DNA复制 DNA的复制机制 DNA的半保留复制 亲代DNA分子每一条链各自作为模板，合 成一条互补链，新合成的两条链中一条是旧链，一条为新链。 1958年Matthew Messelson and Franklin Stahl 用令人信服的实验证明了DNA的半保留复制机制 DNA复制的起点和方向 大肠杆菌复制有一个固定的起点，向两个方向进行 复制叉和复制眼 DNA复制的几种方式 形、滚环式、D型、线性染色体 DNA聚合酶 DNA聚合酶是DNA合成中起主要作用的酶，催化总反应 (dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + ppi DNA 延伸的DNA DNA聚合酶I (DNA Polymerase I、PolI) DNA聚合酶催化DNA合成的共同特点 DNA聚合酶I具有 5’ 3’聚合活性 3’ 5’外切酶活性(校阅作用 Proofreading) 5’ 3’外切酶活性

DNA复制模型

DNA半保留复制实验

切口平移 (Nick translation) DNA连接酶 (DNA Ligase) T4和E.coli DNA连接酶作用机制 忠实性 催化效率 DNA聚合酶的催化活性依赖于聚合酶的持续合成能(Processivity) 大肠杆菌中至少有三种DNA聚合酶 PolI、PolII、PolIII PolI为一条多肽链，经枯草杆菌蛋白酶水解分为大片段(Klenow片段)和小片段 PolIII是大肠杆菌中最重要的复制酶，由十种亚基组成，亚基决定了PolIII全酶的持续合成能力 多聚酶链式反应 (PCR) 切口平移 (Nick translation) DNA连接酶 (DNA Ligase) T4和E.coli DNA连接酶作用机制 引物和引发酶 引物通常是RNA寡核苷酸链而不是DNA。引物是由特殊的酶---引发酶 (Primase)合成的

DNA Ligase 的作用

拓扑异构酶 (Topoisomerase) TopoI型、TopoII型、Gyrase 解旋酶 (Helicase) 冈崎片段和DNA半不连续合成 复制叉上DNA合成的三种可能模型 前导链 (Leading Strand) 后随链 (Lagging Strand) 拓扑异构酶 (Topoisomerase) TopoI型、TopoII型、Gyrase 解旋酶 (Helicase) SSB蛋白(Single Strand Binding Protein) 大肠杆菌染色体复制的三个过程 起始 延伸 终止 起始 大肠杆菌复制起点核苷酸序列特征 DnaA蛋白是复制起始的关键蛋白 延伸 前导链合成 后随链合成 引发体（Primosome) RNA引物的去除 后随链模板的looping模型 终止 线性染色体的端粒(telomere)和端粒酶(telomerase)解决了线性染色体3’端短缺的问题

复制叉上DNA合成的三种模型

DNA复制叉上的蛋白质

复制叉的三维结构

RNA引物通过PolI5’3’外切酶活性除去

DNA复制时滞后链的模板成环模型

细菌复制叉上引发体的作用

线性染色体DNA端粒结构及端粒酶作用

Polymerase Chain Reaction (PCR) In April, 1983, Kary Mullis took a drive on a moonlit California mountain road and changed the course of molecular biology. During that drive, he conceived the Polymerase Chain Reaction (PCR). Born on December 28, 1944 Awarded the Nobel Prize Chemistry in 1993

Principle of PCR

Principle -- PCR components DNA template, which contains the region of the DNA fragment to be amplified One pair of primer, which determine the beginning and end of the region to be amplified DNA-Polymerase, which catalysis the region to be amplified dNTPs, from which the DNA-Polymerase builds the new DNA Buffer, which provides a suitable chemical environment for the DNA-Polymerase Mg2+ , activate the DNA-Polymerase

Principle--Procedure The PCR process consists of a series of twenty to thirty cycles. Three steps in one circle: Melting Annealing Elongation

Principle of PCR

Procedure Melting temperature & time 93℃ — 94℃ for 30s — 1 min; Higher T affect polymerase activity Annealing temperature & time 30℃— 60℃ for 30s — 1 min; Elongation temperature & time 70℃— 75℃ (common 72 ℃) for 1 — 2 min; Higher T affect primer / template complex Cycle Depend on the temple concentration; 30-40 cycles Incubation : reform the secondary structure

