分子生物学期末总复习

1、分子生物学-期末总复习极性突变, 极性效应: 在同一个操纵子中， 一个结构基因发生突变后，它除了影响该基因本身产物的表达外，还（在转录或翻译水平）影响其后结构基因的表达，并且具有极性梯度的特征。 操纵子：转录的功能单位。很多功能上相关的基因前后相连成串，由一个共同的控制区进行转录的控制，包括结构基因以及调节基因的整个dna序列。主要见于原核生物的转录调控dna 合成：需要4种dntp、二价金属离子（mg2+或mn2+）primer引物 （ 提供 3-oh）template 模板（watson - crick base-pairing）atp的水解提供能量dna 合成方向：从引物3-oh延伸，5

2、 到3方向合成产物dna的极性与模板单链相反dna聚合酶 (dna-dependent dna polymerase)催化端粒酶反转录酶端粒酶以自身rna为模板延长染色体突出的3端端粒酶是蛋白质和rna的复合物参与dna复制的酶：拓扑异构酶：拓扑异构酶解除超螺旋，拓扑异构酶增加超螺旋解链酶：解除dna双螺旋单链dna结合蛋白：dna复制过程中，在dna分叉处与单链dna结合的蛋白质。防止已解链的双链还原、退火，使复制得以进行。引物酶：合成一小段rna，用来引导dna聚合酶起始dna链的合成dna聚合酶dna连接酶基因表达：指基因的遗传信息通过转录和翻译传递到蛋白质和功能性rna等基因产物的过程

3、。功能性rna：rrna、trna、snrna转录：是基因表达的第一步以dsdna中的一条单链作为转录的模板依赖dna的rna聚合酶催化以ntps为底物，按a=u，cºg 配对的原则，合成 rna分子, 不需要引物, 从头合成 rna链合成方向5 3，与非模板单链dna的极性方向相同(模板单链 dna的极性方向为3 5。模板链，反义链，waston链编码连，有义链，crick链不对称转录：某一基因只以一条单链dna 为模板进行转录转录单位：从启动子（promoter）到终止子（terminator）的一段dna原核生物中多为多顺反子，真核生物中多为单顺反子。转录原点记为+1，其上游记

4、为负值，下游记为正值转录起始：rna聚合酶结合启动子，形成启动子-聚合酶复合物全酶不断改变与dna的结合部位，直到找到正确的启动子序列，启动子处dna开始解链，封闭启动子转变为开放启动子。启动子清理（promoter clearance）：当开放的启动子复合物足够稳定时，dna聚合酶离开启动子，释放出亚基，核心酶空出启动子位点以进行下次转录起始。启动子清理通常伴随着流产起始：进行中的转录常常在合成了一段寡核苷酸之后停止，聚合酶回到起始位置。19个核苷酸残基。流产转录：聚合酶合成，释放出寡核苷酸转录延伸：once the rna polymerase has synthesized a shor

5、t stretch of rna ( 10 nt), transcription shifts into the elongation phase.this transition requires further conformational change in polymerase that leads it to grip the template more firmly.functions: synthesis rna, unwinds the dna in front, re-anneals it behind, dissociates the growing rna chain 转录

6、起始移动速度慢，延伸时核心酶与dna的非专一性静电结合力才能力高rna链的延伸速度。转录终止rna合成全长基因后，将 rna transcript（转录本）释放出来在一些细胞中，终止发生在特异的序列确定的rna序列上，称为终止子。有的细胞缺少这样的终止序列。大肠杆菌启动子由两个重要部分组成：核心启动子（-35 -10 ，rna聚合酶的结合位点）、上游元件（ -60-70 -40 capcamp binding site ）核心启动子区域：-35 box（sextama box） : -35 site rnapol. loosely binding site。r site，ttgac pribn

7、ow box：-10 site rnapol. firmly binding site (b site)，tataattranscription start site：rna transcriptional initiation site (i site)-35 box 与pribnow box 间距17bp, 有利于rnapol启动 ，17 bp的间距较17 bp的序列对转录更为重要间距趋近于17 bp，上调突变，启动子活力增强。间距远离于17 bp，下调突变，启动子活力减弱consensus sequence一致序列：不同启动子的-35，-10区序列间存在较为保守的标准序列。亚基能够识别启

