現(xiàn)代分子生物學(xué)筆記

1、 第一講 序論 二、現(xiàn)代分子生物學(xué)中的主要里程碑 分子生物學(xué)是研究核酸、蛋白質(zhì)等所有生物大分子的形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征及其重要性、規(guī)律性和相互關(guān)系的科學(xué)，是人類(lèi)從分子水平上真正揭開(kāi)生物世界的奧秘，由被動(dòng)地適應(yīng)自然界轉(zhuǎn)向主動(dòng)地改造和重組自然界的基礎(chǔ)學(xué)科。當(dāng)人們意識(shí)到同一生物不同世代之間的連續(xù)性是由生物體自身所攜帶的遺傳物質(zhì)所決定的，科學(xué)家為揭示這些遺傳密碼所進(jìn)行的努力就成為人類(lèi)征服自然的一部分，而以生物大分子為研究對(duì)像的分子生物學(xué)就迅速成為現(xiàn)代社會(huì)中最具活力的科學(xué)。 從1847年Schleiden和Schwann提出"細(xì)胞學(xué)說(shuō)"，證明動(dòng)、植物都是由細(xì)胞組成的到今天

2、，雖然不過(guò)短短一百多年時(shí)間，我們對(duì)生物大分子-細(xì)胞的化學(xué)組成卻有了深刻的認(rèn)識(shí)。孟德?tīng)柕倪z傳學(xué)規(guī)律最先使人們對(duì)性狀遺傳產(chǎn)生了理性認(rèn)識(shí)，而Morgan的基因?qū)W說(shuō)則進(jìn)一步將"性狀"與"基因"相耦聯(lián)，成為分子遺傳學(xué)的奠基石。Watson和Crick所提出的脫氧核糖酸雙螺旋模型，為充分揭示遺傳信息的傳遞規(guī)律鋪平了道路。在蛋白質(zhì)化學(xué)方面，繼Sumner在1936年證實(shí)酶是蛋白質(zhì)之后，Sanger利用紙電泳及層析技術(shù)于1953年首次闡明胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)，開(kāi)創(chuàng)了蛋白質(zhì)序列分析的先河。而Kendrew和Perutz利用X射線衍射技術(shù)解析了肌紅蛋白（myoglobin）及血

3、紅蛋白（hemoglobin）的三維結(jié)構(gòu)，論證了這些蛋白質(zhì)在輸送分子氧過(guò)程中的特殊作用，成為研究生物大分子空間立體構(gòu)型的先驅(qū)。 1910年，德國(guó)科學(xué)家Kossel第一個(gè)分離了腺嘌呤，胸腺嘧啶和組氨酸。 1959年，美國(guó)科學(xué)家Uchoa第一次合成了核糖核酸，實(shí)現(xiàn)了將基因內(nèi)的遺傳信息通過(guò)RNA翻譯成蛋白質(zhì)的過(guò)程。同年，Kornberg實(shí)現(xiàn)了試管內(nèi)細(xì)菌細(xì)胞中DNA的復(fù)制。 1962年，Watson（美）和Crick（英）因?yàn)樵?953年提出DNA的反向平行雙螺旋模型而與Wilkins共獲Noble生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，后者通過(guò)X射線衍射證實(shí)了Watson-Crick模型。 1965年，法國(guó)科學(xué)家Jacob和M

4、onod提出并證實(shí)了操縱子（operon）作為調(diào)節(jié)細(xì)菌細(xì)胞代謝的分子機(jī)制。此外，他們還首次推測(cè)存在一種與DNA序列相互補(bǔ)、能將它所編碼的遺傳信息帶到蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所（細(xì)胞質(zhì)）并翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)的mRNA（信使核糖核酸）。  1972年，Paul Berg（美）第一次進(jìn)行了DNA重組。  1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次進(jìn)行了DNA序列分析。 1988年，McClintock由于在50年代提出并發(fā)現(xiàn)了可移動(dòng)遺傳因子（jumping gene或稱(chēng)mobile element）而獲得Nobel獎(jiǎng)。  1993年，美國(guó)科學(xué)家R

5、oberts和Sharp因發(fā)現(xiàn)斷裂基因（introns）而獲得Nobel獎(jiǎng)。Mullis由于發(fā)明PCR儀而與加拿大學(xué)者Smith（第一個(gè)設(shè)計(jì)基因定點(diǎn)突變）共享Nobel化學(xué)獎(jiǎng)。  此外，Griffith（1928）及Avery（1944）等人關(guān)于致病力強(qiáng)的光滑型（S型）肺炎鏈球菌DNA導(dǎo)致致病力弱的粗糙型（R型）細(xì)菌發(fā)生遺傳轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)；Hershey和Chase（1952）關(guān)于DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)；Crick于1954年所提出的遺傳信息傳遞規(guī)律（即中心法則）:Meselson和Stahl（1958）關(guān)于DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)以及Yanofsky和Brener（1961）年關(guān)于遺傳密

6、碼三聯(lián)子的設(shè)想都為分子生物學(xué)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。 我國(guó)生物科學(xué)家吳憲20世紀(jì)20年代初回國(guó)后在協(xié)和醫(yī)科大學(xué)生化系與汪猷、張昌穎等人一道完成了蛋白質(zhì)變性理論、血液生化檢測(cè)和免疫化學(xué)等一系列有重大影響的研究，成為我國(guó)生物化學(xué)界的先驅(qū)。20世紀(jì)60年代、70年代和80年代，我國(guó)科學(xué)家相繼實(shí)現(xiàn)了人工全合成有生物學(xué)活性的結(jié)晶牛胰島素，解出了三方二鋅豬胰島素的晶體結(jié)構(gòu)，采用有機(jī)合成與酶促相結(jié)合的方法完成了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸的人工全合成，在酶學(xué)研究、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及生物膜結(jié)構(gòu)與功能等方面都有世所矚目的建樹(shù)。  三、分子生物學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容 所有生物體中的有機(jī)大分子都是以碳原子為核心，并以共價(jià)鍵的

7、形式與氫、氧、氮及磷以不同方式構(gòu)成的。不僅如此，一切生物體中的各類(lèi)有機(jī)大分子都是由完全相同的單體，如蛋白質(zhì)分子中的20種氨基酸、DNA及RNA中的8種堿基所組合而成的，由此產(chǎn)生了分子生物學(xué)的3條基本原理： 1 構(gòu)成生物體有機(jī)大分子的單體在不同生物中都是相同的； 2 生物體內(nèi)一切有機(jī)大分子的建成都遵循著各自特定的規(guī)則； 3 某一特定生物體所擁有的核酸及蛋白質(zhì)分子決定了它的屬性。 分子生物學(xué)研究?jī)?nèi)容: DNA重組技術(shù)-基因工程 基因表達(dá)調(diào)控-核酸生物學(xué)  生物大分子結(jié)構(gòu)功能-結(jié)構(gòu)分子生物學(xué) DNA重組技術(shù)（又稱(chēng)基因工程） 這是20世紀(jì)70年代初興起的技術(shù)科學(xué)

