朱玉贤(第三版)分子生物学考研要点

1、分子生物学复习要点笔记朱玉贤 （第三版）一、分子生物学、染色体和DNA的基本概念1. Molecular biology (分子生物学)：指研究核酸、蛋白质等所有生物大分子形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学。2. DNA重组技术（recombinant DNA technology）：又称为基因工程，根据分子生物学和遗传学的原理，将一种生物的遗传物质DNA转移到另一生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达出所需要的产物。3. DNA作为遗传物质的载体的两个经典实验：、美国著名微生物学家Avery：肺炎双球菌的转染实验、美国冷泉港卡耐基遗传学实验室科学家Hershey和他的学生Cha

2、se在1952年做的噬菌体侵染细菌的实验。4. Chromosome (染色体)：原指真核生物细胞分裂中期具有一定形态特征的染色质。现在这一概念已扩大为包括原核生物及细胞器在内的基因载体的总称。具有的特征：分子结构相对稳定；能够自我复制，使亲代之间保持连续性；能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程；能够产生可遗传的变异。5. 真核细胞染色体的组成： DNA（30%-40%），组蛋白(histone)（30%-40%），非组蛋白(NHP)（变化很大），少量RNA。6. C value (C值)：通常指一种生物单倍体基因组DNA的总量。7. 真核生物细胞DNA序列大致可被分为3类：不重复序列、

3、中度重复序列和高度重复序列（卫星DNA）。8. 真核生物染色体的组成及组装过程：核小体螺线管（6个核小体）超螺旋9. 核小体(nucleosome)：染色质纤维细丝是许多核小体连成的念珠状结构。DNA绕在组蛋白八聚体(H2A、H2B、H3、H4各一对)核心外1.8周(146bp)，形成核小体核心颗粒。10. DNA的一级结构：所谓DNA的一级结构，就是指4种核苷酸的连接及其排列顺序，表示了该DNA分子的化学构成。基本特点： DNA分子是由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成的； DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧； 两条链上的碱基通过氢键相结合，形成碱

4、基对，它的组成有一定的规律。这就是嘌呤与嘧啶配对，而且腺嘌呤（A）只能与胸腺嘧啶（T）配对，鸟嘌呤（G）只能与胞嘧啶（C）配对。11. DNA的二级结构： DNA的二级结构是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。通常情况下，DNA的二级结构分两大类：一类是右手螺旋，如A-DNA和B-DNA；另一类是左手螺旋，即Z-DNA。12. DNA的高级结构： DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式，可分为正超螺旋与负超螺旋两大类。DNA分子的超螺旋化可以用一个数学公式来表示： L=T+W其中L为连接数（linking numbe

5、r），是指环形DNA分子两条链间交叉的次数。只要不发生链的断裂，L是个常量。T为双螺旋的盘绕数（twisting number），W为超螺旋数（writhing number），它们是变量。13. DNA semiconservative replication （DNA的半保留复制）：Watson 和 Crick推测，DNA在复制的过程中碱基间的氢键首先断裂，双螺旋解旋并被分开，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。这样新形成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样。因此，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，所以这种复制方式被称为DNA的半保留复制（s

6、emiconservative replication）。DNA的这种半保留复制保证了DNA在代谢上的稳定性。14. DNA复制的主要方式： 线性DNA双链的复制：线性DNA复制中RNA引物被切除后，留下5'端部分单链DNA，不能为DNA聚合酶所作用，使子链短于母链。T4和T7噬菌体DNA通过其末端的简并性使不同链的3'端因互补而结合，其缺口被聚合酶作用填满，再经DNA连接酶作用生成二联体。这个过程可重复进行直到生成原长20多倍的多联体，并由噬菌体DNA编码的核酸酶特异切割形成单位长度的DNA分子。环状DNA双链的复制：可分为型、滚环型和D-环型几种类型。15. Klenow

7、fragment （Klenow片段）：用枯草杆菌蛋白酶处理大肠杆菌DNA聚合酶，获得两个片段，大片段分子量76000 U，称为Klenow 片段。它保留着聚合酶和35外切酶的活性，广泛使用于DNA序列分析中。16. DNA复制的主要酶类及功能：原核生物拓扑异构酶I：解开副超螺旋 SSB蛋白：保持单链的存在 DNA拓扑异构酶：解正超螺旋 DNA解链酶：通过水解ATP获得能量来解开双链DNADNA聚合酶原 核主要功能真 核主要功能DNA聚合酶35和53外切活性和53聚合活性，连接冈崎片段，切除紫外照射形成的嘧啶二聚体。DNA聚合酶引发前导链和后随链的引物合成DNA聚合酶修复DNA作用，53聚合活

8、性低和35外切活性为主DNA聚合酶DNA损伤修复DNA聚合酶大肠杆菌DNA复制链延长反应主导聚合酶，53聚合和35外切活性DNA聚合酶线粒体DNA复制DNA聚合酶SOS修复中发挥作用DNA聚合酶主要DNA复制酶DNA聚合酶DNA聚合酶与后随链合成有关，在核苷切除与碱基切除修复中起重要作用17. 真核生物DNA复制调控：细胞生活周期水平调控，染色体水平调控，复制子水平调控18. 原核细胞DNA的复制调控：复制叉的多少决定了复制频率的高低。19. 真核和原核生物DNA复制的比较相同： .半保留复制 .都有引发、延长、终止三个阶段 .都必须有相应功能的蛋白质和DNA聚合酶参与区别： .真：多个复制起

