分子生物学教学课件

分子生物学染色体和基因一、染色体、DNA与基因染色体（chromosome）①真核细胞中，一个或多个DNA分子与组蛋白等结合构成一种细密的结构，称为染色体。具有贮存和传递遗传信息的功能。②真核细胞的核DNA、原核细胞的DNA或病毒DNA。③病毒的RNA。基因（gene）

DNA分子上携带并传递遗传信息的单位。

基因组（genome）:

指生物体所含全部基因（遗传信息）的总和。对于真核生物，常指单倍体基因组。C值：单倍体基因组中DNA的含量。一般来讲，生物体结构和功能越复杂，C值越大。但实际上并不完全如此。C值与生物体的复杂程度并不完全对应的现象，称为C值悖论。不同生物体的C值大小Fritillaria二、原核生物染色体和基因组的特点

基因组特点：染色体：

1个，DNA/RNA，多数为环状双链分子，但也有线状或单链分子。

功能相关的基因常串联在一起，并转录在同一RNA分子中。大部分是为蛋白质编码的基因，且每个基因在DNA分子中只出现一次或几次。有基因重叠现象。例如：

X174的E基因全部包含在D基因中。Theorganizationofprokaryoticgenes.（1）具重复序列单一重复序列：中等重复序列高度重复序列仅出现1次或重复少数几次。(大部分编码蛋白质的基因)重复次数<104/单倍体基因组。（组蛋白基因、rRNA和tRNA基因）重复次数>104/单倍体基因组，多为小于10bp的短序列。如：卫星DNA三、真核生物基因组的特点：Typesofsequencesinthehumangenome.LINEs:长散布重复元件（6-8kb）SINEs:

短散布重复元件（100-300bp），例:AluRetroviruslike：类逆转录病毒转座子（1.5-11kb）SSR:

简单重复序列，例:卫星DNASD:

大片段重复序列转座子外显子内含子及不编码片段(2)具断裂基因（splitgene）：

大多数为蛋白质编码的基因都含有内含子和外显子。由于内含子的存在使基因成为不连续基因或断裂基因。

内含子（intron）：基因中不编码的居间序列，不出现于成熟的mRNA分子中。

外显子（exon）：基因中为蛋白质编码的片段。Theorganizationofspliteukaryoticgenes.遗传信息的传递蛋白质翻译RNA转录DNA复制逆转录DNA的复制和修复基本概念原核生物复制的分子机制真核生物复制的分子机制DNA的损伤和修复一、基本概念DNA的半保留复制DNA复制时双链解开，根据碱基互补原则，分别按照每条单链的核苷酸顺序合成新链，以组成新的DNA分子。这样每个子代DNA分子中的一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。概念1TheMeselson-Stahlexperiment.实验证据1958，Meselson&Stahl稳定同位素15N示踪法复制子(DNA复制的单位)真核生物染色体：多复制子人103复制子/条染色体

105bp/复制子

指基因组上能独立进行复制的单位。含有复制的起点，并可能含有复制的终点。原核生物染色体：E.coliDNA单复制子

4106bp/复制子

原核生物具复制终点，真核生物无复制终点。

复制子数目及大小：概念2AmapoftheE.colichromosome.

指存在于DNA分子上100~300bp的多核苷酸片段，常具有专一的核苷酸顺序，可被细胞内特异蛋白质识别，从而启动DNA的复制。复制起点（origin）原核生物染色体：1个复制起点真核生物染色体：多个复制起点概念3245basepairs4个9bp序列（DnaA蛋白结合位点）

3个13bp序列（富含AT,在DnaA等蛋白影响下可解开双链）

大肠杆菌DNA的复制起点（OriC）

复制眼和复制叉Replicationofacircular(left)andlineal(middleandright)chromosome.概念4

复制叉（replicationfork）：生长点

指DNA分子上正在进行复制的部位，此处亲本双链打开，与新合成的DNA单链形成叉状结构。复制的方向性1.双向复制2.单向复制

复制从一个起点向两侧进行，具两个复制叉。

复制从一个起点向一侧进行，具一个复制叉。大多数生物某些原核生物概念5复制速度

复制叉(对)移动的速度复制子复制时间/复制子E.coliDNA105bp/min4

106bp40分钟真核生物1000-3000bp/min100~200Kb30~60分钟概念6二、原核生物DNA复制的分子机制（以E.coli为例）部位：核区模板(template)：DNA分子引物(primer)：单链RNA分子（几个~十几个核苷酸）原料及能源分子：复制：dNTP(N:A,G,C,T)

