孟德?tīng)栠z傳規(guī)律課件

第四章遺傳信息的傳遞第四章1一、DNA復(fù)制

二、DNA的轉(zhuǎn)錄三、蛋白質(zhì)的生物合成四、基因表達(dá)調(diào)控五、基因與性狀遺傳信息的傳遞主要內(nèi)容遺傳信息的傳遞2遺傳信息的傳遞概敘遺傳信息的傳遞（中心法則）包括以下過(guò)程：DNA復(fù)制、DNA轉(zhuǎn)錄（逆轉(zhuǎn)錄、RNA復(fù)制）、蛋白質(zhì)合成遺傳信息的傳遞概敘遺傳信息的傳遞（中心法則）包括以下過(guò)程：D3一DNA復(fù)制以親代DNA分子為模板合成一個(gè)新的與親代模板結(jié)構(gòu)相同的子代DNA分子的過(guò)程。一4（一）、DNA的復(fù)制的特征

1．半保留復(fù)制

在DNA復(fù)制時(shí)，親代的每一條鏈均可作為模板合成一條新鏈。一條來(lái)自親代的舊鏈與一條新鏈以氫鍵相連，形成子代雙鏈DNA。由于兩個(gè)子代分子中各有一條鏈來(lái)自親代，而另一條鏈?zhǔn)切律傻?，所以這就是半保留復(fù)制方式。（一）、DNA的復(fù)制的特征52．半不連續(xù)合成

DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?，?dāng)復(fù)制開(kāi)始解鏈時(shí)，親代DNA分子中一條母鏈的方向?yàn)?′～3′，另一條母鏈的方向?yàn)?′～5′。DNA聚合酶只能催化5′～3′合成方向。在以3′～5′方向的母鏈為模板時(shí)，復(fù)制合成出一條5′～3′方向的前導(dǎo)鏈，前導(dǎo)鏈的前進(jìn)方向與復(fù)制叉的行進(jìn)方向一致，前導(dǎo)鏈的合成是連續(xù)進(jìn)行的。而另一條母鏈仍以3′～5′方向作為模板，復(fù)制合成一條5′～3′方向的隨從鏈，因此隨從鏈合成方向是與復(fù)制叉的行進(jìn)方向相反的。隨從鏈的合成是不連續(xù)進(jìn)行的，先合成許多片段，即岡崎片段。最后各岡崎片段再連接成為一條長(zhǎng)鏈。由于前導(dǎo)鏈的合成連續(xù)進(jìn)行的，而隨從鏈的合成是不連續(xù)進(jìn)行的，所以從總體上看DNA的復(fù)制是半不連續(xù)復(fù)制。2．半不連續(xù)合成6（二）、DNA復(fù)制所需的酶及蛋白質(zhì)

1．DNA聚合酶

DNA復(fù)制時(shí)，以DNA為模板，以A、T、C、G為底物，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，沿5’→3’方向合成新的DNA雙鏈。

原核生物DNA聚合酶包括：DNA聚合酶Ⅰ：具有三種功能—即5’→3’聚合酶活性、3’→5’外切校正活性、5’→3’外切酶活性；DNA聚合酶Ⅱ；DNA聚合酶Ⅲ：細(xì)菌DNA復(fù)制的主要聚合酶，具有5’→3’聚合酶活性、3’→5’外切校正活性。（二）、DNA復(fù)制所需的酶及蛋白質(zhì)7真核生物DNA聚合酶有α、β、γ、δ、ε五種。DNA聚合酶αβγδε位置細(xì)胞核細(xì)胞核線粒體細(xì)胞核細(xì)胞核功能后隨鏈合成、前導(dǎo)鏈延伸修復(fù)復(fù)制前導(dǎo)鏈合成修復(fù)分子量300k40k180~300k170~230k250k3’→5’外切活性++++_引發(fā)酶活性+____真核生物DNA聚合酶有α、β、γ、δ、ε五種。DNA聚合酶82．引發(fā)酶起始DNA復(fù)制。真核生物DNA聚合酶Ⅰ具有引發(fā)酶活性；原核生物由dnaG基因編碼。3．DNA連接酶

將后隨鏈中的各岡崎片段連接成一條完整的互補(bǔ)鏈。4、拓?fù)洚悩?gòu)酶消除、維持、形成DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)，分Ⅰ、Ⅱ兩種。2．引發(fā)酶95、解鏈酶解開(kāi)DNA分子的互補(bǔ)雙鏈作為復(fù)制的模板。6、單鏈結(jié)合蛋白結(jié)合解開(kāi)的單鏈DNA，保護(hù)其不被水解和恢復(fù)DNA雙鏈結(jié)構(gòu)，又稱為雙螺旋反穩(wěn)定蛋白。（三）、DNA復(fù)制的過(guò)程

1．DNA復(fù)制起始:蛋白質(zhì)-DNA復(fù)合物形成，復(fù)制叉及引發(fā)體產(chǎn)生。2、DNA復(fù)制延伸:復(fù)制叉前移、前導(dǎo)鏈及后隨鏈延伸。

3、DNA復(fù)制的終止:RNA引物切除、缺口補(bǔ)齊、岡崎片段連接。5、解鏈酶（三）、DNA復(fù)制的過(guò)程10孟德?tīng)栠z傳規(guī)律課件11（四）、原核生物及真核生物DNA復(fù)制的比較

1．共同點(diǎn)：（1）都具有半保留和半不連續(xù)特征；（2）都需要特定的酶和蛋白質(zhì)；（3）復(fù)制過(guò)程都包括起始、延伸和終止三個(gè)階段。

2、不同點(diǎn)：（1）復(fù)制過(guò)程所需要的酶和蛋白因子不同；（2）原核生物DNA為環(huán)狀分子，采用θ型復(fù)制和滾環(huán)式復(fù)制；真核生物通過(guò)端粒酶識(shí)別和結(jié)合端粒，維持線性DNA分子的恒定長(zhǎng)度；（3）原核生物只有1個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，復(fù)制速度快、岡崎片段長(zhǎng)，能連續(xù)復(fù)制；真核生物有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，復(fù)制速度慢、岡崎片段短，不能連續(xù)復(fù)制。（四）、原核生物及真核生物DNA復(fù)制的比較12二、DNA的轉(zhuǎn)錄(Transcription)以DNA為模板，A、U、C、G為底物，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則從5’→3’方向合成RNA的過(guò)程，稱轉(zhuǎn)錄。二、DNA的轉(zhuǎn)錄(Transcription)以DNA為模13（一）、轉(zhuǎn)錄的基本特征

1、在基因組中，僅部分DNA發(fā)生轉(zhuǎn)錄，如哺乳動(dòng)物基因組的1%經(jīng)轉(zhuǎn)錄形成mRNA，最終合成蛋白質(zhì)；2、轉(zhuǎn)錄時(shí)僅一條DNA鏈作為模板，稱為模板鏈或反義鏈，另一條DNA鏈為有意義鏈或編碼鏈，其與mRNA序列相同。3、轉(zhuǎn)錄不需要引物參與；4、底物為A、U、C、G；所需要的酶為RNA聚合酶；5、DNA-RNA雜合雙鏈不穩(wěn)定，邊合成邊恢復(fù)DNA雙鏈；6、產(chǎn)物的轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程。（一）、轉(zhuǎn)錄的基本特征14（二）、RNA聚合酶在RNA合成中指導(dǎo)rNTP底物與模板DNA堿基配對(duì)，以及催化磷酸二酯鍵的形成。1、原核生物的RNA聚合酶大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)是由五個(gè)亞基組成，，α2ββ′四個(gè)亞基組成核心酶，加上σ因子后成為全酶α2ββ′σ。σ因子沒(méi)有催化活性，它可以識(shí)別DNA模板上轉(zhuǎn)錄的起始部位。RNA聚合酶功能，①識(shí)別起始部位。②促進(jìn)與酶結(jié)合的DNA雙鏈分子打開(kāi)17個(gè)堿基對(duì)。③催化NTP以磷酸二酯鍵連接，連續(xù)完成合成。④識(shí)別終止信號(hào)。RNA聚合酶還參與了轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控。原核生物RNA聚合酶的幾個(gè)特點(diǎn)：①聚合速度慢；②缺乏3′→5′外切酶活性，無(wú)校對(duì)功能，RNA合成的錯(cuò)誤率比DNA復(fù)制高很多；③原核生物RNA聚合酶的活性可以被利福霉素及利福平所抑制。（二）、RNA聚合酶152、真核生物的RNA聚合酶

