現(xiàn)代生物學(xué)導(dǎo)論遺傳的分子基礎(chǔ)

9遺傳的分子基礎(chǔ)9.1基因是什么9.2DNA的半保留復(fù)制9.3RNA的組成和作用9.4遺傳密碼與蛋白質(zhì)合成9.5基因表達(dá)的調(diào)控與DNA損傷修復(fù)第一頁(yè)，共一百頁(yè)。在20世紀(jì)的前40年，困擾科學(xué)家的兩個(gè)最基本的問(wèn)題依然沒(méi)有解決：（1）基因是由什么物質(zhì)組成的？（2）基因是如何工作的？當(dāng)時(shí)沒(méi)有人能夠想到，DNA就是遺傳物質(zhì)在Mendel和Morgan時(shí)代，使用的實(shí)驗(yàn)材料主要是豌豆和果蠅等，它們都是一些非常復(fù)雜的多細(xì)胞生物后來(lái)，在對(duì)細(xì)菌和病毒這些極其簡(jiǎn)單的生命形式的研究中，科學(xué)家才發(fā)現(xiàn)了遺傳物質(zhì)的蛛絲馬跡。9.1基因是什么第二頁(yè)，共一百頁(yè)。從簡(jiǎn)單到復(fù)雜是科學(xué)的研究方法。第三頁(yè)，共一百頁(yè)。1928年，英國(guó)細(xì)菌學(xué)家Griffith首次發(fā)現(xiàn)基因是一類特殊的生物分子的證據(jù)。用肺炎鏈球菌實(shí)驗(yàn)S型肺炎球菌：有莢膜，菌落表面光滑R型肺炎球菌：沒(méi)有莢膜，菌落表面粗糙著名的肺炎球菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明什么？

第四頁(yè)，共一百頁(yè)。結(jié)果說(shuō)明：加熱殺死的S型肺炎球菌中一定有某種特殊的生物分子或遺傳物質(zhì)（轉(zhuǎn)化因子），可以使無(wú)害的R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的S型肺炎球菌這種生物分子或遺傳物質(zhì)是什么呢？著名的肺炎球菌實(shí)驗(yàn)紐約洛克菲勒研究所的Avery敏感地抓住了這一問(wèn)題，對(duì)加熱殺死的S型肺炎球菌的成分蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類作酶解實(shí)驗(yàn)，分別加入到無(wú)害的R型肺炎球菌中結(jié)果發(fā)現(xiàn)，惟獨(dú)只有核酸可以使無(wú)害的R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的S型肺炎球菌1944年Avery正式得出結(jié)論：DNA是生命的遺傳物質(zhì)

蛋白質(zhì)不是生命的遺傳物質(zhì)

(在沒(méi)有DNA的病毒中RNA是遺傳物質(zhì))第五頁(yè)，共一百頁(yè)。Structureofabacteriophagevirus更有說(shuō)服力的噬菌體實(shí)驗(yàn)（細(xì)菌病毒）第六頁(yè)，共一百頁(yè)。1952年，美國(guó)Hershey和Chase用帶放射性培養(yǎng)基放射性同位素35S培養(yǎng)標(biāo)記病毒的蛋白質(zhì)外殼，32P標(biāo)記病毒的DNA內(nèi)核，感染細(xì)菌。新復(fù)制的病毒，檢測(cè)到了32P標(biāo)記的DNA，沒(méi)有檢測(cè)到35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)。證實(shí)DNA在病毒和生物體復(fù)制中的關(guān)鍵作用。8年的時(shí)間,全世界的科學(xué)家才一致接受了Avery的結(jié)論1953年確立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)理論，進(jìn)入分子生物學(xué)時(shí)代更有說(shuō)服力的噬菌體實(shí)驗(yàn)第七頁(yè)，共一百頁(yè)。DNA結(jié)晶X-射線衍射圖第八頁(yè)，共一百頁(yè)。DNA復(fù)

制

模

型

檢

測(cè)9.2DNA如何進(jìn)行復(fù)制？－細(xì)胞繁殖的第一步是DNA復(fù)制第九頁(yè)，共一百頁(yè)。1958，Meselson和Stahl設(shè)計(jì)大腸桿菌15NH4CI為唯一氮源的培養(yǎng)液中生長(zhǎng)若干代被15N標(biāo)記的大腸桿菌轉(zhuǎn)入14NH4CI為唯一氮源的培養(yǎng)液中完成第一代和第二代繁殖時(shí)，