合成引物：NTP(N:A,G,C,U)概况（一）参与复制的主要酶及蛋白质因子1.DNA聚合酶催化DNA链的延长。2.DNA连接酶

催化双链DNA切口处5

-磷酸基和3

-OH生成磷酸二酯键。3.起始因子(DnaA)识别并结合复制起点（需Hu蛋白）4.引物合成酶（DnaG）催化合成RNA引物。5.DNA解螺旋酶(DnaB)6.拓扑异构酶Ⅱ（旋转酶）引入负超螺旋，消除复制叉前进时的扭曲张力。解开DNA双链。7.单链结合蛋白(SSB)结合于DNA单链上，防止分开的单链重新互补配对。DnaB/DnaG引发体引物模板以4种dNTP为底物、需要模板、需要引物、聚合方向为5

→3

DNA聚合酶大肠杆菌DNA聚合酶：polⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ。polⅠpolⅡpolⅢ5

3聚合酶+++35

外切酶（校对）+++5

3外切酶+--聚合速度（核苷酸/分）1000~1200240015000~60000持续合成能力3~2001500500000功能切除引物修复修复复制

The3

→5

exonucleaseactivetyofDNApolymeraseⅠremovesnuleotidesfromthe3’-endofthegrowingDNAchain.DNApolymeraseⅢ（异源二聚体）

：核心酶核心酶二聚化复合物：（夹子装置器）

夹子帮助

夹子附着到滞后链上Ribbondiagramofthe

subunitdimeroftheDNApolymeraseⅢholoenzymeonB-DNA,vieweddowntheaxisoftheDNA.The

subunitdimeroftheDNApolymeraseⅢholoenzymeonB-DNA.

在DNA合成的生长点上，即复制叉上，分布着各种各样与复制有关的酶和蛋白质因子，它们构成的复合物称复制体。复制体（replisome）（二）复制过程半不连续复制（semidiscontinuousreplication）

新合成的两条DNA子链中，一条链是按5

→3

方向连续合成的，称为前导链（leadingstrand）；另一条链的合成是不连续的，先按5

→3

方向合成若干短片断（冈崎片断，Okazakifragment），再通过连接酶将这些短片段连在一起，构成第二条子链，称为滞后链（laggingstrand），这种复制过程称半不连续复制。

复制的阶段：起始、延伸、终止1.起始（1）在Hu蛋白协助下，DnaA蛋白识别并结合于复制起点,形成解链区。（2）DnaB结合于解链区，沿DNA链5

→3

移动，逐步解开DNA双链。这一步需要DNA旋转酶缓解拓扑张力，并由SSB蛋白使DNA单链保持分开状态。（3）引物合成酶催化合成RNA引物。（1）RNA引物上DNA链的合成及延长：2.延伸（2）在polⅠ的作用下，RNA引物自5

→3

方向逐一被切除，并代之以DNA片段。（3）DNA连接酶连接各相邻DNA片段。

在polⅢ的作用下，以3

→5

亲本链为模板，合成先导链，以另一条5

→3

亲本链为模板，合成若干冈崎片段。DNA聚合酶ⅢDNA聚合酶ⅠDNA连接酶3.终止（1）两个复制叉在终止区相遇，Tus蛋白与终止位点（ter）结合，阻止了复制叉的前移，复制停止。（2）通过修复方式填补终止区50~100bp未被复制的区域。（3）拓扑异构酶Ⅳ分开连锁染色体，两条新的DNA双螺旋分子的形成。Replicationofacircularchromosome.三、真核生物DNA的复制（一）参与复制的酶及蛋白质因子1.DNA聚合酶：pol

