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。
1、转录(Transcription):以某一DNA链为模板,按照碱基互补原则形成一条新的RNA链的过程,是基因表达的第一步。
2、编码链:与mRNA 有相同序列的DNA 链3、下游:沿着表达方向的序列。
例如,编码区是在起始区的下游。
4、上游:转录起点之前的序列,例如,细菌启动子在转录单位的上游,起始密码在编码区上游。
5、启动子:结合RNA 聚合酶并起始转录的DNA 区域。
6、RNA聚合酶:使用DNA作为模板合成RNA的酶(正式应为DNA-依赖性RNA 聚合酶)7、终止子:是给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列。
DNA分子中终止转录的核苷酸序列。
8、转录单位:指RNA聚合酶起始位点和终止位点间的距离,可能包括不止一个基因。
9、初级转录本:与一个转录单位相对应的未修饰的RNA 产物。
10、组成型表达constitutive expression:个体发育的任一阶段,在所有细胞中都持续进行的表达。
一般是生命过程必需的基因。
11、负调控:在没有任何调节蛋白或其失活的情况下,基因表达;存在repressor的时候基因表达受阻。
12、正调控:在没有任何调节蛋白或其失活的情况下,基因关闭;存在activator的时候基因表达开启。
一般原核生物偏向负调控,原核生物的DNA裸露无保护,很容易启动转录,并翻译。
因此其细胞内的基因可以说是基本全部默认开启,因此在正常情况下原核细胞内存在大量不同的reressor阻遏着大量基因的转录。
细胞必须根据不同的条件,对一些被阻遏的基因进行去阻遏的调控,或对一些基因的表达进行阻止。
13、顺式作用元件cis-acting element DNA分子上的一些与基因转录调控相关的特定序列。
14、反式作用因子trans-acting factor一些与基因表达调控有关的蛋白因子。
15、顺式调控cis-acting regulation 一段非编码DNA序列对基因转录的调控作用,顺式正调控(启动子、增强子);顺式负调控(沉默子)16、反式调控trans-acting regulation 转录因子作用于顺式作用元件对基因转录的调控。
第十二章1.多顺反子:原核细胞中,数个结构基因串联排列成一个转录单位,转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质,称为多顺反子2.单顺反子:真核细胞的一个mRNA分子只编码一种蛋白质,称为单顺反子3.开放阅读框架:由mRNA起始端起始密码子AUG到3‘终止密码子之间的核苷酸序列4.密码子:在mRNA的开放阅读框架中,每三个相邻的核苷酸为一组,代表一种氨基酸或其他信息,这种存在于mRNA开放阅读框架中三联体形式的核苷酸序列称为密码子。
5.摆动配对:反密码子与密码子之间的配对并不严格遵守常见的碱基配对规律称为摆动配对6.SD序列:位于mRNA起始AUG上游8至13个核苷酸部位有一段4至9个核苷酸组成的一致序列,富含嘌呤碱基,如-AGGAGG-称为SD序列。
/核糖体结合位点7.多聚核糖体:一条mRNA模板链可附着10-100个核糖体,这些核糖体依次结合起始密码子,沿5-3方向读码移动,同时进行肽链合成,这种mRNA与多个核糖体形成的聚合物称为多聚核糖体8.靶向运输:蛋白质合成后,被定向运输到其发挥作用的靶位点的过程称为蛋白质的靶向运输9.分子伴侣:是一类细胞内可识别肽链的非天然构象,促进各功能与和整体蛋白质正确折叠的蛋白质10.信号肽:多数靶向输送到溶酶体、质膜或分泌到细胞外的蛋白质,其肽链N端有一长度为13-36个氨基酸残基的信号序列,称为信号肽11.基因组:只来自一个生物体的一整套遗传物质12.基因表达的时间特异性:按功能需要,某一特定基因的表达严格按一定的时间顺序发生13.基因表达的空间特异性:在个体发育过程中,一种基因产物在个体不同组织或器官表达14.管家基因:有些基因产物对生命全过程都是必须的,不可缺少的,这类基因在一个生物体几乎所有细胞中持续表达15.操纵子:通常由两个以上编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调控序列在基因组中串联组成,基因表达的调控,通过操纵子机制实现16.顺式作用元件:指可影响自身基因表达活性的DNA序列,包括启动子近端调控序列及增强子等远端序列17.启动子:指RNA聚合酶结合位点,的一组转录控制组件,至少包括一个转录起始点一个以上功能组件,如TA TA盒18.增强子:原理转录起始点,决定基因的时间和空间特异性表达,在增强启动子转录活性的DNA序列,发挥作用机制与方向、距离、位置无关。
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。
1、名词:中心法则:首先由Crick于1958年提出,是遗传信息传递的一般规律,遗传信息可由DNA复制而遗传,由转录、翻译而产生功能产物,信息也可由反转录从RNA进入DNA。
Gene:产生功能性产物(RNA或者蛋白质)所必需的全部DNA序列。
重叠基因:两个或者更多基因使用同一DNA区段作为编码序列,这种形式的基因称为重叠基因。
断裂基因:基因的编码区被非编码序列分隔开来,编码区呈断裂状态,称为断裂基因。
基因重复:在同一个基因组内存在2个或者2个以上拷贝的同源基因序列。
Exon:外显子,DNA 与成熟RNA间的对应区域。
Intron:位于基因编码序列之间,与编码序列同时转录转录,但是在随后加工形成成熟RNA的过程中被去除的序列。
C值:是指真核生物细胞中,单倍细胞核(受精卵或二倍体体细胞中的一半量)里所拥有的DNA含量。
C值反常现象:指一个关于真核生物各物种的基因组大小差异的难题,也就是生物的C值(或基因组大小)并不与生物复杂程度相关的现象。
例如植物与原生动物,可能具有比人类更大的基因组。
Genome:基因组,特定生物体单倍体细胞中遗传物质的总和。
1、名词切刻(nick):双链DNA的一条单链出现磷酸二酯键的断裂,称为切刻或者切口。
nick translation:切刻平移,是DNA聚合酶同时行使5’→3’聚合和5’→3’外切功能,导致双链DNA切刻超3’端移动的现象,可用于DNA的同位素标记。
Klenow 片段:也称为Klenow酶,是DNA聚合酶I经蛋白酶处理后形成的羧基端大片段,具备5’→3’聚合和3’→5’外切活性。
端粒:线性染色体的末端,由一段富含G的正向重复序列(共有序列为TxGy)与相应的端粒结合蛋白共同组成端粒酶:是一类核糖核蛋白体(ribonucleoprotein ,RNP),实质是自带RNA模板的反转录酶,其模板能与端粒DNA的3'凸出端配对,以端粒DNA的3'-OH 起始端粒DNA的延长。