浙江大學(xué)王鏡巖生物化學(xué)甲上第09章核酸的生物合成

1、l生物的遺傳信息從生物的遺傳信息從 dnadna傳遞給傳遞給 mrnamrna的過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄。根據(jù)的過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄。根據(jù) mrnamrna鏈上的遺傳信息合成蛋鏈上的遺傳信息合成蛋 白質(zhì)的過(guò)程，被稱(chēng)為翻譯和白質(zhì)的過(guò)程，被稱(chēng)為翻譯和 表達(dá)。表達(dá)。19581958年年crickcrick將生物將生物 遺傳信息的這種傳遞方式稱(chēng)為中心法則。遺傳信息的這種傳遞方式稱(chēng)為中心法則。dnarna蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制復(fù)制reverse transcription一、一、dnadna的半保留復(fù)制的半保留復(fù)制 復(fù)制時(shí)期復(fù)制時(shí)期 1. 半保留復(fù)制的證明半保留復(fù)制的證明2. dna2. dna生物合成的基本問(wèn)題生物合成

2、的基本問(wèn)題l 模板模板l 引物引物l dntpdntpl dna dna聚合酶聚合酶l mgmg2 2l在在5-35-3方向延伸方向延伸二、原核細(xì)胞二、原核細(xì)胞dnadna的復(fù)制合成的復(fù)制合成 1.1.原核原核dnadna聚合酶聚合酶2.2.復(fù)制的復(fù)雜性復(fù)制的復(fù)雜性 5533 酶作用dna聚合酶53聚合酶及外切酶作用，35外切酶酶作用，可校正/修復(fù)dna鏈，還可切除引物dna聚合酶53聚合酶及35外切酶酶作用，可校正/修復(fù)dna鏈dna聚合酶與酶作用類(lèi)似，酶活高，是主要的鏈延伸酶（聚合酶 replicase）l 岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制（岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制（okazakiokazaki 19

3、68 1968年）年）l 復(fù)制方向：復(fù)制方向：?jiǎn)纹瘘c(diǎn)、雙向或單向復(fù)制單起點(diǎn)、雙向或單向復(fù)制l 引物（引物（primerprimer）及引物酶）及引物酶(primase(primase) )l 引物的切除與連接引物的切除與連接 5533外切酶外切酶 切除引物切除引物 （dnadna聚合酶聚合酶 ） dnadna連接酶連接酶 （大腸桿菌（大腸桿菌dnadna連接酶連接酶/t/t4 4連接酶）連接酶）l 復(fù)制的起始復(fù)制的起始 辨識(shí)起點(diǎn)（富含辨識(shí)起點(diǎn)（富含atat區(qū)）區(qū)） 解旋（拓?fù)洚悩?gòu)酶）解旋（拓?fù)洚悩?gòu)酶） 解鏈解鏈 單鏈結(jié)合蛋白（單鏈結(jié)合蛋白（ssbssb） 真核生物真核生物dna聚合酶聚合酶亞基

4、數(shù)44425分子量（kd)25036-38160-300170256細(xì)胞內(nèi)定位核核線粒體核核53聚合活性35外切活性 功能復(fù)制、引發(fā)修復(fù)復(fù)制復(fù)制復(fù)制真核生物真核生物dnadna復(fù)制叉結(jié)構(gòu)示意圖復(fù)制叉結(jié)構(gòu)示意圖 1970 1970年，年，temintemin和和baltimorebaltimore在致癌在致癌rnarna病毒中發(fā)現(xiàn)病毒中發(fā)現(xiàn)了反轉(zhuǎn)錄酶（了反轉(zhuǎn)錄酶（reverse transcriptasereverse transcriptase） 1.dna1.dna聚合酶特性聚合酶特性 需引物（需引物（trnatrna）、）、dntpdntp、模板（、模板（rnarna、dnadna）、）、

