《分子生物学》word版.doc

第一章 绪论1.分子生物学（Molecular Biology）是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学，是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。狭义的概念偏重于核酸（基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA结构与功能、复制、转录、表达和调节控制过程。 也涉及与这些过程相关的蛋白质与酶的结构与功能的研究2.功能基因组学(Functional Genomics or postGenomics) 基因的识别与鉴定基因功能信息的提取与证实基因表达谱的绘制 (microarray)蛋白质水平上基因互作的探测3.蛋白质组学(Proteome)1994年由Wilkins等提出蛋白质组的概念：一个基因组所表达的全部蛋白质。基因组-固定蛋白质组-动态4.生物信息学(Bioinformatics) 生物大分子的结构与功能信息通过计算机语言到 分辨，提取，分析，比较，预测生物信息 。第三章 核酸的结构与功能1.DNA 的一级结构： DNA分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（3-5磷酸二酯键）和排列顺序叫做DNA的一级结构，简称为碱基序列。一级结构的走向的规定为53。不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列顺序，因此携带有不同的遗传信息。Chargaff首先注意到DNA碱基组成的某些规律性，在1950年总结出DNA碱基组成的规律：腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即 A=T。鸟嘌呤和胞腺嘧啶的摩尔数也相等，即G=C。 含氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数，即A+C=G+T。嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即A+G=C+T。2.DNA的双螺旋模型特点：a. 两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋相互盘绕而形成。b. 磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，链间碱基按AT，GC配对（碱基配对原则，Chargaff定律）c.右手反平行双螺旋,d.主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧两条链e.间存在碱基互补f.螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm,g.螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力3.DNA的双螺旋结构稳定因素： 氢键 碱基堆集力 正负电荷的作用发夹(hairpin)：当同一个核酸分子中一段碱基序列附近紧接着一段它的互补序列时，核酸连有可能自身回折配对产生一个反平行的双螺旋结构4.凸环(bulge loop)：当互补序列在分子中距离较远时，形成双链区域时产生较大的单链环，如果两个可能的互补序列中的一个包含一段不配对的多余序列时产生凸环。5反向重复序列(inverted repeats)：又称回文序列(palindrome) 指在双链DNA或RNA序列中.确定方向阅读每一条链的序列相同的序列。单链DNA或RNA能形成发夹结构双链DNA分子内形成十字架结构6.DNA结构的动态性：不同DNA结构形式相互转变的现象。7.正超螺旋(positive supercoil)：盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。右手超螺旋8.负超螺旋(negative supercoil)：盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。左手超螺旋大部分天然DNA呈负超螺旋 9.拓扑异构体(topoisomer)：具有特定连接数的环状dsDNA分子。拓扑异构体的差异是连接数的不同10拓扑异构酶(topoisomerase) 催化DNA拓扑变构体相互转化的酶，能改变DNA的连接数。11.连环数 (linkage number, L)：双螺旋DNA中两条链互相交叉的总次数。12.盘绕数(twisting number, T)：是DNA分子中双螺旋的周数，表示DNA分子一条链绕另一条链的扭转数。T=碱基对总数/10.513.超螺旋周数(writhing number, W)：双螺旋结构在一定的盘绕数下，DNA分子的超螺旋缠绕数。 L=T+W14.