分子生物学复习总结

Chapter1 绪论一、 什么叫分子生物学？分子生物学是研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能，并从分子水平上阐述蛋白质与核酸、蛋白质与蛋白质之间相互作用的关系及其基因表达调控机制的学科，是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘，由被动地适应自然界向主动地改造和重组自然界的基础学科。二、 简述分子生物学的发展历程？1、人类对DNA和遗传信息传递的认识阶段 1944年，著名的微生物学家Avery等在对肺炎双球菌的转化实验中证实了DNA是生物的遗传物质。 1950年，Chargaff提出了碱基配对的Chargaff规则。 1953年，Watson和Crick发现了DNA双螺旋模型。 1961年，Nirenberg等破译了第一批遗传密码，Crick在前人的基础上提出中心学说。 1961年，F.Jacob和J.Monod在巴斯德研究所的工作，证实了操纵子学说。2、重组DNA技术的建立和发展阶段 1967年，Gellert发现了DNA连接酶。 1970年，Smith和Wilcox等分离到第一种限制性内切酶。 19721973年，H.Boyer和P.Berg等发展了重组DNA技术，并完成了第一个细菌基因的克隆。 1975年，Southern发明了Southern Blot。 19751977，Sanger、Maxam和Gilbert发明了DNA测序技术。3、重组DNA技术的应用和分子生物学的迅猛发展阶段 1985年，Saiki等发明了聚合酶链式反应（PCR）。 1990年，人类基因组计划全面正式启动。 2001年，Nature和Science同时发表人类基因组序列，2003年，中国、美国、日本、英国、法国和俄罗斯六国科学家，同时宣布人类基因组计划的完成。综上不难看出，二十世纪以核酸研究为核心，带动着分子生物学向纵向发展：五十年代的双螺旋结构；六十年代的操纵子学说；七十年代的DNA重组；八十年代的PCR技术；九十年代的DNA测序都是分子生物学发展的里程碑，将生命科学带向一个由宏观到微观，再到宏观的时代。三、 什么叫反向生物学？反向生物学是指利用重组DNA技术和离体定向诱变的方法研究已知结构的基因相应的功能。Chapter4 基因与基因组的结构4.1 基因的概念一、三个名词：基因、顺反子、突变子 基因是原核、真核生物以及病毒的DNA和RNA分子中具有遗传效应的核苷酸序列，是遗传的基本单位和突变单位以及控制性状的功能单位。 反式构型中，不能互补的各个突变位点在染色体上所占的一个区域称为一个顺反子，顺反子是一个具有正常生理功能的遗传物质的最小单位，实际上，它是基因的同义词，是一个功能水平上的基因。 突变子指一个顺反子内部能发生突变的最小单位，一个突变子可以小到只有一对碱基。二、一句话：基因分为编码蛋白质、rRNA、tRNA的结构基因，以及具有调节控制作用的调控基因；一个完整的基因由编码区和调控区这两部分组成，编码区的产物可游离扩散，因而是反式作用的，调控区是不形成表达产物的DNA序列，起着对与之连锁的编码区进行调节控制的作用，因此是顺式作用的。4.2 基因组1. 基因组指生物体或细胞中，一套完整单体的遗传物质的总和。如：原核生物染色体、质粒，真核生物的单倍染色组、细胞器，病毒等所包含的一整套基因，以及包括基因与基因之间区域的所有DNA。2. C值悖理：生物单倍体基因组所包含的全部DNA量称作物种的C值，随着生物的进化，生物体的结构与功能越来越复杂，其C值也越来越大，但是真核生物中DNA的含量却与这一原则相悖，具体表现在C值不随生物的进化程度和复杂性而增加；关系密切的生物C值相差甚大；真核生物DNA的量远大于编码蛋白质等物质所需的量。这一现象，称作C值悖理。4.3 病毒基因组一、病毒基因组的特点 基因组小，所含遗传信息少。 可以由DNA或RNA组成，但每种病毒只含一种核酸。 基因有重叠现象：同一段DNA序列可以编码2种或2种以上的蛋白质。 基因间隔序列短。 功能基因簇和多顺反子mRNA 有部分真核生物基因的特性。二、一句话 病毒的核酸有正链和负链之分：正链RNA，即病毒的单链RNA基因组可直接作为mRNA，对动物细胞具有感染性；而负链RNA则以与之互补的RNA链作为mRNA，转录时需要依赖RNA的RNA聚合酶，这种聚合酶由病毒颗粒携带，所以其本身对动物细胞不具感染性，需要转录成mRNA才有感染性。三、反转录病毒基因结构图（记住大概） 反转录病毒基因排列顺序最典型的结构为5LTR-gag-pol-env-3LTR；其中LTR为长片段重复序列，gag-pol-env为病毒复制必须的基因。四、几个典型病毒 X174噬菌体基因组的重叠基因；我们将这种不同基因公用一段核苷酸序列，按照不同的可读框进行转录的现象称为基因的重叠，重叠的基因叫做重叠基因。 SV40病毒启动子和增强子被广泛应用于真核生物基因表达载体构建。4.4 细菌基因组一、细菌基因组的特点 仅由一条环形或线形双链DNA分子组成。 