分子生物学笔记6655581238.doc

分子生物学知识点（修改）染色体与DNA基因：DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质最小的功能单位。基因的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列基因组：单倍体细胞中含有的整套染色体。染色体：细胞在有丝分裂（或减数分裂）时遗传物质存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密组装的结果。染色体组成：DNA、组蛋白、非组蛋白、部分RNA染色体的特征：1、分子结构相对稳定2、能够自我复制，使亲子代之间保持连续性3、能够指导蛋白质的合成，掌握整个生命过程4、可以产生可遗传的变异组蛋白：与DNA结合但没有序列特异性的蛋白，是染色体的结构蛋白，与DNA共同组成真核生物染色质的基本结构单位核小体组蛋白的特性：1、进化上保守，不同生物组蛋白的氨基酸组成和相似2、无组织特异性3、肽链上氨基酸分布不对称4、组蛋白有修饰作用非组蛋白：与DNA结合但有序列特异性的蛋白非组蛋白的特性：1、具有多样性和异质性，不同组织细胞中其种类和数量都不相同2、具有识别、结合特异性，能够识别特异的DNA序列，在不同的基因组之间，这些非组识别的DNA序列在进化上是保守的3、具有功能的多样性，包括基因表达的调控和协助染色质高级结构的形成真核与原核生物基因组的区别：原核生物基因组真核生物基因组结构简单，几乎所有基因都用来编码蛋白质结构庞大，存在大量重复序列和非编码序列功能相关的RNA和蛋白质基因，往往集中在一起形成功能或转录单位，可以一起被转录为多个mRNA（多顺反子mRNA）基因的转录产物为单顺反子有重叠基因（完全重叠、部分重叠、只有一个碱基对的重叠）基因分布在一个染色体上基因分布在多个染色体上几乎每一个基因都是完整的连续的DNA片段基因是不连续的，中间存在不被翻译的内含子序列基因转录和翻译是同步的基因组转录后的绝大部分前体RNA必须经过剪接过程才能形成成熟的mRNA原核生物的基因组一般是一个复制子基因组的复制起点多，缺少明显的操纵子结构存在大量的顺式作用元件有端粒结构（一段DNA和蛋白质组成的复合体，保护DNA完整复制，保护染色体，决定细胞寿命）C值反常现象（C值谬误）：C值和种系进化程度无关DNA到染色体的四级组装：DNA 核小体 螺线管 超螺线管 染色单体 7*6*40*5DNA的结构：DNA的一级结构：4种核苷酸的链接及排列顺序，表示了DNA分子的化学构成。DNA的二级结构：两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构，二级结构和高级结构各种构型之间是存在一个动力学的平衡关系。双螺旋结构的基本特点：1、DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘绕构成的右手螺旋结构2、DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接在外侧，通过3-5磷酸二酯键连接，构成基本骨架，碱基在内侧，碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行3、DNA分子两条链上的碱基通过氢键按碱基互补配对原则结合4、双螺旋的平均直径为2nm，一圈上升10个核苷酸，螺距为3.4nmDNA的高级结构：指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕形成的特定空间结构，正负超螺旋在拓扑异构酶或溴乙啶的作用下可以相互转变。负超螺旋：顺时针右手螺旋的DNA双螺旋以相反方向围绕它的轴扭曲而成，松解了扭曲压力。正超螺旋：朝与DNA双螺旋内部盘绕相同的方向扭转，使DNA的结构更加的紧密。DNA的复制：DNA的半保留复制：DNA在复制时，双链解开，按单链DNA的核苷酸顺序，按碱基配对原则合成新链，组成新的DNA分子，新形成的DNA分子与原来的DNA分子的碱基顺序完全相同，每个子代DNA的一条链来自亲代，一条是重新合成的，这种复制方式称为半保留复制。DNA的半不连续复制：DNA复制时，一条链按5-3的方向连续合成，另一条链的合是不连续的，先按5-3的方向合成若干的冈崎片段，在通过DNA连接酶的作用合成一条链，这种合成方式称为DNA的半不连续复制。冈崎片段：DNA复制中，一条链是连续合成的，另一条链首先按照5-3方向合成一系列短的小片段，再由酶连接形成新链，这些首先合成的短片段称为冈崎片段。前导链：DNA复制中，按5-3方向连续合成,复制方向和复制叉移动方向相同，连续合成的一条链。后随链：DNA复制中，复制方向与复制叉方向相反，不连续合成的链复制叉：DNA复制时在DNA链上通过解旋、解链和SSB蛋白的结合等过程形成的Y字型结构称为复制叉。在复制叉处作为模板的双链DNA解旋，同时合成新的DNA链，生物体的复制单位称为复制子。DNA复制所需要的酶（按复制过程的先后顺序）：拓扑异构酶：将DNA 双链中的1条或2条切断，松开超螺旋后再将DNA 链连接起来，从而避免出现链的缠绕。