現(xiàn)代分子生物學(xué)復(fù)習(xí)要點(diǎn)和習(xí)題

1、第一章緒論分子生物學(xué)分子生物學(xué)的基本含義(p8)分子生物學(xué)是研究核酸、蛋白質(zhì)等所有生物大分子的形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征及其重要性、規(guī)律性和相互關(guān)系的科學(xué)，是人類從分子水平上真正揭開生物世界的奧秘，由被動(dòng)地適應(yīng)自然界轉(zhuǎn)向主動(dòng)地改造和重組自然界的基礎(chǔ)學(xué)科。分子生物學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系分子生物學(xué)是由生物化學(xué)、生物物理學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)、以至信息科學(xué)等多學(xué)科相互滲透、綜合融會(huì)而產(chǎn)生并發(fā)展起來的，凝聚了不同學(xué)科專長(zhǎng)的科學(xué)家的共同努力。它雖產(chǎn)生于上述各個(gè)學(xué)科，但已形成它獨(dú)特的理論體系和研究手段，成為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。生物化學(xué)與分子生物學(xué)關(guān)系最為密切:生物化學(xué)是從化學(xué)角度研究生命現(xiàn)象的科學(xué)，它著重研究生物體內(nèi)各

2、種生物分子的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變與新陳代謝。傳統(tǒng)生物化學(xué)的中心內(nèi)容是代謝，包括糖、脂類、氨基酸、核苷酸、以及能量代謝等與生理功能的聯(lián)系。分子生物學(xué)則著重闡明生命的本質(zhì)主要研究生物大分子核酸與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能、生命信息的傳遞和調(diào)控。細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)關(guān)系也十分密切:傳統(tǒng)的細(xì)胞生物學(xué)主要研究細(xì)胞和亞細(xì)胞器的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能。探討組成細(xì)胞的分子結(jié)構(gòu)比單純觀察大體結(jié)構(gòu)能更加深入認(rèn)識(shí)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能，因此現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展越來越多地應(yīng)用分子生物學(xué)的理論和方法。分子生物學(xué)則是從研究各個(gè)生物大分子的結(jié)構(gòu)入手，但各個(gè)分子不能孤立發(fā)揮作用，生命絕非組成成分的隨意加和或混合，分子生物學(xué)還需要進(jìn)一步研究各生物分子間的

3、高層次組織和相互作用，尤其是細(xì)胞整體反應(yīng)的分子機(jī)理，這在某種程度上是向細(xì)胞生物學(xué)的靠攏。第一章序論1859年發(fā)表了物種起源，用事實(shí)證明“物競(jìng)天擇，適者生存”的進(jìn)化論思想。指出：物種的變異是由于大自然的環(huán)境和生物群體的生存競(jìng)爭(zhēng)造成的，徹底否定了“創(chuàng)世說”。達(dá)爾文第一個(gè)認(rèn)識(shí)到生物世界的不連續(xù)性。意義：達(dá)爾文關(guān)于生物進(jìn)化的學(xué)說及其唯物主義的物種起源理論，是生物科學(xué)史上最偉大的創(chuàng)舉之一，具有不可磨滅的貢獻(xiàn)。細(xì)胞學(xué)說建立及其意義德國(guó)植物學(xué)家施萊登和動(dòng)物學(xué)家施旺共同提出：一切植物、動(dòng)物都是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞是一切動(dòng)植物的基本單位。經(jīng)典遺傳學(xué)兩條基本規(guī)律:統(tǒng)一律：當(dāng)兩種不同植物雜交時(shí)，它們的下一代可能與親本

4、之一完全相同；分離規(guī)律：將不同植物品種雜交后的F1代種子再進(jìn)行雜交或自交時(shí)，下一代就會(huì)按照一定的比例分離，因而具有不同的形式。1865年發(fā)表植物雜交試驗(yàn)，直到1900年才被人們重新發(fā)現(xiàn)。孟德爾被公認(rèn)為經(jīng)典遺傳學(xué)的奠基人?，F(xiàn)代遺傳學(xué)Morgan及其助手第一次將代表某一特性的基因同染色體聯(lián)系起來，使科學(xué)界普遍認(rèn)識(shí)了染色體的重要性并接受了孟德爾的遺傳學(xué)原理。Morgan特別指出：種質(zhì)必須由某些獨(dú)立的要素組成，我們把這些要素稱為遺傳因子或基因。第二節(jié)分子生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史準(zhǔn)備和醞釀階段(19世紀(jì)后期到20世紀(jì)50年代初)對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)上的兩點(diǎn)重大突破：1 確定了蛋白質(zhì)是生命的主要基礎(chǔ)物質(zhì)2確定了生物遺傳

5、的物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA現(xiàn)代分子生物學(xué)的建立和發(fā)展階段(20世紀(jì)50年代初到70年代初):這一階段以1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型作為現(xiàn)代分子生物學(xué)誕生的里程碑開創(chuàng)了分子遺傳學(xué)基本理論建立和發(fā)展的黃金時(shí)代。在此期間的主要進(jìn)展包括：遺傳信息傳遞中心法則的建立對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)的意義：確立了核酸作為信息分子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；提出了堿基配對(duì)是核酸復(fù)制、遺傳信息傳遞的基本方式；從而最后確定了核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，為認(rèn)識(shí)核酸與蛋白質(zhì)的關(guān)系及其在生命中的作用打下了最重要的基礎(chǔ)。Crick于1954年所提出的中心法則(CentralDogma)：初步認(rèn)識(shí)生命本質(zhì)

6、并開始改造生命的深入發(fā)展階段(20世紀(jì)70年代后至今)基因工程技術(shù)的出現(xiàn)作為標(biāo)志。其間的重大成就包括：重組DNA技術(shù)的建立和發(fā)展基因組研究的發(fā)展單克隆抗體及基因工程抗體的建立和發(fā)展基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理研究成為新的前沿領(lǐng)域第三節(jié)分子生物學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容一DNA重組技術(shù)(recombinantDNAtechnology)定義：又稱為基因工程，根據(jù)分子生物學(xué)和遺傳學(xué)的原理，將一種生物的遺傳物質(zhì)DNA轉(zhuǎn)移到另一生物體中，使后者獲得新的遺傳性狀或表達(dá)出所需要的產(chǎn)物。DNA重組技術(shù)的應(yīng)用：利用微生物基因工程生產(chǎn)重組基因工程藥物、轉(zhuǎn)基因植物和動(dòng)物體細(xì)胞克隆、基因表達(dá)與調(diào)控的基礎(chǔ)研究。二生物大分子