只有一个复制起始点。 有操纵子结构，数个相关的结构基因串联在一起，受同一调控区调节，合成多顺反子mRNA。 编码蛋白质的结构基因为单拷贝，rRNA基因为多拷贝。 非编码DNA少。 基因组DNA具有多种调控区。 具可移动的DNA序列组分。二、质粒：一种独立于染色体外、能自主复制且稳定遗传的遗传因子；它是一种环状的双链DNA分子，多存在于细菌、放线菌、真菌以及一些动植物细胞中，在细菌细胞中最多。 4.5 真核生物基因组一、真核生物基因组的特点：基因组大；有多条线状染色体，每条上有多个复制起始点；有大量重复序列；蛋白质基因一般为单拷贝，转录产物为单顺反子mRNA；基因组存在可移动的序列；含有内含子序列。二、真核生物的基因结构示意图（见下页）三、若干名词解释 断裂基因：基因内部插入了不编码序列，使一个完整的基因分隔成不连续的若干区段，其具有如下特性：外显子在基因中的排列顺序与它在成熟mRNA产物中的顺序相同；某种断裂基因在所有组织中都具有相同的内含子成分；在内含子上发生的突变不影响蛋白质的结构。断裂基因中有编码功能的区段称作外显子；无编码功能的区段称作内含子。 主型内含子：外显子和内含子在连接处有很短的共同保守序列，当其为GT-AG时，这时的内含子即为主型内含子。 ORF：又叫开放阅读框，指从调控序列开始到终止子结束的一段、可以编码一个完整蛋白的最少碱基序列。 密码子改造：不同生物有优先选择某种密码子的现象，被优先选择的密码子称作该种生物的优先密码子；密码子改造指的是通过实验手段将外源遗传物质的密码子改造成受体生物的优先密码子（但都是同种氨基酸的密码子），以促进外源遗传物质表达。 基因家族：真核生物基因组中来源相同、结构相似或功能相关（三个条件任具其一，即可归位一类基因家族，所以一个基因可以身处不同的基因家族）的一组基因。 基因簇：基因簇是基因家族中各成员紧密成簇排列成大段的串联重复单位，常定位于染色体特定区域（所以基因簇与基因家族最大的区别就是：基因家族中的基因可以分散在不同的染色体，而基因簇中的基因必须成簇存在于一起） 。 超基因家族：指各成员序列间的同源性可能很低，但表达产物的功能相似或相关的一类基因家族，如免疫球蛋白家族。 假基因：由有功能的基因进化而来，原本具有功能，但因发生了缺失、倒位、点突变等，使该基因失去活性，成为了无功能的假基因。 三大基因组图谱：遗传图又称连锁图，用来标记基因的相对位置及遗传距离，遗传距离常以基因或DNA片段在染色体交换过程中的分离频率厘摩（cM）表示，cM越大，表示两者之间的相对距离越远；物理图是以某些已知序列的DNA片段（序列标签为点）作为路标，以碱基对作为测量单位绘制的基因组图；转录图是基因的cDNA片段图，即表达序列标签图，这种图谱常用来研究发育与分化过程中的基因表达的时空特异性。 基因组学：研究生物体全部遗传信息的核苷酸序列、基因结构及相关信息的科学。 功能基因组学：主要研究以下三个方面：经典的用序列分析和比较来判断基因功能；通过定点破坏结构基因；在基因组内定位表达目的基因。 蛋白组学：研究某一基因组在某一特定细胞、特定时间内所表达的全部蛋白质的集合体，以及所有蛋白修饰后的各种形态的学科，它具有时空性动态、可调节性等。四、内含子的功能：促进重组；增加基因组的复杂性；含有可读框（ORF），编码某些酶或蛋白；含有部分剪接信号；产生核仁小RNA；影响基因表达五、外显子与蛋白结构域的关系：蛋白质高级结构中，一个外显子相当于一条多肽链折叠而成的结构域；外显子的边界序列能够精确地相对于结构域之间的连接区（铰链区）；外显子序列间的重组能造成蛋白质结构域的重新组合。六、线粒体突变率高的原因：线粒体DNA（mtDNA）缺少组蛋白保护；线粒体内DNA修复机制少；线粒体内大量生物氧化过程导致自由基的产生，从而损伤DNA；突变以胞质遗传的方式传递给子代。七、真核生物基因组的序列类型：单拷贝序列（在复性曲线所得的C0t1/2值最大，复杂程度X最大）、低度重复序列、中度重复序列、高度重复序列（在复性曲线所得的C0t1/2值最小，复杂程度X最小）。（复性动力学原理参见第三章）。Chapter5 DNA复制一、基本概念 半保留复制:DNA在复制过程中碱基之间的氢键断裂，双螺旋解旋并分开成两条条单链，子代DNA的合成以每条单链为模板，所以新合成的DNA分子中，一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，我们将这种复制方式称为半保留复制。 半不连续复制:DNA复制时，因为复制的方向必须是从5到3，所以一条链可以连续复制，而它的反义链的复制则是不连续的，且会产生冈崎片断，我们将这种复制方式称为半不连续复制。 复制子：DNA分子中，复制起始区与复制终止区构成的复制单位，称作复制子。 复制叉：在复制启动时，尚未解开螺旋的亲代双链DNA同新合成的两条子代双链DNA的交界处，就称为复制叉。 复制小体：复制叉处组装成形成的多蛋白结构，承担DNA的复制。 