8、动子的一致序列，并且只在起始时起作用。 亚基能识别r位点和b位点，与模板链特异性结合亚基决定了强启动子、弱启动子。终止子：使得延伸阶段聚合酶离开dna基因末端终止子(terminator)、基因内部终止子(attenuator) r因子非依赖性终止子结构：有回文序列gcrich，形成发卡茎环结构茎环末端连有一连串u r因子1. 终止活性，可能是通过与rna聚合酶直接作用，在酶的活性位点处嵌入dnarna杂交链中，使rna从dna模板上脱离。2. 附着在新生rna上，依靠atp释放的能量，按照一种热追赶模型与停留在依赖r因子终止子出的rna聚合酶结合，将转录物从dna上释放出来rna聚合酶：真核

9、生物：rna聚合酶：rrnarna聚合酶：mrnarna聚合酶：trna、5srna、snrna原核生物：一种rna聚合酶真核生物转录在核中进行而不是在细胞质中进行。真核生物转录先合成前体mrnarna加工（rna processing ）：转录后加工（戴帽、加尾、剪接、甲基化和编辑）mrna 5帽子的结构 m7g cap和五碳糖以5 - 5三磷酸键连接基本水平转录的顺式因子，负责管家基因的组成型表达：核心启动子帽子位点（cap site +1）和-30保守序列（tata盒）上游控制元件（upstream promoter element）：-70保守序列(gc岛和caatbox)caatbo

10、x的突变对转录起始影响很大，决定了启动子起始转录的效率。caatbox对启动子的特异性并无直接影响，但可以增强启动子的强度。特异诱导高效表达的顺式因子增强子（enhancer）沉默子enhancer由两个以上的增强子成分 (enhancer element)组成，enhancer element由两个紧密相连的 增强子元 (enhanson）组成，各个enhanson 与激活蛋白(activator) 结合 增强子：增强特异性转录 ，可远距离控制，无方向性 。有组织和细胞的特异性，增强子的表达需要特异的蛋白因子的作用。绝缘子（insulater）是一段具有特化染色质结构的区域，它能阻断增强子或

11、沉默子对靶基因/启动子的增强或失活作用效应用于调控转录起始效率的序列(顺式作用元件)。加强启动的序列：· promoter proximal element 近启动子元件 · upstream activator sequence (uas)上游激活序列 · enhancer 增强子阻遏性元件: · silencer 沉默子· insulator 绝缘子/boundary elements边界序列真核细胞转录启动子的清空： 由rna聚合酶c端结构域的磷酸化启动。（rna聚合酶c端结构域含有七肽重复，tyr-ser-pro-thr-ser-pro

12、-ser）磷酸化由tf酶催化。真核转录需要的蛋白：rnapgtps中介因子蛋白激活蛋白核小体修饰、重装蛋白mrna转录后加工：指细胞核内对mrna前体（pre-mrna）进行各种修饰、剪接和编辑，生成成熟mrna，使编码蛋白质的外显子部分连接成为一个连续的开放阅读框（open reading frame orf）的过程。 rna加工5 戴帽剪接去除内含子3端多聚腺苷酰化甲基化rna编辑 成熟的mrna才能通过核孔被运出细胞核，在细胞质中进行翻译。5 戴帽、3端多聚腺苷酰化的作用保护mrna不被外切酶降解增加翻译速率，翻译时供起始因子和核糖体识别5 戴帽能使mrna通过核孔进入细胞质5 戴帽有利

13、于第一个内含子的剪切，3端多聚腺苷酰化有利于最后一个内含子的剪切3端多聚腺苷酰化与转录终止过程偶联polii ctd 参与招募多聚腺苷化酶转录产物rna上的poly-a信号促发多聚腺苷化反应前体mrna=核不均一rna hnrnahnrnp:（核不均一核糖核蛋白）能够保护hnrna维持单链结构，协助完成rna加工过程外显子：编码蛋白的基因序列内含子：在转录后的加工中，从最初的转录产物除去的内部的核苷酸序列rna剪接：在内含子与外显子交界处产生断裂去除内含子，并将外显子末端连接生成完整的可读框 /orf。 gt-ag法则：多数细胞核mrna前体中内含子的5边界序列为gu，3边界序列为ag。因此，

