高中生物-基因與分子生物學(xué)

1、高中生物-基因與分子生物學(xué)【競(jìng)賽要求】DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)DNA和RNA的結(jié)構(gòu)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA的復(fù)制遺傳信息流從DNA到RNA到蛋白質(zhì)病毒【知識(shí)梳理】一、基因的結(jié)構(gòu)DNA是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的證據(jù)肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（Fred Griffith 1928年）（1）實(shí)驗(yàn)材料:肺炎雙球菌粗糙型（R）菌株：細(xì)胞外無莢膜，菌落粗糙，無致病性。光滑型（S）菌株：細(xì)胞外有莢膜，菌落光滑，有致病性，能引起人的肺炎和小鼠的敗血癥。（2）實(shí)驗(yàn)過程：混合培養(yǎng)后注射 熱處理熱處理后注射生生注射R型活菌小鼠S型活菌死注射小鼠S型活菌小鼠死小鼠（3）結(jié)論：S型細(xì)菌有一種物質(zhì)或轉(zhuǎn)化因子進(jìn)入R型細(xì)菌，引起R型細(xì)菌發(fā)生穩(wěn)

2、定的遺傳變異。（4）不足：并未解釋何種物質(zhì)引起轉(zhuǎn)化。2Osward Avery等人對(duì)肺炎雙球菌的補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)（1944年）（1）實(shí)驗(yàn)過程：Avery等人將S型活細(xì)菌中多糖、脂類、蛋白質(zhì)、RNA、DNA、DNA水解物分離出來，分別與R型活細(xì)菌混合培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)只有DNA能使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌，并且后代仍為S型細(xì)菌。（2）結(jié)論：DNA為轉(zhuǎn)化因子，而蛋白質(zhì)、脂類等物質(zhì)均無轉(zhuǎn)化作用。（3）不足：DNA提取純度不夠，即使純度最高時(shí)仍含有0.02%的蛋白質(zhì)，因而有一少部分人堅(jiān)信蛋白質(zhì)時(shí)遺傳物質(zhì)。3噬菌體親然細(xì)菌實(shí)驗(yàn)（Alfed Hershey和Martha Chase 1952年）（1）實(shí)驗(yàn)材料：T2噬菌體、

3、大腸桿菌。（2）實(shí)驗(yàn)過程： 首先將大腸桿菌分別培養(yǎng)在含35S和32P的培養(yǎng)基中，因?yàn)镻主要存在于DNA中，S存在于蛋白質(zhì)中，所以在大腸桿菌的生長(zhǎng)過程中分別被35S和32P標(biāo)記。然后用噬菌體去感染分別被35S和32P標(biāo)記的大腸桿菌，這樣子代噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA也分別被35S和32P標(biāo)記上。 再用已被標(biāo)記的噬菌體侵染無放射性的大腸桿菌，經(jīng)一段時(shí)間的培養(yǎng)后攪拌離心，分別檢測(cè)上清液和沉淀物的放射性，結(jié)果在新形成的噬菌體中沒有檢測(cè)到35S 而檢測(cè)到了32P。左圖為T2噬菌體侵染大腸桿菌（3）結(jié)論：DNA是聯(lián)系親子代的物質(zhì)，而不是蛋白質(zhì)。 噬菌體侵染細(xì)菌的過程為：吸附、注入、復(fù)制和合成、組裝、釋放。（4

4、）優(yōu)點(diǎn)：真正將DNA與蛋白質(zhì)分開來觀察它們的作用。4煙草花葉病毒重建實(shí)驗(yàn)（Fraenkel Conrat 1956年）(1)實(shí)驗(yàn)材料：TMV煙草花葉病毒的兩種株系：S株系和HR株系。(2)實(shí)驗(yàn)過程：侵 染提取提取S株系HR株系蛋白質(zhì)外殼RNA雜種病毒煙草葉片結(jié)果：雜種病毒侵染煙草葉片后的病毒病斑與HR株系病斑相同，并從煙草葉片中分離出HR株系病毒。（3）結(jié)論：RNA是遺傳物質(zhì)。（4）其他RNA病毒：HIV病毒、SARS病毒等。 因此，DNA是主要的遺傳物質(zhì)。真核生物和原核生物的遺傳物質(zhì)為DNA，某些病毒的遺傳物質(zhì)為DNA，另一些病毒的遺傳物質(zhì)為RNA。DNA和RNA的結(jié)構(gòu)1DNA和RNA結(jié)構(gòu)的

5、區(qū)別脫氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（RNA）基本組成單位一分子磷酸一分子脫氧核糖一分子含氮堿基（ATGC）脫氧核苷酸（4種）一分子磷酸一分子脫氧核糖一分子含氮堿基（ATGC）脫氧核苷酸（4種）五碳糖結(jié)構(gòu)示意圖核苷酸結(jié)構(gòu)示意圖空間結(jié)構(gòu)一般為雙鏈單鏈存在部位主要存在于細(xì)胞核主要存在于細(xì)胞質(zhì)五種堿基的分子結(jié)構(gòu)示意圖：尿嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶鳥嘌呤腺嘌呤 （三）DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)1.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)史：1944年，美國(guó)科學(xué)家奧斯瓦爾德·西奧多·埃弗里提出，在細(xì)胞核內(nèi)發(fā)現(xiàn)的DNA可能攜帶遺傳信息。1952年倫敦的羅莎琳德·富蘭克林研究出了DNA的X射線衍射結(jié)構(gòu)圖。美國(guó)科學(xué)

6、家沃森（Watson，J·D）來到英國(guó)劍橋大學(xué)與英國(guó)科學(xué)家克里克（Crick，F(xiàn).）合作，致力于研究DNA的結(jié)構(gòu)。他們通過大量X射線衍射材料的分析研究，提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，1953年4月25日在英國(guó)發(fā)現(xiàn)雜志正式發(fā)表，并由此建立了遺傳密碼和模板學(xué)說，于1962年獲諾貝爾醫(yī)學(xué)生物學(xué)獎(jiǎng)。2DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)如下：  DNA分子由兩條多核苷酸鏈構(gòu)成。這兩條多核苷酸鏈以右手螺旋的形式，彼此以一定的空間距離，平行地環(huán)繞于同一軸上，很象一條扭曲起來的梯子（圖3-7）。兩條多核苷酸鏈反向平行（antiparallel），即一條鏈磷酸二脂鍵為5-3方向，另一條鏈為35方向，

7、二者剛好相反。亦即一條鏈對(duì)另一條鏈?zhǔn)穷嵉惯^來的，這稱為反向平行。 每條長(zhǎng)鏈的內(nèi)側(cè)是扁平的盤狀堿基，堿基一方面與脫氧核糖相聯(lián)系，另一方面通過氫鍵（hydrogen bond）與它互補(bǔ)的堿基相聯(lián)系，相互層迭宛如一級(jí)一級(jí)的梯子橫檔。互補(bǔ)堿基對(duì)A和T之間形成兩個(gè)氫鍵，而C和G之間形成三個(gè)氫鍵（如上圖）。上下堿基對(duì)之間的距離為0.34nm。 每個(gè)螺旋為3.4nm長(zhǎng)，剛好含有10個(gè)堿基對(duì)， 其直徑約為2nm。 在雙螺旋分子的表面大溝（major groove）和小溝（minor groove）交替出現(xiàn)。3堿基互補(bǔ)配對(duì)原則：DNA分子中嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù)。 堿基互補(bǔ)配對(duì)原則在解體中的應(yīng)用：DNA分子是由兩條脫