呼吸现象：DNA复制的复制起始位点因富含AT序列，所以该处氢键会迅速断裂与再生，导致两条DNA链不断解链与聚合，形成瞬间的单泡状结构的过程，称作DNA链的“呼吸现象”。当然“呼吸现象”并不局限于复制起始位点处，在DNA的任何部位都有可能发生，AT序列富含区的发生概率最大。 冈崎片段：半不连续复制过程中，后随链为了保证合成方向与复制叉行走方向一至，以回环形式合成多个DNA的片段，最后再切除引物连接这些片段，完成DNA的复制，这些不连续的DNA片段即冈崎片段。二、DNA的复制方向包括相向复制、单向复制、双向复制。三、DNA的复制方式包括形复制、滚动环式复制（共价延伸方式）、D环（D-loop）式复制。（要求以填空形式记忆，学有余力的同学可以查阅书本掌握原理：P137142）四、大肠杆菌DNA的复制1、复制的起始：复制起始位点的识别、DNA解旋及引发体的形成。 复制起始位点（Ori）的结构特征：有4个9bp的反向重复序列，这些序列易与DNa A结合；还有3个富含AT的13bp正向序列 ，易解链。 详细过程：Dna A携带ATP与Ori中的4个9bp反向重复序列结合，ATP水解释放能量促进相邻3个富含AT碱基的13bp正向序列解链；这时HU蛋白（一种小分子碱性细菌细胞类组蛋白）结合到解链部位，诱导DNA双链弯曲，从而加速DNA解链； 与此同时Dna B在Dna C帮助下，结合于解链区，促使DNa G与之结合，形成一个沿某一方向移动的引发复合物。2、复制的延伸：前导链与后随链的合成。 前导链：由引发体引发RNA引物合成，由53在DNA聚合酶的作用下正常合成DNA子链。 后随链的合成可以用回环模型解释：a) 当两条链同时复制时，后随链经过复制叉的部位就形成一个回环，以适应双链同时向前进行和保证后随链DNA合成方向也是53，这种复制模型称为回环模型。b) 冈崎片段合成的“四步循环曲”：后随链模板形成回环，聚合酶与引发体都与之结合，准备引物合成；引物按53方向合成，由于模板呈环状，所以引物行进方向就是复制叉行进方向；模板链环不断扩大，引物所在部位移动到聚合酶所在部位，启动DNA子链的合成；当DNA合成到距离前一个片段仅剩一小空隙时，酶脱离模板链，一个冈崎片段便被合成出来。上述四步不断循环，就完成了后随链的不连续复制，得到一段段分离的冈崎片段。（对照P157图5.27理解）c) 冈崎片段合成后的处理：聚合酶合成的冈崎片段，由聚合酶切除RNA引物，填补片段之间的空缺，最后由DNA连接酶将它们连接成一条完整的子代链。3、复制的终止 复制终点的结构特征：含有多个22bp的终止子位点，这些终止子位点可以与某些蛋白结合形成终止复合物，阻断复制叉的前行，从而终止复制。Chapter6 DNA的损伤、修复和基因突变一、何谓DNA损伤？简述DNA损伤的机理（简要理解机理）。 DNA损伤是指在生物体生命过程中DNA双螺旋结构发生的任何改变。损伤包括：单个碱基的改变；双螺旋结构的异常扭曲。 引起DNA损伤的因素包括DNA分子本身在复制过程中发生自发性改变；细胞内各种代谢物质和外界物理、化学因素等引起的损伤。具体机理详述如下： DNA分子的自发性损伤是指碱基配对时产生的误差，经过DNA聚合酶“校正”和单链结合蛋白等综合校对因素作用下仍未被校正的DNA损伤。导致DNA自发性损伤的因素有：碱基之间的互变异构、碱基脱氨基、自发的脱嘌呤和脱嘧啶、DNA聚合酶的“打滑”、活性氧引起的诱变及细胞代谢产物对DNA的损伤。 物理因素引起的DNA损伤主要是由紫外线照射和电离辐射引起的：紫外线照射引起的DNA损伤主要是形成嘧啶二聚体；而电离辐射对DNA损伤有直接效应和间接效应两种途径，前者指辐射对DNA分子直接积聚能量，引起理化性质改变，后者指电离辐射对DNA存在的环境中其他成分（主要是水）沉积能量，引起DNA分子的变化。 化学因素引起的DNA损伤，包括烷化剂和碱基类似物对DNA造成的损伤：烷化剂是一类亲电子的化合物，极易与生物大分子中的亲核位点反应，当其与DNA反应时，将烷基加到核酸的碱基上，改变了碱基的结构；碱基类似物能替代正常碱基渗入到DNA分子内，干扰DNA的正常功能。二、细胞对DNA损伤的修复系统可以分为哪几类，各类的工作原理如何？（工作原理可以简要记忆，理解即可） 细胞对DNA损伤的修复系统主要有五种：切除修复、错配修复、直接修复、重组修复、易错修复。 切除修复可分为碱基切除修复和核苷酸片段切除修复。碱基切除修复：细胞内特异的酶识别损伤部位，水解糖苷键，切除该碱基；DNA聚合酶合成新链；连接酶连接。核苷酸片段切除（步骤基本同碱基切除修复）：由N-糖苷酶或切除酶（能同时两侧切开核苷酸序列的一种酶）识别并损伤的核苷酸片段；DNA聚合酶合成新链；连接酶连接。 错配修复系统（因为是复制前进行的修复，又称复制前修复）：Dam甲基化酶能将DNA序列GATC中的A甲基化，故在复制后DNA为半甲基化状态（母链甲基化），此时一旦发现错配碱基，就可将未甲基化的链切除，并以甲基化的链为模板进行修复。