈。 復(fù)制方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈復(fù)制方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延長，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為方向連續(xù)延長，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為隨從鏈隨從鏈。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片岡崎片段段(okazaki(okazaki fragment) fragment)。 3 5 3 5 解鏈

18、方向解鏈方向3 5 3 3 5 領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈(leading strand)隨從鏈隨從鏈(lagging strand)岡崎片段岡崎片段(okazaki fragment) 領(lǐng)頭鏈連續(xù)領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)隨從鏈不連續(xù)復(fù)制復(fù)制 復(fù)制的半不連續(xù)性復(fù)制的半不連續(xù)性1 1、RNARNA的一級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)構(gòu) RNA分子中各核苷之間的連接分子中各核苷之間的連接方式（方式（3 -5 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵）和排列）和排列順序叫做順序叫做RNA的一級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)構(gòu)OHOHOH5 3 RNA與與DNA的差異的差異 DNA RNA糖糖 脫氧核糖脫氧核糖 核糖核糖堿基堿基 AGCT AGCU 不含稀有堿

19、基不含稀有堿基 含稀有堿基含稀有堿基（三）、（三）、RNARNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能2、mRNA的結(jié)構(gòu)信使RNA（messenger RNA，mRNA）不均一核RNA（heterogeneou nuclear RNA，hnRNA）： 在細(xì)胞核內(nèi)合成的mRNA的初級產(chǎn)物，經(jīng)過剪接成為成熟的mRNA并移到細(xì)胞質(zhì)。mRNA的功能：是把核內(nèi)DNA的堿基順序按照堿基互補(bǔ)的原則，抄錄并轉(zhuǎn)送至胞質(zhì)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。AAAA Anm7GpppAUG GUGUAA535 帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu) 密碼子密碼子 3 多聚多聚A尾尾 5 5 非編碼區(qū)非編碼區(qū) 編碼區(qū)編碼區(qū) 3 3 非編碼區(qū)非編碼區(qū)真核生物真核生物mR

20、NA：* mRNA的功能的功能 把把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互所攜帶的遺傳信息，按堿基互補(bǔ)配對原則，抄錄并傳送至核糖體，用以補(bǔ)配對原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。DNAmRNA蛋白蛋白轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯原核細(xì)胞原核細(xì)胞 細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核細(xì)胞核DNA內(nèi)含子內(nèi)含子外顯子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)mRNAhnRNA翻譯翻譯蛋白蛋白真核細(xì)胞真核細(xì)胞 mRNA的成熟過程m mRNARNA結(jié)構(gòu)的特點結(jié)構(gòu)的特點z真核生物成熟mRNA的結(jié)構(gòu)特點及與原核生物的區(qū)別：（1）、5端帽子結(jié)構(gòu)（cap sequence): m7G5

21、ppp5Nm- 5-末端的G的N7被甲基化。鳥嘌呤核苷酸焦磷酸與相鄰的一個核苷酸相連，形成5,5-磷酸二酯鍵。 帽子結(jié)構(gòu)能促進(jìn)核蛋白體與mRNA的結(jié)合加速翻譯起始速度，同時可以增強(qiáng)mRNA的穩(wěn)定性。 原核生物無此結(jié)構(gòu)（2）、3末端多聚A的尾巴。 極大多數(shù)真核細(xì)胞mRNA在3-末端有一段長約20200個多聚腺苷酸的polyA。 polyA是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)polyA聚合酶的作用而添加上去的。 原核生物無些結(jié)構(gòu)polyA的功能：1、與mRNA從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)有關(guān)；2、與mRNA的半壽期有關(guān)，新合成的mRNA， polyA鏈較長，而衰老的mRNA ，polyA鏈縮短。 （3）、真核生物mRNA是單順反

