心法则所阐述的是基因的两个基本属性:复制与表达 2.证明DNA是生物的主要遗传物质,可设计两种实验进行直接证明DNA是生物的主要 遗传物质: (1)肺炎双球菌定向转化试验 有毒SⅢ型(65℃杀死)→小鼠成活→无细菌 无毒RⅡ型→小鼠成活→重现RⅡ型 有毒SⅢ型→小鼠死亡→重现SⅢ型 RⅡ型+有毒SⅢ型(65℃)→小鼠→死亡→重现SⅢ型 将IS型细菌的DNA提取物与ⅡR型细菌混合在一起,在离体培养的条件下,也成功地 使少数∏R型细菌定向转化为ⅢS型细菌。该提取物不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酸酶 的影响,而只能为DNA酶所破坏。所以可确认导致转化的物质是DNA。 (2)噬菌体的侵染与繁殖试验 T2噬菌体的DNA在大肠杆菌内,不仅能够利用大肠杆菌合成DNA的材料来复制自己的 DNA,而且能够利用大肠肝菌合成蛋白质的材料,来合成其蛋白质外壳和尾部,因而形 成完整的新生的噬菌体 P和3S分别标记12噬菌体的DNA与蛋白质。因为P是DNA的组分,但不见于蛋白质; 而S是蛋白质的组分,但不见于DNA。然后用标记的T2噬菌体(P或3S)分别感染大肠 杆菌,经10分钟后,用搅拌器甩掉附着于细胞外面的噬菌体外壳。发现在第一种情况 下,基本上全部放射活性见于细菌内而不被甩掉并可传递给子代。在第二种情况下,放 射性活性大部分见于被甩掉的外壳中,细菌内只有较低的放射性活性,且不能传递给子 代 3.(1)两条多核苷酸链以右手螺旋的形式,彼此以一定的空间距离,平行地环绕于同 轴上,很象一个扭曲起来的梯子 (2)两条多核苷酸链走向为反向平行( antiparallel)。即一条链磷酸二脂键为5’-3 方向,而另一条为3’-5’方向,二者刚好相反。亦即一条链对另一条链是颠倒过来的, 这称为反向平行
心法则所阐述的是基因的两个基本属性：复制与表达。 2．证明DNA是生物的主要遗传物质，可设计两种实验进行直接证明DNA是生物的主要 遗传物质： （1）肺炎双球菌定向转化试验： 有毒SⅢ型(65℃杀死)→小鼠成活→无细菌 无毒RⅡ型→小鼠成活→重现RⅡ型 有毒SⅢ型→小鼠死亡→重现SⅢ型 RⅡ型+有毒SⅢ型（65℃) →小鼠→死亡→重现SⅢ型 将III S型细菌的DNA提取物与II R型细菌混合在一起，在离体培养的条件下，也成功地 使少数II R型细菌定向转化为III S型细菌。该提取物不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酸酶 的影响，而只能为DNA酶所破坏。所以可确认导致转化的物质是DNA。 （2）噬菌体的侵染与繁殖试验 T2 噬菌体的 DNA 在大肠杆菌内，不仅能够利用大肠杆菌合成 DNA 的材料来复制自己的 DNA，而且能够利用大肠肝菌合成蛋白质的材料，来合成其蛋白质外壳和尾部，因而形 成完整的新生的噬菌体。 32P 和 35S 分别标记 T2 噬菌体的 DNA 与蛋白质。因为 P 是 DNA 的组分，但不见于蛋白质； 而 S 是蛋白质的组分，但不见于 DNA。然后用标记的 T2 噬菌体( 32P 或 35S)分别感染大肠 杆菌，经 10 分钟后，用搅拌器甩掉附着于细胞外面的噬菌体外壳。发现在第一种情况 下，基本上全部放射活性见于细菌内而不被甩掉并可传递给子代。在第二种情况下，放 射性活性大部分见于被甩掉的外壳中，细菌内只有较低的放射性活性，且不能传递给子 代。 3．(1)两条多核苷酸链以右手螺旋的形式，彼此以一定的空间距离，平行地环绕于同一 轴上，很象一个扭曲起来的梯子。 (2)两条多核苷酸链走向为反向平行(antiparallel)。即一条链磷酸二脂键为 5’－3’ 方向，而另一条为 3’－5’方向，二者刚好相反。亦即一条链对另一条链是颠倒过来的， 这称为反向平行
