分子生物学知识点归纳

1 分子生物学 1 DNA 的一级结构 指 DNA 分子中核苷酸的排列顺序 2 DNA 的二级结构 指两条 DNA 单链形成的双螺旋结构 三股螺旋结构以及四股螺旋结构 3 DNA 的三级结构 双链 DNA 进一步扭曲盘旋形成的超螺旋结构 4 DNA 的甲基化 DNA 的一级结构中 有一些碱基可以通过加上一个甲基而被修饰 称为 DNA 的甲基化 甲基化修饰在原核生物 DNA 中多为对一些酶切位点的修饰 其作用是对 自身 DNA 产生保护作用 真核生物中的 DNA 甲基化则在基因表达调控中有重要作用 真核生物 DNA 中 几乎所有的甲基化都发生于二核苷酸序列 5 CG 3 的 C 上 即 5 mCG 3 5 CG 岛 基因组 DNA 中大部分 CG 二核苷酸是高度甲基化的 但有些成簇的 稳定的非甲 基化的 CG 小片段 称为 CG 岛 存在于整个基因组中 CG 岛特点是 G C 含量高以及大 部分 CG 二核苷酸缺乏甲基化 6 DNA 双螺旋结构模型要点 1 DNA 是反向平行的互补双链结构 2 DNA 双链是右手螺旋结构 螺旋每旋转一周包含了 10 对碱基 螺距为 3 4nm DNA 双链说形成的螺旋直径为 2 nm 每个碱基旋转角度为 36 度 DNA 双螺旋分 子表面存在一个大沟和一个小沟 目前认为这些沟状结构与蛋白质和 DNA 间的识 别有关 3 疏水力和氢键维系 DNA 双螺旋结构的稳定 DNA 双链结构的稳定横向依靠两条链 互补碱基间的氢键维系 纵向则靠碱基平面间的疏水性堆积力维持 7 核小体的组成 染色质的基本组成单位被称为核小体 由 DNA 和 5 种组蛋白 H1 H2A H2B H3 和 H4 共同 构成 各两分子的 H2A H2B H3 和 H4 共同构成八聚体的核心组蛋白 DNA 双螺旋缠绕在 这一核心上形成核小体的核心颗粒 核小体的核心颗粒之间再由 DNA 和组蛋白 H1 构成 的连接区连接起来形成串珠样结构 8 顺反子 Cistron 由结构基因转录生成的 RNA 序列亦称为顺反子 9 单顺反子 monocistron 真核生物的一个结构基因与相应的调控区组成一个完整的 基因 即一个表达单位 转录物为一个单顺反子 从一条 mRNA 只能翻译出一条多肽链 10 多顺反子 polycistron 原核生物具有操纵子结构 几个结构基因转录在一条 mRNA 链上 因而转录物为多顺反子 每个顺反子分别翻译出各自的蛋白质 11 原核生物 mRNA 结构的特点 1 原核生物 mRNA 往往是多顺反子的 即每分子 mRNA 带有几种蛋白质的遗传信息 2 mRNA 5 端无帽子结构 3 端无多聚 A 尾 3 mRNA 一般没有修饰碱基 12 真核生物 mRNA 结构的特点 1 5 端有帽子结构 即 7 甲基鸟嘌呤 三磷酸鸟苷 m7GpppN 2 3 端大多数带有多聚腺苷酸尾巴 3 分子中可能有修饰碱基 主要有甲基化 4 分子中有编码区和非编码区 14 tRNA 的结构特点 1 tRNA 是单链小分子 2 tRNA 含有很多稀有碱基 2 3 tRNA 的 5 端总是磷酸化 5 末端核苷酸往往是 pG 4 tRNA 的 3 端是 CCA OH 序列 是氨基酸的结合部位 5 tRNA 的二级结构形状类似于三叶草 含二氢尿嘧啶环 D 环 T 环和反密码子 环 6 tRNA 的三级结构是倒 L 型 D 环和 T 环在 L 的拐角上 15 rRNA 1 rRNA 是细胞内含量最丰富的 RNA 它们与核糖体蛋白共同构成核糖体 后者是蛋 白质合成的场所 2 核糖体和 rRNA 一般都用沉降系数 S 表示大小 原核生物核糖体的沉降系数为 70S 由 50S 和 30S 两个大小亚基组成 30S 小亚基含有 16SrRNA 和 21 种蛋白质 50S 大亚基含有 23S 和 5SrRNA 以及 34 种蛋白质 真核生物沉降系数为 80S 由 大小亚基组成 40S 小亚基含有 18SrRNA 和 30 多种蛋白质 60SrRNA 含有 5S 5 8S 和 28SrRNA 以及大约 45 种蛋白质 16 核酶 ribozyme 某些 RNA 分子能催化自身或其他 RNA 分子进行化学反应 即具有 酶样的催化活性 这类具有催化活力的 RNA 称为核酶 核酶分为 3 类 1 异体催化 的剪切型 2 自体催化的剪切型 3 内含子的自我剪切型 17 核内不均一 RNA hnRNA 真核生物转录生成的 mRNA 前体即为 hnRNA 这类 mRNA 前 体必须经过一系列的加工处理才能变成成熟的 mRNA 加工过程的主要环节包括 1 5 端加帽 2 3 端加尾 3 内含子的切除和外显子的连接 4 分子内部的甲基 化修饰 5 核苷酸序列的编辑作用 18 miRNA 是一种单链小分子 RNA 广泛存在于真核生物中 是一组不编码蛋白质的短序 列 RNA 其特点就是高度的保守性 时序性和组织特异性 研究表明 miRNA 可能决定组 织和细胞的功能特异性 也可能参与了复杂的基因调控 对组织的发育起重要作用 19 siRNA 小干扰 RNA 是人工合成的短的双链 RNA 它可抑制细胞内特定基因的表达 导致转录后基因失活 siRNA 是 RNAi 的重要工具 20 反义 RNA 碱基序列正好和有意义 mRNA 互补的 RNA 称为反义 RNA 这类 RNA 也是单链 RNA 可与 mRNA 配对形成双链 最终抑制 mRNA 