1、DNA，RNA和遗传密码
考试要求
（1）理解DNA的复制【1.3】和DNA的损伤修复基本过程和分子机制【1.2】（2）掌握参与DNA复制的酶与蛋白质因子的性质和种类【1.2】（3）掌握DNA复制的特点及其调控机制【1.3，1.4】（4）掌握真核生物与原核生物DNA复制的异同点【1.4】（5）全面了解RNA转录【1.5】与复制【1.14】的机制（6）掌握转录的一般规律【1.5】（7）掌握RNA聚合酶的作用机理【1.5】（8）理解原核生物的转录过程【1.5】（9）掌握启动子【1.8.1】和增强子【1.8.3】的作用机理（10）了解真核生物的转录过程【1.5】（11）理解RNA转录后加工过程及其意义【1.10】（12）掌握逆转录的过程【1.12，1.13，1.14】（13）了解染色体和基因组的概念【1.16】（14）掌握RNA传递加工遗传信息【1.15】（15）掌握DNA的修复【1.2】、转座【1.17】及多态性【1.16.2.2】的基本原理及其应用
考试内容
1.1DNA复制的一些基本概念
半保留复制： DNA在复制过程中，碱基金的氢键首先断裂，双螺旋分开，每条分子被看作为模板合成新链，产生互补的两条链。每个子代DNA分子的一条链来自亲代DNA，另一条则是新合成的。
半不连续复制： DNA复制时，在一个复制叉上同时进行两个方向的DNA复制（都各自沿5→3方向）。因此一条链的合成是连续的，另一条链的合成是不连续的。先合成一系列5→3的短片段，然后在DNA连接酶的作用下连接成完整的DNA。连续合成的链称为先导链，不连续合成的链称为后随链，后随链由冈崎片段连接而成。
复制叉：由于解开两股链复制，在复制起点呈叉子形式。
复制子：DNA复制是从固定的复制起点开始的。一个复制子只含一个复制起点。
细菌病毒和线粒体DNA分子都是单个复制子，真核生物的基因含多个复制子。原核生物和真核生物的DNA复制，主要是从固定起点以双向等速复制的方式进行。
1.2参与DNA复制的酶与蛋白质（重点是原核生物的DNA聚合酶）
真核生物DNA聚合酶有15种以上，其中DNA Pol α功能主要是引物合成， DNA Pol δ主要负责DNA复制，而其他的酶有修复损伤功能。
原核大肠杆菌中存在DNA聚合酶有5种， DNA Pol Ⅲ是复制中的主要酶，其他4种DNA聚合酶在DNA校正复制中起作用，引物由引发酶催化合成。
DNA修复：细胞对DNA受损伤后的一种反应，可能使DNA结构恢复原样，重新能执行原来的功能。
错配修复（mismatch repair）：保存母链，修复子链。在错配碱基上游G处切开子链重新修复。
切除修复（excision repair）：分为碱基切除修复和核苷酸切除修复。核酸内切酶先识别切割损伤部位的磷酸二酯键，DNA解链酶解离损伤链，DNA Pol按5→3方向合成DNA链。
重组修复（recombinant repair）：受损伤的DNA复制时，子代DNA在损伤对应位置出现缺口。另一条母链DNA与有缺口的子链DNA进行重组交换，将母链DNA上相应的片段填补子链缺口，由DNA连接酶连接完成修补。这种方式不能完全去除损伤，损伤仍在亲代链上，只是重组修复后的DNA是不带有损伤的。
直接修复（direct repair）：在DNA光解酶的作用下，把在光下或经常紫外照射形成的化合物还原成单体。
SOS反应（SOS response）：SOS反应是DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施。
1.3DNA复制的一般过程及其调控
双链的解开，RNA引物的合成，DNA链的延长，RNA引物的切除，填补缺口，DNA片段的连接，切除和修复错配碱基。
环装DNA复制有θ型、滚环型、D型。
细胞内复制差的多少决定了复制起始频率的高低。 DNA复制只发生在S期。
细胞生活周期水平调控（限制点调控），决定细胞是停留在G1期还是进入S期。
染色体水平调控，决定复制子是否按一定顺序在S期起始复制。
复制子水平调控，决定复制的起始与否。
1.4真核生物与原核生物DNA复制的特点
真核生物每条染色体有多个复制起点可以形成多个复制叉。原核生物只有一个复制起点。
真核生物DNA在完成复制前不能开始新的复制。原核生物可连续开始新的DNA复制。
真核生物DNA复制只能在分裂期进行。原核生物在整个细胞周期都能进行。
真核生物复制起点为自主复制序列ARS。原核大肠杆菌复制起点为OriC（有3个13bp的串联复制保守序列，及4个由9bp保守序列组成的，能结合DnaA的起始结合位点）。
真核生物复制叉移动速度慢。原核生物移动速度快。
真核生物DNA聚合酶有15种以上，其中DNA Pol α功能主要是引物合成， DNA Pol δ主要负责DNA复制，而其他的酶有修复损伤功能。原核大肠杆菌中存在DNA聚合酶有5种， DNA Pol Ⅲ是复制中的主要酶，其他4种DNA聚合酶在DNA校正复制中起作用，引物由引发酶催化合成。
真核生物冈崎片段间RNA引物由RNA酶H1和FEN1蛋白共同作用去除。原核生物冈崎片段由DNA Pol Ⅰ去除。
真核生物末端靠端粒酶补齐。原核生物以多联体的形式补齐。
1.5RNA转录的基本过程，一般规律和机制
1.5.1模板识别（template recognition）
形成转录泡，真核生物需要转录调控因子，结合到启动子上，与RNA Pol一起形成转录起始复合物（PIC）。
1.5.2转录起始（initiation）
RNA链上第一个核糖酸键的产生。转录起始不需要引物。
①RNA聚合酶全酶对启动子识别，可逆性结合，形成封闭复合物。②随着DNA构象变化复合物转变为开放复合物（不可逆的快反应）。③开放复合物与最初两个碱基结合，并在核苷酸形成磷酸二酯键后转变为三元复合物（RNA Pol、DNA、新生RNA）。
形成三元复合物后可进入两条不同的反应途径，通过启动子阶段（流产式起始），转录延伸阶段（转录延伸复合物）
聚合酶全酶的作用是启动子的选择和转录的起始，核心酶则在RNA链的延伸中发挥作用。
除了RNA Pol外，真核生物转录起始过程中至少还需要7种辅助因子的参与，这些蛋白辅助因子通称为转录因子（TF）。
当含TBP（TATA结合蛋白）的转录因子与DNA相互作用时，其他因子（TFIIA、TFIIB、TFIIF、TFIIE、TFIIH等）也结合上来，形成复合体，这一复合体再与RNA聚合酶结合最终形成转录起始复合体。
1.5.3通过启动子
转录起始后，直接形成9个核苷酸链的阶段，RNA Pol一直处于启动子区。
1.5.4转录的延伸。
RNA Pol释放σ因子离开启动子后（核心酶），核心酶沿模板DNA链移动并产生新的RNA链不断延长的过程。
进入延伸阶段，DNA和聚合酶分子都发生了构象变化。RNA的合成是连续的过程。主要形成由核心酶、DNA和新生RNA所组成的转录延伸复合物。
1.5.5转录的终止
依赖于ρ因子的终止，ρ因子能使RNA Pol在DNA模板上准确的终止转录。
不依赖于ρ因子的终止，核心酶能终止经转录，没有其他因子的参与。终止位点上游存在一个富含CG碱基的二重对称区，形成发卡式结构，还有一个寡聚U，共同作用使RNA解离出来。
抗终止，破坏终止位点RNA的茎环结构抗终止，依赖于蛋白质因子的转录抗终止。
1.6RNA的结构、分类和功能
RNA含有核糖和密定通常是单链线性分子。RNA链自身折叠，形成局部双螺旋。RNA可折叠形成复杂的三级结构。RNA主要有三种，mRNA，tRNA，rRNA。
1.6.1mRNA
真核单顺反子：有5端帽子（在蛋白质合成过程中，有助于核糖体对mRNA的识别和结合，使翻译得以正确起始）和3端Poly（A）尾巴。
原核多顺反子：由先导区，插入序列，翻译区，末端序列组成。
1.6.2tRNA
二级结构三叶草型，三级结构倒L型。
三环一柄：二氢尿嘧啶环，反密码子环，TΨC环，氨基酸臂。
1.6.3rRNA（含量最多）
原核rRNA（5，16，23），真核rRNA（5，5.8，18，28）
1.6.4其他
hnRNA，核不均一RNA。是成熟mRNA的前体。
snRNA，小核RNA。主要存在于细胞核中，参与hnRNA剪接和转运。
1.7参与转录的酶和蛋白质（重点是RNA聚合酶）
1.7.1RNA Pol
1.7.1.1原核RNA Pol
核心酶（2αββ'ω）+σ＝全酶
全酶：作用是启动子的选择和转录的起始。
核心酶：不具有起始合成RNA的能力，只能使己开始合成的RNA链延长。作用是链的延伸。
σ因子：帮助聚合酶专一性识别并结合模板链上的启动子，起始基因转录。
1.7.1.2真核RNA Pol