8、氧核苷酸鏈構(gòu)成的。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則，一條鏈上的A一定等于互補(bǔ)鏈上的T；一條鏈上的G一定等于互補(bǔ)鏈上的C；反之如此。因此，可推知多條用于堿基計(jì)算的規(guī)律。規(guī)律一：在一個(gè)雙鏈DNA分子中，A=T、G=C。即：A+G=T+C或A+C=T+G，變形為或。也就是說，嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)。規(guī)律二：在雙鏈DNA分子中，兩個(gè)互補(bǔ)配對(duì)的堿基之和的比值與該DNA分子中每一單鏈中這一比值相等，即DNA分子中 與該DNA分子每一單鏈中的這一比值相等。規(guī)律三：DNA分子一條鏈中，兩個(gè)不互補(bǔ)配對(duì)的堿基之和的比值等于另一互補(bǔ)鏈中這一比值的倒數(shù)，即DNA分子一條鏈中 的比值等于其互補(bǔ)鏈中這一比值的倒數(shù)。規(guī)律四：在

9、雙鏈DNA分子中，互補(bǔ)的兩個(gè)堿基和占全部堿基的比值等于其中任何一條單鏈占該堿基比例的比值，且等于其轉(zhuǎn)錄形成的mRNA中該種比例的比值。即 雙鏈(A+T)%或(G+C)%=任意單鏈 (A+T)%或(G+C)%=mRNA中 (A+U)%或(G+C)%。二DNA的復(fù)制1場(chǎng)所：主要在細(xì)胞核，細(xì)胞質(zhì)中也存在著DNA復(fù)制，如線粒體和葉綠體中也有DNA的復(fù)制過程。2時(shí)間：主要在細(xì)胞分裂間期（S期），細(xì)胞質(zhì)中DNA復(fù)制的時(shí)間不一定在細(xì)胞分裂的間期。3過程：邊解螺旋邊復(fù)制。4特點(diǎn)：半保留式復(fù)制，也就是說新復(fù)制出的兩個(gè)DNA分子中，有一條鏈?zhǔn)桥f的，即原來DNA的。5條件：模板：開始解旋的DNA分子的兩條單鏈。原料

10、：是游離在核液中的脫氧核苷酸。能量：是通過水解ATP提供。酶：酶是指一個(gè)酶系統(tǒng)，不僅僅是指一種解旋酶。6DNA分子復(fù)制的一般過程：DNA雙螺旋是由兩條方向相反的單鏈組成，復(fù)制開始時(shí)，雙鏈打開，形成一個(gè)復(fù)制叉(replicative fork,從打開的起點(diǎn)向一個(gè)方向形成)或一個(gè)復(fù)制泡(replicative bubble，從打開的起點(diǎn)向兩個(gè)方向形成) 。兩條單鏈分別做模板。各自合成一條新的DNA鏈。由于DNA一條鏈的走向是53方向，另一條鏈的走向是35方向，但生物體內(nèi)DNA聚合酶只能催化DNA從53的方向合成。那么，兩條方向不同的鏈怎樣才能做模板呢？這個(gè)問題由日本學(xué)者崗崎先生

11、解決。原來，在以35方向的母鏈為模板時(shí)，復(fù)制合成出一條53方向的前導(dǎo)鏈(leadingstrand)，前導(dǎo)鏈的前進(jìn)方向與復(fù)制叉打開方向是一致的，因此前導(dǎo)鏈的合成是連續(xù)進(jìn)行的，而另一條母鏈DNA是53方向，它作為模板時(shí)，復(fù)制合成許多條53方向的短鏈，叫做隨從鏈(lagging strand)，隨從鏈的前進(jìn)方向是與復(fù)制叉的打開方向相反的。隨從鏈只能先以片段的形式合成，這些片段就叫做崗崎片段(Okazaki fragments)，原核生物崗崎片段含有10002000核苷酸，真核生物一般100200核苷酸。最后再將多個(gè)崗崎片段連接成一條完整的鏈。由于前導(dǎo)鏈的合成是連續(xù)進(jìn)行的，而隨從

12、鏈的合成是不連續(xù)進(jìn)行的，所以從總體上看DNA的復(fù)制是半不連續(xù)復(fù)制。7DNA分子損傷：造成DNA損傷的因素有生物體內(nèi)自發(fā)的、亦有外界物理和化學(xué)等因素。自發(fā)的因素：由于DNA分子受到周圍環(huán)境溶劑分子的隨機(jī)熱碰撞(thermal collision)，腺嘌呤或鳥嘌呤與脫氧核糖間的N-糖苷鍵可以斷裂，使A或G脫落。物理因素：紫外線損傷由于嘌呤環(huán)與嘧啶環(huán)都含有共軛雙鍵，能吸收紫外線而引起損傷。嘧啶堿引起的損傷比嘌呤堿大10倍。電離輻射損傷如X射線和射線，可以是輻射能量直接對(duì)DNA的影響，或DNA周圍的溶劑分子吸收了輻射能，再對(duì)DNA產(chǎn)生損傷作用。如堿基的破壞、單鏈的斷裂、雙鏈的斷裂、分子間的交聯(lián)、堿基脫

13、落或核糖的破壞等。8DNA分子修復(fù)：在復(fù)制過程中發(fā)生的損傷或錯(cuò)誤可由生物體自身修復(fù)，如光修復(fù)機(jī)制（主要存在于低等生物）、切除修復(fù)系統(tǒng)，后者像外科手術(shù)“擴(kuò)創(chuàng)”一樣，將損傷的一段DNA切掉，按堿基配對(duì)原則以另一條完好鏈為模板進(jìn)行修復(fù)，最后由DNA連接酶將新合成的DNA片段與原來DNA鏈連接封口，這種方式是人體細(xì)胞的重要修復(fù)形式。三遺傳信息流從DNA到RNA到蛋白質(zhì)（一）基因的結(jié)構(gòu) 1909年丹麥約翰遜提出“基因”的概念。基因是由遺傳效應(yīng)的DNA片段，是DNA的基本結(jié)構(gòu)和功能單位?；蛑杏幸饬x鏈上的核苷酸順序包含著遺傳信息，能通過轉(zhuǎn)錄和翻譯決定蛋白質(zhì)合成，從而控制生物性狀。有時(shí)基因與基因之間存在一段

14、間隔區(qū)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄不能進(jìn)行。絕大多數(shù)真核類生物，基因內(nèi)部都含有不能翻譯的核苷酸順序（內(nèi)含子），使基因中的編碼順序（外顯子）由若干非編碼區(qū)域（內(nèi)含子）隔開。這種基因亦稱為隔裂基因。每個(gè)斷裂基因在第一個(gè)和最后一個(gè)外顯子的外側(cè)各有一段非編碼區(qū)，有人稱其為側(cè)翼序列。在側(cè)翼序列上有一系列調(diào)控序列。原合生物的基因中無內(nèi)含子，是連續(xù)的。下面以真核生物為例介紹基因的結(jié)構(gòu)（如下圖所示）。真核生物的基因結(jié)構(gòu)示意圖1增強(qiáng)子：在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游大約100堿基對(duì)之外的位置有些基因的編碼順序可以增強(qiáng)啟動(dòng)基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄它能使轉(zhuǎn)錄活性增強(qiáng)上百倍，因此被稱為增強(qiáng)子。當(dāng)這些順序不存在時(shí)，可大大降低轉(zhuǎn)錄水平。2CAAT框：在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的

15、5端側(cè)翼區(qū)域的80和70位置之間，有CAAT框，這個(gè)順序?qū)儆趩?dòng)區(qū)域。這段順序被改變后，mRNA的形成量明顯下降。3TATA框：在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的5端上游2030核苷酸的地方，有TATA框順序。這是RNA聚合酶的重要接觸點(diǎn)，可使酶定位在DNA的正確位置上而開始轉(zhuǎn)錄。這一編碼順序改變時(shí)，mRNA的轉(zhuǎn)錄從不正常的位置起始，且轉(zhuǎn)錄水平下降。4AATAAA：在3 端終止密碼的下游有一個(gè)核苷酸順序?yàn)锳ATAAA，這一順序可能對(duì)mRNA的加尾(mRNA尾部添加多聚A)有重要作用。這個(gè)順序的下游是一個(gè)反向重復(fù)順序。這個(gè)順序經(jīng)轉(zhuǎn)錄后可形成一個(gè)發(fā)卡結(jié)構(gòu)(圖3-4)。發(fā)卡結(jié)構(gòu)阻礙了RNA聚合酶的移動(dòng)。發(fā)卡結(jié)構(gòu)末尾的一

