分子生物学-4
现代分子生物学课件-第四章
tRNA上所运载的氨基酸必须靠近 位于核糖体大亚基上的多肽合成位 点，而tRNA上的反密码子必须与小 亚基上的mRNA相配对，所以分子中 两个不同的功能基团是最大限度分 离的。
4. 2. 2 tRNA的功能
转录过程是信息从一种核酸分子 （DNA）转移到另一种结构上极为相 似的核酸分子（RNA）的过程，信息 转移靠的是碱基配对。
C
酸
（Thr，T （Asn，N （Ser，
（Ile，I
）
）
S）
）
异亮氨
苏氨酸
赖氨酸
精氨酸
A
酸
（Thr，T （Lys，K （Arg，
（Ile，I
）
）
R）
）
甲硫氨
苏氨酸
赖氨酸
精氨酸
G
酸
（Thr，T （Lys，K （Arg，
（Met，
）
）
R）
M）
缬氨酸
丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸
U
（Val， （Ala，A （Asn，N （Gly，
亮氨酸
脯氨酸
谷氨酰胺 精氨酸
A
（Leu， （Pro，P （Gln，Q （Arg，
L）
）
）
R）
亮氨酸
脯氨酸
谷氨酰胺 精氨酸
G
（Leu， （Pro，P （Gln，Q （Arg，
L）
）
）
R）
异亮氨
苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸
U
酸
（Thr，T （Asn，N （Ser，
（Ile，I
）
）
S）
）
A
异亮氨
苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸
V）
）
）
G）
分子生物学第四章
第一节 RNA转录的概述
2．真核生物的RNA聚合酶
真核生物的基因组比原核生物大， RNA 聚合酶也更为复杂。其相对分子质量 大都在5×105左右，有8~14个亚基，并含有 Zn2+。利用α-鹅膏蕈碱的抑制作用可将真核 生物RNA聚合酶为分三类。
第一节 RNA转录的概述
第一节 RNA转录的概述
真核生物RNA聚合酶I对α-鹅膏蕈碱不敏 感，负责转录45S rRNA前体，经转录后加工 产生5.8S rRNA、18S rRNA和28S rRNA，它 们与多种蛋白质组成的核糖体（核蛋白体）是 蛋白质合成的场所。真核生物的rRNA基因是 一类中度重复的基因，拷贝数都在数十至数百 个，人类rRNA基因约为300个拷贝。
第一节 RNA转录的概述
RNA聚合酶II转录所有mRNA前体和大多数 的核内小RNA（snRNA）。转录是遗传信息表达 的重要环节，真核生物DNA在核内转录生成 hnRNA（编码蛋白质的结构基因是在核浆中被转 录的。由于它的大小很不一致，故称核内不均一 RNA），然后加工成mRNA，并输送给细胞质的 蛋白质合成体系。hnRNA是各种RNA中寿命最短、 最不稳定的，需经常重新合成。在这个意义上说， RNA聚合酶II可认为是真核生物中最活跃的RNA 聚合酶。
第一节 RNA转录的概述
5．转录终止
当 RNA 链 延 伸 到 转 录 终 止 位 点 时 ， RNA 聚 合 酶 不 再 形 成 新 的 磷 酸 二 酯 键 ， RNA–DNA 杂 合 物 分 离 ， 转 录 泡 瓦 解 ， DNA 恢 复 成 双 链 状 态 ， 而 RNA 聚 合 酶 和 RNA 链都被从模板上释放出来，这就是转 录的终止。
第一节 RNA转录的概述 RNA聚合酶III转录tRNA、5S rRNA、 U6snRNA和不同的胞质小分子量RNA （scRNA）等小分子转录物。RNA聚合酶 III转录的产物都是相对小分子质量的RNA。 tRNA的大小都在100个核苷酸以下，5S rRNA的大小约为120个核苷酸。snRNA有 多种，由90-300个核苷酸组成，参与RNA 的剪接过程。
分子生物学第四章生物信息的传递下
实验5: 多聚三核苷酸为模板时也可能只合 成2种多肽：
5’…GUA GUA GUA GUA GUA…3’ 或5’…UAG UAG UAG UAG UAG…3’ 或5’…AGU AGU AGU AGU AGU…3’
3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技 术
如果把氨基酸与ATP和肝脏细胞质共 培养，氨基酸就会被固定在某些热稳定且 可溶性RNA分子上。现将氨基酸活化后的 产物称为氨基酰-tRNA，并把催化该过程 的酶称为氨基酰合成酶。
3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技 术
以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、 UGU等为模板，在含核糖体、AA-tRNA的反应 液中保温后通过硝酸纤维素滤膜，只有游离的 AA-tRNA因相对分子质量小而通过滤膜，而核糖 体或与核糖体结合的AA-tRNA则留在滤膜上，这 样可把已结合与未结合的AA-tRNA分开。
受体臂（acceptor arm）由配对的杆状结构和 3’端末配对的3-4个碱基所组成（CCA），最 后一个碱基—OH可以被氨酰化。
TφC臂是根据3个核苷酸命名的，其φ表示拟 尿嘧啶，是tRNA分子不常见的核苷酸。
反密码子臂是根据位于套索中央的三联Fra bibliotek密 码子命名的。
D臂是根据它含有二氢尿嘧啶（dihydrouracil） 命名的。
由于第二种读码方式产生的密码子UAG是 终止密码，不编码任何氨基酸，因此，只产生 GUA（Val）或AGU（Ser）。
实验6: 以随机多聚物指导多肽合成。
分子生物学第四章练习题
假定你从一新发现的病毒中提取了核苷酸,请用最简单的方法确定:(1)它是DNA还是RNA?(2)它是单链还是双链?--类型:分析题答:确定碱基比率。
如果有胸腺嘧啶,为DNA,如果有尿嘧啶,则为RNA。
如果为双链分子,那么A与T(或U)的量以及G与C的量应相等。
RNA 是由核糖核酸通过()键连接而成的一种()。
几乎所有的RNA都是由()DNA ()而来,因此,序列和其中一条链()。
--类型:填空题--答案:磷酸二酯;多聚体;模板;转录;互补多数类型的RNA是由加工()产生的,真核生物前体tRNA的()包括()的切除和()的拼接。
随着()和()端的序列切除,3’端加上了序列()。
在四膜虫中,前体TRNA的切除和()的拼接是通过()机制进行的。
--类型:填空题--答案:前体分子;加工;内含子;外显子;5’;3’;CCA;内含子;外显子;自动催化Rnase P 是一种(),含有()作为它的活性部位,这种酶在()序列的()切割()。
--类型:填空题--答案:内切核酸酶;RNA;tRNA;5’端;前体RNA C0t1/2实验测定的是()。
--类型:填空题--答案:41 RNA的复性程度假定摆动假说是正确的,那么最少需要()种TRNA来翻译61种氨基酸密码子。
--类型:填空题--答案:32写出两种合成后不被切割或拼接的RNA:()和()。
