最新126分子生物学：基因的体外转录和翻译
基因转录和翻译的分子机制
基因转录和翻译的分子机制基因是生命体的基本单位，在细胞内负责存储和传递遗传信息，并指导着细胞的生长、分化、代谢等各项生命活动。
基因的表达即指基因中所存储的遗传信息通过转录和翻译的过程被转换成蛋白质的过程。
转录和翻译是细胞生命活动的重要组成部分，也是细胞内分子机制的关键环节。
本文将深入探讨基因转录和翻译的分子机制。
一、基因转录的分子机制转录是指DNA序列指导下RNA聚合酶合成RNA的过程。
它至少包括三个阶段：起始、延伸和终止。
首先，RNA聚合酶与DNA结合，并在DNA中寻找起始点。
然后，RNA聚合酶开始合成RNA链，并且在DNA模板链上逐渐向前移动。
最后，在终止信号的帮助下，RNA聚合酶从DNA分离，且新合成的RNA链被释放。
转录的分子机制是十分复杂的，其中多个因素参与其中。
例如，RNA聚合酶需要找到适当的起始点进行转录，而这通常需要一些特殊的序列来标记转录起点。
同时，转录需要大量的转录因子的协作作用，它们可以与RNA聚合酶相互作用，并为其提供适当的修饰和调节。
此外，还有一些其他的因素也会影响转录的成功进行。
例如，DNA甲基化、组蛋白修饰、核小体调节因子等都可以改变基因的表达水平。
另外，一些异常也会出现在转录过程中，导致基因的表达受到影响。
例如，在某些情况下，转录出现了错误的起始点或非正常的延伸速度，会严重影响基因的正确表达。
二、基因翻译的分子机制翻译是指RNA序列指导下蛋白质的生物合成过程。
它是由核糖体负责进行的，是一种高度复杂的过程。
在这个过程中，mRNA作为模板，信息被翻译成相应的氨基酸序列，并组装成蛋白质分子。
翻译的过程主要有三个阶段：启动、延伸和终止。
启动阶段是指核糖体与mRNA起始序列的结合，这是翻译的第一步。
延伸阶段则是翻译的主要过程，核糖体负责将mRNA上的信息翻译成氨基酸序列。
最后，在终止信号帮助下，核糖体停止翻译，并将新合成的蛋白质从RNA链上释放出来。
翻译的过程也是高度复杂的。
分子生物学中的基因转录和翻译
分子生物学中的基因转录和翻译基因是生命的基本单位，是人类、动物和植物的遗传信息载体。
基因可以转录为RNA，并且RNA可以被翻译为蛋白质。
基因转录和翻译是维持细胞和生物体正常生理功能的重要过程。
基因转录基因转录是指DNA水平上的信息传递，即将DNA编码的信息转换为RNA信息，并用来推断蛋白质的氨基酸序列。
基因转录是由RNA聚合酶(RNA polymerase)复制DNA时合成RNA分子的过程，RNA聚合酶会在DNA串内扫描，寻找一段特定的DNA序列，其通常以一个起始站点开始，称为启动子。
在这个地方，RNA聚合酶结合并开始克隆RNA。
这个启动序列通常是由两个特定的功能元件组成。
第一部分是TATA盒(TATA box)，它告诉RNA聚合酶在哪里开始转录。
第二部分是增强子(enhancer)序列，它可以增加基因的表达并协调DNA复制的过程。
完成转录之后，pre-mRNA序列会被剪切并拼接，形成成熟的mRNA。
mRNA可以被转运到细胞质中并参与翻译过程。
转录的主要产物是mRNA，但是转录也可以产生其他类型RNA。
转录的调控是生物体中基因表达的关键控制因素。
细胞可以通过控制RNA聚合酶与DNA的互作、核糖体合成和RNA降解等因素来控制基因转录的发生。
此外，转录的调控还受到一些核酸因子和转录激活因子的影响。
许多疾病，如肿瘤和自身免疫疾病，都与转录调控紊乱有关。
基因翻译基因翻译是指RNA水平上的信息传递，即通过将RNA信息翻译为氨基酸序列，生成蛋白质。
蛋白质质量和结构的确定取决于氨基酸的顺序。
20种不同的氨基酸可以以不同的序列组合来进一步分别形成不同的蛋白质。
