1、1第二章 染色体与 DNA染色体（chromosome）是细胞在有丝分裂时遗传物质存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密包装的结果。真核生物的染色体在细胞生活周期的大部分时间里都是以染色质(chromatin)的形式存在的。染色质是一种纤维状结构，叫做染色质丝，它是由最基本的单位核小体(nucleosome)成串排列而成的。原核生物(prokaryote) ：DNA 形成一系列的环状附着在非组蛋白上形成类核。染色体由 DNA 和蛋白质组成。蛋白质由非组蛋白和组蛋白（H1,H2A,H2B,H3,H4）DNA 和组蛋白构成核小体。组蛋白的一般特性：P24进化上的保守性无组织特异性肽链氨基酸分布的
2、不对称性：碱性氨基酸集中分布在 N 端的半条链上。组蛋白的可修饰性:甲基化、乙基化、磷酸化及 ADP 核糖基化等。 H5 组蛋白的特殊性：富含赖氨酸（24%）(鸟类、鱼类及两栖类红细胞染色体不含 H1 而带有 H5)组蛋白的可修饰性在细胞周期特定时间可发生甲基化、乙酰化、磷酸化和 ADP 核糖基化等。H3、H4 修饰作用较普遍，H2B 有乙酰化作用、H1 有磷酸化作用。所有这些修饰作用都有一个共同的特点，即降低组蛋白所携带的正电荷。这些组蛋白修饰的意义：一是改变染色体的结构，直接影响转录活性；二是核小体表面发生改变，使其他调控蛋白易于和染色质相互接触，从而间接影响转录活性。2、DNA1) DN
3、A 的变性和复性变性（Denaturation) DNA 双链的氢键断裂，最后完全变成单链的过程称为变性。增色效应(Hyperchromatic effect)在变性过程中，260nm 紫外线吸收值先缓慢上升，当达到某一温度时骤然上升，称为增色效应。融解温度（Melting temperature ，Tm ) 变性过程紫外线吸收值增加的中点称为融解温度。 生理条件下为 85-95影响因素：G+C 含量，pH 值，离子强度，尿素，甲酰胺等复性（Renaturation)热变性的 DNA 缓慢冷却，单链恢复成双链。 减色效应（Hypochromatic effect) 随着 DNA 的复性，260
4、nm 紫外线吸收值降低的现象。 2) C 值反常现象（C-value paradox) C 值是一种生物的单倍体基因组 DNA 的总量。真核细胞基因组的最大特点是它含有大量的重复序列，而且功能 DNA 序列大多被不编码蛋白质的非功能 DNA 所隔开，这就是著名的“C 值反常现象”。 （四）核小体(nucleosome)：用于包装染色质的结构单位，是由 DNA 链缠绕一个组2蛋白核（H2A、H2B、H3、H4)*2 的八聚体】构成的。 1、原核生物基因组结构特点 基因组很小，大多只有一条染色体 结构简炼 存在转录单元(trnascriptional operon)多顺反子(polycistron
5、)重叠基因由基因内基因、部分重叠基因、一个碱基重叠组成。2、真核生物基因组结构特点真核基因组结构庞大 3109bp、染色质、核膜单顺反子基因不连续性 断裂基因（interrupted gene ） 、内含子(intron)、 外显子(exon)非编码区较多 多于编码序列(9:1) 含有大量重复序列 不重复序列/单一序列：在基因组中有一个或几个拷贝。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝的。如：蛋清蛋白、血红蛋白等 功能：主要是编码蛋白质。 中度重复序列：在基因组中的拷贝数为 101104。如：rRNA 、tRNA一般是不编码蛋白质的序列，在调控基因表达中起重要作用 高度重复序列：拷贝数达到几
6、百个到几百万个。卫星 DNA：A T 含量很高的简单高度重复序列。1、 DNA 的一级结构：指 4 种脱氧核苷酸的连接及其排列顺序， DNA 序列是这一概念的简称。碱基序列2）特征：双链反向平行配对而成脱氧核糖和磷酸交替连接，构成 DNA 骨架，碱基排在内侧内侧碱基通过氢键互补形成碱基对（A：T，C ：G ） 。2、DNA 的二级结构：指两条多核苷酸链反向平行盘绕所产生的双螺旋结构。2）分类：右手螺旋：A-DNA ，B-DNA左手螺旋：Z-DNA3、DNA 的高级结构：指 DNA 双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。是一种比双螺旋更高层次的空间构象。2）主要形式：超螺旋结构（正超螺旋和负