分離DNA，密度梯度超速離心15N/15N,密度大，在下部；14N/14N,密度小，在上部；15N/14N,在15N/15N和14N/14N之間在中部。9.2DNA的半保留復(fù)制DNA合成的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)第十頁(yè)，共一百頁(yè)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：被15N標(biāo)記的親代DNA離心后只有一條帶，位于離心管下部；繁殖后第一代大腸桿菌的DNA離心后也只有一條帶，分布于離心管中部；繁殖后的第二代大腸桿菌DNA離心后出現(xiàn)兩條帶，一條分布于離心管中部，另一條分布于離心管上部，證明新合成的DNA分子的兩條多核苷酸鏈中有一條來(lái)自親代DNA，一條則是新合成的。DNA的復(fù)制是以親代的一條DNA為模板，按照堿基互補(bǔ)的原則，合成另一條具有互補(bǔ)堿基的新鏈，因此，細(xì)胞中DNA的復(fù)制被稱為半保留復(fù)制DNA合成的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)(用氯化銫密度梯度離心)第十一頁(yè)，共一百頁(yè)。解旋酶DNA的復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞周期的S期，在解旋酶的作用下，首先雙螺旋的DNA可以同時(shí)在許多DNA復(fù)制的起始位點(diǎn)局部解螺旋并拆開為兩條單鏈，如此在一條雙鏈上可形成許多“復(fù)制泡”，解鏈的叉口處稱為復(fù)制叉。第十二頁(yè)，共一百頁(yè)。DNA復(fù)制起始點(diǎn)、方向和速度第十三頁(yè)，共一百頁(yè)。DNA復(fù)制起始點(diǎn)---雙向復(fù)制

第十四頁(yè)，共一百頁(yè)。D

N

A

雙鏈的極性第十五頁(yè)，共一百頁(yè)。DNA的復(fù)制具有方向性,只能從5’→3’第十六頁(yè)，共一百頁(yè)。DNA的復(fù)制過(guò)程（半不連續(xù)復(fù)制）第十七頁(yè)，共一百頁(yè)。DNA復(fù)制的引物第十八頁(yè)，共一百頁(yè)。DNA雙鏈的非對(duì)稱性復(fù)制第十九頁(yè)，共一百頁(yè)。DNA復(fù)制的特點(diǎn)

1）半保留復(fù)制---DNA的兩條單鏈分別作為模板復(fù)制與之互補(bǔ)的單鏈;

2）DNA的復(fù)制具有方向性,只能從5’→3’;

3）DNA的兩條單鏈的復(fù)制是非對(duì)稱性的,3’鏈為連續(xù)復(fù)制,5’鏈為間斷復(fù)制;

4）DNA的復(fù)制必需先在復(fù)制起始點(diǎn)合成一段引物.

＊端粒和端粒酶（胚胎細(xì)胞85％的癌細(xì)胞中都測(cè)出有活性端粒酶）＊原核生物（環(huán)狀雙鏈DNA）－只有單個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)

＊某種噬菌體（環(huán)狀單鏈DNA）－滾環(huán)復(fù)制第二十頁(yè)，共一百頁(yè)。端粒酶維持著端粒的長(zhǎng)度它在胚胎干細(xì)胞中高度表達(dá)，使得胚胎干細(xì)胞不斷進(jìn)行分裂卻不會(huì)遭受染色體損傷。絕大多數(shù)成體細(xì)胞缺乏端粒酶，導(dǎo)致功能DNA的逐漸喪失。這被認(rèn)為是決定細(xì)胞壽命的一個(gè)重要因素。然而，在許多腫瘤中，端粒酶被重新激活，使得反常細(xì)胞無(wú)止境地進(jìn)行分裂。美國(guó)科學(xué)家近日利用X射線結(jié)晶學(xué)方法，揭示了控制細(xì)胞衰老定時(shí)機(jī)制的端粒酶（Telomerase）的關(guān)鍵部位。這一成果有望為絕大部分的人類癌癥提供安全的治療手段。相關(guān)論文8月31日在線發(fā)表于《自然》（Nature）雜志上。美國(guó)費(fèi)城威斯達(dá)研究所的Emmanuel

