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3分子间的作用力[学习目标］ 1.通过实验知道分子间存在着空隙和相互作用力。
2。
通过图象分析知道分子力与分子间距离的关系。
3。
明确分子动理论的内容．一、分子间的作用力［导学探究］（1）如图1所示，把一块洗净的玻璃板吊在弹簧测力计下面，使玻璃板水平地接触水面，若想使玻璃板离开水面，在拉出玻璃板时，弹簧测力计的示数与玻璃板的重力相等吗？为什么？图1（2)既然分子间存在引力，当两个物体紧靠在一起时,为什么分子引力没有把它们粘在一起？（3)无论容器多大,气体有多少，气体分子总能够充满整个容器,是分子斥力作用的结果吗？答案（1）不相等；因为玻璃板和液面之间有分子引力，所以在使玻璃板拉出水面时弹簧测力计的示数要大于玻璃板的重力．(2)虽然两物体靠得很紧，但绝大部分分子间距离仍很大，达不到分子引力起作用的距离，所以不会粘在一起．(3)气体分子之间的距离r ＞10r0时，分子间的作用力很微弱，可忽略不计．所以气体分子能充满整个容器，并不是分子斥力作用的结果，而是分子的无规则运动造成的．［知识梳理］1．分子间同时存在着相互作用的引力和斥力．分子间实际表现出的作用力是引力和斥力的合力．2．分子间作用力与分子间距离变化的关系（如图2所示)．分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小,随分子间距离的减小而增大，但斥力比引力变化得快．图23．分子间作用力与分子间距离的关系．(1）当r＝r0时,F引＝F斥，此时分子所受合力为零．（2）当r＜r0时,F引＜F斥，作用力的合力表现为斥力．(3）当r＞r0时,F引＞F斥，作用力的合力表现为引力．（4）当r＞10r0（即大于10－9 m）时，分子间的作用力变得很微弱，可忽略不计．4．分子力小球－弹簧模型：当分子间的距离在r0附近变化时，它们之间的作用力的合力的变化类似于弹簧连接着两个小球间弹力的变化：由原长拉伸时表现为引力，由原长压缩时表现为斥力．二、分子动理论［导学探究](1)参与热运动的某一个分子的运动有规律可循吗？大量分子的运动呢？（2)为什么物体既难以拉伸，又难以压缩?答案(1）以气体为例,气体分子在无序运动中不断发生碰撞，每个分子的运动速率不断地发生变化．在某一特定时刻，某个特定分子究竟做怎样的运动完全是偶然的,不能预知．但对大量分子的整体，在一定条件下，实验和理论都证明，它们遵从一定的统计规律．(2）拉伸时,分子间表现为引力，压缩时分子间表现为斥力．［知识梳理]1．分子动理论(1）概念：把物质的热学性质和规律看做微观粒子热运动的宏观表现而建立的理论．（2)内容：①物体是由大量分子组成的．②分子在做永不停息的无规则运动．③分子之间存在着引力和斥力．2．统计规律：由大量偶然事件的整体所表现出来的规律．(1）微观方面:单个分子的运动是无规则(选填“有规则”或“无规则")的，具有偶然性．(2）宏观方面:大量分子的运动表现出规律性，受统计规律的支配．3．分子力的宏观表现(1）当外力欲使物体拉伸时，组成物体的大量分子间将表现为引力，以抗拒外力对它的拉伸．（2）当外力欲使物体压缩时，组成物体的大量分子间将表现为斥力，以抗拒外力对它的压缩。
第七章真核生物基因表达调控GeneRegulationin Eukaryotes概述真核生物与原核生物调控系统的差异原因⏹真核生物细胞调节基因表达是为了维持生物有机体的稳态（homeostasis）。
⏹真核生物中尤其是高等真核生物中，根据激素水平和发育阶段来调控基因表达。
⏹真核生物基因表达调控据其性质可分为：瞬时/短期调控（可逆性调控）：细胞对环境变动的应答。
长期调控（不可逆调控）：涉及发育过程中细胞的决定和分化。
多级调节系统（multiistage regulation system）⏹根据基因表达调控在同一事件中发生的先后次序可分为：转录前水平转录水平转录后水平翻译水平翻译后水平主要内容第一节转录前水平的调控第二节转录水平的调控第三节转录后水平的调控第四节翻译水平的调控第五节翻译后水平的调控（自学）第一节转录前水平的调控⏹一般来说☎低等动物发育过程中细胞的决定和分化常常通过基因组水平的加工改造来实现。
☎高等动物对于分化后不再需要的基因则采取异染色质化的方式来永久性地加以关闭。
一、基因丢失（gene deletion）⏹在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。
⏹实例：☎马蛔虫：具有多个着丝点☎某些低等动物（如：甲壳类的剑水蚤）：非生殖细胞删除异染色质部分。
☎四膜虫：☎最突出的例子是哺乳动物的红细胞，它在成熟过程中整个核都丢失。
