5.RNA的合成

第十三章 RNA的生物合成

以DNA为模板合成RNA的过程叫作转录(transcription)。转录是遗传信息表达或基因表达的第一阶段。

转录和DNA复制之间存在明显的区别。例如，DNA复制以DNA的两条链同时作为模板，可以将整个染色体复制成两个子染色体。而转录是有选择性的，染色体上只有特殊的某些基因或几组基因在某一时刻转录，而且往往利用1条DNA链作为模板。

除了某些RNA病毒以外，所有的RNA都是转录产生的。

转录除了产生三种主要的RNA:携带蛋白质合成信息的信使RNA(mRNA)、特异的氨基酸运输工具转运RNA(tRNA)和形成蛋白质合成场所的核糖体RNA (rRNA)。还包括一些其他的RNA分子，它们往往具有结构功能或催化功能。

所有这些RNA都是由RNA聚合酶以DNA序列为模板拷贝合成。

真核生物中主要有三种类型RNA聚合酶，分别负责合成不同的 RNA，这三种RNA聚合酶是在进化中由存在于细菌中的单一的RNA聚合酶衍生而来的。

在DNA双链中，起转录模板作用的链叫作模板链(template strand)或负链。而另l 条非转录模板链通常称为编码链(coding strand)或正链，其序列和转录产物相同(仅T替代U)。

RNA聚合酶结合于DNA特异的转录起始区——启动子(promoter)。

启动子通常靠近转录起点(start point)，即DNA中转录合成RNA的第一个碱基对，这个位点的核苷酸残基编号为+1。

某些启动子的转录起点不是固定的，而是选择性出现于相邻的两个或三个碱基对中。

RNA聚合酶合成RNA的方向为5′→3′，从转录起点沿RNA聚合酶运动的方向称为下游(downstream)，核苷酸残基编号依次为+2，+3……，而反方向为上游(up— stream)，核苷酸残基编号为-1，-2……。

为方便起见，通常将DNA序列从左(上游)向右(下游)书写，并且仅用编码链序列代表基因，因为它和RNA序列相同。

RNA聚合酶沿模板链运动合成RNA，遇终止信号停止。

从启动子到终止序列(terminatorsequence)之间的DNA序列叫作转录单位(transcription unit)。

1个转录单位可以表达产生1个RNA分子，它可能仅仅含有1个基因(主要是真核生物基因)，也可能含有多个基因(主要是原核基因)。

初级转录产物(primary transcript)是整个转录单位的RNA拷贝，它通常不稳定。

在原核细胞中，初级转录产物可能很快降解(如mRNA)，或切割加工产生成熟的RNA 分子(如 rRNA和tRNA)。

在真核细胞中，mRNA初级转录产物末端被修饰，并经过切割加工才能产生成熟RNA 分子。rRNA和tRNA分子也要经过前体加工。

第一节原核基因的转录起始

60年代初，Jacob和Monod发现了细菌基因表达的主要形式操纵子(operon)，即1个启动子控制连在一起的多个结构基因的转录，并提出了E.coli的乳糖操纵子模型。不久， Ippen(1968年)和Pastan等(1970年)对这个模型作了若干重要补充。

一、RNA聚合酶和启动子

如同研究 DNA复制始于E.coli的DNA聚合酶，人们探索转录机制先从E.coli的RNA 聚合酶入手。

细菌细胞中只有1种RNA聚合酶，它兼有合成mRNA、tRNA和rRNA的功能。

RNA聚合酶是E.coli细胞中较大的蛋白之一，每个细胞中大约有3 000个RNA聚合酶分子，其中一半在迅速生长的细胞中处于转录活性状态，而另一半和DNA松散结合并沿DNA随机运动，直到发现启动子。

E.coli细胞中的RNA聚合酶有几种形式，其主要形式由5个亚基组成，两个较大的亚基是β′μ(156Kd)和β(151Kd)，两个较小的α亚基(37Kd)，以及1个σ亚基(70Kd，只σ70).

σ亚基是细菌基因的转录起始因子，它识别并结合于启动子，一旦转录开始就离开RNA聚合酶，代之以延伸因子结合于RNA聚合酶的核心酶(coreenzyme)。

E.coli的RNA聚合酶全酶中最常见的σ因子是σ70，它识别绝大多数基因的启动子的共有序列，并且使RNA聚合酶对启动子的亲和力比非启动子序列的亲和力高104倍。其他σ因子(σ28、σ32、σ38、σ54)分别识别特殊基因的启动子(见第15章)。

α亚基二聚体的结合位点处于启动子靠近上游的调节序列，它和转录频率(即启动子的强弱)直接相关。

β′亚基主要结合于DNA的转录模板链，而β亚基则结合合成RNA所需的底物NTP，并催化形成磷酸二酯键。

RNA聚合酶是1种多功能酶，它的功能包括：

①寻找转录起点，即E.coli墓因组中的大约2 000个启动子。

②解开一小段DNA双螺旋，以便产生单链DNA转录模板。

③选择正确的底物NTP，并催化合成磷酸二酯键，RNA链的合成方向为5′→3′，所以

RNA聚合酶可以沿DNA模板链单向运动，直到转录完成。

④识别转录终止信号。

⑤和转录激活蛋白或阻遏蛋白相互作用，以调节转录速度，这是基因表达调控的主要步骤。

和DNA聚合酶的活性相比，RNA聚合酶没有核酸外切酶活性，也就不具备校正和修复功能。所以，RNA能够从头合成，不需要引物，转录的忠实性自然比复制低得多，其误差率为10-4一10-5，比DNA复制的误差要高105倍。

启动子是一段DNA序列，它是RNA聚合酶结合并起始转录的位点。

1979年，Rosenberg等比较了46个E.coli操纵子的启动子序列，证明以-35和-10为中心存在共有序列(见第 15章)。σ70因子结合于绝大多数E.coli启动子的-35区和-10区：

(一)用紫外线照射RNA聚合酶—启动子复合物，发现这两个区的碱基和σ70的氨基酸残基原子之间形成共价交联。

(二)在-35区和-10区发生的碱基突变可以造成基因转录明显减少。有的E.coli突变株可以校正上述突变，因为它的σ70基因发生了第二位点突变(second-site mutation)，所改变的氨基酸残基和-35区(或-l0区)突变的碱基直接接触，从而消除了启动子突变产生的不利影响。

(三)人们意外地发现，纯化的σ70亚基并不结合于启动子。为了解释这一矛盾现象，利用重组DNA技术获得了缺失N端一半的σ70变异体，发现它能特异结合于启动子。所以，可能只有野生型σ70亚基的N端部分结合于RNA聚合酶的其他亚基，才不会阻止σ70和启动子之间的相互作用。

在σ70亚基多肽链中，从N端到C端有4个保守区(图13—2)，这些区在其他σ亚基中也存在。其中，2区与4区的氨基酸残基分别和启动子-10区和-35区的核苷酸残基相接触，2区的另一部分氨基酸残基为DNA解链所必需；而N端的1区则阻止2区和4区在没有RNA聚合酶的核心酶存在时结合于DNA；位于1区和2区之间的氨基酸残基和核心酶相互作用。

σ70因子识别的启动子有强弱之分，即不同的启动子转录合成RNA的频率有高有低。

E.coli的乳糖操纵子比较弱，而编码rRNA的6个rrn操纵子就属于强者(图13—

3a)。

启动子的强弱很大程度上取决于启动子的序列和RNA聚合酶之间的亲和力。

绝大多数强启动子序列和-35及-10区共有序列非常一致，而弱启动子有几个位点和共有序列不同。

例如，乳糖操纵子启动子的-10区为TATGTT，和共有序列(TATAAT)相比有两个碱基不同，如果这两个碱基突变，使之和共有序列相同，那么乳糖操纵子的表达将增加。乳糖操纵子启动子-35区也有两个碱基和共有序列不同。

启动子共有序列发生突变经常使操纵子的转录频率明显下降。在σ70启动子中，-35区中的ACA和 10区AA的出现频率都在75％以上，-35区的TTG和-10区的TA及最后1

个T的出现频率为50％一75％，而-35区最后1个T和-10区第3个T的出现频率为40％～50％。

E.coli基因组有6个拷贝rRNA操纵子，其启动子的转录能力在大约2 000个E.coli 启动子中是最强的。

在这些具有极高转录速度的启动子中，位于-40至-60的富含A／T的序列必不可少。

最近的研究结果显示，RNA聚合酶中的α亚基可以从核心酶中分离出来，以二聚体的形式结合于这一区域。如果α亚基发生突变，使它不能结合于-40至-60区，那么这些强启动子的转录速度就要下降，但这种RNA聚合酶对其他启动子的转录正常。

上述结果清楚地表明，α亚基可以和启动子-40～-60区相互作用，并使启动子具有很高的转录活性。换言之，强启动子除了必须具备-10和-35区共有序列以外，RNA聚合酶的α亚基和-40～-60区的启动子调节序列相互作用也十分重要。

在E.coli中发现的5种σ因子，除σ70以外的其他4种σ因子用于少数特殊基因的转录。在这4种σ因子中，σ28、σ32和σ38的氨基酸顺序都和σ70相似，它们也识别-10和-35区启动子，但其共有序列和σ70识别的启动子差别较大。而σ54的氨基酸顺序和其他σ70亚基的相似程度很低，而且它识别的启动子位于-12和-24区。

RNA聚合酶催化的RNA合成主要分为3个阶段：起始、延伸和终止。

二、转录的起始

从E.coli乳糖操纵子的转录起始过程中，可以归纳出细菌基因转录起始阶段的一般规律 (图13—4)：

(一)转录始于DNA模板的一定区域。首先，RNA聚合酶和DNA形成封闭式复合物(closecomplex)，σ70因子紧紧结合于启动子序列，DNA双链仍保持碱基配对。

(二)RNA聚合酶一旦结合于启动子，就催化双链DNA解旋，并打开约17bp的区域 (约合B型DNA l.6圈)，形成开放式复合物(open complex)。这样，在DNA转录区产生了局部单链的转录“泡”(bubble)，暴露出复制模板链，使NTP (底物)能够与其相应的碱基(模板)配对。

