中山大学分子生物学_复习总结

1. 原核基因组与真核基因组（prokaryotic genomes and eukaryotic genomes）大小（size）：原核生物的一般都比较小，且变化范围也不大（最大/最小约为20）。

真核生物的一般要比原核生物的大很多，且变化范围也很大（最大/最小可达8万）⏹基因结构（gene structure: continuous coding sequences, split genes）原核基因组：环状，较小；通常由单拷贝或低拷贝（low-copy）的DNA序列组成；基因排列紧密，较少非编码序列——“streamlined”真核基因组：多线状；大小一般要比类核基因组大好几个数量级，且变化范围很大；有大量的非编码序列（重复序列、内含子等）⏹非编码序列（non-coding sequences: repeated sequences, introns）局部分布的重复序列（localized repeated sequences）：串联式（tandem）的高度重复序列（highly repeated sequences）：重复单位的长度从几bp到几百bp，可重复几十万次或更多，常见于着丝粒、端粒和异染色质区域散布的重复序列（dispersed repeated sequences）：短的散布式重复序列（short interspersed elements, SINEs）：500 bp以下，可重复10^5次或更多，很多SINEs都是反转录转座子（retroposon）；长的散布式重复序列（long interspersed elements, LINEs）：5 kb以上，可重复10^4次或更多，很多LINEs也是与反转录转座子相关的序列内含子（intron）：I 类（group I intron）、II 类（group II intron）、III 类（group III intron）、核mRNA内含子（nuclear mRNA intron），即剪接体内含子（spliceosomal intron）、核tRNA 内含子（nuclear tRNA intron）、古细菌内含子（archaebacterial intron）⏹细胞器基因组（organelle genomes: mitochondrial genomes, chloroplast genomes）线粒体基因组：在不同类型的生物中变化很大多细胞动物：细小、致密，没有或很少非编码序列高等植物：复杂、不均一，比动物的大得多原生动物、藻类、真菌：或偏向于动物型，或偏向于植物型，但又有其各自的独特之处叶绿体基因组：比较均一，85 ~ 292 kb（大部分都在120 ~ 160 kb之内）2. 转录（transcription）（1）RNA聚合酶（RNA polymerase）原核生物：1种，全酶（holoenzyme）由核心酶与σ亚基组成，σ亚基的作用真核生物：3种，由多个亚基组成cis- 顺式、同一分子trans- 反式、不同分子in vivo 体内、细胞内in vitro 体外、无细胞体系in situ原位in silico 基于生物信息学的研究体系sense strand有义链）= nontemplate strandantisense strand（反义链）= template strand（2）顺式作用元件与反式作用因子（cis-acting elements and trans-acting factors）启动子（promoters）、增强子（enhancers）为顺式作用元件原核启动子：-10 box (Pribnow box), -35 box真核启动子：I类，II类，III类RNA聚合酶I识别的启动子（I类启动子，class I promoters）RNA聚合酶II识别的启动子（II类启动子，class II promoters）RNA聚合酶III识别的启动子（III类启动子，class III promoters）增强子：较多在真核生物中存在；能增强转录的元件，但又不是启动子的一部分（无位置、方向的限制），增强子常在启动子的上游，但也可以在基因内部（如内含子中）转录因子（transcription factors）为反式作用因子，真核基因的转录需反式作用因子通用转录因子能使聚合酶结合到启动子上，形成预起始复合物（preinitiation complex），包括形成开启的启动子复合物（open promoter complex），但只能导致基础水平的转录通用转录因子：I类，II类，III类II类因子：Polymerase II 转录所需的通用转录因子II类预起始复合物:包含有RNA聚合酶II及6种通用转录因子：TFIIA、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF、TFIIH。

TFIID在TFIIA的协助下，首先结合到TATA box，形成DA复合物，然后TFIIB再结合上去。