16、串U與轉(zhuǎn)錄模板DNA中的一串A之間，因形成的氫鍵結(jié)合力較弱，使mRNA與DNA雜交部分的結(jié)合不穩(wěn)定，mRNA就會(huì)從模板上脫落下來，同時(shí)，RNA聚合酶也從DNA上解離下來，轉(zhuǎn)錄終止。AATAAA順序和它下游的反向重復(fù)順序合稱為終止子，是轉(zhuǎn)錄終止的信號(hào)。（二）基因的表達(dá)1轉(zhuǎn)錄：以DNA為模板合成信使RNA的過程。 場(chǎng)所：細(xì)胞核。 條件：模板（DNA雙鏈中有意義的一條鏈）、原料（核糖核苷酸）、酶（轉(zhuǎn)錄酶）、能量。 方向：mRNA從53方向進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。 加工：mRNA的前體必須經(jīng)過下述加工后才能成為成熟的mRNA。戴帽：在mRNA的5端加上一個(gè)鳥苷酸作為帽子（促進(jìn)mRNA與核糖體結(jié)合）；加尾：在mRNA

17、的3端加上一條具有150200個(gè)腺苷酸的序列（幫助mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)）；甲基化：在mRNA帽子的5端，一般有23個(gè)核苷酸被甲基化；切除間隔序列：切除內(nèi)含子內(nèi)含子并將外顯子連接起來。2翻譯：在核糖體上以信使RNA（mRNA）為模板，轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）為工具，把氨基酸連接成多肽鏈的過程。信使RNA(Mrna)：mRNA的含量最少，約占RNA總量的2%。mRNA分子中從5-未端到3-未端每三個(gè)相鄰的核苷酸組成的三聯(lián)體代表氨基酸信息，稱為密碼子。轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）：tRNA約含70100個(gè)核苷酸殘基，是分子量最小的RNA，占RNA總量的16%，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有100多種。tRNA的主要生物學(xué)功能是轉(zhuǎn)

18、運(yùn)活化了的氨基酸，參與蛋白質(zhì)的生物合成。各種tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)互不相同，但它們的二級(jí)結(jié)構(gòu)都呈三葉草形。在3端有一個(gè)CCA序列，能接特定氨基酸。有反密碼子可用來識(shí)別mRNA上的遺傳密碼。核糖體RNA（rRNA）：是細(xì)胞中含量最多的RNA，約占RNA總量的82%。rRNA單獨(dú)存在時(shí)不執(zhí)行其功能，它與多種蛋白質(zhì)結(jié)合成核糖體，作為蛋白質(zhì)生物合成的“裝配機(jī)器”。rRNA的分子量較大，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，目前雖已測(cè)出不少rRNA分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)，但對(duì)其二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)及其功能的研究還需進(jìn)一步的深入。原核生物的rRNA分三類：5SrRNA、16SrRNA和23SrRNA。真核生物的rRNA分四類：5SrRNA、5.8

19、SrRNA、18SrRNA和28SrRNA。S為大分子物質(zhì)在超速離心沉降中的一個(gè)物理學(xué)單位，可間接反應(yīng)分子量的大小。原核生物和真核生物的核糖體均由大、小兩種亞基組成。真核生物核糖體的分布有兩種情況，或者是游離在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，或者附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，后者合成的蛋白質(zhì)主要包括：向細(xì)胞外分泌的蛋白質(zhì)、各種膜蛋白、與其他細(xì)胞組分嚴(yán)格隔離的蛋白質(zhì)（如溶酶體中的酸性水解酶類）、需要進(jìn)行復(fù)雜修飾的蛋白質(zhì)。 遺傳密碼：mRNA分子上每3個(gè)特定排列的堿基用來決定一個(gè)氨基酸稱為遺傳密碼。遺傳密碼子共有64個(gè)，其中3個(gè)密碼子時(shí)無意義的（UAA、UAG、UGA），是肽鏈合成的終止密碼，起始密碼是AUG和GUG，前面還有一

20、些核苷酸稱前導(dǎo)系列。合成多肽時(shí)，起始端（氨基端）的第一個(gè)甲硫氨酸（若細(xì)菌則是甲酰氨酸）可能被分解掉，有時(shí)甚至前面幾個(gè)氨基酸都可能被分解掉，因此，多肽的第一個(gè)氨基酸可以是各種氨基酸；密碼是高度專一性的。但密碼的第3個(gè)字母改變，往往不改變密碼的意義，這與tRAN上反密碼子的第一個(gè)字母常常是稀有堿基（次黃嘌呤或甲基次黃嘌呤）有關(guān)。因?yàn)?與U、A、C都能配對(duì)；密碼的通用性。所有生物共用一套遺傳密碼，這是生命同一性的一個(gè)有力證據(jù)，但也有例外：某些線粒體DNA的編碼和這一通用密碼有不少差異之處；有些不同的密碼決定同一個(gè)氨基酸，這在遺傳的穩(wěn)定性上有一定意義。 翻譯過程：核糖體大亞基上有2個(gè)與tRNA結(jié)合的部

21、位（P部位：進(jìn)入的tRAN在它所帶的氨基酸形成肽鍵后，就從A部位移到P部位。A部位：剛進(jìn)入的tRNA與核糖體結(jié)合的位置。）翻譯時(shí)，核糖體與mRNA結(jié)合，并沿53方向移動(dòng)，此時(shí)，tRNA按密碼順序?qū)被嶂饌€(gè)帶入核糖體中連成多肽（從起始密碼開始到終止密碼結(jié)束）。一條mRNA上可以有多個(gè)核糖體同時(shí)進(jìn)行工作，這些核糖體與mRNA的聚合體稱多聚核糖體。3中心法則：遺傳學(xué)上遺傳信息流動(dòng)的方向叫做信息流，是科學(xué)家克里克提出的（如下圖所示）。遺傳信息的一般流動(dòng)方向（圖中紅線所示）是：遺傳信息可以從DNA流向DNA，即完成DNA的自我復(fù)制過程，也可以從DNA流向RNA，進(jìn)而流向蛋白質(zhì)，即完成遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻

22、譯過程。后來的科學(xué)研究又發(fā)現(xiàn)，在某些病毒中，RNA也可以自我復(fù)制，并且還發(fā)現(xiàn)在一些病毒蛋白質(zhì)的合成過程中，RNA可以在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下合成DNA。因此，在某些病毒中，遺傳信息可以沿圖中的藍(lán)線方向流動(dòng)。上述逆轉(zhuǎn)錄過程以及RNA自我復(fù)制過程的發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充和發(fā)展了“中心法則”，使之更加完整。（三）基因表達(dá)的調(diào)控 基因表達(dá)是指基因通過轉(zhuǎn)錄和翻譯產(chǎn)生其蛋白質(zhì)產(chǎn)物，或轉(zhuǎn)錄后直接產(chǎn)生其RNA產(chǎn)物，如tRNA、rRNA等。在此過程中，基因的啟動(dòng)和關(guān)閉，活性的增加或減弱等是受到調(diào)節(jié)控制的，這種調(diào)控可以發(fā)生在基因表達(dá)的任何階段，如在轉(zhuǎn)錄階段、轉(zhuǎn)錄后加工階段和翻譯階段。調(diào)控是通過各種元件來實(shí)現(xiàn)的。 調(diào)控水平：DNA水