(三)接着，RNA聚合酶沿转录模板链运动(DNA 3′→5′)，转录泡随之移动，同时以NTP为底物按5′→3′方向合成RNA链，使之互补于模板DNA链。新合成的RNA链的5′端核苷酸是高度特异的，为pppG或pppA。转录不需要引物，RNA可以从头合成。

(四)当大约10个核苷酸已经聚合以后，RNA聚合酶释放σ因子，代之以延伸因子结合于核心酶并继续转录。

(五)操纵子的转录调节主要通过阻遏蛋白和激活蛋白。阻遏蛋白结合于操纵基因(operator)，这一序列一般位于+30～-50，它和启动子部分重叠，从而抑制了RNA聚合酶的转录起始。而激活蛋白通常结合于启动子的上游序列(-30～-65)，或转录起点的下游，它和RNA聚合酶接触并促进转录起始。

(六)细菌经常利用不同的可互换的σ亚基，以识别特殊的启动子，并调节基因的开关。

尽管以上这些规律适用于绝大多数E.coli的启动子，但是对100多个不同的启动子的研究结果显示，每个启动子的转录调节都各有其特点。

第二节真核基因的转录起始

在迄今所研究的所有真核细胞核中都含有三种RNA聚合酶。

RNA聚合酶I主要合成rRNA，RNA聚合酶Ⅱ主要合成mRNA，而RNA聚合酶Ⅲ的转录产物主要是tRNA和5SrRNA.

一、真核基因转录起始的一般规律

在原核基因转录起始过程中，RNA聚合酶承担了识别启动子的作用，某些启动子可能还需要辅助因子参与识别。

在真核基因转录起始阶段，辅助因子的重要性大大提高了。识别真核基因的启动子序列，起主要作用的通常是蛋白因子---转录因子，而不是RNA聚合酶本身。

转录因子的定义是，转录起始所需要的非RNA聚合酶本身组分的任何蛋白。

真核启动子由一组特征性的保守短序列组成，供特异的蛋白因子或RNA聚合酶识别。

某些序列元件存在于不同的启动子中，并且有共同的蛋白因子识别它们；而有的元件则通过不同组合出现于一个个启动子之中，用于特殊的基因表达。

绝大多数RNA聚合酶I和Ⅱ的启动子位于转录起点的上游，而某些RNA聚合酶Ⅲ的启动子位于转录起点下游。

RNA聚合酶Ⅱ使用的启动子在序列上变化很大，它们由若干标准大小的元件(elements)组成。这些顺式作用短序列元件位于转录起点上游，通常分布在大于lOObp的区域内，元件之间的序列并不重要(可能有分隔作用)。

真核和原核mRNA转录起始的一个明显区别是，真核启动子转录涉及大量结合于不同顺式作用元件的因子，所以启动子的定义区域包括这些因子的全部结合位点。

相比之下，原核启动子仅限于转录起点附近上游的RNA聚合酶结合位点，在启动子附近常有其他调节序列(多为抑制性)，这些序列和启动子有明显区别。

真核基因转录还有其他特点，例如转录单位一般含有1个基因(即单顺反子monocistron)，而典型的原核转录单位为多顺反子(polycistron)。

真核基因转录调节的共同模式是以正调节为主，通常由某些组织特异的转录因子激活1个或1组含有共同靶序列的启动子，所以转录因子是调节蛋白的主要类型。对启动子进行特异的抑制性调节(负调节)的例子不多。

二、真核RNA聚合酶

3种真核RNA聚合酶在核中的位置不同，其各自的功能不同，但它们的核心亚基都和E.coli的RNA聚合酶的核心酶有同源关系。

RNA聚合酶I存在于核仁中，它的活性最为突出(相对活性50％～70％)，它的转录产物rRNA占细胞总RNA的绝大部分。它对α—鹅膏蕈碱(α-amanitin，1种二环八肽)不敏感。

RNA聚合酶Ⅱ位于核质，其相对活性为20％～40％，主要转录产物为mRNA的前体-核内不均一RNA(hnRNA)。此外，它还转录4种小分子RNA(snRNA)，它们参与mRNA前体的剪接加工。不同生物来源的RNA聚合酶Ⅱ可以被低浓度的α-amanitin迅速抑制。

RNA聚合酶Ⅲ也存在于核质，其相对活性仅为10％左右。它合成tRNA，5SrRNA和一些稳定的小分子RNA，其中包括一种参与mRNA前体剪接的snRNA(U6)，还有参与将蛋白质运送到内质网的信号识别颗粒(SRP)中的7S RNA。动物细胞的RNA聚合酶Ⅲ被高浓度的

α-amanitin所抑制，但在酵母和昆虫细胞中不被抑制，所以它对α-amanitin的敏感性有种属特异性。

这3种真核RNA聚合酶不仅分子巨大(500Kd以上)，而且比E.coli的RNA聚合酶复杂得多，它们都含有两个大亚基和12～15个小亚基。

啤酒酵母编码RNA聚合酶的基因绝大多数己克隆和测序，从不同真核生物核中获得的3种RNA聚合酶都非常类似于酵母的RNA聚合酶，其基因同源程度很高。

所有三种真核RNA聚合酶的核心亚基的氨基酸顺序和E.coli的RNA聚合酶的核心酶(α2ββ′)同源，而且它们的最大的两个亚基分别和E．coli的β′及β亚基相似。

显然，细菌和真核的RNA聚合酶有共同的起源。

真核RNA聚合酶Ⅱ最大的亚基C端都含有若干七肽重复顺序(Tyr—Ser—Pro—Thr—Ser—Pro—Ser)，这一序列叫作C端结构域(CTD)。

C端结构域(CTD)在酵母和果蝇中分别重复26次和40次，在哺乳动物中重复52次。

在真核mRNA前体合成开始时，CTD中的Ser或Thr被磷酸化，并参与转录起始反应。CTD的存在对于细胞的存活必不可少，酵母至少需要10个拷贝的CTD才能成活。

三种真核RNA聚合酶第二大的亚基氨基酸顺序也有相似性，它们都和E.coli的RNA 聚合酶的β亚基相似。

此外，酵母RNA聚合酶I和Ⅲ都含有亚基AC40和ACl9，这两个较小的亚基和

E.coliRNA聚合酶的α亚基同源。

而酵母RNA聚合酶Ⅱ含有两个相同的亚基 B44，它和E.coli的α亚基的氨基酸顺序的相似性要差一些。

不同来源的原核和真核RNA聚合酶核心亚基氨基酸顺序的广泛的同源性，说明这个酶起源于进化早期，并且具有极大的保守性。

除了和E.coli的α、β和β′亚基同源的核心亚基以外，所有3种真核RNA聚合酶还含有 5种共同的小亚基，其中最大者为两个拷贝，其余均为1个拷贝。

另外，每种真核RNA聚合酶还有4～7个特异的亚基。RNA聚合酶中这么多的亚基究竟有什么功能，目前尚不清楚。

但基因剔除(gene knockout)实验结果提示，酵母RNA聚合酶中的绝大多数亚基是细胞存活所必需的

所以，对于真核RNA聚合酶的正常功能来说，它的每个亚基都必不可少。

线粒体和叶绿体中的RNA聚合酶活性较低，它们和细菌RNA聚合酶相似，而和真核的三种RNA聚合酶都不同。

第三节调节真核基因转录的顺式作用元件

Alberts等用“基因调控区”(gene control region)这一术语，描述基因转录起始必需的DNA序列，以及那些调节转录起始速度的序列。

基因调控区主要由两种序列组成：

一是启动子，即转录因子和RNA聚合酶结合区，它们组装成转录复合物；

二是调节序列(regulatory sequences)，即基因调节蛋白结合区，它们调节转录复合物的组装及转录速度。

转录因子类型不多但数量较大；而基因调节蛋白的种类数以千计，常常因基因不同而异，但每种调节蛋白的含量往往很低。

绝大多数基因调节蛋白结合于增强子并促进转录，但某些阻遏蛋白起负调节作用。

负调控序列元件沉寂子(silencer)对于基因的特异选择性表达十分重要。

一、RNA聚合酶Ⅱ的启动子

典型的RNA聚合酶Ⅱ的启动子由以下两个区域组成：

①核心启动子(core promoter)

包括TATA盒和起始子(initiator，Inr)，在这一区域RNA聚合酶Ⅱ结合基本转录因子，并围绕转录起点形成起始复合物。

②启动子近侧序列元件(PSE)

位于核心启动子上游大约 100bp(有时远一些)，如GC盒、CAAT盒和OCT(8聚体)等短序列元件，它们结合上游因子和可诱导因子，决定启动子的转录效率和特异性。

这一类序列元件对转录的时间或空间特异性可能十分重要。

二、核心启动子(core promoter):TATA盒和起始子

在迅速转录的基因启动子中，都存在1个高度保守的序列TATA盒，位于转录起始位点上游大约25～35bp。

有人研究了含有TATA盒的60个脊椎动物编码蛋白质的基因启动子，发现TATA盒由6个非常保守的碱基TATA(A／T)A组成，并因此而得名(图 13—10A)。TATA盒发生点突变将使转录水平急剧下降。

如果TATA盒和转录起点之间的距离改变，对转录速度一般不会造成明显影响；如果这些间隔序列缺失，那么转录将在TATA盒下游约25bp的新位点重新开始。

TATA盒是很多真核蛋白质基因启动子的关键组分，其作用类似于原核基因启动子，它不仅使RNA聚合酶Ⅱ能够起始转录，而且对于保证转录在固定位点开始转录起关键作用。

TATA盒序列几乎和细菌启动子的-10区相同，但位置不同。

有的真核蛋白质编码基因启动子没有TATA盒，它们使用另1种启动子元件——起始子 (1nr)。

Inr位于转录起点附近。绝大多数Inr在一1和十1两个位点的核苷酸序列为CA。

直接围绕着转录起点的核苷酸序列决定 Inr启动子的强弱。起始子共有序列的特点是具有简并性(degenaracy)。

Inr对于转录始于固定位点也起关键作用。在腺病毒主要晚期启动子中，典型的TATA 盒和Inr同时存在并同时起作用。

很多基因的启动子没有TATA盒或Inr，它们的转录起始于多个可能的位点中的任何1个，其范围经常延伸于20～200bp长的范围以内，造成转录产生的mRNA具有多个选择性5′端。