9、始点；原：一个复制起始点 .真：所有复制受一种调控；原：一个复制子上有多个复制叉20. DNA的修复 DNA修复系统功 能错配修复恢复错配碱基（核苷酸）切除修复切除突变的碱基和核苷酸片段DNA直接修复修复嘧啶二体或甲基化DNA重组修复复制后的修复，重新启动停滞的复制叉SOS系统DNA的修复导致变异21. 转座子的定义，类型及，结构特征及遗传学意义Transposon (Tn, 转座子)：是存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位，转座子分为两大类插入序列（insertional sequence, IS）和复合型转座子。移动基因 (Movable gene)：又称为转位因子(Transp

10、osable elements)，是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。由于它可以从染色体基因组上的一个位置转移到另一位置，甚至在不同染色体之间跃迁，因此有时也称为跳跃基因(Jumping gene)。插入序列(insertion sequence，IS)：最简单的不含有任何宿主基因的转位因子。片段长度7002500bp。复合转座子(transposon，Tn)：是一类携带某些与转座无关的抗性基因(或其它宿主基因)的转座子。分子量2000bp。插入序列的结构特点： 在IS两端含有长度为1040bp反向重叠序列 含有一个编码转座酶的长编码区。 插入时在DNA位点产生一个短的(39bp

11、)正向重复序列。复合转座子的结构特点： 两翼为两个相同或相似的IS序列。 中部为某种抗性基因。 IS序列一般不能单独移动。转位作用的遗传学效应：引起插入突变；产生新基因；产生染色体畸变；引起生物进化。二、从DNA到RNA以及从mRNA到蛋白质的生物信息流 （一）转 录1. RNA转录（transcription) ：以DNA单链为模板，NTP为原料，在依赖DNA的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。2. 模板链（template strans） 或无意义链( antisense strand)：作为模板，按碱基互补配对原则转录成RNA的DNA链。3.编码链（coding strand）或有意

12、义链(sense strand)：与模板链互补的非模板链，其编码区的碱基序列与转录产物mRNA的序列相同（仅T、U互换）。4. RNA转录的基本过程：模板的识别，转录的启始，通过启动子及转录的延伸和终止。5. 转录和复制的异同点：相同或相似差 异转 录复 制模 板DNA模板链转录两股链均可复制原 料核苷三磷酸NTPdNTP碱基配对遵从碱基配对原则A-U;T-A;G-CA-T;G-C聚合酶依赖DNA的聚合酶RNA聚合酶DNA聚合酶产 物多核苷酸链mRNA , tRNA , rRNA 等子代双链DNA特 点不对称转录半保留、半不连续复制6. 大肠杆菌的RNA聚合酶有哪些组成成分？各个亚基的作用如何

13、？全 酶（2 ）核心酶（2 ）催化中心：与模板DNA、底物NTP及新生RNA链结合：参与核心酶组装及启动子识别：识别模板链并与启动子结合使转录起始，在转录延伸阶段，因子与核心酶解离，仅由核心酶参与延伸过程：因子的作用：起始必须有因子； 因子能够提高酶和启动子识别的特异性，同时也降低酶和非特异位点的亲和力。在某些细菌细胞内含有能识别不同启动子的 因子，以适应不同生长发育阶段的要求，调控不同基因转录的起始。7. 真核生物的RNA聚合酶：酶细胞内定位转录产物相对活性对-鹅膏蕈碱的敏感程度RNA聚合酶I核仁rRNA5070不敏感RNA聚合酶II核质hnRNA2040敏感RNA聚合酶III核质tRNA约

14、10存在物种特异性8. 封闭复合物，开放复合物和三元复合物模板的识别阶段包括RNA聚合酶全酶对启动子的识别，聚合酶与启动子可逆性结合形成closed complex (封闭复合物)。此时，DNA链仍处于双链状态。伴随着DNA构象上的重大变化，封闭复合物转变成open complex（开放复合物），聚合酶全酶所结合的DNA序列中有小段双链被解开。对于强启动子来说，从封闭复合物到开放复合物是不可逆的，是快反应。开放复合物与最初的两个NTP相结合并在两个核苷酸之间形成磷酸二酯键后即转变成包括RNA聚合酶、DNA和新生RNA的ternary complex（三元复合物）。 9. transcripti

15、on unit（转录单元）：从启动子开始到终止子（terminaitor）结束的DNA序列，RNA聚合酶从转录起始位点开始沿着模板前进，直到终止子为止，转录出一条RNA链。10. promoter （启动子）：是一段位于结构基因5端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确地结合并具有转录起始的特异性。11. 启动子的特征：（原核）在启动子区内有一个由5个核苷酸组成的共同序列，是RNA聚合酶的紧密结合点，现在称为Pribnow区 (Pribnow box)，这个区的中央大约位于起点上游10bp处，所以又称为-10区。大部分绝大部分启动子都存在位于-10bp处的TATA区和-3