作为模板进行翻译 这是反义 RNA 主要 的调控功能 21 顺式作用元件 cis acting element 真核生物基因中的调控序列被称为顺式作用 元件 包括 启动子和上游启动子元件 增强子 反应元件 Poly A 加尾信号 22 增强子 enhancer 是一段短的 DNA 序列 其中含有多个作用元件 可以特异性与 转录因子结合 增强基因的转录活性 增强子可以位于基因的任何位置 增强子的功能 与其位置和方向无关 23 基因 是核酸分子中贮存遗传信息的遗传单位 是指贮存有功能的蛋白质多肽链或 RNA 序列信息及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列 一个基因不仅仅包括编码蛋白 质肽链或 RNA 的核酸序列 还包括保证转录所必需的调控序列及位于编码区 5 端上游 的非编码序列 内含子和位于编码区 3 端下游的非编码序列 24 基因组 泛指一个细胞或病毒的全部遗传信息 在真核生物体中 基因组是指一套完 整单倍体 DNA 和线粒体 DNA 的全部序列 既包括编码序列 也包括非编码序列 25 病毒基因组包括 单链正股 RNA 单链负股 RNA 双链 RNA 双链 DNA 和单链正股 DNA 26 SARS 冠状病毒属于 单链正股 RNA 病毒 逆转录病毒属于 单链正股 RNA 病毒 27 逆转录病毒基因组包括三个结构基因 gag pol 和 env 分别编码 核心蛋白 逆转 录酶和膜蛋白 3 28 操纵子 operon 是指数个功能上相关联的结构基因串联在一起 构成信息区 连同 其上游的调控区 包括启动子和操纵序列 和下游的转录终止信号所构成的基因表达单 位 所转录的 RNA 为多顺反子 29 质粒 是存在于细菌染色体之外的 具有自主复制能力的环状双链 DNA 分子 30 质粒的不相容性 具有相同复制起始位点和分配区的两种质粒不能共存于一个宿主菌 这种现象称为质粒的不相容性 31 转座因子 既可移动的基因成分 是指能在一个 DNA 分子内部或两个 DNA 分子之间移 动的 DNA 片段 原核生物的转座因子包括 插入序列 转座子和 Mu 噬菌体 32 插入序列 是一类较小的没有表型效应的转座因子 由一个转位酶基因及两侧的反向 重复序列组成 33 转座子 是一类较大的可移动成分 除有关转座的基因外 至少带有一个与转座作用 无关的并决定宿主菌遗传性状的基因 34 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互相间隔而又连续镶嵌 而成 去除编码区再连接后 可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质这些基因称为断 裂基因 35 snRNA 核内小 RNA 分子中尿嘧啶含量最丰富 snRNA 和核内蛋白质组成小分子核糖核 蛋白体 作为 RNA 剪接的场所 36 启动子 能够被 RNA 聚合酶识别并结合并起始转录的核苷酸序列 典型的启动子包括 TATA 盒 CAAT 盒和 GC 盒 37 反应元件 一些信息分子的受体被细胞外信息分子激活后 能与特异的 DNA 序列结合 调控基因的表达 这些特异的 DNA 序列实际上也是顺式元件 由于能介导基因对细胞外 的某种信号产生反应 被称为反应元件 38 基因家族 指核苷酸序列或编码产物的结构具有一定程度同源性的一组基因 39 端粒 DNA 重复序列 TTAGGG 微卫星 DNA 常见重复单位 AC 和 TG 40 卫星 DNA 是出现在非编码区的串联重复序列 其特点是具有固定的重复序列 该重 复单位首尾相连形成重复序列片段 通常存在于间隔 DNA 和内含子中 卫星 DNA 可分为 大卫星 DNA 小卫星 DNA 和微卫星 DNA 41 端粒 以线性染色体形式存在的真核基因组 DNA 的末端都有一种特殊的结构 端粒 该结构是一段 DNA 序列和蛋白质形成的一种复合体 仅在真核细胞染色体末端存在 端 粒的功能主要有 保护线性 DNA 的完整复制 保护染色体末端及决定细胞的寿命等 42 Alu 家族 序列中有限制性内切酶 Alu 的酶切位点 重复单位是 300bp 属短散在核元 件 为灵长类基因组所特有 43 假基因 是指与某些有功能的基因结构相似 但不能表达基因产物的基因 44 人类基因组的四张图谱 遗传图 物理图 序列图和转录图 遗传图指基因或 DNA 标 记在染色体上以遗传距离表示的相对位置 物理图指基因或 DNA 标记间的实际距离 序 列图指人类基因组的全部核苷酸序列 也是最详尽的物理图 转录图指基因图谱 45 端粒酶 由三部分组成 端粒 RNA 端粒酶逆转录酶 端粒酶协同蛋白 端粒酶兼有 提供 RNA 模版和催化逆转录酶的功能 端粒酶通过一种爬行模型的机制维持染色体的完 整 46 半保留复制 子代细胞的 DNA 一股单链从亲代完整的接受过来 另一股单链则完全 重新合成 两个子细胞的 DNA 都和亲代 DNA 碱基序列一致 这种复制方式称为半保留复 制 47 半不连续复制 顺着解链方向生成的子链 复制是连续进行的 这股链称为领头链 另一股链因为复制方向与解链方向相反 不能顺着解链方向连续延长 必须等模板链解 4 开至足够长度 然后从 5 3 生成引物并复制子链 延长过程中 又要等待下一段有 足够长度的模板再次生成引物而延长 这股不连续复制的链称为随从链 领头链连续复 制而随从链不连续复制 