--类型:填空题--答案:.真核生物中的5SrRNA;原核生物中的mRNA原核细胞信使RNA含有几个其功能所必需的特征区段,它们是:( ) --类型:选择题--选择: (a)启动子,SD序列,起始密码子,终止密码子,茎环结构(b)启动子,转录起始位点,前导序列,由顺反子间区序列隔开的SD序列和ORF 尾部序列,茎环结构(c)转录起始位点,尾部序列,由顺反子间区序列隔开的SD序列和0RF,茎环结构(d)转录起始位点,前导序列,由顺反子间区序列隔开的SD序列和0RF,局部序列--答案: dtRNA参与的反应有:( ) --类型:选择题--选择:(a)转录(b)反转录(c)翻译(d)前体mRNA 的剪接(e)复制--答案: a氨酰tRNA的作用由( )决定.--类型:选择题--选择:(a)其氨基酸(b)其反密码子(c)其固定的碱基区(d)氨基酸与反密码子的距离,越近越好(e)氨酰tRNA合成酶的活性--答案:c,dI型内含子能利用多种形式的鸟嘌吟,如:( ) --类型:选择题--选择:(a)GMP (b)GDP (c)GTP (d)dGDP (e)ddGMP(2’,3’–双脱氧GMP)--答案:c,dI型内含子折叠成的复杂二级结构:( ) --类型:选择题--选择:(a)有长9bp的核苦酸配对(b)对突变有很大的耐受性(c)形成可结合外来G和金属离子的―口袋‖ (d)使内含子的所有末端都在一起(e)在剪接过程中发生构象重组(f)利用P1和P9螺旋产生催化中心--答案:a,c,eRNase P:( ) --类型:选择题--选择:(a) 其外切核酸酶活性催化产生tRNA成熟的5’末端(b)含有RNA和蛋白组分(c)体内切割需要两个组分(d)体外切割需要两个组分(e)采用复杂的二级与三级结构形成催化位点--答案:a,b,c,e 列出真核生物mRNA与原核生物mRNA的区别。
2024年度-朱玉贤现代分子生物学第四版
蛋白质翻译后加工的意义
对于蛋白质的成熟、定位和功能发挥具有重要作用。例如，信号肽的去除可以使蛋白质从细胞内分泌 到细胞外或定位到细胞膜上；化学修饰可以调控蛋白质的活性和稳定性，从而影响细胞的生理功能； 剪切可以产生具有不同功能的蛋白质片段，增加蛋白质的多样性。
17
转录与转录后加工的调控
转录的调控主要通过转录 因子与DNA的结合来实 现，可以影响RNA聚合酶 的活性和选择性。
转录和转录后加工的调控 具有协同作用，可以共同 调节基因的表达水平和蛋 白质的功能。
ABCD
转录后加工的调控涉及多 种蛋白质和RNA的相互作 用，可以影响RNA的加工 效率和产物种类。
29
基因工程与基因组学的应用前景
农牧业领域
通过基因工程改良作物和畜禽品种， 提高产量和品质，增强抗逆性；应用 基因组学解析重要农艺性状形成的分 子机制，指导新品种选育。
工业领域
利用基因工程生产工业酶、生物燃料 和生物材料等；应用基因组学优化工 业生产过程和开发新产品。
医学领域
基因工程可用于生产重组蛋白药物、 基因诊断和基因治疗等；基因组学可 用于解析人类疾病的遗传基础，发现 新的治疗靶点和药物。
异常的转录和转录后加工 调控可能导致疾病的发生 ，如癌症、遗传性疾病等 。
18
05
蛋白质翻译与翻译后加工
19
蛋白质翻译的过程与特点
蛋白质翻译的过程
起始、延长和终止三个阶段。起始阶段，核糖体与mRNA结合，形成起始复合物；延长阶段，tRNA携带氨基酸 进入核糖体，进行肽链的延伸；终止阶段，释放完成翻译的蛋白质。
分子生物学-第四章蛋白质的翻译
教案首页课程名称分子生物学任课教师李市场第四章蛋白质翻译计划学时9教学目的和要求：掌握遗传密码的构成及特点。
遗传密码的破译；密码的简并性与变偶假说；密码子的使用频率；起始密码子与终止密码子；遗传密码的突变；重叠密码。
掌握原核生物和真核生物RNA的翻译过程。
核糖体及RNA的结构；氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成；原核生物的蛋白质的生物合成；GTP在蛋白质合成中的作用；真核生物的蛋白质的生物合成；蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰；蛋白质的易位与分泌。
重点：密码的简并性与变偶假说；密码子的使用频率；起始密码子与终止密码子；重叠密码。
核糖体及RNA的结构；氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成；原核生物的蛋白质的生物合成；GTP在蛋白质合成中的作用；真核生物的蛋白质的生物合成；蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰；蛋白质的易位与分泌难点：核糖体及RNA的结构；氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成；原核生物的蛋白质的生物合成；GTP在蛋白质合成中的作用；真核生物的蛋白质的生物合成；蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰；蛋白质的易位与分泌。
思考题：1、以Prok.为例，说明蛋白质翻译终止的机制。
2、简要说明真核生物蛋白质的不同转运机制。
3、说明Prok.和Euk.体内蛋白质的越膜机制。
4、简要说明Prok.与Euk.的翻译起始过程的差别。
第四章蛋白质翻译（Protein Translation）概述：蛋白质翻译是基因表达的第二步，tRNA在翻译过程中起“译员”的作用，参与翻译的RNA 除tRNA外，还有rRNA 和mRNA；tRNA既是密码子的受体,也是氨基酸的受体，tRNA 接受AA要通过氨酰tRNA合成酶及其自身的paracodon的作用才能实现，tRNA通过其自身的anticodon而识别codon，密码子有自身的特性，三联体前两个重要通用性摇摆性，有一定的使用效率；多种翻译因子组成翻译起始复合物，完成翻译的起始、延伸和终止，并且保证其准确性。
基础分子生物学课件Chapter4 成簇与重复
自从变为假基因后, 自从变为假基因后, 珠蛋白基 因发生了很多变化. 因发生了很多变化.
4.7 Unequal crossing-over rearranges gene crossingclusters. 不等交换使基因簇发生重排. 不等交换使基因簇发生重排. • 基因组中存在序列相似的一簇基因时, 其中非 基因组中存在序列相似的一簇基因时, 等位基因的错配可以造成不等交换, 等位基因的错配可以造成不等交换, 它在一条 重组染色体上形成缺失, 重组染色体上形成缺失, 而在另一条染色体上 形成相应的重复序列. 形成相应的重复序列. • 不同的地中海贫血是由于α-或β-珠蛋白基因 不同的地中海贫血是由于α 的不同缺失造成的. 的不同缺失造成的. 疾病的严重程度与单条基 因的缺失程度相关. 因的缺失程度相关.
