生物化學(xué)第八篇遺傳信息的貯存和表達

1、第八篇 遺傳信息的貯存和表達（第三十二四十三章 小結(jié)）第三十二章 DNA復(fù)制DNA復(fù)制是以DNA為模板合成相同DNA分子的過程，其主要特征有：需要模板、四種dNTP和Mg2；被復(fù)制的區(qū)域必須進行解鏈；半保留復(fù)制；需要引物，作為引物的主要是短的RNA，少數(shù)是蛋白質(zhì)；復(fù)制的方向始終是53；具有固定的起點；多為雙向復(fù)制；半不連續(xù)性；高度有序、高度進行和高度忠實。參與DNA復(fù)制的主要酶和蛋白質(zhì)有DNA聚合酶、解鏈酶、SSB、引發(fā)酶、拓撲異構(gòu)酶、連接酶和端聚酶等。DNA聚合酶是參與DNA復(fù)制的主要酶。大腸桿菌細胞中有DNA聚合酶、和。大腸桿菌的DNA聚合酶也稱為Kornberg酶，是一種多功能酶，具有5

2、3的聚合酶活性、53和35的外切核酸酶活性。使用特殊的蛋白酶處理聚合酶得到的大片段稱為Klenow酶，具有35外切酶和53聚合酶活性，Klenow酶的手指-拇指-掌心三維結(jié)構(gòu)模式出現(xiàn)在許多具聚合酶上。聚合酶也具有35外切酶活性，但無53外切酶活性，參與DNA的修復(fù)。聚合酶由多個亞基組成，雖然也具有53聚合酶活性和35外切酶活性，但卻分屬不同的亞基。該酶是參與大腸桿菌染色體DNA復(fù)制的主要酶。完整的聚合酶由核心酶、滑動鉗和鉗載復(fù)合物組成。在DNA復(fù)制過程中，滑動鉗松散地夾住DNA模板，并能自由地向前滑動，大大提高了酶的進行性。DNA聚合酶和屬于易錯的DNA聚合酶，參與DNA的修復(fù)合成。真核細胞中

3、至少有15種以上的DNA聚合酶，除了5種發(fā)現(xiàn)較早的聚合酶、和以外，還發(fā)現(xiàn)了聚合酶、和等。這些新發(fā)現(xiàn)的聚合酶主要參與DNA的跨越合成。、和具有3-     外切酶活性。1 / 37DNA解鏈酶是一類催化DNA雙螺旋解鏈的酶，它除了能夠結(jié)合DNA以外，還能夠結(jié)合NTP并同時具有依賴于DNA的NTP酶活性。SSB是一種專門與DNA單鏈區(qū)域結(jié)合的蛋白質(zhì)，無任何酶的活性。DNA拓撲異構(gòu)酶是一類通過催化DNA鏈的斷裂、旋轉(zhuǎn)和重新連接而直接改變DNA拓撲學(xué)性質(zhì)的酶。拓撲異構(gòu)酶被分型和型。型在作用過程中，只能切開DNA的一條鏈，而型在作用過程中同時交錯切開DNA的兩條鏈

4、。參與DNA復(fù)制的是型。所有拓撲異構(gòu)酶的作用都是通過兩次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)來完成的。DNA引發(fā)酶是一種特殊的RNA聚合酶，用來合成RNA引物。原核細胞內(nèi)切除RNA的酶是DNA聚合酶或核糖核酸酶H。真核細胞內(nèi)負責切除RNA引物的酶核糖核酸酶H/FEN1或FEN1/Dna2。DNA連接酶是一類催化一個雙螺旋DNA內(nèi)相鄰核苷酸3-     羥基和5-     磷酸甚至兩個雙螺旋DNA兩端的3-     羥基和5-     磷酸發(fā)生連接反應(yīng)形成3，5-&

5、#160;    磷酸二酯鍵的酶。DNA連接酶在催化連接反應(yīng)時需消耗能量。有的連接酶使用 NAD+，有的使用ATP。尿嘧啶DNA糖苷酶是一種專門用來切除出現(xiàn)在DNA鏈上非正常U的水解酶。端聚酶由蛋白質(zhì)和RNA組成，其中RNA部分序列充當模板，蛋白質(zhì)具有反轉(zhuǎn)錄酶的活性，它所起的作用是復(fù)制端粒DNA，維持染色體端粒結(jié)構(gòu)的完整。所有的DNA復(fù)制都可以分為起始、延伸、終止和分離三個階段。復(fù)制是以復(fù)制子為單位進行的。任何一個復(fù)制子都含有一個復(fù)制起始區(qū)。不同基因組DNA具有不同的復(fù)制子結(jié)構(gòu)，像細菌染色體、質(zhì)粒、噬菌體、病毒和線粒體基因組DNA都只有一個復(fù)制子，而真核細胞內(nèi)的每

6、一個染色體DNA都含有多個復(fù)制子。大腸桿菌染色體DNA的復(fù)制為復(fù)制，起始階段最重要的事件是對其復(fù)制起始區(qū)oriC 的識別，直到形成引發(fā)體。在此階段涉及DnaA、DnaC、DnaT、DnaB、PriA、PriB、PriC和DnaG蛋白，它們按照一定的次序在oriC 結(jié)合或解離，相互間具有招募作用。復(fù)制的延伸首先是復(fù)制體的形成，這需要聚合酶全酶加入到引發(fā)體。一個雙向復(fù)制的復(fù)制子有兩個復(fù)制體。在每一個復(fù)制體上，同時進行前導(dǎo)鏈和后隨鏈的合成。在一個復(fù)制叉內(nèi)的聚合酶全酶同時催化前導(dǎo)鏈和后隨鏈的合成，這是因為后隨鏈的模板在復(fù)制中形成突環(huán)結(jié)構(gòu)。復(fù)制結(jié)束于終止區(qū)，需要Tus蛋白的幫助。最后的兩個子代DNA分子

7、的分離需要拓撲異構(gòu)酶。某些噬菌體DNA和一些小的質(zhì)粒在宿主細胞內(nèi)以滾環(huán)復(fù)制方式擴增DNA，此外，真核細胞染色體DNA的局部擴增也可以通過這種方式進行；線粒體DNA、葉綠體DNA和少數(shù)病毒以D-環(huán)的方式進行復(fù)制。真核細胞的細胞核DNA復(fù)制與原核細胞的染色體DNA復(fù)制不完全相同。參與細胞核DNA正常復(fù)制的聚合酶是、和。前導(dǎo)鏈和后隨鏈的合成都經(jīng)歷了從DNA聚合酶/引發(fā)酶復(fù)合物到PCNA/DNA聚合酶的轉(zhuǎn)換；FEN-1/RNaseH負責切除RNA引物，DNA連接酶負責連接相鄰的岡崎片段，拓撲異構(gòu)酶負責清除復(fù)制叉移動中形成的正超螺旋，拓撲異構(gòu)酶a和b則負責將最后的2個以共價鍵相連的連環(huán)體DNA分開。解決

8、線形DNA末端復(fù)制難題的機制有：使用端聚酶、經(jīng)重組形成串聯(lián)體、將線形DNA暫時轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)形DNA、滾環(huán)復(fù)制以及使用蛋白質(zhì)-dNTP作為引物。DNA復(fù)制的調(diào)控主要在起始階段，原核細胞利用甲基化來調(diào)控，真核細胞內(nèi)存在兩種機制控制DNA復(fù)制的啟動，一種是由執(zhí)照因子控制的正調(diào)控，另一種是由增殖蛋白控制的負調(diào)控。第三十三章 DNA損傷、修復(fù)和突變DNA是唯一的一種損傷后可被完全修復(fù)的分子，而其他生物大分子在受到損傷以后被降解或被取代。導(dǎo)致DNA損傷的根源有細胞內(nèi)在的因素和環(huán)境中的因素。屬于細胞內(nèi)在因素的有DNA復(fù)制過程中發(fā)生的錯誤、DNA結(jié)構(gòu)本身的不穩(wěn)定、細胞內(nèi)活性氧的破壞作用。屬于環(huán)境因素的有物理因素和