ⅠⅡⅢ定位核仁核質(zhì)核質(zhì)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物5.8S\18S\28SrRNA前體mRNA前體tRNA前體相對(duì)活性（%）50~7020~4010對(duì)α-鵝膏敏感性不敏感高度敏感中等2、真核生物的RNA聚合酶

ⅠⅡⅢ定位核仁核質(zhì)核質(zhì)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物516（三）、轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程1、起始RNA聚合酶的σ因子識(shí)別DNA啟動(dòng)子的識(shí)別部位，RNA聚合酶核心酶則結(jié)合在啟動(dòng)子的結(jié)合部位。轉(zhuǎn)錄作用開(kāi)始時(shí)，根據(jù)根據(jù)堿基互補(bǔ)原則先裝上前兩個(gè)NTP并以3′、5′一磷酸二酯鍵相連接。2、延長(zhǎng)在RNA聚合酶的催化下，核苷酸之間以3′、5′一磷酸二酯鍵相連接進(jìn)行著RNA的合成反應(yīng)，合成方向?yàn)?′→3′。3、終止在RNA延長(zhǎng)進(jìn)程中，當(dāng)RNA聚合酶行進(jìn)到DNA模板的——終止信號(hào)時(shí)，RNA聚合酶就不再繼續(xù)前進(jìn)，聚合作用也因此停止。（三）、轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程17孟德?tīng)栠z傳規(guī)律課件18（四）、轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄作用產(chǎn)生出的mRNA、tRNA及rRNA的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物全是前體RNA，而不是成熟的RNA，它們沒(méi)有生物學(xué)活性，還要在酶的作用下，進(jìn)行加工才能變?yōu)槌墒斓?、有活性的RNA。1．mRNA生成的特點(diǎn)

(1)原核生物mRNA屬于多順?lè)醋?；即mRNA分子可編碼幾種不同的蛋白質(zhì)。原核生物中，細(xì)胞內(nèi)沒(méi)有核膜，染色質(zhì)存在于胞質(zhì)中，所以轉(zhuǎn)錄與翻譯進(jìn)行的場(chǎng)所沒(méi)有明顯的屏障。在轉(zhuǎn)錄尚未完成時(shí)，翻譯就已開(kāi)始了。而且，mRNA的壽命十分短暫。（2）真核生物轉(zhuǎn)錄作用生成的mRNA為單順?lè)醋?，即一個(gè)mRNA分子只編碼一種蛋白質(zhì)。（四）、轉(zhuǎn)錄后加工192．mRNA前體的加工(1)5′末端帽子的生成

過(guò)程：一個(gè)m7G連接到mRNA的5‘端形成（脫P(yáng)i、甲基化），真核生物有0、1、2三種類型帽子結(jié)構(gòu)。功能：①

維持mRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)，避免磷酸酶和核酶的攻擊；②提供核糖體的識(shí)別部位。(2)3′末端多聚A尾的生成通過(guò)識(shí)別加尾信號(hào)AATAAA，在其下游20bp處加上100-200個(gè)A，形成polyA尾巴；功能：①增加mRNA的穩(wěn)定性；②方便mRNA從細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)；③增強(qiáng)翻譯效率；2．mRNA前體的加工20(3)剪接作用

在核酸內(nèi)切酶作用下剪切掉內(nèi)含子，然后在連接酶作用下，連接各部分外顯子。(4)RNA編輯在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中插入、刪除或取代一些核苷酸殘基，生成具有正確翻譯功能的模板，此即所謂RNA的編輯作用。編輯過(guò)程由一個(gè)或多個(gè)小分子的“指導(dǎo)RNA”提供mRNA的編輯信息，并作為模板指導(dǎo)其進(jìn)行編輯，在編輯體的幫助下進(jìn)行編輯。(3)剪接作用21(5)甲基化修飾原核生物mRNA分子中不含有稀有堿基，但真核生物的mRNA中則含有甲基化核苷酸，除了在hnRNA的5′端帽子結(jié)構(gòu)中含有2－3個(gè)甲基化核苷外；在分子內(nèi)部還會(huì)有l(wèi)－2個(gè)m6A存在于非編碼區(qū)。在序列中，m6A總是位于胞苷之后，形成了…NCm6AN序列。m6A的生成是在hnRNA的剪接作用之前發(fā)生的。真核生物的CpG島的C容易形成甲基化，常常突變成T。在基因的末端通常存在一些富含雙核苷酸“CG”的區(qū)域，稱為“CpG島”（CpGisland）。在人類基因組內(nèi)，存在有近3萬(wàn)個(gè)CpG島；在大多數(shù)染色體上，平均每100萬(wàn)堿基含有5～15個(gè)CpG島，其中有1.8萬(wàn)多個(gè)CpG島的GC含量為60%～70%。通常，這些CpG島不僅是基因的一種標(biāo)志，而且還參與基因表達(dá)的調(diào)控和影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)。Epigenetics(5)甲基化修飾223．tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工①在核酸內(nèi)切酶RNaseP作用下，從5′末端切除多余的核苷酸；②在核酸外切酶RNaseD作用下，從3′末端切除多余的核苷酸；③核苷酸轉(zhuǎn)移酶催化，3′末端加CCA-OH，為tRNA加I特有反應(yīng)；④核酸內(nèi)切酶催化進(jìn)行剪切反應(yīng)，剪掉內(nèi)含子，由連接酶連接外顯子部分；⑤化學(xué)修飾作用，如甲基化、脫氨基、還原反應(yīng)。3．tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工234.rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工

原核生物有16S、23S及5S三種rRNA，這三種rRNA均存在于30S的rRNA前體中。轉(zhuǎn)錄作用完成后，在RNaseⅢ催化下，將rRNA前體切開(kāi)產(chǎn)生16S、25S及5SrRNA的中間前體。進(jìn)一步在核酸酶的作用下，切去部分間隔序列，產(chǎn)生成熟的16S、23S及5SrRNA，還有成熟的tRNA。并對(duì)16SrRNA進(jìn)行甲基化修飾，生成稀有堿基。與4SrRNA加I變化不大。

真核生物的核蛋白體中有18S、5．8S及5SrRNA。5SrRNA自己獨(dú)立成體系，在成熟過(guò)程中加工甚少，不進(jìn)行修飾和剪切。45SrRNA前體中包含有18S、5．8S及28SrRNA。在加工過(guò)程中，分子廣泛地進(jìn)行甲基化修飾，主要是在28S及18S中。甲基化作用多發(fā)生于核糖上，較少在堿基上。隨后45SrRNA前體經(jīng)核酸酶順序剪切下生成18S、5.8S、28SrRNA。4.rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工24三、蛋白質(zhì)的合成-翻譯(Translation)基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中從DNA轉(zhuǎn)移到mRNA，再由mRNA將這種遺傳信息表達(dá)為蛋白質(zhì)中氨基酸順序的過(guò)程叫做翻譯，即蛋白質(zhì)的合成。三、蛋白質(zhì)的合成-翻譯(Translation)基因的25（一）、蛋白質(zhì)合成體系