切口平移

DNA损伤修复 化学诱变因素 烷化剂、亚硝酸、嵌入剂 物理诱变因素 电离辐射(UV、X射线、射线) ； 链断裂、交联、环打开 紫外照射引起嘧啶二聚体的形成 修复机制 光复活(光复活酶) 切除修复 通过N-糖苷酶识别并切除错误碱基 uvrABC核酸酶 错配修复 重组修复 SOS修复 细胞修复系统缺损与癌症有一定关系 切除修复缺损 着色性干皮病(Xeroderma Pigmentosum Xp) 错配修复缺损 遗传性非息肉结肠癌(Hereditary Nonpolyposis Colorectal Cancer HPCC)

DNA的损伤与修复 一、DNA的损伤（突变） 由自发的或环境的因素引起DNA一级结构的任何异常的改变称为DNA的损伤，也称为突变（mutation）。 常见的DNA的损伤包括碱基脱落、碱基修饰、交联，链的断裂，重组等。

（一）引起突变的因素： 1．自发因素： (1)自发脱碱基：由于N-糖苷键的自发断裂，引起嘌呤或嘧啶碱基的脱落。每日可达近万个核苷酸残基。 (2)自发脱氨基：胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶，腺嘌呤自发脱氨基可生成次黄嘌呤。每日可达几十到几百个核苷酸残基。 (3)复制错配：由于复制时碱基配对错误引起的损伤，发生频率较低。

2．物理因素： 由紫外线、电离辐射、X射线等引起的DNA损伤。其中，X射线和电离辐射常常引起DNA链的断裂，而紫外线常常引起嘧啶二聚体的形成，如TT，TC，CC等二聚体。这些嘧啶二聚体由于形成了共价键连接的环丁烷结构，因而会引起复制障碍。

UV照射形成嘧啶二聚体

3．化学因素： (1)脱氨剂：如亚硝酸与亚硝酸盐，可加速C脱氨基生成U，A脱氨基生成I。

(2)烷基化剂：这是一类带有活性烷基的化合物，可提供甲基或其他烷基，引起碱基或磷酸基的烷基化，甚至可引起邻近碱基的交联。 (3)DNA加合剂：如苯并芘，在体内代谢后生成四羟苯并芘，与嘌呤共价结合引起损伤。 (4)碱基类似物：如5-FU，6-MP等，可掺入到DNA分子中引起损伤或突变。 (5)断链剂：如过氧化物，含巯基化合物等，可引起DNA链的断裂。

（二）DNA突变的类型：

碱基的转换

（三）DNA突变的效应： 1．同义突变：基因突变导致mRNA暗码子第三位碱基的改变但不引起暗码子意义的改变，其翻译产物中的氨基酸残基顺序不变，但有时可引起翻译效率降低。 2．误义突变：基因突变导致mRNA暗码子碱基被置换，其意义发生改变，翻译产物中的氨基酸残基顺序发生改变。 3．无义突变：基因突变导致mRNA暗码子碱基被置换而改变成终止暗码子，引起多肽链合成的终止。 4．移码突变：基因突变导致mRNA暗码子碱基被置换，引起突变点之后的氨基酸残基顺序全部发生改变。

二、DNA损伤的修复 DNA损伤的修复方式可分为直接修复和取代修复两大类。

（一）直接修复： 1．光复活： （light repairing）： 这是一种广泛存在的修复作用。光复活能够修复任何嘧啶二聚体的损伤。其修复过程为：光复活酶（photo-lyase)识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合物→在300～600nm可见光照射下，酶获得能量，将嘧啶二聚体的丁酰环打开，使之完全修复→光复活酶从DNA上解离。

光复活

2．转甲基作用： 在转甲基酶的催化下，将DNA上的被修饰的甲基去除。此时，转甲基酶自身被甲基化而失活。 3．直接连接： DNA断裂形成的缺口，可以在DNA连接酶的催化下，直接进行连接而封闭缺口。

（二）取代修复： 1．切除修复(excision repairing)： 这也是一种广泛存在的修复机制，可适用于多种DNA损伤的修复。该修复机制可以分别由两种不同的酶来发动，一种是核酸内切酶，另一种是DNA糖苷酶。

切除修复

2．重组修复(recombination repairing)： 这是DNA的复制过程中所采用的一种有差错的修复方式。

3．SOS修复： 这是一种在DNA分子受到较大范围损伤并且使复制受到抑制时出现的修复机制，以SOS借喻细胞处于危急状态。 DNA分子受到长片段高密度损伤，使DNA复制过程在损伤部位受到抑制。  损伤诱导一种特异性较低的新的DNA聚合酶，以及重组酶等的产生。  由这些特异性较低的酶继续催化损伤部位DNA的复制，复制完成后，保留许多错误的碱基，从而造成突变。

