沃森《基因的分子生物学》与朱玉贤《现代分子生物学》要点合并Word文件下载.docx
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+11bpDNA
核小体核心2+2+2()
1.8圈146bpDNA
染色体压缩
核小体—念珠状—染色质丝—突环—玫瑰花结—螺线圈—染色单体
染色体调控
核小体重塑(DNA滑动,从一个
核小体DNA完整转移到另一个上)
修饰增加肽链末端基团(组pro密码)
核小体定位(被特殊的DNA结合pro或序列限定)
甲基化:
抑制或增强基因表达
乙酰化:
提高表达水平
磷酸化:
募集蛋白复合体到染色质
(1和3共同增加DNA活性)
基因组
1.结构简练(仅有一个)
2.转录产物多为多顺反子mRNA
3.有重叠基因
4.不与大量pro结合
1.基因组庞大(有多个染色体)
2.存在大量重复序列
3.大部分为非编码序列,含断裂基因,有内含子
4.与大量组pro,非组pro结合
5.转录产物多为单顺反子mRNA
6.存在大量顺式作用元件
7.存在大量DNA多态性
8.有端粒结构
DNA序列
1.不重复序列
2.中度重复序列(rRNA,tRNA等的)
3.高度重复序列(卫星DNA)
复性动力学可以分类,与基因组复杂性呈正比。
C值:
单倍体基因组DNA的总量
N值:
单倍体基因组DNA的数目
C值反常:
真核生物中C值一般随着生物进化而增加,但某些两栖类的C值比哺乳类还大
N值反常:
真核生物中N值不与进化程度呈正比的现象
基因密度:
复杂度高的生物基因密度低
复制
比较
1.遗传方式相同:
均为半保留,半不连续复制
2.都需要多种pro和E的协同参与,都涉及到拓扑异构E,解璇E,单链结合pro,引物合成E,DNA聚合E,连接E等
3.都是从固定点开始以等速双向复制
4.均合成RNA引物
1.每条染色体仅一个起点
2.可连续开始新的复制,一个复制单元可有多复制叉
3.整个细胞周期均可进行
4.起始点为OriC(大肠杆菌)
5.叉速快
6.聚合酶少,以III为主
1.可有多个起点
2.一轮结束前不能开始另一轮,一个复制单元单复制叉
3.只在S期进行
4.起始点为自主复制序列ARS(酵母)
5.叉速慢
6.聚合酶多,有-的切换
复制分类
环状双链:
1.型:
大肠杆菌,双向
2.滚环形:
噬菌体,单向
3.D-环型:
线、叶中,单向
线性DNA:
双向,-,复制叉处成眼状
复制调控
复制叉的多少
1.周期水平:
-期
2.染色体水平:
决定染色体上复制起始顺序
3.复制子水平:
决定复制与否
DNApol
PolI—V
I:
生物活性低,有-外切E活性
III:
主要复制E
Pol—
参与复制引发
修复
线粒体复制
主要复制(-切换)
滑动夹:
与pol结合,使其不与DNA分离,大大加深其延长能力
滑动夹装载器:
催化滑动夹安置在DNA的引物-模板接头上
复制叉相关pro
(拓扑异构E:
解开缠绕的超螺旋)
解璇E:
结合单链
单链结合pro:
SSB,协同结合,保护单链
引物合成E:
合成RNA引物,需引发体护送
DNA聚合E
连接E:
链接线段DNA片段间隙
(RNaseH:
去除RNA引物)
DNA复制过程
起始
起始子pro识别复制器,募集DNA解旋E解链形成复制叉,同多种pro和滑动夹及滑动夹装载器形成复制体,产生DNA单链区最为模板
周期中起始多次。
复制调节集中在DnaA起始pro对DNA的识别上
周期中只起始一次。
复制调节集中在解旋E对DNA的识别上
延伸:
解旋E沿-方向移动,分为前导链与后滞链,前导链连续合成,后滞链有冈崎片段的合成
终止
需拓扑异构E解链
端粒问题:
端粒E以RNA为模板,不需要引物,逆转录合成端粒DNA,能防止染色体的重组与末端降解E作用,维持染色体稳定
校正
1.力学校正:
DNAE监视下引入的核苷酸形成正确配对的能力,只有经正确碱基配对的核苷酸的端在pol催化下才能形成二酯键
