基因及其表达与调控课件

主要内容主要内容:1 1、遗传物质、遗传物质2 2、基因表达、基因表达3 3、基因表达的调控、基因表达的调控 （自学）（自学）第六章第六章 基因及其表达与调控基因及其表达与调控基本要求：基本要求：（1 1）掌握核酸的分子结构与功能；）掌握核酸的分子结构与功能；（2 2）理解基因的概念及发展；）理解基因的概念及发展；（3 3）掌握基因表达的过程；）掌握基因表达的过程；（4 4）了解基因表达的调控。）了解基因表达的调控。第一节第一节 遗传物质遗传物质（一）间接证据（一）间接证据（1 1）DNADNA通常只在核中的染色体上找到。通常只在核中的染色体上找到。也有某些例外，例如细胞也有某些例外，例如细胞质中的线料体和叶绿体等有它们的自己的质中的线料体和叶绿体等有它们的自己的DNADNA，但这些结构能自，但这些结构能自体复制，有它们自己的遗传连续性。体复制，有它们自己的遗传连续性。（2 2）同一种生物，不论年龄大小，不论身体的那一种组织同一种生物，不论年龄大小，不论身体的那一种组织,在一定在一定条件下，每个细胞核的条件下，每个细胞核的DNADNA的含量基本上是机同的，而精子的的含量基本上是机同的，而精子的DNADNA的含量正好是体细胞的一半。的含量正好是体细胞的一半。蛋白质等其他化学物质不符合这种蛋白质等其他化学物质不符合这种情况。情况。（3 3）同一种生物的各种细胞中，同一种生物的各种细胞中，DNADNA在量上恒写在质上也恒定；相在量上恒写在质上也恒定；相反地，蛋白质在量不上恒定，在质上也不恒定，反地，蛋白质在量不上恒定，在质上也不恒定，例如在某些鱼类例如在某些鱼类中，它们的染色体的蛋白质一般都是组蛋白，且含有少量的中，它们的染色体的蛋白质一般都是组蛋白，且含有少量的RNARNA，而在成熟精子中组蛋白完全不见了，全都是精蛋白了，而在成熟精子中组蛋白完全不见了，全都是精蛋白了，RNARNA的的含量也测不出，查见蛋白质在质量也不是恒定的，不符合遗传物含量也测不出，查见蛋白质在质量也不是恒定的，不符合遗传物质的对稳定性要求。质的对稳定性要求。（4 4）各类生物中，能改变各类生物中，能改变DNADNA结构的化学物质都可能引起突变。结构的化学物质都可能引起突变。一、核酸是遗传物质一、核酸是遗传物质：1 1、细菌转化实验前传（转化因子试验）、细菌转化实验前传（转化因子试验）19281928年年 格里菲斯（格里菲斯（GriffithGriffith，J.J.）肺炎双球菌有两种类型肺炎双球菌有两种类型型（有毒）型（有毒）外包有荚膜，不能被白血球吞噬外包有荚膜，不能被白血球吞噬型（无毒）型（无毒）外无荚膜，容易被白血球吞噬外无荚膜，容易被白血球吞噬注射毒性的SIII注射已杀死的无毒性的注射已杀死的无毒性的SIII+SIII+少量活少量活R R型菌株型菌株注射无毒性的RII型分离到有活的分离到有活的性的性的SIIISIII转化因子？转化因子？（二）直接证据（二）直接证据 19441944年年O.T.AveryO.T.Avery等人通过实验证明等人通过实验证明DNADNA是一个携带遗是一个携带遗传信息的分子，几年之后，传信息的分子，几年之后，A.HershyA.Hershy和和M.ChaseM.Chase通过噬菌体通过噬菌体感染实验也证实感染实验也证实DNADNA是遗传物质。是遗传物质。肺炎病菌有二种，一种是光滑型肺炎双球菌：有荚膜、肺炎病菌有二种，一种是光滑型肺炎双球菌：有荚膜、菌落光滑且有毒。这种菌通常外包有一层黏性发光的多糖菌落光滑且有毒。这种菌通常外包有一层黏性发光的多糖荚膜，它是细菌致病性的必要成分，引起肺炎；另一种是荚膜，它是细菌致病性的必要成分，引起肺炎；另一种是粗糙型肺炎双球菌：无荚膜、菌落粗糙且无毒。下图给出粗糙型肺炎双球菌：无荚膜、菌落粗糙且无毒。下图给出了了O.T.AveryO.T.Avery等人具体的等人具体的过程。过程。2、细菌转化实验（a a）将光滑型肺炎双球菌注入小鼠体内，）将光滑型肺炎双球菌注入小鼠体内，使小鼠致死。使小鼠致死。（b b）将粗糙型肺炎双球菌注入小鼠体内，）将粗糙型肺炎双球菌注入小鼠体内，对小鼠无害。对小鼠无害。（c c）将光滑型肺炎双球菌加热杀死后，）将光滑型肺炎双球菌加热杀死后，再注入小鼠体内，对小鼠无害。再注入小鼠体内，对小鼠无害。