《生物化学考试辅导资料2.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学考试辅导资料2.doc（30页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、RNA聚合酶转录生成hnRNA和mRNA，是真核生物中最活跃的RNA聚合酶。RNA聚合酶转录的产物都是小分子量的RNA，tRNA的，5SrRNA的和snRNA。RNA聚合酶转录产物是45SrRNA，生成除5SrRNA外的各种rRNA。下面小结真核生物的RNA聚合酶，见表。（三）启动子及终止信号1启动子启动子或启动部位是指在转录开始进行时，RNA聚合酶与模板DNA分子结合的特定部位。这特定部位在转录作用的调节中是有作用的。每一个基因均有自己特有的启动子。（1）原核生物的启动子。 原核生物的启动子大约有55个碱基对长，其中包含有转录的起始点和两个区结合部位及识别部位。起始点是DNA模板链上开始进行
2、转录作用的位点，标以+1，转录是从起始点开始向模板键的5末端方向即编码链3末端方向进行。在DNA模板上，从起始点开始顺转录方向的区域称为下游；从起始点逆转录方向的区域称为上游。结合部位是指在DNA分子上与RNA聚合酶核心酶紧密结合的序列。结合部位的长度大约是7个碱基对，其中心位于起始点上游的-10bp处。因此将此部位称为-10区。多种启动子的-10区具有高度的保守性和一致性；它们有一个共有序列或共同序列，为5TATAAT3。又称为Pribnow盒。由于在Pribnow盒中碱基组成全是AT配对，缺少GC配对；而前者的亲和力只相当于后者的十分之一，所以Tm值较低。因此此区域的DNA双链容易解开，利
3、于RNA聚合酶的进入而促使转录作用的起始。在DNA分子上还有一段识别部位，是RNA聚合酶的因子识别DNA分子的部位。识别部位约有6个碱基对，其中心位于上游-35bp处。所以称为-35区，其共有序列5-TTGACA-3。其示意图见图。（2）真核生物的启动子。一个真核基因按功能可分为两部分，即调节区和结构基因。结构基因的DNA序列指导RNA转录；如果该DNA序列转录产物为mRNA，则最终翻译为蛋白质。调节区由两类元件组成，一类元件决定基因的基础表达，又称为启动子；另一类元件决定组织特异性表达或对外环境及刺激应答；两者共同调节表达。RNA聚合酶识别的启动子与原核生物的启动子相似，也具有两个高度保守的
4、共有序列。其一是在25附近的一段AT富集序列，其共有序列是TATAA，称为TATA盒。TATA盒与原核的Pribonow盒相似，是转录因子与DNA分子结合的部位。其二是在多数启动子中，-70附近共有序列CAAT区，称为CAAT盒。除以上两个区域外，有些启动子上游中含有GC盒，此GC盒与CAAT盒多位于-40110之间，它们可影响转录起始的频率。另外，有少量基因缺乏TATA盒，而由起始序列（Inr）与RNA聚合酶直接作用启动基础转录的开始。启动子决定了被转录基因的启动频率与精确性，同时启动子在DNA序列中的位置和方向是严格固定的，是由5到3方向。其示意图见图。增强子：增强子是长约100200bp
5、的序列，它们与启动子不同，可以位于转录起始位点的上游，也可位于其下游。有些增强子和静息子在DNA序列中的方向是严格由5到3方向排列，而另外一些则是自3向5方向排列。增强子和静息于与其他调节元件的DNA序列是互相重叠的。增强子具有增加启动子的作用，与启动子都可视为基因表达调控中的顺式作用元件，可与转录因子和RNA聚合酶结合，启动并调节基因转录。RNA聚合酶催化转录作用生成的18S、58S及 28SrRNA前体，它所识别的启动子与RNA聚合酶所识的启动子相比，有较大的差异。RNA聚合酶催化高度保守的 tRNA、5S rRNA及一些小核RNA。它识别的启动子比较特殊，启动子不位于编码基因的上游，而在
6、编码基因的转录区内。2终止信号DNA分子中停止转录作用的部位，称为终止信号。终止部位在结构上有些特点，终止部位中有一段GC富集区，随之又有一段AT富集区。在GC区内有一段是反向重复序列，以致转录作用生成的mRNA在其相应序列中有互补形成的发卡式结构。对于DNA分子的AT富集区，转录生成的mRNA的3末端中相应的有一连串U序列。还有一种蛋白质因子，它对于RNA聚合酶识别终止信号有辅助作用，又称为终止蛋白。（四）转录过程转录作用过程可以分为三个阶段：起始、延长及终止。1起始RNA聚合酶的因子识别DNA启动子的识别部位，RNA聚合酶核心酶则结合在启动子的结合部位。在与RNA聚合核心酶结合的Pribo