2.核酸外切E校正:
当pol引入错误核酸到DNA端时,pol催化速率下降,与pol活性中心亲和力下降,与核酸外切E活性中心亲和力增强,端进入外切E活性中心,错误NTP被切除,正确配对的DNA又进入pol活性中心继续延长
3.错配修复系统(复制完成后):
MutS包围着含有扭结的错配DNA。
MutS募集MutL和MutH,并由MutS的ATPE活性催化ATP水解,MutH是一种核酸内切E,能在DNA上错配位置上产生一个切口。
紧接着,一个外切核酸E消化切口链,向着错配方向移动。
最后,产生的单链缺口由DNA聚合E填补从而改正错配。
意义:
保证DNA作为遗传物质所需的稳定性和极高的保真度。
而RNA聚合E没有校正功能。
DNA
损伤
1.细胞内源性损伤:
DNA复制错误;
自发损伤包括碱基互变异构,碱基脱氨基(CU,AI)和碱基丢失等;
氧化代谢副产物如活性氧物质的攻击等;
2.环境中的损伤因素:
1)辐射(含紫外线,X射线)产生胸腺嘧啶二聚体;
2)化学致癌物(烷化剂,碱基类似物);
3)生物因素:
RNA,DNA病毒插入基因引起突变
突变
类型
1.碱基置换突变
2.移码突变
3.缺失突变
4.插入突变
根据突变产生影响分类:
1.同义突变
2.错义突变
3.无义突变
4.终止密码子突变
1.DNA损伤的直接修复:
光激活作用修复紫外线辐射引起的嘧啶二聚体
2.碱基切除修复:
糖苷键断裂除去受损碱基,脱碱基戊糖从DNA骨架上去除。
DNA聚合E和DNA连接酶修复受损链
3.核苷酸切除修复:
在受损两侧切除DNA链,最后由DNA聚合E与DNA链接E修复受损链
4.重组修复:
重组修复E通过从未受损的同源DNA链中找回序列信息来修复DNA断裂(真核)
5.非同源末端连接:
DSB可以通过直接与断裂末端相连而修复
6.与转录相偶联的DNA修复:
当RNA聚合E转录时遇到受损DNA链时,转录E受阻并停止转录,招募核酸切除修复E修复受损位置
7.移损DNA合成:
复制时遇到损伤如TT,DNA聚合EIII与其滑动夹一起从DNA链上脱离下来,并由移损聚合E取代,越过TT损伤继续合成,然后换回聚合EIII继续合成。
8.SOS修复:
差错倾向性修复,准确性差,只在大规模受损时发生
分子水平上的同源重组(同源、大范围、对等)
发生地点:
姐妹染色单体之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合
作用:
1.修复DSB2.促进遗传物质交换3.保证染色体减分时正确配对(真)
三阶段:
前联会体阶段、联会体形成、holliday结构的拆分
关键步骤:
1.两个同源DNA分子的联会
2.引入DNA断裂
3.在两条重组DNA分子之间,形成碱基互补的段片段起始区(链入侵)
4.链入侵之后两个DNA分子相互交叉的DNA链连接在一起(重组中间体,分支移位)
5.Holliday联结体的断裂(拆分)
Pro机器:
RecBCD结合断裂且有chi位点的DNA,单链chi处停止,另条继续水解,形成单链DNA,RecA组装于形成单链促进链入侵(在recA蛋白丝里简历新的配对DNA,共三条DNA单链)RuvAB复合体特异性识别holiday联结体并促进分支移位,RuvC剪切位于holliday联结体的特定DNA链从而结束重组。
Eg.细菌的转化、接合、转导均为同源重组1)转化、接合为ssDNA与宿主双链间重组,形成异源双链区,是否成功看修复结果2)转导为dsDNA与双链间重组,偶次交换才成功
原真
引入链断裂无spo11HO
产生入侵单链RecBCDMRX
联会及链入侵RecARad51,Dcm1
分支移位RuvAB未知
拆分hollidayRuvC未知
遗传结果:
无论何种序列,只要有足够相似区域,就可以发生在任意两个DNA区间。
可引起基因转变,修复。
位点特异性重组(CSSR)
(同源、小范围、不对等)
