第三章 遺傳物質(zhì)的分子基礎

3.1核酸是遺傳物質(zhì)

什么是遺傳物質(zhì)？從1900年孟德爾論文的重新發(fā)現(xiàn)到1910年摩爾根的果蠅伴性遺傳實驗以來，生物學家一直在尋找答案。1928年Griffith(格里費斯)等的肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗，1944年Avery(阿委瑞)等的單因子轉(zhuǎn)化實驗，1952年Hershey(赫爾歇)和Chase的噬菌體感染實驗，1957年Fraenkel-Conrat(佛蘭科爾-康拉特

)等的煙草花葉病毒重建試驗，先后證實DNA是遺傳物質(zhì)，在不具備DNA的病毒中，RNA是遺傳物質(zhì)，即核酸是遺傳物質(zhì)，是遺傳信息的載體。第二個問題是，遺傳物質(zhì)的分子基礎是什么？1953年Watson和Crick的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，給出了圓滿的答案。第三個問題是遺傳信息如何傳遞？基因如何表達？這得益于“中心法則”的提出和遺傳密碼的破譯以及“DNA半保留半不連續(xù)模型”的證明。目前一頁\總數(shù)七十八頁\編于六點3.1.1DNA作為主要遺傳物質(zhì)的間接證據(jù)：

目前二頁\總數(shù)七十八頁\編于六點1．含量：

DNA含量恒定。體細胞DNA含量是配子DNA的一倍；多倍體DNA含量倍增，但細胞內(nèi)蛋白質(zhì)含量不恒定。2．代謝：利用放射性與非放射性元素進行標記，發(fā)現(xiàn)：DNA分子代謝較穩(wěn)定；其它分子一邊形成、同時又一邊分解。3．突變：

紫外線誘發(fā)突變時，最有效波長均為2600埃；與DNA所吸收的紫外線光譜一致；證明基因突變與DNA分子的變異密切聯(lián)系。目前三頁\總數(shù)七十八頁\編于六點4．分布：①．DNA是所有生物染色體所共有：噬菌體、病毒、植物、人類等。②．而蛋白質(zhì)則不同：噬菌體、病毒、細菌的蛋白質(zhì)一般不存在于染色體上，而真核生物染色體中有核蛋白組成。目前四頁\總數(shù)七十八頁\編于六點DNA作為主要遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)（1）肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗：DNA是遺傳物質(zhì)的概念源于1928年Griffith等進行的肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae，舊稱肺炎雙球菌Diplococcuspneumoniae）的轉(zhuǎn)化實驗。由于Griffith等沒有做單因子轉(zhuǎn)化實驗，當時還不能說明引起轉(zhuǎn)化作用的物質(zhì)是什么。直到1944年Avery等三位美國科學家不僅在體外成功重復了上述實驗，而且用生物化學的方法對S型菌提取液的所有成分分離后，進行單因子轉(zhuǎn)化實驗，證明轉(zhuǎn)化因子是DNA，而不是多糖莢膜、蛋白質(zhì)和RNA，而且轉(zhuǎn)化頻率隨著DNA的純度的提高而增加。Avery等的實驗結(jié)果首次證明轉(zhuǎn)化因子是DNA，取得了DNA是遺傳物質(zhì)的第一個和最重要的一個證據(jù)，明確了DNA是遺傳信息的載體。目前五頁\總數(shù)七十八頁\編于六點肺炎鏈球菌目前六頁\總數(shù)七十八頁\編于六點格里費斯（GriffithF.，1928）：肺炎雙球菌定向轉(zhuǎn)化試驗。

①無毒IIR型小鼠成活重現(xiàn)IIR型②有毒IIIS型小鼠死亡重現(xiàn)IIIS型③有毒IIIS型（65℃殺死）小鼠成活無細菌④無毒IIR型有毒IIIS型（65℃殺死）小鼠死亡重現(xiàn)IIIS型結(jié)論：

在加熱殺死的IIIS型肺炎雙球菌中有較耐高溫的轉(zhuǎn)化物質(zhì)能夠進入IIR型IIR型轉(zhuǎn)變?yōu)镮IIS型無毒轉(zhuǎn)變?yōu)橛卸尽?/p>

目前七頁\總數(shù)七十八頁\編于六點阿委瑞（AveryO.T.，1944）試驗：目前八頁\總數(shù)七十八頁\編于六點1952年Hershey（赫爾歇

）和Chase用標記放射性同位素的方法，進行了噬菌體感染實驗，為證明DNA是遺傳物質(zhì)提供了更直接的證據(jù)。T2噬菌體是感染大腸桿菌（E.coli）的一種噬菌體，它由蛋白質(zhì)外殼和DNA核心構(gòu)成。在噬菌體中，其蛋白質(zhì)是唯一含硫（S）的物質(zhì)，而DNA是唯一含磷（P）的物質(zhì)。利用這一特性，他們在放射性32P和35S存在的情況下，使噬菌體進行繁殖，再用這種帶有放射性物質(zhì)標記的噬菌體去感染無放射性的大腸桿菌，幾分鐘后離心除去未吸附的噬菌體，再利用搗碎機搗碎使噬菌體與大腸桿菌分開。對其進行離心，發(fā)現(xiàn)從大腸桿菌表面釋放的噬菌體外殼在上清液中，它們由蛋白質(zhì)組成，含有80％放射性標記35S，而大腸桿菌在沉淀中，含有80％放射性標記32P。實驗表明在噬菌體感染過程中，只有DNA進入細菌細胞，而蛋白質(zhì)外殼留在細菌體外。