这就是复制的半不连续复制 48 冈崎片段 随从链的复制由于与解链方向相反 必须待母链解开足够长度后才开始生 成引物接着延长 复制中形成的不连续复制片断就是冈崎片段 49 滚环复制 是某些低等生物或染色体外的 DNA 的复制形式 环状 DNA 外环打开 伸出 环外作母链复制 内环不打开一边滚动一边复制 最后 一个双链环就滚动复制成两个 双链环 50 TT 二聚体 在紫外线照射下 相邻的两个 DNA 分子上的嘧啶碱基之间共价结合而成的 51 着色性干皮病 是由于 DNA 损伤修复有缺陷而造成的一种遗传性疾病 患者有较高的 皮肤癌发病倾向 对该病的研究 发现了一些与切除损伤部位有关的蛋白质 称为 XP 蛋白 52 切除修复 DNA 损伤修复的一种方式 通过切除损伤部位 剩下的空隙由 DNA pol I 催化 dNTP 聚合而填补 最后由 DNA 连接酶结合裂隙 切除损伤在原核生物需 Uvr 蛋白 类 真核生物需 XP 蛋白类 53 光修复 生物体内有一种光修复酶 被光激活后能利用光所提供的能量使紫外线照射 引起的嘧啶二聚体分开 恢复原来的非聚合状态 称为光修复 54 DNA 损伤的修复类型 光修复 切除修复 重组修复和 SOS 修复 55 重组修复时 recA 蛋白被激活 使得 LexA 蛋白被水解 56 突变的分子改变类型 1 错配 DNA 分子上的碱基配对又称点突变 2 缺失 插入和框移 缺失和插入都可以导致框移突变 框移突变是指三联体密码 的阅读方式改变 造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变 其后果是翻译出的蛋白质 可能完全不同 3 重排 DNA 分子中较大片断的交换 称为重组或重排 57 点突变分为 转换和颠换 转换是指由一种嘧啶变成另一种嘧啶 或一种嘌呤变成另 一种嘌呤 颠换是指由嘧啶变成嘌呤 或由嘌呤换为嘧啶 58 突变的意义 1 突变是进化 分化的分子基础 2 只有基因型改变的突变 3 致死性的突变 4 突变是某些疾病的发病基础 59 D 环复制 是线粒体 DNA 的复制形式 复制时需合成引物 MtDNA 为双链 第一个引 物以内环为模板延伸 至第二个复制起始点时 又合成另一个反向引物 以外环为模板 进行反向的延伸 最后完成两个双链环状 DNA 的复制 60 逆转录酶有三种活性 1 RNA 指导的 DNA 聚合酶活性 2 DNA 指导的 DNA 聚合酶活性 3 RNA 酶 H RNaseH 活性 61 RNA 复制 是指某些病毒在宿主细胞中以自身 RNA 为模板 以宿主细胞中的 4 种 dNTP 为原料 按 5 3 方向催化合成互补的 RNA 链 此过程称为 RNA 复制 62 逆转录 是指以 RNA 为模板 利用宿主细胞中 4 种 dNTP 为原料 按 5 3 方向催化 合成与 RNA 互补的 DNA 链的过程 5 63 逆转录病毒复制过程 1 逆转录酶以 RNA 为模板 催化 dNTP 聚合生成 DNA 互补链 产物是 RNA DNA 杂化双 链 2 杂化双链中的 RNA 被逆转录酶中有 RNA 酶活性的组分如 RNaseH 水解 3 利用单链 DNA 为模板 由逆转录病毒催化合成第 2 条 DNA 互补链 64 Klenow 片断具有 DNA 聚合酶活性和 3 5 核酸外切酶活性 65 DNA pol I 的功能 对复制中的错误进行较读 对复制和修复中出现的空隙进行填补 66 DNA 复制的保真性依赖的机制 1 遵守严格的碱基配对规律 2 聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能 3 复制出错时有即时的较读功能 67 引发体 解螺旋酶 DnaC 蛋白 引物酶和 DNA 起始复制区域组成 68 拓扑异构酶作用 1 拓扑酶 I 切断 DNA 双链中的一股 使 DNA 解链旋转中不致打结 适当时候又把切 口封闭 使 DNA 变为松弛状态 反应不需 ATP 2 拓扑酶 II 在无 ATP 时 切断处于正超螺旋的 DNA 分子双链某一部位 断端通过 切口使超螺旋松弛 在利用 ATP 功能的情况下 松弛状态的 DNA 又进入负超螺旋状态 断端在同一酶催化下连接恢复 69 复制和转录的异同 相似之处 1 都是酶促的核苷酸聚合反应 2 都以 DNA 为模板 3 都需依赖 DNA 的聚合酶 4 聚合过程中都是核苷酸之间形成磷酸二酯键 5 都从 5 3 方向延伸聚核苷酸链 6 都遵从碱基配对规律 区别 1 模板 复制 两股链均复制 转录 不对称转录 2 原料 复制 dNTP 转录 NTP 3 酶 复制 DNA 聚合酶 转录 RNA 聚合酶 4 产物 复制 子代双链 DNA 半保留复制 转录 mRNA rRNA tRNA 5 碱基配对 复制 A T C G 转录 A U G C T A 70 真核生物 RNA 聚合酶转录产物和对鹅膏蕈碱的反应 1 RNA polRNA pol I I 转录产物 45S rRNA 对鹅膏蕈碱的反应 耐受 2 RNA polRNA pol IIII 转录产物 hnRNA 对鹅膏蕈碱的反应 极敏感 3 RNA polRNA pol IIIIII 转录产物 5S RNA tRNA snRNA 对鹅膏蕈碱的反应 中度敏感 71 转录 以 DNA 一条链为模板 以四种 NTP 为原料 在 DNA 指导的聚合酶作用下 按照 碱基互补原则 A