、、、、

（II）

（M）

（III）

（I）位置细胞核细胞核线粒体细胞核细胞核亚基数目4122>13’→5’外切酶--+++引物合成酶+----持续合成能力中等低高有PCNA时高高准确性高低高高高功能引物合成修复线粒体DNA合成核DNA合成

滞后链修复

StructureofthePCNAhomotrimer.2.复制体的组成（与原核生物相比较）真核生物复制酶pol

/进行性因子增殖细胞抗原（PCNA）夹子装置器RF-C(replicationfactorC)引物合成酶pol

（其中1个亚基为引物合成酶）去除引物RNaseH1和MF-1（53外切酶）滞后链修复pol

和DNA连接酶I消除拓扑张力拓扑异构酶Ⅱ解螺旋酶T抗原单链结合RP-A(replicationproteinA)SSBDnaB拓扑异构酶ⅡpolⅠ和DNA连接酶polⅠDnaG

复合物

polⅢ原核生物Aschematicviewofthemajorcomponentsattheeukaryoticreplicationfork.MF-1（二）真核生物DNA复制过程真核与原核生物在复制过程上的相同之处：-半不连续复制；

-具有相似的起始、延伸等过程。原核生物真核生物复制子1个多个起始点1个（可连续启动复制）多个延伸速度105bp/min1000~3000bp/min冈崎片段1000~2000个核苷酸100~200个核苷酸引发策略引物合成酶催化合成引物pol

催化合成RNA引物和寡聚(4~5)脱氧核苷酸延伸策略由polⅢ异源二聚体催化前导链和滞后链的合成两个pol

分别催化前导链和滞后链的合成2.真核与原核生物DNA复制一般特点的比较（三）端粒及端粒的合成(a)(b)(a)ProblemposedinthereplicationoflinearDNA:theendofonedaughterstrandwillbeshortenedaftereachroundofreplication.(b)SynthesisoftelomericDNAbytelomeraseextendsthe3

-end.端粒（telomere）

真核生物线性染色体末端的特殊结构，由许多成串短的重复顺序组成，具有稳定染色体末端结构的功能。四膜虫TTGGGG(仅列一条链的序列)人TTAGGG端粒酶:含有RNA链的逆转录酶。RNA链约有150个碱基，其中含1个半拷贝的端粒重复单位的模版。

端粒酶结合到端粒的3

末端上，酶分子中RNA链5末端识别DNA3

末端并互补配对。以RNA链为模板使DNA链延伸，合成一个重复单位后再向前移动一个单位。3

单链可回折作为引物，合成其互补链。端粒的合成（四）DNA复制的高度准确性1.DNA聚合酶的双重核对作用。

-DNA聚合酶对底物的选择作用。

-3

→5

外切酶活性可及时清除错配碱基。2.复制体的复杂结构进一步提高了复制的准确性。3.修复系统可以检查出错配碱基和各种DNA损伤并加以修正，使突变率降至更低水平。大肠杆菌DNA复制时引入错误碱基的几率为10-9~10-10。生物体DNA的复制的基本特点复制方式为半保留复制。复制起始于特定位置；原核生物、病毒是单复制子，具一个复制起点；真核生物是多复制子，具多个复制起点。复制有单向和双向复制（后者更为常见）。复制时，DNA链由5’→3’延伸，需RNA引物，复制过程为半不连续复制。四、DNA的损伤及修复

错配修复直接修复（光复活）切除修复重组修复应急反应(SOS)和易错修复（一）错配修复1.定义：复制后的DNA在短时间内GATC序列是半甲基化的，一旦发现错配碱基，包括错配碱基在内的未甲基化的新链可被切除，并以甲基化的链为模板进行修复合成。2.涉及的酶及蛋白质因子：Dam甲基化酶；MutS、MutL、MutH（核酸内切酶）核酸外切酶Ⅰ和Ⅹ；核酸外切酶Ⅶ和RecJ解螺旋酶Ⅱ（UvrD）；SSBDNApolⅢ；连接酶3

5

5

3

错配修复（二）直接修复

可见光激活光复活酶，其可以分解由于紫外线照射形成的嘧啶二聚体，恢复DNA的正常结构。光复活修复此修复方式从低等生物到鸟类皆有，在植物中比较重要。（三）切除修复定义：