7、的結(jié)構(gòu)功能研究三基因組、功能基因組與生物信息學(xué)的研究基因組、蛋白質(zhì)組與生物信息學(xué)基因組(Genome):細(xì)胞或生物體一條完整單體的全部染色體遺傳物質(zhì)的總和。人類基因組計(jì)劃(HumanGenomeProject,HGP)：測(cè)定出人基因組全部DNA3109鹼基對(duì)的序列、確定人類約5-10萬(wàn)個(gè)基因的一級(jí)結(jié)構(gòu)。基因組、蛋白質(zhì)組與生物信息學(xué)蛋白組計(jì)劃(Proteomeproject):又稱為后基因組計(jì)劃或功能基因組計(jì)劃，用于揭示并闡明細(xì)胞、組織乃至整個(gè)生物個(gè)體全部蛋白質(zhì)及其功能。生物信息學(xué)(Bioinformatics):是在生命科學(xué)的研究中，以計(jì)算機(jī)為工具對(duì)生物信息進(jìn)行儲(chǔ)存、檢索和分析的科學(xué)。四基因表

8、達(dá)調(diào)控研究第二章染色體與DNA本章內(nèi)容1. 染色體2. DNA的結(jié)構(gòu)3. DNA的復(fù)制4. 原核生物和真核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)5. DNA的修復(fù)6. DNA的轉(zhuǎn)座第一節(jié)染色體(chromosome)概念：染色體(chromosome):原指真核生物細(xì)胞分裂中期具有一定形態(tài)特征的染色質(zhì)?，F(xiàn)在這一概念已擴(kuò)大為包括原核生物及細(xì)胞器在內(nèi)的基因載體的總稱。染色質(zhì)(chromatin)：由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，在分裂間期染色體結(jié)構(gòu)疏松，稱為染色質(zhì)。其實(shí)染色質(zhì)與染色體只是同一物質(zhì)在不同細(xì)胞周期的表現(xiàn)。常染色質(zhì)(euchromatin)：是進(jìn)行活躍轉(zhuǎn)錄的部位，呈疏松的環(huán)狀，電鏡下表現(xiàn)為淺染，易被核酸酶在一些敏感的

9、位點(diǎn)(hypersensitivesites)降解。異染色質(zhì)(heterochromatin):在間期核中處于凝縮狀態(tài)，無(wú)轉(zhuǎn)錄活性，也叫非活動(dòng)染色質(zhì)(inactivechromatin)，是遺傳惰性區(qū)。在細(xì)胞周期中表現(xiàn)為晚復(fù)制，早凝縮，即異固縮現(xiàn)象(heteropycnosis)。原核細(xì)胞與真核細(xì)胞特征分析染色體特性：分子結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定能夠自我復(fù)制，使親、子代之間保持連續(xù)性能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，從而控制整個(gè)生命過程能夠產(chǎn)生可遺傳的變異真核細(xì)胞染色體的組成DNA30%-40%組蛋白(histone)30%-40%非組蛋白(NHP)變化很大少量RNA染色體中的蛋白質(zhì)組蛋白(histone)：一類小的

10、帶有豐富正電荷(富含Lys、Arg)的核蛋白，與DNA有高親和力。組蛋白是染色體的結(jié)構(gòu)蛋白，它與DNA組成核小體。組蛋白分為H1、H2A、H2B、H3及H4。非組蛋白(non-histoneprotein)：是染色體上與特異DNA序列結(jié)合的蛋白質(zhì)，所以又稱為序列特異性DNA結(jié)合蛋白。組蛋白具有如下特性：1、進(jìn)化上的極端保守性。2、無(wú)組織特異性。3、肽鏈上氨基酸分布的不對(duì)稱性。4、組蛋白的修飾作用。5、富含賴氨酸的組蛋白H5。非組蛋白：非組蛋白大約占組蛋白總量的6070%，種類很多。(1)HMG蛋白(highmobilitygroupprotein)，能與DNA結(jié)合(不牢固)，也能與H1作用,或

11、與DNA超螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)。( 2) DNA結(jié)合蛋白：可能是一些與DNA的復(fù)制或轉(zhuǎn)錄有關(guān)的酶或調(diào)節(jié)物質(zhì)。( 3) A24非組蛋白：與H2A差不多，位于核小體內(nèi)，功能不祥。非組蛋白的一般特性：1 .非組蛋白的多樣性；非組蛋白的量大約是組蛋白的60%70%,但它的種類卻很多，約在20-100種之間，其中常見的有15-20種。2 .非組蛋白的組織專一性和種屬專一性。DNAC值：通常指一種生物單倍體基因組DNA的總量。C值反?，F(xiàn)象：真核細(xì)胞基因組的最大特點(diǎn)是它含有大量的重復(fù)序列，而且功能DNA序列大多被不編碼蛋白質(zhì)的非功能DNA所隔開，這就是著名的“C值反?，F(xiàn)象”。染色體中的DNA根據(jù)DNA的動(dòng)力學(xué)研究，

12、真核細(xì)胞DNA可分為：高度重復(fù)序列：幾百-幾萬(wàn)copy。如：衛(wèi)星DNA和微衛(wèi)星DNA。中度重復(fù)序列：10幾百copy。如：各種rDNA、tDNA及組蛋白基因。低度重復(fù)序列：2-10copy。如：血紅蛋白。單拷貝序列：大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因和基因間間隔序列。只有一個(gè)拷貝。如：蛋清蛋白。染色體折疊DNA核小體螺線管圓筒超螺旋(1)核小體染色質(zhì)纖維細(xì)絲是許多核小體連成的念珠狀結(jié)構(gòu)。核小體(nucleosome)：DNA繞在組蛋白八聚體(H2A、H2B、H3、H4各一對(duì))核心外1.8周(146bp),形成核小體核心顆粒。(2)螺線管10nm的染色質(zhì)細(xì)絲盤繞成螺旋管狀的30nm纖維粗絲，通稱螺線管(

13、solenoid)。螺線管的每一螺旋包含6個(gè)核小體，其壓縮比為6。這種螺線管是分裂間期染色質(zhì)和分裂中期染色體的基本組分。(3)上述螺線管可進(jìn)一步壓縮形成超螺旋。由30nm螺線管纏繞而成一細(xì)長(zhǎng)、中空的圓筒，直徑為4000nm,壓縮比是40。(4)超螺旋進(jìn)一步壓縮1/5便成為染色體單體，總壓縮比是7X6X40X5,將近一萬(wàn)倍。原核生物基因組特點(diǎn)：1 、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練2、存在轉(zhuǎn)錄單元多順反子mRNA3、有重疊基因Sanger1977在Nature上發(fā)表了X174DNA的全部核苷酸序列，正式發(fā)現(xiàn)了重疊基因。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)所謂DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)，就是指4種核苷酸的連接及其排列順序，表示了

14、該DNA分子的化學(xué)構(gòu)成?；咎攸c(diǎn) DNA分子是由兩條互相平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈盤繞而成的。 DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架，堿基排列在內(nèi)側(cè)。兩條鏈上的堿基通過氫鍵相結(jié)合，形成堿基對(duì)，它的組成有一定的規(guī)律。這就是嘌呤與嘧啶配對(duì)，而且腺嘌呤(A)只能與胸腺嘧啶(T)配對(duì)，鳥嘌呤(G)只能與胞嘧啶(C)配對(duì)。2、 DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所生成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。通常情況下，DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)分兩大類：一類是右手螺旋，如A-DNA和B-DNA；另一類是左手螺旋，即Z-DNA。3、 DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是指DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤繞

15、所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。超螺旋結(jié)構(gòu)是DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式，可分為正超螺旋與負(fù)超螺旋兩大類。DNA分子的超螺旋化可以用一個(gè)數(shù)學(xué)公式來表示：L=T+W其中L為連接數(shù)(linkingnumber)，是指環(huán)形DNA分子兩條鏈間交叉的次數(shù)。只要不發(fā)生鏈的斷裂，L是個(gè)常量。T為雙螺旋的盤繞數(shù)(twistingnumber)，W為超螺旋數(shù)(writhingnumber)，它們是變量。2 3DNA的復(fù)制2.1.1 DNA的半保留復(fù)制機(jī)理2.1.2 復(fù)制的起點(diǎn)、方向和速度2.1.3 復(fù)制的幾種主要方式一、DNA的復(fù)制1、DNA的半保留復(fù)制每個(gè)子代分子的一條鏈來自親代DNA，另一條鏈則是新合成的，所以這種復(fù)制方

16、式被稱為DNA的半保留復(fù)制(semiconservativereplication)。DNA的這種半保留復(fù)制保證了DNA在代謝上的穩(wěn)定性。2、復(fù)制的起點(diǎn)與方向一般把生物體的復(fù)制單位稱為復(fù)制子(replicon)。一個(gè)復(fù)制子只含一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。多復(fù)制子：DNA復(fù)制時(shí)，原核生物一般只有一個(gè)起始位點(diǎn)，而真核生物則有多個(gè)起始位點(diǎn)，因而在復(fù)制時(shí)呈現(xiàn)多復(fù)制泡，也稱為多復(fù)制子。DNA的復(fù)制主要是從固定的起始點(diǎn)以雙向等速?gòu)?fù)制方式進(jìn)行的(圖2-18)。復(fù)制叉以DNA分子上某一特定順序?yàn)槠瘘c(diǎn)，向兩個(gè)方向等速生長(zhǎng)前進(jìn)。拓?fù)洚悩?gòu)酶I：拓?fù)洚悩?gòu)酶I解開負(fù)超螺旋，并與解鏈酶共同作用，在復(fù)制起點(diǎn)處解開雙鏈。參與解鏈的除一組解

17、鏈酶外，還有Dna蛋白等。DNA解鏈酶(DNAhelicase)：DNA解鏈酶能通過水解ATP獲得能量來解開雙鏈DNA。單鏈結(jié)合蛋白(SSB蛋白)：SSB蛋白的作用是保證被解鏈酶解開的單鏈在復(fù)制完成前能保持單鏈結(jié)構(gòu)，它以四聚體形式存在于復(fù)制叉處，待單鏈復(fù)制后才掉下，重新循環(huán)。所以，SSB蛋白只保持單鏈的存在，并不能起解鏈的作用。3、 DNA的半不連續(xù)復(fù)制與岡崎片段DNA復(fù)制時(shí)，短時(shí)間內(nèi)合成的約1000個(gè)核苷酸左右的小片段，稱之為岡崎片段(Okazakifragment)DNA復(fù)制過程中至少有一條鏈?zhǔn)紫群铣奢^短的片段，然后再由連接酶連成大分子DNA。現(xiàn)在已知一般原核生物的岡崎片段要長(zhǎng)些，真核生物

18、中的要短些。進(jìn)一步研究還證明，這種前導(dǎo)鏈的連續(xù)復(fù)制和滯后鏈的不連續(xù)復(fù)制在生物界是有普遍性的，因而稱之為雙螺旋的半不連續(xù)復(fù)制。DNA鏈的延伸：DNA復(fù)制體(replisome):在復(fù)制叉附近，形成了以兩套DNA聚合酶出全酶分子、引發(fā)體和解鏈酶構(gòu)成的類似核糖體大小的復(fù)合體，稱為DNA復(fù)制體。4、滯后鏈的引發(fā)DNA復(fù)制時(shí)，往往先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物，再由DNA聚合酶從RNA引物3'端開始合成新的DNA鏈。滯后鏈的引發(fā)過程往往由引發(fā)體(primosome)來完成。引發(fā)體由6種蛋白質(zhì)n、n'、n"、DnaB、C和I共同組成，只有當(dāng)引發(fā)前體(prepri

19、mosome)把這6種蛋白質(zhì)合在一起并與引發(fā)酶(primase)進(jìn)一步組裝后形成引發(fā)體，才能發(fā)揮其功效。5、鏈的終止當(dāng)復(fù)制叉前移，遇到20bp重復(fù)性終止子序列(Ter)時(shí)，Ter-Tus復(fù)合物能阻擋復(fù)制叉的繼續(xù)前移，等到相反方向的復(fù)制叉到達(dá)后在DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶IV的作用下使復(fù)制叉解體，釋放子鏈DNA。6、復(fù)制的幾種方式(1)環(huán)狀DNA雙鏈的復(fù)制：環(huán)狀雙鏈DNA的復(fù)制可分為0型、滾環(huán)型和D-環(huán)型幾種類型。(a) 0型復(fù)制的起始點(diǎn)涉及到DNA雙鏈的解旋和松開，形成兩個(gè)方向相反的復(fù)制叉。前導(dǎo)鏈DNA開始復(fù)制前，復(fù)制原點(diǎn)的核酸序列被轉(zhuǎn)錄生成短RNA鏈，作為起始DNA復(fù)制的引物。(b) 滾環(huán)型(roll

20、ingcircle)這是單向復(fù)制的特殊方式。如X174的雙鏈環(huán)狀DNA復(fù)制型(RF)就是以這種方式復(fù)制的。DNA的合成由對(duì)正鏈原點(diǎn)的專一性切割開始，所形成的自由5端被從雙鏈環(huán)中置換出來并為單鏈DNA結(jié)合蛋白所覆蓋，使其3OH端在DNA聚合酶的作用下不斷延伸。在這個(gè)過程中，單鏈尾巴的延伸與雙鏈DNA的繞軸旋轉(zhuǎn)同步。(c) D-環(huán)型(D-loop)這也是一種單向復(fù)制的特殊方式。這種方式首先在動(dòng)物線粒體DNA的復(fù)制中被發(fā)現(xiàn)。雙鏈環(huán)在固定點(diǎn)解開進(jìn)行復(fù)制。但兩條鏈的合成是高度不對(duì)稱的，一條鏈上迅速合成出互補(bǔ)鏈，另一條鏈則成為游離的單鏈環(huán)(即D-環(huán))。(2)線性DNA雙鏈的復(fù)制線性DNA復(fù)制中RNA引物被

21、切除后，留下5'端部分單鏈DNA，不能為DNA聚合酶所作用，使子鏈短于母鏈。T4和T7噬菌體DNA通過其末端的簡(jiǎn)并性使不同鏈的3'端因互補(bǔ)而結(jié)合，其缺口被聚合酶作用填滿，再經(jīng)DNA連接酶作用生成二聯(lián)體。這個(gè)過程可重復(fù)進(jìn)行直到生成原長(zhǎng)20多倍的多聯(lián)體，并由噬菌體DNA編碼的核酸酶特異切割形成單位長(zhǎng)度的DNA分子。二、原核和真核生物DNA的復(fù)制特點(diǎn)1、原核生物DNA的復(fù)制特點(diǎn)大腸桿菌DNA聚合酶I、II和III的性質(zhì)比較原核生物的DNA聚合酶DNA聚合酶I:有3'-5'外切酶活性和5'f3'外切酶活性。保證DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性。DNA聚合酶H:活性低，