9、化學(xué)因素，前者包括紫外輻射和離子輻射，后者包括各種化學(xué)誘變劑。DNA損傷分為堿基損傷和DNA鏈的損傷。堿基損傷包括堿基脫落、堿基轉(zhuǎn)換、堿基修飾、堿基交聯(lián)和堿基錯配。DNA鏈的損傷包括DNA鏈的斷裂、DNA鏈的交聯(lián)和DNA與蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)。DNA修復(fù)可分為直接修復(fù)、切除修復(fù)、易錯修復(fù)和重組修復(fù)等。直接修復(fù)是直接將受到損傷的堿基逆轉(zhuǎn)為正常的堿基，而不需要將它切除。能夠被這種機制修復(fù)的損傷有嘧啶二聚體和6- 烷基鳥嘌呤。細胞內(nèi)連接酶將斷裂的DNA鏈重新縫合的修復(fù)也屬于直接修復(fù)。參與嘧啶二聚體直接修復(fù)的酶為DNA光裂合酶，此酶能夠直接識別和結(jié)合DNA上的嘧啶二聚體，利用吸光色素捕捉到的光能將嘧啶二聚

10、體打開，最后再與DNA解離。催化烷基化堿基直接修復(fù)的酶是烷基轉(zhuǎn)移酶，該酶以“自殺”的方式參與反應(yīng)。切除修復(fù)就是先切除損傷的堿基或核苷酸，然后以另外一條鏈上正確的核苷酸為模板，重新合成正常的核苷酸。整個切除修復(fù)過程包括識別、切除、重新合成和重新連接。切除修復(fù)又分為BER和NER，前者直接識別具體的受損傷的堿基，而后者識別損傷對DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)造成的扭曲。BER最初的切點一般是N-糖苷鍵，首先切除的受損傷的堿基，由DNA糖苷酶催化，DNA糖苷酶作用后在DNA分子上留下AP位點，被細胞內(nèi)的AP內(nèi)切酶識別后切除。隨后的修補合成有短修補和長修補兩種途徑，其中短修補是主要途徑。對于DNA的自發(fā)脫堿基作用產(chǎn)

11、生的損傷也通過BER。NER最初的切點是損傷部位附近的3，5-     磷酸二酯鍵，損傷以寡聚核苷酸的形式被切除。整個修復(fù)過程在原核細胞和真核細胞中是非常相似的，共包括5步：識別損傷、特殊的內(nèi)切酶在損傷部位的兩側(cè)切開DNA鏈、去除切口之間的帶有損傷的DNA片段、聚合酶填補缺口、連接酶重新縫合切口。NER分為全局性基因組NER和TCR，前者負責修復(fù)整個基因組的損傷，速度慢、效率低；后者專門負責修復(fù)那些正在轉(zhuǎn)錄的基因在模板鏈上的損傷，速度快、效率高。兩類NER的主要差別在于識別損傷的機制，TCR識別損傷的是RNA聚合酶，當它轉(zhuǎn)錄到受損傷部位而前進受阻的時候，

12、TCR即被啟動。MMR實際上是一種特殊的核苷酸切除修復(fù)，主要用來修復(fù)DNA分子上錯配的堿基，也能修復(fù)一些因“復(fù)制打滑”而誘發(fā)的核苷酸插入或缺失。大腸桿菌的MMR系統(tǒng)為甲基化導(dǎo)向的錯配修復(fù)，它利用甲基化來區(qū)分子鏈和母鏈的。DNA雙鏈斷裂修復(fù)機制一是精確性較高的同源重組，二是非同源末端連接。非同源末端連接是人類修復(fù)雙鏈斷裂的主要方式，需要Ku70與Ku80蛋白、Artemis、DNA-PKCS和DNA連接酶以及XRCC4，這種方式容易發(fā)生錯誤。損傷跨越僅僅是整個細胞面對DNA損傷做出的一種反應(yīng)，損傷并沒有真正消失。反應(yīng)的目的是為了維持復(fù)制的連續(xù)性，克服損傷對復(fù)制的阻礙。反應(yīng)的手段一是通過重組，第二

13、種是所謂的“跨越合成術(shù)”。重組跨越使用同源重組的方法將DNA模板進行交換以避免損傷對復(fù)制的抑制；跨越合成由專門的一般無校對能力的DNA聚合酶與取代停留在損傷位點上原來的催化復(fù)制的聚合酶，在子鏈上隨意插入核苷酸結(jié)果導(dǎo)致對損傷位點的跨越。發(fā)生在DNA分子上可遺傳的結(jié)構(gòu)變化通稱為突變。突變可分為點突變和移碼突變。點突變是指DNA 分子某一位點上所發(fā)生的一種堿基對變成另外一種堿基對的突變，有轉(zhuǎn)換和顛換兩種形式。其后果取決于突變位置和具體的變換方式。根據(jù)突變的后果，發(fā)生在蛋白質(zhì)基因編碼區(qū)的點突變可分為沉默突變、錯義突變、無義突變和通讀突變。移碼突變是指在一個蛋白質(zhì)基因的編碼區(qū)發(fā)生的一個或多個核苷酸的缺失

14、或插入，其危害性最大。突變的原因有內(nèi)外兩種元素。由內(nèi)在因素引起的突變被稱為自發(fā)性突變，由外在因素引發(fā)的突變被稱為誘發(fā)突變。自發(fā)突變有自發(fā)點突變和自發(fā)移碼突變。自發(fā)移碼突變的主要原因有“復(fù)制打滑”和轉(zhuǎn)座作用。誘發(fā)突變也有誘發(fā)點突變和誘發(fā)移碼突變。能夠誘發(fā)點突變的試劑有堿基類似物、烷基化試劑、脫氨基試劑和羥胺。誘發(fā)移碼突變的主要是嵌入試劑，它們都是一類扁平的多環(huán)分子，能插入到DNA分子上的堿基之間。DNA突變并不是不可逆轉(zhuǎn)的，如果在老的突變位點上發(fā)生第二次突變，致使原來的表現(xiàn)型得到恢復(fù)，這樣的突變被稱為回復(fù)突變。抑制突變有時被稱為假回復(fù)突變，它是指發(fā)生在非起始突變位點上但能夠掩蓋或抵消起始突變的第

15、二次突變，它分為基因內(nèi)校正和基因間校正。基因內(nèi)校正與起始突變發(fā)生在相同的基因內(nèi)?；蜷g校正發(fā)生在與第一次突變不同的基因上，絕大多數(shù)是在翻譯的水平上起作用。真核細胞內(nèi)的DNA損傷能激活損傷監(jiān)察機制或者激活細胞凋亡機制。從損傷發(fā)生到最后的反應(yīng)出現(xiàn)前后經(jīng)歷了DNA損傷損傷探測信號轉(zhuǎn)導(dǎo)反應(yīng)等四個階段。損傷探測由一系列專門的損傷探測蛋白組成。第三十四章 DNA重組DNA重組是指發(fā)生在DNA分子內(nèi)或DNA分子之間核苷酸序列的交換、重排和轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，主要包括同源重組、位點特異性重組和轉(zhuǎn)座重組。同源重組是兩個DNA分子的同源序列直接進行交換。細菌的接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)化和真核細胞的同源染色體之間的交換等都屬于同源重組