16、5bp处的TTGACA区。这两段共同序列是RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与因子相互识别而具有很高的亲和力。（真核）Hogness等先在珠蛋白基因中发现了类似Pribnow区的Hogness区（Hogness box），这是位于转录起始点上游2530 bp处的共同序列TATAAA，也称为TATA区。另外，在起始位点上游7078 bp处还有另一段共同序列CCAAT，这是与原核生物中35 bp区相对应的序列，称为CAAT区（CAAT box），在-110-80含有GCCACACCC或GGGCGGG序列（GC box）。12. 启动子突变 下降突变（down mutation）：降低其结构基因转录

17、水平的启动子突变，称为下降突变。上升突变 （up mutation）：提高其结构基因转录水平的启动子突变，称为上升突变。13. 增强子（enhancer）及其功能指能强化转录起始频率的DNA序列。增强子的特点：（1）远距离作用；（2）无方向性；（3）顺式调节；（4）无物种和基因的特异性；（5）具有组织特异性；（6）有相位性；（7）有的增强子可对外部产生信号。14. 启动子对转录的影响TATA（Pribnow box）：使转录精确地起始Upstream promoter element, UPE or Upstream activating sequence, UAS上游启动子元件（CAAT b

18、ox 和GC box）：控制转录起始频率 15. 转录的抑制抑制剂靶 酶抑制作用类 别利福霉素细菌的全酶与亚基结合，阻止起始RNA聚合酶抑制剂链霉溶菌素细菌的核心酶与亚基结合，阻止延长-鹅膏蕈碱真核RNA聚合酶与RNA聚合酶结合放线菌素D真核RNA聚合酶与DNA结合（模板），并阻止延长DNA模板抑制剂16. terminator (终止子)：位于基因的末端，在转录终止点之前有一段回文序列（反向重复序列）约6-20bp。 真核生物终止: 由一段特定序列5AATAAA3和回文序列（反向重复序列）组成。 分为两类：强终止子（内在终止子，intrinsic terminator）不依赖 Rho ()

19、因子的终止：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。终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区，RNA形成发夹结构；在终止位点前面有一段由4-8个A组成的序列，RNA的3端为寡聚U。发夹式结构和寡聚U的共同作用使RNA从三元复合物中解离出来。弱终止子 需要因子（rho factor），又称为依赖性终止子。r因子：六聚体蛋白、水解各种核甘三磷酸促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。结合在正在合成的RNA链的5端，利用水解

20、ATP释放的能量，从5端向3端移动，当RNA聚合酶移动到终止子而暂停时，因子达到RNA的3-OH端追上并取代了停在终止位点的RNA聚合酶， 因子的解螺旋活性使转录产物RNA链从模板DNA上释放，使转录终止。17. transcription factor （转录因子）：真核生物有三种RNA聚合酶，分别催化不同RNA的合成，每种酶的作用均需一些蛋白辅助因子的参与，将这些因子称为转录因子。转录因子的命名冠以聚合酶的名称，如RNA聚合酶II所需的转录因子称为转录因子II（transcription factor II , TF II)。TFs 帮助RNA聚合酶识别启动子。TFs ( 转录因子）必须先

21、与DNA形成复合物，帮助RNA聚合酶定位到转录起始的位点。RNA聚合酶和转录因子在DNA上的定位形成前起始复合物，由于转录因子的作用复合物由封闭型转换成开放型。18. 顺式作用因子（cis-acting element）和反式作用因子(trans-acting element) Cis-acting element影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。例： 启动子、增强子、弱化子等；Trans-acting element能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子。反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptio

22、nal factors, TF)。参与RNA-pol转录的TF -TFD、 TFA、TFB、TFF、TFE、TFH。19. 许多原核生物 mRNA 以多顺反子的形式存在：操纵子（operon）:一组相邻或相互重叠的基因, 在基因转录时协同作用，这样一组基因称为操纵子（operon）。多顺反子（polycistronic mRNA ) ：编码多个蛋白质的mRNA称为多顺反子mRNA 。单顺反子(monocistronic mRNA) ：只编码一个蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA。20. 原核生物和真核生物mRNA的比较 原核生物mRNA： 半衰期短 多以多顺反子的形式存在 单顺反子mRNA：

23、只编码一个蛋白质的mRNA。 多顺反子mRNA：编码多个蛋白质的mRNA。 Z： -半乳糖苷酶Y： 透过酶A：乙酰基转移酶 ZYA：为结构基因 5 端无“帽子”结构， 3 端没有或只有较短的poly（A ）结构。 SD序列（Shine-Dalgarno sequence）：原核生物起始密码子AUG上游7-12个核苷酸处有一被称为SD序列的保守区。由于该序列与16S rRNA mRNA 3 端方向互补，其作用为用于结合核糖体。 真核生物mRNA： “基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核甘酸序列。 5 端存在“帽子”结构 多数mRNA 3 端具有poly（A ）尾巴（组

