分子生物学:重组和转座
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第十五章转座子基因组是通过获得新序列以及原有序列重排发展而来的。
新序列的意外引入改变基因组间承载信息的能力。
染色体外元件(Extrachromosomal element)通过调节基因的长度(通常是很短的)来转移信息。
在细菌中,质粒是通过接合作用(见12章),而噬菌体则是通过感染来转移信息(见第11章)。
噬菌体和质粒都会在其复制子(Replicon)中偶尔携带一些宿主基因。
有些细菌中有通过转化作用直接转移DNA的现象。
真核生物中,一些病毒(尤其是逆转录病毒)能够在感染周期内转移遗传物质。
重排(Rearrangement)是由基因组内部程序发起的,例如非互惠(Nonreciprocal)重组是由同源重组时错配导致的。
非互惠重组导致座位的复制或重排(见第4章)。
基因组的序列复制是产生新序列的主要来源。
复制可能继承原来的功能或可能产生新功能,而且,在分子水平上发现独立基因组间差异明显,是由于重组导致了这些多态性(Polymorphism)。
在第4章已经讨论过,微卫星间重组可调整其长度以便使每个基因组都是独特的。
多态性的另一个主要原因是由转移元件转座(Transposon)产生的:它们是基因组中可移动的不连续序列,可在基因组内从一个座位转到另一个座位。
转座子特征是它们并不利用独立元件(如噬菌体或质粒DNA),而只是从基因组的一个位点直接移动到另一个位点,与大多数基因组重构的其它程序不同,转座子不依赖序列供体和接体位点间的任何联系。
转座子非常严格地自我转座到同一基因组的新位点,有时增加一些序列,因此它们可作为基因组间序列转移的内部载体,是基因组内突变的主要来源。
转座子可分两种类型。
本章讨论的转座子与编码蛋白质的DNA序列共存并操纵这些DNA以便使其在基因组内复制自我。
下章讨论的转座子与逆转录病毒相似。
它们通过将RNA转录成DNA拷贝的能力而迁移;DNA拷贝同时被整合进基因组的新位点。
通过DNA移动的转座子在真核和原核生物中都已发现。
顺反子:即结构基因,是一段核苷酸序列,能编码一条完整的多肽链。
断裂基因(split gene):在真核生物基因组中,基因是不连续的,在基因的编码区域内部含有大量的不编码序列,从而打断了对应于蛋白质的氨基酸序列。
这种不连续的基因又称断裂基因或割裂基因。
内含子(intron):真核生物基因中,不为蛋白质编码的、在mRNA加工过程中消失的DNA 序列,称内含子。
外显子(exon):真核生物基因中,在mRNA上出现并代表蛋白质的DNA序列,叫外显子. 衰减子(attenuator):指原核生物的操纵子中明显衰减乃至停止转录作用的一段核苷酸序列,位于操纵子上游。
SD序列:原核生物中含有的一段位于起始AUG序列上游10nt左右的富有嘌呤碱基的区域启动子(promoter):DNA链上能指示RNA转录起始的DNA序列称启动子。
RNA剪接(RNA splicing):从DNA模板链转录出的最初转录产物中除去内含子,并将外显子连接起来形成一个连续的RNA分子的过程。
RNA编辑(Edit):在mRNA水平上改变遗传信息的过程。
具体说来,指基因转录产生的mRNA分子中,由于核苷酸的缺失,插入或置换,基因转录物的序列不与基因编码序列互补,使翻译生成的蛋白质的氨基酸组成,不同于基因序列中的编码信息现象。
反密码子(anticodon):位于tRNA反密码环中部、可与mRNA中的三联体密码子形成碱基配对的三个相邻碱基.在蛋白质的合成中,起解读密码、将特异的氨基酸引入合成位点的作用.miRNA:在真核生物中发现的一类内源性的具有调控功能的非编码RNA,其大小长约20~25个核苷酸。
结构域(domain):蛋白质三级结构被分割成一个或数个球状或纤维状折叠较为紧密的区域,各行其功能,该区域称为结构域。
蛋白家族(protein family):具有序列相似性基因表达的产物。
转录因子(TF):专为构建起始复合物的基本转录因子,以及在转录过程中调节RNApol 活性的转录调控因子,这两类蛋白因子的统称可读框(ORF):是指从起始密码子起到终止密码子为止的一段连续的密码子区域;或在DNA序列测定中由计算机系统辨认出的可能编码区域,始于ATG,止于TGA、TAA或TAG的连续密码子区域。