Minisatellites are useful for genetic mapping. 小卫星序列可用于遗传作图. 小卫星序列可用于遗传作图.
• 个体基因组微卫星或小卫星序列间存在着
差异, 差异, 这可用来清楚地研究个体间的遗传关 系, 即每个个体各有50%的条带来自亲本中 即每个个体各有50%的条带来自亲本中 的一方. 的一方.
Chapter 4
Clusters and Repeats 成簇与重复
4.1 Introduction. 引言 • 基因成簇(Gene cluster)是指一组相邻基因是 基因成簇( cluster) 相同的或是相似的. 相同的或是相似的. • 基因家族(Gene family)包括一组外显子相关 基因家族( family) 的基因; 的基因; 其成员起源于一些祖先基因的复制 和变异. 和变异. • 卫星(Satellite) DNA包括许多短的基本重复 卫星(Satellite) DNA包括许多短的基本重复 单位的串联重复(可以是相同或相似). 单位的串联重复(可以是相同或相似).
(整理)分子生物学第四章习题.
第4章DNA复制一、填空题1．在DNA合成中负责复制和修复的酶是。
2．染色体中参与复制的活性区呈Y开结构，称为。
3．在DNA复制和修复过程中，修补DNA螺旋上缺口的酶称为4．在DNA复制过程中，连续合成的子链称为，另一条非连续合成的子链称为。
5．如果DNA聚合酶把一个不正确的核苷酸加到3′端，一个含3′→5′活性的独立催化区会将这个错配碱基切去。
这个催化区称为酶。
6．DNA后随链合成的起始要一段短的，它是由以核糖核苷酸为底物合成的。
7．复制叉上DNA双螺旋的解旋作用由催化的，它利用来源于ATP水解产生的能量沿DNA链单向移动。
8．帮助DNA解旋的与单链DNA结合，使碱基仍可参与模板反应。
9．DNA引发酶分子与DNA解旋酶直接结合形成一个单位，它可在复制叉上沿后随链下移，随着后随链的延伸合成RNA引物。
10．如果DNA聚合酶出现错误，会产生一对错配碱基，这种错误可以被一个通过甲基化作用来区别新链和旧链的判别的系统进行校正。
11．对酵母、细菌以及几种生活在真核生物细胞中的病毒来说，都可以在DNA独特序列的处观察到复制泡的形成。
12．可被看成一种可形成暂时单链缺口（I型）或暂时双链缺口（II型）的可逆核酸酶。
13．拓扑异构酶通过在DNA上形成缺口超螺旋结构。
14．真核生物中有五种DNA聚合酶，它们是A. ；B. ；C. ；D. ；E. ；15有真核DNA聚合酶和显示3'→5'外切核酸酶活性。
二、选择题（单选或多选）1．DNA的复制（）。
A．包括一个双螺旋中两条子链的合成B．遵循新的子链与其亲本链相配对的原则C．依赖于物种特异的遗传密码D．是碱基错配最主要的来源E．是一个描述基因表达的过程2．一个复制子是（）。
A．细胞分裂期间复制产物被分离之后的DNA片段B．复制的DNA片段和在此过程中所需的酶和蛋白质C．任何自发复制的DNA序列（它与复制起点相连）D．任何给定的复制机制的产物（如单环）E．复制起点和复制叉之间的DNA片段3．真核生物复制子有下列特征，它们（）。
分子生物学第四章--基因工程常用工具酶
同裂酶：识别位点相同，酶的来源不同。
同尾酶：识别位点不同，切出片段有相同末端序列。
B．以切出片段末端性质不同可分，粘性末端和平末端。
粘性末端：（Cohesive Ends）两个突出末端可退火互补— — DNA是分子重组的基础
15
同裂酶
又称异源同工酶。指来源不同，但具有相同的识别 序列。 在切割DNA时，其切割点可以是相同的，产生平 头末端，称为同识同切； 切割点也可以是不同的，产生3ˊ或5ˊ粘性末端， 称为同识异切。
第四章 基因工程常用工具酶
1
Manipulating Genes
- Transferring Genes
Restriction Ligation Extract DNA
Transformation
Selection
Culturing
2
重组DNA实验中常见的主要工具酶
3
我们的基本目的是：把外源基因与载体 连接在一起形成重组DNA分子，最少需要以 下两类工具酶：
23
如果用一种限制酶，切割两种不同的DNA时，
产生相同的末端，混合后“退火”，这两种不同的
DNA分子彼此可以连接，形成重组DNA分子。
24
限制性内切酶的剪切方式
25
Yu Zheng, et al. Using shotgun sequence data to find active restriction enzyme genes. Nucleic Acids Res., 2009, 37: e1. Whole genome shotgun sequence analysis has become the standard method for beginning to determine a genome sequence. The preparation of the shotgun sequence clones is, in fact, a biological experiment. It determines which segments of the genome can be cloned into Escherichia coli and which cannot. By analyzing the complete set of sequences from such an experiment, it is possible to identify genes lethal to E. coli.