包括：碱基切除修复核苷酸切除修复

在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除掉，并以完整链的一条链为模板，合成切去的部分，使DNA恢复正常结构的过程。DNA糖苷酶AP核酸内切酶核酸外切酶聚合酶DNA连接酶切开切除修复连接碱基切除修复切除酶UvrABC核苷酸切除修复聚合酶连接酶着色性干皮病（xerodermapigmentosum）核苷酸切除修复系统的缺陷（四）重组修复主要酶及蛋白因子：

-RecA蛋白：重组过程中起交换链的作用

-RecBCD蛋白：具有解螺旋酶、核酸酶、ATP酶活性

-RuvABC:分支迁移及重组中间体的拆分

-DNA聚合酶和连接酶定义：含有嘧啶二聚体或其他结构损伤的DNA进行复制时，子代DNA链在损伤部位出现缺口。通过遗传重组，从完整的母链上将相应的片段移至子链的缺口处，然后用再合成的多核苷酸链补上母链的空缺。RecARecBCDRuvABCDNA聚合酶连接酶（五）应急反应(SOS)和易错修复

许多可造成DNA损伤或抑制复制的处理均能引起一系列复杂的诱导反应，称为SOS反应。1.应急反应包括：DNA损伤修复诱变效应细胞分裂的抑制溶原性细菌释放噬菌体（细胞癌变也与SOS反应有关）倾错的DNA聚合酶IV、V避免差错的修复（errorfreerepair）倾向差错的修复（errorpronerepair）2.SOS反应诱导的修复系统错配修复、直接修复、切除修复、重组修复3.SOS反应机制

由RecA蛋白和LexA阻遏物相互作用引起的。DNA损伤、复制停滞或其它因素导致产生单链DNA(ssDNA)ssDNA与RecA结合，激活RecA蛋白酶活性（RecA*）促进LexA蛋白的自身分解诱导lexA调控子的表达（包括uvrABC,recABCD,ruv,umuDC,dinB,sulA等40余个基因）RNA的生物合成一、基本概念二、转录的分子机制三、RNA的转录后加工四、逆转录作用一、基本概念编码链和模板链编码链（+链）:与转录出的RNA顺序相同的一条链。（仅T代替U）模板链（-链）:为RNA提供转录模板的链。编码链（正链）模板链（负链）概念1转录单位RNA的转录起始于DNA模板的一个特定位点，并在另一位点处终止，此转录区域称为转录单位。真核生物例：为mRNA编码的转录单位原核生物转录单位（单顺反子）（1个基因）转录mRNA1种蛋白质翻译转录单位（多顺反子）（多个基因）转录mRNA多种蛋白质翻译概念2启动子和转录因子

启动子（promoter）：

指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。具有特定的核苷酸顺序。

转录因子（transcriptionfactor）指RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）。概念3

用足迹法(footprint)和DNA测序法可确定启动子的序列结构识别区PribnowboxTATAATTTGACA-35-10+16bp保守序列6bp保守序列提供RNA聚合酶全酶识别的信号双链局部解开区域1.原核生物启动子结构特点和功能转录起点（第1个核苷酸参入的位置）ThenucleotidesequencesofrepresentativeE.colipromoters.2.真核生物启动子结构特点和功能包括三类:类别（Class）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

类别I（由RNA聚合酶I进行转录）

类别II（由RNA聚合酶II进行转录）

类别III（由RNA聚合酶III进行转录）酶产物(前体)RNA聚合酶Ⅰ5.8S,18S,和28SrRNARNA聚合酶IImRNA，大多数snRNARNA聚合酶III小RNA（tRNA,5SRNA等）

类别II（由RNA聚合酶II进行转录）顺式作用元件基本启动子起始子上游元件应答元件转录因子PyPyANPyPy+1ATCAAT框GC框八聚体框通用因子可诱导因子TATA框(7bp,-25~-30)（6种：TFⅡD,A,B,F,E,H)上游因子上游元件基本启动子起始子调节转录的效率RNA聚合酶II和通用因子形成前起始复合物的主要装配点应答元件与细胞类型和发育相关基因的表达有关转录起点Transcriptioninitiation.(a)ModeloftheyeastTATA-bindingprotein(TBP)incomplexwithayeastDNATATAsequence.TheTATAbasepairsareinred.AdjacentDNAsegmentsareinblue.Thesaddle-shapedTBPisingreen.(b)FormationofapreinitiationcomplexataTATA-containingpromoter.