7、超螺旋）（一）DNA 的半保留复制（semi-nservative replication）1、定义：由亲代 DNA 生成子代 DNA 时，每个新形成的子代 DNA 中，一条链来自亲代 DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式称半保留复制。3、DNA 半保留复制的生物学意义：DNA 的半保留复制表明 DNA 在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。（二）与 DNA 复制有关的物质1、原料：四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP 、dCTP 、dTTP)2、模板：以 DNA 的两条链为模板链，合成子代 DNA33、引物：DNA 的合成需要一段 RNA 链作为引物4、引物合成酶（
8、引发酶）：此酶以 DNA 为模板合成一段 RNA,这段 RNA 作为合成DNA 的引物（Primer)。实质是以 DNA 为模板的 RNA 聚合酶。5、 DNA 聚合酶: 以 DNA 为模板的 DNA 合成酶以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物反应需要有模板的指导反应需要有 3-OH 存在DNA 链的合成方向为 5 3 性质 聚合酶 聚合酶 聚合酶3 5 外切活性 + + +5 3 外切活性 + - -5 3聚合活性 + 中 + 很低 + 很高新生链合成 - - +聚合酶主要是对 DNA 损伤的修复；以及在 DNA 复制时切除 RNA 引物并填补其留下的空隙。聚合酶修复紫外光引起的 DNA 损伤聚合酶
9、 DNA 复制的主要聚合酶，还具有 35外切酶的校对功能，提高 DNA 复制的保真性6、DNA 连接酶（1967 年发现）：若双链 DNA 中一条链有切口，一端是 3-OH，另一端是 5-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。但是它不能将两条游离的 DNA 单链连接起来DNA 连接酶在 DNA 复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用7、DNA 拓扑异构酶(DNA Topisomerase)：拓扑异构酶 ：使 DNA 一条链发生断裂和再连接，作用是松解负超螺旋。主要集中在活性转录区，同转录有关。例：大肠杆菌中的 蛋白拓扑异构酶：该酶能暂时性地切断和重新连接双链 DNA，作用是将
10、负超螺旋引入DNA 分子。同复制有关。例：大肠杆菌中的 DNA 旋转酶8、DNA 解螺旋酶 /解链酶（DNA helicase)：通过水解 ATP 获得能量来解开双链DNA。 E.coli 中的 rep 蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶 I、II、III。rep 蛋白沿 3 5移动，而解螺旋酶 I、II、III 沿 5 3移动。9、单链结合蛋白(SSBP-single-strand binding protein)：稳定已被解开的 DNA 单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。（三）DNA 的复制过程（大肠杆菌为例） 双链的解开 RNA 引物的合成 DNA 链的延伸 切除 RNA 引物，填补缺
11、口，连接相邻的 DNA 片段1、双链的解开- ftju 制有特定的起始位点，叫做复制原点。 ori(或 o） 、富含A、T 的区段。4从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子复制时，解链酶等先将 DNA 的一段双链解开，形成复制点，这个复制点的形状象一个叉子，故称为复制叉双链解开、复制起始 P44大约 20 个 DnaA 蛋白在 ATP 的作用下与 oriC 处的 4 个 9bp 保守序列相结合在 HU 蛋白和 ATP 的共同作用下,Dna 复制起始复合物使 3 个 13bp 直接重复序列变性,形成开链解链酶六体分别与单链 DNA 相结合(需 DnaC 帮助),进一步解开 DNA 双链2、
12、RNA 引物的合成DnaB 蛋白活化引物合成酶，引发 RNA 引物的合成。引物长度约为几个至 10 个核苷酸，3、DNA 链的延伸DNA 的半不连续复制（semi-discontinuous replication)：DNA 复制时其中一条子链的合成是连续的，而另一条子链的合成是不连续的，故称半不连续复制。在 DNA 复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链为前导链；合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的DNA 链为滞后链。在 DNA 复制过程中，前导链能连续合成，而滞后链只能是断续的合成 53 的多个短片段，这些不连续的小片段称为 冈崎片段 。