TFIIF协助Polymerase II结合到DNA链上（-34至+17区域）TFIIHE、TFIIH结合到复合物体中，形成DABPolFEH预起始复合物TFIID的结构及功能：TFIID本身是一个复合物，含1个TATA box结合蛋白（TATA box-binding protein, TBP）和8 ~ 10个TBP相联因子（TBP-associated factors, TAFs, or TAFIIs）TATA box结合蛋白（TBP）：序列非常保守的一种蛋白质（约38 kD），包含180个氨基酸的羧基末端，该末端是TA TA box结合域（binding domain）、TBP 是马鞍形的，结合到DNA 双螺旋的小沟上，能使TA TA box弯曲80°TBP相联因子（TAFIIs ）：至少有8种，序列上也相当保守主要功能：促进转录、与启动子的元件相互作用（起始子、下游元件）、与基因特异转录因子相互作用、TAFIIs中的TAFII250还有酶的功能，如作为组蛋白乙酰转移酶TFIIA：在酵母中有2个亚基，在果蝇和人中有3个亚基；TFIIA可以看成是一种TAFII（与TBP结合，能稳定TFIID与启动子之间的结合）；在体外体系中，TFIIA并非必不可少TFIIB：单亚基的因子（35 kD）；能把TFIID与TFIIF/Pol II相连在一起，即是聚合酶II结合到预起始复合物所必需的；能与一些基因特异转录因子相互作用，促进转录TFIIF的结构及功能：由2条多肽构成：RAP30与RAP70（RAP stands for RNA polymerase II-associated protein）；RAP30与E. coli的 因子有一定的同源性，能使TFIIF结合到Pol II；FIIF与Pol II结合后，能减少聚合酶与DNA之间非特异的相互作用，引导聚合酶到已结合有TFIID、TFIIA和TFIIB的启动子上TFIIE：有2个亚基（56 kD, 34 kD），每个亚基在TFIIE中都有2个拷贝（总分子量约为200 kD）；能结合到DABPolF的复合体上，对转录有促进作用TFIIH：最后一个结合到预起始复合物的通用转录因子，结构、功能均复杂功能之一是使Pol II最大一个亚基的羧基末端域（CTD）磷酸化，即使Pol IIA变为Pol IIO，从而导致转录起始到转录延伸过渡；具有DNA解螺旋酶（helicase）的活性，这是聚合酶离开启动子往前转录（promoter clearance）所需的I类因子（class I factors）：Polymerase I 转录所需的通用转录因子I类预起始复合物:RNA聚合酶I和2种通用转录因子（I类因子）：SL1、UBF（上游结合因子，upstream-binding factor）SL1由TBP（TATA box结合蛋白）与3种TAFs（TAFIs，TBP相联因子）组成的复杂蛋白质SL1并不直接与启动子结合，但它能加强UBF与启动子的结合，促进预起始复合物的形成SL1还是rRNA基因转录的物种特异性的决定因素之一UBF由2条多肽构成（97 kD和94 kD），而97 kD的多肽即具UBF的活性能与I类启动子的核心元件及UCE（上游控制元件）的位点结合，再与SL1一起，促进转录III类因子（class III factors）：Polymerase III 转录所需的通用转录因子，有TFIIIA、TFIIIB、TFIIICTFIIIB和TFIIIC是所有在基因内部有III类启动子的基因的转录所需的，5S rRNA基因的转录还需要TFIIIATFIIIA一类含“锌指”（zinc finger）的DNA结合蛋白的成员；锌指是4个氨基酸与1个Zn离子结合，再加上其他的氨基酸，构成手指状；在TFIIIA中，4个氨基酸是cys-cys-----his-his，一连9个锌指；锌指能使蛋白质与DNA紧密结合TFIIIB和TFIIIC：两者是一起共同起作用的TFIIIC结合到基因内部的启动子中（如果是5S rRNA基因，则先有TFIIIA结合到启动子区），再帮助TFIIIB结合到启动子上游区（转录起始位点上游），而TFIIIB则帮助Pol III结合在起始位点周围；转录开始后，TFIIIC（或TFIIIA和C）被除去，而TFIIIB留在原位，可促进另一轮的转录具外部启动子的基因的转录因子TFIIIB含有TBP（TA TA box结合蛋白）及一些TAFIIIs，可结合到启动子的TA TA box，从而促进转录，可能还需要其他一些通用转录因子TBP在3类转录因子中的作用与TATA box结合，组织预起始复合物（特别是对于没有TA TA box 的启动子），促进转录基因特异转录因子（激活子）（1）基本结构：一般有2个功能域即DNA结合域（DNA-binding domain）和转录激活域（transcription-activating domain）；许多激活子还有二聚体化域（dimerization domain）DNA结合域的结构锌指（zinc