分子生物学chapter5
分子生物学精选全文
可编辑修改精选全文完整版第一章绪论1、分子生物学简史：分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子形态、结构特征及其重要性、规律性而相互联系的科学，是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动的适应自然界到主动的改造和重组自然界的基础科学。
2、分子生物学发展阶段第一阶段：分子生物学发展的萌芽阶段第二阶段：分子生物学的建立和发展阶段第三阶段：分子生物学的深入发展和应用阶段3、分子生物学的主要研究内容DNA重组技术；基因表达调控研究；生物大分子的结构与功能的研究；基因组、功能基因组与生物信息学的研究第二章染色体与DNA1、名词解释：不重复序列：在单倍体基因组中只有一个或几个拷贝的DNA序列。
真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝。
中度重复序列：每个基因组中10～104个拷贝。
平均长度为300 bp，一般是不编码序列，广泛散布在非重复序列之间。
可能在基因调控中起重要作用。
常有数千个类似序列，各重复数百次，构成一个序列家族。
高度重复序列：只存在于真核生物中，占基因组的10%~60%，由6~10个碱基组成。
卫星DNA（satellite DNA）:又称随体DNA。
卫星DNA是一类高度重复序列DNA。
这类DNA是高度浓缩的，是异染色质的组成部分。
微卫星DNA（microsatellite DNA）：又称短串联重复序列，是真核生物基因组重复序列中的主要组成部分，主要由串联重复单元组成。
重叠基因（overlapping gene,nested gene）:具有部分共同核苷酸序列的基因，及同一段DNA携带了两种或两种以上不同蛋白质的编码信息。
重叠的序列可以是调控基因也可以是结构基因部分。
多顺反子（polycistronic mRNA ) ：编码多个蛋白质的mRNA称为多顺反子mRNA 。
单顺反子(monocistronic mRNA) ：只编码一个蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA。
DNA的转座：又称移位（transposition)，是由可移位因子介导的遗传物质重排现象。
汪世华分子生物学5
5.1 The transcription in prokaryote
5.1.1 RNA polymerase
RNA polymerase (RNAP or RNApol), also known as DNA-dependent RNA polymerase, is an enzyme that produces primary transcript RNA. The ω subunit is the smallest subunit. The ω subunit facilitates assembly of RNAP and stabilizes assembled RNAP.
Central Dogma
Basic concepts
Transcription is the first
step of gene expression, in which a particular segment of DNA is copied into RNA
(mRNA, tRNA, rRNA, etc.) by
Chapter 5
Transcription
Contents
5.1 The Transcription In Prokaryotes 5.2 The Transcription In Eukaryotes
5.3 RNA Processing
5.4 Ribozyme 5.5 Reverse Transcription
very sensitive to αamanitin.
RNA Polymerase Subunit Structures
5.2.1 RNA POL II GENES RNA Polymerase II
分子生物学完整版
第一章遗传物质基础1.2 DNA的结构DNA一级结构：定义：指DNA 分子中四种脱氧核苷酸按照一定的排列顺序，通过磷酸二酯键连接形成的多核苷酸。
方向性：5’→3’5’-端：C5’没有和其他核苷酸相连的末端残基，含磷酸，又称5’磷酸端3’-端：C3’没有和其他核苷酸相连的末端残基，含有-OH，又称3’羟基端通常用bp、kb或Mb的数目表示大小生理pH下，核酸是多聚阴离子化合物DNA的二级结构：DNA双螺旋结构的研究背景：碱基组分分析（Chargaff 规则）：不同来源DNA：[A] = [T]，[G] = [C]。
不同物种DNA：A+T/G+C不同。
A+G = T+C DNA双螺旋结构模型要点：主链：1由脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替连接而成。
2二条主链相互平行而走向相反形成右手双螺旋构型3主链处于螺旋外侧，亲水性4螺旋直径为2nm，形成大沟及小沟相间碱基对：1 碱基位于螺旋的内侧，同一平面的碱基在二条主链间形成碱基对（A=T 和G=C），以氢键维系。