16、。解釋同源重組的模型有Holliday 模型、Aviemore模型（單鏈斷裂模型）和雙鏈斷裂模型。三種模型在重組過程中形成 狀的Holliday結(jié)構(gòu)是一致的。同源重組的基本步驟包括：鏈斷裂與切除、鏈侵入、退火與合成、形成Holliday 結(jié)構(gòu)、Holliday結(jié)構(gòu)的分離和交換。重組是在特定的蛋白質(zhì)和酶的協(xié)助下完成的。參與大腸桿菌同源重組有關(guān)的蛋白質(zhì)包括：RecA蛋白、RecBCD蛋白、RuvA、RuvB和RuvC蛋白等。RecA蛋白是同源重組中最重要的蛋白質(zhì)，它參與大腸桿菌所有的同源重組途徑。RecA的主要功能有促進2個DNA分子之間鏈的交換，以及作為共蛋白酶促進LexA 阻遏蛋白的自我水解。

17、RecBCD蛋白由RecB、RecC和RecD三個亞基組成，具有外切核酸酶、解鏈酶、內(nèi)切核酸酶、ATP酶和單鏈DNA外切酶共5個酶活性。RecBCD蛋白的功能是參與細胞內(nèi)的RecBCD同源重組途徑。RuvA蛋白的功能是識別Holliday結(jié)構(gòu)，協(xié)助RuvB蛋白催化分叉的遷移。RuvB蛋白是一個解鏈酶，其功能是催化Holliday結(jié)構(gòu)中分叉的遷移。RuvC蛋白是一種特殊的核酸內(nèi)切酶，催化Holliday結(jié)構(gòu)的分離，因此被稱為解離酶。發(fā)生在大腸桿菌的同源重組途徑有RecBCD途徑、RecF途徑和RecE途徑。真核生物的同源重組主要發(fā)生在細胞的減數(shù)分裂的前期的兩個配對的同源染色體之間，其中，在細線期

18、和合線期，形成聯(lián)會復(fù)合體，在粗線期進行交換。同源重組也會發(fā)生在DNA修復(fù)之中，用以修復(fù)DNA雙鏈斷裂、單鏈斷裂和鏈間交聯(lián)。適合真核生物同源重組的模型應(yīng)該是雙鏈斷裂模型，參與同源重組的主要蛋白質(zhì)有Rad50、Mre11、Nbs1、Spo11、MSH4、Dmc1、PCNA、RPA和DNA聚合酶/等。位點特異性重組是指在DNA特定位點上發(fā)生的重組，需要專門的蛋白質(zhì)識別發(fā)生重組的特異性位點并催化重組反應(yīng)。位點特異性重組也發(fā)生鏈交換、形成Holliday結(jié)構(gòu)、分叉遷移和Holliday結(jié)構(gòu)解離。位點特異性重組可以發(fā)生在2個DNA分子之間，導(dǎo)致2個DNA分子之間發(fā)生整合。位點特異性重組也可以發(fā)生在1個DN

19、A分子內(nèi)部，可能導(dǎo)致缺失或倒位。位點特異性重組的功能包括：調(diào)節(jié)噬菌體的整合、調(diào)節(jié)基因表達、調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育期間程序性的DNA重排。轉(zhuǎn)座重組是指DNA上的核苷酸序列從一個位置轉(zhuǎn)位或跳躍到另外一個位置的現(xiàn)象，在原核生物和真核生物的基因組內(nèi)均可以發(fā)生，發(fā)生轉(zhuǎn)位或跳躍的核苷酸序列被稱為轉(zhuǎn)座子。轉(zhuǎn)座子的靶點與轉(zhuǎn)座子并不存在序列的同源性，接受轉(zhuǎn)座子的靶位點可能是隨機的，也可能具有一定的傾向性，這與轉(zhuǎn)座子本身的性質(zhì)有關(guān)。轉(zhuǎn)座事件可導(dǎo)致基因組內(nèi)核苷酸序列發(fā)生轉(zhuǎn)移、缺失、倒位或重復(fù)。轉(zhuǎn)座子本身還可能作為細胞內(nèi)同源重組系統(tǒng)的底物。兩個轉(zhuǎn)座子之間發(fā)生的同源重組可導(dǎo)致缺失、插入、倒位和移位。細菌內(nèi)的轉(zhuǎn)座子分為插入序列、復(fù)

20、雜型轉(zhuǎn)座子、復(fù)合型轉(zhuǎn)座子和Mu噬菌體四類。轉(zhuǎn)座機制分為 “剪切”和“粘貼”機制以及“復(fù)制”和“粘貼”機制。原核轉(zhuǎn)座子與真核轉(zhuǎn)座子的差別主要反映在轉(zhuǎn)座的機制上：真核生物轉(zhuǎn)座過程中的剪切和插入是分開進行的，轉(zhuǎn)座子的復(fù)制很多通過RNA中間物來進行。根據(jù)轉(zhuǎn)座的機制將真核生物的轉(zhuǎn)座子分為反轉(zhuǎn)座子和DNA轉(zhuǎn)座子。反轉(zhuǎn)座子在結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和轉(zhuǎn)位的方式上與反轉(zhuǎn)錄病毒的復(fù)制相似。根據(jù)兩端的結(jié)構(gòu)，反轉(zhuǎn)座子可進一步分為LTR反轉(zhuǎn)座子和非LTR反轉(zhuǎn)座子。果蠅基因組上的Copia 元件和酵母體基因組上的 Ty元件屬于LTR反轉(zhuǎn)座子，LINE和SINE屬于非LTR反轉(zhuǎn)座子。DNA轉(zhuǎn)座子又分為復(fù)制型DNA轉(zhuǎn)座子和保留型DNA轉(zhuǎn)

21、座子。每一類轉(zhuǎn)座子都有自主型和非自主型。自主型轉(zhuǎn)座子含有開放的閱讀框，它們編碼轉(zhuǎn)座所必需的酶或蛋白質(zhì)；非自主型轉(zhuǎn)座子缺乏足夠的編碼能力，卻保留了轉(zhuǎn)座所必需的順式序列，在合適的自主型轉(zhuǎn)座子編碼的轉(zhuǎn)座酶的作用下，它們照樣可以進行轉(zhuǎn)座。第三十五章 DNA轉(zhuǎn)錄以DNA作為模板合成RNA的過程被稱為轉(zhuǎn)錄，它是基因表達的第一步。轉(zhuǎn)錄具有以下特征：發(fā)生在DNA分子上某些特定的區(qū)域；以四種NTP為原料，并需要Mg2+的激活；需要模板，需要解鏈，但不需要引物；第一個被轉(zhuǎn)錄的核苷酸通常是嘌呤核苷酸；轉(zhuǎn)錄的方向總是從53；具有高度的忠實性和進行性；轉(zhuǎn)錄是受到嚴格調(diào)控的。參與轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的主要酶是RNA聚合酶，它不需要引

22、物，缺乏3-     外切酶活性。在三維結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上，RNA聚合酶類似于DNA聚合酶的“手掌”狀結(jié)構(gòu)。形成原核細胞RNA聚合酶只有一種，有核心酶和全酶兩種形式，全酶由核心酶2和可變的因子組裝而成，負責起始階段的反應(yīng)，純粹的核心酶只負責延伸階段的反應(yīng)。原核細胞RNA聚合酶特異性的抑制劑有利福霉素和利鏈霉素。在真核細胞有RNA聚合酶、和，它們分別催化不同性質(zhì)的RNA的合成。真核RNA聚合酶對- 鵝膏蕈堿高度敏感。所有的真核細胞RNA聚合酶最大亞基的羧基端都含有一段7個富含羥基氨基酸殘基組成的高度重復(fù)的序列，為CTD，CTD的磷酸化參與調(diào)節(jié)RNA聚合酶的活性。轉(zhuǎn)

