2017公衛執業醫師生物化學考點

生物化學是運用化學的理論和方法研究生命物質的邊緣學科。其任務主要是瞭解生物的化學組成、結構及生命過程中各種化學變化。下面是應屆畢業生小編為大家搜尋整理了2017公衛執業醫師生物化學考點，希望對大家考試有所幫助。

RNA的生物合成

RNA的生物合成包括轉錄和RNA的複製。

轉錄(transcription)：以一段DNA的遺傳資訊為模板，在RNA聚合酶作用下，合成出對應的RNA的過程，或在DNA指導下合成RNA。

轉錄產物：mRNA 、rRNA、 tRNA、小RNA

除某些病毒基因組RNA外，絕大多數RNA分子都來自DNA轉錄的產物。

轉錄研究的主要問題：

①RNA聚合酶 ②轉錄過程 ③轉錄後加工 ④轉錄的調控

①~③是基本內容，④是目前研究的焦點，轉錄調控是基因調控的核心。

轉錄與DNA複製的異同：

相同：要有模板，新鏈延伸方向5’→3’，鹼基的加入嚴格遵循鹼基配對原則。

相異：①複製需要引物，轉錄不需引物。

②轉錄時，模板DNA的資訊全保留，複製時模板資訊是半保留。

③轉錄時，RNA聚合酶只有5’→3’聚合作用，無5’→3’及3’→5’外切活性。

轉錄是基因表達的第一步，也是最關鍵的一步。

基因表達的終產物：①RNA ②蛋白質

轉錄過程涉及兩個方面

①RNA合成的酶學過程

②RNA合成的起始訊號和終止訊號，即DNA分子上的特定序列。

DNA正鏈：與mRNA序列相同的DNA鏈。

負鏈：與正鏈互補的DNA鏈。

轉錄單位的起點核苷酸為+1，起點右邊為下游(轉錄區)，轉錄起點左側為上游，用負數表示：-1，-2，-3。

DNA指導的RNA合成(轉錄)

RNA鏈的轉錄，起始於DNA模板的一個特定位點，並在另一位點終止，此轉錄區域稱為一個轉錄單位。一個轉錄單位可以是一個基因(真核)，也可以是多個基因(原核)。

基因的轉錄是有選擇性的，細胞不同生長髮育階段和細胞環境條件的改變，將轉錄不同的基因。

轉錄的起始由DNA上的啟動子區控制，轉錄的終止由DNA上的終止子控制，轉錄是通過DNA指導的RNA聚合酶來實現的。

一、 RNA聚合酶

RNA合成的基本特徵

①底物：NTP(ATP、GTP、CTP、UTP)

②RNA鏈生長方向：5’→3’

③不需引物

④需DNA模板

反應：

1、 RNA聚合酶(原核生物)