23、平調(diào)控、轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控、翻譯水平調(diào)控。結(jié)構(gòu)基因：能轉(zhuǎn)錄、翻譯、合成蛋白質(zhì)的基因操縱基因：控制結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄速度，位于結(jié)構(gòu)基因鄰近，不能轉(zhuǎn)錄RNA啟動(dòng)基因：給出信號(hào)，啟動(dòng)mRNA合成開始，位于操縱基因附近，不能轉(zhuǎn)錄RNA1原核生物的基因調(diào)控：主要是轉(zhuǎn)錄調(diào)控。 操縱子 調(diào)節(jié)基因：能轉(zhuǎn)錄mRNA并合成阻遏蛋白，控制操縱基因的狀態(tài)，從而影響鄰近結(jié)構(gòu)基因的活性。 基因調(diào)控的二種最基本模式： 誘導(dǎo)（例乳糖操縱子）：有乳糖時(shí)，阻遏蛋白失活，操縱基因打開。 阻遏（例色氨酸操縱子）：有色氨酸時(shí)，阻遏蛋白有活性，操縱基因關(guān)閉。 基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控有正反兩方面，負(fù)調(diào)控時(shí)通過阻遏蛋白進(jìn)行的，阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合，轉(zhuǎn)錄就被抑止

24、；阻遏蛋白缺乏或失去活性時(shí)，操縱基因打開，轉(zhuǎn)錄進(jìn)行。正控制時(shí)，某種復(fù)合體與啟動(dòng)基因結(jié)合，轉(zhuǎn)錄受到促進(jìn)；這種復(fù)合物缺乏時(shí)，轉(zhuǎn)錄停止。由于基因不同，有的受負(fù)控制，有的受正控制，但也有的受正、負(fù)兩方面控制（如乳糖操縱子的調(diào)控）。 當(dāng)培養(yǎng)基中以乳糖為唯一碳源時(shí)，乳糖作為誘導(dǎo)物跟阻遏蛋白結(jié)合使其失活，操縱基因打開，RNA聚合酶結(jié)合到啟動(dòng)基因上，結(jié)構(gòu)基因開始轉(zhuǎn)錄，合成半乳糖苷酶和半乳糖苷透膜酶等，分解乳糖；沒有乳糖時(shí)，調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合，RNA聚合酶與啟動(dòng)基因的結(jié)合受到干擾，結(jié)構(gòu)基因停止轉(zhuǎn)錄。 當(dāng)培養(yǎng)基中同時(shí)加入葡萄糖和乳糖時(shí)，細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄糖而不顧乳糖的存在。這是一種適應(yīng)性，因?yàn)槔?/p>

25、葡萄糖作為能源是最有效的。只有當(dāng)葡萄糖耗盡時(shí)，乳糖才能作為誘導(dǎo)物。若細(xì)胞內(nèi)葡萄糖含量很低，而cAMP（環(huán)磷腺苷，與細(xì)胞內(nèi)葡萄糖濃度稱反比）濃度高時(shí)，cAMP與CAP（降解物激活蛋白）形成復(fù)合體。復(fù)合體可特異地結(jié)合到啟動(dòng)基因的前面部分，從而促進(jìn)RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)基因后面部分的親和力，使轉(zhuǎn)錄開始，合成分解利用乳糖的酶；若培養(yǎng)基中除含乳糖外，同時(shí)還含有葡萄糖時(shí)，則細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)葡萄糖含量增加，cAMP濃度降低CAPcAMP復(fù)合物減少，RNA聚合酶不能有效的結(jié)合到啟動(dòng)區(qū)域，轉(zhuǎn)錄停止，不能利用乳糖。所以，在乳糖操縱子這個(gè)例子中，除了阻遏物的負(fù)控制外，還有CAPcAMP的正控制。2真核生物的基因調(diào)控 

26、; 真核生物的基因調(diào)控比原核生物復(fù)雜得多。這是因?yàn)檫@兩類生物在三個(gè)不同水平上存在著重大的差別：在遺傳物質(zhì)的分子水平上，真核細(xì)胞基因組的DNA含量和基因的總數(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原核生物，而且DNA不是染色體中的唯一成分，DNA和蛋白質(zhì)以及少量的RNA構(gòu)成以核小體為基本單位的染色質(zhì)；在細(xì)胞水平上，真核細(xì)胞的染色體包在核膜里面，轉(zhuǎn)錄和翻譯分別發(fā)生在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中，這兩個(gè)過程在時(shí)間上和空間上都是分開的，而且在轉(zhuǎn)錄和翻譯之間存在著一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的RNA加工過程；在個(gè)體水平上，真核生物是由不同的組織細(xì)胞構(gòu)成的，從受精卵到完整個(gè)體要經(jīng)過復(fù)雜的分化發(fā)育過程，除了那些為了維持細(xì)胞的基本生命活動(dòng)所必需的基因之外，其他不同

27、組織的細(xì)胞中的基因總是在不同的時(shí)空序列中被活化或受阻遏。真核生物基因表達(dá)調(diào)控的活動(dòng)范圍很廣，通常包括以下幾條途徑：DNA水平的調(diào)控，轉(zhuǎn)錄前水平的調(diào)控，轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控，翻譯水平的調(diào)控和翻譯后水平的調(diào)控。（1）DNA水平的基因調(diào)控  DNA水平的基因調(diào)控是通過改變基因組中有關(guān)基因的數(shù)量和順序結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)的基因調(diào)控。從表面上看，真核生物的體細(xì)胞都是受精卵通過有絲分裂而來的，應(yīng)該都保留有全套染色體的基因組，但是實(shí)際上并不都是這樣。例如，有一種叫小麥癭蚊的昆蟲，卵裂時(shí)，只是形成卵一端的細(xì)胞保持全部40條染色體，這些細(xì)胞將來形成生殖細(xì)胞，而其他部位的細(xì)胞只保留8條染色體。馬蛔蟲卵

28、裂的早期也發(fā)現(xiàn)有染色體丟失的現(xiàn)象。當(dāng)然被丟掉的染色體上的基因是不可能再在某些體細(xì)胞中表達(dá)了，這種調(diào)控是不可逆的。另一方面，一些基因在生物體發(fā)育的某一階段可以擴(kuò)增。例如，非洲爪蟾的卵母細(xì)胞在大量合成蛋白質(zhì)時(shí)，細(xì)胞中的rDNA的拷貝數(shù)目，可由平時(shí)的1 500份急劇增加到2×106份，經(jīng)轉(zhuǎn)錄生成大量的核糖體RNA（rRNA），以滿足細(xì)胞大量合成蛋白質(zhì)的需要。這一基因擴(kuò)增僅發(fā)生在卵母細(xì)胞中，當(dāng)胚胎期開始時(shí)，這些增加的rDNA便失去功能并逐漸消失。基因活化的組蛋白轉(zhuǎn)位模型圖解除了基因的丟失和擴(kuò)增外，還有一種是染色體上基因的重排。例如，哺乳動(dòng)物產(chǎn)生免疫球蛋白的有關(guān)基因有3種：一種是編碼恒定區(qū)的蛋

29、白質(zhì)的，另一種是編碼可變區(qū)的蛋白質(zhì)的，第三種是編碼將它們連接起來的物質(zhì)的。上述三種基因處于同一條染色體上，但是相距較遠(yuǎn)。在產(chǎn)生抗體的漿細(xì)胞中，這三個(gè)DNA序列通過重排而成為一個(gè)完整的轉(zhuǎn)錄單位，進(jìn)而產(chǎn)生抗體分子。（2）轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控  真核生物核染色質(zhì)的化學(xué)組成中，除DNA之外還有組蛋白、非組蛋白和RNA等物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明在上述幾種物質(zhì)中，組蛋白有抑制基因轉(zhuǎn)錄的作用，非組蛋白則可以解除組蛋白對(duì)基因的抑制作用?？茖W(xué)家根據(jù)染色質(zhì)重組實(shí)驗(yàn)提出了一個(gè)“基因活化的組蛋白轉(zhuǎn)位模型”來說明非組蛋白解除組蛋白抑制作用的機(jī)理：組蛋白帶有正電荷，DNA帶有負(fù)電荷，帶正電荷的組蛋白與帶負(fù)電荷的DNA結(jié)合抑制了基

