现代分子生物学考试复习资料Word文档格式.docx
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包括启动子、增强子、沉默子等
6有大量重复序列
7有大量的DNA多态性
8具有端粒结构
原核生物基因组的特点：
1基因组很小DNA含量少,
2有重叠基因,转录产物是多顺反子,
3结构简练,大部分都是编码区域,
4DNA一般不与蛋白质结合
5存在转录单元，转录形成多顺反子mRNA
单顺反子：
只编码一个蛋白质的mRNA;
多顺反子mRNA:
两个以上相关基因串在一起转录所得到的信使核糖核酸（mRNA），由DNA链上的邻位顺反子所界定;
顺式作用元件：
存在于基因旁侧序列中能影响基因表达的序列。
顺式作用元件包括启动子、增强子、调控序列和可诱导元件等，其本身不编码任何蛋白质，仅仅提供一个作用位点，要与反式作用因子相互作用而起作用；
反式作用因子：
是指能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上参与调控靶基因转录效率的蛋白质；
端粒：
是线状染色体末端的一种特殊结构，一特定的DNA-蛋白质复合体结构（由DNA简单重复序列组成富含GT）
DNA的复制：
每个子代DNA分子的一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种方式称半保留复制，无论原核还是真核生物，DNA的复制主要从固定的起始点一双相等速方式进行复制。
真核生物DNA的复制特点：
1.真核生物有多个复制起始位点，而原核只有一个起始位点。
2.真核生物复制一旦启动，在完成本次复制前，不能在再启动新的复制
3.真核生物具有多种聚合酶。
4真核生物DNA复制起始需要起始点识别复合物参与.。
5.真核生物DNA复制叉的移动速度约50bp/s，还不到大肠杆菌的1/20。
原核生物DNA的复制特点：
1DNA复制的起始：
DNA双螺旋的解旋，需DNA解旋酶、单链结合蛋白（SSB）及拓扑异构酶
2DNA复制的引发，无论前导链还是后随莲链开始DNA合成时，都需要RNA引物复制
3.冈崎片段与半不连续复制，前导链DNA的合成以5'
-3'
方向，随着亲本双链的解开而连续进行复制，后随链在合成过程中，一般亲本DNA单链首先暴露出来，然后以与复制叉移动相反的方向，按照5'
方向合成一系列的冈崎片段，然后再把它们连接成完整的冈崎片段，是在DNA半不连续复制中产生的长度为1000-2000bp的DNA片段，即连接成完整的后随链4.复制的终止：
有终止子终止
5.DNA聚合酶Ⅲ是主导的聚合酶，RNA聚合酶h对引物水解，DNA连接酶对冈崎片段连接。
1、DNA的修复：
错配修复切除修复、重组修复、DNA直接修复及SOS反应
10、DNA的转座：
由可移位因子介导的遗传物质重排现象。
转座子：
是存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位。
转座子分类：
插入序列（IS）、复合型转座子、TnA家族；
插入序列（IS）：
最简单的转座子不含有任何宿主基因，是很小的DNA片段（约1kb），末端具倒置重复序列，转座时往往宿主靶位点，一小段DNA形成IS序列两端的正向重复区。
复合型转座子：
是一类带有某些抗药性基因的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列，一旦形成复合转座子，IS序列就不能再单独移动，因为它们的功能被修饰了，只能作为复合体移动。
TnA家族：
是一类没有IS序列的体积庞大的转座子。
11、转座可分为复制型和非复制性
12、转座作用的遗传学效应：
①转座引起插入突变;
②转座产生新的基因
③转座产生的染色体畸变;
④转座引起的生物进化.
