分子生物學

第一章 緒論

分子生物學研究內(nèi)容有哪些方面？

1、結構分子生物學； 2、基因表達的調(diào)節(jié)與控制； 3、DNA重組技術及其應用； 4、結構基因組學、功能基因組學、生物信息學、系統(tǒng)生物學

第二章DNA and Chromosome

1、DNA的變性：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。

2、DNA復性：變性DNA在適當條件下，分開的兩條單鏈分子按照堿基互補原則重新恢復天然的雙螺旋構象的現(xiàn)象。

3、Tm(熔鏈溫度)： DNA加熱變性時，紫外吸收達到最大值的一半時的溫度，即DNA分子內(nèi)50%的雙鏈結構被解開成單鏈分子時的溫度）

4、退火：熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復性，稱為退火

5、假基因：基因組中存在的一段與正?；蚍浅Ｏ嗨频荒鼙磉_的DNA序列。以Ψ來表示。

6、C值矛盾或C值悖論:C值的大小與生物的復雜度和進化的地位并不一致，稱為C值矛盾或C值悖論(C-Value Paradox)。

7、轉(zhuǎn)座：可移動因子介導的遺傳物質(zhì)的重排現(xiàn)象。

8、轉(zhuǎn)座子：染色體、質(zhì)粒或噬菌體上可以轉(zhuǎn)移位置的遺傳成分

9、DNA二級結構的特點：1）DNA分子是由兩條相互平行的脫氧核苷酸長鏈盤繞而成；2）DNA分子中的脫氧核苷酸和磷酸交替連接，排在外側，構成基本骨架，堿基排列在外側；3）

DNA分子表面有大溝和小溝；4）兩條鏈間存在堿基互補，通過氫鍵連系，且A=T、G ≡ C（堿基互補原則）；5）螺旋的螺距為3.4nm，直徑為2nm，相鄰兩個堿基對之間的垂直距離為0.34nm，每圈螺旋包含10個堿基對；6）堿基平面與螺旋縱軸接近垂直，糖環(huán)平面接近平行

10、真核生物基因組結構：編碼蛋白質(zhì)或RNA的編碼序列和非編碼序列，包括編碼區(qū)兩側的調(diào)控序列和編碼序列間的間隔序列。

特點：1）真核基因組結構龐大 哺乳類生物大于2X109bp；2）單順反子（單順反子：一個基因單獨轉(zhuǎn)錄，一個基因一條mRNA，翻譯成一條多肽鏈；）3）基因不連續(xù)性 斷裂基因（interrupted gene）、內(nèi)含子(intron)、 外顯子(exon)；4）非編碼區(qū)較多，多于編碼序列(9:1) 5）含有大量重復序列

11、Histon(組蛋白)特點：極端保守性 、無組織特異性、 氨基酸分布的不對稱性、可修飾作用、 富含Lys的H5

12、核小體組成： 由組蛋白和200bp DNA組成

13、轉(zhuǎn)座的機制：轉(zhuǎn)座時發(fā)生的插入作用有一個普遍的特征，那就是受體分子中有一段很短的被稱為靶序列的DNA會被復制，使插入的轉(zhuǎn)座子位于兩個重復的靶序列之間。

復制型轉(zhuǎn)座：整個轉(zhuǎn)座子被復制，所移動和轉(zhuǎn)位的僅為原轉(zhuǎn)座子的拷貝。

非復制型轉(zhuǎn)座：原始轉(zhuǎn)座子作為一個可移動的實體直接被移位。

第三章 DNA Replication and repair

1、 半保留復制：DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配對規(guī)律，合成與模板互補的子鏈。子代細胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則完全從新合成。兩個子細胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致。這種復制方式稱為半保留復制。

