生物化学与分子生物学提纲(人卫版第8版)(下)

十四 十四 DNA 的生物合成的生物合成 1 DNA复制是以DNA为模板的DNA合成 是基因组的复制过程 2 DNA复制的主要特征包括 半保留复制 双向复制和半不连续复制 还具有高保真性 3 子代DNA中保留了亲代的全部遗传信息 亲代与子代DNA之间碱基序列高度一致 称 遗传的保守性 遗传的保守性是相对的 4 原核生物基因组是环状DNA 只有一个复制起点 origin 复制从起点开始 向两个方 向进行解链 是单点起始双向复制 5 复制中的模板DNA形成2个延伸方向相反的开链区 称复制叉 复制叉指的是正在进 行复制的双链DNA分子所形成的Y形区域 6 真核细胞每条染色体有多个复制起点 为多起点双向复制 复制完成时 复制叉相遇并 汇合连接 7 从一个DNA复制起点起始的DNA复制区域称为复制子 复制子是含有一个复制起点的 独立完成复制的功能单位 8 沿着解链方向生成的子链DNA的合成是连续进行的 称为前导链 另一股链复制方向与 解链方向相反 不能连续延长 只能逐段地从5 3 生成引物并复制子链 称后随链 9 前导链连续复制而后随链不连续复制的方式称为半不连续复制 沿着后随链的模板链合 成的新DNA片段称为冈崎片段 10 DNA复制的底物是dNTP 最靠近核糖的称为 P 向外依次为 P P 在聚合反 应中 P与子链末端核糖的3 OH连接 11 引物的作用是提供3 OH末端使dNTP可以依次聚合 DNA复制的反应可简示为 dNMP n dNTP dNMP n 1 PPi 12 DNA聚合酶全称是依赖DNA的DNA聚合酶 简写为DNA pol 13 原核生物有3种DNA聚合酶 分别是DNA pol DNA pol DNA pol 都 有5 3 的聚合酶活性和3 5 的核酸外切酶活性 14 DNA pol 是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶 由2个核心酶 1个 复合 物和 1 对 亚基构成 亚基夹稳DNA模板链 并使酶沿模板滑动 15 核心酶由 亚基共同组成 执行碱基选择功能 使DNA复制具有保真性 16 DNA pol 可水解为2个片段 小片段共233个残基 有5 3 核酸外切酶活性 大 片段 Klenow 片段 604个残基 具有DNA聚合酶活性和3 5 核酸外切酶活性 17 DNA pol 在活细胞内的功能主要是对复制中的错误进行校对 对复制和修复中出现 的空隙进行填补 18 DNA pol 在 pol 和 pol 缺失情况下暂时起作用 故参与DNA损伤的应急状态 修复 19 真核生物的DNA聚合酶 DNA pol 引物酶 DNA pol DNA修复 DNA pol 线粒体DNA合成 DNA pol 前导链和后随链的合成 错配修复 DNA pol 错配修复 真核生物的DNA链延长中起催化作用的主要是DNA pol 相当于原核生物的DNA pol 此外它还有解旋酶的活性 20 生物体至少有3种机制实现保真性 遵守严格的碱基互补配对规律 聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能 复制出错时有即时的校对功能 21 嘌呤核苷酸的化学结构能形成顺式和反式构型 但只有反式构型能与嘧啶形成氢键配对 DNA pol 对嘌呤的不同构性表现不同亲和力 因此实现碱基选择功能 22 原核生物的DNA pol 真核生物的DNA pol 和DNA pol 的3 5 核酸外切酶活 性很强 可以在复制过程中辨认并对复制错误进行校正 此过程称错配修复 23 原核生物复制中参与DNA解链的相关蛋白质 蛋白质 基因 通用名功能 DNA A DNA 辨认复制起始点 DNA B DNA 解旋酶解开DNA双链 DNA C DNA 运送和协同DNA B DNA G DNA 引物酶催化RNA引物生成 SSB单链DNA结合蛋白稳定已解开的单链 DNA 拓扑异构酶 拓扑异构酶 又称促旋酶 解开超螺旋 24 拓扑酶既能水解 又能连接DNA分子中磷酸二酯键 可在将要打结或已打结处切口 下游的DNA穿越切口并作旋转 打开或解松结 然后旋转复位连接 25 拓扑异构酶 可以切断DNA双链中一股 使DNA解链旋转不致打结 适当时候封闭 切口 DNA变为松弛状态 反应不需ATP 26 拓扑异构酶 切断DNA分子双链 使超螺旋松弛 然后利用ATP供能 连接断端 27 DNA连接酶连接DNA链3 OH末端和相邻DNA链5 P末端 生成磷酸二酯键 从而把两段相邻的DNA链连接成完整的链 消耗ATP 28 连接酶只能连接双链中的单链缺口 不能连接单独存在的DNA单链或 RNA 单链 29 DNA连接酶功能 在复制中起最后接合缺口的作用 在DNA修复 重组及剪接中也起缝合缺口作用 基因工程的重要工具酶之一 30 三种催化生成磷酸二酯键的酶 DNA聚合酶 DNA连接酶 拓扑酶 31 复制的起始是装配引发体 形成复制叉并合成RNA引物的过程 32 E coli的复制起始点是一段DNA序列 包含有3组串联重复序列和2对反向重复序列 上游的串联重复序列称为识别区 下游的反向重复序列碱基组以A T为主 为富含AT 区 33 DNA的解链过程由DNA A B C三种蛋白质共同参与 DNA A蛋白辨认并结合于 oriC 的串联重复序列 AT区 DNA B在DNA C的协同下 结合并沿解链方向移动 使双链解开足够用于复制的长度 并逐步置换出DNA A蛋白 SSB结合到DNA单链上 使复制叉保持适当的长度 34 含有解螺旋酶DNA