Skordalakes和同事檢測(cè)了許多不同物種的端粒酶基因。他們發(fā)現(xiàn)赤擬谷盜（Tribolium

castaneum）的端粒酶基因要比其它的短得多，這使得構(gòu)建基因更為容易。研究人員將這一基因在細(xì)菌體內(nèi)進(jìn)行了克隆，并進(jìn)行了結(jié)晶學(xué)實(shí)驗(yàn)。

第二十一頁(yè)，共一百頁(yè)。

生命延續(xù)的奧秘---DNA復(fù)制第二十二頁(yè)，共一百頁(yè)。9.3RNA的組成和作用RNA與DNA的主要差別：（1）RNA大多是單鏈分子；（2）含核糖而不是脫氧核糖；（3）4種核苷酸中，不含胸腺嘧啶T，而是由尿嘧啶U代替了胸腺嘧啶T。第二十三頁(yè)，共一百頁(yè)。細(xì)胞中主要有3種RNA（3＋1＝4）信使RNA（messagerRNA,mRNA）種類很多核糖體RNA（ribosomeRNA,rRNA）轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（transferRNA,tRNA）小RNA

（miRNA、RNAi/iRNA等）-新發(fā)現(xiàn)

1）mRNA是遺傳信息的攜帶者。真核細(xì)胞在細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄DNA上的遺傳信息，然后以mRNA攜帶信息進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，作為蛋白質(zhì)合成的模板。原核細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞核，直接合成蛋白。此外，真、原核細(xì)胞mRNA的3′和5′的結(jié)構(gòu)也有差別第二十四頁(yè)，共一百頁(yè)。2）tRNA和反密碼子tRNA局部為雙鏈，在3′、5′端相反一端的環(huán)上具有由3個(gè)核苷酸組成的反密碼子。tRNA的反密碼子在蛋白質(zhì)合成時(shí)與mRNA上互補(bǔ)的密碼子相結(jié)合。

tRNA起識(shí)別密碼子和攜帶相應(yīng)氨基酸的作用。tRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：含80個(gè)左右核苷酸

3′端有CCA-OH三葉草形結(jié)構(gòu)第二十五頁(yè)，共一百頁(yè)。3）rRNA與核糖體rRNA和蛋白質(zhì)共同組成的復(fù)合體就是核糖體，核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。核糖體的大小亞基只有在行使翻譯功能即肽鏈合成時(shí)聚合成整體，為蛋白質(zhì)的合成提供場(chǎng)所。占細(xì)胞總RNA的80％。核糖體上具有附著mRNA模板鏈的位置，還有兩個(gè)tRNA附著的位置，分別稱為A位和P位第二十六頁(yè)，共一百頁(yè)。第二十七頁(yè)，共一百頁(yè)。4）小RNA分子從RNA干擾現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)RNA調(diào)控的一套全新的機(jī)制，是這幾年生物學(xué)中的重大革命

信使信使RNA（mRNA）、核糖體RNA(rRNA)、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)是三種經(jīng)典意義上的RNA分子，它們行使中心法則規(guī)定的RNA分子的生物學(xué)功能。

現(xiàn)今涌現(xiàn)出了一大批小RNA分子，包括核小RNA分子(snRNA)、核仁小RNA分子(smallnucleolarRNA，snoRNA)、微小RNA分子(microRNA，miRNA)、和小干擾RNA分子(smallinterferingRNA，siRNA/RNAi)等等。小RNA分子的大量發(fā)現(xiàn)和對(duì)其特殊生物學(xué)功能的認(rèn)識(shí)，動(dòng)搖了中心法則的統(tǒng)治地位。RNA不光是遺傳信息從DNA到蛋白質(zhì)的中間媒介，RNA還可以獨(dú)當(dāng)一面，是與蛋白質(zhì)等價(jià)的功能元件，在細(xì)胞生命活動(dòng)中起到不可替代的作用。這些小RNA分子都小于500個(gè)核苷酸，miRNA和siRNA都只含有21—23個(gè)核苷酸。第二十八頁(yè)，共一百頁(yè)。siRNAModelforRNAiorsiRNA