详细过程如下：Mut S二聚体识别并结合到DNA的错配碱基部位；Mut L二聚体与Mut S结合，两者组成的复合物可沿DNA链向两个方向移动，直到遇到GATC的半甲基化位点为止；随后Mut H内切核酸酶结合到Mut SL上，并在未甲基化链CTAG位点切开，若切口处位于错配位点的3端，由外切核酸酶或沿3到5方向切除核酸链，若切口处位于错配位点的5端，则由外切核酸酶沿5 到3方向切除核酸链；剪切直到错配碱基完全切除，被切除的链由DNA聚合酶和DNA连接酶合成并连接。 直接修复是把被损伤的碱基回复到原来状态的一种修复，它有几种方式，包括光复活作用、O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶直接修复和单链断裂修复。 重组修复是指机体细胞对在复制起始时尚未修复的DNA损伤部位实行先复制再修复的方式，又称复制后修复。机理：在复制时，跳过损伤部位，在下一个冈崎片段的起始位置或前导链的相应位置上在进行复制，使得子代链的损伤在相应位置留下缺口；此缺口由母链中的正常链重组修复，正常链在子代DNA中留下的缺口则由其互补链修复。三、基因突变 基因突变是在基因内遗传物质发生可遗传的结构和数量的变化。染色体畸变、基因突变和遗传重组是可遗传变异的基础。 基因突变包括：碱基替换，即点突变，包括转换和颠换；插入突变；同义突变；错义突变；无义突变；移码突变；缺失突变；渗漏突变；回复突变。（基本要求以填空形式记忆，学有余力的同学可记忆每种突变的涵义，在此不做总结） Ames试验：检测诱变剂和致癌剂的一种方法，该方法采用鼠伤寒沙门氏杆菌的营养缺陷型（组氨酸合成途径受损，在无组氨酸的培养基中，无法生存）菌株与待测物一起培养，根据产生菌落的多少判断待测物的诱变力强弱（诱变力强，杆菌产生的回复突变就多，菌落数就多）。chapter7 DNA的重组与转座一、何谓同源重组？试简述同源重组发生的机理。 同源重组又称一般性重组，有两条同源区的DNA分子，通过配对、链断裂和再连接，而产生的片段间交换的过程。 Holliday分子模型：两个同源染色体DNA排列整齐；两个DNA分子的同一部位两个单链发生断裂；断裂的单链游离末端彼此交换，每一条链与另一DNA对应的链连接，形成连接分子称为Holliday中间体；Holliday中间体可以进行分支迁移（两条DNA分子之间形成的交叉点可以沿DNA移动的现象）和立体异构，最后通过不同的拆分方式，产生不同的重组体，包括拼接重组体（异源双链区的两侧来自不同亲本的DNA）和片段重组体（异源双链区的两侧来自同一亲本的DNA ）。 在解释Holliday中间体形成时，有两种模型（考试时根据情况回答，若要求详细，则将这两种模型解释一下；若要求简略，则如前段描述，即可）：单链入侵模型（两个同源染色体DNA排列整齐，其中一个DNA分子上的一条链发生断裂，断裂的单链入侵另一DNA分子的同源区，原来与被入侵部位配对的单链发生水解，与此同时，丢失断裂单链的DNA分子，又以未断裂的单链为模板合成丢失部分，至此Holliday中间体形成）；双链入侵模型（两个同源染色体DNA排列整齐，其中一个DNA分子上的两条链都发生断裂，一条断裂链进攻另一DNA分子，导致原来与被进攻部位配对的单链发生断裂，转而入侵双链都已断裂的DNA分子，此时两个DNA分子分别以各自的入侵单链为模板合成另一单链，至此Holliday中间体形成）。 酶学机制：RecBCD（具有ATP依赖的解旋酶活性、依赖于ATP的核酸外切酶活性、序列特异性的单链内切酶活性）；Chi位点（ RecBCD 酶的靶部位）；RecA（重组最关键的蛋白：诱发SOS反应；促进DNA单链的同化。单链同化是指单链与同源双链分子发生链交换）；RuvA（识别Holliday联结体的交叉点）；RuvB（解螺旋酶作用，推动分支迁移）；RuvC（将Holliday联结体切开）。 总结：两个同源染色体DNA排列整齐；RecBCD识别Chi位点，切开一个DNA分子的单链，并促使其解旋；RecA蛋白促使断裂单链入侵同源双链DNA分子；RuvAB复合物，识别联结体的交叉点，并推动分支迁移； RuvC将Holliday联结体切开。三、转座作用 转座子是基因组中可以移动的一段DNA序列，它们的移动不需要借助同源序列；一个转座子从基因组的一个位置到另一个位置的过程称作转座。 转座子的分类：简单转座子（又称插入序列，简称IS因子，只含有与转座相关的酶基因，两端具有反向重复序列IR）；复合转座子（Tn，除具有相关的酶基因，还带有抗性基因。可分为、两型：型两端由相同的IS序列组成；，两端由38bp的反向重复序列组成）。 转座因子的三个共性：末端反向重复序列；中间为可读框（ORF）作为标记基因；转座后，靶位点成为正向重复序列。 转座的机理：分为复制型转座（转座前后转座位点并不丢失转座子，只是将转座子进行复制以后，以共合体形式完成转移到新的位点）、非复制型转座（供体丢失转座子，受体获得转座子）和保守型转座。（若两个空，则填前两个） 转座的特点：不依赖供体序列与靶位点间序列的同源性；转座不是简单的转移，涉及转座子的复制；转座插入的靶位点并非完全随机（插入专一性）；某些转座因子对同类转座因子的插入具有排他性（免疫性）；靶序列在转座因子两侧会形成正向重复；转座因子的切除与转座将产生复杂的遗传学效应。 