RNA Pol Ⅰ，产物为rRNA。
RNA Pol Ⅱ，产物为hnRNA。
RNA Pol Ⅲ，产物为tRNA。
1.7.2转录复合物
真核生物转录起始过程需要RNA Pol Ⅱ和7种辅助因子参与（ TBP，TFⅡA，TFⅡB，TFⅡD，TFⅡE，TFⅡF，TFⅡH）
流产式起始，尽快释放σ因子。
转录起始复合物。转录延伸复合物（核心酶、DNA和新生RNA）。
1.8真核生物与原核生物转录的基本特征
1.8.1启动子
启动子是一段位于结构基因5端上游区的DNA序列，能活化RNA Pol。
转录单元（由启动子到终止子）
原核中，Pribnow区（-10区，TATA区，RNA Pol结合位点），-35区（RNA Pol结合位点），
真核中，Hogness区（真核TATA区），CAAT区（该区与原核中-35区对应）。
原核生物中，-10区和-35区应保持最佳距离，否则会导致下降突变（如果Pribnow区从TATAAT变成AATAAT就会大大降低其结构基因的转录水平）和上升突变（增加Pribnow区共同序列的同一性）。
真核生物中，将TATA区上游的保守序列称为上游启动子元件UPE或上游激活序列UAS（CAAT区和GC区）。TATA区可使转录精确起始，CAAT区和GC区可控制转录起始频率。
1.8.2RNA聚合酶与mRNA
RNA Pol（既可结合双链DNA，又可结合单链DNA）通过氢键互补的方式识别碱基。RNA Pol首先与启动子区闭合双链DNA结合，产生二元闭合复合物，再解链得到二元开链复合物。
原核生物只有一种RNA Pol，真核生物有三种以上RNA Pol。
原核初级转录产物大多是编码序列，真核转录产物含有大量的内含子序列。
原核初级转入产物几乎不需加工可直接作为翻译模板，真核转录产物需经剪接修饰等才成为成熟的mRNA。
原核细胞中转录翻译在同一空间内同步进行，真核mRNA与蛋白的合成发生在不同的时空范围。
原核生物mRNA特征，半衰期短，多顺反子，没有5端帽子和3端Poly A尾（SD序列在核糖体-mRNA的结合过程起作用）。真核生物mRNA特征，单顺反子，有5端帽子，有3端Poly A尾（ 转录后hnRNA加上去的，组蛋白基因无），编码功能蛋白通过RNA Pol Ⅱ进行转录。
1.8.3增强子
增强子是DNA上能提高转录起始效率的序列。具有远距离效应，无方向性，顺式调节（只调节位于同一染色体上的把基因），有细胞组织特异性，没有物种和基因的特异性，有相位性（其作用和DNA的构象有关），受外部信号的调控。
1.8.4转录抑制
利福霉素（与β亚基结合抑制起始），利迪链霉素（与β亚基结合抑制起始），放射线素D（与DNA结合阻止延伸），α-鹅膏蕈碱（与RNA聚合酶Ⅱ结合）。
1.9RNA的编辑、再编码和化学修饰
RNA的编辑，导致DNA所编码的遗传信息改变。位点特异性脱氨基作用，尿嘧啶插入或删除。有校正作用，调控翻译，扩充遗传信息作用。
RNA的再编辑，RNA编辑和读码方式的改变。核糖体程序性前后移位，核糖体跳跃，终止子通读。可以从一个mRNA产生两种或多种关联但不同的蛋白质。
RNA的化学修饰，甲基化，去氨基化，硫代，氨基同分异构化，二价键的饱和化，核苷酸的替代。
核酶，是一类具有催化功能的RNA分子，可以断裂RNA链中的磷酸二酯键，阻断基因表达。催化部位多具有锤头结构。分为剪切型核酶和剪接型核酶。
1.10RNA的转录后加工及其意义
大多数真核基因都是由蛋白质编码序列和非编码序列两部分组成。编码的序列称为外显子，非编码的序列称为内含子。
1.10.1真核tRNA前体的转录后加工
内含子特点：长度和序列没有共同性，位于反密码子的下游，边界没有保守序列。
核酸内切酶切割内含子连接酶连接，核苷酸转移酶3端加CCA，稀有碱基多修饰频繁。
1.10.2真核rRNA前体的转录后加工
真核rRNA无内含子。在核仁中被切割成不同长度的rRNA。
1.10.3真核mRNA前体的转录后加工
由snRNA参与的剪接：有5种snRNA（U1，U2，U4，U5，U6）和一些剪接因子（SF），装配形成剪接体。
自我剪接：内含子的RNA本身具有催化活性，无须形成剪接体。分为Ⅰ类内含子自我剪接（需要鸟苷参与）和Ⅱ类内含子自我剪接（不需要鸟苷参与，会形成套索内含子）。
由蛋白酶参与的剪接：主要在tRNA前提中发现。
1.11mRNA、tRNA、rRNA的后加工
RNA加工过程：将一个RNA元初转入产物转换成成熟RNA分子的反应过程。
rRNA：分子内切割与化学修饰（核糖甲基化）。tRNA：核苷修饰与剪接。mRNA：生成前体pre-mRNA（hnRNA），再加工剪接。
真核基因转录后加工具有多样性。分为简单转录单位（只编码产生一个多肽）和复杂转录单位（具有内含子）。
1.12逆转录的过程
以RNA中介反转录为DNA，可以将DNA整合到宿主细胞的基因组上，有长末端重复序列（LTR）。
逆转录转座子在插入位点上形成短的正向重复序列，由于缺乏外壳蛋白基因不能形成病毒颗粒，不会在细胞间发生转移，其中的非病毒超家族不能编码转座酶。
逆转录病毒的转录以tRNA为引物DNA整合到宿主染色体上的位点是随机的。
1.13逆转录病毒的生活史
RNA病毒可分为dsRNA病毒和ssRNA（多）病毒两大类。ssRNA可分为+ssRNA（可直接作为mRNA）和-ssRNA（需先合成具有mRNA功能的互补链）。
病毒进入活细胞内，首先释放出核酸，自行复制，复制出更多同样的子代核酸，由病毒核酸转录成病毒mRNA，再以mRNA为模板翻译出病毒所需要的蛋白质，包括病毒的酶类等非结构蛋白和结构蛋白。最后再由病毒核酸与蛋白质装配成具有感染性的完整病毒颗粒。
1.14RNA的复制
1.14.1双链RNA病毒的RNA复制
dsRNA在复制时，必须先以其原负链为模板，复制出+RNA，再由+RNA复制出新的负链，构成子代RNA。
1.14.2单链RNA病毒的RNA复制
-ssRNA（需先合成具有mRNA功能的互补链）首先转录出互补+RNA，形成复制中间体（±RNA），产生更多的+RNA，以其中部分+RNA为模板复制出子代-RNA，部分+RNA起mRNA作用，翻译出病毒的结构蛋白和非结构蛋白。
+ssRNA（可直接作为mRNA）在复制时，必须先以其原负链为模板复制出+RNA，再由+RNA复制出新的负链，构成子代RNA。
1.15RNA传递加工遗传信息
RNA有极大的拷贝数（可反转录产生与RNA信息相一致的DNA分子），还是获得性遗传的分子基础（既是信息分子，又是功能分子）。
1.16染色体与DNA
1.16.1染色体概述
染色体包括DNA和蛋白质两大部分。同一物种内每条染色体所带的DNA的量是一定的，不同物种间差异很大。
1.16.2真核生物基因组的组成及其特征
1.16.2.1蛋白质
组蛋白（大多含有赖氨酸和精氨酸）。进化上高度保守。无组织特异性。肽链上氨基酸分布不对称性。存在较普遍的修饰作用。富含赖氨酸的组蛋白H5。
非组蛋白。 HMG蛋白，DNA结合蛋白，A24非组蛋白。
1.16.2.2基因组DNA
真核细胞基因组最大的特点是，含有大量的重复序列。功能DNA序列大多被非功能DNA隔开。一种生物单倍体基因组DNA的总量称为C值。某些两栖类C值甚至比哺乳类还大，这是C值反常现象。
不重复序列（结构基因），中度重复序列（rRNA，tRNA，组蛋白基因等），高度重复系列（只在真核生物中出现，与染色体的稳定性有关，卫星DNA等）。
基因组庞大。存在大量的复制序列。大部分为非编码序列。转录产物为单顺反子。是断裂基因（内含子）。存在大量的顺式作用元件（启动子，增强子，沉默子）。存在大量的DNA多态性。具有端粒结构（保护DNA完整复制，保护染色体末端，决定细胞寿命）。
SNP单核苷酸多态性，基因组DNA序列中，由于单个核苷酸的突变而引起的多态性。这是基因组中最简单最常见的多态性形式，具有很高的遗传稳定性。根据分布位置的不同，可以分为基因编码区SNP（cSNP，总量少），基因调控区SNP（pSNP），基因见随机编码区SNP（rSNP）。cSNP可分为同义cSNP和非同义cSNP（导致生物性状改变的直接原因）。
1.16.2.3染色质与核小体
核小体（DNA双链以左手螺旋缠绕在组蛋白形成的八聚体核心上）→念珠状结构→染色质丝→组成突环→玫瑰花结→螺线圈→超螺线圈→染色单体。
1.16.3原核生物基因组及其特征
基因组小（只有一条染色体，DNA含量少）。是单拷贝基因。几乎由功能基因和调控序列组成。几乎所有基因序列都与其编码的蛋白质呈线性对应状态。有重叠基因。
1.17DNA的转座
1.17.1转座子的分类和结构特征
转座子可分为两类，插入序列和复合型转座子。
