中山大學分子生物學提綱

考試范圍及題型考試范圍包括所講過的內(nèi)容考試題有選擇題(單選)、是非題和問答題，其中選擇題和是非題有50%左右以英語出題課程復習：原核生物與真核生物兩大體系原核基因組與真核基因組(prokaryoticgenomesandeukaryoticgenomes)大小(size)：基因組大小(genomesize)一般以單倍體基因組的核酸量來衡量，單位有pg、Dalton、bp或kb、Mb等.1pg=6.02x10iiDaltons=9.8x108bp.原核牛物的genomesize—般都比較小，且變化范圍也不大(最大/最小約為20)。由于原核生物基因組中的非基因DNA(non-genicDNA)的含量較少，因此它們的基因組大小與其所含的基因數(shù)目是相對應(yīng)的.真核生物的genomesize—般要比原核生物的大很多，且變化范圍也很大(最大/最小可達8萬)基因結(jié)構(gòu)(genestructure:continuouscodingsequences,splitgenes)類核基因組--環(huán)狀，較?。赫b常由單拷貝或低拷貝(low-copy)的DNA序列組成：基因排列緊密，較少非編碼序列(streamlined)核基因組--多線狀：大小一般要比類核基因組大好幾個數(shù)量級，且變化范圍很大：有大量的非編碼序列(重復序列、內(nèi)含子等)非編碼序列(non-codingsequences:repeatedsequences,introns)局部分布的重復序列(串聯(lián)式的高度重復序列)散布的重復序列(SINES,LINES)內(nèi)含子(intron)I類類類核mRNA內(nèi)含子(nuclearmRNAintron)即剪接體內(nèi)含子(spliceosomalintron)核tRNA內(nèi)含子(nucleartRNAintron)古細菌內(nèi)含子(archaebacterialintron)細胞器基因組(organellegenomes:mitochondrialgenomes,chloroplastgenome)線粒體基因組--在不同類型的生物(多細胞動物、高等植物、原生動物、藻類、真菌)中變化很大多細胞動物：細小、致密，沒有或很少非編碼序列高等植物：復雜、不均一，比動物的大得多原生動物、藻類、真菌：或偏向于動物型，或偏向于植物型，但又有其各自的獨特之處葉綠體基因組--比較均一，85~292kb(大部分都在120~160kb之內(nèi))；特例：傘藻屬(Acetabularia),2000kb轉(zhuǎn)錄(transcription)RNA聚合酶(RNApolymerase)原核生物：1種，全酶(holoenzyme)由核心酶(2a,B,B')與o亞基組成，o亞基的作用是a)降低酶與非特異DNA的親和力;b)提升酶與啟動子的親和力。真核生物：3種，由兩個較大的亞基和多個較小的亞基組成PolymeraseI:largerRNAprecursor,位于核仁PolymeraseII:mRNAprecursors,snRNAs,位于核質(zhì)。核心亞基(coresubunits)Rpb1,Rpb2,Rpb3,對聚合酶的活性必不可少，分別與原核RNA聚合酶的B',B和a亞基同源，且功能也基本相同.

PolymeraseIII:tRNAprecursors,5SrRNAprecursor,U6,etc.位于核質(zhì)順式作用元件與反式作用因子(cis-actingelementsandtrans-actingfactors)順式作用元件cis-順式、同一分子trans-反式、不同分子invivo體內(nèi)、細胞內(nèi)invitro體外、無細胞體系insitu原位insilico在電腦中啟動子(promoters)聚合酶的結(jié)合位點(bindingsite),一般位于轉(zhuǎn)錄起始位點上游。RNA聚合酶與啟動子的結(jié)合，并且從ClosedpromotercomplexOpenpromotercomplex，轉(zhuǎn)錄才能開始.結(jié)構(gòu)：原核啟動子：Consensussequency:-10box(Pribnowbox),負責解鏈；-35box)，用于識別。真核啟動子：I類，II類，111類增強子：較多在真核生物中存在轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionfactors)為反式作用因子，真核基因的轉(zhuǎn)錄需反式作用因子通用轉(zhuǎn)錄因子：I類，II類，III類基因特異轉(zhuǎn)錄因子(激活子)多順反子轉(zhuǎn)錄與單順反子轉(zhuǎn)錄原核生物的轉(zhuǎn)錄方式：操縱子(operons)介導的多順反子轉(zhuǎn)錄操縱子--一組相鄰的協(xié)同控制的基因。