Tn10的转座调控（可以通过两种方式来控制Tn10转座酶的水平，从而调控Tn10的转座）：合成反义RNA，与Tn10转座酶mRNA结合从而抑制转座酶的表达；通过甲基化转座酶基因的启动子以及相关序列，从而控制转座酶的合成。四、逆转录转座作用 一类移动因子在转座过程中需要以RNA为中间体，经过逆转录过程再分散到基因组中，称为逆转录子，这种转座过程称为逆转录转座。从DNA到DNA的转移过程，叫做转座，从DNA到RNA再到DNA的转移过程，是逆转录转座。五、总结与补充 DNA重组包括同源重组、位点特异性重组、转座重组、异常重组。 极性突变：在一个操纵子中， 与操纵基因毗连的结构基因发生终止突变后，它除了影响该基因本身产物的翻译外，还影响其后结构基因多肽的翻译，并且具有极性梯度的特征。 Chapter8 RNA的转录合成一、概述 RNA转录的一般特点：转录具有选择性；RNA链的转录起始和终止于DNA上特定的部位；催化转录的酶是RNA聚合酶；被转录的DNA双链中有一条参与转录；转录的起始由DNA分子上的启动子控制；合成RNA的底物是ATP、GTP、CTP和UTP；新合成的RNA是以5到3方向延伸。 原核生物和真核生物基因转录的差异：RNA聚合酶不同（只有一种RNA聚合酶参与原核生物的转录，真核生物有多种RNA聚合酶负责不同类型的基因转录）；转录产物不同（原核生物以多顺反子形式存在，真核生物则以单顺反子形式存在）；转录后处理不同（真核的转录产物需要经过剪接、加工，才能成熟，所以转录与蛋白合成是分开的；而原核转录产物几乎不需要加工，边转录即可边合成蛋白）。二、原核生物RNA的转录1. 启动子起始转录 启动子结构：原核生物基因的启动子分为核心启动子（RNA酶可以直接识别的部位）和启动子上游部位（辅助RNA聚合酶行使功能的蛋白因子结合部位）。原核启动子最典型的结构包括转录起始位点（起始位点的序列影响转录起始的效率）、-10序列（TATAAT区，对于DNA解螺旋作用十分重要）、-35序列（TTGACA区，能增强启动子与聚合酶因子的识别作用）以及-10序列与-35序列之间较严格的距离（这段距离，也可影响转录的效率）。 起始转录详细过程：RNA聚合酶全酶接触DNA分子，搜索并识别特异结合位点（机理：RNA聚合酶在因子的帮助下，与启动子-35区的亲合性要比一般序列高出上百倍）；RNA聚合酶与启动子形成封闭型起始复合物；封闭型起始复合物向开放型复合物转变（机理：在封闭型起始复合物形成以后，-10区因富含AT序列发生解链，形成局部的开放型起始复合物 ）；DNA-酶-底物NTP三元起始复合物形成（机理：开放型起始复合物形成以后，开始引入底物，在-10区下游部位启动RNA的转录，形成三元起始复合物）。2. 新生RNA链的延伸转录 RNA聚合酶：RNA聚合酶全酶包括核心酶（2+）和因子。 延伸详细过程：RNA聚合酶构象改变（当RNA聚合酶聚合一小段RNA链【910个核苷酸】后， 因子脱离转录复合物，导致RNA聚合酶构象改变，同时也增加了RNA聚合酶与非特异型序列之间的亲合性，促使RNA聚合酶向前移动）；三元复合物不断向前移动，不断以NTP为底物，合成RNA链。3. 转录终止a. 内在终止子：不依赖任何辅助因子的终止方式。（见P231233） 终止子合成的RNA序列在结构上有两大特点（这里说的不是终止子的特点）：有能形成茎环结构的反向重复序列，靠近茎环底部有一段富含GC碱基对的结构；在茎环的3端，一般富含46个连续或者不连续的U。 终止机理：RNA-RNA茎环的形成（当转录进行到内在终止子处时，先合成具反向重复序列的RNA，导致其形成形成发夹结构茎环；因为茎环底部富含GC，导致形成的茎环比较稳定）；多聚U终止转录（紧接着茎环结构的后面是一段富含U的RNA序列，这段序列通过弱氢键与DNA相连，极易水解断裂；配合茎环在形成过程中的形成的拉力，富U序列脱离DNA，转录即停止）。b. 依赖因子的终止子 终止子合成的RNA序列在结构上结构特点：有反向重复序列，但并不富含GC；反向重复序列之后也无寡聚U部位。 因子结构与功能：同源六聚体、各亚基都有ATPase结构域、RNA结合结构域；解旋酶功能。 终止机理（“穷追”模型）：当转录快进行到终止子时，因子结合到终止子上游某一部位（比转录部位要更远离终止子），利用ATPase活性，提供能量，沿着DNA链向终止子方向移动，但其移动速度要略快于转录复合物，当转录复合物在终止子部位因合成反向重复序列导致“发夹结构”形成而暂停时， 因子追上复合物，在其解旋酶的作用下，将RNA从DNA上释放出来，终止转录。 补充：5S rRNA基因内的启动子包括boxA、C；tRNA基因内启动子包括boxA、B。3. 三类转录起始复合物（PIC）的合成 类型转录起始复合物：2个UBF先分别连接到上游控制元件和核心启动子上；然后SL-1连接到UBF-DNA复合物上；最后RNA聚合酶连接到核心启动子上。记住顺序：UBF、SL-1、RNA聚合酶。 