生物化学下册重点

第三章核酸的结构与功能

一、核酸是由核苷酸组成的大分子，分子量最小的是转运RNA，核酸分为DNA和RNA两类，DNA主要集中在细胞核中，在线粒体和叶绿体中也有少量DNA。RNA主要在质中。对病毒来说，或只含DNA，或只含RNA。因此可将病毒分为DNA病毒和RNA病毒。核酸是遗传物质，1868年瑞士Miesher.从脓细胞的细胞核中分离出可溶于碱而不溶于稀酸的酸性物质。间接证据：同一种生物的不同种类的不同生长期的细胞，DNA含量基本恒定。直接证据：T2噬菌体DNA感染E.coli。用35S标记噬菌体蛋白质，感染E.coli，又用32P标记噬菌体核酸，感染E.coli

核酸可分为单链（single strand，ss）和双链（double strand，ds）。DNA一般为双链，作为信息分子；RNA 单双链都存在。核酸是一种线形多聚核苷酸，基本组成单位是核苷酸。核苷酸可分解成核苷和磷酸，核苷又可分解为碱基和戊糖。因此核苷酸由三类分子片断组成。戊糖有两种，D-核糖和D-2-脱氧核糖。因此核酸可分为两类：DNA和RNA。

（一）碱基:核酸中的碱基分为两类：嘌呤和嘧啶。1.嘧啶碱是嘧啶的衍生物，共有三种：胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶。其中尿嘧啶只存在于RNA中，胸腺嘧啶只存在于DNA中，但在某些tRNA中也发现有极少量的胸腺嘧啶。胞嘧啶为两类核酸所共有，在植物DNA中还有5-甲基胞嘧啶，一些大肠杆菌噬菌体核酸中不含胞嘧啶，而由5-羟甲基胞嘧啶代替。因为受到氮原子的吸电子效应影响，嘧啶的2、4、6位容易发生取代。2.嘌呤碱由嘌呤衍生而来，常见的有两种：腺嘌呤和鸟嘌呤。嘌呤分子接近于平面，但稍有弯曲。自然界中还有黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸、茶叶碱、可可碱和咖啡碱。前三种是嘌呤核苷酸的代谢产物，是抗氧化剂，后三种含于植物中，是黄嘌呤的甲基化衍生物，具有增强心脏功能的作用。此外，一些植物激素，如玉米素、激动素等也是嘌呤类物质，可促进细胞的分裂、分化。一些抗菌素是嘌呤衍生物。如抑制蛋白质合成的嘌呤霉素，是腺嘌呤的衍生物。

生物体中（A+T）/（G+C）称为不对称比率，不同生物有所不同。比如人的不对称比率为1.52，酵母为79，藤黄八叠球菌为0.35。

3.稀有碱基:核酸中还有一些含量极少的稀有碱基，大多数是甲基化碱基。甲基化发生在核酸合成后，对核酸的生物学功能具重要意义。核酸中甲基化碱基含量不超过5％，tRNA中可达10％。

（二）核苷:核苷是戊糖与碱基缩合而成的。糖的第一位碳原子与嘧啶的第一位氮原子或嘌呤的第九位氮原子以糖苷键相连，一般称为N-糖苷键。戊糖是呋喃环，C1是不对称碳原子，核酸中的糖苷键都是β糖苷键。碱基与糖环平面互相垂直。糖苷的命名是先说出碱基名称，再加“核苷”或“脱氧核苷”。由“稀有碱基”所生成的核苷称为“稀有核苷”。在tRNA中含有少量假尿苷（用Ψ表示）就是由D-核糖的C1’与尿嘧啶的C5相连而生成的核苷。

（三）核苷酸:核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化，就形成核苷酸。核糖核苷的糖环上有三个羟基，可形成三种核苷酸：2’、3’和5’-核糖核苷酸。脱氧核糖只有3’和5’两种。生物体内游离存在的多是5’核苷酸。用碱水解RNA可得到2’和3’核糖核苷酸的混合物。稀有碱基也可形成相应核苷酸。天然DNA中已找到十多种脱氧核糖核苷酸，RNA中找到了几十种核糖核苷酸。

（四）多磷酸核苷酸”细胞内有一些游离的多磷酸核苷酸，它们具有重要的生理功能。5’-NDP是核苷的焦磷酸酯，5’-NTP是核苷的三磷酸酯。最常见的是5’-ADP和5’-ATP。ATP上的磷酸残基由近向远以αβγ编号。外侧两个磷酸酯键水解时可释放出7.3千卡能量，而普通磷酸酯键只有2千卡，所以被称为高能磷酸键（～P）。因此ATP在细胞能量代谢中起极其重要的作用，许多化学反应需要由ATP提供能量。高能磷酸键不稳定，在1NHCl中，100℃水解7分钟即可脱落，而α磷酸则稳定得多。利用这一特性可测定ATP和ADP中不稳定磷的含量。

细胞内的多磷酸核苷酸常与镁离子形成复合物而存在。GTP,CTP,UTP在某些生化反应中也具有传递能量的作用，但不普遍。UDP在多糖合成中可作为携带葡萄糖的载体，CDP在磷脂的合成中作为携带胆碱的载体。各种三磷酸核苷酸都是合成DNA或RNA的前体。

鸟嘌呤核苷四磷酸酯和五磷酸酯在代谢调控中起作用，在大肠杆菌中，它们参与rRNA合成的控制。（五）环化核苷酸:磷酸同时与核苷上两个羟基形成酯键，就形成环化核苷酸。最常见的是3',5'-环化腺苷酸(cAMP) 和cGMP。它们是激素作用的第二信使，起信号传递作用。可被磷酸二酯酶催化水解，生成相应的5'-核苷酸。

二、核苷酸的结构与命名：核苷酸是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物，包括核糖核苷酸和脱氧核糖核酸两大类。最常见的核苷酸为5’-核苷酸（5’常被省略）。5’-核苷酸又可按其在5’位缩合的磷酸基的多少，分为一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。此外，生物体内还存在一些特殊的环核苷酸，常见的为环一磷酸腺苷（cAMP）和环一磷酸鸟苷（cGMP），它们通常是作为激素作用的第二信使。核苷酸通常使用缩写符号进行命名。第一位符号用小写字母d代表脱氧，第二位用大写字母代表碱基，第三位用大写字母代表磷酸基的数目，第四位用大写字母P代表磷酸。规定用三字母符号表示碱基，用单字母符号表示核苷，戊糖的原子用带’的数字编号，碱基用不带’的数字编号。

三、核苷酸的功能:1.作为核酸的成分。2.为需能反应提供能量。UTP用于多糖合成，GTP用于蛋白质合成，CTP用于脂类合成，ATP用于多种反应。3.用于信号传递。如cAMP、cGMP是第二信使。4.参与构成辅酶。如NAD、FAD、CoA等都含有AMP成分。5.参与代谢调控。如鸟苷四磷酸等可抑制核糖体RNA的合成。又如反义RNA。

多聚脱氧核糖核酸。它的一级结构是它的脱氧核苷酸分子间连接方式及排列顺序，即碱基序列。2.结构：DNA的一级结构是4种脱氧核苷酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）通过3/、5/-磷酸二酯键连接起来的线形多聚体。就是指DNA分子中脱氧核糖核苷酸的种类、数目、排列顺序及连接方式。3/、5/-磷酸二酯键是DNA、RNA的主链结构。前一个核苷酸的3’－羟基与后一个核苷酸的5’－磷酸结合。链中磷酸与糖交替排列构成脱氧核糖磷酸骨架，链的一端有自由的5’－磷酸基，称为5’端；另一端有自由3’－羟基，称为3’端。在DNA中，每个脱氧核糖连接着碱基，碱基的特定序列携带着遗传信息。3.书写：书写DNA时，按从5’向3’方向从左向右进行，并在链端注明5’和3’，如5’pApGpCpTOH3’。也可省略中间的磷酸，写成pAGCT。这是文字式缩写。还有线条式缩写，用竖线表示戊糖，1'在上，5'在下。（二）、DNA的二级结构1、双螺旋结构的建立.其主要实验依据是Chargaff研究小组对DNA的化学组成进行的分析研究，即DNA分子中四种碱基的摩尔百分比为A=T、G=C、A+G=T+C（Chargaff原则），以及由Wilkins 研究小组完成的DNA晶体X线衍射图谱分析。1953年Watson和Crick建立了DNA的双螺旋结构模型。相对湿度92%，DNA钠盐结晶，B—DNA。相对湿度75%，DNA钠盐结晶，A—DNA。Z—DNA。生物体内DNA均为B—DNA。2、天然DNA的二级结构以B型为主，其结构特征为：①为右手双螺旋，两条链以反平行方式排列；②主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧；③两条链间存在碱基互补，通过氢键连系，且A-T、G-C（碱基互补原则）；④螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力；⑤螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm。

稳定双螺旋结构的因素：①碱基堆积力（主要因素）形成疏水环境。②碱基配对的氢键。GC含量越多，越稳定。③磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋白的正离子之间形成离子键，中和了磷酸基上的负电荷间的斥力，有助于DNA稳定。④碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，可免受水溶性活性小分子的攻击。

3、DNA二级结构的不均一性：（1）反向重复序列（回文序列）。DNA序列中，以某一中心区域为对称轴，其两侧的碱基对顺序正读和反读都相同，即对称轴一侧的片段旋转180°后，与另一侧片段对称重复。较长的回文结构，在某些因素作用下，可形成茎环式的十字结构和发夹结构。功能还不完全清楚，但转录的终止作用与回文结构有关。较短的回文序列，可作为一种特别信号，如限制性核酸内切酶的识别位点。（2）富含A T的序列。高等生物中，A+T与C+G的含量差不多相等，但在它们的染色体的某一区域，A T 含量可能很高。在很多有重要调节功能（不是蛋白质编码区）的DNA区段都富含A T碱基对。特别是在复制起点和启动的Pribnow框的DNA区中，富含A T对。这对于复制和转录的起始十分重要，因为G C 对有三个氢键，而A T对只有两个氢键，此处双键易解开。

4、DNA二级结构的多型性:（1）B—DNA：典型的Watson-Crick双螺旋DNA,右手双股螺旋,每圈螺旋10.4个碱基对,螺旋扭角36°,螺距：3.32nm,碱基倾角：1°。（2）A-DNA：在相对湿度75%以下所获得的DNA 纤维。A-DNA也是右手双螺旋，外形粗短。RNA-RNA、RNA-DNA杂交分子具有这种结构。（3）Z-DNA：左手螺旋的DNA。天然B-DNA的局部区域可以形成Z0-DNA。（4）DNA三股螺旋：在多聚嘧啶和多聚嘌呤组成的DNA螺旋区段，序列中有较长的镜像重复时，可形成局部三股螺旋，称H-DNA。

DNA的三链结构常出现在DNA复制、重组、转录的起始或调节位点，第三股链的存在可能使一些调控蛋白或RNA聚合酶等难以与该区段结合，从而阻遏有关遗传信息的表达。

环状DNA：生物体内有些DNA是以双链环状DNA的形式存在，包括：某些病毒DNA、某些噬菌体DNA、某些细菌染色体DNA、细菌质粒DNA、真核细胞中的线粒体DNA、叶绿体DNA

DNA的超螺旋结构：双螺旋的DNA分子进一步盘旋形成的超螺旋结构称为DNA的三级结构。绝大多数原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋，其三级结构呈麻花状。在真核生物中，双螺旋的DNA 分子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕，从而形成特殊的串珠状结构，称为核小体。核小体结构属于DNA的三级结构。

DNA的功能：DNA的基本功能是作为遗传信息的载体，为生物遗传信息复制以及基因信息的转录提供模板。DNA分子中具有特定生物学功能的片段称为基因（gene）。一个生物体的全部DNA序列称为基因组（genome）。基因组的大小与生物的复杂性有关。

RNA的空间结构与功能：RNA是AMP、GMP、CMP、UMP通过3/、5/磷酸二酯键形成的线形多聚体。沉降系数：单位离心场中的沉降速度，以S为单位，即10-13秒。如23S rRNA ，单位离心场中沉降23×10-13秒；5S rRNA ，单位离心场中沉降5×10-13秒。

RNA的一级结构就是指RNA分子中核糖核苷酸的种类、数目、排列顺序及连接方式。

一、RNA的结构特点：1. RNA分子是一条单链。可以回折，自身互补配对，形成发夹或称为茎环结构。RNA通常以单链存在，但也可形成局部的双螺旋结构。形成局部A螺旋至少要有4-6个碱基对。某些分子中回折可占50%。2. 组成RNA的戊糖是核糖，RNA分子中的核糖有2'-羟基，但不用于成键。3.以尿嘧啶代替胸腺嘧啶，含有多种稀有碱基。4. RNA是DNA部分序列的转录产物，分子量小得多。有些病毒含有RNA复制酶，可以催化以RNA为模板的RNA合成，即RNA的复制。5. RNA是多拷贝的。6.RNA按功能分为三类：转运RNA(tRNA)、信使RNA(mRNA)和核糖体RNA(rRNA)。此外还有核内小RNA（snRNA）和hnRNA。前者与RNA的加工有关，后者是mRNA的前体。

