生物化学中心法则的概念.doc

一、中心法则的概念 见右下图示。

/ \\ 转录

复制 DNA ---------------- RNA

翻译

——-蛋白质

逆輪录

二、复制的基本规律

W复制的半保留规律要点

◊亲代的Df\\A分子是双螺旋结构，碱基对之间按照互补原则严格配对A二T、G三C

◊复制时,双链解开生成的两条单链,分别作为模板，按照碱基互补原则合成新的单链。 ◊新合成的子代DI\\A分子中,其中一条链来自于亲代DI\\A ,另一条是新合成。 ◊两个子代的Dfg都和亲代Dfg碱基序列一致。

原核与真核DhA复制的特点 见表10-10

表10・1原核与真核复制的特点 原核生物 真核生物 复制起点 —个 多个 复制方向 双向 双向, 电镜图 眼睛状 不清 复制子 单个，又称为复制体 多个 三、DI\\A复制时的酶学知识（各种酶的功能） 复制的化学反应

◊ 复制的反应式：（dNW） “ + dNFP t （dNW）由 + PPi ◊新链的延长方向：只可沿3 方向进行。 原核生物的Z聚合酶

原核生物DI3聚合酶的特点见表10-2O

表102原核生物DhA聚合酶的特点

3 聚合酶活 DTA-pol I + DN^pol II + 恥pol III + - + + 性 5’ ->3^外切酶活 性 3r + + + - + 外切酶活 性 基因突变后的致死 性 - 主要功能 复制过程校读、修 在无 pol I、III 时起延长新核昔酸 链复、填补缺口 的聚合作用 聚合作用 真核生物DTS聚合酶的特点 见表10-3O

表10・3真核生物DhA聚合酶的特点

DTA-pol DhA-pol DTA-pol DN^polS + + + DbA- pol E a + + 5' 聚合酶活 P + Y + + + + + + 作用是校 对、修复和 填补空隙， 相当于原核 生物的聚合 酶I 性 5' T；外切酶活 性 + - ；T5'外切酶活 性 主要功能 ■

引物酶活 低保真 度线粒体 主要催化作用, 性,起始 引的复 制 DN^的 复相当于原核生物 发 制中 聚合酶III,有 解螺旋酶活性, 延长子链的主要 爾 复制的保直性 ◊具看© 外切酶活性的酶是复制保真性的基础，原核生物主要是DhApol I,真

核生物主要是DN^polE o

◊ 错配出现的频率：d&dA > dA/dA >dC/dA

◊复制保真性依赖的三种机制

/遵守严格的碱基配对规律。

/聚合酶在复制中对碱基的选择作用。 /复制错误时有即时的校读功能。 原核生物复制起始的相关蛋白质 见表10・4。

表10・4原核生物复制起始的相关蛋白质

通用名 蛋白质功能 起始时的相关蛋白 质 辨认起始点 - DnaA 解螺旋酶 解开DhA双链 DnaB - DnaC 运送和协同OiaB蛋 白 DnaG SSB

拓扑异构酶 引物酶 单链Z结合蛋白 - 催化R2引物的合成 稳定已解开的单链 理顺Z链 DTS拓扑异构酶的比较 见表10-5O

表10・5 Df\\A拓扑异构酶的比较

拓扑异构酶I 拓扑异构酶II 原核 3 -蛋白 旋转酶 转轴酶、解缠酶、切 口分为好几种亚型 曾用 名 真核 封闭酶、松弛酶 功能 是否需要 ATP 弛切断DI3双链中的一 股 切断正超螺旋的 W分连接断端，使松 子双链，松弛 超螺旋 状恢复负超螺 旋状 - — +

DhA连接酶

记忆要点：

◊连接Z链3'・CH末端和5’・P末端，生成磷酸二酯键。 ◊ 催仃羹尋消蘇zn-p

◊只能连接碱基互不【基础上的双链中的单链缺口。 ◊不能连接单独存在的 W单链或RhA单链。

◊在复制中最后连接缺口，在DI3修复、重组、剪接中也起缝合缺口作用。 ◊是基因工程中重要的工具酶。 五种酶催化磷酸二酯键的生成 见表10・6O

表10・6五种催化磷酸二酯键生成的酶

提供核糖的3’ -CH 反应结果 提供5’・P DI3聚合酶 引物或延长中的新链 游离dNTP去PPi (dNTP) RhA聚合酶 单个的NTP或延长中的新 游离NTP去PPi (NTP)⑷ 链 逆转录酶 单个的dNTP或延长中的 游离dNTP去PPi (dNTP)⑷ 新链 DTS连接酶 复制中不连续的两条单链 不连续T连续 切断整理后的双链 改变拓扑状态 DN^拓扑异构