2碱基平面取向与螺旋轴垂直。
螺距3.4nm，螺旋周期含10碱基对，相邻碱基平面间距0.34nm。
作用力：碱基堆积力：在水相中，轴向平行相邻的碱基平面将自发地相互靠近，从而形成碱基堆积，它的实质是疏水相互作用和范德华引力。
DNA双螺旋结构的多态性：DNA的分子结构是动态的，在不同的条件下可以有所不同。
A构象B构象C构象D构象Z构象DNA的三级结构：定义：双螺旋DNA进一步扭曲盘绕则形成其三级结构，是一种比双螺旋更高层次的空间构象。
超螺旋是DNA三级结构的主要形式。
超螺旋按其方向分分类正超螺旋：形成超螺旋时的旋转方向与DNA双螺旋方向相同，结果加大了DNA分子内部张力，有紧旋效应。
负超螺旋：形成超螺旋时旋转方向与DNA双螺旋方向相反，旋转结果使DNA分子内部张力减小，称为松旋效应。
在自然条件下共价封闭环状DNA呈负超螺旋结构。
DNA超螺旋的特点：1环状DNA分子：双螺旋扭曲而形成麻花状的超螺旋结构。
分子生物学(全套课件557P)
分子生物学（全套课件557P）简介分子生物学是研究生物分子结构、功能和相互作用的学科。
它涉及到核酸、蛋白质和其他生物分子的研究，以及它们在细胞和生物体中的功能。
本文档是一套全面的分子生物学课件，共有557页。
本课件旨在帮助读者系统地了解分子生物学的各个方面，包括基本的分子生物学原理、实验技术、研究方法以及应用等。
目录1.第一章：分子生物学概述2.第二章：DNA结构与功能3.第三章：RNA结构与功能4.第四章：蛋白质结构与功能5.第五章：基因表达调控6.第六章：基因突变与遗传变异7.第七章：分子生物学实验技术8.第八章：分子生物学研究方法9.第九章：分子生物学的应用领域第一章：分子生物学概述1.1 什么是分子生物学分子生物学是研究生物体内分子的结构、功能以及相互作用的学科。
它涉及到DNA、RNA、蛋白质等生物分子的研究，以及它们在细胞和生物体中的功能。
1.2 分子生物学的历史与发展分子生物学起源于20世纪50年代，当时发现DNA是物质遗传信息的携带者后，科学家们开始研究DNA的结构和功能，从而奠定了现代分子生物学的基础。
1.3 分子生物学的重要性分子生物学的研究对于了解生命的本质和机理至关重要。
它不仅有助于解释遗传现象，还可以揭示细胞的结构、功能和调控机制，甚至为疾病的诊断和治疗提供理论基础。
2.1 DNA的组成与结构DNA是由基因序列组成的生物分子，它由核苷酸组成。
本节将介绍DNA的基本结构、双螺旋结构和碱基对的配对方式。
2.2 DNA复制与遗传信息传递DNA复制是细胞分裂过程中最重要的事件之一，它确保了遗传信息的传递和稳定性。
本节将介绍DNA复制的过程和机制。
2.3 DNA修复与突变DNA在生物体内容易受到各种外界因素的损伤，因此细胞拥有多种修复机制来修复DNA损伤。
本节将介绍DNA修复的方式和维护基因组稳定性的重要性。
3.1 RNA的种类与功能RNA是DNA转录的产物，它在细胞内发挥着多种功能，包括mRNA的编码信息传递、tRNA的氨基酸运载和rRNA的构建核糖体等。
分子生物学全套课件96P课件
Sulfurylase
In one tube in one machine Automated process Light strength is absolutely proportional to ATP, thus to PPi to base on the template
ATP (+ sulfate)
分子生物学
Molecular Biology
Presumed that you have learned “Molecular Biology” before your receiving the Bachelor’s Degree of Sciences;
Designed for helping you to become associated with the most researching interests (areas) of our university;
Molecular Biology: The biology (structure and function) of macro-molecules
Protein Nucleic acid (DNA/ RNA/
Coding-/ non-coding/ functional/ junk/ ... Fatty acid Polysaccharide (sugar) Small molecules
Reads, not template
The recorded is the sequence of dNTP flow; FLOWGRAM; Reads averaging 400 bases; Homopolymer repeats up to six nucleotides; The number of dNTPs added is directly proportional to the light signal, with fluctuation.