22、子的，而原核生物的mRNA是多順反子的。順反子：是由順反試驗所規(guī)定的遺傳單位相當(dāng)于一個基因，含有決定一種蛋白質(zhì)氨基酸序列的全部核苷酸序列。多順反子：是指攜帶一種以上蛋白質(zhì)合成信息的mRNA也就是說：原核生物mRNA可編碼幾條不同的多肽鏈。單順反子：只編碼一條多肽鏈。2、tRNA的結(jié)構(gòu)（1）tRNA的一級結(jié)構(gòu) 1.由7493個（多為76個）核苷酸組成單鏈，沉降系數(shù)為4S ； (沉降系數(shù)又稱為沉降常數(shù)，指離心力場中沉降分子下沉的速度，1S=1x10-13秒，S常用來表示核酸分子，蛋白質(zhì)分子和糖體等的大?。?2.具有不變的（恒定的）核苷酸:U8 、G18 、 G19 3.含較多的修飾核苷酸（稀有堿基

23、）； 4.5端多為PG ； 3端多為CCAOH （用來接受活化的氨基酸，又稱為接受末端）（2）.tRNA的二級結(jié)構(gòu)三葉草結(jié)構(gòu) 具有四臂四環(huán) 3端為CCAOH 序列 ， 5端為PG （3）. tRNA的三級結(jié)構(gòu)倒L形結(jié)構(gòu)tRNAtRNA的三葉草型二級結(jié)構(gòu)的三葉草型二級結(jié)構(gòu)1 12 24 4反密碼子環(huán)反密碼子環(huán) 反密碼子反密碼子RNA中的堿基配對原則 3 3額外環(huán)額外環(huán)二氫尿二氫尿嘧啶環(huán)嘧啶環(huán)次黃嘌呤次黃嘌呤不同的不同的tRNA具有不同的具有不同的額外環(huán)額外環(huán)，所，所以額外環(huán)是以額外環(huán)是tRNA分類的分類的重要指標(biāo)重要指標(biāo)假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)tRNAtRNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu) tRNA

24、tRNA的二級結(jié)構(gòu)大都呈的二級結(jié)構(gòu)大都呈“ 三葉草三葉草” 形狀，在結(jié)形狀，在結(jié)構(gòu)上具有某些共同之處，構(gòu)上具有某些共同之處，一般可將其分為四臂四環(huán)一般可將其分為四臂四環(huán)：包括氨基酸接受臂、反密包括氨基酸接受臂、反密碼（環(huán)）臂、二氫尿嘧啶碼（環(huán)）臂、二氫尿嘧啶（環(huán)）臂、（環(huán)）臂、T T C C（環(huán)）（環(huán)）臂臂和和可變環(huán)。除了氨基酸接受可變環(huán)。除了氨基酸接受區(qū)外，其余每個區(qū)均含有區(qū)外，其余每個區(qū)均含有一個突環(huán)和一個臂。一個突環(huán)和一個臂。 (1)(1)氨基酸接受區(qū)氨基酸接受區(qū)包含有包含有tRNAtRNA的的3 3- -末端和末端和5 5- -末端，末端， 3 3- -末端的最末端的最后后3 3個核苷

25、酸殘基都是個核苷酸殘基都是CCACCA，A A為腺苷酸。氨基酸可與其為腺苷酸。氨基酸可與其成酯，該區(qū)在蛋白質(zhì)合成成酯，該區(qū)在蛋白質(zhì)合成中起攜帶氨基酸的作用。中起攜帶氨基酸的作用。(2)(2)反密碼區(qū)反密碼區(qū)與氨基酸接受區(qū)相對，一與氨基酸接受區(qū)相對，一般環(huán)中含有般環(huán)中含有7 7個核苷酸殘基，個核苷酸殘基，臂中含有臂中含有5 5對堿基。對堿基。其中環(huán)其中環(huán)中正中的中正中的3 3個核苷酸殘基稱個核苷酸殘基稱為為反密碼子反密碼子。（3)3)二氫尿嘧啶區(qū)二氫尿嘧啶區(qū) 該區(qū)含有二氫尿嘧啶。環(huán)該區(qū)含有二氫尿嘧啶。環(huán)由由8-128-12個核苷酸組成，臂由個核苷酸組成，臂由3-43-4對堿基組成。對堿基組成。