终止子和终止因子终止子（terminator）：

提供转录终止信号的DNA序列。

原核生物终止子在终止点前有一回文结构，其产生的RNA可形成发夹结构。该结构可被RNA聚合酶感受，从而使聚合酶减慢移动或停止转录。大肠杆菌两类终止子：不依赖rho（

）的终止子（简单终止子）依赖rho（

）的终止子回文结构内有一段富含G-C的序列，在终止点前有一系列T核苷酸（+链）。概念4TheterminationsitefortheE.colitrpoperon.模板链（-链）编码链（+链）终止因子(terminationfactor)：

协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）。原核生物：NusA、NusB、NusE、NusG等蛋白NusA：可提高终止效率，促进RNA聚合酶在终止子处的停顿。二、转录的分子机制概况部位：核区模板:双链DNA的模板链原料及能源：NTP(N:A,G,C,U)（一）RNA聚合酶-需要4种NTP为底物，第一个底物通常为GTP或ATP。-需DNA模板。-聚合方向5

→3

。-不需要引物。-无外切酶活性（无校对功能）。

2

（核心酶）σ（起始亚基）催化RNA链的延长识别启动子，促进转录的起始原核生物RNA聚合酶酶位置产物(前体)对a-鹅膏蕈碱的敏感性RNA聚合酶Ⅰ核仁5.8S,18S,和28SrRNA不敏感RNA聚合酶Ⅱ核浆mRNA大多数snRNA敏感RNA聚合酶Ⅲ核浆小RNA（tRNA,5SRNA等）中等敏感真核生物RNA聚合酶（Mr.500000，8-14个亚基）TranscriptionbyRNApolymeraseinE.coli.About17basepairsareunwaundatanygiventime.转录泡ThemechanismensuringfidelityoftranscriptionbyDNA-dependentRNApolymerases(RNAPs)isnotfullyunderstood.The3‘-end-proximalnucleotideofthenascenttranscriptstimulatehydrolysisofthepenultimatephosphodiesterbond

(次末端磷酸二酯键)

byprovidingactivegroupsandcoordinationbondstotheRNAPactivecenter.---product-assistedcatalysis

（产物协助的校对机制）Transcript-AssistedTranscriptionalProofreadingZenkinNetal.,Science313:518-520(2006July)（二）原核生物的转录过程1.模板的识别2.转录的起始RNA聚合酶在因子的协助下结合到启动子上，DNA双链局部打开，形成转录泡。（1）RNA聚合酶催化合成RNA链最初的2~9个核苷酸。加入的第一个核苷酸通常为ATP或GTP。新生链5

端为pppA或pppG。（2）因子脱离核心酶3.延伸

核心酶

2

催化RNA链53延长。已转录的区域重新恢复双螺旋结构。4.终止RNA聚合酶自身感知终止信号，且NusA识别终止子，使转录终止，产物RNA链释放。核心酶

2

自模板脱落，重新与因子结合，参与下一次转录。某些终止过程尚需ρ蛋白参与。模板的识别转录的起始转录的延伸转录的终止3

5

35

3

5

转录的起始与延伸

Theρfactormechanismoftranscriptiontermination.

NTP酶活力RNA-DNA解螺旋酶活力3

5

（三）真核生物转录过程转录过程分为装配、起始、延长、终止等阶段。起始机制十分复杂：真核RNA聚合酶不能识别和结合启动子，需要与转录因子装配成结构复杂的活性复合物，才能起始转录。终止过程尚不清楚。（四）转录作用的抑制剂核苷酸合成抑制剂：嘌呤、嘧啶类似物氨基酸类似物叶酸类似物插入DNA双链碱基对之间DNA模板功能的抑制剂放线菌素D嵌入染料(溴化乙锭)RNA聚合酶的抑制剂利福平抑制细菌RNA聚合酶α-鹅膏蕈碱抑制真核生物RNA聚合酶三、RNA的转录后加工切割（cutting）修剪（trimming）添加（appending）修饰(modification)和异构化（isomerization）拼接（splicing）编辑(editing)再编码(recoding)包括rRNA前体、tRNA前体、mRNA前体加工加工过程：mRNA前体的一般加工原核生物