24、蛋白除外） 以单顺反子的形式存在21. 抗转录终止有两种方式：破坏终止位点的茎环结构；依赖于蛋白因子的转录抗终止。22. Cap and poly (A) tail帽 子：mRNA几乎一诞生就戴上了帽子，Cap 0(m7GpppXpYp，只有单细胞真核生物)，Cap 1（m7GpppXmpYp，其余真核生物的主要形式），Cap 2（m7GpppXmpYm，某些真核生物中）甲基供体都为S腺苷甲硫氨酸（SAM）；RNA鸟苷酸转移酶-戴帽酶（capping enzyme）【功能】（1）对翻译起识别作用为核糖体识别RNA提供信号，Cap 0 的全部都是识别的重要信号， Cap 1,2 的甲基化能增进识

25、别；（2）增加mRNA 的稳定性，使5端免遭外切核酸酶的攻击；（3）与某些RNA病毒的正链合成有关（Cap 1、Cap 2 ）。 Poly (A)尾巴：转录后加上去的。准确切割加尾巴依赖于3端终止位点上游1530 bp AAUAA序列。【功能】 （1） 可能与核质转运有关；（2）与mRNA的寿命有关；（3）与翻译有关；（4）poly(A) 在分子生物学实验中有很大应用价值。23. open reading frame (ORF，可译读码框)：核不均一RNA（hn RNA），即mRNA的前体，经过5 加帽和3 酶切加Poly （A），在经过RNA剪接，编码蛋白质的外显子部分就连接成为一个连续的O

26、RF，通过核孔进入细胞质，就能作为蛋白质合成的模板了。24. GU-AG 法则 （Chambon法则）：多数细胞核mRNA前体中内含子的5 边界序列为GU，3 边界序列为AG。因此， GU表示供体衔接点的5 端，AG代表接纳体衔接点的3 端。25. 不连续基因（interrupted / discontinuous gene，split gene，断裂基因）：真核生物基因除了与mRNA相对应的编码序列外，还含有一些不编码序列插在编码序列之间，这些不编码序列在加工为成熟的mRNA时被去除。这样的基因称为不连续基因或断裂基因。26. 外显子（exon）：基因中与mRNA一致的序列。一个基因总是以外

27、显子为起点和终点。27. 内含子（intron）：基因中编码序列之间的介入序列，在原初转录物加工为mRNA时被去除。28. RNA剪接（RNA splicing）：一个基因的外显子和内含子共同转录在一条转录产物中，将内含子去除而把外显子连接起来形成成熟RNA分子的过程 29. 类内含子和类内含子的剪接特点： 类内含子：主要是转酯反应，即剪接反应实际上是发生了两次磷酸二酯键的转移。在类内含子切除体系中，第一个转酯反应由一个游离的鸟苷或鸟苷酸（GMP，GDP或GTP）介导，鸟苷或鸟苷酸的3OH作为亲核基团攻击内含子5端磷酸二酯键，从上游切开RNA链。在第二个转酯反应中，上游外显子的自由3OH作为亲

28、核基团攻击内含子3核甘酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开，上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键相连。类内含子：主要存在真核生物的线粒体和叶绿体rRNA基因中。在类内含子切除体系中，转酯反应无需游离的鸟苷或鸟苷酸，而是由内含子本身的靠近3端的腺苷酸2OH作为亲核基团攻击内含子5端磷酸二酯键，从上游切开RNA链后形成套索结构。再由上游外显子的自由3OH作为亲核基团攻击内含子3核甘酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开，上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键相连。30. RNA editing （RNA编辑）：是某些RNA，特别是mRNA前体的一种加工方式，如插入、删除或取代一些核苷酸残基，导致DNA所编

29、码的遗传信息的改变，因为经过编辑的mRNA序列发生了不同于模板DNA的变化。介导RNA编辑的机制有两种：位点特异性脱氨基作用和引导RNA指导的尿嘌呤插入或删除。31.核酶（ribozyme）:是指一类具有催化功能的RNA分子，通过催化靶位点RNA链中磷酸二酯键的断裂，特异性地剪切底物RNA分子，从而阻断基因的表达。可分为剪切型核酶和剪接性核酶。【生物学意义】核酶的发现使我们对RNA的重要功能又有了新的认识。因此，核酶是继反转录现象之后对中心法则的又一个重要修正，说明RNA既是遗传物质又是酶。核酶的发现为生命起源的研究提供了新的思路也许曾经存在以RNA为基础的原始生命。照这么说，蛋白质也可能（仅

30、仅是可能）起源于RNA世界！ （二）翻 译1. 翻 译（protein translation）：即蛋白质的生物合成。指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按照每三个核苷酸代表一个氨基酸的原则，一次合成一条多肽链的过程。2. 遗传密码，三联子密码（codon）：mRNA上相邻的三个核苷酸在蛋白质合成时代表一种氨基酸，成为密码子。共64组密码，其中61个是编码氨基酸的，AUG为起始密码，也是Met的密码子，UAG（琥珀型）、UGA（蛋白石）、UAA（赭石型）是终止密码子。3. 反密码子（anticodon）：tRNA反密码子上的三联体核苷酸残基序列。在翻译期间，反密码子和mRNA上的