RISC

(RNA-inducedsilencingcomplex)EffectorNuclease第二十九頁(yè)，共一百頁(yè)。RISC

(RNA-inducedsilencingcomplex)EffectorNuclease

-RISCcontainssiRNA -precurseractivatedbyATP -findanddestroymRNA

ofcomplementarysequence -containsendo-andexonuclease, cleavesthehybridinthemiddle imm.followedbydegradation -ARO:PAZdomainRISC–nucleasecomplex第三十頁(yè)，共一百頁(yè)。LatentRISC

PrecursorRISC~250KassociatewithdssiRNAs +ATPActiveRISC

ActiveRISC~100K(siRNAunwinding)associatewithsssiRNAs–destroystargetmRNAsHannonReviewRISC–nucleasecomplex第三十一頁(yè)，共一百頁(yè)。遺傳密碼的破譯

遺傳信息是如何儲(chǔ)藏在4種核苷酸中的？9.4遺傳密碼與蛋白質(zhì)合成數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家——邏輯運(yùn)算或推導(dǎo)？?jī)晌徊恢姆肿由飳W(xué)家，無(wú)數(shù)艱苦的實(shí)驗(yàn)第三十二頁(yè)，共一百頁(yè)。

遺傳密碼破譯的內(nèi)容1)連續(xù)編碼還是重疊或間斷編碼?2)每個(gè)密碼的字?jǐn)?shù)?3)密碼子含義?第三十三頁(yè)，共一百頁(yè)。密碼子猜測(cè)1954年，物理學(xué)家GeorgeGamow研究組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸和mRNA4個(gè)核苷酸之間的關(guān)系,即4種不同的核苷酸如何編碼20種氨基酸?

核苷酸

氨基酸1個(gè)核苷酸決定1個(gè)氨基酸41＝42個(gè)核苷酸決定1個(gè)氨基酸42＝163個(gè)核苷酸決定1個(gè)氨基酸43＝64第三十四頁(yè)，共一百頁(yè)。

連續(xù)編碼還是重疊或間斷編碼？

－假如密碼子是重疊的第三十五頁(yè)，共一百頁(yè)。密碼子是重疊的還是非重疊的?1)如果密碼子是重疊的,當(dāng)DNA分子編碼順序中某個(gè)堿基發(fā)生突變,那么將會(huì)影響一個(gè)以上氨基酸順序的改變.2)1961年,一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明密碼子是不重疊

的:亞硝酸可誘導(dǎo)煙草花葉病毒蛋白質(zhì)基因突變,每次突變產(chǎn)生的變異蛋白質(zhì)中只有一個(gè)氨基酸發(fā)生變化.第三十六頁(yè)，共一百頁(yè)。Matthei和Nirenberg合作：

在試管中將ATP、游離的氨基酸加入到從細(xì)胞提取的核糖體、核酸和酶的混合物——沒(méi)有蛋白質(zhì)的合成

（雖然有人用此法可將氨基酸連接到一段肽鏈上，但不知其所以然）建立了對(duì)RNA高度敏感、及時(shí)檢測(cè)多肽合成的試管實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；

提出了一個(gè)重要問(wèn)題：需要一種帶有遺傳信息的RNA？列出200多種RNA，看中了煙草花葉病毒RNA→獲得了神秘蛋白質(zhì)1955年，MarianneGrunberg-Manago發(fā)現(xiàn)核苷酸連接酶1959年，Matthei看中了Manago的用核苷酸連接酶人工合成多聚RNA的方法。試管加入不同的酶、核糖體、ATP、16種氨基酸，然后在其中分別加上合成的polyU、polyA、polyAU…,

◆遺傳密碼的破譯第三十七頁(yè)，共一百頁(yè)。Matthei經(jīng)過(guò)5天連續(xù)通宵達(dá)旦的工作，將不同的氨基酸分別加入到polyU試管系統(tǒng)中,得到了答案，產(chǎn)生了許多蛋白質(zhì)；問(wèn)題：polyU主要利用了哪些氨基酸呢？polyU合成的肽鏈全部是苯丙氨酸（Phe）Matthei，世界上破譯密碼的第一人