两段特定序列之间,小范围同源序列的联会,但两个DNA分子间并不进行对等的交换,DNA不丢失不合成。
效应:
1.特定位点DNA片段的插入
2.DNA片段的缺失
3.DNA片段的倒位
Eg.噬菌体的溶源与激活
异常重组(非同源)
Eg.复制性转座,只需依赖转座区DNA复制和转座有关的E
转座
特定序列和非特定序列之间,不需要交换染色体片段。
1.引起插入突变,染色体畸变(基因的倒位与缺失,移动与重排)
2.可形成操纵子表达结构,产生新的生物学功能基因和pro
3.调节基因表达(上,下)
4.标记后作为探针分离未知产物基因
5.作为基因工程载体
分类:
1.DNA转座子
两端为反向重复序列,是转座E识别和切除的位点,还含有编码转座E的基因,和赋予宿主特殊遗传性的基因。
机制:
1.复制型2.非复制型(普通型--断裂需修复,保守型--断裂自动连接)
2.类病毒反转录转座子(包括反转录病毒)
有长末端重复序列LTR,亦有末端反向重复序列并嵌在LTR中,还含有编码反转录E与整合E的基因。
通过RNA中间体进行转座,然后逆转录E以tRNA为引物,反转录出第一条cDNA单链。
RnasH降解模板链RNA,在降解时产生第二条cDNA的引物。
整个过程有两次引物合成,两次单连交换,以保证反转录出完整的cDNA转座子,最后在整合E辅助下整合进靶位点。
3.聚腺苷酸反转录转座子
无末端反向重复序列,两端序列含有完全不同成分,一端称为-URT,一端为-URT,带有一串叫聚A序列的A-T碱基对,该转座子还携带有2个基因:
ORF1/ORF2,ORF1编码一个RNA结合pro,ORF2编码具有反转录E和核酸内切E的作用。
首先转录出一条RNA,RNA离开cell核在质中翻译出ORF1、2,随后两蛋白结合在RNA上,回到cell核,通过多聚A尾定位靶位点多聚T,在ORF2协助下,反转录成DNA,插入靶位点。
转座子
插入序列(IS)
转座子(Tn)
Mu噬菌体
酵母:
Ty系列
果蝇:
P因子
玉米:
Ac-Ds体系
人:
LINE(长散在重复序列)
转录步骤
封闭复合物:
RNApol+模板(双链)
起始前复合物PIC:
RNApol+模板+TFII因子
开放复合物:
双链变单链
三元复合物:
结合首个核苷酸
起始通过(与启动子强度有关)
pol将下游DNA拉向自己合成>
9核苷酸,离开启动子
合成>
延伸
释放因子,-
TFIIH水解ATP,CTDP化,-
RNA延伸校对:
1.焦磷酸化编辑
2.水解编辑
模板(DNA)校对:
转录偶联修复
TFIIH、S
转录过程应对组pro:
FACT(核小体重塑)移开核小体并在之后复原
Pol诱导RNA加工所需蛋白因子:
1.端帽子:
pol上S处ser残基P化,激活hsPT5延伸因子并募集加帽E
2.剪切:
SRpro等
3.尾巴:
CTD尾巴参与募集多聚A化所需的E,导致:
1)mRNA切割
2)许多A被加到端
3)由-核酸E进行的对RNA的降解
4)转录终止
共同机制:
停顿,脱出
1.依赖因子:
有ATPE,解旋E活性,
2.不依赖因子:
形成茎环,寡聚U
与尾巴加多聚A共同进行
启动子
-10TATAA“Pribnow”
-35TTGACA
通用启
动子
两区最佳距离为16-19bp
与Pribnow序列共同性活性相
关两种常见突变:
1.上升突变:
增加序列共同性
2.下降突变:
减少序列共同性
-25~-30TATAbox精确起始
-70~-78CAATbox起始频率
-80~-100GCbox起始频率
UPE=UAS:
TATA上游启动元件,即CAAT,GC
核心启动子:
TFIIB识别元件
TATA序列
起始子Inr
下游启动子元件
一同构成起始复合体的调节序列:
启动子最近元件,上游激活序列,
增强子,沉默子,边界元件,绝缘子
增强子功能:
1.远距效应
2.增强效应十分明显
3.效应与位置和取向无关(与绝不同)
4.大多为重复序列
5.一般有组织或cell特异性
6.无基因专一性
7.受外界信号调控