經(jīng)典模型：乳糖操縱子(thelacoperon)lacZ：編碼B-半乳糖苷酶lacY:編碼半乳糖苷透過酶lacA:編碼半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶lacI:調(diào)節(jié)基因(regulatorygene)Operator:操縱區(qū)Repressor:阻遏子(阻遏物)Inducer:誘導物(異構(gòu)乳糖，allolactose)機制：lacZ、Y、A基因的轉(zhuǎn)錄是由lacI基因指令合成的阻遏蛋白所控制。lacI—般和結(jié)構(gòu)基因相毗連，但它本身具有自己的啟動子和終止子，成為獨立的轉(zhuǎn)錄單位。弱化作用的調(diào)控：色氨酸操縱子(thetrpoperon)單順反子轉(zhuǎn)錄是真核生物的主要轉(zhuǎn)錄方式轉(zhuǎn)錄起始、延伸及終止起始所需條件原核生物：RNA聚合酶全酶，啟動子真核生物：RNA聚合酶，啟動子，轉(zhuǎn)錄因子，染色質(zhì)的合適結(jié)構(gòu)(啟動子區(qū)無核小體)起始步驟：形成閉合啟動子復合物轉(zhuǎn)化為開放啟動子復合物Polymerizingthefirstfewnucleotides(upto10)whilethepolymeraseremainatthepromoterPromoterclearanceDissociationofofactor?延伸原核生物：RNA聚合酶核心酶(B亞基參與轉(zhuǎn)錄出的RNA的磷酸二酯鍵的形成)真核生物：RNA聚合酶，延伸因子等終止原核生物：p-dependent:需要終止子--反向重復序列(invertedrepeat),形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，富含T的區(qū)域(T-richregioninthenontemplate)和弱的rU-dA堿基配對.p是一種六聚體蛋白，具ATPase活性，沿著RNA鏈5'—3'移動；同時具RNA-DNA解螺旋酶活性，解開RNA-DNA復合物。p的結(jié)合位點是在RNA終止位點上游的一段60~100nt序列，二級結(jié)構(gòu)較少且C豐富pindependent:真核生物：比較復雜，且不如原核生物清楚polymeraseI與polymeraseIII的轉(zhuǎn)錄終止與原核生物有一定的相似性polymeraseII的轉(zhuǎn)錄在聚腺苷酸化位點后至少幾百bp才終止轉(zhuǎn)錄后的加工剪接(splicing)核mRNA前體的剪接(剪接體)剪接信號剪接過程選擇性剪接自剪接的內(nèi)含子(self-splicingintrons)GroupIintronsGroupIIintrons核tRNA內(nèi)含子的剪接加帽與聚腺苷酸化(cappingandpolyadenylation)真核生物mRNA特有帽子與Poly(A)的功能rRNA與tRNA前體的加工(rRNAandtRNAprocessing)反式剪接(trans-splicing)RNA編輯(RNAediting)RNA干涉(RNAinterference)翻譯起始(initiation)tRNAcharging氨酰tRNA合成酶tRNA識別(第二遺傳密碼)翻譯起始在原核生物與真核生物中有較大差別延伸(elongation)在原核生物與真核生物中基本相似，需延伸因子及肽基轉(zhuǎn)移酶(peptidyltransferase)終止(termination)在原核生物與真核生物中基本相似，需釋放因子G蛋白(Gproteins)在翻譯中的作用重組與轉(zhuǎn)座[No.4]重組的類型同源重組(homologousrecombination)

包括遺傳交換、染色體上基因重排、斷裂DNA的修復。常發(fā)生在同源染色體之間（分子間重組），也可發(fā)生在同一DNA分子內(nèi)（分子內(nèi)重組）。Holliday模型是解釋同源重組的一個經(jīng)典模型，它的提岀，是基于重組過程中有十字形的中間產(chǎn)物。RecBCD重組途徑存于E.coli中，需要RecBCD蛋白（recB、recC、recD基因的產(chǎn)物）參與。它能修復DNA損傷造成的雙鏈斷裂和外源DNA線性分子的DNA斷端。RecBCD是一種具多功能的酶，它既是依賴于DNA的ATPase（水解ATP,為DNA的解螺旋提供能量），又是DNAhelicase和DNAnuclease，可作用于單鏈或雙鏈DNA，切割x位點（GCTGGTGG）x（chi）:CrossoverHotspotInstigator。RecA是一種38kD的蛋白質(zhì)，在重組中促進同源DNA單鏈的交換（主要是一單鏈與一雙鏈中的同源單鏈交換）；交換過程需ATP。RuvA特異性識別并結(jié)合到Hollidayjunction，并促使RuvB蛋白結(jié)合到這一位點:RuvB水解ATP，提供能量，促使分支遷移。