31、密码子反向互补。4. 遗传密码的性质： （1）密码的连续性 （密码间无间断也没有重叠） （2）密码的简并性（degenerarcy）：在编码氨基酸的61组密码子中，除Met和Trp只有一组密码子外，其余氨基酸均有2组或2组以上。由一种以上密码子编码同一种氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymous codon）。 （3）密码的通用性和特殊性（高等和低等生物公用一套密码字典） （4）密码的摇摆性（wobble）：1966年Crick根据立体化学原理提出wobble hypothesis。根据假说，在密码子和反密码子的配对中，前两个严格遵守碱基配对原则，第三个

32、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.tRNA： tRNA的二级机构为“三叶草”形，有氨基酸臂、D环、反密码子环、可变环、TC环等5个主要结构；其3端为CCA-羟基，5端为5单磷酸。三级结构为“倒L”形，tRNA分子上与肽链延伸的两个关键部位，一个是氨基酸臂（接受活化氨基酸），另一个是反密码子环（识别mRNA上的密码子）。6. 同工tRNA（isoacceptor tRNA）：由于一种氨基酸可能有多个密码子，因此有多个tRNA来识别这些密码子，即多个tRNA代表一个氨基酸，我们将几个代表相同氨基酸的tRNA称为congnate tRNA。7. 氨酰-

33、tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase）：在蛋白质生物合成时，催化氨基酸与相应的tRNA生成氨酰-tRNA的酶，它能识别特异的氨基酸，又能识别携带该氨基酸的特异tRNA。其利用ATP功能，在氨基酸3羟基上进行活化，形成甲酰甲硫氨酸。8. SD序列（SD-sequence）：原核细胞mRNA的5端与核糖体结合的核苷酸序列。这一序列位于AUG上游10个碱基左右的位置，富含嘌呤碱基，其一致序列为5AGGAGGU3，可与16SrRNA的3端互补。这段序列称为SD序列。以第一次鉴定出这种序列的澳大利亚研究者的名字命名。9. 核糖体又大小两个亚基组成，哺乳动物核糖体大亚基的沉降

34、系数为60S。小亚基负责对模板mRNA进行序列特异性识别。【活性中心】核糖体又多个活性中心，即mRNA结合部位，接受或结合AA-tRNA部位（A位），结合或接受肽酰-tRNA的部位（P位），肽基转移部位及形成肽键的部位（转肽酶中心）。此外还应有负责肽链延伸的各种延伸因子的结合位点。10. 在细菌中，起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸，所以与核糖体小亚基相结合的是N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet 。真核生物中，任何一个多肽合成都是从生成甲硫氨酰-tRNAiMet开始的，只有才能与40S小亚基相结合，普通的tRNAMet中携带的甲硫氨酸只能被惨入到延伸的肽链中。11. 多聚核糖体(polyribosome

35、)：在执行蛋白质分解功用时，单个核糖核蛋白体常常5-6个或更多个串联在一起，构成一个聚合体，称为多核蛋白体或多核糖体(polyribosome或polysome)。12. 原核生物与真核生物在翻译起始过程中有哪些区别：（1）原核生物的起始tRNA是fMet-tRNAfMet，真核生物是Met-tRNAMet。原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。而在真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，最后与60S大亚基结合生成80S mRNA·Met-tRNAMet起始复合物。（2）蛋白质生物合成的起始机制

36、与原核生物基本相同，其差异主要是核糖体较大，有较多的起始因子参与，其mRNA具有m7GpppNp帽子结构，Met-tRNAMet不甲酰化，mRNA分子5' 端的“帽子” 参与形成翻译起始复合物。13. 肽基转移酶（peptityl transferase）：在蛋白质生物合成中催化氨基酸之间肽键形成的酶，但在肽链合成终止时，终止释放因子可使肽基转移酶的催化作用转变为水解作用，使肽链从tRNA上分离下来。14. 蛋白质合成中进位和移位：进位-在延伸因子EF-Tu、EF-Ts的作用下，新的氨酰-tRNA进入A位，此步骤消耗1分子GTP。移位-在延伸因子EFG（也称移位酶）的作用下，核糖体沿m

37、RNA（53）作相对移动，每移动一个密码子的距离，此步骤消耗一份子GTP；空载tRNA从P位点移出，肽酰-tRNA进入P位点，A位点突出，为新的氨酰-tRNA的进位做准备。15. 肽链的延伸包括：进位，转肽和移位。16. 蛋白质合成的终止因子又称释放因子，能识别并结合终止子。17. 蛋白质前体加工：N端fMet或Met的切除，二硫键的形成和特定氨基酸的修饰（磷酸化、糖基化和甲基化），切除新生肽链中的飞功能片段。18. 分子伴侣（molecular chapperone）:它是一类序列上没有相关性但有共同功能的保守性蛋白质，它们在细胞内能帮助其他多肽进行正确的折叠、组装、运转和降解。目前认为之少