复性(renaturation)：两条彼此分开的变性DNA链在适当条件下重新缔合(reassociation)成为双螺旋结构的过程称为复性。15.RNA的结构特点及与DNA的区别1. 碱基组成不同；2. 存在稀有碱基、微量碱基、修饰碱基；3. D-核糖；4. 单链；5. RNA分子中的碱基不严格遵守Chargaff规则；6. 对碱性敏感；7. 只有部分双链；8. 信息传递者；9. 病毒RNA是遗传信息的载体；10. 具有催化功能第四章 基因与基因组结构与功能1.基因（gene）是核酸的中贮存遗传信息的遗传单位，是贮存有功能的蛋白质多肽链或RNA序列信息及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列。从遗传学上来说代表1个遗传单位、1个功能单位、1个交换单位或1个突变单位。2.基因组（gencme）指细胞或生物体中，一套完整单倍体遗传特质的总和（包括一种生物所需的全套基因及间隔序列）称为基因组。基因组的结构主要指不同的基因功能区域在核酸分列中的分布和排布情况，基因组的功能是贮存和表达遗传信息。3.C值（C value）：真核生物单倍体基因组所包含的全部DNA量。C值悖理（C-value paradox)：真核生物中DNA含量的反常现象。1. C值不随生物的进化程度和复杂性而增加2. 关系密切的生物C值相差甚大3. 真核生物DNA的量远远大于编码蛋白质所需的量4.病毒基因组的一般特点：1. 基因组很小，遗传信息量也少，但不同病毒基因组大小差异很大；2. 只含有一种核酸，单链或双链，闭合环状或线状分子；3. 通常有重叠基因；4. 基因之间的间隔序列很短；5. 相关基因集中成簇；6. 噬菌体的基因是连续的，但真核细胞的病毒都含有不连续基因5.细菌基因组的一般特点：1. 通常由一条环形或线形双链DNA分子组成，类核2. 只有一个复制起始点；3. 有操纵子结构，多个相关的结构基因串联在一起，受同一调控区调节，合成多顺反子mRNA;4. 编码蛋白质的结构基因为单拷贝，但rRNA基因一般是多拷贝的；5. 非编码DNA所占比例很少；6. 具有多种调控区；7. 也具有可移动的DNA序列组分6.真核生物基因组的特点：1. 真核基因组的分子量很大；2. 多条线状染色体，有多个复制起点(ori);3. 与蛋白质结合稳定，形成高级结构；4. 存在核膜，转录和翻译在时间和空间上被分隔，不偶联；5. 含有大量的重复序列；6. 单拷贝，单顺反子；7. 可移动的基因；8. 内含子，基因是不连续的（断裂基因）7.真核生物基因组的序列类型：(1)单拷贝序列(Unique Sequence)：包括大多数编码蛋白质的结构基因和基因间间隔序列。(2)低度重复序列(3)中度重复序列(重复次数： 1O2 1O5)(4)高度重复序列(重复次数：1O6)8.操纵子（operon）:多个功能相关的结构基因成簇串联排列，与上游共同的调控区和下游转录终止信号组成的基因表达单位。9.微卫星DNA（microstallite DNA）：由2-6个核苷酸组成的重复单位串联组成的两侧为特异的单拷贝序列。10.基因家族(gene family)：真核基因组中来源相同、结构相似、功能相似的一组基因11.基因簇（gene cluster）：基因家族中各成员紧密成簇排列成大段的串联重复单位，定位于染色体的特殊区域。12.超基因(Supergene) 指一组由多基因和单基因组成的更大的基因家族13.超基因家族(Supergene family)：由基因家族和单基因组成的大基因家族，结构上有程度不等的同源性，但功能不同第五章 的复制1.DNA在复制时,以亲代DNA的每一股作模板,合成完全相同的两个双链子代DNA,每个子代DNA中都含有一股亲代DNA链,这种现象称为DNA的半保留复制(semi-conservative replication). 2.复制子：基因组内独立进行复制的功能单位。 含有复制起点和终止点3.复制叉：复制时，双链解开成两股链分别进行，起点呈现叉子4.前导链（leading strand）：DNA复制时，一股以3 5方向的母链作为模板，指导新合成的链以5 3方向连续合成的链称为前导链。复制方向与解链方向一致5.随从链（lagging strand): DNA复制时，一股以53方向的母链作为模板，指导新合成的链沿53合成，1000-2000个核苷酸不连续的小片段的链称为随从链。（复制方向与解链方向相反)6.岗崎片段（Okazaki）：DNA复制时，一股以53方向的母链作为模板，指导新合成的链沿53合成1000-2000个核苷酸不连续的小片段称之为岗崎片段。7.半不连续复制：在DNA复制过程中，亲代DNA分子中以35向的母链作为模板指导新的链以53方向连续合成，另一股以53为方向的母链则指导新合成的链以53方向合成1000-2000个核苷酸长度的许多不连续的片段（岗崎片段），这种复制方式称之为半不连续复制。8.端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。9.