RNA合成和加工 由RNA聚合酶催化的反应 DNA是RNA合成的模板 NTP＋(NMP)n RNA聚合酶 (NMP)n+1 + PPi RNA 延伸的RNA DNA是RNA合成的模板 1961年S.Spiegelman用分子杂交方法证明了DNA与RNA之间的对应关系 原核生物中的转录 E.coli中由一种RNA聚合酶催化所有RNA的合成 E.coli的RNA聚合酶全酶由核心酶(2、、’、亚基)和亚基组成 E.coli中有多种不同亚基；亚基在决定RNA聚合酶起始转录中起关键作用 DNA两条链中有一条被转录为RNA(模板链与非模板链) E.coli的启动子(Promoter) DNA上与转录起始相关，RNA聚合酶与之专一结 合并起始转录的核苷酸顺序

-10区(Pribnow box) 5’ TATAAT 3’ 启动子上的两个保守顺序 -10区(Pribnow box) 5’ TATAAT 3’ -35区 5’ TTGACA 3’ 足迹法(Footprinting)提供了RNA聚合酶与启动子之间相互作用的信息并用于确定作用位点的核苷酸顺序 原核生物RNA合成的三个阶段: 起始、延伸、终止 起始: 不同亚基可以辨别不同的启动子，具有调控不同基因转录起始的作用， 以适应环境变化及生物生长发育不同阶段的需求。 RNA起始核苷酸是pppG或pppA 封闭复合物和开放复合物的形成 延伸: 核心酶负责RNA的延伸 RNA的延伸方向5’ 3’ 终止: 终止子结构 不需因子的终止 需因子的终止 原核生物RNA合成的抑制剂 利福霉素 放线菌素D

不对称转录： 就某一确定活化基因的转录，只能以DNA双链的一条链作为模板，这种现象称为不对称转录（asymmetric transcription）。 两重含义： 一是指双链DNA只有一股单链用作模板。 二是指同一单链上可以交错出现模板链和编码链。

转录模板 DNA双链在转录过程中只有一条链中的其中某一活化基因片段起作用，该链称模板链（template strand），又称有意义链或Watson链；与其互补的链称为编码链（coding strand），又称反义链或Crick链。 转录生成的RNA链与编码链的碱基序列相似，以U取代T

二、RNA聚合酶(DNA dependent RNA polymerase, DDRP, RNA-pol) 大肠杆菌（E.coli）RNA 聚合酶：4种亚基、、’、组成的五聚体蛋白质，分子量480 kD。 亚基 分子量 功能  36512 决定哪些基因被转录  150618 与转录全过程有关（催化） ’ 155613 结合DNA模板（开链）  70263 辨认起始点

全酶（holoenzyme）： 2’ ，即亚基 + 核心酶 亚基的功能是辨认转录起始点，转录起始阶段需要全酶 核心酶（core enzyme） ： 2’ 能催化NTP按模板的指引合成RNA，在转录延长全过程中均起作用

真核生物的RNA聚合酶 真核生物的RNA聚合酶 种类 I II III 转录产物 45s-rRNA hnRNA 5s-rRNA、tRNA、snRNA 对鹅膏蕈碱 耐受 极敏感 中度敏感 的反应

模板与酶的辨认结合 操纵子（operon）： 每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子。操纵子包括若干个结构基因及其上游的调控序列（原核生物）。调控序列中的启动子（promotor）是RNA聚合酶结合模板DNA的部位，也是控制转录的关键部位。 启动子（promotor）： 指RNA聚合酶识别、结合并开始转录的一段 DNA序列。原核生物启动子序列按功能的不同可分为三个部位，即起始部位、结合部位、识别部位。

起始部位： 识别部位： 指DNA分子上开始转录的作用位点，该位点有与转录生成RNA链的第一个核苷酸互补的碱基，该碱基的序号为+1。 RNA 聚合酶亚基的识别部位。 中心部位在–35bp处,该序列的碱基富含TTGACA。

结合部位： 是DNA分子上与RNA聚合酶的核心酶结合的部位，其长度为7bp，中心部位在–10bp处，碱基序列具有高度保守性，富含TATAAT序列，故称之为 TATA盒（TATA box），又称普里布诺序列（Pribnow box）。该序列中富含AT碱基，维持双链结合的氢键相对较弱，导致该处双链DNA易发生解链，有利于RNA聚合酶的结合。

