現(xiàn)代分子生物學(xué)課件

疾病與人類健康現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為，疾病的發(fā)生直接或間接與基因有關(guān)人類疾病都是：“基因病”經(jīng)典單基因病多基因病獲得性基因病經(jīng)典單基因?。褐饕∫蚴悄硞€基因位點上產(chǎn)生了缺陷等位基因，如：地中海貧血、白化病多基因病：涉及多個基因及調(diào)控這些基因表達(dá)的環(huán)境因子之間的相互作用，如：高血壓、糖尿病獲得性基因?。褐饕怯刹≡次⑸锔腥疽鸬膫魅静。绺窝?、艾滋病腫瘤與癌癥人免疫缺損病毒——HIV乙型肝炎病毒——HBVContents第一節(jié)腫瘤與癌癥內(nèi)容提要：癌基因(oncogene)反轉(zhuǎn)錄病毒致癌基因細(xì)胞轉(zhuǎn)化基因抑癌基因(tumorsuppressorgene)

一、癌基因癌基因的分類病毒癌基因：(virusoncogene,v-onc)DNA病毒、RNA病毒（反轉(zhuǎn)錄病毒）細(xì)胞轉(zhuǎn)化基因：(cellular-oncogene,c-onc)

(一)反轉(zhuǎn)錄病毒致癌基因（P294）Rous于1911年首先發(fā)現(xiàn)雞肉瘤病毒（后稱勞斯肉瘤病毒RSV），研究證明它是一種反轉(zhuǎn)錄病毒，在接種給雞后誘發(fā)肉瘤1966年，85歲的勞斯獲得諾貝爾獎。1、反轉(zhuǎn)錄病毒顆粒結(jié)構(gòu)

調(diào)節(jié)和啟動轉(zhuǎn)錄

LTR

gag

pol

env

src

LTR

長末端重復(fù)序列癌基因正常的病毒基因產(chǎn)生病毒表面糖蛋白產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)錄酶和整合酶

產(chǎn)生病毒垮膜蛋白2、反轉(zhuǎn)錄病毒基因組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生p60src蛋白質(zhì)，磷酸化蛋白。靶蛋白磷酸化（P295）3、反轉(zhuǎn)錄病毒的復(fù)制LTRLTRGAGPOLENVLTRLTRGAGPOLENVONC4、反轉(zhuǎn)錄病毒癌基因（v-onc)的起源（P296）目錄斷裂基因完整的沒有斷裂的可讀框

(二)細(xì)胞轉(zhuǎn)化基因

細(xì)胞轉(zhuǎn)化基因?qū)嵸|(zhì)上就是由一類原癌基因突變而來。當(dāng)原癌基因在某些外界因素（如放射線、化學(xué)致癌物等）的作用下，發(fā)生數(shù)量和結(jié)構(gòu)上的微細(xì)變化，形成了致癌性的細(xì)胞轉(zhuǎn)化基因，從而使正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)胞。

原癌基因是細(xì)胞內(nèi)與細(xì)胞增殖相關(guān)的正常基因，是維持機(jī)體正常生命活動所必須的，在進(jìn)化上高等保守。

當(dāng)原癌基因的結(jié)構(gòu)或調(diào)控區(qū)發(fā)生變異，基因產(chǎn)物增多或活性增強(qiáng)時，使細(xì)胞過度增殖，從而形成腫瘤。

1、原癌基因原癌基因的特點:廣泛存在于生物界中；基因序列高度保守；作用通過其產(chǎn)物蛋白質(zhì)來體現(xiàn)；

正常情況下表達(dá)水平很低;被激活后，形成致癌性的細(xì)胞轉(zhuǎn)化基因。原癌基因的分類：根據(jù)原癌基因產(chǎn)物在細(xì)胞中的位置，可分為：●與膜結(jié)合的蛋白，如src基因產(chǎn)物；●可溶性蛋白，如mos基因產(chǎn)物；●核蛋白，如myc基因產(chǎn)物。根據(jù)原癌基因表達(dá)產(chǎn)物的功能，可分為：●蛋白激酶類，如Src家族（酪氨酸蛋白激酶類）●生長因子類●生長因子受體類●GTP結(jié)合蛋白類，如Ras家族●核蛋白類（DNA結(jié)合蛋白），如Myc家族●未知功能類原癌基因：單拷貝、正常情況下低水平表達(dá)或根本不表達(dá)癌基因？？當(dāng)原癌基因的結(jié)構(gòu)或調(diào)控區(qū)發(fā)生變異，基因產(chǎn)物增多或活性增強(qiáng)時，使細(xì)胞過度增殖，從而形成腫瘤。堿基缺失或單堿基突變基因擴(kuò)增染色體重排蛋白質(zhì)活性大大提高蛋白質(zhì)未變化，但總量大大提高增強(qiáng)子功能使癌基因高效表達(dá)與強(qiáng)啟動子基因相融合，提高癌基因表達(dá)效率

原癌基因2、原癌基因的激活機(jī)制（P302）（1）點突變（2）LTR（longterminalrepeat)插入強(qiáng)啟動子（3）基因重排（rearrange)（4）缺失（Deletion）oncogene(-)cancer一些原癌基因5’上游存在負(fù)調(diào)控序列，該序列的缺失或突變，則喪失抑制癌基因表達(dá)的能力。Brukitt淋巴瘤中c-myc因負(fù)調(diào)控序列缺失或LTR插入而增強(qiáng)表達(dá)。（5）基因擴(kuò)增

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)未變化，但總量大大提高基因擴(kuò)增

原癌基因使每個細(xì)胞中基因拷貝數(shù)增加，從而直接增加可用的轉(zhuǎn)錄模板數(shù)以增加基因表達(dá)。3、基因互作與癌基因表達(dá)（1）染色體構(gòu)象對原癌基因表達(dá)的影響基因表達(dá)不僅取決于基因本身及其相鄰區(qū)域的一級結(jié)構(gòu)，也取決于其空間構(gòu)象，即基因在染色體上的空間排列和染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)兩個基因相距太近時，往往不易形成有利于高效轉(zhuǎn)錄的空間結(jié)構(gòu)?；蝾I(lǐng)域：基因與基因之間的間隔距離基因領(lǐng)域效應(yīng)：同一DNA鏈上兩個具有相同轉(zhuǎn)錄方向的基因間隔小于一定長度時，影響有效轉(zhuǎn)錄所必需的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成，從而使這兩個基因中的一個或兩個均不能轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄活性顯著降低。0.3kb-5kb，最佳間隔距離與兩個基因的總長度成正相關(guān)。（2）原癌基因終產(chǎn)物對基因表達(dá)的調(diào)控某種原癌基因產(chǎn)物對另一種原癌基因表達(dá)的調(diào)控作用；某種原癌基因產(chǎn)物對自身表達(dá)的反饋調(diào)控作用癌基因產(chǎn)物通過介質(zhì)傳遞生長刺激信號的部位有3處：①癌基因產(chǎn)物本身模擬了生長因子，因而與相應(yīng)的受體作用，以自分泌的方式刺激細(xì)胞生長；②癌基因產(chǎn)物模擬了已結(jié)合配體的生長因子受體，從而在無外源生長因子時提供了促進(jìn)細(xì)胞分裂的信號；③癌基因產(chǎn)物作用于細(xì)胞內(nèi)生長控制途徑，解除此途徑對外源刺激信號的需求。（3）抑癌基因產(chǎn)物對原癌基因的調(diào)控

（4）外源信號對原癌基因表達(dá)的影響第一節(jié)腫瘤與癌癥內(nèi)容提要：癌基因(oncogene)反轉(zhuǎn)錄病毒致癌基因細(xì)胞轉(zhuǎn)化基因抑癌基因(tumorsuppressorgene)

二、抑癌基因抑癌基因(tumorsuppressorgene)