38、有热休克蛋白（heat shock protein）家族和伴侣素（chaperonin）。19.蛋白质合成抑制剂：青霉素、四环素和红霉素只与原核细胞核糖体发生作用，从而阻遏原核生物蛋白质的合成，抑制细菌生长。被广泛用于人类医学。氯霉素和嘌呤霉素既能与原核细胞核糖体结合，又能与真核生物核糖体结合，妨碍细胞内蛋白质合成，影响细胞生长。氯霉素有时也用于治病，但剂量和周期受到较严控制。20.蛋白质转运机制：翻译转运同步机制和翻译后转运21. 信号肽（singnal peptide）：又称前导肽，存在于蛋白质分子N端的一段长度为1530个氨基酸的多肽片段，它使蛋白质具备了通过细胞膜的分泌能力，蛋白质分泌

39、之后，信号序列被移除。22. 翻译后加工（post-translation processing）：蛋白质多肽链合成后，常需经过一定的加工修饰，才变得具有一定的生物活性与功能，这个过程叫做翻译后加工，包括剪切与拼接、修饰、共价键断裂、结合辅基、亚基聚合等。三、原核基因表达调控、真核基因表达调控一般规律（一）原核基因的表达调控模式1. gene expression (基因表达)：是指生物的遗传信息随着细胞的生长、发育，有序的将其承载的遗传信息经转录、翻译等一些列过程，合成特定的蛋白质，执行各种生理生化功能完成生命的全过程。并非所有基因的表达过程都产生蛋白质，rRNA和tRNA编码基因转录生成R

40、NA的过程也属于基因表达。基因表达主要分为组成型表达和诱导型表达两种模式。2. 基因表达调控主要分为：（1）转录水平的调控，（2）翻译水平的调控，其中最主要的是基因转录调控。原核生物中，营养状况（nutritional status）和环境因素（environmental factor）对基因的表达起着举足轻重的影响。在真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平（hormone level）和发育阶段（developmental stage）是基因表达调控的最主要手段，营养和环境因素的影响力大为下降。3. negative regulation & positive regulation：

41、（正调控和负调控）负调控是指在没有调节蛋白存在时基因是表达的，加入调节蛋白（阻遏蛋白）后基因的表达活性被关闭。根据其作用特征又可分为负控诱导和负控阻遏两类。阻遏蛋白并非永远能阻止mRNA的合成，许多阻遏蛋白分子以活性和无活性的两种形式存在，诱导物的结合可使阻遏蛋白失去活性（负调控诱导），辅阻遏物的结合可以将无活性的阻遏蛋白变成有活性的形式（负控阻遏）。正调控指在没有调节蛋白存在时基因是关闭的，加入调节蛋白后基因的表达活性被开启。这种调节蛋白被称为激活蛋白或正调控蛋白。诱导物使激活蛋白处于活性状态称正控诱导，相反诱导物存在使激活蛋白处于非活性状态称正控阻遏。4. attenuation (弱化子

42、，衰减子)：衰减发生处得一种内部终止子序列。通过决定含有操纵子转录的mRNA是否完整，来调节操纵子的表达。衰减子序列含有编码某种氨基酸的密码子，这种氨基酸正是受其调节的操纵子产物。5. catabolite repression (分解代谢物阻遏)：又称葡萄糖效应，这是因为葡萄糖是首先被发现具有这种阻遏效应的物质。当培养基含有多种能源物质时，微生物首先利用更易于分解的葡萄糖，而葡萄糖的分解代谢物对利用其能源物质的酶产生阻遏作用。6. magic spot （魔斑）：当外界条件不利时，细菌应急应答而产生的一类效应物，包括鸟苷四磷酸和鸟苷五磷酸，可以抑制rRNA操纵子的转录起始及大多数基因转录和延

43、伸。7. cAMP receptor protein （CAP，CRP）（cAMP受体蛋白，分解代谢基因活化蛋白）：CAP同cAMP结合，激活糖类代谢中涉及的一大批基因和操纵子进行转录。如lac操纵子中lacZ基因是CAP-cAMP复合物的正调控之下。在CAP-cAMP复合物存在的情况下，RNA聚合酶与启动子的亲和力增强，启动基因转录。因此，细胞内cAMP的浓度可以控制基因的转录。8. 详细说明大肠杆菌乳糖操纵子（lactose operon）的结构及其调控机制大肠杆菌乳糖操纵子包括3个结构基因：lacZ、lacY和lacA，以及启动子、操纵子基因和调节基因等。当调节基因的产物阻遏蛋白质存在时

44、，阻遏蛋白与操纵基因结合，lac操纵子处于阻遏状态，mRNA转录起始收到抑制；当诱导物与阻遏物结合时，改变了阻遏物的三维构象，使之不能与操纵基因结合，从而激发lac操纵子的活性，起始结构基因转录（半乳糖苷酶，透过酶和转乙酰基酶）。因此，乳糖操纵子具有负调控的表达方式。人工合成的诱导物IPTG（异丙基硫代半乳糖苷），是高校的诱导物而本身不被酶分解，成为安慰诱导物。在lac操纵子中，负调控只是对乳糖的存在做出反应。细菌生长在既有葡萄糖又有乳糖的培养基中时，只利用葡萄糖，lac操纵子的表达水平很低，葡萄糖耗尽后，才会启动lac操纵子，利用乳糖，这种现象被称为葡萄糖分解代谢物阻遏作用（cataboli