26、(4) (4) T T C C區(qū)區(qū) 該區(qū)與二氫尿嘧啶區(qū)相對，該區(qū)與二氫尿嘧啶區(qū)相對， 假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)糖核苷環(huán)( (T T C)C)由由7 7個核苷酸個核苷酸組成，通過由組成，通過由5 5對堿基組成對堿基組成的雙螺旋區(qū)的雙螺旋區(qū)( (T T C C臂臂) )與與tRNAtRNA的其余部分相連。除個別例的其余部分相連。除個別例外，幾乎所有外，幾乎所有tBNAtBNA在此環(huán)中在此環(huán)中都含有都含有T T C C 。 (5)(5)可變區(qū)可變區(qū) 位于反密碼區(qū)與位于反密碼區(qū)與T T C C區(qū)之間，區(qū)之間，不同的不同的tRNAtRNA該區(qū)變化較大，該區(qū)變化較大，一般有一般

27、有3-183-18個核苷酸組成個核苷酸組成。 tRNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu) 呈倒“L”形，3CCA-末端位于L的短線一端，反密碼環(huán)位于L的長線一端，DHU和TC環(huán)形成L的轉(zhuǎn)角。 作用力 ：（）氫鍵和堿基的上下堆積，以及疏水性等使得倒“L”結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在。（）除了堿基對的氫鍵外，還有非尋常的氫鍵：不互補(bǔ)的堿基間GG、AA、AC等的氫鍵；核糖磷酸骨架與堿基骨架之間的氫鍵。3 3、rRNArRNA 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 概述概述 rRNArRNA是細(xì)胞內(nèi)含量最多的是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNARNA，約占約占 RNA RNA 總量的總量的 8080以上。以上。 r R N Ar R N A 與 蛋 白 質(zhì) 共 同

28、構(gòu) 成與 蛋 白 質(zhì) 共 同 構(gòu) 成 核 糖 體核 糖 體（ribosomeribosome，是，是一種核酶一種核酶），其中蛋白質(zhì)），其中蛋白質(zhì)約占約占4040，rRNArRNA約占約占6060。 功能功能 核糖體中催化肽鍵合成的是核糖體中催化肽鍵合成的是 rRNArRNA，蛋白質(zhì)只是維持，蛋白質(zhì)只是維持rRNArRNA構(gòu)象，起輔助構(gòu)象，起輔助作用作用。核糖體分大小兩個亞基：核糖體分大小兩個亞基： 原核生物核糖體中有原核生物核糖體中有3 3類類 rRNArRNA（大大50S50S；?。海恍。?0S30S）：）： 5S rRNA5S rRNA， 16S rRNA16S rRNA，23S rRNA

29、23S rRNA。 真核生物核糖體中有真核生物核糖體中有4 4類類 rRNArRNA （大大60S60S；?。?；?。?0S40S） ： 5S rRNA5S rRNA，5.8S rRNA5.8S rRNA， 18S rRNA18S rRNA， 28S rRNA28S rRNA。大腸桿菌E.Coli.16srRNA的結(jié)構(gòu)mRNAtRNA核糖體核糖體三、基因的概念及其發(fā)展（自學(xué)）第二節(jié)、基因表達(dá)中心法則中心法則DNA RNA 蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄一、轉(zhuǎn)錄一、轉(zhuǎn)錄 (transcription) (transcription) 生物體以生物體以DNADNA為模板合成為模板合成RNARNA的過程。即

30、在的過程。即在RNARNA酶催化酶催化下，以下，以DNADNA為模板合成為模板合成mRNAmRNA的過程的過程 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄RNADNA 模板鏈（反義鏈）：DNA雙鏈中按堿基配對規(guī)雙鏈中按堿基配對規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，也稱作的一股單鏈，也稱作有意義有意義鏈鏈或或Watson鏈鏈。編碼鏈（有義鏈）：DNA雙鏈中雙鏈中與模板鏈相對的單鏈，不進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，與模板鏈相對的單鏈，不進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，也稱為也稱為反義鏈反義鏈或或Crick鏈鏈。5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C

