第二章 生物学基础幻灯片.pptVIP

* BIOINFORMATICS 数理与生物工程学院 * 对某些蛋白质而言，维系蛋白质结构次级键的形成或破坏都是强协调过程。在此情况下，变性或复性是一个“全或无”的过程，又称蛋白质变性或复性的“二态模型”，即只存在两种状态，要么是具有全部结构的天然态，要么是丧失全部空间结构的变性态。对于可逆变性的体系，天然蛋白(N)和变性蛋白(U)之间的平衡反应可表示如下： * BIOINFORMATICS 数理与生物工程学院 * 去折叠 N U 重折叠 * BIOINFORMATICS 数理与生物工程学院 * 蛋白质肽链在溶液中可能取的构象数是一个天文数字。即使假定每个肽键只能有两种构象，那么，由100个氨基酸残基肽链的可能构象也有2100种，经历全部构象的时间要107年以上。但是，一般变性蛋白质的体外重折叠时间只需要几分钟至几小时。这表明；蛋白质的折叠不是一个随机过程，而是通过特定的动力学途径达到天然构象的。 * BIOINFORMATICS 数理与生物工程学院 * 目前，蛋白质结构的测定速度远远低于核酸序列的测定速度，蛋白质结构预测已成为生物信息学的一项重要任务。在蛋白质二级结构和三级结构之间，由α螺旋和β折叠片组装成紧凑折叠单元，这种“单元”对于蛋白质结构的分类和预测有重要的作用，称为“折叠单元”或“折叠”。尽管蛋白质序列数以百万计，但是折叠的种类却极为有限，很可能不超过1000种。 * BIOINFORMATICS 数理与生物工程学院 * 另一方面，蛋白质的氨基酸序列中含有一些在进化过程中最为保守的单元（称为结构域），它们通常可以相对独立地折叠，形成某种特定的局部空间结构或折叠单元。序列相同的结构域对应相同的折叠单元。蛋白质折叠具有很强的规律性，这意味着可以进行蛋白质结构预测。 * BIOINFORMATICS 数理与生物工程学院 * 2.7.4 帮助新生肽链折叠的生物大分子 现在认识到的帮助新生肽链折叠的蛋白质可以分为两大类：一类是分子伴侣(molecular chaperone)，另一类则是催化同折叠过程直接相关的化学反应的酶，现在又称为“折叠酶（foldase）。 * BIOINFORMATICS 数理与生物工程学院 * 与这一组结构基因相邻的是一小段协助调控它们的DNA序列，包括启动子和操纵基因。启动子是RNA聚合酶结合的位点，一旦RNA聚合酶与启动子结合，便启动了3种结构基因开始转录。在启动子和结构基因之间的DNA片段是操纵基因，它起一种开关的作用，决定着RNA聚合酶能否与操纵基因结合并向结构基因移动，完成转录过程。所谓操纵子就是一种完整的细菌基因的表达单位，由若干个结构基因、一个或数个调节基因及控制单元组成。 * BIOINFORMATICS 数理与生物工程学院 * 当大肠杆菌培养基中没有乳糖时，由操纵子前端的调节基因编码产生的阻遏蛋白便与操纵基因结合，阻止了RNA聚合酶与启动子的结合，使得乳糖操纵子处于关闭状态，不能转录形成编码β-半乳糖苷酶（Z）、透性酶（Y）和硫半乳糖苷乙酰转移酶（A）的mRNA，当然也就不可能合成相应的3种酶。 * BIOINFORMATICS 数理与生物工程学院 * 在阻遏蛋白始终存在的情况下，乳糖操纵子如何启动呢？当大肠杆菌周围有乳糖存在时，乳糖分子首先可以与阻遏蛋白相互结合，改变了阻遏蛋白的形状，使后者不能再与操纵基因结合。这时，操纵基因便开启着，RNA聚合酶便可以结合在启动子上，然后沿操纵子移向结构基因，转录3种酶的结构基因，进一步形成mRNA。这些mRNA进一步翻译，合成了大肠杆菌利用乳糖的3种酶蛋白。 * BIOINFORMATICS 数理与生物工程学院 * 图2-35 乳糖操纵子模型 * BIOINFORMATICS 数理与生物工程学院 * 2.6.2 真核生物基因的表达与调控 真核生物（除酵母、藻类和原生动物等单细胞类之外）主要由多细胞组成。真核生物有细胞核结构，转录和翻译过程在时间和空间上彼此分开，并且在转录和翻译后都有复杂的信息加工过程，其基因表达的调控可以发生在各种不同的水平上。通常包括以下几个水平：DNA水平的调控，转录前水平的调控，转录水平的调控，转录后水平的调控，翻译水平的调控和翻译后水平调控。真核生物的DNA与蛋白质结合在一起，形成十分复杂的染色质结构。 * BIOINFO