B DNA C 引物酶和DNA复制起始区域的复合结构 称为引发 体 35 引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子 为DNA的合成提供3 OH末端 36 复制的延长指在DNA pol催化下 dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子 链上 其化学本质是磷酸二酯键的不断生成 37 同一复制叉上前导链和后随链在同一个DNA pol 催化下进行延长的 38 引物的水解需靠细胞核内的DNA pol 水解后留下的空隙也由DNA pol 催化修 补 缺口则由连接酶连接 39 真核生物每个染色体有多个复制起始点 复制有时序性 即复制子以分组方式激活而 不是同步起动 40 复制的起始需要DNA pol a 引物酶活性 和pol d 解螺旋酶活性 参与 还需拓扑 酶和复制因子 41 增殖细胞核抗原 PCNA 在复制起始和延长中起关键作用 促进核小体的生成 PCNA 的蛋白质水平是检测细胞增殖能力的重要指标 42 在复制叉及引物生成后 DNA pol 通过PCNA的协同作用 逐步取代pol 在 RNA引物的3 OH基础上连续合成前导链 后随链引物也由pol 催化合成 然后由 PCNA协同 pol 置换pol 继续合成DNA子链 43 端粒是真核生物染色体线性DNA分子末端的结构 维持染色体的稳定性和DNA复制 的完整性 44 端粒的DNA和它的结合蛋白紧密结合 富含T G短序列的多次重复 45 端粒酶组成由3部分组成 端粒酶RNA hTR 端粒酶协同蛋白1 hTP1 端粒酶 逆转录酶 hTRT 故端粒酶兼有提供 RNA 模板和催化逆转录的功能 46 端粒酶催化作用的爬行模型 hTR An Cn x辨认及结合母链DNA Tn Gn x的重复序列并移至3 端 以逆转录 的方式复制 延伸至足够长度后 DNA pol 取代端粒酶 母链形成非标准的G G发夹结构并使3 OH 反折 同时起引物和模板的作用 在DNA pol催化下完成双链末端的复制 47 真核染色体DNA复制仅出现在细胞周期的S期 而且只能复制一次 复制基因是指 DNA复制起始所必需的全部DNA序列 48 真核细胞DNA复制的起始分两步进行 即复制基因的选择和复制起点的激活 1 复制基因的选择出现于G1期 组装前复制复合物 pre RC 2 复制起点的激活出现于S期 这一阶段将激活pre RC 募集若干复制基因结合蛋白 和DNA聚合酶 并起始DNA解旋 49 在原核细胞中 复制基因的识别与DNA解旋 募集DNA聚合酶偶联进行 而在真核 细胞中 这两个阶段相分离可以确保每个染色体在每个细胞周期中仅复制一次 50 真核细胞通过依赖细胞周期蛋白的蛋白激酶 CDK 严格控制pre RC的形成和激活 激活pre RC 以起始DNA复制 抑制形成新的pre RC 51 真核生物与原核生物DNA复制的差异 1 真核生物复制子多 冈崎片段短 复制叉前进速度慢等 2 DNA复制从引发进入延伸阶段发生DNA聚合酶a d转换 3 切除冈崎片段 RNA 引物的是核酸酶RNAse H 和FEN1 52 RNA病毒的基因组是RNA 其复制方式是逆转录 也称为逆转录病毒 53 催化逆转录的酶是逆转录酶 全称是依赖RNA的DNA聚合酶 该酶 具有RNA或DNA作模板的dNTP聚合活性 具有RNase活性 合成反应按照5 3 延长的规律 54 逆转录分三步 以病毒基因组RNA为模板 催化dNTP聚合生成DNA互补链 产物是RNA DNA杂 化双链 RNA被RNase活性组分水解 RNA分解后剩下的单链DNA再用作模板 由逆转录酶催化合成第二条DNA互补链 55 RNA病毒在细胞内复制成双链DNA的前病毒 前病毒基因组通过基因重组参加到细 胞基因组内 并随宿主基因一起复制和表达 称为整合 56 线粒体DNA复制特点 环形线粒体DNA两条链 H和L 的复制不同步 线粒体DNA复制开始以H链作为模板合成新的L链 取代原来的L链并和H链互 补 而原来的 L 链则保持单链状态 形成类似英文字母D的区域 两条链具有不同的复制起点和相反的合成方向 线粒体DNA复制也需要RNA引物 57 化学诱变剂的细菌检测法 Ames 试验 1 材料 含有缺陷的沙门菌 组氨酸异养型 需加组氨酸才能生长 胞壁缺陷 化学物质易透入 修复系统不活化 2 沙门菌具有回复突变性 即致癌物质能使之突变为能自身合成组氨酸的菌种 由此 间接判断致癌物质的致癌能力 58 突变的分子改变类型包括 错配 缺失 插入 重排 59 DNA分子上的碱基错配称点突变 包括转换和颠换 转换 发生在同型碱基之间 即嘌呤代替另一嘌呤 或嘧啶代替另一嘧啶 颠换 发生在异型碱基之间 即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤 60 缺失或插入都可导致框移突变 即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 61 DNA损伤 突变 可能造成两种结果 导致复制或转录障碍 导致复制后基因突变 62 DNA损伤修复途径 修复途径修复对象参与修复的酶或蛋白 光复活修复嘧啶二聚体光修复酶 DNA光裂合酶 碱基切除修复受损的碱基DNA糖基化酶 核苷酸切除修复嘧啶二聚体 DNA螺 旋结构的改变 大肠杆菌中 UvrA UvrB UvrC 和 UvrD 人的 XP A G 系列蛋 白 错配修复复制或重组中的碱基配 对错误 E coli