分子生物学期末总复习.docx

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分子生物学期末总复习

分子生物学-期末总复习

极性突变,极性效应:

在同一个操纵子中，一个结构基因发生突变后，它除了影响该基因本身产物的表达外，还（在转录或翻译水平）影响其后结构基因的表达，并且具有极性梯度的特征。

操纵子：

转录的功能单位。

很多功能上相关的基因前后相连成串，由一个共同的控制区进行转录的控制，包括结构基因以及调节基因的整个DNA序列。

主要见于原核生物的转录调控

DNA合成：

需要

4种dNTP、二价金属离子（Mg2+或Mn2+）

Primer引物（提供3’-OH）

Template模板（Watson-Crickbase-pairing）

ATP的水解提供能量

DNA合成方向：

从引物3’-OH延伸，5’到3’方向合成

产物DNA的极性与模板单链相反

DNA聚合酶（DNA-dependentDNApolymerase）催化

端粒酶

反转录酶

端粒酶以自身RNA为模板延长染色体突出的3’端

端粒酶是蛋白质和RNA的复合物

参与DNA复制的酶：

拓扑异构酶：

拓扑异构酶Ⅰ解除超螺旋，拓扑异构酶Ⅱ增加超螺旋

解链酶：

解除DNA双螺旋

单链DNA结合蛋白：

DNA复制过程中，在DNA分叉处与单链DNA结合的蛋白质。

防止已解链的双链还原、退火，使复制得以进行。

引物酶：

合成一小段RNA，用来引导DNA聚合酶起始DNA链的合成

DNA聚合酶

DNA连接酶

基因表达：

指基因的遗传信息通过转录和翻译传递到蛋白质和功能性RNA等基因产物的过程。

功能性RNA：

rRNA、tRNA、snRNA

转录：

是基因表达的第一步

以dsDNA中的一条单链作为转录的模板

依赖DNA的RNA聚合酶催化

以NTPs为底物，按A=U，CG配对的原则，合成RNA分子,不需要引物,从头合成

RNA链合成方向5’→3’，与非模板单链DNA的极性方向相同（模板单链DNA的极性方向为3’→5’。

模板链，反义链，waston链

编码连，有义链，crick链

不对称转录：

某一基因只以一条单链DNA为模板进行转录

转录单位：

从启动子（promoter）到终止子（terminator）的一段DNA

原核生物中多为多顺反子，真核生物中多为单顺反子。

转录原点记为+1，其上游记为负值，下游记为正值

转录起始：

RNA聚合酶结合启动子，形成启动子-聚合酶复合物

全酶不断改变与DNA的结合部位，直到找到正确的启动子序列，启动子处DNA开始解链，封闭启动子转变为开放启动子。

启动子清理（promoterclearance）：

当开放的启动子复合物足够稳定时，DNA聚合酶离开启动子，释放出σ亚基，核心酶空出启动子位点以进行下次转录起始。

启动子清理通常伴随着流产起始：

进行中的转录常常在合成了一段寡核苷酸之后停止，聚合酶回到起始位置。

1~9个核苷酸残基。

流产转录：

聚合酶合成，释放出寡核苷酸

转录延伸：

OncetheRNApolymerasehassynthesizedashortstretchofRNA（~10nt）,transcriptionshiftsintotheelongationphase.

Thistransitionrequiresfurtherconformationalchangeinpolymerasethatleadsittogripthetemplatemorefirmly.

Functions:

synthesisRNA,unwindstheDNAinfront,re-annealsitbehind,dissociatesthegrowingRNAchain

转录起始移动速度慢，延伸时核心酶与DNA的非专一性静电结合力才能力高RNA链的延伸速度。

转录终止

RNA合成全长基因后，将RNAtranscript（转录本）释放出来

在一些细胞中，终止发生在特异的序列确定的RNA序列上，称为终止子。

有的细胞缺少这样的终止序列。

大肠杆菌启动子由两个重要部分组成：

核心启动子（-35~-10，RNA聚合酶的结合位点）、上游元件（-60-70~-40CAP—cAMPbindingsite）

核心启动子区域：

-35Box（sextamabox）:

-35siteRNApol.looselybindingsite。

Rsite，TTGAC

PribnowBox：

-10siteRNApol.firmlybindingsite（Bsite），TATAAT

Transcriptionstartsite：

RNAtranscriptionalinitiationsite（Isite）

-35Box与PribnowBox间距17bp,有利于RNApol启动，17bp的间距较17bp的序列对转录更为重要

间距趋近于17bp，上调突变，启动子活力增强。

间距远离于17bp，下调突变，启动子活力减弱

consensussequence一致序列：

不同启动子的-35，-10区序列间存在较为保守的标准序列。

σ亚基能够识别启动子的一致序列，并且只在起始时起作用。

σ亚基能识别R位点和B位点，与模板链特异性结合

σ亚基决定了强启动子、弱启动子。

终止子：

使得延伸阶段聚合酶离开DNA

基因末端终止子（terminator）、基因内部终止子（attenuator）

因子非依赖性终止子结构：

有回文序列

GCrich，形成发卡茎环结构

茎环末端连有一连串U

因子

1.终止活性，可能是通过与RNA聚合酶直接作用，在酶的活性位点处嵌入DNA—RNA杂交链中，使RNA从DNA模板上脱离。

2.附着在新生RNA上，依靠ATP释放的能量，按照一种热追赶模型与停留在依赖因子终止子出的RNA聚合酶结合，将转录物从DNA上释放出来

RNA聚合酶：

真核生物：

RNA聚合酶Ⅰ：

rRNA

RNA聚合酶Ⅱ：

mRNA

RNA聚合酶Ⅲ：

tRNA、5sRNA、snRNA

原核生物：

一种RNA聚合酶

真核生物转录在核中进行而不是在细胞质中进行。

真核生物转录先合成前体mRNA

RNA加工（RNAprocessing）：

转录后加工（戴帽、加尾、剪接、甲基化和编辑）

mRNA5’帽子的结构

m7Gcap和五碳糖以5’-5’三磷酸键连接

基本水平转录的顺式因子，负责管家基因的组成型表达：

核心启动子帽子位点（capsite+1）和-30保守序列（TATA盒）

上游控制元件（UpstreamPromoterElement）：

-70保守序列（GC岛和CAATbox）

CAATbox的突变对转录起始影响很大，决定了启动子起始转录的效率。

CAATbox对启动子的特异性并无直接影响，但可以增强启动子的强度。

特异诱导高效表达的顺式因子

增强子（enhancer）沉默子

Enhancer由两个以上的增强子成分（EnhancerElement）组成，EnhancerElement由两个紧密相连的增强子元（Enhanson）组成，各个Enhanson与激活蛋白（activator）结合

增强子：

增强特异性转录，可远距离控制，无方向性。

有组织和细胞的特异性，增强子的表达需要特异的蛋白因子的作用。

绝缘子（insulater）

是一段具有特化染色质结构的区域，它能阻断增强子或沉默子对靶基因/启动子的增强或失活作用效应

用于调控转录起始效率的序列（顺式作用元件）。

加强启动的序列：

Promoterproximalelement近启动子元件

Upstreamactivatorsequence（UAS）上游激活序列

Enhancer增强子

阻遏性元件:

Silencer沉默子

Insulator绝缘子/Boundaryelements边界序列

真核细胞转录启动子的清空：

由RNA聚合酶ⅡC端结构域的磷酸化启动。

（RNA聚合酶ⅡC端结构域含有七肽重复，Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser）

磷酸化由TFⅡ酶催化。

真核转录需要的蛋白：

RNAP

GTPs

中介因子蛋白

激活蛋白

核小体修饰、重装蛋白

mRNA转录后加工：

指细胞核内对mRNA前体（Pre-mRNA）进行各种修饰、剪接和编辑，生成成熟mRNA，使编码蛋白质的外显子部分连接成为一个连续的开放阅读框（openreadingframeORF）的过程。

RNA加工

5’戴帽

剪接去除内含子

3’端多聚腺苷酰化

甲基化

RNA编辑

成熟的mRNA才能通过核孔被运出细胞核，在细胞质中进行翻译。

5’戴帽、3’端多聚腺苷酰化的作用

保护mRNA不被外切酶降解

增加翻译速率，翻译时供起始因子和核糖体识别

5’戴帽能使mRNA通过核孔进入细胞质

5’戴帽有利于第一个内含子的剪切，3’端多聚腺苷酰化有利于最后一个内含子的剪切

3’端多聚腺苷酰化

与转录终止过程偶联

PolIICTD参与招募多聚腺苷化酶

转录产物RNA上的poly-A信号促发多聚腺苷化反应

前体mRNA=核不均一RNAhnRNA

hnRNP:

（核不均一核糖核蛋白）

能够保护hnRNA维持单链结构，协助完成RNA加工过程

外显子：

编码蛋白的基因序列

内含子：

在转录后的加工中，从最初的转录产物除去的内部的核苷酸序列

RNA剪接：

在内含子与外显子交界处产生断裂去除内含子，并将外显子末端连接生成完整的可读框/ORF。

GT-AG法则：

多数细胞核mRNA前体中内含子的5‘边界序列为GU，3’边界序列为AG。

因此，GU表示供体衔接点的5‘端，AG表示接纳体衔接点的3’端。

把这种保守序列模式称为GU-AG法则，

剪接反应机理：

两个连续的转酯反应

内含子剪切下来形成套马索式的结构。

剪接体：

由核内一种富含U的小分子RNA（snRNA）和若干剪接蛋白组成。

作用是通过不同RNA分子间的互补序列，将内含子的3个关键位点精确而又有序地聚在一起，便于完成转酯反应。

snRNA的作用

剪接体聚集

识别在前体RNA中的特异性剪接信号（三个位点）

催化（核酶）

核酶：

自身具有酶活性的RNA分子。

自我剪接内含子：

内含子能够自我折叠成特殊构象，并且催化内含子的释放和外显子的链接。

能在没有任何蛋白或者RNA的协助下，自我剪接。

第一类自我剪接内含子：

自由的G攻击5’端剪接位点。

外显子5’端剪接位点3’末端-OH与3’端剪接位点链接。

GroupIintrons

比第二类自我剪接内含子小

形成一个保守的二级结构，含有内部引导序列与5’端剪接位点的外显子序列互补。

三级结构形成一个口袋结合位点，结合鸟苷酸

ThreeclassesofRNASplicing

Class

Abundance

Mechanism

CatalyticMachinery

Nuclearpre-mRNA

Verycommon;mosteukaryoticgenes

2transesterification;

branchsiteA

spliceosome

GroupIIintrons

Rare;someeukaryoticgenesfromorganellesandprokaryotes

2transesterification;

branchsiteA

RNAenzymeencodedbyintron（ribozyme）

GroupIintrons

Rare;nuclearrRNAinsomeeukaryotes,organellegenes,andafewprokaryoticgenes

2transesterification;

exogenousG

RNAenzymeencodedbyintron（ribozyme）

RNA编辑：

是与剪接不同的一种mRNA加工方式，指mRNA在转录后因插入、缺失或核苷酸替换，从而改变DNA来源的遗传信息。

两种RNA编辑

位点特异性脱氨反应

gRNA指导的鸟苷插入或删除

RNAenzyme=ribozyme核酶≠ribonuclease（RNase）核糖核酸酶

核酶：

是具有催化功能的RNA分子。

最早发现大肠杆菌RNaseP的蛋白质部分除去后，在体外高浓度Mg2+存在下，留下的RNA部分具有与全酶相同的催化活性

密码子：

从5’to3’