（d d）将加热杀死的光滑型肺炎双球菌与）将加热杀死的光滑型肺炎双球菌与粗糙型肺炎双球菌一起注入小鼠体内，小粗糙型肺炎双球菌一起注入小鼠体内，小鼠死掉。鼠死掉。（e e）从加热杀死的光滑型肺炎双球菌中）从加热杀死的光滑型肺炎双球菌中提取提取DNADNA，并尽可能将混在，并尽可能将混在DNADNA中的蛋白质中的蛋白质除去，然后将除去，然后将DNADNA与粗糙型肺炎双球菌混与粗糙型肺炎双球菌混合后，再注入小鼠体内，小鼠死掉。合后，再注入小鼠体内，小鼠死掉。（2）.噬菌体感染实验噬菌体感染实验 用用3232P P标记噬菌体标记噬菌体DNADNA，使标记的噬菌体感染大肠杆菌，使标记的噬菌体感染大肠杆菌，经短期保温后，噬菌体就附着在细菌上。然后用搅拌器经短期保温后，噬菌体就附着在细菌上。然后用搅拌器（1000010000转转/分）搅拌几分钟，使噬菌体与大肠杆菌分开，再分）搅拌几分钟，使噬菌体与大肠杆菌分开，再用高速离心机使细菌沉淀，分析沉淀和上清中的放射性。用用高速离心机使细菌沉淀，分析沉淀和上清中的放射性。用3535S S标记噬菌体的蛋白质外壳，进行同样的验证实验。标记噬菌体的蛋白质外壳，进行同样的验证实验。但是被感染的细菌内部出现了奇迹。随着被感染的细菌。但是被感染的细菌内部出现了奇迹。随着被感染的细菌的培养，有的细菌破裂，释放出很多噬菌体来。这说明用于的培养，有的细菌破裂，释放出很多噬菌体来。这说明用于复制的遗传信息是通过病毒复制的遗传信息是通过病毒DNADNA，而不是通过病毒蛋白质导入，而不是通过病毒蛋白质导入细菌内的。细菌内的。32P标记标记 噬菌体噬菌体DNA35S标记标记 噬菌体噬菌体外壳外壳 美国生理学家德尔布吕克（美国生理学家德尔布吕克（Delbuck Delbuck，M.1906M.190619811981）19521952年赫希尔（年赫希尔（Heishey Heishey，A.D.A.D.）和蔡斯（）和蔡斯（Chase Chase，M.M.），），用同位素标记法进行实验。他们的实验进一步证明了用同位素标记法进行实验。他们的实验进一步证明了就是遗传物质基础就是遗传物质基础。（2 2）使细胞和个体生长过程中遗传信息顺利表达）使细胞和个体生长过程中遗传信息顺利表达3 3、DNADNA作为遗传物质的基本功能作为遗传物质的基本功能1.DNA1.DNA的结构的结构（1 1）DNADNA的一级结构的一级结构.定义：DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）按一定顺序，通过3 3,5,5 磷酸二酯键磷酸二酯键(一个核苷酸的一个核苷酸的33羟基和相邻一个核苷酸的羟基和相邻一个核苷酸的55磷酸基团以酯磷酸基团以酯键相连。键相连。)连成的直线形或环形分子。.DNA的书写顺序是53。.DNA中有4种类型的核苷酸，有n个核苷酸组成的DNA链中可能有的不同序列总数为4n。二、核酸的分子结构与功能(2)(2)、DNADNA的二级结构的二级结构（双螺旋）（双螺旋）定义：定义：DNA的二级结构指DNA的双螺旋结构。.双螺旋结构的研究背景 碱基组成的Chargaff规则：Franklin和Wilkins获得了高质量的DNA的X线衍射照片，显示出DNA是螺旋形分子。1952 年底,美国著名的化学大师鲍林(Linus Pauling)发表了自己构建的DNA 三螺旋结构。1953年Watson和Crick总结前人的研究成果，提出了DNA的双螺旋结构模型。Chargaff Chargaff 规则（规则（2020世纪世纪40-5040-50年代）年代）不同物种间不同物种间DNADNA碱基组成一般是不同的；碱基组成一般是不同的；同一物种不同组织同一物种不同组织DNADNA样品碱基组成相同；样品碱基组成相同；一个物种的一个物种的DNADNA碱基组成不会因个体的年龄、营养状碱基组成不会因个体的年龄、营养状态和环境改变而改变；态和环境改变而改变；任何一种任何一种DNADNA样品中，样品中，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=100%。例如：例如：G+CG+C含量为含量为40%40%，则，则G=20%G=20%、C=20%C=20%、A=30%A=30%、T=30%T=30%.DNA双螺旋结构模型的要点2.0 nm小小沟沟大大沟沟两条右手螺旋的多核苷酸链反向平行围绕同一中心轴相互缠绕。