三、生物信息的传递-从DNA到RNA
1、转录：
指拷贝出一条与DNA链序列完全相同（除T-U外）的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤。
2、翻译：
以新和成的mRNA为模板，把核苷酸三联遗传密码子翻译成氨基酸序列，合成多肽链的过程，是基因表达的最终目的。
3、编码连（有义链）双链DNA中与mRNA序列相同，编码蛋白质的那条DNA链，并把另一条根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链成为模板链或反义链。
4、转录的基本过程包括模板的识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止。
模板的识别：
主要指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程（真核生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启动区，需与转录调控因子结合形成转录起始前复合物）；
转录起始：
RNA聚合酶结合在启动子上以后，RNA链上第一个核苷酸链的产生；
转录延伸：
RNA聚合酶释放σ因子离开启动子后，核心酶沿模板DNA链移动并使新生RNA链不断延长的过程；
转录终止：
当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA杂合物分离，转录泡瓦解，DNA恢复成双链状态，而RNA聚合酶和RNA链都被从模板上释放出来。
5、RNA聚合酶：
原核生物的RNA聚合酶全酶α2ββ’ωσ、核心酶α2ββ’ω转录起始过程需要全酶，由σ辨认起始点，延长过程仅需核心酶催化。
真核生物有3类RNA聚合酶。
RNA聚合酶I的转录产物是45Rrna,经剪接加工后生成mRNA。
RNA聚合酶II在核内转录生成hnRNA，经剪接加工生成mRNA。
RNA聚合酶III的转录产物是tRNA、5srRNA等真核RNA聚合酶一般由8-16个亚基组成（三类DNA聚合酶的敏感性不同酶，酶II最敏感，最不敏感酶I，酶III具有种属特异性）
6、启动子：
一段位于结构基因5‘端上游的约100-200bp的具有独立功能的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确地结合并具有转录起始的特异性。
7、转录单元：
是一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。
RNA聚合酶从转录起始位点开始沿着模板前进，指导终止子为止，转录出一条RNA链。
8、原核生物启动子具有-10位的TATA区和-35位的TGACA区是RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与σ因子相互识别而具有很高的亲和力，在原核生物中-35位和-10位间的距离约16-19bp，小于15bp或大于20bp都会降低启动子的活性。
9、增强子：
明显地提高基因转录的效率。
特点：
1）能远距离增强启动子的活性，一般位于上游-200bp
（2）无方向性；
在启动子的上游和下游均起作用
（3）顺式调节只调节位于同一条染色体上的靶基因
（4）无物种和基因特异性
（5）具有组织特异性
（6）有位相性
（7）有的增强子可以对外部信号产生反应
10、真核基因的启动子在-25～-35区含有TATA序列，在-70～-80区含有CCAAT序列（CAATbox），在-80～-110含有GC区，TATA区上游的保守序列称为上游启动子元件（UPE）
11、基因转录实际上是RNA聚合酶、转录调控因子和启动子区各种调控元件相互作用的结果。
12RNA转录的抑制剂
（1）DNA模板功能抑制剂，通过与DNA结合而改变模板的功能。
放线菌素D
（2）RNA聚合酶的抑制剂，与RNA聚合酶结合而抑制其活力。
利福霉素、利迪链霉素和a-鹅膏蕈碱。
14、原核生物mRNA的特征：
①半衰期短
②以多顺反子的形式存在
③5’端无帽子结构或只有短的PolyA尾巴。
15真核生物mRNA的特征：
①单顺反子形式存在
②5‘端的帽子及3'
的40-200个左右的poly（A）结构。
16、SD序列：
存在于原核生物起始密码子AUG上游7-12个核苷酸处，有一段可与核糖体16SrRNA配对结合的、富含嘌呤的4-7个核苷酸的共同序列，一般为AGGA，此序列称SD序列.
17ρ因子：
一种NTP酶，它通过催化NTP的水解促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。
通常原核生物的终止子在终止点之前均有一个富含GC碱基的二重对称区，其产生RNA可形成发家式结构。
18、GU-AG法则（Chambon法则）：
多数细胞核mRNA前体中内含子的边界序列位GU，3'
边界为AG，把这种保守序列称为GU-AG法则
19mRNA的剪接：
从hnRNA分子去除非编码序列，形成成熟mRNA的过程。
RNA的编辑：
指转录后的RNA编码区发生剪辑的加入，删除或丢失导致DNA所变美女吗的遗传信息的改变。
RNA的再编辑：
RNA编码和读码方式的改变称为RNA的再编码。
内含子的变位剪接：
在真核生物个体发育或细胞分化时可以有选择地越过某些外显子或某个剪接点进行变位剪接，产生出组织或发育阶段特异性mRNA.