端粒酶(telomerase) 是一种自身携带模板的逆转录酶，催化端粒DNA的合成，能够在缺少DNA模板的情况下延伸端粒的寡核苷酸片断。 10.原核生物与真核生物DNA复制的起始及区别：不同点很多，例如：真核生物每条染色质上可以有多处复制起始点，而原核生物只有一个起始点;真核生物的染色体在全部完成复制之前，各个起始点上DNA的复制不能再开始，而在快速生长的原核生物中，复制起始点上可以连续开始新的DNA复制，表现为虽只有一个复制单元，但可有多个复制叉。 第六章DNA的损伤、修复和基因突变1.DNA损伤（DNA damage）又称突变（mutation）：是指一个或多个脱氧核糖核苷酸构成的改变。即遗传物质结构改变引起遗传信息的改变。2.DNA结构发生改变主要分为两种：单个碱基的改变，双螺旋结构的异常扭曲3.损伤的类型 ：自发性损伤：（碱基之间的互变异构移位，碱基脱氨基，碱基丢失，DNA聚合酶的打滑，活性氧引起的诱变等）物理因素：紫外线照射形成嘧啶二聚体化学因素;烷化剂、碱基类似物4.DNA的修复：切除修复 错配修复 DNA直接修复 重组修复 SOS反应诱导的修复（1）切除修复（base-excision repair) 1.碱基切除修复 糖苷水解酶： 细胞中的各种，能特异切除受损核苷酸上的N-糖苷键，在DNA链上形成AP位点(去嘌呤或去嘧啶位点)。AP核酸内切酶：能在AP位点附近（5或3位置）将DNA链切开；核酸外切酶： 移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA；DNA聚合酶I：合成新片段；DNA连接酶： 连接切口而修复。2.核苷酸片段切除修复 ：当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间无法形成氢键，在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除掉，并以完整的那一条链为模板，合成出切去的部分，然后使DNA恢复正常结构的过程。 （2）错配修复（Mismatch repair) 原核细胞内存在Dam甲基化酶，能使位于5GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化。 复制后DNA在短期内（数分钟）为半甲基化的GATC序列，一旦发现错配碱基，即将未甲基化链切除一段包含错误碱基的序列，并以甲基化的链为模板进行修复。（3）直接修复（direct repair）生物体内存在多种DNA损伤以后而并不需要切除碱基或核苷酸的机制，这种修复方式称为DNA的直接修复。 （4）重组修复（Recombination repair）遗传信息有缺损的子代DNA分子通过遗传重组的方式加以弥补，即从同源DNA的母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口处，然后用再合成的序列来补上母链的空缺（5）SOS反应诱导的修复（SOS response ） SOS反应：是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，为求得生存而出现的应急效应。SOS反应诱导的修复系统包括（避免差错修复和易产生差错修复）SOS反应由Rec A 蛋白和Lex A 阻遏物相互作用引起。第七章DNA的重组与转座1.遗传重组：DNA 分子内或分子间发生遗传信息的重新重合称为遗传重组或基因重排DNA重组的意义：对生物进化起着关键作用。能迅速增加群体的遗传多样性(diversity)，使有利突变与不利突变分开，通过优化组合积累有意义的遗传信息；提供修复机制；调节基因表达等。细菌的基因转移主要有4种机制：2.接合：(conjugation)指通过细胞的直接接触，遗传信息从供体单向转移到受体的过程。3.遗传转化(genetic transformation)：指细菌品系吸收了外源DNA(转化因子)而发生遗传性状改变的现象。4.转导(transduction)：是指通过病毒介导发生在供体细胞与受体细胞之间的DNA转移。5.细胞融合(cell fusion)：细菌细胞膜融合导致的基因转移和重组叫细胞融合。6.位点特异性重组（site-specific recombination）发生在专一序列而顺序极少相同的DNA分子间的重组。7转座子（transposon):是在基因组中可移动的一段序列。8.转座：转座子由基因组的一个位置转移到另一个位置的过程叫转座。9.转座过程有5大特点：p199DNA的转座，或称移位，是由可移位因子介导的遗传物质重组。转座可被分为（复制性和非复制性）两大类。最简单的转座子不含有任何宿主基因而常被称为插入序列(insertional sequence，IS) 。IS序列都是可以独立存在的单元，带有介导自身移动的蛋白。它们都是很小的DNA片段(约lkb)，末端具有倒置重复序列，转座时往往复制宿主靶位点一小段(415bp) DNA，形成位于IS序列两端的正向重复区。