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参考书籍 ——《现代分子生物学·第5版》（朱玉贤）
绪论
分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、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开生物世界的奥秘，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。
分子生物学研究的终极目标是要在分子水平上阐明各种生命活动的规律，揭示生命的本质。
历史事件
- 1859年——达尔文（英国）——发表《物种起源》——确立了进化论的概念。
- 17世纪末——安东尼·列文虎克（荷兰）——制作第一架光学显微镜。
- 17世纪末——罗伯特·胡克（英国）——引入“细胞”这一概念。
- 十九世纪末——施莱登（德国植物学家）施旺（德国动物学家）——推动细胞学说。
- 十九世纪末——孟德尔（奥地利）——提出遗传学定律。
- 二十世纪初——摩尔根（美国）——实验证明了“基因学说”
- 1928年——格里菲斯（英国）——肺炎双球菌转化实验。埃弗里（美国）——实验证明基因是DNA分子。
- 1936年——萨姆纳（美国）——证明酶是蛋白质。
- 1952年——赫希（美国）蔡司（美国）——噬菌体侵染实验。
- 1953年——沃森（美国）克里克（英国）威尔金斯（英国）富兰克林（英国）——发现DNA双螺旋结构。
- 1953年——桑格（英国）——纸层析技术阐明胰岛素一级结构，开创了蛋白质序列分析的先河。
- 1954年——克里克（英国）——提出中心法则。
- 1958年——梅赛尔森（美国）斯塔尔（美国）——证明了DNA半保留复制。
- 1968年——尼伦伯格（美国）——破译遗传密码。
- 1980年——桑格（英国）——设计一代DNA测序法（双脱氧核苷酸测序）。
- 1983年——麦克林托克（美国）——发现转座基因（jumping gene）。
- 1989年——奥特曼（美国）切赫（美国）——发现核酶。
- 1997年——布鲁希纳（美国）——发现朊病毒。
- 2000年——布莱克本（澳大利亚）——揭示端粒和端粒酶机制。
分子生物学的三条基本原理：
- 构成生物体各类有机大分子的单体在不同生物中都是相同的。
- 生物体内一切有机大分子的构成都遵循共同的规则。
- 某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性。
现代分子生物学主要包括如下四个方面的研究：
- 重组DNA技术（基因工程）
- 基因表达调控研究
- 生物大分子的结构功能研究（结构生物学）
- 基因组、功能基因组与生物信息学研究重组DNA技术（基因工程）
- 将不同的DNA片段按照人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。
- 重组DNA技术可用于定向改造某些生物的基因组结构，使它们所具备的特殊经济价值或功能得以成百上千倍地提高。
基因表达调控研究
- 基因表达调控实质上是遗传信息的转录和翻译。
- 在个体生长发育过程中生物遗传信息的表达按一定的时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以改正（环境调控）。
- 原核生物的基因组染色体结构简单，转录和翻译在同一时间和空间内发生，基因表达调控主要发生在转录水平。
- 真核生物有细胞核结构，转录和翻译过程在时间和空间上被分割开，且在转录和翻译后都有复杂的信息加工过程，其基因表达的调控可以发生在各种不同的水平上。
- 基因表达调控主要表现在信号转导研究、转录因子研究及RNA剪辑三个方面。
- 信号转导：外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状或其他细胞功能方面的应答过程。
- 转录因子：一群能与基因5‘端上游特定序列专一结合，从而保证目的基因以特定的强度在特定的时间与空间表达的蛋白质分子。
- RNA的可变剪接：pre-mRNA会以多种方式进行剪接重连，由此产生不同的mRNA。因此一个基因可以编码多种蛋白质
染色体与DNA
染色体
遗传物质概述
- 核酸（DNA和RNA）控制了生物的遗传性状。
- 核酸以核苷酸（nucleotide）为基本结构单位，由单核苷酸通过3’，5’-磷酸二酯键连接成链状大分子。
- 核苷酸可以进一步分解成核苷和磷酸，核苷再进一步分解成核糖和碱基（base）。
- 组合DNA分子的碱基：A（腺嘌呤），T（胸腺嘧啶），C（胞嘧啶），G（鸟嘌呤）
- 组成RNA分子的碱基：A，U（尿嘧啶），C，G
染色体概述
- 染色体在遗传上起着主要作用。遗传物质的主要载体是染色体。
- 染色体包括DNA和蛋白质两部分。DNA只有包装成为染色体才能保证其稳定性。
- 同一物种每条染色体所带DNA量不一定，单不同染色体或者不同物种之间变化很大。染色质（chromatin）：是细胞中期核内DNA和蛋白质复合体。个别染色体不能区分开。它只能通过与DNA特异性作用的染料而识别。
染色单体（chromatids）：复制时产生的染色体拷贝。次名字通常用来形容随后的细胞分裂期它们分开的之前的染色体。
原核生物DNA的主要特征
- 细菌DNA是一条相对分子质量在109左右的闭合双链分子，通常也称为染色体。
- 原核生物中一般只有一条染色体且大都带有单拷贝基因，只有很少数基因如（如rRNA基因）以多拷贝形式存在。
- 整个染色体DNA几乎全部由功能基因与调控序列所组成
- 几乎每个基因序列都与它所编码的蛋白质序列呈线性对应状态
- 细菌染色体外包裹着稀疏的蛋白质，这些蛋白质有些与DNA折叠有关，另一些则参与DNA的复制，重组及转录过程
真核生物染色体特征
- 分子结构相对稳定
- 能够自我复制，使亲子代之间保持连续性
- 能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程
- 能够产生遗传的变异
组蛋白
- 组蛋白是染色体的结构蛋白它与DNA组成核小体。通常可以用2mol/L或0.25mol/L的HCl/H2SO4处理组蛋白与DNA分开，然后用离子交换柱层析分离。
- 根据其凝胶电泳性质可以把组蛋白分为H1、H2A、H2B、H3、及H4
组蛋白都含有大量的精氨酸和赖氨酸，H1富含赖氨酸，H3、H4富含精氨酸，H2A、H2B介于两者之间