两条链偏向一侧，形成大沟和小沟磷酸与核糖通过磷酸二酯键连接，形成DNA分子骨架，位于DNA分子外侧，嘌呤与嘧啶位于双螺旋内侧。碱基平面和纵轴垂直，糖环的平面与纵轴平行。双螺旋的直径2nm，相邻碱基对之间的距离为0.34nm。沿中心轴旋转一周有10个核苷酸。两核苷酸链靠碱基间的氢键连接在一起（A=T配对，G C配对）。当一条多核苷酸链的序列确定后，可决定另外一条互补链的序列。双螺旋结构的稳定因素？碱基堆积力（堆积碱基的疏水作用）-主要因素 氢键(AT之间两个氢键，GC之间三个氢键)环境中的正离子复制复制(replication)(replication)是指遗传物质的传代，以母链是指遗传物质的传代，以母链DNADNA为模板为模板合成子链合成子链DNADNA的过程。的过程。复制复制亲代亲代DNA子代子代DNA2 2、DNADNA半保留半不连续复制半保留半不连续复制（1 1）半保留复制）半保留复制(semiconservative replication)(semiconservative replication)概念：概念：DNADNA生物合成时，母链生物合成时，母链DNADNA解开为两股单链，各自作为模解开为两股单链，各自作为模板，按碱基配对规律，合成与板，按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的模板互补的子链。子代细胞的DNADNA，一股单链从亲代完整接受，一股单链从亲代完整接受过来，另一股单链则完全重新过来，另一股单链则完全重新合成，两个子细胞的合成，两个子细胞的DNADNA都和亲都和亲代代DNADNA碱基序列一致，这种复制碱基序列一致，这种复制方式为半保留复制。方式为半保留复制。复制时，复制时，DNADNA从从起始点起始点(origin)(origin)向两个方向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为为双向复制双向复制。复制中的放射自显影图象复制中的放射自显影图象（2 2）双向复制双向复制(bidirectional replication)(bidirectional replication)A.环状双链环状双链DNA及复制起始点及复制起始点B.复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C.复制接近终止点复制接近终止点(termination,ter)oriterA B C原核生物原核生物DNA双向复制双向复制53oriorioriori535533553复制子复制子3真核生物真核生物DNA多复制子复制多复制子复制（3 3）、半不连续复制）、半不连续复制(semi-discontinuous replication)(semi-discontinuous replication)顺着解链方向生成的子链，复制是连续进顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为行的，这股链称为领头链领头链。复制方向与解链方向相反，不能顺着解链复制方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链随从链。复制中的不连续片段称为。复制中的不连续片段称为岡崎片岡崎片段段(okazaki fragment)(okazaki fragment)。3 5 3 5 解链方向解链方向3 5 3 3 5 领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)岡崎片段岡崎片段(okazaki fragment)领头链连续领头链连续复制而复制而随从链不连续随从链不连续复制复制 复制的半不连续性复制的半不连续性1 1、RNARNA的一级结构的一级结构 RNA分子中各核苷之间的连接分子中各核苷之间的连接方式（方式（3-5 磷酸二酯键磷酸二酯键）和排列）和排列顺序叫做顺序叫做RNA的一级结构的一级结构OHOHOH5 3 RNA与与DNA的差异的差异 DNA RNA糖糖 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖碱基碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基不含稀有碱基 含稀有碱基含稀有碱基（三）、（三）、RNARNA的结构与功能的结构与功能2、mRNA的结构信使RNA（messenger RNA，mRNA）不均一核RNA（heterogeneou nuclear RNA，hnRNA）：在细胞核内合成的mRNA的初级产物，经过剪接成为成熟的mRNA并移到细胞质。