7、now盒附近，双链暂时打开约17个碱基对长度，展示出DNA模板链，有利于RNA聚合酶进入转录泡，催化RNA聚合作用。转录作用开始时，根据DNA模板链上的核苷酸的序列，NTP根据碱基互补原则依次进入反应体系。在RNA聚合酶的催化下，起始点处相邻的前两个NTP以3、5一磷酸二酯键相连接。随后，因子从模板及RNA聚合酶上脱落下来，于是RNA聚合酶的核心酶沿着模板向下游移动，转录作用进入延长阶段。脱落下的因子可以再次与核心酶结合而循环使用。2延长在RNA聚合酶的催化下，核苷酸之间以3、5一磷酸二酯键相连接进行着RNA的合成反应，合成方向为53。在延长过程中，局部打开的DNA双链、RNA聚合酶及新生成转
8、录本RNA局部形成转录泡。随RNA聚合酶的移动，转录泡也行进，贯穿于延长始终。3终止在RNA延长进程中，当RNA聚合酶行进到DNA模板的终止信号时，RNA聚合酶就不再继续前进，聚合作用也因此停止。由于终止信号中有由GC富集区组成的反向重复序列，在转录生成的mRNA中有相应的发卡结构。此发卡结构可阻碍RNA聚合酶的行进，由此而停止了RNA聚合作用。在终止信号中还有AT富集区，其转录生成的mRNA3末端有多个U残基。二、转录后的加工过程转录作用产生出的mRNA、tRNA及rRNA的初级转录本全是前体RNA，而不是成熟的RNA，它们没有生物学活性，还要在酶的作用下，进行加工才能变为成熟的，有活性的R
9、NA。RNA的加工过程主要是在细胞核内进行，也有少数反应是在胞质中进行。RNA加工的类型有：剪切及剪接：剪切就是剪去部分序列；剪接是指剪切后又将某些片段连接起来。末端添加核苷酸：例如tRNA的3-末端添加-CCA。修饰：在碱基及核糖分子进行化学修饰。RNA编辑：某些RNA，特别是mRNA自DNA模板上所获得的遗传信息，在转录作用后又发生了变化。（一）mRNA前体的加工1mRNA生成的特点(1)原核生物mRNA的生成。原核生物转录作用生成的mRNA属于多顺反子。即几个结构基因，利用共同的启动子及共同的终止信号，经转录作用生成mRNA分子，所以此mRNA分子可编码几种不同的蛋白质。原核生物中，细胞
10、内没有核膜，染色质存在于胞质中，所以转录与翻译进行的场所没有明显的屏障。在转录尚未完成时，翻译就已开始了。而且，mRNA的寿命十分短暂。（2）真核生物mRNA生成。真核生物转录作用生成的mRNA为单顺反子，即一个mRNA分子只编码一种蛋白质。真核生物的结构基因中包含有具有表达活性的编码蛋白质序列，称为外显子；还含有无表达活性的序列，称为内含子。由于内含于是插在外显子之间，所以又称为插入序列。转录生成的mRNA前体中有来自外显子部分的，也有来自内含子部分的。在加工时，前体要进行剪接作用。2mRNA前体的加工原核生物转录生成的初级转录本mRNA不需经过复杂的加工就表现有活性。唯一的加工作用是多顺反
11、子mRNA在RNase的催化下，裂解为单独的顺反子。真核生物转录生成的mRNA要经过较复杂的加工过程。包括5末端加帽3端加尾剪接去除内含子并连接外显子核苷酸编辑甲基化修饰。(1)5末端帽子的生成。步骤mRNA5末端pppNp在磷酸酶作用下脱Pi，形成ppNp-。在鸟苷酸转移酶作用下，与Gppp反应形成GpppNp-。在甲基转移酶作用下，由腺苷蛋氨酸(SAM)提供甲基，在鸟嘌呤的N-7上甲基化，然后在连接于鸟苷酸的第一个（或第二个）核苷酸2OH上又进行甲基化，最后成为m7GpppNmp，这就是帽子生成。（2）3末端多聚A尾的生成。多聚A尾的生成是多聚A聚合酶的催化下，由ATP聚合而成。但多聚A尾
12、形成并不是简单地加入A，而是先要在mRNA前体的3末端1130核苷酸处有一段AAUAA保守序列，在U7snRNP的协助下识别，由一种特异的核酸内切酶催化切除多余的核苷酸。随后，在多聚A聚合酶催化下，发生聚合反应形成了3末端多聚A尾。（3）剪接作用。在转录时，外显子及内含子均转录到hnRNA中。在细胞核中，hnRNA进行剪接作用，首先在核酸内切酶作用下剪切掉内含子；然后在连接酶作用下，将外显子各部分连接起来，成为成熟的mRNA，这就是剪接作用。一个相同的初级转录本，在不同的组织中由于剪接作用的差异可以产生具有不同编码的mRNA，导致翻译生成不同的蛋白质产物。在剪接作用过程中有如下一些共同的特点：