10复合式转座子(composite transposon)是一类带有某些抗药性基因(或其他基因)的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列，表明IS序列插入到某个功能基因两端时就可能产生复合转座子。第八章RNA的转录合成1.RNA合成和DNA复制的区别：（1）转录时只有一条DNA链为模板，而复制 时两条链都可作为模板；（2）DNA-RNA杂合双链不稳定，RNA合成后释放，而DNA复制叉形成后一直打开，新链和母成子链；（3）RNA合成不需引物，而DNA复制需引物；（4) 转录的底物是rNTP，复制的底物是dNTP；（5）聚合酶系不同2.细菌的RNA聚合酶作用特点：1.DNA为模板2.不需引物，两游离NTP或一游离NTP与RNA链聚合.3.3-OH与5-P聚合形成磷酸二酯键。4.方向：53。3.真核生物的转录和原核转录的不同点：1. 真核mRNA单顺反子(single cistron)，原核生物为多顺贩子(multicistron)；2. 原核只有一种RNA聚合酶，而真核细胞有三种聚合酶，且高度分工；3. 真核的转录有很多蛋白质因子的介入； 4. 启动子的结构特点不同，真核有三种不同的启动子和有关的元件；顺式作用元件；反式作用元件；5. 真核基因转录水平的调控多以正调控为主4.真核生物RNA聚合酶一般特点：1、结构非常复杂；2、结构具有相似性；3、3类RNA Pol都有几种共同的亚基5.结构域（structural domain）是介于二级和三级结构之间的另一种结构层次。所谓结构域是指蛋白质亚基结构中明显分开的紧密球状结构区域，又称为辖区。6.异质性是指性质上的多样性或缺乏一致性的不同成分的组合.异质性是生物在自然界中的共同特征之一,也是生物在自然界中存活的重要保证.异质性是达尔文进化论及物种多样性的基础。7.启动子（promoter）：RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。8.增强子： 是增强启动子转录活性的特异DNA序列。（远离转录起始点，位置灵活，其作用与启动子相互依存）9.沉默子： 对基因转录起阻遏作用的特异DNA序列，属于负性调控元件。 第九章RNA转录后的剪接与加工1.断裂基因(interrupted gene): 对一个可表达为蛋白质的基因，如果其初始转录产物(前体mRNA)与有生物学功能的成熟mRNA相比，如其间含有不能编码为蛋白质的间隔序列，则这个基因称为断裂基因。2.内含子(intron) ：断裂基因中，转录但通过将两端的序列（外显子）剪接在一起而被去除的转录产物所对应的DNA片段。3.外显子(exon): 断裂基因中，在成熟mRNA产物中存在的任何片段。4.hnRNA (heterogeneous nuclear RNA)：不均一核RNA高等真核生物中，如果细胞核基因与其产物间在长度上存在差异，则其初始转录产物称之为hnRNA。5.hnRNP:核糖核蛋白颗粒hnRNA的物理结构是核糖核蛋白颗粒(hnRNP)，颗粒中蛋白质包围着hnRNA，这种hnRNA和蛋白质组成的复合物称为hnRNP。 6.剪切体（spliceosome）：mRNA前体在剪接过程中组装形成的多组分复合物，主要由snRNA和蛋白质因子组成。7.核酶(Ribozyme)指本质为RNA或以RNA为主含有蛋白质辅基的一类具有催化功能的物质。8.编辑（editing）指转录后的RNA在编码区发生碱基的加入，丢失或转换等现象。9.原核生物tRNA的加工tRNA前体的存在方式：1. 不同的tRNA串联排列；2. 多个相同的tRNA串联排列；3. tRNA与rRNA混合串联排列。修饰过程：1. 由RNA核酸内切酶在tRNA分子5端切断； 2. 由RNA核酸内切酶在tRNA分子3端切断；3. tRNA分子3端添加-CCAOH； 4. 核苷酸的修饰与异构化10.真核细胞中rRNA的加工途径：(1) 切除5端的前导序列；(2) 从41S的中间产物中先切下18S的片段。(3) 部分退火，形成发夹结构；(4) 最后修正。11.内含子的剪接分三类：1、自我的内含子： I型和II型 2、蛋白质(酶)参与的内含子 主要存在于tRNA中3、依赖于snRNP的内含子 真核细胞核的蛋白质12.真核生物tRNA前体主要有以下几种加工方式：（1）切断： “斩头”，形成5末端；去尾，形成3-OH末端。 。（2）剪接。（3）3-末端-CCA序列添加：缺-CCA的tRNA要用tRNA核酸转移酶加-CCA 。（4）化学修饰：通过甲基化酶，硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶等进行修饰，如氨基酸臂的4-硫尿苷（4tu），D臂的2甲基鸟苷（2mG），TC臂的假尿苷（）和反密码子环上的2异戊腺苷（2ipA)。13.真核tRNA的基因和原核不同：(1)真核的前体分子tRNA是单顺反子，但成簇排列，基因间有间隔区；(2)真核tRNA基因一般都比原核tRNA基因多得多，如酵母约有400个tRNA基因；(3) tRNA的前体分子中含有内含子。14.