8、，目的是將不同DNA片段（如某個(gè)基因或基因的一部分）按照人們的設(shè)計(jì)定向連接起來(lái)，在特定的受體細(xì)胞中與載體同時(shí)復(fù)制并得到表達(dá)，產(chǎn)生影響受體細(xì)胞的新的遺傳性狀。嚴(yán)格地說(shuō)，DNA重組技術(shù)并不完全等于基因工程，因?yàn)楹笳哌€包括其他可能使生物細(xì)胞基因組結(jié)構(gòu)得到改造的體系。DNA重組技術(shù)是核酸化學(xué)、蛋白質(zhì)化學(xué)、酶工程及微生物學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)長(zhǎng)期深入研究的結(jié)晶，而限制性?xún)?nèi)切酶DNA連接酶及其他工具酶的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用則是這一技術(shù)得以建立的關(guān)鍵。 DNA重組技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景:DNA重組技術(shù)可用于定向改造某些生物基因組結(jié)構(gòu)，使它們所具備的特殊經(jīng)濟(jì)價(jià)值或功能得以成百 上千倍的地提高。DNA重組技術(shù)還被用

9、來(lái)進(jìn)行基礎(chǔ)研究。如果說(shuō)，分子生物學(xué)研究的核心是遺傳信息的傳遞和控制，那么根據(jù)中心法則，我們要研究的就是從DNA到RNA，再到蛋白質(zhì)的全過(guò)程，也即基因的表達(dá)與調(diào)控。在這里，無(wú)論是對(duì)啟動(dòng)子的研究（包括調(diào)控元件或稱(chēng)順式作用元件），還是對(duì)轉(zhuǎn)錄因子的<A&NBSP;CLASS=CHANNEL_KEYLINK&NBSP;HREF=HTTP: Article Search.asp?Field="Title&ClassID=&keyword=%BF%CB%C2%A1&Submit=+%CB%D1%CB%F7+">克隆及分析，都離不開(kāi)重組D

10、NA技術(shù)的應(yīng)用。 基因表達(dá)調(diào)控研究  因?yàn)榈鞍踪|(zhì)分子參與并控制了細(xì)胞的一切代謝活動(dòng)，而決定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和合成時(shí)序的信息都由核酸（主要是脫氧核糖核酸）分子編碼，表現(xiàn)為特定的核苷酸序列，所以基因表達(dá)實(shí)質(zhì)上就是遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。在個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中生物遺傳信息的表達(dá)按一定的時(shí)序發(fā)生變化（時(shí)序調(diào)節(jié)），并隨著內(nèi)外環(huán)境的變化而不斷加以修正（環(huán)境調(diào)控）。 原核生物的基因組和染色體結(jié)構(gòu)都比真核生物簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)錄和翻譯在同一時(shí)間和空間內(nèi)發(fā)生，基因表達(dá)的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。真核生物有細(xì)胞核結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程在時(shí)間和空間上都被分隔開(kāi)，且在轉(zhuǎn)錄和翻譯后都有復(fù)雜的信息加工過(guò)程，其基因表達(dá)的調(diào)控可以發(fā)生在各

11、種不同的水平上?；虮磉_(dá)調(diào)控主要表現(xiàn)在信號(hào)傳導(dǎo)研究、轉(zhuǎn)錄因子研究及RNA剪輯3個(gè)方面。 轉(zhuǎn)錄因子是一群能與基因5端上游特定序列專(zhuān)一結(jié)合，從而保證目的基因以特定的強(qiáng)度在特定的時(shí)間與空間表達(dá)的蛋白質(zhì)分子。  真核基因在結(jié)構(gòu)上的不連續(xù)性是近10年來(lái)生物學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)之一。當(dāng)基因轉(zhuǎn)錄成pre-mRNA后，除了在5端加帽及3端加多聚ApolyA之外，還要將隔開(kāi)各個(gè)相鄰編碼區(qū)的內(nèi)含子剪去，使外顯子（編碼區(qū)）相連后成為成熟mRNA。研究發(fā)現(xiàn)，有許多基因不是將它們的內(nèi)含子全部剪去，而是在不同的細(xì)胞或不同的發(fā)育階段有選擇地剪接其中部分內(nèi)含子，因此生成不同的mRNA及蛋白質(zhì)分子。  結(jié)構(gòu)分子生

12、物學(xué)  生物大分子的結(jié)構(gòu)功能研究（又稱(chēng)結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)） 一個(gè)生物大分子，無(wú)論是核酸、蛋白質(zhì)或多糖，在發(fā)揮生物學(xué)功能時(shí)，必須具備兩個(gè)前提:首先，它擁有特定的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)）；其次，在它發(fā)揮生物學(xué)功能的過(guò)程中必定存在著結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的變化。 結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)就是研究生物大分子特定的空間結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)變化與其生物學(xué)功能關(guān)系的科學(xué)。它包括結(jié)構(gòu)的測(cè)定、結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的探索及結(jié)構(gòu)與功能相互關(guān)系的建立3個(gè)主要研究方向。最常見(jiàn)的研究三維結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的手段是X射線衍射的晶體學(xué)（又稱(chēng)蛋白質(zhì)晶體學(xué)），其次是用二維核磁共振和多維核磁研究液相結(jié)構(gòu)，也有人用電鏡三維重組、電子衍射、中子衍射和各種

13、頻譜學(xué)方法研究生物高分子的空間結(jié)構(gòu)。    - 第二講 染色體與DNA 一、 DNA的組成與結(jié)構(gòu)  Avery在1944年的研究報(bào)告中寫(xiě)道："當(dāng)溶液中酒精的體積達(dá)到9/10時(shí)，有纖維狀物質(zhì)析出。如稍加攪拌，它就會(huì)象棉線在線軸上一樣繞在硬棒上，溶液中的其它成份則呈顆粒狀沉淀。溶解纖維狀物質(zhì)并重復(fù)數(shù)次，可提高其純度。這一物質(zhì)具有很強(qiáng)的生物學(xué)活性，初步實(shí)驗(yàn)證實(shí)，它很可能就是DNA（誰(shuí)能想到！）"。對(duì)DNA分子的物理化學(xué)研究導(dǎo)致了現(xiàn)代生物學(xué)翻天覆地的革命，這更是Avery所沒(méi)有想到。 所謂DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)，就是指4種核苷酸的連接及其