分子生物学 第四章 RNA的生物合成
第二节 转录的基本条件
一.反应体系
含DNA模板,NTP,酶，Mg2+,Mn2+ 。 其中原料为四种核苷三磷酸 NTP,DNA中的T在RNA合成中变为U ； 合成过程: 连续，方向：5'→3' 合成部位：细胞核内。
二.转录反应的模板 转录反应不但需要DNA作为模板， 而且不同的RNA聚合酶对DNA两股链 以及不同的DNA段落都有一定的选择 性。
RNA聚合酶对利福平(rifampicin)和利福霉 素(rifamycin)表现敏感的原因
（二） RNA聚合酶对模板的选择
RNA聚合酶对模板的选择包含两层意思。 其一是不同的RNA聚合酶转录不同的基因， 合成不同的RNA。 其二是RNA聚合酶对DNA的两股链有选择性。
转录(transcription)的不对称性就是指 转录只以双链DNA中的一条链作为模板进行转 录，将遗传信息由DNA传递给RNA的现象。
他们的研究结果不仅破除了“酶一定是 蛋白质”的传统观点，而且也破除了“RNA 的功能只是控制蛋白质的合成”这一传统 观点。 因此他们于1989年共同获诺贝尔化学 奖。 此后RNA的重要功能不断有新的发现， 从而认识到——DNA是携带遗传信息分子， 蛋白质是执行生命功能的分子，RNA则既是 信息分子，又是功能分子。
二. RNA的结构与主要生理功能
RNA几乎总是线性单链的，极少有环状RNA分子。 但几乎每个RNA分子都有许多短的双螺旋部分，称为 发夹。 除了标准的GC和AU对之外，还有较弱的GU对可帮 助单链RNA形成二级结构。
一条正在延伸的RNA链的二级结构会影响这个RNA 分子的剩下部分的合成。
一个细胞中含有许多不同的RNA 分子，其长度为50个核苷酸到数万个核 苷酸不等。
分子生物学第4章重点及试题
一、名词解释：转录:是指以DNA为模板，在依赖于DNA的RNA聚和酶催化下，以4中NTP（ATP、CTP、GTP和UTP）为原料，合成RNA的过程。
转录单位 (transcription unit):从启动子到终止子的序列 (转录起始点)。
模板链（template strand）:又称反义链, 指与转录物互补的DNA链（极性方向3’→5’）。
编码链:又称有义链, 指不作模板的DNA单链（极性方向5’→3’）。
hnRNA：核内不均一RNA，是存在于真核细胞核中的不稳定，大小不均一的一组高分子RNA的总称。
转录的极性：转录的效率与转录单位的位置有关。
转录起始：RNA聚合酶与DNA转录启动子结合形成有功能的转录起始复合物的过程。
启动子（Promoters）：指DNA分子上被RNA聚合酶、转录调节因子等识别并结合形成转录起始复合物的区域。
核心启动子：RNA聚合酶能够直接识别并结合的启动子。
RNA聚合酶：是催化以DNA为模板（template）、三磷酸核糖核苷为底物、通过磷酸二酯键而聚合的合成RNA的酶。
C端结构域(CTD)：RNApolⅡ的大亚基中有 C 末端结构域。
CTD中含一保守氨基酸序列的多个重复Tyr－Ser p－Pro－Thr p－Ser p－Pro－Ser p C端重复七肽。
沉默子（silencer）：沉默子能够同反式因子结合从而阻断增强子及反式激活因子作用并最终抑制该基因的转录活性的真核基因中的一种特殊的序列。
增强子(enhancer)：是一类正调控元件，能够从转录起始位点的上游或下游数千个碱基处来激活转录。
绝缘子（insulater）：阻断增强子或沉默子的DNA序列。
上游：转录起点上游的序列，是调控区，与转录的方向相反。
下游：转录起点下游的区域，是编码区，与转录的方向一致。
转录起点：＋1位点，RNA聚合酶的转录起始位点，起始NTP多为ATP或GTP。
转录泡：在转录时RNA聚合酶Ⅱ（RNAPⅡ）与DNA模板结合，会形成一个泡状结构，成为转录泡。
分子生物学-07-4-生物信息的传递-4RNA拼接2-RNA编辑
一类自剪内含子的剪接
• 罕见的rRNA内含子
RNA splicing 2
Ⅰ类自剪内含子的拼接
特点： 1 拼接属于自我拼接 2 内含子自身形成明显的二级结构
结构特点： （1） 5’ 拼接点和3’ 拼接点-------U↓A… …G ↓
（2） 有由保守序列形成的二级结构
a、 保守序列为 5’ －P－Q－R－S－3’
距ห้องสมุดไป่ตู้接点很远，各 10~12bp
P与Q互补、R与S互补而形成中部核心结构
RNA splicing2
RNA splicing2
b、 二级结构中还包括内含子与外显子的某一序列互补所形 成的二级结构
内部引导序列（interal guide sequence IGS）：内 含子中能与两个拼接点边界序列配对的一段序列
snRNA： 细胞核中的 scRNA： 细胞质中的
（snRNP） （scRNP）
2、核mRNA内含子拼接的结构特点
RNA splicing
拼接点序列
Page102 ，103
符合Chambon rule （GU－AG规则）
● 5’---exon--- GU--------intron--------AG ------exon----3’
嘧啶富含区
拼接点： Breathnach-Chambon rule （GU－AG规则） 5’ 剪接点或左剪接点（内含子上游） 3’ 剪接点或右剪接点（……下游）
RNA splicing
● 第一次转酯－－左外显子、内含子剪切套索 ● 第二次转酯－－exons连接、套索状内含子释放 ● 拼接体（spliceosome） 解体与lariat降解同步
内含子剪接rnasplicinggeneralsequenceeukaryoticmrna注意5加帽的时间注意内含子外显子一般是在rna水平描述的四种典型内含子的边界序列特征类型5拼接点内含子3拼接点剪接方式化学本质trna类无保守序富含au无保守序列蛋白酶参直接切割和连接有可供识别的特异序列自我剪接转脂反应ii类自剪gugcgauguag类真核mrnaguauagac剪接装置复杂剪接装置由多种蛋白质和核蛋白小rna组成形成特定的二级结构rna具有催化剪接的能力一trna内含子的剪接trna的拼接特点酵母为例1链的断裂和连接是两个独立的过程2trna的内含子均位于反密码环的3端长1416bp其中含一段与反密码环互补的序列反密码环处形成一个与成熟trna不同的构象3拼接酶系识别的就是这个二级结构trnasplicing分解过内含子rna连接酶连接断端其中内切酶作用后产生5oh3磷酸3磷酸端很快转变为23环式核苷酸内切酶作用一个半分子有两个磷酸末oh末端因此一个半分子有两个磷酸末端另一个半分子有两个oh末端ohtrnasplicing分解过连接反应前要进行两个反应
分子生物学试题第四章
分子生物学试题第四章一、名词解释1、translation：将mRNA链上的核苷酸以一个特定的起始位点开始按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一个多肽链的过程2、codon synonymous：对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子3、degeneracy：指密码子的第三个碱基上的变化不会改变它所代表的氨基酸4、wobble hypothesis：摆动假说，在密码子与反密码子配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以摆动，因而使某些tRNA 可以识别1个以上的密码子5、signal hypothesis：信号假说，指分泌蛋白质N-端序列新生肽链连接到膜上的作用，即mRNA和核糖体通过正在合成的蛋白质N-端序列新生肽链连接到膜上的作用6、elongation factors：延伸因子，原核中为EF真核中为eEF，在每一个氨基酸加入多肽链的过程中，周期性作用于核糖体的蛋白质。
7、nuclear localization sequence ：在绝大部分细胞真核生物宗，每当细胞发生分裂时，核膜被破坏，等到细胞分裂完成后，核膜被重新建成，分散在细胞内的核蛋白必须被重新运入核内，因此，为了核蛋白重新定位，这些蛋白质中的信号肽。