这些基因通常低水平转录，例如参与细胞物质中间代谢(三大代谢)的各种酶的基因。

三、启动子近侧元件

核心启动子上游100～200bp范围内有1个转录调控区，叫作启动子近侧元件(promoter proximal sequence elements，PSE)，这些元件常常表现出细胞类型特异性。

人β珠蛋白基因转录起点上游 100bp的启动子区域中，三个短序列元件中的突变导致转录水平明显下降，其中心分别位于-30、-75、-90，后两个上游元件对转录水平的影响更大。

这三个元件分别是TATA盒(-30)，CAAT盒(-75)和GC盒(-90)。

TATA盒突变并没有阻止转录起始，但转录起点的位置改变了，证明 TATA盒对转录起点定位起关键作用。

CAAT盒的名称也来自其共有序列，它是真核基因中最常见PSE元件之一，一般位于-80附近。

CAAT盒的1个特点是它的功能和方向无关，这一点类似于增强子。这个元件对于启动子的转录效率十分重要，但与启动子的特异性没有直接关系，它的存在加强了启动子的转录能力。

GC盒也是比较常见的PSE元件，经常以多拷贝出现，其共有序列为GGGCGG，它的功能也和序列方向无关。

GC盒一般在转录起始区上游100～200bp处，长20～50bp，富含GC的序列元件。

在脊椎动物DNA中，富CG区呈特征性非随机分布，人们常称之为“CpG岛” (CpG islands),如果在克隆的DNA片段中发现CpG岛，就提示这个片段中可能含有转录起始区。

除了GC盒和CAAT盒以外，常见的PSE元件还有核苷酸八聚体(Octamer，OCT)(图13—12)。这个8bp长的序列元件以不同的拷贝数、不同的位置和不同的方向出现于许多真核基因启动子中。

以上介绍的两种核心启动子元件(TATA盒和Inr)以及三种常见的PSE元件(GC盒、CAAT盒、OCT)，都是长短小于10bp的短序列，其中没有1种元件是所有的基因启动子所共有的。

这些启动子顺式作用元件的功能不同:TATA盒和Inr主要决定转录起点的位置，它们只能引起相当低水平的转录。而PSE元件则影响转录起始的频率，它们很可能通过上游转录因子直接作用于基本转录因子，以增强后者组装起始复合物的能力。

真核基因几个PSE元件之间的间隔序列并不重要，改变10～30bp距离通常不会影响其功能，但不能超过一定限度。

这些PSE元件的序列十分简单，然而识别并结合这些元件的上游因子之间的相互作用相当复杂。

令人迷惑不解的是，究竟这些启动子元件是如何传达转录方向信息的?

转录向下游方向进行，但GC盒等PSE元件的功能却与序列方向无关，尽管它们的序列本身是非对称的。

增强子调节RNA聚合酶Ⅱ的转录作用比较常见，它和RNA聚合酶I的启动子连接起来也能起作用。

增强子(enhancer)序列可以远距离(±50Kb)增强转录起始，其位点在转录起点上游或下游均可，且与本身序列的方向无关。

增强子序列类似于启动子，也由长短不同的标准元件组成，但这些元件通常相邻。值得注意的是，增强子通常和组织特异表达或时间调节表达的基因转录有关。

增强子中的元件序列的作用和启动子中的元件相似。增强子和启动子之间的DNA序列通过折叠或回折，可以使结合于增强子的蛋白因子和结合于启动子的因子之间相互作用，所以增强子可以远距离影响启动子的转录起始。

小结

多细胞真核生物(包括脊椎动物、无脊椎动物和植物等)的mRNA的转录起点在第1个

外显子的第1个核苷酸——加帽位点(Cap site)。

哺乳动物基因(特别是表达水平较高者)的核心启动子经常含有TATA盒，它通常位于Cap位点上游25～30bp，主要作用是指导RNA聚合酶Ⅱ在一定的起点开始转录。

有的哺乳动物基因的核心启动子为起始子Inr。

在核心启动子上游通常还有一个或多个启动子近侧元件(PSE)，例如GC盒、CAAT盒

和OCT等，它们一般位于Cap位点下游大约200bp范围之内，其功能主要是提高转录效率

和特异性。

哺乳动物基因调控区除了以上两种启动子序列元件以外，还有调节序列。基因调控区经常有增强子序列，其长度一般为100～200bp，距离Cap位点常有几个Kb(最远可达

50Kb)，它们可能出现于Cap位点的上游或下游，甚至在内含子中。

有的基因受到多个增强子的调节。例如，调节果蝇env基因在胚胎早期表达的几个增强子，分别存在于其启动子上游8Kb以外区、-3.9～-3.0Kb区和-1.7～-1.2Kb区。

啤酒酵母基因的调节序列叫作上游激活序列(UAS)，其功能类似于高等真核生物的增

强子和PSE元件。UAS通常位于Cap位点上游几百bp处。酵母基因启动子也有TATA盒，

它距离转录起点大约100bp。

增强子和PSE元件曾被认为是两种完全不同的转录调控元件。然而，近年来随着人

们认识的增强子和PSE元件越来越多，这两个概念之间的界限越来越模糊，因为它们都能

促进转录，其功能均可能与方向无关，并且都可能有细胞类型特异性。

如前所述，真核基因转录的负调控序列元件(如沉寂子)比较少见。

五 RNA聚合酶Ⅱ转录因子

和RNA聚合酶Ⅱ转录有关的蛋白因子数目众多，可大致分为以下三种类型：(图13—6) 1通用(或基本)转录因子(general or basal factors)

它们为所有的启动子转录起始所必需，在转录起点周围和RNA聚合酶Ⅱ形成复合物，

并决定起始位点。

2 上游因子(upstream factors)

它们识别位于转录起点上游的特异的共有短序列。这些因子分布广泛，且活性不被调节。其功能主要是增加转录起始效率。

3 可诱导因子(inducible factors)

其功能类似于上游因子，但具有可调节作用。它们在特定的时间或特异组织中被合成或激活，因此负责在时间和空间上的转录调节。

可诱导因子(如热休克转录因子HSTF)结合的DNA序列叫作效应元件或应答元件(response elements).

如果1个基因的转录调节区的元件仅仅被基本因子和上游因子所识别和结合，它就应当在任何类型的细胞中转录。这种基因可能是组成性表达基因(即管家基因，housekeeping genes)，

RNA聚合酶Ⅱ的转录起始的共同特征是，上游因子和可诱导因子结合的序列元件集中

于转录起点的上游，它们借助于蛋白—蛋白之间的相互作用构建成复合物，并且和转录起

点周围的转录复合物相互作用，从而激活基本因子或RNA聚合酶本身。

很多转录因子通过识别顺式作用位点启动子和增强子而起作用，但并非所有的转录因子都结合于DNA，某些转录因子还可能识别并结合于其他因子或RNA聚合酶，也可能在其

他几种蛋白因子存在时参与组成转录起始复合物。

六、RNA聚合酶I的启动子及其转录因子

RNA聚合酶I主要合成rRNA，所有的真核生物rRNA的基因都具有以下三点共同特

征：①若干rRNA转录单位串联排列(tandemarray)。②对应于18S、5.8S、28SrRNA的基

因按5′→3′方向依次排列。⑧rRNA前体转录单位比三种rRNA分子的总长要长。

RNA聚合酶I的启动子最为简单，它只有1种类型(图13—15)，

包括两个组成部分：一是核心启动子(-45～+20)，它决定转录起始。二是上游调控元件(upstreamcontrol element， UCE)，位于-180～-107，它决定转录效率。

这两个启动子元件碱基组成的特点是富G?C对，而且它们的序列85％左右相同。

RNA聚合酶I需要两种转录因子起始转录。

上游结合因子UBF特异结合于UCE和核心启动子的上游部分。UBF蛋白之间相互作用，使这两个位点之间的DNA序列成环(100p)。

另1种蛋白叫作选择性因子1(selectivity factor l，SL-1)，它结合并稳定UBF-DNA复合物。 SL-1是多蛋白复合物，它的组分包括TBP和3种不同的TBP结合因子(TAF 1)。

借助于 UBF和SL-1，RNA聚合酶I结合于核心启动子，从而完成转录起始复合物的组装。和RNA聚合酶Ⅱ转录起始不同，RNA聚合酶I的转录起始不需要水解ATP。

七、RNA聚合酶Ⅲ的启动子及其转录因子

RNA聚合酶Ⅲ的启动子分为两大类，它们分别被不同的转录因子以不同的方式所识别。

第一类是内部启动子(internal promoter)，负责转录5SrRNA和tRNA的基因，它们位于转录起点的下游。

人们寻找5SrRNA和tRNA基因启动子之初，还以为它们在转录起点上游。出乎意料的是，这些启动子和大多数真核基因启动子不同，它们完全处于转录区之中。

第二类启动子位于转录起点的上游，其转录产物是参与RNA前体剪接的snRNA (U6)等，它的转录方式在真核基因中较为常见。

1981年，Gauss等在80个不同的真核tRNA基因启动子中发现了两个共有序列A盒和B盒，长度均为11bp，分别位于+12和+55。其中A盒编码tRNA分子的D环，B盒编码TψC环，这两个环是 tRNA分子保守碱基集中区。这两个高度保守的DNA序列(A盒和B盒)一直保留两个重要功能，一是编码tRNA分子必不可少的功能区，二是结合RNA聚合酶Ⅲ的转录因子，以便组装转录起始复合物。