該實驗證明具有遺傳作用的是DNA而不是蛋白質(zhì)。（2）噬菌體感染試驗：目前九頁\總數(shù)七十八頁\編于六點（3）煙草TMV的重建試驗：能感染煙草的煙草花葉病毒（tobaccomosaicvirus,TMV）由蛋白質(zhì)外殼和RNA核心組成?？梢詮腡MV病毒分別提取它的蛋白質(zhì)和RNA，再將它們放在一起，可以得到具有感染力的病毒顆粒。1957年Fraenkel-Conrat（佛蘭科爾-康拉特）等人將兩個不同的MTV株系（S株系和HR株系）的蛋白質(zhì)和RNA分別提取出來，然后相互對換，將S株系的蛋白質(zhì)和HR株系的RNA，或反過來將HR株系的蛋白質(zhì)和R株系的RNA放在一起，重建形成兩種雜種病毒，去感染煙草葉片。結(jié)果是葉片上所產(chǎn)生的病斑跟所含RNA密切相關，是什么樣的RNA就形成什么樣的子代病毒粒子，即子代病毒粒子的外殼蛋白是由RNA決定的，而不是由蛋白質(zhì)決定的。令人信服地證明在不具有DNA的病毒中，RNA是遺傳物質(zhì)。目前十頁\總數(shù)七十八頁\編于六點佛蘭科爾-康拉特-辛格爾（Framkel-Conrat-Singer）試驗：結(jié)論：提供RNA的親本決定了其后代的RNA和蛋白質(zhì)。

在不含DNA的TMV中，RNA就是遺傳物質(zhì)。目前十一頁\總數(shù)七十八頁\編于六點3.2核酸的分子結(jié)構(gòu)3.2.1核酸的分子組成目前十二頁\總數(shù)七十八頁\編于六點目前十三頁\總數(shù)七十八頁\編于六點目前十四頁\總數(shù)七十八頁\編于六點目前十五頁\總數(shù)七十八頁\編于六點DNA和RNA都含四種主要堿基：其中腺嘌呤（adenine,A）、鳥嘌呤（guanine,G）、和胞嘧啶（cytosine,C）是兩者共有，而尿嘧啶（uracil,U）為RNA特有，胸腺嘧啶（thymine,T）為DNA所特有。DNA的堿基組成具有很明顯的特征，即A／T＝G／C＝1，而RNA的堿基組成一般沒有這種特點。DNA和RNA都含有戊糖，其本質(zhì)的區(qū)別在于它們含有的戊糖的類別不同：RNA含有D-核糖，而DNA含有2’－脫氧－D－核糖。目前十六頁\總數(shù)七十八頁\編于六點3.2.2DNA的分子結(jié)構(gòu)（1）DNA的一級結(jié)構(gòu)：DNA的一級結(jié)構(gòu)是指核苷酸在DNA分子中的排列順序。在DNA的一級結(jié)構(gòu)中因為各種脫氧核苷酸的脫氧核糖和磷酸都是相同的，所以堿基順序也就代表了核苷酸順序。生物的遺傳信息通過核苷酸的不同排列順序貯存在DNA分子中，堿基的順序就是信息所要表達的內(nèi)容，堿基順序稍有變化，就可能引起遺傳信息的很大變動，因此順序測定對于闡明DNA的結(jié)構(gòu)和功能具有更本性的意義。從這個意義上我們可以更深刻地理解基因組計劃的偉大作用。目前十七頁\總數(shù)七十八頁\編于六點（2）DNA的二級結(jié)構(gòu)：是指DNA通過分子間相互作用形成的雙鏈或雙螺旋分子，即DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)（doublehelicalstructure）。1953年Watson和Crick根據(jù)Wilkins及Franklin對DNA纖維X射線衍射圖研究證明DNA分子具有螺旋結(jié)構(gòu)的信息，Chargaff等發(fā)現(xiàn)的DNA中堿基含量A=T，G=C，(A＋G＝T＋C)的定律，以及對四種堿基的物化數(shù)據(jù)的分析結(jié)果等，提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（double-helicalmodelofDNA）。該模型從分子水平上合理地解釋了DNA的復制和轉(zhuǎn)錄與遺傳信息的表達過程，解決了DNA的自我復制問題，鞏固了DNA作為遺傳物質(zhì)和遺傳信息載體的地位。目前十八頁\總數(shù)七十八頁\編于六點DNA雙螺旋的多態(tài)性：目前十九頁\總數(shù)七十八頁\編于六點（3）DNA的高級結(jié)構(gòu)：是指DNA的超螺旋（supercoil）結(jié)構(gòu)和染色體DNA所具有的復雜折疊狀態(tài)。超螺旋是DNA雙螺旋的螺旋軸盤繞而形成的螺旋，是DNA三級結(jié)構(gòu)的一種形式。DNA的三級結(jié)構(gòu)是指雙螺旋鏈的扭曲。例如在B-DNA雙螺旋中，每10個核苷酸長度旋轉(zhuǎn)一圈，這時雙螺旋最穩(wěn)定處于能量最低態(tài)。目前二十頁\總數(shù)七十八頁\編于六點生物體中絕大多數(shù)DNA以超螺旋的形式存在，比喻細菌質(zhì)粒、大腸桿菌染色體、線粒體DNA、葉綠體DNA、以及哺乳類病毒基因組等。例如大腸桿菌染色體（擬核）的結(jié)構(gòu)域就是一種雙螺旋結(jié)構(gòu)，在各結(jié)構(gòu)域中若用DNA酶處理，DNA鏈將會斷裂，雙螺旋結(jié)構(gòu)受到破壞，變?yōu)樗沙谛徒Y(jié)構(gòu)。一個閉合分子必須在DNA的每一條鏈上都沒有斷裂，既是在一條鏈上出現(xiàn)斷裂都有可能導致雙螺旋的消失。同樣，一個分子無論是閉合還是開放結(jié)構(gòu)，只要缺少雙螺旋結(jié)構(gòu)，就稱為松弛型。目前二十一頁\總數(shù)七十八頁\編于六點