拓扑异构酶I（使DNA一条链发生断裂，解开负的超螺旋，同转录有关），拓扑异构酶II（切断双链，作用是将负超螺旋引入DNA分子，同复制有关）。解旋酶：是解开双链的酶蛋白，每解开1对碱基，需要消耗2分子ATP。单链结合蛋白（SSB）：是一些能够和单链DNA 结合的蛋白质因子，用于稳定DNA 单链，保护单链DNA ，避免核酸酶的降解。引发酶：参与构成引发体，合成RNA引物，提供复制所需要的3-OH端，引发体由引发酶和引发前体组成。DNA 聚合酶：需dNDP为原料，Mg2+激活，需模板和3-OH端引物。DNA连接酶：催化两段DNA之间磷酸二酯键的形成，但不能将两条游离的单链连接起来DNA复制的过程：起始（DNA母链形成复制叉，DNA合成从复制起始点出沿着两个方向进行，和RNA引物形成的阶段）。延长（复制叉的移动和新生链的延长，包括前导链和后随链的延长）。终止（新生子链和母链形成新生的双链DNA）原核生物DNA聚合酶：DNA 聚合酶I：5-3的聚合酶活性，3-5，5-3外切酶活性，在切除因紫外线照射而形成嘧啶二聚体中有重要作用，也可用来切除冈崎片段5端的RNA引物，使冈崎片段间缺口消失，保障连接酶的连接。DNA 聚合酶II：5-3的聚合酶活性，3-5外切酶活性，主要是起修复DNA的作用。DNA 聚合酶III：5-3的聚合酶活性，3-5外切酶活性提高复制的保真性，是DNA复制中链延长的主导聚合酶。真核生物DNA聚合酶：DNA聚合酶（分布在核内，主要作用是引物合成）DNA聚合酶（分布在核内，主要起对损伤的修复，属高忠实性修复酶）DNA聚合酶（分布在线粒体内，对线粒体DNA的复制发挥作用）DNA聚合酶（分布在核内，主要负责DNA复制的酶，参与前导和后随链的合成）DNA聚合酶（分布在核内，与后随链的合成有关）DNA的复制体系：dNDP为原料，DNA的两条链为模板链，一段RNA引物，引物酶，聚合酶等多种酶。DNA的复制的几种方式：线性DNA复制（主要是真核生物）环状DNA复制（大肠杆菌：型，质粒：滚环型（不需要RNA引物，只有一个复制叉），线粒体：D-型）真核与原核生物DNA 复制的比较：相同点：1、都以dNTP为底物，需要Mg激活，需要能量2、聚合时需要模板和引物，都为半保留、半不连续复制3、方向为5-3不断延长的是3-OH4、复制为高保真、有多种机制不同点：真核生物原核生物多复制子，多复制起点，双向为主也有单向单个复制子，单个复制起点，双向一个复制单元一个复制叉，复制叉移动慢一个复制单元有多个复制叉，复制叉移动快DNA聚合酶种类较多，有15种以上DNA聚合酶种类相对较少DNA复制需要起始点识别复合物不需要DNA的修复DNA修复系统功能错配修复恢复错配，将错配切除切除修复（碱基、核苷酸）切除突变的碱基和核苷酸片段重组修复复制后的修复，重新启动停滞的复制叉（错误在后代中稀释）DNA直接修复修复嘧啶二体或甲基化DNASOS系统DNA的修复，导致变异错配修复：DNA子链中的错配几乎完全能被修复，充分反映了母链序列的重要性，识别母链的依据来自Dam甲基化酶，母链被甲基化保护，子链被切开，修复系统保存母链，修复子链，找出错误碱基所在的DNA链，并在对应于母链甲基化腺苷酸上游鸟甘酸的5位置切开子链，在根据错配碱基相对于DNA切口的方位启动修复途径，合成新的子链DNA片段切除修复：一些碱基在自发货诱发的条件发生脱酰胺，然后改变配对性质，造成案件转换突变鸟嘌呤变为黄嘌呤与胞嘧啶配对胞嘧啶变为尿嘧啶与腺嘌呤配对碱基切除修复AP位点：细胞中有不同类型、能识别受损核酸位点的核苷水解酶，它能特异性切除受损核苷酸上的N-糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称AP位点核苷酸切除修复当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间无法形成氢键，特异的核苷酸内切酶识别损伤部位，核苷酸直接被切除，由核苷酸切除修系统负责修复真核和原核核苷酸切除修复的不同：原核生物切割1213个核苷酸，真核生物切割2729个核苷酸组成的小片段原核由DNA聚合酶I合成新片段，真核由DNA聚合酶合成新片段DNA的直接修复把损伤的碱基回复到原来的状态的一种修复，需要可见光的存在，需要光复活酶SOS反应是细胞DNA损伤或复制系统收到抑制的紧急情况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施，包括DNA修复和产生变异，是在没有模板指导下的复制修复，是一种应急反应DNA的转座DNA的转座（移位）：是由可移位因子介导的遗传物质重排现象转座子（转座因子）：存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位原核生物的转座子分为两类：插入序列（IS）和复合型转座子插入序列(IS)可以独立存在，有介导自身移动的蛋白质，也可以作为其他转座子的组成部分插入序列是最简单的转座子，不含任何宿主基因是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分他们都是很小的DNA片段，末端具有倒置重复序列转座时往往复制宿主靶点一小段DNA，形成位于IS序列两端的正向重复序列已知的IS序列都只有一个可译框架，翻译起始位点挨着第一个倒置重复序列，终止点位于第二个倒置重复区或附近复合型转座子是一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列，IS序列插入到某个功能基因两端时就可能产生复合型转座子，一旦形成复合转座子，IS序列就不能单独移动，只能做复合体移动。