Fc受体
CHAPTER 5 Fc受体——免疫调节物目录1 概述2 FcRs家族3 活化性或抑制性FcR信号通路4 活化性和抑制性FcRs在先天免疫效应细胞中的作用5 总结与展望摘要Fc受体与Fc段结合建立了一个纽带，可以将特定性适应性免疫系统与先天性免疫效应细胞触发产生效应相连。
多种不同的活化性或抑制性FcRs在同一细胞上共表达，建立了一个ICs激活免疫反应的“门槛”。
另外，FcRs也参与到免疫应答的传出相当中，它对于调节B细胞和DCs的激活作用至关重要，缺失抑制性FcR会导致人类缺乏免疫耐受，产生自身免疫性疾病。
DCs上的FcRs摄取ICs，然后激活或抑制信号通路，将决定T细胞响应的作用强度。
一旦激活和抑制的平衡被打破，将会导致组织损伤和自身免疫病的产生。
本章主要探讨了先天性、适应性免疫系统的不同免疫细胞的多种活化性和抑制性受体是如何共表达的，以及能够影响这一平衡的外因，例如环境因子和不同抗原糖基化的作用等。
1 概述与不同的免疫球蛋白（IgA、IgE、IgM和IgG）结合的受体统称为FcRs，它参与调节和执行抗体介导的免疫反应。
一般来说，FcRs连接特定的适应性免疫系统和先天性免疫细胞（肥大细胞、中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞）触发的效应区。
更为重要的是，这些促炎反应和调节机体免于组织损伤有密切关系。
如果调控不当，过度反应或者更为严重的自身免疫病都将产生。
因此，弄清这些成分有助于进一步研究这些疾病，也有助于开展新的治疗方法来干预慢性炎症。
本章重点关注结合IgG的FcRs的作用。
另外，也总结了一些外在的因素，比如促炎/抑炎细胞因子和不同抗体糖基化作用等，这些作用通过改变与FcRs的相互作用或表达水平来影响细胞的应答。
2 FcRs家族啮齿动物的FcRs有四种，分别为FcγRI、FcγR IIB、FcγRIII和FcγRIV。
FcγRs很保守，相应的人类蛋白为FcγRIA、FcγRIIB(CD32B)、FcγRIIA(CD32A) 、FcγRIIC、FcγRIIIA（CD16）和FcγRIIIB。
分子生物学(全套课件396P)pdf(2024)
20
真核生物基因表达的调控
转录因子调控
转录因子通过与DNA结合，激活或抑制特定基因的转录。
表观遗传学调控
通过改变染色质结构和DNA甲基化等方式来影响基因的表达。
2024/1/30
microRNA调控
microRNA通过与mRNA结合，抑制其翻译或促进其降解来调控基 因表达。
与细胞生物学的关系
细胞生物学是研究细胞结构和功能的 科学，而分子生物学则是研究细胞内 生物大分子的结构和功能的科学。两 者在研究对象和研究方法上相互补充 ，共同揭示细胞的生命活动规律。细 胞生物学为分子生物学提供了研究对 象和研究背景，而分子生物学则为细 胞生物学提供了更深入的研究手段和 视角。
2024/1/30
2024/1/30
8
DNA的复制与修复
01
02
03
DNA复制的过程
起始、延伸和终止，其中 涉及多种酶和蛋白质的参 与。
2024/1/30
DNA复制的特点
半保留复制，新合成的 DNA分子中，一条链是旧 的，一条链是新的。
DNA修复的机制
包括直接修复、切除修复 、重组修复和SOS修复等 ，用于维护DNA分子的完 整性。
REPORTING
2024/1/30
11
RNA的分子组成与结构
RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，由磷酸、核糖和碱基三部分组成。
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RNA的碱基主要有4种，即A腺嘌呤、G鸟嘌呤、C胞嘧啶、U尿嘧啶，其 中，U（尿嘧啶）取代了DNA中的T。
RNA一般为单链长分子，不形成双螺旋结构，但是很多RNA也需要通过 碱基配对原则形成一定的二级结构乃至三级结构来行使生物学功能。
基因的分子生物学英文版答案molecular chapter5
Chapter 5 Answers1. The 20 amino acids used for protein synthesis can be divided into four general categories, based upon the chemical properties of their side chains. The four categories are neutral-nonpolar (with side chains composed of simple carbon chains or aromatic rings), neutral-polar (including hydroxyl, sulfhydryl, amide, and imidazole moieties), basic (with side chains including primary and secondary amines), and acidic (with side chains including carboxylates).The type of interaction made by each of the amino acids reflects the chemical nature of its side chain. For example, the neutral-nonpolar side chains generally make hydrophobic contacts with other molecules, and the neutral-polar side chains most commonly participate in hydrogen bond interactions. Similarly, the charged (acidic and basic) side chains interact via ionic or hydrogen bonds. Finally, all four types of side chains can make van der Waals contacts, as these depend only on the nearby presence of other atoms and not on the chemical properties of the involved groups.2. Primary structure refers to the linear sequence of amino acids within a polypeptide chain. Accordingly, every protein has a primary structure, consisting simply of its amino acid sequence.Secondary structure refers to the local structures that are formed by stretches of amino acids within a polypeptide chain. The most common secondary structural elements are the αhelix and the β sheet.Tertiary structure refers to the overall three-dimensional structure of a polypeptide chain. A tertiary structure includes all of the secondary structural elements present within the polypeptide. An example of a tertiary structure is shown in Figure 5-26, indicating the distinct cAMP binding and DNA-binding domains of the CAP protein.Quarternary structure refers to the way in which multiple polypeptide subunits interact with each other to form a protein complex—for example, when two leucine zipper-containing proteins dimerize through their α helices to form a coiled-coil.3. Two major methods exist for determining the structure of a