蛋白质的信息来源于mRNA，mRNA中通过第三个核苷酸测序，信息被读取为三个核苷酸组成的非重叠密码子的序列。
在翻译过程中，一个RNA分子会通过核糖体与一个氨基酸专一地配对，然后一个又一个的氨基酸加入到正在被构建的多肽链中。
翻译是一个复杂的过程，它涉及到许多因素，如翻译起始和停止位点的识别、翻译调节和后翻译修饰等。
基因转录与翻译的分子生物学机制研究
基因转录与翻译的分子生物学机制研究基因转录与翻译是生命活动的重要过程，它们的分子生物学机制一直是生物学界研究的热点。
基因转录是指DNA的序列被转录成RNA的过程，而翻译则是指RNA上的信息被翻译成蛋白质的过程。
下面将详细介绍这两个过程的分子机制。
一、基因转录的分子机制基因转录是由RNA聚合酶（RNA polymerase）介导的。
RNA聚合酶是一种酶，它能够将DNA模板上的信息转录成RNA序列。
RNA聚合酶的活性取决于许多因素，最为重要的是转录因子的结合。
转录因子是一种蛋白质，它能够结合在DNA上，从而启动或抑制基因的转录。
转录因子主要由启动子（promoter）和增强子（enhancer）两类构建。
启动子是指位于基因的上游区域的DNA序列，它能够吸引RNA聚合酶和其他转录因子的结合，从而启动基因的转录。
增强子则是指位于基因附近的DNA序列，它能够增强启动子的功能，促进基因的高水平表达。
RNA聚合酶在启动子和增强子的作用下开始转录DNA模板，不断延伸RNA链，直到到达终止序列，再停止转录。
二、翻译的分子机制翻译是指将RNA上的信息翻译成氨基酸序列的过程。
它是由核糖体（ribosome）介导的。
核糖体是一种由蛋白质和RNA组成的大分子复合物，它能够将RNA上的信息翻译成蛋白质序列。
核糖体的翻译过程主要包括三个步骤：启动、延伸和终止。
翻译的启动是由启动子序列指导的。
在RNA的5'端，存在一个短序列，它被称为“启动子”（AUG），它是翻译的起始点。
当核糖体识别到该序列时，它便会沿着RNA链在其上游结合，并在其下游开始翻译。
翻译的延伸是由tRNA（转运RNA）介导的。
tRNA是一种小分子RNA，它能够识别并结合到RNA上的密码子（codon）上，将每个密码子翻译成相应的氨基酸。
当tRNA成功结合到RNA上时，其携带的氨基酸便和前一条氨基酸结合，从而形成蛋白质的多肽链。
这个过程会不断进行，直到达到终止序列为止。
基因转录和翻译后修饰的生物化学研究
基因转录和翻译后修饰的生物化学研究基因转录和翻译是生物体内关键的两个过程，也是分子生物学的核心研究领域之一。
基因转录和翻译后修饰过程对于生物的正常生长和繁殖起着至关重要的作用，因此，研究这些过程是非常必要的。
一、基因转录基因转录是指将DNA模板复制成RNA分子的过程。
在该过程中，脱氧核糖核酸（DNA）中的信息通过转录过程被复制成核糖核酸（RNA）分子，RNA分子再通过翻译过程被转化为特定的蛋白质。
基因转录的启动基因是RNA聚合酶，其可使RNA从DNA模板上合成RNA分子。
转录的起点是启动子区域，在DNA上，启动子区域携带了转录因子能够结合的序列，这些转录因子可影响RNA聚合酶在启动子上的结合和转录。
基因转录的产物RNA是未成熟的前体RNA，在后续的剪切和修饰过程中，这些RNA会被加工成成熟的mRNA，可以指导翻译过程。
二、翻译过程翻译是指将RNA分子转化为特定的蛋白质的过程。
RNA分子被转录出来后，mRNA分子进一步在核内经历剪切，而后进入核膜孔然后转移到核外，最终升级为可合成特定蛋白质的mRNA，它能够被核糖体识别并利用对应的tRNA实现翻译。
核糖体是由RNA和蛋白质组成的超分子，它能够与mRNA上绑定的tRNA配对，然后通过多肽键形成蛋白质，多肽键起到连接氨基酸的作用。