真核tRNA内含子的特点：位置相同，都在反密码子环的下游；不同tRNA的内含子长度和序列各异；外显子和内含子交界处无保守序列；内含子的剪切是依靠RNase异体催化；内含子和反密码子配对形成茎环。15.hnRNA的结构的特点(1)5端有帽结构； (2) 3端有poly（A）尾巴；(3)帽结构后有3个寡聚U区，每个长约30nt；(4)有重复序列，位于寡聚U区后面；(5)有茎环结构，可能分布于编码区（非重复序列）的两侧；(6)非重复序列中有内含子区。16.5帽子结构的功能：1. 有助于mRNA越过核膜;2. 保护5不被酶降解；3. 使mRNA能与核糖体小亚基结合；4. 被蛋白质合成的起始因子所识别，促进蛋白质合成;5. 帽子结构对mRNA 前体的剪接是必需的16.hnRNA的剪接过程： snRNP与hnRNA结合成为剪接体。 剪接体结构调整，U2和U6形成催化中心，发生转酯反应。17.I型内含子的结构特点1、分布广泛，在原核生物，真菌，噬菌体的核、叶绿体、线粒体的基因组中发现了1000多种Group I内含子2、具有保守的边界序列（ 5U-G 3）和二级结构18.II型内含子的剪接结构特点(1) 边界序列为5GUGCGYnAG；(2) 有6个茎环结构；有分支点顺序（branch-point sequence）19.三类剪接反应总结：按两步酯交换作用进行：首先游离羟基进攻外显子1和内含子结合处，接着外显子1末端产生的羟基进攻外显子2与内含子结合处。20.RNA剪接方式的分类和三种剪接机制(299)21.编辑的生物学意义：(1)校正作用；(2)调控翻译；(3)扩充遗传信息第十章遗传密码1.遗传密码的特点：(1) 遗传密码是三联体密码。(2)遗传密码无逗号。(3)遗传密码是不重迭的。(4)遗传密码具有通用性。(5)遗传密码具有简并性(degeneracy (synonyms)。(6) 密码子有起始密码子和终止密码子。(7) 反密码子中的“ 摆动”（wobble）由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并(degeneracy)，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子(synonymous codon)。2.移码突变(frame-shift mutation)：在mRNA中，若插入或删去一个核苷酸，就会使读码发生错误，称为移码，由于移码而造成的突变、称移码突变。 3.从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。第十一章蛋白质的生物合成-翻译1.蛋白质的生物合成步骤：(1)翻译的起始 核糖体与mRNA结合并与氨酰-tRNA生成起始复合物。(2)肽链的延伸 由于核糖体沿mRNA的5 端向3端移动，开始了从N端向C端的多肽合成，这是蛋白质合成过程中速度最快的阶段。(3)肽链的终止及释放 核糖体从mRNA上解离，准备新一轮合成反应。2.翻译：指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每三个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。3.遗传密码：指mRNA上核苷酸排列顺序与蛋白质多肽链中的氨基酸排列顺序之间严格的对应关系。4.密码子(codon)：mRNA上每3个相邻核苷酸编码多肽链中一个氨基酸，这三个核苷酸称一个密码子或三联体密码。5.核糖体发挥生物学功能的5个基本部位 mRNA结合部位； 结合AA-tRNA部位（A位）； 结合肽基 tRNA部位（P位）； 空载tRNA移出部位（E位）； 形成肽键的部位。 此外，还有用于起始和延伸的各种蛋白质因子结合部位。 6.蛋白质合成的过程：氨基酸的活化 翻译的起始 肽链的延伸 肽链的终止 蛋白质前体的加工7.翻译的起始，原核生物（细菌）为例：成分 30S小亚基 50S大亚基fMet-tRNAfMet3个翻译起始因子(IF-l、IF-2和IF-3) 模板mRNA GTPMg 2翻译起始又可被分成3步：第一步：在IF-3作用下核糖体大小亚基分离， 在IF-l作用下mRNA模板通过SD序列与30S小亚基相结合第二步：在IF-2和GTP的帮助下， fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。第三步：带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子8.原核生物蛋白质合成起始的小结：p3349.真核生物翻译起始的特点（与原核生物对比）核糖体较大,为；起始因子比较多；(eukaryotic Initiation Factor, eIF)mRNA 5端具有m7GpppNp帽子结构；Met-tRNAMet mRNA的5端帽子结构和3端polyA都参与形成翻译起始复合物； 10.真核生物翻译起始复合物形成(区别原核生物)原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。