protein. The first of these is X-ray crystallography, a method based on the interpretation of the diffraction pattern formed when highly ordered crystals of pure protein are exposed to a beam of X-rays. X-raycrystallography is an enormously powerful tool that has allowed the structural determination of a great many proteins, including some very large polypeptides. This method, however, has several limitations, most notably the technically difficult requirement for highly ordered protein crystals.The second available method for determining protein structure is nuclear magnetic resonance (NMR). This method exploits differences in the way nuclei behave in different molecular environments to determine the relative location of atoms within a protein. NMR is also a very powerful method, but is itself limited by the need for high concentrations of purified protein and by the fact that the technique is better suited for smaller proteins than for larger ones.4. The α helix is a right-handed helix that repeats every 3.6 amino acids, covering5.4 Å per turn. The helix is stabilized by regularly occurring hydrogen bonds formed between the NH and CO groups of the polypeptide backbone. The backbone is at the interior of the αhelix, with the amino acid side chains projecting outward.The hydrogen bonding that stabilizes the α helix explains why this structure is so common. First, this bonding is quite energetically favorable, allowing all of the NH or CO groups within the backbone to form hydrogen bonds. Also, because these interactions only involve atoms of the polypeptide backbone, there are relatively few restrictions on the identity of the specific amino acids that can participate in the helix.The β sheet represents a relatively flat, highly extended form of the polypeptide backbone that includes 4–6 adjacent strands of 8–10 amino acids each. β sheets can be parallel, in which adjacent strands run in the same direction, or anti-parallel, in which the strands run in opposite directions. This structure is stabilized by hydrogen bonds between CO groups of one strand and NH groups on the adjacent strand. As with the α helix, all of the CO and NH groups of the polypeptide backbone form hydrogen bonds when present within the βsheet, explaining the stability and prevalence of this structure.5. To determine if the domain really contains an α helix, you could first examine its secondary structure in solution using NMR spectroscopy or other available tools, such as circular dichroism spectroscopy. You could also indirectly assess the presence of an α helix by introducing a mutation that inserts a proline residue into the domain. As prolines areincompatible with α helices, this residue would dramatically change the structure of the protein and likely destroy its ability to bind to DNA.6. First, the software can look for stretches of amino acids that are consistent with the presence of α helices, β sheets, or other secondary structural elements. For example, because proline residues are incompatible with the α helix, the program can conclude that any region that contains a proline is unlikely to contain an alpha helix (and, conversely, any region without any prolines may contain a helix). The same is true for the amino acids glycine, tyrosine, and serine, which are rarely found in α helices.The software can also scan the sequence for regions in which particular types of amino acids recur with a particular periodicity. For example, because the pitch of the α helix is 3.6 amino acids per turn, one might expect to find hydrophobic amino acids appearing every 3–4 amino acids if one face of an α helix faces the hydrophobic interior of a protein. A similar strategy can be used to identify β sheets, in which the side groups of adjacent amino acids face opposite directions. If