三、修饰过程RNA修饰是指，mRNA分子在产生之后经历的一系列化学修饰，包括非编码RNA（ncRNA）的化学修饰和编码RNA的剪切修饰。
而在翻译的过程中，则涉及到蛋白质的翻译后修饰。
3.1 ncRNA的化学修饰ncRNA（Non-coding RNA）是指不编码蛋白质的RNA分子，包括长非编码RNA、微小RNA和_piwi RNA等。
它们在基因表达调控、染色质修饰和RNA稳定性等方面发挥着重要的作用。
在ncRNA的修饰中，包括乙酰化、甲基化和糖基化等，这些修饰可影响ncRNA的结构、稳定性和功能。
3.2 编码RNA的剪切修饰编码RNA的剪切是指在转录后，mRNA的剪切过程。
分子生物学中的转录和翻译过程
分子生物学中的转录和翻译过程转录和翻译是分子生物学中的两个重要过程。
转录是指从DNA模板合成RNA分子的过程，其中RNA作为信息的中介传递到细胞内的核外，然后供翻译使用。
翻译是指将RNA翻译成蛋白质序列的过程，是生命体系中产生多种功能蛋白质的基础。
本文将分别介绍这两个过程的机制和重要性。
一、转录过程转录是一种基因表达过程，它涉及到模板DNA的开放和RNA合成。
本质上，转录是一种DNA依赖性RNA合成过程，能够启动生物体内大多数核苷酸序列的表达。
相比DNA，RNA分子更易于合成和分解，并且具有许多不同类型：传递RNA（tRNA）、转运RNA（rRNA）和信使RNA（mRNA）等。
转录过程的主要步骤如下：1. 启动子序列的结合：RNA聚合酶必须与某种DNA序列结合才能启动合成RNA的过程。
启动子序列通常位于基因的起始位置，用于指示RNA酶具体在哪一片段开始转录。
2. 开链：RNA酶从DNA双链中打开某一区段，从而产生一个开放的DNA单链。
该单链被稳定地保护，以避免在转录期间被其他元件损坏。
3. 合成RNA：RNA聚合酶沿着单链DNA向前移动，并利用进入口处的核苷酸再合成一个反义核苷酸链的RNA分子。
RNA聚合酶仅将核苷酸添加到5'末端，仅被用作RNA合成起始部分的碱基标志在3'末端停止合成。
整个过程持续到RNA合成末端的终止序列，然后RNA成品释放，并RNA聚合酶从DNA模板中离开。
二、翻译过程翻译是将RNA序列转化为蛋白质的序列的过程，可以分为三个主要步骤：启动、延长和终止。
启动从AUG（起始）密码子开始，在三联码（一种由三个核苷酸组成的密码子，每个三联码都代表一条氨基酸）的作用下继续进行。
翻译过程必须稍微转换一下信息：DNA中的碱基序列被翻译成RNA中的天然核苷酸单元，然后转变为氨基酸的多肽链中的化学信号。
然而，在许多细胞中，许多会影响翻译机制的复杂调节机制也存在。
三、结论转录翻译是基因表达的重要过程，可实现生命中原始信息的继承、分化和增加。
最新名词解释(分子生物学)
名词解释1.操纵子（operon）：是真核生物基因的一个基本转录单位，由编码序列及上游的调控序列组成。
编码序列通常包括几个功能相关的结构基因，调控序列由启动序列（启动子），操纵序列（操纵基因）及其他调节序列构成。
2.顺式作用元件（cis-acting element）：是真核基因表达是调控转录过程的特殊DNA序列，以转录因子结合而起作用，通常包括启动子，增强子，沉默子等。
3.反式作用因子（trans-acting factor）：与其他基因的顺式作用元件结合，调节基因转录活性的蛋白质因子，根据其功能不同可分为基本转录因子和特异性转录因子。
4.启动子（promoter）：位于结构基因上游，与RNA聚合酶识别，结合的特异DNA 序列，与基因转录起始有关。
5.增强子（enhancer）：指决定基因的时间，空间特异性表达，增强启动子的转录活性的特殊DNA序列，作用特点是无方向性，位置或距离不固定。