31、編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯RNARNA的轉(zhuǎn)錄過程的轉(zhuǎn)錄過程：（以大腸桿菌為例）（以大腸桿菌為例） 起始位點的識別起始位點的識別 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 鏈的延伸鏈的延伸 轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止( (一一) )、RNARNA的轉(zhuǎn)錄過程的轉(zhuǎn)錄過程1 1、起始位點的識別、起始位點的識別 RNARNA的合成不需要引物。體外實驗證明，不含的合成不需要引物。體外實驗證明，不含亞基的核亞基的核心酶會隨機(jī)地在一個基因的兩條鏈上啟動，當(dāng)有心酶會隨機(jī)地在一個基因的兩條鏈上啟動，當(dāng)有亞基時就會亞基時就會選擇正確的起點。選擇正確的起點。 亞基起著識別亞基起著識別DNADNA分子上的起始信號（啟分

32、子上的起始信號（啟動子動子指指RNARNA聚合酶識別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段聚合酶識別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段DNADNA序列）序列）的作用。啟動子的結(jié)構(gòu)至少由三部分組成：的作用。啟動子的結(jié)構(gòu)至少由三部分組成：-35-35序列提供了序列提供了RNARNA聚合酶全酶識別的信號；聚合酶全酶識別的信號；-10-10序列是酶的緊密結(jié)合位點序列是酶的緊密結(jié)合位點（富含（富含ATAT堿基，利于雙鏈打開）堿基，利于雙鏈打開）；第三部分是；第三部分是RNARNA合成的起始點。合成的起始點。AACTGTATATTATTGACATATAAT+1轉(zhuǎn)錄起始點轉(zhuǎn)錄起始點5335 35序列序列 Sextama 框框 10序列

33、序列Pribnow框框2 2、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄起始 RNARNA聚合酶聚合酶全酶掃描解鏈區(qū)，找到起始點，然后結(jié)合全酶掃描解鏈區(qū)，找到起始點，然后結(jié)合第一個核苷三磷酸。加入的第一個核苷三磷酸常是第一個核苷三磷酸。加入的第一個核苷三磷酸常是GTPGTP或或ATPATP，很少是，很少是CTPCTP，不用，不用UTPUTP。所形成的啟動子、全酶和核。所形成的啟動子、全酶和核苷三磷酸復(fù)合物稱為三元起始復(fù)合物，第一個核苷三磷苷三磷酸復(fù)合物稱為三元起始復(fù)合物，第一個核苷三磷酸一旦摻入到轉(zhuǎn)錄起始點，酸一旦摻入到轉(zhuǎn)錄起始點， 亞基就會被釋放脫離核心亞基就會被釋放脫離核心酶。酶。 因子僅與起始因子僅與起始有關(guān)，有關(guān)

34、，RNARNA的合的合成一旦開始成一旦開始，便被釋放便被釋放 E-35-10pppG或pppA55553333模板模板鏈鏈3 3、RNARNA鏈的延伸鏈的延伸DNADNA分子和酶分子發(fā)生構(gòu)象的變化，核心酶與分子和酶分子發(fā)生構(gòu)象的變化，核心酶與DNADNA結(jié)合比較松弛，可沿結(jié)合比較松弛，可沿DNADNA模板移動，并按模板順模板移動，并按模板順序選擇下一個核苷酸，將核苷三磷酸加到生長的序選擇下一個核苷酸，將核苷三磷酸加到生長的RNARNA鏈的鏈的3-OH3-OH端，催化形成磷酸二酯鍵。轉(zhuǎn)錄端，催化形成磷酸二酯鍵。轉(zhuǎn)錄延伸方向從延伸方向從5 5 334 4、轉(zhuǎn)錄終止、轉(zhuǎn)錄終止 在在DNADNA分子上