(3)每条长链的内侧是扁平的盘状碱基,碱基一方面与脱氧核糖相联系,另一方面通过 氢键( hydrogen bond)与它互补的碱基相联系,相互层叠宛如一级一级的梯子横档。互 补碱基对A与T之间形成两对氢键,而C与G之间形成三对氢键。上下碱基对之间的距 离为3.4A (4)每个螺旋为34A(3.4nm)长,刚好含有10个碱基对,其直径约为20A。 (5)在双螺旋分子的表面大沟( major groove)和小沟( minor groove)交替出现 4.一般将瓦特森和克里克提出的双螺旋构型称这B一DNA。B一DNA是DNA在生理状态下 的构型。生活细胞中极大多数DNA以B-DNA形式存在。但当外界环境条件发生变化时 DNA的构型也会发生变化。实际上在生活细胞内,B-DNA一螺圈也并不是正好10个核 苷酸对,而平均一般为10.4对。当DNA在高盐浓度下时,则以A→DNA形式存在。A DNA是DNA的脱水构型,它也是右手螺旋,但每螺圈含有11个核苷酸对。ADNA比较 短和密,其平均直径为23A。大沟深而窄,小沟宽而浅。在活体内DNA并不以A构型存 在,但细胞内DNA一RNA或RNA一RNA双螺旋结构,却与A-DNA非常相似。现在还发现 某些DNA序列可以以左手螺旋的形式存在,称为Z一DNA。当某些DNA序列富含G一C 并且在嘌呤和嘧啶交替出现时,可形成Z-DNA。Z一DNA除左手螺旋外,其每个螺圈含 有12个碱基对。分子直径为18A,并只有一个深沟。现在还不知道,Z一DNA在体内是 否存在
(3)每条长链的内侧是扁平的盘状碱基，碱基一方面与脱氧核糖相联系，另一方面通过 氢键(hydrogen bond)与它互补的碱基相联系，相互层叠宛如一级一级的梯子横档。互 补碱基对 A 与 T 之间形成两对氢键，而 C 与 G 之间形成三对氢键。上下碱基对之间的距 离为 3.4Å。 (4)每个螺旋为 34Å(3.4nm)长，刚好含有 10 个碱基对，其直径约为 20Å。 (5)在双螺旋分子的表面大沟(major groove)和小沟(minor groove)交替出现。 4．一般将瓦特森和克里克提出的双螺旋构型称这 B－DNA。B－DNA 是 DNA 在生理状态下 的构型。生活细胞中极大多数 DNA 以 B－DNA 形式存在。但当外界环境条件发生变化时， DNA 的构型也会发生变化。实际上在生活细胞内，B－DNA 一螺圈也并不是正好 10 个核 苷酸对，而平均一般为 10.4 对。当 DNA 在高盐浓度下时，则以 A－DNA 形式存在。A－ DNA 是 DNA 的脱水构型，它也是右手螺旋，但每螺圈含有 11 个核苷酸对。A－DNA 比较 短和密，其平均直径为 23Å。大沟深而窄，小沟宽而浅。在活体内 DNA 并不以 A 构型存 在，但细胞内 DNA－RNA 或 RNA－RNA 双螺旋结构，却与 A－DNA 非常相似。现在还发现， 某些 DNA 序列可以以左手螺旋的形式存在，称为 Z－DNA。当某些 DNA 序列富含 G－C， 并且在嘌呤和嘧啶交替出现时，可形成 Z－DNA。Z－DNA 除左手螺旋外，其每个螺圈含 有 12 个碱基对。分子直径为 18Å，并只有一个深沟。现在还不知道，Z－DNA 在体内是 否存在
宽度增加长度压缩 第一级DNA组蛋白←→核小体 倍 7倍 第二级核小体←→螺线体3倍 6倍 第三级螺线体←→超螺线体13倍 40倍 第四级超螺线体←→染色体2.5-5倍5倍 500-1000倍 8400倍 (8000-10000 6.原核生物DNA聚合酶有一些共同的特性:只有5’-3’聚合酶的功能,而没有3 5’聚合酶功能,DNA链的延伸只能从5’向3’端进行。它们都没有直接起始合成 DNA的能力,只能在引物存在下进行链的延伸,因此,DNA的合成必须有引物引导才能 进行。