核小體與染色質(zhì)纖維的包裝DNA在真核生物核小體(nucleosome)結(jié)構(gòu)中的扭曲方式也是一種超螺旋結(jié)構(gòu)。核小體可以組成更高層次的結(jié)構(gòu)。真核生物的一條染色體是一個完整的DNA雙螺旋分子。在哺乳動物中，每一染色體的DNA約有6×109bp，如此長的DNA分子如何存在于平均10μm的細胞核內(nèi)呢？也就是說，線狀的DNA是如何包裝成分裂中期高度卷縮的染色體？染色體：1/3DNA，1/3組蛋白，1/3非組蛋白，痕量的RNA組蛋白共有5類，即H1，H2A，H2B，H3和H4。組蛋白相當保守，在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)中起著重要的作用。非組蛋白在不同有機體、不同組織間變化很大，可能與基因的調(diào)控有關。目前二十二頁\總數(shù)七十八頁\編于六點真核生物染色體的結(jié)構(gòu)：真核生物染色體至少有3個層次的壓縮使DNA包裝成中期染色體。第一層次:核小體DNA雙螺旋環(huán)繞組蛋白八聚體形成核小體(nucleosome）為染色體結(jié)構(gòu)的最基本單位，直徑約10nm?！窈诵◇w核心(組蛋白八聚體，包括H2A，H2B，H3和H4各兩個分子)環(huán)繞核小體的DNA,長約180-200bp盤繞絲（146bp）:盤繞組蛋白八聚體表面1.75圈連接絲（34-54bp）:連接相鄰2個核小體，一個分子的組蛋白H1目前二十三頁\總數(shù)七十八頁\編于六點目前二十四頁\總數(shù)七十八頁\編于六點第二層次:螺線管（體）10nm的核小體纖絲通過折疊或螺旋化形成中空的直徑約30nm的螺線管（solenoid）。組蛋白H1參與這一層次的壓縮，它結(jié)合于核小體與連接絲連接的部位。目前二十五頁\總數(shù)七十八頁\編于六點第三層次:中期染色體染色體非組蛋白形成一個骨架（scaffold），30nm的螺線管圍繞著骨架壓縮成緊密包裝的超螺線體。超螺線體再進一步壓縮、折疊和螺旋化成中期染色體，但其機制還不十分清楚。多級螺旋模型放射環(huán)－骨架模型目前二十六頁\總數(shù)七十八頁\編于六點目前二十七頁\總數(shù)七十八頁\編于六點3.2.3RNA的分子結(jié)構(gòu)(1)tRNA分子：已經(jīng)做出全序列分析的tRNA有3300種以上。tRNA都是小分子，長75－94個核苷酸，5’端有末端磷酸化基團，3’端為CCA-OH序列,分子中稀有堿基含量較高，而且許多被甲基化修飾；分子內(nèi)部有堿基互補區(qū)，都能形成三葉草形二級結(jié)構(gòu)。該二級結(jié)構(gòu)一般由氨基酸接受臂、二氫尿嘧啶環(huán)（D環(huán)）、反密碼子環(huán)和TψC環(huán)組成，有的還在反密碼子環(huán)和TψC環(huán)之間存在額外環(huán)。