8、tripletode：mRNA上每三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为三联密码子9、无义突变：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，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变称为无义突变11、错义突变：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12、信号序列：在起始密码子后，有一段编码的疏水性氨基酸序列的RNA区域，这个氨基酸序列就被称为信号序列13、简并：由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象14、initator tRNA：一类能够特异的识别mRNA模板起始密码子的tRNA15、氨酰-tRNA合成酶：一类催化氨基酸与tRNA结合的特异性酶16、翻译运转同步机制：若某个蛋白质的合成和运转是同时发生的，则称翻译运转同步机制17、翻译后运转机制：若蛋白质从核糖体上释放后才发生运转，则称为翻译后运转机制二、判断1、tRNA的三级结构主要由在二级结构中未配对的碱基间形成氢键而引发的（T）2、新生的多肽链大多数是没有功能的，必须经过加工修饰才能转变为有活性的（T）3、分泌蛋白质大多是以翻译-运转同步机制运输的（T）4、通过线粒体膜的蛋白质是合成和运转同时发生的（T）5、无义密码子同等于终止密码子（T）6、三种RNA必须相互作用以起始及维持蛋白质的合成（T）7、体外连接两个核糖体亚基需游离Mg2+存在（T）8、延伸因子EF-Iα促进氨基酰-tRNA进入A位点，经此过程能量由A TP中高能磷酸键断裂提供（F）9、移框校正被认为是一种自然的翻译控制机制（T）10、三种类型的RNA合成酶包括一系列同系核苷酸和结合氨基酸的酶（T）11、核糖体的E位点是原核核糖体上tRNA退出的位点（T）12、模板和反义DNA链可被描述为：模板链可被RNA聚合酶阅读而合成互补的核苷酸-mRNA，这是核糖体蛋白质合成中的有义莲（T）13、The genetic code is the collection of base-sequences that corresponds to each amino acid and to translation signals(T)14、Polypeptide synthesis can be divided into three stages：Initiation、Elongation and termination(T)15、The kind of tRNA：Initiator and Elongation tRNA, same functioned tRNA and proofreading RNA (T)16、UAA、UAG、UGA were Initial genetic codes(F)17、The end genetic code was UAA(F)18、Protein synthesis is taken place in Ribosome(T)19、The process of protein synthesis can be divided into five stages：Amino acyl-tRNA acting initiation of translation. Elongtation of translation and post-translation processing(T)20、Five activate sites in ribosome are mRNA binding site. AA-tRNA binding site. P-site peptide bond formed site and basic peptide site(T)21、许多氨基酸：有多个密码子，除了氨基酸只有一个密码子外，其他氨基酸都有一个以上密码子（F）22、Proper selection of the amino acids for assembly is determined by the positioning of the tRNA molecules, which in turn is determined by hydrogen-bonding between the anticodon of each tRNA molecule and the corresponding codon of the mRNA (T)23、核糖体是蛋白质合成的场所，tRNA是蛋白质合成的模板，mRNA是模板与氨基酸之间的接合体（F）24、一个tRNA究竟能识别多少个密码子不是由反密码子的第一个碱基的性质决定的（T）25、在真核生物中蛋白质的降解依赖于泛素（T）26、因为AUG是蛋白质合成的起始密码子，所以甲硫氨酸只存在于蛋白质的N端（）27、无义密码子同等于终止密码子（）28、嘌呤霉素是AA-tRNA的结构类似物，能结合在核糖体的A位上，抑制AA-tRNA的进入（）29、核糖体使蛋白质的合成场所，mRNA是蛋白质的合成模板，Trna是模板与氨基酸之间的接合体（T）30、遗传密码的性质包括简并性、特殊性、普遍性（T）31、错义突变的校正tRNA通过密码子区的改变把正确的氨基酸添加到肽链上，合成正常的蛋白质（F）32、细菌细胞内存在3种不同的终止因子：RF1、RF2、RF33、原核生物起始tRNA携带fMet，真核生物起始Trna携带Met（T）34、同工tRNA有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码子，但因结构上的差异，不能被AA-Trna合成酶识别（F）35、一个基因错义突变的校正也可能使另一个基因错误翻译（T）36、tRNA与相应氨基酸的结合是蛋白质合成中的关键步骤（T）37、一般说来，相互补的核苷酸越少，30S亚基与mRNA起始位点结合的效率越高（F）38、无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密码变成另一种氨基酸密码（F）39、5.8SrRNA是原核生物核糖体大亚基特有的Rrna（F）40、肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环（T）41、mRNA中存在胱氨酸的密码子，不少蛋白质都含有二硫键（F）42、在生理Mg2+条件下，没有起始密码子的多苷酸不能用作多肽合成的模板（T）43、AA-tRNA合成酶只能识别Trna不能识别氨基酸（F）44、真核生物中，任何一个多肽合成都是从生成甲硫氨酰-tRNAfMet开始的（T）45、三种RNA必须相互作用以起始及维持蛋白质的合成（T）46、在细菌细胞的终止因子中，RF1能识别UGA和UAA，RF2 能识别UAG和UAA，RF3 可能与核糖体的解体有关（F）48、核糖体小亚基最基本的功能是连接mRNA与tRNA，大亚基则催化肽键的形成（T）49、核糖体是一种大分子，两亚基的复合物含有50多种不同的蛋白质和一些rRNA（T）50、核糖体的E位点是原核核糖体上Trna退出的位点（T）51、tRNA的三级结构主要由在二级结构中未配对碱基间形成氢键而引发的（F）52、Trna为双链结构（F）53、分泌蛋白质大多是以翻译-转运同步机制运输的（T）54、无义密码子同等于终止密码子(T)55、体外连接两个核糖体亚基需游离Mg2+的存在（T）55、每个tRNA分子至少含有2个稀有碱基，最多19个（T）三、单项选择1、只有一个密码子的氨基酸是（C）A、ThrB、IleC、TrpD、Phe2、tRNA的二级结构（A）A、三叶草型B、“L”型C、“V”型D、“D”型3、多个代表相同氨基酸的tRNA的二级结构称为（C）A、起始tRNAB、延伸tRNAC、同工tRNAD、校正tRNA4、原核生物肽链延伸每次反应需（C）延伸因子A、1B、2C、3D、45、真核起始因子eIF- 3的功能是（B）A、促进亚基形成起始复合物（eIF-3、GTP、Met-tRNA、40s）B、增强亚基起始复合物4OS亚基与mRNA的5’-末端的结合力C、如果eIF-3和4OS亚基结合，阻止4OS和6OS蒂合D、与mRNA5’-末端的帽子结合。
分子生物学复习总结题-第四章-DNA的生物合成