2、 復制子：生物體內(nèi)能獨立進行復制的單位

3、 前導鏈：以復制叉移動的方向為標準，一條模板鏈的走向是3’→5’， 子代鏈復制時以5’→3’方向連續(xù)合成，這一條鏈稱為前導鏈

4、 滯后鏈：另一條模板鏈的走向是5’→3’， 子代鏈通過不連續(xù)的5ˊ-3ˊ聚合而成，稱為滯后鏈(lagging strand)。

5、 岡崎片段：滯后鏈的合成是一段一段的。DNA復制時，由滯后鏈所形成的子代DNA短鏈稱為岡崎片段

6、 端粒:是真核生物線性染色體末端的特殊結構，含物種特異性（species-specific）的DNA重復序列。

7、 逆轉(zhuǎn)錄：以RNA為模板, 按照RNA中的核苷酸順序合成DNA的過程，稱為反轉(zhuǎn)錄(reverse transcription, RT)。該過程由逆轉(zhuǎn)錄酶催化進行，亦稱反轉(zhuǎn)錄

8、 DNA復制的主要特征：半保留復制、 雙向復制、 半不連續(xù)復制、 保真性

9、 DNA復制的幾種方式：

10、 DNA polymerases（DNA聚合酶） in E. Coli及其主要功能

DNA Pol Ⅳ：din B編碼

DNA Pol Ⅴ：umc C, umc D編碼

兩者涉及DNA的錯誤傾向修復 (error-prone repair)。當DNA受到較嚴重損傷時，即可誘導產(chǎn)生這兩個酶，使修復缺乏準確性（accuracy)，因而出現(xiàn)高突變率。高突變率雖會殺死許多細胞，但至少可以克服復制障礙，使少數(shù)突變的細胞得以存活。

11、 單鏈DNA結合蛋白（SSB）：在復制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護單鏈的完整。其作用是保證被解鏈酶解開的單鏈在復制完成之前能保持單鏈結構。

12、 常見的真核細胞DNA聚合酶及其功能

13、 原核生物DNA復制的過程（課本P50-P52）

1）復制的起始：識別起始點，合成引發(fā)體：在E.coli，DnaA蛋白識別并結合ori， DnaC 協(xié)助DnaB蛋白（解鏈酶, helicase）結合于ori ，DNA雙鏈局部被打開，引物酶及其他蛋白加入，形成引發(fā)體。

形成單鏈：促旋酶（II型拓撲異構酶）解開DNA超螺旋，解鏈酶解開雙鏈，單鏈結合蛋白SSB結合于處于單鏈狀態(tài)模板鏈上。

合成引物：前導鏈 的引物由RNA聚合酶合成，滯后鏈的引物由引發(fā)酶合成 。引物提供3’-OH，復制進入延伸階段

2）復制的延伸：按照與模板鏈堿基配對的原則，在DNA聚合酶III的作用下，逐個加入脫氧核糖核酸，使鏈延長。

DNA聚合酶的即時校讀和堿基選擇功能，確保復制的保真性。

由于DNA雙鏈走向相反，DNA聚合酶只能催化核苷酸從5’→3’方向合成，前導鏈的復制方向與解鏈方向一致，可以連續(xù)復制，而另一模板鏈沿5’→3’方向解開，隨從鏈（滯后鏈）的復制方向與解鏈方向相反，復制只能在模板鏈解開一定長度后進行，因此隨從鏈的合成是不連續(xù)的，形成的是若干個崗崎片段。 DNA聚合酶I的3’-5’核酸外切酶活性去除RNA引物。DNA聚合酶I填補DNA間隙。連接酶使相鄰兩個DNA片段的3’-OH末端和5’-P末端形成3’，5’磷酸二酯鍵。

3）復制的終止：兩個復制叉的匯合點就是復制的終點。兩個復制叉向前推移，在終止區(qū)相遇而停止復制，復制體解體

14、DNA復制過程中后隨鏈的合成：后隨鏈開始合成DNA時，需要一段RNA引物、后隨鏈的引發(fā)過程引發(fā)體來完成引發(fā)體像火車頭一樣在后隨鏈分叉的方向上前進，并在模板上斷斷續(xù)續(xù)地引發(fā)生成后隨鏈的引物RNA短鏈，再由DNA聚合酶III作用合成DNA，直到遇到下一個引物或?qū)槠螢橹?。由RNaseH降解RNA引物并由DNA聚合酶I將缺口補齊，再由DNA連接酶將兩個岡崎片段連接在一起形成大分子DNA。