TnA家族没有IS序列，体积庞大的转座子，这类转座子带有三个基因，其中一个编码-内酰胺酶，另外两个是转座作用所必需的，所有的TnA转座子两翼都带有38个碱基的倒置重复序列。真核生物中的转座子玉米中的控制因子（具有典型的IS序列，两翼有两个倒置重复区）1、自主性因子：具有自主剪接和转座的功能2、非自主性因子：单独存在时是稳定的，不能转座，当基因组中存在与非自主性因子同家族的自主性因子时，才具备转座功能，成为与自主性因子相同的转座子转座作用的机制受体分子中有一段很短的，被称为靶序列的DNA会被复制，使插入的转座子位于两个重复的靶序列之间复制型：整个转座子被复制，所移动和转位的仅仅是原转座子的拷贝非复制型：原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位转座的遗传效应1、转座引起插入突变2、转座产生新的基因3、转座产生的染色体畸变4、转座引起生物进化IS和复合型转座子的比较：相同点：都可以移动，都具有倒置重复序列不同点IS复合型转座子结构简单，无宿主基因含有抗药或宿主基因IS序列可以单独存在IS序列存在于功能基因的两端IS序列可以自主移动IS只能做复合体移动不存在任何和插入功能无关的基因区域生物信息的传递（从DNA到RNA）转录：指拷贝出一条与DNA链序列完全相同（除了TU之外）的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤翻译：是指以新生的mRNA为模板，把核苷酸三联遗传密码翻译成氨基酸序列、合成多肽链的过程，是基因表达的最终目的基因的表达是由转录和翻译组成的编码链与无义链：把与mRNA序列相同的那条DNA链称为编码链（有义链、crick链），把另一条根据碱基互补配对原则指导mRNA合成的DNA链称为模板链（无义链、反义链、watson链）RNA的类别：信使RNA（messenger RNA，mRNA）：在蛋白质合成中起模板作用核糖体RNA（ribosoal RNA，rRNA）：与蛋白质结合构成核糖体（ribosome）转移RNA（transfor RNA，tRNA）：在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用其他RNA1、小分子细胞核RNA(snRNA)：真核生物转录后加工过程中RNA剪接体（spilceosome）的主要成分，参与mRNA前体的加工过程2、反义RNA：可与mRNA或有义DNA链互补导致正常翻译终止的RNA分子3、细胞质小分子RNA(scRNA)：与蛋白质的合成和运输, 如SRP颗粒就是一种由一个7SRNA和蛋白质组成的核糖核蛋白体颗粒,主要功能是识别信号肽, 并将核糖体引导到内质网4、核仁小RNA（snoRNA）: 与其它RNA的处理和修饰有关，如核糖体和剪接体核小RNA、gRNA等RNA分子结构的特点：多以单链存在,有双链存在单链RNA分子局部回折，在某些区域形成短的双螺旋区没有参与配对的区域形成突环mRNA的特点：含量在所有RNA中较少，只占到12%mRNA的代谢比较快原核生物的mRNA与相应的基因是共线的，并且是多顺反子（为两条以上的不同肽链编码的mRNA）。真核生物的mRNA与相应的基因不是共线的，是单顺反子（只为一条肽链编码的mRNA），转录产物是hnRNA，需要经过加工、修饰才能成为成熟的mRNAtRNA的结构特点：一级结构分子量小在碱基的组成上游较多的稀有碱基3端多为CCAOH5端多数为PG（磷酸化的G），也有PC呈三叶草型，四环四臂，氨基酸臂用来激活氨基酸，反密码臂和反密码环，与mRNA结合，在翻译中起重要作用，二氢尿嘧啶环、臂和假尿苷环、臂，用于识别核糖体，额外环，是tRNA分类的重要指标，tRNA的三级结构为倒L型。