四、信使RNA：mRNA的结构与功能：mRNA是单链核酸，主体序列是编码区，在其上游5’侧和下游都有非编码区。其在真核生物中的初级产物称为HnRNA。大多数真核成熟的mRNA分子具有典型的5’-端

某些真核病毒有。mRNA的功能是为蛋白质的合成提供模板，分子中带有遗传密码。具有种类多、拷贝少、寿命短、修饰成分少的特点。mRNA分子中每三个相邻的核苷酸组成一组，在蛋白质翻译合成时代表一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体称为遗传密码。帽子结构对稳定mRNA及其翻译具有重要意义，它将5’端封闭起来，可免遭核酸外切酶水解；还可作为蛋白合成系统的辨认信号，被专一的蛋白因子识别，从而启动翻译过程。原核mRNA（多顺反子），由先导区、插入序列、翻译区和末端序列组成。没有5/帽子和3/polyA。举列：MS2病毒mRNA，3569 b，有三个顺反子，分别编码A蛋白、外壳蛋白和复制酶三种蛋白质。5’端先导区中，有一段富含嘌呤的碱基序列，典型的为5’-AGGAGGU-3’，位于起始密码子AUG 前约10核苷酸处，此序列由Shine和Dalgarno发现，称SD序列。SD序列和核糖体16S的rRNA的3’末端富含嘧啶碱基的序列互补，这种互补序列与mRNA对核糖体的识别有关。原核mRNA代谢很快，半寿期几秒至十几分钟。

二、转运RNA：结构特点①分子量在25kd左右，70-90b，沉降系数4S左右②碱基组成中有较多稀有碱基

③3’末端为…CpCpA-OH，用来接受活化的氨基酸，此末端称接受末端。④5’末端大多为pG…或pC…

⑤二级结构是三叶草形

tRNA的结构与功能：tRNA是分子最小，但含有稀有碱基最多的RNA。tRNA的二级结构由于局部双螺旋的形成而表现为“三叶草”形，故称为“三叶草”结构，可分为五个部分：①氨基酸臂：由tRNA的5’-端和3’-端构成的局部双螺旋，3’-端都带有-CCA-OH顺序，可与氨基酸结合而携带氨基酸。②DHU臂：含有二氢尿嘧啶核苷，与氨基酰tRNA合成酶的结合有关。③反密码臂：其反密码环中部的三个核苷酸组成三联体，在蛋白质生物合成中，可以用来识别mRNA上相应的密码，故称为反密码（anticoden）。④T ψC臂：含保守的TψC顺序，可以识别核蛋白体上的rRNA，促使tRNA与核蛋白体结合。⑤可变臂：位于TψC臂和反密码臂之间，功能不详。

三、核糖体RNA：rRNA的结构与功能：rRNA是细胞中含量最多的RNA，是构成核糖体的骨架，可与蛋白质一起构成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。原核生物中的rRNA有三种：5S，16S，23S。真核生物中的rRNA有四种：5S，5.8S，18S，28S。同种rRNA的二级结构具有共同特点。

八、核酶：具有自身催化作用的RNA称为核酶（ribozyme），核酶通常具有特殊的分子结构，如锤头结构。

九、核酸的一般理化性质：1核酸具有酸性；2能吸收紫外光，最大吸收峰为260nm；3粘度大：DNA>RNA，粘度由分子长度/直径决定，DNA为线状分子，RNA为线团。4.碱的作用：DNA耐碱RNA易被碱水解。（一）、解离性质：多聚核苷酸有两类可解离的基团：磷酸和碱基能发生两性解离。磷酸是中等强度的酸，碱基的碱性较弱，因此，核酸等电点在较低的pH范围内。DNA等电点4—4.5；RNA 等电点2—2.5。RNA链中，核糖C’2-OH的氢能与磷酸酯中的羟基氧形成氢链，促进磷酸酯羟基氢原子的解离。（二）、水解性质1、碱水解：室温，0.1mol/LNaOH可将RNA完全水解，得到2’-或3’-磷酸核苷的混合物。在相同条件下，DNA不被水解。这是因为RNA中C’2-OH的存在，促进了磷酸酯键的水解。DNA、RNA水解难易程度的不同具有极为重要的生理意义。DNA稳定，遗传信息。RNA是DNA的信使，完成任务后降解。2、酶水解：生物体内存在多种核酸水解酶。RNA水解酶RNase；DNA水解酶DNase；核酸外一切酶；核酸内切酶最重要的：限制性核酸内切酶

（三）、光吸收性：碱基具有共轭双键，使碱基、核苷、核苷酸和核酸在240~290nm的紫外波段有强烈的光吸收，λmax=260nm。1、鉴定纯度：纯DNA的A260/A280应为1.8（1.65-1.85），若大于1.8，表示污染了RNA。纯RNA的A260/A280应为2.0。若溶液中含有杂蛋白或苯酚，则A260/A280比值明显降低。2、含量计算：ABS值相当于：50ug/mL双螺旋DNA或40ug/mL单螺旋DNA（或RNA）或20ug/mL核苷酸。

3、增色效应与减色效应。增色效应：在DNA的变性过程中，摩尔吸光系数增大。减色效应：在DNA的复性过程中，摩尔吸光系数减小。

（四）沉降特性（DNA）：不同构象的核酸（线形、环形、超螺旋），起密度和沉降速率不同，用Cs-Cl 密度梯度离心就可以将它们区分开来，这一方法常用于质粒DNA的纯化。

DNA的变性：在理化因素作用下，DNA双螺旋的两条互补链松散而分开成为单链，从而导致DNA的理化性质及生物学性质发生改变，这种现象称为DNA的变性。核酸双螺旋区的氢键断裂，变成单链，不涉及共价键断裂。多核苷酸骨架上共价键的断裂称核酸的降解。DNA的变性是爆发式的，变性作用发生在一个很窄的温度范围内。

引起DNA变性的因素主要有：①高温，②强酸强碱，③有机溶剂等。DNA变性后的性质改变：①增色效应：指DNA变性后对260nm紫外光的光吸收度增加的现象；②旋光性下降；③粘度降低；④生物功能丧失或改变。

熔解温度（Tm）或称熔点：加热DNA溶液，使其对260nm紫外光的吸收度突然增加，达到其最大值一半时的温度，就是DNA的变性温度（融解温度，Tm）。Tm的高低与DNA分子中G+C的含量有关，G+C 的含量越高，则Tm越高。

DNA的复性与分子杂交：将变性DNA经退火处理，使其重新形成双螺旋结构的过程，称为DNA的复性。两条来源不同的单链核酸（DNA或RNA），只要它们有大致相同的互补碱基顺序，以退火处理即可复性，形成新的杂种双螺旋，这一现象称为核酸的分子杂交。核酸杂交可以是DNA-DNA，也可以是DNA-RNA 杂交。不同来源的，具有大致相同互补碱基顺序的核酸片段称为同源顺序。常用的核酸分子杂交技术有：

段用放射性同位素或生物素进行标记，这种带有一定标记的已知顺序的核酸片段称为探针。

核酸酶：凡是能水解核酸的酶都称为核酸酶。凡能从多核苷酸链的末端开始水解核酸的酶称为核酸外切酶，凡能从多核苷酸链中间开始水解核酸的酶称为核酸内切酶。能识别特定的核苷酸顺序，并从特定位点水解核酸的内切酶称为限制性核酸内切酶（限制酶）。限制性内切酶II识别并切割特定的回文序列，生物体用来防止外源DNA的影响，在基因工程中用于DNA的切割，被称为分子手术刀。

核酸的提纯提取：一般先破碎细胞，得到DNP或RNP。然后用酚-氯仿除蛋白，用乙醇或异丙醇将核酸沉淀出来，干燥后再溶解即可。纯化：常用电泳或层析。PAGE一般用于分离1K以下的核酸，如测序。较大的要用琼脂糖电泳。纯化mRNA常用oligo-dT的层析柱或磁珠。

第九章核苷酸代谢

食物中的核酸，经肠道酶系降解成各种核苷酸，再在相关酶作用下，分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖和磷酸，然后被吸收。吸收到体内的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利用，合成核苷酸。人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物，只要食物中有足够的磷酸盐，、糖和蛋白质，核酸就能在体内正常合成。

一、核苷酸类物质的生理功用：①作为合成核酸的原料：如用ATP，GTP，CTP，UTP合成RNA，用dATP，dGTP，dCTP，dTTP合成DNA。②作为能量的贮存和供应形式：除ATP之外，还有GTP，UTP，CTP等。③参与代谢或生理活动的调节：如环核苷酸cAMP和cGMP作为激素的第二信使。④参与构成酶的辅酶或辅基：如在NAD+，NADP+，FAD，FMN，CoA中均含有核苷酸的成分。⑤作为代谢中间物的载体：如用UDP携带糖基，用CDP携带胆碱，胆胺或甘油二酯，用腺苷携带蛋氨酸（SAM）等。⑥信号分子cAMP、cGMP

二、核酸的酶促降解核酸是核苷酸以3’、5’-磷酸二酯键连成的高聚物，核酸分解代谢的第一步就是分解为核苷酸，作用于磷酸二酯键的酶称核酸酶（实质是磷酸二脂酶）。根据对底物的专一性可分为：核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。根据酶的作用方式分：内切酶、外切酶。1、核糖核酸酶：水解RNA磷酸二酯键的酶（RNase），不同的RNase专一性不同。牛胰核糖核酸酶（RNaseI），作用位点是嘧啶核苷-3’-磷酸与其它核苷酸间的连接键。核糖核酸酶T1（RNaseT1），作用位点是3’-鸟苷酸与其它核苷酸的5’-OH间的键。2、脱氧核糖核酸酶：NA磷酸二酯键的酶。DNase牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseI）可切割双链和单链DNA。产物是以5’-磷酸为末端的寡核苷酸。牛胰脱氧核糖核酸酶（DNase Ⅰ），降解产物为3’-磷酸为末端的寡核苷酸。限制性核酸内切酶：细菌体内能识别并水解外源双源DNA 的核酸内切酶，产生3ˊ-OH和5ˊ-P。PstⅠ切割后，形成3ˊ-OH 单链粘性末端。EcoRⅠ切割后，形成5ˊ-P单链粘性末端。3、非特异性核酸酶

既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶。小球菌核酸酶是内切酶，可作用于RNA或变性的DNA，产生3’-核苷酸或寡核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二脂酶属于外切酶。蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或DNA链的游离的3’-OH逐个水解，生成5’-核苷酸。牛脾磷酸二脂酶从游离的5’-OH开始逐个水解，生成3’核苷酸。

核苷酶

②核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆

三、嘌呤核苷酸的合成代谢：从头合成途径

：由5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（

5

’-PRPP）开始，先合成次黄嘌呤核苷酸，然后由次黄嘌呤核苷酸（IMP）转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。这一途径主要见

于肝脏，其次为小肠和胸腺。嘌呤环中各原子分别来自下列前体物质：

Asp →N1；N10-CHO FH4 →C2 ；Gln →N3和N9 ；CO2 →C6 ；N5,N10=CH-FH4 →C8 ；Gly →C4 、C5 和N7。

1、次黄嘌呤核苷酸的合成（IMP）：在磷酸核糖焦磷酸合成酶的催化下，消耗ATP，由5'-磷酸核糖合成PRPP(1'-焦磷酸-5'-磷酸核糖)。其磷酸核糖部分由PRPP提供，在磷酸核糖焦磷酸激酶催化下生成。经过大约10步反应，分两个阶段，先生成咪唑环，再生成次黄嘌呤。首先由谷氨酰胺的氨基取代焦磷酸，再连接甘氨酸、甲川基，甘氨酸的羰基生成氨基后环化，生成5-氨基咪唑核苷酸。然后羧化，得到天冬氨酸的氨基，甲酰化，最后脱水闭环，生成

IMP 的合成有10步，（1）、磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶（转氨）。5-磷酸核糖焦磷酸 + Gln → 5-磷酸核糖胺 + Glu + ppi 。使原来α-构型的核糖转化成β构型（2）、甘氨酰胺核苷酸合成酶。5-磷酸核糖胺+Gly+ATP → 甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi （3）、甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶。甘氨酰胺核苷酸 + N 5 N 10-甲川FH4 + H2O → 甲酰甘氨酰胺核苷酸 + FH4。甲川基可由甲酸或氨基酸供给。（4）、甲酰甘氨脒核苷酸合成酶。甲酰甘氨酰胺核苷酸 + Gln + ATP + H2O → 甲酰甘氨脒核苷酸 + Glu + ADP + pi 。此步反应受重氮丝氨酸和6-重氮-5-氧-正亮氨酸不可逆抑制，这两种抗菌素与Gln 有类似结构。