14、gu表示供体衔接点的5端，ag表示接纳体衔接点的3端。把这种保守序列模式称为gu-ag法则，剪接反应机理：两个连续的转酯反应内含子剪切下来形成套马索式的结构。剪接体：由核内一种富含u的小分子rna（snrna）和若干剪接蛋白组成。作用是通过不同rna分子间的互补序列，将内含子的3个关键位点精确而又有序地聚在一起，便于完成转酯反应。snrna的作用剪接体聚集识别在前体rna中的特异性剪接信号（三个位点）催化（核酶）核酶：自身具有酶活性的rna分子。自我剪接内含子：内含子能够自我折叠成特殊构象，并且催化内含子的释放和外显子的链接。能在没有任何蛋白或者rna的协助下，自我剪接。第一类自我剪接内含子：

15、自由的g攻击5端剪接位点。外显子5端剪接位点3末端-oh与3端剪接位点链接。group i introns 比第二类自我剪接内含子小形成一个保守的二级结构，含有内部引导序列与5端剪接位点的外显子序列互补。三级结构形成一个口袋结合位点，结合鸟苷酸three classes of rna splicing classabundance mechanism catalytic machinery nuclear pre-mrna very common; most eukaryotic genes2 transesterification;branch site aspliceosomegroup

16、ii intronsrare; some eukaryotic genes from organelles and prokaryotes 2 transesterification;branch site arna enzyme encoded by intron (ribozyme) group i intronsrare; nuclear rrna in some eukaryotes, organelle genes, and a few prokaryotic genes 2 transesterification;exogenous grna enzyme encoded by i

17、ntron (ribozyme)rna编辑：是与剪接不同的一种mrna加工方式，指mrna在转录后因插入、缺失或核苷酸替换，从而改变dna来源的遗传信息。两种rna编辑位点特异性脱氨反应grna指导的鸟苷插入或删除rna enzyme = ribozyme 核酶 ribonuclease (rnase) 核糖核酸酶核酶：是具有催化功能的rna分子。最早发现大肠杆菌rnasep的蛋白质部分除去后，在体外高浓度mg2+存在下，留下的rna部分具有与全酶相同的催化活性密码子：从5 to 3密码子不重叠，没有间隔起始密码子控制翻译起始开放阅读框(orf)：蛋白编码区域组成一个连续、不重叠的编码链遗传密

18、码：决定蛋白质中氨基酸顺序的dna或mrna核苷酸序列 ，由核苷酸三联体密码子所构成 ，生物有61个编码蛋白质氨基酸的密码子，以及3个终止密码子。密码子 codon ：是mrna上连续排列的3核苷酸序列，一个三联体密码编码一个氨基酸信息或蛋白翻译的终止信息。遗传密码特点：遗传密码具有通用性 universal是三联体密码 triplet 无标点符号 no punctuation相邻密码不重迭 no overlapping遗传密码具有简并性 degeneracy。同义密码子 synonymous codons 有起始密码子start codon 有终止密码子 stop codon / nonse

19、nse codon 终止密码子：uaa, uag, and uga，不被trna识别，被释放因子（rf1和rf2）错义突变：编码一个氨基酸的密码子突变成编码另一个氨基酸的密码子。无义突变：编码一个氨基酸的密码子突变成终止密码子。移码突变：插入或缺失一个或几个碱基造成的突变。抑制突变（回复突变）抵消或抑制了前一次突变的效应。简并性：一种氨基酸由2个以上密码子编码的遗传现象 密码子家族：编码同一氨基酸，且只在第三位碱基上有区别的密码子(密码子)摆动假说（坑爹）trna的拓扑空间结构34th摇摆位点位于“l”结构的末端， 碱基堆积力小， 选择性配对的自由度大 34th摇摆位点被修饰的频率高，几乎无

20、a遗传密码的通用性trna二级结构为三叶草型的单链，三级结构为l型tc loop and d loop位于“l” 转角处， 之间形成帮助稳定 “l” 形结构“l”形结构中, 氢键和碱基堆积力使其空间结构稳定 wobble base 位于“l”结构末端 堆积力小, 自由度大 使碱基配对摇摆 “l”结构域的功能 aa accepter arm 位于“l”的一端，契合于核糖体的肽酰转移酶(转肽酶)结合位点, 以利肽键的形成 anti-codon arm 位于”l”另一端，与结合在核糖体小亚基上的mrna 的codon配对 原核生物多顺反子mrna原核生物翻译：细菌起始密码子：aug, gug, or