第三十八頁(yè)，共一百頁(yè)。Nirenberg去參加莫斯科的第五屆國(guó)際生物化學(xué)大會(huì)，

不善于推銷自己，小組會(huì)上只有Meselson認(rèn)為非同小可，建議FrancisCrick在全體大會(huì)上重新做學(xué)術(shù)報(bào)告

問(wèn)題：幾個(gè)U決定一個(gè)苯丙氨酸的合成？Nirenberg全力組織其他遺傳密碼的破譯，Nirenberg發(fā)現(xiàn)并定義了3個(gè)核苷酸為一個(gè)密碼子，決定一個(gè)氨基酸的翻譯Matthei回德國(guó)Khorana發(fā)明了按需要連接任意重復(fù)序列核苷酸的方法，如：ACACACACACACAC，合成的是thr-his-thr-his鏈ACA——蘇氨酸的密碼子CAC——組氨酸的密碼子蘇氨酸-thr，組氨酸-his第三十九頁(yè)，共一百頁(yè)。1966年，Nirenberg和Khorana完成全部遺傳密碼字典：

64個(gè)密碼子61個(gè)負(fù)責(zé)20種氨基酸翻譯3個(gè)無(wú)義密碼子Nirenberg和Khorana1968年諾貝爾獎(jiǎng)遺傳密碼的破譯第四十頁(yè)，共一百頁(yè)。遺傳密碼字典第四十一頁(yè)，共一百頁(yè)。遺傳密碼的特征1)

通用:所有生物采用同一密碼字典.2）兼并:數(shù)個(gè)密碼子編碼同一個(gè)氨基酸.

如終止密碼子UAA,UAG,UGA

3）搖擺:密碼子的第3個(gè)堿基可選擇不同堿基配對(duì)降低由于遺傳密碼突變而引起的基因產(chǎn)物錯(cuò)誤4）偏愛(ài):搖擺密碼子使用頻率不同.5）偏離:在不同場(chǎng)合同一密碼子含義不同無(wú)逗號(hào)及不重疊第四十二頁(yè)，共一百頁(yè)。遺傳密碼的兼并第四十三頁(yè)，共一百頁(yè)。遺傳密碼的通用性第四十四頁(yè)，共一百頁(yè)。

密碼子搖擺

擺動(dòng)假設(shè)：簡(jiǎn)并密碼子前兩個(gè)核苷酸相同，第三個(gè)可變動(dòng)第四十五頁(yè)，共一百頁(yè)。遺傳密碼子偏愛(ài)

細(xì)菌，病毒，動(dòng)物和植物雖然采用同一套密碼子，但細(xì)胞中同義密碼tRNA的比例并不相同.不同生物的基因在使用同義密碼或兼并密碼時(shí)并非平等對(duì)待,而是表現(xiàn)“偏愛(ài)”某些同義密碼的特點(diǎn)，即某些同義密碼子使用更為頻繁。

基因工程表達(dá)重組蛋白時(shí)，利用表達(dá)細(xì)胞的偏愛(ài)密碼子構(gòu)建同一基因，可提高表達(dá)量。第四十六頁(yè)，共一百頁(yè)。酵母密碼的使用頻率不同于人類－偏好第四十七頁(yè)，共一百頁(yè)?！鲞z傳信息的轉(zhuǎn)錄由DNA遺傳信息控制的蛋白質(zhì)合成涉及兩個(gè)基本過(guò)程：第一步－轉(zhuǎn)錄，將DNA的遺傳信息轉(zhuǎn)移到mRNA中，發(fā)生在細(xì)胞核中；第二步－翻譯，將mRNA的信息翻譯成蛋白質(zhì)的氨基酸序列，發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。在原核生物中，遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯則簡(jiǎn)單一些。第四十八頁(yè)，共一百頁(yè)。發(fā)生在細(xì)胞核中。以DNA分子為模板，按照堿基互補(bǔ)的原則，合成一條單鏈的RNA即mRNA，DNA分子攜帶的遺傳信息被轉(zhuǎn)移到RNA分子中。其過(guò)程與DNA的復(fù)制基本相同■轉(zhuǎn)錄過(guò)程(真核細(xì)胞)第四十九頁(yè)，共一百頁(yè)。第五十頁(yè)，共一百頁(yè)。遺傳信息的轉(zhuǎn)錄（DNA－RNA）