P 304 结构式：重氮丝氨酸、6-重氮-5-氧-正亮氨酸（5）、氨基咪唑核苷酸合成酶。甲酰甘氨脒核苷酸 + ATP → 5-氨基咪唑核苷酸 + ADP + Pi 。（1）~（5）第一阶段，合成第一个环。（6）、氨基咪唑核苷酸羧化酶。5-氨基咪唑核苷酸+CO2 → 5-氨基咪唑-4羧酸核苷酸（7）、 氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶。5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸+Asp+ATP → 5-氨基咪唑4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸（8）、 腺苷酸琥珀酸裂解酶。5-氨基咪唑-4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸 → 5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+延胡索酸（9）、 氨基咪唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶。5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+N10-甲酰FH4 → 5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+FH4（10）、 次黄嘌呤核苷酸环水解酶。5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸 → 次黄嘌呤核苷酸+H2O 。总反应式：5-磷酸核糖 + CO2 + 甲川THFA + 甲酰THFA + 2Gln + Gly + Asp + 5ATP →IMP + 2THFA + 2Glu + 延胡索酸 + 4ADP + 1AMP + 4Pi + PPi

2、腺嘌呤核苷酸的合成（AMP ） IMP 在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（AMP-S ），由腺苷酸琥珀酸合成酶催化，GTP 提供能量。然后裂解产生AMP ；IMP 也可在IMP 脱氢酶的催化下，以NAD+为受氢体，脱氢氧化为黄苷酸（XMP ），后者再在腺苷酸琥珀酸裂解酶催

Asp 的结构类似物羽田杀菌素，可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止AMP 生成。

羽田杀菌素：

N-3

GMP 的合成：IMP 先由次黄嘌呤核苷酸脱氢酶氧化生成黄嘌呤，再由谷氨酰胺提供氨基，生成GMP 。 AMP 、GMP 生物合成的调节 ：5-

磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是关键酶，可被终产物AMP

、GMP 反馈抑制。AMP 过量可反馈抑制自身的合成。GMP 过量可反馈抑制自身的合成。

药物对嘌呤核苷酸合成的影响：筛选抗肿瘤药物，肿瘤细胞核酸合成速度快，药物能抑制。

①羽田杀菌素。与Asp 竞争腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黄嘌呤核苷酸转化成AMP 。②重氮乙酰丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸，是Gln 的结构类似物，抑制Gln 参与的反应。③氨基蝶呤、氨甲蝶呤，叶酸的结构类似物，能与二氢叶酸还原酶发生不可逆结合，阻止FH4的生成，从而抑制FH4参与的各种一碳单位转移反应。

补救途径 利用已有的碱基和核苷合成核苷酸. 1.碱基与核糖-1-磷酸在特异的核苷磷酸化酶催化下生成核苷，再由其核苷磷酸激酶生成核苷酸。只有腺苷激酶。2.嘌呤与PRPP 在磷酸核糖转移酶催化下生成核苷酸。有腺嘌呤磷酸核糖转移酶和次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核

磷酸核糖转移酶途径（重要途径） 嘌呤碱和5-PRPP 在特异的磷酸核糖转移酶的作用下生成嘌呤核苷酸

核苷激酶途径（但在生物体内只发现有腺苷激酶） 腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核苷，后者在核苷磷酸激酶的作用下与ATP 反应，生成腺嘌呤核苷酸。

嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。Lesch-Nyan

综合症就是由于次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷，AMP 合成增加，大量积累尿酸，肾结石和痛风。

（三）调控 从头合成途径受AMP 和GMP 的反馈抑制，第一步转酰胺酶受二者抑制，分枝后的第一步只受自身抑制。从头合成与补救途径之间有平衡。先天缺乏次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶称为莱-纳二氏综合症，X 染色体隐性遗传，患者尿酸和PRPP 水平高，从头合成加速，导致痛风和自残。正常大脑中次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶活力高，而从头合成酶活力低，对补救途径依赖较大。别嘌呤醇可降低尿酸浓度，但不能降低PRPP 浓度，不能防止自残。

三、嘌呤核苷酸的分解代谢：嘌呤核苷酸的分解首先是在核苷酸酶的催化下，脱去磷酸生成嘌呤核苷，然后再在核苷酶的催化下分解生成嘌呤碱，最后产生的I 和

X 经黄嘌呤氧化酶催化氧化生成终产物尿酸。 嘌呤碱的分解：（一）水解脱氨：腺嘌呤生成次黄嘌呤，鸟嘌呤生成黄嘌呤。也可在核苷或核苷酸水平上脱氨。（二）氧化：次黄嘌呤生成黄嘌呤，再氧化生成尿酸。都由黄嘌呤氧化酶催化，生成过氧化氢。别嘌呤醇是自杀底物，其氧化产物与酶活性中心的

Mo4+紧密结合，有强烈抑制作用。可防止尿酸钠沉积，用于治疗痛风。（三）鸟类可将其他含氮物质转化为尿酸，而某些生物可将尿酸继续氧化分解为氨和CO2

。 不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同，因此，终产物也不同。排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类。排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类。排尿囊酸动物：硬骨鱼类。排尿素动物：

大多数鱼类、两栖类。某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3

）。微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、

CO2及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。

四、嘧啶核苷酸的合成代谢：

1．从头合成途径：指利用一些简单的前体物逐步合成嘧啶核苷酸的过程。

该过程主要在肝脏的胞液中进行。嘧啶环中各原子分别来自下列前体物：CO2→C2 ；Gln →N3 ；Asp →C4 、C5 、C6 、N1 。与嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸时，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。

胞嘧啶核苷酸的合成：尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH3（细菌）或Gln （植物）反应，生成胞嘧啶核苷三

磷酸。UMP

先与2分子ATP 反应生成UTP ，在CTP 合成酶催化下与谷氨酰胺、ATP 生成CTP 。

脱氧嘧啶核苷酸的合成：①CTP →CDP →

dCDP →

dCTP 。②dCDP

→dCMP →dUMP →dTMP →dTDP →dTTP 。胸苷酸合成酶催化dUMP

甲基化，甲基供体为N5,N10-亚甲基四氢叶酸。

补救途径：由分解代谢产生的嘧啶/嘧啶核苷转变为嘧啶核苷酸的过程称为补救合成途径。以嘧啶核苷的补

救合成途径较重要。主要反应为：UR/CR + ATP

→ UMP/CMP ；TdR + ATP → dTMP 。 尿嘧啶可与PRPP

生成UMP ，也可与1-磷酸核糖生成尿苷，再被尿苷激酶催化生成UMP 。胞嘧啶不能与PRPP 反应，但胞苷可被尿苷激酶催化生成CMP

。

嘧啶核苷激酶途径（重要途径）

嘧啶碱与1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP 和CMP 。

3．抗代谢药物对嘧啶核苷酸合成的抑制：有多种嘧啶类似物可抑制嘧啶核苷酸的合成，通过对酶的竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的合成。主要的抗代谢药物是5-氟尿嘧啶（5-FU ）。5-FU 在体内可转变为F-dUMP ，其结构与dUMP 相似，可竞争性抑制胸苷酸合成酶的活性，从而抑制胸苷酸的合成。

产生的嘧啶碱可在体内进一步分解代谢。不同的嘧啶碱其分解代谢的产物不同，其降解过程主要在肝脏进行。胞嘧啶和尿嘧啶降解的终产物为（β-丙氨酸+ NH3 + CO2 ）；胸腺嘧啶降解的终产物为（β-氨基异丁酸+ NH3 + CO2 ）。

嘧啶核苷酸生物合成的调节（大肠杆菌）氨甲酰磷酸合成酶：受UMP反馈抑制。天冬氨酸转氨甲酰酶：受CTP反馈抑制。CTP合成酶：受CTP反馈抑制

第十章DNA的生物合成

一、遗传学的中心法则和反中心法则：DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。（1）以原DNA分子为模板，合成出相同DNA分子的过程。（2）以某一段DNA分子为模板，合成出与其序列对应的RNA分子的过程。（3）以mRNA为模板，根据三联密码规则，合成对应蛋白质的过程。中心法则揭示了生物体内遗传信息的传递方向。

但在少数RNA病毒中，其遗传信息贮存在RNA中。因此，在这些生物体中，遗传信息的流向是RNA通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代；通过反转录将遗传信息传递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质，这种遗传信息的流向就称为反中心法则。

二、DNA复制的特点：1．半保留复制：（一）证据：1.用氮15标记大肠杆菌DNA，然后在氮-14中培养，新形成的DNA是杂合双链，即双链中一条是重链（约重1％），一条是轻链。第二代则有一半全是轻链，一半是杂合双链。2.大肠杆菌DNA在用氚标记的胸苷复制近两代，放射自显影，未复制部分银密度低，由一条放射链和一条非放射链组成；已复制部分有一条双链是放射的，一条双链有一半是放射的。这证明大肠杆菌DNA是环状分子，以半保留方式复制。（二）特点：子代保留一条亲代链，而不是将它分解。这说明DNA是相对稳定的。双螺旋DNA（或RNA）是所有已知基因的复制形式。2．有一定的复制起始点：DNA在复制时，需在特定的位点起始，这是一些具有特定核苷酸排列顺序的片段，即复制起始点（复制子）。在原核生物中，复制起始点通常为一个，而在真核生物中则为多个。3．需要引物(primer)：DNA 聚合酶必须以一段具有3'端自由羟基（3'-OH）的RNA作为引物，才能开始聚合子代DNA链。RNA引物的大小，在原核生物中通常为50～100个核苷酸，而在真核生物中约为10个核苷酸。4．双向复制：DNA 复制时，以复制起始点为中心，向两个方向进行复制。但在低等生物中，也可进行单向复制。5．半不连续复制：由于DNA聚合酶只能以5'→3'方向聚合子代DNA链，因此两条亲代DNA链作为模板聚合子代DNA链时的方式是不同的。以3'→5'方向的亲代DNA链作模板的子代链在聚合时基本上是连续进行的，这一条链被称为领头链(leading strand)。而以5'→3'方向的亲代DNA链为模板的子代链在聚合时则是不连续的，这条链被称为随从链(lagging strand)。DNA在复制时，由随从链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段(Okazaki fragment)。冈崎片段的大小，在原核生物中约为1000～2000个核苷酸，而在真核生物中约为100个核苷酸。

单向复制有一些特殊方式：1.滚动环：噬菌体φX174DNA是环状单链分子，复制时先形成双链，再将正链切开，将5’连接在细胞膜上，从3’延长，滚动合成出新的正链。2.取代环：线粒体DNA复制时是高度不对称的，一条链先复制，另一条链保持单链而被取代，呈D环形状。这是因为两条链的复制起点不同，另一条链的起点露出才能复制。

DNA复制的条件：1．底物：以四种脱氧核糖核酸为底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。2．模板：以亲代DNA的两股链解开后，分别作为模板进行复制。3．引发体和RNA引物：引发体由引发前体与引物酶组装而成。引发前体是由若干蛋白因子聚合而成的复合体；引物酶本质上是一种依赖DNA的RNA聚合酶（DDRP）。4．DNA聚合酶：种类和生理功能：在原核生物中，目前发现的DNA聚合酶有三种，①DNA聚合酶I：单链球状蛋白，含锌。有聚合酶活性和外切酶活性，其中3’-5’外切酶活性起校正作用，5＇-3＇活性起修复和切除引物作用。DNA聚合酶I主要起损伤修复作用。每秒可聚合10个碱基。切除氨基端5＇-3＇外切酶活性后称为Klenow fragment，用于引物标记等。②DNA聚合酶II：单链，以切口双链DNA为模板，催化活性：5，→3，聚合(活性很低)，3，→5，外切,可能在DNA的修复中起某中作用。

③DNA聚合酶III：合成新链DNA主要的酶，又称复制酶,起DNA复制作用，功能与聚合酶I相似。全酶共10种亚基，含锌。每秒可聚合1000个碱基。真核生物DNA聚合酶：有a、b、g、δ、ε五种，性质与大肠杆菌的酶相似，多无外切酶活性。a相当于聚合酶III，用于引发、滞后链合成；b主要起修复作用，γ位于线粒体，可能与线粒体DNA的复制有关。δ合成前导链，但前50个碱基由a合成，特点：有3，→5，外切活力。。