21、 uug 编码第一个氨基酸：， n-甲酰甲硫氨酸, fmet核糖体结合位点（rbs/sd序列）：原核生物mrna中起始密码子上游一段富含嘌呤的保守序列它可与16s rrna 3端序列互补，可招募核糖体。真核生物mrna（单顺反子）：cds编码区（orf）：起始密码子到终止密码子5-m7g cap and 3-poly-a tail(被用于mrna分离、cdna文库构建)原核生物mrna通过5甲基帽子来识别核糖体一旦结合，核糖体沿5到3的方向找到aug起始密码子poly-a tail促使核糖体有效的回收。kozak consensus sequence ：kozark发现，gccaccaugg可

22、促进真核基因从该aug正确起译，避免“漏读”，其中- 3位的a和4位的g尤为重要高能酯键的作用高能酯键的水解驱动肽键的合成。trna连接氨基酸的作用：活化氨基酸，促进蛋白合成。建立氨基酸和密码子之间的联系。氨基酸活化：将amp与氨基酸cooh端相连，atp功能trna加载：腺苷酰氨基酸加载到trna3端（cca）,amp脱落。1个氨酰trna合成酶，对应一个氨基酸核糖体不能区分trna是否携带正确的氨基酸核糖体：核糖体结构与功能均决定于rrnas有3个trna结合位点，a, p, e有1个mrna通道和1个新生肽链通道a- site：氨酰trna位点；p-site：肽酰trna位点；e位点：空

23、载trna离开的位点。蛋白质合成：起始：mrna及起始氨酰-trna与 30s小亚基结合，然后50s大亚基结合形成核糖体延伸：核糖体沿着mrna移动，肽链通过从肽酰trna转移到氨酰trna 而延伸 终止：翻译到终止密码子，多肽链从trna上释放，核糖从mrna上解离新氨基酸加到延伸中肽链的c-端 肽链延伸的方向：从n- 端到 c- 端23s rrna 是一个 ribozyme，具有肽酰转移酶活性肽键形成：将延伸中的肽链从肽酰-trna转到氨酰-trna即形成新的肽键formation of the 30s initiation complex:ifs1-3 + 30s + mrna + fm

24、et-trnafmet +gtpformation of the 70s initiation complex:50s + 30s + mrna + fmet-trnafmetif-1：加强if-2和if-3的作用if-2：促使fmet-trna fmet 选择性地结合在30s亚基上，有gtpase活性if-3：促使30s亚基结合于mrna起始部位，具有解离30s与50s亚基的活性mrna的sd序列与rrna互补，启动翻译新生肽中第一个氨基酸-甲酰甲硫氨酸(fmet)的切除当新生肽链达到15-16氨基酸长度时就会发生。（去甲酰化酶产生正常-nh2，氨肽酶切除甲硫氨酸）真核生物翻译起始：真核生物

25、40s小亚基被5cap招募40s沿mrna寻找aug起始密码子起始因子更多真核和原核翻译起始的主要区别：（1）核糖体识别5端甲基化的帽子结构，（2）以5®3方向扫描的方式寻找起始密码子，一般是第一个aug / kozak序列可促进起始 （3）起始氨基酸为甲硫氨酸 met，而不是甲酰甲硫氨酸fmet 真核生物翻译延伸：氨酰-trna进a位，进位反应ef-tu-gtp与aa-trnas结合；运送aa-trna到a位；形成正确codon-anticodon配对时, ef-tu 与 factor-binding center 作用并水解其结合的gtp®gdp；ef-tu-gdp离开

26、核糖体ef-ts帮助ef-tu-gdp交换gtp，回复活性状态转肽反应，肽键形成核糖体移位反应只有和密码子配对的氨酰-trna才能与rrna形成稳定的接触。不配对的氨酰-trna不能与rrna形成稳定的接触， 因而不能形成肽键，氨酰-trna从a位被逐出。释放因子：作用于肽酰trna上的多肽，使之从核糖体上释放。翻译终止：原核：rf1 识别 uaa或uag，rf2 识别uga和uaa; rf-3起辅助作用。真核系统中只有一种释放因子erf,可识别3种终止密码子。rfs识别终止密码子并与之结合，激活肽基转移酶，水解p位点上多肽与trna之间的键，释放多肽和trna核糖体再循环因子（rrf）：释放