密码子不重叠，没有间隔

起始密码子控制翻译起始

开放阅读框（ORF）：

蛋白编码区域组成一个连续、不重叠的编码链

遗传密码：

决定蛋白质中氨基酸顺序的DNA或mRNA核苷酸序列，由核苷酸三联体密码子所构成，生物有61个编码蛋白质氨基酸的密码子，以及3个终止密码子。

密码子codon：

是mRNA上连续排列的3核苷酸序列，一个三联体密码编码一个氨基酸信息或蛋白翻译的终止信息。

遗传密码特点：

遗传密码具有通用性Universal

是三联体密码Triplet

无标点符号Nopunctuation

相邻密码不重迭Nooverlapping

遗传密码具有简并性degeneracy。

同义密码子Synonymouscodons

有起始密码子Startcodon

有终止密码子stopcodon/Nonsensecodon

终止密码子：

UAA,UAG,andUGA，不被tRNA识别，被释放因子（RF1和RF2）

错义突变：

编码一个氨基酸的密码子突变成编码另一个氨基酸的密码子。

无义突变：

编码一个氨基酸的密码子突变成终止密码子。

移码突变：

插入或缺失一个或几个碱基造成的突变。

抑制突变（回复突变）抵消或抑制了前一次突变的效应。

简并性：

一种氨基酸由2个以上密码子编码的遗传现象

密码子家族：

编码同一氨基酸，且只在第三位碱基上有区别的密码子

（密码子）摆动假说（坑爹）

tRNA的拓扑空间结构

34th摇摆位点位于“L”结构的末端，

碱基堆积力小，

选择性配对的自由度大

34th摇摆位点被修饰的频率高，几乎无A

遗传密码的通用性

tRNA二级结构为三叶草型的单链，三级结构为L型

TΨCloopandDloop位于“L”转角处，之间形成帮助稳定“L”形结构

“L”形结构中,氢键和碱基堆积力使其空间结构稳定

wobblebase

位于“L”结构末端

堆积力小,自由度大

使碱基配对摇摆

“L”结构域的功能

aaaccepterarm位于“L”的一端，契合于核糖体的肽酰转移酶（转肽酶）结合位点,以利肽键的形成

anti-codonarm位于”L”另一端，与结合在核糖体小亚基上的mRNA的codon配对

原核生物多顺反子mRNA

原核生物翻译：

细菌起始密码子：

AUG,GUG,orUUG

编码第一个氨基酸：

，N-甲酰甲硫氨酸,fMet

核糖体结合位点（RBS/SD序列）：

原核生物mRNA中起始密码子上游一段富含嘌呤的保守序列它可与16SrRNA3’端序列互补，可招募核糖体。

真核生物mRNA（单顺反子）：

CDS编码区（ORF）：

起始密码子到终止密码子

5’-m7Gcapand3’-poly-Atail（被用于mRNA分离、cDNA文库构建）

原核生物mRNA通过5’甲基帽子来识别核糖体

一旦结合，核糖体沿5’到3’的方向找到AUG起始密码子

Poly-Atail促使核糖体有效的回收。

Kozakconsensussequence：

Kozark发现，GCCACCAUGG可促进真核基因从该AUG正确起译，避免“漏读”，其中-3位的A和＋4位的G尤为重要

高能酯键的作用

高能酯键的水解驱动肽键的合成。

tRNA连接氨基酸的作用：

活化氨基酸，促进蛋白合成。

建立氨基酸和密码子之间的联系。

氨基酸活化：

将AMP与氨基酸—COOH端相连，ATP功能

tRNA加载：

腺苷酰氨基酸加载到tRNA3’端（CCA）,AMP脱落。

1个氨酰tRNA合成酶，对应一个氨基酸

核糖体不能区分tRNA是否携带正确的氨基酸

核糖体：

核糖体结构与功能均决定于rRNAs

有3个tRNA结合位点，A,P,E

有1个mRNA通道和1个新生肽链通道

A-site：

氨酰tRNA位点；P-site：

肽酰tRNA位点；E位点：

空载tRNA离开的位点。

蛋白质合成：

起始：

mRNA及起始氨酰-tRNA与30S小亚基结合，然后50S大亚基结合形成核糖体

延伸：

核糖体沿着mRNA移动，肽链通过从肽酰tRNA转移到氨酰tRNA而延伸

终止：

翻译到终止密码子，多肽链从tRNA上释放，核糖从mRNA上解离

新氨基酸加到延伸中肽链的C-端

肽链延伸的方向：

从N-端到C-端

23SrRNA是一个ribozyme，具有肽酰转移酶活性

肽键形成：

将延伸中的肽链从肽酰-tRNA转到氨酰-tRNA即形成新的肽键

Formationofthe30Sinitiationcomplex:

IFs1-3+30S+mRNA+fmet-tRNAfMet+GTP

Formationofthe70Sinitiationcomplex:

50S+30S+mRNA+fmet-tRNAfMet

IF-1：

加强IF-2和IF-3的作用

IF-2：

促使fMet-tRNAfmet选择性地结合在30S亚基上，有GTPase活性

IF-3：

促使30S亚基结合于mRNA起始部位，具有解离30S与50S亚基的活性

mRNA的SD序列与rRNA互补，启动翻译

新生肽中第一个氨基酸---甲酰甲硫氨酸（fMet）的切除当新生肽链达到15-16氨基酸长度时就会发生。

（去甲酰化酶产生正常-NH2，氨肽酶切除甲硫氨酸）

真核生物翻译起始：

真核生物40S小亚基被5’cap招募

40S沿mRNA寻找AUG起始密码子

起始因子更多

真核和原核翻译起始的主要区别：

（1）核糖体识别5′端甲基化的帽子结构，

（2）以5’3’方向扫描的方式寻找起始密码子，一般是第一个AUG/Kozak序列可促进起始

（3）起始氨基酸为甲硫氨酸Met，而不是甲酰甲硫氨酸fMet

真核生物翻译延伸：

氨酰-tRNA进A位，进位反应

EF-Tu-GTP与aa-tRNAs结合；

运送aa-tRNA到A位；

形成正确codon-anticodon配对时,EF-Tu与factor-bindingcenter作用并水解其结合的GTPGDP；

EF-Tu-GDP离开核糖体

EF-Ts帮助EF-Tu-GDP交换GTP，回复活性状态

转肽反应，肽键形成

核糖体移位反应

只有和密码子配对的氨酰-tRNA才能与rRNA形成稳定的接触。

不配对的氨酰-tRNA不能与rRNA形成稳定的接触，因而不能形成肽键，氨酰-tRNA从A位被逐出。

释放因子：

作用于肽酰tRNA上的多肽，使之从核糖体上释放。

翻译终止：

原核：

RF1识别UAA或UAG，RF2识别UGA和UAA;RF-3起辅助作用。

真核系统中只有一种释放因子eRF,可识别3种终止密码子。

RFs识别终止密码子并与之结合，激活肽基转移酶，水解P位点上多肽与tRNA之间的键，释放多肽和tRNA

核糖体再循环因子（RRF）：

释放最后一个tRNA，IF3（解离大小亚基），EF—G（释放RRF）

氨基酸活化2个（ATPPPi）

氨酰tRNA进位1个（GTPGDP）

核糖体移位1个（GTPGDP）

肽链起始1个（70S复合物形成，GTPGDP）

第1个氨基酸参入需消耗3个（活化2+起始1）

以后每掺入1个AA需要消耗4个（活化2个+进位1个+移位1个）

遗传信息表达的方式：

组成型表达：

表达持家基因：

组成型表达，在基本的细胞生命活动中十分重要。

诱导型表达（大部分基因）：

也称奢侈基因

可诱导基因：

只有被诱导物和细胞因子激活时才会表达

参与调控的因素：

信号分子：

胞内外生理和环境信号，多为小分子

顺式元件：

操纵区，帽子位点

反式元件：

激活蛋白，阻遏物，TFs，factors

DNA调控蛋白的主要功能域

DNA结合域（DNAbindingdomain）

负责DNA序列特异性识别与结合；

结构相对独立，可以做结构域替换

蛋白互作位点

效应物结合位点

效应物：

一些化学小分子，其结合能够影响调控蛋白的活性

如Corepressor辅阻遏物：

指与调节蛋白结合后可阻止转录的小分子化合物。

Inducer诱导物：

指与调节蛋白结合后可诱导转录的小分子化合物。

大多数调控都在转录水平上进行的原因：

最经济、节省能量

调控作用更容易实现

ActivatorscontaintwobindingsitestobindaDNAsequenceandRNAPolsimultaneously,canthereforeenhancetheRNAPolaffinitywiththepromotersandincreasesgenetranscription.Thisiscalledrecruitmentregulation（招募调控）.

Repressorscanbindtotheoperatorcavering（partof）thepromoterregion,whichpreventsRNAPbindingandthetranscriptionofthetargetgene.

操纵子：

是原核生物基因表达和调控的单位，包括了结构基因、控制元件、调节基因的全部DNA序列

操纵子的结构组成：

Structuralgenes结构基因：

能够编码特异性调控生物合成和代谢途径的酶。

Controlelements控制元件：

调节结构基因的表达的DNA序列。

（operator操纵区,CAPbindingsite（CAP结合位点）.）

Regulatorgene（s）调节基因：

调节基因的产物能够识别控制元件，并且通常从另一个不同的启动子开始转录。

乳糖操纵子的结构

Threestructuralgenes，lacZ,Y,A

Twocontrolelements:

Operator,CAPsite

Onepromoter

Oneregulatorygene:

lacI

LacZ：

半乳糖苷酶，用于水解乳糖和生成别乳糖allolactose

LacY：

半乳糖苷渗透酶

LacA：

硫代半乳糖苷转乙酰酶，detoxifythiogala