tRNA的三級結(jié)構(gòu)都為倒L形結(jié)構(gòu)。目前二十八頁\總數(shù)七十八頁\編于六點圖tRNA分子結(jié)構(gòu)目前二十九頁\總數(shù)七十八頁\編于六點（2）rRNA分子大腸桿菌的5S、16S和23SrRNA的一、二級結(jié)構(gòu)分別含有120、1542和2904核苷酸。組成：5個雙螺旋區(qū)和其他單鏈區(qū)；兩個功能域：一個功能域中含有5’CGAAC序列，這是與tRNA分子TψC環(huán)上的GTψCG序列相互作用的部位，使tRNA與核糖體結(jié)合。另一個功能域與23SrRNA中的一段序列互補，對核糖體大亞基與rRNA的相互作用有重要意義。大腸桿菌5SrRNA的二級結(jié)構(gòu)模型目前三十頁\總數(shù)七十八頁\編于六點不同來源的16SrRNA具有相似的二級結(jié)構(gòu)。大腸桿菌16SrRNA的二級結(jié)構(gòu)四個功能域：5’端功能域中心功能域3’末端大功能域3’末端小功能域在這些功能域中有與mRNA互補的部位，有結(jié)合肽酰tRNA的部位，有些則在30S與50S亞基結(jié)合中起作用等，涉及多種識別與作用功能目前三十一頁\總數(shù)七十八頁\編于六點RNA的二級結(jié)構(gòu)在基因的表達與調(diào)控過程中起著重要的作用例如：rRNA與mRNA間的堿基配對控制著蛋白質(zhì)的起始；tRNA與mRNA間的堿基配對促進翻譯過程；RNA發(fā)夾結(jié)構(gòu)及莖環(huán)結(jié)構(gòu)控制轉(zhuǎn)錄的終止、翻譯的效率以及mRNA的穩(wěn)定性；RNA-RNA間的堿基配對在內(nèi)含子的剪切過程中也起著重要的作用。近年對小分子RNA的結(jié)構(gòu)和功能的研究，揭示出它們在生物的發(fā)育、生長、繁殖和基因表達與調(diào)控中的多種重要功能，這值得引起我們的關注和重視。目前三十二頁\總數(shù)七十八頁\編于六點3.3DNA復制3.3.1DNA復制的基本規(guī)律①DNA復制一般按半保留半不連續(xù)的的方式進行；②復制起始（Initiation）在原點（Origin）的特定序列上；③復制的起點處控制復制；④復制叉（Fork）的移動有單向或雙向；⑤鏈的延伸方向只能是5’→3’方向；⑥在存在模板的條件下，DNA聚合酶以短的RNA片段作為引物開始合成DNA的短片段；目前三十三頁\總數(shù)七十八頁\編于六點⑦存在各種DNA鏈的合成起始機制，除了RNA引發(fā)外，還存在其它的一些機制，包括DNA鏈與一個末端蛋白共價結(jié)合，以及缺口的共價延伸，或者親本鏈已被環(huán)出的末端等；⑧終止也是在復制過程中的某個固定點；⑨復制的機制取決于基因組結(jié)構(gòu)和構(gòu)象來保持產(chǎn)生完整的染色體；⑩即使在同一個細胞內(nèi)也可進行多種復制機制的操作。目前三十四頁\總數(shù)七十八頁\編于六點3.3.2半保留半不連續(xù)復制半保留復制目前三十五頁\總數(shù)七十八頁\編于六點半不連續(xù)復制目前三十六頁\總數(shù)七十八頁\編于六點3.3.3環(huán)狀雙鏈DNA復制方式（1）滾環(huán)復制：滾環(huán)復制又叫σ復制λ的增殖、接合，以及真核生物rDNA的擴增都是以這種復制方式進行。滾環(huán)復制中，在環(huán)狀雙鏈DNA的一條鏈上造成專一性缺口，產(chǎn)生游離的3′-OH末端作為引物，以另一條完整環(huán)狀單鏈作為模板，由DNA聚合酶催化延伸，新合成的鏈沿著環(huán)狀的模板鏈滾動；這種環(huán)狀結(jié)構(gòu)稱為滾環(huán)（rollingcircle）。隨著它的滾動，3′端不斷延長，5′端不斷地被置換甩出而成為一條單鏈，該單鏈可以延長出基因組的多個拷貝單位，按照單位長度斷裂，就會產(chǎn)生多個單鏈線性拷貝目前三十七頁\總數(shù)七十八頁\編于六點（2）θ-型復制1963年Cairns對大腸桿菌DNA放射自顯影實驗的結(jié)果提出來的。大腸桿菌DNA雙鏈環(huán)狀分子在其DNA復制過程的中間產(chǎn)物，在放射自顯影觀察時可形成一個θ-型結(jié)構(gòu)。這是由于復制從復制原點（OriC）開始，形成兩個復制叉，雙向復制所產(chǎn)生的結(jié)果。θ-型復制需要RNA引物，半保留半不連續(xù)復制。一條單鏈總是和模板鏈互補地結(jié)合在一起形成子鏈。目前三十八頁\總數(shù)七十八頁\編于六點（3）線粒體的D環(huán)復制哺乳動物mtDNA復制：不對稱不同時的復制。先復制雙鏈中的一條鏈，待該鏈復制到2/3的長度時，另一條鏈才開始復制。由于重鏈和輕鏈上有各自的復制起點，其復制起始的特點是，在起始區(qū)形成D-Loop(Displacement)結(jié)構(gòu)，即重鏈和以重鏈為模板合成的新鏈組成的雙鏈部分以及被新鏈替代出來的單鏈（輕鏈）部分形成的結(jié)構(gòu)。D－loop區(qū)含有約500－600bp，它是不穩(wěn)定的，處于降解?合成狀態(tài)，這樣來保持該區(qū)雙鏈被打開，即D-loop結(jié)構(gòu)。目前三十九頁\總數(shù)七十八頁\編于六點3.3.4真核生物染色體端粒的復制端粒（telomere）是真核生物染色體末端的一種特殊結(jié)構(gòu)。功能：防止染色體末端免受核酸酶的降解，維持染色體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保持染色體的完整性，為線狀染色體的末端復制提供基礎。此外，端粒與染色體聯(lián)會、細胞分裂和細胞衰老等也有密切的關系。端粒DNA的序列比較特殊，由一系列短的隨機串聯(lián)重復序列組成，可用Gn(A/T)m的一般式來表示，其中n>1,m為1~4。例如四膜蟲為TTGGGG，線蟲為TTAGGC，哺乳類為TTAGGG等。目前四十頁\總數(shù)七十八頁\編于六點當端粒（TTAGGG）n序列的3’－單鏈末端序列折回堿基配對取代其上游相同序列時，將形成一個類似D-loop的t-loop（telomereloop）結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的形成提供了一個有序的高級結(jié)構(gòu)，使凸出3’單鏈埋藏在DNA分子內(nèi)部以免與端粒酶接觸，同時也保護了單鏈。目前四十一頁\總數(shù)七十八頁\編于六點端粒的復制：是由端粒酶（telomerase）催化合成的，端粒酶是一個大的核糖核蛋白分子，由多條多肽與一單個RNA分子組成。端粒酶RNA的核心序列是復制端粒DNA的模板，它是一富含C的15~22nt重復序列。端粒酶是一種特殊的反轉(zhuǎn)錄酶，其活性只限于利用端粒酶特異的RNA作為模板。目前四十二頁\總數(shù)七十八頁\編于六點3.4RNA轉(zhuǎn)錄與加工轉(zhuǎn)錄是DNA的遺傳信息被拷貝成RNA的遺傳信息的過程。一般將DNA雙鏈分子上帶有遺傳信息的鏈稱為非模板鏈（non-templatestrand），或基因鏈（genestrand），或有義鏈（sensestrand），或編碼鏈（codingstrand），它與mRNA序列一致，代表的是從遺傳密碼到蛋白質(zhì)序列相聯(lián)系的DNA序列。另一條與其互補的鏈稱為模板鏈（templatestrand），或反基因鏈（antigenestrand），或反義鏈（antisensestrand），它是作為模板合成mRNA的DNA鏈。所有基因均以模板鏈為模板進行轉(zhuǎn)錄，因而轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的堿基順序必定與基因鏈的遺傳信息一致。目前四十三頁\總數(shù)七十八頁\編于六點轉(zhuǎn)錄過程可以分為模板識別（templaterecognition）、轉(zhuǎn)錄起始（transcriptioninitiation）、延伸（elongation）和終止（termination）4個基本階段。模板識別是指RNA聚合酶與啟動子相互作用并結(jié)合到啟動子上的過程；轉(zhuǎn)錄起始是RNA聚合酶結(jié)合到啟動子上后開始合成RNA；延伸是RNA鏈被延伸，RNA合成主要在此階段；終止是指延伸被終止，轉(zhuǎn)錄物（transcript）從模板上脫離下來。目前四十四頁\總數(shù)七十八頁\編于六點3.4.1原核生物RNA的合成（1）大腸桿菌RNA聚合酶大多數(shù)原核生物RNA聚合酶的組成是相同的，而且只有一種RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄所有的基因。α2ββ’組成大腸桿菌核心酶（coreenzyme），σ因子加入后形成全酶（holoenzyme）專一性起始轉(zhuǎn)錄原核生物一種RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄所有的基因，其中σ因子控制啟動子的識別。由于σ因子替代引導核心酶去識別一組不同的啟動子。目前四十五頁\總數(shù)七十八頁\編于六點E.coli有幾種不同的σ因子不同的σ因子識別不同啟動子的保守序列目前四十六頁\總數(shù)七十八頁\編于六點

