分子生物學 PPT學習教案

1、會計學1分子生物學分子生物學 第1頁/共35頁第2頁/共35頁n真核生物細胞中細胞核真核生物細胞中細胞核內(nèi)內(nèi)DNA和蛋白質(zhì)高度包和蛋白質(zhì)高度包裝的緊密復合體結(jié)構(gòu)。裝的緊密復合體結(jié)構(gòu)。n染色質(zhì)的低水平包裝：染色質(zhì)的低水平包裝：核小體和核小體和30nm螺旋管螺旋管纖維是分裂間期細胞核纖維是分裂間期細胞核染色質(zhì)形式。（松散）染色質(zhì)形式。（松散）n中期染色體是最高水平中期染色體是最高水平的壓縮。的壓縮。第3頁/共35頁n常染色質(zhì)，是指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程常染色質(zhì)，是指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度地處于伸展狀態(tài)，用堿性染料染色時著色淺的度地處于伸展狀態(tài)，用堿性染料染色時著色淺的那些染色質(zhì)。是基

2、因轉(zhuǎn)錄的必要條件，也就是說那些染色質(zhì)。是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件，也就是說不是常染色質(zhì)的所有基因都轉(zhuǎn)錄。不是常染色質(zhì)的所有基因都轉(zhuǎn)錄。n異染色質(zhì)，是指在間期細胞核中，仍然高度折疊異染色質(zhì)，是指在間期細胞核中，仍然高度折疊的、用堿性染料染色著色深的一部分染色質(zhì)。它的、用堿性染料染色著色深的一部分染色質(zhì)。它們不轉(zhuǎn)錄而且復制較晚。們不轉(zhuǎn)錄而且復制較晚。第4頁/共35頁n組成性異染色質(zhì)（組成性異染色質(zhì)（constitutive constitutive heterchromatatinheterchromatatin),),是指所有細胞中永久存在的異染色質(zhì)。其是指所有細胞中永久存在的異染色質(zhì)。其DNADNA

3、不含基因，不含基因，包括著絲粒、端粒等特定區(qū)域的包括著絲粒、端粒等特定區(qū)域的DNADNA。n兼性異染色質(zhì)（兼性異染色質(zhì)（facultative facultative heterchromatatinheterchromatatin), ), 是是指在某些細胞類型的一定階段出現(xiàn)的高度聚縮，喪失基指在某些細胞類型的一定階段出現(xiàn)的高度聚縮，喪失基因轉(zhuǎn)錄活性的因轉(zhuǎn)錄活性的DNADNA。一般胚胎細胞含量較少，而告獨特化。一般胚胎細胞含量較少，而告獨特化的細胞含量較多。這種兼性染色質(zhì)，實際上是基因組活的細胞含量較多。這種兼性染色質(zhì)，實際上是基因組活性調(diào)控的一種形式。性調(diào)控的一種形式。第5頁/共35頁n核

4、基質(zhì)核基質(zhì)(nuclear matrix),(nuclear matrix),細胞核內(nèi)除核膜、染色質(zhì)、核細胞核內(nèi)除核膜、染色質(zhì)、核仁和核孔外的骨架結(jié)構(gòu)。仁和核孔外的骨架結(jié)構(gòu)。第6頁/共35頁n常染色質(zhì)中附著于基質(zhì)上常染色質(zhì)中附著于基質(zhì)上的的DNADNA區(qū)域，富含區(qū)域，富含ATAT，稱，稱為基質(zhì)相關(guān)區(qū)域為基質(zhì)相關(guān)區(qū)域(matrix-(matrix-associated region, MAR)associated region, MAR)或骨架附著區(qū)或骨架附著區(qū)(scaffold (scaffold attachment region, SAR)attachment region, SAR)n連

5、接在核基質(zhì)上的連接在核基質(zhì)上的DNADNA環(huán)，環(huán)，稱為結(jié)構(gòu)域。稱為結(jié)構(gòu)域。第7頁/共35頁n功能域，也稱為活功能域，也稱為活性染色質(zhì)，具有轉(zhuǎn)性染色質(zhì)，具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)，錄活性的染色質(zhì)，即表達基因周圍的即表達基因周圍的DNADNA區(qū)域。區(qū)域。n活性染色質(zhì)對活性染色質(zhì)對DNADNA酶酶I I消化作用更敏消化作用更敏感。這些敏感位點感。這些敏感位點常位于基因常位于基因55端端啟動子區(qū)域。啟動子區(qū)域。第8頁/共35頁第9頁/共35頁n染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的區(qū)間性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的區(qū)間性1 1）絕緣子）絕緣子2 2）基因座控制區(qū)（）基因座控制區(qū)（LCRLCR）n染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)改變1 1）核小體重建）核小體