mRNA一般不需要加工，仅有少数需要简单加工。

真核生物加工包括：

-5

端加帽（m7G5

ppp5NmpNp-

）

-3

加polyA尾巴

-拼接

-编辑mRNA前体为核内不均一RNA（hnRNA）。Cap0型CapI型CapII型（大多数真核生物）m7G5

ppp5NmpNp-m7G5

ppp5Np加帽Additionofthepoly(A)tailtotheprimaryRNAtranscriptofeukaryotes.TheRNAiscleaved11to30nucleotides3'toAAUAAA,andpolyadenylatepolymerasesynthesizesapoly(A)tailof20to250nucleotides,beginningatthecleavagesite.内切酶多聚腺苷酸聚合酶加尾信号加尾(11–30nts)RNA的拼接（splicing）

四种方式：

类型I自我拼接类型II自我拼接

核mRNA的拼接体的拼接核tRNA的酶促拼接

真核生物断裂基因转录物的加工中，去除内含子，使外显子成为连续序列，这一过程称为拼接。类型Ⅰ第一次转酯反应第二次转酯反应低等真核生物核rRNA基因真核生物细胞器基因细菌和噬菌体的个别基因鸟苷（鸟苷酸）套索

类型Ⅱ某些真菌线粒体基因植物叶绿体基因mRNA前体的拼接GU-AG规则:G

GU……AG

NThebranchsite(分支点):

20-30ntsupstreamfromthe3′splicingsitespliceosome

（拼接体）：在被拼接的hnRNA上U1、U2、U4-6和约50种蛋白质所组成的复合物。SplicingmechanisminmRNAprimarytranscripts.U6/U2催化转酯反应OverviewoftheprocessingofaeukaryoticmRNA.Intronsareletteredandexonsarenumbered.Aboutthree-quartersoftheRNAisremovedduringprocessing.Intronscanmakeupmorethan90%ofthelengthofothergenes.RNApolymeraseIIextendstheprimarytranscriptwellbeyondthecleavageandpolyadenylationsite("extraRNA").

选择性拼接（alternativesplicing）

一个基因的转录产物在不同的细胞、发育阶段和生理状态下，通过不同的拼接方式，可以得到不同的mRNA和翻译产物，称为选择性拼接。甲状腺降钙素基因相关肽降钙素RNA拼接的生物学意义：（1）RNA拼接是进化的结果（2）RNA拼接是基因表达调节的重要环节

-选择性拼接

-许多内含子对基因表达有一定影响（3）内含子的存在和拼接对于生物机体的进化十分重要

-遗传重组可发生在内含子处，避免了基因错位导致的失活。

-内含子增加了基因组的复杂性。RNA的编辑(editing)---改变RNA的编码序列。RNAeditingofthetranscriptofthecytochromeoxidasesubunitIIgenefrommitochondriaofTrypanosomabrucei.RNA编辑的意义-消除移码突变的危害

-增加了基因产物的多样性

-使基因产物获得新的结构和功能

-与生物发育和分化有关四、逆转录作用定义：以RNA为模板，即按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA的过程。逆转录酶：RNA指导的DNA聚合酶活力DNA指导的DNA聚合酶活力核糖核酸酶H的活力水解RNA-DNA杂交分子中的RNA聚合酶活力+病毒RNA侵染宿主细胞RNA-cDNA杂交分子RNA指导的DNA聚合酶-DNA整合入染色体基因组DNA指导的DNA聚合酶-+双链DNA逆转录过程核糖核酸酶H病毒RNA自身蛋白质转录翻译++++蛋白质的生物合成DNA5