第四章DNA的生物合成一、选择单选：1、中心法则的内容不包括A.DNA→DNAB.DNA→RNAC.RNA→DNAD.RNA→蛋白质E.蛋白质→RNA2、DNA聚合酶催化的反应不包括A. 催化引物的3'-羟基与dNTP的5'-磷酸基反应B. 催化引物的生成C. 切除引物或突变的DNA片段D. 切除复制中错配的核苷酸E. 催化DNA延长中3'-羟基与dNTP的5'-磷酸基反应3、DNA连接酶A. 使DNA形成超螺旋结构B. 使双螺旋DNA链缺口的两个末端连接C. 合成RNA引物D. 将双螺旋解链E. 去除引物，填补空缺4、DNA连接酶在下列哪一个过程中是不需要的？A. DNA修复B. DNA复制C. DNA断裂和修饰D. 基因工程制备重组DNAE. DNA天然重组5、DNA连接酶作用需要A. GTP供能B. ATP供能C. NAD+供能D. NADP供能E. cAMP供能6、DNA复制起始过程，下列酶和蛋白质的作用次序是：1．DNA－pol Ⅲ；2．SSB；3．引物酶；4．解螺旋酶A.l，2，3，4B. 4，2，3，1C. 3，l，2，4D. 1，4，3，2E. 2，3，4，l7、复制中的RNA引物A. 使DNA－pol Ⅲ活化B. 解开 DNA双链C. 提供5’-P合成DNA链D. 提供3’-OH合成DNA链E. 提供5’-P合成RNA链8、复制起始，还未进人延长时，哪组物质已经出现A. 冈崎片段，复制叉，DNA－pol IB. DNA外切酶、DNA内切酶、连接酶C. RNA酶、解螺旋酶、DNA－pol ⅢD. Dna蛋白，RNA聚合酶，SSBE. DNA拓扑异构酶，DNA－pol Ⅱ，连接酶9、冈崎片段产生的原因是A. DNA复制速度太快B. 双向复制C. 有RNA引物就有冈崎片段D. 复制与解连方向不同E. 复制中DNA有缠绕打结现象10、关于突变，错误的说法是A. 颠换是点突变的一种形式B. 插入1个碱基对可引起框移突变C. 重排属于链内重组D. 缺失5个碱基对可引起框移突变E. 转换属于重排的一种形式11、点突变引起的后果是A. DNA降解B. DNA复制停顿C. 转录终止D. 氨基酸读码可改变E. 氨基酸缺失12、嘧啶二聚体的解聚方式靠A. S．O．S修复B. 原核生物的切除修复C. 重组修复D. 真核生物的切除修复E. 光修复酶的作用13、点突变不会导致A.错义突变B.无义突变C.移码突变D.致死突变E.癌基因激活14、损伤的类型不包括A.错配B.插入和缺失C.DNA重排D.形成胸腺嘧啶二聚体E.DNA变性多选：1、中心法则的内容包括A.DNA半保留复制B.DNA逆转录合成C.DNA修复D.RNA复制E.蛋白质合成2、DNA的复制过程需要A.DNA模板B.dNTPC.NTPD.DNA聚合酶E.引物和Mg2+3、原核生物DNA的复制过程需要30多种酶和蛋白质参加，其中主要有A.解旋酶DnaBB.Ⅰ型拓扑异构酶C.引物酶DnaGD.DNA聚合酶ⅡE.DNA连接酶4、真核生物DNA半保留复制需要A. DNA聚合酶αB. 逆转录酶C. 转肽酶D. 端粒酶E. DNA聚合酶γ5、可能造成框移突变的是A. 转换B. 缺失C. 点突变D. 颠换E. 插入6、DNA复制的特点是A.要合成RNA引物B.是NTP聚合C.形成复制叉D.完全不连续E.半保留复制7、关于原核生物DNA聚合酶，以下叙述正确的是A.催化dNTP按5'→3'方向合成DNAB.其引物可以是DNAC.DNA聚合酶Ⅱ没有5'→3'外切酶活性D.DNA聚合酶Ⅲ延伸能力最强E.切口平移依赖DNA聚合酶的5'→3'外切酶活性和5'→3'聚合酶活性8、真核生物DNA的复制过程在以下哪些方面与原核生物不同？A.复制速度比原核生物慢B.有许多复制起点C.形成多复制子结构D.复制周期长E.存在端粒合成机制9、关于真核生物DNA 端粒的合成，以下叙述正确的是A.端粒DNA含短串联重复序列B.所有端粒末端均为3'端突出结构C.端粒酶本质上是一种逆转录酶D.端粒DNA合成过程还需要引物E.端粒DNA合成过程是一个连续过程10、哪些因素可以造成DNA损伤？A.复制错误B.自发性损伤C.物理因素D.化学因素E.病毒11、那些成分可以导致DNA损伤？A.碱基类似物B.亚硝酸盐C.烷化剂D.染料E.尼古丁12、DNA损伤修复系统包括：A.错配修复B.直接修复C.切除修复D.重组修复E.易错修复13、逆转录酶具有哪些催化活性A.DNA逆转录合成B.DNA复制合成C.水解双链DNAD.水解双链RNAE.水解RNA-DNA杂交体14、逆转录病毒在合成其双链cDNA之前，需先后经过哪两步反应A. 病毒蛋白质的合成B. 转录C. 逆转录D. RNA链的水解E. DNA大量复制二、填空1.DNA的复制过程需要以下物质：dNTP底物、、DNA聚合酶、和Mg2+。
分子生物学常用技术(简化版)
Northern blot
类似于 Southern 印迹杂交的方法，用于 RNA 检测
in situ hybridization
原位杂交：特定 mRNA 的组织细胞分布
FISH Fluorescence in situ hybridization (FISH)：特定基因的染色体定位
反 Northern 杂交与 DNA 芯片
DNA解旋解链
DNA的体内复制
ATCGCGATAGCGTAGCTGCGACCTAGC
5’
3’
TAGCGCTATCGCATCGACGCTGGATCG
3’
5’
GGAUCG
5’
AUCGCG
5’
引物酶
引物酶
RNA引物
RNA引物
DNA解旋解链
引物合成
DNA的体内复制
ATCGCGATAGCGTAGCTGCGACCTAGC
核酸：测序、印迹、杂交、体外扩增技术 蛋白质：电泳与印迹、组学技术、相互作用
基本技术：
基因工程技术 转基因生物与基因敲除技术
综合技术：
基因诊断 基因治疗
应用技术：
第一节：核酸分子杂交
Molecular hybridization: 利用已知核酸序列 (探针/probe) 检测与其互补的未知核酸序列 用途： 确认核酸序列间同源性 对特定核酸序列进行定量 自核酸混合体中辨认特定核酸序列
1.什么是耐热 DNA 聚合酶
早期 PCR 曾使用 DNA 聚合酶 I
在高温时发生变性，每一循环都需要重新添加酶 延伸反应温度为 37℃，非特异性太多
目前常用 Taq DNA 聚合酶
纯化自嗜热水生菌 (Thermus aquaticus) 可耐受 95℃ 高温，最适反应温度为 72℃ 左右
分子生物学第四章 基因与基因组的结构与功能
4.2 基因命名法
但是在研究不同生物的同一遗传机制时，往往会产生一些混淆，如 在研究酿酒酵母和粟米酵母的细胞周期有关基因的命名中。此外， 许多基因在不同实验中从相同组织被分离出好几次而具有不同命名： 重要的果蝇的发育基因torpedo便是其中一例——它在筛选不同表 型的过程中三次被鉴定并被命名三种不同名称。果蝇提供了关于遗 传命名的最为丰富的例子，特别是在发育生物学中这种趋势也扩展 至脊椎动物中。
总之：顺反子学说打破了“三位一体”的基 因概念，把基因具体化为DNA分子上特定的 一段顺序--- 顺反子，其内部又是可分的， 包含多个突变子和重组子。 近代基因的概念：基因是一段有功能的DNA序 列，是一个遗传功能单位，其内部存在有许 多的重组子和突变子。 突变子：指改变后可以产生突变型表型的最 小单位。 重组子：不能由重组分开的基本单位。
（三）DNA是遗传物质：1928年Griffith 首先发现了肺炎球菌的转化，证实DNA 是遗传物质而非蛋白质；Avery用生物 化学的方法证明转化因子是DNA而不是 其他物质。 （四）基因是有功能的DNA片段 20世纪40年代Beadle和Tatum提出一个 基因一个酶的假说，沟通了蛋白质合成 与基因功能的研究 1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋 结构模型，明确了DNA的复制方式。
病毒(+)股RNA为2个拷贝,基本结构为:
５＇帽－R－U5－PB － －DLS－－gag－pol－env－ (onc－)－ C－PB＋－U3－R－poly(A)n 病毒颗粒中有两条相同的正股RNA+两条来自宿主细胞的 tRNA
A：编码区:所有逆转录病毒均含有3个基本结构基因
gag: pol: 病毒核心蛋白 肽链内切酶,一个逆转录酶,一个与前病毒整 合相关的酶 env: 包膜蛋白 B：非编码区: 与基因组复制和基因表达有关 A: B: C: R区: 两端的重复序列,与cDNA合成有关 引物结合区(primer binding site, PB) U区: U3 含强启动子,起始转录RNA. U5 与转录终止和加polyA有关 D: DLS--C区: DLS:两条病毒(+)RNA链结合位点 : 包装信号:RNA装入病毒颗粒 C: 调控区.