酶 四、DhA生物合成过程，原核与真核生物的比较

原核生物的N生物合成 ◊复制的起始

/ DhA解成复制叉

DnaA （辨认起始点> DnaB （解螺旋酶> DnaC （协同B蛋白）三种蛋白和SSB 参与。

/引发体的形成

引发体：解螺旋酶、DnaC蛋白、弓I物酶（DnaG蛋白）和DhA起始复制区域的复 合结

构。

/引物合成 记忆要点：

⑴引物是由引物酶催化合成的短链Rl、4分子。 ⑵引物酶就是BaG蛋白。

⑶引物合成的方向也是3 ->3#方向进行。 ◊复制的延长

/ 延长的反应式：（dN\\f ） n + dNTP -> （ dN\\f ） n+1 + PPi。

/延长的方向：3 ->3Z方向进行。 /领头链是连续合成。

/随从链是不连续合成，形成多个冈崎片段。

◊冈崎片段

记忆要点

/定义：DhA复制中随从链上不连续合成的DhA片段。

/不连续的复制片段，原核生物大小1000・2000核苜酸，真核生物较短约数百个核苜 酸。 /复新过程可以产生许多冈崎片段。 /其合成方向也是3 ->3\\

/每个冈崎片段都带有一个R2引物。 ◊复制的终止

冈崎片段的连接

/ R2酶水解引物。

\"留下的空缺由pol I来填补。 / DhA连接酶连接缺口。

真核生物的DhA生物合成 ◊复制的起始

记忆要点

\"起始点比E. col i的ori C短。

/酵母复制起始点含11 bp富含AT核心序列：A（ T） THATA（ G） EA（T）,称自主复 制序列（ARS X

/复制的起始需要DhA-pol a （引物酶活性）和DhA-polS （解螺旋酶活性〉 /复制的起始还需要拓扑酶、复制因子（RF ）,增殖细胞核抗原（PCN^X ◊复制的延长

/引物合成由DhA-pol a催化。

/复制叉及引物生成后,DlsA-pol5在PC2协同下，逐步取代DhApol a ,起主要聚 合作用。 ◊复制的终止

“端粒：真核生物染色体线性DTA分子末端的结构。 ⑴末端单链Dt、4序列和蛋白质构成。

⑵末端W序列是多次重复的富含G T碱基的短序列。

/端粒酶：端粒酶RN\\端粒酶协同蛋白、端粒酶逆转录酶三部分组成。提供RhA模板 和催化逆转录的功能,是一种特殊的逆转录酶。

五、逆转录与其他复制方式 见表10・7。

表10・7其它复制方式

染色体外的遗传物质 复制方式 说明 R2病毒 逆转录 反应需要逆转录酶 2X174、M3噬菌体 滚环复制 低等生物的复制形式 线粒体W D环复制 需要 DhA pol y

六、引起W损伤的因素、突变的类型及相应的修复方式 突变的意义

◊突变是进化、分化的分子基础。。

◊突变可造成只有基因型的突变或致死性的突变。 ◊突变是某些疾病的发病基础。 引起W损伤的因素 记忆要点：

◊突变因素可以是自发的，也可以是诱发的。 ◊诱发的因素包括物理因素和化学因素。

◊物理因素如紫外线照射，使DF3分子形成TT二聚体。

◊化学因素大多数是可致癌的诱变剂：烷化剂使G碱基27位甲基化及其核苜酸缺失。 突变的类型

见表10- &

表10・8突变的类型

突变类型 定义 错配 DbA分子上的碱基错配又称为点 突变 碱基缺失 W分子某部碱基的脱落 碱基插入 DhA分子某部额外碱基的插入 重排或重组 DhA分子内较大片段的交换 DNM员伤的修复 见表10・9。

表10・9 损伤的修复

复型复式 是否造成框移突变 - + + -或+ 修类三夂复原核段真 核 修方 所厶目匕石功冃匕IE it 切除修复懈T 牖£'( POI PCT 机皿酸 原 A Rec Re r C Rec XA g cs B< c Re 复一亘

三复夂第■—章

—、 复制与转录过程的异同点

复制与转录过程的异同点见表11-1o

- S 特点 模板 原料 酶 产物 碱基配对 引物 r表11・1复制与转录过程的异同点

复制 半保留复制 双链均复制 dNTP(N=A T、C； Q 、等转录 不对称转录 仅模板链转录 NTP(N=A U Q Q 依赖DI\\A的DhA聚合酶 (DDDP) 依赖DhA的R2聚合酶 (DDRP) 子代双链DTA rrRhA tRhA rRhA 等 A二 T、G三 C A=U G三匚 T = A =t= ctij 不需要 1二、 不对称转录的特点

◊结构基因：能转录出RW的DTS区段。 ◊不对称转录：转录的选择性。

◊模板链：DI\\A双链中按碱基配对规律指引转录生成R2\\的一股单链。 ◊编码链：DhA双链中，与模板链对应的另一条链。

三、 原核生物与真核生物的RW聚合酶 原核生物的RW聚合酶 见表11・2。

表11・2原核生物的R2\\聚合酶

亚基 功能 说明 酶分子中的亚基 数 决定哪些基因被转录 转录时不脱落 a 2 P 与转录全过程有关（催 1 利福平或利福霉素的作用位 点 化） 结合W模板（开链） 1 是RN^pol与DhA模板结合 相依附的组分，也参与转录 全过程 辨认起始点 转录延长时脱落 1 0 ◊由a a B B '构成的聚合酶称为聚合酶的核心酶 ◊由a a B B ' o构成的聚合酶称为聚合酶的全酶

真核生物的RhA聚合酶 见表11・3。

表11・3真核生物的R2V聚合酶

功能 对鹅膏蕈碱反 应 酶分子中的亚基 数 RbA聚合酶I 生成 45S- r RhA 耐受 多个 R2聚合酶II 多个 生成hnRhA 极敏感 RbA聚合酶III 多个 生成 5-SrRN\\ tRN\\ snRN^ 中度敏感