五、基因的表达与调控（上）－原核基因表达调控模式
1、基因表达调控在两个水平上体现
（1）转录水平上的调控
（2）转录后水平上的调控包括①mRNA加工成熟水平上的调控②翻译水平上的调控。
原核生物的基因调控主要发生在转录水平上。
2、调控模式
（1）负转录调控系统分为负控诱导和负控阻遏二大类。
负控诱导系统－阻遏蛋白不与诱导物结合时，阻遏蛋白与操纵区相结合，结构基因不转录，阻遏蛋白结合上诱导物
时，阻遏蛋白与操纵区分离，结构基因转录；
负控阻遏系统－阻遏蛋白与效应物结合时，结构基因不转录。
（2）正转录调控系统为正控诱导系统和正控阻遏系统。
在正控诱导系统中，诱导物的存在使激活蛋白处于活性状态，转录进行；
在正控阻遏系统中，效应物分子的存在使激活蛋白处于非活性状态，转录不进行。
3、弱化子：
操纵子：
指原核生物中有一个或多个相关基因以及转录翻译调控与案件组成的基因表达单元，包括启动子（p）、操纵基因（o）和在功能上相关的几个结构基因。
5、色氨酸操纵子与负控阻遏系统
trp操纵子中产生阻遏物的基因是trpR，trp位于大肠杆菌染色体图上25分钟处，trpR位于90分钟处。
trpR基因产物被称为辅阻遏蛋白，其与色氨酸相结合形成有活性的阻遏物，与操纵区结合并关闭trpmRNA转录。
这个系统中的效应分子是色氨酸及其衍生物。
当培养基中色氨酸含量较高时，它与游离的辅阻遏蛋白相结合，并使之与操纵区DNA紧密结合；
当培养基中色氨酸供应不足时，辅阻遏物失去色氨酸并从操纵区上解离，trp操纵子去阻遏。
5.1弱化系统
色氨酸操纵子通过弱化作用实现惊喜的转录表达调控，在trpmRNA5'
端trpE基因的起始密码前有一个长162bp的mRNA片段被称为前导区，其中有四个间隔区彼此配对能形成不同的茎-环结构，其中3-4配对区正好位于终止密码子的识别区，前导区编码的多肽被称为前导肽。
其中第10和第11位上有相邻的两个色氨酸密码子．
当培养基中色氨酸浓度低，核糖体很难通过两个相邻的色氨酸密码子，当4区被转录完成时，核糖体才进行到1区，这时前导区2-3配对，不形成3-4配对的终止结构。
当培养基中色氨酸浓度高，核糖体顺利通过两个相邻的色氨酸密码子，在4区被转录之前就到达2区，这样3-4区自由配对形成茎-环状终止子结构，转录停止。
6、半乳糖（gal）操纵子
半乳糖操纵子有3个结构基因：
galE、galT、galK，半乳糖操纵子的调节基因是galR，诱导物是半乳糖。
gal操纵子有两个特点：
①它有两个启动子，其mRNA可从两个不同的起始点开始转录；
②它有两个O区，一个在P区上游-67～-73，另一个在结构基因galE内部。
从S1起始的转录只有在无葡萄糖时才能顺利进行，RNA聚合酶与S1的结合需要半乳糖、CRP和较高浓度的cAMP。
当腺苷环化酶突变（cya-）或cAMP受体蛋白突变（crp-）时，gal操纵子不能从S1起始转录。
当有cAMP-CRP时，转录从S1开始；
当无cAMP-CRP时，转录从S2开始。
为什么gal操纵子需要双启动子？
因为半乳糖不仅可以作为唯一碳源供细胞生长，而且与之相关的物质—尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal）是大肠杆菌细胞壁合成的前体，细胞必须随时合成差向异构酶，以保证尿苷二磷酸的供应。
在没有外源半乳糖的情况下，细胞通过半乳糖差向异构酶（galE基因产物）的作用由UDP-葡萄糖合成UDPgal。
如果只有S1一个启动子，由于这个启动子的活性依赖于cAMP-CRP，当培养基中有葡萄糖存在时就不能合成异构酶。