一個σ因子（E.coli中是σ70）起始大部分基因的轉(zhuǎn)錄，而其他σ因子識別不同的啟動子，可以誘導特殊基因的協(xié)同表達。原核生物一種RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄所有的基因，其中σ因子控制啟動子的識別。由σ因子替代引導核心酶去識別一組不同的啟動子。目前四十七頁\總數(shù)七十八頁\編于六點（2）原核生物啟動子啟動子promotor：DNA分子上RNA聚合酶最先結(jié)合部位，Promotor在轉(zhuǎn)錄起始點的上游原核生物啟動子由四個區(qū)域組成：1、轉(zhuǎn)錄起始位點是指在合成RNA時DNA鏈上第一個核苷酸摻入的位點。2、－10序列（Pribnowbox）：轉(zhuǎn)錄起始點上游－10位置，consensussequence是TATAPuATG。3、－35序列（Sextamabox）RNA聚合酶所覆蓋的區(qū)域，共有序列是TTGACA，位于－35位置。是RNA聚合酶對轉(zhuǎn)錄模板的初始識別位點，決定啟動子的強度。4、－10區(qū)和－35區(qū)間的距離兩個元件之間的距離卻至關重要；相距17bp時，轉(zhuǎn)錄效率最高。目前四十八頁\總數(shù)七十八頁\編于六點目前四十九頁\總數(shù)七十八頁\編于六點（3）原核生物終止子terminator終止子：提供轉(zhuǎn)錄終止信號的DNA序列終止子的結(jié)構(gòu)特征1.發(fā)夾結(jié)構(gòu)2.polyU序列3.真正起終止作用的不是DNA序列，而是轉(zhuǎn)錄生成的RNA結(jié)構(gòu)目前五十頁\總數(shù)七十八頁\編于六點（4）原核生物RNA的合成起始延伸終止和釋放目前五十一頁\總數(shù)七十八頁\編于六點在原核生物中，轉(zhuǎn)錄、翻譯以及mRNA的降解通常是同時進行的。因為在原核生物中不存在核膜包裹的細胞核。RNA的轉(zhuǎn)錄和多肽鏈的合成都是從5′→3′，只要mRNA的5′端合成后，即可開始翻譯。在原核生物中mRNA的壽命一般只有幾分鐘。往往在3′端mRNA的轉(zhuǎn)錄還沒有最后結(jié)束，5′端mRNA在完成多肽鏈的合成后，已經(jīng)開始降解。