27、最后一个trna，if3（解离大小亚基），efg（释放rrf）氨基酸活化2个 (atp ® ppi) 氨酰trna进位1个（gtp®gdp）核糖体移位1个（gtp®gdp）肽链起始1个（70s复合物形成，gtp®gdp） 第1个氨基酸参入需消耗3个（活化2 + 起始1 ）以后每掺入1个aa需要消耗4个(活化2个+进位 1个 +移位1个)遗传信息表达的方式：组成型表达：表达持家基因：组成型表达，在基本的细胞生命活动中十分重要。诱导型表达 (大部分基因)：也称奢侈基因 可诱导基因：只有被诱导物和细胞因子激活时才会表达参与调控的因素：信号分子：胞内外生理和环境

28、信号，多为小分子顺式元件：操纵区，帽子位点反式元件：激活蛋白，阻遏物，tfs，s factorsdna调控蛋白的主要功能域dna结合域 （dna binding domain）负责dna序列特异性识别与结合；结构相对独立，可以做结构域替换蛋白互作位点效应物结合位点效应物：一些化学小分子，其结合能够影响调控蛋白的活性如 corepressor辅阻遏物： 指与调节蛋白结合后可阻止转录的小分子化合物。 inducer 诱导物： 指与调节蛋白结合后可诱导转录的小分子化合物。 大多数调控都在转录水平上进行的原因：最经济、节省能量调控作用更容易实现activators contain two bindin

29、g sites to bind a dna sequence and rnapol simultaneously, can therefore enhance the rnapol affinity with the promoters and increases gene transcription. this is called recruitment regulation (招募调控). repressors can bind to the operator cavering (part of) the promoter region, which prevents rnap bindi

30、ng and the transcription of the target gene.操纵子：是原核生物基因表达和调控的单位，包括了结构基因、控制元件、调节基因的全部dna序列操纵子的结构组成：structural genes 结构基因：能够编码特异性调控生物合成和代谢途径的酶。control elements 控制元件：调节结构基因的表达的dna序列。（operator操纵区, cap binding site (cap结合位点).）regulator gene(s) 调节基因：调节基因的产物能够识别控制元件，并且通常从另一个不同的启动子开始转录。乳糖操纵子的结构 three struct

31、ural genes， lacz, y, atwo control elements: operator, cap site one promoterone regulatory gene: laci lacz ：半乳糖苷酶，用于水解乳糖和生成别乳糖allolactoselacy ：半乳糖苷渗透酶laca：硫代半乳糖苷转乙酰酶，detoxify thiogalacosides基因及其蛋白产物的书写： lacz (基因，斜体，小写) lacz (蛋白，非斜体，大写)启动子及两个控制元件plac（promoter）：控制三种基因产物的表达operator：操纵区与启动子有重叠，它是laci阻遏蛋白

32、的结合位点。 cap site: binding cap-camp ，在启动子之前。laczya只在乳糖作为唯一碳源时高表达。乳糖不作为唯一碳源时，laci作为active repressor结合operator，阻遏蛋白表达，当乳糖结合laci时，脱离。安慰诱导物：与实际诱导物结构相似，可以诱导表达，但不会被水解利用。如 iptginducer+repressor=表达，inducer+activator=表达。别乳糖是诱导物葡萄糖效应：在多数细胞中，葡萄糖代谢对其它碳源利用具有抑制作用，曾经认为是由葡萄糖某种分解代谢物引起，又称为分解代谢产物阻遏(carbon catabolite rep

33、ression, ccr)。low glucose level ® ®® camp­ ® camp bind cap，cap-camp dimer binds to the cap site on the dnacap and lac repressor 都是用hth（helix-turn-helix ）的形式连接在dna上的the recognition helix can fits into the major groove of the dna. another helix sits across the major grove and makes contact with the dna backbone. 乳糖操纵子的调控包括正调控和负调控两种调控方式: 阻遏蛋白laci与操纵区相互作用的负调控系统， laci可被诱导物(别)乳糖诱导。camp受体蛋白(camp receptor pro-tein, crp)与camp形成的复合物crp- camp与上游调控元件cap位点结合的正调控系统。可阻遏的负调控：合成代谢如氨基酸的合成 可诱导的负调控：分解代谢如碳源的利用