6、重建2 2）組蛋白修飾：乙?；?、甲基化、磷酸化）組蛋白修飾：乙?；?、甲基化、磷酸化3 3）DNADNA甲基化甲基化4 4）異染色質(zhì)擴展）異染色質(zhì)擴展第10頁/共35頁n功能域中或功能域功能域中或功能域間，阻斷基因激活間，阻斷基因激活或失活效應的元件或失活效應的元件n當其位于增強子和當其位于增強子和啟動子之間的時候，啟動子之間的時候，能阻斷增強子對啟能阻斷增強子對啟動子的激活作用動子的激活作用第11頁/共35頁n異染色質(zhì)擴展，異染異染色質(zhì)擴展，異染色質(zhì)在特殊的序列生色質(zhì)在特殊的序列生成核心，隨后沿染色成核心，隨后沿染色質(zhì)纖維傳播阻斷啟動質(zhì)纖維傳播阻斷啟動子子n當絕緣子位于一條活當絕緣子位于一條活

7、性基因和異染色質(zhì)之性基因和異染色質(zhì)之間時，能夠提供一個間時，能夠提供一個屏障來保護基因免受屏障來保護基因免受異染色質(zhì)擴展所造成異染色質(zhì)擴展所造成的失活效應的失活效應第12頁/共35頁第13頁/共35頁n染色體染色體DNADNA中一種順式中一種順式作用元件，具有穩(wěn)定作用元件，具有穩(wěn)定染色質(zhì)疏松結(jié)構(gòu)的作染色質(zhì)疏松結(jié)構(gòu)的作用用n實際上一種增強子實際上一種增強子n一個調(diào)控結(jié)構(gòu)域，可一個調(diào)控結(jié)構(gòu)域，可能由一個絕緣子、一能由一個絕緣子、一個個LCRLCR、一個核基質(zhì)附、一個核基質(zhì)附著點（著點（MARMAR）和單個或）和單個或多個轉(zhuǎn)錄單位組成。多個轉(zhuǎn)錄單位組成。第14頁/共35頁第15頁/共35頁n乙?；?/p>

8、?；?乙酰化活化基乙?；罨蚪M；去乙因組；去乙酰沉默基因酰沉默基因組組n甲基化甲基化 沉默基因組沉默基因組n磷酸化磷酸化n泛素化泛素化第16頁/共35頁第17頁/共35頁nDNADNA甲基化和組蛋白甲基化是非活性染色質(zhì)甲基化和組蛋白甲基化是非活性染色質(zhì)的特征的特征n這兩類甲基化常相互關(guān)聯(lián)這兩類甲基化常相互關(guān)聯(lián)n大多數(shù)大多數(shù)DNADNA甲基化的位點是甲基化的位點是CpGCpG島島第18頁/共35頁第19頁/共35頁n染色質(zhì)染色質(zhì)DNA：攜帶遺傳信息：攜帶遺傳信息n染色質(zhì)蛋白質(zhì)染色質(zhì)蛋白質(zhì)1 1）組蛋白：與）組蛋白：與DNADNA非特異性結(jié)合非特異性結(jié)合2 2）非組蛋白：與）非組蛋白：與DNA

9、DNA特異性結(jié)合，特異性結(jié)合，DNADNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 a)a)種類多樣種類多樣 b)b)功能多樣功能多樣 c)c)對對DNADNA具有識別特異性具有識別特異性第20頁/共35頁第21頁/共35頁n轉(zhuǎn)錄因子的三個轉(zhuǎn)錄因子的三個結(jié)構(gòu)組成部分結(jié)構(gòu)組成部分1 1）DNADNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合結(jié)構(gòu)域（分類依據(jù)）（分類依據(jù)）2 2）連接域）連接域3 3）轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域）轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域第22頁/共35頁n螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋花樣螺旋花樣(helix-turn-helix motif, HTH, 圖圖A)n鋅指花樣鋅指花樣(zinc finger motif, 圖圖B,C)n亮氨酸拉鏈花樣亮氨酸拉鏈花