mRNA的功能：是把核内DNA的碱基顺序按照碱基互补的原则，抄录并转送至胞质，指导蛋白质的合成。AAAA Anm7GpppAUG GUGUAA535 帽子结构帽子结构 密码子密码子 3 多聚多聚A尾尾 5 5 非编码区非编码区 编码区编码区 3 3 非编码区非编码区真核生物真核生物mRNA：*mRNA的功能的功能 把把DNA所携带的遗传信息，按碱基互所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。DNAmRNA蛋白蛋白转录转录翻译翻译原核细胞原核细胞 细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子内含子外显子外显子转录转录转录后剪接转录后剪接转运转运mRNAhnRNA翻译翻译蛋白蛋白真核细胞真核细胞 mRNA的成熟过程m mRNARNA结构的特点结构的特点z真核生物成熟mRNA的结构特点及与原核生物的区别：（1）、5端帽子结构（cap sequence):m7G5ppp5Nm-5-末端的G的N7被甲基化。鸟嘌呤核苷酸焦磷酸与相邻的一个核苷酸相连，形成5,5-磷酸二酯键。帽子结构能促进核蛋白体与mRNA的结合加速翻译起始速度，同时可以增强mRNA的稳定性。原核生物无此结构（2）、3末端多聚A的尾巴。极大多数真核细胞mRNA在3-末端有一段长约20200个多聚腺苷酸的polyA。polyA是在转录后经polyA聚合酶的作用而添加上去的。原核生物无些结构polyA的功能：1、与mRNA从细胞核转移到细胞质有关；2、与mRNA的半寿期有关，新合成的mRNA，polyA链较长，而衰老的mRNA，polyA链缩短。（3）、真核生物mRNA是单顺反子的，而原核生物的mRNA是多顺反子的。顺反子：是由顺反试验所规定的遗传单位相当于一个基因，含有决定一种蛋白质氨基酸序列的全部核苷酸序列。多顺反子：是指携带一种以上蛋白质合成信息的mRNA也就是说：原核生物mRNA可编码几条不同的多肽链。单顺反子：只编码一条多肽链。2、tRNA的结构（1）tRNA的一级结构 1.由7493个（多为76个）核苷酸组成单链，沉降系数为4S；(沉降系数又称为沉降常数，指离心力场中沉降分子下沉的速度，1S=1x10-13秒，S常用来表示核酸分子，蛋白质分子和糖体等的大小）2.具有不变的（恒定的）核苷酸:U8、G18、G19 3.含较多的修饰核苷酸（稀有碱基）；4.5端多为PG ；3端多为CCAOH（用来接受活化的氨基酸，又称为接受末端）（2）.tRNA的二级结构三叶草结构 具有四臂四环 3端为CCAOH 序列 ，5端为PG（3）.tRNA的三级结构倒L形结构tRNAtRNA的三叶草型二级结构的三叶草型二级结构1 12 24 4反密码子环反密码子环 反密码子反密码子RNA中的碱基配对原则 3 3额外环额外环二氢尿二氢尿嘧啶环嘧啶环次黄嘌呤次黄嘌呤不同的不同的tRNA具有不同的具有不同的额外环额外环，所，所以额外环是以额外环是tRNA分类的分类的重要指标重要指标假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环tRNAtRNA的二级结构的二级结构 tRNAtRNA的二级结构大都呈的二级结构大都呈“三叶草三叶草”形状，在结形状，在结构上具有某些共同之处，构上具有某些共同之处，一般可将其分为四臂四环一般可将其分为四臂四环：包括氨基酸接受臂、反密包括氨基酸接受臂、反密码（环）臂、二氢尿嘧啶码（环）臂、二氢尿嘧啶（环）臂、（环）臂、T T C C（环）（环）臂臂和和可变环。除了氨基酸接受可变环。除了氨基酸接受区外，其余每个区均含有区外，其余每个区均含有一个突环和一个臂。一个突环和一个臂。(1)(1)氨基酸接受区氨基酸接受区包含有包含有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个核苷酸残基都是个核苷酸残基都是CCACCA，A A为腺苷酸。