不对称转录：在DNA分子双链某一区段，一股链用作模板指导转录，另一股链不转录，模板链并非永远在同一条单链上转录所需要的原料：DNA模板、RNA聚合酶、NTPs、能量转录单元：一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列，一个转录单位可以是一个基因，也可用是多个基因转录的特点：不对称性、连续性、单向性、有特定的起始点和终止点转录与复制的异同：相同点：都以DNA为模板原料都是核苷酸合成方向都为5到3遵守碱基互补配对原则产物为多聚核苷酸链不同点：复制转录两股链均复制，需要引物模板链复制或不对称转录，不需要引物原料为dNTP原料为NTPDNA聚合酶RNA聚合酶产物为子代双链DNA产物为mRNA、tRNA、rRNAAT、C-GAU、TA、C-GRNA转录的基本过程：模板识别：指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程启动子：基因转录起始所必须的一段DNA序列，是基因表达调控的上游顺式作用元件起始前复合物：真核生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区，需要一些被称为转录调控因子的辅助蛋白质按特定的顺序结合在启动子上，RNA聚合酶才能与之结合，形成复制的转录起始复合物（PIC）转录起始：RNA链上第一个核苷酸键的产生，不需要引物启动子附近DNA被解链，形成转录泡，促进NTPs和模板DNA的碱基配对，转录起始后直到形成9个核苷酸短链的过程是通过启动子阶段，新生的RNA链与DNA模板链结合不够牢固就容易从DNA链上掉下来，导致转录重新开始，通过启动子的时间越短，基因的转录起始频率也越高转录的延伸：RNA聚合酶释放因子（起始的终止反应）离开启动子之后，核心酶沿模板DNA链移动并使新生的RNA链不断伸长的过程，RNA3不断延长，合成后的DNA链又重新形成双链结构转录的终止：RNA链延伸到转录终止位点，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，DNA恢复双链状态，RNA聚合酶和RNA链从模板上释放出来RNA聚合酶原核生物RNA聚合酶：一种原核生物的RNA聚合酶几乎负责所有的mRNA、tRNA、rRNA的合成，大多数原核生物的RNA聚合酶组成相同，两个亚基、一个亚基、一个亚基、一个亚基组成核心酶，在加上一个亚基后则成为聚合酶全酶。因子辨认起始点，延长过程仅需要核心酶的催化。亚基和亚基组成聚合酶的催化中心亚基与核心酶的组装及启动子的识别有关，并参与RNA聚合酶和部分调节因子的相互作用因子的作用是负责模板链的选择和转录的起始，是酶的别构效应物，使酶专一性识别模板上的启动子，因子不仅可以增加聚合酶对启动子的亲和力，还降低了它对非专一位点的亲力真核和原核生物RNA聚合酶的异同点：相同点：主要以DNA为模板，以4种核苷三磷酸作为活性前体需要Mg2+或Mn2+为辅助因子不需要任何引物，但真核RNA聚合酶识别启动子需要起始复合物以5-3方向合成RNA链，缺乏3-5外切酶活性是一个含有多个亚单位的酶不同点：原核生物一种RNA聚合酶负责所有各种RNA的合成，真核生物RNA聚合酶根据其在体内不同的位置作用不同原核生物的RNA聚合酶组成相同，两个亚基、一个亚基、一个亚基、一个亚基组成核心酶，在加上一个亚基后则成为聚合酶全酶，真核生物RNA聚合酶一般由816个亚基组成RNA聚合酶的功能：识别DNA双链上的起始子使DNA变性在启动子处解旋成单链通过阅读启动子序列，RNApol确定其转录方向和模板链最后当它达到终止子时，通过识别停止转录真核生物RNA聚合酶：酶细胞内定位转录产物相对活性对-鹅膏蕈碱的敏感程度RNA聚合酶I核仁rRNA50%70%不敏感RNA聚合酶II核质hnRNA20%40%敏感RNA聚合酶III核质tRNA约10%存在物质特异性在动物细胞中高浓度的-鹅膏蕈碱可抑制转录，在昆虫中则没有抑制作用。真核生物的RNA聚合酶比原核生物的RNA聚合酶复杂，但有相似性，3类聚合酶中有两个相对分子质量超过1*105的大亚基，同种生物3类聚合酶有共享小亚基的倾向。真核生物线粒体和叶绿体中还存在着不同的RNA聚合酶，线粒体的RNA聚合酶只有一条多肽链，相对分子质量小，是已知的最小的RNA聚合酶之一，与T7噬菌体的RNA聚合酶有同源性。叶绿体RNA聚合酶较大，结构上与细菌中的RNA聚合酶相似，由多亚基组成，部分亚基由叶绿体基因编码（半自主性）。叶绿体和线粒体RNA聚合酶的活性不受-鹅膏蕈碱所抑制RNA聚合酶和DNA聚合酶的区别RNA聚合酶DNA聚合酶大小大小引物无有产物较短、游离较长、与模板以氢键相连作用方式一条链的某段两条链同时进行外切酶活性无5-3 3-5校对合成能力无有修复能力无有转录复合物模板的识别阶段：RNA聚合酶全酶对启动子识别RNA聚合酶与启动子可逆性结合形成封闭复合物（DNA仍处于双链状态）DNA构象开始发生变化，封闭复合物转变为开放复合物，结合在-10区（RNA聚合酶全酶结合的DNA序列一小段双链被解开）开放复合物与最初的两个NTP结合，在两个NTP之间形成磷酸二酯键形成RNA聚合酶、DNA和新生RNA的三元复合物 合成释放29个核苷酸的短RNA转录物，所谓的流产式起始三元复合物 释放亚基形成转录延伸复合物（核心酶、DNA和新生RNA组成）聚合酶全酶的作用是启动子的选择和转录起始，核心酶的作用是链的延伸，只有带因子的全酶才能专一的与DNA上的启动子结合，选择其中一条链作为模板合成RNA链，因子在于帮助转录起始，一旦转录开始，它就脱离了起始复合物，由核心酶负责RNA链的延伸。延伸复合物稳定只有在遇到转录终止信号时，RNA聚合酶才停止加入新的核苷酸，RNA-DNA复合物解离，释放转录产物并导致聚合酶本身从模板DNA上解离下来。