中山大学分子生物学复习总结.docx
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中山大学分子生物学复习总结
1.原核基因组与真核基因组(prokaryoticgenomesandeukaryoticgenomes)
大小(size):
原核生物的一般都比较小,且变化范围也不大(最大/最小约为20)。
真核生物的一般要比原核生物的大很多,且变化范围也很大(最大/最小可达8万)
⏹基因结构(genestructure:
continuouscodingsequences,splitgenes)
原核基因组:
环状,较小;通常由单拷贝或低拷贝(low-copy)的DNA序列组成;基因排列紧密,较少非编码序列——“streamlined”
真核基因组:
多线状;大小一般要比类核基因组大好几个数量级,且变化范围很大;有大量的非编码序列(重复序列、内含子等)
⏹非编码序列(non-codingsequences:
repeatedsequences,introns)
局部分布的重复序列(localizedrepeatedsequences):
串联式(tandem)的高度重复序列(highlyrepeatedsequences):
重复单位的长度从几bp到几百bp,可重复几十万次或更多,常见于着丝粒、端粒和异染色质区域
散布的重复序列(dispersedrepeatedsequences):
短的散布式重复序列(shortinterspersedelements,SINEs):
500bp以下,可重复10^5次或更多,很多SINEs都是反转录转座子(retroposon);长的散布式重复序列(longinterspersedelements,LINEs):
5kb以上,可重复10^4次或更多,很多LINEs也是与反转录转座子相关的序列
内含子(intron):
I类(groupIintron)、II类(groupIIintron)、III类(groupIIIintron)、核mRNA内含子(nuclearmRNAintron),即剪接体内含子(spliceosomalintron)、核tRNA内含子(nucleartRNAintron)、古细菌内含子(archaebacterialintron)
⏹细胞器基因组(organellegenomes:
mitochondrialgenomes,chloroplastgenomes)
线粒体基因组:
在不同类型的生物中变化很大
多细胞动物:
细小、致密,没有或很少非编码序列
高等植物:
复杂、不均一,比动物的大得多
原生动物、藻类、真菌:
或偏向于动物型,或偏向于植物型,但又有其各自的独特之处
叶绿体基因组:
比较均一,85~292kb(大部分都在120~160kb之内)
2.转录(transcription)
(1)RNA聚合酶(RNApolymerase)
原核生物:
1种,全酶(holoenzyme)由核心酶与σ亚基组成,σ亚基的作用
真核生物:
3种,由多个亚基组成
cis-顺式、同一分子trans-反式、不同分子
invivo体内、细胞内invitro体外、无细胞体系
insitu原位insilico基于生物信息学的研究体系
sensestrand有义链)=nontemplatestrand
antisensestrand(反义链)=templatestrand
(2)顺式作用元件与反式作用因子(cis-actingelementsandtrans-actingfactors)
启动子(promoters)、增强子(enhancers)为顺式作用元件
原核启动子:
-10box(Pribnowbox),-35box
真核启动子:
I类,II类,III类
RNA聚合酶I识别的启动子(I类启动子,classIpromoters)
RNA聚合酶II识别的启动子(II类启动子,classIIpromoters)
RNA聚合酶III识别的启动子(III类启动子,classIIIpromoters)
增强子:
较多在真核生物中存在;能增强转录的元件,但又不是启动子的一部分(无位置、方向的限制),增强子常在启动子的上游,但也可以在基因内部(如内含子中)
转录因子(transcriptionfactors)为反式作用因子,真核基因的转录需反式作用因子
通用转录因子能使聚合酶结合到启动子上,形成预起始复合物(preinitiationcomplex),包括形成开启的启动子复合物(openpromotercomplex),但只能导致基础水平的转录
通用转录因子:
I类,II类,III类
II类因子:
PolymeraseII转录所需的通用转录因子
II类预起始复合物:
包含有RNA聚合酶II及6种通用转录因子:
TFIIA、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF、TFIIH。
TFIID在TFIIA的协助下,首先结合到TATAbox,形成DA复合物,然后TFIIB再结合上去。
TFIIF协助PolymeraseII结合到DNA链上(-34至+17区域)
TFIIHE、TFIIH结合到复合物体中,形成DABPolFEH预起始复合物
TFIID的结构及功能:
TFIID本身是一个复合物,含1个TATAbox结合蛋白(TATAbox-bindingprotein,TBP)和8~10个TBP相联因子(TBP-associatedfactors,TAFs,orTAFIIs)TATAbox结合蛋白(TBP):
序列非常保守的一种蛋白质(约38kD),包含180个氨基酸的羧基末端,该末端是TATAbox结合域(bindingdomain)、TBP是马鞍形的,结合到DNA双螺旋的小沟上,能使TATAbox弯曲80°