U T A G C 合成 RNA 链的过程 72 不对称转录 转录时因为 1 DNA 分子双链一股链用作模板指引转录 另一股链不转 录 2 模板链并非总是在同一条链上 故称为不对称转录 73 原核生物聚合酶组成 由四种亚基组成 2 五聚体的蛋白质 其中 2 亚基称为核心酶 因子辨认起始点 决定哪些基因被转录 起催化作用 6 起结合 DNA 模板 开链 作用 74 操纵子 转录是不连续 分区段进行的 每一转录区段可视为一个转录单位 称为操 纵子 操纵子包括若干个结构基因及其上游的调控序列 调控序列中的启动子是 RNA 聚合酶结合模板 DNA 的部位 也是控制转录的关键部位 75 电子显微镜下观察到的羽毛状的图形说明 在同一 DNA 模板上 有多个转录同时在进 行 在 RNA 链上观察到的小黑点是多聚核蛋白体 转录和翻译都在高效率的进行 76 转录空泡 由酶 DNA RNA 形成的转录复合物 77 依赖 因子的转录终止 因子是由相同亚基组成的六聚体 它是原核生物转录终止因子 可结合转录产物 RNA 3 端的多聚 C 特殊序列 还有 ATP 酶和解螺旋酶活性 因子与转录产物 RNA 3 端的多聚 C 结合后 因子和 RNA 聚合酶都发生构象改变 从而使 RNA 聚合酶停 顿 解螺旋酶活性使 DNA 和 RNA 杂化双链拆离 转录产物从转录复合物中释放 78 非依赖 因子的转录终止 RNA 链延长至终止区时 转录出的碱基序列随即形成茎 环结构 这种二级结构是阻 止转录继续向下游推进的关键 其机制有两方面 一是茎环结构在 RNA 分子形成可能 改变 RNA 聚合酶的构象 由于酶构象的改变导致酶 模板结合方式的改变 可使酶不 再向下游移动 于是转录停顿 其二 转录复合物 酶 DNA RNA 上有局部的 RNA DNA 杂化双链 RNA 分子和 DNA 分子都要形成自己的双链 杂化链形成的机会不大 本来不稳定的杂化链更不稳定 转录复合物趋于解体 接着一串寡聚 U 是使 RNA 链从 模板脱落的促进因素 因为所有的碱基配对中以 U 和 A 的配对最不稳定 79 TFII 的功能 TFIID TBP TATA 结合蛋白 结合 TATA 盒 TAF TBP 辅助因子 辅助 TBP DNA 结合 TFIIA 稳定 IID DNA 复合物 TFIIB 促进 RNA pol II 结合及作为其他因子结合的桥梁 TFIIF 解螺旋酶 TFIIE ATPase TFIIH 蛋白激酶活性 80 转录起始前复合物 PIC 是真核生物转录因子之间先互相辨认结合 然后以复合体 的形式与 RNA 聚合酶一同结合于转录起始前的 DNA 区域而成 81 真核生物 mRNA 转录终止及加尾修饰 真核生物 mRNA 转录终止后 紧接着发生加尾修饰 过程如下 在模板链上转录终止点 上游约百个或上千个核苷酸处常有一组共同的序列 AATAAA 此序列后接着相当多的 GT 序列 这些序列称为转录终止的修饰点 转录越过修饰点后 mRNA 在修饰点被切断 随即加入 poly A 尾及帽子结构 下游的 RNA 虽然继续转录 但很快被 RNA 酶降解 因 此有理由相信 帽子结构是保护 RNA 免受降解的 因为修饰点以后的转录产物无帽子 结构 82 外显子 在断裂基因及其初级转录产物上出现 并表达为成熟 RNA 的核酸序列 83 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 84 人类最庞大的一个基因是 抗肌萎缩蛋白基因 85 剪接体 是由 snRNP 与 hnRNA 结合 使内含子形成套索并拉近上下游外显子距离的复 合体 剪接体是 mRNA 剪接的场所 剪接过程的化学反应称为二次转酯反应 86 mRNA 编辑 通过对 mRNA 中的加工 使遗传信息在 mRNA 水平上发生改变 87 tRNA 的转录后加工 7 1 tRNA 前体的剪接 先由核酸内切酶进行催化进行剪切反应 再由连接酶将外显子 连接起来 2 加上 3 端 CCA OH 3 化学修饰 包括 甲基化反应 使某些嘌呤变成甲基嘌呤 还原反应 使某些尿嘧啶还原成双氢尿嘧啶 DHU 转位反应 尿嘧啶核苷转变为假尿嘧啶核苷 脱氨反应 某些腺苷酸脱氨成为次黄嘌呤核苷酸 I 88 rRNA 的转录后加工 1 rRNA 前体的剪接 45S rRNA 经剪接后 分出属于小亚基的 18S rRNA 余下的 部分再剪接成 5 8S 28S rRNA rRNA 成熟后 就在核仁上装配 与核蛋白体蛋白 质一起形成核蛋白体 输出胞浆 2 化学修饰 主要是甲基化反应 89 开放阅读框架 ORF 从 mRNA 5 端起始密码子 AUG 到 3 端终止密码子之间的核苷 酸序列 各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链 称为开放阅读框架 90 遗传密码的特点 1 连续性 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读 2 简并性 除甲硫氨酸和色氨酸外 其他氨基酸都有 2 个或多个密码子为之编码 密 码子中第三位碱基是可以不同的 这称为密码子的简并性 3 通用性 蛋白质生物合成的整套密码 从原核生物到人类都通用 4 摆动性 反密码与密码之间不严格遵守常见的碱基配对规律 尤其是密码子的第三 位碱基对反密码子的第一位碱基 即使不严格配对也能辨认配对 