22、其3'f5'核酸外切酶活性可起校正作用。主要起修復(fù)DNA的作用。DNA聚合酶出：7種亞單位9個(gè)亞基。只具3'-5'外切酶活性，主導(dǎo)聚合酶。Klenowfragment：用枯草桿菌蛋白酶處理大腸桿菌DNA聚合酶，獲得兩個(gè)片段，大片段分子量76000U，稱為Klenow片段。它保留著聚合酶和3'-5'外切酶的活性，廣泛使用于DNA序列分析中。三、真核生物DNA的復(fù)制特點(diǎn)真核生物DNA復(fù)制的起始需要起始原點(diǎn)識(shí)別復(fù)合物（ORC）參與。真核生物DNA復(fù)制叉的移動(dòng)速度大約只有50bp秒，還不到大腸桿菌的120。真核生物的染色體在全部完成復(fù)制之前，各個(gè)起始點(diǎn)上

23、DNA的復(fù)制不能再開始。真核生物DNA聚合酶的特性比較2.4.3DNA復(fù)制的調(diào)控原核細(xì)胞DNA的復(fù)制調(diào)控：復(fù)制叉的多少?zèng)Q定了復(fù)制頻率的高低。真核細(xì)胞DNA的復(fù)制調(diào)控：1 .細(xì)胞生活周期水平調(diào)控2 .染色體水平調(diào)控3 .復(fù)制子水平調(diào)控真核和原核生物DNA復(fù)制的比較相同：1 .半保留復(fù)制2 .都有引發(fā)、延長(zhǎng)、終止三個(gè)階段3 .都必須有相應(yīng)功能的蛋白質(zhì)和DNA聚合酶參與區(qū)別：1 .真：多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)；原：一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)2 .真：所有復(fù)制受一種調(diào)控；原：一個(gè)復(fù)制子上有多個(gè)復(fù)制叉2.5 DNA的修復(fù)DNA修復(fù)系統(tǒng)錯(cuò)配修復(fù)堿基切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)功能恢復(fù)錯(cuò)配切除突變的堿基修復(fù)被破壞的DNADNA直接修復(fù)

24、修復(fù)嘧啶二體或甲基化DNA2.6 DNA的轉(zhuǎn)座2.6.1 轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征2.6.2 轉(zhuǎn)座作用的機(jī)制2.6.3 轉(zhuǎn)座作用的遺傳學(xué)效應(yīng)2.6.4 真核生物中的轉(zhuǎn)座子移動(dòng)基因（Movablegene）：又稱為轉(zhuǎn)位因子（Transposableelements），是存在于染色體DNA上可自主復(fù)制和位移的基本單位。由于它可以從染色體基因組上的一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一位置，甚至在不同染色體之間躍遷，因此有時(shí)也稱為跳躍基因（Jumpinggene）。原核生物的轉(zhuǎn)座因子可分為：插入序列（insertionsequence,IS）：最簡(jiǎn)單的不含有任何宿主基因的轉(zhuǎn)位因子。片段長(zhǎng)度7002500bp。復(fù)合轉(zhuǎn)座子（

25、transposon,Tn）：是一類攜帶某些與轉(zhuǎn)座無(wú)關(guān)的抗性基因（或其它宿主基因）的轉(zhuǎn)座子。分子量2000bp。轉(zhuǎn)座噬菌體（Mu,D108）：具有轉(zhuǎn)座功能的一類可引起突變的溶源性噬菌體。插入序列的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1 .在IS兩端含有長(zhǎng)度為1040bp反向重疊序列2 .含有一個(gè)編碼轉(zhuǎn)座酶的長(zhǎng)編碼區(qū)。3 .插入時(shí)在DNA位點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)短的（39bp）正向重復(fù)序列。復(fù)合轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1 .兩翼為兩個(gè)相同或相似的IS序列。2 .中部為某種抗性基因。3 .IS序列一般不能單獨(dú)移動(dòng)。Conclusiona） 轉(zhuǎn)座過程是由Donor提供Tncopy到targetsite，涉及酶切、復(fù)制、重組的遺傳學(xué)過程。b）

26、轉(zhuǎn)座完成后，在Tn的兩端出現(xiàn)targetsite序列的正向重復(fù)，其長(zhǎng)度取決于staggeredcutting的長(zhǎng)度。c） 轉(zhuǎn)座因子的IR序列是轉(zhuǎn)座酶的重要識(shí)別位點(diǎn)，與轉(zhuǎn)座，切除有關(guān)d） Cointegrater是轉(zhuǎn)座過程的中間體（具有兩個(gè)Tn和兩個(gè)replicon）,其穩(wěn)定性依Tn不同而異，或resolution完成轉(zhuǎn)座過程.e） Cointegrater可能導(dǎo)致Tn和抗性的積累。轉(zhuǎn)座作用的遺傳學(xué)效應(yīng)1. 誘變效應(yīng)（提高重組頻率、形成易變基因）2. 切除效應(yīng)（倒位、缺失、重復(fù)、footprinting）3. 雙轉(zhuǎn)座效應(yīng)（外顯子改組exonshuffling）4. 位置效應(yīng)（啟動(dòng)表達(dá)、增強(qiáng)表達(dá)）

27、5. 轉(zhuǎn)座爆炸（激活表達(dá)、基因內(nèi)重排突變基因形成）轉(zhuǎn)位作用的機(jī)制：靶序列的復(fù)制。轉(zhuǎn)位作用的遺傳學(xué)效應(yīng)：引起插入突變；產(chǎn)生新基因；產(chǎn)生染色體畸變；引起生物進(jìn)化。轉(zhuǎn)座因子的應(yīng)用：利用轉(zhuǎn)座子分離、克隆基因；利用Tn進(jìn)行基因定位；作為基因轉(zhuǎn)移載體。真核生物中的轉(zhuǎn)座子1、玉米中的控制因子自主性因子：具有自主剪接和轉(zhuǎn)座的功能；非自主性因子：?jiǎn)为?dú)存在時(shí)是穩(wěn)定的，不能轉(zhuǎn)座，當(dāng)基因組中存在與非自主性因子同家族的自主性因子時(shí)，它才具備轉(zhuǎn)座功能，成為與自主性因子相同的轉(zhuǎn)座子。AcDs體系、Spm,En轉(zhuǎn)座子。2、果蠅中的車t座子Copia類、P轉(zhuǎn)座子等。本章重點(diǎn)染色體及DNA結(jié)構(gòu)DNA復(fù)制習(xí)題1 .DNA以半保留方