15、與原核生物相比真核生物DNA復制的特點：DNA復制發(fā)生在細胞周期的S期；

染色體DNA有多個復制起點，為多復制子；

岡崎片段長約100—200 bp。

每個復制子在染色體DNA全部復制完成前，不能再開始新一輪復制；而在快速生長的原核中，起點可以連續(xù)發(fā)動復制。真核生物快速生長時，往往采用更多的復制起點。

復制叉移動速度較原核生物慢（1/20）；

真核生物線性染色體兩端有端粒結構，防止染色體間的末端連接和核酸酶降解。由端粒酶負責新合成鏈5￠端RNA引物切除后的填補，保持端粒的一定長度。

16、幾種修復機制：

1）直接修復 2）錯配修復3）切除修復 4）重組修復 5)SOS修復

第四章 轉(zhuǎn)錄

概念：模板鏈與編碼鏈：DNA雙鏈中按堿基配對規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈(template strand)，也稱作有意義鏈或Watson鏈。相對的另一股單鏈是編碼鏈(coding strand)，也稱為反義鏈或Crick鏈。

啟動子：RNA聚合酶識別、結合和開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。

終止子（terminator）：提供轉(zhuǎn)錄終止信號的DNA序列。

終止因子(termination factor) ：協(xié)助RNA聚合酶識別終止信號的輔助因子（蛋白質(zhì)）。

外顯子&內(nèi)含子：不編碼的插入序列，稱內(nèi)含子；編碼的序列稱外顯子。

斷裂基因： 大多數(shù)真核生物基因的核苷酸順序不全部反映到蛋白質(zhì)一級結構上?；虻木幋a序列被不編碼的插入序列分割成幾段，這樣的基因稱為斷裂基因。

RNA編輯：mRNA分子由于核苷酸的缺失、插入或置換導致序列發(fā)生了不同于模板DNA的變化，這種現(xiàn)象稱為RNA編輯。

RNA聚合酶組成: 1)原核生物——2個α亞基、1個β亞基、1個次β亞基、1個ω亞基、1個σ亞基構成RNA聚合酶的全酶。 2）真核生物——一般有8-16個亞基，有兩個分子質(zhì)量超過100000的大亞基，同種生物3類聚合酶（聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）有共享小亞基的傾向即有幾個小亞基是3類或2類聚合酶所共有的。

σ70 識別的啟動子：E. coli中σ70 識別的啟動子包含2個保守的核心序列-10 區(qū) 和-35 區(qū) ：

-10 區(qū) (TATA box, Pribnow box)

中心位于轉(zhuǎn)錄起始位點上游10bp處，一致序列(Consensus sequence)為T80A95T45A60A50T96, 所以稱-10 區(qū)。(右下角的數(shù)字表示該堿基在這個位置出現(xiàn)的百分率）

功能：與RNA聚合酶緊密結合；形成開放啟動子復合體；使RNA聚合酶定向轉(zhuǎn)錄

-35 區(qū) (Sextama box)

中心位于轉(zhuǎn)錄起始位點上游35bp處，一致序列為T82T84G78A65C54A45。

功能： RNA聚合酶的識別位點，為轉(zhuǎn)錄選擇模版； -10 區(qū) 和-35 區(qū) 距離相當穩(wěn)定，過大過小會影響轉(zhuǎn)錄活性

轉(zhuǎn)錄的基本過程：起始(initiation)、延伸(elongation)、終止(termination）。

終止子的2個類型 ：強終止子（內(nèi)部終止子）——不依賴于ρ因子

弱終止子——依賴于ρ因子

真核生物中的三種RNA聚合酶存在部位及作用

酶 位置 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 相對活性 對α-鵝膏蕈堿的敏感性

RNA聚合酶Ⅰ 核仁 rRNA 50-70% 不敏感

RNA聚合酶Ⅱ 核質(zhì) hnRNA 20-40% 敏感

RNA聚合酶Ⅲ 核質(zhì) tRNA 約10% 存在物種特異性

真核生物mRNA 加工

5’ capping（ 5’ 加帽）

3’ polyadenylation（ 3’ 加poly A尾巴）

splicing（拼接）

primary product（原初產(chǎn)物）: hnRNA ( intron, exon)