模板与酶的辨认结合

◊操纵子：每一个转录区段可视为一个转录单位。 ◊ R2聚合酶与启动子区域结合起始转录。

◊・35区的一致性序列：TT®（人，是RN^pol对转录起始的辨认位点。

◊・10区的一致性序列：TATAAT ,称为Pri bnow盒。形成稳定的酶・DhA复合物，开始转

四、 養核生物的转录过程

转录起始

◊ 转录起始复合物二 RN^ pol （a a p p z o ） - DN^ pppGp^ CH 3X o ◊原核生物需要o因子辨认转录起始点。 ◊被辨认的区域就是・35区的TT3CA序列。

◊转录起始的第一核苜酸以GTP或ATP常见，又以GTP更为常见。

◊第一个磷酸二酯键生成后，0因子即从转录起始复合物上脱落。

转录延长

◊ 转录延长的反应式：（M） n + NTP ........... -＞（ M） n+1 + PPi o ◊转录空泡：酶形成的转录复合物。

◊核酸碱基配对的稳定性：GEC > A=T >A=U ◊转录产物的延长方向是3 ->3\\

转录终止

◊依赖Pho的转录终止

/ Pho因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质。

/ Pho因子能结合RbA ,又以对pol yC的结合力最强。 / Pho因子还有ATP酶活性和解螺旋酶活性。 ◊非依赖Pho的转录终止

/ DhA模板上靠近终止处的特殊碱基序列，转录出R2后，形成特殊的结构来终止 转录。

五、 真核生物的转录过程 转录起始

◊・25区域的TATA序列,启动子的核心序列,称为TATA盒。

◊顺式作用元件：DI2分子上具有的可影响（）转录的各种组分，包括

/ 启动子、增强子、沉默子

◊反式作用因子：能直接、间接辨认和结合转录上游区段DTS的蛋白质

/ 转录因子：能直接、间接结合RW聚合酶反式作用因子。

/ 上游因子：与上游序列如丄 阴等顺式作用元件结合的蛋白质。

/ 诱导因子：能结合应答元件，只在某些特殊生理情况下才被诱导产生的。

◊转录起始前复合物（PIC）: HD-H/VlIB-DhA复合体 转录延长 “一有一无〃

◊有核小体移位和解聚现象。 ◊无转录与翻译同步的现象。 转录终止

◊转录终止的修饰点：读码框架的下游的一组共同序列MTAAA,再下游还有相当多的

GT序列 六、 真核生物的转录后修饰 真核生物的转录后加工 ◊首尾的修饰

/ 3端修饰是加上GpppnG-的帽子结构,在核内完成。 / 3，端修饰是加上聚腺昔酸尾巴（pol yAAAAAA）,在核内完成。 / 维持亦NM乍为翻译模板的活性，增加本身稳定性。

/ 组蛋白基因的转录产物，初级或成熟的，都没有pol yA尾巴。 ◊ nRbA的剪接

/

hnRbA 和 snRW

・hnRW :核内的初级亦2\\,和DTS模板链可以完全配对。

・断裂基因：真核生物结构基因,由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又 连续镶嵌而成,去除非编

码区再连接后,可翻译出由连续氨基酸组成的完整

蛋白质。

• snRhA :核内小RhA ,尿H密U定含量最丰富。

・snRhP:由snRIg和核内蛋白质组成小分子核糖核蛋白体，作为RhA剪接的场

所。

/ 外显子定义：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟R2V的核酸序 列

内含子定义：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列

分类：根据基因的类型和剪接的方式，分为四类

・第I类：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的rRW基因。

・第II类：也发现于线粒体、叶绿体中,转录产物是

・第III类:是常见的形成套索结构后剪接 丈多数的基因有些类内含子。

・第IV类：是tRhA的基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需要酶和 ATPO / nRhA的剪接：去除初级转录产物上的内含子，把外显子连接为成熟的R2的过 程。

・ 剪接接口 ： 5' GJ••…AGCH-31序列，又称为边界序列。 ・二次转酯反应：剪接过程的化学反应。

◊ nRhA的编辑：是遗传信息在转录水平上发生改变,由一个基因产生不止一种蛋白质的 现象

・分化加工：基因的编码序列经过转录后加工,可有多用途分化。

t RISA的转录后加工

◊ 由RN^pol HI催化生成。

◊ 3端前导序列由RhfeseP切除，该酶的辅酶是由300个核苜酸的RbA所组成。 ◊ 3端由tRNM亥昔酸转移酶加入CCACH作为末端。 ◊还包括稀有碱基的生成

⑴甲基化；⑵还原反应；⑶核苜内的转位反应；⑷脱氨反应；⑸加CGVCH的3r端 rRTS的转

录后加工

◊真核生物核内的45S的转录产物，是三种rRW的前身。 ◊小亚基的是18S-rRN\\

◊ 大亚基的是5.8S、28S的rRN\\>

核酶

◊定义：具有催化活性的RFg

◊通常为60核昔酸左右,包括有催化部分和底物部分。 ◊含有R2的酶：端粒酶、snRhP、核酶。

第十二章

—、参与蛋白质生物合成的体系 嘶是翻译的模板

◊顺反子：编码一个多肽的遗传单位。

◊多顺反子：原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的可编码几 种功能相关的蛋白

质。

◊单顺反子：真核生物的一种只编码一种蛋白质。

◊遗传密码：在nRNM言息区,相邻3个核苜酸组成1个三联体的遗传密码，编码一个氨基 酸或一种信

号。

◊开放阅读框（CRF）：从3端起始密码子AUG到3,端终止密码子间的核昔酸序列，各三 联体密码连

续排列编码一个蛋白质多肽链。 遗传密码

◊起始密码：AIG

。终止密码：臥UG\\ LAG

◊ 遗传密码的连续性：CRF中的密码子无间断也无交叉。

◊遗传密码的简并性：除甲硫氨酸与色氨酸只对应一个密码子,其他氨基酸都至少有两个 密码子编码。 ◊遗传密码的通用性：从原核生物到人类，密码子都通用。 ◊遗传密码的摆动性：见表12-1O