原核生物，插入序列，类转座因子，复合转座子，TnA转座子家族。
真核生物，转座子，反转录转座子。
1.17.2转座作用的机制
不同的转座子的靶序列（有两个短的正向重复）长度不同，但对于一个特定的转座子来说，它所复制的把序列长度都是一样的。
转座可被分为复制型（TnA转座子）和非复制型（IS，Tn5）两大类。在复制型转座中，整个转座子被复制了，所移动和转位的仅仅是原转座子拷贝。转座酶和解离酶分别作用于原始转座子和复制转座子。在非复制型转座中，原始转座子可作为一个可移动的实体直接被移位。
1.17.3转座作用的遗传学效应
引起插入突变。导致极性突变或表达失活。
转座产生新的基因。抗药性基因。
转座产生染色体畸变。在两个正向重复转座区之间引起DNA缺失，在两个反向重复转座区之间引起DNA倒位。
转座引起生物进化。
1.17.4真核生物中的转座子
1.17.4.1转座子
玉米内的可控制因子：可分为自主性因子和非自主性因子，如Ac-Ds体系（激活-解离系统，它通过非复制型机制进行转座）。
果蝇中的转座子： P转座子导致杂种不育。
1.18.4.2反转录转座子
反转录病毒、RNA：整合宿主靶DNA。
病毒超家族： LTR编码反转录或整合酶，可含内含子。
非病毒超家族：无重复序列，编码转座产物，无内含子。
1.17.5转座子Tn10的调控机制
Tn10是一种复合转座子，大小为9300bp，具有抗四环素抗性基因。它的两端的末端重复长22bp，但是，只有最靠近外侧的13bp是转座所必需的，该序列突变，其转座作用丧失。这些突变的效应是顺式的，与它并存于同一细胞的野生型组件不能恢复突变体的转座能力。
Ac-Ds体系的自主转座子Ac长4563bp，转录生成单一RNA，剪接后的RNA长3500bp，含一个由807个密码子组成的阅读框，被4个内含子分割成为5个外显子。转座子Ac两端有11bp的反向重复序列。在其靶DNA位点，复制形成8bp正向重复。已知所有Ds都是转座子Ac的缺失突变体，如9缺失194bp。非自主转座子虽然缺失内源序列，但是其两端转座特征序列是完整的，只有细胞内有相应的转座酶活性，它才能恢复转座性能。
两者的相同点为：①在转座因子的两端，都有末端重复序列。②都有可读框，编码转座酶，促进转座因子的转座。③受体DNA上都有一段靶序列，转座因子导致靶序列两侧出现正向重复序列。
两者的不同点为：①Tn10具有抗四环素抗性基因，当其转入宿主细胞后，宿主细胞具有抗药性。②Ac-Ds体系由自主转座子Ac和非自主转座子组成。Ac具有自主剪接和转座功能。Ds单独存在是稳定，不能转座。
2、蛋白质的合成
考试要求
（1）全面了解蛋白质合成的过程【2.4】（2）熟练掌握蛋白质合成中模板和遗传密码的特点【2.2】（3）掌握蛋白质合成的一般特征【2.1】（4）掌握参与蛋白质合成的主要分子的种类和功能【2.3】（5）掌握蛋白质合成的过程和肽链的后加工过程【2.4.5，2.4.6，2.5】（6）理解真核生物与原核生物蛋白质合成的特点及异同【2.6】（7）理解蛋白质合成的抑制因子及其应用【2.7】
考试内容
2.1蛋白质合成的一般特征
蛋白质的合成，包括翻译的起始，肽链的延伸，肽链的终止及释放。
2.2模板、极性、遗传密码的特点
翻译从起始密码子AUG（Met）开始，沿mRNA5→3方向，阅读密码子。
三联密码子具有连续性，简并性，通用性与特殊性。
摆动学说（密码子与反密码子配对中，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）。
2.3参与蛋白质合成的主要分子的种类和功能
2.3.1tRNA
tRNA二级结构呈三叶草形（包含受体臂，TΨC臂，反密码子臂，D臂），三级结构呈倒L型。tRNA有运载氨基酸，解读mRNA遗传信息的作用。
起始tRNA：原核（fMet），真核（Met）。
延伸tRNA：除起始tRNA的tRNA。
同工tRNA：同一种氨基酸的tRNA。
校正tRNA：无义突变校正（突变为终止密码子，使蛋白提前终止，合成无意多肽），错义突变校正（使一种氨基酸密码子变成另一种氨基酸的密码子）
氨酰-tRNA合成酶（AA-tRNA合成酶）催化氨基酸与tRNA结合。
2.3.2核糖体
核糖体由大小两个亚基组成，具有核糖体蛋白（r-蛋白），核糖体RNA（5SrRNA，16SrRNA，23SrRNA）。
原核核糖体70S，包括30S（16S），50S（23S，5S）。真核核糖体80S，40S（18S），60S（28S，5.8S，5S）
SD序列：原核mRNA起始密码子AUG上游-10区有一段可与核糖体结合，富含GC的3~9个核苷酸的共同序列。与16SrRNA的5端互补。
核糖体是蛋白质合成场所。可容纳另一种携带肽链的tRNA（肽基-tRNA）。负责肽链衍生的各种延伸因子的结合。小亚基识别结合模板mRNA。大亚基负责氨基酸及tRNA携带的功能。
核糖体包括至少5个活性中心。mRNA结合位点（小亚基上），AA-tRNA结合位点（A位，大亚基上），肽基-tRNA结合位点（大亚基上），肽基转移部位（P位），转肽酶中心（形成肽键的部位）。
2.4蛋白质合成的生物学机制及其调控机制
2.4.1氨基酸的活化
AA-tRNA合成酶活化
2.4.2翻译的起始
其实密码子有两种，AUG（甲硫氨酸）GUG（缬氨酸，极少出现）。
原核生物的起始密码子携带的氨基酸甲酰化（fMet-tRNA），真核生物无甲酰化过程（Met-tRNA）。
原核①30S小亚基先与翻译起始因子IF1和IF3结合，通过SD序列与mRNA模板结合。②IF2和GTP参与fMet-tRNA进入小亚基P位，反密码子与起始密码子配对。③小亚基复合物（tRNA，mRNA，三个翻译起始因子）与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。
真核生物蛋白质生物合成，其是机制与原核生物基本相同，差异主要是核糖体较大，有较多的其实因子参与。
2.4.3肽链的延伸
后续AA-tRNA与核糖体结合。AA-tRNA先与EF·Tu·GTP形成复合物，进入A位，释放GDP使EF·Tu结合另一分子GTP，进入下一循环。
肽键生成。AA-tRNA占据A位，fMet-tRNA占据P位。肽基转移酶催化，A位上的AA-tRNA转移到P位，与fMet-tRNA上的氨基酸生成肽键。起始tRNA离开P位，A位接受新AA-tRNA。
位移。核糖体通过EF-G介导的GTP水解提供能量，向mRNA模板3端移动一个密码子，使二肽基-tRNA完全进入P位。
2.4.4肽链的终止
A位出现UAA（赭石）、UAG（琥珀）、UGA（蛋白石），没有相应的AA-tRNA与之结合。释放因子（RF）识别结合终止密码子。水解P位上的多肽链与tRNA之间的二酯键。肽链释放，大小亚基分离。原核生物中有三种释放因子：Ⅰ类释放因子（RF1、RF2），Ⅱ类释放因子（RF3）。真核生物有两种释放因子：Ⅰ类释放因子（eRF1），Ⅱ类释放因子（eRF3）。
2.4.5蛋白质前体的加工
加工修饰后才能转变为有活性的蛋白质。N端fMet和Met的切除、二硫键的形成、特定氨基酸的修饰（磷酸化、糖基化、甲基化、乙酰化）、新生肽非功能片段的切除。
2.4.6蛋白质的折叠
边翻译边折叠。酶和分子伴侣参与折叠过程。
分子伴侣：包括热休克蛋白和伴侣素。广泛存在于原核生物和真核生物中，是生物大分子折叠，组装，转运及降解等过程中起协助作用，参与协助抗原的呈递和遗传物质的复制，转录及构象的确立，但自身并不发生任何变化的一大类蛋白质分子。
2.5肽链的后加工过程
N端fMet或Met的切除。脱甲酰化酶（原核），氨肽酶（真核）。
二硫键的形成。有两个半胱氨酸残基通过氧化作用形成。
特定氨基酸的修饰。磷酸化，由多种蛋白激酶催化。糖基化，由内质网中的糖基化酶催化。甲基化，由细胞质基质内N-甲基转移酶催化。乙酰化，由N-乙酰转移酶催化多肽链的N端。
新生肽非功能片段的切除。前胰岛素原先切除信号肽变为胰岛素原，再切除C-肽才能成为有活性的胰岛素。
2.6真核生物与原核生物蛋白质合成的特点及异同
原核起始tRNA为fMet-tRNA，而真核起始tRNA为Met-tRNA（无甲酰化）。
原核起始因子有三种（IF1，IF2，IF3），而真核有较多的起始因子参与。
原核小亚基在形成起始复合物时先与mRNA结合，再与起始tRNA结合。而真核小亚基先与氨酰化的起始tRNA结合，再与mRNA结合。
2.7蛋白质合成的抑制因子及其应用
氯霉素，阻止mRNA与核糖体结合。
四环素类，阻止AA-tRNA与核糖体结合。