反式作用因子：能直接、间接辨认和结合转录上游区段的DNA并参与调解转录效率的蛋白质顺式作用元件：存在于基因旁侧序列中能够影响基因表达的序列，他们的作用是参与基因表达的调控，本身不编码任何蛋白质，仅仅提供一个作用位点，要与反式作用因子相互作用而起作用转录因子：反式作用因子直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子启动子与转录起始转录起点：指与新生RNA链的第一个核苷酸相对应DNA链上的碱基，通常为嘌呤，通常把5端得序列称为上游序列，而把后面即3端序列称为下游序列启动子：一段位于结构基因5端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确的结合并具有转录起始的特异性。转录取决于酶与启动子能否有效的形成二元复合物转录单元：一段从启动子开始到终止子结束的DNA序列原核生物启动子的异同点：相同点：都有识别、结合、起始三个位点序列保守，如原核的-35，-10序列，真核的TATA、CG、CAAT、OCT位置和距离都比较恒定直接和多聚酶相结合常和操纵子相邻都在其控制基因的5端决定转录的启动、方向以及效率不同点原核操纵子比较近、相邻 真核具有一些远距离的调控元件，如增强子原核生物启动子位置比较恒定 真核生物启动子的位置、序列、方向等不完全相同，存在变化原核启动子区范围小 真核启动子区范围大原核启动子直接和RNA聚合酶相结合 真核启动子需要转录因子参与形成起始复合物才能和多聚酶相结合原核生物的TATA区和-35区位于起点上游10bp处，又称-10区，-10位的TATA区和-35位的TTGACA区是RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与因子相互识别具有很高的亲和力TATA区：又称-10区，RNA聚合酶与模板DNA相结合后，DNA中有一段被RNA聚合酶保护的序列，在保护区内有一个RNA聚合酶紧密结合的位点，约位于起始点上游的10bp处，称为-10区，有共同序列TATATATA区功能：RNApol紧密结合形成开放启动复合体使RNApol定向转录-35区：保护区以外的，启动子-35bp处，共同序列TTGACA，也是RNA聚合酶的结合位点-35区的功能：为RNApol的识别位点RNApol的核心酶只能起到和模板结合和催化的功能，并不能识别-35序列，只有亚基才能识别-35序列，为转录选择模板链可以控制转录起始的频率下降突变：将TATAAT区变成AATAAT就会大大降低其结构基因的转录水平上升突变：例如在乳糖操纵子中，将TATGTT区变成TATATT就会提高启动子效力，提高乳糖操纵子转录水平真核生物的TATA区和CAAT区真核生物位于转录起始点上游-30-25bp处的共同序列TATAAA,也称TATA区，使转录精确起始，在起始位点上游-78-70bp处还有一段共同序列CCAAT，和原核生物中-35bp序列相对应，称为CAAT区，控制转录起始频率-10区和-35区的最佳距离为1619bp增强子及其功能（远端调控区）在转录起始点上游约200bp处有两段72bp长的重复序列，他们不是启动子的一部分，但能增强或促进转录的起始，除去这两段序列会大大降低这些基因的转录水平，若保留其中一段或将之取出插至DNA分子的任何部位，就能保持基因的正常转录，称这种能强化转录起始的序列为增强子或强化子增强子的作用机制：通过影响染色质DNA-蛋白质结构或改变超螺旋的密度而改变模板的整体结构，从而使得RNA聚合酶更容易与模板DNA相结合，起始基因转录增强子的特点：远距离效应，一般位于上游-200bp处无方向性，无论在靶基因的任何位置都可以发挥增强转录的作用因为DNA分子有一定的柔性，可以弯曲，结合在增强子上的反式激活因子能够与转录复合物相互作用顺式调节，只调节位于同一染色体上的靶基因，对其他染色体上的基因没有作用无物种和基因的特异性具有组织特异性，增强子需要特定的蛋白质因子参与有相位性，作用和DNA的构象有关有的增强子可以对外部信号产生反应真核生物启动子对转录的影响启动子：确保转录精确而有效的起始的DNA序列真核生物位于转录起始点上游-35-25bp处含有TATA序列，在-80-70bp处还含有CCAAT，称为CAAT区，在-110-80含有GCCACACCC或GGGCGGG，TATA区上游的保守序列称为上游启动子元件或上游激活序列，TATA区使转录精确的起始，如果除去TATA区或进行碱基突变，转录产物下降的相对值不如CAAT区或GC区突变后明显，但发现所获得的RNA产物起始点不固定，CAAT区和GC区主要控制转录的起始频率，CAAT区影响较大。