分子生物学第四章练习题
答案：
b,c
哺乳动物线粒体和植物叶绿体基因组是靠D环复制的。下面哪一种叙述准确地描述了这个过程?()--类型：
选择题--选择：
(a)两条链都是从oriD开始复制的，这是一个独特的二级结构，由DNA聚合酶复合体识别(b)两条链的复制都是从两个独立的起点同时起始的(c)两条链的复制都是从两个独立的起点先后起始的(d)复制的起始是由一条或两条(链)替代环促使的(e) ter基因座延迟一条链的复制完成直到两个复制过程同步
选择题--选择：
(a)包括一个双螺旋中两条子链的合成(b)遵循新的子链与其亲本链相配对的原则(c)依赖于物种特异的遗传密码(d)是碱基错配最主要的来源(e)是一个描述基因表达的过程
--
答案：
b,d
一个复制子是：
( ) --类型：
选择题--选择：
(a)细胞分裂期间复制产物被分离之后的DNA片段(b)复制的DNA片段和在此过程中所需的酶和蛋白(c)任何自发复制的DNA序列(它与复制起始点相连) (d)任何给定的复制机制的产物(A如：
--
答案：
c
下述特征--类型：
选择题--选择：
(a)起始位点是包括多个短重复序列的独特DNA片段(b)起始位点是形成稳定二级结构的回文序(c)多聚体DNA结合蛋白专一性识别这些短的重复序列(d)起始位点旁侧序列是A—T丰富的，能使DNA螺旋解开(e)起始位点旁侧序列是G—C丰富的，能稳定起始复合物．--
3．
“模板”或“反义”DNA链可定义为：
模板链是被RNA聚合酶识别并合成1个互补的mRNA，这一mRNA队是蛋白质合成的模板。--类型：
判断题
--
答案：
3、正确。
在DNA复制中，假定都从5’→3’、同样方向读序时，新合成DNA链中的苷酸序列同模板链一样。--类型：
分子生物学 第4章 DNA损伤与修复
•F1 Mutaagenesis
OH
H
O
Br
AGCTTCCTA TCGAAGGAT
:G
1. Base analog incorporation
AGCTBCCTA TCGAAGGAT
烯醇式
2. 1st round of replication
Br
H
O
AGCTTCCTA TCGAAGGAT
AGCTBCCTA TCGAGGGAT
•Molecular Biology Course
第四章
DNA的损伤、修复和重组
教学要求
熟悉突变的种类和产生的因素 熟悉DNA损伤的原因、类型 理解DNA复制忠实性的机制 掌握DNA修复的机制 理解DNA重组的方式及原理
主要内容
第一节 DNA damage (损伤)
第二节 DNA repair(修复) 第三节 Gene mutation (突变） 第四节 Recombination (重组)
•DNA lessions
d.碱基修饰与链断裂
• 细胞呼吸的副产物O2、H2O2等会造成DNA损伤， 能产生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等碱基 修饰物，还可能引起DNA单链断裂等损伤。
• 每个哺乳类细胞每天DNA单链断裂发生的频率 约为5万次。
•DNA damage
发生在需氧 细胞中。 电离辐射会加剧这种损伤。
•DNA lessions
2. DNA的自发性化学变化
• 生物体内DNA分子可以由于各种原因发生变化， 至少有以下类型：
–a.碱基的异构互变
–b.碱基的脱氨基作用
–c.脱嘌呤与脱嘧啶
–d.碱基修饰与链断裂
•DNA lessions
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G
A
珠蛋白基因簇位于第 11 号染色体； , G, A, 和 为功能基因， 为假 基因。
胚胎发育早期的 Hb：22, 22 和 22 妊娠 8 周后胎儿的 HbF：22 成人型 HbA： 22 和 22 (3%)
(二) 空间特异性
在个体生长过程中，某种基因产物在个体中按不同组 织空间顺序出现，称为基因表达的空间特异性 (spatial specificity) 或组织特异性 (tissue specificity)。
真核生物基因表达调控
/10005107/
The ENCODE Project 旨在解析人类基因组中的所有功能性 元件。
染色体结构的变化对基因表达的影响
• DNA 甲基化： 胞嘧啶甲基化； • 染色质修饰：组蛋白的多种共价修饰；
• DNase I 超敏感位点：转录活性基因对 DNase I 极度敏感。
适体区序列保守，能与适体直接结合，使表达平台的构 象变化，形成有选择性的茎环结构，导致 mRNA 转录提前 终止或者抑制翻译的起始。
aptamer region (pink) expression platform (orange)
抑制型核糖开关：适体存在时能抑制基因表达； 激活型核糖开关：适体存在时能启动基因表达。
lacY 基因编码透过酶 (permease)
lacA 基因编码乙酰基转移酶 (transacetylase)
E.coli 在含葡萄糖的培养基中生长 时，lacZ 基因不表达。 当葡萄糖耗尽而乳糖存在时， lacZ 基因表达，-半乳糖苷酶将乳糖水 解成葡萄糖和半乳糖。
Allolactose (异乳糖)
• EF-G (转位酶) 定位在 L12CTD 和 L11-NTD 之间。
Zhang D, et al. Common chaperone activity in the G-domain of trGTPase protects L11–L12 interaction on the ribosome. Nucleic Acids Research 2012, 40(21):10851-10865. doi: 10.1093/nar/gks833
LDH 同工酶 LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5 亚基 组成 H4 H3M H2M3 HM3 M4 红细胞 43 44 12 1 0 白细胞 12 49 33 6 0 血清 27.1 34.7 20.9 11.7 5.7 骨骼肌 0 0 5 16 79 心肌 73 24 3 0 0 肺 14 34 35 5 12 肾 43 44 12 1 0 肝 2 4 11 27 56 脾 10 25 10 20 5
1. 阻遏蛋白的调控作用 色氨酸 (Trp) 为阻遏蛋白 (TrpR) 的辅助因子，TrpR-Trp 与操纵基因结合。 2. 衰减作用 (Attenuation)
1. 阻遏蛋白的调控作用