都有核酸外切酶的功能,可对合成过程中发生的错识进行校正,从而保证DNA复 制的高度准确性。 7.(1)原核生物DNA的复制是单起点的,而真核生物染色体的复制则为多起点的 (2)真核生物DNA合成所需的RNA引物及后随链上合成的“冈崎片段”的长度比原 核生物要短:在原核生物中引物的长度约为10-60个核苷酸,“冈崎片段”的长度为 1000-2000个核苷酸:而在真核生物中引物的长度只有10个核苷酸,而“冈崎片段” 的长度约为原核生物的十分之一,只有100-150核苷酸 (3)有二种不同的DNA聚合酶分别控制前导链和后随链的合成。 在原核生物中有DNA聚合酶I、II和III等三种聚合酶,并由聚合酶IIl同时控制二条 链的合成
5． 6．原核生物 DNA 聚合酶有一些共同的特性：只有 5’－3’聚合酶的功能，而没有 3’ －5’聚合酶功能， DNA 链的延伸只能从 5’向 3’端进行。它们都没有直接起始合成 DNA 的能力，只能在引物存在下进行链的延伸，因此，DNA 的合成必须有引物引导才能 进行。都有核酸外切酶的功能，可对合成过程中发生的错识进行校正，从而保证 DNA 复 制的高度准确性。 7．（1）原核生物 DNA 的复制是单起点的，而真核生物染色体的复制则为多起点的； （2）真核生物 DNA 合成所需的 RNA 引物及后随链上合成的“冈崎片段”的长度比原 核生物要短：在原核生物中引物的长度约为 10－60 个核苷酸，“冈崎片段”的长度为 1000－2000 个核苷酸；而在真核生物中引物的长度只有 10 个核苷酸，而“冈崎片段” 的长度约为原核生物的十分之一，只有 100－150 核苷酸。 （3）有二种不同的 DNA 聚合酶分别控制前导链和后随链的合成。 在原核生物中有 DNA 聚合酶 I、II 和 III 等三种聚合酶，并由聚合酶 III 同时控制二条 链的合成。 500-1000倍 宽度增加 长度压缩 第四级 超螺线体 ➔ 染色体 2.5-5倍 5倍 第三级 螺线体 ➔ 超螺线体 13倍 40倍 第二级 核小体 ➔ 螺线体 3倍 6倍 第一级 DNA+组蛋白 ➔ 核小体 5倍 7倍 8400倍 (8000-10000)
而在真核生物中共有α、β、γ、δ和ε等五种DNA聚合酶。聚合酶a和8是DNA合成 的主要酶,由聚合酶α控制不连续的后随链的合成,而聚合酶δ则控制前导链的合成, 所以其二条链的合成是在二种不同的DNA聚合酶的控制下完成。聚合酶β可能与DNA 修复有关,而γ则是线粒体中发现的唯一一种DNA聚合酶。 (4)染色体端体的复制:原核生物的染色体大多数为环状,而真核生染色体为线状 8.(一)、RNA聚合酶组装与启动子的识别结合催化转录的RNA聚合酶是一种由多个蛋 白亚基组成的复合酶。如大肠杆菌的RNA聚合酶有五个亚基组成,其分子量为480,000 道尔顿,含有α、β、β’和δ等四种不同的多肽,其中a为二个分子。所以其全酶 ( holoenzyme)的组成是a2BB’8。a亚基与RNA聚合酶的四聚体核心(a2BB’) 的形成有关。β亚基含有核苷三磷酸的结合位点;β’亚基含有与DNA模板的结合位 点;而 Sigma(6)因子只与RNA转录的起始有关,与链的延伸没有关系,一旦转录开始 δ因子就被释放,而链的延伸则由四聚体核心酶( core enzyme)催化。所以,δ因子的 作用就是识别转录的起始位置,并使RNA聚合酶结合在启动子部位。 (二)、链的起始RNA链转录的起始首先是RNA聚合酶在δ因子的作用下结合于DNA的启 动子部位,并在RNA聚合酶的作用下,使DNA双链解开,形成转录泡,为RNA合成提供 单链模板,并按照碱基配对的原则,结合核苷酸,然后,在核苷酸之间形成磷酸二脂键, 使其相连,形成RNA新链。δ因子在RNA链伸长到8一9个核酸后,就被释放,然后由 核心酶催化RNA的延伸。 启动子位于RNA转录起始点的上游,δ因子对启动子的识别是转录起始的第一步。对大 肠杆菌大量基因的启动子。 (三)、链的延伸RNA链的延伸是在δ因子释放以后,在RNA聚合酶四聚体核心酶的催 化下进行。因RNA聚合酶同时具有解开DNA双链,并使其重新闭合的功能。随着RNA 的延伸,RNA聚合酶使DNA双链不断解开和重新闭合。RNA转录泡也不断前移,合成新 的RNA链 (四)、链的终止当RNA链延伸遇到终止信号( termination signa)时,RNA转录复合 体就发生解体,而使新合成的RNA链释放出来