真核生物启动子的特点：有多种元件：TATA框、GC框、CAAT框、OCT框等结构不稳定他们的位置、序列、距离、方向都不完全相同有的有远距离调控元件存在，如增强子这些元件常常起到控制转录效率和选择起始位点的作用不直接和RNApol结合，转录时先和其他转录激活因子相结合再和聚合酶结合启动子存在很多顺式元件核心启动子成分TATA框上游启动子成分，CAAT框，GC框远上游元件，增强子，沉默子特殊的启动子成分真核和原核转录起始位点的差异原核生物无帽子结构，嘌呤和嘧啶都能起始转录，真核生物的转录起始位点不但有帽子结构而且要求有腺嘌呤才能起始转录原核生物启动区间范围比较小，真核生物比较大原核生物中除了TATA之外，在启动子上游只有TTGACA区是RNA聚合酶的主要结合位点，而真核生物中相应的调节框则比较多，除了TATA外，还有CAAT，GC等和增强子转录的抑制DNA模板功能抑制剂，通过与DNA结合而改变模板功能（放线菌素D）RNA聚合酶的抑制物，与RNA聚合酶结合而抑制其活力抑制剂靶酶抑制作用利福霉素细菌全酶和亚基结合，抑制起始利迪链霉素细菌核心酶和亚基结合，抑制起始放线菌素D真核RNA聚合酶I与DNA结合，阻止延伸-鹅膏蕈碱真核RNA聚合酶II与RNA聚合酶II结合真核生物和原核生物mRNA的区别真核生物mRNA原核生物mRNA主要以单顺反子形式存在主要以多顺反子形式存在mRNA的前体进行修饰，转录和翻译不是同时进行转录和翻译同时进行mRNA寿命比较长mRNA寿命比较短5端有甲基化的帽子，3端由ployA的尾巴53端都有不编码序列，中间是蛋白质编码区几乎永远以AUG作为起始密码常以AUG有时以GUG、UUG作为起始密码真核生物5端帽子结构mRNA的5端是在转录后加上一个甲基化的鸟嘌呤，由腺苷酸转移酶完成，一般认为帽子结构是GTP和原mRNA的5三磷酸腺苷或鸟苷缩合反应的产物，新加上的G与mRNA链上所有其他核苷酸方向正好相反，类似于一顶帽子倒扣在mRNA链帽子结构的功能：有助于mRNA越过核膜，进入胞质保护5端不被核酶降解翻译时供起始因子和核糖体识别，是翻译所必需的真核生物3端多聚A尾巴除组蛋白基因外，真核生物mRNA的3端都有polyA序列，基因长度因mRNA种类不同而变化，polyA序列是在转录后加上去的，可能在细胞核中的核不均一核RNA阶段就已经加上了，几乎所有真核基因的3端转录终止位点上游的保守序列AAUAAA对于初级转录产物的准确切割及加polyA是必需的3端多聚A尾巴的功能：是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式提高了mRNA在细胞质中的稳定性可以促进核糖体的有效循环终止合成RNA链，直到碰上终止信号时才与模板DNA相脱离并释放新生RNA链，终止发生时，所有参与形成RNA-DNA杂合体的氢键都必须被破坏，模板DNA链才能与有意链重新组合成DNA双链。大肠杆菌的终止子可以分为不依赖因子和依赖因子两大类不依赖因子的终止：这类终止反应中，没有任何其他因子的参与，核心酶在某些位点终止转录，模板DNA上存在终止转录的特殊信号终止子，又称内在终止子，每个基因或操纵子都有一个启动子和终止子内在终止子的特点：终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区，由这段DNA转录产生的RNA容易形成发卡式结构终止子位点前有一段48个A组成的序列，所转录产生的3端为寡聚U，这种结构特征的存在决定了转录的终止终止效率与二重对称序列和寡聚U的长短有关，随着发卡式结构和寡聚U序列长度增加，终止效率逐步提高依赖因子的终止：因子结合在新生的RNA链上，是一个由6个相同亚基组成的六聚体，具有NTP酶和解旋酶活性，通过催化各种核苷酸三磷酸，使新生RNA链从三元复合物中解离出来，从而终止转录RNA中的内含子外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达成为成熟RNA的核酸序列内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列断裂基因：真核生物的结构基因，由若干个编码区和非编码区相互间隔开，但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整的蛋白质，这些基因称为断裂基因GU-AG法则内含子的两个末端并不存在同源或互补的序列，但连接点具有很短的保守序列，也成为边界序列，mRNA前体中内含子的5边界序列为GU，3边界序列为AG，GU表示供体衔接点的5端，AG代表接纳体衔接点的3端，这种保守序列模式称为GU-AG法则（Chambon法则），但GU-AG法则不适用于线粒体、叶绿体的内含子，也不适用酵母的tRNA核mRNA内含子特点：其边界序列是完全符合GU-AG法则的许多发生分叉剪接的核mRNA内含子3端上游1850个核苷酸处，存在一个序列为Py80Npy87Pu75Apy95的保守区，A为百分之百的保守，且具有2-OH，是参与形成分叉剪接中间物的特定腺嘌呤内含子5端有一保守序列5GUAAGUA3可以和U1SnRNA的5端得保守序列3CAUUCAU5互补mRNA的剪接剪接体：SnRNA（细胞核小RNA）参与，并于其他蛋白质一起构成一个大的颗粒复合体，进行mRNA的剪接过程，这个颗粒复合体称为剪接体mRNA前体上的SnRNA是从5向下游进行移动，选择在分支点富嘧啶区3下游的第一个AG作为剪接的3位的，AG前一位核苷酸可以影响剪接效率，CAG=UAGAAGGAG变位剪接：在个体发育或细胞分化时可以有选择性的越过某些外显子或某些剪接点进行变位剪接