链霉素，干扰fMet-tRNA与核糖体的结合。
嘌呤霉素，结合在核糖体的A位，抑制AA-tRNA的进入，提前释放肽链。
卡那霉素、青霉素、四环素、红霉素只与原核细胞核糖体作用。
放线菌酮只作用于真核核糖体。
氯霉素、链霉素、蓖麻霉素、嘌呤酶素可与所有核糖体结合。
3、基因表达调控
考试要求
（1）理解转录水平上的基因表达调控【3.1，3.2】和翻译水平上【3.1.6】的基因表达调控（2）熟练掌握，灵活运用启动子与转录起始【3.2.2.3】（3）理解RNA聚合酶与启动子的相互作用【1.5.2】（4）熟练掌握，灵活运用乳糖操作子模型【3.1.2】（5）熟练掌握真核生物DNA水平的调控【3.2】（6）熟练掌握顺式作用元件与基因调控【3.2.2】（7）熟练掌握反式作用因子对转录的调控【3.2.3】（8）了解蛋白质的加工成熟【3.2.2.6】（9）了解真核基因转录的表观遗传调控【3.2.4】
考试内容
3.1原核基因表达调控
3.1.1原核基因表达调控总论
3.1.1.1转录调节的类型及其特征
从DNA到蛋白质或功能RNA的过程称为基因表达，这个过程的调节称为基因表达调控。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，翻译后水平。
负调控（negative control），调节基因的产物是阻遏蛋白（repressor），阻止基因转录。可分为负控诱导（阻遏蛋白不与效应物结合时，基因不转录），负控阻遏（阻遏蛋白与效应物结合时，基因不转录）。
正调控（positive control），调节基因的产物是激活蛋白（activator）。可分为正控诱导系统（有效应物时，激活蛋白处于活性状态，基因转录），正控阻遏系统（有效应物时，激活蛋白处于无活性状态，基因不转录）。
诱导表达（induction expression），基因由原来关闭的状态转变为工作状态，激活基因表达，基因表达产物增加。
阻遏表达（repression expression），基因由原来开启的状态转变为关闭状态，阻遏基因表达，基因表达产物减少。
顺式调控（cis）：一段非编码DNA序列对基因转录的调控作用。可分为顺势正调控（促进转录，启动子，增强子），顺势负调控（抑制转录，沉默子）。
反式调控（trans）：一种转录因子（一般为蛋白质）作用于顺式调控元件，对基因转录进行调控。可分为反式正调控（促进基因转录， RNA聚合酶），反式负调控（阻遏基因转录，阻遏蛋白）。
弱化子：原核生物操纵子中最能显著减弱甚至终止转录作用的一段核苷酸序列，该区域能形成不同的二级结构，利用原核生物转录与翻译的偶联机制对转录进行调节。
操纵子：原核生物中有一个或多个相关基因以及转录翻译调控元件组成的基因表达单元。起信号作用的一般为AA-tRNA的浓度。典型的操纵子，包括结构基因，调控元件和调节基因。
3.1.1.2启动子与转录起始（要求熟练掌握，灵活运用）
见【1.8.1】【1.8.3】
3.1.1.3RNA聚合酶与启动子的相互作用
见【1.5.2】
3.1.1.4环腺苷酸受体蛋白对转录的调控
cAMP的在线苷酸环化酶的作用下由ATP转变而来。cAMP的浓度受到葡萄糖代谢的调节。细菌在缺乏碳源或不进行糖酵解的糖的培养基中细胞内的cAMP就高，细菌在含有葡萄糖的培养基中细胞内的cAMP就低。
代谢物激活蛋白（CAP）能结合cAMP，又被称为环腺苷酸受体蛋白（CRP）。CAP-cAMP可以结合到CAP位点，可以激活lac操纵子。
3.1.2乳糖操纵子与负控诱导系统
3.1.2.1酶的诱导——lac 体系受调控的证据
lac基因型大肠杆菌细胞内，β-半乳糖苷酶和透过酶的浓度很低。在无葡萄糖的培养基上，加入乳糖，细菌将同时合成β-半乳糖苷酶和透过酶。
乳糖类似物（安慰性诱导物）：与转录调控中实际诱导物相似的一类高效诱导物，但不是该诱导酶的底物。异丙基硫基半乳糖苷（TPTG）和硫甲基半乳糖苷（TMG）。不是半乳糖苷酶的底物。
3.1.2.2操纵子模型（要求熟练掌握，灵活运用）
Z，Y，A基因产物由同一条多顺反子mRNA所编码，是结构基因，用于表达性状。该mRNA分子的启动区（P，启动子，启动基因的转录和翻译）位于阻遏基因（I，调节基因，调节分泌阻遏物或诱导物）与操纵区（O，操纵基因，与阻遏蛋白的结合部位）之间，不能单独起始半乳糖苷酶和透过酶基因的高效表达。
当阻遏物与操纵区O相结合时，lac mRNA的转录起始受到抑制。
诱导物通过与阻遏物结合，改变其三维构象，使之不能与操纵区O相结合，诱发lac mRNA的合成。
加乳糖以前，lac操纵子本底水平表达。加乳糖后，生成异构乳糖与阻遏物结合，使阻遏物失活，mRNA大量表达，提高β-半乳糖苷酶和乳糖透过酶浓度。乳糖耗尽，阻遏状态重新形成，β-半乳糖苷酶半衰期长，活性下降滞后。
lac操纵子阻遏物mRNA是由弱启动子控制下永久型合成的。当I基因由弱启动子变为强启动子，细胞内将不可能产生足够的诱导物来克服阻遏状态，整个lac操纵子在这些突变体中不可诱导。
β-半乳糖苷酶在乳糖代谢中把乳糖分解成葡萄糖及半乳糖。当有葡萄糖存在时，它的某些降解产物抑制lac mRNA的合成。有葡萄糖存在的情况下，即使在细菌培养基中加入乳糖，半糖阿拉伯糖或是麦芽糖等诱导物，与其相对应的操纵子也不会启动，这称为葡萄糖效应，也称为降解物阻遏。
cAMP-CRP复合物是正调控因子，与启动子结合，是合成lac mRNA所必须的，有利于启动区开放。葡萄糖导致细胞cAMP含量降低，使cAMP-CRP不能活化。
3.1.2.3lac操纵子DNA的调控区域
P区（启动子区），一般从I基因结束到mRNA转录起始位点下游5~10bp。
O区（阻遏物结合区），位于-7~+28位，其碱基序列有对称性，对称轴在+11位处。
3.1.2.4lac操纵子中的其他问题
诱导物需要穿过细胞膜才能与阻遏物结合，而转运诱导物需要转运酶。
乳糖并不与阻遏物结合，真正的诱导物是在β-半乳糖苷酶的催化下由乳糖形成的异构乳糖。
在没有诱导物的情况下，转运酶和β-半乳糖苷酶仍有本底水平的表达。阻遏物的结合并非绝对紧密，偶尔会掉下，使转录可以进行，表达量足以使诱导过程得以启动。
3.1.3色氨酸操纵子与负控阻遏系统
3.1.3.1trp操纵子的阻遏系统
trpE和trpG（编码邻氨基苯甲酸和酶）
trpC（编码吲哚甘油磷酸合酶）
trpB（编码色氨酸合酶β亚基）
trpA（编码色氨酸合酶α亚基）
trpD（编码邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶）
trpF（编码异构酶）
trpE和trpG，trpC和trpB，分别融合成一个基因。
trp操纵子通常处于开放状态，辅阻遏蛋白不与操纵基因相结合。
培养基中色氨酸含量较高时，它与游离的辅阻遏蛋白结合，使之与操纵区DNA紧密结合。培养基中色氨酸供应不足时，辅阻遏物失去色氨酸并从操纵区上解离。
3.1.3.2弱化子与前导肽
在trp的mRNA的5端有一个162bp的片段称为前导区，其中123-150bp碱基序列如果缺失，trp基因表达可提高。mRNA合成起始以后，除非培养基中完全没有色氨酸，转录总是在这个区域终止，终止trp基因转录。这个区域称为弱化子，该区mRNA可通过自我配对形成茎环结构。
前导序列包括起始密码子和终止密码子，可产生14个氨基酸的前导肽。
3.1.3.3trp操纵子弱化机制的实验依据
前导序列第10和第11位上有相邻的两个色氨酸密码子。
前导序列区能以两种不同的方式进行碱基配对。1-2区和3-4区配对，2-3区配对，当4区终止密码子未自我配对时有利于转录进行。
3.1.3.4阻遏作用与弱化作用的协调
弱化子对RNA聚合酶的影响，依赖于前导态翻译中核糖体所处的位置。
培养基trp浓度低时，搭载trp的tRNA就少，翻译通过两个色氨酸密码子的速度就慢。当4区被转录完成时，核糖体停留在两个相邻的trp密码子处，2-3区配对，不形成3-4区终止结构，转录继续。
培养基trp浓度高时，核糖体顺利通过两个相邻的trp密码子，在4区被转录之前就到达2区，3-4区配对形成茎环终止结构，转录停止。
弱化作用的条件：①属于合成代谢操纵子。②前导顺序中要有相应氨基酸的密码子。③转录和翻译必须偶联（真核中不存在这种调节）。④要具有4组配对区。
3.1.4其他操纵子
3.1.4.1半乳糖操纵子
有两个启动子P1和P2，mRNA可从两个不同的起始点开始转录。每个启动子各有RNA Pol结合位点S1和S2。S1转录只在无葡萄糖（有cAMP-CRP）有半乳糖时才启动。S2转录依赖于葡萄糖（无cAMP-CRP）。