14、排列順序，表示了該DNA分子的化學(xué)構(gòu)成。核苷酸序列對(duì)DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成有很大影響，如B-DNA中多聚（G-C）區(qū)易出現(xiàn)左手螺旋DNA（Z-DNA），而反向重復(fù)的DNA片段易出現(xiàn)發(fā)卡式結(jié)構(gòu)等。DNA不僅具有嚴(yán)格的化學(xué)組成，還具有特殊的高級(jí)結(jié)構(gòu)，它主要以有規(guī)則的雙螺旋形式存在，其基本特點(diǎn)是：  1、DNA分子是由兩條互相平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈盤(pán)繞而成的。 2、DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架，堿基排列在內(nèi)側(cè)。 3、兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵相結(jié)合，形成堿基對(duì)，它的組成有一定的規(guī)律。這就是嘌呤與嘧啶配對(duì)，而且腺嘌呤（A）只能與胸腺嘧啶（T）配對(duì)，鳥(niǎo)嘌呤（G）只能與胞

15、嘧啶（C）配對(duì)。如一條鏈上某一堿基是C，另一條鏈上與它配對(duì)的堿基必定是G。堿基之間的這種一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系叫堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。組成DNA分子的堿基雖然只有4種，它們的配對(duì)方式也只有A與T，C與G兩種，但是，由于堿基可以任何順序排列，構(gòu)成了DNA分子的多樣性。例如，某DNA分子的一條多核苷酸鏈有100個(gè)不同的堿基組成，它們的可能排列方式就是4100。  二、 DNA聚合酶與DNA的合成 The accuracy of translation relies on the specificity of&#

16、160;base pairing. The actual rate in bacteria seems to be -10-8-10-10. This corresponds to -1 error per genome per 1000 bacterial replication cycles, or -10-6 per gene

17、60;per generation. DNA polymerase might improve the specificity of complementary base selection at either (or both) of two stages: 1，It could scrutinize the incoming base for the&#

18、160;proper complementarity with the template base; for example, by specifically recongnizing matching chemical features. This would be a presynthetic error control.  2，Or it could 

19、scrutinize the base pair after the new base has been added to the chain, and, in those cases in which a mistake has been made, remove the most recently add

20、ed base. This would be a proofreading control.  三、DNA的生理意義及成分分析 早在1928年英國(guó)科學(xué)家Griffith等人就發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌使小鼠殘廢的原因是引起肺炎。細(xì)菌的毒性（致病力）是由細(xì)胞表面莢膜中的多糖所決定的。具有光滑外表的S型肺炎鏈球菌因?yàn)閹в星v膜多糖而都能使小鼠發(fā)病，而具有粗糙外表的R型因?yàn)闆](méi)有莢膜多糖而失去致病力（莢膜多糖能保護(hù)細(xì)菌免受運(yùn)動(dòng)白細(xì)胞攻擊）。 首先用實(shí)驗(yàn)證明基因就是DNA分子的是美國(guó)著名的微生物學(xué)家Avery。Avery等人將光滑型致病菌

21、（S型）燒煮殺滅活性以后再侵染小鼠，發(fā)現(xiàn)這些死細(xì)菌自然喪失了致病能力。再用活的粗糙型細(xì)菌（R型）來(lái)侵染小鼠，也不能使之發(fā)病，因?yàn)榇植谛图?xì)菌天然無(wú)致病力。當(dāng)他們將經(jīng)燒煮殺死的S型細(xì)菌和活的R型細(xì)菌混合再感染小鼠時(shí)，實(shí)驗(yàn)小鼠每次都死了。解剖死鼠，發(fā)現(xiàn)有大量活的S型（而不是R型）細(xì)菌。他們推測(cè)，死細(xì)菌中的某一成分棗轉(zhuǎn)化源（transforming principle）將無(wú)致病力的細(xì)菌轉(zhuǎn)化成病原細(xì)菌。 美國(guó)冷泉港卡內(nèi)基遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家Hershey和他的學(xué)生Chase在1952年從事噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。噬菌體專(zhuān)門(mén)寄生在細(xì)菌體內(nèi)。它的頭、尾外部都有由蛋白質(zhì)組成的外殼，頭內(nèi)主要是DNA。噬菌

22、體侵染細(xì)菌的過(guò)程可以分為以下5個(gè)步驟：噬菌體用尾部的末端（基片、尾絲）吸附在細(xì)菌表面；噬菌體通過(guò)尾軸把DNA全部注入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，噬菌體的蛋白質(zhì)外殼則留在細(xì)胞外面；噬菌體的DNA一旦進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)，它就能利用細(xì)菌的生命過(guò)程合成噬菌體自身的DNA和蛋白質(zhì)；新合成的DNA和蛋白質(zhì)外殼，能組裝成許許多多與親代完全相同的子噬菌體；子代噬菌體由于細(xì)菌的解體而被釋放出來(lái)，再去侵染其他細(xì)菌。他們發(fā)現(xiàn)被感染的細(xì)菌中帶有70%的噬菌體DNA，但只帶有20%的噬菌體蛋白質(zhì)。子代噬菌體中帶有50%標(biāo)記的DNA，卻只有1%的標(biāo)記蛋白質(zhì)。 四. C-value和Cot1/2 The total 

23、;amount of DNA in the haploid genome is a characteristic of each living species known as C-value. Cot1/2 is the product of concentration and time required for 50% re

24、association given in nucleotide-moles × second/liter. 五、 染色體結(jié)構(gòu) DNA molecules are the largest macromolecules in the cell and are commonly packaged into structures called “chromosomes”,&#

25、160;most bacteria & viruses have a single chromosome where as Eukaryotic cells usually contain many.  任何一條染色體上都帶有許多基因，一條高等生物的染色體上可能帶有成千上萬(wàn)個(gè)基因，一個(gè)細(xì)胞中的全部基因序列及其間隔序列統(tǒng)稱(chēng)為genomes（基因組）。 如果設(shè)想將人體細(xì)胞中的DNA分子繞地球一周，那么，每個(gè)堿基大約只占15厘米，而一

26、個(gè)23kb的基因只相當(dāng)于地球上一條數(shù)十米長(zhǎng)，數(shù)厘米寬的線段！ Genotype (基因型)： The genetic constitution of a given organism (指某個(gè)特定生物體細(xì)胞內(nèi)的全部遺傳物質(zhì))。 Phenotype (表現(xiàn)型)： Visible property of any given organism (某個(gè)特定生物體中可觀察到的物理或生理現(xiàn)象)。 Mutations： 染色體DN