35、（基因末端）提供轉(zhuǎn)錄停止信號的分子上（基因末端）提供轉(zhuǎn)錄停止信號的DNADNA序列序列稱為終止子（稱為終止子（terminatorsterminators),),它能使它能使RNARNA聚合酶停止合成聚合酶停止合成RNARNA并釋放出并釋放出RNARNA。 需要需要因子（終止因子，協(xié)助因子（終止因子，協(xié)助RNARNA聚合酶識別終止聚合酶識別終止信號）幫助，信號）幫助， 因子能與因子能與RNARNA聚合酶結(jié)合但不是聚合酶結(jié)合但不是酶的組分，它的作用是阻止酶的組分，它的作用是阻止RNARNA聚合酶向前移動，聚合酶向前移動，于是轉(zhuǎn)錄終止，并釋放出已轉(zhuǎn)錄完成的于是轉(zhuǎn)錄終止，并釋放出已轉(zhuǎn)錄完成的RNAR

36、NA鏈鏈。不依賴于不依賴于因子。強(qiáng)終止子序列有兩個明顯的因子。強(qiáng)終止子序列有兩個明顯的特征：（特征：（ 1 1 ）在終止點之前具有一段富含）在終止點之前具有一段富含G-CG-C的回文區(qū)域。（的回文區(qū)域。（2 2）富含）富含G-CG-C的區(qū)域之后是一連的區(qū)域之后是一連串的串的dAdA堿基序列，它們轉(zhuǎn)錄的堿基序列，它們轉(zhuǎn)錄的RNARNA鏈的末端為一鏈的末端為一連串連串U U（連續(xù)（連續(xù)6 6個）個）。弱終止子：弱終止子：缺少回文結(jié)構(gòu)缺少回文結(jié)構(gòu)強(qiáng)終止子強(qiáng)終止子：有回文結(jié)構(gòu)有回文結(jié)構(gòu) 細(xì)胞內(nèi)，由細(xì)胞內(nèi)，由RNARNA聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄物聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄物（primary transcriptp

37、rimary transcript）往往需要一系列的變）往往需要一系列的變化，包括鏈的裂解、化，包括鏈的裂解、5 5 和和3 3 末端的切除和特殊結(jié)末端的切除和特殊結(jié)構(gòu)的形成、核苷的修飾、以及拼接和編輯等過構(gòu)的形成、核苷的修飾、以及拼接和編輯等過程，才轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓某?，才轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓腞NARNA分子。此過程總稱為分子。此過程總稱為RNARNA的成熟或稱為的成熟或稱為RNARNA的轉(zhuǎn)錄后加工。的轉(zhuǎn)錄后加工。（二）、（二）、RNARNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工（一）大腸桿菌（一）大腸桿菌RNARNA聚合酶聚合酶大腸桿菌的大腸桿菌的RNARNA聚合酶全酶由聚合酶全酶由5 5種亞基種亞基2 2組成組成，

38、因子與其它部分的結(jié)合不是十分緊密，它易于與因子與其它部分的結(jié)合不是十分緊密，它易于與2 2分離，分離，沒有沒有亞基的酶稱為核心酶亞基的酶稱為核心酶只催化只催化鏈的延長，對起始無作用。鏈的延長，對起始無作用。 五種亞基的功能分別為五種亞基的功能分別為： 亞基：亞基：與啟動子結(jié)合功能與啟動子結(jié)合功能。 亞基亞基：含催化部位，起催化作用，催化形含催化部位，起催化作用，催化形 成磷成磷酸二酯鍵。酸二酯鍵。 亞基亞基：與與DNADNA模板結(jié)合功能。模板結(jié)合功能。 亞基：亞基：識別起始位點。識別起始位點。 二、二、 RNARNA聚合酶聚合酶（二） 真核細(xì)胞的真核細(xì)胞的RNARNA聚合酶聚合酶酶類酶類分布分