氨基酸可与其为腺苷酸。氨基酸可与其成酯，该区在蛋白质合成成酯，该区在蛋白质合成中起携带氨基酸的作用。中起携带氨基酸的作用。(2)(2)反密码区反密码区与氨基酸接受区相对，一与氨基酸接受区相对，一般环中含有般环中含有7 7个核苷酸残基，个核苷酸残基，臂中含有臂中含有5 5对碱基。其中环对碱基。其中环中正中的中正中的3 3个核苷酸残基称个核苷酸残基称为为反密码子反密码子。（3)3)二氢尿嘧啶区二氢尿嘧啶区 该区含有二氢尿嘧啶。环该区含有二氢尿嘧啶。环由由8-128-12个核苷酸组成，臂由个核苷酸组成，臂由3-43-4对碱基组成。对碱基组成。(4)T(4)T C C区区 该区与二氢尿嘧啶区相对，该区与二氢尿嘧啶区相对，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环糖核苷环(T T C)C)由由7 7个核苷酸个核苷酸组成，通过由组成，通过由5 5对碱基组成对碱基组成的双螺旋区的双螺旋区(T T C C臂臂)与与tRNAtRNA的其余部分相连。除个别例的其余部分相连。除个别例外，几乎所有外，几乎所有tBNAtBNA在此环中在此环中都含有都含有T T C C。(5)(5)可变区可变区 位于反密码区与位于反密码区与T T C C区之间，区之间，不同的不同的tRNAtRNA该区变化较大，该区变化较大，一般有一般有3-183-18个核苷酸组成。个核苷酸组成。tRNA的三级结构的三级结构 呈倒“L”形，3CCA-末端位于L的短线一端，反密码环位于L的长线一端，DHU和TC环形成L的转角。作用力：（）氢键和碱基的上下堆积，以及疏水性等使得倒“L”结构稳定存在。（）除了碱基对的氢键外，还有非寻常的氢键：不互补的碱基间GG、AA、AC等的氢键；核糖磷酸骨架与碱基骨架之间的氢键。3 3、rRNA rRNA 的结构的结构 概述概述 rRNArRNA是细胞内含量最多的是细胞内含量最多的RNARNA，约占约占 RNA RNA 总量的总量的 8080以上。以上。r R N Ar R N A 与 蛋 白 质 共 同 构 成与 蛋 白 质 共 同 构 成 核 糖 体核 糖 体（ribosomeribosome，是，是一种核酶一种核酶），其中蛋白质），其中蛋白质约占约占4040，rRNArRNA约占约占6060。功能功能 核糖体中催化肽键合成的是核糖体中催化肽键合成的是 rRNArRNA，蛋白质只是维持，蛋白质只是维持rRNArRNA构象，起辅助构象，起辅助作用作用。核糖体分大小两个亚基：核糖体分大小两个亚基：原核生物核糖体中有原核生物核糖体中有3 3类类 rRNArRNA（大大50S50S；小：；小：30S30S）：）：5S rRNA5S rRNA，16S rRNA16S rRNA，23S rRNA23S rRNA。真核生物核糖体中有真核生物核糖体中有4 4类类 rRNA rRNA（大大60S60S；小：；小：40S40S）：5S rRNA5S rRNA，5.8S rRNA5.8S rRNA，18S rRNA18S rRNA，28S rRNA28S rRNA。大肠杆菌E.Coli.16srRNA的结构mRNAtRNA核糖体核糖体三、基因的概念及其发展（自学）第二节、基因表达中心法则中心法则DNA RNA 蛋白质转录翻译复制逆转录一、转录一、转录 (transcription)(transcription)生物体以生物体以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过程。即在的过程。即在RNARNA酶催化酶催化下，以下，以DNADNA为模板合成为模板合成mRNAmRNA的过程的过程 转录转录RNADNA 模板链（反义链）：DNA双链中按碱基配对规双链中按碱基配对规律能指引转录生成律能指引转录生成RNA的一股单链，也称作的一股单链，也称作有意义有意义链链或或Watson链链。编码链（有义链）：DNA双链中双链中与模板链相对的单链，不进行转录，与模板链相对的单链，不进行转录，也称为也称为反义链反义链或或Crick链链。