类型转录起始复合物：TFD上的TBP最先结合到核心元件TATA框内； 然后TFA也结合； 紧接着TFB进一步结合；随后TFF带着RNA聚合酶结合到复合物上；最后TFE、TFH结合进来，使之转变为有活性的转录起始复合物，TFH还有解旋酶活性，帮助解开更多DNA双链。记住顺序：D、A、B、F（带着RNA聚合酶）、E、H（E、H在延伸阶段离开）。 类型转录起始复合物 tRNA转录起始复合物：TFC结合到A框和B框上；TFB结合于A框上游约50bp的位置，并与TFC相互作用；RNA聚合酶结合于TFB-TFC-DNA复合物。记住顺序：C、B、R。 5S rRNA基因转录起始复合物的装配：TFA 连接到C框；TFC 连接到TFA上；TFB与 TFIIIC接触，并结合到上游DNA序列上；RNA聚合酶依赖TFB，结合到5S rRNA的转录起始位点，形成转录起始复合物。记住顺序：A、C、B、R。Chapter9 RNA转录后的剪接与加工一、 概述细胞内由RNA聚合酶合成的原初转录物，一般都需要经过一系列的变化，包括：转录后5加帽；3端加一段多聚腺苷酸尾（poly A尾）；切除内含子和连接外显子；链的断裂；核苷酸修饰；糖苷键的改变；RNA编辑等过程，才能转变为成熟的RNA分子，这些过程总称为RNA的成熟。二、 原核生物RNA的转录后加工原核生物的rRNA与tRNA均以前体的形式合成，这就意味着这两种RNA需要进行转录后加工；而原核生物的mRNA则是已经转录，就立即翻译，除了少数多顺贩子基因转录的产物需要通过内切酶切成较小的单位才能进行翻译以外，基本不进行转录后的加工。1. 原核生物rRNA前体的加工原核生物rRNA基因是成簇存在，每个转录单位由16s rRNA，23s rRNA,5s rRNA 和tRNA基因组成；转录的rRNA前体需要先经过甲基化修饰，再通过内切核酸酶和外切核酸酶切割。2. 原核生物tRNA前体的加工存在：不同的tRNA串联排列在一起；多个相同的tRNA串联排列在一起； tRNA与rRNA混合串联排列在一起。tRNA加工修饰过程：RNA内切核酸酶在tRNA5端切断，使5端逐步成熟（RNaseP是5端的成熟酶）；RNA内切核酸酶在tRNA 3端切断，再由RNA外切核酸酶从3端逐个切去附加序列（RNaseD是3端的成熟酶）；在tRNA3端添加CCAOH；核酸的修饰和异构化。三、 真核生物RNA的转录后加工真核生物的基因经转录以后，必须对转录产物进行转录后的加工。目前对于tRNA以及rRNA的转录后加工原理尚未彻底清晰，但是对于mRNA的转录后加工机理研究的则比较透彻；所以学习过程中对tRNA以及rRNA的转录后加工部分要求不多，对mRNA的转录后加工则要求比较高。1. 真核生物tRNA前体的转录后加工（了解）结构特点：真核生物内tRNA基因成簇排列，各基因之间有一定间隔，且tRNA是单顺反子；真核生物内tRNA基因数目比原核生物多；真核生物内tRNA基因有内含子（内含子的特点是：长度和序列没有共性，16-46nt； 位于反密码子的下游；内含子和外显子之间没有保守序列，剪切方式不符合一般规律，需要RNase的参与，真核生物pe-tRNA中的内含子精确切除信号主要靠的是tRNA分子的共同二级结构）。加工的过程：内含子剪接；3端添加-CCA；核苷酸的修饰。2. 真核生物rRNA前体的转录后加工（了解）1) 基本步骤：在转录的45S前体rRNA上发生甲基化作用；在5端切除非编码序列生成41S rRNA；41S rRNA再被切割成两段，一段为32S，含有28S和5.8S rRNA，另一段为20S，含有18S rRNA；32S被剪切成28S和5.8S rRNA，28S和5.8S rRNA中的部分序列互补，配对；20S被剪切成18S rRNA。2) 如何确定切割位点的？遗传信息在DNA中，转录出pre-rRNA中经过甲基化修饰后，一些位点能被切割，一些位点不能被切割；snoRNA（核仁小分子RNA）参与核糖核酸酶对特定立体结构的识别。3) 参与rRNA前体加工的snoRNA 存在：目前发现有200多种，在核仁内，87275nt，能与特定蛋白结合形成snoRNP，被认为是一类新型的调控分子。 结构特点：一类是boxC/D，boxC的序列是AUGAUGA，boxD为CUGA，借助互补识别甲基化和切割位点；另一类是boxH/ACA，boxH含有ANANNA识别假尿苷化位点。 功能：snoRNA与蛋白结合成snoRNP参与rRNA前体的加工。4) rRNA 前体的甲基化：甲基化程度比原核高；甲基化位置在核糖2羟基上；在非编码区没有任何的甲基化位点；甲基化、假尿苷酸化和剪接是在snoRNA指导下进行的；当45s rRNA前体分子被转录产生很快与蛋白结合，在核糖核蛋白体上被甲基化酶修饰。3. 真核生物mRNA前体的转录后加工（务必记忆）1） 主要的加工方式 5端加帽：帽子形式分为cap-0、cap-1和cap-2。有保护mRNA；使RNA具有可翻译能力；帮助mRNA输送等功能。 3端加尾：poly A尾有着保护mRNA；增强mRNA的可翻译能力；应用于分子克隆等作用。 