39、布產(chǎn)物產(chǎn)物- -鵝膏蕈堿鵝膏蕈堿對酶的作用對酶的作用分子量分子量反應(yīng)條件反應(yīng)條件I核仁核仁核質(zhì)核質(zhì)核質(zhì)核質(zhì)rRNA5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNAtRNA 5SrRNA不抑制不抑制低濃度抑制低濃度抑制高濃度抑制高濃度抑制500 000700 000700 000_低離子強(qiáng)度低離子強(qiáng)度,要要求求Mg2+或或Mn2+高離子強(qiáng)度高離子強(qiáng)度高高M(jìn)n2+濃度濃度翻譯翻譯：是以mRNA為模板，將mRNA上的遺傳信息轉(zhuǎn)換成蛋白質(zhì)的氨基酸序列的過程。 三、翻譯三、翻譯 （一）、遺傳密碼（一）、遺傳密碼 mRNA(mRNA(或或DNA)DNA)中的核苷酸序列與蛋白質(zhì)中氨基酸中的核苷酸序列與蛋

40、白質(zhì)中氨基酸序列之間的對應(yīng)關(guān)系，稱為遺傳密碼。序列之間的對應(yīng)關(guān)系，稱為遺傳密碼。 三聯(lián)體密碼：三聯(lián)體密碼：從從mRNA 5mRNA 5 端起始密碼子端起始密碼子AUGAUG開始，每開始，每三個核苷酸為一組決定肽鏈中的一種氨基酸三個核苷酸為一組決定肽鏈中的一種氨基酸 ，稱為，稱為三聯(lián)體密碼。三聯(lián)體密碼。 6161個編碼個編碼2020種氨基酸，有種氨基酸，有3 3個終止密個終止密碼子碼子 起始密碼（起始密碼（initiation codeninitiation coden ): ):第一個第一個AUGAUG AUG AUG 意義：編碼甲硫氨酸，意義：編碼甲硫氨酸， 原核生物為甲?；琢虬彼嵩松?/p>

41、為甲?；琢虬彼峤K止密碼（終止密碼（terminatiom coden）UAA、 UAG 、 UGA（赭石）（赭石） （琥珀）（乳白石）（琥珀）（乳白石）遺傳密碼字典遺傳密碼字典UACGUCAGUCAG第二位第二位 第一位第一位（5） 第三位第三位（3）UCAGUCAGUCAG 翻譯的起始(initiation) 肽鏈的延伸(elongation) 合成的終止(termination )（二）翻譯的過程：（二）翻譯的過程：1 1、翻譯起始（、翻譯起始（原核）30S30S亞基亞基 mRNA mRNA IF3- IF1IF3- IF1復(fù)合物復(fù)合物30S30S mRNA mRNA GTPGTP- -

42、 fMet fMet tRNAtRNA- - IF2- IF1IF2- IF1復(fù)合物復(fù)合物70S70S起始復(fù)合物起始復(fù)合物 mRNAmRNA + +30S30S亞基亞基- -IF3IF3IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S50S亞基亞基IF2+ IF1+GDP+PiIF1 mRNA中的SD序列與30s的互補(bǔ)序列結(jié)合 mRNA與30s形成復(fù)合物,IF1,IF3參與復(fù)合物的形成 核蛋白體上含給位p與受位A，AUG信號與給位相對應(yīng)結(jié)合。同時fmet-tRNA的反密碼子CAU與mRNA的AUG互補(bǔ)結(jié)合50s50s的結(jié)合：的結(jié)合：50s與30s復(fù)合物形成70s啟動前復(fù)合體,同時伴有GTP水解；IF1 IF2脫落,形成了啟動復(fù)合體fmet-tRNAfmet-tRNA的結(jié)合：與以上過程同的結(jié)合：與以上過程同時發(fā)生，時發(fā)生，fmet-tRNAfmet-tRNA辨認(rèn)并與辨認(rèn)并與mRNA mRNA 模板中的模板中的AUGAUG結(jié)合。反應(yīng)需結(jié)合。反應(yīng)需IFIF2 2,GTP,Mg,GTP,Mg2+2+參與參與; ;而而IFIF3 3脫落脫落70S70S啟始復(fù)合物啟始復(fù)合物由大、小亞基,mRNA,fmet-t