分⼦⽣物学—同源重组、位点专⼀性重组、转座同源重组遗传交换、染⾊体上基因重排、断裂DNA的修复(1)同源重组的形式常发⽣在同源染⾊体之间(分⼦间重组)也可发⽣在同⼀DNA分⼦内(分⼦内重组)(2)Holliday 模型解释同源重组的⼀个经典模型基于重组过程中有⼗字形的中间产物(3)RecBCD重组途径存于E. coli中,需要RecBCD蛋⽩(RecBCD protein,recB、recC、recD基因的产物)参与DNA损伤造成的双链断裂以及外源DNA线性分⼦的DNA断端。
RecBCD是⼀种具多功能的酶,依赖于DNA的ATPase(⽔解ATP, 为DNA的解螺旋提供能量);DNA helicase; DNA nuclease,可作⽤于单链或双链DNA, 切割χ位点(GCTGGTGG)χ(chi): crossover hotspot instigator RecBCD的切点与底物的序列有关,可在χ位点3’端4 ~ 6 ntRecA :38 kD 的蛋⽩质,具多种功能,在重组中促进同源DNA单链的交换(主要是⼀单链与⼀双链中的同源单链交换);交换过程需ATP。
RuvA和RuvB :RuvA和RuvB均具DNA helicase活性,RuvB还有ATPase活性;RuvA特异性识别并结合到Holliday junction,并促使RuvB蛋⽩结合到这⼀位点;RuvB⽔解ATP,提供能量,促使分⽀迁移RuvC :解开Holliday junction的核酸内切酶,特异地与Holliday junction结合,在特异位点切开Holliday junction。
RuvC是⼆聚体,有2个活性位点,能切开Holliday junction的两条链,切割位点有特异的序列,必须等branch migration 到达特异序列后,RuvC才能起作⽤,以何种⽅式解开Holliday junction取决于RuvC切割位点在两对同源单链上的频率。
一、名词解释:1.顺反子:在反式构型中,不能互补的各个突变体在染色体上所占的一个区域称为顺反子,顺反子是一个必须保存完整才能具备正常生理功能的最小单位。
11.突变子:是指一个顺反子内部发生突变的最小单位,一个突变子可以小到只有一对碱基。
111.重组子:是基因内不能由重组分开的遗传单位,即基因内出现重组的最小区间,重组子的单位可以小到核苷酸对。
2.断裂基因:在真核生物中,基因的编码序列在DNA分子上是不连续排列的,而是被不编码序列所隔开。
3.假基因:具有与功能基因相似的序列,但由于许多涂点以致失去了原来的功能,所以假基因是没有功能的基因。
4.错配修复:在含有错配碱基的DNA中,使正常核苷酸序列恢复的修复方式。
5.转座子:存在于染色体DNA上可以自主复制和位移的一段DNA序列。
6.增强子:增强启动子转录活性的DNA序列。
7.同源重组:两个双螺旋DNA分子间通过配对链断裂和再连接,而产生的片段间交换的过程。
8.启动子:RNA聚合酶特异性识别,结合和开始转录的一段保守的DNA序列。
10.RNA编辑:转录后的RNa为在编码区发生碱基的突变,加入或缺失的现象。
11.摇摆假说:反密码子和密码子配对时前两个碱基严格遵守碱基互补配对原则,但第三个碱基有一定的自由度可以“摆动”。
12.SD序列:在原核生物mRNA起始密码AUG上游,存在4到9个富含嘌呤的一致性序列。
13.操纵子:基因表达和调控的单位,由启动子、操纵基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成。
14.weigle效应:紫外线处理的病毒借助于宿主细胞的DNA复制机制进行修复,重新产生活性,此时,如将寄主细胞预先用紫外光照射,则比未经照射的要产生更高的活化效应。
15.弱化子:mRNA合成起始以后,除非培养基中完全没有色氨酸,转录总在这个区域终止,产生一个仅有140个核苷酸的RNA分子,终止trp基因的转录,则这个区域成为弱化子。
16.正调控:没有调节蛋白存在时,基因是关闭的,加入这种调节蛋白后,基因表达活性被关闭。