/隱性癌基因：是一種抑制細(xì)胞生長和腫瘤形成的基因。如：Rb抑癌基因、抑癌基因p53抑癌基因與原癌基因在生物學(xué)上有以下幾點差異：①在功能上，抑癌基因起負(fù)調(diào)控作用，而原癌基因起正調(diào)控作用；②在遺傳方式上，原癌基因是顯性的，而抑癌基因在細(xì)胞水平上是隱性的，③在突變發(fā)生的細(xì)胞類型上，抑癌基因突變可以發(fā)生在體細(xì)胞中，也可能發(fā)生在生殖細(xì)胞中并通過生殖細(xì)胞得到遺傳。原癌基因突變只發(fā)生在體細(xì)胞中。癌癥的多階段發(fā)生學(xué)說(multi-stage)腫瘤與癌癥人免疫缺損病毒——HIV乙型肝炎病毒——HBVContents第二節(jié)人免疫缺損病毒——HIVHIV病毒粒子的形態(tài)結(jié)構(gòu)HIV基因組及其編碼的蛋白HIV的復(fù)制P24CapsidproteinP18Matrixprotein一、HIV病毒粒子的形態(tài)結(jié)構(gòu)二、HIV基因組及其編碼的蛋白編碼病毒的核心蛋白編碼反轉(zhuǎn)錄酶、整合酶和蛋白酶編碼外膜蛋白TATandREVareessentialforHIVreplication

GAGgene-p55p17:innersurfacep24:nucleocapsidp9:nucleocapsidassociatedwithRNAPolymerase(reversetranscriptase)2.Integrase3.Protease(cutspolyproteins)

POLgeneMembrane:hostderivedTwoglycoproteins:gp160gp120andgp41gp41isfusogenthatspansthemembranegp120gp41ENVGenecoding三、HIV的復(fù)制TheLifeCycleofHIV1.Virusdestroysthecellasaresultofbudding腫瘤與癌癥人免疫缺損病毒——HIV乙型肝炎病毒——HBVContents第三節(jié)乙型肝炎病毒——HBV

一、HBV基因組結(jié)構(gòu)雙鏈部分環(huán)狀結(jié)構(gòu)：兩鏈長短不一短鏈和長鏈的5′端通過240bp配對維持環(huán)狀結(jié)構(gòu)長鏈(L)完整、恒定，3.2Kb，負(fù)鏈短鏈(S)為正鏈，長度可變，約為長鏈長度的50～80%兩條鏈互補(bǔ)區(qū)兩惻各有一個11個堿基的直接重復(fù)序列，稱DR1和DR2二、HBV的復(fù)制dsDNA,不是通過半保留復(fù)制方式復(fù)制染色體與DNA

染色體

DNA的結(jié)構(gòu)

DNA的復(fù)制

DNA的修復(fù)

DNA的轉(zhuǎn)座一、染色體（Chromosome)

內(nèi)容提要：細(xì)胞周期染色體與染色質(zhì)染色體的結(jié)構(gòu)和組成（原核生物、真核生物）核小體原核生物和真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點比較

（一）細(xì)胞周期（二）染色體與染色質(zhì)染色體（chromosome）是細(xì)胞在有絲分裂時遺傳物質(zhì)存在的特定形式，是間期細(xì)胞染色質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密包裝的結(jié)果。真核生物的染色體在細(xì)胞生活周期的大部分時間里都是以染色質(zhì)(chromatin)的形式存在的。染色質(zhì)是一種纖維狀結(jié)構(gòu)，叫做染色質(zhì)絲，它是由最基本的單位—核小體(nucleosome)成串排列而成的。（三）染色體的結(jié)構(gòu)和組成原核生物(prokaryote)

{組蛋白：H1H2AH2BH3H4非組蛋白}核小體{DNA蛋白質(zhì)染色體真核生物染色體的組成組蛋白的一般特性：■進(jìn)化上的保守性保守程度：H1H2A、H2BH3、H41、組蛋白上海生化所分子遺傳學(xué)1998年試題：在真核生物核內(nèi)。五種組蛋白（H1H2AH2BH3和H4）在進(jìn)化過程中，H4極為保守，H2A最不保守（）■無組織特異性■肽鏈氨基酸分布的不對稱性■H5組蛋白的特殊性：富含賴氨酸（24%）■組蛋白的可修飾性簡述真核生物染色體上組蛋白的種類，組蛋白修飾的種類及其生物學(xué)意義中國科學(xué)院2003年碩士研究生入學(xué)《生物化學(xué)與分子生物學(xué)》試題

在細(xì)胞周期特定時間可發(fā)生甲基化、乙酰化、磷酸化和ADP核糖基化等。H3、H4修飾作用較普遍，H2B有乙?；饔谩1有磷酸化作用。所有這些修飾作用都有一個共同的特點，即降低組蛋白所攜帶的正電荷。這些組蛋白修飾的意義：一是改變?nèi)旧w的結(jié)構(gòu)，直接影響轉(zhuǎn)錄活性；二是核小體表面發(fā)生改變，使其他調(diào)控蛋白易于和染色質(zhì)相互接觸，從而間接影響轉(zhuǎn)錄活性。組蛋白的可修飾性1)DNA的變性和復(fù)性

■變性（Denaturation)

DNA雙鏈的氫鍵斷裂，最后完全變成單鏈的過程稱為變性。

■增色效應(yīng)(Hyperchromaticeffect)在變性過程中，260nm紫外線吸收值先緩慢上升，當(dāng)達(dá)到某一溫度時驟然上升，稱為增色效應(yīng)。2、DNA■融解溫度（MeltingtemperatureTm)變性過程紫外線吸收值增加的中點稱為融解溫度。生理條件下為85-95℃影響因素：G+C含量，pH值，離子強(qiáng)度，尿素，甲跣胺等■復(fù)性（Renaturation)熱變性的DNA緩慢冷卻，單鏈恢復(fù)成雙鏈?！鰷p色效應(yīng)（Hypochromaticeffect)

隨著DNA的復(fù)性，260nm紫外線吸收值降低的現(xiàn)象。

2)C值反常現(xiàn)象（C-valueparadox)C值是一種生物的單倍體基因組DNA的總量。

真核細(xì)胞基因組的最大特點是它含有大量的重復(fù)序列，而且功能DNA序列大多被不編碼蛋白質(zhì)的非功能DNA所隔開，這就是著名的“C值反常現(xiàn)象”。

C值矛盾簡述DNA的C值以及C值矛盾（CValueparadox）.中科院上海生化所98年上海第二軍醫(yī)大：C值矛盾（四）核小體(nucleosome)Nucleosome、chromosome、genome中科院2002年碩士學(xué)位研究生入學(xué)分子遺傳學(xué)試題1、定義：用于包裝染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位，是由DNA鏈纏繞一個組蛋白核構(gòu)成的。

2、核小體的結(jié)構(gòu)核心顆粒、連接區(qū)DNA中國科學(xué)院上海生化與細(xì)胞所2002年招收碩士研究生分子遺傳學(xué)入學(xué)考試：簡述真核細(xì)胞內(nèi)核小體與核小體核心顆粒的結(jié)構(gòu)。

3、染色體的包裝—超螺旋結(jié)構(gòu)6.8:140:11000:18000:1DNAdoublehelixNucleosome(10nmfiber)30nmFiberLoopsILoopsIIchromosome上海第二軍醫(yī)大碩士研究生入學(xué)考試試題：基因組的特點（真核、原核比較）（五）原核生物和真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點比較

●基因組很小，大多只有一條染色體●

結(jié)構(gòu)簡煉●存在轉(zhuǎn)錄單元(trnascriptionaloperon)

多順反子(polycistron)X174D-E-J-F-G-HmRNA蛋白J、F、GHDEE.coli色氨酸操縱子9個順反子9個酶(第六章)1、原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點

●有重疊基因（Sanger發(fā)現(xiàn)）基因內(nèi)基因部分重疊基因一個堿基重疊2、真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點●真核基因組結(jié)構(gòu)龐大