这种现象称为 摆动配对 91 原核生物翻译起始复合物形成 1 核蛋白体亚基分离 核蛋白体大小亚基分离 IF 1 IF 3 与小亚基结合 促进大 小亚基分离 2 mRNA 在小亚基定位结合 原核生物 mRNA 在小亚基定位涉及两种机制 其一 在 各种原核 mRNA 起始 AUG 上游约 8 13 核苷酸部位 存在 4 9 个核苷酸的一致序 列 富含嘌呤碱基如 AGGAGG 称为 S D 序列 而原核小亚基 16S rRNA 的 3 端 有一段富含嘧啶的段序列如 UCCUCC 通过与 S D 序列碱基配对使 mRNA 与小亚基 结合 S D 序列又称核蛋白体结合位点 RBS 其二 mRNA 上紧接 S D 序列后的 小核苷酸序列可被核蛋白体小亚基蛋白 rpS 1 识别结合 3 起始氨基酰 tRNA 的结合 起始 fMet tRNAifMet和 GTP 结合的 IF 2 一起 识别结 合对应小亚基 P 位的 mRNA 起始密码 AUG 起始时 A 位被 IF 1 占据 不与任何氨 基酰 tRNA 结合 4 核蛋白体大亚基结合 上述结合 mRNA fMet tRNAifMet的小亚基再与核蛋白体大 亚基结合 同时 IF 2 结合的 GTP 水解释能 促使 3 种 IF 释放 形成由完整核 蛋白体 mRNA 起始氨基酰 tRNA 组成的翻译起始复合物 此时 结合起始密 码 AUG 的 fMet tRNAifMet占据 P 位 而 A 位空留 对应 mRNA 上 AUG 后的下一组 三联体密码 准备相应氨基酰 tRNA 的进入 92 肽链的延长 1 进位 核糖体 A 位上 mRNA 密码子所规定的氨酰 tRNA 进入核糖体 A 位上称为进位 这一过程需延长因子 EF T 的参与 延长因子有三种 1 EF Tu 功能 协助氨基酰 tRNA 进入核糖体 与氨基酰 tRNA 以及 GTP 结合 8 形成 EF Tu GTP 氨基酰 tRNA 将氨基酰 tRNA 转运到核糖体的 A 位 2 EF Ts 功能 促进 EF Tu GTP 的再生 EF Tu GTP 在参加一轮核糖体循环后 转变为 EF Tu GDP EF Ts 使 EF Tu GDP 再转变成 EF Tu GTP 后者可被再利用 3 EF G 功能 促进肽酰 tRNA 移位 促进 mRNA 肽酰 tRNA 由 A 位移到 P 位 促进 tRNA 的释放 2 成肽 在转肽酶的催化下 P 位上的肽酰基与 A 位上的氨基酰基成肽 成肽反应在 A 位进行 卸载的 tRNA 仍在 P 位 3 转位 在转位酶的催化下 新生肽链 tRNA 连同 mRNA 从 A 位移到 P 位 而卸载的 tRNA 移入 E 位 A 位空留并对应下一组三联体密码 93 终止因子 又称释放因子 RF 其功能是识别 mRNA 上的终止密码子 终止肽链的合 成并释放出肽链 原核生物中释放因子是 RF 1 RF 2 RF 3 RF 1 识别密码子 UAA 及 UAG RF 2 能识别 UAA 及 UGA RF 3 结合 GTP 并能促进 RF 1 RF 2 与核 糖体结合 94 原核肽链终止过程 肽链延长到 mRNA 终止密码在核蛋白体 A 位出现 终止密码子不能 被任何氨基酰 tRNA 识别进位 RF 1 RF 2 进入 A 位 识别结合终止密码 RF 1 或 RF 2 任一释放因子结合终止密码后都可触发核蛋白体构象改变 诱导转肽酶 转变为酯酶活性 使新生肽链与结合在 P 位的 tRNA 间酯键水解 将合成的肽链 释出 再促使 mRNA 卸载 tRNA 及 RF 从核蛋白体脱离 RF 3 有 GTP 酶活性 能 介导 RF 1 RF 2 与核蛋白体的相互作用 95 分子伴侣 分子伴侣是细胞中的一类保守蛋白质 可识别肽链的非天然构象 促进各 功能域和整体蛋白质的正确折叠 细胞中至少有两类分子伴侣家族 热休克蛋白 和伴侣素 96 蛋白质合成后的加工 1 新生肽链的折叠新生肽链的折叠 2 一级结构的修饰一级结构的修饰 包括 肽链 N 端的修饰 个别氨基酸的修饰 多肽链的水解修饰 3 空间结构的修饰空间结构的修饰 包括 亚基聚合 辅基连接 疏水脂链的共价连接 97 起始因子 1 IF 1 能促进 IF 2 IF 3 的活化 2 IF 2 促进 fMet tRNAifMet与 30S 小亚基结合的作用 并具有 GTP 酶活性 3 IF 3 功能是使 30S 亚基从不具活性的核糖体释放 辅助 mRNA 与小亚基结合 并阻 止大小亚基重新聚合 98 信号假说机制 这一假说认为 分泌性蛋白初级产物的 N 端有信号肽结构 在分泌性蛋白合成中 信 号肽一出现 就被信号肽识别粒子与其受体对接蛋白结合 促使膜通道开放 信号肽 带动合成中的蛋白质沿通道穿过膜 信号肽在沿通道折回膜内时 被位于膜外侧的信 号肽酶切断 使成熟的蛋白质释放到细胞外 99 抗生素类作用位点 四环素类 作用于核蛋白体小亚基 抑制氨基酰 tRNA 与小亚基结合 链霉素 卡那霉素 作用与核蛋白体小亚基 改变构象引起读码错误 氯霉素 作用与核蛋白体大亚基 抑制转肽酶 阻断延长 红霉素 作用与核蛋白体大亚基 抑制转肽酶 妨碍转位 放线菌酮 作用与真核核蛋白体大亚基 抑制转肽酶 阻断延长 9 嘌呤霉素 作用与真核 原核核蛋白体 属氨基酰 tRNA 类似物 进位后引起未成熟 肽链脱落 100 白喉毒素作用机制白喉毒素作用机制 可使真核生物延长因子 eEF 2 发生 