表12・1密码子与反密码子的摆动性

I U tRhA反密码子上第1位碱 基 密码子上第3位碱基 U匚A A G G U C A U c G 核糖核蛋白体是多肽链合成的装置

原核、真核生物核糖核蛋白体的组成见表12・2。

表12・2原核、真核生物核糖核蛋白体的组成

原核生物 核蛋白体 小亚基 大亚基 S值 rRhA 蛋白质 70S - - 30S 16S 21种 50S 5S、 23S 36种 核蛋白体 80S - - 真核生物 小亚基 40S 大亚基

60S 5S、5. 8S、18S 33种 28S 49种 tRT3与氨基酸的活化

◊ 氨基酸的活化过程：氨基酸+ t RhA + ATP t氨基酰・tRbA + AM5 + PPi。 ◊活化过程的关键酶：氨基酰・tR2合成酶，催化时消耗两个高级磷酸键。 ◊起始肽链合成时的氨基酰・tRhA

表12・3原核生物与真核生物翻译起始与延长时的氨基酸酰江叭

原核生物 真核生物

延长 Mt -1 RN^e^ fKfet-tRhAi ⑷ f( N-f ornyl net hi oni ne)代表甲酰 化 Wt -1 RN^e^ Kfet-tRN^i 腋 i (initiator)代表起始 kfet -1RN仝 e( el ongat i on)代表延长 起始 二、蛋白质生物合成的过程 肽链合成起始

原核生物与真核生物起始复合物形成的比较见表12-4O

◊ S・D序列：原核生物nRNA起始AUG上上游约8-13个核苜酸部位的一段一致性序列，富 含瞟吟

碱基,是与小亚基结合的位点。

◊ A位：原核核蛋白体上结合氨基酰・tR2的位点，由大小亚基蛋白共同组成。 ◊ P位：原核核蛋白体上结合肽酰・tRI\\A的位点，由大小亚基蛋白共同组成。 ◊ E位：排出卸载tRbA的排出位，主要是大亚基成分。

表12・4原核生物与真核生物起始复合物形成的比较

原核生物起始复合物的形成 真核生物起始复合物的形成 核蛋白体亚基分离 核蛋白体亚基分离 步骤一 起始氨基酰・tRbA的结合在P位； 结步骤二 nRhA在小亚基上就位 合GTP,起始因子el F-2 步骤三 起始氨基酰-1 RhA的结合在A位 nRbA在小亚基上就位； 消耗ATP , 步骤四 核蛋白体大亚基结合 核蛋白体大亚基结合； 水解GTP 肽链的延长

◊核蛋白体循环：肽链的延长在核蛋白体上连续性循环进行的方式。

◊每一次核蛋白体循环有三个步骤：进位、成肽、转肽，增加一个氨基酸(见表12-5 X ◊每增加一个氨基酸,至少消耗4个高能磷酸键(氨基酸活化时两个,进位转位各一个) ◊肽链合成的延长因子的生物功能见表12・6。

概念 需要的延长因 子 是否耗能

进位 成肽 转肽 形成起始二月太酰 ・根据nRbA下一组遗传密码 转肽酶催化的肽键 tRN^rrRbA相对移 进入指导，使相应氨基酰 的结过程 P位，卸载的 tRW移入合在A位，又称注册 E位 EF-T EF-G GTP水解 GTP水解 表12・5原核生物的核蛋白体循环过程

表12・6肽链合成的延长因子

原核生物翻译延长因 子 生物功能 对应真核生物翻译延长因 子 EF-Tu EF-Ts EF-G 促进氨基酰-tRhA进入A位,结合分 解GTP 调节亚基 有转位酶活性，促进二肽酰 ・tRNdnRI*相对移进入P位，卸载的 tRbA移入E位 EF-1-a EF-1-p y EF-2 肽链合成的终止

◊核蛋白体A位出现终止密码时,合成停止,肽链从肽酰・tRI、4中释出nRN^z核蛋白体大

小亚基分离。

◊ 终止过程相关的蛋白因子为释放因子(RF)。原核生物的三种释放因子的比较见表12・7。

表12-7原核生物的三种释放因子

终止过程 释放因子 功能 特异识别IM LAG RF-1 RF・1或RF・2结合终止密码后触特异识别IM g RF-2 发 核蛋白体构象，诱导转肽酶转变为 GTP酶活性 酯酶活性,合成的肽链释出 RF-3

三、蛋白质合成后加工和输送

多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质 ◊分子伴侣(Secular chaperon): 分子伴侣是细胞一类保守蛋白质,可识别肽链的