3mRNA合成方向mRNA解读方向蛋白质合成方向RNA5

3转录蛋白质N端C端翻译

包含在DNA或RNA排列顺序中的遗传信息，它决定蛋白质中氨基酸的排列顺序。现一般专指存在于信使RNA（mRNA）上的核苷酸顺序。

三联体密码（密码子，codon）:

三个连续的核苷酸编码一个氨基酸。

遗传密码遗传密码表终止密码子起始密码子原核：fmet真核：met简并性变偶碱基遗传密码的突变

错义突变（missensemutation）

密码子发生突变导致蛋白质中原来的氨基酸被另一种氨基酸取代。无义突变（nonsensemutation）

氨基酸的密码子变成终止密码子。分为琥珀型（UAG）、赭石型（UAA）和乳白型（UGA）三种。

移码突变（frameshiftmutation）

由于一个或多个非三整倍核苷酸对的插入或缺失，导致该位点后密码子阅读框架发生改变。tRNADloopTCloopVariableloopAnticodonlooptRNAAlaDloopTCloopVariableloopAnticodonloop氨基酸接受位点识别结合mRNA上密码子位点识别氨酰-tRNA合成酶位点结合核糖体的位点3.识别氨酰-tRNA合成酶位点

合成酶与L形tRNA的内侧面结合，结合点包括氨基酸臂（受体臂），DHU臂和反密码子臂。例：丙氨酰tRNA合成酶识别tRNAAla

氨基酸臂的G3:U70碱基对副密码子（paracodon）

tRNA分子上决定其携带氨基酸的区域。（tRNAidentity）DloopTCloopVariableloopAnticodonlooptRNAAla

结合核糖体的位点可能为T

C环。例：原核生物T

C环上某些序列可与核糖体大亚基5SrRNA互补，使tRNA结合到核糖体上。核糖体的功能位点空隙—蛋白质合成的部位mRNA结合位点（大小亚基接触面）肽酰基部位（P位点）氨酰基部位（A位点）

GTP水解位点各种蛋白质因子的结合位点蛋白质生物合成的分子机制(一)氨基酸的活化：氨酰-tRNA合成酶：

---具有两个识别位点，可识别aa和tRNA。

---具有水解酶活力:可校正tRNA与aa不正确的结合。aa+tRNAMg2+氨酰-tRNA合成酶氨酰-tRNAAMP+PPiATP活化的aa一、原核生物蛋白质的生物合成GeneralstructureofaminoacyltRNAs.Theaminoacylgroupisesterifiedtothe3'positionoftheterminaladenylateresidue.包括起始，延伸，终止三个阶段。（二）肽链的生成（核糖体循环）1.起始阶段Met-tRNAfMetfMet-tRNAfMetN10-甲酰FH4FH4甲酰-甲硫氨酰tRNA起始tRNA

起始氨酰tRNA的生成真核：甲硫氨酰-tRNAiIF-170S复合物的生成30S70S•

mRNA

•

fMet-tRNAfMet

IF-2

fMet-tRNAfMet

IF-3mRNA•GTPGDP+Pi50S

IF-3IF-1

IF-2

真核：80S核糖体，eIF9~10种SD序列：原核生物距起始密码子AUG上游约10个核苷酸处，有一个富含嘌呤的区域，可与小亚基16SrRNA互补，决定了mRNA的定向结合。原核生物真核生物mRNA5

帽子可与40S小亚基结合。Kozak序列mRNA与核糖体的定向结合SequencesonthemRNAthatserveassignalsforinitiationofproteinsynthesisinprokaryotes.

AlignmentoftheinitiatingAUG(shadedingreen)dependsinpartonShine-Dalgarnosequences(shadedinred)upstream.(b)TheShine-Dalgarnosequencespairwithasequencenearthe3'endofthe16SrRNA,asshownforanidealizedprokaryoticmRNA.TheSDinteractionforselectionofthestartcodon.InitiationatthecorrectAUGcodonisfacilitatedbyhydrogenbondingbetweenapolypurinesequence(SD)inthemRNAandapolyprimidinesequencenear3′endofthesmallsubunit16SrRNA.Kozak序列：在真核生物中，起始密码子两端序列为：—G/N-C/N-C/N-ANNATGG—，特别是-3位的A对翻译效率非常重要。常应用于表达载体的设计构建中。