fingers）：不少激活子（如Sp1）都有该结构，锌指结构一般连续出现多次，由1个α-螺旋与1反向平行的β层片构成，α-螺旋上的2个AA和β层片上的2个AA与1个Zn 离子结合，“指”上（α-螺旋上）的某些AA就决定了其与DNA结合的特异性GAL4 蛋白质（the GAL4 protein）：酵母中的一种激活子，DNA结合域与锌指相似，但含有6个半胱氨酸和2个锌离子，有一个与DNA进行识别的区域（α-螺旋），决定其与DNA 结合的特异性核受体（the nuclear receptors）：与甾体激素相互作用，组成激素-受体复合物，起激活子的作用，核受体的DNA结合域含有2个锌离子，每一个锌离子分别与4个半胱氨酸结合，参与形成一指状结构，其中一“指”（氨基末端的“指” ）上有专门用于识别DNA特异序列的α-螺旋同源异形域（homeodomains）：在很多激活子中都存在，由基因中的同源异形框（homeobox）编码，而同源异形框一般是基因中的一个外显子，约180 nt，编码60AA，十分保守; 同源异形框最初在果蝇的发育调节基因中发现，这些基因的突变称为同源异形突变（homeotic mutation），会引起躯体结构的重大改变;含同源异形框的基因又称为同源异形基因（homeotic genes, homeobox-containing genes）每个同源异形域含3个α-螺旋，第二、第三个形成一种“螺旋-转折-螺旋”（helix-turn-helix）结构，而第三个螺旋起到识别DNA特异序列的作用;另外，同源异形域的氨基末端也插入到DNA的小沟中bZIP和bHLH域：又称碱性域（the basic domain），能与DNA结合及形成二聚体；b表示碱性区；ZIP表示亮氨酸拉链（leucine zipper）；HLH表示“螺旋-环-螺旋”（helix-loop-helix）bZIP：每个单体构成亮氨酸拉链的一半：在一条α-螺旋中，每7个AA就有1个leucine，因而leucine都在螺旋的一面；2个单体相互作用，就可构成一条“拉链”；与DNA结合的部分是“拉链”下的碱性区，它们必须在bZIP形成二聚体后，才能与DNA特异识别、结合bHLH：与DNA的复合体结构和bZIP-DNA复合体相似；helix-loop-helix为二聚体化域；较长的螺旋有碱性区，能与DNA特异结合转录激活域似乎无特定且明显的结构，但可分3类：酸性域（acidic domains）：富含酸性氨基酸，如酵母GAL4的激活域富含谷氨酰胺域（glutamine-rich domains）：富含谷氨酰胺，如Sp1中的2个激活域富含脯氨酸域（proline-rich domains）：富含脯氨酸，如CTF中的激活域（2）激活子的功能1、促进通用转录因子结合到启动子上（促进TFIID结合到启动子（预起始复合物）、促进TFIIB结合到预起始复合物、促进TFIIF/Pol II、TFIIE结合到预起始复合物）2、促进RNA聚合酶II的全酶（holoenzyme）结合到启动子，形成完整的预起始复合物3、至少在一些基因中，激活子通过促进整个全酶结合到启动子区域而激活转录4、激活子是使增强子能远距离作用的原因4种可能性（第三、四种可能性较符合实际情况）：Coiling (change in topology)、Sliding、Looping、Facilitated tracking (looping and tracking)（3）多顺反子转录与单顺反子转录多顺反子转录是原核生物的转录方式：操纵子（operons）Operon: A group of contiguous, coordinately controlled genes经典模型：乳糖操纵子（the lac operon）有：lacZ: β-半乳糖苷酶（β- galactosidase）基因、lacY: 半乳糖苷透过酶（galactoside permease）基因、lacA: 半乳糖苷乙酰基转移酶（galactoside transacetylase）基因、lacI: 调节基因（regulatory gene）、Operator: 操纵区、Repressor: 阻遏子（阻遏物）、Inducer: 诱导物（异构乳糖，allolactose）通过阻遏基因（阻遏物）与操纵区，lacZ、lacY、lacA这3个结构基因是一起被调控的，它们组成了一个操纵子（the lac operon）阻遏的机制（两种假说）聚合酶与阻遏物可一起结合在lac operon的启动子区，阻遏物的作用只是阻止转录从起始状态进入延伸状态阻遏物的作用是不让RNA聚合酶进入lac operon的启动子（得到最新实验数据的支持）阻遏物的调控是负调控（代谢物阻遏效应（catabolite repression））乳糖操纵子的调控还需正调控因子cAMP在细胞中的浓度与葡萄糖的含量成反比，它与一种称为代谢物激活蛋白（catabolite activator protein，又称CAP）一起，起到正调控作用。