RuvA和RuvB均具DNAhelicase活性，RuvB還有ATPase活性。RuvC是解開Hollidayjunction的核酸內(nèi)切酶,是二聚體,有2個活性位點，能切開Hollidayjunction的兩條鏈。RuvC切割位點有特異的序列，必須等分支遷移到達特異序列后，RuvC才能起作用。以何種方式解開Hollidayjunction取決于RuvC切割位點在兩對同源單鏈上的頻率。減數(shù)分裂重組（meioticrecombination）［由Spo11介導］Spo11是一種核酸內(nèi)切酶，能在染色體DNA上產(chǎn)生雙鏈斷裂而啟動減數(shù)分裂重組。DNA切割必須發(fā)牛在已復制的同源染色體開始配對的時候。減數(shù)分裂重組的DNA切割位點沒有序列特異性，但是多分布在核小體包「裝疏松的染色體區(qū)域（如啟動子區(qū)）基因轉(zhuǎn)換（geneconversion），多見于真核牛物。當兩相似的序列（等位基因、非等位基因均可）靠在一起時，就有可能發(fā)生基因轉(zhuǎn)換，即—一DNA序列轉(zhuǎn)換成另一相似的序列?；蜣D(zhuǎn)換基于重組發(fā)生，即先交換一段DNA序列，再進行修復，就會使某一序列的比例增加。位點專一重組（site-specificrecombination）（1）入噬菌體的整合與切除入噬菌體整合到宿主基因組，需要整合酶（Int,入的int基因編碼）與整合宿主因子（integrationhostfactor，IHF）幫助完成。入噬菌體從宿主基因組切除，則需要Int、切除酶（Xis,入的xis基因編碼）以及IHF。它是整合的逆過程。同源區(qū)域attP（入）與attB（宿主）的重組:attP與attB只在它們的中間區(qū)域有一小段同源序列（15bp，稱為0）。attP的必需序列為235bp（從-152至到+82，以0的中點為0）,而attB必需序列約為25bp（從-12到+12）（2）P1噬菌體的Cre/loxP重組系統(tǒng)Cre是一種由E.coliP1噬菌體ere基因編碼的重組酶，功能是在侵染過程中環(huán)化線性的噬菌體DNA,并且識別并催化兩個/oxP位點間的重組。loxP是一個34bp的回文序列結(jié)構(gòu)，包括被8bp間隔的兩個13bp反向重復，每個反向重復及其鄰近的4bp構(gòu)成一個Cre亞基的結(jié)合區(qū)。轉(zhuǎn)座子5.2.1.細菌的轉(zhuǎn)座子插入序列(insertionsequences,IS)是最簡單的轉(zhuǎn)座子，只含有轉(zhuǎn)座必需的元件兩端的反向重復序列(invertedrepeats,15~25bp)和中間編碼轉(zhuǎn)座酶(transposase)的基因(至少2個)。插入序列在轉(zhuǎn)座時，其插入位點兩旁會產(chǎn)生一小段正向重復directrepeats)。帶有抗性基因的轉(zhuǎn)座子，除了必需的轉(zhuǎn)座元件，還含有抗生素抗性基因，能賦予其攜帶者某種抗性。5?2?2?真核生物的轉(zhuǎn)座子玉米中的Ds和Ac最早發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)座子，引起某些品種的玉米種子上的色斑變化。原因：玉米種子的顏色由C基因編碼的色素造成，若C基因突變，則沒有色素合成，種子幾乎白色。若部分細胞產(chǎn)生回復突變，就會在種子上形成顏色斑點。Ac與細菌的轉(zhuǎn)座子相似，約4500bp,兩端有反向重復序列，中間含有轉(zhuǎn)座酶基因。Ds是Ac的衍生物，有Ds-a、Ds-b、Ds-c3種(功能不全，不能自主轉(zhuǎn)座)。Ac能自行轉(zhuǎn)座,而Ds必須要有Ac的幫助才能轉(zhuǎn)座。Ac或Ds插入到功能基因中，會使該基因失活。反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子(retrotransposons)含有編碼反轉(zhuǎn)錄酶的基因，能進行反轉(zhuǎn)錄，以RNA作為中間體進行復制(轉(zhuǎn)座)。反轉(zhuǎn)錄的DNA可自行插入基因組中。酵母的Ty(transposonyeast)、果蠅的copia等反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的兩端有長末端重復(longterminalrepeats，LTRs)，轉(zhuǎn)座方式類似反轉(zhuǎn)錄病毒(retroviruses)復制轉(zhuǎn)座的機制復制型轉(zhuǎn)座(replicativetransposition)：轉(zhuǎn)座過程有DNA復制，一個轉(zhuǎn)座子留在原位，另一個插入到新的位點非復制型轉(zhuǎn)座(nonre