啤酒酵母RNA聚合酶Ⅲ转录tRNA需要两种转录因子TFIIIB和TFIIIC(图13—16a)。

TFIIIB为三聚体，其组分之一是TBP(TATA盒结合蛋白)， TBP是所有三种真核RNA 聚合酶通用的转录起始因子。TFIIIB的第2个亚基是TFIIB相关因子BRF(TFIIB-related factor)，其序列和功能类似于TFIIB。而TFIIIC由6条多肽链组成，总分子量高达

600Kd。

tRNA基因转录起始复合物组装步骤大致如下：

(一)TFIIIC结合于启动子A盒和B盒，它对B盒的亲和力较高；

(二)接着TFIIIB结合于A盒上游约50bp处，并和TFIIIC相互作用。TFIIIB的结合取决于它和TFIIIC之间的相互作用，而和DNA序列本身无关。

(三)一旦TFIIIB结合，RNA聚合酶Ⅲ就结合于TFIIIB-TFIIIC-DNA复合物，然后TFIIIC离开DNA，以便不影响起始转录。这时，只要存在NTP就可以起始转录产生tRNA

前体分子。

TFIIIC是组装因子，它使关键的转录起始因子TFIIIB能够结合于tRNA基因上游的一定位置。

和RNA聚合酶I相似，RNA聚合酶Ⅲ起始转录也不需要水解ATP。

酵母5SrRNA基因启动子中有C盒，它位于+88至+99。转录起始复合物的组装始于TFIIIA结合于C盒(图13—16b)，接着TFIIIC结合到和转录起点相对应的位置上。然后TFIIIB再与之结合，最后RNA聚合酶Ⅲ结合并形成转录起始复合物。所以，TFIIIA是TFIIIC的组装因子，而TFIIIC的作用和它在tRNA基因转录起始中相同，它是TFIIIB的组装因子。

RNA聚合酶Ⅲ转录的snRNA(如U6)基因启动子位于转录起点上游，其序列元件包括TATA盒、PSE和OCT，这些元件也出现于RNA聚合酶Ⅱ转录的snRNA(如U1和U2)基因启动子中。

第四节 RNA聚合酶Ⅱ转录起始复合物

一、通用转录因子和转录起始复合物的组装

RNA聚合酶Ⅱ的转录起始因子属于通用转录因子(或基本转录因子)，因为它们是所有RNA聚合酶Ⅱ转录所必需的(表13—3)。

TFIID由1个TATA盒结合蛋白(TBP)和 8个以上TBP结合因子(TAF2)组成。这些因子绝大多数是寡聚蛋白。

TFIIA的准确质量还不清楚，

TFIIJ也有待进一步研究。

TFIIC经纯化发现它是1种已知蛋白，它对体外转录的影响不大。

TFIII仅仅促进有限的启动子转录。

绝大多数研究转录起始复合物所利用的启动子都含有TATA盒

首先，TFIID结合于启动子中的TATA盒。

TFIID中了解得最清楚的亚基是TBP (38Kd)，它特异结合于TATA盒序列。所有真核生物TBP的C端结构域(180个氨基酸残基)非常类似，在体外转录中，TBP保守的C端结构域的功能相当于全长的TBP蛋白。而不同的真核生物合成的TBP的N端结构域的氨基酸顺序和长度变化很大，其功能尚不清楚。

TBP和其他DNA结合蛋白的主要区别在于，它和DNA双螺旋的接触部位主要在小沟(minorgroove)，并且使DNA分子发生明显弯曲(约900)。

然后，TFIIA结合于TFIID—启动子复合物，使组装过程继续进行。

随后，TFIIB、RNA聚合酶Ⅱ-TFIIF、TFIIE、TFIIH和TFIIJ按顺序先后加入并最终形成转录起始复合物，转录才可能开始。

需要注意的是，RNA聚合酶Ⅱ转录起始需要水解ATP，这一点和RNA聚合酶 I和Ⅲ的转录起始不同。

转录因子TFIIH具有DNA解旋酶活性，它能够利用ATP水解所释放的能量将双螺旋DNA的两条链分开，暴露出转录模板链和转录起点，为转录创造条件。

此外，TFIIH还有蛋白激酶活性，它能够将RNA聚合酶Ⅱ最大的亚基C端重复结构域CTD的多个Ser残基磷酸化。这一过程对于转录起始完成后将RNA聚合酶Ⅱ从起始复合物中释放出来十分重要。

RNA聚合酶Ⅱ的转录起始复合物中至少含有40条多肽链(包括RNA聚合酶Ⅱ)，总分子量高达200万道尔顿以上，相当于原核生物核糖体的70％左右。

二、转录激活蛋白和阻遏蛋白

究竟转录激活蛋白如何作用于启动子并促进RNA聚合酶Ⅱ的转录?

目前流行的假说是，转录因子(上游因子和可诱导因子)结合于启动子PSE和增强子，并调节转录起始复合物的组装，以及起始复合物中RNA聚合酶Ⅱ的转录速度。尽管目前对转录激活的机理尚知之甚少，但已有证据支持这一假说。

结合于PSE的转录激活蛋白的某些激活结构域可能作用于TFIID复合物，它们可能和TBP相接触，或者和TAF相互作用；而其他的激活结构域可能作用于TFIIB。

结合于增强子的转录因子对转录起始复合物的作用可能与上述方式相似。增强子和启动子之间的DNA序列常常成环(looping)以缩短两者的距离。这些转录因子间的相互作用促进转录的分子机理，尚有待进一步研究。

人们普遍认为，转录起始复合物中的多肽链如此之多，激活蛋白的激活结构域可能通过多种特殊的机制促进转录。

抑制真核基因转录的阻遏蛋白有几种作用途径。

阻遏蛋白可以通过结合于DNA的特异位点，阻止了转录起始所必需的蛋白质的结合。然而，在很多情况下阻遏蛋白并不干扰转录激活蛋白或通用转录因子的结合。

转录阻遏蛋白可以抑制在正常情况下它并不调节的基因的转录，只要将其结合位点置于距离这个基因转录起点几百个bp范围之内。

像转录激活蛋白一样，许多阻遏蛋白也有两个主要的功能结构域，其中1个和DNA结合，另1个起抑制作用。有关阻遏蛋白的作用机理尚不大清楚。

哺乳动物复杂的基因调控区也是由简单的序列组件(modules)组成的。有的基因凋控区长达50Kb，其中含有很多组件，每个组件中存在若干调节蛋白的结合位点，而组件之间有长间隔DNA。

据估计，哺乳动物基因组的具有表达能力的基因中，编码转录调节蛋白的基因要占几个百分数，提示基因调控极其复杂。

在真核细胞中，基因调节蛋白本身的活性可能受到多种途径的调节，例如蛋白的合成与降解、配体的结合、蛋白质可逆磷酸化、结合第二个亚基或解除阻遏蛋白的抑制等，这大大增加了真核基因转录调控的复杂性。

第五节真核转录因子

很多调控真核基因转录的顺式作用元件是转录因子的结合位点，这些因子大部分起促进作用，也有部分起抑制作用。

一、转录因子的功能性结构域

转录因子含有DNA结合结构域(DNA-bindingdomain)和激活结构域(activationdomain)，

前者和特异的DNA序列相互作用，而后者和其他蛋白因子相互作用，以促进附近的基因转录。

真核转录激活蛋白的结构模型是，1个或多个激活结构域通过有一定柔性的结构域，连结于特异的DNA结合结构域(图13—20)。激活结构域可能通过蛋白质—蛋白质相互作用，对结合于启动子的转录因子施加影响。在某些情况下，DNA结合结构域中的氨基酸残基也影响转录活性。由于连接两个功能结构域之间的肽段具有一定的柔性，所以改变这些肽段长度，或者改变真核基因调控区的序列元件之间的距离，不一定影响转录因子的作用。

尽管人们已经了解了许多真核转录因子的DNA结合结构域的三维结构特征，但其激活结构域的空间结构尚不大清楚。通过突变分析，发现某些转录因子的激活结构域具有共同的氨基酸顺序特征。但某些强激活结构域并没有任何特殊的氨基酸残基。

二、转录因子DNA结合结构域

真核转录因子的DNA结合结构域具有多种结构motif(或结构域亚单位)，它们和特异的 DNA序列相互作用。

在这些motif结构模型中，经常出现具有一定方向的α螺旋，其中的氨基酸残基原子通过氢键和范德华力与DNA大沟中碱基的原子相互作用。这一特点和绝大多数原核基因转录激活蛋白或阻遏蛋白相似。

真核转录因子的某些原子可能和DNA的糖—磷酸骨架上的原子或DNA小沟中的原子相互作用。

Alberts等认为，在DNA双螺旋外部边缘大沟或小沟中，特征原子的排列因碱基序列不同而变化，因此形成了密码(code)以供特异的蛋白质结构模式识别或阅读(图13—21)。

另外，DNA双螺旋的几何形状也不是一成不变的。随着核苷酸序列的不同， DNA的构象参数在一定范围内发生变化。DNA几何形状决定的结构特征也可以被特异的DNA结合蛋白所识别。

转录因子经常根据其DNA结合结构域的类型来分类。绝大多数DNA结合结构域具有特征性的氨基酸共有顺序。

有五种类型最常见的转录因子的DNA结合结构域，它们的三维结构已被测定，它们是同源盒结构域蛋白，即HD蛋白(homeodomain proteins)，锌指蛋白(zinc-finger proteins)、翼状螺旋蛋白(Winged-helix proteins)、亮氨酸拉链蛋白(1eucine-zipper proteins)和螺旋—环—螺旋蛋白(helix-loop-helix proteins，即HLH)。