10、樣(Leucine zipper motif，圖圖D)n螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋花樣螺旋花樣(heliex-loop-helix motif, 圖圖E)nHMG框花樣框花樣(HMG box motif，圖，圖F)第23頁/共35頁第24頁/共35頁nDNA: DNA: 順式調(diào)控元件順式調(diào)控元件( (ciscis-regulating element),-regulating element),是指對基因表達有調(diào)控活性的是指對基因表達有調(diào)控活性的DNA DNA 序列，其活性序列，其活性只影響與其自身同處于一個只影響與其自身同處于一個DNADNA分子上的基因分子上的基因n蛋白質(zhì)：反式作用因子蛋白質(zhì)：反

11、式作用因子(trans-acting factor)(trans-acting factor)是通過識別和結(jié)合順式調(diào)控元件的核心序列而調(diào)是通過識別和結(jié)合順式調(diào)控元件的核心序列而調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的一組蛋白質(zhì)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的一組蛋白質(zhì)第25頁/共35頁n啟動子啟動子(promoter)(promoter)n增強子增強子(enhancer)(enhancer)n負調(diào)控元件負調(diào)控元件沉寂子沉寂子(silencer)n絕緣子絕緣子n其它順式調(diào)控元件：其它順式調(diào)控元件： 1 1）應答元件）應答元件(responsive elements)(responsive elements) 真核細胞中對某些特定

12、的環(huán)境作出應答的基因，常具有真核細胞中對某些特定的環(huán)境作出應答的基因，常具有相同的順式元件相同的順式元件應答元件應答元件 應答元件能被在一些特定情況下表達的調(diào)控因子識別應答元件能被在一些特定情況下表達的調(diào)控因子識別( (又又稱為可誘導的順式調(diào)控元件反式作用因子稱為可誘導的順式調(diào)控元件反式作用因子) )。 2 2）轉(zhuǎn)座元件）轉(zhuǎn)座元件第26頁/共35頁n與基因轉(zhuǎn)錄啟動有關(guān)的一組與基因轉(zhuǎn)錄啟動有關(guān)的一組DNA DNA 序列，一般位于轉(zhuǎn)錄起始點上游序列，一般位于轉(zhuǎn)錄起始點上游100-200bp 100-200bp 以內(nèi)，其功能是決定轉(zhuǎn)錄的起始點和調(diào)控轉(zhuǎn)錄頻率以內(nèi)，其功能是決定轉(zhuǎn)錄的起始點和調(diào)控轉(zhuǎn)錄頻率

13、n原核啟動子：原核啟動子： 1 1）-35-35框：框： 5-TT5-TTG GACA-3ACA-3 2 2）-10-10框框 5-TAT5-TATAAAAT-3T-3第27頁/共35頁n真核啟動子區(qū)域包括核心啟動子和啟動子上游近側(cè)序列：真核啟動子區(qū)域包括核心啟動子和啟動子上游近側(cè)序列： 1 1、核心啟動子、核心啟動子(core promoter) (core promoter) 是決定轉(zhuǎn)錄起始位置的關(guān)是決定轉(zhuǎn)錄起始位置的關(guān)鍵序列，也是普通轉(zhuǎn)錄因子鍵序列，也是普通轉(zhuǎn)錄因子TFD TFD 的結(jié)合位點，的結(jié)合位點， TATA TATA 盒盒(TATA box) (TATA box) 位于轉(zhuǎn)錄起始點

14、上游位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-25-25-30bp-30bp 起始子起始子(initiator(initiator，InrInr) ) InrInr 是與轉(zhuǎn)錄起始位點重疊的是與轉(zhuǎn)錄起始位點重疊的短的較保守序列短的較保守序列 注：注：不是所有基因都含有不是所有基因都含有 TATA TATA 盒或盒或InrInr 序列有的只有序列有的只有其中之一，有的兩者都無其中之一，有的兩者都無 這些核心啟動子的序列和它們之間的間隔多變這些核心啟動子的序列和它們之間的間隔多變n2 2、上游啟動子元件、上游啟動子元件(Upstream Promoter element(Upstream Promoter element