有两个操纵基因Oe和Oi，Oe在上游，位于CAP位点之内，Oi在基因gal内部，Oe和Oi离启动子都有一段距离，不直接接触。
有Glu。有Gal ，P2启动S2转录galE，组成型表达。无Gal， Oe和Oi相互作用，成环，转录只进行20bp就停止。
无Glu。有Gal， P1启动，三个基因转录。无Gal，P1不启动。
3.1.4.2阿拉伯糖操纵子
AraC蛋白有激活功能（Cind）。C结合诱导物Ara形成复合体，诱导C蛋白。诱导C蛋白结合araI区，使RNA Pol结合于Pbad位点，转录BAD三个基因。
AraC蛋白有阻遏功能（Crep）。C蛋白结合于araO1区，起阻遏作用，同时也反馈性的阻遏了其本身表达。
AraC蛋白有调节功能（调节子）。C蛋白可以调节分散的基因araE和F。
ara操纵子有两个启动子Pc（向右转录araC基因）和Pbad（向左转录araBAD基因），可双向转录。
Pc启动子和araO1重叠。
有Ara。有Glu（无CAP），araC本底转录，少量Crep结合araO1，阻止转录。无Glu（有CAP），Ara与C结合产生Cind，结合到araI，Pbad转录。
无Ara。Crep过量，结合araO1阻遏araPc或者O1O2成环，阻遏Pc或Pbad。
3.1.4.3组氨酸操纵子
hut操纵子编码4种酶（hutG，hutH，hutI，hutU），1个阻遏物（hutC）。
hut操纵子的一个正调节因子可参与促进RNA Pol与启动子结合。
hut操纵子的每一个启动子上都有CAP结合位点。
3.1.4.4recA操纵子
当细菌DNA遭到破坏时，细菌会启动一个被称为SOS的诱导型DNA修复系统。但由于参与SOS DNA修复系统的许多基因分散在染色体的各个部位，都同时受到LexA阻遏蛋白的抑制。
一般情况下，recA基因表达并不完全受LexA阻遏蛋白的阻遏，可以参与细菌中SOS体系的诱导表达。
recA基因表达RecA蛋白主要功能是通过引起LexA阻遏蛋白的降解，从而解除它对DNA修复相关基因的转录抑制。
3.1.4.5多启动子调控的操纵子
rRNA操纵子。大肠杆菌rrnE有两个启动子P1和P2。对数生长期，P1起始产物比P2产物多。细菌处于紧急状态，细胞中ppGpp增加，P1被抑制，由P2起始rrnE基因转录。
核糖体蛋白SI操纵子。rpsA有4个启动子，P1P2是强启动子， P3P4是弱启动子。在紧急情况下，P1P2受ppGpp抑制，由P3P4起始合成SI蛋白，满足最低需要。
DnaQ蛋白操纵子。DnaQ蛋白是DNA Pol的亚基。RNA Pol活性较低（增值速度慢），操纵子转录由弱启动子P2控制。RNA Pol活性较高（增值速度快），操纵子转录由强启动子P1控制。
3.1.5λ噬菌体基因表达调控
3.1.5.1λ噬菌体
λ噬菌体是长尾噬菌体科的一种温和噬菌体。λ噬菌体是双链DNA噬菌体，有直径55nm的二十面体头部，末端有细长尾丝的非收缩尾。DNA是线性分子，有黏性末端即单链延伸12bp，故感染后线性基因组可立即环化。
3.1.5.2λ噬菌体基因组
λ噬菌体的基因组长达50 Kb，共61个基因，其中38个较为重要。可分为裂解周期和溶原周期。
整合在宿主基因组上的温和噬菌体的核酸称之为前噬菌体。
3.1.5.3溶原化循环和溶菌途径的建立
子代噬菌体增殖到一定数量时（噬菌体晚期基因可编码合成一种溶菌酶），使细菌裂解，噬菌体释放游离，又可去感染另外的细菌，称溶菌周期。
温和噬菌体在吸附和侵入宿主细胞后，将噬菌体基因组整合在宿主染色体上（或以质粒形式存在细胞内），随宿主DNA复制而同步复制，随宿主细胞分裂而传递两个子细胞中，宿主细胞则可正常繁殖，称为溶源周期。
3.1.5.4O区
λ噬菌体可分为三个部分，左臂（编码噬菌体的头部尾部尾丝以及组装蛋白）、中段（DNA整合和切出以及溶原生长所需的序列）、右臂（调控区）。
3.1.5.5λ噬菌体的调控区及λ阻遏物的发现
细胞质中CI基因的产物CI蛋白，这是一种阻遏蛋白，可以阻止λ左右早期启动子的转录，使之不能产生一些复制及细胞裂解的蛋白。λ的DNA随着宿主的染色体复制而复制。但在UV诱导下Rec蛋白可降解CI蛋白，诱导90%的细胞裂解。
3.1.5.6CI蛋白和Cro蛋白
DNA侵入宿主细胞后，溶原和裂解途径最初过程相同。两者均要求前早期和晚早期基因的表达，然后发生歧化，前早期和晚早期基因表达最终产生CI蛋白，使进入溶原状态。晚期基因表达使噬菌体进入裂解阶段。
溶原循环的步骤，DNA整合到宿主染色体上，成为前噬菌体状态。阻遏蛋白操纵子的表达产物CI蛋白与cI基因左右两边操纵子（早左操纵子和早右操纵子）的操纵基因（OL和OR）结合，抑制转录，阻断整个裂解途径。CI蛋白易在紫外线等因素下钝化。
裂解循环的步骤，可分为三个阶段，前早期、晚早期和晚期，分别对应三种操纵子，早左、早右和晚期操纵子，合成了三种调节蛋白，N蛋白、Cro蛋白和Q蛋白。cI基因关闭，CI蛋白不合成，解除CI蛋白对早左早右操纵子的控制，早左早右操纵子产物为N蛋白和Cro蛋白。N蛋白使前早期基因的转录越过终止信号进入晚早期基因（产生Cro蛋白），Cro蛋白阻遏CI蛋白的合成。
3.1.6转录后调控
3.1.6.1稀有密码子对翻译的影响
细胞对应稀有密码子的tRNA较少，高频率的使用，翻译过程易受阻。
3.1.6.2重叠基因对翻译的影响
重叠基因：同一段DNA的编码顺由于阅读框架的不同或终止早晚的不同，同时编码两个或两个以上的多肽链的基因。
正常情况下，trp操纵子5个基因产物是等量的，这是由于其相邻的两个基因之间有重叠现象，翻译出现偶联。翻译偶联可以保证两个基因产物在数量上相等。
3.1.6.3Poly(A)对翻译的影响
以5UTR作用为主
3.1.6.4翻译的阻遏
核糖体蛋白质的合成需要严格保持与rRNA相适应的水平。有过量核糖体游离蛋白质存在时，引起自身以及有关蛋白质合成阻遏。
3.1.6.5mRNA自身结构原件对翻译的调控
起始密码子AUG上游的一段非翻译区（RBS）的结合强度与距离和结构有关。RBS中有SD序列，与核糖体16S rRNA的3端互补配对，促使mRNA与核糖体结合。
SD序列与AUG之间的距离（9bp为佳），影响翻译效率。
SD序列的结构。SD序列在二级结构中，影响与核糖体结合。
3.1.6.6mRNA稳定性对转录水平的影响
降解mRNA的酶都是3→5外切核酸酶，mRNA的二级结构具有阻遏这些酶的作用。IR（反向重复顺序）的存在可以防止外切酶的降解作用。一般mRNA的半衰期为2~3min。
3.1.6.7调节蛋白的调控作用
自翻译调控作用，mRNA编码的蛋白质本身也可以对相应的翻译过程产生调节作用。
3.1.6.8反义RNA的调节作用
反义RNA通过互补的碱基与特定的mRNA结合，来抑制翻译。
细菌根据环境压力的改变，会产生一些非编码小RNA分子，能与mRNA中特定序列配对并改变其构象，导致翻译过程被开启或关闭或降解。
反义RNA可以，与前mRNA结合，与相应的靶RNA结合，与起始密码子结合，与SD序列结合。
3.1.6.9RNA-RNA相互作用对翻译的影响
见【3.1.6.8】
3.1.6.10魔斑核苷酸水平对翻译的影响
严紧反应：细菌抵御不良条件，保存自己的一种机制。细菌在氨基酸饥饿时，体内产生严紧反应因子pppGpp，此时各种活动处于最低状态。
严紧反应导致两种魔斑的特殊核苷酸，鸟苷四磷酸（pppGpp）和鸟苷五磷酸（ppGpp）。
氨基酸饥饿时，大量的空载tRNA，使pppGpp大量合成。pppGpp影响RNA Pol与启动子结合的专一性。其作用是一大批操纵子。
3.1.7转录水平的其他调控方式
转录水平上的其他调控方式，包括σ因子的调节作用（原核聚合酶结合）、组蛋白类似蛋白的调节作用（维持DNA的高级结构）、转录调控因子的作用（CRP和SNR等）、抗终止因子的调节作用。
3.1.7.1σ因子的调节作用
不同的σ因子可以独立地起作用，但是为了保证细胞准确响应不同的环境细胞变化，σ因子之间常常交互，作用构成网络调控模式，使得原核基因的表达稳定而平衡。
σ因子本身的活性受到蛋白水解酶的调控，也能被同源的抗σ因子失活，这些抗σ因子能够与特定的σ因子结合，阻止他们与RNA聚合酶的组装。
3.1.7.2组蛋白类似蛋白的调节作用
细菌中存在一些非特异性的DNA结合蛋白，用来维持DNA的高级结构，被称为组蛋白类似蛋白（H-NS）。
H-NS包含两个结构域，一个DNA结合结构域和一个蛋白质-蛋白质相互作用结构域。H-NS先结合到DNA上，然后通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成多聚体，帮助维持DNA的高级结构。