通用转录因子(GTF)
:
真中,与启动子,今启动子元件相结合,辅助polII间接结合
无
TBP:
与TATADNA小沟结合,使DNA扭曲变形,募
集其他GTF
TAF:
在启动子处结合DNA元件,与组pro有同源性,
调控TBP与DNA的结合
TFIIA:
参与TFIIB的募集
TFIIB:
与TATA元件的大沟及小沟特异性作用,与
TBP-DNA复合体的非对称结合而引起单向转
录,连接了TBP与pol的桥梁
TFIIF:
与polII结合并与其一起被募集到启动子上,稳
定DNA-TBP-TFIIB复合体,是TFIIE、H被募
集的前提
TFIIE:
参与H的募集
TFIIH:
控制着依赖ATP的从前起始复合体向开放复合
体转变的过程,参与启动子的解旋与逃离,参与
核苷酸匹配错误的修复
募集其他pro
中介pro复合体(辅激活因子):
一个表面与pol大亚基CTD尾巴结合,其他表面用于与DNA结合的激活因子
核小体修饰因子:
修饰核小体,使DNA裸露,便于转录进行
核小体重塑因子:
使核小体沿DNA滚动或转移到其他DNA上,以利于转录
转录
RNApol
2
核心E
全E
模板链识别
转录起始
PolI
核仁
rRNA(5s外)
PolII
核质
hnRNA
PolIII
tRNA5srRNA
其他聚合E
PolI启动子:
核心元件+UCE
转录因子:
SL1,TBP
PolIII启动子:
盒子A+盒子B
TBP
转录后加工:
RNA剪接
内含子保守序列:
GU-AG(少数AT-AC,次要剪接体),两次转酯,去除套锁内含子
内含子功能:
1.有利于物种的进化选择
2.调控基因的表达
反式剪切:
不同链上外显子结合,去除Y形内含子eg.锥虫
顺式剪切:
同一mRNA链上去除内含子(套锁),连接外显子
剪接分类
1.由snRNP参与的剪接(主)
剪接体:
snRNA(U1-U6)+pro,可识别-剪接位点与分支位点
过程:
剪接位点的确定:
1)转录、加工相偶联时,内含子剪接位点覆盖蛋白
2)外显子结合SRpro
2.自我剪接
1)I类:
有G-OH结合口袋,形成线形内含子
2)II类:
形成套索状内含子,与由剪切体剪切的步骤相同,但不需剪切体
3.由蛋白E参与的剪接(tRNA)
RNaseP介导
替换剪接&
互不相容机制&
调控
替换剪接(顺式):
1.外显子延伸
2.外显子缩短
3.外显子遗漏
4.内含子保留
5.大多为外显子全留
转录出多种mRNA,形成多种pro
互不相容机制:
1.空间位阻
2.主次剪接点联合
3.无义介导的降解(错误剪接蛋白降解)
替换剪接调控:
剪接增强子&
剪接减弱子
外显子改组
外显子通过重组方式完成改组,产生新基因
RNA编辑
1.特异性脱氨基作用
C-U,A-I,由脱氨E催化
2.U的插入与删除
“指导RNA”有锚定区域、编辑区域,编辑区域上存在一些未能与mRNA配对的A,形成缺口,为U的插入提供模板
1)校正作用:
恢复某些基因突变eg.锥虫cell色素C氧化E亚基产物端加入U,弥补了移码突变
2)调控翻译:
作用于起始、终止密码子
3)扩充遗传信息:
能够使基因产物获得新的结构与功能,有利于生物进化eg.锥虫线粒体mRNAU的插入改变了读码框
RNA再编辑
指mRNA编码与读码方式的改变,如核糖体识别1,跳跃以及终止子
可使一个mRNA产生两种或多种相互关联又不同的pro,可能是pro调节的一种机制
RNA化学修饰
甲基化、去氨基化、S代、碱基同分异构化、二价键饱和化、核苷酸替代
核E
具催化活性的RNA,本质是RNA,却具有E的催化功能,能够切割RNA,有的可切割DNA,还有的具有RNA连接E,P酸E作用
1.RNA为催化剂,具有重要生物学意义
2.打破了E是pro的传统观念
3.在生物起源上,为现有核酸提供了重要依据
4.为治疗破坏有害基因,肿瘤等疾病提供手段
Eg.RNaseP,核糖体,剪接体,I、II类内含子
mRNA比较