MutH MutL MutS 人的 MSH MLH 重组修复双链断裂RecA 损伤跨越修复大范围的损伤或复制中 来不及修复的损伤 RecA DNA聚合酶 63 碱基切除修复 DNA糖基化酶水解去除受损的碱基 无碱基位点核酸内切酶将DNA链的磷酸二酯键切开 去除剩余的磷酸核糖部分 DNA聚合酶合成互补序列 DNA连接酶将切口重新连接 64 核苷酸切除修复 酶系统识别DNA损伤部位 损伤两侧切开DNA链 去除两个切口之间受损的寡核苷酸 DNA聚合酶作用下合成新DNA 填补缺损区 由连接酶连接 完成损伤修复 65 核苷酸切除修复不仅能够修复整个基因组中的损伤 而且能修复正在转录的模板链损伤 即参与转录偶联修复 66 着色性干皮病患者缺乏核酸内切酶 不能修复被紫外线损伤的皮肤的DNA 67 由错误的模板复制的子链带有错误甚至缺口 这种损伤需以重组方式修复 重组蛋白 RecA的核酸酶活性将另一股健康母链与缺口部分进行交换 以填补缺口 68 当DNA损伤广泛难以继续复制时 需要SOS修复 这种修复特异性低 对碱基的识别 选择能力差 会使DNA保留的错误较多 导致较广泛 长期的突变 69 人类遗传性非息肉大肠直肠癌是由于MLH1和MSH2基因突变 导致错配修复 转录 偶联修复缺陷而引起 70 BRCA基因参与DNA损伤修复的启动 细胞周期调控 BRCA1发生突变而失活导致 家族遗传性乳腺癌和卵巢癌 十六 十六 RNA 的生物合成的生物合成 1 生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录 2 RNA依赖的RNA合成是RNA复制 由RNA依赖的RNA聚合酶催化 常见病毒 RNA的复制 3 复制和转录的相似之处 都以DNA为模板 都需依赖DNA的聚合酶 都是核苷酸之间生成磷酸二酯键 都从5 至3 方向延伸聚核苷酸链 都遵从碱基配对规律 4 复制和转录的区别 复制转录 模板两股链均复制 全部基因组被复制 仅模板链转录 不对称转录 对一种细胞来说仅部分基因转录 原料dNTPNTP 酶DNA聚合酶RNA聚合酶 产物模板半保留的子代双链 DNA mRNA tRNA rRNA等 配对A T G CA U T A G C 5 DNA分子上转录出RNA的区段 称为结构基因 转录时DNA双链中作为RNA合成模 板一股单链 称为模板链 相对的另一股单链是编码链 6 在DNA分子双链上 一股链用作模板指引转录 另一股链不转录 这种模板选择性称为 不对称转录 asymmertric transcription 在DNA的不同区段 模板链并非永远在同一 条单链上 7 RNA合成的总反应式 NMP n NTP NMP n 1 PPi 8 RNA聚合酶能直接启动转录起始点的两个核苷酸间形成磷酸二酯键 RNA链的起始合 成不需要引物 9 E coli的RNA聚合酶是由 亚基组成的五聚体蛋白质 亚基 分子量功能 36512决定被转录的基因 150618催化聚合反应 155613结合模板链 双螺旋解链 70263辨认起始点 结合启动子 10 RNA pol的4个主要亚基 2 称为核心酶 亚基与核心酶共称全酶 转录起 始需要全酶 转录延长阶段则仅需要核心酶 11 70是辨认典型转录起始点的蛋白质 32是应答热刺激而诱导产生的 能够辨认热休 克基因 hsp 的转录起始点上游序列及启动其转录的 因子 12 转录是分区段进行的 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 13 调控序列中的启动子是RNA pol结合模板DNA的部位 也是控制转录的关键部位 原核生物以RNA pol全酶结合到DNA的启动子上而起动转录 其中由 亚基辨认启动子 其他亚基相互配合 14 对启动子的研究 常采用RNA聚合酶保护法 将提取的DNA与提纯的RNA聚合酶 混合 再加入核酸外切酶 使大部分DNA链被水解 启动子序列得以保留 15 若以转录起点为 1 用负数表示其上游的碱基序号 则 35区有一致性序列 TTGACA 而 10区的一致性序列则为TATAAT 又称为Pribnow盒 16 转录起始 1 RNA pol识别并结合启动子 形成闭合转录复合体 首先被辨认的DNA区域是 35区的TTGACA序列 接着酶移向 10区的TATAAT 序列并跨过转录起始点 2 DNA双链打开 闭合转录复合体成为开放转录复合体 3 第一个磷酸二酯键形成 转录起始不需要引物 转录起始生成第一位的RNA多是ATP或GTP 又以GTP更 常见 生成的聚合物是5 pppGpN OH 3 17 第一个磷酸二酯键生成后 转录复合体构象发生改变 s亚基从转录复合体上脱落 并 离开启动子 RNA合成进入延长阶段 18 转录时解链范围约为17bp 称为转录泡 转录产物3 端与模板DNA保持结合状态 形成8bp的RNA DNA杂合双链 5 端则脱离模板向空泡外伸展 19 电镜下 原核生物转录过程中存在羽毛状现象 说明原核生物RNA链的转录尚未完成 已经作为模板进行翻译 20 RNA pol在DNA模板上停顿下来不再前进 转录产物RNA链从转录复合物上脱落下 来 就是转录终止 分为依赖 因子的转录终止和非依赖 因子的转录终止 21 因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质 能结合RNA 对poly C的结合力最强 22 因子能识别产物RNA上的终止信号 并与之结合 使 因子和RNA聚合酶都可发 生构象变化 从而使RNA聚合酶停顿 