三、细胞类型特异的转录因子

真核基因的表达与调控，关键之一是调节编码转录因子的基因的转录。在细胞中转录因子的分布，很大程度上取决于这些因子基因的转录水平。

细胞类型特异的转录因子究竟有多少种?这个问题目前尚无确切答案。

根据肝细胞和红细胞等细胞类型的分析结果，估计可能有几百种转录因子分布于各种类型的细胞之中。

这些转录因子如何组合，以及它们调节细胞特异的基因表达的机理，目前尚不清楚。

但有一点是肯定的，即：在不同组织的细胞中，特异的转录因子有不同的组合。

在特异的细胞类型中，1组特殊的转录因子基因是如何被激活的?这个问题涉及到发育生物学研究的1个重要领域。

第六节特殊的转录系统

真核生物线粒体和叶绿体基因组、古细菌基因组以及某些噬菌体感染中晚期基因，它们的转录系统非同一般。

一、噬菌体T7RNA聚合酶

噬菌体T7感染宿主细胞E.coli几分钟，就完全控制了E.coli的大分子合成，它的所有的核糖体迅速转变成仅仅合成T7DNA编码的蛋白。

噬菌体T7合成1组蛋白因子使E.coli的RNA聚合酶失活，造成宿主细胞基因转录停止。加之E.coli的mRNA寿命很短，所以绝大多数E.coli的蛋白质合成迅速终止。

T7RNA聚合酶识别的启动子序列和E.coli的启动子完全不同，它结合于1个 23bp序列，其中包括转录起点。

T7RNA聚合酶在已知的RNA聚合酶中结构最为简单，它只有l条多肽链(98Kd)。它结合于特异的启动子，并进行转录起始、延伸和终止。它的结构可能接近于具备RNA聚合酶功能的最简单的蛋白质。

因为T7基因组仅限于最大限度地表达噬菌体外壳蛋白，所以T7 RNA聚合酶的活性没有受到明显的调节。鉴于T7RNA聚合酶和其他噬菌体的RNA聚合酶 (如T3和SP6)具有活性大和不受调节的特点，在体外RNA合成和细菌基因表达系统中极为有用。

二、线粒体的转录系统

线粒体基因转录兼有细菌、噬菌体和真核基因转录的很多典型特征。

线粒体基质中含有其特有的基因组和蛋白质合成系统，它合成的1组蛋白质是线粒体的基本功能所必需的。

很多有力的证据显示，线粒体在进化上是内共生体，起源于好氧细菌。

线粒体RNA聚合酶比真核RNA聚合酶简单得多，甚至比细菌RNA聚合酶还简单。所以，线粒体RNA聚合酶可以看作是介于最简单的噬菌体RNA聚合酶和具有中等复杂程度的细菌RNA聚合酶之间的杂合体。

线粒体RNA聚合酶识别的启动子序列中包括转录起点，这一特点和噬菌体RNA聚合酶相似。

在酵母线粒体中发现了与转录因子同源的蛋白因子，只要它们结合于启动子的上游就可以激活转录。这一特征更符合真核转录因子的特点。

所以说，线粒体转录系统集细菌、噬菌体和真核基因的若干转录调节特征于一身。

三、叶绿体的转录系统

叶绿体也被认为是1种内共生体，它起源于能够进行光合作用的蓝藻细胞。叶绿体基因组比线粒体的大得多(120～160Kb)。

叶绿体RNA聚合酶的基因序列显示，它和E.coli的RNA聚合酶的。α、β以及β′亚基有相当密切的同源关系,在叶绿体基因组中未发现编码相当于E.coli的σ因子的基因。

已发现几种叶绿体基因启动子，其中有的和E.coli的σ70启动子十分相似，在-10和-35区也有类似的序列。

但叶绿体基因转录还依赖于-20～+60的序列，这个启动子区可能被第 2个RNA聚合酶所识别，它极可能由核基因组编码并输入叶绿体。

叶绿体转录系统的研究尚处于初级阶段，但有一点是肯定的：至少有1种叶绿体转录系统和细菌系统高度同源。

四、古细菌转录系统

古细菌(arehaebacteria)是和真细菌(eubacteria)、真核生物并列的第3种生物，它们发现于70年代初，是在极其特殊的环境中(如高温、高压和缺氧)生长的单细胞生物。

最近的研究结果显示，古细菌RNA聚合酶和转录因子比真细菌更接近于真核生物转录系统

像真细菌一样，古细菌只有一种RNA聚合酶，但它含有13～14种亚基，其复杂性相当于真核RNA聚合酶。它的9个亚基的基因已克隆和测序，其中7个亚基和真核生物明显同源。

类似于真细菌，古细菌操纵子的转录产物多为多顺反子，但它的启动子相似于真核生物。

古细菌启动子-26区有1个富A／T的共有序列TTTA(A／T)T，和真核含有TATA盒的启动子相似

此外，在古细菌中还发现了类似于真核TFIIB和TBP的基因

这些事实强有力地提示，在进化上真细菌系的共同祖先出现于古细菌和真核生物之间发生分化之前，所以现代真核生物和古细菌的关系更为密切。

第七节转录终止

一、原核基因的转录终止

E.coli有两种基本的转录终止机制。

1种机制不需要其他蛋白因子参与，

而另1种则依赖于1种蛋白因子——转录终止因子Rho。

此外，转录也可能提前终止，以阻止转录下游基因。

这意味着，转录终止可以被调节。

所以，除了调节转录起始以外，转录终止调节提供了原核基因转录的第2种调节途径。

许多抗生素是高度特异的生理过程抑制剂。利福霉素(rifampicin)和放线菌素

D(actinomycin D)以不同的方式抑制原核基因转录。

利福平是从链霉菌中提取的利福霉素的半合成衍生物，它特异抑制RNA合成的起始。利福平并不阻止RNA聚合酶结合于DNA模板，而是抑制RNA第1个磷酸二酯键的形成，它对于RNA链的延伸并无影响。。

放线菌素D是1种含有多肽的抗生素，提取于1种链霉菌株。它紧紧地结合于双螺旋DNA，从而阻止DNA成为转录模板，但它并不结合单链DNA(或RNA)、双链RNA区以及DNA-RNA杂合双链。低浓度的放线菌素D抑制转录，但对DNA复制和蛋白质合成没有影响。对于原核和真核细胞中的RNA新链合成来说，放线菌素D都是强抑制剂。

鉴于放线菌素D能抑制迅速分裂的细胞生长，临床上常用它治疗某些癌症。

二、真核基因的转录终止

真核基因转录终止的机理尚知之甚少。

RNA聚合酶Ⅲ转录终止于合成了一系列U之后，但并不需要上游出现茎环结构。

RNA聚合酶I结束转录rRNA时，需要特异的终止因子结合于转录单位末端的特异序列。

在绝大多数哺乳动物转录单位中， RNA聚合酶Ⅱ转录终止于poly A加成位点(addition site)下游0.5～2Kb范围内的多个可能位点。

尚不清楚如何防止RNA聚合酶Ⅱ在poly A加成位点之前停止转录，以及它如何在poly A位点之后停下来。

目前，这些问题已成为研究热点，因为最近的研究结果显示，转录终止调节HIV基因表达。

(一)HIV的Tat蛋白——抗终止因子

HIV提供了真核基因转录终止调控的1个例子。

人们研究HIV突变株时发现，HIV基因的有效表达需要1种tat基因座(locus)编码的小蛋白Tat蛋白。Tat蛋白的作用可能使RNA聚合酶Ⅱ顺利通过转录障碍而连续转录。

Tat蛋白也是1种RNA结合蛋白。它特异结合于TAR序列，这一序列位于HIV转录产物的5′端附近(图13—23)。体外研究显示，Tat蛋白的结合依赖于TAR序列形成的RNA二级结构，它识别其中的UCU突起

延伸中的HIV转录产物形成特殊的二级结构(茎环结构)，以供Tat蛋白识别并和细胞因子及RNA聚合酶Ⅱ相互作用，从而防止HIV基因组的转录产物提前终止。

(二)c-myc转录提前终止

c-myc基因编码调节细胞增生的1种转录因子杂合二聚体中的1个亚基。

在正常的非分裂细胞中，c-yc基因不表达。

一旦c-myc基因转移到Ig基因增强子附近，或者它的附近插入了逆转录病毒的启动子或增强子(图13—24)，c-myc基因就可能持续性无限制地表达，甚至将正常细胞转化为癌细胞。所以，c-myc基因是1种原癌基因。

当生长因子刺激细胞增生时，c-myc基因迅速表达。

在非分裂细胞中，c-myc基因转录产物仅仅和它的启动子附近的DNA片段相杂交。

加入适当的生长因子后，c-myc转录产物可以和整个转录单位中的任何DNA片段杂交。

在正常的非分裂细胞中，c-myc基因转录提前终止(premature termination)，这一调节过程的机理尚不清楚。

(三)果蝇的hsp70基因转录暂停

对于高温和其他使蛋白质变性的因素，原核和真核细胞都会很快作出反应，包括停止绝大多数基因的表达，转而合成少数可以增加细胞生存能力的蛋白质，例如热休克蛋白(Hsp)。

大多数热休克蛋白的实际功能尚不清楚，

Hsp70结合于未折叠蛋白质分子的疏水性氨基酸残基，可以防止这些蛋白质分子在细胞中沉淀。

Hsp70结合于靶蛋白，就激活了它自身固有的ATPase酶活性，释放出的能量以某种方式将变性的蛋白复性。

热休克以前RNA聚合酶I转录hsp70基因仅仅25个核苷酸左右就暂停了(pause)，而热休克使热休克转录因子(HSTF)迅速激活，并结合于hsp70启动子上游特异的热休克应答元件(图13—25)，从而使RNA聚合酶Ⅱ从暂停状态中解脱出来，迅速完成hsp70基因转录，并促使新的转录起始。

目前尚不清楚造成hsp70基因转录起始后RNA聚合酶I暂停的原因。

DDS直接数字合成信号源

目录 1 前言 (1) 2 总体方案比较与论证 (2) 3 系统工作原理 (3) 3.1 频率合成技术 (3) 3.2 DDS工作原理 (3) 3.2.1相位累加器 (4) 3.2.2波形存储器 (4) 4 单元模块设计与仿真 (5) 4.1累加器模块 (6) 4.2波形存储器模块 (7) 4.3相位调制模块 (8) 4.4滤波电路模块 (9) 5 芯片介绍 (10) 5.1FLEX6016结构及作用 (10) 6 总结与体会 (11) 7 致谢 (12) 8 参考文献 (13) 9 附录 (14) 附录一、Quartus II仿真原理图 (14) 附录二、单元模块Verilog HDL代码 (15)