组蛋白的一般特性
- 进化上的保守性，不同种生物组蛋白的氨基酸组成十分相似
- 无组织特异性
- 肽链上氨基酸分布不对称性。碱性氨基酸集中分布在N端端半条链上。碱性的半条链易与DNA的负电荷区结合而另外半条链与其他组蛋白、非组蛋白结合。
- 组蛋白的修饰作用。由于组蛋白富含精氨酸核赖氨酸，可以发生包括甲基化等多种翻译后修饰。
- 在几种修饰中以 H3、H4的修饰作用比较普遍，并且以甲基化、乙酰化修饰为主，H2A、H2B能发生泛素化和乙酰化修饰，H1有泛素化和磷酸化修饰。
组蛋白的修饰作用
- 包括甲基化、乙酰化、磷酸化、及ADP核糖基化等
- 组蛋白甲基化是由蛋白甲基转移酶去甲基化催化的可逆修饰。甲基化可发生在组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上
- 组蛋白乙酰化主要发生在核心组蛋白上，在含有活性基因的DNA结构域中，乙酰化程度更高，H3，H4乙酰化程度大于H2A和H2B。乙酰化的主要位点分布在H3、H4的N端比较保守的赖氨酸位置上。乙酰化修饰由组蛋白乙酰基转移酶和组蛋白去乙酰化酶协调进行，以保证乙酰化水平的动态平衡。
- 乙酰化/去乙酰化修饰影响染色质结构和基因活化，组蛋白的乙酰化有利于DNA与组蛋白八聚体的解离，使核小体结构松弛，从而使各种转录因子和协调转录因子能与DNA结合位点特异性结合，激活基因的转录；反之，去乙酰化则抑制转录。
- 组蛋白的泛素化修饰位点为高度保守的氨基酸残基，组蛋白H1、H2A、H2B、和H3都能发生泛素化修饰。与经典的蛋白质泛素调节途径不同，组蛋白的泛素化修饰不会导致蛋白质的降解，却能招募核小体形成染色体，并参与X染色体的失活，影响组蛋白的甲基化和基因的转录，也在DNA损伤应答等生理过程中发挥重要作用。
- 修饰作用只发生在细胞周期的特点时间和组蛋白的特定位点
- 组蛋白H1、H2A、H2B、及H3能够和多聚ADP-核糖共价结合发生ADP核糖基化修饰，被认为是在真核细胞内启动复制过程的开关
- 作用：使DNA与蛋白之间的作用强度发生变化，进而使DNA与转录因子之间的相互作用发生变化，进而使使DNA与转录因子接触难易程度改变，影响转录作用的速率。
非组蛋白
- 包括酶类、与细胞分裂有关的收缩蛋白、骨架蛋白、核孔复合物蛋白以及肌动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、原肌蛋白等，它们也可能是染色质的结构成分。
- 高速泳动蛋白（HMG）
- 因其相对分子质量小、在凝胶电泳中迁移速度快而得名
- 能与DNA结合，也能与H1作用，但与DNA的结合并不牢固，可能与DNA的超螺旋结构有关，在DNA复制中和重组中起重要作用
- DNA结合蛋白
- 是一种能优先与DNA结合，并使其扭曲的高速移动性群蛋白。这类蛋白质可以改变核小体排列方式，产生更复杂的染色质结构。
- 可能是一些与DNA的复制或转录有关的酶或调节物质
- 非组蛋白的功能
- 酶（RNA合成酶、蛋白质磷酸化酶等）
- 遗传信息的保持和调节（HMG14，HMG17及许多酸性染色体蛋白质）
- 染色体的结构支持体
真核生物基因组DNA
- 真核细胞基因组中含有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能DNA所隔开
- 生物体内所有的染色体组成基因组，每Mb基因组DNA上所含有的平均基因数目称为基因密度
- 一种生物单倍染色体中DNA的总长度称为基因组大小。基因组的大小与生物体的复杂性相关
- 在真核生物中，基因组的大小一般是随生物进化而增加的，高等生物基因组的大小一般大于低等生物
- 基因密度是复杂度相近但基因组的大小迥异的物种之间的主要区别。基因密度越高，生物的复杂性越低。
- 与原核生物相比，真核生物不但基因密度低，而且各种变异相对较多。
- 对于复杂度高的生物，调控转录的序列长度显著增长，分散在真核生物中编码蛋白质的基因区段中的内含子的数目也大量增加
- 真核生物DNA序列大致上可分为三类：
- 不重复序列：一般只有一个或几个拷贝，占总DNA的40～80%。结构基因基本上属于不重复序列
- 中度重复序列：这类序列的重复次数在101~104之间，占总DNA的10～40%，各种rRNA、tRNA以及某些结构基因如组蛋白基因等都属于这一类
- 高度重复序列（卫星DNA）：只在真核生物中发现，占基因组的10～60%，在DNA链上重复成千上万次。卫星DNA不转录，功能不明。
染色质
- 由DNA和组蛋白组成的染色质纤维细丝，是许多核小体连成的念珠状结构
- 染色质DNA的Tm值比自由DNA高，说明在染色质中DNA极可能与蛋白质分子相互作用
- 在染色质状态下，由DNA聚合酶和RNA聚合酶催化的DNA复制转录活性大大低于在自由DNA中的反应
- DNA酶1对染色质DNA的对消化远远慢于对纯DNA的作用
核小体
- 核小体是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bpDNA组成
- H3·H4四聚体的形成启动核小体的组装,四聚体然后与DNA结合,再与两个H2A·H2B二聚体结合,完成核小体的组装
- 八聚体在中间,DNA分子盘绕在外。而H1在核小体外面，且每个核小体只有1个H1
- 核小体中组蛋白和DNA的比例是每200bp DNA有H2A、H2B、H3、H4各两个，H1一个。缠绕在核小体上的DNA共146bp，缠绕1.65圈每圈80bp。核小体之间连接DNA的长度是可变的，一般为20～60bp
- 每个核心组蛋白有一个N端延伸的“尾巴”,上面有许多高度修饰的位点
- 核小体的形成是染色体中DNA压缩的第一个阶段
- 组蛋白H1通过与结合在核小体上的DNA结合使染色质进一步压缩,形成30nm螺线管
真核生物基因组的结构特点
- 真核基因组庞大,一般都远大于原核生物
- 真核基因组存在大量的重复序列
- 真核基因组的大部分为非编码序列,占整个基因组序列的90%以上,该特点是真核生物与细菌和病毒之间最主要的区别
- 真核基因组的转录产物为单顺反子
- 真核基因是断裂基因,很有内含子结构
- 真核基因组存在大量的顺式作用元件.包括启动子、增强子、沉默子等
- 真核基因组中存在大量的DNA多态性
- 多态性是指DNA序列中发生变异而导致的个体核苷酸序列的差异,主要包括单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism , SNP)和串联重复序列多态性(tandem repeats polymorphism)两类