二、基因扩增（gene amplification）⏹基因扩增是指细胞内某些特定基因的拷贝数专一性的大量增加的现象。
⏹它是细胞在短期内为满足某种需要而产生足够的基因产物的一种调控手段。
⏹实例：☎非洲爪蟾卵母细胞：核糖体RNA的基因（rDNA）☎昆虫的卵母细胞：卵壳蛋白三、基因重排（gene rearrange）⏹基因重排是指将一个基因从远离启动子的地方移到距离它很近的位点从而启动转录。
⏹重排可使表达的基因发生切换，由表达一种基因转为表达另一种基因。
例如，单倍体酵母交配型的改变。
⏹重排的另一种意义是产生新的基因，以适合特殊的需要。
例如，哺乳动物免疫球蛋白基因的产生。
（一）、芽殖酵母交配型的转换交配型转换的机制（二）、免疫球蛋白的重排⏹抗体由4个多肽组成☐2条重链（Heavy chain）☐ 2 条轻链（Light chain）⏹可变区（Variable regions）——抗原结合位点☐在不同的抗体中有所不同☐赋予蛋白质特异性⏹蛋白质的剩余部分是保守的，被称为恒定区（C）。
1、抗体的结构2、抗体基因轻链的重排3、抗体重链的编码区域人类抗体的重链：✓48 个可变片段（V）✓23 个多样性片段（D）✓6个连接片段（J）✓ 1 个恒定片段（C）4、V(D)J重组机制——12/23法则⏹重组信号序列（recombination signal sequence，RSS）：☎七聚体☎九聚体☎居间的12或23 bp四、DNA的甲基化与基因活性调控1、DNA甲基化的形式⏹主要：5-甲基胞嘧啶（5-mC）⏹少量：☐N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）☐7-甲基鸟嘌呤（7-mG）5-碱基胞嘧啶出现的位臵⏹真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出现在CG、CNG、CCA/TGG和GATC 中。
✓在哺乳动物中，DNA的甲基化作用几乎都出现在二核苷酸CG 处。
✓在植物中，胞嘧啶的甲基化作用出现在CG或CNG中。
⏹基因组中大多数5-甲基-胞嘧啶位于反转录转座子或者其它的重复序列中。
2、真核生物有2种甲基化酶☐日常型甲基转移酶：分I、II、III三类，它们在甲基化模板链指导下使处于半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化。
☐从头合成甲基转移酶：催化未甲基化的CpG成为mCpG，不需要母链指导，但速度很慢。
3、DNA甲基化的作用⏹甲基化作用是使被标记基因沉默的一种方式。
⏹在许多基因中，甲基化作用模式在大多数CG二核苷酸位点是恒定的，但是在某些位点是可变的。
⏹一般原则：☐如果多数CpG位点被甲基化【超甲基化作用（hypermethylation）】，那么基因倾向于失活。
☐如果少数CpG位点被甲基化【低甲基化作用（hypomethylation）】，那么基因倾向于活化。
4、CpG岛⏹CpG岛是指小的、富含CG的DNA序列（1-2 kb长）。
⏹CpG岛约与40-50%看家基因的启动子相关联。
⏹5-甲基胞嘧啶易于自发的进行脱氨基作用，结果使CG→TG。
⏹CpG岛可防止自发脱氨基作用。
五、染色质结构与基因活性⏹染色质＝DNA＋组蛋白＋非组蛋白＋少量的RNA⏹组蛋白的作用：☐DNA的脚手架☐遗传活性的调节物（一）、历史回顾——组蛋白对5S rRNA转录的影响⏹组蛋白，特别是组蛋白H1，在体外对基因活性有抑制作用。
⏹爪蟾细胞中2类5S rRNA基因：☐卵母细胞5S rRNA基因：仅在卵母细胞中表达。
☐体细胞5S rRNA基因：在卵母细胞和体细胞中均表达。
☐体细胞5S rRNA基因可与转录因子形成较为稳定的复合体。
转录因子与组蛋白对5S rRNA的调控（二）、核小体定位（nucleosome positioning）⏹活跃转录的染色质区属于DNase敏感区。
⏹活跃基因调控区为DNase超敏感区。
如何检测DNase超敏感区（三）、染色质的修饰与重塑1、染色质的修饰⏹组蛋白H2A、H2B、H3和H4的N-端尾巴伸出核心八聚体，而且遭受大尺度的翻译后修饰。
⏹这些共价修饰改变了染色质对通用转录装臵的可接近性，所以它们被推荐为具有可控制、决定一个基因是激活还是钝化的开关。
补充材料1：核心组蛋白具有共同的折叠结构域补充材料2：核心组蛋白N端常见的修饰位点2、染色质重塑染色质重塑至少能介导染色质结构中4种不同的改变：☐核小体滑动（nucleosome sliding）：改变DNA上核小体的位臵。
☐重塑核小体（remodeled nucleosomes）：DNA变得更易于接近，但是组蛋白保持结合。
☐核小体臵换（nucleosome displacement）：DNA与组蛋白完全解离。