3×109bp、染色質(zhì)、核膜●單順反子●基因不連續(xù)性斷裂基因（interruptedgene）、內(nèi)含子(intron)、外顯子(exon)●非編碼區(qū)較多多于編碼序列(9:1)●含有大量重復(fù)序列■不重復(fù)序列/單一序列：在基因組中有一個或幾個拷貝。真核生物的大多數(shù)基因在單倍體中都是單拷貝的。如：蛋清蛋白、血紅蛋白等功能：主要是編碼蛋白質(zhì)。

■中度重復(fù)序列：在基因組中的拷貝數(shù)為101~104。如：rRNA、tRNA

一般是不編碼蛋白質(zhì)的序列，在調(diào)控基因表達(dá)中起重要作用

根據(jù)DNA復(fù)性動力學(xué)研究，DNA序列可以分成哪幾種類型？并加以舉例說明。(2001年上海生化所）■高度重復(fù)序列：拷貝數(shù)達(dá)到幾百個到幾百萬個。

●衛(wèi)星DNA：A?T含量很高的簡單高度重復(fù)序列。第二章染色體與DNA

染色體

DNA的結(jié)構(gòu)

DNA的復(fù)制

DNA的修復(fù)

DNA的轉(zhuǎn)座二、DNA的結(jié)構(gòu)1）

概念指4種脫氧核苷酸的連接及其排列順序，DNA序列是這一概念的簡稱。堿基序列1、DNA的一級結(jié)構(gòu)2）特征：●雙鏈反向平行配對而成●脫氧核糖和磷酸交替連接，構(gòu)成DNA骨架，堿基排在內(nèi)側(cè)●內(nèi)側(cè)堿基通過氫鍵互補(bǔ)形成堿基對（A：T，C：G）。3）DNA結(jié)構(gòu)的表示法2、DNA的二級結(jié)構(gòu)1）定義：指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所產(chǎn)生的雙螺旋結(jié)構(gòu)。

繞DNA雙螺旋表面上出現(xiàn)的螺旋槽（溝），寬的溝稱為大溝，窄溝稱為小溝。大溝，小溝都、是由于堿基對堆積和糖-磷酸骨架扭轉(zhuǎn)造成的。

DNA雙螺旋模型是哪年由誰提出的?簡述其基本內(nèi)容.為什么說該模型的提出是分子生物學(xué)發(fā)展史上的里程碑,具有劃時代的貢獻(xiàn)?

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院2003生物化學(xué)（碩士）2）分類：右手螺旋：A-DNA，B-DNA左手螺旋：Z-DNAABZABZ3、DNA的高級結(jié)構(gòu)1）定義：指DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤繞所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。是一種比雙螺旋更高層次的空間構(gòu)象。2）主要形式：超螺旋結(jié)構(gòu)（正超螺旋和負(fù)超螺旋）線狀DNA形成的超螺旋環(huán)狀DNA形成的超螺旋拓?fù)洚悩?gòu)酶or溴化乙錠拓?fù)洚悩?gòu)酶or溴化乙錠DNA扭曲與雙螺旋相同（擰緊）DNA扭曲與雙螺旋相反（松開）負(fù)超螺旋松弛DNA正超螺旋第二章染色體與DNA

染色體

DNA的結(jié)構(gòu)

DNA的復(fù)制

DNA的修復(fù)

DNA的轉(zhuǎn)座三、DNA的復(fù)制內(nèi)容提要：●DNA的半保留復(fù)制●與DNA復(fù)制有關(guān)的物質(zhì)●DNA的復(fù)制過程（大腸桿菌為例）●DNA復(fù)制的其它方式●真核生物中DNA的復(fù)制特點1、定義：由親代DNA生成子代DNA時，每個新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式稱半保留復(fù)制。（一）DNA的半保留復(fù)制（semi-conservativereplication）Semi-conservativeConservativeDispersive中國科學(xué)院上海生化與細(xì)胞所2002年招收碩士研究生分子遺傳學(xué)入學(xué)考試：請設(shè)計一個實驗來證明DNA復(fù)制是以半保留方式進(jìn)行的（8分）。2、實驗證據(jù)（1958Meselson和Stahl）：

MatthewMesselsonFranklinStahl“Heavy”DNA“Hybrid”

DNA“l(fā)ight”DNA“Hybrid”DNA3、DNA半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：

DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性，保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代。

（二）與DNA復(fù)制有關(guān)的物質(zhì)1、原料：四種脫氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP、dTTP)2、模板：以DNA的兩條鏈為模板鏈，合成子代DNA3、引物：DNA的合成需要一段RNA鏈作為引物4、引物合成酶（引發(fā)酶）：此酶以DNA為模板合成一段RNA,這段RNA作為合成DNA的引物（Primer)。實質(zhì)是以DNA為模板的RNA聚合酶。5、DNA聚合酶:以DNA為模板的DNA合成酶●以四種脫氧核苷酸三磷酸為底物●反應(yīng)需要有模板的指導(dǎo)●反應(yīng)需要有3

-OH存在●DNA鏈的合成方向為5

3

性質(zhì)聚合酶Ⅰ聚合酶Ⅱ聚合酶Ⅲ3'5'外切活性+++5'3'外切活性+--5'3'聚合活性+中+很低+很高新生鏈合成--+主要是對DNA損傷的修復(fù)；以及在DNA復(fù)制時切除RNA引物并填補(bǔ)其留下的空隙。修復(fù)紫外光引起的DNA損傷DNA復(fù)制的主要聚合酶，還具有3’-5‘外切酶的校對功能，提高DNA復(fù)制的保真性原核生物中的DNA聚合酶(大腸桿菌）

α

β

γ

δ

ε定位細(xì)胞核細(xì)胞核線粒體細(xì)胞核細(xì)胞核3‘-5’外切--+++酶活性功能引物合成修復(fù)作用線粒體DNA的復(fù)制核DNA的復(fù)制？真核生物中的DNA聚合酶

6、DNA連接酶（1967年發(fā)現(xiàn)）：若雙鏈DNA中一條鏈有切口，一端是3’-OH，另一端是5‘-磷酸基，連接酶可催化這兩端形成磷酸二酯鍵，而使切口連接。但是它不能將兩條游離的DNA單鏈連接起來

DNA連接酶在DNA復(fù)制、損傷修復(fù)、重組等過程中起重要作用3‘5‘3‘5‘OHP7、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶(DNATopisomerase)：拓?fù)洚悩?gòu)酶?：使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接，作用是松解負(fù)超螺旋。主要集中在活性轉(zhuǎn)錄區(qū)，同轉(zhuǎn)錄有關(guān)。

例：大腸桿菌中的ε蛋白拓?fù)洚悩?gòu)酶Π：該酶能暫時性地切斷和重新連接雙鏈DNA，作用是將負(fù)超螺旋引入DNA分子。同復(fù)制有關(guān)。例：大腸桿菌中的DNA旋轉(zhuǎn)酶上海生化所1998年分子遺傳學(xué)試題：拓?fù)洚悩?gòu)酶8、DNA解螺旋酶/解鏈酶（DNAhelicase)

通過水解ATP獲得能量來解開雙鏈DNA。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶I、II、III。rep蛋白沿3’

5’移動，而解螺旋酶I、II、III沿5’

3’移動。9、單鏈結(jié)合蛋白(SSBP-single-strandbindingprotein)：穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復(fù)性和保護(hù)單鏈不被核酸酶降解。（三）DNA的復(fù)制過程（大腸桿菌為例）雙鏈的解開

RNA引物的合成

DNA鏈的延伸切除RNA引物，填補(bǔ)缺口，連接相鄰的DNA片段1、雙鏈的解開

DNA的復(fù)制有特定的起始位點，叫做復(fù)制原點。ori(或o）、富含A、T的區(qū)段?；靖拍睿?/p>

上海生化所1998年分子遺傳學(xué)試題：真核生物復(fù)制起始點的特征包括（）A富含GC區(qū)B富含AT區(qū)CZDNAD無明顯特征

從復(fù)制原點到終點，組成一個復(fù)制單位，叫復(fù)制子復(fù)制時，解鏈酶等先將DNA的一段雙鏈解開，形成復(fù)制點，這個復(fù)制點的形狀象一個叉子，故稱為復(fù)制叉復(fù)制叉復(fù)制叉復(fù)制方向和速度：