30、因的轉(zhuǎn)錄。非組蛋白原來連接在DNA的某一特定位置上，當(dāng)非組蛋白磷酸化以后，磷酸基帶負(fù)電荷，于是非組蛋白與帶正電荷的組蛋白結(jié)合成復(fù)合物，這個(gè)復(fù)合物與帶負(fù)電荷的DNA相排斥，就從DNA上脫離下來。這樣，使原來與組蛋白結(jié)合的那個(gè)區(qū)段的DNA暴露出來，裸露的這段DNA可被RNA聚合酶識(shí)別而開始轉(zhuǎn)錄（如右圖）。基因活化的組蛋白轉(zhuǎn)位模型圖解（3）轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控  我們已經(jīng)知道細(xì)菌的代謝作用會(huì)直接受環(huán)境因素的影響，它的基因調(diào)控的信號(hào)常來自環(huán)境因素。多細(xì)胞的高等生物的代謝作用受環(huán)境的直接影響較少，它的基因調(diào)控信號(hào)主要來自體內(nèi)的激素。真核細(xì)胞基因調(diào)控系統(tǒng)很復(fù)雜，科學(xué)家根據(jù)實(shí)驗(yàn)提出了一個(gè)真核生物的基因調(diào)

31、控系統(tǒng)的模型（如下圖）。這個(gè)模型提出，真核生物的結(jié)構(gòu)基因受控于其相鄰的感受器，感受器相當(dāng)于原核生物的操縱基因，經(jīng)常抑制著結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄活性。此外，整合基因相當(dāng)于原核生物的調(diào)節(jié)基因，它可以形成活化物。活化物可能是一種RNA或蛋白質(zhì)，作用于感受器，使之解除對(duì)結(jié)構(gòu)基因的抑制。整合基因又受感受基因的激活。整個(gè)調(diào)控過程是：當(dāng)細(xì)胞膜上的受體與激素結(jié)合成激素受體復(fù)合物以后，作用于感受基因，感受基因可激活其鄰近的整合基因，整合基因所形成的活化物可解除感受器對(duì)結(jié)構(gòu)基因的抑制，從而開始轉(zhuǎn)錄。真核生物的基因調(diào)控系統(tǒng)模型除此之外，真核細(xì)胞基因在具體的轉(zhuǎn)錄中，每個(gè)基因的5端都有啟動(dòng)子（TATA框和CAAT框等），能為R

32、NA聚合酶提供附著部位并準(zhǔn)確識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)。增強(qiáng)子的存在更能加強(qiáng)啟動(dòng)子的效應(yīng)。RNA聚合酶的種類和數(shù)量對(duì)轉(zhuǎn)錄也有重要作用。RNA聚合酶I催化rRNA的轉(zhuǎn)錄，RNA聚合酶II催化mRNA的轉(zhuǎn)錄，RNA聚合酶III催化tRNA和5sRNA的轉(zhuǎn)錄。這些因素對(duì)轉(zhuǎn)錄水平都有重要影響。前體mRNA的轉(zhuǎn)錄加工過程圖解轉(zhuǎn)錄后調(diào)控  在真核細(xì)胞中，基因轉(zhuǎn)錄的最初產(chǎn)物是前體mRNA，其長(zhǎng)度比成熟的mRNA長(zhǎng)得多，經(jīng)過剪切、拼接、戴帽和加尾等加工，才能形成成熟的mRNA。這里所說的剪切和拼接是指剪切掉內(nèi)含子，把幾個(gè)外顯子拼接起來；戴帽是指在轉(zhuǎn)錄后的mRNA的5端加上一個(gè)甲基化的鳥嘌呤核苷酸，形成一個(gè)所謂的

33、帽子；加尾是指在轉(zhuǎn)錄后的mRNA的3端加上多聚腺嘌呤核苷酸，形成所謂的尾。mRNA的5端加帽作用和3端的加尾作用都有助于提高mRNA的穩(wěn)定性（如上圖）。翻譯水平的調(diào)控  真核生物基因的翻譯調(diào)控的一個(gè)重要作用是控制mRNA的穩(wěn)定性。在某些真核細(xì)胞中的mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)以后，并不立即作為模板進(jìn)行蛋白質(zhì)合成，而是與一些蛋白質(zhì)結(jié)合形成RNA蛋白質(zhì)（RNP）顆粒。這種狀態(tài)的mRNA的半衰期可以延長(zhǎng)。mRNA的壽命越長(zhǎng)，以它為模板進(jìn)行翻譯的次數(shù)越多。家蠶的絲芯蛋白基因是單拷貝的，但在幾天內(nèi)，一個(gè)細(xì)胞中可以合成多達(dá)1010個(gè)絲芯蛋白分子。這是它的mRNA分子和蛋白質(zhì)結(jié)合成為RNP顆粒而延長(zhǎng)了壽命的

34、結(jié)果。真核細(xì)胞中mRNA的平均壽命通常為3 h，而絲芯蛋白的mRNA的平均壽命卻長(zhǎng)達(dá)4 d，從這里可以看出mRNA的壽命控制著翻譯活性。不同發(fā)育時(shí)期，mRNA的壽命的長(zhǎng)短不同，翻譯的活性也不同。mRNA的壽命除與5的帽和3的尾有關(guān)外，還與mRNA結(jié)合形成mRNA蛋白質(zhì)顆粒的蛋白質(zhì)組分有關(guān)。翻譯后調(diào)控  真核生物基因翻譯的最初產(chǎn)物是一個(gè)大的蛋白質(zhì)分子。有時(shí)，必須經(jīng)酶切成更小的分子才能有生物活性。這個(gè)過程屬于翻譯后修飾。例如，胰島素基因翻譯的最初產(chǎn)物為胰島素原，由86個(gè)氨基酸組成，包括A、B、C三條肽鏈，生物活性很低。當(dāng)把C鏈切掉后，由A、B鏈相連形成的含有51個(gè)氨基酸的胰島素，才有較強(qiáng)

35、的生物活性。四病毒病毒為非細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物，通常為蛋白質(zhì)外殼包裹的核酸顆粒。病毒的主要組成成分是蛋白質(zhì)和核酸。（一）病毒的基本結(jié)構(gòu)1核酸：位于病毒體的中心，由一種類型的核酸構(gòu)成，含DNA的稱為DNA病毒。含RNA的稱為RNA病毒。DNA病毒核酸多為雙股（除微小病毒外），RNA病毒核酶酸多為單股（除呼腸孤病毒外）。病毒核酸也稱基因組，最大的痘病毒含有數(shù)百個(gè)基因，最小的微小病毒僅有3-4個(gè)基因。根據(jù)核酸構(gòu)形及極性可分為環(huán)狀、線狀、分節(jié)段以及正鏈、負(fù)鏈等不同類型，對(duì)進(jìn)一步闡明病毒的復(fù)制機(jī)理和病毒分類有重要意義。核酸蘊(yùn)藏著病毒遺傳信息，若用酚或其他蛋白酶降解劑去除病毒的蛋白質(zhì)衣殼，提取核酸并轉(zhuǎn)染或?qū)胨?/p>

36、主細(xì)胞，可產(chǎn)生與親代病毒生物學(xué)性質(zhì)一致的子代病毒，從而證實(shí)核酸的功能是遺傳信息的儲(chǔ)藏所，主導(dǎo)病毒的生命活動(dòng)，形態(tài)發(fā)生，遺傳變異和感染性。圖示為病毒結(jié)構(gòu)模式圖衣殼：在核酸的外面緊密包繞著一層蛋白質(zhì)外衣，即病毒的“衣殼”。衣殼是由許多“殼微粒”按一定幾何構(gòu)型集結(jié)而成，殼微米在電鏡下可見，是病毒衣殼的形態(tài)學(xué)亞單位，它由一至數(shù)條結(jié)構(gòu)多肽能成。根據(jù)殼微粒的排列方式將病毒構(gòu)形區(qū)分為：立體對(duì)稱，形成20個(gè)等邊三角形的面，12個(gè)頂和30條棱，具有五、三、二重軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，如腺病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒等；螺旋對(duì)稱，殼微粒沿螺旋形盤紅色的核酸呈規(guī)則地重復(fù)排列，通過中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，如正粘病毒，副粘病毒及彈狀病毒等； 復(fù)