（5）轉(zhuǎn)錄和翻譯同時進行目前五十二頁\總數(shù)七十八頁\編于六點（1）真核生物細胞中有3類RNA聚合酶真核生物RNA聚合酶含有十多種亞基。對原核生物和真核生物的RNA聚合酶的蛋白質(zhì)電泳分析表明：在真核生物中，一些蛋白質(zhì)亞基在所有的RNA聚合酶中是共同都具有的。一些亞基與細菌RNA聚合酶有關系。3.4.2真核生物RNA的合成目前五十三頁\總數(shù)七十八頁\編于六點真核生物RNA聚合酶需要一些轉(zhuǎn)錄起始因子（transcriptioninitiationfactors,TIFs）或一般轉(zhuǎn)錄因子（generaltranscriptionfactors,GTFs）幫助其識別啟動子。首先轉(zhuǎn)錄起始因子按特定順序結(jié)合于啟動子上形成復合物，幫助RNA聚合酶定位到DNA上的轉(zhuǎn)錄起始位點，RNA聚合酶才能與之相結(jié)合，形成前起始復合物。由于多個轉(zhuǎn)錄起始因子的相互作用使DNA分子構(gòu)象發(fā)生改變，從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換成開放形式。轉(zhuǎn)錄起始因子與RNA聚合酶一起組成了轉(zhuǎn)錄起始的基本裝置（basalapparatus）。目前五十四頁\總數(shù)七十八頁\編于六點

普遍性轉(zhuǎn)錄因子(generaltranscriptionfactor)也稱基礎轉(zhuǎn)錄因子（basaltranscriptionfactor）：它們是轉(zhuǎn)錄起始復合物的組成成員，主要任務是將RNA聚合酶定位在核心啟動子上，幫助RNA聚合酶正確識別起始位點并開始轉(zhuǎn)錄。

特異性轉(zhuǎn)錄因子(specific/specialtranscriptionfactor)或序列特異性轉(zhuǎn)錄因子：使聚合酶特異地應答各種外界的刺激，更加高效而且協(xié)調(diào)地進行轉(zhuǎn)錄。因為，這類轉(zhuǎn)錄因子對轉(zhuǎn)錄起始復合物的組裝及轉(zhuǎn)錄速率施加影響，并決定某一基因是否表達，所以又可稱其為轉(zhuǎn)錄激活因子。目前五十五頁\總數(shù)七十八頁\編于六點轉(zhuǎn)錄激活因子在真核生物基因的表達調(diào)控中占有十分重要的地位，絕大多數(shù)轉(zhuǎn)錄激活因子都可與基因的調(diào)控序列結(jié)合，屬于DNA結(jié)合蛋白。