one face of the sheet is facing the interior of the protein, and one face points toward the exterior, then the sheet might contain alternating hydrophobic and hydrophilic residues.Finally, as the secondary and tertiary structures of many proteins have now been determined, it is often informative to simply screen new sequences against databases containing structural information about other, already characterized proteins or protein domains. A close match with a sequence that is known to form an α helix or a β sheet provides compelling evidence that the new structure adopts the same structure as well.7. SSB specifically recognizes single-stranded DNA by making nonspecific ionic or hydrogen bond interactions with the phosphate backbone as well by intercalation of ring-containing side chains such as tryptophan or phenylalanine between the exposed bases.SSB acts to stabilize and protect single-stranded DNA in vivo. This is essential, for example, during DNA replication, where a helicase moves ahead of the replication fork to unwind the DNA and expose the bases for copying. If it weren’t for SSB, these exposed DNA strands would be unstable and prone to reannealing, forming internal secondary structures, or being attacked by nucleases. Instead, these possibilities are prevented by SSB, which uses cooperative binding to rapidly and thoroughly coat the single-stranded DNA.8. The major groove is particularly well suited for protein binding for several reasons. First, it has a large number of potential hydrogen bond donors and acceptors; second, the precise location of these donors and acceptors depends on the sequence of the DNA; and third, its width and depth provide a good match for the α helix, the most common motif found in DNA-binding proteins.Examples of DNA-binding proteins that use an α helix to bind to the major groove include the helix-turn-helix motif, the zinc finger motif, and the leucine zipper DNA-binding motif.The TATA binding protein (TBP) uses a β sheet to bind to the minor groove of the DNA (at the TATA-box within eukaryotic promoters). The specificity of this interaction is provided by a small number of hydrogen bonds and a larger number of van der Waals contacts, between the β sheet and the edges of the base pairs in the minor groove. The fact that the TATA box is rich in A:T base pairs also provides specificity, because NH2 groups protruding from the minor groove of G:C base pairs prevent efficient van der Waals contacts with β sheets. Finally, two pairs of phenylalanine side chains intercalate between the base pairs at either end of the recognition sequence, causing the DNA to bend and the minor groove to flatten. This contributes as well to the specificity because A:T base pairs are easier to distort than C:G base pairs.9. Nonspecific interactions with the DNA backbone often contribute substantially to the affinity of DNA-binding proteins for their binding sites. Typically, these interactions involve electrostatic contacts between positively-charged amino acid side chains and the phosphate backbone of DNA.Even though the affinity of a typical DNA-binding protein for its specific target sequence is much higher than it is for nonspecific sequences (on the order of 105), the vastly greater number of nonspecific sequences in the genome still means that the protein will spend most of its time bound to nonspecific sites. This means that the cell must produce a sufficient number of protein molecules to ensure constant binding of the target site.Nonspecific protein-DNA interactions can be advantageous by helping to speed up the rate at which a given DNA-binding protein finds its target site. For example, a protein can take advantage of its general affinity for DNA by randomly binding to a chromosome and diffusing linearly along the DNA until