37、合對(duì)稱，同時(shí)具有或不具有兩種對(duì)稱性的病毒，如痘病毒與噬菌體。蛋白質(zhì)衣殼的功能是：（1）致密穩(wěn)定的衣殼結(jié)構(gòu)除賦予病毒固有的形狀外，還可保護(hù)內(nèi)部核酸免遭外環(huán)境（如血流）中核酸酶的破壞；（2）衣殼蛋白質(zhì)是病毒基因產(chǎn)物，具有病毒特異的抗原性，可刺激機(jī)體產(chǎn)生抗原病毒免疫應(yīng)答；（3）具有輔助感染作用，病毒表面特異性受體邊連結(jié)蛋白與細(xì)胞表面相應(yīng)受體有特殊的親和力，是病毒選擇性吸附宿主細(xì)胞并建立感染灶的首要步驟。病毒的核酸與衣殼組成核衣殼，最簡(jiǎn)單的病毒就是裸露的核衣殼，如脊髓灰質(zhì)炎病毒等。有囊膜的病毒核衣殼又稱為核心。（二）病毒的輔助結(jié)構(gòu)1囊膜：某些病毒，如蟲媒病毒、人類免疫缺陷病毒、皰疹病毒等，在核衣殼外包

38、繞著一層含脂蛋白的外膜，稱為“囊膜”。囊膜中含有雙層脂質(zhì)、多糖和蛋白質(zhì)，其中蛋白質(zhì)具有病毒特異性，常與多糖構(gòu)成糖蛋白亞單位，嵌合在脂質(zhì)層，表面呈棘狀突起，稱“剌突或囊微?！?。它們位于病毒體的表面，有高度的抗原性，并能選擇性地與宿主細(xì)胞受體結(jié)合，促使病毒囊膜與宿主細(xì)胞膜融合，感染性核衣殼進(jìn)入胞內(nèi)而導(dǎo)致感染。囊膜中的脂質(zhì)與宿主細(xì)胞膜或核膜成分相似，證明病毒是以“出芽”方式，從宿主細(xì)胞內(nèi)釋放過程中獲得了細(xì)胞膜或核膜成分。有囊膜病毒對(duì)脂溶劑和其他有機(jī)溶劑敏感，失去囊膜后便喪失了感染性。2觸須樣纖維：腺病毒是唯一具有觸須樣纖維的病毒，腺病毒的觸須樣纖維是由線狀聚合多肽和一球形末端蛋白所組成，位于衣殼的各

39、個(gè)頂角。該纖維吸附到敏感細(xì)胞上，抑制宿主細(xì)胞蛋白質(zhì)代謝，與致病作用有關(guān)。此外，還可凝集某些動(dòng)物紅細(xì)胞。3病毒攜帶的酶：某些病毒核心中帶有催化病毒核酸合成的酶，如流感病毒帶有RNA的RNA聚合酶，這些病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)要靠它們攜帶的酶合成感染性核酸。（三）病毒的復(fù)制病毒體在細(xì)胞外是處于靜止?fàn)顟B(tài)，基本上與無生命的物質(zhì)相似，當(dāng)病毒進(jìn)入活細(xì)胞后便發(fā)揮其生物活性。由于病毒缺少完整的酶系統(tǒng)，不具有合成自身成份的原料和能量，也沒有核糖體，因此決定了它的專性寄生性，必須侵入易感的宿主細(xì)胞，依靠宿主細(xì)胞的酶系統(tǒng)、原料和能量復(fù)制病毒的核酸，借助宿主細(xì)胞的核糖體翻譯病毒的蛋白質(zhì)。病毒這種增殖的方式叫做“復(fù)制（Repl

40、ication）”。病毒復(fù)制的過程分為吸附、穿入、脫殼、生物合成及裝配釋放五個(gè)步驟，又稱復(fù)制周期(Replication cycle)。1吸附吸附是指病毒附著于敏感細(xì)胞的表面，它是感染的起始期。特異性吸附是非常重要的，根據(jù)這一點(diǎn)可確定許多病毒的宿主范圍，不吸附就不能引起感染。細(xì)胞與病毒相互作用最初是偶然碰撞和靜電作用，這是可逆的聯(lián)結(jié)。脊髓灰質(zhì)炎病毒的細(xì)胞表面受體是免疫球蛋白超家族，在非靈長(zhǎng)類細(xì)胞上沒有發(fā)現(xiàn)此受體，而猴腎細(xì)胞、Hela細(xì)胞和人二倍體纖維母細(xì)胞上有它的受體，故脊髓來質(zhì)炎病毒能感染人體鼻、咽、腸和脊髓前角細(xì)胞，引起脊髓灰質(zhì)炎（小兒麻痹）。水磨石病毒的細(xì)胞表面受體是含唾液酸（N-乙酰神

41、經(jīng)氨酸）的糖蛋白，它與流感病毒表面的血凝素剌突（受體連結(jié)蛋白）有特殊的親和力，如用神經(jīng)氨酸酶破壞該受體，則流感病毒不再吸附這種細(xì)胞。此外，HIV受體為CD4；鼻病毒的受體為細(xì)胞粘附分子-1（1CAM-1）；EB病毒的受體為補(bǔ)體受體-2（CR-2）。病毒吸附也受離子強(qiáng)度、pH、溫度等環(huán)境條件的影響。研究病毒的吸附過程對(duì)了解受體組成、功能、致病機(jī)理以及探討抗病毒治療有重要意義。2穿入穿入是指病毒核酸或感染性核衣殼穿過細(xì)胞進(jìn)入胞漿，開始病毒感染的細(xì)胞內(nèi)期。主要有三種方式：（1）融合，在細(xì)胞膜表面病毒囊膜與細(xì)胞膜融合，病毒的核衣殼進(jìn)入胞漿。副粘病毒以融合方式進(jìn)入，如麻疹病毒、腮腺炎病毒囊膜上有融合蛋白

42、，帶有一段疏水氨基酸，介導(dǎo)細(xì)胞膜與病毒囊膜的融合。（2）胞飲，由于細(xì)胞膜內(nèi)陷整個(gè)病毒被吞飲入胞內(nèi)形成囊泡。胞飲是病毒穿入的常見方式，也是哺乳動(dòng)物細(xì)胞本身具有一種攝取各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和激素的方式。當(dāng)病毒與受體結(jié)合后，在細(xì)胞膜的特殊區(qū)域與病毒病毒一起內(nèi)陷形成膜性囊泡，此時(shí)病毒在胞漿中仍被胞膜覆蓋。某些囊膜病毒，如流感病毒借助病毒的血凝素（HA）完成脂膜間的融合，囊泡內(nèi)低Ph環(huán)境使HA蛋白的三維結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而介導(dǎo)病毒囊膜與囊泡膜的融合，病毒核衣殼進(jìn)入胞漿。（3）直接進(jìn)入，某些無囊膜病毒，如脊髓灰質(zhì)炎病毒與受體接角后，衣殼蛋白的多肽構(gòu)形發(fā)生變化并對(duì)蛋白水解酶敏感，病毒核酸可直接穿越細(xì)胞膜到細(xì)胞漿中，而