轉(zhuǎn)錄因子多種多樣：可識別上游啟動子元件，或與更遠的增強子結(jié)合，通過直接或借助其他蛋白質(zhì)的接觸來激活前體起始復合物的形成；有些轉(zhuǎn)錄因子，如p300/CBP可以修飾組蛋白，部分影響核小體的定位，而非影響前體起始復合物的組裝；還有一些轉(zhuǎn)錄因子的作用是使DNA彎曲成一定的形狀，使其它轉(zhuǎn)錄因子相互接觸…；還有一些轉(zhuǎn)錄因子并無DNA結(jié)合活性，只是通過與蛋白質(zhì)之間接觸的方式與前起始復合物作用激活轉(zhuǎn)錄。目前五十六頁\總數(shù)七十八頁\編于六點（2）真核生物啟動子真核生物有3類RNA聚合酶，分別識別三種不同類型的啟動子，它們在結(jié)構(gòu)上各有特點。①RNA聚合酶I識別的啟動子結(jié)構(gòu)：RNA聚合酶I（RNApolI），只轉(zhuǎn)錄rRNA一種基因，包括5.8S、18S和28SrRNA。目前五十七頁\總數(shù)七十八頁\編于六點目前五十八頁\總數(shù)七十八頁\編于六點②RNA聚合酶Ⅲ識別的啟動子的結(jié)構(gòu)RNAPolⅢ基因的產(chǎn)物為一些分子量較小的細胞質(zhì)RNA（cytoplasmicRNA，scRNA）、tRNA、5SrRNA、7SLRNA(參與細胞內(nèi)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移)、U6RNA(轉(zhuǎn)錄后加工)等。RNAPolⅢ基因的啟動子很特殊，既有上游啟動子也有下游啟動子。下游啟動子位于它們轉(zhuǎn)錄的基因編碼序列內(nèi)，通常核心啟動子在＋50bp－＋100bp之間，由2個分開的框序列組成，Abox和Cbox，或Abox和Bbox。因此，RNAPolⅢ基因的啟動子有三種類型：Ⅰ型基因內(nèi)啟動子、Ⅱ型基因內(nèi)啟動子和Ⅲ型基因外啟動子。目前五十九頁\總數(shù)七十八頁\編于六點Ⅰ型基因內(nèi)啟動子：是5SrRNA基因所具有的啟動子，不含TATA框，轉(zhuǎn)錄控制區(qū)（核心啟動子）位于+50至+80的區(qū)段，由boxA和boxC組成。這類啟動子需要TFⅢA,TFⅢB和TFⅢC的結(jié)合來定位RNA聚合酶。Ⅱ型基因內(nèi)啟動子：是tRNA基因的啟動子，無TATA框，由Abox和Bbox構(gòu)成基因的不連續(xù)啟動子。Abox位于＋10bp至＋20bp;Bbox位于＋50bp至＋65bp。只需要TFⅢB和TFⅢC的結(jié)合來定位RNA聚合酶。Ⅲ型基因外啟動子：是某些scRNA、U6RNA和7SLRNA基因的啟動子，屬上游啟動子，它由TATA框、PSE（proximalsequenceelement，近端順序元件）和Oct元件等3個上游元件組成。TATA框可能決定聚合酶類型的特異性，PSE和Oct元件的存在可以大大增加轉(zhuǎn)錄效率。目前六十頁\總數(shù)七十八頁\編于六點③RNA聚合酶Ⅱ識別的啟動子結(jié)構(gòu)RNA聚合酶Ⅱ（RNApolⅡ）主要負責蛋白質(zhì)基因（結(jié)構(gòu)基因）和部分核內(nèi)小RNA(smallnuclearRNA，snRNA)的轉(zhuǎn)錄，其識別的啟動子位于轉(zhuǎn)錄起始點的上游，結(jié)構(gòu)最為復雜。RNApolⅡ識別的啟動子由

核心啟動子（corepromoter）或基本啟動子（basalpromoter）上游啟動子元件（upstreampromoterelement，UPE）組成。目前六十一頁\總數(shù)七十八頁\編于六點核心啟動子是指在體外測定到的由RNApolⅡ進行精確轉(zhuǎn)錄起始所要求的最低限度的一套DNA序列元件。一個典型的核心啟動子與起始位點緊密靠近，長約80個核苷酸左右，從轉(zhuǎn)錄起點向上游（－40）或下游（＋40）延伸。

RNApolⅡ核心啟動子由4種元件組成：TATA框（TATAelement或TATAbox）TBⅡB識別序列（TBⅡBrecognitionelement,BRE）起始子（initiator,InR）下游啟動子元件（downstreampromoterelement,DPE）目前六十二頁\總數(shù)七十八頁\編于六點起始子一般由Py2CAPy5構(gòu)成，位于－2至+4之間，可能提供RNApolⅡ的識別。只包含InR的啟動子是能被RNApolⅡ識別的最簡單形式DPE對于含InR但不含TATA框的啟動子的活性十分重要，但對含TATA框的啟動子卻無作用。TATA框的作用是選擇正確的起始位點，保證精確起始并產(chǎn)生基礎水平的轉(zhuǎn)錄，當某些基因缺少TATA框時可由InR來替代這一作用。TBⅡB識別序列位于－32至－37bp之間，作用是介導RNApolⅡ的結(jié)合，影響轉(zhuǎn)錄起始點的選擇；目前六十三頁\總數(shù)七十八頁\編于六點（3）真核生物RNA的合成特點真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄在細胞核內(nèi)進行轉(zhuǎn)錄完成后需要運送到核外，因此壽命較長真核生物一個mRNA分子一般只含有一個基因，單順反子mRNA真核生物RNA合成后的加工目前六十四頁\總數(shù)七十八頁\編于六點原核生物與真核生物RNA轉(zhuǎn)錄的區(qū)別1.真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄是在細胞核內(nèi)，翻譯在細胞質(zhì)中進行；