23、錄過程分為起始、延伸和終止三個階段。轉(zhuǎn)錄起始階段最重要的事件是識別啟動子，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。原核轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)中，RNA聚合酶能夠直接識別啟動子。而真核轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)之中，直接識別啟動子序列的是特定的轉(zhuǎn)錄因子。原核生物屬于啟動子的序列通常包含稱為“-35”區(qū)和Pribnow盒（或-10區(qū)），其中-35區(qū)的一致序列為TTGACA，Pribnow盒的一致序列是TATAAT。起始復(fù)合物的形成為轉(zhuǎn)錄的限速步驟，起始頻率主要取決于啟動子強度。一旦啟動發(fā)生，RNA合成的速度與啟動子強度無關(guān)。轉(zhuǎn)錄的起始實際上是RNA聚合酶與啟動子相互作用并形成活性轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的過程，大腸桿菌轉(zhuǎn)錄起始反應(yīng)依次為：RNA聚合酶全酶與d

24、sDNA非特異性結(jié)合；全酶與啟動子形成封閉復(fù)合物；封閉復(fù)合物異構(gòu)化成開放復(fù)合物；形成第一個磷酸二酯鍵；啟動子清空。在大腸桿菌中，當因子釋放后，轉(zhuǎn)錄即進入延伸階段。失去因子的核心酶通過“滑動鉗”構(gòu)象握住DNA，以更快的速度沿著DNA模板鏈向前移動，催化RNA鏈的延伸。原核系統(tǒng)轉(zhuǎn)錄的終止有兩種方式：一種依賴于被稱為因子；另一種方式則不需要因子，而需要RNA轉(zhuǎn)錄物3-     端的終止子序列。轉(zhuǎn)錄的忠實性除了聚合酶本身的高度選擇性以外，還與轉(zhuǎn)錄過程中的校對機制有關(guān)。轉(zhuǎn)錄校對有兩種方式：一種是焦磷酸解編輯，使用聚合酶的活性中心，以逆反應(yīng)形式，通過重新參入焦磷酸，

25、催化錯誤插入的核苷酸的去除；另一種是水解編輯，需要聚合酶倒退一到幾個核苷酸，然后通過GreA和GreB切除 3-     端幾個核苷酸，包括錯配的核苷酸。真核轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)與原核系轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)的差別有：染色質(zhì)和核小體結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄有深刻的影響；真核細胞RNA聚合酶高度分工；需要許多轉(zhuǎn)錄因子；啟動子以外的序列參與調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄；轉(zhuǎn)錄與翻譯不存在偶聯(lián)關(guān)系；轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物多為單順反子。真核細胞RNA聚合酶負責28S rRNA、18S rRNA和58S rRNA的基因轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄的場所為核仁。這三種rRNA共享一個啟動子，由核心啟動子上游啟動子元件組成。轉(zhuǎn)錄需要UBF和SL1兩種轉(zhuǎn)

26、錄因子。UBF作為組裝因子，SL1作為定位因子將聚合酶招募到啟動子上。轉(zhuǎn)錄的終止于一個分散的由18個nt組成的終止子區(qū)域，需要轉(zhuǎn)錄終止因子。RNA聚合酶負責小分子RNA的轉(zhuǎn)錄，包括tRNA、5S rRNA、7S RNA、snoRNA和無帽子結(jié)構(gòu)的snRNA和某些病毒的mRNA等。轉(zhuǎn)錄需要的轉(zhuǎn)錄因子有TFA、B和C。其中TFC為組裝因子，TFB為定位因子。轉(zhuǎn)錄終止與原核生物不需要因子的終止機制相似。RNA聚合酶負責催化mRNA、具有帽子結(jié)構(gòu)的snRNA和某些病毒RNA的轉(zhuǎn)錄。 控制蛋白質(zhì)基因的轉(zhuǎn)錄順式作用元件包括核心啟動子、調(diào)控元件、增強子和沉默子。屬于核心啟動子的元件有：TATA盒、起始子、T

27、FB識別元件、下游啟動子元件和GC盒。調(diào)控元件的作用需要特殊的反式作用因子的結(jié)合。增強子是一種能夠大幅度增強基因轉(zhuǎn)錄效率的順式作用元件，沉默子則是一種抑制基因表達的順式作用元件。增強子和沉默子的作用與距離、方向、位置均無關(guān)，對臨近的基因作用最強。參與蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子有所有的蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)錄都需要的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子和特定基因轉(zhuǎn)錄才需要的特異性轉(zhuǎn)錄因子。已知的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子有TFA、B、D、E、F、H和J等。轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶與啟動子結(jié)合的可能次序是：TFDTFATFB(TFF+RNAP ) TFETFH。第三十六章 轉(zhuǎn)錄后加工基因轉(zhuǎn)錄的直接產(chǎn)物在細胞內(nèi)必須經(jīng)歷轉(zhuǎn)錄后加工才會轉(zhuǎn)變成有活性的成熟

28、RNA分子。RNA經(jīng)歷的后加工反應(yīng)主要有：去除或添加某些核苷酸序列，修飾某些特定的核苷酸。原核系統(tǒng)的mRNA很少經(jīng)歷后加工。原核細胞的rRNA前體的后加工主要是剪切、修剪和核苷酸的修飾。原核細胞的三種rRNA和某些tRNA作為一個共轉(zhuǎn)錄物被轉(zhuǎn)錄，需要通過剪切將三種rRNA從共轉(zhuǎn)錄物中釋放出來。剪切和修剪涉及核糖核酸酶有、D、P、F、E、M16、M23和M5等。核苷酸的修飾主要形式為核糖2-     羥基的甲基化，它發(fā)生在剪切和修剪反應(yīng)之前。原核細胞tRNA前體的后加工方式也包括剪切和修剪以及核苷酸的修飾。其中的核糖核酸酶P由M1RNA和蛋白質(zhì)組成。核苷酸

29、的修飾主要集中在堿基上。已發(fā)現(xiàn)tRNA上的堿基修飾有近百種方式。真核細胞的細胞核mRNA前體所經(jīng)歷的后加工反應(yīng)主要包括5-     端“戴帽”、3-     端“加尾”、內(nèi)部甲基化、剪接和編輯。戴帽和加尾僅發(fā)生在mRNA和某些snRNA，這與聚合酶的CTD發(fā)生特異的磷酸化有關(guān)。帽子與第一個被轉(zhuǎn)錄的核苷酸之間以5，5-     三磷酸酯鍵相連，有0型、1型和2型。加帽反應(yīng)是一種共轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。尾巴是指大多數(shù)真核細胞核mRNA的3-     端

30、含有一段多聚腺苷酸序列，是在轉(zhuǎn)錄后添加上去的。由兩種因素控制加尾反應(yīng)：一種位于mRNA前體內(nèi)部，為一段6核苷酸序列，充當加尾信號，其一致序列為AAUAAA；另一種為識別加尾信號的蛋白質(zhì)或催化加尾反應(yīng)的酶，包括剪切/多聚腺苷酸化特異性因子、剪切刺激因子、剪切因子和、poly (A)聚合酶以及poly (A)結(jié)合蛋白。剪接就是去除內(nèi)含子，連接外顯子的過程。真核細胞mRNA前體的剪接是高度精確的。其精確性取決于兩個因素：其一是位于外顯子和內(nèi)含子交界處的剪接信號；其二是5種snRNP。真核細胞內(nèi)有主要剪接途徑和次要剪接途徑。在主要剪接途徑中，剪接信號的一致序列是內(nèi)含子的前兩個GU和最后兩個AG，此外還