13、1）mRNA前体的剪切部位是在内含子末端的特定序列。内含子的序列中起始为GU；而终止于AG。在内含子3末端剪接点的上游2050核苷酸范围内，还有一个在剪接中有重要作用的位点，其序列中含有A，称为分支部位。内含子如果其中发生部分丢失，不一定会对剪接产生影响。3末端或分支部位发生变异，则会导致错误的剪接。2）套索的形成及剪除。mRNA前体剪接过程中，先剪切下内含子，然后连接外显子。剪接的过程分两步反应进行：内含子序列中分支部位中腺苷酸残基（A）的2OH攻击内含子5末端与外显子1连接的磷酸二酯键，剪下了外显子1，而腺苷酸原来已有以3、5-磷酸二酯键相连的两个相邻的核苷酸残基，加上此2、5-磷酸二酯键
14、的连接后，形成了“套索”中间产物。已被剪切下的外显子1的3末端-OH攻击内含子3，末端与外显子2之间的3、5磷酸二酯键，链断裂，内含子以套索形式被剪切下来，同时外显子1与外显子2连接起来。 剪接体的生成。 在mRNA前体剪接过程去除内含子时，还有多种成分的RNA-蛋白质复合体的参与，其大小为60S，是由几种非特异的小核核糖核蛋白(UsnRNP)与mRNA前体结合而成，称为剪接体。（UsnRNA)是一族snRNA，参与剪接作用的有多种UsnRNPs。U1snRNP识别外显子的5末端剪接序列，并与其互补而结合。 U5snRNP，识别并结合于内含于3末端剪接点。U2snRNP识别并结合于A序列的分支
15、点。还有U4及U6snRNP也参加到剪接体中，起配合作用。(4)RNA编辑在转录产物中插入、删除或取代一些核苷酸残基，生成具有正确翻译功能的模板，此即所谓RNA的编辑作用。 编辑过程由一个或多个小分子的“指导RNA”提供mRNA的编辑信息，并作为模板指导其进行编辑，在编辑体的帮助下进行编辑。(5)甲基化修饰原核生物mRNA分子中不含有稀有碱基，但真核生物的mRNA中则含有甲基化核苷酸，除了在hnRNA的5端帽子结构中含有23个甲基化核苷外；在分子内部还会有l2个m6A存在于非编码区。在序列中，m6A总是位于胞苷之后，形成了NCm6AN序列。m6A的生成是在hnRNA的剪接作用之前发生的。（二）
16、tRNA前体的加工在核酸内切酶RNaseP作用下，从5末端切除多余的核苷酸。在核酸外切酶RNaseD作用下，从3末端切除多余的核苷酸。核苷酸转移酶催化，3末端加CCA-OH，为tRNA加I特有反应。核酸内切酶催化进行剪切反应，剪掉内含子，由连接酶连接外显子部分。 化学修饰作用，如甲基化、脱氨基、还原反应。（三）rRNA前体的加工原核生物有 16S、23S及 5S三种 rRNA，这三种rRNA均存在于30S的rRNA前体中。转录作用完成后，在RNase催化下，将rRNA前体切开产生16S、25S及 5S rRNA的中间前体。进一步在核酸酶的作用下，切去部分间隔序列，产生成熟的 16S、23S及5
17、S rRNA，还有成熟的 tRNA。并对16S rRNA进行甲基化修饰，生成稀有碱基。与4S rRNA加I变化不大。真核生物的核蛋白体中有18S、58S及5S rRNA。 5SrRNA自己独立成体系，在成熟过程中加工甚少，不进行修饰和剪切。 45S rRNA前体中包含有 18S、58S及 28SrRNA。在加工过程中，分子广泛地进行甲基化修饰，主要是在28S及18S中。甲基化作用多发生于核糖上，较少在碱基上。随后45 S rRNA前体经核酸酶顺序剪切下生成18S、5.8S、28S rRNA。三、核酶对于具有催化活性的RNA现称为“核酶”。核酶作用方式较简单，归纳起来主要有以下几种类型：剪切型，
18、这类核酸能催化自身RNA或异体RNA分子剪掉一段核苷酸片段，其催化功能相当于内切核酸酶的作用。剪接型，这类核酶催化自身RNA进行化学反应，首先切去自身RNA内一个核苷酸片段，再将剩余的两个片断连接起来；相当于内切核酸酶及连接酶的联合作用。其他类型，如核苷酸转移，脱磷酸作用。核酶的酶活性种类：核苷酸转移作用。磷酸二酯键水解作用。磷酸转移反应催化作用。脱磷酸作用。限制性内切酶作用。核酶的意义：RNA可作为生物催化剂。打破了只有蛋白质才能有酶催化作用。为进化先有核酸、先有RNA提供证据。可用于制药和临床治疗。四、RNA的复制病毒RNA进入宿主细胞后，还可进行复制，即在RNA指导的RNA聚合酶催化进行