5、5-35-3方向方向聚合聚合 2. 2.雜交分子雜交分子h h鍵斷開(kāi)鍵斷開(kāi) 常由核糖核苷酶常由核糖核苷酶h h（rnaasernaase h h）專(zhuān)一切除）專(zhuān)一切除rna- dnarna- dna分子中的分子中的rna,rna,全部或部分去除全部或部分去除rnarna 3. 3.前病毒前病毒dnadna 合成的合成的dnadna鏈稱(chēng)負(fù)鏈鏈稱(chēng)負(fù)鏈, ,然后由依賴(lài)然后由依賴(lài)dnadna的的dnadna聚合酶催化下聚合酶催化下, ,以以負(fù)鏈為模板合成一正鏈這樣形成的負(fù)鏈為模板合成一正鏈這樣形成的dnadna稱(chēng)前病毒稱(chēng)前病毒dna,dna,前病毒前病毒dnadna可嵌入宿主細(xì)胞可嵌入宿主細(xì)胞dnadn

6、a中中( (稱(chēng)整合稱(chēng)整合) )或潛伏于宿主細(xì)胞用其負(fù)或潛伏于宿主細(xì)胞用其負(fù)鏈鏈( (依賴(lài)依賴(lài)dnadna的的rnarna聚合酶聚合酶) )出出rna,rna,合成外殼蛋白合成外殼蛋白.1.1 損傷可造成突變或致死損傷可造成突變或致死 突變（突變（mutation）：）：指一種遺傳狀態(tài)，可以通過(guò)復(fù)指一種遺傳狀態(tài)，可以通過(guò)復(fù)制而遺傳的制而遺傳的dna結(jié)構(gòu)的任何永久性改變。攜帶突變結(jié)構(gòu)的任何永久性改變。攜帶突變基因的生物稱(chēng)為突變體，未突變的稱(chēng)為野生型?；虻纳锓Q(chēng)為突變體，未突變的稱(chēng)為野生型。l當(dāng)當(dāng)dnadna受到大劑量紫外線（波長(zhǎng)受到大劑量紫外線（波長(zhǎng)260nm260nm附近）照射附近）照射時(shí)，可

7、引起時(shí)，可引起dnadna鏈上相鄰的兩個(gè)嘧啶堿基共價(jià)聚鏈上相鄰的兩個(gè)嘧啶堿基共價(jià)聚合，形成二聚體，例如合，形成二聚體，例如tttt二聚體。二聚體。l光復(fù)活光復(fù)活l切除修復(fù)切除修復(fù)l重組修復(fù)重組修復(fù)lsos修復(fù)修復(fù)光復(fù)活（光復(fù)活（photoreactivation）l可見(jiàn)光（最有效波長(zhǎng)400nm）激活生物界廣泛分布（高等哺乳動(dòng)物除外）的光復(fù)活酶，該酶分解嘧啶二聚體。l是一種高度專(zhuān)一的修復(fù)形式，只分解由于uv照射而形成的嘧啶二聚體。切除修復(fù)（切除修復(fù)（excision repair）l即在一系列酶的作用下，將dna分子中受損傷的部分切除掉，并以完整的那一段為模板，合成出切去的部分，從而使dna恢復(fù)

8、正常。這是一種比較普遍的修復(fù)機(jī)制。l細(xì)胞的修復(fù)功能對(duì)于保護(hù)遺傳物質(zhì)dna不受破壞有重要意義。l又稱(chēng)復(fù)制后修復(fù)（postreplication repair）l受損傷的dna在進(jìn)行復(fù)制時(shí)，跳過(guò)損傷部位，在子代dna鏈與損傷相對(duì)應(yīng)部位出現(xiàn)缺口。通過(guò)分子間重組，從完整的母鏈上將相應(yīng)的堿基順序片段移至子鏈的缺口處，然后再用合成的多核苷酸來(lái)補(bǔ)上母鏈的空缺，此過(guò)程即重復(fù)修復(fù)。并非完全校正。l指dna受到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)時(shí)所誘導(dǎo)的一種dna修復(fù)方式，修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細(xì)胞的生成率，但留下的錯(cuò)誤較多，又稱(chēng)傾錯(cuò)性修復(fù)（error-prone repair ）。 能識(shí)別能識(shí)別dnad