而在真核生物中共有α、β、γ、δ和ε等五种 DNA 聚合酶。聚合酶α和δ是 DNA 合成 的主要酶，由聚合酶α控制不连续的后随链的合成，而聚合酶δ则控制前导链的合成， 所以其二条链的合成是在二种不同的 DNA 聚合酶的控制下完成。聚合酶 β可能与 DNA 修复有关，而γ则是线粒体中发现的唯一一种 DNA 聚合酶。 （4）染色体端体的复制：原核生物的染色体大多数为环状，而真核生染色体为线状。 8．(一)、RNA 聚合酶组装与启动子的识别结合 催化转录的 RNA 聚合酶是一种由多个蛋 白亚基组成的复合酶。如大肠杆菌的 RNA 聚合酶有五个亚基组成，其分子量为 480,000 道尔顿，含有α、β、β’和δ等四种不同的多肽，其中α为二个分子。所以其全酶 (holoenzyme)的组成是α2ββ’δ。α亚基与 RNA 聚合酶的四聚体核心(α2 ββ’) 的形成有关。 β亚基含有核苷三磷酸的结合位点；β’亚基含有与 DNA 模板的结合位 点；而 Sigma(δ)因子只与 RNA 转录的起始有关，与链的延伸没有关系，一旦转录开始， δ因子就被释放，而链的延伸则由四聚体核心酶(core enzyme)催化。所以，δ因子的 作用就是识别转录的起始位置，并使 RNA 聚合酶结合在启动子部位。 (二)、链的起始 RNA 链转录的起始首先是 RNA 聚合酶在δ因子的作用下结合于 DNA 的启 动子部位，并在 RNA 聚合酶的作用下，使 DNA 双链解开，形成转录泡，为 RNA 合成提供 单链模板，并按照碱基配对的原则，结合核苷酸，然后，在核苷酸之间形成磷酸二脂键， 使其相连，形成 RNA 新链。 δ因子在 RNA 链伸长到 8－9 个核酸后，就被释放，然后由 核心酶催化 RNA 的延伸。 启动子位于 RNA 转录起始点的上游，δ因子对启动子的识别是转录起始的第一步。对大 肠杆菌大量基因的启动子。 (三)、链的延伸 RNA 链的延伸是在δ因子释放以后，在 RNA 聚合酶四聚体核心酶的催 化下进行。 因 RNA 聚合酶同时具有解开 DNA 双链，并使其重新闭合的功能。随着 RNA 的延伸，RNA 聚合酶使 DNA 双链不断解开和重新闭合。RNA 转录泡也不断前移，合成新 的 RNA 链。 (四)、链的终止 当 RNA 链延伸遇到终止信号(termination signal)时，RNA 转录复合 体就发生解体，而使新合成的 RNA 链释放出来
9.真核生物与原核生物RNA的转录过程总体上基本相同,但是,其过程则要复杂得多 主要有以下几点不同:首先,真核生物RNA的转录是在细胞核内进行,而蛋白质的合成 则是在细胞质内,所以,RNA转录后首先必须从核内运输到细胞质内,才能进行蛋白质 的合成。 其次,原核生物的一个皿RNA分子通常含有多个基因,而少数较低等真核生物外,在真 核生物中,一个mRNA分子一般只编码一个基因 第三、在原核生物中只有一种RNA聚合酶催化所有RNA的合成,而在真核生物中则有RNA 聚合酶I、II、III等三种不同酶,分别催化不同种类型RNA的合成。三种RNA聚合酶 都是有10个以上亚基组成的复合酶。