19、RNA合成反应。RNA复制酶催化的合成反应是以RNA为模板，由5向3方向进行RNA链的合成。RNA复制酶缺乏校对功能的内切酶活性，因此RNA复制的错误率较高，RNA复制酶只是特异地对病毒的RNA起作用，而宿主细胞的RNA一般并不进行复制。病毒RNA复制的几种方式（1）含正链RNA(+)的病毒(例如，噬菌体Q)：(+)RNA充当mRNA，合成蛋白(+)RNA为模板，复制，合成(-)RNA，再以(-)RNA为模板合成(+)RNA组装成病毒颗粒。（2）含负链RNA(-)的病毒(例如狂犬病)：由(-)RNA合成(+)RNA，再由(+)RNA合成蛋白质、(-)RNA，组装成病毒。（3）含双链RNA的病毒
20、(例如呼肠孤病毒)：以(-)RNA为模板合成(+)RNA，以(+)RNA为模板合成(-)RNA和蛋白，组装病毒颗粒。（4）逆转录病毒(例如白血病毒)：由RNA反转录为DNA，以DNA为模板合成RNA，翻译蛋白质。mRNA生成后，遗传信息由mRNA传递给新合成的蛋白质，此时mRNA分子中的遗传信息被翻译成为蛋白质的氨基酸排列顺序，因此蛋白质的合成过程也被称为翻译。一、蛋白质合成体系参与蛋白质合成的物质，除作为原料的氨基酸外，还有mRNA、tRNA、核蛋白体、有关的酶(氨基酰tRNA合成酶)，以及ATP、CTP等供能物质与必要的无机离子等。（1）mRNA的作用原理mRNA中每3个核苷酸组成1个密码
21、子，体现一个氨基酸的信息。在mRNA中，每3个相互邻接的核苷酸，其特定排列顺序，在蛋白质生物合成中可被体现为某种氨基酸或合成的终止信号者称为密码子，统称遗传密码。遗传密码具有简并性、通用性、方向性、不间断性和不重叠性。UAA、UAG、UGA为肽链的终止信号，不代表任何氨基酸。密码子AUG不仅代表一定氨基酸，而且位于mRNA启始部分，AUG又是肽链合成的启始信号。mRNA上的启动信号到终止信号的排列是有一定方向性的。启动信号总是位于mRNA的5末端的一边，而终止信号总是在mRNA的3末端一边。（2）tRNA的作用原理不同的氨基酸有其特定的tRNA，同一种氨基酸常有数种tRNA。在ATP和酶存在的
22、条件下，tRNA与对应氨基酸结合成为氨基酰tRNA。tRNA上有由3个核苷酸组成的反密码子，与mRNA上的密码子按碱基互补配对原则结合，氨基酰tRNA才能准确的在mRNA上对号入座。但tRNA的反密码子中的核苷酸与mRNA的第三个核苷酸配对时，并不严格遵循碱基互补配对原则，此种配对称不稳定配对。（3）核蛋白体的作用原理核蛋白体相当于装配体，由大亚基(原核为50S，真核为60S)和小亚基(原核为30S，真核为40S)组成。大亚基具有转肽酶的活性，可使核蛋白体上的肽链转移到新进入核蛋白体的tRNA所携带的氨基酸上，使其缩合成肽。所以，当核蛋白体在mRNA上每向前移动一个密码子的位置，肽链上即增加一
23、个新的氨基酸，直至终止信号。二、蛋白质合成的过程蛋白质生物合成的具体步骤包括：氨基酸的活化；活化氨基酸的转运；活化氨基酸在核蛋白体上的缩合。(一）氨基酸的活化转运氨基酸的活化过程及其活化后与相应tRNA的结合过程，都是由氨基酰tRNA合成酶来催化的，反应方程(见原书),以氨基酰tRNA形式存在的活化氨基酸，即可投入氨基酸缩合成肽的过程。氨基酰tRNA合成酶存在于胞液中，具有高度特异性。它们既能识别特异的氨基酸，又能辨认携带该种氨基酸的特异tRNA分子。在体内，每种氨基酰tRNA合成酶都能从多种氨基酸中选出与其对应的一种，并选出与此氨基酸相应的特异tRNA。这是保证遗传信息准确翻译的要点之一。（
24、二）核蛋白体循环tRNA所携带的氨基酸，是通过“核蛋白体循环”在核蛋白体上缩合成肽，完成翻译过程的。以原核生物中蛋白质合成为例，将核蛋白体循环人为地分为启动、肽链延长和终止三个阶段进行介绍。1启动阶段在蛋白质生物合成的启动阶段，核蛋白体的大、小亚基，mRNA与一种具有启动作用的氨基酸tRNA共同构成启动复合体。这一过程需要一些称为启动因子的蛋白质以及GTP与镁离子的参与。原核生物中的启动因子有3种，IF1辅助另外两种启动因子IF2、IF3起作用。启动阶段的具体步骤如下：(1)30S亚基在IF3与IF1的促进下与mRNA的启动部位结合，在IF2的促进与IF1辅助下与甲酰蛋氨酰tRNA以及GTP结