非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。

◊ 蛋白二硫键异构酶(protei n di sul f i de i sonwrase, PK):二硫键异构酶在内质网活性 很高，可在较大

区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质 形成热力学最稳定的天然构象。

◊月太■脯氨酰顺反异构酶(peptide prol yl ci s-trans i s oner as e, PPI):多肽链中肽酰・ 脯氨酸间形成

的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别，肽酰■脯氨酰顺反异构酶是 蛋白质三维构象形成的限速酶,在肽链合成需形成顺式构型时,可使多肽在各脯氨酸弯 折处形成准确折叠。 一级结构的修饰

◊去除N端的甲酰基、蛋氨酸或N端附加序列。

◊个别氨基酸的共价修饰,如磷酸化、軽基化、甲基化等。

◊多肽链的水解修饰，如酶原水解生成有活性的酶。

空间结构的修饰

◊亚基聚合：针对具有四级结构的蛋白质而言。 ◊辅基连接，针对结合蛋白而言。 ◊疏水脂链的共价连接。 蛋白质合成后的靶向输送

◊靶向输送：蛋白质合成后经过复杂机制,定向输送到最终发挥生物功能的目标地点的过 程（见表

12-8 X

◊信号序列：所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为N端特异氨基酸序列， 引导蛋白

质转移到细胞的适当靶部位，是决定蛋白靶向输送特性的最重要元件。

表三种靶向蛋白的输送过程

步骤 进入内质网（ER）的过程 进入线粒体的过程 进入细胞核的过程 步骤一 胞液核蛋白体上合成N 端新生蛋白结合HSP70或 蛋白结合输入因子a P 后导信号肽等氨基酸 MF转运到线粒体 向核膜的核孔 信号序列识别受体 步骤二 SRP结合信号肽 GTP水解供能，使蛋白进 入核内 输入因子a B解 离，使信 号转运、穿过线粒体的跨 内转位中，步骤三 大亚基锚定ER膜，外膜蛋白通道 胞核蛋白定位细胞核 中 肽插入ER膜 步骤四 步骤五

信号肽启动肽链转位， 肽切除信号序列，折叠成 功链进入ER腔 能构象 F6P70消耗ATP,使多肽进 入ER并折叠成功能构象 ❷令 令❷ 四、蛋白质合成的干扰和抑制

抗生素（anti bi oti cs ）

某些抗生素抑制蛋白质生物合成的机制见表12・9。

表12・9抗生素抑制蛋白质生物合成的原理

作用部位 抗生素 作用原理 四环素族（金霉素新 霉抑制氨基酰-tRN^与小亚基 结原核核蛋白 体 素、土霉素） 合 小亚基 误,链霉素、卡那霉素、新霉 与小亚基结合，引起读码错 抑制起始 素 氯霉素、林可霉素 抑制转肽酶、阻断延长 抑制转肽酶、妨碍转位 原核核蛋白 体 红霉素 梭链泡酸 大亚基 与EFG GTP结合,抑制肽链 延真核核蛋白 体放线菌酮 大亚基 真核、原核 核瞟吟霉素 蛋白体 长 抑制转肽酶、阻断延长 应用 抗菌药 抗菌药 抗菌药 抗菌药 抗菌药 医学研 究

氨基酰-tRN^类似物,进位 后引抗肿瘤 药 起未成熟肽链脱落 毒素（t oxi n）

◊白喉毒素：使真核生物eEF- 2发生ADP糖基化失活,阻断肽链合成生长过程。

◊龍麻蛋白：催化真核生物核蛋白体大亚基的28SrR2的特异腺苜酸发生脱U票吟基反应， 引起60S

大亚基失活。

干扰素(i nterferon)

◊三型：a •白细胞型、p •成纤维细胞型、丫 •淋巴细胞型。 ◊干扰素诱导el F2磷酸化而失活。

◊干扰素诱导核酸内切酶Rnase- L活化，使病毒R2\\降解。 第十三章

—、基因表达的基本概念

◊基因：是负载特定遗传信息的片段，包括编码序列、非编码序列和内含子组成的 DI*区域。 ◊基因组：来自一个遗传体系的一整套遗传信息。 ◊ 基因表达：基因转录和翻译的过程。 ◊基因表达的特异性

“时间特异性：按功能需要,某一特定基因的表达严格按一定的时间顺序发生。 /空间特异性：在个体生长、发育全过程,一种基因产物在个体的不同组织或器官 表达，即在

个体的不同空间出现，又称细胞特异性或组织特异性。

◊基因表达的方式

/ 管家基因：在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达，又称为组成性或基本基 因表达。 / 诱导：可诱导基因在一定的环境中表达增强的过程。

/ 阻遏：对环境信号应答时被抑制的可阻遏基因表达产物水平降低的过程。 ◊基因表达的生物学意义

/ 适应环境维持生长和增殖。 / 维持个体发育与分化。

二、基因表达的基本原理

转录激活调节的基本要素见表13-1O

表转录激活调节的基本要素 原核生物 真核生物 转录激活调节的要 素 特异DhA序列 操纵子 调节蛋白 顺式作用元件(启动子、增强子、沉 默子) 特异因子：决定R2聚合酶的识别特 异反式作用因子：与特异的顺式作用元 件识别结合反式激活另一基因的转 录 性 顺式作用蛋白：特异识别结合自身基 因阻遏蛋白：介导负性 激活蛋白：增强R|\\A聚合酶转录活 性 的调节序列,调节自身基因的开启 或关闭 DhA蛋白质、蛋白 质原核、真核存在调节蛋白的二聚化或多聚化 ■蛋白质相互作 用 真核生物还常见是蛋白质•蛋白质相互作用后间接结合DN■调节转录 RW聚合酶 原核启动序列/真核启动子序列会影响与R2聚合酶的亲和力,影响转录起 始的频率 调节蛋白影响RhA聚合酶活性，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 原核基因转录调节特点