1、mRNA提供遺傳密碼在mRNA中，每3個(gè)相互鄰接的核苷酸，其特定排列順序，在蛋白質(zhì)生物合成中可被體現(xiàn)為某種氨基酸或合成的終止信號(hào)者稱為密碼子，統(tǒng)稱遺傳密碼。它具有連續(xù)性、簡(jiǎn)并性、通用性。UAA、UAG、UGA為肽鏈的終止信號(hào)，不代表任何氨基酸，稱為終止密碼子；密碼子AUG不僅代表一定氨基酸，而且位于mRNA啟始部分，稱起始密碼子。編碼同一氨基酸的稱同義密碼子。起編碼氨基酸作用的稱有義密碼子。

（一）、蛋白質(zhì)合成體系26遺傳密碼及相應(yīng)的氨基酸遺傳密碼及相應(yīng)的氨基酸272、tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸t(yī)RNA上有由3個(gè)核苷酸組成的反密碼子，與mRNA上的密碼子按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則結(jié)合，tRNA與對(duì)應(yīng)氨基酸結(jié)合成為氨基酰tRNA，氨基酰tRNA才能準(zhǔn)確的在mRNA上對(duì)號(hào)入座。3、核糖（蛋白）體提供裝配場(chǎng)所核蛋白體相當(dāng)于裝配體，當(dāng)核蛋白體在mRNA上每向前移動(dòng)一個(gè)密碼子的位置，肽鏈上即增加一個(gè)新的氨基酸，直至終止信號(hào)。4、氨基酸為合成原料

20種氨基酸2、tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸28（二）、蛋白質(zhì)合成過(guò)程1．啟動(dòng)階段

在蛋白質(zhì)生物合成的啟動(dòng)階段，核蛋白體的大、小亞基，mRNA與一種具有啟動(dòng)作用的氨基酸t(yī)RNA共同構(gòu)成啟動(dòng)復(fù)合體。2．肽鏈延長(zhǎng)階段

根據(jù)mRNA上密碼子的要求，新的氨基酸不斷相應(yīng)的被特異的tRNA運(yùn)至核蛋白體受位，形成肽鍵。3．終止階段

當(dāng)多肽鏈合成已完成，并且“受位”上已出現(xiàn)終止信號(hào)，此后即轉(zhuǎn)入終止階段。終止階段包括已合成完畢的肽鏈被水解釋放，以及核蛋白體與tRNA從mRNA上脫落的過(guò)程。（二）、蛋白質(zhì)合成過(guò)程29（三）、翻譯后加工1．一級(jí)產(chǎn)物的修飾：(1)去除N-甲?；騈-蛋氨酸；(2)個(gè)別氨基酸的修飾；(3)水解修飾；(4)切除部分肽鏈（連接肽、信號(hào)肽）。2．高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾：肽鏈釋放后可自行根據(jù)其一級(jí)結(jié)構(gòu)的特征折疊、盤(pán)曲成高級(jí)結(jié)構(gòu)。此外，高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾還包括(1)折疊、(2)亞基聚合、(3)輔基連接等行為。3.蛋白質(zhì)合成的靶向輸送：蛋白質(zhì)合成后，定向地到達(dá)其執(zhí)行功能的目標(biāo)地點(diǎn)，稱為靶向輸送；（2）切除。（三）、翻譯后加工30四、基因表達(dá)的調(diào)控（一）、基因及其結(jié)構(gòu)1．基因概念的發(fā)展(1)1866年孟德?tīng)栐凇吨参镫s交試驗(yàn)》中提出的遺傳因子概念，是基因雛形名詞。

(2)1909年丹麥遺傳學(xué)家約翰遜在《精密遺傳學(xué)原理》中提出“基因”概念來(lái)替代孟德?tīng)柤俣ǖ摹斑z傳因子”。(3)1926年摩爾根的巨著《基因論》出版，提出基因以直線形式排列，決定特定性狀，能發(fā)生突變和交換，它不僅是決定性狀的功能單位，而且是一個(gè)突變單位和交換單位。(4)1957年法國(guó)遺傳學(xué)家本滋爾提出順?lè)醋訉W(xué)說(shuō)，認(rèn)為基因是DNA分子上一段核苷酸順序，負(fù)責(zé)著遺傳信息傳遞。四、基因表達(dá)的調(diào)控（一）、基因及其結(jié)構(gòu)312．基因的幾個(gè)相關(guān)概念(1)基因：可轉(zhuǎn)錄一條完整的RNA分子或編碼一條多肽鏈的一段DNA序列；產(chǎn)物具有一定的生物學(xué)功能；(2)假基因(pseudogene)：同已知的基因相似，但位于不同位點(diǎn)，因缺失或突變而不能轉(zhuǎn)錄或翻譯，是沒(méi)有功能的基因。(3)等位基因(allele)：位于同源染色體上，位點(diǎn)相同，控制著同一性狀的基因。(4)結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)：可編碼RNA或蛋白質(zhì)的一段DNA序列。(5)調(diào)控基因(regulatorgene)：其產(chǎn)物參與調(diào)控其他結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的基因。(6)重疊基因{overlappinggene}：同一段DNA的編碼順序，由于閱讀框架的不同或終止早晚的不同，同時(shí)編碼兩個(gè)或兩個(gè)以上多肽鏈的基因。

2．基因的幾個(gè)相關(guān)概念32(7)隔裂基因(splitgene)：一個(gè)結(jié)構(gòu)基因內(nèi)部為一個(gè)或更多的不翻譯的編碼順序，如內(nèi)含子(intron)所隔裂的現(xiàn)象。(8)跳躍基因(jumpinggene)：可作為插入因子和轉(zhuǎn)座因子移動(dòng)的DNA序列，也稱轉(zhuǎn)座因子。(9)主基因(majorgene)：對(duì)于性狀的作用比較明顯，容易從雜種分離世代鑒別開(kāi)來(lái)。(10)修飾基因(modifyinggene)：一組效果微小的基因能增強(qiáng)或削弱主基因?qū)Ρ硇偷淖饔茫@類微效基因在遺傳學(xué)上稱為修飾基因。(11)管（持）家基因：某些基因是維持細(xì)胞基本代謝所必須的基因，其在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，稱為~；(12)奢侈基因：有些基因在一些分化細(xì)胞中活動(dòng)，是細(xì)胞分化、生物發(fā)育的基礎(chǔ),稱為~。