解螺旋酶的活性使DNA RNA杂化双链分离 利 于产物从转录复合物中释放 23 DNA模板上靠近终止处 有些特殊的碱基序列 寡聚 U 转录出RNA后 RNA产物 形成特殊的结构 茎环 发夹 来终止转录 称为非依赖 因子的转录终止 24 茎环结构可能改变RNA聚合酶的构象 多聚U则促使RNA产物从模板上脱落 25 真核生物具有3种不同的RNA聚合酶 RNA Pol 种类转录产物对鹅膏覃碱的反应细胞内定位 45S rRNA耐受核仁 hnRNA敏感核内 5S rRNA tRNA snRNA 高浓度敏感核内 26 RNA pol 最大亚基的羧基末端有一段Tyr Ser Pro Thr Ser Pro Ser的7个氨基酸 共有重复序列 称为羧基末端结构域 CTD 27 所有真核生物的RNA聚合酶 都具有CTD 只是共有序列的重复程度不同 而CTD 的可逆磷酸化在转录起始时有重要作用 28 不同物种 不同细胞或不同的基因 转录起始点上游可以有不同的DNA序列 包括启 动子 增强子等 统称为顺式作用元件 cis acting element 29 能直接 间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质 称为反式作用因子 trans acting factors 或转录因子 TF 其中直接或间接结合RNA聚合酶的 则称为基本转录 因子 TF D TBP亚基结合TATA盒 TF H 解旋酶 催化CTD磷酸化 30 真核生物转录起始前复合物形成过程中 RNA pol不与DNA分子直接结合 而需依靠 众多的转录因子 TF D中的TBP识别TATA盒 然后TF B与TBP结合 同时也与DNA结合 TF A稳定与DNA结合的TF B TBP复合体 TF B TBP复合体与RNA pol TF D复合体结合 TF E和TF H加入 形成闭合复合体 31 RNA pol 催化的hnRNA的转录终止与poly尾的形成同时发生 32 密码子编码区的下游 有一组共同序列AATAAA 再远处下游还有许多GT序列 这 些序列就是hnRNA的转录终止相关信号 称为修饰点 33 RNA pol 会把修饰点转录出来 产物中的修饰点序列会被特异的核酸酶识别并切断 随即在3 OH上加入poly尾结构 34 加帽过程 新生RNA的5 端核苷酸的 磷酸被水解 与另一分子GTP的5 端在鸟苷酸转移酶 催化下形成5 5 三磷酸键 SAM提供甲基 使加上去的鸟嘌呤的N7和新生RNA的5 端核苷酸的核糖2 O甲基 化 35 帽子结构功能 有助于mRNA越过核膜 保护5 端不被降解 翻译时供IF 起始因子 和核糖体识别 36 加入polyA之前 先由核酸外切酶切去前体mRNA3 端的一些核苷酸 然后由多聚腺 苷酸聚合酶 PAP 催化加入poly A 而断裂点的上游10 30nt有AAUAAA信号序列 37 尾部修饰和转录终止同时进行 polyA的有无和长短 是维持mRNA作为翻译模板的 活性以及增加mRNA本身稳定性的因素 38 mRNA来自hnRNA 而hnRNA和DNA模板可以完全配对 hnRNA中被剪接去除 的核酸序列为内含子序列 在断裂基因及其初级转录产物上出现 并表达为成熟RNA的 核酸序列为外显子序列 39 内含子的分类 i 存在于线粒体 叶绿体及某些低等真核生物的催化自我剪接的 rRNA ii 线粒体 叶绿体中催化自我剪接的mRNA前体和tRNA前体 iii 前体mRNA中常见的形成套索结构后被剪接的内含子 iv 剪接过程需酶及ATP的tRNA基因及其初级转录产物中的内含子 40 大多数内含子都以GU为5 端的起始 而其末端则为AG OH 3 5 GU AG OH 3 称为剪接接口或边界序列 41 剪接体由5种核小RNA snRNA 和蛋白质装配而成 snRNA分子中的碱基以尿嘧 啶含量最丰富 以U作为分类命名包括U1 U2 U4 U5 U6 每种snRNA分别与多 种蛋白质结合 形成5种小分子核糖核酸蛋白体 snRNP 42 剪接体形成过程 U1与 U2的部分序列分别和5 剪接点与分支点A附近的序列互补结合 U4 U5 U6加入 形成完整的剪接体 释放U1 U4 U5 U2 U6形成催化中心 发生转酯反应 43 剪接过程的二次转酯反应 分支点A的 2 OH进攻第一个外显子与内含子之间的磷酸二酯键 原有的磷酸二酯键 断裂 同时与内含子序列的5 端形成新的磷酸二酯键 形成套索结构 第一个外显子的3 OH进攻内含子与第二个外显子之间的磷酸二酯键 相邻外显子连接 释放套索结构的内含子 44 RNA编辑是改变RNA前体的一些序列 使最终表达产物的序列与初始转录产物的序列 不完全对应 又称RNA的分化加工 如 小肠黏膜细胞的胞嘧啶核苷酸脱氨酶能将ApoB基因转录出来的RNA上CAA中的 C转变为U 变为终止密码子 最终翻译出分子量较小但仍具有生物学活性的ApoB48 45 真核生物前体mRNA具有2个以上的多聚腺苷酸化位点 使前体mRNA通过可变剪 接 选择性剪接 产生不同的mRNA 46 tRNA的转录后加工 1 RNAse P切除5 端的核苷酸前导序列 2 RNAse D切除3 端的2个U 再由核苷酸转移酶加上CCA末端 3 碱基的化学修饰 1 嘌呤甲基化生成甲基嘌呤 A Am 2 尿嘧啶还原为二氢尿嘧啶 U DHU 3 尿嘧啶核苷转变为假尿嘧啶核苷 U 4 腺苷酸脱氨成为次黄嘌呤核苷酸 A I 4 核酸内切酶催化剪接切除内含子形成反密码子环 47 真核生物的45S rRNA通过 自剪接 机制 形成18S 5 8S 