顺式作用元件：真核生物编码基因两侧的DNA序列，可影响自身基因的表达活性，通常是非编码序列，包括启动子、增强子、沉默子 反式作用因子：与顺式作用元件结合而调控基因转录的蛋白质因子，常被称为转录调节因子或转录因子。 在反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子（transcription factor,TF）。研究地较深入，种类较多的是TF II。

RNA转录延伸期转录泡模型

转录终止 终止子：在模板DNA分子上所转录的RNA行将结束时，会出现带有终止信号的序列，称为终止子（terminator）。 大肠杆菌E.coli存在两类终止子 1.非依赖Rho的转录终止子 2.依赖Rho的转录终止子 终止因子：协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子为蛋白质，称为终止因子。

终止子结构

不依赖Rho因子的转录终止

依赖Rho因子的转录终止

RNA转录的抑制剂

真核生物RNA的合成与加工 真核生物RNA聚合酶 真核生物中有三种RNA聚合酶 (RNA聚合酶I、II、III),每一种RNA聚合酶转录不同的RNA产物并与专一的启动子结合 RNA聚合酶II识别的启动子 启动子的基本特征 称为转录因子的特殊蛋白质与启动子的相互作用 RNA聚合酶III识别的启动子在基因内 (爪蟾5s rRNA基因) 真核生物RNA前体加工 加帽 (Cap0、CapI、CapII三种帽子结构) 加尾 (AAUAAA是加尾信号) 甲基化 (m6A)

真核生物三种RNA聚合酶的比较

mRNA的转录后加工 加冒、加尾、剪接 5’-端帽的形成 mRNA的帽子结构（GpppmG—）是在5’-端形成的。转录产物第一个核苷酸往往是5’-三磷酸鸟苷pppG。 mRNA成熟过程中，先由磷酸酶把5’-pppG—水解，生成5’-ppG或5’-pG—。然后， 5’-端与另一三磷酸鸟苷（pppG）反应，生成三磷酸双鸟苷。在甲基化酶的作用下，第一或第二个鸟嘌呤碱基发生甲基化，形成帽子结构。

三种帽结构

帽子结构的功能： 帽子结构是前体mRNA在细胞核内的稳定因素，也是mRNA在细胞质内的稳定因素，没有帽子结构的转录产物很快被核酸酶水解。 帽子结构可以促进蛋白质生物合成起始复合物的生成，因此提高了翻译强度。

功能：1. mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式 3’-端尾巴的形成 真核生物的成熟的mRNA 3’-端通常都有100~200个腺苷酸残基，构成多聚腺苷酸（polyA）尾巴。 加尾过程是在核内进行的。加工过程先由核酸外切酶切去3’-末端一些过剩的核苷酸，然后由多聚腺苷酸酶催化，以ATP为底物，在mRNA 3’-末端逐个加入腺苷酸，形成poly尾。3’-末端切除信号是3’-端一段保守序列AAUAAA。 功能：1. mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式 2. 大大提高了mRNA在细胞质中的稳定性

外显子（exon): 结构基因中有表达活性的编码区。 mRNA的剪接 断裂基因（splite gene） 真核生物的结构基因，由若干个编码 区和非编码区相互隔开但又连续镶嵌而成，编码一个由连续氨基酸组成的完整蛋白质，因此称为断裂基因。 外显子（exon): 结构基因中有表达活性的编码区。 内含子（intron):结构基因中无表达活性的非编码区。

hnRNA （hetero-nuclear RNA, hnRNA） 核内出现的转录初级产物，分子量往往比在胞浆内出现的成熟mRNA大几倍，甚至数十倍，核内的初级mRNA称为杂化核RNA。 snRNA（small nuclear RNA, snRNA） 核内的小型RNA。碱基数在100~300bp范围。snRNA和核内的蛋白质组成核糖核酸蛋白体，称为并接体（splicesome），并接体结合在hnRNA的内含子区段，并把内含子弯曲使两端（ 5’ 和3’端相互靠近 ），利于剪接过程的进行。