ADP 糖基化而失活 干扰素作用机理干扰素作用机理 1 诱导特异蛋白激酶活化 该活化的激酶使真核主要的起始因子 eIF2 磷酸化失活 从而抑制病毒蛋白质的合成 2 干扰素与双链 RNA 共同活化 2 5 A 合成酶 2 5 A 可活化核酸内切酶 RNaseL 后者使病毒 mRNA 降解 阻断病毒蛋白质合成 101 管家基因 有些基因产物对生命全过程都是必不可少的 这类基因在一个生物个体的 几乎所有细胞中持续表达 通常称为管家基因 管家基因的表达水平受环境因素影响很 小 而是在个体各个生长阶段的大多数 或几乎全部组织中持续表达 或变化很小 这 类基因表达称为基本 或组成性 基因表达 102 诱导 可诱导基因在一定环境中表达增强的过程称为诱导 阻遏 可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏 103 基因表达调控的生物学意义 1 适应环境 维持生长和增殖 2 维持个体发育与分化 104 原核生物转录的影响因素 1 启动子 启动子决定转录的效率和方向 2 因子 3 阻遏蛋白具有负调控作用 4 正调控蛋白促进基因的转录 5 倒位蛋白通过 DNA 重组倒位而调节基因表达 倒位蛋白是一种位点特异性的重组 酶 6 RNA 聚合酶抑制物可与 RNA 结合并抑制转录 7 衰减子 105 衰减子 attenuator 细菌中 mRNA 转录和翻译是偶联在一起的 这一特点使细菌中 的一些操纵子的特殊序列可以在转录过程中控制转录水平 这些特殊序列称为衰减子 106 乳糖操纵子 1 乳糖操纵子的结构 含有 Z Y A 三个结构基因 分别编码 半乳糖苷酶 透酶和乙酰基转移酶 此外 含有一个操纵基因 O 一个启动序列 P 一个 CAP 结合位点和一个基因 I I 基 因编码一种阻遏蛋白 与操纵基因 O 结合 启动序列 P 操纵序列 O 和 CAP 结合位点 组成乳糖操纵子的调控区 2 阻遏蛋白的负性调控作用 1 当有乳糖存在时 乳糖通过 半乳糖苷酶变为半乳糖 再经透酶进入细胞 内 真正的诱导剂是半乳糖而不是乳糖 乳糖可与阻遏蛋白结合 导致阻遏蛋白与操 纵序列 O 解离 启动基因转录 2 当没有乳糖存在时 没有诱导剂与阻遏蛋白结合 阻遏蛋白与操纵序列 O 结 合 发挥负性调控作用 基因不转录 3 CAP 的正性调控作用 1 当没有葡萄糖及 cAMP 浓度较高时 cAMP 和 CAP 结合紧密 此时 CAP 结合在 10 CAP 结合位点 刺激 RNA 转录活性 2 当有葡萄糖存在及 cAMP 浓度较低时 cAMP 和 CAP 结合受阻 因此 lac 操纵 子表达下降 4 协调调节 1 当葡萄糖存在 乳糖存在时 尽管乳糖作为诱导剂和阻遏蛋白结合 使阻遏 蛋白与操纵序列 O 解离 但由于 cAMP 浓度较低 cAMP 和 CAP 结合受阻 基因处于关 闭状态 2 当葡萄糖存在 乳糖不存在时 此时无诱导剂存在 阻遏蛋白与 DNA 结合 而且由于葡萄糖的存在 CAP 也不能发挥正性调控作用 基因处于关闭状态 3 当葡萄糖和乳糖都不存在时 CAP 可以发挥正性调控作用 但由于没有诱导 剂 阻遏蛋白的负调控作用使基因仍处于关闭状态 4 当葡萄糖不存在 乳糖存在时 此时 CAP 可以发挥正性调控作用 阻遏蛋白 由于诱导剂的存在而失去复调控作用 基因被打开 启动转录 107 色氨酸操纵子调控机制 1 当细胞内色氨酸增多时 结构基因转录受到抑制 衰减子转录物有 4 段特殊序 列 片段 1 和 2 2 和 3 3 和 4 能配对形成发夹结构 形成发夹能力的强弱依次为片 段 1 2 片段 2 3 片段 3 4 片段 3 4 所形成的发夹结构之后紧接着寡尿嘧啶 是不 依赖 因子的转录终止信号 2 当细胞内有色氨酸存在时 形成色氨酰 tRNA 核糖体编译可通过片段 1 并通 过片段 2 核糖体在到达片段 3 之前就从 mRNA 脱落 在这种情况下 片段 1 2 和片 段 2 3 都不能形成发夹结构 只有片段 3 4 形成发夹结构 即形成转录终止信号 从 而导致 RNA 聚合酶作用停止 3 当细胞内没有色氨酸存在时 色氨酰 tRNA 缺乏 核糖体停留在两个相邻的 色氨酸密码子的位置上 片段 1 2 不能形成发夹结构 片段 2 3 之间形成形成发夹结 构 则片段 3 4 之间就不能形成转录终止信号 后面的基因得以转录 108 SD 序列 mRNA 起始密码子前的一段富含嘌呤核苷酸的核糖体结合位点 109 原核翻译水平的调控 1 SD 序列是影响翻译的重要因素 2 mRNA 的稳定性是调控翻译的方式之一 3 翻译产物也可以对相应 mRNA 的翻译进行调控 4 小分子 RNA 可以抑制特定 mRNA 的翻译 110 真核生物基因表达在 DNA 水平的调控主要通过下列几种方式 1 染色质丢失 2 基因扩增 3 基因重排 4 DNA 甲基化 5 染色质结构可影响基因表达 111 反式作用因子 真核细胞内有大量的序列特异的 DNA 结合蛋白 其中一些蛋白的主要 功能是使基因开放或关闭 称为反式作用因子 112 转录起始复合物形成的步骤 1 TFIID 结合 TATA 盒 2 RNA pol 识别并结合 TFIID DNA 复合物 3 其他转录因子与 RNA pol 结合 转录起始部位的 DNA 解链 形成转录起始复合 物 11 113 反式作用因子的特点 1 一般具有三个功能结构域 DNA 结构域 