27、A中可遺傳的核苷酸序列變化。 六、 染色體的組成  1染色質(zhì)和核小體  染色質(zhì)DNA的Tm值比自由DNA高，說(shuō)明在染色質(zhì)中DNA極可能與蛋白質(zhì)分子相互作用；在染色質(zhì)狀態(tài)下，由DNA聚合酶和RNA聚合酶催化的DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄活性大大低于在自由DNA中的反應(yīng)；DNA酶I（DNaseI）對(duì)染色質(zhì)DNA的消化遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于對(duì)純DNA的作用。染色質(zhì)的電子顯微鏡圖顯示出由核小體組成的念珠狀結(jié)構(gòu)，可以看到由一條細(xì)絲連接著的一連串直徑為10nm的球狀體。 核小體是由H2A、H2B、H3、H4各兩個(gè)分子生成的八聚體和由大約200bpDNA組成的。八聚體在中間，DNA分子盤(pán)繞在外，而H1則

28、在核小體的外面。每個(gè)核小體只有一個(gè)H1。 在核小體中DNA盤(pán)繞組蛋白八聚體核心，從而使分子收縮成1/7，200bpDNA的長(zhǎng)度約為68nm，卻被壓縮在10nm的核小體中。但是，人中期染色體中含3.3×109堿基對(duì)，其理論長(zhǎng)度應(yīng)是180cm，這么長(zhǎng)的DNA被包含在46個(gè)51m長(zhǎng)的圓柱體（染色體）中，其壓縮比約為104。 2染色體中的核酸組成 不重復(fù)序列 在單倍體基因組里，這些序列一般只有一個(gè)或幾個(gè)拷貝，它占DNA總量的40%80%。不重復(fù)序列長(zhǎng)約7502000dp，相當(dāng)于一個(gè)結(jié)構(gòu)基因的長(zhǎng)度。單拷貝基因通過(guò)基因擴(kuò)增仍可合成大量的蛋白質(zhì)，如一個(gè)蠶絲心蛋白基因可作為模板合成104個(gè)

29、絲心蛋白mRNA，每個(gè)mRNA可存活4d，共合成105個(gè)絲心蛋白，這樣，在幾天之內(nèi)，一個(gè)單拷貝絲心蛋白基因就可以合成109個(gè)絲心蛋白分子 。 中度重復(fù)序列 這類(lèi)重復(fù)序列的重復(fù)次數(shù)在10104之間，占總DNA的10%40%。各種rRNA、tRNA 及組蛋白基因等都屬這一類(lèi)。 非洲爪蟾的18S、5.8S及28SrRNA基因是連在一起的，中間隔著不轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)，這些單位在DNA鏈上串聯(lián)重復(fù)約5000次。在卵細(xì)胞形成過(guò)程中這些基因可進(jìn)行幾千次不同比例的復(fù)制，產(chǎn)生2×106個(gè)拷貝，使rDNA占卵細(xì)胞DNA的75%，從而使該細(xì)胞能積累1012個(gè)核糖體。 高度重復(fù)序列

30、衛(wèi)星DNA 這類(lèi)DNA只在真核生物中發(fā)現(xiàn)，占基因組的10%60%，由6100個(gè)堿基組成，在DNA鏈上串聯(lián)重復(fù)幾百萬(wàn)次。由于堿基的組成不同，在CsCl密度梯度離心中易與其他DNA分開(kāi)，形成含量較大的主峰及高度重復(fù)序列小峰，后者又稱(chēng)衛(wèi)星區(qū)帶（峰）。 高等真核生物DNA無(wú)論從結(jié)構(gòu)還是功能看都極為復(fù)雜，以小鼠為例： 1.小鼠總DNA的10是小于10bp的高度重復(fù)序列，重復(fù)數(shù)十萬(wàn)到上百萬(wàn)次/genome。  2.總DNA的20是重復(fù)數(shù)千次、長(zhǎng)約數(shù)百bp的中等重復(fù)序列。  3.總DNA的70是不重復(fù)或低重復(fù)序列,絕大部分功能基因都位于這類(lèi)序列中。 Centromere：是細(xì)胞

31、有絲分裂期間紡錘體蛋白質(zhì)與染色體的結(jié)合位點(diǎn)（attachment point），這種結(jié)合對(duì)于染色體對(duì)在子細(xì)胞中的有序和平均分配至關(guān)重要。在酵母中，centromere的功能單位長(zhǎng)約130 bp，富含AT 堿基對(duì)。在高等真核細(xì)胞中，centromere都是由長(zhǎng)約510 bp、方向相同的高度重復(fù)序列所組成。 Telomeres are sequences at the ends of eukaryotic Chromosomes that help 

32、stabilize them。 酵母Telomeres一般以100 bp左右不精確重復(fù)序列所組成。 5(TxGy)n 3(AxCy)n 其中X、Y一般為14，單細(xì)胞真核生物中n常為20100，高等真核生物中>1500。 染色體末端的線性重復(fù)序列不能被DNA polymarase 所準(zhǔn)確復(fù)制，它們一般在DNA復(fù)制完成以后由telomarase合成后加到染色體末端。 Alu（長(zhǎng)約300bp）是人類(lèi)高度重復(fù)序列,因?yàn)樵撔蛄兄袔в蠥luI的識(shí)別序列而得名。數(shù)十萬(wàn)個(gè)Alu重復(fù)序列散布于整個(gè)人類(lèi)基因組中，達(dá)到總序列的13。Alu與其它高度重復(fù)序列共占

33、人類(lèi)DNA的10以上。 3染色體中的蛋白質(zhì) 染色體上的蛋白質(zhì)包括組蛋白和非組蛋白。組蛋白是染色體的結(jié)構(gòu)蛋白，它與DNA組成核小體。通常可以用2mol/L NaCl或0.25mol/L的HCl/H2SO4處理使組蛋白與DNA分開(kāi)。組蛋白分為H1、H2A、H2B、H3及H4。這些組蛋白都含有大量的賴(lài)氨酸和精氨酸，其中H3、H4富含精氨酸，H1富含賴(lài)氨酸；H2A、H2B介于兩者之間。 組蛋白的一般特性 進(jìn)化上的極端保守性。牛、豬、大鼠的H4氨基酸序列完全相同。牛的H4序列與豌豆序列相比只有兩個(gè)氨基酸的差異（豌豆H4中的異亮氨基酸60纈氨酸60，精氨酸賴(lài)氨酸）。H3的保守性也很大，鯉魚(yú)與小牛