- 真核基因组有端粒结构
- 端粒(telomere)是真核生物线性基因组DNA末端的一种特殊结构,它是一段DNA序列和蛋白质形成的复合体,其DNA序列相当保守,一般有多个短寡核苷酸串联在一起构成
- 具有保护线性DNA的完整复制、保护染色体末端和决定细胞的寿命等功能
原核生物基因组
- 原核生物基因组很小,大多只有一条染色体,且DNA含量少
- 此外,细菌的质粒、真核生物的线粒体、高等植物的叶绿体等也含有DNA和功能基因,这些DNA被称为染色体外遗传因子,也具有原核生物基因组的特点
- 原核细胞基因组DNA的结构特点:
- 结构简练 :
- 原核DNA分子的绝大部分是用来编码蛋白质的,只有非常小的一部分不转录,这与真核DNA的冗余现象不同。不转录DNA序列通常是控制基因表达的标签
- 存在转录单元 :
- 原核生物DNA序列中功能相关的RNA和蛋白质基因,往往丛集在基因组的一个或几个特定部位,形成功能单位或转录单元,它们可被一起转录为含多个mRNA的分子,称为多顺反子mRNA
- 有重叠基因 :
- 在一些细菌和动物病毒中有重叠基因,即同一段DNA能携带两种不同蛋白质信息
- 尽管这些重叠基因的DNA序列大致相同，但由于基因重叠部位一个碱基的变化可能影响后续肽链的全部序列，从而编码完全不同的蛋白质
DNA的复制
DNA复制的基本概念
- 半保留复制
- 半不连续复制，冈崎片段长度在1000～2000碱基
- 复制子: 生物体能独立进行复制的单位
- 复制叉: 复制时,双链DNA要解开成两股链分别进行,所以,这个复制起始点呈现叉子的形式
- 复制子: 从复制起点到终点的区域
- 一个复制子只含一个复制起点
- 复制叉从复制起点开始沿着DNA链连续移动,起始点可以启动单向复制或者双向复制,这主要取决于在复制起点形成一个复制叉还是两个复制叉
- 细菌、酵母、线粒体、叶绿体中的复制起始点的共同特点是都有丰富的AT序列
- 细菌、病毒和线粒体DNA分子都是作为单个复制子完成复制的,而真核生物基因组可以同时在多个复制起点上进行双向复制
- 复制终止点: 复制子中控制复制终止的位点，如大肠杆菌环状DNA中，复制终止点在起始点的相对位置（旋转180度）
- 某些环状DNA进行单向复制, 但主要还是双向复制
- 细菌复制速度比真核生物快2-～50倍
- 解旋：首先在拓扑异构酶的作用下解开负超螺旋，再由SSB蛋白（单链结合蛋白）在复制起点处解开单链，接着由引发酶等组成的引发体迅速作用于两条单链DNA上
- DNA解链酶（DNA helicase）：DNA解链酶能通过水解ATP获得能量来解开双链DNA
- 单链结合蛋白（SSB蛋白）：保证被解链酶解开的单链在复制完成前能保持单链结构
- DNA拓扑异构酶（DNA topoisomerase）：消除解链造成的正超螺旋堆积
- 所有DNA复制都是从一个固定起始点开始的，而且所有DNA聚合酶都只能延长已存在的DNA链，不能从头合成。因此在复制时往往由引发酶（一种特殊的RNA聚合酶，不需要用特异性DNA序列来起始新RNA引物的合成）在DNA模版上合成一段RNA链，提供引发末端（引物），接着由DNA聚合酶从RNA引物3’端开始合成新的DNA链
- 后随链的引发由引发体完成，引发体由6种蛋白质（n',n'',n''',DnaB,DnaC,DnaI）共同组成
DNA聚合酶
- DNA聚合酶有延伸作用
- DNA聚合酶有三个结构域
- Mg2+和Zn2+有利于改变催化区域周围的化学环境，促进催化作用的进行
- DNA聚合酶有矫正错配的能力
后随链合成
- 引物酶合成约10个核苷酸大小的引物，两个引物间的距离在细菌中为1000～2000bp，在真核细胞中为100～400bp
- DNA聚合酶3以5‘->3‘方向延伸该引物，直到遇见相邻引物的5’端。这个新合成的DNA片段就是冈崎片段
- 在E.coli中，DNA聚合酶1具有5‘->3‘外切酶活性，被用来去除引物
- DNA连接酶连接相邻的冈崎片段使之成为一条完整的链
原核生物和真核生物DNA复制
原核生物DNA复制的特点
大肠杆菌基因组以环状DNA分子形式存在
大肠杆菌DNA聚合酶比较
- DNA聚合酶I：第一个被鉴定出来的DNA聚合酶
- 不是复制大肠杆菌染色体的主要聚合酶
- 既可以合成DNA链，又能降解DNA保证了DNA复制的准确性
- 具有5'->3'核酸外切酶的活性活性
- DNA聚合酶II：
- 具有5'->3'方向的聚合酶活性
- 具有3'->5'核算外切酶活性可起矫正作用
- 生理功能主要是起修复DNA的作用
- DNA聚合酶III：
- 既有5'->3'聚合酶活性，又有3'->5'核酸外切酶活性
- 是大肠杆菌DNA复制中链演出反应的主导聚合酶原核生物DNA复制的调控
- 迅速分裂的细胞具较多复制叉，而分裂缓慢的细胞复制叉较少并出现复制的间隙
- 细胞内复制叉的多少决定复制起始频率的高低，这可能是原核细胞复制的调控机制
- 复制起始频率的直接调控因子是蛋白质和RNA
- DNA复制的调控主要发生在起始阶段，一旦开始复制，如果没有意外的阻力，就可以一直复制下去直到完成
真核生物DNA复制的特点
- 真核生物有多处复制起始点，原核生物只有一个
- 真核生物的染色体在全部完成复制之前，各个起点上DNA的复制不能再开始；原核生物可以连续开始新的复制，表现为虽只有一个复制单元但可有多个复制叉
- 真核生物每个细胞周期只精确地复制一次，且只在S期进行
- 真核细胞复制的起始需要在复制复合体pre-PC的指导下进行
- 酵母的复制起始点称为自主复制序列（ARS）
- 对指导复制起始的序列进行识别发生在G1期
- 真核生物DNA复制的起始需要起始点识别复合物（ORC）
- 只有在细胞从G1到达S期后，由于调控pre-RC的两种激酶Cdk和Ddk在S期被激活，pre-RC被磷酸化后诱发起始点上其他复制蛋白的组装和复制的起始
真核生物DNA聚合酶
冈崎片段RNA引物去除
- 一种可以切除DNA- RNA杂合底物的RNA酶H1发挥内切核酸酶的活性，在靠近RNA与DNA的连接处切开引物
- 由具备5'->3'外切核酸酶活性的FEN1蛋白降解RNA片段
- 由DNA连接酶I将相邻的冈崎片段连接起来
DNA末端复制