◊ o因子决定RhA聚合酶识别特异性。

◊操纵子模型的普遍性。

◊ 阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性。

原核生物转录起始调节 乳糖操纵子模式

◊包括三个结构基因Z、y、a ,呈多顺反子结构。

◊ 操纵基因0是阻遏蛋白的结合位点,当阻遏蛋白与操纵基因结合时Jac nRhA的转 录受阻。 ◊调节基因I编码阻遏蛋白与o基因结合。

◊启动基因P位于I与0之间,其上游还有一个CAP结合位点,由P、0和CAP结合位 点共同调节

I ac操纵子的区。

◊ Lac阻遏蛋白负性调节与CAP正性调节两种机制协调合作。

可总结记忆要点〃 一、二、三〃

\"一个CAP结合位点,产生正性机制。

/ 两种机制（I基因编码阻遏蛋白的负性和3P结合蛋白的正性）协调配 合调节。 /三个结构基因：Z、Y、A分别编码B •半乳糖昔酶、透酶和乙酰基转移酶；三个调 控基因：

调节基因I、启动基因P、操纵基因Q

原核生物转录终止调节

◊不依赖Rho因子的调节,两个结构特征。

/两段富含&的反向重复序列，是间间隔若干核苜酸。 /下游含一系列T序列。

◊依赖Rho因子的调节,多见于噬菌体中。 原核生物翻译水平调节

◊蛋白质分子的自我调节：调节蛋白结合亦2靶位点，阻止核蛋白体识别翻译起始区, 从而阻断

翻译。

◊反义RhA对翻译的调节作用：属于调节RhA的反义RhA与特定nRW翻译起始部位互 补序列

杂交,抑制翻译起始,又称为反义控制。

四、真核基因表达调节 真核基因组结构特点

◊真核基因组结构庞大。

◊真核基因转录产物为单顺反子。 ◊真核DTS中存在大量重复序列。 ◊真核生物结构基因是不连续的。 真核生物基因表达的特点

◊ RW聚合酶有三种，转录不同的RhA

◊活性染色体结构变化。

/对核酶酶敏感。

“ DTS拓扑结构变化。

/ W碱基修饰变化。

/组蛋白变化。 ◊正性调节占主导

精确经济。

◊转录与翻译分隔进行

转录在细胞核里,翻译在细胞液中。 ◊转录后有修饰加工 叭聚合酶的转录调节

R2聚合酶I与HI的转录调节比较见表13-2O

表13・2 R2聚合酶I与皿的转录调节比较 项目 Rg pol ・ I RhA- pol - JU 5S-r RhA 转录产物 rRhA tRhA 启动子 核心元件 A 盒(TG^/IWGTGG) B盒上游控制元件UCE (GSFTVG^NZC) TFm A 上游结合因子1 （ UBF1 ） 选TFIH C 转录因子 TFIH B TFIH B 择性因子1 （ SL1 ） TFm c RhApol - II转录的调节见表13-3O

ai3^RN^ pol - II转录的调节

调节环节 调节方式及说明 启动子：RhA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件 增强子：远离转录起始点决定基因的时间空间特异性增强转录活性的 DI3序列 沉默子：结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用 转录起始调节 式用子反作 S- 转录调 节基本转录因子：决定三种R2转录的类别 因子 分类 特异转录因子：为个别基因转录所必需,决定其特异表 达的因子 DT3结合域：锌指结构 转录调 节因转录激活域：酸性激活域、谷氨酰胺富含域、脯氨酸富 含域 子 结构 二聚化结构域：亮氨酸拉链、螺旋•环•螺旋 病毒蛋白Tat（终止蛋白），使RhA- pol - H通 过转录终止点,防止转录过程的提早终止 热休克转录因子（HSTF ）快速地由无活性变 为有活性，启动热休克蛋白（圧P）基因的 转录 R2剪接与RNM扁辑对调节有一定意义 形成核蛋白体复合物（R2）,增加稳定性 elF-2a亚单位的磷酸化可阻碍蛋白质合成 的起HI V基因组转录终止调节 转录终止调节 热休克蛋白基因的转录终止调 hnRhA加工成熟的调节 nRhA运输胞浆内稳定性调节 转录后水平调 翻译水平调节 起始因子（elF）活性的调节 始 R2结合蛋白（RBP）对翻译起 始IRE结合蛋白调节铁转运蛋白受体、铁蛋白、 ALA合酶的活性 的调节 第十四章

—、基因工程的相关概念及自然界基因重组的方式

◊同源重组：指发生在同源序列间的重组，它通过链的断裂和再连接，在两个 W分子同

源序列间进行单链或双链片段的交换,又称基本重组。

◊基因工程：重组 W ,并将其引入宿主细胞中进行增殖或表达的过程。 ◊接合作用：当细胞或细菌通过菌毛相互接触时，质粒DhA就可从一个细胞转移到另一个 细胞的方式。 ◊转化作用：通过自动获取或人为地供给外源D2,使细胞或培养的受体细胞获得新的遗 传表型的方式。 ◊转导作用：病毒从被感染的细胞释放出来,再次感染另一个细胞时,发生在供体细胞与 体细胞间的