3.1.7.3转录调控因子的作用
能够与基因启动子去相结合，对基因的转录起激活或抑制作用的DNA组合蛋白被称之为转录调控因子。
许多基因的启动子区有多个转录调控因子的结合位点，这些转录调控因子的共同作用才能使RNA Pol顺利地结合在DNA上起始基因转录的过程。
3.1.7.4抗终止因子的调节作用
抗终止因子（结合RNA Pol）是能够在特定位点上阻止转录终止的异类蛋白。当这些蛋白存在时，RNA Pol能够越过终止子，继续转录DNA。参与大肠杆菌抗终止作用蛋白是Nus蛋白。
依赖ρ因子的终止子，上有有抗终止信号。在RNA Pol到达终止子之前抗终止蛋白和nut位点结合，等待RNA Pol经过时修饰RNA Pol的构象，拮抗终止蛋白ρ的活性，使RNA Pol通过那些依赖ρ的终止子，转录得以继续进行。
3.2真核基因表达调控相关概念和一般规律
3.2.1真核细胞的基因结构
3.2.1.1基因家族（gene family）
基因家族：真核基因组中有许多来源相同结构相似功能相关的基因，其成员是由一个祖先基因经过多次重复或突变所产生的。
基因簇（gene cluster）：同一基因家族中，一些结构和功能更为相似的基因，彼此靠近成串排列在一起，形成一个基因簇。
基因簇一般分散在同一染色体不同部位，甚至位于不同染色体上。
简单多基因家族中的基因一般以串联方式前后相连。
复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成，基因家族之间有间隔序列隔开并作为独立的转录单位。
3.2.1.2真核基因的断裂结构
大多数真核基因都是由蛋白质序列（外显子）和非蛋白质系列（内含子）两部分组成的。少数基因（组蛋白，α与β干扰素基因）根本不带内含子。
外显子-内含子连接区的高度保守性和特异性碱基序列（GT-AG法则）。该序列可能与剪接机制密切相关。
组成型剪接：一个初级转录产物经过精确的拼接，只能产生一种成熟的mRNA的剪接方式。
选择性剪接：真核细胞基因转录出前体mRNA的剪接过程中，内含子或外显子是否出现在成熟mRNA中是可选择的。通过不同的简洁方式可以产生不同的mRNA。
3.2.1.3真核基因表达的方式及特点
管家基因：某些基因在一个个体内几乎所有细胞持续表达，各个阶段变化很小。管家基因表达又称为组成性表达。
可诱导基因：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。
可阻遏基因：若基因对环境信号应答是被抑制。
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。
空间特异性：在个体生长全过程中，某种基因的产物按不同组织空间顺序出现。
3.2.1.4真核基因表达的一般规律
真核基因表达调控特征，是在特定时间特定的细胞或组织中，特定的基因被激活。
瞬时调控（可逆性调控）：相当于原核细胞对环境变化所作出的反应。包括某种底物或激素水平升降，或细胞周期不同阶段酶活性的调节。
发育调控（不可逆调控）：真核基因调控的精髓部分，决定了真核细胞生长分化发育的进程。
3.2.1.5真核基因表达的转录水平调控
①一条成熟的mRNA只翻译出一条多肽链。②细胞DNA都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分DNA是裸露的。③真核细胞DNA中有很大部分是不转录的，存在内含子。④能够有序的根据生长发育阶段所需要，进行DNA片段重排及增加某些基因的拷贝数。⑤基因转录的调节区相对较大，相距较远。⑥RNA在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜，到达胞质才能翻译成蛋白质。⑦许多真核基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，才能顺利的翻译成蛋白质。
基因是产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。
真核基因的调控主要在转录水平上进行。转录调节的基本要素，包括顺式作用元件（cis，启动子，增强子，沉默子等），反式作用因子（trans，能够结合在顺势作用元件上的蛋白质或RNA）和RNA Pol Ⅱ（转录mRNA前体）
3.2.2顺式作用元件与基因调控
3.2.2.1Britten-Davidson模型
在个体发育期，许多基因被协同调控，而重复序列在调控中具有重要的作用。设想不连锁基因发生协同诱导是通过结构基因以外的三个遗传因子参与作用。
结构基因（生产基因，P），它的前端有一受体位点（R），可被激活因子（A）激活。 整合基因（I）是产生激活物的基因。 感受位点（S）负责接受生物体对基因表达的调控信号。
假定真核细胞基因组中存在一种感应位点，在感应位点上有由这一基因编码的感应蛋白。外来的信号物质和感应蛋白结合形成复合物。这种复合物作用于与之相邻的整合基因组，而转录产生激活蛋白mRNA，继而翻译形成激活蛋白（PA、PB）。这些激活蛋白只能识别位于结构基因前面的受体序列，并作用于受体序列，而使结构基因转录产生特异的酶或其他蛋白质。
3.2.2.2染色质结构对转录的影响
见【3.2.4】
3.2.2.3启动子（promoter）及其对转录的影响
启动子，真核基因启动子由核心启动子和上游启动子两个部分组成，是在基因转录起始位点（+1）及其5端上游的一组具有独立功能的DNA序列。
核心启动子元件（CPE）：RNA Pol起始转录所必须的最小DNA序列，包括TATA盒。确定转录起始位点，并产生基础水平的转录。
上游启动子元件（UPE）：包括CAAT盒与GC盒，以及更远的上游元件。能通过TFⅡD复合物调节转录起始频率，提高转录效率。
转录模板，包括从转录起始位点到RNA Pol Ⅱ转录终止处的全部DNA序列。
RNA Pol Ⅱ能直接或间接与启动子核心序列TATA区特异结合并启动转录的调节蛋白。需要蛋白质因子（TFⅡD复合物）。
3.2.2.4增强子及其对转录的影响
增强子是能够使和它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。
增强效应十分明显，与位置和取向无关，大多为重复系列，有严密的组织和细胞特异性，没有基因专一性，许多增强子还受外部信号的调控。
3.2.3反式作用因子对转录的调控
3.2.3.1CAAT区结合蛋白CTF/NF1
CAAT区多数是单独起作用的
识别CAAT区的CTF或NF1
3.2.3.2TATA和GC区结合蛋白
识别TATA区的TFⅡD
识别GC区的SP1
识别热击蛋白启动区的HSF
3.2.3.3RNA聚合酶III及其下游启动区结合蛋白
RNA Pol III：位于细胞核质内，主要合成小的RNA，比如5s rRNA， snRNA，tRNA（核内小RNA）等。其中snRNA参与RNA的剪接。
3.2.3.4其他转录因子及分子机制
反式作用因子有三个明显的作用特点特点。分子中含有DNA识别结合域，转录激活域，蛋白质-蛋白质结合域。能特异性识别及结合基因上游调控区的顺式作用元件。结合后可以激活或阻遏下游基因的表达。
DNA结合域具有多种结构模式，螺旋-转折-螺旋（HTH），锌指结构（通过半胱氨酸和组氨酸残基协调结合，不直接与DNA分子结合），同源结构域（HD），碱性-亮氨酸拉链结构（bZIP，不直接与DNA分子结合），碱性-螺旋-环-螺旋结构（bHLH），碱性α-螺旋。
转录活性域也常具有，酸性α-螺旋结构域（GAL4），富含谷氨酰胺结构域（SP1），富含脯氨酸结构域。
反式作用因子对转录起始的调控，包括反式作用因子的活性调节，反式作用因子与顺式元件的结合。
3.2.4染色质结构与基因转录调控
3.2.4.1表观遗传调控的基本概念
基因表达的表观遗传调控：在发生转录之前，染色体水平上的结构调整。主要包括DNA修饰和组蛋白修饰。
3.2.4.2DNA水平上的调控
DNA水平的调控是真核生物发育调控的一种形式，包括开放型活性染色质结构、基因丢失、扩增、重排和移位等方式。
3.2.4.3染色质结构与DNA的可接近性对转录的调控
真核基因的活跃转录是在常染色体上进行的。开放型活性染色质结构对转录有影响。
3.2.4.4DNA甲基化与基因转录调控
DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则能诱导基因重新活化和表达。