13、4、切除 RNA 引物，填补缺口，连接相邻的 DNA 片段（复制终止）当复制叉遇到约 22 个碱基的重复性终止子序列（Ter）时，Ter-Tus 蛋白复合物能使DnaB 不再将 DNA 解链，阻挡复制叉继续前移。P47在 DNA 聚合酶催化下切除 RNA 引物；留下的空隙由 DNA 聚合酶催化合成一段 DNA 填补上；在 DNA 连接酶作用下，连接相邻的 DNA 链（四）复制的几种主要方式 P421、双链环状、 型复制、双向等速2、滚环型：（1）模板链和新合成的链分开;（2）不需 RNA 引物，在正链 3OH 上延伸（3）只有一个复制叉;3、D 环复制-单向复制的特殊方式如：动物线粒体 DNA
14、（五）真核生物中 DNA 的复制特点1、真核生物每条染色体上有多个复制起点，多复制子（约 150bp 左右） ；2、复制叉移动的速度较慢（约 50bp秒） ，仅为原核生物的 110。3、真核生物染色体在全部复制完之前,各个起始点不再重新开始 DNA 复制；真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。4、真核生物有多种 DNA 聚合酶。5、真核生物 DNA 复制过程中的引物及冈崎片段的长度均小于原核生物。 （真核冈崎片段长约 100-200bp，原核冈崎片段长约 1000-2000bp。 ）（六）原核和真核生物 DNA 的复制特点比较5 复制起点（ori ）：原核一个，真核多个； 复制子 ：原核
15、一个，真核多个； 复制子长度：原核长；真核短； 复制叉：原核多个；真核多个； 复制移动速度：原核较快；真核较慢； 真核生物染色体在全部完成复制前，各起始点的 DNA 复制不能再开始。而在 快速生长的原核生物中，复制起点上可以连续开始新的 DNA 复制。 原核生物染色体的复制与细胞分裂同步，可以多次复制；真核生物染色体的复制发生在 S 期，是细胞分类的特定时期，而且仅此一次。四、DNA 的修复DNA 修复系统 功能错配修复 恢复错配碱基切除修复 切除突变的碱基核甘酸切除修复 修复被破坏的 DNADNA 直接修复SOS 系统修复嘧啶二体或甲基化DNADNA 的修复，导致变异1、错配修复 （mism
16、atch repair）Dam 甲基化酶使母链位于 5GATC 序列中腺甘酸甲基化甲基化紧随在 DNA 复制之后进行（几秒种后至几分钟内）根据复制叉上 DNA 甲基化程度，切除尚未甲基化的子链上的错配碱基2、碱基切除修复 excision repair所有细胞中都带有不同类型、能识别受损核苷酸位点的糖苷水解酶，它能特意切除受损核苷酸上的 N- -糖苷键，在 DNA 链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称为AP 位点。一些碱基在自发或诱变下会发生脱酰胺，然后改变配对性质，造成氨基转换突变* 腺嘌呤变为次黄嘌呤与胞嘧啶配对* 鸟嘌呤变为黄嘌呤与胞嘧啶配对* 胞嘧啶变为尿嘧啶与腺嘌呤配对3、核苷酸切除修复
17、1）通过特异的核酸内切酶识别损伤部位2）由酶的复合物在损伤的两边切除几个核苷酸3） DNA 聚合酶以母链为模板复制合成新子链4）DNA 连接酶将切口补平4 、DNA 的直接修复在 DNA 光解酶的作用下将环丁烷胸腺嘧啶二体和 6-4 光化物还原成为单体甲基转移酶使 O6-甲基鸟嘌呤脱甲基生成鸟嘌呤，防止 G-T 配对SOS 反应 (SOS response)：是细胞 DNA 受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，6细胞为求生存而产生的 一种应急措施。* 包括诱导 DNA 损伤修复、诱变效应、细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放噬菌体等。细胞癌变也与 SOS 反应有关。两个作用（1）DNA 的修复
18、；（2）产生变异五、 DNA 的转座DNA 的转座或叫移位（transposition)：由可移位因子(transposable element) 介导的遗传物质重排现象。转座子（transposon Tn）：存在于染色体 DNA 上可自主复制和位移的基本单位。已经发现“转座”这一命名并不十分准确，因为在转座过程中，可移位因子的一个拷贝常常留在原来位置上，在新位点上出现的仅仅是它的拷贝。因此，转座有别于同源重组，它依赖于 DNA 复制。原核生物转座子的类型：1、插入序列(IS)IS 是最简单的转座子，不含有任何宿主基因，它们是细菌染色体或质粒 DNA 的正常组成部分。 2、复合转座子(comp