TBP相联因子(TAFIIs):
至少有8种,序列上也相当保守
主要功能:
促进转录、与启动子的元件相互作用(起始子、下游元件)、与基因特异转录因子相互作用、TAFIIs中的TAFII250还有酶的功能,如作为组蛋白乙酰转移酶
TFIIA:
在酵母中有2个亚基,在果蝇和人中有3个亚基;TFIIA可以看成是一种TAFII(与TBP结合,能稳定TFIID与启动子之间的结合);在体外体系中,TFIIA并非必不可少
TFIIB:
单亚基的因子(35kD);能把TFIID与TFIIF/PolII相连在一起,即是聚合酶II结合到预起始复合物所必需的;能与一些基因特异转录因子相互作用,促进转录
TFIIF的结构及功能:
由2条多肽构成:
RAP30与RAP70(RAPstandsforRNApolymeraseII-associatedprotein);RAP30与E.coli的σ因子有一定的同源性,能使TFIIF结合到PolII;FIIF与PolII结合后,能减少聚合酶与DNA之间非特异的相互作用,引导聚合酶到已结合有TFIID、TFIIA和TFIIB的启动子上
TFIIE:
有2个亚基(56kD,34kD),每个亚基在TFIIE中都有2个拷贝(总分子量约为200kD);能结合到DABPolF的复合体上,对转录有促进作用
TFIIH:
最后一个结合到预起始复合物的通用转录因子,结构、功能均复杂
功能之一是使PolII最大一个亚基的羧基末端域(CTD)磷酸化,即使PolIIA变为PolIIO,从而导致转录起始到转录延伸过渡;具有DNA解螺旋酶(helicase)的活性,这是聚合酶离开启动子往前转录(promoterclearance)所需的
I类因子(classIfactors):
PolymeraseI转录所需的通用转录因子
I类预起始复合物:
RNA聚合酶I和2种通用转录因子(I类因子):
SL1、UBF(上游结合因子,upstream-bindingfactor)
SL1
由TBP(TATAbox结合蛋白)与3种TAFs(TAFIs,TBP相联因子)组成的复杂蛋白质
SL1并不直接与启动子结合,但它能加强UBF与启动子的结合,促进预起始复合物的形成
SL1还是rRNA基因转录的物种特异性的决定因素之一
UBF
由2条多肽构成(97kD和94kD),而97kD的多肽即具UBF的活性
能与I类启动子的核心元件及UCE(上游控制元件)的位点结合,再与SL1一起,促进转录
III类因子(classIIIfactors):
PolymeraseIII转录所需的通用转录因子,有TFIIIA、TFIIIB、TFIIIC
TFIIIB和TFIIIC是所有在基因内部有III类启动子的基因的转录所需的,5SrRNA基因的转录还需要TFIIIA
TFIIIA
一类含“锌指”(zincfinger)的DNA结合蛋白的成员;锌指是4个氨基酸与1个Zn离子结合,再加上其他的氨基酸,构成手指状;在TFIIIA中,4个氨基酸是cys-cys-----his-his,一连9个锌指;锌指能使蛋白质与DNA紧密结合
TFIIIB和TFIIIC:
两者是一起共同起作用的
TFIIIC结合到基因内部的启动子中(如果是5SrRNA基因,则先有TFIIIA结合到启动子区),再帮助TFIIIB结合到启动子上游区(转录起始位点上游),而TFIIIB则帮助PolIII结合在起始位点周围;转录开始后,TFIIIC(或TFIIIA和C)被除去,而TFIIIB留在原位,可促进另一轮的转录
具外部启动子的基因的转录因子
TFIIIB含有TBP(TATAbox结合蛋白)及一些TAFIIIs,可结合到启动子的TATAbox,从而促进转录,可能还需要其他一些通用转录因子
TBP在3类转录因子中的作用
与TATAbox结合,组织预起始复合物(特别是对于没有TATAbox的启动子),促进转录
基因特异转录因子(激活子)
(1)基本结构:
一般有2个功能域即DNA结合域(DNA-bindingdomain)和转录激活域(transcription-activatingdomain);许多激活子还有二聚体化域(dimerizationdomain)
DNA结合域的结构
锌指(zincfingers):
不少激活子(如Sp1)都有该结构,锌指结构一般连续出现多次,由1个α-螺旋与1反向平行的β层片构成,α-螺旋上的2个AA和β层片上的2个AA与1个Zn离子结合,“指”上(α-螺旋上)的某些AA就决定了其与DNA结合的特异性
GAL4蛋白质(theGAL4protein):
酵母中的一种激活子,DNA结合域与锌指相似,但含有6个半胱氨酸和2个锌离子,有一个与DNA进行识别的区域(α-螺旋),决定其与DNA结合的特异性
核受体(thenuclearreceptors):
与甾体激素相互作用,组成激素-受体复合物,起激活子的作用,核受体的DNA结合域含有2个锌离子,每一个锌离子分别与4个半胱氨酸结合,参与形成一指状结构,其中一“指”(氨基末端的“指”)上有专门用于识别DNA特异序列的α-螺旋
同源异形域(homeodomains):
在很多激活子中都存在,由基因中的同源异形框(homeobox)编码,而同源异形框一般是基因中的一个外显子,约180nt,编码60AA,十分保守;同源异形框最初在果蝇的发育调节基因中发现,这些基因的突变称为同源异形突变(homeoticmutation),会引起躯体结构的重大改变;含同源异形框的基因又称为同源异形基因(homeoticgenes,homeobox-containinggenes)
每个同源异形域含3个α-螺旋,第二、第三个形成一种“螺旋-转折-螺旋”(helix-turn-hel