28、式進(jìn)行復(fù)制，若一完全被標(biāo)記的DNA分子,置于無(wú)放射標(biāo)記的溶液中復(fù)制兩代，所產(chǎn)生的4個(gè)DNA分子中放射性狀況如何A.兩個(gè)分子有放射性，兩個(gè)分子無(wú)放射性B.均有放射性C.兩條鏈中的半條具有放射性D.兩條鏈中的一條具有放射性E.均無(wú)放射性2 .DNA復(fù)制時(shí)哪種酶不需要A.DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶B.DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶C.連接酶D.RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶E.拓?fù)洚悩?gòu)酶3 .原核生物的DNA聚合酶A.DNA聚合酶I有7種、9個(gè)亞單位B.DNA聚合酶H有最強(qiáng)的外切核酸酶的活性C.DNA聚合酶出是真正的起復(fù)制作用的酶D.催化過程產(chǎn)生的焦磷酸是主要底物E.用4種脫氧核昔作底物生物信息的傳遞(上)一從D

29、NA到RNA基因表達(dá)：是基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯、產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的整個(gè)過程。轉(zhuǎn)錄(transcription):以DNA為模板，按照堿基互補(bǔ)原則合成一條單鏈RNA,從而將DNA中的遺傳信息轉(zhuǎn)移到RNA中去的過程稱為轉(zhuǎn)錄。編碼鏈(codingstrand尸有意義鏈模板鏈(templatestrand尸反義鏈不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription):轉(zhuǎn)錄僅發(fā)生在DNA的一條鏈上。啟動(dòng)子(promoter)：是DNA轉(zhuǎn)錄起始信號(hào)的一段序列，它能指導(dǎo)全酶與模板正確的結(jié)合，并活化酶使之具有起始特異性轉(zhuǎn)錄形式。終止子(terminator):轉(zhuǎn)錄終止的信號(hào)，其作用是在DNA模板特異位

30、置處終止RNA的合成。轉(zhuǎn)錄單位：DNA鏈上從啟動(dòng)子直到終止子為止的長(zhǎng)度稱為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。3.1 RNA的轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的基本過程都包括：模板識(shí)別、轉(zhuǎn)錄起始、通過啟動(dòng)子及轉(zhuǎn)錄的延伸和終止。1、模板識(shí)別階段主要指RNA聚合酶與啟動(dòng)子DNA雙鏈相互作用并與之相結(jié)合的過程。轉(zhuǎn)錄起始前，啟動(dòng)子附近的DNA雙鏈分開形成轉(zhuǎn)錄泡以促使底物核糖核甘酸與模板DNA的堿基配對(duì)。2、轉(zhuǎn)錄起始就是RNA鏈上第一個(gè)核甘酸鍵的產(chǎn)生。3、轉(zhuǎn)錄起始后直到形成9個(gè)核甘酸短鏈?zhǔn)峭ㄟ^啟動(dòng)子階段，通過啟動(dòng)子的時(shí)間越短，該基因轉(zhuǎn)錄起始的頻率越高。4、RNA聚合酶離開啟動(dòng)子，沿DNA鏈移動(dòng)并使新生RNA鏈不斷伸長(zhǎng)的過程就是轉(zhuǎn)錄的延伸。5、當(dāng)RN

31、A鏈延伸到轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)時(shí)，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯鍵，RNA-DNA雜合物分離，這就是轉(zhuǎn)錄的終止。3.1.1 轉(zhuǎn)錄的基本過程RNA合成的基本特點(diǎn)：1 .底物是：ATP、GTP、CTP、UTP2 .在聚合酶作用下形成磷酸酯鍵3 .RNA的堿基順序由DNA的順序決定4 .僅以一條DNA鏈作為模板5 .合成方向?yàn)?'一3'6 .合成中不需要引物3.1.2 轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分亞基基因相對(duì)分子量皿基數(shù)組分功能arpoA3.65X1042核心酶核心酶組裝，啟動(dòng)子識(shí)別rpoB1.51X1051核心酶3和3'共同形成RNA合成的活性中心B，rpoC1.55X5101核心酶?11

32、X1041核心酶*(TrpoD7.0X1041(T因子存在多種b因子，用于識(shí)別不同的啟動(dòng)子原核生物RNA聚合酶：1、RNA聚合酶：大多數(shù)原核生物RNA聚合酶的組成是相同的，大腸桿菌RNA聚合酶由2個(gè)a亞基、一個(gè)3亞基、一個(gè)3'亞基和一個(gè)3亞基組成，稱為核74心酶。加上一,個(gè)(T亞基后則成為聚合酶全酶(holoenzyme),相對(duì)分子質(zhì)量為4.65X105。研究發(fā)現(xiàn)，由3和3'亞基組成了聚合酶的催化中心，它們?cè)谛蛄猩吓c真核生物RNA聚合酶的兩個(gè)大亞基有同源性。3亞基能與模板DNA、新生RNA鏈及核甘酸底物相結(jié)合。d因子可以極大地提高RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)子區(qū)DNA序列的親和力，加入b

33、因子以后，RNA聚合酶全酶識(shí)別啟動(dòng)子序列的特異性總共提高了107倍。b因子的作用是負(fù)責(zé)模板鏈的選擇和轉(zhuǎn)錄的起始，轉(zhuǎn)錄的起始從化學(xué)過程來看是單個(gè)核甘酸與開鏈啟動(dòng)子-酶復(fù)合物相結(jié)合構(gòu)成新生RNA的5'端，再以磷酸二酯鍵的形式與第二個(gè)核甘酸相結(jié)合，起始的終止反映在b因子的釋放。過去認(rèn)為二核甘酸的形成就是轉(zhuǎn)錄起始的終止，實(shí)際上，只有當(dāng)新生RNA鏈達(dá)到6-9個(gè)核甘酸時(shí)才能形成穩(wěn)定的酶-DNA-RNA三元復(fù)合物，才釋放b因子，轉(zhuǎn)錄進(jìn)入延伸期。真核生物RNA聚合酶真核生物中共有3類RNA聚合酶。真核生物RNA聚合酶一般有8-14個(gè)亞基所組成，相對(duì)分子質(zhì)量超過5X105。除了細(xì)胞核中的RNA聚合酶之外

34、，真核生物線粒體和葉綠體中還存在著不同的RNA聚合酶。線粒體RNA聚合酶只有一條多肽鏈，相分子質(zhì)量小于7X104,是已知最小的RNA聚合酶之一，與T7噬菌體RNA聚合酶有同源性。葉綠體RNA聚合酶比較大，結(jié)構(gòu)上與細(xì)菌中的聚合酶相似，由多個(gè)亞基組成，部分亞基由葉綠體基因組編碼。線粒體和葉綠體RNA聚合酶活性不受a-鵝膏覃堿所抑制。常用的轉(zhuǎn)錄抑制劑及其作用：抑制劑靶酶抑制作用利福霉素細(xì)菌的全酶與3亞基結(jié)合，阻止起始鏈莓溶菌素細(xì)菌的核心酶與3業(yè)基結(jié)合，阻止延長(zhǎng)放線苗素D真核RNA聚合酶I與DNA結(jié)合，并阻止延長(zhǎng)a-鵝膏蕈堿真核RNA聚合酶n與RNA聚合酶n結(jié)合，起始復(fù)合物的形成轉(zhuǎn)錄可被分為4個(gè)階段，