当低浓度 Trp 时， TrpR 不结合 Trp ，因此，TrpR 不 与操纵基因结合，trpE-A 基因转录成 trp mRNA。
受试群体的年龄分布
皮肤表现出最明显的年龄相关 基因表达变化，其中大部分基 因与脂肪酸代谢、线粒体活性、 癌症和剪接有关。
原核生物基因表达的调控
• 转录水平的调控
操纵子，核糖开关
• 翻译水平的调控 trGTPase，核糖开关
操纵子 (operon)
• 操纵子是转录的功能单位， 由启动子 (promoter)、操纵基 因 (operator gene) 和结构基因 (structural genes) 所构成。 • 操纵基因 (operator gene) 是与阻遏蛋白 (repressor) 结合的 DNA 序 列。 • 激活蛋白结合位点 (activator binding site) 是与激活蛋白 (activator) 结合的 DNA 序列。
lac mRNA
变构的阻遏蛋白
-半乳糖苷酶 透过酶
诱导物：乳糖、异乳糖、 -半乳糖苷
转乙酰基酶
(异丙基 -D-硫代半乳糖苷)
2. CRP 的正调节
lacI
CRP site
P
lacO
lacZ
lacY
lacA
无葡萄糖时，cAMP 浓度高，cAMP 与 CRP 结合后与 CRP 位点结合，促 进结构基因的转录
• 核糖开关是能与小分子代谢物 (适体，aptamer) 结合以 调控基因的转录和翻译的 mRNA 元件，常位于 mRNA 分 子的 5’ UTR。 例如：维生素B12 核糖开关、 硫胺素焦磷酸核糖开关、 S-甲腺甲硫氨酸核糖开关、腺嘌呤核糖开关等
• 核糖开关由适体区 (aptamer region) 和表达平台 (expression platform) 组成。
第五部分
基因表达与调控
基因表达的概念 基因经过转录、翻译产生具有特异 生物学功能的蛋白质分子的过程为基因 表达 (Gene expression)。
原核细胞
真核细胞
基因表达调控的分类
(一) 正调控和负调控
1. 正调节 (positive regulation) 由于特异的调控元件的存在，遗传信息的表达呈定量 地增加，这种调节称为正调节。 2. 负调节 (negative regulation)
组蛋白的乙酰化破坏了核小体的结构，便 于转录调节因子与 DNA 结合而进行转录。
/reference/pathway/histone_modification.html
Acetylation 乙酰化 Methylation 甲基化 Phosphorylation 磷酸化 Ubiquitylation 泛素化 Sumoylation SUMO 化 Biotinylation 生物素化
1. 阻遏蛋白的负调节
lacI
CRP site
P
lacZ
lacY
lacA
阻遏蛋白
阻遏蛋白与操纵基因结合, 阻 止 RNA 聚合酶转录结构基因 lacZ，lacY 和 lacA
lacI
CRP site
P
lacO
பைடு நூலகம்
lacZ
lacY
lacA
转录
诱导物
变构的阻遏蛋白不 能与操纵基因结合， RNA 聚合酶转录结 构基因
• DNase I 超敏感位点是易被低浓度 DNaseI 切割的 DNA 序 列，甲基化程度较低。 • 转录活性基因常有 DNaseI 超敏感位点，位于转录调节蛋白 结合位点附近。
转录水平的调控
(一) 顺式作用元件 (cis-acting elements)
1. 启动子 (promoter)：与通用转录因子和 RNA 聚合酶结合。 2. 增强子 (enhancer)：增强基因表达的调控元件。 3. 沉默子 (silencer)：是参与基因表达负调控的一种元件。 阻遏蛋白与沉默子结合阻遏靶基因的转录。
邻氨基苯 甲酸合酶
色氨酸合酶
2. 衰减作用
衰减子 (Attenuator) 先导 DNA 序列中可形成转录终止子结构的一段核苷酸， 以终止 mRNA 的转录。
转录终止子
高浓度 Trp 时，核糖体阻止 1-2 发夹结构的形成，导致 3-4 形成转录终止子结构生成。
低浓度 Trp 时，核糖体停止合成先导肽，2-3 发夹结构不影响 mRNA 的转录。
由于特异性调控元件的存在，遗传信息的表达减少， 则称为负调节。
(二) 诱导和阻遏表达
特定环境信号引起某一特定基因产物的增加，为诱 导表达 (inducible gene expression)。 特定环境信号导致某一特定基因产物减少的过程， 为阻遏表达 (repressible gene expression)。 组成性基因表达 在一个个体的几乎所有细胞中持续表达的基因为 管家基因 (house keeping gene)，管家基因的表达为 组成性基因表达 (constitutive gene expression)。
乙酰化
甲基化
磷酸化
泛素化
SUMO 化
SUMO (Small ubiquitin-like modifier, 小泛素相关修饰物) 是类似 ubiquitin (泛素) 的一种蛋白质。
生物素化
组蛋白是动态蛋白质。组蛋白的多种翻译后修饰，能调 节染色质凝集和 DNA 可达性。
(三) DNase I 超敏感位点
基因表达调控的一般特征
(一) 时间特异性
某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生， 称为基因表达的时间特异性 (temporal specificity)。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性 (stage specificity)。
2
1
珠蛋白基因簇位于第 16 号染色体； , 2, 1 和 基因为功能基因， 和 为假基因。
• 皮肤中 48.6% 的基因和脂肪组织中 50.8%的基因随着年 龄的增加而表达水平降低。
Glass D, et al. Gene expression changes with age in skin, adipose tissue, blood and brain. Genome Biology 2013, 14:R75 doi:10.1186/gb-2013-14-7-r75
(二) 组蛋白的共价修饰
组蛋白发生乙酰化 (acetylation)、甲基化 (methylation)、 磷酸化 (phosphorylation)、泛素化 (ubiquitylation) 等共价 修饰，导致核小体结构不稳定或松弛。
组蛋白的 N 端发 生乙酰化、甲基 化和磷酸化；C 端发生泛素化。
H (心肌型)；M (骨骼肌型)
果蝇
在多细胞生物的发育过程中，基因表达具有时间特异性和 组织特异性。