9、na特定核苷酸序列的核酸內(nèi)切酶特定核苷酸序列的核酸內(nèi)切酶分布：主要在微生物中。主要在微生物中。特點(diǎn)：特異性，即識(shí)別特定核苷酸序列，特異性，即識(shí)別特定核苷酸序列， 切割特定切點(diǎn)。切割特定切點(diǎn)。結(jié)果：產(chǎn)生黏性未端（堿基互補(bǔ)配對(duì)）。產(chǎn)生黏性未端（堿基互補(bǔ)配對(duì)）。舉例：大腸桿菌的一種限制酶能識(shí)別大腸桿菌的一種限制酶能識(shí)別gaattcgaattc序列，并在序列，并在g g和和a a之間切開(kāi)。之間切開(kāi)。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)pcrpcr也稱(chēng)體外酶促基因擴(kuò)增，原理類(lèi)似天然也稱(chēng)體外酶促基因擴(kuò)增，原理類(lèi)似天然dnadna復(fù)制。靶復(fù)制。靶dnadna分子變性后解鏈，兩條單鏈分子變性后解鏈，兩條單鏈dnadn

10、a分別與兩條引物互補(bǔ)分別與兩條引物互補(bǔ)結(jié)合，在結(jié)合，在4 4種種dntpdntp存在和合適和條件下，由耐熱的存在和合適和條件下，由耐熱的taqtaq dnadna聚合酶催化引物由聚合酶催化引物由5 5 3 3 擴(kuò)增延伸，形成兩條新擴(kuò)增延伸，形成兩條新的雙鏈的雙鏈dnadna分子，并作為下一循環(huán)的模板。每經(jīng)過(guò)一個(gè)變分子，并作為下一循環(huán)的模板。每經(jīng)過(guò)一個(gè)變性、復(fù)性、延伸循環(huán)，模板性、復(fù)性、延伸循環(huán)，模板dnadna增加一倍。經(jīng)過(guò)增加一倍。經(jīng)過(guò)30305050個(gè)個(gè)循環(huán)，可使原循環(huán)，可使原dnadna量增加量增加106106109109倍。倍。 模板dna的變性 一般選用95左右1min，使dna 雙

11、鏈解為單鏈 復(fù)性 按引物實(shí)際情況確定適當(dāng)溫度，時(shí)間一般30s至1.5min 延伸 一般72 1min 循環(huán)數(shù) 按初始模板濃度確定，一般2545之間 pcr擴(kuò)增產(chǎn)物的特異性主要由引物決定，引物的設(shè)計(jì)是pcr成功的關(guān)鍵， 引物位置和產(chǎn)物長(zhǎng)度 根據(jù)不同目的和要求確定，長(zhǎng)度一般在200800bp之間 引物的長(zhǎng)度 一般為1825bp 末端核苷酸 3端不得有任何修飾 gc含量和tm值 一般在4060%之間，兩條相差23 dnadna攜帶的遺傳信息（基因）攜帶的遺傳信息（基因）傳遞給傳遞給rnarna分子的過(guò)程稱(chēng)轉(zhuǎn)分子的過(guò)程稱(chēng)轉(zhuǎn)錄（錄（transcription ）。）。 在生物界，在生物界，rnarna合

12、成有兩種方式：合成有兩種方式：一是一是dnadna指導(dǎo)的指導(dǎo)的rnarna合成，此為生物體合成，此為生物體內(nèi)的主要合成方式。另一種是內(nèi)的主要合成方式。另一種是rnarna指指導(dǎo)的導(dǎo)的rnarna合成，此種方式常見(jiàn)于病毒。合成，此種方式常見(jiàn)于病毒。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級(jí)轉(zhuǎn)錄本是轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級(jí)轉(zhuǎn)錄本是rnarna前體前體（rna precursorrna precursor），需經(jīng)加工過(guò)程），需經(jīng)加工過(guò)程（processingprocessing）方具有生物學(xué)活性。）方具有生物學(xué)活性。 反應(yīng)體系：反應(yīng)體系：dna模板,ntp,酶，mg2+,mn2+，合成方向 53。連接方式- 3 , 5磷酸二酯鍵。轉(zhuǎn)錄特