(7)隔裂基因(splitgene)：一個(gè)結(jié)構(gòu)基因內(nèi)部為一333．基因的結(jié)構(gòu)3．基因的結(jié)構(gòu)345‘側(cè)翼區(qū)(5‘–FlankingRegion)：基因5‘端部到轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)間的部分；5‘UTR：5‘非翻譯區(qū)(Un-translatedRegion)；啟動(dòng)子：指RNA聚合酶結(jié)合并起動(dòng)轉(zhuǎn)錄的DNA序列，通常包括TATA框等結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)起始密碼子(StartCodon)：通常為ATG；終止密碼子(StopCodon)：通常為T(mén)AA/G；Poly（A）信號(hào)：決定加尾（轉(zhuǎn)錄終止）位置；外顯子（Exon）：出現(xiàn)在成熟RNA中的有效DNA區(qū)段；內(nèi)含子（Intron）：基因內(nèi)部的部分序列并不出現(xiàn)在成熟mRNA中，這些間隔序列稱為內(nèi)含子,符合“GT-AG”規(guī)則。5‘側(cè)翼區(qū)(5‘–FlankingRegion)：基因35真核生物基因的普通結(jié)構(gòu)真核生物基因的普通結(jié)構(gòu)36(二）、基因表達(dá)的概敘1、概念基因表達(dá)就是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過(guò)程。在一定調(diào)節(jié)機(jī)制控制下，大多數(shù)基因經(jīng)歷基因激活、轉(zhuǎn)錄及翻譯等過(guò)程，產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子，但并非所有基因表達(dá)過(guò)程都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，tRNA、rRNA編碼基因轉(zhuǎn)錄合成RNA的過(guò)程也屬于基因表達(dá)。2、基因表達(dá)的時(shí)間性及空間性基因表達(dá)的時(shí)間、空間特異性由特異基因的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子與調(diào)節(jié)蛋白相互作用決定。（1）時(shí)間特異性：按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，這是基因表達(dá)的時(shí)間特異性。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階段特異性。（2）空間特異性：在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，這就是基因表達(dá)的空間特異性。又稱細(xì)胞特異性或組織特異性。(二）、基因表達(dá)的概敘373、基因表達(dá)的方式（1）組成性表達(dá)：管家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。這類基因表達(dá)視為基本的或組成性基因表達(dá)。（2）誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)：與管家基因不同，另有一些基因表達(dá)極易受環(huán)境變化影響。在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因是可誘導(dǎo)的，稱為誘導(dǎo)。相反，如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答時(shí)被抑制，基因表達(dá)產(chǎn)物水平降低的，稱為阻遏。（3）協(xié)調(diào)表達(dá)：在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無(wú)論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)。3、基因表達(dá)的方式384、基因表達(dá)的復(fù)雜性表現(xiàn)為(1)多級(jí)調(diào)控：染色體和基因的結(jié)構(gòu)活化、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄后加工及轉(zhuǎn)運(yùn)、mRNA降解、翻譯及翻譯后加工及蛋白質(zhì)降解等均為基因表達(dá)調(diào)控的控制點(diǎn)。(2)多要素綜合作用：DNA序列、調(diào)節(jié)蛋白和RNA聚合酶等的結(jié)合作用。5、基因表達(dá)的生物學(xué)意義：主要體現(xiàn)在適應(yīng)環(huán)境，維持生長(zhǎng)、增殖、個(gè)體發(fā)育和分化等方面。4、基因表達(dá)的復(fù)雜性表現(xiàn)為(1)多級(jí)調(diào)控：染色體和基因的結(jié)構(gòu)39（三）、原核生物基因表達(dá)調(diào)控1、操縱子學(xué)說(shuō)--原核生物的基因表達(dá)可在DNA水平、轉(zhuǎn)錄水平和翻譯水平三個(gè)層次進(jìn)行調(diào)控，其中轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控是基因表達(dá)調(diào)控的主要環(huán)節(jié)；--操縱子是原核生物轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控的主要方式，操縱子由調(diào)節(jié)基因R、操縱基因O和結(jié)構(gòu)基因S組成；--操縱子通過(guò)調(diào)節(jié)基因編碼的調(diào)節(jié)蛋白開(kāi)啟或關(guān)閉操縱基因，調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)；--如果調(diào)節(jié)蛋白關(guān)閉基因表達(dá)活性，稱為負(fù)調(diào)控；反之，調(diào)節(jié)蛋白開(kāi)啟基因表達(dá)活性，稱為正調(diào)控；--一些小分子物質(zhì)可作用于調(diào)節(jié)蛋白，開(kāi)啟轉(zhuǎn)錄活性的為誘導(dǎo)物，反之為輔阻遏物、超阻遏物。（三）、原核生物基因表達(dá)調(diào)控40PO調(diào)節(jié)基因控制位點(diǎn)結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)區(qū)操縱區(qū)-半乳糖苷酶A轉(zhuǎn)乙酰酶-半乳糖苷透過(guò)酶ZY2、操縱子結(jié)構(gòu)和功能--乳糖操縱子模型；--乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)；P’RPO調(diào)節(jié)基因控制位點(diǎn)結(jié)構(gòu)基因啟操-A轉(zhuǎn)-ZY2、操縱子41--乳糖操縱子的功能（負(fù)調(diào)控機(jī)制）--乳糖操縱子的功能（負(fù)調(diào)控機(jī)制）423、操縱子的其他調(diào)控形式（1）色氨酸操縱子；（2）半乳糖操縱子（galoperon）（3）阿拉伯糖操縱子（araoperon）4、基因表達(dá)的時(shí)空調(diào)控噬菌體SPO1侵染枯草桿菌：侵染后，早期基因立即轉(zhuǎn)錄；4-5m后，轉(zhuǎn)為中期基因表達(dá)；8-12m后轉(zhuǎn)為晚期基因表達(dá)。5、DNA序列重排的調(diào)控DNA序列的重排調(diào)控基因的表達(dá)，如鼠傷寒沙門(mén)氏菌的相轉(zhuǎn)變機(jī)制（包括P的DNA倒位）。3、操縱子的其他調(diào)控形式43（四）、真核生物基因表達(dá)調(diào)控1、真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：基因組(Genome)是指一特定生物體的整套(單倍體)遺傳物質(zhì)的總和。（1）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大：哺乳類動(dòng)物基因組DNA長(zhǎng)達(dá)109個(gè)bp。（2）單順?lè)醋樱赫婧嘶蜣D(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順?lè)醋?，即一個(gè)編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)mRNA分子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。順?lè)醋颖硎疽粋€(gè)起作用的單位，其所包括的一段DNA與一個(gè)多肽鏈的合成相對(duì)應(yīng)，是基因的基本功能和轉(zhuǎn)錄單位，一個(gè)基因可有幾個(gè)順?lè)醋?，一個(gè)順?lè)醋赢a(chǎn)生一條mRNA。（3）重復(fù)序列：在原核、真核DNA中都有重復(fù)出現(xiàn)的核苷酸序列，但在真核更普遍。根據(jù)重復(fù)頻率可將重復(fù)序列區(qū)分為高度重復(fù)序列（106次)、中度重復(fù)序列（103～104)及單拷貝序列。單拷貝序列在整個(gè)基因組中只出現(xiàn)一次或很少的幾次。（4）基因不連續(xù)性：真核結(jié)構(gòu)基因兩側(cè)存在不被轉(zhuǎn)錄的非編碼序列，往往是基因表達(dá)的調(diào)控區(qū)。在編碼基因內(nèi)部尚有一些不為蛋白質(zhì)所編碼的間隔序列，稱內(nèi)含子，而編碼序列稱為外顯子，因此真核基因是不連續(xù)的。（四）、真核生物基因表達(dá)調(diào)控442、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)

（1）真核RNA聚合酶有三種，即RNApolⅠ、Ⅱ、Ⅲ，分別負(fù)責(zé)三種RNA轉(zhuǎn)錄，TATA盒結(jié)合蛋白為三種聚合酶所共有。

（2）活性染色體結(jié)構(gòu)變化

：（1）對(duì)核酸酶敏感；（2）DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化。

天然狀態(tài)的雙鏈DNA以負(fù)性超螺旋的構(gòu)象存在。當(dāng)基因活化時(shí)，RNA聚合酶前方的轉(zhuǎn)錄區(qū)DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為正性超螺旋，后面的DNA則為負(fù)超螺旋，正性超螺旋不僅阻礙核小體結(jié)構(gòu)形成，而且促進(jìn)組蛋白H2A·H2B二聚體的釋放，有利轉(zhuǎn)錄。（3）DNA堿基修飾變化。

在真核DNA有約5％的胞嘧啶被甲基化為5甲基胞嘧啶，甲基化范圍與基因表達(dá)程度是反比關(guān)系。處于轉(zhuǎn)錄活化狀態(tài)的基因CpG序列一般是低甲基化的。（4）組蛋白變化。

①H1樣組蛋白減少。②H2A·H2B二聚體不穩(wěn)定性增加。③組蛋白修飾：最常見(jiàn)的修飾有乙酰化、泛素化，修飾后使核小體結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定。④H3組蛋白巰基暴露。