1 前言 DDS技术是一种把一系列数字量形式的信号通过DAC转换成模拟量形式的信号的合成技术，它是将输出波形的一个完整的周期、幅度值都顺序地存放在波形存储器中，通过控制相位增量产生频率、相位可控制的波形。DDS电路一般包括基准时钟、相位增量寄存器、相位累加器、波形存储器、D/A转换器和低通滤波器（LPF）等模块。 相位增量寄存器寄存频率控制数据，相位累加器完成相位累加的功能，波形存储器存储波形数据的单周期幅值数据，D/A转换器将数字量形式的波形幅值数据转化为所要求合成频率的模拟量形式信号，低通滤波器滤除谐波分量。 整个系统在统一的时钟下工作，从而保证所合成信号的精确。每来一个时钟脉冲，相位增量寄存器频率控制数据与累加寄存器的累加相位数据相加，把相加后的结果送至累加寄存器的数据输出端。这样，相位累加器在参考时钟的作用下，进行线性相位累加，当相位累加器累加满量时就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作，这个周期就是DDS合成信号的一个频率周期，累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。 DDS有如下优点： 频率分辨率高，输出频点多，可达N个频点(N为相位累加器位数)； 频率切换速度快，可达us量级； 频率切换时相位连续； 可以输出宽带正交信号； 输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用； 可以产生任意波形； 全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻。 在各行各业的测试应用中，信号源扮演着极为重要的作用。但信号源具有许多不同的类型，不同类型的信号源在功能和特性上各不相同，分别适用于许多不同的应用。目前，最常见的信号源类型包括任意波形发生器，函数发生器，RF信号源，以及基本的模拟输出模块。信号源中采用DDS技术在当前的测试测量行业已经逐渐称为一种主流的做法。

Gabriel 合成法

邻苯二甲酰亚胺与氢氧化钾的乙醇溶液作用转变为邻苯二甲酰亚胺盐，此盐和卤代烷反应生成N-烷基邻苯二甲酰亚胺，然后在酸性或碱性条件下水解得到一级胺和邻苯二甲酸，这是制备纯净的一级胺的一种方法。 有些情况下水解很困难，可以用肼解来代替： 反应机理 邻苯二甲酰亚胺盐和卤代烷的反应是亲核取代反应，取代反应产物的水解过程与酰胺的水解相似。 反应实例

参考文献 [1] S. Gabriel, Ber., 1887, 20, 2224. [2] F. Chambret and D. Joly, Bull. Soc. Chim. France, 1947, 1023 [3] E. Sakellarios, Helv. Chim. Acta, 1946, 29, 1675. [4] J. C. Sheehan and VV. A. Bolhofer, J. Amer. Chem. Soc., 1950, 72, 2786. [5] J. H. Billman and R. V. Cash, Proc. Indiana Acad. Sci., 1952, 62, 158. [6] D. J. Cram and G. S. Hammond, Organic Chemistry, p 214 (New York, 1959) [7] L. F. Fieser and M. Fieser, Advanced Organic Chemistry, p 503, 1027 (New York, 1961)

传统Gabriel合成 邻苯二甲酰亚胺的钠盐或钾盐与一级卤代烷发生亲核取代反应（构型翻转），生成烷基邻苯二甲酰亚胺。二级卤代烷无法行此反应。由于邻苯二甲酰亚胺的氮上只有一个氢原子，只能引入一个烷基，故该反应是制取较纯净的一级胺的常用方法。 反应最后用酸处理，使一级胺以成盐的形式纯化。[5]若水解很困难，可以用肼的水溶液或乙醇溶液逆流反应（Ing-Manske法），使取代酞酰亚胺肼解，产生邻苯二甲酰肼沉淀和一级胺。以上的两种处理方法都有不足，水解法产率低且会伴随副产物的生成，而肼解法中分离邻苯二甲酰肼十分麻烦(邻苯二甲酰肼因为水溶性非常好，若产生的胺酯溶性好则非常容易水洗除去，其收率通常可以达到80％以上）。因此还有其他使胺自邻苯二甲酰亚胺解离的方法。[6] 用Gabriel合成制取氨基酸时，如果直接用α-卤代酸，则酰亚胺盐会与羧酸反应，生成相应的羧酸盐。因此可以用α-卤代酯作原料，将羧基保护，等反应后水解时，酯比酰胺更容易水解，羧基也就自然游离出来。 [编辑] 机理

DDS 直接数字频率合成器 实验报告(DOC)

直接数字频率合成器（DDS） 实验报告 课程名称电类综合实验 实验名称直接数字频率合成器设计 实验日期2015.6.1—2013.6.4 学生专业测试计量技术及仪器 学生学号114101002268 学生姓名陈静 实验室名称基础实验楼237 教师姓名花汉兵 成绩

摘要 直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer 简称DDFS 或DDS）是一种基于全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。本篇报告主要介绍设计完成直接数字频率合成器DDS的过程。其输出频率及相位均可控制，且能输出正弦波、余弦波、方波、锯齿波等五种波形，经过转换后在示波器上显示。经控制能够实现保持、清零功能。除此之外，还能同时显示出频率控制字、相位控制字和输出频率的值。实验要求分析整个电路的工作原理，并分别说明了各子模块的设计原理，依据各模块之间的逻辑关系，将各电路整合到一块，形成一个总体电路。本实验在Quartus Ⅱ环境下进行设计，并下载到SmartSOPC实验系统中进行硬件测试。最终对实验结果进行分析并总结出在实验过程中出现的问题以及提出解决方案。 关键词：Quartus Ⅱ直接数字频率合成器波形频率相位调节 Abstract The Direct Digital Frequency Synthesizer is a technology based on fully digital technique, a frequency combination technique syntheses a required waveform from concept of phase. This report introduces the design to the completion of the process of direct digital frequency synthesizer DDS. The output frequency and phase can be controlled, and can output sine, cosine, triangle wave, square wave, sawtooth wave, which are displayed on the oscilloscope after conversation. Can be achieved by the control to maintain clear function. Further can simultaneously display the value of the frequency, the phase control word and the output frequency. The experimental design in the Quartus Ⅱenvironment, the last hardware test download to SmartSOPC experimental system. The final results will be analyzed, the matter will be put forward and the settling plan can be given at last. Key words:Quartus ⅡDirect Digital Frequency Synthesizer waveform Frequency and phase adjustment

直接法生产过程

直接法生产过程 直接法由氨和空气经氧化直接合成浓硝酸，生产的关键是除去反应生成的水.反应经历以下五个步骤： ①制一氧化氮氨和空气通过铂网催化剂，在高温下被氧化成一氧化氮，并急冷至40～50℃，使生成的水蒸气经冷凝而除去. ②制二氧化氮一氧化氮和空气中的氧反应，生成NO2后，残余的未被氧化的NO和浓度大于98%的浓硝酸再反应,被完全氧化成二氧化氮：? ③分出二氧化氮在低温下用浓硝酸（>98%）吸收二氧化氮成为发烟硝酸，不能被吸收的惰性气体（N2等）排出系统另行处理. ④制纯NO2并冷凝聚合为液态四氧化二氮加热发烟硝酸，它热分解放出二氧化氮，然后把这纯的NO2冷凝成为液态四氧化二氮： ⑤高压釜反应制浓硝酸将液态四氧化氮与稀硝酸混合（要求稀硝酸中水分与液态 N2O4成一定比例）送入高压釜，在5.0MPa压力下通入氧气，四氧化二氮与水（来自稀硝酸）和氧反应直接生成98%浓硝酸. 为了加快反应的进行，加入的液态N2O4应比理论量多些，这样制得的是含大量游离二氧化氮（即发烟硝酸）的白色浓硝酸，将它放到漂白塔内，通入空气，把游离的NO2吹出，制到98%成品浓硝酸.二氧化氮经回收冷凝后再送到高压釜使用.如果氨的氧化不用空气，而采用纯氧（需加水蒸气稀释以防爆炸），制得的一氧化氮浓度可高些，这对以后的制酸操作是有利的.但需建造制氧装置和增加动力消耗. 间接法 间接法所用脱水剂有硫酸，硝酸镁，硝酸钙和硝酸锌等.经过多年生产实践的筛选，现在几乎全部采用硝酸镁. 硝酸镁是三斜晶系的无色晶体，变成水溶液后，随浓度的不同，可以形成多种结晶水合物，当硝酸镁溶液浓度为57.8%时，其结晶温度为90℃，此时析出Mg(NO3）2·6H2O 结晶.F点为转熔点，即当硝酸镁溶液浓度为81.1%时，其结晶温度为130.9℃，此时Mg(NO3）2和Mg(NO3）2·2H2O结晶共同析出.因此在选择硝酸镁操作温度时，应该避开这些最高点，以免溶液结晶.当硝酸镁溶液浓度大于67.6%时，其结晶温度随溶液浓度增加而迅速上升，溶液浓度超过81%时，则结晶温度直线上升,在此浓度下操作极易造成管道堵塞.因此，硝酸镁浓度太稀脱水效果固然不好，太高则也难以操作，在实际生产中一般控制在64%～80%之间，即浓硝酸镁浓度不超过80%（一般为72%），加热器出口（即吸水后稀硝酸浓度）不低于64%.硝酸镁法浓缩原理如下：浓度为72%～74%的硝酸镁溶液加入稀硝酸中，便立即吸收稀硝酸中的水分，使硝酸浓度提高到68.4%以上，而硝酸镁由于吸收水分，浓度下降至65%左右，此时在硝酸和硝酸镁混合溶液的气相中HNO3浓度在80%以上，再将后者