RNA editing（編輯）

modification（修飾）

原核和真核細胞的 mRNA 的異同

同：功能相同，即通過三聯(lián)密碼子翻譯生成蛋白質(zhì)

異：1）真核細胞5'端存在帽子結構；絕大多數(shù)具有多尾巴； 2）原核細胞：mRNA半衰期短；許多原核生物mRNA可能以多順反子的形式存在；5'端無帽子結構，3’端沒有或只有較短的多（A）結構

第五章 翻譯

密碼子：在mRNA的開放閱讀框架區(qū)，以每3個相鄰的核苷酸為一組，代表一種氨基酸(或其他信息)，這種三聯(lián)體形式的核苷酸序列稱為密碼子。

SD序列：在各種mRNA起始AUG上游約8～13核苷酸部位，存在一段由4～9個核苷酸組成的一致序列，富含嘌呤堿基，如-AGGAGG-，稱為Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，又稱核糖體結合位點(ribosomal binding site, RBS)。

密碼子的特點：1. 方向性(directional)2. 連續(xù)性(non-punctuated)3. 簡并性(degeneracy)

4. 擺動性(wobble)5. 通用性(universal)

起始密碼子(initiation codon)：AUG

終止密碼子(termination codon) ：UAA、UAG、UGA

tRNA的二級構象特點：三葉草型四個環(huán)一個臂

tRNA的二級結構

——三葉草形、氨基酸臂、DHU環(huán)、反密碼環(huán)、額外環(huán)、TΨC環(huán)

三種RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的作用：

mRNA的功能 :把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補配對原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。

rRNA的功能：參與組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場所。

tRNA的作用：運載氨基酸：氨基酸各由其特異的tRNA攜帶，一種氨基酸可有幾種對應的tRNA，氨基酸結合在tRNA 3ˊ-CCA的位置，結合需要ATP供能；

充當“適配器”：每種tRNA的反密碼子決定了所攜帶的氨基酸能準確地在mRNA上對號入座。

蛋白質(zhì)合成的部位、過程？

核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所。

蛋白質(zhì)合成過程：?翻譯的起始 核糖體與mRNA結合并與氨基酰-tRNA生成起始復合物；?肽鏈的延伸 核糖體沿mRNA5’端向3’端移動，開始從N端向C端的多肽合成；?肽鏈的終止及釋放 核糖體從mRNA上解離準備新一輪的合成反應。

原核細胞和真核細胞在合成蛋白質(zhì)的起始有什么區(qū)別？（起始因子、起始氨酰-tRNA、核糖體不同等）

原核細胞

真核細胞

起始因子

IF-1,IF-2,IF-3

elF-3，eIF-2B、eIF-3、 eIF-6

elF-5,

起始tRNA

fMet-tRNAfMet

Met-tRNAMet

核糖體

30S小亞基首先與mRNA模板相結合，再與fMet-tRNAfMet結合，最后與50S大亞基結合。

40S小亞基首先與Met-tRNAMet相結合，再與模板mRNA結合，最后與60S大亞基結合生成80S·mRNA·Met-tRNAMet起始復合物

翻譯的特點：

真核生物

原核生物

遺傳密碼

相同

相同

轉(zhuǎn)錄與翻譯

不偶聯(lián)，mRNA的前體要加工

偶聯(lián)