25、合，形成30S启动复合体。30S启动复合体由30S亚基、mRNA、fMet-tRNAfMet及IF1、IF2、IF3与GTP共同构成。（2）30S启动复合体一经形成，IF3即行脱落，50S亚基随之与其结合，形成了大、小亚基，mRNA，fMettRNAfMet及IF1、IF2与GTP共同构成的70S启动前复合体。（3）70S启动前复合体的GTP水解释出GDP与无机磷酸的同时，IF2和IF1随之脱落，形成了启动复合体。至此，已为肽链延长作好了准备。启动复合体由大、小亚基，mRNA与fMettRNAfMet共同构成。已知核蛋白体上有两个位置，分别称为“给位”与“受位”，启动复合体中mRNA的启动信号
26、相对应的fMettRNAfMet亦即处于核蛋白体的给位。2肽链延长阶段这一阶段，根据mRNA上密码子的要求，新的氨基酸不断相应的被特异的tRNA运至核蛋白体受位，形成肽键。同时，核蛋白体从mRNA的5端向3端不断移位推进翻译过程。肽链延长阶段需要数种称为延长因子的蛋白质、GTP与某些无机离子的参与。(1)进位受位上mRNA密码子相对应的氨基酸tRNA进入受位，生成复合体V。此步骤需要GTP、Mg2+和称为肽链延长因子EFTu与EFTs的蛋白质因子。（2）转肽50S亚基的给位有转肽酶的存在，可催化肽键形成。此时在转肽酶的催化下，将给位上tRNA所携的甲酰蛋氨酰（或肽酰）转移给受位上已特异性进入的
27、氨基酸tRNA，与其所带的氨基酸的氨基结合形成肽键。此酶需要Mg2+与K2+存在。（3）脱落原在给位上的脱去甲酰蛋氨酰后的tRNAfMet，从复合物上脱落。（4）移位核蛋白体向mRNA的3端挪动相当于一个密码子的距离，使下一个密码子准确定位在受位，同时带有肽链的tRNA由受体移至给位，此步需有肽链延长因子EFG、GTP与Mg2+。 以后肽链上每增加一个氨基酸残基，就按进位（新的氨基酸tRNA进入“受位”）转肽（形成新的肽键）脱落（转肽后“给位”上的tRNA脱落）移位（核蛋白体挪动的同时，原处于“受位”带有肽链的tRNA随之转到“给位”）。3终止阶段当多肽链合成已完成，并且“受位”上已出现终止信
28、号（UAA），此后即转入终止阶段。终止阶段包括已合成完毕的肽链被水解释放，以及核蛋白体与tRNA从mRNA上脱落的过程。这一阶段需要一种起终止作用的蛋白质因子终止因子的参与。终止因子使大亚基“给位”的转肽酶不起转肽作用，而起水解作用。在转肽酶的作用下，“给位”上tRNA所携带的多肽链与tRNA之间的酯键被水解，并从核蛋白体及tRNA上释出。从mRNA上脱落的核蛋白体，分解为大小两个亚基，重新进入核蛋白体循环。核蛋白体的解体需要IF3的参与。下面小结参与原核生物蛋白质合成的一些因子，见表。作用阶段因子作用起动IF使带氨基酰的tRNA与小亚基结合IF2同上，并具有GTP酶活性IF3 促进小亚基与m
29、RNA特异结合，在终止阶段促使已脱落的核蛋白体解离为亚基延伸EFTu、EFTs促进氨基酰tRNA进入核蛋白体的“受体”具有GTP酶的活性EFG具有GTP酶的活性，使转肽后，失去肽链(或蛋氨酰)的tRNA，从“给位”上脱落，并促进移位终止RF识别终止信号，使大亚基团转肽酶将“给位”上已合成的多肽链水解释放（ 三）真核生物与原核生物蛋白质合成的异同1mRNA真核生物的mRNA前体在细胞核内合成，合成后需经加工，才成熟为mRNA，从细胞核输入胞浆，投入蛋白质合成；而原核生物的mRNA常在合成尚未结束时，已开始翻译。真核生物mRNA含有7甲基三磷酸鸟苷形式的“帽”，有由多聚腺苷酸形成的“尾”，为单顺反
30、子，只含一条多肽链的遗传信息，合成蛋白质时只有一个合成的启动点，一个合成的终点；而原核生物的mRNA为多顺反子，含有蛋白质合成多个启动点和终止点，且不带有类似“帽”与“尾”的结构。在5端方向启动信号的上游存在富含嘌呤的SD区段。真核生物的mRNA则无此区段。真核生物的mRNA代谢较慢，哺乳类动物mRNA的半衰期为46h，而细菌的mRNA半衰期仅在13min。此外真核生物的mRNA前体常含有插入顺序，即内含子，需要在加工时切除。2核蛋白体真核生物的核蛋白体（80S）大于原核生物。小亚基为 40S含有一种 rRNA(18S rRNA)；大亚基为60S，含有 3种rRNA（28S rRNA、55S