單起點、雙向等速多起點、雙向等速雙鏈解開、復(fù)制起始大約20個DnaA蛋白在ATP的作用下與oriC處的4個9bp保守序列相結(jié)合在HU蛋白和ATP的共同作用下,Dna復(fù)制起始復(fù)合物使3個13bp直接重復(fù)序列變性,形成開鏈解鏈酶六體分別與單鏈DNA相結(jié)合(需DnaC幫助),進(jìn)一步解開DNA雙鏈2、RNA引物的合成DnaB蛋白活化引物合成酶，引發(fā)RNA引物的合成。引物長度約為幾個至10個核苷酸，基因組DNA復(fù)制時，先導(dǎo)鏈的引物是DNA，后隨鏈的引物是RNA(-)

2002年上海生化與細(xì)胞所DNA的半不連續(xù)復(fù)制（semi-discontinuousreplication)DNA復(fù)制時其中一條子鏈的合成是連續(xù)的，而另一條子鏈的合成是不連續(xù)的，故稱半不連續(xù)復(fù)制。在DNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向一致并連續(xù)合成的鏈為前導(dǎo)鏈；合成方向與復(fù)制叉移動的方向相反，形成許多不連續(xù)的片段，最后再連成一條完整的DNA鏈為滯后鏈。3、DNA鏈的延伸在DNA復(fù)制過程中，前導(dǎo)鏈能連續(xù)合成，而滯后鏈只能是斷續(xù)的合成5

3

的多個短片段，這些不連續(xù)的小片段稱為岡崎片段。華中科技大學(xué)2004年生物化學(xué)與分子生物學(xué)碩士研究生入學(xué)試題名詞解釋：岡崎片段（3分）武漢大學(xué)2003年碩士研究生入學(xué)分子生物學(xué)試題：Replicon、

semi-conservativereplication

華中科技大學(xué)2004年生物化學(xué)與分子生物學(xué)碩士研究生入學(xué)試題原核DNA合成酶中（）的主要功能是合成前導(dǎo)鏈和岡崎片段A、DNA聚合酶ⅠB、DNA聚合酶ⅡC、DNA聚合酶ⅢD、引物酶4、切除RNA引物，填補(bǔ)缺口，連接相鄰的DNA片段（復(fù)制終止）在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填補(bǔ)上；在DNA連接酶作用下，連接相鄰的DNA鏈雙鏈環(huán)狀、θ型復(fù)制、雙向等速（四）DNA復(fù)制的其它方式滾環(huán)型：單向復(fù)制的特殊方式如：ΦΧ174的雙鏈環(huán)狀DNA復(fù)制型（RF）（1）模板鏈和新合成的鏈分開;（2）不需RNA引物，在正鏈3‘－OH上延伸（3）只有一個復(fù)制叉;

D環(huán)復(fù)制單向復(fù)制的特殊方式如：動物線粒體DNA（五）真核生物中DNA的復(fù)制特點1、真核生物每條染色體上有多個復(fù)制起點，多復(fù)制子2、真核生物染色體在全部復(fù)制完之前,各個起始點不再重新開始DNA復(fù)制；而在快速生長的原核生物中，復(fù)制起點可以連續(xù)開始新的復(fù)制(多復(fù)制叉)。真核生物快速生長時，往往采用更多的復(fù)制起點。3、真核生物有多種DNA聚合酶。第二章染色體與DNA

染色體

DNA的結(jié)構(gòu)

DNA的復(fù)制

DNA的修復(fù)

DNA的轉(zhuǎn)座四、DNA的修復(fù)DNA修復(fù)系統(tǒng)功能錯配修復(fù)恢復(fù)錯配堿基切除修復(fù)切除突變的堿基核甘酸切除修復(fù)修復(fù)被破壞的DNADNA直接修復(fù)修復(fù)嘧啶二體或甲基化DNA

扼要說明細(xì)胞中DNA修復(fù)系統(tǒng)有哪幾種（8分）中國科學(xué)院2002年碩士學(xué)位研究生入學(xué)分子遺傳學(xué)試題1、錯配修復(fù)●Dam甲基化酶使母鏈位于5’GATC序列中腺甘酸甲基化●甲基化緊隨在DNA復(fù)制之后進(jìn)行●根據(jù)復(fù)制叉上DNA甲基化程度，切除尚未甲基化的子鏈上的錯配堿基

根據(jù)母鏈甲基化原則找出錯配堿基的示意圖發(fā)現(xiàn)錯配堿基在水解ATP的作用下，MutS，MutL與堿基錯配點的DNA雙鏈結(jié)合MutS-MutL在DNA雙鏈上移動，發(fā)現(xiàn)甲基化DNA后由MutH切開非甲基化的子鏈

甲基化指導(dǎo)的錯配修復(fù)示意圖錯配堿基位于切口3’下游端，錯配堿基位于切口5’上游端，2、堿基切除修復(fù)一些堿基在自發(fā)或悠變下會發(fā)生脫酰胺，然后改變配對性質(zhì)，造成氨基轉(zhuǎn)換突變腺嘌呤變?yōu)榇吸S嘌呤與胞嘧啶配對鳥嘌呤變?yōu)辄S嘌呤與胞嘧啶配對胞嘧啶變?yōu)槟蜞奏づc腺嘌呤配對胞嘧啶去氨基生成尿嘧啶如果復(fù)制發(fā)生就會產(chǎn)生一個突變.糖甘水解酶識別改變了的堿基，把堿基從N-β-糖苷鍵處切下來，在DNA鏈上形成去嘌呤或去嘧啶位點，統(tǒng)稱為AP位點。由AP磷酸內(nèi)切酶將受損核甘酸的糖甘-磷酸鍵切開。DNA連接酶連接利用DNA聚合酶I切除損傷部位，補(bǔ)上核苷酸3、核苷酸切除修復(fù)1）通過特異的核酸內(nèi)切酶識別損傷部位2）由酶的復(fù)合物在損傷的兩邊切除幾個核苷酸3）DNA聚合酶以母鏈為模板復(fù)制合成新子鏈4）DNA連接酶將切口補(bǔ)平識別損傷部位損傷的兩邊切除幾個核苷酸DNA聚合酶以母鏈為模板復(fù)制合成新子鏈DNA連接酶將切口補(bǔ)平4、DNA的直接修復(fù)在DNA光解酶的作用下將環(huán)丁烷胸腺嘧啶二體和6-4光化物還原成為單體甲基轉(zhuǎn)移酶使O6-甲基鳥嘌呤脫甲基生成鳥嘌呤，防止G-T配對

上海生化所1998年分子遺傳學(xué)試題：DNA修復(fù)系統(tǒng)的作用是保證DNA序列不發(fā)生任何變化（）第二章染色體與DNA

染色體

DNA的結(jié)構(gòu)

DNA的復(fù)制

DNA的修復(fù)

DNA的轉(zhuǎn)座五、DNA的轉(zhuǎn)座（一）基本概念：DNA的轉(zhuǎn)座：由可移位因子介導(dǎo)的遺傳物質(zhì)重排現(xiàn)象。轉(zhuǎn)座子（transposon）：存在與染色體DNA上可自主復(fù)制和位移的基本單位。（二）轉(zhuǎn)座子的類型和結(jié)構(gòu)特征原核生物轉(zhuǎn)座子的類型：1、插入序列(insertionalsequence,IS)2、復(fù)合轉(zhuǎn)座子(compositetransposon)3、TnA家族1、插入序列(IS)IS是最簡單的轉(zhuǎn)座子，不含有任何宿主基因，它們是細(xì)菌染色體或質(zhì)粒DNA的正常組成部分。