28S的rRNA 48 核酶作用的特异性位点是GUC序列 十七 蛋白质的生物合成十七 蛋白质的生物合成 1 蛋白质以 mRNA 为模板合成 mRNA 上来自 DNA 基因编码的核苷酸序列转换为蛋白质 中的氨基酸序列 称为翻译 2 蛋白质生物合成体系 基本原料20 种编码氨基酸酶氨基酰 tRNA 合成酶 转肽酶 模板mRNA蛋白质因子起始 延长 释放因子 适配器tRNA能源物质ATP GTP 装配机核蛋白体无机离子Mg2 K 3 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 称为开放阅读框 架 4 原核生物只有一条 DNA 链 所有结构基因集中在一条链上 故原核生物的 mRNA 呈现多 顺反子 真核生物的 mRNA 呈现单顺反子 顺反子即为由结构基因转录出来的 RNA 序列 5 在 mRNA 的开放阅读框架 每 3 个相邻的核苷酸为一组 编码一种氨基酸 称为一个三 联体密码子 6 遗传密码特点 方向性 翻译从 mRNA 的起始密码子开始 按 5 3 逐一阅读 直至终止密码子 连续性 mRNA 的密码子之间无间隔核苷酸 密码子被连续阅读 不交叉 简并性 有的氨基酸可由多个密码子编码 两种氨基酸仅由一个密码子编码 甲硫氨酸 AUG 色氨酸 UGG 减少有害突变 遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基 摆动性 密码子与 tRNA 的反密码子配对不严格遵循碱基配对原则 发生于反密码子的 第 1 位碱基和密码子的第 3 位碱基之间的配对 例如 tRNA 反密码 子第 1 位碱基 mRNA 密码子 第 3 位碱基 IU C A 5 3 2A3C U1U 3U 2A 1G 3 5 UA G GU C AU CG 通用性 生物基本使用同一套密码子 7 各种氨基酸的密码子数目 氨基酸密码子数目氨基酸密码子数目 Met Trp1Ala Gly Pro Thr V al 4 Ile3Arg Leu Ser6 其余的由 2 个密码子编码 8 在开放阅读框中插入或缺失 1 2 个碱基的基因突变 使后续的氨基酸序列大部分被改变 蛋白质功能彻底丧失 称为移码突变 9 终止密码子包括 UGA UAA UAG 起始密码为 AUG 10 tRNA 与氨基酸结合的部位是氨基酸臂的 CCA 末端的腺苷酸 3 OH 11 原核生物核糖体上有 A 位 P 位 E 位 A 位结合氨基酰 tRNA P 位结合肽酰 tRNA E 位是出口位 真核生物的核糖体上没有 E 位 空载 tRNA 直接从 P 位脱落 12 由氨基酰 tRNA 合成酶催化 氨基酸与特异的 tRNA 结合形成氨基酰 tRNA 的过程称为 氨基酸活化 为耗能反应 13 每个氨基酸活化需要消耗 2 个来自 ATP 的高能磷酸键 总反应如下 氨基酸 tRNA ATP 氨基酰 tRNA合成酶 氨基酰 tRNA AMP PPi 14 氨基酸活化分为 3 步 氨基酰 tRNA 合成酶催化 ATP 分解为焦磷酸与 AMP AMP 酶 氨基酸三者结合为中间复合体 复合体中的氨基酸与 tRNA 分子的 3 CCA 末端上的腺苷酸核糖的 2 或 3 的游离羟基以酯 键结合 形成氨基酰 tRNA 15 各种氨基酸和对应的 tRNA 结合后形成的氨基酰 tRNA 表示为 氨基酸的三字母缩写 tRNA 氨基酸的三字母缩写 如 丙氨酰 tRNA Ala tRNAAla 16 氨基酰 tRNA 合成酶还具有校对活性 将错误的氨基酰 AMP E 复合物或氨基酰 tRNA 的 酯键水解 再换上与密码子相对应的氨基酸 17 结合于起始密码子的是专门的起始氨基酰 tRNA 原核生物的为 fMet tRNAfMet 其中的 Met 被甲酰化 真核生物为 tRNAiMet 可在 mRNA 的起始密码子 AUG 处就位 18 翻译的起始是指 mRNA 起始氨基酰 tRNA 核糖体结合成翻译起始复合物的过程 消 耗一分子高能磷酸键 19 原核生物翻译起始复合物的形成 核糖体大 小亚基分离 IF 的作用是稳定大 小亚基的分离状态 核糖体小亚基结合于 mRNA 的起始密码子附近 mRNA 的起始 AUG 上游约 8 13 核苷酸处 存在共有序列 AGGAGG 称为核糖体结 合位点 RBS 又称 S D 序列 mRNA 上邻近 RBS 下游有一段可被小亚基蛋白 rpS 1 识别并结合的核苷酸序列 fMet tRNAfMet结合在核糖体 P 位 fMet tRNAfMet GTP IF 2 结合在 mRNA 的 AUG 处 核糖体大亚基结合形成起始复合物 结合于 IF 2 的 GTP 被水解 释放能量促使 3 种 IF 释放 大亚基与结合了 mRNA fMet tRNAfMet的小亚基结合 形成翻译起始复合物 20 真核生物翻译起始复合物的形成 核糖体大 小亚基分离 eIF 2B eIF 3 eIF 6 参与下 核糖体解离成大 小亚基 Met tRNAiMet定位结合于小亚基 P 位 eIF 2B 作用下 eIF 2 与 GTP 结合 再与 Met tRNAiMet结合于小亚基 GTP 水解释放 出 GDP eIF 2 形成 43S 前起始复合物 mRNA 与核糖体小亚基定位结合 eIF 4E 结合在 mRNA 的 5 帽结构 eIF 4G 结合多聚 A 尾结合蛋白 PAB 协助 Met tRNAiMet识别起始密码 核糖体大亚基结合 21 翻译的延长 核糖体循环 就是在核糖体上重复进行的进位 成肽 转位的循环过程 每完成一次 