34、胸腺的H3只差一個(gè)氨基酸，小牛胸腺與豌豆H3只差4個(gè)氨基酸。  無(wú)組織特異性。到目前為止，僅發(fā)現(xiàn)鳥(niǎo)類(lèi)、魚(yú)類(lèi)及兩棲類(lèi)紅細(xì)胞染色體不含H1而帶有H5，精細(xì)胞染色體的組蛋白是魚(yú)精蛋白。  肽鏈上氨基酸分布的不對(duì)稱(chēng)性。堿性氨基酸集中分布在N端的半條鏈上。例如，N端的半條鏈上凈電荷為+16，C端只有+3，大部分疏水基團(tuán)都分布在C端。  組蛋白的修飾作用。包括甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等。  非組蛋白的一般特性 染色體上除了存在大約與DNA等量的組蛋白以外，還存在大量的非組蛋白。非組蛋白的多樣性。非組蛋白的量大約是組蛋白的60%70%，但它的種類(lèi)卻很多，

35、約在20-100種之間，其中常見(jiàn)的有15-20種。 非組蛋白的組織專(zhuān)一性和種屬專(zhuān)一性。  (3)幾類(lèi)常見(jiàn)的非組蛋白 a.HMG蛋白（high mobility group protein）。這是一類(lèi)能用低鹽（0.35mol/L NaCl）溶液抽提、能溶于2%的三氯乙酸、相對(duì)分子質(zhì)量較低的非組蛋白，相對(duì)分子質(zhì)量都在3.0×104以下。 b. DNA結(jié)合蛋白。用2mol/L NaCl除去全部組蛋白和70%非組蛋白后，還有一部分蛋白必須用2mol/L NaCl和5mol/L尿素才能與DNA解離。這些蛋

36、白分子量較低，約占非組蛋白的20%，染色質(zhì)的8%。 七. 原核與真核染色體DNA比較 原核生物中一般只有一條染色體且大都帶有單拷貝基因，只有很少數(shù)基因如rRNA基因是以多拷貝形式存在；  整個(gè)染色體DNA幾乎全部由功能基因與調(diào)控序列所組成；  幾乎每個(gè)基因序列都與它所編碼的蛋白質(zhì)序列呈線性對(duì)應(yīng)狀態(tài)。  Viral DNA molecules are relatively small HIV = 9000 nt RNA Q = 4200 

37、nt Bactaria DNA is 100 times > than viral E. coli 4639221 bp double-stranded Contour length = 1.7mm, 850倍細(xì)菌本身長(zhǎng)度。細(xì)菌中常常帶有質(zhì)粒DNA。 Eucaryotic cells 果蠅帶有25倍于E. Coli 的DNA,人類(lèi)帶有600倍于E. Coli 的DNA. Eucar

38、yotic DNA 中基因密度明顯低于原核和病毒。如人DNA中平均每毫米只帶有50個(gè)基因,而E. Coli中基因密度每毫米DNA帶有2400個(gè)基因！一個(gè)人細(xì)胞中所帶有的DNA約有2m/1.7mm細(xì)菌。成人帶有1X1014個(gè)細(xì)胞，成人體內(nèi)全部DNA的總長(zhǎng)度（Contour Length） 2X1011Km -  第三講 蛋白質(zhì)合成 一.基因與基因表達(dá)的一般概念 基因作為唯一能夠自主復(fù)制、永久存在的單位，其生理學(xué)功能以蛋白質(zhì)形式得到表達(dá)。DNA序列是遺傳信息的貯存者，它通過(guò)自主復(fù)制得到永存，并通過(guò)轉(zhuǎn)錄生成mRNA，翻譯生成蛋白質(zhì)

39、的過(guò)程控制所有生命現(xiàn)象。 編碼鏈（coding strand）又稱(chēng)sense strand，是指與mRNA序列相同的那條鏈。非編碼鏈（anticoding strand），又稱(chēng)antisense strand，是指那條根據(jù)堿基互補(bǔ)原則指導(dǎo)mRNA生物合成的DNA鏈。 Genetic information is perpetuated by replication（復(fù)制）in which a double- stranded nucleic ac

40、id is duplicated to give identical copies. 基因表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄（transcription）和翻譯（translation）兩個(gè)階段。轉(zhuǎn)錄是指拷貝出一條與DNA鏈序列完全相同（除了TU之外）的RNA單鏈的過(guò)程，是基因表達(dá)的核心步驟。翻譯是指以新生的mRNA為模板，把核苷酸三聯(lián)子遺傳密碼翻譯成氨基酸序列、合成蛋白質(zhì)多肽鏈的過(guò)程，是基因表達(dá)的最終目的。 只有mRNA所攜帶的遺傳信息才被用來(lái)指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成，所以人們一般用U、C、A、G這4種核苷酸而不是T、C、A、G的組合來(lái)表示遺傳性狀。所謂翻譯是

41、指將mRNA鏈上的核苷酸從一個(gè)特定的起始位點(diǎn)開(kāi)始，按每3個(gè)核苷酸代表一個(gè)氨基酸的原則，依次合成一條多肽鏈的過(guò)程。 二. 遺傳密碼三聯(lián)子 mRNA上每3個(gè)核苷酸翻譯成蛋白質(zhì)多肽鏈上的一個(gè)氨基酸，這3個(gè)核苷酸就稱(chēng)為一個(gè)密碼，也叫三聯(lián)子密碼。翻譯時(shí)從起始密碼子AUG開(kāi)始，沿mRNA53的方向連續(xù)閱讀直到終止密碼子，生成一條具有特定序列的多肽鏈。 mRNA中只有4種核苷酸，而蛋白質(zhì)中有20種氨基酸，若以一種核苷酸代表一種氨基酸，只能代表4種(41=4)。若以?xún)煞N核苷酸作為一個(gè)密碼（二聯(lián)子），能代表42=16種氨基酸。而假定以3個(gè)核苷酸代表一個(gè)氨基酸，則可以有43=64種密碼，滿足了編碼20種

42、氨基酸的需要。 50-60年代破譯遺傳密碼方面的三項(xiàng)重要成果： （1）Paul Zamecnik等人證實(shí)細(xì)胞中蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。他們把放射性標(biāo)記的氨基酸注射到大鼠體內(nèi)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后收獲其肝臟，進(jìn)行蔗糖梯度沉淀并分析各種細(xì)胞成份中的放射性蛋白質(zhì)。 如果注射后經(jīng)數(shù)小時(shí)（或數(shù)天）收獲肝臟，所有細(xì)胞成份中都帶有放射性標(biāo)記的蛋白質(zhì); 如果注射后幾分鐘內(nèi)即收獲肝臟，那么，放射性標(biāo)記只存在于含有核糖體顆粒的細(xì)胞質(zhì)成份中。 （2）Francis Crick等人第一次證實(shí)只有用三聯(lián)子密碼的形式才能把包含在由AUGC四個(gè)字母組成遺傳信息（核酸）準(zhǔn)確無(wú)誤地翻譯成由20種不同氨基酸組成的蛋白質(zhì)序