转录活性域和结合其他蛋白的结合域 2 能识别并结合基因调控区中的顺式作用元件 3 对基因表达有正性和负性调控作用 即激活和阻遏基因的表达 114 锌指结构 是指在结合 DNA 结构域中含有较多的半胱氨酸 Cys 和组氨酸 His 的区域 借肽链的弯曲使 2 个 Cys 和 2 个 His 或 4 个 Cys 与一个锌离子络合成的指状结构 115 同源结构域 许多反式作用因子结合 DNA 的结构域中有一段相同的保守序列 是由 60 个左右的氨基酸组成的螺旋 回折 螺旋结构的区域 称为同源结构域 116 亮氨酸拉链 有些反式作用因子结合 DNA 结构域中有一段约 30 个氨基酸组成的核心 序列 每隔 6 个氨基酸有规律的出现 1 个亮氨酸残基 能形成两性 螺旋 在螺旋 的一侧是排列成行的亮氨酸 具有疏水性 称为亮氨酸拉链区 两个亮氨酸拉链区的 单体以疏水作用形成亮氨酸拉链 117 反式作用因子 DNA 结合域的结构模式 1 锌指结构 2 同源结构域 3 亮氨酸拉链 4 螺旋 环 螺旋结构 5 碱性 螺旋 118 转录活化结构域结构模型 1 酸性 螺旋结构域 2 富含谷氨酰胺结构域 3 富含脯氨酸结构域 119 mRNA 的选择性剪接方式 1 外显子选择方式可保留或部分保留外显子 2 内含子选择方式可删除或部分删除内含子 3 互斥外显子是指两个外显子不能同时被保留 4 内部剪切位点造成内含子或外显子的部分序列被切除或保留 120 翻译起始的调控 1 阻遏蛋白的调控作用 2 翻译起始因子的功能调控 3 5 AUG 对翻译的调控作用 4 mRNA 非编码区长度对翻译的影响 121 翻译后水平的调控 1 新生肽链的水解 2 肽链中氨基酸的共价修饰 3 通过信号肽分拣 运输 定位 122 同源重组 是指发生在同源序列间的重组 它通过链的断裂和再连接 在两个 DNA 分 子同源序列之间进行单链或双链片段的交换 又称基本重组 123 Holliday 模型 1 两个同源染色体 DNA 排列整齐 2 一个 DNA 的一条链断裂 并与另一个 DNA 对应的链连接 形成 Holliday 中间体 3 通过分支移动产生异源双链 DNA 4 Holliday 中间体切开并修复 形成两个双链重组 DNA 即片段重组体和拼接重组体 12 124 细菌的基因转移 细菌中 可以通过接合 转化 转导和细胞融合接合 转化 转导和细胞融合四种方式 在不同 DNA 分子间发生共价连接 即基因转移 125 接合作用 当细胞或细菌通过菌毛相互接触时 质粒 DNA 可以从一个细胞 细菌 转 移导另一个细胞 细菌 这种类型的 DNA 转移称为接合作用 126 转化作用 通过自动获取或人为的供给外源 DNA 使细胞或培养的受体细胞获得新的 遗传表型 这就是转化作用 127 转导作用 当病毒从被感染的细胞 供体 释放出来 再次感染另一细胞 受体 时 发生在供体细胞和受体细胞之间的 DNA 转移及基因重组即为转导作用 自然界常见的 例子就是噬菌体感染宿主时伴随发生的基因转移 当噬菌体感染宿主时会有两种结局 一是溶菌生长途径 二是溶源菌生长途径 128 特异位点重组 由整合酶催化 在两个 DNA 序列的特异位点之间发生的整合称为位点 特异的重组 129 重组 DNA 常用的工具酶 1 限制性核酸内切酶 识别特异序列 切割 DNA 2 DNA 连接酶 3 DNA 聚合酶 I 具有完整的 5 3 聚合 3 5 外切活性 以及 5 3 外切活 性 用枯草杆菌蛋白酶可将 DNA 聚合酶 I 裂解成两个片段 大片段称为 Klenow 片段 具有具有 5 3 5 3 聚合 聚合 3 5 3 5 外切活性 无外切活性 无 5 3 5 3 外切活性 外切活性 Klenow 片段用途 1 在 cDNA 克隆中 第二股链的合成 2 DNA 序列分析 3 补齐双链 DNA 的 3 端 4 通过补齐 3 端 使 3 端标记 4 逆转录酶 5 碱性磷酸酶 能去除末端磷酸基 6 末端转移酶 在 3 羟基末端进行同聚物加尾 7 多聚核苷酸激酶 催化多聚核苷酸 5 羟基磷酸化 或标记探针 130 限制性核酸内切酶 就是识别 DNA 的特异序列 并在识别位点或其周围切割双链 DNA 的一类内切酶 131 回文结构 大部分 II 类限制性核酸内切酶识别 DNA 位点的核苷酸序列呈二元旋转对 称 通常称这种特殊结构顺序为回文结构 132 C 值 基因组的大小常以其 DNA 含量表示 单倍体基因组中的全部 DNA 量称为 C 值 133 作为克隆载体的质粒应具备 1 分子量相对较小 能在细菌中稳定存在 有较高的拷贝数 2 具有一个以上的遗传标志 3 具有多个限制性内切酶的单一切点 便于外源基因的插入 134 常用作克隆的载体 质粒 噬菌体 M13 噬菌体 粘性质粒 病毒载体 酵母人工 染色体和细菌人工染色体 135 DNA 克隆 应用酶学的方法 在体外将各种来源的遗传物质与载体结合成一具有自我 复制能力的 DNA 分子 复制子 继而通过转化或转染宿主细胞 筛选出含有目的基 因的转化子细胞 再进行扩增 提取获得大量同一 DNA 分子 即 DNA 克隆 又称基因 克隆 实现基因克隆所采用的方法及相关工作称为基因工程或重组 DNA 技术 136 基因克隆的步骤 13 1 目的基因的获取 1 化学合成法 2 基因组 DNA 文库 3 cDNA 文库 4 PCR 2 克隆载体的选择和构建 3 外源基因和载体的连接 1 