如果S2是唯一的启动子，那么，即使有葡萄糖存在，半乳糖也将使操纵子处于充分诱导状态，能量被浪费。
7、阿拉伯糖操纵子
阿拉伯糖操纵子有三个结构基因：
araB、araA和araD，代谢时以araA、B、D的次序进行。
与araBAD相邻的是一个复合的启动子区域，两个操纵区和一个调节基因araC，AraC蛋白同时显示正负调节因子的功能。
araBAD和araC基因的转录是分别在两条链上以相反的方向进行的。
阿拉伯糖本身就是诱导物。
正调控a没有AraC蛋白时，由Pc启动子起始araC基因转录；
负调控b.葡萄糖水平较高时，AraC蛋白与操纵区O2以及araI上半区相结合，形成DNA回转结构，araBAD基因不表达；
c.有阿拉伯糖但无葡萄糖存在时，AraC与阿拉伯糖相结合，变构成为激活蛋白，与araO1和araI区相结合，在CRP-cAMP的共同作用下起始结构基因表达。
8、阻遏蛋白LexA的降解与细菌中的SOS应答
SOS体系的诱导表达过程是把LexA阻遏蛋白从这些参与SOSDNA修复系统的许多基因的上游调控区移开的过程。
通过Rec蛋白对Lex的水解实现的。
9、二组分系统：
（最简单的细胞信号系统）由二种不同的蛋白质组成：
即位于细胞质膜上的传感蛋白及位于细胞质中的应答调节蛋白。
10、反义RNA：
能与mRNA中特定序列配对并改变配对mRNA构象，导致翻译开启或关闭，也可能导致目标mRNA快速降解的一些非编码小RNA分子。
11、魔斑核苷酸：
缺乏氨基酸时rel＋菌株合成的PPGPP和PPPGPP，其主要作用是影响RNA聚合酶与启动子结合的专一性
（1）严紧控制：
当细菌处于饥饿条件下，缺乏维持蛋白质合成的氨基酸，其大部分活性区域将被关闭，此称之为严禁控制（PPGpp、pppGpp积累）。
（2）、松弛控制（基因型rel-）当氨基酸缺乏时，蛋白质合成下降，由于不合成魔斑核苷酸RNA的合成速度没有下降
12、原核基因调控特点：
（1）主要在转录水平调控。
（2）δ因子决定RNA聚合酶识别特异性。
（3）主要通过操纵子模式进行调节。
（4）阻遏蛋白对转录转录的抑制作用是普遍存在的负调控作。
八、基因的表达与调控（下）—真核基因表达调控的一般规律
1、基因家族：
真核生物的基因组中有很多来源相同、结构相似、功能相关的基因；
复杂多基因家族：
一般由几个相关基因构成，基因之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位；
2、GT-AG法则：
几乎每个内含子5’端起始的两个碱基都是GT，而3’最后两个碱基总是AG。
即RNA剪接的信号序列5‘GT——AG3’。
3、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。
如：
肌红蛋白重链基因。
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mRNA。
小鼠淀粉酶基因。
4、DNA水平上的调控：
是真核生物基因表达调控的一种方式，它包括基因丢失、扩增、重排和易位等，通过这些方法可以消除或变换某些基因并改变他们的活性。
5、DNA的甲基化对基因表达的调控机制：
DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶和少量的7-甲基鸟嘌呤及N6-甲基腺嘌呤，导致某些区域DNA构象变化，从而影响了蛋白质与DNA的相互作用，即抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率。