（3）正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)，提高了蛋白-DNA相互作用的指導(dǎo)性，經(jīng)濟(jì)有效；（4）轉(zhuǎn)錄與翻譯間隔進(jìn)行，真核細(xì)胞有細(xì)胞核及胞漿等區(qū)間分布，轉(zhuǎn)錄與翻譯在不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中進(jìn)行。（5）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工。2、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)453、原核與真核生物基因表達(dá)調(diào)控的比較（1）共同點(diǎn)：a結(jié)構(gòu)基因有調(diào)控序列；b表達(dá)的復(fù)雜性；c表達(dá)的時(shí)空性；（2）不同點(diǎn)：a真核生物更復(fù)雜；b基因及基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；c轉(zhuǎn)錄與翻譯的間斷性；d轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程；e正負(fù)調(diào)控機(jī)制fRNA聚合酶3、原核與真核生物基因表達(dá)調(diào)控的比較46五、基因與性狀1、基本概念基因：Gene性狀：TraitorCharacter質(zhì)量性狀：QualitativeTrait數(shù)量性狀：QuantitativeTrait單基因控制性狀：豌豆7對(duì)相對(duì)性狀的遺傳；多基因控制性狀：基因自由組合、連鎖互換、基因互作。一因多效：一個(gè)基因影響多個(gè)性狀，即基因的多效性；多因一效：多個(gè)基因控制一個(gè)性狀。五、基因與性狀1、基本概念472、基因(型)控制性狀（1）作用途徑：轉(zhuǎn)錄、翻譯、生理生化反應(yīng)（2）基因(組)差異決定表型差異

DNA差異表型差異a.重要功能基因的遺傳效應(yīng)；b.多基因間的綜合作用---數(shù)量性狀的微效多基因假說(shuō)（加性效應(yīng)）；---基因間的復(fù)雜互作機(jī)制（非加性：顯性、互補(bǔ)、上位、抑制、重疊等）；---基因表達(dá)調(diào)節(jié)蛋白，如轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。DNA(Gene)mRNAProteinTraits2、基因(型)控制性狀（2）基因(組)差異決定表型差異DN48c.基因變異來(lái)源---編碼區(qū)變異直接影響產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和功能；---非編碼區(qū)變異通過(guò)影響基因表達(dá)過(guò)程，調(diào)節(jié)合成產(chǎn)物量；---大部分DNA變異表現(xiàn)為SNP。d.基因通過(guò)基因型發(fā)揮作用---親子相似性：1/2---生命千姿百態(tài)：世界上找不到完全相同的兩片樹(shù)葉；---性連鎖基因，印記基因；c.基因變異來(lái)源49（3）非DNA序列變異影響表型a.表(觀)遺傳學(xué)(Epigenetics)（表型~/外因~/發(fā)育~/擬~）：研究基因型產(chǎn)生表型的過(guò)程；b.特點(diǎn)：可遺傳；基因表達(dá)的改變；無(wú)DNA序列變化；c.遺傳機(jī)制：---DNA甲基化---組蛋白修飾---染色質(zhì)改型---RNA干涉?！哆z傳》，2005.01（3）非DNA序列變異影響表型503、基因型與環(huán)境互作決定表型基因(型)+環(huán)境=性狀（1）表現(xiàn)度：基因表現(xiàn)的程度，即在環(huán)境影響下基因在表現(xiàn)上的差異。（2）環(huán)境的重要性：a.遺傳、營(yíng)養(yǎng)、生態(tài)環(huán)境的關(guān)系（分子營(yíng)養(yǎng)、分子生態(tài)）b.體細(xì)胞克?。篐itlerorEinstein孟德?tīng)栠z傳規(guī)律課件51第四章遺傳信息的傳遞第四章52一、DNA復(fù)制

二、DNA的轉(zhuǎn)錄三、蛋白質(zhì)的生物合成四、基因表達(dá)調(diào)控五、基因與性狀遺傳信息的傳遞主要內(nèi)容遺傳信息的傳遞53遺傳信息的傳遞概敘遺傳信息的傳遞（中心法則）包括以下過(guò)程：DNA復(fù)制、DNA轉(zhuǎn)錄（逆轉(zhuǎn)錄、RNA復(fù)制）、蛋白質(zhì)合成遺傳信息的傳遞概敘遺傳信息的傳遞（中心法則）包括以下過(guò)程：D54一DNA復(fù)制以親代DNA分子為模板合成一個(gè)新的與親代模板結(jié)構(gòu)相同的子代DNA分子的過(guò)程。一55（一）、DNA的復(fù)制的特征

1．半保留復(fù)制

在DNA復(fù)制時(shí)，親代的每一條鏈均可作為模板合成一條新鏈。一條來(lái)自親代的舊鏈與一條新鏈以氫鍵相連，形成子代雙鏈DNA。由于兩個(gè)子代分子中各有一條鏈來(lái)自親代，而另一條鏈?zhǔn)切律傻模赃@就是半保留復(fù)制方式。（一）、DNA的復(fù)制的特征562．半不連續(xù)合成

DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?，?dāng)復(fù)制開(kāi)始解鏈時(shí)，親代DNA分子中一條母鏈的方向?yàn)?′～3′，另一條母鏈的方向?yàn)?′～5′。DNA聚合酶只能催化5′～3′合成方向。在以3′～5′方向的母鏈為模板時(shí)，復(fù)制合成出一條5′～3′方向的前導(dǎo)鏈，前導(dǎo)鏈的前進(jìn)方向與復(fù)制叉的行進(jìn)方向一致，前導(dǎo)鏈的合成是連續(xù)進(jìn)行的。而另一條母鏈仍以3′～5′方向作為模板，復(fù)制合成一條5′～3′方向的隨從鏈，因此隨從鏈合成方向是與復(fù)制叉的行進(jìn)方向相反的。隨從鏈的合成是不連續(xù)進(jìn)行的，先合成許多片段，即岡崎片段。最后各岡崎片段再連接成為一條長(zhǎng)鏈。由于前導(dǎo)鏈的合成連續(xù)進(jìn)行的，而隨從鏈的合成是不連續(xù)進(jìn)行的，所以從總體上看DNA的復(fù)制是半不連續(xù)復(fù)制。2．半不連續(xù)合成57（二）、DNA復(fù)制所需的酶及蛋白質(zhì)

1．DNA聚合酶

DNA復(fù)制時(shí)，以DNA為模板，以A、T、C、G為底物，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，沿5’→3’方向合成新的DNA雙鏈。

原核生物DNA聚合酶包括：DNA聚合酶Ⅰ：具有三種功能—即5’→3’聚合酶活性、3’→5’外切校正活性、5’→3’外切酶活性；DNA聚合酶Ⅱ；DNA聚合酶Ⅲ：細(xì)菌DNA復(fù)制的主要聚合酶，具有5’→3’聚合酶活性、3’→5’外切校正活性。（二）、DNA復(fù)制所需的酶及蛋白質(zhì)58真核生物DNA聚合酶有α、β、γ、δ、ε五種。DNA聚合酶αβγδε位置細(xì)胞核細(xì)胞核線粒體細(xì)胞核細(xì)胞核功能后隨鏈合成、前導(dǎo)鏈延伸修復(fù)復(fù)制前導(dǎo)鏈合成修復(fù)分子量300k40k180~300k170~230k250k3’→5’外切活性++++_引發(fā)酶活性+____真核生物DNA聚合酶有α、β、γ、δ、ε五種。DNA聚合酶592．引發(fā)酶起始DNA復(fù)制。真核生物DNA聚合酶Ⅰ具有引發(fā)酶活性；原核生物由dnaG基因編碼。3．DNA連接酶

將后隨鏈中的各岡崎片段連接成一條完整的互補(bǔ)鏈。4、拓?fù)洚悩?gòu)酶消除、維持、形成DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)，分Ⅰ、Ⅱ兩種。2．引發(fā)酶605、解鏈酶解開(kāi)DNA分子的互補(bǔ)雙鏈作為復(fù)制的模板。6、單鏈結(jié)合蛋白結(jié)合解開(kāi)的單鏈DNA，保護(hù)其不被水解和恢復(fù)DNA雙鏈結(jié)構(gòu)，又稱為雙螺旋反穩(wěn)定蛋白。（三）、DNA復(fù)制的過(guò)程