由于所有新的DNA合成启动都需要一条引物，这使线性染色体末端的复制成为难题，当后随链到达染色体末端时，引物酶可能没有足够的空间去合成新的RNA引物，导致后随链DNA产物上3'端形成一小段单链DNA。在下一轮复制中，这个区域将被丢失，两个产物中的一个会因此逐步变短（端粒部分）
细胞解决末端复制问题的方法
- 用蛋白质代替RNA作为每个染色体末端最后一个冈崎片段的引物
- 多数真核生物利用端粒酶来延伸染色体3'端
- 端粒酶由蛋白质和RNA组成，端粒酶利用其自身含有的RNA成分作为模版将端粒序列添加到染色体3'端
DNA的突变与修复
复制错误和DNA损伤有两个后果：
- 基因突变：DNA产生永久性不可逆的改变，最终改变基因的编码序列
- 包括碱基替换、转换、颠换、插入突变、同义突变、错译突变、无意义突变、移码突变等
- DNA发生化学变化使得DNA不能再被用作模版进行复制和转录
DNA突变
- 基因突变：在基因内的遗传物质发生可遗传到结构和数量的变化
- DNA突变：DNA复制过程出现的错误、遗传物质的化学和物理损伤，以及转座子插入所造成的DNA序列变化
DNA修复系统
- 发现碱基错配
- 在水解ATP作用下，MutS、MutL与碱基错配位点的DNA双链相结合
- Muts- MutL在DNA双链上移动，发现甲基化DNA后由MutH切开非甲基化的子链
- 碱基起初修复：糖苷水解酶能特异性切除受损核苷酸上的N-糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤位点，统称AP位点。一旦形成AP位点，AP核酸内切酶就会把受损核苷酸的糖苷-磷酸链切开，移去包括AP位点在内的小片DNA，由DNA聚合酶I合成新的片段
- 核苷酸切除修复：当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤皮，导致双链之间无法形成氢键，则由核苷酸切除修复系统负责修复
- 同源重组修复：是利用细胞内的同源染色体对应的DNA序列作为修复模版进行DNA修复的过程
- 直接修复：把损伤的碱基回复到原来的状态的一种修复。如DNA光解酶修复胸腺嘧啶聚二体及6-4光化物的过程
- 嘧啶二聚体（PD）：是DNA或RNA中相邻碱基（嘧啶）在紫外线诱导下进行光化学合成，于C=C双键形成共价键而形成的一种化合物，它们改变了DNA原有结构，令聚合酶无法正常运作，DNA无法复制
- SOS修复系统：细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施。它是一种旁路系统，允许新生的DNA链越过胸腺嘧啶二聚体继续复制，其代价是保真度的极大降低。
- 包括：诱导DNA损伤修复，诱变效应，细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放噬菌体等
DNA的转座
DNA的转座（移位）：由可移位因子介导的遗传物质重排现象
在转座过程，可移位因子的一个拷贝常常留在原来的位置上，在新位点上出现的仅仅是拷贝，转座有别于同源重组，它依赖于DNA的复制
转座子（transposon，Tn）是存在于染色体DNA上可自主复制和唯一的基本单位转座子分类
- 插入序列（insertional，IS）
- 最简单的转座子，是细菌的一小段可转座元件，它不含有任何宿主基因而常被称为插入序列，它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分
- 常见的IS序列都是很小的DNA片段（约1000碱基对），末端具有反向重组区，转座时往往复制宿主靶位点一小段（4～15碱基对）DNA，形成位于IS序列两端的正向重复区
- 复合型转座子
- 是一类带有某种抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列（在每个IS序列两侧各有反向重复区）
真核生物中的转座子
- 玉米细胞内控制的控制因子归纳为两大类
- 自主性因子：具有自主剪接和转录的功能
- 非自主性因子：单独存在时是稳定的不能转座，当基因组中存在与非自主因子同家族的自主性因子，它才具备转座功能，成为与自主性因子相同的转座子
转座作用的遗传学效应
- 转座引起插入突变。各种IS，Tn转座子都可以引起插入突变
- 转座产生新的基因。如果转座子上带有抗药性基因，它一方面造成靶DNA序列上的插入突变，同时也使这个位点产生抗药性
- 转座产生染色体畸变，当复制型转座发生在宿主DNA原有位点附近，往往导致转座子两个拷贝之间的同源重组，引起DNA缺失或倒位
- 转座引起的生物进化，由于转座作用，使原来在染色体上相距甚远的基因组合到一起，构建成一个操纵子或表达单元，可能产生有新的生物学功能的基因和新的蛋白质分子
SNP的理论与应用
单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism ，SNP）：指基因组DNA序列中由于单个核苷酸的突变而引起的多态性
- SNP是基因组中最简单最常见的多态性形式，具有很高的遗传稳定性
- SNP广泛存在人类基因组中，其发生频率约为1%或更高
- 位于染色体上某一区域的一组相关联的SNP等位位点称为单倍型（haplotype）
- 相邻SNPs的等位位点倾向于以一个整体遗传给后代
- SNP时继限制性片段长度多态性（RFLP）和微卫星标记（SSR）之后的第三代遗传标记
思考题
- 能自我复制，使亲子代保持连续性
- 分子结构稳定
- 能指导蛋白质合成，控制生命过程
- 能产生可遗传的变异
- 核小体是由H2A、H2B、H3、H4、各两分子生成的八聚体以及大约200bpDNA组成
- H3·H4四聚体的形成启动核小体的组装，四聚体与DNA结合，再与两个H2A·H2B二聚体结合，完成核小体组装
- 八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，H1在核小体外，每个核小体只有一个H1
- 核小体串联起来形成染色质细丝
- 形成过程：两分子的H3和两分子的H4先形成四聚体，然后由H2A和H2B形成的异二聚体在四聚体两侧，分别结合形成八聚体。长146bp的DNA以左手螺旋的形式盘绕在八聚体上1.8圈，形成核小体的核心颗粒，每圈约80bp。核心颗粒两端的DNA各有11bp与H1结合，形成完整的核小体
- 请举例3项实验证据来说明为什么染色质中DNA与蛋白质分子是相互作用的。
- 用小球菌核酸酶处理染色质进行电泳，可以得到一系列片段，这些被保留的DNA片段均为200bp基本单位的倍数