聚合酶I存在于细胞核内,催化合成除5 S rrNA 以外的所有rRNA;聚合酶II催化合成 mRNA前体,即不均一核RNA( hnRNA);聚合酶III 催化tRNA和小核RNA的合成 第四、不象在原核生物中,RNA聚合酶可以直接起始转录合成RNA。在真核生物中,三 种RNA聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行RNA的转录。另外,RNA聚合 酶对转录启动子的识别,也比原核生物更加复杂,如对聚合酶II来说,至少有三个DNA 的保守序列与其转录的起始有关,第一个称为TATA框( tata box),具有共有序列 TATAAAA,其位置在转录起始点的上游约为25个核苷酸处,它的作用可能与原核生物中 的一10共有序列相似,与转录起始位置的确定有关。第二个共有序列称为CCAT框 ( Ccaat box),具有共有序列 GGCCAATCT,位于转录起始位置上游约50-500个核苷酸处。 如果该序列缺失会极大地降低生物的活体转录水平。第三个区域一般称为增强子 ( enhancer),其位置可以在起始位置的上游,也可以在基因的下游或者在基因之内。它 可能虽不直接与转录复合体结合,但可以显著提高转录效率 另外,大多数真核生物的mRNA在转录后必须进行下面三方面的加工后(图3-28),才能 运送到细胞质进行蛋白质的翻译 (1)在mRNA前体的5’端加上7一甲基鸟嘌呤核苷的帽子(cap)。 (2)在mRNA前体的3’端加上聚腺苷酸(poly(A)的尾巴
9．真核生物与原核生物 RNA 的转录过程总体上基本相同，但是，其过程则要复杂得多， 主要有以下几点不同：首先，真核生物 RNA 的转录是在细胞核内进行，而蛋白质的合成 则是在细胞质内，所以，RNA 转录后首先必须从核内运输到细胞质内，才能进行蛋白质 的合成。 其次，原核生物的一个 mRNA 分子通常含有多个基因，而少数较低等真核生物外，在真 核生物中，一个 mRNA 分子一般只编码一个基因。 第三、在原核生物中只有一种 RNA 聚合酶催化所有 RNA 的合成，而在真核生物中则有 RNA 聚合酶 I、II、III 等三种不同酶，分别催化不同种类型 RNA 的合成。三种 RNA 聚合酶 都是有 10 个以上亚基组成的复合酶。聚合酶 I 存在于细胞核内，催化合成除 5S rRNA 以外的所有 rRNA；聚合酶 II 催化合成 mRNA 前体，即不均一核 RNA(hnRNA)；聚合酶 III 催化 tRNA 和小核 RNA 的合成。 第四、不象在原核生物中，RNA 聚合酶可以直接起始转录合成 RNA。在真核生物中，三 种 RNA 聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行 RNA 的转录。另外，RNA 聚合 酶 对转录启动子的识别，也比原核生物更加复杂，如对聚合酶 II 来说，至少有三个 DNA 的保守序列与其转录的起始有关，第一个称为 TATA 框(TATA box)，具有共有序列 TATAAAA，其位置在转录起始点的上游约为 25 个核苷酸处，它的作用可能与原核生物中 的－10 共有序列相似，与转录起始位置的确定有关。第二个共有序列称为 CCAAT 框 (CCAAT box)，具有共有序列 GGCCAATCT，位于转录起始位置上游约 50－500 个核苷酸处。 如果该序列缺失会极大地降低生物的活体转录水平。第三个区域一般称为增强子 (enhancer)，其位置可以在起始位置的上游，也可以在基因的下游或者在基因之内。它 可能虽不直接与转录复合体结合，但可以显著提高转录效率。 另外，大多数真核生物的 mRNA 在转录后必须进行下面三方面的加工后(图 3－28)，才能 运送到细胞质进行蛋白质的翻译。 （1）在 mRNA 前体的 5’端加上 7－甲基鸟嘌呤核苷的帽子(cap)。 （2）在 mRNA 前体的 3’端加上聚腺苷酸(poly (A))的尾巴