35、即啟動(dòng)子的選擇、轉(zhuǎn)錄起始、RNA鏈的延伸和終止。原核生物中：?jiǎn)?dòng)子選擇階段包括RNA聚合酶全酶對(duì)啟動(dòng)子的識(shí)別，聚合酶與啟動(dòng)子可逆性結(jié)合形成封閉復(fù)合物(closedcomplex)。真核生物RNA聚合酶n所形成的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物：除了RNA聚合酶之外，真核生物轉(zhuǎn)錄起始過程中至少還需要7種輔助因子參與。一般情況下，該復(fù)合物可以進(jìn)入兩條不同的反應(yīng)途徑，一是合成并釋放2-9個(gè)核甘酸的短RNA轉(zhuǎn)錄物，即所謂的流產(chǎn)式起始；二是盡快釋放b亞基，轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物通過上游啟動(dòng)子區(qū)并生成由核心酶、DNA和新生RNA所組成的轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物。RNA聚合酶的核心酶雖可合成RNA，但不能找到模板DNA上的起始位點(diǎn)。只有帶6因

36、子的全酶才能專一地與DNA的啟動(dòng)子結(jié)合，選擇其中一條鏈作為模板，合成均一的產(chǎn)物。6因子的作用只在起始，一旦轉(zhuǎn)錄開始，它就脫離了起始復(fù)合物，而由核心酶負(fù)責(zé)RNA鏈的延伸。因此，聚合酶全酶的作用是啟動(dòng)子的選擇和轉(zhuǎn)錄的起始，而核心酶的作用是鏈的延伸。真核生物RNAPolII的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物真核生物轉(zhuǎn)錄起始除RNA聚合酶外，至少還需要7種輔助因子參與，如TBP,TFIIA,TFIIB,TFIID,TFIIE,TFIIF和TFIIH。3.2 啟動(dòng)子與轉(zhuǎn)錄起始2、啟動(dòng)子與轉(zhuǎn)錄起始啟動(dòng)子是一段位于結(jié)構(gòu)基因5'端上游區(qū)的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之與范本DNA準(zhǔn)確地相結(jié)合并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性

37、。轉(zhuǎn)錄的起始是基因表達(dá)的關(guān)鍵階段，而這一階段的重要問題是RNA聚合酶與啟動(dòng)子的相互作用。3.2.1 啟動(dòng)子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄單元(transcriptionunit):是一段從啟動(dòng)子開始至終止子結(jié)束的DNA序列，RNA聚合酶從轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)開始沿著模板前進(jìn)，直到終止子為止，轉(zhuǎn)錄出一條RNA鏈。轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)是指與新生RNA鏈第一個(gè)核甘酸相對(duì)應(yīng)DNA鏈上的堿基，研究證實(shí)通常為一個(gè)喋吟。常把起點(diǎn)前面，即5'末端的序列稱為上游(upstream),而把其后面即3'末端的序列稱為下游(downstream)。在啟動(dòng)子區(qū)內(nèi)有一個(gè)由5個(gè)核甘酸組成的共同序列，是RNA聚合酶的緊密結(jié)合點(diǎn)，現(xiàn)稱為Pribno

38、w區(qū)(Pribnowbox),該區(qū)的中央約位于起點(diǎn)上游10bp處，故又稱-10區(qū)。絕大部分啟動(dòng)子都存在位于-10bp處的TATA區(qū)和-35bp處的TTGACA區(qū)。這兩段共同序列是RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合位點(diǎn)，能與b因子相互識(shí)別而具有很高的親和力。Pribnow區(qū)(Pribnowbox)這個(gè)區(qū)的中央大約位于起點(diǎn)上游10bp處，所以又稱為-10區(qū)。TTGACA。這個(gè)區(qū)的中央大約位于起點(diǎn)上游35bp處，所以又稱為-35區(qū)。-10位的TATA區(qū)和-35位的TTGACA區(qū)是RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合位點(diǎn)，能與b因子相互識(shí)別而具有很高的親和力。在真核生物基因中，Hogness等先在珠蛋白基因中發(fā)現(xiàn)了類似

39、Pribnow區(qū)的Hogness區(qū)(Hognessbox),這是位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-25-30bp處的共同序列TATAAA,也稱為TATA區(qū)(圖3-7)。另外，在起始位點(diǎn)上游-70-78bp處還有另一段共同序列CCAAT,這是與原核生物中-35bp區(qū)相對(duì)應(yīng)的序列，稱為CAAT區(qū)(CAATbox)。在-70-80區(qū)含有CCAAT序歹U(CAATbox),在-80-110含有GCCACACCC或GGGCGGG序歹U(GCbox)。3.2.2 啟動(dòng)子區(qū)的識(shí)別氫鍵互補(bǔ)學(xué)說：RNA聚合酶并不直接識(shí)別堿基對(duì)本身，而是通過氫鍵互補(bǔ)的方式加以識(shí)別。這種氫鍵互補(bǔ)學(xué)說較為圓滿地解釋了啟動(dòng)子功能既受DNA序列影響，

40、又受其構(gòu)象影響這一事實(shí)。3.2.3 酶與啟動(dòng)子區(qū)的結(jié)合在RNA聚合酶與啟動(dòng)子相互作用的過程中，聚合酶首先與啟動(dòng)子區(qū)閉合雙鏈DNA相結(jié)合，形成二元閉合復(fù)合物，然后經(jīng)過解鏈得到二元開鏈復(fù)合物。DNA開鏈?zhǔn)前凑誅NA模板序列正確引入核甘酸底物的必要條件。RNA聚合酶既是雙鏈DNA結(jié)合蛋白，又是單鏈DNA結(jié)合蛋白。3.2.4 -10區(qū)和-35區(qū)的最佳間距在原核生物中，-35區(qū)與-10區(qū)之間的距離大約是1679bp,小于15bp或大于20bp者B會(huì)降低啟動(dòng)子的活性。在細(xì)菌中常見兩種啟動(dòng)子突變，一種叫下降突變(downmutation),如果把Pribnow區(qū)從TATAAT變成AATAAT就會(huì)大大降低其結(jié)

41、構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄水平；另一類突變叫上升突變(upmutation),即增加Pribnow區(qū)共同序列的同一性。3.2.5 增強(qiáng)子及其功能能強(qiáng)化轉(zhuǎn)錄起始的序列為增強(qiáng)子或強(qiáng)化子(enhancer)。增強(qiáng)子很可能通過影響染色質(zhì)DNA-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)或改變超螺旋的密度而改變模板的整體結(jié)構(gòu)，從而使得RNA聚合酶更容易與范本DNA相結(jié)合，起始基因轉(zhuǎn)錄。增強(qiáng)子與啟動(dòng)子的區(qū)別：1 .增強(qiáng)子對(duì)于啟動(dòng)子的位置不固定，而能有很大的變動(dòng)；2 .它能在兩個(gè)方向產(chǎn)生作用。一個(gè)增強(qiáng)子并不限于促進(jìn)某一特殊啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄，它能刺激在它附近的任一啟動(dòng)子。3.2.6真核生物啟動(dòng)子對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響習(xí)慣上，將TATA區(qū)上游的保守序列稱為上游啟動(dòng)子元件