6.沉默子（silencer）：某些基因含有负性调节原件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。
7.基因表达调控（regulation of gene expression）：指细胞或生物体在接受环境信号刺激时或适应环境变化的过程中在基因表达水平上做出应答的分子机制。
8.基因重组（gene recombination）：DNA片段在细胞内、细胞间、甚至是在不同物种之间进行交换，重组后具有复制和表达功能。
9.基因工程：按照人为预愿获得目的基因，与载体拼接形成重组体，重组体转入宿主细胞，筛选和鉴定出含阳性重组体宿主细胞，经大量增殖，最总获得该目的基因决定的大量表达产物的过程。
10.同源重组（homologous recombination）：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DNA分子同源序列间进行单链或双链片段的交换，又称基因重组。
11.DNA克隆：在体内对DNA分子按照既定目的和方案进行人工重组，将重组分子导入适当细胞内，使其在细胞内扩增和繁殖，从而获得该DNA分子大量拷贝的过程，又叫基因克隆或重组DNA技术。
华北理工大学《分子生物学》2020-2021学年第二学期期末试卷
华北理工大学《分子生物学》2020-2021学年第二学期期末试卷《分子生物学》考试内容：《分子生物学》；考试时间：120分钟；满分：100分；姓名：——；班级：——；学号：——一、选择题（每题3分，共30分）1. DNA分子的基本结构单位是：A. 核苷酸B. 碱基对C. 脱氧核糖D. 磷酸基团2. 在DNA双螺旋结构中，腺嘌呤（A）与哪种碱基形成互补配对？A. 胸腺嘧啶（T）B. 鸟嘌呤（G）C. 胞嘧啶（C）D. 尿嘧啶（U）3. PCR（聚合酶链式反应）扩增DNA片段的主要目的是：A. 确定DNA序列B. 在体外大量复制特定DNA片段C. 修饰DNA结构D. 切割DNA片段4. 真核生物基因转录的起始需要哪种酶的参与？A. DNA聚合酶B. RNA聚合酶C. 解旋酶D. 逆转录酶5. 下列哪项不是基因表达调控的主要层次？A. 转录水平调控B. 翻译水平调控C. 翻译后修饰调控D. DNA复制水平调控6. 表观遗传学主要通过什么机制来调控基因表达，而不改变DNA序列？A. 基因突变B. 染色质重塑C. 遗传密码的重新排列D. 染色体数目的变化7. 在原核生物中，基因转录和翻译的时空关系通常是：A. 相互独立，发生在细胞的不同部位B. 相互偶联，在同一空间内几乎同时进行C. 发生在细胞分裂期D. 受严格的时间顺序控制8. siRNA（小干扰RNA）在RNA干扰机制中的主要作用是：A. 催化mRNA的切割B. 作为模板合成cDNAC. 促进蛋白质翻译D. 抑制特定mRNA的翻译9. 下列哪种技术是用于检测特定DNA或RNA序列在生物体内存在与否的常用方法？A. PCR（聚合酶链式反应）B. 凝胶电泳C. Northern blotD. Southern blot10. 逆转录过程是指：A. DNA复制为DNAB. RNA复制为RNAC. DNA转录为RNAD. RNA逆转录为DNA二、填空题（每题2分，共20分）1. DNA的双螺旋结构由两条反向平行的_____链组成，它们通过_____键连接。
分子生物学-转录
10个核苷酸的合成中，RNA聚合酶易从模板链上脱落，合成效率较低, 此阶段称为
流产转录(abortive trancription)；一旦合成的RNA链长度>10nt, 聚合酶可以与DNA、 RNA形成稳定的三维复合结构，进入转录延伸阶段，这一转变过程称为启动子逃
离（promoter escape）.