19、osite transposon)复合转座子是一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的 IS 序列 3、TnA 家族 TnA 家族没有 IS 序列、体积庞大 (5000bp 以上)、带有 3 个基因，其中一个编码 -内酰胺酶(AmpR)，另两个则是转座作用所必须的。(三）转座作用的机制 转座时发生的插入作用的普遍特征，是受体分子中有一段很短的(3l2bp) 、被称为靶序列的 DNA 会被复制，使插入的转座子位于两个重复的靶序列之间。 对于一个特定的转座子来说，它所复制的靶序列长度是一样的，如 IS1 两翼总有 9 个碱基对的靶序列，而 Tn3 两端总有
20、 5bp 的靶序列。 靶序列的复制可能起源于特定内切酶所造成的黏性 DNA 末端。（三）转座作用的遗传学效应 p63（1）转座引起插入突变（2）转座产生新的基因（3）转座产生的染色体畸变（4）转座引起的 生物进化反转录转座子（retrotransposon）：指通过 RNA 为中介，反转录成 DNA 后进行转座的可动元件。第三章 生物信息的传递（上） 从 DNA 到 RNA转录(transcription) ：生物体以 DNA 为模板合成 RNA 的过程 。参与转录的物质原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板:DNA酶: RNA 聚合酶其他蛋白质因子RNA 合成方向：5
21、 到 37转录的不对称性：在 RNA 的合成中，DNA 的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，称为转录的不对称性。与 mRNA 序列相同的那条 DNA 链称为编码链；将另一条根据碱基互补原则指导mRNA 合成的 DNA 链称为模板链。DNA 分子上转录出 RNA 的区段，称为结构基因。转录单元（transcription unit）一段从启动子开始至终止子结束的 DNA 序列。二、参与转录起始的关键酶与元件（一） RNA 聚合酶原核生物 RNA 聚合酶（大肠杆菌为例）-全酶= 核心酶+ 因子亚基基因 相对分子量亚基数组分 功能 rpoA 36500 2 核心酶 核心酶组装，启动子识别 rpoB
22、 151000 1 核心酶 rpoC 155000 1 核心酶 和 共同形成RNA 合成的活性中心 ？ 11000（需查）1 核心酶 ？rpoD 70000 1 因子 存在多种 因子，用于识别不同的启动子真核细胞的三种 RNA 聚合酶特征比较酶 位置 转录产物 相对活性 对 -鹅膏蕈碱的敏感性RNA 聚合酶 核仁 rRNA 50-70%不敏感RNA 聚合酶 核质 hnRNA 20-40%敏感RNA 聚合酶 核质 tRNA 约 10%存在物种特异性RNA 聚合酶与 DNA 聚合酶的区别RNA 聚合酶 DNA 聚合酶大小(M) 大，4.8105dol 小，1.09105dol引物 无 有产物 较短
23、，游离 较长，与模板以氢键相连8作用方式 一条链的某一段 两条链同时进行外切酶活性 无 5 3，3 5校对合成能力无 有修复能力 无 有（二） 启动子(promoter)启动子定义：指能被 RNA 聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段 DNA 序列。 TATA 区：酶的紧密 结合 位点（富含 AT 碱基，利于双链打开） TTGACA 区：提供了 RNA 聚合酶全酶 识别 的信号 转录起点-与新生 RNA 链第一个核甘酸相对应 DNA 链上的碱基。真核生物启动子的结构核心启动子（core promoter）定义：指保证 RNA 聚合酶转录正常起始所必需的、最少的 DNA 序列，包括转录起始位点及
24、转录起始位点上游 TATA 区作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始2、上游启动子元件包括 CAAT 盒（CCAAT）和 GC 盒（GGGCGG）等作用：控制转录起始频率。（三） 转录起始复合物-二元闭合复合物、二元开链复合物、三元复合物。 （原核）三、转录的基本过程1、起始位点的识别：RNA 聚合酶与启动子 DNA 双链相互作用并与之相结合的过程。RNA 聚合酶全酶( 2)与模板结合 2、转录起始RNA 聚合酶全酶( 2)与模板结合 DNA 双链解开 在 RNA 聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
25、转录起始复合物: RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 33、RNA 链的延伸 亚基脱落，RNA pol 聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着 DNA 模板前移；在核心酶作用下，NTP 不断聚合，RNA 链不断延长。注意：9 个核苷酸以前还在启动子区，容易脱落，一旦形成 9 个以上的核苷酸并离开启动子区，转录正式进入眼神阶段。4、转录终止终止子（terminator）：位于基因的末端，在转录终止点之前有一段回文序列（反向重复序列）约 6-20bp。 真核生物终止: 由一段特定序列 5AATAAA 3和9回文序列（反向重复序列）组成。 分为两类：强终止子内部终止子：不依