45、te repression），即lac操纵子的正调控机制。lac启动子本身不是一个强启动子，在其上游有一个特殊的激活蛋白cAMP受体蛋白（CRP）能使其达到高水平的转录活性。葡萄糖的存在会抑制腺苷酸环化酶的活性，减少cAMP的合成， CRP因为没有配体而不能形成复合物。cAMP存在时，cAMP与CRP结合成复合物结合在启动子区域（RNA聚合酶结合位点上游），提高了RNA聚合酶与启动子结合的效率，介导正调控。cAMP-CRP复合物是激活lac操纵子的重要组成部分，细菌对于此复合物的需要与阻遏体系无关。lac操纵子的功能是在负调控和正调控这两个相互独立的调控体系作用下实现的。9.试说明色氨酸操纵子

46、（trp operon）的调控机制色氨酸是构成蛋白质的组分，一般的环境难以给细菌提供足够的色氨酸，细菌要生存繁殖通常需要自己经过许多步骤合成色氨酸，但是一旦环境能够提供色氨酸时，细菌就会充分利用外界的色氨酸、减少或停止合成色氨酸，以减轻自己的负担。细菌所以能做到这点是因为有色氨酸操纵子（trp operon）的调控。色氨酸操纵子是合成Trp的一个操纵子。操纵子通常是开放的，它的调控仅仅是根据培养基中有无Trp来实现的。当无Trp时，它与游离的阻遏蛋白结合，该操纵子关闭，这种作用称为阻遏型的负调控。可阻遏型的负调控是某些氨基酸等生物合成酶类有关基因表达调控的基本形式。trp操纵子的转录调控除了负

47、阻遏系统外，还有衰减调控系统。trp操纵子的衰减作用（attenuation）是独立于启动子-操作基因的调控系统，是基因转录和翻译之间的一种联系。因为前导肽中有两个相邻的色氨酸密码子，所以这个前导肽的翻译必定对tRNATrp的浓度敏感。当培养基中色氨酸的浓度很低时，负载有色氨酸的tRNATrp也就少，这样翻译通过两个相邻色氨酸密码子的速度就会很慢，当4区被转录完成时，核糖体才进行到1区（或停留在两个相邻的trp密码子之外），这时前导区结构是2-3配对，不形成3-4配对的终止结构，所以转录继续进行直到将trp操纵子中的结构基因全部转录。而当培养基中色氨酸浓度高时，核糖体可顺利通过两个相邻的色氨酸

48、密码子，在4区被转录之前，核糖体就达2区，这样使2-3不能配对，3-4区可以自由配对形成茎-环终止子结构，转录停止，trp操纵子中的结构基因被关闭而不再合成色氨酸。衰减调控作用涉及前导翻译、核糖体的运转以及RNA二级机构的转换；通过mRNA二级结构的转换形成转录的终止信号，使操纵子处于关闭状态。衰减作用的信号不只是Trp分子，而是负载Trp的tRNA，而tRNATrp的数量又取决于细胞中Trp的水平，tRNATrp作为负调控的阻遏物，作用于mRNA前导序列。衰减作用发生的必要条件是：（1）翻译产生前导肽；（2）转录和翻译是偶联的。10.前导序列（leader sequence）:部分或所有细菌

49、mRNA上AUG起始密码之前的AGGAGG序列，与16S rRNA上3末端序列互补，在核糖体与mRNA结合中起作用。11.反义RNA（anti-sense RNA）：指一类RNA分子具有一段与受控的靶基因mRNA序列互补的区域，而且这种调控作用就是通过二者之间互补序列配对来实现的，所以把这种具有基因表达调控活性的RNA成为反义RNA。12.原噬菌体（prophage）：某些温和噬菌体侵染细菌后，其DNA整合到宿主细菌染色体上或以附加体的形式存在。这些状态的噬菌体称为原噬菌体。（二）真核基因表达调控模式1. gene family（基因家族）：真核生物的基因组中有很多来源相同、结构相似、功能相关

50、的基因按功能成套组合，这些基因被称为基因家族（gene family)。如：编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的基因都属于基因家族。同一家族中的成员有时紧密地排列在一起，成为一个基因簇(gene cluster) 2.gene amplification（基因扩增）：某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，从而使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。如非洲爪蟾的卵细胞中rRNA基因在减数分裂的粗线期从原先约500个拷贝扩增为200万个拷贝，以满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质的需要。3. gene rearrangement (基因重排)：一个基因从远离启动子