it finds its target site. A two-dimensional scan of the DNA is much more efficient than a random, three-dimensional search within the nucleus.10. An RNA double helix can be recognized by the presence of the 2’-hydroxyl in the sugar moiety of the nucleotide (whereas DNA has a hydrogen at the same position), and by the fact that double-stranded RNA forms an A form double helix (whereas DNA primarily assumes the B form). Also, RNA molecules are often characterized by particular arrangements of single- and double-stranded regions, which form distinctive structures such as stem-loops, hairpins, and other shapes. These particular structural motifs can themselves be recognized by RNA binding proteins. DNA, in contrast, is essentially always double-stranded.。
分子生物学5课件
RNA编辑
通过碱基的修饰、插入或删除等 方式，改变RNA序列的过程。
RNA降解
在细胞质中，mRNA会被特定的 酶降解，以控制基因表达的持续 时间和强度。
05
蛋白质的结构与功能
Chapter
蛋白质的分子组成
氨基酸
蛋白质的基本组成单元，共有20 种常见氨基酸，它们通过肽键连
接形成多肽链。
肽键
连接氨基酸之间的主要化学键，对 蛋白质的结构和稳定性起重要作用 。
分子生物学的发展
自20世纪50年代以来，随着DNA双螺旋结构的发 现、遗传密码的破译、基因工程技术的建立等一系 列重大科学成就的取得，分子生物学迅速崛起并渗 透到生物学的各个领域，推动了整个生命科学的飞 速发展。
分子生物学的研究内容
生物大分子的结构与功能
研究生物大分子如蛋白质、核酸等的 空间结构、构象变化以及与功能的关 系。
基因的定义
基因是遗传信息的基本单 位，控制生物性状的遗传 。
基因的结构
基因由编码区和非编码区 组成，编码区包括外显子 和内含子。
基因的遗传信息
基因中的遗传信息以碱基 序列的形式存在，决定蛋 白质的氨基酸序列。
基因的表达过程
转录
在RNA聚合酶的催化下，以DNA为模 板合成RNA的过程。
基因表达的调控
与遗传学的关系
分子生物学揭示了遗传信息的传递和表达机制，为遗传学提供了分子 基础。
与细胞生物学的关系
分子生物学揭示了细胞内的基因表达、蛋白质合成等过程，为细胞生 物学提供了分子机制。
与生物化学的关系
分子生物学与生物化学在研究生物大分子的结构和功能方面有很多交 叉，但分子生物学更侧重于从分子水平上揭示生命现象的本质。
现代分子生物学第五章
5. 1 重组DNA技术发展史上的重大事件 三大成就： 一、在20世纪40年代确定了遗传信息的携 带者、即基因的分子载体是DNA而不是蛋白 质，解决了遗传的物质基础问题；
二、50年代提出了DNA分子的双螺旋结构模 型和半保留复制机制,解决了基因的自我复 制和世代交替问题；
1978
首次在大肠杆菌中生产由人工合成基因表达的人脑激素和人 胰岛素。
1980
美国联邦最高法院裁定微生物基因工程可以被专利化。
1981
Palmiter和Brinster获得转基因小鼠，Spradling和Rubin得到 转基因果蝇。
1982
美、英批准使用第一例基因工程药物——胰岛素，Sanger等 人完成了入噬菌体48,502bp全序列测定。
完成了酵母基因组(1.25×107bp)全序列测定。
英国爱丁堡罗斯林研究所获得克隆羊。
完成第一个高等植物拟南芥的全序列测定 （(1.15×108bp)。 完成第一个人类基因组全序列测定(2.7×109bp)。
限制性核酸内切酶能够识别DNA上的特定碱 基序列并从这个位点切开DNA分子。
第 一 个 核 酸 内 切 酶 EcoRI 是 Boyer 实 验 室 在 1972年发现的，它能特异性识别GAATTC序 列，将双链DNA分子在这个位点切开并产生 具有粘性末端的小片段。
1964
1965
Ochoa 发 现 RNA 聚 合 酶 和 信 使 RNA ， 并 证 明 mRNA决定了蛋白质分子中的氨基酸序列。
Nirenberg 破 译 了 第 一 个 遗 传 密 码 ； Jacob 和 Monod提出了调节基因表达的操纵子模型。
Yanofsky和Brenner等人证明，多肽链上的氨基酸 序列与该基因中的核苷酸序列存在着共线性关系。
硕士的研究课—现代分子生物学功能基因组学主要的研究技术胡忠精品文档
5、疾病的诊断与治疗
从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以 得出标准图谱。从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯 片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱， 就可以得出病变的DNA信息。这种基因芯片诊断技术以 其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将 成为一项现代化诊断新技术。
Schena等采用拟南芥基因组内共45个基 因的cDNA微阵列（其中14个为完全序列， 31个为EST），检测该植物的根、叶组织 内这些基因的表达水平，用不同颜色的荧 光素标记逆转录产物后分别与该微阵列杂 交，经激光共聚焦显微扫描，发现该植物 根和叶组织中存在26个基因的表达差异， 而参与叶绿素合成的CAB1基因在叶组织较 根组织表达高500倍。
Chapter 5 功能基因组学主 要研究技术
功能基因组学（functional genomics） 是利用结构基因组学提供的信息，以高通量， 大规模实验方法及统计与计算机分析为特征， 全面系统地分析全部基因的功能。
功能基因组学的研究涉及众多的新技术，包 括生物信息学技术、生物芯片技术、转基因和 基因敲除技术、酵母双杂交技术、蛋白质组学 技术、反义核酸技术等技术。
靶片段：DNA、寡核苷酸、RNA等。 探 针：mRNA， 或是以mRNA为模板合成的
cDNA。 标记物：常采用荧光剂，如Cy3、Cy5，同位素、
地高辛等。
示例：原位喷印合成基因芯片
芯片原位喷印合成原理与喷墨打印类似， 不过芯片喷印头和墨盒有多个，墨盒中装 的是四种碱基等液体而不是碳粉。喷印头 可在整个芯片上移动并根据芯片上不同位 点探针的序列需要将特定的碱基喷印在芯 片上特定位置。
linkage, and genetic variability.
分子生物学第五章课件
\ mRNA splicing
分子生物学第五章
5.3.3 Self-Splicing / 自我剪接
Splicing that occurs without the help of proteins or snRNPs is called self-splicing.
Tetrahymena thermophilia 嗜热四膜虫
5.3.5 Reasons for Introns 内含子存在的原因
Introns-early theory
Intron: “Why am I here?”
U
G
Exon 1
G
5’
Intron
Introns-late theory
A Exon 2 3’
分子生物学第五章
Intron-early theory / 内含子早现说
会对mRNA进行一系列修饰。
分子生物学第五章
Chapter 5 mRNA Modifications
in Eukaryotes 第5章 真核生物mRNA的修饰
5.1 Capping 5.2 Polyadenylation 5.3 Splicing 5.4 mRNA Editing 5.5 Experiments
5.1 加帽 5.2 聚腺苷酸化 5.3 剪接 5.4 mRNA编辑 5.5 实验研究
分子生物学第五章
5.1 Capping / 加帽
An mRNA that has been transcribed but is not yet ready for translation is called a premRNA, or a primary transcript.