26、赖 Rho ( )因子的终止。弱终止子 需要 因子（rho factor） ，又称为 依赖性终止子（ Rho-dependent terminator）不依赖 因子的终止当 RNA 链延伸到转录终止位点时，RNA 聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA 杂合物分离，转录泡瓦解，DNA 恢复成双链状态，而 RNA 聚合酶和 RNA 链都被从模板上释放出来，这就是转录的终止。终止位点上游一般存在一个富含 GC 碱基的二重对称区，RNA 形成发夹结构；在终止位点前面有一段由 4-8 个 A 组成的序列，RNA 的 3端为寡聚 U发夹式结构和寡聚 U 的共同作用使 RNA 从三元复合物中解离出来
27、。依赖 因子的终止 因子：六聚体蛋白、水解各种核甘三磷酸促使新生 RNA 链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。（二） 、真核生物的转录过程1. 转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，RNA-pol 不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。（1）. 转录起始前的上游区段 顺式作用元件(cis-acting element)：影响自身基因表达活性的非编码 DNA 序列。例： 启动子、增强子、弱化子等 增强子：在启动区存在的能增强或促进转录的起始的 DNA 序列。但不是启动子的一部分。特点：1.远距离效应；2.无方向性；3.顺式调节；4.无物种和基因的特异性；5.
28、具有组织特异性；6.有相位性；7.有的增强子可以对外部信号产生反应。（2）. 转录因子：能直接、间接辨认和结合转录上游区段 DNA 的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-acting factors)。 反式作用因子中，直接或间接结合 RNA 聚合酶的，则称为转录因子(transcriptional factors, TF)。 参与 RNA-pol转录的 TF -TFD、 TFA、TFB、TFF、TFE、TFH（3）转录起始前复合物(pre-initiation complex, PIC) 真核生物 RNA-pol 不与 DNA 分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。 （4
29、）模板理论(piecing theory) 一个真核生物基因的转录需要 3 至 5 个转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活性、有专一性的复合物，再与 RNA 聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。 2. 转录延伸真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同10步的现象。 RNA-pol 前移处处都遇上核小体。 转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。 3. 转录终止 和转录后修饰密切相关。四、转录后加工5端加帽、3 端加尾、RNA 的剪接、RNA 的编辑1、在 5端加帽5端的一个核苷酸总是 7-甲基鸟核苷三磷酸（m7Gppp） 。mRNA5端的这种结
30、构称为帽子（cap） 。帽子结构功能：能被核糖体小亚基识别，促使 mRNA 和核糖体的结合；m7Gppp 结构能有效地封闭 mRNA 5末端，以保护 mRNA 免受 5核酸外切酶的降解，增强 mRNA 的稳定。2、3端加尾-多聚腺苷酸尾巴-AAUAAA ：准确切割。 。加 poly（A）多聚腺苷酸尾巴功能：提高了 mRNA 在细胞质中的稳定性。3、RNA 的剪接生物体内内含子的主要类型：U-AG、AU-AC、类内含子、类内含子类内含子参与 RNA 剪接的物质： snRNA（核内小分子 RNA） 、snRNP（与 snRNA 结合的核蛋白） 、核内 RNA（U1、U2、 U4、U5、U6 ）4、