☐核小体替代（nucleosome replacement）：一个核心组蛋白被一个变体组蛋白替代。
第二节转录水平的调控⏹转录水平的调控是关键的，它是真核生物基因表达调控的主要环节。
⏹真核生物基因表达调控一方面受到顺式作用元件的影响，另一方面也受控于反式作用因子的调节。
⏹在绝大多数情形下，基因表达调控是通过顺式作用元件和反式作用因子的相互作用而实现的。
一、顺式作用元件（cis-acting element）⏹顺式作用元件指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身同处在一个DNA分子上的基因。
II类基因顺式作用元件模式图（一）、增强子与沉默子⏹增强子是通过与特定的转录因子结合、作用于启动子序列、增强与之相连锁的基因转录活性的一种远端调控元件。
⏹沉默子是与增强子的作用相反的序列，它参与基因表达调节的抑制。
增强子的特点⏹增强子距离转录起点700-1000 bp或者更远。
⏹增强子的作用没有方向性。
⏹增强子可以位于受调控基因的上游、下游或者一个内含子中。
⏹大多数增强子是组织特异性的或发育阶段特异性的。
增强子作用模式（二）、绝缘子（insulator）⏹绝缘子是一种DNA调节元件，作为异染色质与常染色质之间的边界标记，能够阻断邻近基因的增强子或沉默的活性。
⏹阻断增强子/沉默子的活性：绝缘子位于启动子与增强子之间，防止启动子被激活。
⏹屏障活性：位于启动子与异染色质间的绝缘子可防止启动子被抑制。
二、反式作用因子（trans-acting factor）⏹反式作用因子：能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。
（一）、反式作用因子的结构⏹反式作用因子都是由许多结构域组成的、模块蛋白。
⏹3个主要的结构域：☞DNA-结合结构域（DNA-binding domain）☞反式激活域（transactivation domain）☞二聚化结构域（dimerization domain）。
⏹反式作用因子一般具有一个NLS。
（二）、DNA结合结构域⏹DNA-结合结构域将反式作用因子定位于特异性的DNA序列。
⏹反式作用因子与DNA间最常见的识别模式是蛋白质的α-螺旋结构域（α-helical domain）与DNA双螺旋大沟中的约5个碱基对间的相互作用。
常见的4种DNA结合结构域为什么DNA结合结构域通常识别DNA的大沟？1、螺旋-转角-螺旋基序（Helix-Turn-Helix Motif，HTH）⏹该结构域至少包含两个α-螺旋区，在螺旋区中间是短侧链氨基酸形成的转折区。
⏹一个α螺旋，负责识别DNA大沟的特异性碱基信息；另一个α螺旋没有碱基特异性，与DNA磷酸戊糖链骨架接触。
同源（异型）域基序（Homeodomain Motif）⏹每个同源（异型）域包含3个α-螺旋。
⏹第二和三个螺旋形成螺旋-转角-螺旋基序。
⏹第三螺旋作为识别螺旋。
2、锌指基序（Zinc Finger Motif，Zif）⏹以锌作为活性结构的一部分，同时都通过α螺旋结合于DNA双螺旋的大沟中。
⏹锌指基序有两种类型：☐Cys-His（C2H2）锌指：TF IIIA和SP1☐Cys-Cys（C4）锌指：类固醇受体3）碱性亮氨酸拉链（Basic Leucine Zipper Motif，bZIP ）⏹结构特点1：蛋白形成的α-螺旋结构上每隔6个氨基酸就有一个亮氨酸残基，这些亮氨酸出现在 -螺旋的同一个方向。
⏹结构特点2：必须形成二聚体方可起作用。
即两个蛋白质分子的亮氨酸相对排列，形成拉链样结构，在拉链区的氨基端有个约30个残基的碱性区域（富含Lys和Arg）。
每个结构域的碱性区域，形成DNA结合结构域的主体。
4）碱性螺旋-环-螺旋基序（Basic helix-loop-helix Motif ，bHLH）蛋白质的C端的氨基酸残基形成两个α-螺旋，中间被非螺旋的环状结构隔开，蛋白质的N端是碱性区域，为DNA结合区。
bHLH蛋白通常也是组成二聚体，这样才具有结合DNA的能力。
小结：（三）、反式激活域⏹反式作用因子的反式激活域经由蛋白质-蛋白质相互作用参与激活转录。
第三节转录后水平的调控真核生物细胞分化的重要特征：表达结构相关的、发育上受控制的、具有细胞类型专一性的蛋白质同工型（protein isoforms）。
蛋白质多样性产生的原因：☐多基因家族成员的选择性表达☐同一基因产生若干有部分相同结构的蛋白质一、可变剪接/选择性剪接（alternative splicing）⏹真核生物的基因可以按其转录和转录后的加工方式分为两大类：简单转录单位：这类基因只编码产生一种多肽，其原始转录产物有时需要加工，有时则不需要加工。