31、包括在3剪接點不遠處存在的一段主要由11個嘧啶堿基組成的序列，內(nèi)含子中間還有一段被稱為分支點的一致序列。參與剪接反應(yīng)snRNP有U1、U2、U4、U5和U6。其中U1負責識別5-     剪接點的信號；U2主要識別分支點。U2與U6之間通過配對形成兩段雙螺旋，對于剪接反應(yīng)非常重要；U5能夠與一個外顯子的最后一個核苷酸以及下一個外顯子的第一個核苷酸結(jié)合，從而有助于將兩個相鄰的外顯子并置在一起；U6既能與內(nèi)含子的5-     端互補配對，也能夠與U4配對。U4和U6之間的配對導(dǎo)致兩者形成緊密的復(fù)合物。次要剪接途徑的位于

32、內(nèi)含子和外顯子的剪接信號為AT-GC，參與剪接的snRNP有U11、U12、U4atac、U6atac和U5。剪接反應(yīng)發(fā)生在剪接體。而剪接體主要是由mRNA前體、mRNA前體結(jié)合蛋白和5種snRNP在細胞核內(nèi)按照一定的次序組裝起來的超分子復(fù)合物。剪接反應(yīng)是2次連續(xù)的轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。剪接體的組裝是一個有序和耗能的過程，而且剪接體本身又處在動態(tài)變化過程中。同一種Pre-mRNA的不同剪接方式被稱為選擇性剪接，選擇性剪接可導(dǎo)致一個基因編碼出兩種或兩種以上的蛋白質(zhì)。在某些生物體內(nèi)（錐體蟲和線蟲），剪接能發(fā)生在兩種不同的mRNA前體分子之間，這樣的剪接被稱為反式剪接。編輯是指在mRNA 的編碼區(qū)內(nèi)引入或丟失任

33、何與其基因編碼鏈序列不同信息的過程。它主要有兩種方式：一種是在編碼區(qū)內(nèi)增加或減少一定數(shù)目的核苷酸（主要是U）；另外一種是編碼區(qū)的堿基在RNA水平上發(fā)生轉(zhuǎn)換或顛換。編輯的機制因編輯方式的不同而不同，核苷酸的插入或缺失一般需要gRNA引導(dǎo)，而堿基的轉(zhuǎn)換或顛換則需要特殊的核苷酸脫氨酶的催化。編輯都需要一系列特殊蛋白質(zhì)的參與，形成所謂的編輯體，以識別、結(jié)合和加工編輯點，保證編輯的忠實性。編輯的意義是調(diào)節(jié)基因表達、創(chuàng)造起始密碼子或終止密碼子等。真核生物rRNA前體的后加工包括剪切、修剪和修飾，有的還需要剪接。一般需要snoRNA。某些snoRNAs 參與rRNA初級轉(zhuǎn)錄物剪切成個別rRNA，但絕大多數(shù)s

34、noRNA是通過其特定序列與rRNA前體上修飾位點周圍序列的互補配對來確定修飾位點。在核苷酸修飾的同時或結(jié)束以后，rRNA前體在特定的核酸酶的催化下進行剪切和修剪。四膜蟲26S rRNA前體含有內(nèi)含子，其后加工包括剪接。此類內(nèi)含子的切除需要鳥苷或鳥苷酸充當輔助因子，但不需要剪接體和任何其他的蛋白質(zhì)的參與，完全是一種自我催化的過程。四膜蟲rRNA前體中的內(nèi)含子同時被稱為第一類內(nèi)含子。起催化作用的是由414個核苷酸組成的內(nèi)含子。除了第一類內(nèi)含子以外，還有第二類內(nèi)含子、第三類內(nèi)含子和tRNA內(nèi)含子。第一類內(nèi)含子和第二類內(nèi)含子的切除不需要任何蛋白質(zhì)因子的參與，完全是一種自我催化，屬于核酶；第三類內(nèi)含子

35、的去除需要snRNP的幫助，并在剪接體內(nèi)發(fā)生的；tRNA中的內(nèi)含子非常短，通常為1020 nt，無一致序列。對于真細菌，tRNA內(nèi)含子屬于第一類或第二類內(nèi)含子，但在真核生物和古細菌，tRNA剪接由一系列專門的蛋白質(zhì)組成的酶按照一定的次序進行催化。真核生物tRNA前體的后加工方式包括剪切、修剪、堿基修飾、添加CCA和剪接。其中剪切、修剪和堿基修飾與原核系統(tǒng)相似。而添加CCA和tRNA剪接則是真核系統(tǒng)所特有的兩種后加工方式。第三十七章 反轉(zhuǎn)錄和RNA的復(fù)制病毒基因組RNA的復(fù)制有兩條途徑：一是依賴于RNA的RNA合成，即RNARNA，另外一條是以DNA為中間物的合成途徑，即RNADNADNARNA

36、。依賴于RNA的RNA合成由RNA復(fù)制酶催化。RNA指導(dǎo)的RNA合成的一般特征包括：RNA復(fù)制酶由病毒基因組編碼，但可能還需要病毒和宿主編碼的輔助蛋白；合成的方向為53；絕大多數(shù)在模板的一端從頭啟動合成，少數(shù)需要合成引物；屬于易錯、高突變合成；對放線菌素D不敏感，但對核糖核酸酶敏感；復(fù)制多發(fā)生在宿主細胞的細胞質(zhì)，少數(shù)在細胞核。以DNA為中間物的RNA復(fù)制最為關(guān)鍵的一步就是反轉(zhuǎn)錄反應(yīng)，它是反轉(zhuǎn)錄病毒生活史中最重要的一個環(huán)節(jié)。一個典型的反轉(zhuǎn)錄病毒顆粒按照從外到內(nèi)的次序，依次是外被、衣殼和基因組RNA?；蚪MRNA共有兩個拷貝，有反轉(zhuǎn)錄酶、整合酶、蛋白酶和tRNA引物與其結(jié)合。一個基因組RNA等同于

37、一個全長的病毒mRNA。HIV屬于反轉(zhuǎn)錄病毒，它是艾滋病的元兇。其宿主細胞主要包括：CD4-T淋巴細胞、巨噬細胞、單核細胞和樹突細胞，這些細胞都含有CD4蛋白和趨化因子受體。HIV的生活史包括：附著與融合；核心顆粒釋放和反轉(zhuǎn)錄；原病毒DNA進入細胞核；整合；轉(zhuǎn)錄及后加工；轉(zhuǎn)錄物輸出到細胞質(zhì)；翻譯及翻譯后加工；新病毒裝配和出芽釋放。 反轉(zhuǎn)錄病毒編碼的反轉(zhuǎn)錄酶以tRNA為引物，具有三個酶活性：53的依賴于RNA的DNA聚合酶活性，該活性用來催化負鏈DNA的合成；核糖核酸酶H活性，該活性用來水解tRNA引物和基因組RNA；53的依賴于DNA的DNA聚合酶活性，該活性用來合成正鏈DNA。反轉(zhuǎn)