DNA复制为什么要用RNA引物？（为什么DNA聚合酶要用引物，RNA聚合酶不需要引物？）⑴从模板复制最初几个核酸时，碱基堆集力和氢键都较弱，易发生错配⑵新复制的最初几个核苷酸，没有与模板形成稳定双链，DNA聚合酶的5，→3，校对功能难发挥作用。

DNA复制的保真性：为了保证遗传的稳定，DNA的复制必须具有高保真性。DNA复制时的保真性主要与下列因素有关：①遵守严格的碱基配对规律；②在复制时对碱基的正确选择；③对复制过程中出现的错误及时进行校正。

DNA连接酶：DNA连接酶可催化两段DNA片段之间磷酸二酯键的形成，而使两段DNA连接起来。该酶催化的条件是：①需一段DNA片段具有3'-OH，而另一段DNA片段具有5'-Pi基；②未封闭的缺口位于双链DNA中，即其中有一条链是完整的；③需要消耗能量，在原核生物中由NAD+供能，在真核生物中由ATP供能。

单链DNA，便于以其为模板复制子代DNA②保护单链DNA，避免核酸酶的降解。

7．解螺旋酶：又称解链酶或rep蛋白，是用于解开DNA双链的酶蛋白，每解开一对碱基，需消耗两分子ATP。

8．拓扑异构酶：拓扑异构酶可将DNA双链中的一条链或两条链切断，松开超螺旋后再将DNA链连接起来，从而避免出现链的缠绕。

四、DNA生物合成过程：1．复制的起始：⑴预引发：①解旋解链，形成复制叉：由拓扑异构酶和解链酶作用，使DNA的超螺旋及双螺旋结构解开，形成两条单链DNA。单链DNA结合蛋白（SSB）结合在单链DNA上，形成复制叉。DNA复制时，局部双螺旋解开形成两条单链，这种叉状结构称为复制叉。②引发体组装：由引发前体蛋白因子识别复制起始点，并与引发酶一起组装形成引发体。⑵引发：在引发酶的催化下，以DNA链为模板，合成一段短的RNA引物。2．复制的延长：⑴聚合子代DNA：由DNA聚合酶催化，以亲代DNA链为模板，从5'→3'方向聚合子代DNA链。⑵引发体移动：引发体向前移动，解开新的局部双螺旋，形成新的复制叉，随从链重新合成RNA引物，继续进行链的延长。3．复制的终止：⑴去除引物，填补缺口：RNA引物被水解，缺口由DNA链填补，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。⑵连接冈崎片段：在DNA连接酶的催化下，将冈崎片段连接起来，形成完整的DNA长链。⑶真核生物端粒（telomere）的形成：端粒是指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构部分，通常膨大成粒状。线性DNA在复制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出现缩短。故需要在端粒酶（telomerase）的催化下，进行延长反应。端粒酶是一种RNA-蛋白质复合体，它可以其RNA为模板，通过逆转录过程对末端DNA链进行延长。

四、半不连续复制：（一）复制叉由5’向3’方向连续复制，称为前导链；另一条链复制叉由3’向5’移动，而DNA复制方向不变，形成许多不连续片段，称为冈崎片段，最后连接成完整的DNA，称为滞后链。（二）首先由引物合成酶由5’向3’方向合成10个核苷酸以内的RNA引物，然后聚合酶III在引物3’-羟基上合成DNA，再由聚合酶I切除引物，填补空白，最后DNA连接酶将冈崎片段连接起来，形成完整DNA。（三）复制具有高度忠实性，其错配几率约为10-10，从热力学上考虑，碱基发生错配的几率约为10-2，酶对底物的选择作用和校正作用各使错配几率下降10-2，所以体外合成DNA的错配几率为10-6。体内复制叉的复杂结构提高了复制的准确性，修复系统对错配加以纠正，进一步提高了复制的忠实性。五、解链：复制时必需解链，如靠旋转，则大肠杆菌DNA要达到每分钟6000转。其实复制时是用拓扑异构酶和解螺旋酶来解链的。拓扑异构酶I可切断一条链，牵引另一条链通过切口，再连接起来。每次可消除一个负超螺旋，不需要ATP。同转录有关。拓扑异构酶II每次引入2个负超螺旋，需要ATP。引入负超螺旋可消除复制叉前进带来的张力，促进解链。解螺旋酶通过水解ATP来解开双链，每对碱基需2个ATP。单链结合蛋白(SSB)可与解开的单链结合，防止复性和水解。

与DNA复制有关的酶和蛋白质因子由30多种，他们在复制叉上形成离散的复合物，彼此配合，进行高度精确的复制，这种结构称为复制体。引物合成酶与另外6种蛋白构成引发体。在DNA复制叉上进行的基本活动包括：（一）双链的解开（二）RNA引物的合成（三）DNA链的延长（四）切除引物，填补缺口，连接相邻的DNA片断（五）切除和修复尿嘧啶和错配碱基。

真核生物DNA的复制：（一）真核生物有核小体结构，复制速度慢，复制叉每分钟移动约1000－3000碱基对，而细菌约为50千碱基对。真核生物有许多复制起点，复制子只有细菌的几十分之一，所以复制时间在同一数量级（E.coli 4.2Mb，酵母、果蝇40Kb，植物300，蛙200，鼠150Kb）。快速生长的原核生物，其复制起点可连续复制，而真核生物采取多复制起点的方法加速复制。（二）真核生物复制时，核小体打开，组蛋白直接转移到子代前导链上，滞后链用新合成的组蛋白。所以DNA是半保留的，而组蛋白是全保留的。真核生物冈崎片段长度约为200碱基对（E.coli 1－2Kb），相当于一个核小体的长度。（三）真核生物的增殖周期可分为DNA合成前期（G1期）、DNA合成期（S期）、DNA合成后期（G2期）和有丝分裂期（M期）等四个时相，间期为分裂期作准备，进行生物大分子和细胞器的倍增。前期合成DNA 复制必须的蛋白质和RNA，复制期先复制常染色质DNA，再复制异染色质。然后进入有丝分裂的准备期。前期变动较大。分裂期后，有些细胞进入前期，开始下一个周期；有些失去分裂能力；有些脱离分裂周期，或进行分化，或进入静止期（G0期）。成年动物大部分细胞处于静止期。

DNA复制的调控：复制有复杂的调控机制。有正调节，也有负调节。有顺式作用，即以某DNA序列为调控因子；也有反式作用，即以基因的产物，如蛋白质或RNA为调控因子。原核生物的复制起点与细胞膜相结合，复制与细胞膜有密切关系。真核生物复制从核膜开始，与质膜也密切相关。dnaA浓度决定起始频率。DNA的损伤：由自发的或环境的因素引起DNA一级结构的任何异常的改变称为DNA的损伤。常见的DNA的损伤包括碱基脱落、碱基修饰、交联，链的断裂，重组等。引起DNA损伤的因素有：（一）环境作用：1.物理因素①紫外线：形成嘧啶二聚体，使转录终止，复制受阻。②电离辐射：αβγX-射线等，主要通过电离作用造成损伤。可造成多种损伤，如DNA断裂、碱基脱落、杂环破裂、氧化等。2.化学因素①烷化剂：有活泼烷基，可转移到碱基或磷酸上，如硫酸二甲酯、芥子气等。鸟嘌呤的O6和N7最易烷化，导致错配(GT)或脱落。磷酸三酯不稳定，易断裂。双功能试剂可造成交联。②碱基或核苷类似物：FU、BrdU、6-巯基嘌呤等。可竞争抑制核苷酸合成或掺入核酸导致错配。③亚硝酸盐及亚硝胺：前者造成脱氨，后者氧化后生成烷化剂和自由基。④代谢活化化合物：如苯并笓、黄曲霉毒素等。经混合功能氧化酶催化形成环氧化物，与核酸结合，造成突变。以上物理及化学因素统称诱变剂。3.生物因素2DNA、RNA肿瘤病毒

G－OH时可形成GT三键配对。3.碱基脱氨：C自发脱氨基可生成U，A自发脱氨基可生成I，G-X。4.碱基丢失：由于N-糖苷键的自发断裂，引起嘌呤或嘧啶碱基的脱落。大肠杆菌每代丢失一个嘌呤，哺乳动物可达一万个。嘧啶丢失几率只有嘌呤的1／20。

DNA突变的类型：1．点突变：转换——相同类型碱基的取代。颠换——不同类型碱基的取代。插入——增加一个碱基。缺失——减少一个碱基。2．复突变：插入——增加一段顺序。缺失——减少一段顺序。倒位——一段碱基顺序发生颠倒。易位——一段碱基顺序的位置发生改变。重组——一段碱基顺序与另一段碱基顺序发生交换。

DNA突变的效应：1．同义突变：基因突变导致mRNA密码子第三位碱基的改变但不引起密码子意义的改变，其翻译产物中的氨基酸残基顺序不变。2．误义突变：基因突变导致mRNA密码子碱基被置换，其意义发生改变，翻译产物中的氨基酸残基顺序发生改变。3．无义突变：基因突变导致mRNA密码子碱基被置换而改变成终止暗码子，引起多肽链合成的终止。4．移码突变：基因突变导致mRNA密码子碱基被置换，引起突变点之后的氨基酸残基顺序全部发生改变。

DNA损伤的修复：DNA损伤的修复方式可分为直接修复和取代修复两大类。直接修复包括光复活、转甲基作用和直接连接作用，均属于无差错修复。取代修复包括切除修复、重组修复和SOS修复，后二者属于有差错倾向修复。1．光复活：由光复活酶识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合物，在可见光照射下，酶获得能量，将嘧啶二聚体的丁酰环打开，使之完全修复。光复活酶可被可见光（300－600纳米，400纳米最有效）激活，分解由于紫外线照射而形成的嘧啶二聚体。此酶广泛存在，但人体只存在于淋巴细胞和皮肤成纤维细胞，且是次要修复方式。紫外线损伤的光复活过程 A 形成嘧啶二聚体 B. 光复合酶结合于损伤部位C 酶被可见光激活D. 修复后释放酶。2．转甲基作用：在转甲基酶的催化下，将DNA上的被修饰的甲基去除。此时，转甲基酶自身被甲基化而失活。3．直接连接：DNA断裂形成的缺口，可以在DNA连接酶的催化下，直接进行连接而封闭缺口。4．切除修复：这种修复机制可适用于多种DNA损伤的修复。该修复机制可以分别由两种不同的酶来发动，一种是核酸内切酶，另一种是DNA糖苷酶。①特异性的核酸内切酶（如原核中的UvrA、UvrB和UvrC）或DNA糖苷酶识别DNA受损伤的部位，并在该部位的5'端作一切口；②由核酸外切酶（或DNA聚合酶Ⅰ）从5'→3'端逐一切除损伤的单链；③在DNA聚合酶的催化下，以互补链为模板，合成新的单链片段以填补缺口；④由DNA连接酶催化连接片段，封闭缺口。5．重组修复：以上修复发生在复制前，称为复制前修复。复制时未修复的损伤部分会留下缺口，通过遗传重组进行修复：从完整的母链上将相应序列移至缺口处，用再合成的序列填补母链的空缺。此过程也叫复制后修复。重组修复中原损伤没有除去，但若干代后可逐渐稀释，消除其影响。所需要的酶包括与重组及修复合成有关的酶，如重组蛋白A、B、C及DNA聚合酶、连接酶等。①DNA复制时，损伤部位导致子链DNA 合成障碍，形成空缺；②此空缺诱导产生重组酶（重组蛋白RecA），该酶与空缺区结合，并催化子链空缺与对侧亲链进行重组交换；③对侧亲链产生的空缺以互补的子链为模板，在DNA聚合酶和连接酶的催化下，重新修复缺口；④亲链上的损伤部位继续保留或以切除修复方式加以修复。6．SOS修复：这是一种在DNA分子受到较大范围损伤并且使复制受到抑制时出现的修复机制，以SOS借喻细胞处于危急状态。真核细胞修复特点：1. 多聚腺苷酸－核糖化：由多聚(ADP-核糖)聚合酶催化，用NAD合成并转移到相应蛋白上。可增加一些修复酶的活性，如连接酶。2. 转录－修复偶联：转录时，若模板链损伤，则转录暂停，转录因子TFIIS使聚合酶退回，CSA/CSB及TFIIE召集修复。若DNA双链损伤，则模板链优先修复。第三节逆转录生成DNA

一、逆转录酶：含两个亚基，a亚基是b亚基水解产生的。含锌。要求有模板和不少于四个核苷酸的引物，由5’向3’合成DNA。真核生物的信使RNA加入寡聚dT后可作为模板。此酶有多种功能，可先合成DNA －RNA杂合分子，再水解RNA（RNA酶H活力），然后复制其互补链，形成双链DNA。