而在真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物.11.肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括：AA-tRNA与核糖体结合、肽键的生成和移位。(1)AA-tRNA与核糖体A位点的结合进位起始复合物形成以后，第二个AA-tRNA在延伸因子EF-Tu及GTP的作用下，生成AA-tRNAEF-TuGTP复合物，然后结合到核糖体的A位上。(2)肽键形成转肽 是由转肽酶/肽基转移酶催化(3)移位 核糖体向mRNA3端方向移动一个密码子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子12.蛋白质运转机制：蛋白质的合成位点与功能位点常常被细胞内的膜所隔开，蛋白质需要运转。核糖体是真核生物细胞内合成蛋白质的场所，任何时候都有许多蛋白质被输送到细胞质、细胞核、线粒体和内质网等各个部分，补充和更新细胞功能。细胞各部分都有特定的蛋白质组分，蛋白质必须准确无误地定向运送才能保证生命活动的正常进行。 13.蛋白质运转可分为两大类: (1)翻译运转同步机制：蛋白质的合成和运转同时发生 (2)翻译后运转机制：蛋白质从核糖体上释放后才发生运转。14.信号肽(signal peptide)：常指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的N-末端氨基酸序列（有时不一定在N端）15.线粒体蛋白质跨膜转运特征: 1、通过线粒体膜的蛋白质在运转之前大多数以前体形式存在，它由成熟蛋白质和位于N端的一段前导肽(leader peptide)共同组成,前导肽约含2080个氨基酸残基，当前体蛋白过膜时，前导肽被多肽酶所水解，释放成熟蛋白质。2、蛋白质通过线粒体内膜的运转是一种需能过程；蛋白质跨膜运转时的能量来自线粒体Hsp70引发的ATP水解和膜电位差。3、蛋白质通过线粒体膜运转时，首先由外膜上的Tom受体复合蛋白识别与分子伴侣相结合的待运转多肽，通过Tom和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔。16.前导肽的作用： 拥有前导肽的线粒体蛋白质前体能够跨膜运转进入线粒体，在这一过程中前导肽被水解，前体转变为成熟蛋白，则失去继续跨膜能力。因此，前导肽对线粒体蛋白质的识别和跨膜运转起着关键作用。17.前导肽具有如下特点:1. 带正电荷的碱性氨基酸(特别是精氨酸)含量较为丰富。2. 缺少带负电荷的酸性氨基酸；3. 羟基氨基酸(特别是丝氨酸)含量较高;4. 有形成两亲(既有亲水又有疏水部分)-螺旋结构的能力。18.在多细胞真核生物中，每当细胞发生分裂时，核膜被破坏，等到细胞分裂完成后，核膜被重新建成，分散在细胞内的核蛋白必须被重新运入核内，因此，为了核蛋白的重复定位，这些蛋白质中的信号肽被称为核定位序列(nuclear localization sequence, NLS)一般都不被切除。NLS可以位于核蛋白的任何部位。19.蛋白质前体的加工新生多肽链大多数是没有功能的，必须经过加工修饰才能转变为有活性的蛋白质。（1）N端fMet或Met的切除 （2）二硫键的形成 （3）特定氨基酸的修饰 （4）切除新生链中非功能片段第十二章基因的表达与调控1.基因表达的特点： （1）时间特异性（temporal specificity）某一特定基因的表达往往随细胞受感染的进程、生长环境的变化而开启或关闭，呈现时间特异性； 对于多细胞生物又与组织器官生长、发育阶段相适应，又称阶段特异性(stage specificity) 。（2）空间特异性(spatial specificity) 对于多细胞生物，即使处在同一生长发育阶段，不同组织细胞内的基因表达水平也是不一致的，称此为空间特异性（又称细胞特异性或组织特异性，cell or tissue specificity）。 2.基因表达的方式：（一）组成性表达（二）诱导和阻遏表达-适应性表达（三）协调表达组成性基因表达(constitutive expression) 管家基因较少受环境因素的影响，在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续表达。适应性表达：指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。协调表达 ：在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表达(coordinate expression)，这种调节称为协调调节(coordinate regulation)。3.操纵子 是由功能上相关联的多个编码序列（结构基因）及其上游的调控序列成簇串联在一起构成的一个转录协调单位。4.多顺反子：mRNA功能上相关联的多个结构基因受同一启动序列调控，被一起转录和翻译生成多种蛋白质的 mRNA 。