38、錄酶無35外切酶活性而缺乏校對能力。反轉(zhuǎn)錄病毒基因組RNA的反轉(zhuǎn)錄共經(jīng)歷7步反應(yīng)，直至基因組RNA被轉(zhuǎn)變成兩端含有LTR（U3-R-U5）序列的雙鏈DNA。控制反轉(zhuǎn)錄病毒基因轉(zhuǎn)錄的啟動子和增強子序列位于U3，在T淋巴細胞和巨噬細胞中含有與啟動子結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，只有在5-     端加上了U3以后，將來才可能在宿主細胞RNA聚合酶的催化下得到全長的mRNA，再經(jīng)過后加工得到完整的基因組RNA。其他與反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象有關(guān)的成分有：反轉(zhuǎn)座子、反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子、反轉(zhuǎn)錄質(zhì)粒、反轉(zhuǎn)錄內(nèi)含子、逆轉(zhuǎn)子、端聚酶催化的反轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。某些DNA病毒的生活史中也有反轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。第三十八章 蛋

39、白質(zhì)的生物合成與細胞內(nèi)降解蛋白質(zhì)的生物合成也稱為翻譯，參與翻譯的主要成分有核糖體、mRNA、各種氨酰tRNA、一種特殊的起始tRNA、起始因子、延伸因子和終止因子。核糖體含有多個功能部位，包括A部位、P部位、E部位、肽酰轉(zhuǎn)移酶、mRNA結(jié)合部位、多肽鏈離開通道、一些可溶性蛋白質(zhì)因子的結(jié)合部位。在蛋白質(zhì)生物合成中起決定性作用的是rRNA，其肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性由大亞基的23S rRNA承擔。mRNA作為翻譯的模板，在其分子上至少含有一個ORF。每一個ORF一般以起始密碼子AUG開始，終止密碼子UAG、UGA或UAA結(jié)束。原核生物的mRNA通常是多順反子，含有幾個ORF，每一個ORF可翻譯出一種蛋白質(zhì)

40、，而真核生物mRNA為單順反子，只有一個ORF，一般只翻譯出一種蛋白質(zhì)。tRNA負責攜帶特定的氨基酸通過其反密碼子去閱讀mRNA上的密碼子。決定某一種tRNA接受氨基酸專一性的主要因素是tRNA分子上由幾個核苷酸甚至一個核苷酸組成的正、負元件。氨基酸與tRNA形成氨酰tRNA的過程被稱為氨基酸的活化。活化反應(yīng)由特定的aaRS催化，共消耗2個ATP。催化反應(yīng)的每一種aaRS面對兩種不同的底物都表現(xiàn)出高度的特異性，以確保能夠識別和結(jié)合正確的tRNA與正確的氨基酸，從而合成正確的氨酰tRNA。氨酰tRNA合成酶使用“雙篩”機制，盡可能降低誤載的氨酰tRNA的生成。起始因子、延伸因子、釋放因子和核糖體

41、循環(huán)因子分別參與翻譯的起始、延伸、肽鏈釋放和核糖體循環(huán)。其中的某些蛋白質(zhì)因子為G蛋白，其功能的發(fā)揮需要結(jié)合和水解GTP。自然界存在原核翻譯系統(tǒng)、真核細胞質(zhì)翻譯系統(tǒng)、葉綠體翻譯系統(tǒng)和線粒體翻譯系統(tǒng)。所有的翻譯系統(tǒng)都具有以下特征：以mRNA為模板，tRNA為運載氨基酸的工具，核糖體為翻譯的場所；閱讀mRNA的方向都是從5端3-端，多肽鏈延伸的方向是從N端C端；使用三聯(lián)體密碼；正確的氨基酸的參入取決于密碼子與反密碼子之間的相互作用，與tRNA所攜帶的氨基酸無關(guān)；遵守擺動規(guī)則。翻譯可分為氨基酸的活化、起始、延伸、終止和釋放。在原核生物的氨基酸活化階段，除了形成各種氨酰tRNA以外，還要形成fMet-t

42、RNAMetf，由它閱讀起始密碼子。翻譯的起始階段發(fā)生的主要事件是起始密碼子的識別和起始復(fù)合物的形成。原核起始密碼子的識別主要是依賴于mRNA的5-端的SD序列與16S-rRNA3端的一段反SD序列之間的互補配對。SD序列是mRNA分子上位于起始密碼子上游的一段富含嘌呤堿基的序列。此外，mRNA分子上的特殊的二級結(jié)構(gòu)對起始密碼子的識別也有影響。起始復(fù)合物的形成需要IF1、IF2和IF3的幫助。在形成的三元復(fù)合物中，起始密碼子正好處于P部位，而fMet-tRNAfMet通過密碼子與反密碼子的互補作用定位于P部位，A部位是空著的。肽鏈的合成進入延伸階段以后，發(fā)生的主要事件是進位、轉(zhuǎn)肽和移位且不斷的

43、循環(huán)。進位需要EF-Tu和ET-Ts，轉(zhuǎn)肽由23SrRNA催化，移位由EF-G催化。正在合成的多肽鏈通過一個狹窄的出口通道離開核糖體。當終止密碼子進入A部位以后，RF1或RF2便識別并結(jié)合上去，RF3·GTP促進RF1和RF2的作用。核糖體上的肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性受到釋放因子的作用發(fā)生改變，它將肽?；D(zhuǎn)移給水分子，肽鏈因此被釋放出來。隨后空載的tRNA離開核糖體，釋放因子因為與RF3結(jié)合的GTP水解而得以釋放。最后，在RRF的幫助下，核糖體與mRNA解離。真核生物翻譯過程與原核生物的差別有：核糖體的結(jié)構(gòu)不同；原核生物的翻譯和轉(zhuǎn)錄是緊密偶聯(lián)的，而真核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯不存在偶聯(lián)關(guān)系；真核起始

44、tRNA并不進行甲酰化；起始密碼子的識別機制不同；起始tRNA與小亞基的結(jié)合先于mRNA；起始階段不僅需要GTP，還需要ATP；起始因子種類與結(jié)構(gòu)比原核生物要復(fù)雜得多；還沒有證據(jù)表明肽酰轉(zhuǎn)移酶活性由rRNA承擔；釋放因子有2種；對抑制劑的敏感性不同。真核生物的翻譯的起始分為四個階段：mRNA的準備和檢查；Met-tRNAiMet與核糖體小亞基的結(jié)合；小亞基復(fù)合物與mRNA復(fù)合物結(jié)合后通過掃描發(fā)現(xiàn)起始密碼子（一些病毒使用內(nèi)部進入識別起始密碼子）；大亞基的結(jié)合與起始因子的解離。真核生物的肽鏈延伸反應(yīng)與原核生物相似，同樣不斷地經(jīng)歷進位、轉(zhuǎn)肽和移位反應(yīng)，只是由eEF-1代替了EF-Tu和EF-Ts，e

45、EF-2代替了EF-G，轉(zhuǎn)肽酶的活性似乎由核糖體蛋白提供。在真菌中，還需要第三種延伸因子eEF-3的參與。真核生物的肽鏈終止反應(yīng)只有2個釋放因子，其中eRF1識別所有的3種終止密碼子。線粒體和葉綠體內(nèi)發(fā)生的翻譯更接近原核生物，但是它們也各有自己特有的性質(zhì)。細胞有專門的質(zhì)量控制機制處理異常的mRNA，以防止錯誤的翻譯產(chǎn)物的在細胞內(nèi)的堆積。原核細胞對喪失終止密碼子的mRNA使用tmRNA進行搶救翻譯，以釋放出核糖體以及水解異常的多肽產(chǎn)物。真核細胞對于異常mRNA控制的機制有兩種，一種是無義介導(dǎo)的mRNA降解，另一種無終止mRNA降解。細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)在不斷地合成或分解。在真核細胞中，主要存在兩套蛋白