43、列，實(shí)現(xiàn)遺傳信息的表達(dá)。 實(shí)驗(yàn)1: 用吖啶類(lèi)試劑（誘導(dǎo)核苷酸插入或丟失）處理T4噬菌體rII位點(diǎn)上的兩個(gè)基因，使之發(fā)生移碼突變（frame-shift），就生成完全不同的、沒(méi)有功能的蛋白質(zhì)。 實(shí)驗(yàn)2: 研究煙草壞死衛(wèi)星病毒發(fā)現(xiàn)，其外殼蛋白亞基由400個(gè)氨基酸組成，相應(yīng)的RNA片段長(zhǎng)1200個(gè)核苷酸，與密碼三聯(lián)子體系正好相吻合。 實(shí)驗(yàn)3: 以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成。 在含有tRNA、核糖體、AA-tRNA合成酶及其它蛋白質(zhì)因子的細(xì)胞抽提物中加入mRNA或人工合成的均聚物作為模板以及ATP、GTP、氨基酸等成分時(shí)又能合成新的肽鏈，新生肽鏈的氨基酸順序由外加的模板來(lái)決定。 1961年，

44、Nirenberg等以poly（U）作模板時(shí)發(fā)現(xiàn)合成了多聚苯丙氨酸，從而推出UUU代表苯丙氨酸（Phe）。以poly（C）及poly（A）做模板分別得到多聚脯氨酸和多聚賴(lài)氨酸。 實(shí)驗(yàn)4: 以特定序列的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成。以多聚二核苷酸作模板可合成由2個(gè)氨基酸組成的多肽，  5UGU GUG UGU GUG UGU GUG3,不管讀碼從U開(kāi)始還是從G開(kāi)始，都只能有UGU（Cys）及GUG（Val）兩種密碼子。 實(shí)驗(yàn)5: 以共聚三核苷酸作為模板可得到有3種氨基酸組成的多肽。如以多聚（UUC）為模板，可能有3種起讀方式： 5UUC&

45、#160;UUC UUC UUC UUC3或 5UCU UCU UCU UCU UCU3或 5CUU CUU CUU CUU CUU3分別產(chǎn)生UUC（Phe）、UCU（Ser）或CUU（Leu）. 多聚三核苷酸為模板時(shí)也可能只合成2種多肽：5GUA GUA GUA GUA GUA3或5UAG UAG UAG UAG UAG3 或5AGU AGU AGU AG

46、U AGU3由第二種讀碼方式產(chǎn)生的密碼子UAG是終止密碼，不編碼任何氨基酸，因此，只產(chǎn)生GUA（Val）或AGU（Ser）。 實(shí)驗(yàn)6: 以隨機(jī)多聚物指導(dǎo)多肽合成。Nirenberg等及Ochoa等又用各種隨機(jī)的多聚物作模板合成多肽。例如，以只含A、C的多聚核苷酸作模板，任意排列時(shí)可出現(xiàn)8種三聯(lián)子，即CCC、CCA、CAC、ACC、CAA、ACA、AAC、AAA，獲得由Asn、His、Pro、Gln、Thr、Lys等6種氨基酸組成的多肽。 （3）氨基酸的“活化”與核糖體結(jié)合技術(shù)。 如果把氨基酸與ATP和肝臟細(xì)胞質(zhì)共培養(yǎng)，氨基酸就會(huì)被固定在某些熱穩(wěn)定且可溶性RNA分子（transfer&

47、#160;RNA，tRNA）上?，F(xiàn)將氨基酸活化后的產(chǎn)物稱(chēng)為氨基酰-tRNA（aminoacyl-tRNA），并把催化該過(guò)程的酶稱(chēng)為氨基酰合成酶（aminoacyl-tRNA Synthetase）。 以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、UGU等為模板，在含核糖體、AA-tRNA的反應(yīng)液中保溫后通過(guò)硝酸纖維素濾膜，只有游離的AA-tRNA因相對(duì)分子質(zhì)量小而通過(guò)濾膜，而核糖體或與核糖體結(jié)合的AA-tRNA則留在濾膜上，這樣可把已結(jié)合與未結(jié)合的AA-tRNA分開(kāi)。 當(dāng)體系中帶有多聚核苷酸模板時(shí)，從大腸桿菌中提取的核糖體經(jīng)常與特異性氨基酰-tRNA相結(jié)合。如果把核糖體與poly（U）和Ph

48、e-tRNAPhe共溫育，核糖體就能同時(shí)與poly（U）和Phe-tRNAPhe相結(jié)合。  4種核苷酸組成61個(gè)編碼氨基酸的密碼子和3個(gè)終止密碼子，它們不能與tRNA的反密碼子配對(duì)，但能被終止因子或釋放因子識(shí)別，終止肽鏈的合成。由一種以上密碼子編碼同一個(gè)氨基酸的現(xiàn)象稱(chēng)為簡(jiǎn)并（degeneracy），對(duì)應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱(chēng)為同義密碼子（synonymous codon）。 三密碼子和反密碼子的相互作用 蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程中，tRNA的反密碼子通過(guò)堿基的反向配對(duì)與mRNA的密碼子相互作用。1966年，Crick根據(jù)立體化學(xué)原理提出擺動(dòng)假說(shuō)（wobble hypot

49、hesis），解釋了反密碼子中某些稀有成分如I以及許多有2個(gè)以上同源密碼子的配對(duì)問(wèn)題。 Wobble hypothesis  任意一個(gè)密碼子的前兩位堿基都與tRNA anticodon中的相應(yīng)堿基形成Watson-Crick堿基配對(duì)。  反密碼子第一位是A或C時(shí)，只能識(shí)別一個(gè)密碼子。當(dāng)反密碼子第一位是U或G時(shí)，能識(shí)別兩個(gè)密碼子。當(dāng)Inosine（I）作為反密碼子第一位時(shí)，能識(shí)別三個(gè)密碼子。  如果數(shù)個(gè)密碼子同時(shí)編碼一個(gè)氨基酸，凡是第一、二位堿基不相同的密碼子都對(duì)應(yīng)于各自的tRNA。  根據(jù)上述規(guī)則，至少需要32種不同的tRNA才能翻譯