42、（upstreampromoterelement，UPE）或稱上游激活序列（upstreamactivatingsequence，UAS）。在真核生物基因中，Hogness等先在珠蛋白基因中發(fā)現(xiàn)了類似Pribnow區(qū)的Hogness區(qū)（Hognessbox）,這是位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-25-30bp處的共同序列TATAAA,也稱為TATA區(qū)。另外，在起始位點(diǎn)上游-70-78bp處還有另一段共同序列CCAAT,這是與原核生物中-35bp區(qū)相對(duì)應(yīng)的序列，稱為CAAT區(qū)（CAATbox）。在-70-80區(qū)含有CCAAT序列（CAATbox）,在-80-110含有GCCACACCC或GGGCGGG序歹U

43、（GCbox）。TATA區(qū)的主要作用是使轉(zhuǎn)錄精確地起始；CAAT區(qū)和GC區(qū)主要控制轉(zhuǎn)錄起始頻率，基本不參與起始位點(diǎn)的確定。轉(zhuǎn)錄實(shí)際上是RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子和啟動(dòng)子區(qū)各種調(diào)控元件相互作用的結(jié)果。轉(zhuǎn)錄的終止RNA聚合酶起始基因轉(zhuǎn)錄后，它就會(huì)沿著范本5'-3'方向不停地移動(dòng)，合成RNA鏈，直到碰上終止信號(hào)時(shí)才與模板DNA相脫離并釋放新生RNA鏈。終止發(fā)生時(shí)，所有參與形成RNA-DNA雜合體的氫鍵都必須被破壞，范本DNA鏈才能與有意義鏈重新組合成DNA雙鏈。3.4終止和抗終止不依賴于p因子的終止終止位點(diǎn)上游一般存在一個(gè)富含GC堿基的二重對(duì)稱區(qū)，由這段DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA容易形成

44、發(fā)卡式結(jié)構(gòu)。在終止位點(diǎn)前面有一段由4-8個(gè)A組成的序列，所以轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的3端為寡聚U，這種結(jié)構(gòu)特征的存在決定了轉(zhuǎn)錄的終止。終止效率與二重對(duì)稱序列和寡聚U的長(zhǎng)短有關(guān)，隨著發(fā)卡式結(jié)構(gòu)（至少6bp）和寡聚U序列（至少4個(gè)U）長(zhǎng)度的增加，終止效率逐步提高。依賴于p因子的終止P因子是一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量為2.0X105的六聚體蛋白，它能水解各種核苷酸三磷酸，實(shí)際上是一種NTP酶，它通過催化NTP的水解促使新生RNA鏈從三元轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中解離出來，從而終止轉(zhuǎn)錄。3.4.3抗終止抗轉(zhuǎn)錄終止主要有兩種方式：1 .破壞終止位點(diǎn)RNA的莖環(huán)結(jié)構(gòu)2 .依賴于蛋白質(zhì)因子的轉(zhuǎn)錄抗終止3.3原核生物與真核生物mRNA的特征比較原

45、核生物mRNA的特征mRNA在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)占總RNA的2%左右（tRNA占16%，而rRNA則占80%以上）。原核生物中，mRNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯不僅發(fā)生在同一個(gè)細(xì)胞空間里，而且這兩個(gè)過程幾乎是同步進(jìn)行的，蛋白質(zhì)合成往往在mRNA剛開始轉(zhuǎn)錄時(shí)就被引發(fā)了。一個(gè)原核細(xì)胞的mRNA（包括病毒）有時(shí)可以編碼幾個(gè)多肽。3.3.1 原核生物mRNA的特征1 .原核生物mRNA的半衰期短2 .許多原核生物mRNA以多順反子的形式存在3 .原核生物mRNA的5端無(wú)帽子結(jié)構(gòu)，3端沒有或只有較短的poly（A）結(jié)構(gòu)4 .原核生物起始密碼子AUG上游7-12個(gè)核苷酸處有一被稱為SD序列（Shine-Dalgarnos

46、equence）的保守區(qū)，因?yàn)樵撔蛄信c16S-rRNA3端反向互補(bǔ)，所以被認(rèn)為在核糖體-mRNA的結(jié)合過程中起作用。只編碼一個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA稱為單順反子mRNA（monocistronicmRNA），把編碼多個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA稱為多順反子mRNA（polycistronicmRNA）。多順反子mRNA是一組相鄰或相互重迭基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，這樣的一組基因可被稱為一個(gè)操縱子（operon），是生物體內(nèi)的重要遺傳單位。如大腸桿菌乳糖操縱子轉(zhuǎn)錄成編碼3條多肽的多順反子mRNA,經(jīng)過翻譯生成3半乳糖昔酶、透過酶及乙?；D(zhuǎn)移酶。真核生物mRNA的特征前體RNA成熟mRNA“基因”的分子生物學(xué)定義是：產(chǎn)生一

47、條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列！3.3.2真核生物mRNA的特征1. 真核生物mRNA的5端存在“帽子”結(jié)構(gòu)：pppApNpNp。2. 絕大多數(shù)真核生物mRNA具有多聚（A）尾巴。帽子結(jié)構(gòu)帽子被扣在了mRNA的5端，并可能在幾個(gè)位置發(fā)生甲基化。mRNA5'端加“G”的反應(yīng)是由鳥甘酸轉(zhuǎn)移酶完成的。帽子甲基化作用帽子0：出現(xiàn)在所有真核生物中。尿苷酸一7一甲基轉(zhuǎn)移酶在G的7N位甲基化帽子1：除單細(xì)胞生物以外所有其他真核生物中都有的最主要的帽子。2一甲基一轉(zhuǎn)移酶第2個(gè)堿基的2OH位置上（實(shí)際上在任何修飾反應(yīng)進(jìn)行前，它是轉(zhuǎn)錄物中原來的第1個(gè)堿基）帽子2：甲基基團(tuán)可以添加到戴帽mRNA

48、的第3堿基上。這個(gè)反應(yīng)的底物是已經(jīng)具有兩個(gè)甲基基團(tuán)的帽子mRNA。2一甲基一轉(zhuǎn)移酶催化2OH位置上甲基化這種帽子通常低于戴帽群體總量的1015。二、mRNA的轉(zhuǎn)錄后修飾帽子1、 帽子的種類帽子0（Cap-0）m7GpppXpYp（共有）帽子1（Cap-1）m7GpppXmpYp第一個(gè)核苷酸的2 O位上產(chǎn)生甲基化（AN6位甲基化）帽子2（Cap-2）m7GpppXmpYm第二個(gè)核苷酸的2-O位上產(chǎn)生甲基化（A、G、C、U）其中:單細(xì)胞真核生物只有Cap0 Cap1是其余真核生物的主要帽子形式 Cap2存在于某些真核生物中2、 帽子結(jié)構(gòu)的生成 甲基供體都為S一腺昔甲硫氨酸（SAM） RNA鳥苷酸轉(zhuǎn)