- 染色质的电子显微镜图显示出由核小体组成的念珠状结构可以看到一条细丝连接着一串直径为10nm的球状体。在染色质的X射线衍射图中也发现了10nm的重复单位
- 在染色质状态下，由DNA聚合酶催化的DNA复制和转录活性大大低于在自由DNA中的反应。DNA聚I对染色质DNA的消化远远慢于对纯DNA的作用
- 组蛋白修饰作用只发生在细胞周围的特定时间和组蛋白的特定位点上，由于其富含精氨酸和赖氨酸，可以发生包括甲基化、乙基化、磷酸化及泛素化等修饰，所有这性修饰作用都有一个共同的特点：降低组蛋白所携带的正电荷，直接或间接影响基因的转录活性
- 甲基化可发生在组蛋白的Lys和Arg残基上，不同程度的甲基化极大地增加了组蛋白修饰和调节基因表达的复杂性，组蛋白甲基化的异常导致肿瘤等多种人类疾病的发生
- 乙酰化主要发生在核心组蛋白上，主要分布在H3和H4的N端比较保守的赖氨酸位置上。乙酰化修饰由组蛋白酰转移酶和组蛋白去乙酰化酶协调进行，以保证乙酰化水平的动态平衡。参与DNA修复、拼接和复制，参与染色体组装以及细胞的信号传导，与某些疾病的形成密切相关
- 磷酸化参与基因转录、DNA修复、细胞凋亡及染色体浓缩等过程
- 泛素化修饰位点为高度保守的赖氨酸残基。泛素化修饰不会导致蛋白质的降解，却能招募核小体形成染色体
- DNA一级结构是指4种核苷酸的连接及排序，表示该DNA分子的化学构成。组成DNA分子的碱基有4种，配对方式为A与T、C与G，由于碱基能以任何顺序排列，构成DNA分子多样性，许多脱氧核苷酸经3‘->5‘磷酸二酯键聚合而成为DNA链
- DNA二级结构指两条多核苷酸反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。其特点为，DNA分子有两条相互平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成，DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧，两条链上的碱基通过氢键相结合，形成碱基对，它的组成有一定的规律，即：嘌呤与嘧啶配对（A与T，G与C配对）碱基之间的这种一一对应的关系称为碱基互补配对原则，由于碱基可以任何顺序排列，因此构成了DNA分子的多样性。通常情况下DNA的二级结构分为两大类：一类是右手螺旋，如A-DNA和B-DNA，DNA通常以右手螺旋形式存在；另一类是左手螺旋，即Z-DNA。
- DNA三级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘旋所形成的特定空间结构，包括超螺旋、线性双链中的纽结，多重螺旋等。其中超螺旋结构其主要形式可分为正超螺旋（右手螺旋）和负超螺旋（左手螺旋）两类，负超螺旋是细胞内常见的DNA高级结构形式，正超螺旋是过度缠绕的双螺旋，它们在不同类型的拓扑异构酶作用下或特殊情况下可相互转变
- 原核生物DNA具有哪些不同于真核生物的DNA特征？
- 结构简练。原核DNA分子的大部分是用来编码蛋白质的，只有非常小的一部分不转录，这与真核细胞DNA冗余现象完全不同。不转录的DNA通常是控制基因表达的序列
- 存在转录单元。原核生物DNA序列中功能相关的基因，往往丛集在基因组的一个或几个特定部位，形成功能单位或转录单元，它们可被一起转录为含多个mRNA的分子，称为多顺反子mRNA，受同一操纵基因调控。
- 有重叠基因
- 谁提出了DNA双螺旋结构模型？简述其主要实验依据及其在分子生物学发展中的重要意义。
- Watson和Crick在1953年提出DNA双螺旋结构模型
- 该模型的建立对促进分子生物学及分子遗传学的发展具有划时代意义。对DNA本身对复制机制、遗传信息的存储方式和遗传信息的表达、生物遗传稳定性和变异性等规律的阐明起了非常重要的作用。同时，该模型的建立也推进了一系列分子生物学技术的发展，如PCR、DNA分子杂交技术等。
- DNA以何种方式进行复制？如何保证DNA复制的准确性？
- 半保留复制
- 碱基互补配对原则；DNA聚合酶的识别作用；DNA聚合酶具有3‘->5‘外切酶的作用，可以自我校对；使用RNA引物，减少复制差错；有错配机制；Mn2+和Mg2+的比例、浓度对核苷酸原酶活性进行调控，确保细胞内四种dNTP的浓度平衡
- 原核生物双链DNA都以半保留复制方式遗传，DNA的复制在整个细胞周期都能进行
- 只有一个复制起点，复制子较大
- 只有一个复制单元，但可以有多个复制叉
- 复制叉移动速度很快，是真核生物很多倍
- 半不连续复制
- DNA聚合酶组成和功能上与真核生物有很大不同
- DNA分子是环形，不存在末端缩短问题
- 冈崎片段大（1000～2000bp）
- Tm值：增色效应达到最大值一半时的温度
- DNA均一性：均一性高，溶解过程爆发的温度范围窄
- DNA分子中的GC含量：GC含量高，Tm值大，T=69.3+0.41（G+C）%
- DNA溶液的离子强度：在低离子强度低介质中，DNA的Tm值较低而范围宽。高离子强度Tm值
- DNA复制时为什么前导链时连续复制，而后随链时不连续复制？并请以大肠杆菌为例简述后随链复制的各个步骤。
- DNA两条链反向平行，而DNA聚合酶只有5‘->3‘聚合酶活性。因此两条链中有一条复制叉移动方向和DNA合成方向相反，必须在引物酶的作用下，先合成一段引物，在DNA聚合酶III的作用下，合成冈崎片段，然后由DNA聚合酶I切除引物，相邻的片段之间的缺口最后由连接酶连接起来
- 复制起始：
- 复制叉形成：复制蛋白DnaA识别大肠杆菌复制起始点（oriC）并与其结合，然后DnaC结合上去允许解旋酶DnaB结合，将母链DNA分开，形成一个复制叉，在起始点出现复制泡，从起点向两个方向移动
- 引物形成在后随链上，DNA引发酶（DnaG）与DnaB结合形成复合体，ATP水解驱动复合物沿模版链移动，促使母链分开，单链结合蛋白（SSB）与单链DNA相结合，DnaG催化合成短的RNA引物
- 延伸：
- DNA聚合酶III从引物3‘-OH起，延伸冈崎片段，当聚合酶复合物遇到已经合成的冈崎片段引物时，延长反应停止；DNA聚合酶III从DNA模版链上解离下来。前导链继续合成，直到终点
- 终止：
- DNA聚合酶I去除引物，并填补留下的空隙
- DAN连接酶封闭缺口，完成链的合成
- 细胞生活周期水平调控：也称为限制点调控，即决定细胞停留在G1期还是进入S期。许多外部因素和细胞因子参与限制点调控。促细胞分裂剂、致癌剂、外科切除等都可以诱发细胞由G1期进入S期。一些细胞因子如四磷酸二腺苷和聚ADP-核糖也可诱导DNA的复制