5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译RNARNA的转录过程的转录过程：（以大肠杆菌为例）（以大肠杆菌为例）起始位点的识别起始位点的识别 转录起始转录起始 链的延伸链的延伸 转录终止转录终止(一一)、RNARNA的转录过程的转录过程1 1、起始位点的识别、起始位点的识别 RNARNA的合成不需要引物。体外实验证明，不含的合成不需要引物。体外实验证明，不含亚基的核亚基的核心酶会随机地在一个基因的两条链上启动，当有心酶会随机地在一个基因的两条链上启动，当有亚基时就会亚基时就会选择正确的起点。选择正确的起点。亚基起着识别亚基起着识别DNADNA分子上的起始信号（启分子上的起始信号（启动子动子指指RNARNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNADNA序列）序列）的作用。启动子的结构至少由三部分组成：的作用。启动子的结构至少由三部分组成：-35-35序列提供了序列提供了RNARNA聚合酶全酶识别的信号；聚合酶全酶识别的信号；-10-10序列是酶的紧密结合位点（富含序列是酶的紧密结合位点（富含ATAT碱基，利于双链打开）；第三部分是碱基，利于双链打开）；第三部分是RNARNA合成的起始点。合成的起始点。AACTGTATATTATTGACATATAAT+1转录起始点转录起始点5335 35序列序列 Sextama 框框 10序列序列Pribnow框框2 2、转录起始、转录起始 RNARNA聚合酶全酶扫描解链区，找到起始点，然后结合聚合酶全酶扫描解链区，找到起始点，然后结合第一个核苷三磷酸。加入的第一个核苷三磷酸常是第一个核苷三磷酸。加入的第一个核苷三磷酸常是GTPGTP或或ATPATP，很少是，很少是CTPCTP，不用，不用UTPUTP。所形成的启动子、全酶和核。所形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷三磷苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点，酸一旦掺入到转录起始点，亚基就会被释放脱离核心亚基就会被释放脱离核心酶。酶。因子仅与起始因子仅与起始有关，有关，RNARNA的合的合成一旦开始成一旦开始，便被释放便被释放 E-35-10pppG或pppA55553333模板模板链链3 3、RNARNA链的延伸链的延伸DNADNA分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与DNADNA结合比较松弛，可沿结合比较松弛，可沿DNADNA模板移动，并按模板顺模板移动，并按模板顺序选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的序选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的RNARNA链的链的3-OH3-OH端，催化形成磷酸二酯键。转录端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向从延伸方向从5 5 334 4、转录终止、转录终止 在在DNADNA分子上（基因末端）提供转录停止信号的分子上（基因末端）提供转录停止信号的DNADNA序列序列称为终止子（称为终止子（terminatorsterminators),),它能使它能使RNARNA聚合酶停止合成聚合酶停止合成RNARNA并释放出并释放出RNARNA。需要需要因子（终止因子，协助因子（终止因子，协助RNARNA聚合酶识别终止聚合酶识别终止信号）帮助，信号）帮助，因子能与因子能与RNARNA聚合酶结合但不是聚合酶结合但不是酶的组分，它的作用是阻止酶的组分，它的作用是阻止RNARNA聚合酶向前移动，聚合酶向前移动，于是转录终止，并释放出已转录完成的于是转录终止，并释放出已转录完成的RNARNA链链。不依赖于不依赖于因子。强终止子序列有两个明显的因子。强终止子序列有两个明显的特征：（特征：（1 1）在终止点之前具有一段富含）在终止点之前具有一段富含G-CG-C的回文区域。（的回文区域。（2 2）富含）富含G-CG-C的区域之后是一连的区域之后是一连串的串的dAdA碱基序列，它们转录的碱基序列，它们转录的RNARNA链的末端为一链的末端为一连串连串U U（连续（连续6 6个）个）。