1．DNA復(fù)制起始:蛋白質(zhì)-DNA復(fù)合物形成，復(fù)制叉及引發(fā)體產(chǎn)生。2、DNA復(fù)制延伸:復(fù)制叉前移、前導(dǎo)鏈及后隨鏈延伸。

3、DNA復(fù)制的終止:RNA引物切除、缺口補(bǔ)齊、岡崎片段連接。5、解鏈酶（三）、DNA復(fù)制的過(guò)程61孟德?tīng)栠z傳規(guī)律課件62（四）、原核生物及真核生物DNA復(fù)制的比較

1．共同點(diǎn)：（1）都具有半保留和半不連續(xù)特征；（2）都需要特定的酶和蛋白質(zhì)；（3）復(fù)制過(guò)程都包括起始、延伸和終止三個(gè)階段。

2、不同點(diǎn)：（1）復(fù)制過(guò)程所需要的酶和蛋白因子不同；（2）原核生物DNA為環(huán)狀分子，采用θ型復(fù)制和滾環(huán)式復(fù)制；真核生物通過(guò)端粒酶識(shí)別和結(jié)合端粒，維持線性DNA分子的恒定長(zhǎng)度；（3）原核生物只有1個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，復(fù)制速度快、岡崎片段長(zhǎng)，能連續(xù)復(fù)制；真核生物有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，復(fù)制速度慢、岡崎片段短，不能連續(xù)復(fù)制。（四）、原核生物及真核生物DNA復(fù)制的比較63二、DNA的轉(zhuǎn)錄(Transcription)以DNA為模板，A、U、C、G為底物，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則從5’→3’方向合成RNA的過(guò)程，稱轉(zhuǎn)錄。二、DNA的轉(zhuǎn)錄(Transcription)以DNA為模64（一）、轉(zhuǎn)錄的基本特征

1、在基因組中，僅部分DNA發(fā)生轉(zhuǎn)錄，如哺乳動(dòng)物基因組的1%經(jīng)轉(zhuǎn)錄形成mRNA，最終合成蛋白質(zhì)；2、轉(zhuǎn)錄時(shí)僅一條DNA鏈作為模板，稱為模板鏈或反義鏈，另一條DNA鏈為有意義鏈或編碼鏈，其與mRNA序列相同。3、轉(zhuǎn)錄不需要引物參與；4、底物為A、U、C、G；所需要的酶為RNA聚合酶；5、DNA-RNA雜合雙鏈不穩(wěn)定，邊合成邊恢復(fù)DNA雙鏈；6、產(chǎn)物的轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程。（一）、轉(zhuǎn)錄的基本特征65（二）、RNA聚合酶在RNA合成中指導(dǎo)rNTP底物與模板DNA堿基配對(duì)，以及催化磷酸二酯鍵的形成。1、原核生物的RNA聚合酶大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)是由五個(gè)亞基組成，，α2ββ′四個(gè)亞基組成核心酶，加上σ因子后成為全酶α2ββ′σ。σ因子沒(méi)有催化活性，它可以識(shí)別DNA模板上轉(zhuǎn)錄的起始部位。RNA聚合酶功能，①識(shí)別起始部位。②促進(jìn)與酶結(jié)合的DNA雙鏈分子打開(kāi)17個(gè)堿基對(duì)。③催化NTP以磷酸二酯鍵連接，連續(xù)完成合成。④識(shí)別終止信號(hào)。RNA聚合酶還參與了轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控。原核生物RNA聚合酶的幾個(gè)特點(diǎn)：①聚合速度慢；②缺乏3′→5′外切酶活性，無(wú)校對(duì)功能，RNA合成的錯(cuò)誤率比DNA復(fù)制高很多；③原核生物RNA聚合酶的活性可以被利福霉素及利福平所抑制。（二）、RNA聚合酶662、真核生物的RNA聚合酶

ⅠⅡⅢ定位核仁核質(zhì)核質(zhì)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物5.8S\18S\28SrRNA前體mRNA前體tRNA前體相對(duì)活性（%）50~7020~4010對(duì)α-鵝膏敏感性不敏感高度敏感中等2、真核生物的RNA聚合酶

ⅠⅡⅢ定位核仁核質(zhì)核質(zhì)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物567（三）、轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程1、起始RNA聚合酶的σ因子識(shí)別DNA啟動(dòng)子的識(shí)別部位，RNA聚合酶核心酶則結(jié)合在啟動(dòng)子的結(jié)合部位。轉(zhuǎn)錄作用開(kāi)始時(shí)，根據(jù)根據(jù)堿基互補(bǔ)原則先裝上前兩個(gè)NTP并以3′、5′一磷酸二酯鍵相連接。2、延長(zhǎng)在RNA聚合酶的催化下，核苷酸之間以3′、5′一磷酸二酯鍵相連接進(jìn)行著RNA的合成反應(yīng)，合成方向?yàn)?′→3′。3、終止在RNA延長(zhǎng)進(jìn)程中，當(dāng)RNA聚合酶行進(jìn)到DNA模板的——終止信號(hào)時(shí)，RNA聚合酶就不再繼續(xù)前進(jìn)，聚合作用也因此停止。（三）、轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程68孟德?tīng)栠z傳規(guī)律課件69（四）、轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄作用產(chǎn)生出的mRNA、tRNA及rRNA的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物全是前體RNA，而不是成熟的RNA，它們沒(méi)有生物學(xué)活性，還要在酶的作用下，進(jìn)行加工才能變?yōu)槌墒斓摹⒂谢钚缘腞NA。1．mRNA生成的特點(diǎn)

(1)原核生物mRNA屬于多順?lè)醋樱患磎RNA分子可編碼幾種不同的蛋白質(zhì)。原核生物中，細(xì)胞內(nèi)沒(méi)有核膜，染色質(zhì)存在于胞質(zhì)中，所以轉(zhuǎn)錄與翻譯進(jìn)行的場(chǎng)所沒(méi)有明顯的屏障。在轉(zhuǎn)錄尚未完成時(shí)，翻譯就已開(kāi)始了。而且，mRNA的壽命十分短暫。（2）真核生物轉(zhuǎn)錄作用生成的mRNA為單順?lè)醋樱匆粋€(gè)mRNA分子只編碼一種蛋白質(zhì)。（四）、轉(zhuǎn)錄后加工702．mRNA前體的加工(1)5′末端帽子的生成

過(guò)程：一個(gè)m7G連接到mRNA的5‘端形成（脫P(yáng)i、甲基化），真核生物有0、1、2三種類型帽子結(jié)構(gòu)。功能：①

維持mRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)，避免磷酸酶和核酶的攻擊；②提供核糖體的識(shí)別部位。(2)3′末端多聚A尾的生成通過(guò)識(shí)別加尾信號(hào)AATAAA，在其下游20bp處加上100-200個(gè)A，形成polyA尾巴；功能：①增加mRNA的穩(wěn)定性；②方便mRNA從細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)；③增強(qiáng)翻譯效率；2．mRNA前體的加工71(3)剪接作用