與DNA復(fù)制比較有以下特點(diǎn)：堿基互補(bǔ)的原則G–CA–U起始：?jiǎn)?dòng)子,位于轉(zhuǎn)錄單位5’端，是一段DNA序列，稱為上游。終止：終止子，位于轉(zhuǎn)錄單位3’端，稱為下游。起終止作用的是RNA序列

方向：5’到3’方向第五十一頁(yè)，共一百頁(yè)。正義鏈-sence和反義鏈-antisence第五十二頁(yè)，共一百頁(yè)。內(nèi)含子：不能編碼蛋白質(zhì)的核苷酸片段外顯子：編碼蛋白質(zhì)的核苷酸片段轉(zhuǎn)錄后新合成的mRNA是未成熟的mRNA，pre－RNA，或hnRNA，需要在特定部位剪接、加工，最后形成較短的有功能的成熟的mRNA。

注：

原核生物中DNA鏈上不存在內(nèi)含子■真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄－成熟mRNA的形成過(guò)程第五十三頁(yè)，共一百頁(yè)。前體mRNA(preRNA)的加工：

（processing）除去內(nèi)含子（splicing）RNA5‘端加一個(gè)甲基化的帽子（7-甲基鳥甘酸）RNA3‘端加一個(gè)多聚腺苷酸的尾巴（polyA尾）加工的作用－第五十四頁(yè)，共一百頁(yè)。真

核

細(xì)

胞mRNA的

戴

帽

與

加

尾第五十五頁(yè)，共一百頁(yè)。細(xì)胞中蛋白質(zhì)的合成是一個(gè)嚴(yán)格按照mRNA上密碼子的信息指導(dǎo)氨基酸單體合成為多肽鏈的過(guò)程，這一過(guò)程稱為mRNA的翻譯。mRNA的翻譯需要有mRNA、tRNA、核糖體、多種氨基酸和多種酶等的共同參與。翻譯過(guò)程(即多肽鏈的合成)包括：起始、多肽鏈延長(zhǎng)和翻譯終止3個(gè)基本階段?！龅鞍踪|(zhì)的合成-翻譯過(guò)程第五十六頁(yè)，共一百頁(yè)。蛋白質(zhì)的合成過(guò)程第五十七頁(yè)，共一百頁(yè)。翻譯過(guò)程中，由于每一個(gè)氨基酸是嚴(yán)格按照mRNA模板的密碼序列被逐個(gè)合成到肽鏈上，因此，mRNA上的遺傳信息被準(zhǔn)確地翻譯成特定的氨基酸序列。細(xì)胞質(zhì)中，翻譯是一個(gè)快速過(guò)程：一種新肽鏈合成平均不到1min；且一段mRNA可以相繼與多個(gè)核糖體相結(jié)合，同時(shí)進(jìn)行多條同一種肽鏈的合成。蛋白質(zhì)翻譯后，在胞內(nèi)特定位置修飾和加工，定位信號(hào)肽尋靶運(yùn)輸?shù)谖迨隧?yè)，共一百頁(yè)。Manyribosomestranslatingthesamemessage第五十九頁(yè)，共一百頁(yè)。分子遺傳的中心法則－是生物信息流最根本的內(nèi)容

(自我復(fù)制)復(fù)

DNAmRNA蛋白質(zhì)生理功能制

轉(zhuǎn)錄翻譯

逆轉(zhuǎn)錄RNA的自我復(fù)制：反/逆轉(zhuǎn)錄成DNA－轉(zhuǎn)錄第六十頁(yè)，共一百頁(yè)。9.5基因表達(dá)的調(diào)控與DNA損傷修復(fù)基因表達(dá)的調(diào)控