DNA甲基化能引起染色质结构，DNA构象，DNA稳定性，DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。主要形成5-mC、N6-mA、7-mG。
甲基化后，染色质对核酸酶或限制性内切酶的敏感度下降，不利于模板与RNA Pol结合。也可能引起X染色体失活。
CpG岛：甲基化的位点是CpG岛的C第5位。
3.2.4.5基因扩增（产生大量基因产物）
基因扩增：某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象。
3.2.4.6基因重排与交换（基因产物多样性的基础）
基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移到距他很近的位点而启动转录。
基因转换：异源双链DNA中的一条链转换，使其出现在碱基配对处与另一条链互补。
3.2.5染色质水平的调控
3.2.5.1组蛋白的化学修饰与基因转录调控
组蛋白乙酰化普遍存在于真核生物细胞内，涉及许多生理反应生化过程。组蛋白甲基化对整合基因表达调控。
3.2.5.2组蛋白乙酰化修饰与基因转录调控
核小体是组成染色质的基本结构单元，有组蛋白八聚体（两个H2A-H2B-H3-H4四聚体）和缠绕两圈的DNA组成。核心组蛋白朝向外部的N端部分（尾巴）可被组蛋白乙酰基转移酶（HAT）和组蛋白去乙酰化酶（HDAC）修饰。
HAT是组蛋白N端乙酰化，引起核小体解聚，染色体松弛，提高基因转录活性。HDAC使组蛋白去乙酰化，降低基因转录活性。
3.2.5.3组蛋白甲基化修饰与基因转录调控
通常发生在H3和H4组蛋白的N端精氨酸或赖氨酸残基上的甲基化，分别由精氨酸甲基转移酶（PRMT）和赖氨酸甲基转移酶（HKMT）催化。
精氨酸的甲基化与基因激活相关。
组蛋白甲基化可使，非组成型异染色质化、组成型异染色质化、表观修饰的遗传（玳瑁猫）、常表达染色质、修饰的整合作用。
3.2.5.4基因沉默对真核基因表达的调控
基因沉默：真核生物中有双链RNA诱导识别和清除细胞中非正常RNA的一种机制。分为转录水平基因沉默（转基因在细胞核内RNA合成受到了阻止而导致基因沉默）和转录后基因沉默（转基因能够在细胞核内被稳定的转录，但在细胞质里却无相应的mRNA）。
RNA干扰（RNAi，转录后基因沉默）：利用双链小RNA高效特异性降解细胞内同源RNA，从而阻止体内靶基因表达，使细胞出现把基因缺失表型的方法。
干扰小RNA（siRNA）：引发转录后基因沉默中序列特异性的RNA降解重要中间媒介。经Dicer切割成双链小片段，组装复合物，形成有活性的沉默复合物（RISC）。有两条链，一条为引导链（介导mRNA降解），另一条为乘客链（形成有功能的复合物前被降解）。siRNA介导的基因沉默有两个水平：转录后水平的mRNA降解、染色体水平上形成异染色质。可以维持基因组的稳定，保护基因组免受外源核酸侵入。
微RNA（miRNA，microRNA）：由具有发卡结构的单链RNA前体经过加工后生成的单链小分子RNA。可使互补的mRNA降解、miRNA可抑制mRNA的翻译，降低靶基因的蛋白水平但不影响mRNA水平。
3.2.5.5蛋白质翻译后修饰如蛋白质磷酸化、乙酰化与基因转录调控
蛋白质磷酸化，由蛋白质激酶催化的把ATP或GTP上的γ位的磷酸基转移到氨基酸残基的过程，为可逆过程。包括受cAMP水平调控的A激酶，C激酶与PIP2和IP3和DAG，CaM激酶和MAP激酶，酪氨酸蛋白激酶，蛋白质磷酸化参与细胞分裂CDK的调控。
蛋白质乙酰化，乙酰化使p53蛋白的DNA结合区域暴露，增强了DNA结合能力，促进靶基因转录。
3.2.5.6激素对基因转录的调控
许多类固醇激素以及一般代谢性激素的调控作用，都是通过其实金转录而实现的。靶细胞具有专业性的细胞质受体，可与激素形成复合物导致三维结构甚至化学性质发生变化。经修饰的受体与激素复合物，通过核膜进入细胞核内与染色质的特定区域结合，导致基因的起始或关闭。应答基因多为顺式作用元件，类似于增强子的作用。
3.2.6其他水平上的基因调控
3.2.6.1RNA的加工成熟
RNA加工过程：将一个RNA元初转入产物转换成成熟RNA分子的反应过程。
rRNA：分子内切割与化学修饰（核糖甲基化）。
tRNA：核苷修饰与剪接。
mRNA：生成前体pre-mRNA（hnRNA），再加工剪接。
真核基因转录后加工具有多样性。分为简单转录单位（只编码产生一个多肽）和复杂转录单位（具有内含子）。
3.2.6.2翻译水平的调控
扫描模式：40S核糖体首先于mRNA的5端结合，向3端滑行，遇到起始码子，与60S结合形成80S起始复合物。
真核mRNA5端帽子根据甲基化程度不同有三种，0型1型2型。
帽子结合蛋白（CBP）能专一识别帽子结构的蛋白。
mRNA5端先导序列：有帽子到起始密码子之间的核苷酸系列是不编码蛋白质的。
转运铁蛋白受体（TfR）铁蛋白负责铁吸收和铁解毒。其上存在铁应答元件（IRE），可以控制铁蛋白mRNA的翻译效率，促进TfR蛋白的合成。
许多可溶性蛋白因子（起始因子），对蛋白质合成的其实有重要作用。
3.2.6.3蛋白质的加工成熟
见【3.2.5.5】
4、基因工程和蛋白质工程
考试要求
（1）掌握基因工程操作的一般步骤【4.1】（2）理解DNA克隆的基本原理【4.2】（3）掌握各种水平上的基因表达调控【3】（4）了解人来基因组计划及核算序列分析【4.5】（5）掌握RNA和DNA的测序方法及其过程【4.6】（6）了解基因编辑技术的发展【4.8】（7）了解蛋白质工程的进展【4.9】
考试内容
4.1基因工程的简介
基因工程：体外将核酸分子插入病毒、质粒或其他载体分子中，构成遗传物质的重新组合，使之进入原先没有这类分子的寄主细胞内，并进行持续稳定的繁殖和表达的过程。
4.2DNA克隆的基本原理
克隆：含有单一的DNA重组体的无性繁殖系，或将DNA重组体引入宿主细胞，建立无性繁殖系的过程。
DNA分子克隆技术：在体外将DNA分子片段与载体DNA片段连接转入细胞获得大量拷贝的过程。
基本步骤包括：制备目的基因（化学合成法，基因组文库法，cDNA文库法）→将目的基因与载体用限制性内切酶切割和连接，制成DNA重组体→导入宿主细胞→筛选鉴定→扩增和表达。
载体在细胞内自我复制，并带动重组的分子片段共同增殖，从而产生大量的DNA分子片段。该技术的主要目的是获得某一基因或DNA片段的大量拷贝，有了这些与亲本分子完全相同的分子克隆，就可以深入分析基因结构与功能，随着引入的DNA片段不同，有两种DNA库，一种是基因组文库（存在于所有重组体内的基因组DNA片段的集合，含有了该生物的所有基因），另一种是cDNA文库（以mRNA为模板，在逆转入酶的作用下形成的互补DNA）。
4.3典型的遗传工程技术
RACE技术，cDNA末端快速扩增技术，从已知cDNA片段扩增全长基因的方法。根据已知序列设计基因片段内部特异引物，由该片段向外侧进行PCR扩增得到目的序列用于5端的方法称为5RACE，用于3端的方法称为3RACE。
α-互补蓝白斑筛选，白色菌落为转化成功的。
4.4载体改造原理
构建载体，启动子的选用和改造、增强翻译效率、消除位置效应、构建基因表达载体、定位信号的应用、内含子在增强基因表达方面的应用、多基因策略、筛选标记基因的利用和删除。
4.5基因来源、人类基因工程计划及核算顺序分析
人类基因组计划（Human Genome Project，HGP）：是一项规模宏大，跨国跨学科的科学探索工程。宗旨在于测定组成人类染色体（单倍体）中所包含的30亿个碱基对组成的核苷酸序列，从而绘制人类基因组图谱，并且辨识其载有的基因及其序列，达到破译人类遗传信息的最终目的。截止到2003年4月14日，人类基因组计划的测序工作已经完成。
DNA序列分析是进行基因的精细结构和功能分析、绘制基因图谱、转基因检测的重要手段。DNA序列测定主要是在DNA内切酶、合成酶的应用，高分辨率聚丙烯酰胺变性凝胶电泳技术等基础上建立起来的。用于测序分析的方法有Sanger的双脱氧链末端终止法和Maxam与Gilbert的化学降解法两种。
4.6DNA和RNA的测序方法及其过程
Sanger双脱氧链终止法（酶法）测序程序。核酸模板（可以是DNA、RNA、双链或单链）在核酸聚合酶（以RNA为模板，则用反转录酶，以双链作模板，要作变性处理）、引物、四种单脱氧核苷酸（dNTP，包括放射性标记的dNTP）存在条件下复制或转录时，如果在四管反应系统中分别按比例引入四种双脱氧核苷酸（ddNTP），当ddNTP掺入时，由于它在3’位置没有羟基，故不与下一个dNTP结合，从而使链延伸终止，链端掺入dNTP的片段可继续延长。如此每管反应体系中便合成以共同引物为5’端，以ddNTP为3’端的一系列长度不等的核酸片段。反应终止后，分四个泳道进行电泳。以分离长短不一的核酸片段（长度相邻者仅差一个核苷酸），根据片段3’端的双脱氧核苷酸，便可依次阅读合成片段的核苷酸排列顺序。