，产生出组织或发育阶段特异性mRNA，称为内含子的变位剪接，大大的拓展了基因所携带的遗传信息I类内含子存在于低等真核生物的细胞器中，I类内含子的剪接发生两次磷酸二酯键的转移，第一个转酯由游离的鸟苷或鸟苷酸介导，以鸟苷或鸟苷酸的3-OH为亲核基团，进攻内含子5端的磷酸二酯键，从上游切开RNA链，第二个转酯以上游外显子的自由3-OH作为亲核基团攻击内含子3位置上的磷酸二酯键，从而完全切开II内含子存在于真核生物的线粒体和叶绿体rRNA基因中，无需鸟苷或鸟苷酸的参与但需要Mg2+参与，由内含子本身的靠近3端的腺苷酸2-OH为亲核基团攻击内含子5端得磷酸二酯键，上游切开RNA链后，形成套索结构，再由上游外显子的自由3-OH作为亲核基团攻击内含子3位置上的磷酸二酯键，从而完全切开RNA的编辑、再编码、化学修饰RNA的编辑：转录后的RNA在编码区发生的碱基的加入、丢失或转换等，导致DNA所编码的遗传信息的改变的现象。有两种机制：位点特异性脱氨引导RNA指导的尿嘧啶插入或删除RNA编码的生物学意义：校正作用，基因在突变过程中丢失的遗传信息可能通过RNA编辑恢复调控作用，通过编辑可以构建或除去起始或终止密码，调控基因的表达扩充遗传信息，可以使基因产物获得新的结构和功能，有利于生物进化RNA的再编码：RNA在某些情况下不是以固定方式被翻译，而可以改变原来的编码信息，以不同的方式进行翻译，把RNA编码和读码方式的改变成为RNA的再编码比较真核生物与原核生物转录过程中的异同点相同点：都以DNA双链中的反义链为模板原料都是核苷酸合成方向都为5到3遵守碱基互补配对原则产物为多聚核苷酸链都需要能量核苷酸都以35磷酸二酯键相连都不需要引物不同点：真核生物mRNA合成原核生物mRNA合成RNA聚合酶识别启动子需要辅助蛋白RNA聚合酶直接识别启动子并结合有三种RNA聚合酶只有一种RNA聚合酶启动子结构元件多、位置不稳定、有远距离调控元件，范围较大启动子结构相对比较简单、位置稳定、与操纵子相邻，范围较小很多转录因子介入转录因子相对较少转录后要经过加帽、加尾、选择性剪接等加工转录和翻译同时发生生物信息的传递（从mRNA到蛋白质）翻译：指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程翻译的过程：翻译的起始：核糖体与mRNA结合并与氨基酰-tRNA生成起始复合物肽链的延伸：核糖体沿mRNA5向3端移动，开始了从N端向C端多肽链合成，是蛋白质合成中最快的阶段肽链的终止及释放，核糖体从mRNA上解离，准备新一轮的合成反应翻译的特点：蛋白质合成是一个需能反应，需有各种高能化合物参与，细胞用来进行合成代谢的总能力90%消耗在蛋白质合成过程中在真核生物细胞核内合成的mRNA需运送到细胞质，才能翻译成蛋白质蛋白质合成速度快、效率高mRNA前体（hnRNA） 5加帽，3加多聚腺苷酸尾 RNA剪接 连续可译框（ORF） 蛋白质合成的三联子密码：mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这3个核苷酸就称为三联子密码可译框架（ORF）：由起始密码开始到终止密码结束的核苷酸序列称为一个可译框架遗传密码的性质密码的连续性从RNA的5开始，一个密码子一个密码子的阅读下去，之间没有间断密码的简并性由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子。除甲硫氨酸和色氨酸只有一个密码子，其他氨基酸都有一个以上密码子，一般来说编码一个氨基酸的密码子越多，该氨基酸在蛋白质中出现的频率也就越高，但精氨酸除外密码的变偶性在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以摆动，使某些tRNA可以识别1个以上的密码子，反密码子的第一位A-U、C-G、G-UC、U-AG、I-UCA密码的通用性和偏爱性各种生物共用一套遗传密码，少数有特殊，不同生物对编码同一氨基酸的密码子的使用有偏好密码子与反密码子的相互作用在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以摆动，使某些tRNA可以识别1个以上的密码子tRNA（第二遗传密码）tRNA的特征：存在经过特殊修饰的碱基，tRNA的3端都以CCA-OH结束，该位点是tRNA与相应氨基酸结合的位点，5端多为磷酸化的G、磷酸化的CtRNA的功能：解读mRNA的遗传信息，运载氨基酸的运输工具tRNA的二级结构（三叶草形）受体臂，其3端的最后3个碱基序列永远都是CCA，最后一个碱基的3或2自由羟基可以被氨酰化TC环、臂，表示拟尿嘧啶，是tRNA拥有的不常见的核苷酸，负责和核糖体上的rRNA识别结合反密码子臂，结合反密码子，负责对密码子的识别和配对DHC环、臂，含有二氢尿嘧啶，负责和核糖体上的rRNA识别结合多余臂，在TC臂与反密码子臂之间tRNA的三级结构（倒L形）tRNA的三级结构与AA-tRNA合酶对tRNA的识别有关tRNA的种类起始tRNA和延伸tRNA：识别mRNA模板上起始密码子的tRNA叫起始tRNA，其他tRNA统称为延伸tRNA同工tRNA：多个tRNA可以代表一种氨基酸，将代表相同氨基酸的tRNA成为同工tRNA校正tRNA：校正tRNA校正的主要是无义突变和错义突变无义突变：一个氨基酸的改变可以使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码，使蛋白质合成提前终止，合成无意义无功能的多肽，这种突变称为无义突变错义突变：由于结构基因中每个核苷酸的变化使一种氨基酸的密码变成另一种氨基酸的密码氨酰-tRNA合成酶具有识别tRNA和氨基酸的双重高度专一性，催化下列反应：AA+tRNA+ATP