肽链上增加 1 个氨基酸残基 22 进位 注册 是指一个氨基酰 tRNA 按照 mRNA 模板进入并结合到核糖体 A 位的过程 氨基酰 tRNA 进位时需要先形成 GTP 复合物 核糖体对氨基酰 tRNA 的进位有校正作用 23 成肽是指肽基转移酶催化 P 位上的甲硫氨酰或肽酰与新进位的氨基酰 tRNA 的 氨基结 合 转肽酶的化学本质是 RNA 属于一种核酶 位于核糖体的大亚基上 24 转位的结果是 P 位 tRNA 上的氨基酸或肽交给 A 位上的氨基酸 空载的 tRNA 从核糖体直接脱落 位于 A 位的肽酰 tRNA 转到 P 位上 A 位空出 接受新的对应的氨基酰 tRNA 25 肽链延长阶段中 每生成一个肽键消耗 2 个高能磷酸键 GTP 加上氨基酸活化消耗 2 个高能磷酸键 故蛋白质合成过程中 每生成 1 个肽键 平均消耗 4 个高能磷酸键 26 原核生物蛋白质合成的能量计算 步骤 P供能物质 氨基酸活化2ATP 起始1GTP 延长2GTP 终止1GTP 原核生物合成一条含 n 个氨基酸的肽链 需要消耗 P 为 2n 1 2 n 1 1 4n 27 释放因子 RF 能识别终止密码子进入 A 位 识别过程需要水解 GTP RF 的结合使核 糖体构象改变 肽基转移酶的活性变为酯酶活性 水解肽链与 tRNA 之间的酯键 28 由多个核糖体结合在 1 条 mRNA 链上同时进行肽链合成所形成的聚合物称为多聚核糖 体 使蛋白质生物合成以高速度 高效率进行 29 原核生物肽链合成蛋白质因子 IF 1占据 A 位 防止 A 位结合其他 RNA IF 2促进 fMet tRNAfMet与小亚基结合起始因子 IF 3促进大小亚基分离 EF Tu促进氨基酰 tRNA 进入 A 位 结合并分解 GTP EF Ts调节 EF Tu延长因子 EF G转位酶 促进 mRNA 肽酰 tRNA 由 A 位 P 位 RF 1识别 UAA UAG 诱导转肽酶转变为酯酶 RF 2识别 UAA UGA 诱导转肽酶转变为酯酶释放因子 RF 3GTP 酶活性 30 真核生物肽链合成蛋白质因子 eIF 2B结合小亚基 促进大 小亚基分离 eIF 3结合小亚基 促进大 小亚基分离 eIF 6促进大 小亚基分离 eIF 2促进 Met tRNAiMet与小亚基结合 eIF 4B结合 mRNA 协助 mRNA 扫描定位起始 AUG eIF 4AeIF 4F 成分 解除 mRNA 的 5 端发夹结构 使其与小亚基结合 eIF 4EeIF 4F 成分 识别结合 mRNA 的 5 帽结构 eIF 4GeIF 4F 成分 结合 eIF 4E eIF 3 和 PAB eIF 1参与翻译多个步骤 起始因子 eIF 5促进各种起始因子从小亚基解离 eEF 1 促进氨基酰 tRNA 进入 A 位 结合并分解 GTP eEF 1 起调节作用延长因子 eEF 2转位酶 促进 mRNA 肽酰 tRNA 由 A 位 P 位 释放因子eRF识别所有终止密码子 31 蛋白质合成后在细胞内被定向输送到其发挥作用部位的过程称为蛋白质靶向运输 32 分子伴侣是细胞内一类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 叠的保守蛋白质 可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开 如此重复进行可防止错误聚集发生 识别并结合错误聚集的肽段 使之解聚后 再诱导其正确折叠 识别并切断肽链中错误生成的二硫键 并形成正确的二硫键 33 分子伴侣包括热激蛋白和伴侣蛋白 34 热激蛋白包括 HSP70 HSP40 和 Grp E ATP 存在下 Dna J 和 Dna K 的相互作用可抑 制肽链聚集 Grp E 则作为核苷酸交换因子控制 Dna K 的 ATP 酶活性 35 HSP70 又称为 Dna K 蛋白 有两个功能域 N 端的 ATP 酶结构域 能结合和水解 ATP C 端的肽链结合结构域 36 伴侣蛋白 Gro EL 和 Gro ES 为非自发性折叠肽链提供能折叠成天然空间构象的微环境 37 催化蛋白质功能构象形成所必需的酶称为异构酶 蛋白质二硫键异构酶 催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接 肽酰 脯氨酸顺反异构酶 使肽链在各脯氨酸弯折处形成正确折叠 38 新生肽链 N 端的会被脱甲酰基酶切除 N 甲酰基而保留甲硫氨酸 或者被氨基肽酶水解 去除 N 甲酰甲硫氨酸 39 肽链中氨基酸残基的化学修饰 磷酸化丝氨酸 苏氨酸 酪氨酸 N 糖基化天冬酰胺 O 糖基化丝氨酸 苏氨酸 羟基化脯氨酸 赖氨酸 甲基化精氨酸 赖氨酸 组氨酸 天冬酰胺 天冬氨酸 谷氨酸 乙酰化赖氨酸 丝氨酸 40 靶向输送的蛋白质一级结构中存在分选信号 可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位 称为信号序列 41 细胞内分泌型蛋白质的合成与转运同时发生 信号肽首先被合成 被 SRP 识别 SRP 结合到核糖体上 翻译暂停 SRP 识别内质网上 SRP 受体 引导 SRP 核糖体复合物结合到内质网上 肽转位复合物形成蛋白质通道 合成中的肽链穿过内质网膜进入内质网腔 SRP 脱离核糖体 肽链继续延长 信号肽在内质网内被信号肽酶切除 肽链在内质网中折叠形成最终构象 42 内质网定位的蛋白质肽链的 C 端含有滞留信号序列 线粒体基质定位的蛋白质前体的 N 端有前导肽 43 