31、RNA 的编辑* 编辑（editing）是指转录后的 RNA 在编码区发生碱基的突变、加入或丢失等现象。五、原核生物与真核生物 mRNA 的特征比较1、原核生物 mRNA 的特征 半衰期短 多以多顺反子的形式存在 单顺反子 mRNA：只编码一个蛋白质的 mRNA。多顺反子 mRNA：编码多个蛋白质的 mRNA。Z： -半乳糖苷酶 Y： 透过酶 A：乙酰基转移酶ZYA 为结构基因 5 端无“帽子”结构， 3 端没有或只有较短的 poly（A ）结构。 SD 序列：原核生物起始密码子 AUG 上游 7-12 个核苷酸处有一被称为 SD 序列的保守区。mRNA 中用于结合原核生物核糖体的序列。 P8
32、5 2、真核生物 mRNA 的特征“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能 RNA 所必需的全部核甘酸序列。 5 端存在“帽子”结构11多数 mRNA 3 端具有 poly（A ）尾巴（组蛋白除外）以单顺反子的形式存在六、RNA 合成与 DNA 合成异同点相同点：1、都以 DNA 链作为模板2、合成的方向均为 53 3、聚合反应均是通过核苷酸之间形成的 3,5-磷酸二酯键，使核苷酸链延长。不同点：复制 转录模板 两条链均复制 模板链转录（不对称转录）原料 dNTP NTP酶 DNA 聚合酶 RNA 聚合酶产物 子代双链 DNA（半保留复制）mRNA， tRNA， rRNA配对 A-T；G
33、-C A-U；T-A；G-C引物 RNA 引物 无第四章 生物信息的传递（下） 从 mRNA 到蛋白质翻译：指将 mRNA 链上的核甘酸从一个特定的起始位点开始，按每三个核甘酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。蛋白质合成的场所是核糖体。蛋白质合成的模板是 mRNA模板与氨基酸之间的接合体是 tRNA蛋白质合成的原料是 20 种氨基酸一、遗传密码 三联子（一）三联子密码：mRNA 链上每三个核甘酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核甘酸就称为密码子或三联子密码(triplet coden) 。至 1966 年，20 种氨基酸对应的 61 个密码子和三个终止密码子全部被查清。（
34、三）遗传密码的性质1、 连续性编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。 基因损伤引起 mRNA 阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。 从 mRNA 5端起始密码子 AUG 到 3端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。 2、简并性由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracy） ，对应于同一12氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymous codon） 。3、通用性与特殊性蛋白质生
35、物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。4、摆动性转运氨基酸的 tRNA 上的反密码子需要通过碱基互补与 mRNA 上的遗传密码子反向配对结合，在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动” ，这种现象称为密码子的摆动性。 二、tRNA 的结构、功能与种类（一） tRNA 的结构1、二级结构：三叶草形 2、三级结构： “L”形（二） tRNA 的功能1、解读 mRNA 的遗传信息2、运输的工具，运载氨基酸tRNA 有两个关键部位： 3端 CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。与 mRNA
36、结合部位反密码子部位tRNA 凭借自身的反密码子与 mRNA 链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。1、起始 tRNA 和延伸 tRNA能特异地识别 mRNA 模板上起始密码子的 tRNA 称起始 tRNA，其他 tRNA 统称为延伸 tRNA。真核生物：起始密码子 AUG 所编码的氨基酸是 Met，起始 AA-tRNA 为 Met-tRNAMet。原核生物：起始密码子 AUG 所编码的氨基酸并不是 甲硫氨酸本身, 而是甲酰甲硫氨酸，起始 AA-tRNA 为 fMet-tRNAfMet2、同工 tRNA代表同一种氨基酸的 tRNA 称为同工 tRNA。同工 tRNA 既要有不同的