λ：：IS1復(fù)合轉(zhuǎn)座子是一類帶有某些抗藥性基因（或其他宿主基因）的轉(zhuǎn)座子，其兩翼往往是兩個相同或高度同源的IS序列2、復(fù)合轉(zhuǎn)座子(compositetransposon)(三）轉(zhuǎn)座作用的機(jī)制復(fù)制性轉(zhuǎn)座子非復(fù)制性轉(zhuǎn)座子上海生化所1998年分子遺傳學(xué)試題：轉(zhuǎn)座過程通常是指DNA中的一段特殊序列（轉(zhuǎn)座元）在轉(zhuǎn)座酶以及其它蛋白因子的作用下，從DNA分子中的一個位置被搬移到另一位置或另一DNA分子中（）

Tn10轉(zhuǎn)座到一個新的DNA靶點時，在靶點兩側(cè)形成倒轉(zhuǎn)重復(fù)序列。(-)2002年上海生化與細(xì)胞所華中科技大學(xué)2004年生物化學(xué)與分子生物學(xué)碩士研究生入學(xué)試題利用自己的位點專一重組酶把自己從寄主基因組中的一個地方移到另一個地方的遺傳元件叫（）A、啟動子B、轉(zhuǎn)座子C、T-DNAD、順反子中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所1996年碩士研究生分子遺傳學(xué)入學(xué)試題轉(zhuǎn)座子（transposon）反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（retrotransposon）反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（retrotransposon）：指通過RNA為中介，反轉(zhuǎn)錄成DNA后進(jìn)行轉(zhuǎn)座的可動元件。反轉(zhuǎn)錄病毒整合入宿主DNA中的分子機(jī)制，其本質(zhì)是轉(zhuǎn)座

復(fù)習(xí)題1、證明DNA是遺傳物質(zhì)的兩個關(guān)鍵性實驗是：肺炎鏈球菌在老鼠體內(nèi)的毒性和T2噬菌體感染大腸桿菌。這兩個實驗中主要的論點證據(jù)是：（）(a)從被感染的生物體內(nèi)重新分離得到DNA，作為疾病的致病劑(b)DNA突變導(dǎo)致毒性喪失(c)生物體吸收的外源DNA（而并非蛋白質(zhì)）改變了其遺傳潛能(d)DNA是不能在生物體間轉(zhuǎn)移的，因此它一定是一種非常保守的分子2、1953年Watson和Crick提出：（）（a）多核苷酸DNA鏈通過氫鍵連接成一個雙螺旋（b）DNA的復(fù)制是半保留的，常常形成親本—子代雙螺旋雜合鏈（c）三個連續(xù)的核苷酸代表一個遺傳密碼（d）遺傳物質(zhì)通常是DNA而非RNA3、下列哪一種蛋白不是組蛋白的成分（）(a)

H1(b)

H2A、H2B(c)

H3、H4(d)

H54、DNA的變性：（）（a）包括雙螺旋的解旋（b）可以由低溫產(chǎn)生（c）是可逆的（d）是磷酸二酯鍵的斷裂（e）包括氫鍵的斷裂5、DNA的二級結(jié)構(gòu)指：（）；（a）是指4種核苷酸的連接及其排列順序，表示了該DNA分子的化學(xué)構(gòu)成；（b）是指DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤繞所形成的特定空間結(jié)構(gòu)；（c）是指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所生成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。6、在原核生物復(fù)制子中以下哪種酶除去RNA引發(fā)體并加入脫氧核糖核甘酸：(A)DNA聚合酶Ⅲ（B）DNA聚合酶Ⅱ（C）DNA聚合酶Ⅰ(D)外切核酸酶MFl7、DNA復(fù)制時不需要以下哪種酶？（）。（A）DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶（B）RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶（C）拓?fù)洚悩?gòu)酶（D）連接酶8、DNA復(fù)制的特點（）。A.半不連續(xù)復(fù)制B.半保留復(fù)制C.都是等點開始、兩條鏈均連續(xù)復(fù)制D.有DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶參加9、DNA復(fù)制時在前導(dǎo)鏈上DNA沿5’-3’方向合成，在滯后鏈上則沿3’-5’方向合成。（）10、DNA的復(fù)制需要DNA聚合酶和RNA聚合酶（）11、核小體是由H2A、H2B、H3、H4各兩個分子生成的（）和由大約200bpDNA組成的。八聚體在中間，DNA分子盤繞在外，而（）則在核小體的外面?；虻谋磉_(dá)與調(diào)控(上)

——原核基因表達(dá)調(diào)控模式Contents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控第一節(jié)基因表達(dá)調(diào)控的基本概念一、基因表達(dá)的概念geneexpression

：基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程。對這個過程的調(diào)節(jié)就稱為generegulation

。rRNA、tRNA編碼基因轉(zhuǎn)錄合成RNA的過程也屬于基因表達(dá)

組成性表達(dá)(constitutiveexpression)適應(yīng)性表達(dá)(adaptiveexpression）二、基因表達(dá)的方式

1、組成性表達(dá)：

指不大受環(huán)境變動而變化的一類基因表達(dá)。某些基因在一個個體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，通常被稱為管家基因(housekeepinggene)。2、適應(yīng)性表達(dá)指環(huán)境的變化容易使其表達(dá)水平變動的一類基因表達(dá)。應(yīng)環(huán)境條件變化基因表達(dá)水平增高的現(xiàn)象稱為誘導(dǎo)(induction)，這類基因被稱為可誘導(dǎo)的基因(induciblegene)；相反，隨環(huán)境條件變化而基因表達(dá)水平降低的現(xiàn)象稱為阻遏(repression)，相應(yīng)的基因被稱為可阻遏的基因(repressiblegene)。

三、基因表達(dá)的規(guī)律

——時間性和空間性1、時間特異性（temporalspecificity）按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的時間特異性。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時間特異性又稱階段特異性(stagespecificity)。

2、空間特異性(spatialspecificity)基因表達(dá)伴隨時間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱細(xì)胞或組織特異性(cellortissuespecificity)。在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的空間特異性。四、基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義

適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖（原核、真核）

維持個體發(fā)育與分化（真核）Contents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控第二節(jié)原核基因調(diào)控機(jī)制內(nèi)容提要：原核基因表達(dá)調(diào)控環(huán)節(jié)操縱子學(xué)說原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控的其他形式

一、原核基因表達(dá)調(diào)控環(huán)節(jié)1、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控（transcriptionalregulation）2、轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控（post-transcriptionalregulation）①

mRNA加工成熟水平上的調(diào)控②

翻譯水平上的調(diào)控二、操縱子學(xué)說1、操縱子模型的提出1961年，Monod和Jacob提出獲1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎JacobandMonod2、操縱子的定義操縱子：是基因表達(dá)的協(xié)調(diào)單位，由啟動子、操縱基因及其所控制的一組功能上相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因所組成。操縱基因受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的控制。

1、根據(jù)操縱子對調(diào)節(jié)蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）的應(yīng)答，可分為：正轉(zhuǎn)錄調(diào)控