- 染色体水平调控：决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在S期起始复制，这种有序复制的机制还不清楚
- 复制子水平调控：决定复制的起始与否，这种调控从单细胞生物到高等动物是高度保守的。此外，真核生物复制起始还包括转录活化、复制起始复合物的合成和引物合成等阶段，许多参与复制起始蛋白功能与原核生物中相类似。酵母染色体复制只发生于S期，各个复制子按专一的时间顺序活化，在S期的不同阶段起始复制
- 细胞通过哪几种对DNA损伤进行修复？它们在维持基因稳定性中的作用是什么？
- DNA直接修复（direct repair）：DNA损伤直接修复而并不需要切除碱基或核苷酸的机制，直接修复是把损伤的碱基回复到原来的一种状态。如DNA光解酶修复胸腺嘧啶二体及6-4光化物的过程
- 错配修复（mismatch repair）：一旦在DNA复制过程中发生错配，细胞能通过准确的错配修复识别新合成链中的错配并加以矫正，DNA子链中的错配几乎完全能被修正，充分反映了母链系列的重要性。该系统识别母链的依据来自Dam甲基化酶
- 碱基切除修复（base-excision rapier）：细胞中有能识别受损核酸的糖苷水解酶，特异性切除受损核苷酸上的N-糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点统称为AP位点，一旦产生AP位点，AP内切核酸酶就会把受损的核苷酸的糖苷-磷酸键切开，移去包括AP位点在内的小片段DNA，由DNA聚合酶I合成新的片段
- 核苷酸切除修复（nucleotide-excision repair）：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，则由核苷酸切除修复系统负责修复
- 同源重组修复（homologous recombination repair，HR）和非同源末端连接（non-homologous endjoining，NHEJ）：当DNA发生双链断裂时，可通过同源重组修复和非同源末端连接来进行修复。同源重组修复时利用细胞内的同源染色体对应的DNA序列作为修复模版进行DNA修复的过程
- 跨损伤合成（translation synthesis，TLS）是一类复制后修复，也被称为“跨缺刻修复”或“备份复制”（backup synthesis），最先发现于原核细胞中，在DNA链复制过程中，当DNA聚合酶遇到嘧啶二聚体或脱嘌呤位点等没有被修复等损伤而使复制停顿时，复制机器必须越过损伤以防止复制叉的崩塌，机体必须启动跨损伤合成系统并忽略已存在的损伤
- SOS修复系统（SOS repair）：是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生而产生的一种应急措施。它是一种旁路系统，允许新生的DNA链越过胸腺嘧啶二聚体继续复制，其代价是保真度的极大降低。SOS修复系统包括诱导DNA损伤修复、诱变效应、细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放噬菌体
- 转座子（transposon，Tn）是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。转座子分为两大类：插入序列（insertion sequence，IS）和复合型转座子（compositetransposon）
- 插入序列（IS）：最简单的转座子，是细菌的一小段可转座元件，它不含任何宿主基因而常被称为插入序列，它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成成分。常见的IS序列都是很小的DNA片段（约1k碱基对）末端具有反向重复区，转座时往往复制宿主靶位点一小段（4～15碱基对）DNA，形成位于IS序列两端的正向重复区
- 复合型转座子是一类带有抗药性基因（或其他素主基因）的转座子，其两翼往往是相同或高度同源的IS序列，表明IS序列插入到某个功能基因时就可能产生复合型转座子。一旦形成复合型转座子，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
- SNP是single nucleotide polymorphism的缩写，中文翻译为单核苷酸多态性：指基因组DNA序列中统一位置上的每个碱基类型叫做一个稳定性。随着SNP检测和分析技术的进一步发展，已经成为继限制性片段长度多态性（RFLP）和微卫星标记（SSR）之后的第三代遗传标记
- 优点：数量多且分布广泛；SNP比STR扩增更可靠，不会产生假阳性，具有代表性；能稳定遗传；可实现分析自动化，减少研究时间
从DNA到RNA
DNA双链中，与mRNA序列相同的那条称为：编码链或有义链。另一条称为模板链或反义链
只有成熟的、相对分子质量明显变小并经过化学修饰的前体RNA才能进入细胞质，参与蛋白质合成
原核生物常以AUG（或GUC，UUG）为起始密码子，而真核生物几乎永远以AUG为起始密码子
RNA的结构、分类和功能
mRNA结构特点
<ul><li data-pid="MnffTY2b">RNA含有核糖和嘧啶（AGCU），通常是单链线性分子<li data-pid="PAeeIGg2">由于RNA链频繁发生自身折叠，在互补序列间形成碱基配对区，所以尽管RNA是单链分子，它仍然具有大量双螺旋结构<li data-pid="fpBBYAeR">RNA有多种茎环结构：发卡结构（hairpin）、凸起（bulge）、环状结构（loop）、四通道内环（four-stemjunction）<li data-pid="d54Gmj91">RNA中含有G-U配对<li data-pid="t2t8qIHE">RNA可折叠形成复杂的三级结构
环状RNA
- 环状RNA广泛存在于从古菌到人类多种生物的细胞中
- 环状RNA不受RNA外切酶到影响而不易降解，比线性RNA稳定
- 表达存在细胞和组织表达特异性
- 环状RNA可以通过不同途径影响基因表达生物体中不同的RNA种类（RNA分类）
- 信使RNA，mRNA（messenger RNA）：编码特定的蛋白质序列
- 前信使RNA，pre-mRNA（precursor mRNA）「 hnRNA（heterogeneous nuclear RNA）」：真核生物mRNA前体，未成熟的mRNA，hnRNA可以包含那些并不最终成为胞浆中mRNA的细胞核内RNA转录物