46、質(zhì)降解系統(tǒng)：一套是溶酶體系統(tǒng)，不依賴于ATP，另一套是蛋白酶體系統(tǒng)，依賴于ATP，還需要泛素，而降解的真正場所是在蛋白酶體。蛋白質(zhì)的泛酰化有單泛?；⒍嘀貑畏乎；投嗑鄯乎；N形式。通過泛素Lys48殘基的多聚泛酰化參與蛋白酶體的降解，實際上，多泛素鏈的形成是將需要降解的蛋白質(zhì)打上“死亡標簽”，它似乎是靶蛋白進入蛋白酶體進行降解的先決條件。細菌既沒有泛素，也缺乏與蛋白酶體相關(guān)的蛋白質(zhì)，但也存在依賴于ATP的蛋白酶降解系統(tǒng)。第三十九章 多鈦鏈折疊與翻譯后加工細胞內(nèi)剛翻譯好的產(chǎn)物還需經(jīng)歷后加工、定向和分揀等過程，才能最終成為有功能的蛋白質(zhì)。翻譯后加工反應(yīng)主要包括：多肽鏈的剪切、N端添加氨基酸、蛋

47、白質(zhì)的剪接、氨基酸的修飾、添加輔助因子和寡聚化。多肽鏈的剪切是在特殊的蛋白酶催化下進行的。通過剪切反應(yīng)，許多蛋白質(zhì)丟掉一些已經(jīng)無用的氨基酸序列，如信號序列的切除，還有許多蛋白質(zhì)只有去除一些氨基酸序列以后才有活性，如酶原的水解激活和激素原轉(zhuǎn)變?yōu)榧に氐?。某些蛋白質(zhì)在翻譯以后以多聚蛋白質(zhì)的形式存在，或者與其他蛋白質(zhì)融合在一起，需要通過剪切才能釋放出來。N端添加氨基酸是在特定的氨酰tRNA：蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移酶的催化下進行的，添加氨基酸的場所并不在核糖體上。蛋白質(zhì)剪接是指一條多肽鏈內(nèi)部的內(nèi)含肽序列被去除，兩側(cè)的外含肽序列重新被連接起來的翻譯后加工方式。剪接反應(yīng)經(jīng)歷一種分支蛋白中間體，是一種自催化反應(yīng)。氨基酸的

48、修飾包括對肽鏈N端或C端的修飾以及對各種氨基酸側(cè)鏈的修飾。氨基酸修飾的主要形式有：磷酸化、糖基化、脂酰基化、異戊二烯化、羥基化、泛?；DP-核糖體基化、甲基化、酰胺化、乙?；?、甲?；?、-羧基化、碘基化、焦谷氨?；?、硫酸化、GPI附著、腺苷酸化、小泛素相關(guān)修飾物修飾。多肽鏈的折疊有時也可視為后加工的一種方式。體內(nèi)一個蛋白質(zhì)的折疊總結(jié)起來有五點：正確折疊的信號包含在其一級結(jié)構(gòu)之中；不同種類的蛋白質(zhì)具有不同的折疊途徑；體內(nèi)絕大多數(shù)蛋白質(zhì)的折疊需要分子伴侶的幫助；某些蛋白質(zhì)折疊還需要肽酰脯氨酰順反異構(gòu)酶或蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶的幫助；非折疊蛋白會誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的過載反應(yīng)。蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的定向和分揀可用信號

49、學(xué)說進行解釋。其主要內(nèi)容是：各種蛋白質(zhì)在細胞中的最終定位是由蛋白質(zhì)本身所具有的特定氨基酸序列決定的。這些特殊的氨基酸序列起著一種信號的作用，稱為信號序列。信號序列能夠被細胞中的特殊成分識別，由此啟動定向和分揀的過程。如果一個蛋白質(zhì)缺乏任何一種信號序列，則會留在細胞液。整個定向和分揀的過程可分為三步：識別、移位和成熟。細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)定向和分揀有兩種途徑，一種是共翻譯途徑，另一種是翻譯后途徑。細胞膜蛋白、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白、分泌蛋白和溶酶體蛋白為共翻譯定向，這些蛋白質(zhì)的信號肽序列一般位于N端，富含疏水氨基酸殘基。轉(zhuǎn)位過程需要SRP。膜蛋白和可溶性蛋白的移位過程有所不同，其中前者還可能含有停止轉(zhuǎn)移序列，其作

50、用是阻止肽鏈的進一步移位而讓肽鏈在信號序列被切除以后仍然錨定在膜上。由細胞核基因編碼的定位于線粒體、質(zhì)體、細胞核和過氧化物酶體的蛋白質(zhì)基本上屬于翻譯后定向。某些蛋白質(zhì)具有雙重的定位信號（其中有一種定位信號比較隱蔽），這樣的蛋白質(zhì)可定位到不同的細胞器。進入線粒體的蛋白質(zhì)信號序列位于N端。為了便于將來的跨膜轉(zhuǎn)運，細胞質(zhì)中的分子伴侶與蛋白質(zhì)前體結(jié)合，以防止其提前折疊。分子伴侶在細胞液和細胞器分別執(zhí)行不同的功能：在細胞液阻止蛋白質(zhì)折疊，維持蛋白質(zhì)處于一種細長的、容易跨膜的伸展狀態(tài)，而在細胞器，卻是促進蛋白質(zhì)折疊成有功能的形式。蛋白質(zhì)進入葉綠體的過程與蛋白質(zhì)進入線粒體很相似，但也有不同：分揀和定位更加復(fù)

51、雜；參與跨膜運輸?shù)耐ǖ琅c參與線粒體膜運輸?shù)牡鞍踪|(zhì)無同源性；輸入到線粒體基質(zhì)的蛋白質(zhì)需要跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度。蛋白質(zhì)定位于細胞核信號序列NLS位于多肽鏈的內(nèi)部，主要由一些堿性氨基酸殘基組成。核蛋白不是直接通過膜的轉(zhuǎn)運，而是通過核孔復(fù)合物，以完全折疊的狀態(tài)進入的。指導(dǎo)蛋白質(zhì)進入過氧化物酶體的信號序列PTS一般位于肽鏈的C端，其一致序列為SKL，進入過氧化物酶體蛋白質(zhì)在細胞液已完全折疊成有功能的形式。細菌也需要將它的某些蛋白質(zhì)輸送到外膜、內(nèi)膜、外周腔或胞外的培養(yǎng)基上。這些需要被輸送出細胞質(zhì)的蛋白質(zhì)在N端也含有特殊的信號序列。在原核細胞里也發(fā)現(xiàn)了SRP，也發(fā)現(xiàn)分子伴侶結(jié)合需要轉(zhuǎn)運的蛋白質(zhì)。第四十章

52、再次程序化的遺傳解碼和翻譯暫停某些蛋白質(zhì)在翻譯的過程中，當核糖體前進到mRNA的某些區(qū)段的時候，以一些特殊的方式進行解碼，這些特殊方式的解碼被稱為再次程序化的遺傳解碼。再次程序化的遺傳解碼包括：翻譯水平的移碼、通讀、跳躍翻譯以及含硒半胱氨酸和吡咯賴氨酸的參入。翻譯水平的移碼是指核糖體在進行移位反應(yīng)的時候，一次移動的核苷酸數(shù)目不是3個，而是2個或者4個，改變了原來模板上的閱讀框架的現(xiàn)象。通常將移動2個和4個核苷酸的移碼分別稱為-1移碼和+1移碼。許多反轉(zhuǎn)錄病毒借助翻譯水平的移碼得到GAG-POL融合蛋白。大腸桿菌RF2只有通過在其第26個密碼子UGA附近進行+1移碼才能得到全長的有功能的蛋白質(zhì)。