13、點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄特點(diǎn)：不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄-dna片段轉(zhuǎn)錄時(shí)，雙鏈dna中只有一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板，這種轉(zhuǎn)錄方式稱(chēng)作不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄。模板鏈模板鏈(template strand)及反意義鏈及反意義鏈(antisense strand):指導(dǎo)rna合成的dna鏈為模板鏈，又稱(chēng)反意義鏈。編碼鏈編碼鏈(coding strand)及有意義鏈及有意義鏈(sense strand)：不作為轉(zhuǎn)錄的另一條dna鏈為編碼鏈，又稱(chēng)有意義鏈。由于基因分布于不同的dna單鏈中，即某條dna單鏈對(duì)某個(gè)基因是模板鏈，而對(duì)另一個(gè)基因則是編碼鏈。原料：原料：四種磷酸核苷ntp,dna中的t在rna合成中變?yōu)閡 合成過(guò)程合成過(guò)程:連續(xù)，

14、方向：方向：53從頭合成,5末端的起始核苷酸常為gtp或atpl不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄l“轉(zhuǎn)錄單位”（transcription unit） 以操縱子（operon）為轉(zhuǎn)錄的功能單位,結(jié)構(gòu)上包括四個(gè)功能區(qū)：多順?lè)醋樱ńY(jié)構(gòu)基因區(qū)）、啟動(dòng)子、操作子、終止子和調(diào)節(jié)基因。l原核rna聚合酶l轉(zhuǎn)錄過(guò)程調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因啟動(dòng)子啟動(dòng)子操縱操縱基因基因lacz lacylacacapcampcap-campcap-camp復(fù)合物復(fù)合物mrnamrna+-半乳糖苷酶-半乳糖苷透過(guò)酶-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶酶 大腸桿菌的大腸桿菌的rnarna聚合酶聚合酶 全酶由全酶由5 5種亞基種亞基2 2 組成組成，因子與其它因子與其它部分的

15、結(jié)合不是十分緊密，它易于與部分的結(jié)合不是十分緊密，它易于與2 2分離，分離，沒(méi)有沒(méi)有、 亞基的酶稱(chēng)為核心酶亞基的酶稱(chēng)為核心酶只催化鏈的延長(zhǎng)，只催化鏈的延長(zhǎng)，對(duì)起始無(wú)作用。對(duì)起始無(wú)作用。 五種亞基的功能分別為：五種亞基的功能分別為： 亞基：亞基：與啟動(dòng)子結(jié)合功能。與啟動(dòng)子結(jié)合功能。 亞基亞基：含催化部位，起催化作用，催化形：含催化部位，起催化作用，催化形 成磷酸二成磷酸二酯鍵。酯鍵。 亞基：在全酶中存在，功能不清楚。亞基：在全酶中存在，功能不清楚。 亞基亞基：與：與dnadna模板結(jié)合功能。模板結(jié)合功能。 亞基：亞基：識(shí)別起始位點(diǎn)。識(shí)別起始位點(diǎn)。 1. 1. 起始位點(diǎn)的識(shí)別起始位點(diǎn)的識(shí)別 識(shí)別正

16、確的啟動(dòng)位點(diǎn)，識(shí)別正確的啟動(dòng)位點(diǎn)，啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)至少由三部分組啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)至少由三部分組成：成：-35-35序列提供了序列提供了rnarna聚合酶全酶識(shí)別的信號(hào)；聚合酶全酶識(shí)別的信號(hào)；-10-10序列是序列是酶的緊密結(jié)合位點(diǎn)（富含酶的緊密結(jié)合位點(diǎn)（富含atat堿基，利于雙鏈打開(kāi)）；第三堿基，利于雙鏈打開(kāi)）；第三部分是部分是rnarna合成的起始點(diǎn)。合成的起始點(diǎn)。35+1轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)aactgtatattattgacatataat5335序列序列 sextama 框框 10序列序列pribnow框框 加入的第一個(gè)核苷三磷酸常是加入的第一個(gè)核苷三磷酸常是gtpgtp或或atpatp。所形成的