- 转运RNA，tRNA（transfer RNA）：能特异性解读mRNA中的遗传信息，将其转化为相应氨基酸后加入多肽链中
- 核糖体RNA，rRNA（ribosomal RNA）：与多种核糖体蛋白质共同构成核糖体，参与蛋白质合成
- 非编码RNA，ncRNA（non-coding RNA）：没有编码蛋白质能力的RNA
- 小分子RNA，miRNA（microRNA）：真核生物中广泛存在的一种长约21到23个核苷酸的RNA分子，可调控其他基因表达
- 小分子干扰RNA，siRNA（small interfering RNA）：长度20到25个核苷酸的双链RNA，目前已知主要参与RNA干扰现象
- 核内小RNA，snRNA（small nulear RNA）：与许多蛋白质结合在一起成为小胞核核糖蛋白（snRNPs）参与pre-mRNA的剪接
- 核仁小RNA，snoRNA（small nucleolar RNA）：可引导rRNA或其他RNA的化学修饰作用
- 细胞质小RNA，scRNA（small conditional RNA）：起信号转导的作用
- 长链非编码RNA，lncRNA（long non-coding RNA）：长度超过200nt但不编码蛋白质的转录产物RNA功能
RNA既是信息分子，又能作为功能分子发挥作用
作为功能分子的作用有：
- 作为细胞内蛋白质生物合成的主要参与者
- 部分RNA可作为核酶在细胞中催化一些重要的反应，主要作用于出事转录产物的剪接加工
- 参与基因表达，与生物的生长发育密切相关
- 在某些病毒中，RNA是遗传物质
RNA转录概述
RNA转录和DNA复制的区别
- RNA聚合酶可以从头起始转录，在催化RNA合成时不需要引物
- 多个RNA聚合酶可以同时转录一个基因，在短时间内合成大量的转录产物
- 转录具有选择性
- 转录过程缺乏严谨的矫正机制
RNA聚合酶
RNA聚合酶以Mg2+/Mn2+为辅助因子，以NTP为活性前体，以双链DNA为模版催化RNA链的起始、延伸、终止，且不需要任何引物
启动子与转录
- 启动子（promoter）：一段位于结构基因5‘端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模版DNA准确相结合并具有转录起始的特异性
- 转录单位（transcript unit）：从启动子到终止子等DNA序列
- 转录起点：与RNA链第一个核苷酸相对应DNA链上的碱基，通常为嘌呤
- 常将5‘端的序列称为上游序列，3’端的序列称为下游序列
RNA转录的基本过程
RNA链的合成特点
- RNA按5‘到3’方向合成，以DNA双链中的反义链（模版链）为模版，在RNA聚合酶催化下，以NTPs为原料，根据碱基互补配对原则，各核苷酸间通过形成磷酸二酯键相连，不需要引物参与。
- 模版识别（template recognition）
- 指RNA聚合酶识别启动子序列并与启动子DNA双链特异性结合的过程
- RNA聚合酶与启动子结合后，使启动子附近的DNA双链解旋并解链，形成转录泡以促使底物核糖核酸与模版DNA的碱基配对
- 转录泡向DNA的5‘端移动，NTP被添加到新生RNA链的3’- OH端。双螺旋不断解开，露出新的单链DNA模版，在解链区后面，DNA模版链与其原先配对的非模版链重新结合成为双螺旋
- 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，转录泡瓦解，DNA恢复成双链状态
原核生物与真核生物的转录及产物特征比较
- 原核生物只有一种RNA聚合酶参与基因转录， 而真核生物有三种以上的RNA聚合酶来负责不同类型的基因转录
- 原核生物转录初始产物大多数是编码序列，与蛋白质的氨基酸序列呈线性关系。 而真核生物的初始转录产物含有内含子序列，mRNA只占初始转录产物的一小部分（需要剪接、修饰等加工后才能成为成熟的mRNA）
- 原核生物很少剪接，但很多是非编码RNA。原核生物缺少剪接体剪接途径（没有原核生物发生可变剪接的事例）
- 在原核生物中，转录核翻译不仅发生在同一个细胞空间里，而且这两个过程几乎同步进行
- 原核生物半衰期短
- 转录翻译同时进行，部分5‘端已经开始降解3’端还在转录
- 许多原核生物mRNA以多顺反子的形式存在
- 只编码一个蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA；编码多个蛋白质的mRNA称为多顺反子mRNA
- 细菌mRNA可以同时编码不同的蛋白质，多顺反子mRNA是一组相邻或相互重叠基因的转录产物，这样的一组基因可被称为一个操纵子（operon）。「原核生物操纵子表达产生多顺反子mRNA，真核生物操纵子表达产生但顺反子mRNA」
- 当两个顺反子相距较远时，前一顺反子与后一顺反子翻译的起始相互独立；当两个顺反子之间距离较近时，前一顺反子与后一顺反子翻译的起始相衔接，30S小亚基始终与mRNA结合，只有50S大亚基可能与mRNA分离
- 真核生物mRNA结构上的最大特征好是5’端帽子和3‘端多(A)结构；原核生物mRNA5‘端无帽子结构，3’端没有或只有较短的多(A)结构
- 原核生物起始密码子AUG上游7～12个核苷酸处有被称为SD序列（Shine-Dalgarno sequence）的保守区，该序列与16S rRNA 3‘端反向互补，被认为在核糖体与mRNA的结合过程中起作用
- 5‘帽子是一个在mRNA转录后加上去的甲基化鸟嘌呤核苷酸，鸟苷酸转移酶催化
- mRNA的帽子结构容易被甲基化
- 5‘端帽子主要功能：
- 调控细胞核输出。细胞核输出是由帽结合复合物（CBC）调控，它只会与加帽的RNA结合
- 防止被核算外切酶降解
- 促进翻译。5‘帽用于与核糖体及翻译起始因子结合
- 多(A)序列是在转录后加上的
- 加多(A)时要由内切酶切开mRNA 3’端特定部位，然后由多(A)合成酶催化多腺苷酸反应
- 多(A)是mRNA由细胞核进入细胞质所必须的形式，提高了mRNA在细胞质中的稳定性
原核生物RNA聚合酶及其转录
在细菌中，一种RNA聚合酶负责所有mRNA、rRNA和tRNA的合成
大肠杆菌RNA聚合酶是研究最清楚的RNA聚合酶
- 由2个α亚基、一个亚基、一个ω亚基、一个σ亚基组成
- 相对分子质量4.65 x 10**5