起始因子

多、起始復雜

少

mRNA

5’端：帽子，3’端：尾巴，單順反子

5’端：Kozazk序列

無需加工，多順反子，5’端：SD序列

核糖體

大而復雜

簡單

起始tRNA

tRNAimet

tRNAifmet

合成過程

需ATP，起始因子多，延長因子少（EFT1、EFT2），一種釋放因子

需ATP、GTP，IF1、IF2、IF3

EF-TU、EF-TS、EFG、RF1、RF2、RF3

線粒體，葉綠體

獨立的蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)

肽鏈延長過程

1.進位(positioning)/注冊(registration)：根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導，使相應氨基酰-tRNA進入核蛋白體A位。 通過延伸因子EF-Ts再生GTP,形成EF-Tu?GTP復合物重新參與下一輪循環(huán)。需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts兩種延伸因子

2. 成肽(peptide bond formation)：是由轉(zhuǎn)肽酶（transpeptidase）催化的肽鍵形成過程

3. 轉(zhuǎn)位(translocation)：核糖體向mRNA3’端方向移動一個密碼子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子

真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相似，但有不同的反應體系和延長因子。

另外，真核細胞核蛋白體沒有E位，轉(zhuǎn)位時卸載的tRNA直接從P位脫落。

蛋白質(zhì)合成后的加工修飾有哪些內(nèi)容

翻譯后加工

一級結構的修飾:

N-端Met(fMet)去除

二硫鍵的形成

個別氨基酸的修飾

羥化作用:羥脯氨酸

羥賴氨酸

酶活性中心的磷酸化

多蛋白的加工

一條合成后的多肽鏈經(jīng)加工產(chǎn)生多種不同活性的蛋白質(zhì)/多肽

高級結構的修飾:

亞基的聚合

HbA亞單位聚合

結合蛋白質(zhì)的合成

糖蛋白的合成

輔基連接

輔基(輔酶)與肽鏈的結合

蛋白轉(zhuǎn)運的2種機制：翻譯中轉(zhuǎn)運 (cotranslational transport)：蛋白質(zhì)合成與跨膜運送是同時進行的。

翻譯后轉(zhuǎn)運(posttranslational transport) ：蛋白質(zhì)在核糖體上合成后釋放到胞質(zhì)中。當它們跨膜運

送時，合成過程已完成，故稱為“轉(zhuǎn)譯后運送”

第六章 分子生物學研究法

限制性核酸內(nèi)切酶：( RE)是一類核酸內(nèi)切酶，能識別雙鏈DNA分子內(nèi)部的特異序列, 并裂解磷酸二酯鍵。

載體：指基因工程中攜帶外源基因進入受體細胞的運載工具，其本質(zhì)是DNA復制子。

核酸分子雜交：在DNA復性過程中，如果把不同DNA單鏈分子放在同一溶液中，或把DNA與RNA放在一起，只要在DNA或RNA的單鏈分子之間有一定的堿基配對關系，就可以在不同的分子之間形成雜化雙鏈(heteroduplex)

Southern雜交：即將DNA經(jīng)限制性酶切，凝膠電泳后，再轉(zhuǎn)移至膜上與標記探針雜交的一種核酸分子雜交技術。特異性，敏感性，準確性具佳。主要用于檢測基因組中特定的基因和序列，也常用于鑒定克隆DNA的特殊序列。

Northern雜交：:即將電泳分離后的變性RNA吸印到適當?shù)哪ど显龠M行分子雜交的技術。

重組DNA技術中常用的工具酶： 限制性核酸內(nèi)切酶、DNA聚合酶Ⅰ、逆轉(zhuǎn)錄酶、T4DNA連接酶、堿性磷酸酶、末端轉(zhuǎn)移酶、Taq DNA聚合酶。

重組DNA技術中常用的載體： 載體按功能分為

克隆載體：為使插入的外源DNA序列被擴增而特意設計的載體稱為克隆載體。 質(zhì)粒、噬菌體、柯斯質(zhì)粒載體（又稱黏粒載體） 、酵母人工染色體、 細菌人工染色體、 動物病毒DNA改造的載體（如腺病毒，腺病毒相關病毒，逆轉(zhuǎn)錄病毒）