真核生物基因是断裂基因(split gene) 内含子的剪接方式 GroupI型和II型内含子剪接 外显子(exon)与内含子(intron) 内含子的剪接方式 GroupI型和II型内含子剪接 1982年Cech等发现具有自我剪接功能的RNA(Ribozyme) GroupIII型内含子剪接 剪接需要称为SnRNP(Small nuclear Ribonucleoprotein)的作用；剪接在剪接体 (Spliceosome)中进行 GroupIV 剪接反应需要ATP和核酸内切酶 tRNA前体加工 不同剪接模式使单个基因产生不同功能的蛋白质 异常剪接引起疾病 (-地中海贫血)

tRNA的前体加工

tRNA转录后加工还包括各种稀有碱基的生成 甲基化：A→mA G→mG 还原反应：U→DHU 核苷内的转位反应：U→ 脱氨反应：A→I 3’-端加上CCA-OH

反转录 RNA指导的DNA聚合酶是反转录酶 反转录现象的发现是对中心法则的发展 某些反转录病毒引起癌症或AIDS

翻译（translation） 是指以新生的mRNA为模板，把核苷酸的三联体遗传密码翻译成氨基酸序列，合成多肽链的过程，是基因表达的最终目的。

参与蛋白质生物合成的物质 蛋白质生物合成体系 模板： mRNA 原料：20种编码氨基酸 氨基酸运载体：tRNA 场所：核蛋白体 蛋白质因子：起始因子（initiation factors, IF;eIF） 延长因子（elongation factors, EF） 释放因子（release factors, RF） 核蛋白体释放因子（ribosomal release factors, RRF）

mRNA是翻译的直接模板 mRNA从5’ → 3’方向，从起始密码到终止密码的序列，称为一个开放阅读框架。 开放阅读框架（open reading frame ,ORF） mRNA从5’ → 3’方向，从起始密码到终止密码的序列，称为一个开放阅读框架。 遗传密码（genetic codon） 开放阅读框架内每3个碱基组成的三联体，决定一个氨基酸，称为遗传密码。

遗传密码的特点 （一）遗传密码的连续性（commaless） （二）简并性（degeneracy） （三）摆动性（wobble） （四）通用性（universal）

UAA UGA UAG AUG

密码的摆动性 mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子相互辨认，大多数情况下是遵从碱基配对规律的。但也可出现不严格的配对，这种现象就是遗传密码的摆动性。tRNA分子上有相当多的稀有碱基，其中次黄嘌呤（insosine，I）常出现于反密码子第一位，是最常见的摆动现象。

核蛋白体是肽链合成的场所 核蛋白体由大、小亚基组成，每个亚基含有不同的蛋白质和rRNA，原核生物和真核生物又各有不同。 70S 80S

tRNA和氨基酰-tRNA （一）氨基酰-tRNA合成酶 tRNA携带并转运氨基酸，氨基酸的结合位点是tRNA3’-末端的-CCA-OH。氨基酸和tRNA在氨基酰-tRNA合成酶（ aminoacyl-tRNA synthetase）的催化下合成氨基酰-tRNA（aminoacyl-tRNA Aacyl-tRNA）。 氨基酸+ATP+tRNA 氨基酰-tRNA+AMP+ppi Mg2+ 氨基酰-tRNA合成酶 氨基酰-tRNA合成酶具有绝对专一性，对氨基酸、tRNA两种底物都能高度特异性地识别。

起始密码子AUG同时编码甲硫氨酸；原核生物的起始密码只能辨认甲酰化的甲硫氨酸， 即N-甲酰甲硫氨酸(fmet)

蛋白质的生物合成过程 翻译过程分为三个阶段 一、翻译的起始 二、翻译的延长 三、翻译的终止

一、翻译的起始 翻译起始是把带有甲硫氨酸（原核生物为甲酰甲硫氨酸）的起始tRNA连同mRNA结合到核蛋白体上，生成翻译起始复合物（translational initiation complex）。

原核生物起始复合物的生成 70S 1. 核蛋白体亚基的分离 2. mRNA在核蛋白体小亚基上就位 3. fmet-tRNA的结合 1. 核蛋白体亚基的分离 2. mRNA在核蛋白体小亚基上就位 3. fmet-tRNA的结合 70S 4. 核蛋白体大亚基结合