17、。所形成的啟動(dòng)子、全酶和啟動(dòng)子、全酶和核苷三磷酸復(fù)合物稱(chēng)為三元起始復(fù)合物核苷三磷酸復(fù)合物稱(chēng)為三元起始復(fù)合物，第一個(gè)核苷三磷酸一旦摻入，第一個(gè)核苷三磷酸一旦摻入到轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，到轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)， 亞基就會(huì)被釋放脫離核心酶。亞基就會(huì)被釋放脫離核心酶。-35-10pppg或pppa55553333模板鏈模板鏈e 3.3.鏈的延伸鏈的延伸 以ntp為原料和能量,dna模板鏈為模板，靠核心酶的催化，核苷酸間通過(guò)3,5-磷酸二酯鍵成核糖核酸鏈(rna)4. 4. 轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)有兩種情況錄終止信號(hào)有兩種情況 弱終止子：弱終止子：依賴(lài)依賴(lài)因子（終止因子，因子（終止因子，terminators）的

18、終止的終止 nusanusa蛋白識(shí)別蛋白識(shí)別dnadna鏈上的終止信號(hào)，在鏈上的終止信號(hào)，在因子幫助終止。因子幫助終止。 強(qiáng)終止子：強(qiáng)終止子：（ 1 1 ）在終止點(diǎn)之前具有一段富含）在終止點(diǎn)之前具有一段富含g-cg-c的回的回文區(qū)域。（文區(qū)域。（2 2）富含）富含g-cg-c的區(qū)域之后是一連串的的區(qū)域之后是一連串的dada堿基序列，堿基序列，它們轉(zhuǎn)錄的它們轉(zhuǎn)錄的rnarna鏈的末端為一連串鏈的末端為一連串u u（連續(xù)（連續(xù)6 6個(gè)）個(gè)）。酶類(lèi)分布產(chǎn)物活性分子量(kda)反應(yīng)條件核仁核質(zhì)核質(zhì)rrna（ 5.8s、18s、28s ）mrnatrna、5s rrna50702040105007007

19、00低離子強(qiáng)度要求mg2+或mn2+高離子強(qiáng)度高mn2+濃度1.1.真核真核rnarna聚合酶聚合酶2. 2. 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 真核真核rnarna轉(zhuǎn)錄基本過(guò)程與原核類(lèi)似，但其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄基本過(guò)程與原核類(lèi)似，但其產(chǎn)生的mrnamrna為為“單順?lè)醋訂雾樂(lè)醋印?，只編碼一條肽鏈。，只編碼一條肽鏈。四、轉(zhuǎn)錄過(guò)程的選擇性抑制劑四、轉(zhuǎn)錄過(guò)程的選擇性抑制劑 放線菌素放線菌素d d利福平利福平鵝膏蕈堿鵝膏蕈堿原核原核抑制抑制抑制抑制不抑制不抑制真核真核抑制抑制不抑制不抑制抑制抑制rnarna聚合酶聚合酶 在細(xì)胞內(nèi)，由在細(xì)胞內(nèi)，由rnarna聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄物（聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄物（primary primar

20、y transcripttranscript）往往需要一系列的變化，包括鏈的裂解、）往往需要一系列的變化，包括鏈的裂解、5 5 和和3 3 末端的切除和特殊結(jié)構(gòu)的形成、核苷的修飾、以及拼末端的切除和特殊結(jié)構(gòu)的形成、核苷的修飾、以及拼接和編輯等過(guò)程，才轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓慕雍途庉嫷冗^(guò)程，才轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓膔narna分子。此過(guò)程總稱(chēng)分子。此過(guò)程總稱(chēng)為為rnarna的成熟的成熟或稱(chēng)為或稱(chēng)為rnarna的轉(zhuǎn)錄后加工。的轉(zhuǎn)錄后加工。 原核生物原核生物的的mrnamrna轉(zhuǎn)錄后一般不需要加工，轉(zhuǎn)錄的同時(shí)轉(zhuǎn)錄后一般不需要加工，轉(zhuǎn)錄的同時(shí)即進(jìn)行翻譯（半壽期短）。即進(jìn)行翻譯（半壽期短）。rrna前體的轉(zhuǎn)錄后加工前體的轉(zhuǎn)錄