表達載體：為使插入的外源DNA序列可轉(zhuǎn)錄翻譯成 多肽鏈而特意設計的載體稱為表達載體。根據(jù)宿主細胞分為：原核表達載體、真核表達載體。

PCR的反應體系：模板DNA、特異性引物、耐熱DNA聚合酶、dNTPs、Mg2+。

PCR的原理：針對目的DNA的5￠-和3￠-端，設計一對特異引物，在每條引物的5￠-端分別加上不同的RE位點，然后以目的DNA為模板，經(jīng)PCR 擴增便可得到帶有引物序列的目的DNA，再用相應RE切割PCR產(chǎn)物，產(chǎn)生黏端，隨后便可與帶有相同黏端的線性化載體進行有效連接。

PCR的用途：（一）目的基因的克?。ǘ┗蛲蛔儯ㄈ〥NA和RNA的微量分析（四）DNA序列測定（五）基因突變分析

第七章 原核基因表達調(diào)控

操縱子：在原核生物中受同一蛋白質(zhì)調(diào)控的一個轉(zhuǎn)錄功能單位，由啟動子（ promoter ）、操縱基因（operator）和結構基因（structural gene)組成。

結構基因：編碼蛋白質(zhì)或RNA的基因。

調(diào)節(jié)基因：產(chǎn)生調(diào)控蛋白，調(diào)控結構基因表達的基因。

弱化子：指原核生物操縱子中，能顯著減弱或終止轉(zhuǎn)錄作用的一段核苷酸序列。

轉(zhuǎn)錄因子：包括轉(zhuǎn)錄激活因子和轉(zhuǎn)錄阻遏因子。這類調(diào)節(jié)蛋白能識別并結合轉(zhuǎn)錄起始位點的上游序列或遠端增強子元件，通過DNA—蛋白質(zhì)相互作用。

魔斑核苷酸：是細菌生長過程中在缺乏氨基酸供應時產(chǎn)生的一個應急產(chǎn)物。主要是三磷酸鳥苷（GTP）合成的四磷酸鳥苷（ppGpp）和五磷酸鳥苷（pppGpp）。主要功能是干擾RNA聚合酶與啟動子結合的專一性，誘發(fā)細菌的應急反應，幫助細菌在不良環(huán)境條件下得以存活。

簡述乳糖操縱子在無乳糖、添加乳糖、葡萄糖和乳糖都存在時的工作原理。

1沒有乳糖，只有葡萄糖時，不產(chǎn)生利用乳糖的酶。

①有葡萄糖及cAMP濃度低時，CAP活性低，沒有正調(diào)控。

②沒有乳糖，沒有半乳糖時，阻遏蛋白可與操縱序列結合，起負調(diào)控作用。由于①、②轉(zhuǎn)錄受抑制，不產(chǎn)生利用乳糖的酶。

2.有葡萄糖，又有乳糖時，不利用乳糖。

①有葡萄糖及cAMP濃度低時，CAP活性低，沒有正調(diào)控。

②有乳糖，有半乳糖，阻遏蛋白不可與操縱序列結合，無負調(diào)控。 由于沒有正調(diào)控，轉(zhuǎn)錄處于低水平狀態(tài)，不產(chǎn)生利用乳糖的酶，細菌優(yōu)先利用葡萄糖。沒有葡萄糖，只有乳糖時，利用乳糖。

3.沒有葡萄糖，只有乳糖時，利用乳糖。

①沒有葡萄糖及cAMP濃度高時， CAP活性高，有正調(diào)控。

②有乳糖，有半乳糖，阻遏蛋白不可與操縱序列結合，無負調(diào)控。轉(zhuǎn)錄處于高水平，利用乳糖酶大量合成。

乳糖操縱子的組成和作用機制

1、乳糖操縱子的組成：大腸桿菌乳糖操縱子含Z、Y、A三個結構基因,分別編碼半乳糖苷酶、透酶和半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶,此外還有一個操縱序列O,一個啟動子P和一個調(diào)節(jié)基因I.