50、61個(gè)密碼子。 四tRNA tRNA在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，被稱(chēng)為第二遺傳密碼。它不但為將每個(gè)三聯(lián)子密碼翻譯成氨基酸提供了接合體，還為準(zhǔn)確無(wú)誤地將所需氨基酸運(yùn)送到核糖體上提供了載體。所有的tRNA都能夠與核糖體的P位點(diǎn)和A位點(diǎn)結(jié)合，此時(shí)，tRNA分子三葉草型頂端突起部位通過(guò)密碼子：反密碼子的配對(duì)與mRNA相結(jié)合，而其3末端恰好將所轉(zhuǎn)運(yùn)的氨基酸送到正在延伸的多肽上。代表相同氨基酸的tRNA稱(chēng)為同工tRNA。在一個(gè)同工tRNA組內(nèi)，所有tRNA均專(zhuān)一于相同的氨基酰- tRNA合成酶。 1、tRNA的三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu) 受體臂（acceptor arm）主要由鏈兩端序列堿基配對(duì)

51、形成的桿狀結(jié)構(gòu)和3端末配對(duì)的3-4個(gè)堿基所組成，其3端的最后3個(gè)堿基序列永遠(yuǎn)是CCA，最后一個(gè)堿基的3或2自由羥基（OH）可以被氨?；C臂是根據(jù)3個(gè)核苷酸命名的，其中表示擬尿嘧啶，是tRNA分子所擁有的不常見(jiàn)核苷酸。反密碼子臂是根據(jù)位于套索中央的三聯(lián)反密碼子命名的。D臂是根據(jù)它含有二氫尿嘧啶（dihydrouracil）命名的。 最常見(jiàn)的tRNA分子有76個(gè)堿基，相對(duì)分子質(zhì)量約為2.5×104。不同的tRNA分子可有74-95個(gè)核苷酸不等，tRNA分子長(zhǎng)度的不同主要是由其中的兩條手臂引起的。tRNA的稀有堿基含量非常豐富，約有70余種。每個(gè)tRNA分子至少含有2個(gè)稀有堿基，最多有

52、19個(gè)，多數(shù)分布在非配對(duì)區(qū)，特別是在反密碼子3端鄰近部位出現(xiàn)的頻率最高，且大多為嘌呤核苷酸。這對(duì)于維持反密碼子環(huán)的穩(wěn)定性及密碼子、反密碼子之間的配對(duì)是很重要的。 2tRNA的L形三級(jí)結(jié)構(gòu) 酵母和大腸桿菌tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)都呈L形折疊式。這種結(jié)構(gòu)是靠氫鍵來(lái)維持的，tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)與AA- tRNA合成酶的識(shí)別有關(guān)。受體臂和TC臂的桿狀區(qū)域構(gòu)成了第一個(gè)雙螺旋，D臂和反密碼子臂的桿狀區(qū)域形成了第二個(gè)雙螺旋。 tRNA的L形高級(jí)結(jié)構(gòu)反映了其生物學(xué)功能，因?yàn)樗纤\(yùn)載的氨基酸必須靠近位于核糖體大亞基上的多肽合成位點(diǎn)，而它的反密碼子必須與小亞基上的mRNA相配對(duì)，所以?xún)蓚€(gè)不同的功能基團(tuán)最大限度

53、分離。 3tRNA的功能 轉(zhuǎn)錄過(guò)程是信息從一種核酸分子（DNA）轉(zhuǎn)移至另一種結(jié)構(gòu)上極為相似的核酸分子（RNA）的過(guò)程，信息轉(zhuǎn)移靠的是堿基配對(duì)。翻譯階段遺傳信息從mRNA分子轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)極不相同的蛋白質(zhì)分子，信息是以能被翻譯成單個(gè)氨基酸的三聯(lián)子密碼形式存在的，在這里起作用的是解碼機(jī)制。 4tRNA的種類(lèi) （1）起始tRNA和延伸tRNA 能特異地識(shí)別mRNA模板上起始密碼子的tRNA叫起始tRNA，其他tRNA統(tǒng)稱(chēng)為延伸tRNA。原核生物起始tRNA攜帶甲酰甲硫氨酸（fMet），真核生物起始tRNA攜帶甲硫氨酸（Met）。 （2）同工tRNA 代表同一種氨基酸的tRNA稱(chēng)為同工tRNA，同工tRN

54、A既要有不同的反密碼子以識(shí)別該氨基酸的各種同義密碼，又要有某種結(jié)構(gòu)上的共同性，能被AA- tRNA合成酶識(shí)別。 （3）校正tRNA 校正tRNA分為無(wú)義突變及錯(cuò)義突變校正。 在蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因中，一個(gè)核苷酸的改變可能使代表某個(gè)氨基酸的密碼子變成終止密碼子（UAG、UGA、UAA），使蛋白質(zhì)合成提前終止，合成無(wú)功能的或無(wú)意義的多肽，這種突變就稱(chēng)為無(wú)義突變。 五AA- tRNA合成酶 是一類(lèi)催化氨基酸與tRNA結(jié)合的特異性酶，其反應(yīng)式如下： 它實(shí)際上包括兩步反應(yīng)： 第一步是氨基酸活化生成酶-氨基酰腺苷酸復(fù)合物。 AA+ATP+酶（E）E-AA-AMP+PPi 第二步是

55、氨?；D(zhuǎn)移到tRNA 3末端腺苷殘基上，與其2或3-羥基結(jié)合。 E-AA-AMP+ tRNAAA- tRNA +E+AMP  蛋白質(zhì)合成的真實(shí)性主要決定于AA- tRNA合成酶是否能使氨基酸與對(duì)應(yīng)的tRNA相結(jié)合。AA-tRNA合成酶既要能識(shí)別tRNA，又要能識(shí)別氨基酸，它對(duì)兩者都具有高度的專(zhuān)一性。不同的tRNA有不同堿基組成和空間結(jié)構(gòu)，容易被tRNA合成酶所識(shí)別，困難的是這些酶如何識(shí)別結(jié)構(gòu)上非常相似的氨基酸。  有兩道關(guān)口: The first filter is the 

56、initial binding of the amino acid to the enzyme and its activation to aminoacyl-AMP.  The second filter is the binding of incorrect aminoacyl-AMP products to a separate&#

57、160;active site on the enzyme.  核糖體像一個(gè)能沿mRNA模板移動(dòng)的工廠，執(zhí)行著蛋白質(zhì)合成的功能。它是由幾十種蛋白質(zhì)和幾種核糖體RNA（ribosomal RNA，rRNA）組成的亞細(xì)胞顆粒。一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)約有20000個(gè)核糖體，而真核細(xì)胞內(nèi)可達(dá)106個(gè)，在未成熟的蟾蜍卵細(xì)胞內(nèi)則高達(dá)1012。核糖體和它的輔助因子為蛋白質(zhì)合成提供了必要條件。 1.核糖體的組成 原核生物核糖體由約2/3的RNA及1/3的蛋白質(zhì)組成。真核生物核糖體中RNA占3/5，蛋白質(zhì)占2/5。核糖體是一個(gè)致密的核糖核蛋白顆粒，可以解離為兩