直接数字合成器通信原理课程设计

课程设计 课程名称：通信原理课程设计 设计名称：基于400MSPS 14-Bit,1.8VCMOS直接 数字合成器AD9951 专业：班级： 姓名：学号：

400 MSPS 14-Bit, 1.8 V CMOS 直接数字合成器AD9951 Abstract: The AD9951 is a direct digital synthesizer (DDS) featuring a 14-bit DAC operating up to 400 MSPS. The AD9951 uses advanced DDS technology, coupled with an internal high speed, high performance DAC to form a digitally programmable, complete high frequency synthesizer capable of generating a frequency-agile analog output sinusoidal waveform at up to 200 MHz. The AD9951 is designed to provide fast frequency hopping and fine tuning resolution (32-bit frequency tuning word). The frequency tuning and control words are loaded into the AD9951 via a serial I/O port. The AD9951 is specified to operate over the extended industrial temperature range of –40°C to +105°C.Synchronizing Multiple AD9951s , The AD9951 product allows easy synchronization of multiple AD9951s. There are three modes of synchronization available to the user: an automatic synchronization mode, a software controlled manual synchronization mode, and a hardware controlled manual synchronization mode. Applications, Agile LO frequency synthesis, Programmable clock generators, Test and measurement equipment ,Acousto-optic device drivers. T he AD9951 supports various clock methodologies. Support for differential or single-ended input clocks and enabling of an on-chip oscillator and/or a phase-locked loop (PLL) multiplier are all controlled via user programmable bits. 摘要: AD9951是一个直接数字频率合成器（DDS），其特色是有一个工作在400MSPS的14位数/模转换器（14-bit DAC）. AD9951采用了先进的DDS技术,芯片内部有一个高速的，高性能的DAC，能够形成一个数位可编程的，完整的高频合成器DDS系统，有能力产生频率达200 MHz 的模拟正弦波。AD9951可提供快速频率跳变和高精度分辩率（32位频率控制字）。频率调谐和控制字经并行口或串行口输入到AD9951。 在工业应用中，AD9951的工作温度为–40°C到+105°C。同时并联发生AD9951,存在三种可能得到的同步方式电路∶自动同步方式,软件控制手控同步方式，硬件控制手控同步方式。AD9951可以应用于本机振荡频率合成,可编程时钟发生器,测试和测量装置,声光器件驱动装置。AD9951在不同的时钟脉冲下有不同的操作方法。适合于差动或单端输入时钟脉冲并启动芯片内部振荡器及锁相环路（锁相环）放大器全部控制经由用户可编程序的位。 Key words: automatic synchronization mode software controlled manual synchronization mode a hardware controlled manual synchronization mode Support for differential input clocks Common-mode noise increased signal-to-noise ratio 关键字:自动同步方式软件控制手控同步方式 硬件控制手控同步方式差动输入时钟脉冲 共模噪声信噪比

直接数字频率合成器

电子线路课程设计直接数字频率合成器 学号： 姓名： 2011年11月

摘要 本篇论文主要讲了用eda设计dds。用quartus 软件模拟仿真电路，并下载到芯片。使电路能输出正余弦波，并可调节频率和相位。并在这基础上进行一部分扩展，如能输入矩形三角形波。 关键词eda设计 dds quartus Abstract: This report introduces the EDA design is completed with Direct Digital Synthesis DDS process. This design uses DDS QuartusII 7.0 software design, and downloads SmartSOPC experimental system hardware. Key word eda design dds quartus

目录 设计要求 (4) 方案论证 (4) 各子模块设计原理 (6) 调试，仿真及下载 (12) 结论 (13)

一．设计要求 基本要求： 1、利用QuartusII软件和SmartSOPC实验箱实现DDS的设计； 2、DDS中的波形存储器模块用Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片中的RAM 实现，RAM结构配置成212×10类型； 3、具体参数要求：频率控制字K取4位；基准频率fc=1MHz,由实验板上的系统时钟分频得到； 4、系统具有使能功能； 5、利用实验箱上的D/A转换器件将ROM输出的数字信号转换为模拟信号，能够通过示波器观察到正弦波形； 6、过开关（实验箱上的Ki）输入DDS的频率和相位控制字，并能用示波器观察加以验证； 提高部分： 1、通过按键（实验箱上的Si）输入DDS的频率和相位控制字，以扩大频率控制和相位控制的范围；(注意：按键后有消颤电路) 2、能够同时输出正余弦两路正交信号； 3、在数码管上显示生成的波形频率； 4、充分考虑ROM结构及正弦函数的特点，进行合理的配置，提高计算精度； 5、设计能输出多种波形（三角波、锯齿波、方波等）的多功能波形发生器； 6、基于DDS的AM调制器的设计； 7、自己添加其他功能。 二、方案论证 直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer）是一种基

直接数字频率合成(DDS)方法

摘要 多功能信号发生器是信号发生器中的一种，广泛应用于电子测量、电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等多方面，是工程师进行产品研发和生产的必备仪器之一。它的主要功能是为待测设备提供稳定、可靠并可以人工调节和控制的信号源。 本文采用由美国学者J.TierncyC.M.Rader和B.Gold1971年提出来的直接数字频率合成（DDS）方法，在CPLD可编程逻辑器件利用VHDL编写波形发生程序，实现多功能信号发生器。 本课题设计的多功能信号发生器利用CPLD可在线编程的特点、DDS的原理，可以实现多种频率、相位的方波、正弦波、三角波、锯齿波，甚至任意波形。在输出端接入可编程运放后，还能实现多种幅值的波形。 关键词：多功能信号发生器 DDS 可编程逻辑器件 VHDL 数字系统设计

Abstract The multi-function signal take place the machine to is in the signal occurrence machine a kind of, being apply in the electronics to measure extensively, the electric power engineering, the thing mineral 勘 explore, medical treatment, vibration analysis, the voice learns analysis, breaks down to examine a patient and the teaching research etc. is various, is one of the essential instruments that the engineer carries on the product development and produce.Its main function is for treat to measure the equipments to provide the stability, the credibility is also can with the signal of artificial regulate and control source. The direct numerical frequency that this literary grace use to be put forward by the American scholar J.TierncyC.M.Rader and B.Gold1971 year synthesize( DDS) the method, making use of the VHDL plait to write a form occurrence procedure in the CPLD programmable logic machine piece, carrying out the multi-function signal occurrence machine. Multi-function signal the occurrence machine of this topic design make use of CPLD can on-line plait distance of principle of characteristics, DDS, can carry out various frequencies, mutually the square wave, sine wave, triangle wave, the teeth of a saw wave of, even arbitrarily a form.After exportation carry connect to go into the programmable luck to put, can still carry out a form for be worth of various. Keywords:Multi-functional signal generator DDS CPLD VHDL The design of digital system

胰岛素的合成、分泌和作用机制

胰岛素的合成、分泌和作用机制 胰岛素是由胰岛B细胞所分泌的，具有重要代谢调节作用的肽类激素。旱在19世纪末期,von Mering和Minkowski即指出，胰腺在抗糖尿病的作用中起重要作用。1909年和1917年，de Mayer和Sir Edward Sharpey—Schaffer分别命名这种胰岛内调节血糖水平的激素为“胰岛素”。直到20世纪20年代初期，加拿大人Banting、Best和Collip才真正分离出牛胰岛素，并稍后作为特效药应用于糖尿病患者。随后，结晶胰岛素的获得，氨基酸顺序的阐明，具生物活性的胰岛素的合成，胰岛素检测方法的建立，对胰岛素生物合成途径及分泌机制的认识，胰岛素受体的发现，均成为人类对胰岛素本身及相关疾病认识的里程碑。随着医学及相关科学的发展，特别是近年来分子生物学方法的广泛应用，人们对这个领域的认识突飞猛进，也推动了糖尿病学的迅速发展。 一、胰岛素的提取、纯化及结构特征 1．胰岛素的提取、纯化和检测早期，胰岛素是以乙醇或酸性乙醇溶液来抽提的，以这种方法抽提可使胰岛素从组织中溶解出来，并灭活蛋白酶。这种方法仍为现代提取方法的基础。在有机溶剂提取脂肪后．含胰岛素的酸性乙醇的抽提物可经盐析及等电点沉淀等分离，进一步作凝胶过滤，离子交换，高效液相色谱等纯化。以前曾一度认为以锌结晶方法可有助于胰岛素的纯化，现认为反复结晶仍不能去除胰岛中的其他成分，如胰升糖素、胰岛素原、胰岛素样类似物及部分降解的胰岛素片段，而且部分动物的胰岛素不能与锌结合或产生结晶。 基因重组胰岛素的生物合成技术可得到不含其他激素的较纯净的胰岛素，但仍常含有其他来自宿主细菌或真菌的蛋白质污染，经凝胶过滤和离子亲和层析后，可得到纯度高于99％的胰岛素。这种胰岛素对人的抗原性远小于来自动物的结晶胰岛素，不易产生抗体，更有利于糖尿病病情的控制。 血清胰岛素测定可用放射免疫法等，但在精确度和敏感性方面仍有一定的局限性。用聚丙烯酰胺凝胶电泳和高效液相色谱可鉴定胰岛素的量及纯度，并区分开胰岛素和胰岛素原。各种免疫或生化的方法只能测定出样品的胰岛素的免疫纯度及含量，即使较纯的胰岛素仍需进行生物活性的评价，可在体外用培养的脂肪细胞、肝细胞来测定其在葡萄糖氧化，脂肪合成，葡萄糖转运及蛋白质合成等作用，亦可以用某些细胞膜抽提液来测定其与受体的结合及生物效应。另一些实验室用体内降血糖试验来评估胰岛素的效价。 2．胰岛素结构自1955年Sanger等首先阐明了完整的牛胰岛素一级结构以来，已经鉴定了70余种脊椎类动物的胰岛素结构。他们与一些非脊椎类动物的胰岛素相关肽，如蜗牛的生长刺激素，蚕的胰岛素样脑肽等有着一定的同源性，均为胰岛素基因超家族的成员。脊椎类动物的胰岛素有着共同的结构特征：包括链内和链间二硫键的位置，A链的C端和N 端氨基酸残基，以及B链C端的亲水基团。这些结构对保持胰岛素的二级结构和三级结构，维持其与受体结合必须的空间构像非常重要。去除或替换这些保守区域的氨基酸残基将严重影响胰岛素的生物学活性，如去除A链21位羧基端的门冬酰胺，可使其生物活性几乎全部丧失；若以精氨酸替代可使活性丧失近一半。 非保守区域的氨基酸残基对生物活性的影响并无重要作用，因此一种动物的胰岛素，可在另一种动物体内引起生物效应，如猪胰岛素被利用来作糖尿病患者的治疗。但这些位置的氨基酸往往可对其免疫原性产生影响。 脊椎动物胰岛素的一级结构均由A、B两条链构成，两链间由2个二硫键(-s-s-)相连，A链还有1个链内二硫键。人胰岛素的A链由21个氨基酸残基构成，B链由30个氨基酸残基构成。