弱终止子：弱终止子：缺少回文结构缺少回文结构强终止子强终止子：有回文结构有回文结构 细胞内，由细胞内，由RNARNA聚合酶合成的原初转录物聚合酶合成的原初转录物（primary transcriptprimary transcript）往往需要一系列的变）往往需要一系列的变化，包括链的裂解、化，包括链的裂解、5 5 和和3 3 末端的切除和特殊结末端的切除和特殊结构的形成、核苷的修饰、以及拼接和编辑等过构的形成、核苷的修饰、以及拼接和编辑等过程，才转变为成熟的程，才转变为成熟的RNARNA分子。此过程总称为分子。此过程总称为RNARNA的成熟或称为的成熟或称为RNARNA的转录后加工。的转录后加工。（二）、（二）、RNARNA的转录后加工的转录后加工（一）大肠杆菌（一）大肠杆菌RNARNA聚合酶聚合酶大肠杆菌的大肠杆菌的RNARNA聚合酶全酶由聚合酶全酶由5 5种亚基种亚基2 2组成组成，因子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与因子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与2 2分离，没有分离，没有亚基的酶称为核心酶亚基的酶称为核心酶只催化只催化链的延长，对起始无作用。链的延长，对起始无作用。五种亚基的功能分别为五种亚基的功能分别为：亚基：亚基：与启动子结合功能与启动子结合功能。亚基亚基：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 成磷成磷酸二酯键。酸二酯键。亚基亚基：与与DNADNA模板结合功能。模板结合功能。亚基：亚基：识别起始位点。识别起始位点。二、二、RNARNA聚合酶聚合酶（二）真核细胞的真核细胞的RNARNA聚合酶聚合酶酶类酶类分布分布产物产物-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱对酶的作用对酶的作用分子量分子量反应条件反应条件I核仁核仁核质核质核质核质rRNA5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNAtRNA 5SrRNA不抑制不抑制低浓度抑制低浓度抑制高浓度抑制高浓度抑制500 000700 000700 000_低离子强度低离子强度,要要求求Mg2+或或Mn2+高离子强度高离子强度高高Mn2+浓度浓度翻译翻译：是以mRNA为模板，将mRNA上的遗传信息转换成蛋白质的氨基酸序列的过程。三、翻译三、翻译 （一）、遗传密码（一）、遗传密码 mRNA(mRNA(或或DNA)DNA)中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系，称为遗传密码。序列之间的对应关系，称为遗传密码。三联体密码：三联体密码：从从mRNA 5mRNA 5 端起始密码子端起始密码子AUGAUG开始，每开始，每三个核苷酸为一组决定肽链中的一种氨基酸三个核苷酸为一组决定肽链中的一种氨基酸 ，称为，称为三联体密码。三联体密码。6161个编码个编码2020种氨基酸，有种氨基酸，有3 3个终止密个终止密码子码子 起始密码（起始密码（initiation coden):initiation coden):第一个第一个AUGAUG AUG AUG 意义：编码甲硫氨酸，意义：编码甲硫氨酸，原核生物为甲酰化甲硫氨酸原核生物为甲酰化甲硫氨酸终止密码（终止密码（terminatiom coden）UAA、UAG、UGA（赭石）（赭石）（琥珀）（乳白石）（琥珀）（乳白石）遗传密码字典遗传密码字典UACGUCAGUCAG第二位第二位 第一位第一位（5）第三位第三位（3）UCAGUCAGUCAG 翻译的起始(initiation)肽链的延伸(elongation)合成的终止(termination)（二）翻译的过程：（二）翻译的过程：1 1、翻译起始（、翻译起始（原核）30S30S亚基亚基 mRNA mRNA IF3-IF1IF3-IF1复合物复合物30S mRNA 30S mRNA GTPGTP-fMet tRNA-fMet tRNA-IF2-IF1IF2-IF1复合物复合物70S70S起始复合物起始复合物 mRNAmRNA +30S+30S亚基亚基-IF3IF3IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S50S亚基亚基IF2+IF1+GDP+PiIF1 mRNA中的SD序列与30s的互补序列结合 mRNA与30s形成复合物,IF1,IF3参与复合物的形成 核蛋白体上含给位p与受位A，AUG信号与给位相对应结合。