1.半衰期短
2.多顺反子
(优:
调控方便,基因结构简练
缺:
单个基因表达失去独立性)
3.无帽,无尾
4.起始密码子AUG,GUG,UUG
5.可编码多个多肽
1.半衰期长
2.有帽,有尾
1.单顺反子
2.起始密码子仅为AUG
3.仅编码单个多肽
rRNA比较
真原相似:
均在RNApol和其他核苷酸内切E作用下,将前体切割成小片,在甲基化作用下加甲基,并进行其他修饰,直至成熟
tRNA比较
共同点:
由核酸内切E切断tRNA两端,核酸内切E从端逐个切去附加序列,在端加上CCA-OH结构,碱基的修饰与异构化
无需切除内含子
需切除内含子
mRNA转运
主动运输,需结合特定pro信号出核
复制&
转录比较
相同:
都以DNA为模板,都遵循碱基互补配对原则,都从-方向,都依赖DNA双链,聚合过程每次延伸一个核苷酸,核苷酸间连接为磷酸二酯键
不同:
底物不同,A-T与A-U,聚合E不同,产物不同,模板链选择,复制具有高保真性、转录前后差异较大
翻译
所需4组分:
1.核糖体2.mRNA3.tRNA4.蛋白质生物合成中所需因子
与转录偶联
不偶联
密码子
特征:
1.三联子密码
2.连续性
3.简并性:
一种Aa对应多种密码子
4.通用性,特殊性
5.密码子与反密码子的相互作用
6.密码子有起始密码子与终止密码子
7.摆动性:
反密码子的稀有碱基使配对不严格而识别多种密码子
8.方向性-
tRNA
一级:
含稀有碱基,A:
U,A:
G配对;
二级:
3叶草;
三级:
倒L
1.起始tRNA和延伸tRNA
2.同工tRNA
3.校正tRNA
氨酰tRNA合成
活化:
Aa+ATP---氨酰-AMP+PPi
结合:
氨酰-AMP+tRNA---氨酰-tRNA+AMP
催化E:
氨酰tRNA合成E,对Aa和tRNA均有专一性
合成校正:
E的编辑口袋
核糖体
50S:
23S、5S+34pro
70S
30S:
16S+21pro
60S:
28S、5S、5.8S+49pro
80S
40S:
18S+33pro
活性位点:
1.A位点:
氨酰tRNA结合部位
2.P位点:
肽基tRNA结合位点
3.肽基转移E部位:
催化肽键形成
4.EF-G结合部位:
促进移位
核糖体循环:
RRF,EF-G,IF3共同作用
功能:
合成场所、容纳肽基tRNA、活性位点部位、结合各种因子
识别
小亚基结合RBS/SD
fMet结合P位点,IF3释放
大亚基结合小亚基-mRNA-tRNA,IF1,2释放
IF1:
防止tRNA结合到A位点
IF2:
引入起始tRNA
IF3:
防止大亚基结合小亚基
小亚基先结合tRNA,再结合端帽子,扫描结合起始密码子,起始因子辅助,亦可使mRNA保持环型
入A位:
氨酰tRNA首先与EF-Tu+GTP形成复合物,进入A位点,水解产生GDP,并在EF-Ts作用下释放GDP换上GTP
肽键形成:
在肽基转移E作用下,A到P位,Aa间形成肽键
移位:
通过EF-G介导移位
翻译校正:
1.Aa正确时,tRNA旋转入位
2.正确配对时GTP才能水解成GDP并释放EF-Tu
3.正确配对时,16SrRNA两个A残基与小沟间形成额外氢键
形成肽键的一个循环:
消耗2GTP:
EF-Tu、EF-G消耗
1ATP:
与原相似,EF不同
RF1能与识别终止密码子,水解P位上多肽与tRNA间二酯键,释放肽链,RF3促进RF1的释放
RF不同
翻译调控
一般在起始:
干扰小亚基与SD序列识别
1.阻止mRNA识别
2.阻止tRNA结合
真原翻译对比
1.核糖体不同
2.模板不同
3.起始氨酰tRNA不同
4.原核生物有SD序列,真无
5.起始因子不同
6.延伸因子不同
7.终止因子不同
依赖翻译的pro,RNA调节
tmRNA模仿mRNA端,使端断裂的mRNA与核糖体脱离,然后在不完全多
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