4.7基因的分离、合成和测序
在已知基因部分核苷酸序列或全部核苷酸序列的情况下，基因的制备方法主要可分为两大类：一类是基因化学合成法，一类是基因生物制备法。一般又可将基因生物制备法分为文库法、cDNA 文库法和PCR法等。
4.8基因编辑技术
基因敲除技术，可分为完全基因敲除（通过同源重组完全去除靶基因活性）和不完全基因敲出（通过定位重组系统，实现特定时间和空间的基因敲除）。
T-DNA插入失活技术是植物中最广泛的经敲除手段。将带有报告基因的DNA序列整合到基因组DNA上，如果这段DNA插入到目的基因内部或附近，就会影响该基因的表达。
基因编辑（gene editing），是一种新兴的比较精确的能对生物体基因组特定目标基因进行修饰的一种基因工程技术或过程。
基因编辑依赖于经过基因工程改造的核酸酶，也称“分子剪刀”，在基因组中特定位置产生位点特异性双链断裂（DSB），诱导生物体通过非同源末端连接（NHEJ）或同源重组（HR）来修复DSB，因为这个修复过程容易出错，从而导致靶向突变。这种靶向突变就是基因编辑。
基因编辑的关键是在基因组内特定位点创建DSB。常用的限制酶在切割DNA方面是有效的，但它们通常在多个位点进行识别和切割，特异性较差。为了克服这一问题并创建特定位点的DSB，人们对四种不同类型的核酸酶（Nucleases）进行了生物工程改造。它们分别是巨型核酸酶（Meganuclease）、锌指核酸酶（ZFNs），转录激活样效应因子核酸酶（TALEN）和成簇规律间隔短回文重复（CRISPR / Cas9）系统。
4.9蛋白质工程
蛋白质工程的内容包括，蛋白质结构分析，结构、功能的设计和预测，创造或改造蛋白质——新蛋白质。在实际当中，可以提高稳定性，融合蛋白，活性改变，致癌酶改造，嵌合抗体。
从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的核糖核苷酸序列（RNA）→找到相对应的脱氧核糖核苷酸序列（DNA）。
5、高等动物的基因表达调控与人类健康
5.1癌基因
癌基因（oncogene）：体外能引起细胞转化，在体内诱发肿瘤的基因。正常细胞低表达。分为病毒癌基因和细胞转化基因。
病毒癌基因（virus oncogene），病毒中存在的能诱导正常细胞转化为肿瘤细胞的致瘤基因。
细胞转化基因（cellular oncogene，原癌基因突变而成），存在于正常细胞中的癌基因同源性序列，起调节细胞生长和分化作用。其产物的一个共同特征是，都能诱发一系列与细胞生长分化有关的基因表达，从而改变细胞的表型。
5.2反转录病毒
反转录病毒：RNA病毒含反转录酶，在宿主中能利用RNA作为模板合成DNA，常引起宿主细胞恶变。
反转录病毒致癌基因：反转录病毒中能够使细胞发生恶性转化的基因。
原基因（provirus）：整合于宿主细胞染色体基因组中的病毒DNA，包括RNA反转录病毒的反向转录产物DNA，又称前病毒。
5.3癌基因的表达调控
基因领域效应：同一DNA上的两个具有相同转录方向的基因间隔小于一定长度时，影响有效转录所必需的染色质结构的形成，从而使这两个基因中的一个或两个均不能转录或转录活性显著降低。
原癌基因具有正常生理功能，但功能异常时又具有潜在的致癌能力。致癌能力与这类基因的异常激活有关。异常激活可发生点突变，LTR插入，基因扩增，缺失，基因重排的情况。癌基因产物可以模拟生长因子，已结合配体的生长因子受体，或作用于细胞内生长控制途径。
抑癌基因：一类抑制细胞癌基因过度表达，稳定细胞生长，同时能诱导细胞凋亡的基因。常见为p53，Rb，p16，APC，nm23。根本作用是抑制细胞进入增殖，周期诱导终末分化和细胞凋亡，维持基因稳定，具有潜在抑制肿瘤增生长长功能。
5.4一些重要病毒的结构特征及其致病机理（HIV、乙肝病毒、SARS）
5.4.1人免疫缺陷病毒HIV
HIV带有包膜的两条+ssRNA反转录病毒，链上附着有反转录酶。主要是性接触，输血或血制品的应用，母婴垂直传播导致。
gag基因编码病毒核心蛋白（p17，p24，p15）
pol基因编码病毒复制所需的逆转录酶（p66）和整合酶（p32）。
PR基因编码切割蛋白前体的蛋白酶（p22）。
env基因编码包膜糖蛋白的前体（gp160）。
HIV膜蛋白主要有抗原决定簇，T细胞决定簇，CD4受体结合区。
LTR序列，内有许多转录因子结合位点，包括核心调控元件核心，转录单位，反式激活因子应答元件。
Tat蛋白，Rev蛋白，Nef蛋白，Vpr蛋白，Vpu蛋白参与HIV复制的调控。
抗HIV药物主要有三类，核苷类药物系逆转录酶抑制剂，非核苷类药物，蛋白酶抑制剂。
5.4.2乙型肝炎病毒HBV
HBV的基因组是一个有部分单链区的环状双链DNA分子。长链L为负链，短链S为正链。核酸序列全部是编码区，编码区重复利用。
HBV包括顺式作用元件（C启动子，SP1启动子，SP2启动子，X启动子），增强子（增强子Ⅰ，增强子Ⅱ），反式作用因子（X蛋白）。
HBV有4个编码区，S编码区（编码乙肝表面抗原蛋白），P编码区（最长，有重叠），C编码区（编码病毒核心抗原），X编码区（最小，编码X蛋白）。
HPV的复制是通过反转录途径实现的。
5.4.3禽流感病毒AIV
AIV为有囊膜的8个-ssRNA病毒，其糖蛋白分为血凝素（HA，16种）和神经氨酸酶（NA，9种）。H5N1禽流感通过HA蛋白上凝集素位点与细胞表面含唾液酸的糖蛋白受体结合，进入细胞。
5.4.4严重急性呼吸系统综合症SARS
SARS-CoV属于冠状病毒，有囊膜的+ssRNA，有两种糖蛋白（S，HE）。
5.5基因治疗的主要途径及基本原理
基因治疗：将人的正常基因或有治疗作用的基因，通过一定的方式导入人体靶细胞，以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病目的。
ex vivo途径（间接体内疗法）：在体外将外源基因导入靶细胞内，再将这种基因修饰过的细胞回输病人体内，使带有外源基因的细胞在体内表达相应的产物以达到治疗的目的。
in vivo途径（体内法）：将含致瘤基因的真核表达载体，直接导入人体内有关组织器官，使之进入相应细胞表达，从而达到基因治疗的目的。
病毒载体，携带外源基因并能装配成病毒颗粒，介导外源基因的转移和表达，对机体没有致病力。
非病毒载体，包括裸DNA，脂质体载体，阳离子多聚物型载体。
5.6了解分子伴侣的功能
见【2.4.6】
6、病毒的分子生物学
考试要求
掌握SV40基因的转录调控
考试范围
6.1人免疫缺损病毒——HIV
6.1.1HIV病毒粒子的形态结构
HIV带有包膜的两条+ssRNA反转录病毒，链上附着有反转录酶。
gag基因编码病毒核心蛋白（p17，p24，p15）
pol基因编码病毒复制所需的逆转录酶（p66）和整合酶（p32）。
PR基因编码切割蛋白前体的蛋白酶（p22）。
env基因编码包膜糖蛋白的前体（gp160）。
HIV膜蛋白主要有抗原决定簇，T细胞决定簇，CD4受体结合区。
LTR序列，内有许多转录因子结合位点，包括核心调控元件核心，转录单位，反式激活因子应答元件。
Tat蛋白，Rev蛋白，Nef蛋白，Vpr蛋白，Vpu蛋白参与HIV复制的调控。
抗HIV药物主要有三类，核苷类药物系逆转录酶抑制剂，非核苷类药物，蛋白酶抑制剂。
6.1.2HIV病毒传染
主要是性接触，输血或血制品的应用，母婴垂直传播导致。
6.2乙型肝炎病毒——HBV
6.2.1肝炎病毒的分类地位
肝炎病毒有甲肝病毒（HAV），乙肝病毒（HBV），丙肝病毒（HCV），丁肝病毒（HDV），戊肝病毒（HEV）等5种病毒。
6.2.2肝炎病毒粒子结构
HBV由外膜和核壳组成。外膜由病毒的表面抗原、多糖和脂质构成。核壳由病毒的核心抗原组成，并含有病毒的基因组DNA反转录酶和DNA结合蛋白等。
乙肝病毒的基因组是一个有部分单链区的环状双链DNA分子，两条单链长度不一样。
6.3SV40病毒
6.3.1猴空泡病毒40——SV40病毒
SV40病毒的基因组是一种环形双链的DNA
6.3.2SV40基因的转录调控
在SV40早期基因启动子区，从-70~-117有6个GC区同方向串联排列，基因活跃表达时，6个区全部与SP1结合。