DhA转移及基因重组的方式。

◊转座：由插入序列和转座子介导的基因移位或重排。。

◊转座子：可从一个染色体位点转移至另一位点分散的重复序列,即可以发生转座的DTS 序列。

二、重组W技术的工具酶和基因载体 重组技术中常用的工具酶 见表14-1O

表141重组技术中常用的工具酶

常见工具酶 性核酸内切酶 Z连接酶 DTA聚合酶I 反转录酶 多聚核昔酸激酶 末端转移酶 碱性磷酸酶 功能 有三型,常用是II型。识别特异序列切割 W 催化形成磷酸二酯链，使切口封闭 ①合成eDig的第二条链 ②制作探针 ③Z序列分析④填补宁末端 ①合成CDSA②替代DISA聚合酶I进行填补 催化多聚核昔酸3末端磷酸化，或标记探针 在3'末端加尾 切除3末端磷酸基团 ◊性内切酶：识别 W的特异序列,一般为46个碱基,并在识别位点或周围切割双 链DI\\A的一类内

切酶，存在于细菌体内。

◊基因载体：为携带目的基因实现外源基因的无性繁殖或表达有意义的蛋白质所采用的一 类特殊DI\\A

分子。

◊质粒：存在于细备染色体外的可自我复制的小型双链环状 W分子。 载体所具备的基本条件：

/ / / / /

1・自主稳定复制 2.多克隆位点 3 •遗传标记 5 •分子量小，拷贝多 6 •安全

/ 4.插入容量大

三、重组Dfg技术的步骤 重组Z技术的步骤与说明 见表14 2。

表14・2重组DTS技术的步骤与说明

基本过程 包括技术 说明 化学合成法 通过DI*合成仪合成目的基因 基因组W文库筛 选 利用性内切酶切割染色体获取目的基因 分 目的基因获取 cDt\\A文库法 以nRhA为模板合成的互补的OXA 聚合酶链式反应 通过PCR仪,设计引物,扩增获取目的基因 切 克隆载体选择与构 建 根据实验的需要进行选择 粘性末端连接 外源基因与载体的 连平端连接 接 同聚物加尾 接 人工接头连接 转 ■ - 粘性末端的一种特殊形式 粘性末端的一种特殊形式 重组Z导入受体 菌 根据重组Z时采用的载体性质不同，有转化、转染、感染等方 式 针对载体携带某种标志基因和目的基因而设 计的方法。如抗药性标志选择、标志补救、分 子杂交法 利用特抗体与目的基因表达产物相互作用进 行筛选,属非直接选择法 需要载体的条件①选择标志②强启动子③翻 译序列④多接头克隆位点 缺点：①不宜表达真核基因组DTS②不能加工 表达的真核蛋白质③表达的蛋白质常形成 不溶性包涵体④很难表达大量可溶性蛋白 优点:可表达克隆的CW及真核基因组DN\\ 可适当修饰表达的蛋白质、表达产物可分 区域积累 缺点：操作技术难、费时、经济 直接选择法 筛 重组体的筛选 免疫学方法 原核表达体系 表 达 克隆基因的表达 真核表达体系

四、聚合酶链式反应

◊ PCR :聚合酶链式反应,是指在体外对目的DhA进行扩增的技术。

◊ PCR工作原理：以DI\\A分子为模板，以一对与模板序列相互补的寡核昔酸

片段为引物，在 N聚合酶的催化下,完成DhA的合成,并不断重 复合成过程，使目的 Z片段得到大量扩增

◊ PCR的基本反应步骤：变性、退火、延伸，此三步为一个循环，一般进行

30次循环。 第十五章

—、信息物质的定义与分类

高等生物包括人类的一切生命活动,实际上都涉及细胞外信息向细胞内传 递，并最终在细胞内产生特定效应的一系列复杂的信息传递与过程。这种

跨膜信息转导过程包括信息物质、受体、信息传递途径等基本要素和受体识别、 信号转导、细胞内效应等主要环节。 细胞间信息物质

凡由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质，又称为第一信使。 细胞间信息物质的概念及包含物质见表15-1O

表细胞间信息物质

细胞间信息物 概念 包含物质 质 神经递质 突触分泌信号，是神经系统细胞间通 讯的乙酰胆碱、去甲肾上腺素 化学信号 内分泌激素 内分泌信号,特殊分化的内分泌细胞 释放含氮激素 的化学佶号分子，通过血循环到 达靶细矣固醇激素 胞，经受体介导发挥作用 花生四烯酸及其代谢产 物、局部化学介 质 旁分泌信号,主要通过扩散作用于附 近的组胺、生长因子、细胞生长抑素 靶细胞 气体信号 结构简单、半衰期短化学性质活泼的 气体g co 分子 自分泌信号 能与位于分泌细胞自身的受体结合而起 某些癌蛋白、昆虫的性激素 调节作用 细胞内信息分子：细胞内传递细胞信号的化学物质。

烯酸及其代谢产物等小 第二信使：Ca2\\ cAhf. cGM\\ MG IP3、Cer、花生

分子化合物

第三信使：责细胞核内外信息传递的物质，又称为 E结合蛋白。 二、受体的定义、分类、作用特点及调节

受体：细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子并与之结合的成分，能把识别和 接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引起生物学效应。本质是 蛋白质，个别是糖脂。 配体：能与受体呈特异性结合的生物活性分子，细胞间信息物质就是最常见的 配体。 膜受体