43、大部分蛋白衣殼仍留在胞膜外，這種進(jìn)入的方式較為少見。3脫殼穿入和脫殼是邊續(xù)的過程，失去病毒體的完整性被稱為“脫殼(Uncoating)”。人脫殼到出現(xiàn)新的感染病毒之間叫“隱蔽期”。經(jīng)胞飲進(jìn)入細(xì)胞的病毒，衣殼可被吞噬體中的溶酶體酶降解而去除。有的病毒，如脊髓灰質(zhì)炎病毒，在吸附穿入細(xì)胞的過程中病毒的RNA釋放到胞漿中。而痘苗病毒當(dāng)其復(fù)雜的核心結(jié)構(gòu)進(jìn)入胞漿中后，隨之病毒體多聚酶活化，合成病毒脫殼所需要的酶，完成脫殼。4生物合成DNA病毒的RNA病毒在復(fù)制的生化方面有區(qū)別，但復(fù)制的結(jié)果都是合成核酸分子和蛋白質(zhì)衣殼，然后裝配成新的有感染性的病毒。一個(gè)復(fù)制周期大約需68小時(shí)。雙股DNA病毒的復(fù)制多數(shù)DNA

44、病毒為雙股DNA。雙股DNA病毒，如單純疹病毒和腺病毒在宿主細(xì)胞核內(nèi)的RNA聚合酶作用下，從病毒DNA上轉(zhuǎn)錄病毒mRNA，然后轉(zhuǎn)移到胞漿核糖體上，指導(dǎo)合成蛋白質(zhì)。而痘苗病毒本身含有RNA聚合酶，它可在胞漿中轉(zhuǎn)錄mRNA。mRNA有二種：早期m RNA，主要合成復(fù)制病毒DNA所需的酶，如依賴DNA的DNA聚合酶，脫氧胸腺嘧啶激酶等，稱為早期蛋白；晚期mRNa ，在病毒DNA復(fù)制之后出現(xiàn)，主要指導(dǎo)合成病毒的結(jié)構(gòu)蛋白，稱為晚期蛋白。子代病毒DNA的合成是以親代DNA為模板，按核酸半保留形式復(fù)制子代雙股DNA。DNA復(fù)制出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)蛋白合成之前。單股RNA病毒的復(fù)制RNA病毒核酸多為單股，病毒全部遺傳信

45、息均含在RNA中。根據(jù)病毒核酸的極性，將RNA病毒分為二組：病毒RNA的鹼基序列與mRNA完全相同者，稱為正鏈RNA病毒。這種病毒RNA可直接起病毒mRNA的作用，附著到宿主細(xì)胞核糖體上，翻譯出病毒蛋白。從正鏈RNA病毒顆粒中提取出RNA，并注入適宜的細(xì)胞時(shí)證明有感染性；病毒RNA鹼基序列與mRNA互補(bǔ)者，稱為負(fù)鏈RNA病毒。負(fù)鏈RNA病毒的顆粒中含有依賴RNA的RNA多聚酶，可催化合成互補(bǔ)鏈，成為病毒mRNA，翻譯病毒蛋白。從負(fù)鏈RNA病毒顆粒中提取出的RNA，因提取過程損壞了這種酶，從而無感染性。a正鏈RNA病毒的復(fù)制以脊髓灰質(zhì)炎病毒為例，侵入的RNA直接附著于宿主細(xì)胞核糖體上，翻譯出大分

46、子蛋白，并迅速被蛋白水解酶降解為結(jié)構(gòu)蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白，如依賴RNA的RNA聚合酶。在這種酶的作用下，以親代RNA為模板形成一雙鏈結(jié)構(gòu)，稱“復(fù)制型”。再?gòu)幕パa(bǔ)的負(fù)鏈復(fù)制出多股子代正鏈RNA，這種由一條完整的負(fù)鏈和正在生長(zhǎng)中的多股正鏈組成的結(jié)構(gòu)，秒“復(fù)制中間體”。新的子代RNA分子在復(fù)制環(huán)中有三種功能：（1）為進(jìn)一步合成復(fù)制型起模板作用；（2）繼續(xù)起mRNA作用；（3）構(gòu)成感染性病毒RNA。b負(fù)鏈RNA病毒的復(fù)制流感病毒、副流感病毒、狂犬病毒和腮腺炎病毒等有囊膜病毒屬于這一范疇。病毒體中含有RNA的RNA聚合酶，從侵入鏈轉(zhuǎn)錄出mRNA，翻譯出病毒結(jié)構(gòu)蛋白和酶，同時(shí)又可做為模板，在依賴RNA的RNA

47、聚合酶作用下合成子代負(fù)鏈RNA。逆轉(zhuǎn)錄病毒的復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄病毒又稱RNA腫瘤病毒，病毒體含有單股正鏈RNA、依賴RNA的DNA多聚酶（逆轉(zhuǎn)錄酶）和tRNA。其復(fù)制過程分二個(gè)階段：第一階段，病毒核時(shí)進(jìn)入胞漿后，以RNA為模板，在依賴RNA的DNA多聚酶和tRNA引物的作用下，合成負(fù)鏈DNA（即RNA：DNA），正鏈RNA被降解，進(jìn)而以負(fù)鏈DNA為模板形成雙股DNA（即DNA：DNA），轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi)，整合成宿主DNA中，成為前病毒。第二階段，前病毒DNA轉(zhuǎn)錄出病毒mRNA，翻譯出病毒蛋白質(zhì)。同樣從前病毒DNA轉(zhuǎn)錄出病毒RNA，在胞漿內(nèi)裝配，以出芽方式釋放。被感染的細(xì)胞仍持續(xù)分裂將前病毒傳遞至子代細(xì)胞。

48、病毒蛋白的合成與修飾病毒mRNA在宿主細(xì)胞聚核糖體上翻譯合成病毒結(jié)構(gòu)蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白，結(jié)構(gòu)蛋白是病毒結(jié)構(gòu)的組成成分，非結(jié)構(gòu)蛋白雖然不是病毒的結(jié)構(gòu)成分，但是在病毒復(fù)制中具有重要功能，大多是一些催化、調(diào)節(jié)病毒復(fù)制的酶類和調(diào)控蛋白。通常動(dòng)物病毒mRNA僅翻譯一條連續(xù)的完整的病毒多肽鏈，這種mRNA叫做單順反子mRNA 。分段基因級(jí)病毒，如流感病毒，核酸分為8個(gè)節(jié)段，每一節(jié)段轉(zhuǎn)錄一條mRNA，翻譯一種病毒蛋白。有的病毒，如脊髓灰質(zhì)炎病毒，病毒RNA本身做為,mRNA，首先翻譯出一大分子蛋白，然后在特殊位點(diǎn)被細(xì)胞或病毒蛋白水解酶裂解為許多小分子病毒蛋白，包括結(jié)構(gòu)蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白。也有的病毒，如披膜病毒，

49、基因組上有多處轉(zhuǎn)錄起始和終止碼，分別轉(zhuǎn)錄出單順反子mRNA并合成各自的病毒蛋白。DNA的轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)剪切拼接，并在3'端聚腺苷酸化，5'端加上甲基化帽，轉(zhuǎn)送入胞漿，合成病毒蛋白。某些病毒蛋白合成后需要修飾，如磷酸化、糖基化等。由病毒和細(xì)胞的蛋白激酶完成磷酸化，這是活化或滅活某些蛋白的一種方式。病毒糖蛋白是在胞漿中與膜相連的核糖體上合成，經(jīng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、平滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基氏體到達(dá)細(xì)胞膜，在此過程中被糖基化。5裝配與釋放新合成的病毒核酸和病毒結(jié)構(gòu)蛋白在感染細(xì)胞內(nèi)組合成病毒顆粒的過程稱為裝配，而從細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外的過程為釋放。大多數(shù)DNA病毒，在核內(nèi)復(fù)制DNA，在胞