被靶向输送的细胞核蛋白质其肽链内含有核定位序列 NLS 44 细胞核蛋白质的靶向输送需要核输入因子 异二聚体和低分子量 G 蛋白 RAN 细胞核蛋白质与核输入因子 异二聚体形成复合物 RAN 水解 GTP 释能 复合物经核孔进入细胞核基质 核输入因子 先后从复合物中解离 移出核孔再利用 45 抗生素及其作用 抗生素作用位点作用原理 伊短菌素 密旋霉素 核糖体小亚基引起 mRNA 在核糖体上错位 阻碍翻译起始 复合物形成 晚霉素23S rRNA阻止小亚基与 fMet tRNAfMet结合 四环素原核核糖体小亚基抑制氨基酰 tRNA 与小亚基结合 链霉素 新霉素原核核糖体小亚基改变构象引起读码错误 氯霉素原核核糖体大亚基阻止转肽酶催化肽键形成 林可霉素原核核糖体大亚基阻止 tRNA 在 A 位 P 位就位抑制肽键形成 红霉素原核核糖体大亚基结合核糖体肽链排出通道 阻止新生肽链排出 嘌呤霉素真核 原核核糖体取代酪氨酰 tRNA 进入 A 位 中断肽链合成 放线菌酮真核核糖体大亚基抑制转肽酶活性 夫西地酸 微球菌 素 EF G抑制 EF G 阻止转位 大观霉素原核核糖体小亚基阻止转位 十八 基因表达调控十八 基因表达调控 1 基因表达是基因经过转录 翻译 产生具有特异生物学功能的蛋白质分子 rRNA 或 tRNA 的过程 2 基因表达调控是细胞或生物体在接受内外环境信号刺激时 或适应环境变化过程中在基 因表达水平上作出应答的分子机制 3 在某一特定时期或生长阶段 基因组中只有一小部分基因处于表达状态 个体某种功能 的基因产物在细胞中的数量随着时间 环境而变化 4 按功能需要 某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生 就是基因表达的时间特 异性 多细胞生物表现为与分化 发育阶段一致 又称阶段特异性 5 甲胎蛋白 AFP 基因在胎儿肝细胞中活跃表达 成年后表达水平很低 几乎检测不到 AFP 当肝细胞转化成肝癌细胞 基因重新被激活 大量 AFP 被合成 故 AFP 作为肝癌早 期诊断指标 6 在个体生长全过程 某种基因产物在个体的不同组织或器官表达是基因表达空间特异性 又称细胞特异性或组织特异性 7 基因表达的种类和强度 即基因表达谱 决定了细胞的分化状态和功能 8 基因表达的方式 1 基本表达 某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达 通常被称为管家基因 管家基因的 表达称为基本 组成性 基因表达 2 诱导表达 在特定环境信号刺激下 相应的基因被激活 基因表达产物增加 这种基因称为可诱 导基因 可诱导基因在特定环境中表达增强的过程称为诱导 3 阻遏表达 如果基因对环境信号应答时被抑制 这种基因是可阻遏基因 可阻遏基因表达产物水 平降低的过程称为阻遏 4 协同表达 在一定机制控制下 功能上相关的一组基因 无论其为何种表达方式 均需协调一致 共同表达 这种调节称为协调调节 9 基因表达调控的生物学意义 适应环境 维持生长和增殖 维持个体发育与分化 10 原核生物通过操纵子机制调控基因表达 真核生物通过顺式作用元件调控基因表达 11 操纵子通常由 2 个以上的编码序列与启动序列 操纵序列以及其他调节序列在基因组中 成簇串联组成 12 操纵序列是调控蛋白的结合位点 调控蛋白调节基因编码 分为三类 特异因子决定 RNA 聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力 阻遏蛋白识别 结合操纵序列后 阻碍 RNA 聚合酶与启动子结合或使 RNA 聚合酶不能 前进 介导负性调节 激活蛋白可提高 RNA 聚合酶与启动子的结合能力 增强转录活性 介导正性调节 13 顺式作用元件是与结构基因表达调控有关 能够被调控蛋白特异性识别和结合的 DNA 序列 包括启动子 增强子 沉默子 14 某一个基因表达的蛋白质特异地与另一个基因的顺式作用元件 DNA 作用 这样的蛋 白质称为反式作用因子 15 有些基因产物可以特异地识别 结合自身基因的调节序列 称顺式作用蛋白 16 DNA 蛋白质和蛋白质 蛋白质相互作用是基因表达调控的分子基础 17 启动序列会影响其与 RNA 聚合酶的亲和力 特异调节蛋白通过 DNA 蛋白质 蛋白质 蛋白质相互作用影响 RNA 聚合酶活性 18 原核基因转录调节的主要环节在转录起始 其特点为 因子决定 RNA 聚合酶识别特异性 操纵子模型的普遍性 阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性 多顺反子 一个 mRNA 分子编码多个多 肽 19 乳糖操纵子含 Z Y A 三个结构基因 还有一个操纵序列 O 一个启动子 P 一个调节 基因 I 启动子上游还有 CAP 结合位点 20 乳糖操纵子受阻遏蛋白的负性调节 lacI III CAPPlac Olac Zlac Ylac A 1 没有乳糖存在时 I 序列表达的 Lac 阻遏蛋白与 O 序列结合 阻碍 RNA 聚合酶与 P 序列结合 转录受阻 乳糖代谢相关酶基本不合成 2 有乳糖存在时 经 半乳糖苷酶催化生成半乳糖 结合阻遏蛋白 使阻遏蛋白与 O 序列解离 暴露 P 序列 转录得以进行 21 半乳糖类似物异丙基硫代半乳糖苷 IPTG 是一种极强的诱导剂 能诱导阻遏蛋白与 O 序列解离 22 CAP 分子内有 DNA 结合区和 cAMP 结合区 只有结合了 cAMP 的 CAP 才能与 DNA 结合 23 乳糖操纵子受 CAP 