甲基化达到一定程度时会发生从常规的B-DNA向Z-DNA过度。
由于Z-DNA机构收缩，螺旋加深，使许多蛋白质因子结合的元件缩入大沟而不利于基因转录的起始。
甲基化的引入不利于模板与RNA聚合酶的结合，降低了其体外转录活性，甲基化CpG的密度和启动子强度之间的平衡决定了该启动子是否具有转录活性。
6、反式作用因子中的DNA结合位点或结合域：
①螺旋-转折-螺旋（H-T-H）：
蛋白质分子中至少有两个a螺旋，中间由短侧链氨基酸残基形成“转折”，与DNA相互作用时，同源域蛋白的第一二两个螺旋往往靠在外侧，其第三个螺旋则与DNA大沟结合，并通过其N端的余臂与DNA的小沟结合。
②锌指结构：
是一种常出现在DNA结合蛋白中的结构基元。
是由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上的4个Cys或2个Cys和2个His配位的Zn构成，形成的结构像手指状。
③碱性-亮氨酸拉链（bIIP结构）：
两个蛋白质a螺旋上的亮氨酸之间相互作用形成二聚体，形成“拉链”，通过肽链氨基端有一个含20～30个碱性氨基酸结构域与DNA结合。
若不行成二聚体，该碱性区对DNA的亲和力明显降低。
④碱性-螺旋-环-螺旋（bHLH结构）：
羟基端100-200个氨基酸残基可形成两个双性a螺旋，北非螺旋的环状结构隔开，通过蛋白质的氨基端与DNA结合，bHLH类蛋白只有形成同源或异源二聚体时，才具有足够的DNA结合能力。
当这类异源二聚体中的一方不含碱性区时，该二聚体明显缺乏对靶DNA的亲和力。
⑤同源域蛋白：
同源域是指编码60个保守氨基酸序列的DNA片断，广泛存在于真核生物基因组内。
同源转换区蛋白具有调节功能，与这些蛋白C端类似于原核基因阻遏物螺旋-转角-螺旋结构有关。
7、反式作用因子的唯一结构基础：
是否具有转录活化域。
反式作用因子转录活化域有多种，通常依赖于DNA结合结构域以外的30-100个氨基酸残基。
不同的转录活化域大体上有下列三个特征性结构：
（1）带负电荷的螺旋结构
（2）富含谷氨酰胺的结构（3）富含脯氨酸的结构。
8、
（1）受cAMP水平调节的A激酶
A激酶（PKA）：
依赖于cAMP的蛋白激酶。
许多转录因子都可以通过cAMP介导的蛋白质磷酸化过程而被激活，因为这类基因的5’端启动区大都拥有一个或多个cAMP应答元件。
膜上的受体R与外源配基结合，引起受体构象变化，并与GTP结合蛋白结合，R与G耦合激活了与膜相关的腺苷酸环化酶，导致胞内cAMP浓度上升，活化A激酶，释放催化亚基并进入核内，实现底物水平磷酸化。
（2）C激酶与PIP2、IP3和DAG：
磷酸肌醇级联放大的细胞内信使是磷脂酰肌醇－4，5－二磷酸（PIP2）的两个酶解产物：
肌醇－1，4，56－三磷酸（IP3）和二酰基甘油。
IP3和DAG是该途径的主要活性分子，G蛋白通过活化的受体调控磷酸肌醇酶系统的活性。
C激酶活性依赖于Ca2+。
（3）酪氨酸激酶（PTK）途径：
包含跨膜受体家族与胞质非受体家族两大类。
跨膜酪氨酸激酶由胞外结合配体结构域、跨膜结构域、和细胞质激酶结构域组成，非受体酪氨酸激酶除有一段与前者同源的激酶结构域外，还有SH2\SH3结构域。
SH2可与带有磷酸络氨酸的蛋白质结合，SH3参与受体分子的膜定位。
（4）蛋白质磷酸化参与细胞分裂的调控：
当细胞中P21蛋白过量存在时，大量细胞周期蛋白E-CDK2复合物与P21蛋白结合，使CDK2丧失磷酸化pRb蛋白的功能，未被磷酸化的pRb蛋白与转录因子E2F结合，使E2F无法激活一系列与DNA合成有关酶的表达，使细胞分裂受阻。