49、移酶戴帽酶(cappingenzyme)3、 帽子結(jié)構(gòu)的功能1) 對(duì)翻譯起識(shí)別作用為核糖體識(shí)別RNA提供信號(hào)Cap0的全部都是識(shí)別的重要信號(hào)Cap1,2的甲基化能增進(jìn)識(shí)別2)增加mRNA穩(wěn)定性，使5端免遭外切核酸酶的攻擊3)與某些RNA病毒的正鏈合成有關(guān)(Cap1、Cap2)除帽子結(jié)構(gòu)外的Euk.mRNA內(nèi)部甲基化m6A形式PolyA尾巴3、 poly(A)的功能1) 可能與核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)2) 與mRNA的壽命有關(guān)3) 與翻譯有關(guān)a、 缺失可抑制體外翻譯的起始b、 胚胎發(fā)育中，poly(A)對(duì)其mRNA的翻譯有影響(非poly(A)化的為儲(chǔ)藏形式)c、 對(duì)含poly(A)的mRNA失去poly(

50、A)可減弱其翻譯4) poly(A)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中有很大應(yīng)用價(jià)值a.也可將oligo(dT)與載體相連，從總體RNA中分離純化mRNAb.用寡聚dT(oligo(dT)為引物，反轉(zhuǎn)錄合成cDNA若干基本概念基因表達(dá)的第一步以D.S.DNA中的一條單鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板，在依賴DNA的RNA聚合酶的作用下，按A=U,C=G配對(duì)的原則，合成RNA分子模板單鏈DNA的極性方向?yàn)?'-5',而非模板單鏈DNA的極性方向與RNA鏈相同，均為5'f3'。5) 5內(nèi)含子的剪接、編輯及化學(xué)修飾一、概述割裂基因(splitgene)：指編碼某一RNA的基因中有些序列并不出現(xiàn)在成熟

51、的RNA序列中，成熟RNA的序列在基因中被其他的序列隔開內(nèi)含子(intron)：原初轉(zhuǎn)錄物中經(jīng)RNA拼接反應(yīng)而被去除的RNA序列或基因中與這些RNA序列相應(yīng)的DNA序列外顯子(excon)：RNA拼接(RNAsplicing)：一個(gè)基因的外顯子和內(nèi)含子共同轉(zhuǎn)錄在一條轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中，將內(nèi)含子去除而把外顯子連接起來形成成熟RNA分子的過程。拼接點(diǎn)：5拼接點(diǎn)或左拼接點(diǎn)(內(nèi)含子上游)3拼接點(diǎn)或右拼接點(diǎn)(下游)3.5.1RNA中的內(nèi)含子真核生物mRNA前體的加工：1. 5端形成特殊的帽子結(jié)構(gòu)2. 在3端切斷并加上一個(gè)poly(A)的尾巴3. 通過剪接除去轉(zhuǎn)錄來的IVS(非翻譯區(qū))4. 鏈內(nèi)部核酸的甲基化內(nèi)含

52、子的分類中部核心結(jié)構(gòu)(centralcorestructure):在有些內(nèi)含子中，含有4個(gè)重復(fù)的保守序列，長(zhǎng)度為1020bp，4個(gè)保守序列構(gòu)成一種二級(jí)結(jié)構(gòu)，在拼接中起重要作用。由于并非所有的內(nèi)含子都有中部核心結(jié)構(gòu)，所以有了內(nèi)含子的分類I類(groupI):含有中部核心結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器基因核基因n類(groupn):不含有中部核心結(jié)構(gòu)細(xì)胞器線粒體基因內(nèi)核基因出類(groupm):具有GU-AG特征的邊界序列核基因mRNA前體RNA基因的內(nèi)元均位于tRNA的反密碼環(huán)上3、拼接方式方式一：由拼接裝置完成(核mRNA內(nèi)含子)可供識(shí)別的特異序列拼接裝置由多種蛋白質(zhì)和核蛋白組成方式二：自我拼接(兩類內(nèi)含子I、

53、n)形成特定的二級(jí)結(jié)構(gòu)RNA具有催化拼接的能力方式三：需要蛋白質(zhì)酶參與的拼接(酵母tRNA)前兩種拼接都屬于轉(zhuǎn)酯反應(yīng)3.5.2 RNA的剪接RNA的剪接實(shí)質(zhì)：就是要把斷裂基因的內(nèi)含子除去，連接外顯子。剪切方式：mRNA前體的剪接；自我剪接；蛋白質(zhì)剪接(tRNA)。剪接體(spliceosome):各種參與剪接的成分形成的一個(gè)體系。Ribozyme:有酶活性的RNA。拼接機(jī)制(Splicingmehanism)SnRNA(orScRNA)與拼接點(diǎn)序列間存在互補(bǔ)區(qū)域并參與剪接,形成拼接體(spliceosome)。Spliceosome逐級(jí)組裝，SnRNA(U1、U2、U5和U4U6)分步替代。U

54、1通過5拼接點(diǎn)互補(bǔ)而結(jié)合，U2識(shí)別并結(jié)合分支點(diǎn)A,U1和U2作用使內(nèi)元的5端和3端帶到一起(U1與3拼接點(diǎn)配對(duì))，U1、U2、mRNA與U4U5U6復(fù)合物形成一個(gè)完整的拼接體。3.5.3 RNA的編輯和化學(xué)修飾RNA的編輯：是在mRNA水平上改變遺傳信息的過程。種類：?jiǎn)螇A基突變；尿苷酸的缺失和添加化學(xué)修飾：甲基化；硫代；二價(jià)鍵的飽和化；去氨基化；堿基的同分異構(gòu)化；核苷酸的替代。習(xí)題1. 真核生物的TATA盒是:A.轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)B.翻譯的起始點(diǎn)C.RNA聚合酶與DNA模板穩(wěn)定結(jié)合處D.DNA聚合酶的活性中心E.DNA合成起始位點(diǎn)2 .關(guān)于RNA的敘述,錯(cuò)誤的是:A.主要有mRNA、tRNA、rRNA三大類B.胞質(zhì)中只有一種RNA,即mRNAC.最小的一種RNA是tRNAD.原核生物沒有hnRNAE.原核生物沒有snRNA3 .真核細(xì)胞中mRNA的加工修飾不包括:A.在mRNA3'末端加polyA尾B.mRNA的前體是核內(nèi)hnRNAC.在mRNA5'端形成7甲基鳥甘酸帽子結(jié)構(gòu)D.除去非結(jié)構(gòu)信息部分E.不同RNA片段之間的拼接4 .絕大多數(shù)真核生物mRNA5端有:A.帽式結(jié)構(gòu)B.polyAC.起始密碼子D.啟動(dòng)子E.SD序列5 .snRNA的功能是:BA.參與DNA復(fù)制B.參與RNA剪接C.激活