二、逆转录过程：以前任宿主的tRNA为引物,为复制末端,需要借助末端重复结构进行“跳跃”。

三、意义：（一）逆转录与细胞恶性转化有关，为肿瘤的研究和防治提供了重要线索。艾滋病、乙肝等也有逆转录过程。（二）逆转录病毒经过改造，可作为信息载体，用于肿瘤和遗传疾病的基因治疗。真核生物的基因组中多含逆假基因，可能是信使RNA经逆转录而整合到基因组中的。所以真核生物正常细胞也存在逆转录过程

第十一章RNA的生物合成RNA的生物合成包括转录和RNA的复制。

转录研究的主要问题：①RNA聚合酶②转录过程③转录后加工④转录的调控。①~③是基本内容，④是目前研究的焦点，转录调控是基因调控的核心。

转录与DNA复制的异同：相同：要有模板，新链延伸方向5’→3’，碱基的加入严格遵循碱基配对原则。相异：①复制需要引物，转录不需引物。②转录时，模板DNA的信息全保留，复制时模板信息是半保留。

③转录时，RNA聚合酶只有5’→3’聚合作用，无5’→3’及3’→5’外切活性。基因表达的终产物：①RNA ②蛋白质

转录过程涉及两方面：①RNA合成的酶学过程②RNA合成的起始信号和终止信号，即DNA分子上的特定序列。DNA正链：与mRNA序列相同的链。负链：与正链互补的DNA链。

转录单位的起点核苷酸为+1，起点右边为下游（转录区），转录起点左侧为上游，用负数表示：-1，-2，-3。RNA链的转录，起始于DNA模板的一个特定位点，并在另一位点终止，此转录区域称为一个转录单位。一个转录单位可以是一个基因（真核），也可以是多个基因（原核）。

RNA转录合成的特点：经转录生成的RNA有多种，主要的是rRNA，tRNA，mRNA，snRNA和HnRNA。1．转录的不对称性：指以双链DNA中的一条链作为模板进行转录，从而将遗传信息由DNA传递给RNA。对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于两条不同的DNA链上。能够转录RNA的那条DNA链称为有意义链（模板链），而与之互补的另一条DNA链称为反意义链（编码链）。2．转录的连续性：RNA 转录合成时，在RNA聚合酶的催化下，连续合成一段RNA链，各条RNA链之间无需再进行连接。3．转录的单向性：RNA转录合成时，只能向一个方向进行聚合，RNA链的合成方向为5'→3'。4．有特定的起始和终止位点：RNA转录合成时，只能以DNA分子中的某一段作为模板，故存在特定的起始位点和特定的终止位点。

RNA转录合成的条件：1．底物：四种核糖核苷酸，即ATP，GTP，CTP，UTP。2．模板：以一段单链DNA作为模板。3．RNA聚合酶（DDRP）：（一）酶的特性：以4种NTP为底物，需模板和镁离子，合成方向也是5’－3’，但不需要引物。（二）酶的分类：1.噬菌体的RNA聚合酶结构简单，是单链蛋白，功能也简单。2.细菌则具有复杂的多亚基结构(450Kd)，可识别并转录超过1000个转录单位。3.真核生物的酶有多种，根据a－鹅膏蕈碱(环状8肽，阻断RNA延伸)的抑制作用可分为三类：RNA聚合酶Ⅰ对它不敏感，分布于核仁，用于合成rRNA前体；RNA聚合酶Ⅱ对低浓度敏感，存在于核质，转录mRNA前体和大多数snRNA；RNA聚合酶Ⅲ位于核质，对高浓度敏感，转录小分子量RNA，如转运RNA、5SrRNA和不同的胞质小RNA（scRNA）等。各种RNA聚合酶都是由10-15种不同亚基组成的多亚基复合物。4. 线粒体和叶绿体也有RNA聚合酶，结构简单，能合成所有种类RNA。（三）酶的构成：大肠杆菌的全酶有5个亚基（α2ββ'ζ），含2个锌。β催化形成磷酸二酯键，β’结合模板，ζ亚基称为起始因子，与转录起始点的识别有关，可使RNA聚合酶稳定地结合到启动子上。余下的部分（α2ββ'）称为核心酶，与RNA链的聚合有关。。ζ亚基在不同菌种间变动较大，而核心酶比较恒定。酶与不同启动子的结合能力不同，不同启动因子可识别不同的启动子，ζ70识别启动子共有序列，ζ32识别热休克基因，ζ60在氮饥饿时起作用。ζ通过随机移动起作用，不需解链。（四）模板：以完整双链DNA为模板，其中仅一条链可转录。转录时局部解链，转录后DNA重新形成双螺旋结构，所以DNA是全保留的.

终止因子ρ蛋白：这是一种六聚体的蛋白质，能识别终止信号，并能与RNA紧密结合，导致RNA的释放。激活因子：降解产物基因激活蛋白（CAP），又称为cAMP受体蛋白（CRP），是一种二聚体蛋白质。该蛋白与cAMP结合后，刺激RNA聚合酶与起始部位结合，从而起始转录过程。

四、启动子和转录因子：强启动子2秒钟启动一次转录，弱启动子10分钟一次。原核启动子结构与功能：大肠杆菌在起点上游约－10碱基对处有保守序列TATAAT，称为pribnow box，有助于局部解链。在其上游还有TTGACA，称为－35序列（Sexfama box），提供RNA聚合酶识别的信号。真核启动子：复杂，差异较大。1.信使RNA的启动子通常有三个保守区，－25到－30有TATA框，是解链位置，并决定转录起点；－75位置有CAAT框，与RNA聚合酶的结合有关；更上游还有GC框，序列GGGCGG，某些转录因子可结合。后两个称为上游因子，对转录起始频率有较大影响。2. 小RNA的启动子在转录区内部，有一些辅助因子帮助RNA聚合酶识别。

五、终止子和终止因子：所有原核生物的终止子在终点之前都有一个回文结构，可使酶减慢移动或暂停合成。大肠杆菌有两类终止子：1. 不依赖于ρ的终止子（简单终止子），回文区有一段富含GC对的序列，回文后有寡聚尿苷。2.依赖ρ的终止子，必须在有ρ因子时才能发挥作用，不含GC对，也无寡聚尿苷。ρ因子是蛋白质，可与酶作用，释放RNA，并使酶脱离。

某些因子可使酶越过终止子继续转录，称为通读，这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。常见于某些噬菌体的时序控制，早期基因与晚期基因以终止子相隔，早期基因产生抗终止因子，使发生通读以表达晚期基因。DNA的终止子可被RNA聚合酶本身或其辅助因子识别。

转录的调控：（一）遗传信息的表达有时序调控和适应调控，转录水平的调控是关键环节，因为这是表达的第一步。转录调控主要发生在起始和终止阶段。（二）操纵子是细菌基因表达和调控的单位，有正调节和负调节因子。阻遏蛋白的作用属于负调控。环腺苷酸通过其受体蛋白（CRP）促进转录，可促进许多诱导酶的合成。操纵子可构成综合性调控网络，如SOS反应等。对终止子也有调控作用，如衰减子。（三）真核生物不组成操纵子，而是通过激素、生长因子等进行调控。某些DNA序列对转录起增强作用，称为增强子。

RNA转录合成的基本过程：1．识别：RNA聚合酶中的ζ因子识别转录起始点，并促使核心酶结合形成全酶复合物。位于基因上游，与RNA聚合酶识别、结合并起始转录有关的一些DNA顺序称为启动子。在原核生物中的启动子通常长约60bp，存在两段带共性的顺序，即5'-TTGACA-3'和5'-TATAATG-3'，其中富含TA的顺序被称为Pribnow盒。真核生物的启动子中也存在一段富含TA的顺序，被称为Hogness盒或TATA盒。2．起始：RNA聚合酶结合到DNA双链的特定部位，局部解开双螺旋，并催化ATP或GTP 与另外一个三磷酸核苷聚合，形成第一个3',5'-磷酸二酯键，第一个核苷酸掺入转录起始位点，从此开始RNA 链的延伸。起始过程中，ζ因子起关键作用，它能使聚合酶迅速地与DNA的启动子结合，ζ亚基与β’结合时，β’亚基的构象有利于核心酶与启动子紧密结合，。3．延长：起始后起始因子离开，核心酶构象改变，沿模板移动，按照碱基互补原则，不断聚合RNA，转录生成杂交双链(12bp)，随后DNA互补链取代RNA链，恢复DNA双螺旋结构。延伸速度为50nt/s，酶移动17nm。错误几率为10-5。4．终止：RNA 转录合成的终止机制有两种。⑴自动终止：模板DNA链在接近转录终止点处存在相连的富含GC和AT

转录的终止。⑵依赖辅助因子的终止：由终止因子（ρ蛋白）识别特异的终止信号，并促使RNA的释放。在新合成的RNA链的5’末端，通常为带有三个磷酸基团的鸟苷或腺苷（pppG或pppA），即合成的第一个底物是GTP或ATP。

转录后加工：一、原核生物（一）核糖体RNA：大肠杆菌共有7个核糖体RNA的转录单位，每个转录单位由16S、23S、5SRNA和若干转运RNA基因组成。16S和23S之间常由转运RNA隔开。转录产物在RNA 酶III的作用下裂解产生核糖体RNA的前体P16和P23，再由相应成熟酶加工切除附加序列。前体加工时还进行甲基化，产生修饰成分，特别是a-甲基核苷。N4,2’-O二甲基胞苷(m4Cm)是16S核糖体RNA特有成分。5S核糖体RNA一般无修饰成分。（二）转运RNA：有60个基因，其加工包括：1.内切酶在两端切断，大肠杆菌RNA酶P是5’成熟酶2.外切酶从3’修剪，除去附加顺序。RNA酶D是3’成熟酶3.3’端加上CCAOH，由转运RNA核苷酰转移酶催化，某些转运RNA已有，切除附加序列后即露出。4.核苷的修饰：修饰成分包括甲基化碱基和假尿苷，修饰酶具有高度特异性。甲基化对碱基和序列都有严格要求，一般以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体。（三）信使RNA：细菌多数不用加工，转录与翻译是偶联的。也有少数多顺反子信使RNA必须由内切酶切成较小的单位，然后翻译。如核糖体大亚基蛋白与RNA聚合酶的b 亚基基因组成混合操纵子，转录后需经RNA酶III切开，各自翻译。因为RNA聚合酶的合成水平低得多，切开有利于各自的翻译调控。较长的RNA会产生高级结构，不利于翻译，切开可改变其结构，从而影响其功能。二、真核生物（一）核糖体RNA：基因拷贝数多，在几十到几千之间。基因成簇排列在一起，由RNA聚合酶I转录生成一个较长的前体，哺乳动物为45S。核仁是其转录、加工和装配成核糖体的场所。RNA酶III等核酸内切酶在加工中起重要作用。5SRNA基因也是成簇排列的，由RNA聚合酶III转录，经加工参与构成大亚基。核糖体RNA可被甲基化，主要在核苷2’羟基，比原核生物甲基化程度高。多数核糖体RNA没有内含子，有些有内含子但不转录。（二）转运RNA：由RNA聚合酶III转录，加工与原核相似，主要加工方式是切断和修饰。但3’端的CCA都是后加的，还有2’-O-甲基核糖。（三）信使RNA：真核生物编码蛋白质的基因以单个基因为转录单位，但有内含子，需切除。信使RNA的原初转录产物是分子量很大的前体，在核内加工时形成大小不等的中间物，称为核内不均一RNA(hnRNA)。其加工过程包括：1.5’端加帽子：即在mRNA的5'-端加上m7GTP的结构。此过程发生在细胞核内，即对HnRNA进行加帽。加工过程首先是在磷酸酶的作用下，将5'-端的磷酸基水解，然后再加上鸟苷三磷酸，形成GpppN的结构，再对G进行甲基化，形成帽子结构。帽子结构有多种，起识别和稳定作用。2. 3’端加尾：在核内完成。首先由核酸外切酶切去3'-端一些过剩的核苷酸，然后再加入polyA。尾与通过核膜有关，还可防止核酸外切酶降解。3.剪接：真核生物中的结构基因基本上都是断裂基因。结构基因中能够指导多肽链合成的编码顺序被称为外显子，而不能指导多肽链合成的非编码顺序就被称为内含子。真核生物HnRNA的剪接一般需snRNA参与构成的核蛋白体参加，通过形成套索状结构而将内含子切除掉。4. 内部甲基化：由甲基化酶催化，对某些碱基进行甲基化处理。主要是6-甲基腺嘌呤，在hnRNA中已经存在。可能对前体的加工起识别作用。