的正性调节 1 葡萄糖缺乏时 cAMP 浓度高 cAMP 与 CAP 结合后 CAP 结合在 CAP 位点 刺激 RNA 转录活性 2 葡萄糖存在时 cAMP 浓度低 cAMP 与 CAP 结合受阻 lac 操纵子表达下降 24 乳糖操纵子的协同调节 1 当阻遏蛋白封闭转录时 CAP 对该系统不能发挥作用 2 如无 CAP 存在 即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合 操纵子仍无转录活性 25 葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏 26 色氨酸操纵子是阻遏操纵子 色氨酸作为辅阻碍物与阻碍蛋白形成复合物并结合到操纵 序列上 关闭色氨酸操纵子 27 色氨酸操纵子的另一种基因表达调控机制为转录衰减 由前导序列 L 实现 前导序列称 为衰减子 28 前导序列 L 结构特点 可以转录成一段含 4 个特殊序列的前导 mRNA 序列 1 有独立的起始和终止密码子 可翻译为前导肽 前导肽的第 10 11 位为色氨酸 序列 1 和序列 2 序列 2 和序列 3 序列 3 和序列 4 之间存在互补序列 可以分别形成 发夹结构 序列 4 下游有连续的 U 序列 29 转录衰减机制 色氨酸浓度低时 前导肽的翻译因色氨酸不足而停滞在第 10 11 位 核糖体结合在序列 1 上 前导 mRNA 形成 2 3 发夹结构 不是转录终止结构 转录继续进行 色氨酸浓度高时 核糖体可以前进到序列 2 发夹结构在序列 3 和序列 4 形成 连同下 游的多聚 U 使转录终止 30 色氨酸浓度高时 原核生物通过阻碍作用和转录衰减机制共同关闭基因表达 31 调节蛋白结合 mRNA 靶位点 阻止核蛋白体识别翻译起始区 从而阻断翻译 调节蛋 白一般作用于自身 mRNA 抑制自身的合成 称为自我控制 32 反义 RNA 含有与特定 mRNA 翻译起始部位互补的序列 通过与 mRNA 杂交阻断 30S 小 亚基对起始密码子的识别及与 SD 序列的结合 抑制翻译起始 称为反义控制 33 一个编码基因转录生成一个 mRNA 分子 经翻译生成一条多肽链 称为单顺反子 34 真核基因表达调控特点 一 RNA 聚合酶 RNA pol TATA 盒结合蛋白 TBP 为 RNA 聚合酶共有亚基 二 活性染色体结构变化 1 对核酸酶敏感 活化基因常有核酸酶超敏位点 位于调节蛋白结合位点附近 2 DNA 拓扑结构变化 天然双链 DNA 均以负性超螺旋构象存在 3 组蛋白变化 组蛋白乙酰化 消除组蛋白与 DNA 的离子键结合 选择性地使染色质结构松散 有利 于转录因子结合 增强表达水平 4 DNA 碱基修饰变化 处于转录活化状态的基因 CpG 序列一般低甲基化 甲基化发生在胞嘧啶的 5 C 三 正性调节占主导 采用正性调节机制更精准 更经济 四 转录与翻译分隔进行 五 转录后修饰 加工 35 真核基因启动子是 RNA 聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件 至少包括一个转录 起始点以及一个以上的功能组件 典型的功能组件有 TATA 盒 CAAT 盒 GC 盒 36 增强子是指远离转录起始点 决定基因的时间 空间特异性表达 增强启动子转录活性 的 DNA 序列 其作用方式通常与方向 距离无关 37 增强子的功能与特征 增强子与被调控基因位于同一条 DNA 链上 属于顺式作用元件 增强子是组织特异性转录因子的结合部位 可以远距离实施调控 上游或下游 作用与序列的方向性无关 需要启动子才能发挥作用 没有严格专一性 同一增强子可以影响不同类型启动子的转录 38 沉默子是某些基因的负性调节元件 当其结合特异蛋白因子时 对基因转录起阻遏作用 39 转录调节因子也称为反式作用因子 分为基本转录因子和特异转录因子 40 基本转录因子是 RNA 聚合酶介导基因转录所必需的一组蛋白因子 决定三种 RNA 转录 的类别 如 TF D 是三种聚合酶的基本转录因子 是 TBP 和 TAFs 组成的复合物 41 特异转录因子为个别基因转录所必需 决定该基因表达的时间 空间特异性 包括转录 激活因子 增强子结合蛋白 和转录抑制因子 沉默子结合蛋白 42 转录调节因子至少包括 DNA 结合域和转录激活域 很多转录调节因子还包含蛋白质 蛋 白质结合域 最常见的是二聚化结构域 43 DNA 结合域主要有锌指模体 碱性螺旋 环 螺旋 bHLH 亮氨酸拉链三种 1 锌指模体 1 个 螺旋和 2 个反向平行的 折叠的二级结构 每个 折叠上有 1 个 Cys 残基 螺旋上有 2 个 His 或 Cys 残基 4 个氨基酸残基与 Zn2 形成配位键 与 DNA 的 GC 盒结合 结合在 DNA 双链分子的大沟 2 碱性螺旋 环 螺旋 有 2 个 螺旋 由一个短肽段形成的环所连接 bHLH 常以二聚体形式存在 嵌入 DNA 双螺旋的大沟内 环状结构中存在 Ca2 结合位点 3 亮氨酸拉链 蛋白质 C 末端每隔 6 个氨基酸出现一个疏水性的 Leu 残基 形成的二聚体 N 末端富含碱性氨基酸 其正电荷与 DNA 骨架上的磷酸基团结合 44 转录激活域分为三类 酸性激活域 谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域 45 RNA 合成后的加工 转运 降解 都通过 RNA 与蛋白质结合形成核蛋白体颗粒 RNP 进行 46 蛋白质产物可以调节 mRNA 的降解 如