内含子的选择性剪接：剪接方式分为剪接体参与的内含子剪接；I型内含子自我剪接；II型内含子自我剪接。选择性剪接是指mRNA前体在剪接过程中，依据细胞调控，有选择的剪接一部分内含子和保留一部分内含子，这种剪接方式叫做选择性剪接。 某些核苷酸的甲基化 RNA编辑：一种与mRNA剪接不同的加工方式，指mRNA在转录后，通过插入、缺失或者替换核苷酸，从而改变所含遗传信息的过程，这一过程对于生物后代的多样性同适应性有着密切的关系。2） 三种剪接方式的机理（1） 剪接体参与的剪接 剪接复合体的形成：U1snRNP先结合5端；U2snRNP再结合到3端的分支位点，帮助U4snRNP、U6snRNP结合；U1snRNP与U4snRNP离开剪接复合体；U5snRNP结合在外显子和内含子之间，完成剪接复合体的组装。（记住顺序；剪接过程中，各蛋白都不是直接参与的，而是与snRNA构成snRNP，再参与组装的；剪接体是mRNA前体在剪接过程中组装形成的多组分复合物，主要由snRNA和蛋白因子组成，起到帮助内含子剪接的作用） 后续剪接过程基本同II型内含子自我剪接。（2） I型内含子自我剪接 第一次转酯反应：游离的鸟苷酸，亲核攻击“外显子-内含子”连接位点，导致上游外显子与内含子脱离。 第二次转酯反应：脱离的上游外显子，亲核进攻下游“内含子-外显子”连接位点，并与下游外显子结合，完成内含子的剪接。 第三次转酯反应：剪接的内含子进行环化。（通常不考虑这次转酯反应）（3） II型内含子自我剪接：与I型内含子相比，仅仅是第一步转酯反应不同（II型内含子是由下游“内含子-外显子”自身携带的A，亲核进攻上游连接位点）。3） 三种剪接方式比较剪接体参与的剪接I型内含子自我剪接II型内含子自我剪接剪接体参与+-自发进行-+鸟氨酸参与-+-4） 一句话：具有催化功能的RNA叫做核酶。Chapter10 遗传密码一、 名词解释：遗传密码；密码子遗传密码是指DNA链上的核苷酸与蛋白质链上的氨基酸的对应关系。密码子是指mRNA链上三个连续的核苷酸，它们决定了一个特定的氨基酸。二、 何谓密码子的简并性，试解释其成因。一个氨基酸有两种或者两种以上密码子的现象，称作密码子的简并性。密码子的简并性可用摆动假说来解释： 同工受体，负载同种氨基酸但可识别不同密码子的tRNA称作同工受体。 摆动假说：tRNA上的反密码子和mRNA上的密码子在一定范围内可选择配对的现象。 摆动配对的原则（上课时，老师说是重点，但是我觉得有点难记）tRNA反密码子的第1位碱基IUGACmRNA密码子的第3位碱基U， C，AA，GU，CUG三、 知道密码子改造么，它是啥意思？我们知道一个氨基酸可以对应不同的密码子，但是在不同的生物中，这些密码子的表达活性是不同的，即不同生物有优先选择某种密码子的现象，被优先选择的密码子称作该种生物的优先密码子；密码子改造指的是一种通过人工将外源遗传物质的密码子改造成受体生物的优先密码子，以促进外源遗传物质表达的实验手段。四、 何谓可读框（ORF），它与编码区有什么不同？可读框是指从起始密码子开始到终止密码子为止的一段连续的密码子区域，通常这个概念是用于DNA序列的分析，通过计算机可以清晰的找到可能的编码区，我们将这些可能的编码区统称为可读框。再经验证时，确认可以编码蛋白的可读框，才被称作编码区。五、 两句话：色氨酸与甲硫氨酸只有一个密码子。AUG是大多数生物的起始密码子，但也有极少数是使用GUG为起始密码子的；UAA、UAG和UGA是终止密码子。Chapter11 蛋白质的生物合成翻译一、蛋白质生物合成的分子基础1. mRNA的特点：其碱基组成与相应的DNA碱基组成一致，即携带有来自DNA的遗传密码信息；mRNA链的长度不一，因为其所编码的多肽链长度是不同的；在肽链合成时信使应与核糖体做短暂的结合；信使的半衰期很短，因此信使的代谢速度很快。2. tRNA有两个关键部位：一个是氨基酸结合部位，另一个是mRNA的结合部位。3. 氨酰tRNA合成酶（AARS） 结构特点：氨基酸结合位点；ATP结合位点；tRNA结合位点； 功能是能催化氨基酸与tRNA形成氨酰-tRNA复合物，详细过程如下：AMP连接到氨基酸的羟基上，形成氨酰腺苷酸高能中间体，释放出的焦磷酸水解得到2分子的无机磷酸，驱动反应继续进行；氨酰腺苷酸与适合的空载tRNA作用形成氨酰tRNA和AMP。二、简述原核生物和真核生物翻译起始复合物的组装过程及其异同点。1. 原核生物 70S核糖体在IF-1影响下，解离成30S和50S两个亚基是起始的基本条件。 IF-3与游离的30S亚基结合，以阻止在与mRNA结合前30S亚基与大亚基的结合，防止无活性核糖体的形成。 IF-1和IF-2结合在30S亚基上，靠在IF-3附近，30S亚基利用mRNA分子的核糖体结合位点附着到mRNA上。 起始tRNA（fMet-tRNAfMet）通过反密码子与mRNA分子上的AUG密码子的碱基配对，与上述复合体结合，同时释放IF-3 （IF-3的作用时保持大小亚基彼此分离，以及有助于mRNA结合） ，此时的复合体叫做30S起始复合体。 