U4
U5
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可受核糖体结合并保护 与核糖体小亚基内16S rRNA 的 3’端富含嘧啶的序列 3’------UCCUCC-----5’互补，使 tRNA正确定位于起始
codon
(3)
Prok.mRNA转录、翻译和降解周期
2、 真核生物mRNA的特征 （1） 一般为单顺反子 （2） 5’ 端的帽子对翻译有增强作用，且 5’ 帽子和
c、 16S rRNA 3’端是mRNA 与小亚基初始结合不可
缺少的 （2） P位点： 肽酰－tRNA位点
a、 大部分在小亚基内 ，小部分在大亚基内
16SrRNA的3‘末端、L2等蛋白 b、 能够与起始 tRNA （fMet--tRNAf）相结合，且P 位点会影响A位点的活性
（3） A位点： 氨酰基 tRNA 位点 a、 主要在大亚基上 b、 A位点内mRNA 表面只对特定的 aa—tRNA 分子 表现出特异性，且A位点结合aa—tRNA 要求在P 位点上必须有肽酰tRNA存在 （4） 肽基转移酶活性位点 活性中心在大亚基上，位于P位点和A位点的连接处 靠近 tRNA的接受臂
结合
氨酰－tRNA合 成酶结合错误 氨基酸的校正
氨酰－ tRNA合 成酶结 合tRNA
化学校正
的校正
增加了负载前 水解掉的机会
动力 学校 正
◐ Prok中AARS有20种，对AA专一（同工受体）
◐ Prok和Euk有一定的差别 ◐ 可分为两类 反应机制的差别： Type Ⅰ类酶 先将氨酰基转移到 tRNA 3’ 端A的 2’-OH 然后通过转酯反应转移到 3’ –OH上 TypeⅡ类酶 直接将氨酰基转移至 3’ –OH 上
c. paracodon 的特征
--- 为同一种AARS 所识别的一组同功受体具有相同的 副密码子 tRNA Ala(GGC) 具有G3 ：U70 paracodon
tRNA Ala(UGC)
--- paracodon 是为AARS（特定氨基酸）所识别的若干 碱基（并非均为一对核苷酸） --- AARS 对paracodon 的识别与结合是通过氨基酸与 碱基之间的连接实现的。属于生物 II 型空间密码
两者之间形成一个mRNA通道
(Prok.与 Euk.之间互有异同)
•
根据功能将核糖体上的活性部位分为两类 ♪ 翻译区域 ♪ 逐出位点 7个活性位点 占2/3 占1/3
2个位点（多肽的逐出）
(1)
mRNA结合位点 a、位于30S 亚基的头部 b、S1 （可防止mRNA 链内碱基对的形成） （与S18和S21－－mRNA、起始tRNA IF3）
TψC臂
附加臂（extra arm）TψC环
其中 附加臂通常是可变的
c、 含丰富的稀有碱基（约70余种 碱基 核糖残基）
反密码子 3 ’ 端邻近部位稀有碱基出现的频率高，对于
维持反密码环的稳定性、密码子和反密码子之间的配对
很重要
aa接受臂
DHU环
TψC环
附加环
反密码子环
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（2） “ L”形三级结构 a、 “L”构型的结构力
（5） 5s rRNA位点（与tRNA进入有关）
（6） EF—Tu位点 位于大亚基内，与氨酰基 tRNA的结合有关 （7） EF—G 转位因子结合位点 大亚基靠近小亚基的界面处 （8） E 位点（包括两个：脱酰基tRNA和多肽的逐出位点）
•
• •
E1为脱酰基tRNA 离开核糖体提供出口
E1对蛋白质合成的准确性起重要作用 E2为多肽离开核糖体提供出口（占核糖体1／3）
Spacer 较短时
(2)
其他特征 a、 5’ 端有300个左右NT的leader（A/G－－－－AUG） b、 AUG作为起始密码子（GUG、UUG）
c、 AUG前有 S – D 序列
S – D序列（Shine-Dalgarno sequence）： 位于
AUG上游 4 ~13 个NT处的富含嘌呤的 3 ~9 个NT的共同序列，其一致序列为 AGGAGG
（2） AA– tRNA合成酶（AARS） ◐ 需要三种底物 AA tRNA ATP
◐
因此有三个位点 aa binding site tRNA binding site ATP site
◐
反应为
AA + tRNA + ATP
AARS
AA– tRNA +
AMP + ppi
氨酰基与tRNA的 3’端A的 2’/3’—OH
Peptidyl transferase
EF-Tu site
膜
E2 位点
fMet--tRNAmetf (Met--tRNAmeti) way in P site
第二节
遗传密码