SD序列：大肠杆菌mRNA翻译起始子AUG的上游8~13个核苷酸之前有4~6个核苷酸 组成的富含嘌呤的序列。这一序列以AGGA为核心，称之为SD序列。该序列与30s小亚基上16srRNA 3’-端富含嘧啶序列结合，稳固了mRNA与小亚基的结合。因此又称为核蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS）。

met-tRNA与核蛋白体小亚基的结合 CBP-1,CBP-2 mRNA在核蛋白体小亚基上就位 80S 核蛋白体大亚基结合

原核生物和真核生物的翻译起始复合物生成比较 原核生物 真核生物 核蛋白体 70s 80s S-D序列 有 无 5’-帽结构 无 有 起始因子 少 多 起始复合物形成 mRNA先于 甲酰甲硫氨酰- tRNA结合于 小亚基 甲硫氨酰-tRNA先结合小亚基，然后mRNA借助CBP及其它起始因子结合于小亚基

起始因子IF和eIF eIF4E（CBP-1） eIF4F（CBP-2）

二、肽链的延长 翻译过程的肽链延长，也称为核蛋白体循环（ribosomal cycle） 延长过程所需的蛋白质因子称为延长因子（EF）：

每次核蛋白体循环可分为三步：进位（entrance）或注册（registration）、成肽（peptide bond formation）、转位（translocation）。每循环一次，肽链延长一个氨基酸，如此不断重复，直至肽链合成终止。

（一）进位 也称为注册，指氨基酰-tRNA根据遗传密码的指引，进入核蛋白体的A位。需EFT的协助。

（二）成肽 A、P位的氨基酸形成肽键 P位上fmet-tRNAimet所携带的甲酰甲硫氨酰转移到A位，与A位上的氨基酸形成肽键 transpeptidase P位上fmet-tRNAimet所携带的甲酰甲硫氨酰转移到A位，与A位上的氨基酸形成肽键 P位上无负载的tRNA脱落，P位空载 生成的二肽酰-tRNA在A位

（三）转位 由转位酶（translocase）催化，其活性存在于EF-G 原有带肽链的tRNA由A位转移至P位 核蛋白体 向mRNA的3’端 移动相当于一个密码子的距离，下一个密码子定位于A位，空着的A位等待接受下一个氨基酰-tRNA

…… 肽链延伸方向：N端 C端 EFT 转肽酶 转位酶（EFG） 第一个核蛋白体循环 P位为二肽 第二个循环 P位上为三肽 第三个循环

三、肽链合成的终止 2. RF-3激活核蛋白体上的转肽酶，水解使P位上肽与tRNA分离 1. 终止密码的辨认 当翻译至A位出现mRNA的终止密码时，因无氨基酰-tRNA与之对应，RF-1、 RF-2能识别终止密码，进入A位。 3. 在RR的作用下，tRNA，mRNA及RF均从核蛋白体脱落

翻译后加工 翻译后加工（post-translational processing） ：肽链从核蛋白体释放后，经过细胞内各种修饰处理，成为有活性的成熟蛋白质的过程。 高级结构的修饰：亚基聚合、辅基连接 一级结构的修饰：去除N-甲酰基或N-甲硫氨酸、个 别氨基酸的修饰、水解修饰 靶向输送

蛋白质合成后的靶向输运 蛋白质靶向运输（ protein targeting） 蛋白质合成后定向地到达其执行功能的目标地点。靶向输送是对分泌性蛋白质而言。 分泌性蛋白质（ secretory proteins ） 穿过合成所在的细胞到其它组织细胞去的蛋白质，可统称为分泌性蛋白质。例如各种肽类激素、各种血浆蛋白、凝血因子、抗体等。 分泌性蛋白质可穿过膜性结构（细胞膜、亚细胞结构膜）

信号肽（single peptide ）：未成熟分泌性蛋白质中可被细胞转运系统识别的特征性氨基酸序列,富含疏水性氨基酸。有碱性N-末端、疏水核心区和加工区三个区段。

信号假说（the signal hypothesis） 5 信号肽再沿通道折回时被膜上的信号肽酶切除，成熟的蛋白质被分泌到膜外 4 膜通道开放，信号肽带动合成的蛋白质沿通道穿过膜 2 SRP把核蛋白体带到膜内侧面 3 SRP与DP识别、结合 1 SRP识别信号肽 信号肽识别粒子（signal peptide recognization particles, SRP） 对接蛋白（docking protein, DP）

蛋白质的生物合成的干扰和抑制 抗生素（antibiotics） :能杀灭或抑制细菌的一类药物，抑制细菌代谢过程或基因信息传递特别是翻译过程。 最早的抗生素是在微生物中提取，目前也可按其抑制代谢及信息传递的原理设计和化学合成。