負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控

三、原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白激活蛋白正轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控正轉(zhuǎn)錄調(diào)控如果在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因是關(guān)閉的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因活性就被開啟，這樣的調(diào)控正轉(zhuǎn)錄調(diào)控。調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白激活蛋白正轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因是表達(dá)的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因表達(dá)活性便被關(guān)閉，這樣的調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控。可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)（P196）：指一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來關(guān)閉的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，即在某些物質(zhì)的誘導(dǎo)下使基因活化。例：大腸桿菌的乳糖操縱子分解代謝蛋白的基因2、根據(jù)操縱子對某些能調(diào)節(jié)它們的小分子的應(yīng)答，可分為可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)和可阻遏調(diào)節(jié)兩大類：調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白誘導(dǎo)物mRNA酶蛋白酶合成的誘導(dǎo)操縱子模型誘導(dǎo)物如果某種物質(zhì)能夠促使細(xì)菌產(chǎn)生酶來分解它，這種物質(zhì)就是誘導(dǎo)物。可阻遏調(diào)節(jié)（P197）：基因平時是開啟的，處在產(chǎn)生蛋白質(zhì)或酶的工作過程中，由于一些特殊代謝物或化合物的積累而將其關(guān)閉，阻遏了基因的表達(dá)。例：色氨酸操縱子合成代謝蛋白的基因酶合成的阻遏操縱子模型調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因mRNA酶蛋白調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因輔阻遏物輻阻遏物如果某種物質(zhì)能夠阻止細(xì)菌產(chǎn)生合成這種物質(zhì)的酶，這種物質(zhì)就是輔阻遏物。3、在負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白（repressor），起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。根據(jù)其作用特征又可分為負(fù)控誘導(dǎo)和負(fù)控阻遏：在負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應(yīng)物（誘導(dǎo)物）結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄；在負(fù)控阻遏系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應(yīng)物（輔阻遏物）結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。4、在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白（activator）。根據(jù)激活蛋白的作用性質(zhì)分為正控誘導(dǎo)和正控阻遏在正控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子（誘導(dǎo)物）的存在使激活蛋白處于活性狀態(tài)；在正控阻遏系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子（輔阻遏物）的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)。四、轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控的其他形式1、σ因子的更換

在E.coli中,當(dāng)細(xì)胞從基本的轉(zhuǎn)錄機(jī)制轉(zhuǎn)入各種特定基因表達(dá)時，需要不同的因子指導(dǎo)RNA聚合酶與各種啟動子結(jié)合。大腸桿菌中的各種σ因子比較σ因子編碼基因主要功能σ70rpoD參與對數(shù)生長期和大多數(shù)碳代謝過程基因的調(diào)控σ54rpoN參與多數(shù)氮源利用基因的調(diào)控σ38rpoH分裂間期特異基因的表達(dá)調(diào)控σ32rpoS熱休克基因的表達(dá)調(diào)控σ28rpoF鞭毛趨化相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控σ24rpoE過度熱休克基因的表達(dá)調(diào)控溫度較高,誘導(dǎo)產(chǎn)生各種熱休克蛋白由σ32參與構(gòu)成的RNA聚合酶與熱休克應(yīng)答基因啟動子結(jié)合,誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的熱休克蛋白,適應(yīng)環(huán)境需要枯草芽孢桿菌芽孢形成有序的σ因子的替換,RNA聚合酶識別不同基因的啟動子,使芽孢形成有關(guān)的基因有序地表達(dá)2、降解物對基因活性的調(diào)節(jié)3、弱化子對基因活性的影響Contents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控第三節(jié)乳糖操縱子(lacoperon)內(nèi)容提要：乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)酶的誘導(dǎo)——lac體系受調(diào)控的證據(jù)乳糖操縱子調(diào)控模型影響因子Lac操縱子中的其他問題一、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)Z編碼β-半乳糖苷酶：將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖Y編碼β-半乳糖苷透過酶：使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）能透過大腸桿菌細(xì)胞壁和原生質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。A編碼β-半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶：乙酰輔酶A上的乙?；D(zhuǎn)到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。二、酶的誘導(dǎo)——lac體系受調(diào)控的證據(jù)安慰誘導(dǎo)物：

如果某種物質(zhì)能夠促使細(xì)菌產(chǎn)生酶而本身又不被分解，這種物質(zhì)被稱為安慰誘導(dǎo)物，如IPTG（異丙基-β

–D-硫代半乳糖苷）。三、乳糖操縱子調(diào)控模型主要內(nèi)容：①Z、Y、A基因的產(chǎn)物由同一條多順反子的mRNA分子所編碼

②這個mRNA分子的啟動子緊接著O區(qū)，而位于I與O之間的啟動子區(qū)（P），不能單獨起動合成β-半乳糖苷酶和透過酶的生理過程。③操縱基因是DNA上的一小段序列（僅為26bp），是阻遏物的結(jié)合位點。RNA聚合酶結(jié)合部位阻遏物結(jié)合部位操縱位點的回文序列

④當(dāng)阻遏物與操縱基因結(jié)合時，lacmRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制。

⑤誘導(dǎo)物通過與阻遏物結(jié)合，改變它的三維構(gòu)象，使之不能與操縱基因結(jié)合，從而激發(fā)lacmRNA的合成。當(dāng)有誘導(dǎo)物存在時，操縱基因區(qū)沒有被阻遏物占據(jù)，所以啟動子能夠順利起始mRNA的合成。組成型突變：lacOc

組成型突變：

lacI-不可誘導(dǎo)突變（超阻遏）：四、影響因子1、lac操縱子的本底水平表達(dá)有兩個矛盾是操縱子理論所不能解釋的：①誘導(dǎo)物需要穿過細(xì)胞膜才能與阻遏物結(jié)合，而轉(zhuǎn)運誘導(dǎo)物需要透過酶，后者的合成有需要誘導(dǎo)。解釋：一些誘導(dǎo)物可以在透過酶不存在時進(jìn)入細(xì)胞？一些透過酶可以在沒有誘導(dǎo)物的情況下合成？√②真正的誘導(dǎo)物是異構(gòu)乳糖而非乳糖，前者是在β-半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有β-半乳糖甘酶的預(yù)先存在。解釋：本底水平的組成型合成：非誘導(dǎo)狀態(tài)下有少量的lacmRNA合成。2、大腸桿菌對乳糖的反應(yīng)培養(yǎng)基：甘油

按照lac操縱子本底水平的表達(dá)，每個細(xì)胞內(nèi)有幾個分子的β-半乳糖苷酶和β-半乳糖苷透過酶；培養(yǎng)基：加入乳糖少量乳糖透過酶進(jìn)入細(xì)胞β-半乳糖苷酶異構(gòu)乳糖誘導(dǎo)物誘導(dǎo)lacmRNA的生物合成大量乳糖進(jìn)入細(xì)胞多數(shù)被降解為葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）異構(gòu)乳糖乳糖誘導(dǎo)物的加入和去除對lacmRNA的影響3、阻遏物lacI基因產(chǎn)物及功能Lac操縱子阻遏物mRNA是由弱啟動子控制下組成型合成的，每個細(xì)胞中有5-10個阻遏物分子。當(dāng)I基因由弱啟動子突變成強(qiáng)啟動子，細(xì)胞內(nèi)就不可能產(chǎn)生足夠的誘導(dǎo)物來克服阻遏狀態(tài)，整個lac操縱子在這些突變體中就不可誘導(dǎo)。4、葡萄糖對lac操縱子的影響如果將葡萄糖和乳糖同時加入培養(yǎng)基中，lac操縱子處于阻遏狀態(tài)，不能被誘導(dǎo)；一旦耗盡外源葡萄糖，乳糖就會誘導(dǎo)lac操縱子表達(dá)分解乳糖所需的三種酶。代謝物阻遏效應(yīng)5、cAMP與代謝物激活蛋白代謝物激活蛋白（CAP）/環(huán)腺甘酸受體蛋白（CRP）

ZYAOPDNA調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點啟動序列操縱序列結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基轉(zhuǎn)移酶cAMP—CAP復(fù)合物ATP腺甘酸環(huán)化酶cAMP（環(huán)腺甘酸）

大腸桿菌中：無葡萄糖，cAMP濃度高；

有葡萄糖，cAMP濃度低++++轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時促進(jìn)轉(zhuǎn)錄有葡萄糖，cAMP濃度低時不促進(jìn)轉(zhuǎn)錄ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP的正調(diào)控當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。cAMP—CAP復(fù)合物與啟動子區(qū)的結(jié)合是轉(zhuǎn)錄起始所必需的。協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)葡萄糖對lac操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏(catabolicrepression)。

單純?nèi)樘谴嬖跁r，細(xì)菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時，細(xì)菌首先利用葡萄糖。TheLacOperon:

WhenGlucoseIsPresentButNotLactoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveComeon,letmethroughNowayJose!CAPTheLacOperon:

WhenLactoseIsPresentButNotGlucoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXThislactosehasbentmeoutofshapeCAPcAMPCAPcAMPBindtomePolymeraseRNAPol.RNAPol.Yipee…!TheLacOperon:

WhenNeitherLactoseNorGlucoseIsPresentRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingCAPcAMPCAPcAMPCAPcAMPBindtomePolymeraseRNAPol.RepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveRepressorSTOPRighttherePolymeraseAlright,I’mofftotheraces...Comeon,letmethrough!五、Lac操縱子中的其他問題1、A基因及其生理功能半乳糖甘分子（IPTG）β-半乳糖甘酶分解產(chǎn)物（體內(nèi)積累）β-半乳糖甘乙?；D(zhuǎn)移酶半乳糖甘分子（IPTG）乙酰基2、lac基因產(chǎn)物數(shù)量上的比較β-半乳糖苷酶：透過酶：乙?；D(zhuǎn)移酶=1：0.5：0.2翻譯水平上受到調(diào)節(jié)：（1）lacmRNA可能與翻譯過程中的核糖體相脫離，從而終止蛋白質(zhì)鏈的翻譯；（2）在lacmRNA分子內(nèi)部，A基因比Z基因更容易受內(nèi)切酶作用發(fā)生降解。3、操縱子的融合與基因工程POZYAtsxPOpur結(jié)構(gòu)基因缺失lacoperonpuroperonContents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控第四節(jié)色氨酸操縱子（trpoperon）內(nèi)容提要：色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)色氨酸操縱子的阻遏系統(tǒng)色氨酸操縱子的弱化機(jī)制一、色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)

調(diào)控基因結(jié)構(gòu)基因

催化分枝酸轉(zhuǎn)變?yōu)樯彼?/p>

的酶

trpRtrp特點:(1)trpR和trpABCDE不連鎖；

(2)操縱基因在啟動子內(nèi)

(3)有衰減子(attenuator)/弱化子(4)啟動子和結(jié)構(gòu)基因不直接相連，二者被前導(dǎo)序列(Leader)所隔開二、trp操縱子的阻遏系統(tǒng)低Trp時：阻遏物不結(jié)合操縱基因;高Trp時：阻遏物+Trp結(jié)合操縱基因三、trp操縱子的弱化機(jī)制衰減子（attenuator）/弱化子前導(dǎo)序列（leadersequence）1、弱化子：DNA中可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄過早終止的一段核甘酸序列（123-150區(qū)）。123~150

研究引起終止的mRNA堿基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)mRNA通過自我配對可以形成莖-環(huán)結(jié)構(gòu)，有典型的終止子特點。2、前導(dǎo)序列：在trpmRNA5'端trpE基因的起始密碼前一個長162bp的mRNA片段。3、弱化機(jī)制

前導(dǎo)肽轉(zhuǎn)錄終止結(jié)構(gòu)細(xì)菌通過弱化作用彌補(bǔ)阻遏作用的不足，因為阻遏作用只能使轉(zhuǎn)錄不起始，對于已經(jīng)起始的轉(zhuǎn)錄，只能通過弱化作用使之中途停下來。阻遏作用的信號是細(xì)胞內(nèi)色氨酸的多少；弱化作用的信號則是細(xì)胞內(nèi)載有色氨酸的tRNA的多少。它通過前導(dǎo)肽的翻譯來控制轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行，在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)這兩種作用相輔相成，體現(xiàn)著生物體內(nèi)周密的調(diào)控作用。什么是操縱子（operon)?試說明色氨酸操縱子（Trpoperon)在原核基因表達(dá)調(diào)控中的調(diào)控機(jī)制和重要作用。2003年武漢大學(xué)分子生物學(xué)試題Contents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控第五節(jié)其他操縱子一、半乳糖操縱子(galactoseoperon)異構(gòu)酶(galE)乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶(galT)

半乳糖激酶(galk)。gal操縱子的特點：①它有兩個啟動子，其mRNA可從兩個不同的起始點開始轉(zhuǎn)錄；②它有兩個O區(qū)，一個在P區(qū)上游，另一個在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部。二、阿拉伯糖操縱子（arabinoseoperon)araB基因、araA基因和araD,形成一個基因簇，簡寫為araBAD三個基因的表達(dá)受到ara操縱子中araC基因產(chǎn)物AraC蛋白的調(diào)控。

ara操縱子的調(diào)控有兩個特點：第一，araC表達(dá)受到AraC的自身調(diào)控。第二，AraC既是ara操縱子的正調(diào)節(jié)蛋白（需cAMP-CRP的共同參與，起始轉(zhuǎn)錄），又是其負(fù)調(diào)節(jié)蛋白。這種雙重功能是通過AraC蛋白的兩種異構(gòu)體來實現(xiàn)的（Pi和Pr)。三、阻遏蛋白LexA的降解與細(xì)菌中的SOS應(yīng)答SOS反應(yīng)的機(jī)理：由RecA蛋白和LexA阻遏物的相互作用引起的。LexA阻遏物：是SOSDNA修復(fù)系統(tǒng)所有基因的阻遏物RecA蛋白：是SOS反應(yīng)的最初的發(fā)動因子。在單鏈DNA和ATP存在時，RecA蛋白被激活，表現(xiàn)出水解酶活性，分解LexA阻遏物。當(dāng)RecA水解LexA阻遏物后，導(dǎo)致SOS體系（包括recA基因）高效表達(dá)，DNA得到修復(fù)Contents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控一、翻譯起始的調(diào)控

RBS（核糖體結(jié)合位點）：mRNA鏈上起始密碼子AUG上游的一段非翻譯區(qū)。RBS的結(jié)合強(qiáng)度取決于SD序列的結(jié)構(gòu)及其與起始密碼子AUG之間的距離。

SD-4-10（9）-AUG第六節(jié)轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控二、稀有密碼子對翻譯的影響dnaG(引物酶)RNA引物dnaG、rpoD和rpsU屬于大腸桿菌基因組上的同一個操縱子50個拷貝的dnaG蛋白、2800個拷貝的rpoD和40000個拷貝的rpsU幾種蛋白質(zhì)中異亮氨酸密碼子使用頻率比較蛋白質(zhì)AUU/%AUC%AUA%結(jié)構(gòu)蛋白37621σ亞基26740DnaG蛋白363232細(xì)胞內(nèi)對應(yīng)于稀有密碼子的tRNA較少，高頻率使用這些密碼子的基因翻譯過程容易受阻，影響了蛋白質(zhì)合成的總量。三、重疊基因?qū)Ψg的影響TrpB–谷氨酸-異亮氨酸-終止GAA--AUC--UGA

--UGG--AA

AUG--GAA

甲硫氨酸–

谷氨酸–trpAtrpE—蘇氨酸—苯丙氨酸—終止

ACU--UUC--UGA--UGG--CUAUG

AUG–GCU

甲硫氨酸--丙氨酸--trpD翻譯終止時核糖體立即處在起始環(huán)境中，這種重疊的密碼子保證了同一核糖體對兩個連續(xù)基因進(jìn)行翻譯的機(jī)制。1、關(guān)于管家基因敘述錯誤的是

(A)在生物個體的幾乎各生長階段持續(xù)表達(dá)

(B)在生物個體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)

(C)在生物個體全生命過程的幾乎所有細(xì)胞中表達(dá)

(D)在生物個體的某一生長階段持續(xù)表達(dá)

(E)在一個物種的幾乎所有個體中持續(xù)表達(dá)D2、一個操縱子（元）通常含有

(A)數(shù)個啟動序列和一個編碼基因

(B)一個啟動序列和數(shù)個編碼基因

(C)一個啟動序列和一個編碼基因

(D)兩個啟動序列和數(shù)個編碼基因

(E)數(shù)個啟動序列和數(shù)個編碼基因B3、下列情況不屬于基因表達(dá)階段特異性的是，一個基因在

(A)分化的骨骼肌細(xì)胞表達(dá)，在未分化的心肌細(xì)胞不表達(dá)