(Genetic code)
一、 通用的三联体密码
DNA遗传信息
1、 Codon 的特征
遗传密码 蛋白质
mRNA
a、概念： mRNA上连续排列的三个NT序列，编码一个
◐
◐
tRNA 通过其自身的 anticodon而识别 codon
密码子有自身的特性 三联体 前两个重要 通用性 摇摆性
有一定的使用效率 ◐ 多种翻译因子组成翻译起始复合物，完成翻译的起始、 延伸和终止，并且保证其准确性
第一节
基本元件
一、 tRNA
最小的 RNA，4S，70 ~ 80个base 1、 tRNA的高级结构 1964 Holly. R. 鉴定出 tRNAphe 的二级结构为三叶草
Euk
大亚基 28SRNA 5SRNA 5.8SRNA 49种proteins 小亚基 18SRNA 33种proteins (2) 核糖体的装配 核糖体蛋白质＋rRNA－－－－－ 按一定的顺序形成完整的核糖体
3、核糖体的活性位点
30S小亚基 50S大亚基
头部 基底部 三个突起
中间有一豁口
•
部分Prok
所有Euk的mRNA
多顺反子mRNA（polycistronic mRNA ）:
mRNA 分子的组成：
•
• •
编码区
前导序列 尾巴
起始AUG到终止密码子
AUG之前的 5’ 端非编码区（5’UTR） 终止密码子之后，不翻译的 3’ 端
1、 原核生物mRNA的特征
（1） 大部分为多顺反子
spacer: 各顺反子之间（基因之间）的非编码区
三、核糖体及rRNA的结构
●
●
是翻译进行的场所 ，含大小亚基
Prok. protein 约占细胞的10％，RNA占总RNA的
80％，Euk中相对比例小些
● 细菌中常以多聚核糖体的形式
Euk中大多与细胞骨架和内质网膜结合在一起 (游离、多聚)
1、 核糖体的结构 （1） Prok E.coli
小亚基 16SRNA 21种proteins S1-------S21 大亚基 23SRNA 5SRNA 34种proteins L1---- L34
形（77个NT）
（1） 三叶草结构 （5个臂 4个环） a、氨基酸接受臂（aa accept arm） • • • tRNA 的5’与3’-末端碱基配对形成 3’ 端永远为不配对的CCA序列 最后的A的 3’ 或 2’-OH可以被氨酰化
b、另外是 D （DHU环 双氢脲嘧啶）环 D臂 反密码子环 反密码子臂(anti—codon arm)
RNA 复制 复制
DNA
转录 逆转录
RNA
翻译
蛋白质
概述
◐ ◐ ◐ ◐ ◐ 蛋白质翻译是基因表达的第二步 tRNA 在翻译过程中起“译员”的作用 参与翻译的RNA 除 tRNA外，还有rRNA 和 mRNA tRNA 既是密码子的受体,也是氨基酸的受体 tRNA 接受AA要通过氨酰 tRNA 合成酶及其自身的 paracodon 的作用才能实 现
d. 按氨基酸序列将AARS分为两类
type I 包括 Val,Arg,Gln,Glu,Ile,Leu,Met,Trp,Tyr
paracodon 大多位于反密码子臂
type II paracodon 大多位于氨基酸接受臂 个别还同时在附加臂上有相应碱基
二、 mRNA
单顺反子mRNA（monocistronic mRNA）： 只编码一个蛋白质的…..
• 二级结构中的碱基堆积力和氢键
• 二级结构中未配对碱基形成的氢键 b、 “L”结构域的功能 ---aa accept arm 位于“L”的一端，契合于核糖体的肽 基
转移酶结合位点 P A, 以利肽键的形成 ---anti-codon arm 位于”L”另一端，与结合在核糖体
小亚基上的 codon of mRNA配对
携带AA相同而反密码子不同的一组tRNA
• 不同的反密码子识别AA的同义密码
• 结构上能被AA– tRNA合成酶识别的共性
(3) 校正tRNA
3、 副密码子与氨酰基tRNA的合成 （1） 氨酰基tRNA的合成执行着双重功能 • • 为肽建的合成提供能量 执行遗传信息的解读
实验证实—模板mRNA只能识别特异的tRNA而不是AA [14C]-Cys-tRNACys Ni [14C]-Ala-tRNACys
AA信息的遗传单位
b、 具有四大生物系统（病毒、细菌、动植物）的通用 性和保守性（Mt除外） C、 一个基因序列中，有不重叠性和无标点性
2、 密码子破译
实验基础： Ⅰ 蛋白质体外合成的实验基础
♪ E. coli 的无细胞体系（DNA、mRNA、tRNA、 核糖体、AA—tRNA合成酶） ♪ 破坏掉DNA、耗尽mRNA后
♪ 加入模板（外源mRNA或人工合成的多聚NT）
加入ATP、GTP、AA等成分合成新的肽链 推知编码某些AA的密码（比较………）