21、后加工trna前體的加工前體的加工真核真核mrna前體的加工前體的加工 lrrnarrna前體的加工前體的加工l r rrna基因之間以縱向串聯(lián)的方式重復(fù)排列。l 加工過(guò)程：加工過(guò)程： 1、剪切作用：需核酸酶參與。 2、甲基化修飾：修飾在堿基上。 3、自我剪接：一種核酶的作用。 原核原核rrnarrna加工：加工：rrna含非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)，其產(chǎn)物中含trna 真核真核rrnarrna加工：加工： 1.5s自成體系加工少無(wú)修飾和剪接。 2.45s加工中含剪切和甲基化修飾，需核酸酶。大腸桿菌rrna前體加工真核生物rrna前體加工ltrnatrna前體的加工前體的加工ltrnatrna前體在前體在

22、trnatrna剪切酶的作用下，切成一定數(shù)量的剪切酶的作用下，切成一定數(shù)量的trnatrna分子分子 l33末端加上末端加上ccaccal堿基的修飾：甲基化、脫氨和還原作用堿基的修飾：甲基化、脫氨和還原作用l剪接（剪接（splicingsplicing） 去除內(nèi)含子，連接外顯子l55帽端結(jié)構(gòu)的生成（如圖）帽端結(jié)構(gòu)的生成（如圖）l33端多聚端多聚a a（polyapolya）的附加）的附加v噬菌體噬菌體qq的的rnarna復(fù)制兩階段復(fù)制兩階段（1 1）其單鏈其單鏈rnarna可充當(dāng)可充當(dāng)mrnamrna，利用寄主中的核糖體合成，利用寄主中的核糖體合成外殼蛋外殼蛋白白和和rnarna復(fù)制酶的復(fù)制酶

23、的亞基。亞基。（2 2）復(fù)制酶的復(fù)制酶的亞基可與來(lái)自寄主細(xì)胞的亞基亞基可與來(lái)自寄主細(xì)胞的亞基 自動(dòng)裝配自動(dòng)裝配成成rnarna復(fù)制酶復(fù)制酶，可進(jìn)行，可進(jìn)行rnarna的復(fù)制，以分子中單鏈的復(fù)制，以分子中單鏈rnarna為模板為模板（正鏈），復(fù)制出一條新的（正鏈），復(fù)制出一條新的rnarna鏈（負(fù)鏈），再?gòu)?fù)制出鏈（負(fù)鏈），再?gòu)?fù)制出正鏈正鏈，與外殼蛋白組裝成新的噬菌體顆粒。與外殼蛋白組裝成新的噬菌體顆粒。v某些某些rnarna病毒可以以自身病毒可以以自身rnarna為模板進(jìn)行復(fù)制。為模板進(jìn)行復(fù)制。v不同的不同的rnarna病毒復(fù)制方式不同病毒復(fù)制方式不同5 rna-5 3 3 rna+釋放釋放釋放

24、釋放35 3 3 5 5 rna+rna+rna-vrna-及及 rna+的合成方向均為的合成方向均為5 3l1982年cech發(fā)現(xiàn)四膜蟲(chóng)rrna前體自我剪接作用，rna有催化作用;1983年發(fā)現(xiàn)rnase p中的rna可催化trna前體的加工。l核酶自我切割區(qū)內(nèi)有錘頭結(jié)構(gòu)核酶自我切割區(qū)內(nèi)有錘頭結(jié)構(gòu)（hammer-head structure），其中的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是： （1）三個(gè)莖區(qū)形成局部的雙鏈結(jié)構(gòu)；其中含13個(gè)保守的核苷酸，n代表任何核苷酸。 （2）圖中的箭頭表示自我切割位點(diǎn)，位于gux的x外側(cè)，x可表示為c、u或a，不能是g。 l核酶的生物學(xué)意義核酶的生物學(xué)意義 1.rna為生物催化劑，具有