(B)胚胎發(fā)育過程不表達(dá)，出生后表達(dá)

(C)胚胎發(fā)育過程表達(dá)，在出生后不表達(dá)

(D)分化的骨骼肌細(xì)胞表達(dá)，在未分化的骨骼肌細(xì)胞不表達(dá)

(E)分化的骨骼肌細(xì)胞不表達(dá)，在未分化的骨骼肌細(xì)胞表達(dá)A4、乳糖操縱子（元）的直接誘導(dǎo)劑是

(A)葡萄糖

(B)乳糖

(C)β一半乳糖苷酶

(D)透酶

(E)異構(gòu)乳糖E5、Lac阻遏蛋白結(jié)合乳糖操縱子（元）的

(A)CAP結(jié)合位點

(B)O序列

(C)P序列

(D)Z基因

(E)I基因B6、cAMP與CAP結(jié)合、CAP介導(dǎo)正性調(diào)節(jié)發(fā)生在

(A)葡萄糖及cAMP濃度極高時

(B)沒有葡萄糖及cAMP較低時

(C)沒有葡萄糖及cAMP較高時

(D)有葡萄糖及cAMP較低時

(E)有葡萄糖及CAMP較高時C7、Lac阻遏蛋白由

(A)Z基因編碼

(B)Y基因編碼

(C)A基因編碼

(D)I基因編碼

(E)以上都不是D8、色氨酸操縱子（元）調(diào)節(jié)過程涉及

(A)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)

(B)轉(zhuǎn)錄延長調(diào)節(jié)

(C)轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)

(D)翻譯水平調(diào)節(jié)

(E)轉(zhuǎn)錄／翻譯調(diào)節(jié)E(A)Lac阻遏蛋白

(B)RNA聚合酶

(C)環(huán)一磷酸腺苷

(D)CAP-cAMP

(E)異構(gòu)乳糖9、與O序列結(jié)合

10、與P序列結(jié)合

11、與CAP結(jié)合

12、與CAP位點結(jié)合

ABCD13、乳糖、阿拉伯糖、色氨酸等小分子物質(zhì)在基因表達(dá)調(diào)控中作用的共同特點是

A與啟動子結(jié)合

B與DNA結(jié)合影響模板活性

C與RNA聚合酶結(jié)合影響其活性

D與蛋白質(zhì)結(jié)合影響該蛋白質(zhì)結(jié)合DNAE與操縱基因結(jié)合D14、DNA損傷修復(fù)的SOS系統(tǒng)A是一種保真性很高的復(fù)制過程BLexA蛋白是一系列操縱子的阻遏物CRecA蛋白是一系列操縱子的阻遏物D它只能修復(fù)嘧啶二聚體B15、以下關(guān)于cAMP對原核基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控作用的敘述錯誤的是AcAMP可與分解代謝基因活化蛋白(CAP)結(jié)合成復(fù)合物BcAMP-CAP復(fù)合物結(jié)合在啟動子前方C葡萄糖充足時，cAMP水平不高D葡萄糖和乳糖并存時，細(xì)菌優(yōu)先利用乳糖E葡萄糖和乳糖并存時，細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄糖D21、Lac阻遏蛋白由_________基因編碼，結(jié)合_________序列對Lac操縱子（元）起阻遏作用。22、Trp操縱子的精細(xì)調(diào)節(jié)包括_________及_________兩種機(jī)制。IO阻遏機(jī)制弱化機(jī)制生物信息的傳遞（上）

——從DNA到RNA●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動子●轉(zhuǎn)錄的基本過程●轉(zhuǎn)錄后加工●原核生物與真核生物mRNA的特征比較●RNA合成與DNA合成異同點Contents一、基本概念生物體以DNA為模板合成RNA的過程。轉(zhuǎn)錄RNADNA

轉(zhuǎn)錄(transcription)：參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶其他蛋白質(zhì)因子RNA合成方向：5'3'轉(zhuǎn)錄的不對稱性：在RNA的合成中，DNA的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉(zhuǎn)錄的模板，稱為轉(zhuǎn)錄的不對稱性。編碼鏈與模板鏈與mRNA序列相同的那條DNA鏈稱為編碼鏈；將另一條根據(jù)堿基互補(bǔ)原則指導(dǎo)mRNA合成的DNA鏈稱為模板鏈。模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上轉(zhuǎn)錄方向5

3

3

5

模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈轉(zhuǎn)錄方向DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因。結(jié)構(gòu)基因：轉(zhuǎn)錄單元（transcriptionunit）一段從啟動子開始至終止子結(jié)束的DNA序列。●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動子●轉(zhuǎn)錄的基本過程●轉(zhuǎn)錄后加工●原核生物與真核生物mRNA的特征比較●RNA合成與DNA合成異同點Contents二、參與轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵酶與元件（一）RNA聚合酶●原核生物RNA聚合酶（大腸桿菌為例）全酶=核心酶+σ因子大腸桿菌RNA聚合酶的組成分析亞基基因相對分子量亞基數(shù)組分功能αrpoA365002核心酶核心酶組裝，啟動子識別βrpoB1510001核心酶β和β'共同形成RNA合成的活性中心β'rpoC1550001核心酶ω？110001核心酶？σrpoD700001σ因子存在多種σ因子，用于識別不同的啟動子●真核生物RNA聚合酶酶位置轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物相對活性對α-鵝膏蕈堿的敏感性RNA聚合酶Ⅰ核仁rRNA50-70%不敏感RNA聚合酶Ⅱ核質(zhì)hnRNA20-40%敏感RNA聚合酶Ⅲ核質(zhì)tRNA約10%存在物種特異性真核細(xì)胞的三種RNA聚合酶特征比較RNA聚合酶與DNA聚合酶的區(qū)別RNA聚合酶DNA聚合酶大小(M)大，4.8×105dol小，1.09×105dol引物無有產(chǎn)物較短，游離較長，與模板以氫鍵相連作用方式一條鏈的某一段兩條鏈同時進(jìn)行外切酶活性無5’3’，3’5’校對合成能力無有修復(fù)能力無有（二）啟動子(promoter)啟動子定義：指能被RNA聚合酶識別、結(jié)合并啟動基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。●原核生物啟動子結(jié)構(gòu)Pribnow41-44bp

TTGACA區(qū)：提供了RNA聚合酶全酶識別的信號TATA區(qū)：酶的緊密結(jié)合位點（富含AT堿基，利于雙鏈打開）編碼鏈AACTGTATATTA模板鏈TTGACATATAAT3’5’DNA轉(zhuǎn)錄起始點Probnow盒子啟動子

35

10

+1轉(zhuǎn)錄區(qū)5’3’RNA轉(zhuǎn)錄起點與新生RNA鏈第一個核甘酸相對應(yīng)DNA鏈上的堿基。大腸桿菌RNA聚合酶全酶所識別的啟動子區(qū)T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100典型啟動子的結(jié)構(gòu)

-35-10轉(zhuǎn)錄起點TTGACA16-19bpTATAAT5-9bp●真核生物啟動子真核有三種不同的啟動子和有關(guān)的元件啟動子Ⅱ最為復(fù)雜，它和原核的啟動子有很多不同真核生物啟動子的結(jié)構(gòu)核心啟動子（corepromoter）上游啟動子元件（upstreampromoterelement，UPE）1、核心啟動子●定義：指保證RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始位點及轉(zhuǎn)錄起始位點上游TATA區(qū)●作用：選擇正確的轉(zhuǎn)錄起始位點，保證精確起始TATA常在-25bp左右，相當(dāng)于原核的-10序列T85A97T93A85A63A83A502、上游啟動子元件●包括CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等●作用：控制轉(zhuǎn)錄起始頻率。CAAT：-70--80bpGGGCGG：-80--110bpSV40早期啟動子組蛋白H2B

TATACAATGC（三）轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物●原核生物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物

轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄復(fù)合體TBPTAFsTFIIATFIIBTFIIFPolIITFIIERNApolⅡ的轉(zhuǎn)錄起始●真核生物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物