31、rRNA和 5S rRNA），所含的核蛋白体蛋白质亦多于原核生物。原核生物小亚基16SrRNA的3末端有一富含嘧啶的区段，可与其mRNA启动部位富含嘌呤的SD区互补结合。在真核生物相应的rRNA（18S rRNA）中，无此互补区。3tRNA真核生物起着启动作用的氨基酸tRNA为不需要甲酰化的MettRNAfMet而原核生物中为fMet-tRNAfMet，系MettRNAfMet经蛋氨酰tRNA转甲酰基酸催化后的产物。4合成过程（1）启动。真核生物的启动因子（eIF）有9-10种，真核生物核蛋白小亚基先与MettRNAfMet结合，再与mRNA结合，此时需要一分子ATP。（2）肽链延长。真核生物
32、中催化氨基酸tRNA进入受体的延长因子只有一种（EFT1）。催化肽酰tRNA移位的因子称为EFT2，可为白喉毒素所抑制。（3）终止。真核生物只需一种终止因子（RF），此终止因子可识别3种终止密码子，并需要三磷酸鸟苷。原核生物的终止因子有3种。此外，哺乳动物类等真核生物线粒体中，存在着自DNA到RNA及各种有关因子的蛋白合成体系，以合成线粒体的某些多肽。该体系类似原核生物蛋白合成体系。（四）翻译后加工从核蛋白体释放的多肽链，不一定具备生物活性。肽链从核蛋白体释放后，经过细胞内各种修饰处理过程，成为有活性的成熟蛋白质，称为翻译后加工。1.高级结构的修饰肽链释放后可自行根据其一级结构的特征折叠、盘曲
33、成高级结构。此外，高级结构的修饰还包括：（1）折叠：蛋白立体构象的生成需要折叠，有分子伴侣，二硫键异构酶及肽链顺反异构酶等参与。（2）亚基聚合。具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体，各亚基虽自有独立功能，但又必须相依存，才得以发挥作用。（3）辅基连接。蛋白质分为纯蛋白及结合蛋白两大类，糖蛋白、脂蛋白及各种带有辅酶的酶，都是常见的重要结合蛋白质。辅基（辅酶）与肽链的结合是复杂的生化过程。2一级产物的修饰（1）去除N-甲酰基或N-蛋氨酸。在蛋白质合成过程中，N-端氨基酸总是fMet（甲酰蛋氨酸），其-氨基是甲酰化的。但天然蛋白质大多数不以蛋氨酸为N端第一位氨基酸。细胞内
34、的脱甲酰基酶或氨基肽酶可以除去N-甲酰基，N-末端蛋氨酸或N-末端的一段肽。（2）个别氨基酸的修饰。有些蛋白质还需经一定的修饰才能成熟而参与正常的生理活动。例如精蛋白的前体需要带上糖链，胶原蛋白的前体在细胞内合成后，需经羟化并带上糖链。在结缔组织的蛋白质内常出现羟脯氨酸、羟赖氨酸，这两种氨基酸并无遗传密码、反密码子及tRNA引导入肽链，是脯氨酸、赖氨酸残基经过羟化而出现的。（3）水解修饰。通过水解修饰，一条肽链可能分为多个不同的活性肽段。无活性的酶原转变为有活性的酶，常需要去掉一部分肽链。例如胰岛素原变为胰岛素时，尚需去掉部分肽段。3蛋白质合成的靶向输送蛋白质合成后，定向地到达其执行功能的目标
35、地点，称为靶向输送。分泌性蛋白的合成过程实际是和其他蛋白质基本一样的。但其mRNA往往要有一段疏水氨基酸较多的肽编码，这段肽称为信号肽，其作用是把合成的蛋白质转移到内质网，剪切下信号肽，然后把合成的蛋白质送出胞外。三、蛋白质生物合成的干扰和抑制（一）抗菌素（抗生素）（1）四环素族，包括土霉素等，能抑制氨基酰tRNA与原核细胞的核蛋白体小亚基结合，抑制细菌的蛋白质生物合成。（2）氯霉素，能与原核生物的核蛋白体大亚基结合，阻断翻译延长过程。高浓度时，对真核生物线粒体内的蛋白质合成也有阻断作用。（3）链霉素，和卡那霉素能与原核生物蛋白体小亚基结合，改变其构象，引起读码错误，结核杆菌对这两种抗生素特别
36、敏感。（4）嘌呤霉素，结构与酪氨酸tRNA相似，从而可取代一些氨基酸tRNA进入翻译中的核蛋白体受位，当延长的肽链转入此异常受位时，容易脱落，终止肽链合成。嘌呤霉素对原核、真核生物的翻译过程均有干扰作用。（5）放线菌素，抑制核蛋白体转肽酶，只对真核生物有特异性作用。（二）干扰蛋白质生物合成的生物活性物质白喉毒素，可对真核生物的EFT起共价修饰作用，从而使EFT2失活。 干扰素，对病毒有两方面的作用：其一是干扰素在双链RNA存在下，可以诱导一种蛋白激酶，由蛋白激酶使eIF2发生磷酸化，从而抑制病毒蛋白质的生物合成；干扰素还可诱导生成一种罕见的寡核苷酸，可活化一种称为RNase L的核酸内切酶，由