37、反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有某种结构上的共同性，能被相同的氨基酰-tRNA 合成酶识别（P119） 。3、校正 tRNA无义突变校正 tRNA：可以通过改变反密码子区校正无义突变错义突变校正 tRNA：通过反密码子区的改变把正确的氨基酸加到肽链上，合成正常的蛋白质。无义突变：在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子（UAG、UGA、UAA） ，使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变就称为无义突变。 错义突变：由于结构基因中某个核甘酸的变化使一种氨基酸的密码子变为另一种氨基酸的密码子，这种基因突变叫错义突变。GGA（甘氨
38、酸） AGA（精氨酸）13四、氨酰-tRNA 合成酶 AA- tRNA 合成酶是一类催化氨基酸与 tRNA 结合的特异性酶，它既能识别tRNA，又能识别氨基酸，对两者都具有高度的专一性。三、核糖体的结构与功能 核糖体是由 rRNA（ribosomal ribonucleic acid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。细菌是 70s50s30s 哺乳动物是 80s60s40s（二）核糖体的功能：合成蛋白质在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。mRNA 结合部位小亚基结合或接受 AA-tRNA 部
39、位（A 位）大亚基结合或接受肽基 tRNA 的部位大亚基肽基转移部位（P 位）大亚基形成肽键的部位（转肽酶中心）大亚基 四、蛋白质合成的过程(生物学机制） 氨基酸的活化 翻译的起始 肽链的延伸 肽链的终止 蛋白质前体的加工(一) 氨基酸的活化原核生物中，起始氨基酸是：甲酰甲硫氨酸起始 AA-tRNA 是：fMet-tRNAfMet真核生物中，起始氨基酸是：甲硫氨酸起始 AA-tRNA 是：Met-tRNAMet(二) 翻译的起始原核生物（细菌）为例：所需成分：30S 小亚基、 50S 大亚基、模板 mRNA、 fMet-tRNAfMet、GTP 、Mg2+翻译起始因子：IF-1、IF-2、IF
40、-3 、翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成 3 步： （P129）141. 核蛋白体大小亚基分离2、30S 小亚基通过 SD 序列与 mRNA 模板相结合。3.在 IF-2 和 GTP 的帮助下， fMet-tRNAfMet 进入小亚基的 P 位，tRNA 上的反密码子与 mRNA 上的起始密码子配对。4、带有 tRNA、mRNA 和 3 个翻译起始因子的小亚基复合物与 50S 大亚基结合，GTP 水解，释放翻译起始因子。真核生物翻译起始的特点核糖体较大,为 80；起始因子比较多； mRNA 5端具有 m7Gppp 帽子结构 Met-tRNAMet mRNA 的 5端帽子结构和 3端 p
41、olyA 都参与形成翻译起始复合物； 真核生物翻译起始复合物形成(区别原核生物)原核生物中 30S 小亚基首先与 mRNA 模板相结合，再与 fMet-tRNAfMet 结合，最后与 50S 大亚基结合。而在真核生物中，40S 小亚基首先与 Met-tRNAMet 相结合，再与模板 mRNA 结合，最后与 60S 大亚基结合生成 80SmRNAMet-tRNAMet 起始复合物（P131） 。(三) 肽链的延伸肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括：AA-tRNA 与核糖体结合、肽键的生成和移位。延伸因子(elongation factor, EF) ： 原核生物：E
42、F-T (EF-Tu, EF-Ts)、 EF-G真核生物：EF-1 、EF-2 1、AA-tRNA 与核糖体 A 位点的结合需要消耗 GTP，并需 EF-Tu、EF-Ts 两种延伸因子2、肽键形成：是由转肽酶/肽基转移酶催化3、移位：核糖体向 mRNA3端方向移动一个密码子。需要消耗 GTP，并需 EF-G 延伸因子A 位点是新到来的氨酰-tRNA 的结合位点。P 位点是肽酰- tRNA 的结合位点。E 位点是延伸过程中释放 tRNA 的位点，即，去氨酰-tRNA 通过 E 位点脱出，释放到核糖体外的胞质中。（四）肽链的终止RF1：识别终止密码子 UAA 和 UAG终止因子 RF2：识别终止密