粘性末端连接 2 平端连接 3 同聚物加尾连接 4 人工街头连接 4 重组 DNA 导入受体细胞 1 转化 是指将质粒或其他外源 DNA 导入处于感受态的宿主菌 并使其获得新的表 型的过程 2 感染 噬菌体 粘性质粒和真核细胞病毒为载体的重组 DNA 分子 在体外包装 成具有感染能力的病毒或噬菌体颗粒 然后才能感染适当的细胞 并在细胞内扩增 3 转染 转染是转化和感染两个词构成的新词 指真核细胞主动摄取或被动导入外 源 DNA 片段而获得新的遗传表型的过程 常用方法有 电穿孔法 磷酸钙共沉淀法和 脂质体融入法等 5 重组体的筛选 1 遗传学方法 2 免疫学方法 3 核酸杂交法 4 PCR 技术 5 酶切鉴定 6 克隆基因的表达 137 真核细胞转染的方法 1 磷酸钙共沉淀法 2 电穿孔法 3 DEAE 葡聚糖法 4 脂质体介导基因转染 5 显微注射法 138 重组 DNA 技术应用 1 疾病基因的发现和克隆 2 生物制药 3 基因诊断 4 基因治疗 5 遗传病的预防 139 细胞间信息物质 第一信使 凡由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质统称 细胞间信息物质 包括 神经递质 内分泌激素 局部化学介质和气体信号 140 细胞内信息物质 在细胞内传递细胞调控信号的化学物质称为细胞内化学物质 141 第二信使 通常将 Ca2 cAMP cGMP DAG IP3 Cer 花生四烯酸及其代谢产物这 类在细胞内传递信息的小分子化合物称为第二信使 142 第三信使 负责细胞核内外信息传递的物质称为第三信使 是一类可与靶基因特异序 14 列结合的核蛋白 能调节基因的转录 因此又称为 DNA 结合蛋白 143 膜受体分为 环状受体 G 蛋白偶联受体 单次跨膜 螺旋受体和具有鸟苷酸环化 酶活性的受体 144 胞内受体包括四个区域 高度可变区 DNA 结合区 铰链区和激素结合区 145 受体与配体结合的特点 高度专一性 高度亲和力 可饱和性 可逆性和特定的作用 模式 146 膜受体介导的信息转导途径 1 cAMP 蛋白激酶途径 1 cAMP 的生成与降解 一些激素如肾上腺素 胰高血糖素等作用于相应的受体后 活化 相应的受体 活化的受体可催化 Gs 的 GDP 与 GTP 交换 导致 Gs 的 亚基与 解离 释放出 s GTP s GTP 可导致 AC 活化 使得 ATP 转变为 cAMP 细胞内 cAMP 浓度升高 cAMP 在细胞内的浓度除与 AC 活性相关 还和磷酸二酯酶活性有关 2 cAMP 的作用机制 cAMP 对细胞的调节作用是通过激活 cAMP 依赖性蛋白激酶系统来实现 的 PKA 是一种由四聚体组成的别构酶 C2R2 其中 C 为催化亚基 R 为调节亚基 每个 调节亚基上有两个 cAMP 结合位点 催化亚基有催化底物蛋白质特定丝 苏氨酸残基磷酸化 的功能 调节亚基与催化亚基结合时 PKA 呈无活性状态 当 4 分子 cAMP 与两分子调节亚 基结合后 调节亚基脱落 游离的催化亚基具有蛋白激酶活性 3 PKA 的作用 PKA 被 cAMP 激活后 能在 ATP 存在的情况下使许多蛋白质特定的丝 苏氨 酸残基磷酸化 从而调节细胞的物质代谢和基因表达 对代谢的调节作用 肾上腺素调节糖原分解的级联反应 肾上腺素与质膜上的受体结合后 通过激动型 G 蛋白使 AC 活化 AC 激活 ATP 生成 cAMP 后者进一步激活 PKA PKA 一方面使 无活性的磷酸化酶激酶 b 磷酸化为有活性的磷酸化酶激酶 b 后者能催化磷酸化酶 b 成为 有活性的磷酸化酶 a 磷酸化酶 a 经磷蛋白磷酸酶脱去磷酸又转变为无活性的磷酸化酶 b 磷蛋白磷酸酶活性也受 PKA 的调节 同时 PKA 也使有活性的糖原合酶的特定丝 苏氨酸残 基磷酸化转变成无活性 对基因表达的调节作用 在基因的转录调控区有一类 cAMP 应答元件 CRE 它可与 cAMP 应 大元件结合蛋白 CREB 相互作用而调节此基因的转录 当 PKA 的催化亚基进入细胞核后 可催化反式作用因子 CREB 中特定的丝 苏氨酸残基磷酸化 磷酸化的 CREB 与 DNA 上的 CRE 结合 从而激活受 CRE 调控的基因转录 2 Ca2 依赖性蛋白激酶途径 1 Ca2 磷脂依赖性蛋白激酶途径 IP3 和 DAG 的生物合成和功能 去甲肾上腺素等激素作用于靶细胞膜上相应的受体后 通 过 Gp 激活 PI PLC 后者可水解 PIP2 而生成 DAG 和 IP3 DAG 生成后仍留在质膜上 在磷 脂酰丝氨酸和 Ca2 的配合下激活 PKC IP3 生成后 从膜中扩散到胞浆中与内质网和肌浆 网上的受体结合 促进这些钙储存库内 Ca2 的释放 Ca2 能与胞浆内的 PKC 结合并聚集到 质膜 在 DAG 和膜磷脂共同诱导下 PKC 被激活 PKC 的生理功能 对代谢的调节作用和对基因表达的调节作用 2 Ca2 钙调蛋白依赖性途径 钙调蛋白为钙结合蛋白 人体的 CaM 有 4 个 Ca2 结合位点 这些位点被占满后其构象发生 改变 当胞浆内 Ca2 浓度高到 10 2mmol L 时 Ca2 与 CaM 结合 Ca2 CaM 底物谱很广 可 以磷酸化许多蛋白质的丝 苏氨酸残基 使之激活或失活 Ca2 CaM 既可以激活腺苷酸环 化酶又可以激活磷酸二酯酶 使它既加速 cAMP 的生成又加速 cAMP 的讲解 使信息迅速传 到