常用抗生素对翻译过程的作用位点 1.四环素（tetracyclin）族 2.氯霉素（chloromycetin） 3.链霉素（streptomycin） 卡那霉素（karamycin） 4.嘌呤酶素（puromycin） 5.放线菌酮（cycloheximide）

基因表达调控基本概念和原理 基因表达调控的基本概念 基因表达的方式 基因表达调控的基本原理 基因表达的时间性及空间性 基因表达调控的生物学意义

基因表达调控的基本概念 基因组(genome)：指含有一个生物体生存、发育、活动和繁殖所需要的全部遗传信息的整套核酸。 基因表达(gene expression): 基因转录与翻译的过程。 广义的基因表达是指储存遗传信息的基因经过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程。 基因表达调控(control of gene expression )：生物体内基因表达的开启、关闭和表达强度的直接调节。 它是生物在长期进化过程中逐渐形成的精确而灵敏的生存能力和应变能力，是生物赖以生存的根本之一。

基因表达的方式 （一）组成性表达(constitutive gene expression) 指不大受环境变动而变化的一类基因表达。其中某些基因表达产物是细胞或生物体整个生命过程中都持续需要而必不可少的，这类基因可称为管家基因(housekeeping gene)，这些基因中不少是在生物个体其它组织细胞、甚至在同一物种的细胞中都是持续表达的，可以看成是细胞基本的基因表达。 组成性基因表达也不是一成不变的，其表达强弱也是受一定机制调控的。

（二）诱导和阻遏表达 适应性表达(adaptive expression) ：指环境的变化 容易使其表达水平变动的一类基因表达。 应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导 (induction)，这类基因被称为可诱导的基因(inducible gene) 随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为阻遏 (repression)，相应的基因被称为可阻遏的基因 (repressible gene)。

基因表达调控的基本原理 （一）基因表达的多级调控 基因在五个不同 层次上的调控 转录前调控 转录调控 转录后调控 翻译调控 翻译后调控

（二）基因转录激活调节基本要素 1. 特异DNA序列 2. 调节蛋白 3. DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用 4. RNA聚合酶

1. 特异DNA序列 特异DNA序列主要指具有调节功能的DNA序列。 原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制实现的。

操纵子（operon）：通常由2个以上的编码序列与启动序列（promotor）、操纵序列（operator）以及其它调节序列在基因组中成簇串联组成。 每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子。操纵子包括若干个结构基因及其上游的调控序列（原核生物）。调控序列中的启动子（promotor）是RNA聚合酶结合模板DNA的部位，也是控制转录的关键部位。

启动序列（promotor）：RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。又称启动子。各种原核启动序列特定区域内（通常在转录起始点上游-10及-35区域）存在共有序列（consensus sequence） 启动子：指RNA聚合酶识别、结合并开始转录的一段 DNA序列。原核生物启动子序列按功能的不同可分为三个部位，即起始部位、结合部位、识别部位。 操纵序列（operator）：与启动序列毗邻或接近的DNA序列，是原核阻遏蛋白的结合位点。其DNA序列常与启动序列交错、重叠。

2. 调节蛋白 原核生物基因调节蛋白（DNA结合蛋白）分为三类： 特异因子：决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。 阻遏蛋白（repressor）：可结合特异DNA序列——操纵序列，阻遏基因转录。 激活蛋白（activator）：可结合启动序列邻近的DNA序列，促进RNA聚合酶与启动序列的结合，增强RNA聚合酶活性。分解（代谢）物基因激活蛋白（catabolite gene activaton protein,CAP）就是一种激活蛋白。

真核生物基因调节蛋白又称转录因子（transcription factor）。 绝大多数真核转录调节因子由某一基因表达后，通过与特异的顺式作用元件结合（ DNA-蛋白质相互作用）反式激活另一基因的转录，称为反式作用因子（trans-acting factor）。 顺式作用蛋白

基因产物特异识别、结合其它基因的调节序列，调节其它基因的开启或关闭称为反式调节 基因产物特异识别、结合自身基因的调节序列，调节自身基因的开启或关闭称为顺式调节

3. DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用 DNA-蛋白质相互作用（DNA-protein interaction） 主要 指反式作用因子和顺式作用元件之间的特异识别。 蛋白质-蛋白质相互作用（protein-protein interaction） 同二聚体 二聚化 异二聚体

原核基因转录调节 原核基因转录调节特点 （一）  因子决定RNA聚合酶识别特异性 （二）操纵子模型的普遍性 （三）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性