直接数字合成英文文献翻译

直接数字合成 函数发生器设计的影响 函数发生器已经存在了很长一段时间。假以时日，这些工具已经积累了一长串的功能。开始只是几个旋钮设置的振幅和频率的正弦输出，函数发生器现在提供更宽的频率范围内，校准的输出电平，各种波形，调制模式，计算机接口，和在某些情况下，任意函数。 添加到函数发生器的许多功能复杂的设计，并增加了他们的成本。有机会熟悉的函数发生器使用直接数字合成（DDS）进行大刀阔斧的重新设计。 DDS的频率分辨率和提供卓越的允许直接执行频率，相位和幅度调制。这是“上涨”函数发生器的功能，现在都在一个干净的，根本的办法处理DDS。 直接数字频率合成 许多的DDS的概念中示出的方式，产生一个正弦波。下图显示了一个简单的DDS函数发生器的框图。正弦函数被存储在一个RAM表。由DAC数字正弦RAM的输出被转换为一个模拟正弦波。出现在DAC输出通过一个低通滤波器，提供一个干净的正弦波输出过滤的步骤。 正弦波的频率依赖于地址RAM表被改变的速率。地址由添加一个常量，存储在的相位增量寄存器（PIR），相位累加器。一般，相加的速率是恒定的，并且通过改变在PIR的数目被改变的频率。 频率分辨率取决于在PIR的比特的数目。如果PIR，加法器，和相位累加器的支持48位增加，那么分数频率分辨率是其中的一部分在247，或约1×1014。这意味着一个48位的DDS发生器可以提供比1μHz分辨率的10 MHz输出。 有一些细节需要加以解决，以了解DDS在此应用程序。关于采样率，RAM大小，分辨率DAC，滤波器的特性，和频谱纯度的输出必须回答的问题。 简单的DDS函数发生器

下面的曲线图中示出了低通滤波器的传递函数。正如我们已经看到的那样，必须通过过滤器的最高频率，我们希望生成（FMAX），但必须从它的阻带FS-FMAX。陡峭的滚降滤波器的阻带衰减高是很难建立。在这种权衡时，会出现一个合理的妥协FMAX= FS/ 3。这使得过滤器的一个倍频程过渡频带。 需要什么样的阻带衰减？这取决于杂散分量的输出规范。一个典型的规范函数发生器的应用将是-70 dBc的。 考尔（椭圆型）过滤器，这个应用程序是一个不错的选择。他们有快速的过渡频带，并可以设计成带有在通带内纹波非常低。这样做的规范。例如会见了由第九度考尔过滤器。 贝塞尔滤波器 考尔过滤器的CW应用程序的最佳选择，任意波形产生，他们是不可用的。在时域，考尔过滤器有一个非常讨厌的过冲。一个更好的选择，任意波形（或坡道三角形）是贝塞尔滤波器。贝塞尔滤波器具有更慢的滚降的考尔滤波器相比时，但它是近相线性。分散体中的相位线性滤波器的缺乏将保留的脉冲形状，并防止任何振铃时间域。第七程度，与贝塞尔滤波器的-3 dB截止为fc= fs / 4的，是一个不错的选择过滤的任意波形。这个过滤器会表现出输出上升时间0.35/fc。DAC和RAM的要求 大，速度快的RAM和高速，高分辨率DAC提出一个可行的技术DDS函数发生器应用程序。有多大，速度有多快，什么决议需要吗？ 正如我们已经看到的那样，最大实际输出频率fs的/ 3。所以，DDS相位累加器，公羊，和DAC运行在3倍的最大所需的输出频率。 DAC的分辨率取决于杂散分量规范的输出（或所需的任意波形分辨率）。该DAC 的量化误差和非线性导致杂散输出。为了得到一个粗略的幅度的寄生频率分量，实现之间的实际输出的DAC和差所需的正弦值是这些寄生输出源组件。因此，一个12位DAC，这是线性的，单调2个最低有效位，将有一个部分的顺序的输出上的错误2048，或约-66分贝。短RAM表是另一种方式得到错误的值了的DAC。为了避免相位量化噪声“，两个位地址的RAM比位的DAC。 扩展频率范围 可延展的各种技术的DDS输出的频率范围内。根据所使用的技术，可能会丢失一些优势的DDS。正如与更传统的频率合成器，DDS输出可以增加一倍，与其它固定源混合，或使用一个锁相环内作为参考。

直接数字合成器静

《直接数字合成器》 设计报告 姓名：王静 学号： 20095006 班级：微电子一班 专业：微电子 指导教师：杨小平、杞宁 时间： 2012年7月12日星期四

目录 1 课程设计题目及要求 (2) 2 DDS信号发生器原理…………………………………2-3 3基本DDS结构…………………………………………3-4 4各模块功能及介绍……………………………………4-10 5仿真结果 (10) 6硬件调试结果及分析………………………………11-12 7心得与体会 (12) 8 参考书目 (13)

一、课程设计题目及要求 课程设计题目：直接数字合成器（DDS） 课程设计要求： ①输入不少于8位频率控制字，不少于8位相位控制字。 ②10位2进制数据输出，直接接GW-ADDA板上的D/A。 ③时钟信号使用GW48－PK2上提供的信号 ④以正弦信号为例。 ⑤撰写规范的课程设计报告，要求小四字体，内容加图片不少 于8页。 二. DDS信号发生器原理 对于正弦信号发生器，它的输出可以用下式来描述： 其中，Sout是指该信号发生器的输出信号波形，fout只输出 信号对应的频率。上式的表述对于时间t是连续的，为了用数 字逻辑实现该表达式，必须进行离散化处理，用基准时钟clk 进行抽样，令正弦信号的的相位θ为 在一个clk周期Ｔclk，相位θ的变化量为 其中fclk指clk的频率对于2π可以理解为“满”相位，为了 对Δθ进行数字量化，把2π切割成2N，用词每个clk周期的相

位增量Δθ用量化值BΔθ来描述：BΔθ=（Δθ·2N）/2π， 且BΔθ为整数与上式联立可得： 显然，信号发生器可以描述 其中θk-1指前一个clk周期的相位值，同样得出 由以上推倒可以得出，只要对相位的量化值进行简单的累加 运算，就可以得到正弦信号的当前相位值，而用于累加的香 味增量量化值BΔθ决定了信号的输出频率fout并呈现简单 的线性关系。 三、基本DDS结构 直接数字合成器DDS就是根据以上原理而设计的数控频率合 成器，下图为其基本DDS结构，主要有相位累加器、相位调制 器、正弦ROM查找表构成图中的相位累加器、相位调制器、正 弦ROM查找表是DDS结构中的数字部分， 1. 相位累加器

直接数字频率合成器设计

电子线路课程设计 直接数字频率合成器 摘要 本篇报告主要介绍了用EDA设计完成直接数字频率合成器DDS的过程。该直接数字频率合成器输出的频率及相位均可控制，且能输出正弦、余弦、三角波、锯齿波、方波五种波形，经过转换之后还能在示波器上显示，在控制电路的作用下能实现保持、清零功能，另外还能同时显示输出频率、相位控制字、频率控制字。本设计利用QuartusII 7.0软件进行DDS的设计，最后下载到SmartSOPC 实验系统中进行硬件测试。 Abstract This report introduces the EDA design is completed with Direct Digital Synthesis DDS process. The direct digital frequency synthesis of the output frequency and phase can control, and can output sine, cosine, triangle wave, sawtooth, square waveform five, after conversion after also displayed on the oscilloscope, in the role of the control circuit can be Implementation maintained cleared function, and also shows the output frequency, phase control characters, frequency control word. This design uses DDS QuartusII 5.0 software design, the final download SmartSOPC experimental system hardware testing. 关键词 EDA设计、直接数字频率合成器DDS、QuartusII 5.0软件、SmartSOPC实验系统 Key words EDA design,Direct Digital Synthesizer DDS, QuartusII 5.0software, SmartSOPC experiment system

基于FPGA的直接数字合成器设计

天津职业技术师大学 Tianjin University of Technology and Education 毕业设计 基于FPGA的直接数字合成器设计 二〇一二年六月

天津职业技术师大学本科生毕业设计 基于FPGA的直接数字合成器设计 The design of direct digital frequency synthesizer based on FPGA 专业班级： 学生： 指导教师： 学院：电子工程学院

2012 年 6 月

摘要 直接数字合成(Direct Digital Synthesis)技术采用全数字的合成方法。本设计结合了EDA技术和DDS技术，EDA技术是现代电子设计技术的核心，是以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计技术。DDS技术则是最为先进的频率合成技术，所产生的信号具有频率分辨率高、频率切换速度快、频率切换时相位连续，输出相位噪声低和可以产生任意波形等诸多优点。 本文在对现有DDS技术的大量文献调研的基础上，提出了符合FPGA结构的DDS 设计方案，并利用Quartus II软件在Cyclone II系列器件上进行了实现，详细的介绍了本次设计的具体实现过程和方法，将现场可编程逻辑器件FPGA和DDS技术相结合，体现了基于VHDL语言的灵活设计和修改方式是对传统频率合成实现方法的一次重要改进。FPGA器件作为系统控制的核心，其灵活的现场可更改性，可再配置能力，对系统的各种改进非常方便，在不更改硬件电路的基础上还可以进一步提高系统的性能。文章给出的仿真结果，经过验证本设计能够达到其预期性能指标。 关键词：直接数字合成器；现场可编程逻辑门阵列；硬件描述语言