分子复习提纲.docx

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分子复习提纲

1.原核基因组与真核基因组（prokaryoticgenomesandeukaryoticgenomes）

大小（size）

基因结构（genestructure:

continuouscodingsequences,splitgenes）

非编码序列（non-codingsequences:

repeatedsequences,introns）

细胞器基因组（organellegenomes:

mitochondrialgenomes,chloroplastgenomes）

（部分基础概念见手写版笔记：

基因组，染色体组，分类及各类英文名称，C值佯谬，大小单位）

Size:

原核生物的genomesize一般都比较小，且变化范围也不大（最大/最小约为20）。

由于原核生物基因组中的非基因DNA（non-genicDNA）的含量较少，因此它们的基因组大小与其所。

、含的基因数目是相对应的；

真核生物的genomesize一般要比原核生物的大很多，且变化范围也很大

Structure:

类核基因组：

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”

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）

Non-codingsequences:

非编码序列（non-codingsequences）

⑴非编码的重复序列（核基因组）

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105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104次或更多，很多LINEs也是与反转录转座子相关的序列

⑵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）

organellegenomes:

线粒体基因组：

在不同类型的生物（多细胞动物、高等植物、原生动物、藻类、真菌）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）由核心酶与亚基组成，亚基的作用

真核生物：

3种，由多个亚基组成

PolymeraseI:

largerRNAprecursor

PolymeraseII:

mRNAprecursors,snRNAs

PolymeraseIII:

tRNAprecursors,5SrRNAprecursor,U6,etc.

1.转录机器（装置）（transcriptionapparatus）

（1）RNA聚合酶（RNApolymerase）

细菌RNA聚合酶

（40kD）

（155kD），‘（160kD）

（32~90kD）

E.coliRNA聚合酶

核心酶（coreenzyme）：

，‘，2

全酶（holoenzyme）：

，‘，2，

：

specificityfactor

真核生物的RNA聚合酶

⑴RNA聚合酶I（polymeraseI）：

位于核仁

RNA聚合酶II（polymeraseII）：

位于核质

RNA聚合酶III（polymeraseIII）：

位于核质

三种RNA聚合酶对转录抑制剂的反应

-鹅膏蕈碱（-amanitin）：

抑制polymeraseII（低浓度）；抑制polymeraseII和polymeraseIII（高浓度）

放线菌素D（actinomycinD）：

抑制polymeraseI

（2）真核RNA聚合酶的亚基组成

PolymeraseI、II、III都由多个亚基组成

均有两个较大的亚基（>100kD）

另有多个较小的亚基（大部分<50kD）

三种聚合酶都有一些共有亚基（commonsubunit）

以酿酒酵母（Saccharomycescerevisiae）的PolII为参照：

Rpb5、Rpb6、Rpb8、Rpb10、Rpb12

RNA聚合酶II的结构

有12个亚基（Saccharomycescerevisiae中）

Rpb1、Rpb2、Rpb3、Rpb4、Rpb5、Rpb6、Rpb7、Rpb8、Rpb9、Rpb10、Rpb11、Rpb12（Rpb:

RNApolymeraseB（II））

①核心亚基（coresubunits）

Rpb1,Rpb2,Rpb3，对聚合酶的活性必不可少

分别与原核RNA聚合酶的’,和亚基同源，且功能也基本相同（Rpb3在聚合酶中也是有2个拷贝）

②共有亚基（commonsubunits）

与Rpb5,Rpb6,Rpb8,Rpb10,Rpb12相应的亚基，在3种RNA聚合酶中都存在

在3种聚合酶中都存在，说明它们是起着十分重要的作用，但具体的功能不很清楚

③非必需亚基（nonessentialsubunits）

Rpb4,Rpb9，其基因的突变体在正常温度下仍有活力，但在较高或较低温度下则失去活力

Rpb4和Rpb7（必需的亚基）与启动子的识别有关（有点像因子）

Rpb9的功能不甚清楚

④Rpb7和Rpb11：

另类亚基（不属于上述3类）

RNA聚合酶的活性所需（Rpb7与启动子的识别有关）

核心亚基Rpb1的特殊之处：

不均一性（heterogeneity）

在细胞内，有210kD和240kD两种形式（IIa和IIo）；在体外，还有180kD这种形式（IIb）

与对-鹅膏蕈碱的敏感性有关

RNA聚合酶II的结构

在体内，含IIa的聚合酶II为RNApolymeraseIIA；含IIo的聚合酶II为RNApolymeraseIIO

RNApolymeraseIIA是与启动子结合时的形式

RNApolymeraseIIO是延伸时的形式

（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

增强子：

较多在真核生物中存在

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：

I类，II类，III类

基因特异转录因子（激活子）

（2）启动子（promoter）

聚合酶的结合位点（bindingsite），一般位于转录起始位点上游

RNA聚合酶与启动子的结合（RNApolymerase/promoterbinding）

Closedpromotercomplex变成Openpromotercomplex，转录才能开始

Promoterstructure

共有序列（consensussequence）

-10box（Pribnowbox）：

解链

-35box：

识别

-10box与-35box的最佳距离为171bp

下调突变（downmutation）上调突变（upmutation）

UPelement（上游元件）

在核心启动子上游的一段富含AT的序列

与RNA聚合酶的α亚基相互作用

一些强启动子的额外元件

E.coli编码rRNA的rrngene中的UPelement可提高数十倍表达效率

真核生物的通用转录因子：

真核RNA聚合酶仅靠自身不能与启动子结合，它们需要转录因子（主要是蛋白质）的协助

转录因子有两类

通用转录因子（generaltranscriptionfactors）：

通用转录因子能使聚合酶结合到启动子上，形成预起始复合体（preinitiationcomplex），包括形成开放的启动子复合体（openpromotercomplex），但只能导致基础水平的转录

基因特异转录因子（gene-specifictranscriptionfactors）

（1）II类因子（classIIfactors）

PolymeraseII转录所需的通用转录因子

㈠II类预起始复合体

包含有RNA聚合酶II及6种通用转录因子：

TFIIA、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF和TFIIH

TFIID在TFIIA的协助下，首先结合到TATAbox，形成DA复合体，然后TFIIB再结合上去

TFIIF协助polymeraseII结合到DNA链上（-34~+17区域）

TFIIE、TFIIH结合到复合体中，形成DABPolFEH预起始复合体

①TFIID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）【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，使TATAbox弯曲80°及小沟打开，能作用于所有3类启动子（classII,I,III）】

和8~10个TBP相联因子（TBP-associatedfactors,TAFsorTAFIIs）【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（如Sp1）

TAFIIs中的TAFII250还有酶的功能，如作为组蛋白乙酰转移酶

TFIIA与TFIIB的结构及功能

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】

②TFIIF的结构及功能

由2条多肽构成：

RAP30与RAP70（RAPstandsforRNApolymeraseII-associatedprotein）；RAP30与E.coli的因子有一定的同源性，能使TFIIF结合到PolII

TFIIF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

③TFIIE和TFIIH的结构及功能

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体的通用转录因子，有9个亚基，具多种功能

具有激酶活性：

使PolII最大亚基的羧基末端域（CTD）磷酸化，PolIIA变为PolIIO，导致转录起始过渡到转录延伸

具有DNA解螺旋酶和ATP酶活性，为聚合酶离开启动子向前转录（promoterclearance）所需

㈡延伸因子（elongationfactors）

TFIIS

能促进转录延伸，阻止在转录过程中聚合酶在特定的DNA位点（暂停位点）较长时间的暂停；能促进转录物校正，通过激发聚合酶内在的RNase活性来切除错误的核苷酸

TFIIF；也有阻止聚合酶在随机的DNA位点短暂停止的功能

RNA聚合酶II的全酶（thepolymeraseIIholoenzyme）

RNA聚合酶II的所有亚基+部分通用转录因子+其他一些蛋白质因子

（2）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

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）组成的复合物。

SL1自身不能直接与启动子结合，但它能加强UBF与启动子的结合，促进预起始复合体形成；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