43、码子 UAA 和 UGARF3：具 GTP 酶活性，刺激 RF1 和 RF2 活性，协助肽链的释放真核生物只有一个终止因子（eRF）(五) 蛋白质前体的加工1、N 端 fMet 或 Met 的切除152、二硫键的形成3、特定氨基酸的修饰磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化和羧基化4、切除新生肽链中非功能片段（六）蛋白质折叠由核糖体合成的所有新生肽链必须通过正确的折叠才能形成动力学和热力学稳定的三位构象，从而表现出生物学活性或功能。新生多肽一级结构二级结构三级结构已经具有活性（对于寡聚蛋白需要组装称为四级结构才有活性。(七) 蛋白质合成抑制剂 青霉素、四环素和红霉素只与原核细胞核糖体发生作用，
44、从而阻遏原核生物蛋白质的合成，抑制细菌生长。被广泛用于人类医学。 氯霉素和嘌呤霉素既能与原核细胞核糖体结合，又能与真核生物核糖体结合，妨碍细胞内蛋白质合成，影响细胞生长。氯霉素有时也用于治病，但剂量和周期受到较严控制。五、蛋白质的运转机制1、翻译-运转同步机制2、翻译后运转机制(1)线粒体蛋白质跨膜运转(2)叶绿体蛋白质的跨膜运转3、核定位蛋白的运转机制4、蛋白质的降解*蛋白质的合成位点与功能位点常常被细胞内的膜所隔开，蛋白质需要运转。*核糖体是真核生物细胞内合成蛋白质的场所，任何时候都有许多蛋白质被输送到细胞质、细胞核、线粒体和内质网等各个部分，补充和更新细胞功能。*细胞各部分都有特定的蛋白
45、质组分，蛋白质必须准确无误地定向运送才能保证生命活动的正常进行。 *细胞中蛋白质的合成：绝大多数在细胞质中合成；一小部分在细胞器（叶绿体和线粒体）中合成。*定位于细胞器内的大部分蛋白质在细胞质中合成，细胞器内合成的留在细胞器内。*蛋白质插入或穿过生物膜的过程称为蛋白质运转（protein translocation） 。蛋白质运转的两种方式翻译-运转同步（co-translational translocation）是即将进入内质网的蛋白质的易位方式；蛋白质正合成的时候就可与运转装置结合； 蛋白质合成时，核糖体定位于内质网表面，称膜结合核糖体(membrane-bound ribosome）
46、。分泌蛋白质大多是以同步机制运输的翻译后运转（post-translational translocation）16蛋白质翻译完成后从核糖体上释放，然合扩散至合适的靶膜并与运转装置结合。蛋白质合成时，其核糖体不与任何细胞器相连，称游离核糖体(free ribosome)在细胞器发育过程中，由细胞质进入细胞器的蛋白质大多是以翻译后运转机制运输的。参与生物膜形成的蛋白质，依赖于上述两种不同的运转机制镶入膜内。蛋白性质 运转机制 主要类型 分泌 蛋白质在结合核糖体上合成，并以翻译-运转同步机制运输免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等细胞器发育 蛋白质在游离核糖体上合成，以翻译后运转机制运输 核、叶绿体
47、、线粒体、乙醛酸循环体、过氧化物酶体等细胞器中的蛋白质 膜的形成 两种机制兼有 质膜、内质网、类囊体中的蛋白质 1、翻译-运转同步机制信号肽假说信号肽：能启动蛋白质运转的任何一段多肽。 （常指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的 N-末端氨基酸序列（有时不一定在 N 端） ） 。绝大部分被运入内质网内腔的蛋白质都带有一个信号肽。信号序列特点：（1）一般带有 10-15 个疏水氨基酸；（2）在靠近该序列 N-端常常有 1 个或数个带正电荷的氨基酸；（3）在其 C-末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸） 。信号肽假说内容：（
48、1）蛋白质合成起始首先合成信号肽（2）SRP （信号识别蛋白）与信号肽结合，翻译暂停（3）SRP 与 SRP 受体结合，核糖体与膜结合，翻译重新开始（4）信号肽进入膜结构（5）蛋白质过膜，信号肽被切除，翻译继续进行（6）蛋白质完全过膜，核糖体解离信号肽与蛋白质转运的关系 P144（1）完整信号肽是保证蛋白质转运的必要条件；（2）仅有信号肽不足以保证蛋白质转运发生；17（3）信号序列切除并不是转运所必需；（4）并非所有运转蛋白质都有可降解的信号肽。蛋白质翻译运转同步运输的基本过程 可分两个阶段：首先：带有新生肽链的核糖体与膜结合；然后：新生肽链进入膜通道并易位。核糖体与膜结合需要信号识别颗粒（signal recognition particle, SRP） 。SRP 有两种能力：结合新合成的分泌型蛋白的信号序列；结合位于膜上的 SRP 受体。2、翻译后运转机制前导肽及其特性: 翻译后跨膜易位的蛋白质，前体一般含前导肽(leader peptide)，前导肽在跨膜运转中起重要作用。 过膜后，前导肽水解，蛋白质变为有功能的蛋白质。前导肽的一般特性：（1）带正电荷碱性氨基酸（Arg）较丰富， 分散于不带电荷的氨基酸序列之间；（2）缺少带负电荷的酸性氨基酸；（3）羟基氨基酸（Ser）含量较高；（4）