58、個(gè)亞基，每個(gè)亞基都含有一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量較大的rRNA和許多不同的蛋白質(zhì)分子。 大腸桿菌核糖體小亞基由21種蛋白質(zhì)組成，分別用S1S21表示，大亞基由33種蛋白質(zhì)組成，分別用L1L33表示。真核生物細(xì)胞核糖體大亞基含有49種蛋白質(zhì)，小亞基有33種蛋白質(zhì)。  2、rRNA 3.核糖體的功能 核糖體包括至少5個(gè)活性中心，即mRNA結(jié)合部位、結(jié)合或接受AA- tRNA部位（A位）、結(jié)合或接受肽基tRNA的部位、肽基轉(zhuǎn)移部位（P位）及形成肽鍵的部位（轉(zhuǎn)肽酶中心），此外還有負(fù)責(zé)肽鏈延伸的各種延伸因子的結(jié)合位點(diǎn)。小亞基上擁有mRNA結(jié)合位點(diǎn)，負(fù)責(zé)對(duì)序列特異的識(shí)別過(guò)程，如起始位點(diǎn)的識(shí)別和密

59、碼子與反密碼子的相互作用。大亞基負(fù)責(zé)氨基酸及tRNA攜帶的功能，如肽鍵的形成、AA- tRNA、肽基- tRNA的結(jié)合等。A位、P位、轉(zhuǎn)肽酶中心等主要在大亞基上。 核糖體可解離為亞基或結(jié)合成70S/80S顆粒。翻譯的起始階段需要游離的亞基，隨后才結(jié)合成70S/80S顆粒，繼續(xù)翻譯進(jìn)程。體外反應(yīng)體系中，核糖體的解離或結(jié)合取決于Mg2+離子濃度。在大腸桿菌內(nèi)，Mg2+濃度在10-3mol/L以下時(shí)，70S解離為亞基，濃度達(dá)10-2mol/L時(shí)則形成穩(wěn)定的70S顆粒。細(xì)胞中大多數(shù)核糖體處于非活性的穩(wěn)定狀態(tài)，單獨(dú)存在，只有少數(shù)與mRNA一起形成多聚核糖體。它從mRNA的5末端向3末

60、端閱讀密碼子，至終止子時(shí)合成一條完整的多肽鏈。mRNA上核糖體的多少視mRNA的長(zhǎng)短而定，一般40個(gè)核苷酸有一個(gè)核糖體。 七. 信使核糖核酸 mRNA messenger ribonucleic acidDNA deoxyribonucleic acid. 雖然mRNA在所有細(xì)胞內(nèi)執(zhí)行著相同的功能，即通過(guò)三聯(lián)子密碼翻譯生成蛋白質(zhì)，其生物合成的具體過(guò)程和成熟mRNA的結(jié)構(gòu)在原核和真核生物細(xì)胞內(nèi)是不同的。 八、蛋白質(zhì)的生物合成 核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所，mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板，tRNA是模板與氨基酸之間的接合體。此外，有20種以上的A

61、A-tRNA及合成酶、10多種起始因子、延伸因子及終止因子，30多種tRNA及各種rRNA、mRNA和100種以上翻譯后加工酶參與蛋白質(zhì)合成和加工過(guò)程。 蛋白質(zhì)合成消耗了細(xì)胞中90%左右用于生物合成反應(yīng)的能量。細(xì)菌細(xì)胞中的2萬(wàn)個(gè)核糖體，10萬(wàn)個(gè)蛋白質(zhì)因子和20萬(wàn)個(gè)tRNAs 約占大腸桿菌干重的35%。 在大腸桿菌中合成一個(gè)100個(gè)氨基酸的多肽只需5分鐘。 1.蛋白質(zhì)生物合成的主要步驟： 翻譯的起始核糖體與mRNA結(jié)合并與氨基酰-tRNA生成起始復(fù)合物。肽鏈的延伸核糖體沿mRNA5端向3端移動(dòng)，導(dǎo)致從N端向C端的多肽合成。肽鏈的終止以及肽鏈的釋放核糖體從mRNA上解離，準(zhǔn)備新一輪合成反

62、應(yīng)。 主要分為五步 1、 Activation of Amino Acids (This reaction takes place in the cytosol, not on the ribosome). 2、 Initiation. The mRNA bearing the code for the polypeptide binds 

63、;to the small ribosomal subunit and to the initiating aminoacyl-tRNA. 3、Elongation. Peptide bonds are formed in this stage. 4、Termination and Release. Completion of the polypeptide chai

64、n is signaled by a termination codon in the mRNA. 5、Folding and Post translational Processing. 肽鏈延伸分為三步  Binding of an incoming aminoacyl-tRNA.  Peptide bond formation.  Translocation. 2.與蛋白

65、質(zhì)合成有關(guān)的因子 起始因子Initiation factor（IF）延伸因子Elongation factor（EF）終止因子。原核中有RF1-3。RF-1 識(shí)別 UAA和UAG; RF-2 識(shí)別 UAA和UGA; RF-3 僅能促進(jìn)RF-1和RF-2的功能。終止因子行使功能時(shí)需要GTP。真核生物中只有一個(gè)RF，能識(shí)別3個(gè)終止子。 3、蛋白質(zhì)合成的起始 蛋白質(zhì)合成的起始復(fù)合物: 30S 核糖體小亞基 模板mRNA fMet-tRNAfMet 起始因子 GTP 50S 核糖體大亞基 Mg

66、2+ 合成的起始可分為三步: 1、30S 核糖體小亞基與起始因子IF 1和IF-3相結(jié)合，誘發(fā)模板mRNA與小亞基結(jié)合。 2、由30S 小亞基、起始因子IF 1和IF-3及模板mRNA所組成的復(fù)合物立即與GTP-IF-2及fMet-tRNAfMet相結(jié)合。反密碼子與密碼子配對(duì)。 3、上述六組分復(fù)合物再與50S大亞基結(jié)合，水解GTP生成并釋放GDP和Pi。釋放三個(gè)起始因子。 表27-9 真核細(xì)胞中參與翻譯起始的蛋白質(zhì)因子及其功能 真核因子 功能  eIF2 促進(jìn)Met-tRNAMet與核糖體40S小亞基結(jié)合。  eIF2B  eIF3  是最早與核糖體40S小亞基結(jié)合的促進(jìn)因子，蛋白質(zhì)合成反應(yīng)的正常進(jìn)行。  eIF4A 具有RNA解旋酶活性，解除mRNA模板的次級(jí)結(jié)構(gòu)并使之