RNA的拼接（一）转运RNA的拼接：由酶催化，酶识别共同的二级结构，而不是序列。通常内含子插入到靠近反密码子处，与反密码子配对，取代反密码子环。第一步由内切酶切除插入序列，不需ATP；第二步由RNA连接酶连接，需要ATP。（二）四膜虫核糖体RNA的拼接：某些四膜虫26S核糖体RNA基因中有一个内含子，其拼接只需一价和二价阳离子及鸟苷酸或鸟苷存在即可自发进行。其实质是磷酸酯的转移反应，鸟苷酸起辅助因子的作用，提供游离3’羟基。（三）信使RNA：真核生物编码蛋白质的核基因的内含子属于第二类内含子，左端为GT，右端为AG。先在左端切开，产生的5’末端与3’端上游形成5’,2’-磷酸二酯键，构成套索结构。然后内含子右端切开，两个外显子连接起来。通过不同的拼接方式，可形成不同的信使RNA。

RNA的复制：一、噬菌体QbRNA的复制：其RNA是单链，正链，侵入大肠杆菌后立即翻译，产生复制酶的b亚基，与宿主的三个亚基(α为核糖体蛋白，γ、δ均为肽链延长因子)构成复制酶，进行复制。先以正链为模板合成负链，再根据负链合成正链。合成负链时需要宿主的两个蛋白因子，合成正链则不需要，所以可大量合成。病毒的蛋白质合成受RNA高级结构的调控。二、病毒RNA复制的主要方式（一）病毒含正链RNA，先合成复制酶，复制后合成其他蛋白质进行装配。如噬菌体Qb及灰质炎病毒。（二）病毒含负链和复制酶，先合成正链，再合成病毒蛋白和复制病毒RNA。如狂犬病毒。（三）病毒含双链RNA 和复制酶，如呼肠孤病毒。先复制正链，再翻译成病毒蛋白，最后合成负链，形成双链RNA分子。（四）致癌RNA病毒：如白血病病毒和肉瘤病毒，先逆转录生成DNA前病毒，再转录、翻译。

RNA生物合成的抑制剂：一、碱基类似物：有些人工合成的碱基类似物能干扰和抑制核酸的合成。作用方式有以下两类：（一）作为代谢拮抗物，直接抑制核苷酸生物合成有关酶类。如6-巯基嘌呤进入体内后可转变为巯基嘌呤核苷酸，抑制嘌呤核苷酸的合成。可作为抗癌药物，治疗急性白血病等。此类物质一般需转变为相应的核苷酸才能表现出抑制作用。（二）进入核酸分子，形成异常RNA或DNA，影响核酸的功能并导致突变。5-氟尿嘧啶类似尿嘧啶，可进入RNA，与腺嘌呤配对或异构成烯醇式与鸟嘌呤配对，使A-T对转变为G-C对。因为正常细胞可将其分解，而癌细胞不能，所以可选择性抑制癌细胞生长。二、DNA 模板功能抑制物：（一）烷化剂：带有活性烷基，能使DNA烷基化。鸟嘌呤烷化后易脱落，双功能烷化剂可造成双链交联，磷酸基烷化可导致DNA链断裂。通常有较大毒性，引起突变或致癌。（二）放线菌素类：可与DNA形成非共价复合物，抑制其模板功能。包括一些抗癌抗生素。（三）嵌入染料：含有扁

增加一个核苷酸，导致移码突变。如溴乙啶。三、RNA聚合酶抑制剂（一）利福霉素：抑制细菌RNA聚合酶活性。（二）利链菌素：与细菌RNA聚合酶b亚基结合，抑制RNA链的延长。（三）a-鹅膏蕈碱：抑制真核生物RNA聚合酶。

第十二章、遗传密码

基本特性：1.无标点：是连续阅读的，若插入或删除一个碱基，会使以后的读码发生错误，称为移码。2.一般不重叠：只有少数基因的遗传密码是重叠的。3.简并性：多数氨基酸有几个不同的密码子，只有色氨酸和甲硫氨酸仅一个密码子。编码相同氨基酸的密码子称为同义密码子。简并性可减少有害突变，也使DNA 的碱基组成有较大的变化余地，在物种的稳定性上起一定作用。4.摆动性：密码子的专一性主要由头两位碱基决定，第三位不重要，称为摆动性。反密码子上的I可与U、A、C配对，G可与U配对。5.UAG,UAA,UGA 不编码氨基酸，作为终止密码子，只能被肽链释放因子识别。AUG是起始密码子。6.通用性：在各种生物中几乎完全通用，但发现线粒体有所不同，如人线粒体中UGA编码色氨酸。

第十三章蛋白质的生物合成

核糖体（一）结构：1.核糖体RNA：有很多双螺旋区，16S在识别起始位点中起重要作用。2.核糖体蛋白：多数为纤维状，极少数球状。3.结构模型：椭圆球状，两亚基结合面上有较大空隙，蛋白质的合成在此进行。大亚基上有两个转运RNA位点：氨酰基位点(A)和肽酰基位点(P)，还有一个水解GTP的位点。两个亚基的接触面上有信使RNA结合位点，核糖体上还有许多蛋白因子结合位点。（二）多核糖体：由一个信使RNA与一些单个核糖体结合而成，呈念珠状。这样可以同时合成许多肽链，提高了翻译的效率。6个以上的多核糖体具有稳定的结构。

蛋白质生物合成体系：生物体内的各种蛋白质都是生物体利用约20种氨基酸为原料自行合成的。蛋白质的生物合成过程，就是将DNA传递给mRNA的遗传信息，再具体的解译为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程，这一过程被称为翻译。参与蛋白质生物合成的各种因素构成了蛋白质合成体系，该体系包括：1.mRNA：作为指导蛋白质生物合成的模板。mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息，此三联体就称为密码。共有64种不同的密码。遗传密码具有以下特点：①连续性；②简并性；③通用性；

④方向性；⑤摆动性；⑥起始密码：AUG；终止密码：UAA、UAG、UGA。2.tRNA：在氨基酸tRNA 合成酶催化下，特定的tRNA可与相应的氨基酸结合，生成氨基酰tRNA，从而携带氨基酸参与蛋白质的生物合成。tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联体，可以识别mRNA上相应的密码，此三联体就称为反密码。反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即A—U，G—C配对。但反密码的第一个核苷酸与第三核苷酸之间的配对，并不严格遵循碱基互补原则，这种配对称为不稳定配对。能够识别mRNA 中5′端起动密码AUG的tRNA称为起动tRNA。在原核生物中，起动tRNA是tRNAfmet；而在真核生物中，起动tRNA是tRNAmet。3．rRNA和核蛋白体：原核生物中的核蛋白体大小为70S，可分为30S小亚基和50S大亚基。真核生物中的核蛋白体大小为80S，也分为40S小亚基和60S大亚基。核蛋白体的大、小亚基分别有不同的功能：⑴小亚基：可与mRNA、GTP和起动tRNA结合。⑵大亚基：①具有两个不同的tRNA结合点。A位——受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合；P位——给位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合。②具有转肽酶活性。在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核蛋白体结合在同一mRNA分子上，同时进行翻译。由若干核蛋白体结合在一条mRNA上同时进行多肽链的翻译所形成的念球状结构称为多核蛋白体。4．起动因子（IF）：这是一些与多肽链合成起动有关的蛋白因子。原核生物中存在3种起动因子，分别称为IF1-3。在真核生物中存在9种起动因子（eIF）。其作用主要是促进核蛋白体小亚基与起动tRNA及模板mRNA结合。5．延长因子（EF）：原核生物中存在3种延长因子（EFTU，EFTS，EFG），真核生物中存在2种（EF1，EF2）。其作用主要促使氨基酰tRNA进入核蛋白的受体，并可促进移位过程。6．释放因子（RF）：原核生物中有4种，在真核生物中只有1种。其主要作用是识别终止密码，协助多肽链的释放。7．氨基酰tRNA合成酶：该酶存在于胞液中，与特异氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有关。每种氨基酰tRNA合成酶对相应氨基酸以及携带氨基酸的数种tRNA具有高度特异性。

一、氨基酸的活化与搬运（一）肽链的合成是由氨基端向羧基端进行的，速度很快，大肠杆菌每秒可聚合20个氨基酸。信使RNA是从5’向3’翻译的。（二）氨基酸的活化：由氨酰tRNA合成酶催化，分两步：1. 形成氨基酸－AMP－酶复合物：氨基酸的羧基与5’磷酸形成高能酸酐键而活化。2.转移：氨基酸转移到转运RNA3’末端，与3’或2’羟基结合。总反应为：氨基酸＋tRNA＋ATP=氨酰tRNA＋AMP＋PPi。此酶专一性很高，只作用于L-氨基酸，每种氨基酸都有一个专一的酶。酶有校对机制，一方面对转运RNA 有专一性，另一方面还有水解位点，可水解错误酰化的氨基酸。（三）转运RNA的作用：起接头作用，根据密码子决定氨基酸的去向。转运RNA反密码子的某些突变可抵销一些有害突变，称为校正突变。二、活化氨基酸的缩合——核蛋白体循环：活化氨基酸在核蛋白体上反复翻译mRNA上的密码并缩合生成多肽链的循环反应过程，称为核蛋白体循环。核蛋白体循环过程可分为三个阶段：1、肽链合成的起始:（一）起始信号：起始密码子是AUG，其上游约10个核苷酸处有一段富含嘌呤的序列，可与16S rRNA 的3’端互补，与起始有关。（二）起始复合物的形成：①.起始氨基酸：是N-甲酰甲硫氨酸，其转运RNA 也有所不同，称为tRNAf，与甲硫氨酸结合后被甲酰化酶以甲酰四氢叶酸甲基化，生成fMet-tRNAf。②30S 起始复合物：信使RNA先与小亚基结合，在起始因子3(IF3)的参与下形成mRNA-30S-IF3复合物，然后在IF1和IF2参与下与fMet-tRNAf和GTP结合，并释放IF3，形成30S起始复合物。③30S起始复合物与大

位点可接受另一个转运RNA，为肽链延长作好了准备。④70S起动前复合体的形成。IF3从30S起动复合体上脱落，50S大亚基与复合体结合，形成70S起动前复合体。⑤70S起动复合体的形成。GTP被水解，IF1和IF2从复合物上脱落。2、肽链的延伸（一）转运RNA进入氨酰位点：此步骤需GTP，Mg2+，和EF参与。EFTu与GTP结合，再与转运RNA形成复合物，才能与起始复合物结合。然后释放出EFTu-GDP，与EFTs和GTP反应，重新生成EFTu-GTP，参加下一轮反应。EFTu水解GTP前后构象不同，错误的转运RNA会离去，而正确的则与两种状态都有强相互作用。EFTu-GDP离去之前不能形成肽键，它停留的时间越长，错误的转运RNA被排除的几率越大。这是翻译的限速步骤。（二）肽键的形成：肽酰基转移到氨酰位点，同时形成肽键。需大亚基上的肽酰转移酶和钾离子参加。肽酰位点的转运RNA成为空的。嘌呤霉素的结构与氨酰tRNA类似，可形成肽酰嘌呤霉素，易脱落，使合成中断。（三）移位：指核糖体沿信使RNA 移动一个密码子。原肽酰位点的转运RNA离开，肽酰tRNA进入肽酰位点。需Mg离子、GTP和延伸因子G(EFG)，也叫移位酶。GTP的水解使EFG释放出来。延伸与移位是两个分离的独立过程。此时，核蛋白体的受位留空，与下一个密码相对应的氨基酰tRNA即可再进入，重复以上循环过程，使多肽链不断延长。

3、肽链终止阶段：核蛋白体沿mRNA链滑动，不断使多肽链延长，直到终止信号进入受位。①识别：RF 识别终止密码，进入核蛋白体的受位。有三种蛋白因子：RF1识别UAA、UAG，RF2识别UAA、UGA。RF3协助肽链释放。②水解：RF使转肽酶变为水解酶，多肽链与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。

③解离：通过水解GTP，使核蛋白体与mRNA分离，tRNA、RF脱落，核蛋白体解离为大、小亚基。

真核生物的合成：（一）核糖体：更大，为60S和40S。（二）起始氨基酸：是甲硫氨酸，但其转运RNA 无TΨC序列。（三）起始信号：密码子为AUG，无富含嘌呤的序列。因为是单顺反子，只有一个起点，所以小亚基先与帽子结合，向3’端移动寻找即可。（四）起始复合物：80S，起始因子(eIF)有多种。需GTP和ATP。（五）延伸因子和终止因子：EF1a相当于EFTu，EF1bg相当于EFTs。终止因子(eRF)称为信号释放因子。（六）蛋白激酶参与调节：可使eIF2磷酸化，抑制下一轮起始，小亚基不能与转运RNA 结合，翻译受抑制。只有脱磷酸后才能重新起作用。缺乏血红素时即激活蛋白激酶，抑制血红蛋白合成。抑制剂白喉毒素可使移位酶(EF2)ADP-核糖化，抑制真核生物的移位作用。亚胺环己酮只作用于80S核糖体，抑制真核生物的翻译。氯霉素、链霉素、四环素、新霉素、卡那霉素只作用于原核生物，链霉素、新霉素、卡那霉素与小亚基结合，引起错读。