37、 RNase L降解病毒 RNA。蓖麻蛋白，与真核生物大亚基(60S)的蛋白结合，间接抑制EFT的作用，阻碍肽链延长。天花粉蛋白，具有RNA N-糖苷酶活性，使真核大亚基(60S)失活。一、概述（一）基因表达的概念一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因，称为基因组。基因表达就是基因转录及翻译的过程。在一定调节机制控制下，大多数基因经历基因激活、转录及翻译等过程，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子，但并非所有基因表达过程都产生蛋白质，tRNA、rRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。（二）基因表达的时间性及空间性基因表达的时间、空间特异性由特异基因的启动子（序列）和（或）性强子
38、与调节蛋白相互作用决定。1时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，这是基因表达的时间特异性。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性。2空间特异性在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，这就是基因表达的空间特异性。又称细胞特异性或组织特异性。（三）基因表达的方式1组成性表达某些基因产物对生命全过程是必需的或必不可少的。这类基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因。管家基因较少受环境因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。这类基因表达视为基本的或组成性基因表达。2诱导和阻遏表达与管家基
39、因不同，另有一些基因表达极易受环境变化影响。在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因是可诱导的，称为诱导。相反，如果基因对环境信号应答时被抑制，基因表达产物水平降低的，称为阻遏。 诱导和阻遏是同一事物的两种表现形式，在生物界普遍存在，也是生物体适应环境的基本途径。在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表达。这种调节称为协调调节。（四）基因表达调控的生物学意义1适应环境、维持生长和增殖。2维持个体发育与分化。二、基因表达调控的基本原理（一）基因表达的多级调控基因的结构活化、转录起始、转录后加工及转运、mRNA降解、
40、翻译及翻译后加工及蛋白质降解等均为基因表达调控的控制点。可见，基因表达调控是在多级水平上进行的复杂事件。其中转录起始是基因表达的基本控制点。四个基本的调控点：（1）基因结构的活化。DNA暴露碱基后RNA聚合酶才能有效结合。活化状态的基因表现为：1.对核酸酶敏感；2.结合有非组蛋白及修饰的组蛋白；3.低甲基化。（2）转录起始。最有效的调节环节，通过DNA元件与调控蛋白相互作用来调控基因表达。（3）转录后加工及转运。RNA编辑、剪接、转运。（4）翻译及翻译后加工。翻译水平可通过特异的蛋白因子阻断mRNA翻译翻译后对蛋白的加工、修饰也是基本调控环节。（二）基因转录激活调节基本要素1DNA序列原核生物
41、大多数基因表达调控是通过操纵子机制实现的。操纵子通常由2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成。启动序列是RNA聚合酶结合并起动转录的特异DNA序列。多种原核基因启动序列特定区域内，通常在转录起始点上游-10及-35区域存在一些相似序列，称为共有序列。大肠杆菌及一些细菌启动序列的共有序列在-10区域是TATAAT，又称Pribnow盒（PribnowBox），在-35区域为 TTGACA。这些共有序列中的任一碱基突变或变异都会影响RNA聚合酶与启动序列的结合及转录起始。因此，共有序列决定启动序列的转录活性大小。操纵序列是原核阻遏蛋白的结合位点。当操纵序列结合