◊环状受体：配体依赖性离子通道。

◊ G蛋白偶联受体（GPCRs ）:又称七个跨膜螺旋受体。

/ 信息转导：激素t受体TG蛋白t酶（腺苜酸环化酶AC或磷脂酶C）T 第二信使T蛋白激

酶T酶或功能蛋白T生物学效应。

“ G蛋白：鸟苜酸结合蛋白，和GTP或GDP结合的位于细胞膜胞液面的外 周蛋白，由三个

亚基组成。活化型为a亚基与GTP结合并导致卩y二聚 体脱落时。 信息传递过程中的G蛋白见表15-2

表15・2信息传递过程中的G蛋白

G蛋白的类型 a亚基 功能 激活腺苜酸环化酶 Gs a s 抑制腺苜酸环化酶 G a I 激活磷脂酰肌醇特异的磷脂酶C a P Gp 大脑中主要的G蛋白，可能调节离子通 GD* a 0 GF杆 a T 激活视觉 ◊单个跨膜a螺旋受体：三型。

/ 酪氨酸蛋白激酶受体型 “ 非酪氨酸蛋白激酶受体型

/ 转化生长因子0 （TGFP ）受体 ◊具有鸟苜酸环化酶（GC）活性的受体

/ 膜受体：配体包括心钠素和鸟苜蛋白。 / 可溶性受体：配体为ND和CQ 胞内受体：

◊多为反式作用因子。

◊配体为类固醇激素、甲状腺素和维甲酸。

・◊四个结构区域：高度可变区、W结合区、狡链区、激素结合区。 膜受体与胞内受体的比较见表153。

表15・3膜受体与胞内受体的比较

项目 膜受体 胞内受体 胞浆受体 核受体 受体部 位 细胞膜 细胞浆 细胞核 常见激 素 除甲状腺素外的含氮激 素 糖皮质激素 甲状腺激素、1,25 ■二轻 雌激素、雄激素、孕激 素 雌激素、雄激素、孕激素 受体实 质 跨膜的糖蛋白 特殊蛋白质 转录调节作用的蛋白质 受体作用的特点

⑴高度专一性；⑵高度亲和力；⑶可饱和性；⑷可逆性；⑸特定的作用模式 受体活性的调节机制有：⑴磷酸化与去磷酸化；⑵膜磷脂代谢的影响；⑶酶促水解作用；⑷G蛋白 调节 三、膜受体介导的信息转导 cAKP蛋白激酶途径

◊激素调节物质代谢的主要途径。

◊ PKA是四聚体组成的别构酶，共有四个CAIW结合位点。

◊配体为：胰高血糖素、肾上腺素和促肾上腺皮质激素。

◊作用机制：受体+配体t腺昔酸环化酶AC激活TCAW浓度升高t激活PKA

（蛋白激酶A） t使许多蛋白质的特定的组氨酸残基或苏氨酸残基磷酸化, 调节细胞内代谢。 Ca\"依赖性蛋白激酶途径

◊以靶细胞内Ca\"浓度变化为特征，激活PKC （蛋白激酶CI

◊ PKC有［2种同工酉每。

◊配体为：促甲状腺斯释放激素、去甲肾上腺素和抗利尿激素。

◊作用机制：受体+配体T激活磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C （ PI・PLC ） T CAG

+ IP3T激活PKC（蛋白激酶C） ■＞引起一系列靶蛋白的组氨酸残基或苏氨

酸残基磷酸化，调节细胞内代谢。 cQvP・蛋白激酶系统

◊配体是：心钠素（AI\\P〉g CQ

◊ PKG是单体酶，分子中有一个cGM＞结合位点。

◊作用机制：受体+配体t激活鸟昔酸环化酶TCGIW浓度升高t激活PKG（蛋 白激酶G）

•＞特定蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，产生生物学效应。 酪氨酸蛋白激酶体系

◊没有第二信使的参与，但都涉及TPK （酪氨酸蛋白激酶）的激活。

/细胞质膜上的受体型TPK,如胰岛素受体、表皮生长因子受体及某些原 癌基因（erb-B. kit、fns等）编码的受体，属催化型受体。产生受体 型 TPK- Ras- IWK 途径。

/胞液中的非受体型TPK如底物酶J AK和某些原癌基因（src、yes、ber- abl 等）编码的TP«产生JAKs・STAT途径。

核因子K B途径

◊主要涉及机体防御组织损伤和应激细胞分化和凋亡及肿瘤生长抑制过程的 信息传递。 TGF-p途径

◊转化生长因子家族能调节增殖、分化迁移和凋亡等多种细胞反应。

四、 胞内受体介导的信息转导 胞内受体调节的激素

◊类固醇化合物：糖皮质激素、盐皮质激素、雄激素、孕激素、雌激素、和 L25- （6）2・氐 ◊含氮激素：甲状腺激素。

其受体的结合 详见表15・3。

五、 信息转导途径的相互作用

◊ 一条信息途径的成员，可参与激活另一条信息途径。

◊两种不同的信息途径可共同作用于同一种效应蛋白，或同一基因区而 ◊ 一种信息分子可作用几条信息转导途径。

协同发挥作用。