和其它原核細胞一樣，只有一種RNA聚合酶，合成各種RNA(mRNA、tRNA、rRNA)。

一個細胞中約有7000個RNA聚合酶分子，在任一時刻，大部分聚合酶(5000左右)正在參與RNA的合成，具體數量依生長條件而定。

RNA聚合酶全酶|(holoenzyme)分子量46萬Da，由六個亞基組成，α2ββ’ σω，另有兩個Zn2+。

無σ亞基的酶叫核心酶，核心酶只能使已開始合成的RNA鏈延長，而不具備起始合成活性，加入σ亞基後，全酶才具有起始合成RNA的能力，因此，σ亞基稱為起始因子。

RNA聚合酶各亞基的大小與功能：

亞基 亞基數 分子量(KD) 基因 功能

β’ 1 160 rpoC 模板DNA結合

β 1 150 rpoB 與核苷酸結合，起始和催化部位。

σ 1 70 rpoD 起始識別因子

α 2 37 rpoA 與DNA上啟動子結合

ω 1 不詳

不同的細菌，β’、β、α亞基分子量變化不大，σ亞基分子量變化較大，44KD~92KD。

σ亞基的功能：核心酶在DNA上滑動，σ亞基能增加酶與DNA啟動子的結合常數，增加停留時間，使聚合酶迅速找到啟動子並與之結合，σ亞基本身無催化活性。

不同的σ因子識別不同的啟動子，從而表達不同的基因。

不同的原核生物，都具有相同的核心酶，但σ亞基有所差別，這決定了原核基因表達的選擇性。

RNA聚合酶的催化活性：RNA聚合酶以完整的雙鏈DNA為模板，轉錄時DNA的雙鏈結構部分解開，轉錄後DNA仍然保持雙鏈的結構。

核心酶覆蓋60bp的DNA區域，其中解鏈部分17bp左右，RNA-DNA雜合鏈約12bp。

純的RNA聚合酶，在離體條件下可轉錄雙鏈DNA，但在體內，DNA的兩條鏈中只有一條可用於轉錄，這可能是由於RNA聚合酶在分離時丟失了σ亞基引起的。

解旋和重新螺旋化也是RNA聚合酶的內在特性，在酶的前端解螺旋，在後端以相反方向重新螺旋化，活體狀況中，可能還有其它酶活性來幫助調整DNA的拓撲學性質。

37℃時，RNA聚合酶的聚合速度可達40~100個核苷酸/秒

2、 真核生物RNA聚合酶

真核生物的轉錄機制要複雜得多，有三種細胞核內的RNA聚合酶：RNA聚合酶I轉錄rRNA，RNA聚合酶II轉錄mRNA，RNA聚合酶III轉錄tRNA和其它小分子RNA。這三種RNA聚合酶分子量都在50萬左右，亞基數分別為6-15。

動物、植物、昆蟲等不同來源的細胞，RNApolⅡ的活性都可被低濃度的α-鵝膏蕈鹼抑制，而RNApolⅠ不受抑制。

動物RNApolⅢ受高濃度的α-鵝膏蕈鹼抑制，而酵母、昆蟲的RNApolⅢ不受抑制。

除了細胞核RNA聚合酶外，還分離到粒線體和葉綠體RNA聚合酶，它們的結構簡單，能轉錄所有種類的RNA，類似於細菌RNA聚合酶。

3、 噬菌體T3和T7編碼的RNA聚合酶

僅為一條分子量11KD的'多肽鏈，這些聚合酶只需要識別噬菌體DNA的少數啟動子，並無選擇地與其作用，37℃時的聚合速度200nt/秒。

二、 RNA聚合酶催化的轉錄過程()

1、 起始

RNA聚合酶結合到DNA雙鏈的特定部位，區域性解開雙螺旋，第一個核苷酸摻入轉錄起始位點，從此開始RNA鏈的延伸。

在新合成的RNA鏈的5’末端，通常為帶有三個磷酸基團的鳥苷或腺苷(pppG或pppA)，即合成的第一個底物是GTP或ATP。

起始過程中，σ因子起關鍵作用，它能使聚合酶迅速地與DNA的啟動子結合，σ亞基與β’結合時，β’亞基的構象有利於核心酶與啟動子緊密結合，。

正鏈：與mRNA序列相同的兩、鏈。

負鏈：模板鏈。

轉錄起點是+1，上游是-1。

2、 延長

轉錄起始後，σ亞基釋放，離開核心酶，使核心酶的β’亞基構象變化，與DNA模板親和力下降，在DNA上移動速度加快，使RNA鏈不斷延長。

轉錄起始後，σ亞基便從全酶中解離出來，然後nusA亞基結合到核心酶上，由nusA亞基識別序列序列。

3、 終止

RNA聚合酶到達轉錄終止點時，在終止輔助因子的幫助下，聚合反應停止，RNA鏈和聚合酶脫離DNA模板鏈，nusA又被σ亞基所取代。

由此形成RNA聚合酶起始複合物與終止複合物兩種形式的迴圈

三、 啟動子和轉錄因子

啟動子：RNA聚合酶識別、結合並開始轉錄所必需的一段DNA序列。

轉錄因子：RNA聚合酶在進行轉錄時，常需要一些輔助因子(蛋白質)參與作用，此類蛋白質統稱為轉錄因子。

足跡法和DNA測序法確定啟動子的序列結構。

(一) 原核啟動子結構與功能

分析比較上百種啟動子序列，發現不同的啟動子都存在保守的共同序列，包括RNA聚合酶識別位點和結合位點。

(1)、 -10序列(Pribnow框)

在轉錄起點上游大約-10處，有一個6bp的保守序列TATAAT，稱Pribnow框。此段序列出現在-4到-13bp之間，每個位點的保守性在45%-100%。

頻度： T89 A89 T50 A65 A65 T100

據預測，Pribnow框中，一開始的TA和第6位最保守的T在結合RNA聚合酶時起十分重要的作用。

目前認為，Pribnow框決定轉錄方向。酶在此部位與DNA結合形成穩定的複合物，Pribnow框中DNA序列在轉錄方向上解開，形成開放型起始結構，它是RNA聚合酶牢固的結合位點，是啟動子的關鍵部位。

RNA聚合酶的結合，誘導富含AT的Pribnow框的雙鏈解開，然後進一步擴大成17個核苷酸長度的泡狀物，在泡狀物中RNA聚合酶從模板鏈開始轉錄RNA產物。

(2)、 -35序列(Sexfama box)(識別區域)