53、移碼的發(fā)生通常與移碼位點所處的特定環(huán)境有關(guān)。在RF2的移碼位點上游存在第二個SD序列能促進移碼，RF2本身的濃度高低也影響到移碼。鳥氨酸脫羧酶的抗酶是首例在真核生物中發(fā)現(xiàn)+1移碼的蛋白質(zhì)。通讀是指翻譯中以一個ORF內(nèi)的終止密碼子作為一個氨基酸的密碼子來閱讀，而得到一個加長的多肽鏈的過程。發(fā)現(xiàn)有這種現(xiàn)象的主要是在一些病毒的mRNA進行翻譯的時候。跳躍翻譯是指核糖體在翻譯的過程中，跳過ORF中的一段核苷酸序列，再接著翻譯它下游序列的現(xiàn)象。這段并不決定任何氨基酸序列的核苷酸序列被稱為翻譯水平的內(nèi)含子。T4噬菌體的基因60蛋白和大腸桿菌色氨酸阻遏蛋白在翻譯時分別跳躍了50 nt和55 nt，只有發(fā)生跳

54、躍才能得到有功能的蛋白質(zhì)。含硒半胱氨酸和吡咯賴氨酸的參入實際上都屬于特殊形式的通讀。Sec以UGA為密碼子，Pyl以UAG為密碼子。至于機體是如何將作為編碼Sec或Pyl的終止密碼子與正常的終止密碼子區(qū)分開的，不僅與它們在mRNA上特殊的環(huán)境有關(guān)，而且還需要一些特殊的蛋白質(zhì)因子的幫助。翻譯的延伸并不一定以勻速進行，在mRNA編碼區(qū)內(nèi)可能存在一些“瓶頸”影響到延伸的速度。當核糖體遇到這些“瓶頸”的時候，翻譯可能不得不暫停。在編碼區(qū)內(nèi)發(fā)生的翻譯暫停對于新生多肽鏈的正確折疊十分重要。第四十一章 原核生物的基因表達調(diào)控原核生物基因的表達調(diào)控可以在DNA水平、轉(zhuǎn)錄水平和翻譯水平上進行，但最重要的控制環(huán)節(jié)

55、是轉(zhuǎn)錄水平，尤其是對轉(zhuǎn)錄的起始階段的調(diào)控。在DNA水平上控制基因表達的主要手段有：啟動子序列和DNA重排。啟動子序列是調(diào)控持家基因的唯一方式：一個基因的啟動子的序列與啟動子的一致序列越接近，則表達頻率就越高，反之，則表達頻率就越低。DNA重排可以改變一個基因與其控制元件之間的關(guān)系，也可以縮短基因之間或基因片段之間的距離，從而實現(xiàn)對某些基因的表達調(diào)控。在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)基因的手段有操縱子、弱化子和抗終止作用。大腸桿菌的乳糖操縱子模型第一個被闡明的原核基因表達調(diào)控系統(tǒng)，大多數(shù)原核生物的基因表達調(diào)控都使用這種方式。操縱子模型認為：一些功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因成簇存在，構(gòu)成多順反子，其基因表達作為一個整體受到

56、同一種控制元件的調(diào)節(jié)。控制元件由啟動子、操縱基因和調(diào)節(jié)基因組成。調(diào)節(jié)基因編碼調(diào)節(jié)蛋白，與操縱基因結(jié)合而調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因的表達。如果調(diào)節(jié)基因編碼的蛋白質(zhì)與操縱基因的結(jié)合是阻遏基因的表達，則為負調(diào)控，相應(yīng)的調(diào)節(jié)蛋白為阻遏蛋白；如果調(diào)節(jié)基因編碼的蛋白質(zhì)與操縱基因的結(jié)合是激活基因的表達，則為正調(diào)控，相應(yīng)的調(diào)節(jié)蛋白為激活蛋白。乳糖操縱子除受到阻遏蛋白的負調(diào)控以外，還受到CRP的正調(diào)控。CRP必須與cAMP結(jié)合以后才有活性。乳糖操縱子之所以要受到雙重調(diào)控，有兩個原因：一是使細胞能夠優(yōu)先利用葡萄糖；第二個原因是lac啟動子序列是一個弱啟動子，需要CRP-cAMP的激活。阿拉伯糖操縱子編碼3個與阿拉伯糖代謝有關(guān)的

57、酶。阿拉伯糖操縱子的調(diào)節(jié)蛋白既是一種激活蛋白，又是一種阻遏蛋白。大腸桿菌Trp操縱子是一種阻遏型的操縱子，它控制5種參與Trp合成酶基因的表達。Trp作為輔阻遏物與阻遏蛋白結(jié)合而阻止Trp操縱子的表達。除了Trp操縱子是阻遏型以外，其他與合成代謝有關(guān)的操縱子也都屬于阻遏型操縱子。白喉桿菌內(nèi)的白喉毒素的基因表達調(diào)控是類似于大腸桿菌的Trp操縱子的阻遏型的負調(diào)控，作為輔阻遏物的是離子。原核細胞還能通過使用不同的因子來改變基因的表達。許多噬菌體合成自己的因子，以改變宿主細胞RNA聚合酶對啟動子的特異性，從而選擇性表達自己的基因。調(diào)節(jié)子是指不同的操縱子受同一種調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)子可以協(xié)調(diào)

58、一系列在空間上分離但功能上相關(guān)的操縱子的轉(zhuǎn)錄活動。大腸桿菌有3個重要的調(diào)節(jié)子：SOS調(diào)節(jié)子負責協(xié)調(diào)參與SOS修復(fù)有關(guān)的多個操縱子基因的表達，起協(xié)調(diào)作用的調(diào)節(jié)蛋白是LexA蛋白；與熱休克反應(yīng)有關(guān)的調(diào)節(jié)子；負責協(xié)調(diào)核苷酸代謝的調(diào)節(jié)子。改變基因轉(zhuǎn)錄的終止不僅可以調(diào)節(jié)一個終止子下游的基因是否表達，而且可以影響到一個轉(zhuǎn)錄物3-       端非翻譯區(qū)的結(jié)構(gòu)，從而能在轉(zhuǎn)錄后水平對基因表達實行調(diào)控。有兩種調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄終止的手段：一是弱化，此手段是通過調(diào)節(jié)特殊的終止子活性來進行的；另一種手段是抗終止，它通過修飾RNA聚合酶使之忽略終止子結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄發(fā)生

59、“通讀”。弱化子是一種更為精細的調(diào)節(jié)基因表達的模式，它建立在翻譯和轉(zhuǎn)錄之間偶聯(lián)的基礎(chǔ)上，因此，為原核細胞所特有。弱化子一般存在于參與生物合成的操縱子之中，與操縱子一起，共同調(diào)節(jié)參與生物合成的酶基因的表達。弱化子的存在使得“逃過”阻遏這一關(guān)的不正常轉(zhuǎn)錄得到及時終止，這是對操縱子阻遏效應(yīng)是一個很好的補充，而對那些無阻遏蛋白的操縱子來說，弱化子成為控制結(jié)構(gòu)基因表達的唯一手段?？莶輻U菌的Trp操縱子無前導(dǎo)鏈序列，但在有Trp的條件下，胞內(nèi)的TRAP蛋白與Trp結(jié)合，結(jié)合Trp的TRAP與正在合成的RNA結(jié)合，迫使它形成終止子結(jié)構(gòu)。某些蛋白質(zhì)作為抗終止蛋白能夠與RNA轉(zhuǎn)錄物的一段特殊的序列結(jié)合，從而阻止了終止子結(jié)構(gòu)的形成。此外，某些特殊的空載tRNA可以和前導(dǎo)鏈mRNA配對，形成抗終止子使轉(zhuǎn)錄得以繼續(xù)。在翻譯水平的調(diào)