乳糖操纵子调节机制 （一）乳糖操纵子的结构 E.coli乳糖操纵子（lac operon）包含： 三个结构基因：Z 编码-半乳糖苷酶 Y 编码通透酶 A 乙酰基转移酶 一个操纵序列O 一个启动序列 P 一个调节基因 I 一个分解代谢物基因激活蛋白（catabolite gene activation protein,CAP）结合位点

Lac operon和它的调节基因图谱

（一）乳糖操纵子（lac operon）的结构 调节基因（regulatory gene or inhibitor gene, I ） 启动序列 promoter 操纵序列operator Z 编码-半乳糖苷酶 Y 编码透酶 a 编码乙酰基转移酶 一个分解代谢物基因激活蛋白（catabolite gene activation protein,CAP）结合位点

二）阻遏蛋白的负性调节 没有乳糖存在时，lac操纵子处于阻遏状态。I序列表达的lac阻遏蛋白与O序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录启动。 有乳糖存在时，lac操纵子可被诱导。乳糖在通透酶催化、转运进入细胞，再经-半乳糖苷酶催化，转变成半乳糖。半乳糖作为诱导剂分子结合阻遏蛋白，使蛋白构象变化，导致阻遏蛋白与O序列解离，发生转录。

Lac operon阻遏与诱导状态图解

没有乳糖存在时，lac操纵子处于阻遏状态。I序列表达的lac阻遏蛋白与O序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录启动。 阻遏蛋白的负性调节 有乳糖存在时，lac操纵子可被诱导。 别乳糖作为诱导剂分子结合阻遏蛋白，使蛋白构象变化，导致阻遏蛋白与O序列解离，发生转录。

（三）CAP的正性调节 当没有葡萄糖及cAMP浓度较高时， cAMP与CAP结合，这时CAP结合在lac启动序列附近的CAP位点，可刺激RNA转录活性。 当有葡萄糖存在时， cAMP浓度较低， cAMP与CAP 结合受阻，lac操纵子表达下降。

（四）协调调节 Lac阻遏蛋白负性调节与cAMP正性调节两种机制协调合作 单独存在乳糖时，细菌利用乳糖作为能源。 当葡萄糖和乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖作为能源物质。这时，葡萄糖通过降低 cAMP浓度，阻碍cAMP与cAMP与CAP结合而抑制lac操纵子转录，使细菌只能利用葡萄糖。

其它转录调节机制 （一）转录衰减（attenuation） 1。色氨酸操纵子的结构 E.coli色氨酸操纵子（lac operon）包含： 一个前导序列 五个结构基因

色氨酸操纵子（trp operon）

当有色氨酸结合阻遏蛋白时，阻遏蛋白构象改变可结合O序列，阻断基因转录。 阻遏型操纵子

当有色氨酸结合阻遏蛋白时，阻遏蛋白构象改变可结合O序列，阻断基因转录。 色氨酸操纵子是一种阻遏型操纵子，参与该操纵子机制的阻遏蛋白有两种分子构象。 当有色氨酸结合阻遏蛋白时，阻遏蛋白构象改变可结合O序列，阻断基因转录。 当没有色氨酸结合阻遏蛋白时，阻遏蛋白不能结合O序列，基因开始转录。

转录衰减 当色氨酸丰富时，色氨酸操纵子使用衰减作用来终止和减弱转录。 转录衰减的DNA作用部位称为衰减子（attenuator）。它是位于结构基因上游前导序列中具有终止子结构的短序列。前导序列转录的RNA 5’ 端162个核苷酸顺序，这段mRNA包含4个彼此互补的区域，可形成独特的二级结构。区域 1还是一个开放阅读框，可编码一个含14个氨基酸的短肽，称为前导肽。前导肽的第10、11位是两个连续的Trp。

当Trp缺乏时，没有色氨酸-tRNA供给，前导肽的翻译至Trp密码子（UGG）时停止，核糖体不再移动，占据1区位置，区域2，3配对，区域4空出，不形成转录终止信号。

真核基因转录调节 一、真核基因转录调节特点 （一） 真核基因组结构庞大 （二）单顺反子 （三）重复序列 （四）基因不连续性

二、真核基因表达调控特点 （一） RNA聚合酶 （二）活性染色体结构变化 （三）正性调节占主导 （四）转录与翻译分隔进行 （五）转录后加工、修饰