Kozak规则：（假设A1T2G3

）(1)第4位的偏好碱基为G；

(2)ATG的5’端约15bp范围的侧翼序列内不含碱基T；

(3)在-3，-6和-9位置，G是偏好碱基；

(4)除-3，-6和-9位，在整个侧翼序列区，C是偏好碱基。

Kozak规则是基于已知数据的统计结果。进位：新的氨酰tRNA进入A部位，需EFTu、EFTs、GTP。2.延伸阶段进位、转肽、脱落、移位。真核：延伸因子eEF1

,eEF1

转肽：

P位上fMet-tRNAfMet的甲酰-甲硫氨酰基在肽酰转移酶的作用下转给A位。在A位上与新进入的氨酰tRNA形成二肽-tRNA，P位上tRNAfMet空载。

脱落：

P位上tRNAfMet脱落，重新使用。

移位：

70S核糖体在EFG因子(移位酶)的作用下，沿mRNA5´

3´移动一个密码子长度，消耗GTP。A位上携肽基的tRNA由A位移至P位，空出A位，等待新的氨酰tRNA进入。真核：移位酶eEF23.终止阶段

释放因子RF-1或RF-2识别终止密码子，在P位上使肽酰转移酶转变为水解酶活力，并在RF-3协助下，使肽链自tRNA上脱落。tRNA自P位上脱落，随之70S核糖体离开mRNA，分离成大、小亚基，进入下一轮循环。RF-1:识别UAA,UAGRF-2:识别UAA,UGA真核：释放因子eRF1，eRF3等二、真核生物蛋白质合成原核真核转录与翻译进行的部位、时间核区和细胞质同时进行转录：细胞核翻译：细胞质先转录后翻译核糖体70s80s起始密码子AUG,GUGAUGmRNA在核糖体上定位SD序列5’端帽子结构起始氨酰－tRNAfMet-tRNAMet-tRNA能量GTP,ATPGTP,ATP起始因子IF-1,IF-2,IF-3eIF,9-10种延伸因子EFTu,EFTs,EFGeEF1

,eEF1

，eEF2终止因子RF-1,RF-2,RF-3eRF1,eRF3等三、肽链合成后加工1.起始残基的去除2.多肽链的折叠：3.氨基酸的修饰：磷酸化、甲基化二硫键异构酶（PDI）多肽脯氨酰顺反异构酶(PPI)4.糖基化：Asn,Thr,Ser可与寡糖分子以糖苷键相连。5.多肽链的断裂及部分肽链的去除：

蛋白质剪接:去除内含肽，将外显肽相连。信号肽酶蛋白酶前胰岛素原6.多肽链之间或多肽链与辅助成份的缔合

寡聚蛋白亚基间的聚合

血红蛋白，细胞色素与血红素的结合四、蛋白质合成抑制剂嘌呤霉素氯霉素四环素白喉毒素结合于70S核糖体，使之失活结合于30S亚基上，使之失活与真核eEF2结合，抑制肽链延伸氨酰tRNA类似物，可使肽链合成中断Ricin,atoxicproteinfromtheseedsofthecastorbeanplant,isthebest-knownnumberof

ribosome-inactivatingproteins(RIPs).Itdepurinatedaspecificadaninenucleotideonthe28SrRNA.Lossofthisadenineinactivatestheribosome.RicinuscommunisGTPGTPGTP2ATPaa+tRNAGTP激活起始延伸终止进位转肽脱落移位基因表达的调控一、原核生物基因表达调控DNA水平转录水平（主要）翻译水平操纵子、衰减子

例：基因重排（沙门氏菌相变）mRNA的结构过量核糖体的翻译阻遏反义RNA（一）转录水平调控——操纵子模型操纵子（operon）：

基因表达的协调单位。包括一个控制区和一群功能相关的结构基因。控制区由启动子（promoter）和操纵基因（operator）组成。操纵基因可与调节基因产物阻遏蛋白（repressor）结合，其“开放”或“关闭”直接控制结构基因的表达。OABCPI调节基因启动子操纵基因结构基因阻遏蛋白-半乳糖苷酶半乳糖苷透性酶-