当P53、P21含量下降时，细胞周期蛋白E-CDK2复合物就能有效地将PRb蛋白磷酸化，此时PRb蛋白无法与E2F相结合，后者发挥转录因子作用，激活各个与DNA合成有关基因表达，引起细胞分裂。
9、应答元件：
能与某个（类）专一蛋白质因子结合，从而控制基因特异性表达的ＤＮＡ上游序列。
如ＨＳＥ、ＧＲＥ。
10、激素调节转录组织特异性的根本原因：
靶细胞含有大量激素受体蛋白，而非靶细胞中没有或很少有这类受体。
11、固醇类激素受体蛋白分子都有相同的结构框架：
保守性高位于分子中央的DNA结合区，位于C端的激素结合区和N端功能区。
通常情况下，手提袋那百种激素结合结构域妨碍了DNA结合域及转录调控趋发挥生理功能，只有与相应激素结合后才能打破这种障碍。
13、分子伴侣：
细胞中一类能够识别并结合到不完全折叠或装配的蛋白质分子上以帮助这些多肽正确折叠、转运、或防止他们聚集的蛋白质，其本身不参与终产物的形成。
14、hsp（热休克蛋白）：
基因中内含子数量很少，尚未发现hsp70基因中有内含子，hsp的这一基本特征保证他们一旦转录，不需要剪接就可以产生成熟的mRNA以适应hsp大量快速表达的需要。
15、HSF（热激因子）：
以单体形式存在，没有DNA结合能力，并与HSP70结合，当受到热激或其他环境胁迫时，细胞内变性蛋白增多，并与HSP70结合，使HSE被释放，形成三体进入核内与HSE特异性结合，促进基因转录，引起包括HSP70在内的许多热休克应答基因表达,产生大量HSP70蛋白，热激温度消失后，大量游离的HSP70蛋白与HSF结合，形成单体脱离DNA.HSF具有多个可形成拉链的疏水DNA区域，其中3个位于N端，靠近DNA结合，参与促进HSF三体的形成，第4个位于C端，是维持HSF单体构象所必需的
十、基因组与比较基因组学
1、基因组：
是指生物有机体的单倍体细胞中所有DNA，包括细胞核内的DNA和各种细胞器DNA。
2、基因组文库：
将某种生物体全部基因组DNA，用限制性酶切割，产生一定长度的DNA片段，与载体重组，进入宿主细胞进行克隆，这些存在于所有重组体内的基因组DNA片段的集合。
3、DNA测序的基本原理：
Sanger的双脱氧链终止法：
在DNA测序中，加入模板DNA特异性引物，DNA聚合酶，四种dNTP以及四种ddNTP,由于ddNTP没有3’—OH基因，核苷酸无法继续延长，因此会产生出不同长度的DNA片段混合物，他们具有相同的5’端，并在3’端的ddNTP处终止，通过凝胶电泳分离，放射自显影，就可以直接读出DNA的核苷酸顺序。
4、人类基因组计划（HGP）：
是由美国科学家于1985年率先提出，由六个国家（美国、英国、德国、日本、法国、中国）的科学家共同参加的旨在阐明人类基因组30亿个缄基对的序列，发现所有人类基因，破译人类全部遗传信息，使人类在分子水平上真正全面认识自我的科学计划。
HGP的主要任务：
物理图、转录图、遗传图、序列图。
5、遗传图（连锁图）：
指基因或DNA标记在染色体上的相对位置与遗传距离。
cM（基因或DAN片段在染色体交换过程中分离的频率）；
6、物理图：
以已知核苷酸序列的DNA片段（序列标签位点STS）为“路标”，以碱基对作为基本测量单位（图距）的基因组图；
7、转录图：
以EST（表达序列标签）为标记，根据转录顺序的位置和距离绘制的图谱
序列图（分子水平的物理图）：
指整个人类基因组的核苷酸序列图，也是最详尽的物理图。
6、比较基因组学：
是基于基因组图谱和测序基础上，对已知的基因和基因组结构进行比较，来了解基因
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