50、漿內(nèi)合成蛋白質(zhì)，轉(zhuǎn)入核內(nèi)裝配成熟。而痘苗病毒其全部成份及裝配均在胞漿內(nèi)完成。RNA病毒多在胞漿內(nèi)復(fù)制核酸及合成蛋白。感染后6個(gè)小時(shí)，一個(gè)細(xì)胞可產(chǎn)生多達(dá)10，000個(gè)病毒顆粒。病毒裝配成熟后釋放的方式有：（1）宿主細(xì)胞裂解，病毒釋放到周圍環(huán)境中，見于無囊膜病毒，如腺病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒等；（2）以出芽的方式釋放，見于有囊膜病毒，如皰疹病毒在核膜上獲得囊膜，流感病毒在細(xì)胞膜上獲得囊膜而成熟，然后以出芽方式釋放出成熟病毒。也可通過細(xì)胞間橋或細(xì)胞融合鄰近的細(xì)胞。病毒的增殖不只是產(chǎn)生有感染性的子代，絕大多數(shù)動(dòng)物病毒在大量感染的情況下，經(jīng)多次增殖會(huì)產(chǎn)生缺損干擾顆粒，它是能干擾親代病毒復(fù)制的缺損病毒，其核酸

51、有部分缺損或被宿主DNA片段替換。缺損干擾顆粒的基本特性是：（1）本身不能繁殖；（2）有輔助病毒存在時(shí)方能增殖；（3）干擾同種病毒而不干擾異種病毒的增殖；（4）在感染細(xì)胞內(nèi)與親代病毒競(jìng)爭(zhēng)性增殖。由于缺損干擾顆粒的產(chǎn)生，使同種感染性病毒數(shù)量減少，在導(dǎo)致病毒的持續(xù)性感染中具有一定的作用，但疫苗中含有大量缺損干擾顆粒會(huì)影響活疫苗的免疫效果?！镜湫屠}】例1 用下列哪種情況的肺炎球菌感染健康小鼠會(huì)使之生病和死亡？ A 加熱殺死的B 活的，但缺乏多糖莢膜C 加熱殺死的肺炎球菌和缺乏細(xì)胞莢膜的肺炎球菌的混合物D 既缺乏多糖又加熱殺死的析 A不對(duì)，因?yàn)榧訜釟⑺赖姆窝浊蚓粫?huì)感染小鼠引起致病而死亡。B不對(duì)，無

52、莢膜的肺炎球菌無致病性。C正確，當(dāng)將加熱殺死的肺炎球菌和活的無莢膜肺炎球菌相混合時(shí)，活的無莢膜肺炎球菌因吸收加熱殺死有莢膜肺炎球菌的DNA，從而轉(zhuǎn)化為有莢膜活的肺炎球菌，此菌具有致病性，當(dāng)它感染小鼠時(shí)，則會(huì)引起小鼠致病死亡。D不對(duì)，無多糖莢膜的肺炎球菌本來就無致病性，再將它加熱殺死后更不會(huì)感染小鼠。所以答案選C。例2 一條多肽鏈中有49個(gè)肽鍵，那么，控制合成該肽鏈的基因片段中至少有堿基數(shù)為 A 49個(gè) B 98個(gè) C 150個(gè) D 300個(gè)析 兩個(gè)氨基酸縮合成二肽，含有三個(gè)肽鍵，一條含49個(gè)肽鍵的多肽鍵應(yīng)由50個(gè)氨基酸組成。轉(zhuǎn)譯多肽鏈的直接模板為mRNA，mRNA上三個(gè)相鄰堿基決定一個(gè)氨基酸，

53、故作為合成該肽鏈的mRNA分子至少有50×3150個(gè)堿基。由于轉(zhuǎn)錄mRNA的模板是DNA分子（基因）中的一條鏈來進(jìn)行的，故用來轉(zhuǎn)錄含有150個(gè)堿基的mRNA的DNA片段至少應(yīng)有150×2300個(gè)堿基。所以答案D正確。例3 右圖代表一個(gè)學(xué)生關(guān)于發(fā)生在動(dòng)物細(xì)胞中的DNA合成的觀點(diǎn)。箭頭表示新合成的DNA。對(duì)此圖的正確評(píng)價(jià)是 A正確B不正確，因?yàn)閯?dòng)物細(xì)胞中DNA的合成是單方向的C不正確，因?yàn)镈NA合成是沿35方向進(jìn)行D不正確，因?yàn)樵趦蓷l鏈上DNA的合成都是沿錯(cuò)誤方向進(jìn)行的析 A正確?；蚪M中能獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制的單位稱復(fù)制子，每個(gè)復(fù)制子都含有一個(gè)控制復(fù)制起始的起點(diǎn)。上圖是一個(gè)復(fù)制單位進(jìn)

54、行雙向，對(duì)稱復(fù)制的圖解。大多數(shù)生物染色體DNA的復(fù)制都是雙向?qū)ΨQ的。B不對(duì)：動(dòng)物細(xì)胞中DNA合成也是雙向的。C不對(duì)：DNA合成是在DNA聚合酶催化下沿53方向進(jìn)行，至今尚未發(fā)現(xiàn)催化沿35方向進(jìn)行合成的聚合酶。D不對(duì)：圖中兩條鏈上DNA的合成方向均沿53方向是正確的。所以答案選A。例4 蠶的絲腺細(xì)胞能產(chǎn)生大量蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)叫絲蛋白。這些細(xì)胞不產(chǎn)生血液中的蛋白質(zhì)，因此推測(cè)絲腺細(xì)胞 A只有絲蛋白基因 B有血蛋白和絲蛋白基因C有絲蛋白基因和其他基因，但沒有血液蛋白基因D比合子的基因少析 生物體每個(gè)正常體細(xì)胞中都含有本物種整套的基因。對(duì)一個(gè)不斷分裂的胚性細(xì)胞而言，這些基因能按一定的發(fā)育順序被逐漸打開

55、；而對(duì)一個(gè)高度分化的細(xì)胞（如絲腺細(xì)胞）而言，細(xì)胞內(nèi)絕大部分基因被關(guān)閉了，一般只有少部分與該細(xì)胞功能有關(guān)的基因才具有表達(dá)功能。因此，絲腺細(xì)胞中絲蛋白和血液蛋白基因都存在，但絲蛋白基因可以表達(dá)而血液蛋白基因被關(guān)閉了，不能表達(dá)。答案應(yīng)該選擇B。例5 用同位素35S標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼，32P標(biāo)記其核酸分子。該噬菌體感染普通大腸桿菌，結(jié)果絕大多數(shù)子代噬菌體中 A有35S B有32P C有35S 和32P D沒有35S和32P析 這道題有一定的迷惑性。不少同學(xué)認(rèn)為噬菌體侵染細(xì)菌的過程中蛋白質(zhì)外殼始終留在細(xì)菌的外面，而DNA卻進(jìn)入了細(xì)菌內(nèi)部并不斷進(jìn)行復(fù)制，因此很可能會(huì)把答案錯(cuò)選成B。而實(shí)際上，親代噬菌體

56、DNA進(jìn)入大腸桿菌后，只是提供了合成子代噬菌體的模板，所需的原料（氨基酸、核苷酸等）則全部由大腸桿菌提供。由于原料中不含35S和 32P，所以，所有子代噬菌體蛋白質(zhì)外殼中均無35S，僅兩個(gè)帶母鏈DNA的子代噬菌體有32P，其余子代噬菌體DNA中均無32P。答案應(yīng)該選擇D。例6 下面給出的基因模型中示出多肽肌肉酶的染色體“單拷貝”基因內(nèi)部和周圍的DNA組織情況。標(biāo)明了轉(zhuǎn)錄的起始部位（ini）和終止部位（ter），翻譯的起始密碼子（sta）和終止密碼子（sto），以及基因中內(nèi)含子的界限（）。距離以千堿基（kb）表示，但未按比例畫出。 ini sta sto ter0 1.2 1.7 2.0 5.2 5.8 7.5 8.0（1）這種肌肉酶多肽是由多少個(gè)氨基酸組成的？假定此酶不發(fā)生任何翻譯后的加工。（2）在核糖體上被使用的肌肉酶mRAN是由多少個(gè)核苷酸組成的？假定在mRAN起作用之前在其3端連有一個(gè)100個(gè)核