在核酸內(nèi)切酶作用下剪切掉內(nèi)含子，然后在連接酶作用下，連接各部分外顯子。(4)RNA編輯在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中插入、刪除或取代一些核苷酸殘基，生成具有正確翻譯功能的模板，此即所謂RNA的編輯作用。編輯過(guò)程由一個(gè)或多個(gè)小分子的“指導(dǎo)RNA”提供mRNA的編輯信息，并作為模板指導(dǎo)其進(jìn)行編輯，在編輯體的幫助下進(jìn)行編輯。(3)剪接作用72(5)甲基化修飾原核生物mRNA分子中不含有稀有堿基，但真核生物的mRNA中則含有甲基化核苷酸，除了在hnRNA的5′端帽子結(jié)構(gòu)中含有2－3個(gè)甲基化核苷外；在分子內(nèi)部還會(huì)有l(wèi)－2個(gè)m6A存在于非編碼區(qū)。在序列中，m6A總是位于胞苷之后，形成了…NCm6AN序列。m6A的生成是在hnRNA的剪接作用之前發(fā)生的。真核生物的CpG島的C容易形成甲基化，常常突變成T。在基因的末端通常存在一些富含雙核苷酸“CG”的區(qū)域，稱為“CpG島”（CpGisland）。在人類基因組內(nèi)，存在有近3萬(wàn)個(gè)CpG島；在大多數(shù)染色體上，平均每100萬(wàn)堿基含有5～15個(gè)CpG島，其中有1.8萬(wàn)多個(gè)CpG島的GC含量為60%～70%。通常，這些CpG島不僅是基因的一種標(biāo)志，而且還參與基因表達(dá)的調(diào)控和影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)。Epigenetics(5)甲基化修飾733．tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工①在核酸內(nèi)切酶RNaseP作用下，從5′末端切除多余的核苷酸；②在核酸外切酶RNaseD作用下，從3′末端切除多余的核苷酸；③核苷酸轉(zhuǎn)移酶催化，3′末端加CCA-OH，為tRNA加I特有反應(yīng)；④核酸內(nèi)切酶催化進(jìn)行剪切反應(yīng)，剪掉內(nèi)含子，由連接酶連接外顯子部分；⑤化學(xué)修飾作用，如甲基化、脫氨基、還原反應(yīng)。3．tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工744.rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工

原核生物有16S、23S及5S三種rRNA，這三種rRNA均存在于30S的rRNA前體中。轉(zhuǎn)錄作用完成后，在RNaseⅢ催化下，將rRNA前體切開(kāi)產(chǎn)生16S、25S及5SrRNA的中間前體。進(jìn)一步在核酸酶的作用下，切去部分間隔序列，產(chǎn)生成熟的16S、23S及5SrRNA，還有成熟的tRNA。并對(duì)16SrRNA進(jìn)行甲基化修飾，生成稀有堿基。與4SrRNA加I變化不大。

真核生物的核蛋白體中有18S、5．8S及5SrRNA。5SrRNA自己獨(dú)立成體系，在成熟過(guò)程中加工甚少，不進(jìn)行修飾和剪切。45SrRNA前體中包含有18S、5．8S及28SrRNA。在加工過(guò)程中，分子廣泛地進(jìn)行甲基化修飾，主要是在28S及18S中。甲基化作用多發(fā)生于核糖上，較少在堿基上。隨后45SrRNA前體經(jīng)核酸酶順序剪切下生成18S、5.8S、28SrRNA。4.rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工75三、蛋白質(zhì)的合成-翻譯(Translation)基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中從DNA轉(zhuǎn)移到mRNA，再由mRNA將這種遺傳信息表達(dá)為蛋白質(zhì)中氨基酸順序的過(guò)程叫做翻譯，即蛋白質(zhì)的合成。三、蛋白質(zhì)的合成-翻譯(Translation)基因的76（一）、蛋白質(zhì)合成體系

1、mRNA提供遺傳密碼在mRNA中，每3個(gè)相互鄰接的核苷酸，其特定排列順序，在蛋白質(zhì)生物合成中可被體現(xiàn)為某種氨基酸或合成的終止信號(hào)者稱為密碼子，統(tǒng)稱遺傳密碼。它具有連續(xù)性、簡(jiǎn)并性、通用性。UAA、UAG、UGA為肽鏈的終止信號(hào)，不代表任何氨基酸，稱為終止密碼子；密碼子AUG不僅代表一定氨基酸，而且位于mRNA啟始部分，稱起始密碼子。編碼同一氨基酸的稱同義密碼子。起編碼氨基酸作用的稱有義密碼子。

（一）、蛋白質(zhì)合成體系77遺傳密碼及相應(yīng)的氨基酸遺傳密碼及相應(yīng)的氨基酸782、tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸t(yī)RNA上有由3個(gè)核苷酸組成的反密碼子，與mRNA上的密碼子按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則結(jié)合，tRNA與對(duì)應(yīng)氨基酸結(jié)合成為氨基酰tRNA，氨基酰tRNA才能準(zhǔn)確的在mRNA上對(duì)號(hào)入座。3、核糖（蛋白）體提供裝配場(chǎng)所核蛋白體相當(dāng)于裝配體，當(dāng)核蛋白體在mRNA上每向前移動(dòng)一個(gè)密碼子的位置，肽鏈上即增加一個(gè)新的氨基酸，直至終止信號(hào)。4、氨基酸為合成原料

20種氨基酸2、tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸79（二）、蛋白質(zhì)合成過(guò)程1．啟動(dòng)階段

在蛋白質(zhì)生物合成的啟動(dòng)階段，核蛋白體的大、小亞基，mRNA與一種具有啟動(dòng)作用的氨基酸t(yī)RNA共同構(gòu)成啟動(dòng)復(fù)合體。2．肽鏈延長(zhǎng)階段

根據(jù)mRNA上密碼子的要求，新的氨基酸不斷相應(yīng)的被特異的tRNA運(yùn)至核蛋白體受位，形成肽鍵。3．終止階段

當(dāng)多肽鏈合成已完成，并且“受位”上已出現(xiàn)終止信號(hào)，此后即轉(zhuǎn)入終止階段。終止階段包括已合成完畢的肽鏈被水解釋放，以及核蛋白體與tRNA從mRNA上脫落的過(guò)程。（二）、蛋白質(zhì)合成過(guò)程80（三）、翻譯后加工1．一級(jí)產(chǎn)物的修飾：(1)去除N-甲酰基或N-蛋氨酸；(2)個(gè)別氨基酸的修飾；(3)水解修飾；(4)切除部分肽鏈（連接肽、信號(hào)肽）。2．高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾：肽鏈釋放后可自行根據(jù)其一級(jí)結(jié)構(gòu)的特征折疊、盤(pán)曲成高級(jí)結(jié)構(gòu)。此外，高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾還包括(1)折疊、(2)亞基聚合、(3)輔基連接等行為。3.蛋白質(zhì)合成的靶向輸送：蛋白質(zhì)合成后，定向地到達(dá)其執(zhí)行功能的目標(biāo)地點(diǎn)，稱為靶向輸送；（2）切除。（三）、翻譯后加工81四、基因表達(dá)的調(diào)控（一）、基因及其結(jié)構(gòu)1．基因概念的發(fā)展(1)1866年孟德?tīng)栐凇吨参镫s交試驗(yàn)》中提出的遺傳因子概念，是基因雛形名詞。

(2)1909年丹麥遺傳學(xué)家約翰遜在《精密遺傳學(xué)原理》中提出“基因”概念來(lái)替代孟德?tīng)柤俣ǖ摹斑z傳因子”。(3)1926年摩爾根的巨著《基因論》出版，提出基因以直線形式排列，決定特定性狀，能發(fā)生突變和交換，它不僅是決定性狀的功能單位，而且是一個(gè)突變單位和交換單位。(4)1957年法國(guó)遺傳學(xué)家本滋爾提出順?lè)醋訉W(xué)說(shuō)，認(rèn)為基因是DNA分子上一段核苷酸順序，負(fù)責(zé)著遺傳信息傳遞。四、基因表達(dá)的調(diào)控（一）、基因及其結(jié)構(gòu)822．基因的幾個(gè)相關(guān)概念(1)基因：可轉(zhuǎn)錄一條完整的RNA分子或編碼一條多肽鏈的一段DNA序列；產(chǎn)物具有一定的生物學(xué)功能；(2)假基因(pseudogene)：同已知的基因相似，但位于不同位點(diǎn)，因缺失或突變而不能轉(zhuǎn)錄或翻譯，是沒(méi)有功能的基因。(3)等位基因(allele)：位于同源染色體上，位點(diǎn)相同，控制著同一性狀的基因。(4)結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)：可編碼RNA或蛋白質(zhì)的一段DNA序列。(5)調(diào)控基因(regulatorgene)：其產(chǎn)物參與調(diào)控其他結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的基因。(6)重疊基因{overlappinggene}：同一段DNA的編碼順序，由于閱讀框架的不同或終止早晚的不同，同時(shí)編碼兩個(gè)或兩個(gè)以上多肽鏈的基因。