第三节多肽的运输和加工

一、信号肽（一）特点：长度为13－26个残基，氨基端至少有一个碱性残基，中部有10－15个残基的疏水肽段，羧基端有信号肽酶酶切位点。一般位于新生肽的氨基端，某些位于多肽的中部。（二）功能：信号肽合成后被信号识别体(SRP)识别。信号识别体与核糖体结合，使肽链延伸暂停，将核糖体带到内质网，形成粗糙内质网。这里合成溶酶体蛋白、分泌蛋白和构成质膜骨架的蛋白。信号识别体与内质网上的停泊蛋白结合，将核糖体送入多肽移位装置，信号识别体被释放，肽链继续延伸。合成的肽链进入内质网小腔。

二、在内质网的修饰：多肽在内质网的修饰包括信号肽的切除、二硫键的形成、高级结构的折叠及核心糖化。在内质网中以长萜醇磷酸酯为载体合成核心糖链，然后转移到蛋白质的天冬酰胺或丝氨酸、苏氨酸上。

三、高尔基体的作用：高尔基体可对核心糖链进行修饰和调整，称为末端糖化。多肽在此根据各自的结构进行分类，被运往溶酶体、分泌粒和质膜等目的地。

四、线粒体和叶绿体蛋白的合成：他们可编码全部RNA，但所需的蛋白多数由核基因组编码，在游离核糖体中合成。这些蛋白含有线粒体定向肽或叶绿体转移肽，起信号肽的作用。

多肽链合成后的加工修饰：1．一级结构的加工修饰：⑴N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：N端甲酰蛋氨酸是多肽链合成的起始氨基酸，必须在多肽链折迭成一定的空间结构之前被切除。其过程是：①去甲酰化；

②去蛋氨酰基。⑵氨基酸的修饰：由专一性的酶催化进行修饰，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。⑶二硫键的形成：由专一性的氧化酶催化，将-SH氧化为-S-S-。⑷肽段的切除：由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。2．高级结构的形成：⑴构象的形成：在分子内伴侣、辅助酶及分子伴侣的协助下，形成特定的空间构象。⑵亚基的聚合。⑶辅基的连接。3．靶向输送：蛋白质合成后，定向地被输送到其执行功能的场所称为靶向输送。大多数情况下，被输送的蛋白质分子需穿过膜性结构，才能到达特定的地点。因此，在这些蛋白质分子的氨基端，一般都带有一段疏水的肽段，称为信号肽。分泌型蛋白质的定向输送，就是靠信号肽与胞浆中的信号肽识别粒子（SRP）识别并特异结合，然后再通过SRP与膜上的对接蛋白（DP）识别并结合后，将所携带的蛋白质送出细胞。

第十四章基因表达调控

细胞代谢包括物质代谢和能量代谢。细胞代谢是一个完整统一的网络，并且存在复杂的调节机制，这些调节机制都是在基因表达产物（蛋白质或RNA）的作用下进行的。

物质代谢途径的相互联系：细胞代谢的基本原则是将各类物质分别纳入各自的共同代谢途径，以少数种类的反应转化种类繁多的分子。不同代谢途径可以通过交叉点上关键的中间物而相互转化，其中三个关键的中间物是G-6-P、丙酮酸、乙酰CoA。

一、糖代谢与脂代谢的联系1、糖转变成脂：糖经过酵解，生成磷酸二羟丙酮及丙酮酸。磷酸二羟丙酮还原为甘油，丙酮酸氧化脱羧转变成乙酰CoA，合成脂肪酸。2、脂转变成糖：甘油经磷酸化为3-磷酸甘油，转变为磷酸二羟丙酮，异生为糖。在植物、细菌中，脂肪酸转化成乙酰CoA，后者经乙醛酸循环生成琥珀酸，进入TCA，由草酰乙酸脱羧生成丙酮酸，生糖。动物体内，无乙醛酸循环，乙酰CoA进入TCA氧化，

脂肪酸在动物体内也可以转变成糖，但此时必需要有其他来源的物质补充TCA中消耗的有机酸（草酰乙酸）。糖利用受阻，依靠脂类物质供能量，脂肪动员，在肝中产生大量酮体（丙酮、乙酰乙酸、β-羟基丁酸）。

二、糖代谢与氨基酸代谢的关系1、糖的分解代谢为氨基酸合成提供碳架：糖→丙酮酸→α-酮戊二酸+ 草酰乙酸，这三种酮酸，经转氨作用分别生成Ala、Glu和Asp。2、生糖氨基酸的碳架可以转变成糖，凡是能生成丙酮酸、α—酮戊二酸、琥珀酸、草酰乙酸的a.a，称为生糖a.a。Phe、Tyr、Ilr、Lys、Trp等可生成乙酰乙酰CoA，从而生成酮体。Phe、Tyr等生糖及生酮。

三、氨基酸代谢与脂代谢的关系氨基酸的碳架都可以最终转变成乙酰CoA，可用于脂肪酸和胆甾醇的合成。生糖a.a的碳架可以转变成甘油。Ser可以转变成胆胺和胆碱，合成脑磷脂和卵磷脂。动物体内脂肪酸的降解产物乙酰CoA，不能为a.a合成提供净碳架。脂类分子中的甘油可以转变为丙酮酸，经TCA进一步转变为草酰乙酸、α—酮戊二酸，这三者都可以转变成氨基酸。

四、核苷酸代谢与糖、脂、氨基酸的关系核苷酸不是重要的碳源、氮源和能源。各种氨基酸，如Gly 、Asp 、Gln是核苷酸的合成前体。有些核苷酸在物质代谢中也有重要作用：ATP 供能及磷酸基团。UTP 参与单糖转变成多糖（活化单糖）。CTP 参与卵磷脂合成。GTP 为蛋白质合成供能。

物质代谢的特点：1、TCA是中心环节。代谢途径交叉形成网络，主要联系物：丙酮酸、乙酰CoA、柠檬酸、α-酮戊二酸、草酰乙酸。2、分解、合成途径往往是分开的，不是简单的逆反应。在一条代谢途径中，某些关键部位的正反应和逆反应，往往由两种不同的酶催化，一种酶催化正反应，另一种酶催化逆反应。3、ATP是通用的能量载体。乙酰CoA进入TCA后，完全氧化生成CO2、H2O，释放的自由能被ADP捕获转运。否则，自由能以热能形式散发到周围环境中。4、分解为合成提供还原力和能量。物质代谢的基本要略在于：生成ATP、还原力和结构单元用于体内生物合成。NADPH专一用于还原性生物合成，NADH和FADH2主要功能是通过呼吸链产生ATP。

ATP来源：（1）底物水平磷酸化、（2）绿色植物和光合细菌的光合磷酸化、（3）呼吸链的氧化磷酸化。NADPH来源：（1）植物光合电子传递链（2）磷酸戊糖途径（3）乙酰CoA由线粒体转移到细胞质时伴随有NADH的氧化和NADP+的还原，所产生的NADPH可用于脂肪酸合成

有机物分解产生构造草料和能量大致可以分三个阶段：（1）将大分子分解为小分子单元，释放的能量不能被利用。（2）将各种小分子单元分解为共同的降解产物乙酰CoA，产生还原力NADPH和少量ATP。（3）乙酰CoA通过TCA被完全氧化成CO2，脱下的电子经氧化磷酸化产生大量的ATP。

第三节代谢调节

代谢调节是生物长期进化过程中，为适应环境的变化的而形成的一种适应能力。进化程度越高的生物，其代谢调节的机制越复杂、越完善。生物代谢调节在四个水平上进行，即酶水平、细胞水平、神经水平、激素水平。酶和细胞水平的调节，是最基本的调节方式，为一切生物所共有。神经调节：整体的、最高级的调节。激素调节：受神经调节控制。第二级调节。细胞调节：原始的、基本的调节。第三级调节。酶水平的调节：酶活性调节（酶原激活、别构效应、共价修饰）和酶含量（基因表达调控）

一、酶水平的调节，主要通过酶定位的区域化、酶活性的调节、酶含量的调节，这三个方面进行。1、酶定位的区域化：酶在细胞内有一定的布局和定位。催化不同代谢途径的酶类，往往分别组成各种多酶体系。多酶体系存在于一定的亚细胞结构区域中，或存在于胞质中，这种现象称为酶的区域化。功能：浓缩效应，防止干扰，便于调节。⑴多酶体系在细胞中区域化，为酶水平的调节创造了有利条件,使某些调节因素可以专一地影响细胞内某一部分的酶活性，而不致影响其它部位酶的活性。⑵此外，酶定位的区域化，使它与底物和辅助在细胞器内一起相对浓缩，利于在细胞局部范围内快速进行各个代谢反应。2、酶活性的调节调节方式：酶原的激活；pH改变，如溶菌酶。pH7，无活性。pH5，活性高；同工酶；共价修饰；反馈调节（生物体内最重要）。特点：调节快速、灵敏，数秒至数分钟可完成。（1）、共价修饰和级联放大共价修饰：酶分子中的某些基团，在其它酶的催化下，可以共价结合或脱去，引起酶分子构象的改变，使其活性得到调节，这种方式称为酶的共价修饰。目前已知有六种修饰方式：磷酸化/去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，腺苷酰化/去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/还原(2SH)。（2）前馈和反馈调节前馈调节：底物对酶活性的调节，一般是前馈激活，但也可能是前馈抑制。当底物浓度过高时可避免该代谢途径的过分拥挤和产物的大量合成，如高浓度的乙酰CoA是乙酰CoA羧化酶的别构抑制剂，可避免丙二酸单酰CoA大量合成。反馈调节：产物对酶活性的调节，一般是反馈抑制，但也有反馈激活。a．反馈抑制：单价反馈抑制，多价反馈抑制。当序列终产物浓度积累过多时，会抑制初始反应的酶活性，使整个体系反应速度降低。b. 顺序反馈抑制c. 协同反馈抑制d. 累积反馈抑制e. 同工酶反馈抑制f. 反馈激活和前馈激活（3）反馈激活（4）前馈激活：如在糖酵解中，1.6—二磷酸果糖，可提高后面丙酮酸激酶的活性，加速磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸。如当丙酮酸不能经乙酰CoA进入TCA时，丙酮酸积累，磷酸烯醇式丙酮酸转化成草酰乙酸，后者可合成a.a和嘧啶核苷酸。合成出的嘧啶核苷酸，反馈激活磷酸烯醇丙酮酸羧化酶，促进草酰乙酸合成，保证TCA对草酰乙酸的需要。3、酶合成的调节（基因表达的调节）：酶合成调节，是通过酶量的变化来调控代谢速率。

主要代谢途径酶系在细胞内的分布：胞质：糖酵解，糖原合成，磷酸成糖途径，脂肪酸合成，部分蛋白质合成。线粒体：脂肪酸β氧化，三羧酸循环，呼吸链，氧化磷酸化。细胞核：核酸的合成、修饰。内质网：蛋白质合成，磷脂合成。胞质和线粒体：糖异生，胆固醇合成。溶酶体：多种水解酶

用，防止干扰，便于调节（4）膜与酶可逆结合：

双关酶：能与膜可逆结合，通过膜结合型和可溶型的互变来调节酶的活性。大多是代谢途径的关键酶和调节酶，如糖酵解中的己糖激酶，磷酸果糖激酶，醛缩酶，3-磷酸甘油醛脱氢酶，氨基酸代谢的Glu脱氢酶，Tyr氧化酶，参与共价修饰的蛋白激酶，蛋白磷酸脂酶等。

基因表达有几个水平的调节⑴转录水平⑵翻泽水平⑶加工水平转录后加工、翻译后加工⑷蛋白质活性调节。其中最关键的是⑴，基因表达的控制主要发生在转录水平,原核生物尤其如此。

1．基因表达的概念：基因表达：就是指在一定调节因素的作用下，DNA分子上特定的基因被激活并转录生成特定的RNA，或由此引起特异性蛋白质合成的过程。

2．基因表达的时间性及空间性：⑴时间特异性：基因表达的时间特异性是指特定基因的表达严格按照特定的时间顺序发生，以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要。故又称为阶段特异性。⑵空间特异性：基因表达的空间特异性是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶段，同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同，从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官。故又称为细胞特异性或组织特异性。3．基因表达的方式：⑴组成性表达：组成性基因表达是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的，且较少受环境因素的影响。这类基因通常被称为管家基因。⑵诱导和阻遏表达：诱导表达是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。这类基因称为可诱导基因。阻遏表达是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。这类基因称为可阻遏基因。