原核生物則在核區(qū)同時進行轉(zhuǎn)錄和翻譯；2.真核生物一個mRNA只編碼一個基因；

原核生物一個mRNA編碼多個基因；3.真核生物有RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等三種不同的酶；

原核生物則只有一種RNA聚合酶；4.真核生物中轉(zhuǎn)錄的起始更復雜，RNA的合成需要轉(zhuǎn)錄因子

的協(xié)助進行轉(zhuǎn)錄；原核生物則較為簡單；5.真核生物的mRNA轉(zhuǎn)錄后進行加工，然后運送到細胞質(zhì)中進行翻譯；原核生物無需進行加工，邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。目前六十五頁\總數(shù)七十八頁\編于六點3.5遺傳密碼與蛋白質(zhì)合成3.5.1遺傳密碼的性質(zhì)

遺傳密碼（geneticcode）是聯(lián)系mRNA的堿基序列和蛋白質(zhì)氨基酸序列的橋梁。①遺傳密碼是三聯(lián)體密碼（tripletcode），1個密碼子由3個核苷酸組成，它特異編碼多肽鏈中的1個氨基酸。目前六十六頁\總數(shù)七十八頁\編于六點②遺傳密碼無逗號密碼與密碼之間沒有任何不編碼的核苷酸，閱讀mRNA時是連續(xù)的。③遺傳密碼不重疊遺傳密碼不重疊是指一個蛋白質(zhì)中為氨基酸編碼的密碼子上的3個核苷酸只參與編碼1個氨基酸，在多核苷酸鏈上任何兩個相鄰的密碼子不共用任何核苷酸，核苷酸本身不重疊使用。④遺傳密碼具有通用性在所有的生物中，密碼子字典幾乎是通用的，既適用于原核生物，也適用于多數(shù)真核生物。⑤遺傳密碼具有簡并性（degeneracy），61種有義密碼子決定20種氨基酸，必然同一個氨基酸有多個密碼子。實際上除AUG（Met）和UGG（Trp）以外，每個氨基酸都有一個以上的密碼子，這種現(xiàn)象稱為密碼的簡并。⑥有起始密碼子和終止密碼子目前六十七頁\總數(shù)七十八頁\編于六點3.5.2tRNA與遺傳密碼（1）反密碼子中的“擺動”（wobble）問題在蛋白質(zhì)的合成過程中，tRNA的反密碼子在核糖體內(nèi)是通過堿基的反向配對與mRNA上的密碼子相互作用的。1996年，Crick根據(jù)立體化學原理提出擺動假說（wobblehypothesis），解釋了反密碼子中某些稀有成分（如Ⅰ）的配對，以及許多氨基酸有2個以上密碼子問題。根據(jù)擺動假說，在密碼子與反密碼子的配對中，前兩個嚴格遵守堿基配對原則，第三對堿基有一定的自由度，可以“擺動”，因而使某些tRNA可以識別1個以上的密碼子。目前六十八頁\總數(shù)七十八頁\編于六點1.反密碼子第一位是C或A時，只能識別一種密碼子反密碼子（3’）X-Y-C（5’）（3’）X-Y-A（5’）密碼子（5’）Y-X-G（3’）（5’）Y-X-U（3’）2.反密碼子第一位是U或G時，可分別識別兩種密碼子反密碼子（3’）X-Y-U（5’）（3’）X-Y-G（5’）密碼子（5’）Y-X-A/G（3’）（5’）Y-X-C/U（3’）3.反密碼子第一位是Ⅰ時，可分別識別3種密碼子反密碼子（3’）X-Y-Ⅰ（5’）密碼子（5’）Y-X-A/U/C（3’）目前六十九頁\總數(shù)七十八頁\編于六點（2）tRNA的種類起始tRNA和延伸tRNA能特異識別mRNA模板上起始密碼子的tRNA叫起始tRNA,其他tRNA統(tǒng)稱為延伸tRNA。原核起始tRNA攜帶甲酰甲硫氨酸（fMet）真核起始tRNA攜帶甲硫氨酸（Met）原核生物中Met-tRNAfMet必須首先甲?；蒮Met-tRNA才能參與蛋白質(zhì)的生成。目前七十頁\總數(shù)七十八頁\編于六點同功tRNA由于一種氨基酸可能有多個密碼子，為了識別也就有多個tRNA，即多個tRNA代表同一種氨基酸，我們將幾個代表相同氨基酸的tRNA稱為同工tRNA。在一個同工tRNA組內(nèi)，所有tRNA均專一于相同的氨酰－tRNA合成酶