（3）III类因子（classIIIfactors）

PolymeraseIII转录所需的通用转录因子

III类因子有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，连续有9个锌指

锌指能使蛋白质与DNA紧密结合

TFIIIB和TFIIIC

两者共同起作用

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

（4）TBP在3类转录因子中的作用

作为装配因子（assemblyfactor）与TATAbox结合

组织预起始复合体（特别是对于无TATA启动子），促进转录

（3）多顺反子转录与单顺反子转录

多顺反子转录是原核生物的转录方式：

操纵子（operons）

经典模型：

乳糖操纵子（thelacoperon）

弱化作用的调控：

色氨酸操纵子（thetrpoperon）

单顺反子转录是真核生物的主要转录方式

1、操纵子

（1）乳糖操纵子（thelacoperon）

lacZ:

-半乳糖苷酶（-galactosidase）基因

lacY:

半乳糖苷透过酶（galactosidepermease）基因

lacA:

半乳糖苷乙酰基转移酶（galactosidetransacetylase）基因

lacI:

调节基因（regulatorygene）

①Operator:

操纵区

Repressor:

阻遏子（阻遏物）

Inducer:

诱导物（异构乳糖，allolactose）

野生型（可被诱导型）等位基因是显性的，说明野生型等位基因能产生某种物质，使与乳糖代谢有关的基因关闭，在被诱导后才表达

推测：

这种物质可称为阻遏物（repressor）：

组成型突变体是产生阻遏物的基因有缺陷

应该有与repressor结合的DNA序列（operator）：

若operator有突变，不能与repressor结合，是一种显性的组成型突变体

结论：

通过阻遏基因（阻遏物）与操纵区，lacZ、lacY、lacA这3个结构基因是一起被调控的，它们组成了一个操纵子（thelacoperon）

阻遏的机制：

两种假说

聚合酶与阻遏物可一起结合在lacoperon的启动子区，阻遏物的作用只是阻止转录从起始状态进入延伸状态

阻遏物的作用是不让RNA聚合酶进入lacoperon的启动子（得到最新实验数据的支持）

操纵区（Operator）：

有三个操纵区

一个主要的操纵区（靠近转录起始位点）

两个辅助的操纵区（一个在上游，一个在下游）

三个操纵区在一起可以发挥最佳的阻遏作用：

主要操纵区和一个辅助操纵区在一起可以起很好的作用，仅有主要的操纵区只能产生较弱的阻遏作用

阻遏物（Repressor）

两个二聚体构成四聚体

每个二聚体都含有两个与DNA大沟相互作用的DNA结合域

每个二聚体都能结合一个操纵区，使整个阻遏物能同时结合两个操纵区

②乳糖操纵子的正调控

阻遏物的调控是负调控，乳糖操纵子的调控还需正调控因子

代谢物阻遏效应（cataboliterepression）

环腺苷酸（cyclic-AMP，cAMP）在细胞中的浓度与葡萄糖的含量成反比，它与代谢物激活蛋白（cataboliteactivatorprotein，CAP，又称环腺苷酸受体蛋白：

cAMPreceptorprotein，CRP）共同起正调控作用。

因此，起正调控作用的是CAP-cAMP

乳糖操纵子的启动子是一种弱启动子，其-35box与原核启动子的共有序列差别很大，因此才需要CAP-cAMP进行正调控（如果是强启动子（与共有序列十分相近），则不需要正调控，但这种情况会使得即使葡萄糖存在，乳糖操纵子也一样运作）

（5）CAP的作用机制

CAP-cAMP的结合位点在启动子的上游（与启动子紧密相邻），该位点称为激活物位点（activatorsite）（TGTGA共有序列）

CAP-cAMP结合到激活物位点后，就会促进RNA聚合酶与DNA形成openpromotercomplex（CAP-cAMP能加快closedpromotercomplex的形成，从而提供了更多形成openpromotercomplex的机会），结果是促进转录