42、阻遏蛋白时会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或使RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，阻遏转录，介导负性调节。原核操纵子调节序列中还有一种特异DNA序列可结合激活蛋白，使转录激活，介导正性调节。顺式作用元件就是指可影响自身基因表达活性的DNA序列。在不同真核基因的顺式作用元件中会时常发现一些共有序列，如 TATA盒、CCAAT盒等。这些共有序列就是顺式作用元件的核心序列，它们是真核RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。顺式作用元件通常是非编码序列。顺式作用元件并非都位于转录起点上游（5端）。根据顺式作用元件在基因中的位置、转录激活作用的性质及发挥作用的方式，可将真核基因的这些功能元件分为启动子、
43、增强子及沉默子等。2调节蛋白原核调节蛋白分为三类：特异因子、阻遏蛋白和激活蛋白。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。阻遏蛋白可结合操纵序列，阻遏基因转录。激活蛋白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。真核调节蛋白又称转录因子。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相互作用（DNA-蛋白质相互作用）反式激活另一基因的转录，故称反式作用因子。有些基因产物可特异识别、结合自身基因的调节序列，调节自身基因的开启或关闭，这就是顺式作用。具有这种调节方式的调节蛋白称为顺式作用蛋白。3DNA-蛋白质
44、、蛋白质和蛋白质相互作用DNA-蛋白质相互作用指反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。这种结合通常是非共价结合。绝大多数调节蛋白结合DNA前需通过蛋白质-蛋白质相互作用形成二聚体或多聚体。所谓二聚化就是指两分子单体通过一定的结构域结合成二聚体，它是调节蛋白结合DNA时最常见的形式。由同种分子形成的二聚体称同二聚体，异种分子间形成的二聚体称异二聚体。除二聚化或多聚化反应，还有一些调节蛋白不能直接结合DNA，而是通过蛋白质一蛋白质相互作用间接结合DNA，调节基因转录。4RNA聚合酶DNA元件与调节蛋白对转录激活的调节最终是由RNA聚合酶活性体现的。启动序列启动子的结构，调节蛋白性质对RN
45、A聚合酶活性影响很大。(1)启动序列或启动子与RNA聚合酶活性：原核启动序列或真核启动子是由转录起始点、RNA聚合酶结合位点及控制转录的调节组件组成。会影响其与RNA聚合酶的亲和力，而亲和力大小则直接影响转录起始频率。（2）调节蛋白与RNA聚合酶活性：一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下在细胞内表达，随后这些调节蛋白通过DNA-蛋白质相互作用、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性，从而使基础转录频率发生改变，出现表达水平变化。三、原核基因表达调控（一）原核基因调节特点1因子决定mRNA识别特异性 原核生物细胞仅含有一种RNA聚合酶，核心酶参与转录延长，全酶司转录起始。在转录起始阶段，亚基
46、（又称因子）识别特异启动序列；不同的因子决定特异基因的转录激活，决定tRNA、mRNA和rRNA基因的转录。2操纵子模型的普遍性3阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性（二）乳糖操纵子调节机制1乳糖操纵子的结构大肠杆菌的乳糖操纵子含Z、Y及A三个结构基因，分别编码-半乳糖苷酶、透酶、乙酰基转移酶，此外还有一个操纵序列O、一个启动序列P及一个调节基因。基因编码一种阻遏蛋白，后者与O序列结合，使操纵子受阻遏而处于转录失活状态。在启动序列P上游还有一个分解（代谢）物基因激活蛋白CAP结合位点，由P序列、O序列和CAP结合位点共同构成LAC操纵子的调控区，三个酶的编码基因即由同一调控区调节，实现基因产物的协调表达。2阻遏蛋白的负性调节在没有乳糖存在时，乳糖操纵子处于阻遏状态。此时，基因列在P启动序列操纵下表达的乳糖阻遏蛋白与O序列结合，故阻断转录启动。阻遏蛋白的阻遏作用并