2)当RNA聚合酶成功脱离启动子后，进入转录延伸阶段（transcription elongation） 未转录的DNA双链从两蟹爪交接处进入聚合酶, 并分别进入酶分子中各自通道, 在
离开聚合酶后又重新恢复双链结构. 转录延伸中的RNA分子只有8～9nt与模板DNA
互补,其余的RNA链则从模板链上剥离, 并通过RNA通道离开RNA聚合酶. 在延伸过 程中, RNA聚合酶具有两种校正功能:
的平台。体外实验结果显示，其它GTFs与RNA聚合酶Ⅱ按照一定的顺序在启动子
上完成组装。
前起始复合物形成后在特定条件下，在TFⅡH解旋酶活性的催化下引起启动子区
域解链，并同时对RNA聚合酶Ⅱ大亚基羧基端(C-terminal domain,CTD)七肽重复序 列中（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser）的Ser进行磷酸化修饰，使RNA聚合酶Ⅱ起始
PolⅡ core promoter
二、转录前复合物的形成
普通转录因子可以协助RNA聚合酶Ⅱ结合到启动子并协助实现从闭合复合物向 开放复合物的转化；同时还协助聚合酶脱离启动子顺利进入延伸阶段。把结合在
启动子上准备起始转录的一整套GTFs及RNA聚合酶Ⅱ称为前起始复合物（preinitiation complex）. 前起始复合物的形成位点是核心启动子的TATA元素。GTFs中的TFⅡD首先通过 TBP亚基结合到TATA序列上而形成一个其它GTFs与RNA聚合酶Ⅱ对启动子结合
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2020/9/27
18
（2）仍有一些物质干扰此法的测 定，主要的干扰物质有：去污剂、 Triton X-100、十二烷基硫酸钠 （SDS）和0.1N的NaOH （3）标准曲线也有轻微的非线性， 因而不能用Beer定律进行计算，而 只能用标准曲线来测定未知蛋白质 的浓度。
2020/9/27
19
2、精胺－亚精胺混合物改进法 优点：分离到的细胞核比较纯净
1、一般方法
优点：细胞核完整、内含物丰富
缺点：在分离的细胞核中可能存 在少量细胞质成分
2020/9/27
9
(1)收集细胞：取5×106/ml的培养细胞 20ml，1500rpm离心5min，用新配制的 0.01mol/LPBS洗涤，收集细胞。 (2)低渗液裂解细胞并纯化细胞核：将收
集的细胞迅速加入原体积1/10的低渗缓
126分子生物学：基因的体外转 录和翻译
基因表达包括：转录和翻译两个过 程。
基因表达的调控包括：染色体结构 的调节、DNA结构的调节、转录过 程的调控、转录后的调控、翻译过 程的调控及翻译后的调控。
2020/9/27
2
基因体外转录和翻译的作用：为研 究基因转录和蛋白质翻译提供了一 个十分理想实验体系和技术平台及 找到了一个研究与探讨转录和翻译 这两个复杂的现象的重要手段和方 法。
1976年由Bradford建立的考马斯亮兰 法（Bradford法），是根据蛋白质与 染料相结合的原理设计的。这种蛋 白质测定法具有超过其他几种方法 的突出优点，因而正在得到广泛的 应用。这一方法是目前灵敏度最高 的蛋白质测定法。
2020/9/27
14
考马斯亮兰G-250染料，在酸性溶液 中与蛋白质结合，使染料的最大吸收 峰的位置（lmax），由465nm变为 595nm，溶液的颜色也由棕黑色变为 兰色。经研究认为，染料主要是与蛋 白质中的碱性氨基酸（特别是精氨酸） 和芳香族氨基酸残基相结合。 在595nm下测定的吸光度值A595，与 蛋白质浓度成正比。
冲液[0.01mmol/ L HEPES(4－羟基乙基哌
嗪乙磺酸) pH 7.9,10mmol/LKCl，
1.5mmol/L DTT(二硫苏糖醇)，0.2mmol/L PMSF(苯甲基磺酰氟)]，冰浴30min，用 玻璃匀浆器匀浆，3000rpm离心15min 得细胞核沉淀。