只含-10序列的DNA不能轉錄，在-10序列上游還有一個保守序列，其中心約在-35位置，稱為-35序列，此序列為RNA酶的識別區域。

各鹼基出現頻率如下：T85 T83 G81 A61 C69 A52 ，其中TTG十分保守。

-35序列的功能：它是原核RNA聚合酶全酶依靠σ因子的初始識別位點。因此，-35序列對RNA聚合酶全酶有很高的親和性。-35序列的核苷酸結構，在很大程度上決定了啟動子的強度，RNA聚合酶易識別強的啟動子。

-35序列提供RNA聚合酶識別訊號，

-10序列有助於DNA區域性雙鏈解開，

啟動子結構的不對稱性決定了轉錄的方向。

P364 圖20-4 原核型啟動子的結構

(二) 真核啟動子

真核基因的轉錄十分複雜，對啟動子的分析要比原核基因的困難得多。

真核生物有三種RNA聚合酶：RNA聚合酶I、II、III，分別轉錄rRNA、mRNA、tRNA和小分子RNA，這三類聚合酶的啟動子各有其結構特點。

1、 RNA聚合酶Ⅱ的啟動子

RNA聚合酶Ⅱ的啟動子有三個保守區：

(1)、 TATA框(Hogness框)

中心在-25至-30，長度7bp左右。

鹼基頻率：T82 A97 A85 A63 (T37 )A83 A50(T37 )(全為A-T，少數含有一個G-C對)。

此序列功能：使DNA雙鏈解開，並決定轉錄的起點位置，失去TATA框，轉錄將可能在許多位點上開始。

TATA框的改變或缺失，直接影響DNA與酶的結合程度，會使轉錄起始點偏移，因此，TATA是絕大多數真核基因正確表達所必需的。

由於RNA聚合酶分子有相對固定的空間結構，同此框的結合位點和轉錄反應催化位點的距離，決定了起始位點的正確選擇。啟動子特定序列和酶的正確結構，這兩者把酶置於一種正確的構象中，決定了識別的正確性和轉錄起始的正確性。

(2)、 CAAT框

中心在-75處，9bp，共有序列GGT(G)CAATCT

功能：與RNA聚合酶結合。

(3)、 GC框

在CAAT框上游，序列GGGCGG，與某些轉錄因子結合。

CAAT和GC框均為上游序列，對轉錄的起始頻率有較大影響。

2、 RNApolⅢ的啟動子

RNApolⅢ的啟動子在轉錄區內部。

四、 終止子和終止因子

終止子：提供轉錄終止訊號的一段DNA序列。

終止因子：協助RNA聚合酶識別終止子的蛋白質輔助因子。

有些終止子的作用可被特異的因子所阻止，使酶越過終止子繼續轉錄，稱為通讀，這類引起抗終止作用的蛋白質稱為抗終止因子。

終止子位於已轉錄的序列中，DNA的終止子可被RNA聚合酶本身或其輔助因子識別。

1、 大腸桿菌中的兩類終止子

所有原核生物的終止子在終止點之前都有一個迴文結構，它轉錄出來的RNA可以形成一個頸環式的發莢結構。

(1)、 不依賴於ρ的終止子(簡單終止子)

簡單終止子除具有髮夾結構外，在終止點前有一寡聚U序列，迴文對稱區通常有一段富含GC的序列。寡聚U序列可能提供訊號使RNA聚合酶脫離模板。

(2)、 依賴ρ的終止子

依賴ρ的終止子，必需在ρ因子存在時，才發生終止作用。終止點前無寡聚U序列，迴文對稱區不富含GC。ρ因子是55KD的蛋白質，可水解三磷酸核苷。

2、 抗終止作用

通讀往往發生在強啟動子、弱終止子的基因上。

抗終止作用常見於某些噬菌體的時序控制。早期基因於後基因之間以終止子相隔開，通過抗終止作用可以開啟後基因的表達。

λ噬菌體前早期(immediate early)基因的產物N蛋白就是一種抗終止因子。它與RNA聚合酶作用使其在左右兩個終止子處發生通讀，從而表達晚早期(delayed early)基因。晚早期基因的產物Q蛋白也是一種抗終止因子，它能使晚早期基因得以表達。

　RNA轉錄後的加工

RNA聚合酶合成的原初轉錄產物，要經過剪下、修飾、拼接等過程，才能轉變成成熟的RNA分子，此過程稱RNA轉錄後的加工。

(1)、 原核、真核的tRNA、rRNA(穩定的RNA)

細胞內的tRNA、rRNA相對穩定，半衰期一般為幾個小時。所有的tRNA、rRNA都不是原初轉錄產物，都要經過一系列的加工才能成為有活性的分子。

a. 原初轉錄產物的5’是三磷酸(pppG、pppA)，而成熟的tRNA、rRNA ，5’是單磷酸。

b. 成熟 tRNA、rRNA分子都比原初轉錄物小。

c. 所有的tRNA分子，都有原初轉錄物所沒有的稀有鹼基(A、G、C、U以外的鹼基)。