50S亚基与上述复合体结合，替换出IF-1和IF-2，而GTP在此过程水解释放能量。至此，70S起始复合体合成完毕。2. 真核生物 起始tRNA（Met-tRNAiMet）首先与40S亚基结合。eIF3和eIF4C结合到40S亚基上，促使其与起始tRNA、eIF2和GTP结合形成43S核糖体复合物。 在上述复合体与mRNA结合前，mRNA先于eIF4B和eIF4F（4F具有识别5端结构的功能）发生作用，利用来自ATP的能量解旋去除高级结构。 在40S亚基复合体上，通过5帽子结构与mRNA复合体结合后，在mRNA链上滑动寻找AUG起始密码子 由eIF5替换eIF2和eIF3后，60S亚基才能与40S亚基结合，并水解GTP。 eIF4C在帮助60S亚基结合形成完整的80S起始复合体后被释放。 释放后的eIF2GDP复合体在eIF2B的作用进入下一轮。3. 原核生物与真核生物起始复合体的异同比较。 区别：真核生物蛋白质合成起始于甲硫氨酸，原核生物蛋白合成起始于甲酰甲硫氨酸；真核生物mRNA没有SD序列，原核生物有SD序列，SD序列可以显示核糖体起始翻译的位置。 相同之处：核糖体小亚基结合的起始tRNA；在mRNA上必须找到合适的起始密码子；大亚基必须与已经形成复合物的小亚基、起始tRNA以及mRNA结合，构成起始复合物。二、简单了解翻译的延伸和终止过程。1. 翻译的延伸包括三步反应：进化反应、转肽反应和移位反应。 进位反应：氨酰-tRNA的反密码子与mRNA的密码子在核糖体内的识别 转肽反应：包括转位反应和肽键的形成 移位反应：是tRNA和mRNA相对于核糖体的移动2. 翻译的终止：当终止密码子进入和核糖体的A位点时，无相应的tRNA与之结合，而由释放因子（RF）在GTP存在下识别终止密码子，结合与A位点上，释放因子的结合导致了肽基转移酶被激活，催化P位点上的tRNA与肽链之间的酯键水解，使肽基与水分子结合，至此多肽链的合成终止。 细菌中有三类释放因子：RF-1（识别UAA、UAG）、RF-2（UAA和UGA）和RF-3（只起辅助因子的作用）。二、补充 副密码子：tRNA分子上决定其携带氨基酸的区域叫做副密码子，可以认为副密码子是一种空间密码。 中心法则：所谓遗传信息，是指核酸中的碱基序列以及蛋白质中的氨基酸序列；而中心法则正是研究遗传信息流动方向时，提出的关于遗传信息的流动法则。 翻译跳跃现象：蛋白翻译过程中核糖体跳过某些mRNA序列后继续翻译的现象。Chapter12 原核生物表达调控一、原核表达调控总论（记忆方式：负控对阻遏，正控对激活；阻遏对阻遏，诱导对激活）1. 负转录调控（结构基因本身即可表达）：调节基因的蛋白是阻遏蛋白，阻遏蛋白本身或与诱导物构成的复合体可与靶基因结合，起到阻遏结构基因的表达。 负控诱导：阻遏蛋白本身既有活性，与靶基因结合，阻遏结构基因的表达；但是加入诱导物后，诱导物可与阻遏蛋白结合，使其从靶基因处脱离，激活结构基因的表达。 负控阻遏：阻遏蛋白本身没有活性，不与靶基因结合，结构基因正常表达；但是加入诱导物后，诱导物可与阻遏蛋白结合，激发其活性，使其与靶基因结合，阻遏结构基因的表达。2. 正转录调控（结构基因本身不可表达）：调节基因的蛋白是激活蛋白，激活蛋白本身或与诱导物构成的复合体可与靶基因结合，起到激活结构基因的表达。 正控诱导：激活蛋白本身没有活性，不与靶基因结合，结构基因无法正常表达；但是加入诱导物后，诱导物可与激活蛋白结合，激发其活性，使其与靶基因结合，从而激活结构基因的表达。 正控阻遏：激活蛋白本身有活性，可与靶基因结合，结构基因正常表达；但是加入诱导物后，诱导物可与激活蛋白结合，抑制其活性，使其与靶基因处脱离，从而阻遏结构基因的表达。三、基本概念 基因表达：将DNA分子的遗传信息转变成蛋白质分子，执行细胞各种生命活动功能的过程称为基因表达。 表达调控：对从DNA分子的遗传信息转变成蛋白质分子的基因表达过程进行调节与控制，称为基因表达调控。 表观遗传：在基因的DNA序列不发生改变的情况下，基因表达过程中发生了可遗传的变化，从而造成基因产物的改变，并最终导致表型的改变。 结构基因：编码参与除调节基因表达以外、所有正常生理活动的蛋白质与RNA的基因。 调节基因：编码参与调节基因表达的RNA和蛋白质。 看家基因：正常生理状态下（无诱导物参与下），编码RNA与蛋白的基因。 诱导型基因：受外界物质诱导特异性的编码某种RNA或者蛋白的基因，叫做诱导型基因；能产生诱导作用的物质称作诱导物；若产生的蛋白是某种酶，则称作诱导酶。 操纵子：操纵子是原核生物在分子水平上基因表达调控的单位，由调节基因、启动子、操纵基因和结构基因等序列组成，通过调节基因编码的调节蛋白或与诱导物协同作用，开启或关闭操纵基因，从而对结构基因进行调控。 操纵基因：操纵子中的控制基因，在操纵子上一般与启动子相邻，是操纵子学说中的靶位点，阻遏蛋白与激活蛋白常与之结合或解离，已达到调控基因表达的目的。 弱化子：通过前导序列对某种特定氨基酸氨酰tRNA的识别，从而起终止转录