导图社区 医学考研思维导图——基因合成
这是一篇关于考研思维导图——基因合成的思维导图,基因合成是指在体外利用酶学方法或化学方法合成目的基因的过程。
编辑于2023-12-11 15:32:34基因合成
中心法则
DNA复制;RNA复制
DNA—转录→RNA—翻译→蛋白质
RNA—逆转录→DNA
DNA的合成
DNA复制
DNA(母代,模板)—碱基配对→DNA(子代)
特征
半保留复制
←试验—亲代DNA用N15标记,复制n代,2^n个DNA,(2^n-2)个未被标记
生理意义
保留了亲代全部的遗传信息
遗传的保守性、稳定性
DNA复制的高保真性
物种的稳定性
双向复制
从一个复制起始点开始,向两个方向延伸,形成两个复制叉
复制子
=复制区域→从1个DNA复制起点起始的DNA复制区域
原核生物——大肠杆菌
双向复制
单起点(单复制子)
真核生物——人
双向复制
多起点(多复制子)
半不连续复制——子链
方向性:DNA合成只能从5'→3'方向移动
前导链(领头链)
合成方向与解链方向一致
连续合成
后随链(随从链)
合成方向与解链方向相反
不连续合成
冈崎片段
高保真复制
基础/前提:半保留复制
准备
参与DNA复制的物质
模板:解开成单链的DNA母链
底物:dNTP(脱氧三磷酸核苷(高能化合物)
N=ATCG,无U
dUMP、dUDP、dUTP不参与DNA复制
聚合酶:DNA-pol
依赖DNA的DNA聚合酶
不能催化两个游离的dNTP形成3',5'-磷酸二酯键
原核生物≥5种(I、II、III、IV、V)
DNA-pol I
组成:单肽链
活性
5'→3'聚合
填空
只能催化20个核苷酸/专攻修补
填补复制和DNA损伤修复中出现的空缺
3'→5'外切
校对
校对复制中的错误
5'→3'外切
去引
去除引物RNA(RNA酶)
功能
DNA-pol I—蛋白酶处理→
小片段(323AA)
5'→3'外切活性
大片段(604AA)/klenow片段,两种活性
5'→3'聚合活性
3'→5'外切活性
DNA-pol II
活性
5'→3'聚合
3'→5'外切
功能
参与DNA损伤时应急状态修复
是DNA-pol I、III缺失时暂时起作用的酶
DNA-pol III
组成:多亚基不对称二聚体
活性
5'→3'聚合
3'→5'外切
功能
复制延长中真正起作用的酶
真核生物≥15种,常见5种
DNA-pol α
引物酶
DNA-pol β
DNA修复
DNA-pol γ
线粒体NDA合成
DNA-pol δ
后随链合成
DNA-pol ε
前导链合成
引物:RNA-3'-OH
提供3'-OH结合5'-P
引物酶=RNA聚合酶
过程——原核生物
真核生物类似
起始——DNA解链——需要多种酶参与
Dna A
辨认复制起始点(ori)
“踩点”
Dna B
解螺旋酶:双链→单链
“开路”
Dna C
运送和协同Dna B
“司机”
Dna G
引物酶:催化RNA引物的合成
“勾引”
SSB/单链DNA结合蛋白
稳定已解开的DNA单链
“single”
拓扑异构酶
解开超螺旋,松解理顺DNA链,防止打结(可水解合成3',5'-磷酸二酯键)
延长——本质:DNA-pol III催化形成3',5'-磷酸二酯键
终止——领头链前端引物的去除和后随链冈崎片段的处理
切除引物
DNA-pol I/RNA酶(5'→3'外切活性)
填补空缺
DNA-pol I(5'→3'聚合活性)
连接双链中单链缺口
DNA连接酶连接3'-OH与5'-P形成3',5'-磷酸二酯键
V.S.形成3',5'-磷酸二酯键
DNA/RNA-pol
引物酶(RNA-pol)
拓扑异构酶