真核生物基因组中含有可以调控自身基因表达的特异DNA序列，称为顺式作用元件。5.原核生物的调节蛋白（3类）：特异因子 决定RNA聚合酶对启动序列的特异识别和结合能力；(如，RNA聚合酶的 s因子)阻遏蛋白 通过与操纵序列结合，阻遏基因转录，发挥负性调控作用；（由调节基因表达的阻遏蛋白）激活蛋白 与启动子上游DNA序列结合，促进RNA聚合酶转录活性，发挥正性调控作用。（如，CAP分解代谢物基因活化蛋白）6.反式作用因子：能直接或间接与顺式作用元件相互作用，进而调控基因转录的一类调节蛋白，统称为反式（作用）因子。(trans-acting factor) 按其功能不同，常有以下三类： 基本转录因子 转录调节因子 共调节因子 基本转录因子（TF）是指能够在启动子部位与核心序列TATA盒和RNA Pol结合，形成转录前起始复合物（PIC）的一类调节蛋白，以起动转录。转录调节因子 这类调节蛋白能识别并结合转录起始点上游的调控序列或远端的增强子元件，通过蛋白质-DNA相互作用而影响转录活性。共调节因子另有一类与转录调节因子发生蛋白蛋白相互作用，进而影响它们的分子构象，影响转录活性，称共调节因子。7.操纵子是一种完整的具有特定功能的细菌基因表达和调节的单位，包括调节基因，操纵位点，结构基因，组成一个控制单元8.结构基因：产生mRNA,合成蛋白质9.操纵位点 promotor,operator：启动子结合位点10.调节基因：产生调节蛋白（与操纵位点结合） 结构基因不转录诱导物存在时，可与阻遏蛋白结合 结构基因转录11.操纵子：是基因表达的协调单位，由启动子、操纵基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成。操纵基因受调节基因产物的控制。12.根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白） 的应答，可分为：正转录调控 负转录调控正调控系统中的正调控蛋白又被称为无辅基诱导蛋白(apoinducer)负调控系统中的负调控蛋白又被称为阻遏蛋白（repressor)13.操纵子调控系统的基本类型1. 可诱导负控制系统-负转录调控2. 可诱导正控制系统-正转录调控3. 可阻遏负控制系统-负转录阻遏4. 可阻遏正控制系统-正转录阻遏根据操纵子对某些能调节它们的小分子的应答，可分为可诱导调节和可阻遏调节两大类：14.可诱导调节：指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物质的诱导下使基因活化。15.可阻遏调节：基因平时是开启的，处在产生蛋白质或酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。16.原核生物以负调控为主，真核生物以正调控为主；如果某种物质能够促使细菌产生酶而本身又不被分解，这种物质被称为安慰诱导物17.色氨酸操纵子（trp operon）：特点:(1) trpR和trpABCDE不连锁；(2) 操纵基因在启动子内(3) 有衰减子(attenuator)/弱化子(4) 启动子和结构基因不直接相连，二者被前导序列(Leader)所隔开 18.ara操纵子的调控有两个特点：第一，araC表达受到AraC的自身调控。第二，AraC既是ara操纵子的正调节蛋白（需cAMP-CRP的共同参与，起始转录），又是其负调节蛋白。这种双重功能是通过AraC蛋白的两种异构体来实现的（Pi和Pr)。第十三章真核生物基因表达与调控1.原核生物基因组结构特点：1. 基因组很小，大多只有一条染色体2. 结构简炼3. 存在转录单元多顺反子4. 有重叠基因2.真核基因组结构特点：1. 真核基因组结构庞大 2. 单顺反子3. 基因不连续性 4. 非编码区较多 5. 含有大量重复序列3.真核生物基因表达调控的特点：（1）多层次（2）无操纵子和衰减子（3）个体发育复杂（4）受环境影响较小4.外显子(Exon) ： 真核细胞基因DNA中的编码序列，这些序列被转录成RNA并进而翻译为蛋白质。5.内含子(Intron) ：真核细胞基因DNA中的间插序列，这些序列被转录成RNA，但随即被剪除而不翻译。 6.组成型剪接：一个基因的转录产物通过剪接只能产生一种成熟的mRNA。7.选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同mRNA8.短期调节（short- term regulation ）对环境条件的改变或者细胞以及组织的生理条件的改变作出反应。9.长期调节(long-term regulatiion)受到内在程序化的控制和外界环境的变化关系不大。10.基因的活性是指：具有表达的基本条件。11.基因的表达是指：具备表达的充分条件12.染色质的结构：1. 紧密压缩的状态2. 被阻遏的状态3. 有活性的状态4. 被激活的状态13.活性染色质对DNase的敏感性表现为5个方面：1. 细胞和组织特异性2. 潜在的转录能力3. 无转录潜能的区域缺乏敏感性4. 对基因调控区高度敏感5. 组蛋白的乙酰化使敏感性显著增强14.