DNA轉(zhuǎn)錄到RNA翻譯，即遺傳信息從基因流向RNA又流向蛋白質(zhì)的過(guò)程總稱為基因表達(dá)在高度復(fù)雜的生物細(xì)胞及其多種多樣的代謝過(guò)程中，基因的表達(dá)在時(shí)間和空間高度有序的，復(fù)雜而精密?；虮旧頃?huì)發(fā)生突變或損傷，細(xì)胞修復(fù)機(jī)制第六十一頁(yè)，共一百頁(yè)?！鲈伺c真核細(xì)胞基因表達(dá)的差異：1.內(nèi)含子－原核基因無(wú)內(nèi)含子，真核有內(nèi)含子2.時(shí)空間隔－轉(zhuǎn)錄與翻譯的時(shí)空間隔3.原核細(xì)胞中，單個(gè)mRNA內(nèi)往往包含多個(gè)基因轉(zhuǎn)錄物/順?lè)醋樱倏v子學(xué)說(shuō)4.起始位點(diǎn)結(jié)構(gòu)－起始密碼子、啟動(dòng)子5.mRNA的剪切和修飾、加工－mRNA壽命不同6.核糖體結(jié)構(gòu)-原核細(xì)胞70S，真核，80S第六十二頁(yè)，共一百頁(yè)?！鲈思?xì)胞基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯順?lè)醋樱幋a一個(gè)多肽的遺傳單位原核－多順?lè)醋?，真核－單個(gè)順?lè)醋拥诹?yè)，共一百頁(yè)。乳糖操縱子學(xué)說(shuō)－原核基因表達(dá)的調(diào)控乳糖進(jìn)入腸道后，大腸桿菌會(huì)立刻制造出一些特殊的酶，其中最主要的為b-半乳糖苷酶，來(lái)吸收和利用作為細(xì)胞能源的乳糖。沒(méi)有乳糖時(shí)，就立即停止產(chǎn)生之。法國(guó)巴士德研究所的科學(xué)家Monod和Jacob發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌在不含乳糖的葡萄糖培養(yǎng)基中不會(huì)分泌b-半乳糖苷酶；相反，含有乳糖時(shí)，會(huì)合成b-半乳糖苷酶，使乳糖水解。經(jīng)過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)后，他們又發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌在沒(méi)有乳糖的環(huán)境中不產(chǎn)生編碼b-半乳糖苷酶的mRNA。1961年，他們提出了一種模型即乳糖操縱子學(xué)說(shuō)。第六十四頁(yè)，共一百頁(yè)。乳糖操縱子學(xué)說(shuō)結(jié)構(gòu)基因：包括編碼b-半乳糖苷酶（Z）、透性酶（Y）和硫半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶（A）三種利用乳糖的基因。乳糖操縱子：由啟動(dòng)基因、操縱基因和結(jié)構(gòu)基因共同構(gòu)成的基因簇調(diào)節(jié)基因—產(chǎn)生阻遏蛋白乳糖的存在與否決定基因是否表達(dá)第六十五頁(yè)，共一百頁(yè)。乳糖的調(diào)節(jié)－抑制作用與誘導(dǎo)作用抑制作用：沒(méi)有乳糖時(shí)，調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏蛋白，與操縱基因結(jié)合，RNA聚合酶不能與啟動(dòng)基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不能產(chǎn)生酶蛋白誘導(dǎo)作用：有乳糖時(shí)，乳糖代謝產(chǎn)生別乳糖（是其異構(gòu)體），別乳糖與阻遏蛋白結(jié)合，失去阻遏作用，RNA聚合酶與啟動(dòng)基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因產(chǎn)生酶蛋白第六十六頁(yè)，共一百頁(yè)。負(fù)反饋?zhàn)饔胋-半乳糖苷酶產(chǎn)生后，催化乳糖分解為半乳糖和葡萄糖。待乳糖被分解后，阻遏蛋白又與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因被關(guān)閉。

色氨酸操縱子－與乳糖操縱子正好相反（起正反饋?zhàn)饔茫┑诹唔?yè)，共一百頁(yè)。TheOperonModel乳糖操縱子模型FancoisJacobandJacquesMonod第六十八頁(yè)，共一百頁(yè)。第六十九頁(yè)，共一百頁(yè)。Thestructureandoperationofanoperon第七十頁(yè)，共一百頁(yè)。