4．基因表达的生物学意义：①适应环境、维持生长和增殖。②维持个体发育与分化。

5．基因表达调控的基本原理：⑴基因表达的多级调控：基因表达调控可见于从基因激活到蛋白质生物合成的各个阶段，因此基因表达的调控可分为转录水平（基因激活及转录起始），转录后水平（加工及转运），翻译水平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控最重要。⑵基因转录激活调节基本要素：①顺式作用元件：顺式作用元件又称分子内作用元件，指存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序。②反式作用因子：反式作用因子又称为分子间作用因子，指一些与基因表达调控有关的蛋白质因子。反式作用因子与顺式作用元件之间的共同作用，才能够达到对特定基因进行调控的目的。③顺式作用元件与反式作用因子之间的相互作用：大多数调节蛋白在与DNA结合之前，需先通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体或多聚体，然后再通过识别特定的顺式作用元件，而与DNA分子结合。这种结合通常是非共价键结合。

一、原核生物：主要是转录水平调控（一）操纵子模型：包括结构基因和控制部位。操纵子是基因表达的协调单位，它含有在功能上彼此有关的多个结构基因及控制位，控制部位由启动子和操纵基因组成。一个操纵子的全部基因排列在一起，其中含多个结构基因，转录产物是单个多顺反mRNA，操纵子的控制部位可受调节基因产物的调节。大肠杆菌的乳糖操纵子包括三个结构基因：b半乳糖苷酶、半乳糖苷透性酶和b 半乳糖苷转乙酰酶。操纵基因可与调节基因编码的阻遏蛋白结合，抑制转录。乳糖等诱导物可使阻遏蛋白变构，解除抑制。（二）降解物阻遏：有些调节基因起正调节作用，如腺苷酸受体蛋白，可被环腺苷酸活化，作用于启动子，促进转录。分解葡萄糖的酶是组成酶，葡萄糖的降解物对乳糖、阿拉伯糖等操纵子有阻遏作用，称为降解物阻遏。降解物可抑制腺苷酸环化酶，活化磷酸二酯酶，降低环腺苷酸浓度，抑制转录。（三）衰减子：可终止和减弱转录。色氨酸操纵子的转录需要使核糖体结合在转录产物的特定部位，才能产生合适的构象以继续转录。前导RNA可合成前导肽，当只缺少色氨酸时，核糖体停留在色氨酸密码子处，破坏衰减子的终止作用，转录可继续。（四）生长速度的调节：生长速度由蛋白质合成速度控制，快速生长时核糖体数量增加。缺乏氨基酸时核糖体RNA和转运RNA的合成显著下降，关闭大部分代谢活性，称为严紧控制。未负载转运RNA与核糖体结合后引起鸟苷四磷酸和鸟苷五磷酸的合成，抑制核糖体RNA的转录起始，并增加RNA聚合酶在转录中的暂停，减缓转录。（五）基因表达的时序控制：λ噬菌体的发育阶段由几个调节蛋白作用于不同的启动子和终止子而调控，早期基因的表达可打开后期基因，在后期又可关闭早期基因，使遗传信息按时序表达。（六）翻译水平的调控：1.翻译能力的差异：由5’端的核糖体结合部位(SD序列)决定，而且用常见密码子的信使RNA翻译较快。多顺反子RNA各个编码区的翻译频率和速度可以不同。2.翻译阻遏：核糖体游离蛋白对自身的翻译有阻遏作用，可以使其蛋白与RNA相适应。3.反义RNA：与信使RNA序列互补，结合后抑制其翻译。可用于抑制有害基因的表达。

二、操纵子的结构与功能：在原核生物中，若干结构基因可串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控，这种基因的组织形式称为操纵子。典型的操纵子可分为控制区和信息区两部分。信息区由一个或数个结构基因串联在一起组成；控制区通常由调节基因（阻抑蛋白编码基因）、启动基因（CRP和RNA聚合酶结合区）和操纵基因（阻抑蛋白结合位点）构成。1．原核生物乳糖操纵子：原核生物乳糖操纵子的控制区包括调节基因，启动基因（其CRP结合位点位于RNA聚合酶结合位点上游）和操纵基因；其信息区由β-半乳糖苷酶基因（lacZ），通透酶基因（lacY）和乙酰化酶基因（lacA）串联在一起构成。当培养基中乳糖浓度升高而葡萄糖浓度降低时，乳糖作为诱导剂与阻抑蛋白结合，促使阻抑蛋白与操纵基因分离；另一方面，细胞中cAMP浓度升高，cAMP与CRP结合并使之激活，CRP与启动基因结合并促使RNA聚合酶与启动基因结合，基因转录激活。2．原核生物色氨酸操纵子：

色氨酸操纵子属于阻遏型操纵子，主要调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的转录合成。色氨酸操纵子通常处于开放状态，其辅阻遏蛋白不能与操纵基因结合而阻遏转录。而当色氨酸合成过多时，色氨酸作

调控还涉及转录衰减(attenuation)机制。即在色氨酸操纵子第一个结构基因与启动基因之间存在有一衰减区域，当细胞内色氨酸酸浓度很高时，通过与转录相偶联的翻译过程，形成一个衰减子结构，使RNA聚合酶从DNA上脱落，导致转录终止。3．原核生物转录的整体调控模式：由成群的操纵子组成的基因转录调控网络称为调节子。通过组成调节子调控网络，对若干操纵子及若干蛋白质的合成进行协同调控，从而达到整体调控的目的。典型的整体调控模式是SOS反应，这是由一组与DNA损伤修复有关的酶和蛋白质基因组成。在正常情况下，这些基因均被LexA阻遏蛋白封闭。当有紫外线照射时，细菌体内的RecA蛋白水解酶被激活，催化LexA阻遏蛋白裂解失活，从而导致与DNA损伤修复有关的基因表达。

真核基因表达的调节多级调节，特有长期调控。

（一）转录前调节：通过改变DNA序列和染色质结构而影响基因表达。1.染色质的丢失：某些低等真核生物在发育早期可丢失一半染色质，生殖细胞除外。红细胞成熟时细胞核丢失。2.基因扩增：细胞在短期内大量产生某一基因的拷贝。如发育时核糖体基因的扩增。3.染色体DNA序列重排：淋巴细胞成熟时抗体基因重排，可产生许多种抗体分子。4.DNA修饰和异染色质化：高等动物常用异染色质化的方法永久关闭不需要的基因。甲基化可改变染色质结构、DNA构象、稳定性及与蛋白质作用方式，非活性区甲基化程度高。去甲基化能诱导基因的重新活化。

（二）转录活性的调节：分两步，先活化，再与其他因素作用1.染色质的活化：使基因区呈疏松状态2.激素的诱导：固醇类激素进入细胞核，与非组蛋白作用，促进转录。3.增强子：与启动子位置无关，无方向性。

（三）转录后调节：加帽子和尾可延长寿命，选择性剪接、RNA编辑可产生不同的信使RNA。

（四）翻译水平调节：主要是控制稳定性和有选择地翻译。某些蛋白因子可起保护作用，翻译控制RNA 可与之形成双链，抑制翻译。对eIF2的磷酸化也可抑制翻译。

（五）翻译后的调节：翻译后加工也有调控作用。不同的加工方式可产生不同蛋白。将蛋白转变为易降解的形式，促进水解也是调控手段。

三、真核基因组结构特点：1．转录产物为单顺反子：真核基因的转录产物一般是单顺反子，即一个编码基因转录生成一个mRNA分子，并指导翻译一条多肽链。2．大量重复序列：真核基因组中含大量的重复序列，这些重复序列大部分是没有特定生物学功能的DNA片段，可占整个基因组DNA的90%。根据重复频率可将其分为高度重复序列、中度重复序列和单拷贝序列。3．断裂基因：真核生物中的基因具有不连续性，即一个基因的编码序列往往被一些非编码序列分隔开。基因中能够转录并进一步编码多肽链合成的部分称为外显子（exon），而在转录后会被剪除的部分则称为内含子。

三、真核基因表达调控的特点：1．RNA聚合酶活性受转录因子调控：真核生物中存在RNA polⅠ、Ⅱ、Ⅲ三种不同的RNA聚合酶，分别负责转录不同的RNA。这些RNA聚合酶与相应的转录因子形成复合体，从而激活或抑制该酶的催化活性。2．染色质结构改变参与基因表达的调控：真核生物DNA与组蛋白结合并形成核小体的结构，再进一步形成染色质。当真核基因被激活时，染色质的结构也随之发生改变。主要的改变有：⑴单链DNA形成：基因被激活后，双链DNA解开成单链以利于转录，从而形成一些对DNAase Ⅰ的超敏位点。⑵DNA拓朴结构改变：天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在，当基因激活后，则转录区前方的DNA拓朴结构变为正性超螺旋。正性超螺旋可阻碍核小体形成，并促进组蛋白解聚。⑶核小体不稳定性增加：由于组蛋白修饰状态改变，巯基暴露等原因而引起核小体结构改变。3．正性调节占主导：真核基因一般都处于阻遏状态，RNA聚合酶对启动子的亲和力很低。通过利用各种转录因子正性激活RNA 聚合酶是真核基因调控的主要机制。4．转录和翻译过程分别进行：转录与翻译过程分别存在于不同的亚细胞部位，可分别进行调控。5．转录后加工修饰过程复杂：特别是mRNA，转录后仅形成其初级转录产物——HnRNA，然后再经剪接、加帽、加尾等加工修饰，才能转变为成熟的mRNA。

四、真核基因转录调控元件及激活机制：1．顺式作用元件（分子内作用元件）：⑴启动子：存在于结构基因上游，与基因转录启动有关的一段特殊DNA顺序称为启动子。与原核生物类似，也含有一段富含TATA 的顺序，称为TATA盒。除此之外，还可见CAAT盒和GC盒。⑵增强子：位于结构基因附近，能够增强该基因转录活性的一段DNA顺序称为增强子。增强子的特点是：①在转录起始点5’或3’侧均能起作用；②相对于启动子的任一指向均能起作用；③发挥作用与受控基因的远近距离相对无关；④对异源性启动子也能发挥作用；⑤通常具有一些短的重复顺序。⑶沉默子：能够对基因转录起阻遏作用的DNA片段，属于负性调控元件。2．反式作用因子（分子间作用因子）：真核生物反式作用因子通常属于转录因子。(1)转录因子的种类：①非特异性转录因子（基本转录因子）：非选择性调控基因转录表达的蛋白质因子称为非特异性转录因子。真核生物中存在的三种RNA聚合酶分别有相应的转录因子，即TFⅠ，TFⅡ，TFⅢ。其中，TFⅡ一共有六种亚类。TFⅡD是唯一能识别启动子TATA盒并与之结合的转录因子，而TFⅡB则可促进聚合酶Ⅱ与启动子的结合。②特异性转录因子：能够选择性调控某种或某些基因转录表达的蛋白质因子称为特异性转录因子。目前较清楚的是调控免疫球蛋白基因表达的核内蛋白质因子（NF）。(2)转录因子的结构：反式作用因子至少含有三个功能域，即DNA结合功能域，转录活性功能域和其它转录因子结合功能域。DNA结合功能域带共性的结构主要有：①HTH和HLH结构：由两段α-螺旋夹一段β-折迭构成，α-螺旋与β-折迭之间通过β-转角或成环连接，即螺旋-转角-螺旋结构和螺旋-环-螺旋结构。②锌指结构：见于TFⅢA和类固醇激素受体中，由一段富含半胱氨酸的多肽链构成。每四个半光氨酸残基或His 残基螯合一分子Zn2+，其余约12-13个残基则呈指样突出，刚好能嵌入DNA双螺旋的大沟中而与之相结

行排列构成，其α-螺旋中存在每隔7个残基规律性排列的Leu残基，Leu侧链交替排列而呈拉链状。两条肽链呈钳状与DNA相结合。⑶转录因子的作用特点：①同一DNA顺式作用元件可被不同的转录因子所识别；②同一转录因子也可识别不同的DNA顺式作用元件；③TF与TF之间存在相互作用；④当TF与TF，TF与DNA结合时，可导致构象改变；⑤TF在合成过程中，有较大的可变性和可塑性。3．转录激活及其调控：真核RNA聚合酶Ⅱ的激活需要依赖多种转录因子，并与之形成复合体。其过程首先是由TF ⅡD识别启动子序列并与之结合；继而RNA聚合酶Ⅱ与TFⅡD、B等聚合形成一个功能性的前起始复合体——PIC；最后，结合了增强子的转录因子与前起始复合体结合，从而形成稳定的转录起始复合体。