同时fmet-tRNA的反密码子CAU与mRNA的AUG互补结合50s50s的结合：的结合：50s与30s复合物形成70s启动前复合体,同时伴有GTP水解；IF1 IF2脱落,形成了启动复合体fmet-tRNAfmet-tRNA的结合：与以上过程同的结合：与以上过程同时发生，时发生，fmet-tRNAfmet-tRNA辨认并与辨认并与mRNA mRNA 模板中的模板中的AUGAUG结合。反应需结合。反应需IFIF2 2,GTP,Mg,GTP,Mg2+2+参与参与;而而IFIF3 3脱落脱落70S70S启始复合物启始复合物由大、小亚基,mRNA,fmet-tRNAfmet构成2 2、肽链的延长、肽链的延长 延长延长即核蛋白体自mRNA 5端向3端推进，反应需延长因子（elongation facters-EF）EFTu、GTP和无机离子参与狭义的核蛋白体循环狭义的核蛋白体循环进位进位成肽成肽转位转位Tu-GDPGDPTsTu-TsTu-GTPGTPPiTu-GTP氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA进入进入A A位位pAAUGAUGTu-GTP（1 1）.进位：进位：aa进入受位，反应需GTP,Mg2+，EFTu,哺乳动物的延长因子：EFT1MgMg2+2+，K K+转肽酶转肽酶CHCH2 2CHCH2 2-CH-CHO OC C=O OCH-RCH-RNHNH2 2O O=O OC CH H2 2N NCHCH3 3S SAUGAUGUACUAC给给 受受O OC CO O=R-CHR-CHNHNHOHOHC CO O=H H3 3CSCHCSCH2 2CHCH2 2-CH-CHNHNH2 2AUGAUGUACUAC给给受受（2 2）.成肽（转肽与脱落）：成肽（转肽与脱落）：50s大亚基上的给位有转肽酶活性，催化给位的甲酰蛋氨酸与受位新进的aa结合形成肽键，同时给位上的tRNA脱落（3 3）.转位（移位）转位（移位）反应需EFG,GTP,Mg2+参与 核蛋白体向mRNA 3端移动一个密码子的距离，受位进入一个新密码子，带肽键的tRNA由受位移至给位 肽键每增加一个氨基酸就按 进位成肽转位 这三步不断重复，直到肽链增长到必要的长度OHOHEFGEFG，GTPGTPAUGAUGA A2 21 153OHOH2 21 1AUGAUG5533AUGAUG2 21 13 3AUGAUG3 31 12 2AUGAUG2 21 13 3进位进位成肽成肽转位转位成肽NCNC延长延长转位酶转位酶转位（移位）转位（移位）3 3、肽链合成终止、肽链合成终止 需终止因子RF、RR和IF3参与。终止信号出现，释放因子（release factor,RF,RR）与其结合。RF有三种RF1，RF2，RF3（1 1）.终止密码子的辨认终止密码子的辨认 RF-1RF-1或或RF-2RF-2UAAOCO=R-CHAUAAOCO=R-CHUAARFRF1和 RF2识别终止密码，进入A位H-OH转肽酶转肽酶（2 2）.肽链的水解和脱落肽链的水解和脱落OHOHRFRFC CO O=R-CHO ORFRFR-CHC-OHC-OHO O=RF-3RF-3RF3使转肽酶变为水解作用，使P位上肽键与tRNA之间的酯键被水解分离。肽链自核蛋白体释出（3 3）.tRNAtRNA、RFRF、mRNAmRNA的释放，核蛋白体的释放，核蛋白体大小亚基的解聚大小亚基的解聚OHOHRRRR，GTPGTPRFRFOHOHRFRFIF-3IF-3IF-1IF-1在RR作用下，tRNA、核蛋白体自mRNA上脱落，在IF1作用下，核蛋白体分解为大、小亚基重新进入核蛋白体循环fMetAUGAUG 1.起始起始2.肽链延长肽链延长3.3.终止终止广义的广义的核蛋白体循环核蛋白体循环作业：作业：一、名词解释1、半保留复制 2、转录 3、翻译二、简答题1、简述DNA双螺旋结构的特点2、简述tRNA二级结构特点3、简述原核生物蛋白质的翻译过程。