25、重要生物學(xué)意義。 2.打破了酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)觀念。 3.在生命起源問(wèn)題上，為先有核酸提供了依據(jù)。 4.為治療破壞有害基因，腫瘤等疾病提供手段。l基因表達(dá)調(diào)控概述基因表達(dá)調(diào)控概述l原核生物以操縱子為單元進(jìn)行表達(dá)和調(diào)控，特原核生物以操縱子為單元進(jìn)行表達(dá)和調(diào)控，特異的阻遏蛋白是控制原核啟動(dòng)序列活性的重要異的阻遏蛋白是控制原核啟動(dòng)序列活性的重要因素。因素。l 乳糖操縱子的調(diào)節(jié)機(jī)制乳糖操縱子的調(diào)節(jié)機(jī)制l色氨酸操縱子的調(diào)節(jié)機(jī)制色氨酸操縱子的調(diào)節(jié)機(jī)制i i調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因p p啟動(dòng)子啟動(dòng)子o o操作子（操操作子（操作基因）作基因）z z、y y、a a三種三種結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因l阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)阻遏蛋白的負(fù)

26、性調(diào)節(jié) 當(dāng)無(wú)誘導(dǎo)物乳糖存在時(shí)，調(diào)節(jié)基因編碼的阻遏蛋白當(dāng)無(wú)誘導(dǎo)物乳糖存在時(shí)，調(diào)節(jié)基因編碼的阻遏蛋白（repressor proteinrepressor protein）處于活性狀態(tài)，阻止）處于活性狀態(tài)，阻止rnarna聚合酶與聚合酶與啟動(dòng)基因的結(jié)合，則無(wú)法啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。啟動(dòng)基因的結(jié)合，則無(wú)法啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。 當(dāng)有乳糖存在時(shí)，當(dāng)有乳糖存在時(shí)，laclac操縱子（元）即可被誘導(dǎo)。乳糖操縱子（元）即可被誘導(dǎo)。乳糖進(jìn)入細(xì)胞，經(jīng)進(jìn)入細(xì)胞，經(jīng)半乳糖苷酶催化，轉(zhuǎn)變?yōu)榘肴樘恰：笳甙肴樘擒彰复呋?，轉(zhuǎn)變?yōu)榘肴樘恰：笳咦鳛橐环N誘導(dǎo)劑分子結(jié)合阻遏蛋白，使蛋白構(gòu)象變化，導(dǎo)作為一種誘導(dǎo)劑分子結(jié)合阻遏蛋白，使蛋白構(gòu)象變化，導(dǎo)致阻遏蛋

27、白與致阻遏蛋白與o o序列解離、轉(zhuǎn)錄發(fā)生。序列解離、轉(zhuǎn)錄發(fā)生。 異丙基硫代半乳糖苷（異丙基硫代半乳糖苷（iptgiptg）是一種作用極強(qiáng)的誘導(dǎo)）是一種作用極強(qiáng)的誘導(dǎo)劑，不被細(xì)菌代謝而十分穩(wěn)定，因此被實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用。劑，不被細(xì)菌代謝而十分穩(wěn)定，因此被實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用。l capcap（代謝產(chǎn)物活化蛋白）的（代謝產(chǎn)物活化蛋白）的正性調(diào)節(jié)正性調(diào)節(jié) 當(dāng)沒(méi)有葡萄糖及當(dāng)沒(méi)有葡萄糖及campcamp濃度較高時(shí)，濃度較高時(shí)，campcamp與與capcap結(jié)合，這結(jié)合，這時(shí)時(shí)capcap結(jié)合在結(jié)合在laclac啟動(dòng)序列附近的啟動(dòng)序列附近的capcap位點(diǎn)，可刺激位點(diǎn)，可刺激rnarna轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄活性。葡萄糖的分解