2、作用機制：

1）阻遏蛋白的負性調(diào)節(jié)：沒有乳糖存在時,I基因編碼的阻遏蛋白結合于操縱序列O處,乳糖操縱子處于阻遏狀態(tài),不能合成分解乳糖的三種酶；有乳糖存在時,乳糖作為誘導物誘導阻遏蛋白變構,不能結合于操縱序列,乳糖操縱子被誘導開放合成分解乳糖的三種酶.所以,乳糖操縱子的這種調(diào)控機制為可誘導的負調(diào)控.

2）CAP的正性調(diào)節(jié)：在啟動子上游有CAP結合位點,當大腸桿菌從以葡萄糖為碳源的環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀樘菫樘荚吹沫h(huán)境時,cAMP濃度升高,與CAP結合,使CAP發(fā)生變構,CAP結合于乳糖操縱子啟動序列附近的CAP結合位點,激活RNA聚合酶活性,促進結構基因轉(zhuǎn)錄,調(diào)節(jié)蛋白結合于操縱子后促進結構基因的轉(zhuǎn)錄,對乳糖操縱子實行正調(diào)控,加速合成分解乳糖的三種酶.

3）協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)：乳糖操縱子中的I基因編碼的阻遏蛋白的負調(diào)控與CAP的正調(diào)控兩種機制,互相協(xié)調(diào)、互相制約.

色氨酸調(diào)控機制：

大腸桿菌色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄受阻遏機制和弱化機制兩種機制的控制，前者通過阻遏蛋白和操縱基因的作用控制轉(zhuǎn)錄的起始，后者通過前導序列形成特殊的空間結構控制轉(zhuǎn)錄起始后是否進行下去。

）色氨酸操縱子的可阻遏系統(tǒng)： 在阻遏系統(tǒng)中，起負調(diào)控的調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是一個無活性的阻遏蛋白，色氨酸是輔阻遏物；當色氨酸不足時，阻遏蛋白無活性，不能和操縱基因結合，色氨酸操縱子能夠轉(zhuǎn)錄；當色氨酸充足時，阻遏蛋白和它結合而被激活，從而結合到操縱基因上，而色氨酸操縱子的操縱基因位于啟動基因內(nèi)，因此，活性阻遏物的結合排斥了RNA聚合酶的結合，從而抑制了結構基因的表達。

弱化子工作的原理及其生物學意義

原理：原核生物中，轉(zhuǎn)錄和翻譯偶連。前導區(qū)的轉(zhuǎn)錄緊接著前導mRNA的翻譯；

前導肽mRNA含2個連續(xù)的Trp密碼子，其翻譯對運載色氨酸的tRNA濃度敏感。如果細胞中Trp濃度很低，核糖體就會在此暫停；核糖體的暫停改變前導mRNA的二級結構，4區(qū)被轉(zhuǎn)錄完成時核糖體才進行到1區(qū)，前導區(qū)結構為2&3配對，不形成內(nèi)在性終止子（3-4配對）結構，轉(zhuǎn)錄繼續(xù)。如果細胞中Trp濃度高，核糖體很快通過2個連續(xù)的Trp密碼子，在4區(qū)被轉(zhuǎn)錄之前就到達2區(qū)，3&4配對，形成內(nèi)在性終止子結構，轉(zhuǎn)錄終止。

生物學意義：氨基酸合成中的反饋抑制。經(jīng)濟的原則。

細菌利用阻遏和弱化雙重機制感受細胞內(nèi)外Trp的變化，精確調(diào)控Trp的合成。反應靈敏。

單獨的弱化作用的效率很高，其他氨基酸操縱子如His、Leu，沒有阻遏蛋白，全靠弱化作用調(diào)節(jié)。效率高。

提供了一條不依靠調(diào)節(jié)蛋白，只依賴RNA結構的基因表達調(diào)控途徑。

科學上，把培養(yǎng)基中營養(yǎng)缺乏，蛋白質(zhì)合成停止后，RNA合成也趨于停止這種現(xiàn)象稱為嚴緊控制（rel+）；反之則稱為松散控制（rel-）。