2020/9/27
10
2020/9/27
2020/9/27
17
（3）干扰物质少。如干扰Lowry法的K 、 Na 、Mg2 离子、Tris缓冲液、糖和蔗糖、 甘油、巯基乙醇、EDTA等均不干扰此测 定法。 此法的缺点是： （1）由于各种蛋白质中的精氨酸和芳 香族氨基酸的含量不同，因此Bradford法 用于不同蛋白质测定时有较大的偏差， 在制作标准曲线时通常选用 g—球蛋白 为标准蛋白质，以减少这方面的偏差。
11
(3)裂解细胞核：向细胞核沉淀中加
入2倍体积的低盐缓冲液(20mmol/L
HEPES，pH 7.9，25％甘油，
1.5mmol/L MgCl2，20mmol/L KCl，
0.2mmol/L EDTA，0.2mmol/L PMSF，
0.5mmol/L DTT)，冰浴10min，用玻 璃匀浆器匀浆。滴加入2倍核沉淀 体积的高盐缓冲液冰浴 轻轻搅拌
2020/9/27
15
Bradford法的突出优点是： （1）灵敏度高，据估计比Lowry法 约高四倍，这是因为蛋白质与染料 结合后产生的颜色变化很大，蛋白 质－染料复合物有更高的消光系数， 因而光吸收值随蛋白质浓度的变化 比Lowry法要大的多。
2020/9/27
16
（2）测定快速、简便，只需加一种 试剂。完成一个样品的测定，只需 要5分钟左右。由于染料与蛋白质结 合的过程，大约只要2分钟即可完成， 其颜色可以在1小时内保持稳定，且 在5分钟至20分钟之间，颜色的稳定 性最好。因而完全不用像Lowry法那 样费时和严格地控制时间。
1、快速检测目的基因的转录情况； 2、分析转录因子调节基因转录的过程； 3、分析启动子序列的活性； 4、分析转录因子、DNA结合蛋白和RNA 剪切因子的组成和作用；
5、染色质结构调整与基因转录的关系；
6、制备RNA探针。
2020/9/27
Байду номын сангаас
5
一、基因体外转录的基本原理
基本原理：以DNA为模板，在无细 胞体系中一系列转录因子的作用下 经RNA聚合酶合成RNA的过程。
增强子等顺式作用元件外，还需各
种反式作用元件的参与。
2020/9/27
7
基因体外转录体系
DNA模板：含有转录启动子及必要 的调控序列(起始和终止序列等)的 DNA及为研究基因转录调控的需要, 在体外组装成的核小体链(注意避免 RNase的污染)。
2020/9/27
8
细胞核抽提物的制备：
细胞核抽提物：DNA转录由RNA聚合酶、 各种转录因子及必要的环境条件等，这 一切必需由细胞提供。常用于制备细胞 核抽提物的细胞有酵母细胞、兔网织红 细胞和Hela细胞
30min。
2020/9/27
12
(4)收集核提取物：25000g离心 30min，收集上清液后，用缓冲液 透析2h后，4℃，25000g离心20min， 上清液置-70℃保存。
(5)核提取物的蛋白定量：核抽提物 总蛋白浓度采用Bradford法测定， 以牛白蛋白为参照。
2020/9/27
13
附：Bradford法测蛋白含量
2020/9/27
3
第一节 基因的体外转录
• 一、基因体外转录的目的和意义 • 基因的体外转录体系最早由Pelham和
Jakson于1976年创立的，经很多实验室的 不断修订和改进，现已成为一项成熟的分 子生物学和细胞生物学技术，已被多家试 剂公司提供标准的实验程序。
2020/9/27
4
基因体外转录体系在分子生物学和 细胞生物学研究中的用途和意义：
质粒DNA
模 板
线性DNA
核小体形式存在的DNA
2020/9/27
6
能用于体外转录的质粒载体
转录的必要条件：无论是真核细胞
的转录体系还是原核细胞的转录体
系，基因转录时都必须有启动子序
列，且该序列能被转录体系识别。
原核细胞体外转录体系常用的启动
子有T3、T7及SP6启动子。
真核细胞体外转录体系除需启动子，