51、的地方移到距它很近的位点从而启动转录的方式。通过基因重排来调节不同基因表达的典型例子是哺乳动物免疫球蛋白（Ig）各编码区的连接。4.DNA甲基化与基因表达：指又甲基转移酶将-CH3加到DNA分子上的过程，这种作用主要是胞嘧啶C5被甲基化修饰。DNA甲基化程度与基因活性呈负相关，DNA甲基化程度越高，转录活性越低，DNA甲基化程度越低则转录活性越高。一般在各种组织都表达的基因（如管家基因）的调控区多甲基化不足，不表达的基因多为高甲基化，经诱导后去甲基化而重新开放。真核生物细胞中有两种甲基化酶：一种是日常型，另一种是从头合成型。【抑制转录】DNA的甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响蛋白质与

52、DNA的相互作用，抑制转录因子与启动区DNA的结合效率。DNA的甲基化还会提高该位点的突变频率，因为高等生物CpG序列中的甲基化的C极易自发脱氨生成T。因此高等生物CpG序列在基因组中出线的频率远远低于按核苷酸组成计算出来的频率。5.真核生物转录调控真核生物基因调控主要是在转录水平进行的，是通过特定的顺式作用元件（cis-acting element）和反式作用元件（trans-acting factor）复杂的相互作用实现的。cis-acting element：是指对基因表达有调控活性的DNA序列，其活性只影响与其自身同处于一个DNA分子上的基因，主要包括启动子、增强子（enhancer）

53、、沉默子（silencer）和应答元件（response element）等。它们在序列上是保守的，如启动子中-25附近的TATA框和-75附近的CAAT框。增强子是显著提高与它连锁的基因转录速率，其增强效应无基因专一性，与其位置和去向无关；一般具有组织或细胞特异性。沉默子是基因的负调控元件。Trans-acting element（或转录因子）：一类与多种顺式调控元件结合的蛋白因子。反式作用因子和DNA结合结构域。基本转录因子，又称通用转录因子，是RNA聚合酶催化的基因转录所必需的，主要包括TFA、B、D、E、F和H等；DNA结合结构域包括：螺旋-转角-螺旋（HTH）；锌指结构；碱性亮氨酸拉

54、链（bZIP）和碱性-螺旋-环-螺旋（bHLH）。Helix-turn-helix motif：最简单也是最常见的一种与DNA结合的蛋白质结构。原核和真核都有。它由两个-螺旋经一段伸屈的短的氨基酸链连接，并扭转成一定角度。主要通过两个-螺旋与DNA相互作用。Helix-loop-helix motif：DNA结合序列的一种。由一个短的-螺旋通过一个环与第二个较长的-螺旋连接。由于有环的突出，可使一个-螺旋螺旋往后折回与另一个-螺旋相对。b-ZIP protein：反式作用因子DNA结合结构域中的一种基序结构，含有靠近亮氨酸拉链区域的碱性DNA结合区。Zinic finger：反式作用因子DNA

55、结合结构域中的一种基序结构，代表一类转录因子，由重复的半胱氨酸和组氨酸，或重复的半胱氨酸在一个金属离子（Zn）四周形成的一个四面体排列，因其形状如同手指而称为“指状”结构。6.真核基因转录调控的主要模式（1）蛋白质磷酸化与去磷酸化参与信号转导及细胞周期调控。依赖于cAMP的蛋白激酶称为A激酶（PKA），它把ATP分子的-磷酸加到蛋白质的Ser或Thr残基上，参与cAMP介导的转录水平调控；依赖于Ca2+的C激酶（PKC）活性实施对Ser或Thr的磷酸化；钙调蛋白（CaM）激酶是一类Ser-Thr激酶，仅应答胞内Ca2+水平；酪氨酸激酶（PTK）使受到胞质区Tyr的磷酸化。（蛋白激酶（prote

56、in kinase）可分为丝氨酸/苏氨酸型酪氨酸型组氨酸型。或者信使依赖型和非信使依赖型）（2）激素和细胞质受体形成的复合物通过核膜进入细胞核内，与染色质的特定区域结合，引发一个或一组基因转录的起始和关闭。（3）热激蛋白（Hsp）参与靶蛋白活性和功能的调节，但不是靶蛋白的组成成分，故称之为分子伴侣（molecular chaperone）结合在一些不完全装配或不恰当折叠的肽链上的蛋白质分子，通过阻止肽链聚合使其按正确方式折叠，本身不是最终形成的功能蛋白质的组成成分。（4）金属硫蛋白基因的5端调控区结构复杂，包含多元调控元件，可以同时受几种转录因子的多重调控。7.一般情况下受体分子活化细胞功能的途径有两条：受体本身或受体结合蛋白具有内源酪氨酸激酶活性，胞内信号通过酪氨酸激酶途径得到传递；配体与细胞表面受体结合，通过G蛋白介导的效应系统产生介质，活化丝氨酸/酪氨酸激酶，从而传递信号。8.cAMP信号传导途径 （1）组 成：胞外信号分子（主要是胰高血糖素、肾上腺素和促肾上腺素），受体，G蛋白，AC，cAMP，PKA。（2）途 径：信号分子与受体结合，引起构象的变化受体活化G蛋白活化后的G蛋白激活腺苷酸环化酶（AC）AC催化ATP生成cAMPcAMP活化PKA，PKA使目标蛋白磷