原核生物转录的起始需要全酶参与，由σ因子辨认起始点，延长过程仅需要核心酶的催化
σ因子
帮助转录起始，也称之为起始亚基
- σ因子的作用是负责模版链的选择和转录的起始，它是酶的别构效应物，使酶专一性识别模版上的启动子
- 在细胞内的σ因子的数量只有核心酶的30%
- σ因子可以极大的提高RNA聚合酶对启动子区DNA序列的亲和力
- 在某系细菌细胞内含能识别不同启动子的σ因子，以适应不同生长发育阶段的需求，调控不同基因转录的起始原核生物启动子结构
pribnow区：DNA上用于在细菌中进行转录的启动子位点的重要部分，是RNA聚合酶的紧密结合点，这个区的中央位于起点上游10bp处，又称-10区
绝大部分启动子都存在-10位的TATA区，-35位的TTGACA区，是RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与σ因子相互识别而去具有很高的亲和力
在原核生物中-35区与-10区之间的距离通常是16～19碱基对，小于15碱基对或大于20碱基对都会降低启动子活性
原核生物RNA聚合酶对启动子的识别和结合
RNA聚合酶通过氢键互补的方式加以识别，当局部DNA构想或电荷密度改变影响了这些基团的相对方位时，启动子的功能会受到影响
原核生物RNA转录周期
- RNA转录起始
- RNA聚合酶全酶对启动子的识别，聚合酶与启动子可逆性结合形成封闭复合物，此时DNA仍处于双链状态
- 伴随DNA构象上的重大变化，封闭复合物转变为开放复合物，聚合酶全酶所结合的DNA序列中有一小段双链被解开
- 开放复合物与最初两个NTP相结合，并在这两个核苷酸之间形成磷酸二酯键后转变为包括RNA聚合酶、DNA和和RNA的三元复合物
- RNA链延伸
- 新生的RNA链长度达到9～10nt时，σ因子从RNA聚合酶全酶上脱落下来，核心酶沿模版DNA链延伸
- 延伸阶段，DNA和聚合酶分子都发生了构象变化，由核心酶、DNA和RNA所组成转录延伸复合物是转录循环中的重要环节
- 延伸RNA聚合酶同时具有合成和校对两种功能
- 焦磷酸编辑：通过添加入焦磷酸来去除错误插入的核糖核苷酸
- 水解编辑：由一些Gre因子激发「Gre因子是延伸刺激因子，帮助聚合酶度过较难转录的区域，同时去除含有错配的序列」<!--DOI: 10.1073/pnas.97.16.8916-->
- RNA转录终止
- RNA聚合酶遇到终止信号，与DNA模版脱离，并释放RNA
- 原核生物（大肠杆菌）终止分为依赖ρ因子，与不依赖ρ因子。
- ρ因子由6个相同的亚基组成，具有NTP酶和解旋酶活性，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，终止转录
- 内在终止子（固有终止子）：不依赖ρ因子这类终止反应中，没有任何其他因素参与就能终止转录。通过DNA上的终止子控制（一般上游DNA存在一个富含GC碱基的反向重复序列，这段DNA转录产生的RNA容易形成发卡结构。在终止位点前有一段4～8个A-T碱基对序列，其转录产物的3‘端位寡聚U）
- 依赖ρ因子的终止：有些终止位点DNA缺乏共性，而且不能形成强的发夹结构，因而不能诱导转录的自发终止
真核生物RNA聚合酶及其转录
真核生物的RNA聚合酶高度分工，转录过程中往往需要包括转录因子在内的多种蛋白因子参与
真核生物RNA聚合酶
- 除细胞核外，真核生物线粒体和叶绿体中还纯在着不同的RNA聚合酶
- α-鹅膏蕈碱会不同程度的抑制RNA聚合酶活性
真核生物启动子对转录的影响
- RNA聚合酶2催化转录的DNA序列5‘上游区有一段富含TA的保守序列，由于该序列前四个碱基为TATA，所以又称为TATA区（TATA box）
- 在核心启动子上游100～200bp范围内，还存在一个转录调控区，有多个启动元件
- TATA box上游的保守序列称为：上游启动子元件（UPE），或 上游激活序列（UAS）
- TATA区的主要作用：使转录位点更精确
- 上游启动子元件CAAT区和GC区主要控制转录起始频率，其中CAAT区对转录起始频率的影响最大
转录起始复合物组装
- 真核生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区
- 需要转录调控因子这种辅助蛋白按特定顺序结合于启动子上，帮助RNA聚合酶特异性结合到靶基因的启动子上，并解开DNA双链
- 转录因子和RNA聚合酶2必须以特定顺序结合到启动子上形成转录前复合物（PIC）
增强子及其功能
- 增强子（强化子）：人类基因组中一大类非常重要的顺式调控元件，能够参与染色质的空间折叠和基因的表达调控
- 在SV40的转录单元上发现它的转录起始位点上游约200bp处有两段72bp长的重复序列，它们不是启动子的一部分，但能增强或促进转录的起始，除去这两段序列会大大降低这些基因的转录水平，若保留其中一段或将其取出插至DNA分子的任何部位，都能正常转录。
- 增强子特点：
- 远距离效应：一般位于上游-200碱基对处，但可增强远处启动子的转录
- 无方向性：无论位于靶基因的上下游或内部都可发挥作用
- 顺式调节：只调节位于同一染色体上的靶基因，而对其他染色体上的基因没有作用
- 无物种和基因特异性：可以连接到异源基因上发挥作用
- 具有组织特异性：增强子的效应需特点的蛋白质因子参与
- 有相位性：其作用和DNA的构象有关
- 某些增强子可应答外部信号：如热休克基因在高温下才会表达，金属硫蛋白基因在镉和锌的纯在下才表达
RNA转录的抑制
RNA转录抑制剂根据其作用的性质主要可以分为3大类：嘌呤和嘧啶类似物，作为核苷酸代谢拮抗剂而抑制前体RNA的合成；DNA模板功能抑制剂，通过与DNA结合而改变模版的功能；RNA聚合酶抑制物，与RNA聚合酶结合使其失去活力
- 嘌呤和嘧啶类似物
- 人工合成的碱基类似物：5-氟尿嘧啶、6-氮尿嘧啶、6-巯基嘌呤、8-氮鸟嘌呤等，能够抑制和干扰DNA或RNA 合成
- 这些碱基类似物或者作为代谢拮抗物直接抑制核苷酸合成有关的酶类，或者通过渗入核酸分子形成异常的核酸结构，从而影响核酸的进一步延伸
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窥视卡
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发表于 2023-3-2 11:58:38
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