AA-tRNA+AMP+PPi实际上分两步：第一步是氨基酸活化生成酶-氨酰腺苷酸复合物 第二步是氨酰基转移到tRNA3端腺苷酸残基的2或3-羟基上核糖体结构：核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，可以解离为两个亚基，每个亚基都含有一个相对分子质量较大的rRNA和许多不同的蛋白质分子真核和原核核糖体的不同：原核细胞70s核糖体： 小亚基大亚基沉降系数（S）3050蛋白质种类2134rRNA16S23S、5S真核细胞80s核糖体：小亚基大亚基沉降系数（S）4060蛋白质种类3349rRNA18S28S、5.8S、5S核糖体的3个tRNA结合位点A位点是新到来的氨酰-tRNA的结合位点P位点是肽酰-tRNA的结合位点E位点是延伸过程中的多肽链转移到氨酰-tRNA上释放tRNA的位点，去氨酰-tRNA通过E位点脱出，被释放到核糖体外的细胞质中去tRNA的移动顺序为从A到P再到E，通过密码子与反密码子之间的相互作用保证反应正向进行，tRNA的氨酰末端被定位到大亚基上，另一端的反密码子与结合小亚基的mRNA相互识别，每个tRNA结合位点都横跨核糖体的两个亚基，位于大、小亚基的交界面核糖体的功能核糖体的多个活性中心：mRNA结合部位、结合或接受AA-tRNA的A位、结合或接受肽酰-tRNA的P位、肽基转移的E位、形成肽键的部位（转肽酶中心）核糖体小亚基负责对模板mRNA进行序列特异性识别，mRNA的结合位点也位于小亚基核糖体大亚基负责携带氨基酸及tRNA的功能，包括肽键的形成、AA-tRNA、肽酰-tRNA结合等，核糖体在体内及体外都可解离为亚基或结合成70S/80S的颗粒蛋白质合成的生物学机制蛋白质的生物合成包括氨基酸的活化、肽链的起始、伸长、终止及新合成多肽链的折叠和加工氨基酸的活化氨基酸必须在氨酰-tRNA合成酶的作用下生成活化氨基酸AA-tRNA，氨基酸的羧基与tRNA3端腺苷酸核糖基上3-OH缩水形成二酯键，同一氨酰-tRNA合成酶具有把相同氨基酸加到两个或多个带有不同反密码子tRNA分子上的功能原核中起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸，与核糖体小亚基结合的是N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet真核生物中任何一个多肽合成从甲硫氨酰-tRNAiMet开始，真核生物体内存在两种tRNAMet，只有甲硫氨酰-tRNAiMet才能与40S小亚基结合，普通的tRNAMet携带的甲硫氨酸只能加入延伸的肽链中，因为起始因子只能识别tRNAiMet，延伸因子只能识别tRNAMet翻译的起始翻译的起始阶段需要游离的核糖体亚基，随后才结合成70/80s颗粒，体外反应核糖体的解离取决于离子浓度原核生物翻译的起始需要的成分：30S小亚基、模板mRNA、fMet-tRNAfMet、三个翻译起始因子，IF-1、IF-2、IF-3，GTP，50S大亚基，Mg2+第一步：30S小亚基与IF-1、IF-3结合，通过SD序列与mRNA模板结合第二步：在IF-2和GTP的帮助下，、fMet-tRNAiMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码配对第三步：带tRNA、mRNA、三个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子SD序列：几乎所有原核生物mRNA上都有一个5-AGGAGGU-3序列，这个富含嘌呤的区域被称为SD序列，与30S小亚基上的16SrRNA3端得富嘧啶区序列5-GAUCACCUCCUUA-3相互补，SD序列稳固了mRNA与小亚基的结合，也称为核蛋白体结合位点（RBS）真核生物翻译的起始与原核的差异与原核的主要差异，核糖体较大，有较多的起始因子参与，其mRNA具有m7GpppNp帽子结构，Met-tRNAMet不甲酰化，mtRNA分子的5端帽子和3端多聚A尾巴参与形成翻译起始复合物肽链的延伸肽链的延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括AA-tRNA与核糖体结合、肽键的生成和移位。后续AA-tRNA与核糖体的结合（需要延伸因子EF-Tu、GTP、EF-Ts的参与）EF-Tu只能与fMet-tRNA以外的其他AA-tRNA起反应，所以起