2．基因的幾個(gè)相關(guān)概念83(7)隔裂基因(splitgene)：一個(gè)結(jié)構(gòu)基因內(nèi)部為一個(gè)或更多的不翻譯的編碼順序，如內(nèi)含子(intron)所隔裂的現(xiàn)象。(8)跳躍基因(jumpinggene)：可作為插入因子和轉(zhuǎn)座因子移動(dòng)的DNA序列，也稱轉(zhuǎn)座因子。(9)主基因(majorgene)：對(duì)于性狀的作用比較明顯，容易從雜種分離世代鑒別開(kāi)來(lái)。(10)修飾基因(modifyinggene)：一組效果微小的基因能增強(qiáng)或削弱主基因?qū)Ρ硇偷淖饔?，這類微效基因在遺傳學(xué)上稱為修飾基因。(11)管（持）家基因：某些基因是維持細(xì)胞基本代謝所必須的基因，其在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，稱為~；(12)奢侈基因：有些基因在一些分化細(xì)胞中活動(dòng)，是細(xì)胞分化、生物發(fā)育的基礎(chǔ),稱為~。

(7)隔裂基因(splitgene)：一個(gè)結(jié)構(gòu)基因內(nèi)部為一843．基因的結(jié)構(gòu)3．基因的結(jié)構(gòu)855‘側(cè)翼區(qū)(5‘–FlankingRegion)：基因5‘端部到轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)間的部分；5‘UTR：5‘非翻譯區(qū)(Un-translatedRegion)；啟動(dòng)子：指RNA聚合酶結(jié)合并起動(dòng)轉(zhuǎn)錄的DNA序列，通常包括TATA框等結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)起始密碼子(StartCodon)：通常為ATG；終止密碼子(StopCodon)：通常為T(mén)AA/G；Poly（A）信號(hào)：決定加尾（轉(zhuǎn)錄終止）位置；外顯子（Exon）：出現(xiàn)在成熟RNA中的有效DNA區(qū)段；內(nèi)含子（Intron）：基因內(nèi)部的部分序列并不出現(xiàn)在成熟mRNA中，這些間隔序列稱為內(nèi)含子,符合“GT-AG”規(guī)則。5‘側(cè)翼區(qū)(5‘–FlankingRegion)：基因86真核生物基因的普通結(jié)構(gòu)真核生物基因的普通結(jié)構(gòu)87(二）、基因表達(dá)的概敘1、概念基因表達(dá)就是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過(guò)程。在一定調(diào)節(jié)機(jī)制控制下，大多數(shù)基因經(jīng)歷基因激活、轉(zhuǎn)錄及翻譯等過(guò)程，產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子，但并非所有基因表達(dá)過(guò)程都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，tRNA、rRNA編碼基因轉(zhuǎn)錄合成RNA的過(guò)程也屬于基因表達(dá)。2、基因表達(dá)的時(shí)間性及空間性基因表達(dá)的時(shí)間、空間特異性由特異基因的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子與調(diào)節(jié)蛋白相互作用決定。（1）時(shí)間特異性：按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，這是基因表達(dá)的時(shí)間特異性。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階段特異性。（2）空間特異性：在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，這就是基因表達(dá)的空間特異性。又稱細(xì)胞特異性或組織特異性。(二）、基因表達(dá)的概敘883、基因表達(dá)的方式（1）組成性表達(dá)：管家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。這類基因表達(dá)視為基本的或組成性基因表達(dá)。（2）誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)：與管家基因不同，另有一些基因表達(dá)極易受環(huán)境變化影響。在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因是可誘導(dǎo)的，稱為誘導(dǎo)。相反，如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答時(shí)被抑制，基因表達(dá)產(chǎn)物水平降低的，稱為阻遏。（3）協(xié)調(diào)表達(dá)：在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無(wú)論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)。3、基因表達(dá)的方式894、基因表達(dá)的復(fù)雜性表現(xiàn)為(1)多級(jí)調(diào)控：染色體和基因的結(jié)構(gòu)活化、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄后加工及轉(zhuǎn)運(yùn)、mRNA降解、翻譯及翻譯后加工及蛋白質(zhì)降解等均為基因表達(dá)調(diào)控的控制點(diǎn)。(2)多要素綜合作用：DNA序列、調(diào)節(jié)蛋白和RNA聚合酶等的結(jié)合作用。5、基因表達(dá)的生物學(xué)意義：主要體現(xiàn)在適應(yīng)環(huán)境，維持生長(zhǎng)、增殖、個(gè)體發(fā)育和分化等方面。4、基因表達(dá)的復(fù)雜性表現(xiàn)為(1)多級(jí)調(diào)控：染色體和基因的結(jié)構(gòu)90（三）、原核生物基因表達(dá)調(diào)控1、操縱子學(xué)說(shuō)--原核生物的基因表達(dá)可在DNA水平、轉(zhuǎn)錄水平和翻譯水平三個(gè)層次進(jìn)行調(diào)控，其中轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控是基因表達(dá)調(diào)控的主要環(huán)節(jié)；--操縱子是原核生物轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控的主要方式，操縱子由調(diào)節(jié)基因R、操縱基因O和結(jié)構(gòu)基因S組成；--操縱子通過(guò)調(diào)節(jié)基因編碼的調(diào)節(jié)蛋白開(kāi)啟或關(guān)閉操縱基因，調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)；--如果調(diào)節(jié)蛋白關(guān)閉基因表達(dá)活性，稱為負(fù)調(diào)控；反之，調(diào)節(jié)蛋白開(kāi)啟基因表達(dá)活性，稱為正調(diào)控；--一些小分子物質(zhì)可作用于調(diào)節(jié)蛋白，開(kāi)啟轉(zhuǎn)錄活性的為誘導(dǎo)物，反之為輔阻遏物、超阻遏物。（三）、原核生物基因表達(dá)調(diào)控91PO調(diào)節(jié)基因控制位點(diǎn)結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)區(qū)操縱區(qū)-半乳糖苷酶A轉(zhuǎn)乙酰酶-半乳糖苷透過(guò)酶ZY2、操縱子結(jié)構(gòu)和功能--乳糖操縱子模型；--乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)；P’RPO調(diào)節(jié)基因控制位點(diǎn)結(jié)構(gòu)基因啟操-A轉(zhuǎn)-ZY2、操縱子92--乳糖操縱子的功能（負(fù)調(diào)控機(jī)制）--乳糖操縱子的功能（負(fù)調(diào)控機(jī)制）933、操縱子的其他調(diào)控形式（1）色氨酸操縱子；（2）半乳糖操縱子（galoperon）（3）阿拉伯糖操縱子（araoperon）4、基因表達(dá)的時(shí)空調(diào)控噬菌體SPO1侵染枯草桿菌：侵染后，早期基因立即轉(zhuǎn)錄；4-5m后，轉(zhuǎn)為中期基因表達(dá)；8-12m后轉(zhuǎn)為晚期基因表達(dá)。5、DNA序列重排的調(diào)控DNA序列的重排調(diào)控基因的表達(dá)，如鼠傷寒沙門(mén)氏菌的相轉(zhuǎn)變機(jī)制（包括P的DNA倒位）。3、操縱