■真核細(xì)胞基因表達(dá)如何調(diào)控？不同的細(xì)胞類型合成不同的蛋白質(zhì)組－基因的表達(dá)決定了細(xì)胞的表型人網(wǎng)織紅細(xì)胞－合成的95%的多肽鏈?zhǔn)侵榈鞍状贵w前葉－合成的30%的多肽鏈?zhǔn)巧L(zhǎng)激素肝細(xì)胞－既不合成珠蛋白，也不合成生長(zhǎng)激素第七十一頁(yè)，共一百頁(yè)。真核生物基因表達(dá)與調(diào)控的復(fù)雜性第七十二頁(yè)，共一百頁(yè)。真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄的酶DNARNA真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄酶有三種:RNApolymeraseIRNApolymeraseIIRNApolymeraseIII第七十三頁(yè)，共一百頁(yè)。SL1TFIIDTFIIDTFIIIBTFIIIBTATABOXTATABOXcoreelementInitiatorregion表示上游轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)彩色方框

ABBOXRNApolymeraseIRNApolymeraseIIRNApolymeraseIIRNApolymeraseIIIRNApolymeraseIIIrRNAmRNAmRNAsnRNAtRNA第七十四頁(yè)，共一百頁(yè)。

真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中的

順式調(diào)控元件（都是DNA）

啟動(dòng)子operater（TATAbox）,-30位/原核，-100位增強(qiáng)子promoter（位置不固定），-100位以上沉默子silencer（是指基因上的DNA片段)第七十五頁(yè)，共一百頁(yè)。

真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中的

反式調(diào)控元件-

轉(zhuǎn)錄因子（transcriptionfactor,TF）

（都是蛋白質(zhì)?。?/p>

也可分為三類：

基本轉(zhuǎn)錄因子－將RNA聚合酶定位在啟動(dòng)子上

轉(zhuǎn)錄激活因子－都是特異的DNA結(jié)合蛋白

輔助轉(zhuǎn)錄激活因子及轉(zhuǎn)錄抑制因子/沉默子

第七十六頁(yè)，共一百頁(yè)。第七十七頁(yè)，共一百頁(yè)。第七十八頁(yè)，共一百頁(yè)。RNApolymeraseII（POLII）第七十九頁(yè)，共一百頁(yè)。轉(zhuǎn)錄因子的類型helix-turn-helixmotif第八十頁(yè)，共一百頁(yè)。ZincFingerMotifs第八十一頁(yè)，共一百頁(yè)。

azincfingerprotein第八十二頁(yè)，共一百頁(yè)。TheLeucineZipperMotif第八十三頁(yè)，共一百頁(yè)?！稣婧思?xì)胞基因表達(dá)的調(diào)控

－不存在類似原核生物的操縱子轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控前體mRNA剪切、拼接，加工的調(diào)控mRNA輸運(yùn)的調(diào)控翻譯水平上的調(diào)控蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控第八十四頁(yè)，共一百頁(yè)。真核生物基因表達(dá)與調(diào)控的復(fù)雜性：

除了轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控外，還有其他因素。（1）真核生物具有由核膜包被的細(xì)胞核，其基因的轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核中，而翻譯則發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中（2）真核生物基因數(shù)目比原核生物多，大多數(shù)基因除了有不起表達(dá)作用的內(nèi)含子，另外還有更多調(diào)節(jié)基因表達(dá)的非編碼序列，真核生物所轉(zhuǎn)錄的前體mRNA必須經(jīng)過(guò)加工成熟后才進(jìn)入表達(dá)階段。第八十五頁(yè)，共一百頁(yè)。(3)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)對(duì)基因的表達(dá)起總體控制作用

真核生物染色質(zhì)由DNA與5種組蛋白結(jié)合組成，它們折疊和纏繞形成核小體，核小體及染色質(zhì)進(jìn)一步折疊纏繞形成超級(jí)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的細(xì)胞分裂中期染色體。第八十六頁(yè)，共一百頁(yè)。第八十七頁(yè)，共一百頁(yè)。（4）化學(xué)信號(hào)包括某些激素的誘導(dǎo)控制作用。（5）基因組內(nèi)DNA的化學(xué)修飾以及發(fā)育過(guò)程中高度分化的機(jī)制等第八十八頁(yè)，共一百頁(yè)。細(xì)胞通過(guò)對(duì)外界信號(hào)的響應(yīng)改變基因的表達(dá)第八十九頁(yè)，共一百頁(yè)。

基因組內(nèi)DNA的化學(xué)修飾：甲基化，去乙?；?，磷酸化第九十頁(yè)，共一百頁(yè)。修飾染色質(zhì)的復(fù)合物ATP-dependentc