28、代謝產(chǎn)物能抑制腺苷酸環(huán)化酶活性并活性。葡萄糖的分解代謝產(chǎn)物能抑制腺苷酸環(huán)化酶活性并活化磷酸二酯酶，從而降低了活化磷酸二酯酶，從而降低了campcamp的濃度，的濃度，capcap不能被活化不能被活化形成形成capcapcampcamp復(fù)合物，則不能轉(zhuǎn)錄。復(fù)合物，則不能轉(zhuǎn)錄。llaclac阻遏蛋白負(fù)性調(diào)節(jié)與阻遏蛋白負(fù)性調(diào)節(jié)與capcap正性調(diào)節(jié)兩種機(jī)制協(xié)調(diào)合正性調(diào)節(jié)兩種機(jī)制協(xié)調(diào)合作：當(dāng)作：當(dāng)laclac阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，capcap對(duì)該系統(tǒng)不能發(fā)對(duì)該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；但是如果沒(méi)有揮作用；但是如果沒(méi)有capcap存在來(lái)加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性，即使存在來(lái)加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性，即使阻遏蛋白從操縱序

29、列上解聚仍幾無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。阻遏蛋白從操縱序列上解聚仍幾無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。l laclac操縱子強(qiáng)的誘導(dǎo)作用既需要乳糖存在又需缺乏葡操縱子強(qiáng)的誘導(dǎo)作用既需要乳糖存在又需缺乏葡萄糖。萄糖。 調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因操縱基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因mrnamrna酶蛋白酶蛋白調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因操縱基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因輔阻遏物輔阻遏物trp阻遏蛋白原阻遏蛋白原l 調(diào)節(jié)基因編碼的阻遏蛋白原不與操作基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)基因編碼的阻遏蛋白原不與操作基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。錄。trp或或trprna與阻遏蛋白結(jié)合，使之構(gòu)象發(fā)生變化與與阻遏蛋白結(jié)合，使之構(gòu)象發(fā)生變化與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不能表達(dá)。操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)

30、基因不能表達(dá)。阻遏物調(diào)節(jié)機(jī)制阻遏物調(diào)節(jié)機(jī)制衰減子調(diào)節(jié)機(jī)制衰減子調(diào)節(jié)機(jī)制衰減子：在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)的衰減作用，衰減子：在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)的衰減作用，用于終止和減弱轉(zhuǎn)錄，這種調(diào)節(jié)的作用部位叫衰減用于終止和減弱轉(zhuǎn)錄，這種調(diào)節(jié)的作用部位叫衰減子子是一種位于結(jié)構(gòu)基因上游前導(dǎo)區(qū)的終止子。是一種位于結(jié)構(gòu)基因上游前導(dǎo)區(qū)的終止子。翻譯調(diào)節(jié)（translational control）真核染色質(zhì)體（dna）轉(zhuǎn)錄前調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄初級(jí)產(chǎn)物rna（prorna）hnrna轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)（rna processing control）轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)（rna transport control）mrnamrna降解的調(diào)控

31、mrna降解物多肽鏈翻譯后加工及蛋白質(zhì)活性控制（protein activity control）活性蛋白失活蛋白轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)（transcription control） 真核基因的順式調(diào)控元件是基因周?chē)芘c特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而影響轉(zhuǎn)錄的dna序列。其中主要是起正性調(diào)控作用的順式作用元件，包括啟動(dòng)子(promoter)、增強(qiáng)子(enhancer)；近年又發(fā)現(xiàn)起負(fù)性調(diào)控作用的元件沉寂子(silencer)。是指是指rnarna聚合酶結(jié)合并起動(dòng)轉(zhuǎn)錄的聚合酶結(jié)合并起動(dòng)轉(zhuǎn)錄的dnadna序列。真核序列。真核啟動(dòng)子一般包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及其上游約啟動(dòng)子一般包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及其上游約100100200bp200bp序列，包含有若干具有獨(dú)立功能的序列，包含有若干具有獨(dú)立功能的dnadna序列元件，每個(gè)元件約長(zhǎng)序列元件，每個(gè)元件約長(zhǎng)7 730bp30bp。 l啟動(dòng)子中的元件可以分為兩種：l核心啟動(dòng)子元件(core promoter element)指rna聚合酶起始轉(zhuǎn)錄所必需的最小的dna序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及其上游25/30bp處的tata盒。核心元件單獨(dú)起作用時(shí)只能確定轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)和產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。l上游啟動(dòng)子元件(upstream promoter element)包括通常位于70bp附近的caat盒和gc盒、以及距轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)更遠(yuǎn)的上游元件一種能夠提高轉(zhuǎn)