CAP的作用机制（手写版笔记）

CAP-cAMP通过增加KB而促进第一步

CAP-cAMP对k2的影响极小，没有促进第二步

CAP-cAMP通过与RNA聚合酶α-CTD的蛋白-蛋白相互作用进行募集（recruitment）

CAP-cAMP结合到靶DNA时，将其弯曲成大约100°

乳糖操纵子调控小结

葡萄糖乳糖负调控正调控转录

＋＋诱导物低cAMP本底水平

＋－阻遏物低cAMP无

－－阻遏物CAP-cAMP无

－＋诱导物CAP-cAMP激活水平

⑵阿拉伯糖操纵子（thearaoperon）

像乳糖操纵子那样，也是一种有代谢物阻遏效应的操纵子

thearaoperon又称thearaCBADoperon，即有控制基因C和结构基因B、A、D（编码阿拉伯糖代谢所需的酶）

独特之处：

两个ara操纵区：

araO1和araO2，前者调控控制基因araC的转录，后者控制启动子PBAD（在PBAD上游265与294bp之间）

CAP（cataboliteactivatorprotein）结合位点在ara启动子（PBAD）的上游约200bp处

araC的自我调节（autoregulation）

araO1起作用：

当AraC（araC的产物）含量升高，便与araO1结合，阻止进一步转录araC，以免产生过多的AraC

⑶色氨酸操纵子（thetrpoperon）

合成代谢的操纵子，所编码的酶能把色氨酸前体分枝酸（chorismicacid）转化为色氨酸。

色氨酸浓度高，则关闭；色氨酸浓度低，则开启

具弱化子（attenuator），无CAP-cAMP调控

色氨酸操纵子有5个结构基因（EDCBA）及1个调节基因（R）

启动子（trpP）与操纵区（trpO）在结构基因的上游，且操纵区完全在启动子里面

在调控中，色氨酸的作用是帮助阻遏物结合到操纵区，从而使操纵子关闭

弱化作用（attenuation）：

在阻遏作用的基础上（色氨酸操纵子的阻遏作用较弱），能再降低转录水平10倍。

前导区与弱化子转录物的第一种较稳定的结构有一终止子（-independentterminator），能使弱化作用发生，转录终止

转录物的第二种较不稳定的结构没有终止子，转录能继续

色氨酸的多寡决定形成哪一种结构（在转录与翻译偶联的情况下）

在细菌中，当色氨酸操纵子的前导区转录后，翻译就开始；核糖体到达色氨酸密码子：

色氨酸缺乏，核糖体不能前进，翻译受阻，前导区与弱化子转录物只能形成第二种结构；结构基因能转录；色氨酸充足，前导肽的翻译能顺利完成，前导区与弱化子转录物能形成第一种较稳定的结构，导致弱化作用发生

调控能达成的必要条件

转录与翻译偶联，且速率大致相等

每个结构基因的转录产物都有其起始密码子，核糖体从各个基因的mRNA的起始信号（密码子）开始翻译，即结构基因的翻译与前导序列的翻译无关

细菌能符合这样的要求，说明其体系中各组分的协调性

2、基因表达调控的重大变化

（1）宿主RNA聚合酶的变化

主要由因子的改变引起

①枯草杆菌（Bacillussubtilis）被其噬菌体SPO1入侵后的情况

SPO1早期基因（earlygenes）的表达：

用宿主本身的RNA聚合酶，仍可有很多宿主基因表达

SPO1中期基因（middlegenes）的表达：

宿主中基本上只有噬菌体的基因在表达

SPO1后期基因（lategenes）的表达

②T7噬菌体编码的RNA聚合酶

T7基因的转录分3个阶段（在宿主E.coli中）

ClassI（共5个基因，其中一个编码一种噬菌体专一的RNA聚合酶）

ClassII

ClassIII

先由宿主的RNA聚合酶，然后由T7自己的RNA聚合酶来达成3个阶段的转录

③芽孢形成过程的转录控制（枯草杆菌）

通过变换RNA聚合酶的因子而达成。

每种因子所识别的启动子都各不相同

从营养（植物性）生长到产生内生孢子（芽孢）：

需关闭很多营养生长期的基因，并开启专门用于芽孢形成的基因

营养生长期RNA聚合酶的因子43（A）

芽孢形成时RNA聚合酶的因子至少有29（E）、30（H）、32（C）

④具多启动子的基因

枯草杆菌的spoVG基因

芽孢形