魔斑的主要作用：

(1) ppGpp—四磷酸鳥苷(魔斑I magic spot I)

調(diào)控一些反應的效應物，主要功能是：

① 抑制rRNA基因的啟動子與RNA聚合酶與結合的專一性；

② 抑制多數(shù)或大多數(shù)基因轉(zhuǎn)錄的延伸。

(2) pppGpp—五磷酸鳥苷(魔斑II magic spot II)

當細胞缺乏氨基酸時產(chǎn)生ppGpp，可在很大范圍內(nèi)做出應急反應，如抑制核糖體和其他大分子的合成，活化某些氨基酸操縱子的轉(zhuǎn)錄表達，抑制與氨基酸運轉(zhuǎn)無關的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，活化蛋白水解酶等。

與O序列結合: Lac阻遏蛋白

與P序列結合: RNA聚合酶

與CAP結合: 環(huán)一磷酸腺苷

與CAP位點結合:CAP-cAMP

第八章 真核基因表達調(diào)控

基因表達：基因轉(zhuǎn)錄成RNA再翻譯成蛋白質(zhì)的過程，稱基因表達。對rRNA、tRNA基因來說，其表達就是基因的轉(zhuǎn)錄。

管家基因：其表達產(chǎn)物為細胞生命活動持續(xù)需要的、必不可少，如tRNA，rRNA基因，催化能量代謝的各種酶系，三羧酸循環(huán)中各種酶系等。

沉默子：某些基因含有負性調(diào)節(jié)元件——沉默子，當其結合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。

順式作用元件：影響自身基因表達活性的非編碼DNA序列，包括啟動子、增強子和沉默子。由于它們與特定的基因連鎖在一起，因此稱為順式作用元件。

反式作用因子：是指能直接或間接與順式作用元件結合、參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的蛋白質(zhì)。由于它們反式地激活或抑制另一基因的轉(zhuǎn)錄，故稱反式作用因子。

micro RNA:是一類由內(nèi)源基因編碼的長度約為22 個核苷酸的非編碼單鏈RNA 分子，它們在動植物中參與轉(zhuǎn)錄后基因表達調(diào)控。大多數(shù)miRNA 基因以單拷貝、多拷貝或基因簇(cluster) 的形式存在于基因組中.

信號肽：在起始密碼子后，有一段編碼疏水性氨基酸序列的RNA區(qū)域，該氨基酸序列就被稱為信號肽序列，它負責把蛋白質(zhì)導引到細胞含不同膜結構的亞細胞器內(nèi)。

RNA聚合酶Ⅱ基礎轉(zhuǎn)錄所需蛋白質(zhì)因子: P304

DNA結合結構域：反式作用因子中的DNA結合結構域( DB) 每一個DNA結合結構域有一個與DNA序列相互作用的基序（motif),多數(shù)基序含有一個插入DNA大溝的片段，能識別大溝的堿基序列。

常見有：螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋、鋅指結構、亮氨酸拉鏈、螺旋-環(huán)-螺旋、同源異形結構域 。

DNA甲基化的作用：DNA甲基化能關閉某些基因的活性，去甲基化則誘導了基因的重新活化和表達。DNA甲基化能引起染色質(zhì)結構、DNA構象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達。研究證實，CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化導致了人體1/3以上由于堿基轉(zhuǎn)換而引起的遺傳病。

DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機理:DNA甲基化導致某些區(qū)域DNA構象變化，從而影響了蛋白質(zhì)與DNA的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)DNA的結合效率。

原核生物與真核生物基因表達在哪個層次的調(diào)控最關鍵？

轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控

原核生物是通過操縱子進行調(diào)控。真核生物每個基因都有其自身的基本啟動子和調(diào)節(jié)元件，單獨進行轉(zhuǎn)錄，但在相關基因之間也存在著協(xié)同調(diào)節(jié)

基因表達調(diào)控的生物學意義是什么？

維持個體生長、發(fā)育與分化； 適應環(huán)境。