非组蛋白特点：1. 种类多且数量大，但在核内含量少；2. 具有种属和组织特异性；3. 大多数为磷蛋白，磷酸化/去磷酸化调节15.染色质核小体结构的动态过程（略）1. 非活化状态2. 蛋白因子结合，呈去阻遏状态3. 活化状态4. 组装转录前起始复合物16.组蛋白的乙酰化-去乙酰化生物功能（略）1、乙酰化能促进基因转录的活性2、组蛋白乙酰化与转录起始复合物装配3、组蛋白的去乙酰化与基因沉默17.基因的扩增（amplification）指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。18.多线染色体（polytenne chromosomes）DNA可以特异扩增上千倍，而在异染区附近只可复制几次。19. 基因重排：一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录这种方式被称为基因重排20.顺反子 顺式作用元件(cis-acting element)：具有调节功能的特定DNA序列只能影响同一分子中的相关基因。主要是起正性调控作用的元件，包括启动子(promoter)、增强子(enhancer)； 21.TATA盒：位于转录起始上游25-30左右,保守序列TATAAA功能：1.指导RNA聚合酶结合到DNA上2.是基础转录因子结合位点 3.决定转录的方向和精确性的起始位点22.起始子：真核生物转录起始点一般无同源序列，但在 常有Py2CAPy5,其中A是mRNA的第一个碱基，将这段序列称为起始子。作用：1.被基础转录因子TFD识别2.影响启动子的强度3.转录起始点的选择有关23.增强子(enhancer) 指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性、增强启动子转录活性的DNA序列。24.增强子的作用特点p414(w)绝缘子(insulator) 功能：阻止激活或阻遏作用在染色质上的传递，使染色质上的传递，使染色质的活动和活性限定于结构基因25.沉默子DNA序列与调控蛋白结合后可抑制转录起始复合物的活化抑制基因表达的活性。作用特点：不受距离和取向限制26.反式作用因子：能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件的核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质27.DNA结合结构域：螺旋-转角-螺旋（Helix-turn-helix，H-T-H）碱性-螺旋-环-螺旋（basic helix /loop /helix，bHLH）碱性-亮氨酸拉链（basic - leucine zipper）锌指结构（zinc finger）+真核细胞基因表达调控的不同层次：（1） 染色质和染色体水平上的结构变化与基因活化。（2） 转录水平上的调控，包括基因的开与关，转录效率的高与低。（3） RNA加工水平的调控，包括对初始转录产物的特异性剪接，修饰，活化，编辑等。（4） 转录后加工产物在从细胞核向细胞质转运过程中的调控。（5） 翻译水平的调控，对哪一种mRNA结合核糖体进行翻译的选择以及蛋白质合成量的控制。（6） 蛋白质合成以后选择性地被激活的控制，蛋白质和酶，分子水平上的剪接，活性水平上的控制。（7） 控制mRNA的选择性降解的调控。 结合E. coli的二次生长现象，论述乳糖操纵子的作用机制。（大题必考）1、乳糖操纵子的组成：大肠杆菌乳糖操纵子含Z、Y、A三个结构基因，分别编码半乳糖苷酶、透酶和半乳糖苷乙酰转移酶，此外还有一个操纵序列O，一个启动子P和一个调节基因I。2、阻遏蛋白的负性调节：没有乳糖存在时，I基因编码的阻遏蛋白结合于操纵序列O处，乳糖操纵子处于阻遏状态，不能合成分解乳糖的三种酶；有乳糖存在时，乳糖作为诱导物诱导阻遏蛋白变构，不能结合于操纵序列，乳糖操纵子被诱导开放合成分解乳糖的三种酶。所以，乳糖操纵子的这种调控机制为可诱导的负调控。3、CAP的正性调节：在启动子上游有CAP结合位点，当大肠杆菌从以葡萄糖为碳源的环境转变为以乳糖为碳源的环境时，cAMP浓度升高，与CAP结合，使CAP发生变构，CAP结合于乳糖操纵子启动序列附近的CAP结合位点，激活RNA聚合酶活性，促进结构基因转录，调节蛋白结合于操纵子后促进结构基因的转录，对乳糖操纵子实行正调控，加速合成分解乳糖的三种酶。4、协调调节：乳糖操纵子中的I基因编码的阻遏蛋白的负调控与CAP的正调控两种机制，互相协调、互相制约。原核生物和真核生物蛋白质合成起始异同点分析 ：内容原核生物真核生物核糖体完整70S80S亚基50S，30S60S，40S起始tRNAfMet-tRNAfMetMet-tRNAiMet起始因子3种至少7种起始复合物的生成顺序1）30SmRNA1) 40SMet-tRNAiMet2）30SmRNAfMet-tRNAfMet2) 40SMet-tRNAiMet mRNA3）70SmRNAfMet-tRNAfMet3）80SmRNAMet-tRNAiMet