15、，UPE) UPE) 位于較上游位于較上游(-30 (-30 一一-110bp)-110bp)，能較強影響轉(zhuǎn)錄起始的頻率，能較強影響轉(zhuǎn)錄起始的頻率，如如CAAT CAAT 盒和盒和GC GC 盒其中盒其中GCGC盒是轉(zhuǎn)錄因子盒是轉(zhuǎn)錄因子SPlSPl 的結(jié)合位點。的結(jié)合位點。第28頁/共35頁n能顯著提高基因轉(zhuǎn)錄效率的一類順式調(diào)控元件（其核能顯著提高基因轉(zhuǎn)錄效率的一類順式調(diào)控元件（其核心序列常為心序列常為8-12bp)8-12bp)n增強子的作用特點：增強子的作用特點： 1 1）能）能( (通過啟動子通過啟動子) )提高同一條鏈上的靶基因轉(zhuǎn)錄速率；提高同一條鏈上的靶基因轉(zhuǎn)錄速率； 2 2）增強子

16、對同源基因或異源基因同樣有效；）增強子對同源基因或異源基因同樣有效； 3 3）增強子的位置可在基因）增強子的位置可在基因5-5-上游、基因內(nèi)或上游、基因內(nèi)或33下游下游序列中；序列中； 4 4）自身沒有）自身沒有5-5-或或3-3-方向性；方向性； 5 5）增強子可遠離轉(zhuǎn)錄起始點）增強子可遠離轉(zhuǎn)錄起始點( (最多最多30Kb)30Kb)； 6 6）增強子一般具有組織或細胞特異性）增強子一般具有組織或細胞特異性第29頁/共35頁nRNA RNA 聚合酶聚合酶I, I, 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄28S, 5. 8S 28S, 5. 8S 和和18S 18S 核糖體核糖體 RNA RNA ( (rRNArRNA)

17、) nRNA RNA 聚合酶聚合酶，負責真核生物蛋白編碼基因和大部分負責真核生物蛋白編碼基因和大部分小核小核RNARNA（snRNAsnRNA) )的轉(zhuǎn)錄，有的轉(zhuǎn)錄，有7-10 7-10 個亞基，最大亞基個亞基，最大亞基的羧基末端結(jié)構(gòu)域的羧基末端結(jié)構(gòu)域(CTD)(CTD)具有具有7 7 個氨基酸個氨基酸(Tyr-Ser-(Tyr-Ser-Pro-Pro-ThrThr-Ser-Pro-Set)-Ser-Pro-Set)的重復序列，其中有多個磷酸的重復序列，其中有多個磷酸化位點化位點CTD CTD 磷酸化對調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄有重要作用磷酸化對調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄有重要作用nRNA RNA 聚合酶聚合酶III,I

18、II,轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄tRNAtRNA, 5S , 5S rRNArRNA, U6-snRNA, , U6-snRNA, 小核小核仁仁RNA (RNA (snoRNAsnoRNA), ), 小細胞質(zhì)小細胞質(zhì) RNA (RNA (seRNAseRNA) ) 第30頁/共35頁n真核基因轉(zhuǎn)錄除真核基因轉(zhuǎn)錄除 RNA RNA 聚合酶外，還需要許多蛋白因聚合酶外，還需要許多蛋白因子子轉(zhuǎn)錄因子參加，其中一些轉(zhuǎn)錄因子是轉(zhuǎn)錄因子參加，其中一些轉(zhuǎn)錄因子是RNA RNA 聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄起始必需的，并且可以維持基礎水平的轉(zhuǎn)錄，因此轉(zhuǎn)錄起始必需的，并且可以維持基礎水平的轉(zhuǎn)錄，因此稱為基礎轉(zhuǎn)錄因子或普通轉(zhuǎn)錄因子稱為基礎轉(zhuǎn)錄因子或普通轉(zhuǎn)錄因子(general (general transcription factor)transcription factor)nRNA RNA 聚合酶聚合酶 II II 的普通轉(zhuǎn)錄因子的普通轉(zhuǎn)錄因子(TF II)(TF II)包括包括TFIID,TFB,TFIIFT