DNA连接酶
逆转录酶
端粒与端粒酶
端粒
作用
维持DNA复制中的完整性,维持染色体结构的稳定性
构成
DNA(核酸)——TG重复序列——(TnGn)x,x为数十~数百次
“团购”
DNA结合蛋白质
合成过程
引物:5'→3'DNA母链
模板:端粒酶RNA(AnCn)x=1—端粒酶、逆转录酶→单链端粒DNA(TnGn)x(反折)—引物酶、DNA-pol、DNA连接酶→反向DNA(反折)
机制:爬行模型
原核生物DNA复制
复制起点
单复制子,长
RNA引物
长
冈崎片段
长(1000~2000)
DNA-pol
I、II、III
快(2500dNTP/S)
端粒和端粒酶
无
真核生物DNA复制
复制起点
多复制子,短
RNA引物
短
冈崎片段
短(100~200)
DNA-pol
α、β、γ、δ、ε
慢(50dNTP/S)
端粒和端粒酶
有
端粒酶
RNA(核酸)——AC重复序列
蛋白质
协同蛋白I
逆转录酶(本质)
真核生物线粒体DNA复制
D环复制
内环结合引物延伸→外环结合引物反向延伸
内外环各有一个复制起点,不在同一位点
内外环存在复制时差→D环结构
催化酶:DNA-pol γ
逆/反转录
DNA—转录→RNA—反转录→DNA
端粒酶机制
反转录病毒(HIV)
基因工程目的基因获取
逆转录过程
逆转录酶(3种活性)
RNA为模板dNTP聚合活性
RNA酶活性
DNA为模板dNTP聚合活性
应用
cDNA文库法(获取目的基因):收集胞内mRNA,逆转录生成cDNA
RNA病毒(逆转录病毒):逆转录合成cDNA,整合到宿主c基因组
病毒扩增
参与肿瘤发生
意义
补充/发展了中心法则
加深了RNA病毒致癌的认识
进行基因工程操作制备cDNA
RNA的合成
DNA→RNA
编码RNA(mRNA)
非编码RNA
组成性:tRNA、rRNA、SnRNA、SnoRNA...
调控性:miRNA、siRNA、lncRNA...
参与RNA合成(转录)的物质
原料:NTP,N=AUGC
模板:DNA(同时只有一条DNA单链作为转录模板)
酶:依赖DNA的RNA聚合酶
无需引物
其他:蛋白质因子(转录因子)、Mg2+等
合成方向:5'→3'
原核生物的转录
特征:不对称转录
DNA双链中同时只有1条链作为转录模板
模板链并不是固定在某条单链上,不同基因的模板链位置不同
模板链&编码链
碱基互补配对
新合成的RNA与编码链除了U代替T外,序列、方向均一致
RNA-pol(1种)
组成:5种亚基(α、β、β'、σ、ω)构成的六聚体(全酶)
全酶
σ(sigama)
辨认转录起点
延长时脱落
多种RNA-pol共用
α2ββ'ω(核心酶)
α:决定哪些基因被转录
β:与转录全过程有关(催化)
←抑制—利福平
β':结合NDA模板,开链
ω:β'折叠和稳定性σ募集
作用:结合启动子
启动子
RNA-pol结合模板DNA的部位
决定转录起始点的关键部位
-35区:TTGACA
RNA-pol疏松结合
-10区:TATAAT
pribnow盒
RNA-pol紧密结合
∈调控序列
操纵子=若干个结构基因(编码序列)+上游的调控序列
转录过程
起始
本质——形成转录起始复合体/物
DNA模板
RNA-pol全酶
NTPs
→DNA-RNA-pol-5'-pppGpN-OH-3'
N=AGCU
延长
σ亚基脱落,启动延长
需要RNA-pol核心酶
形成转录泡(约17bp)
形成NDA-RNA杂化双链(80bp)
RNA产物不断向外延伸
→形成羽毛状图形(原核生物)
作用:满足快速增殖需要
含义
转录和翻译同时进行
mRNA无需加工修饰即可用作模板
转录还未结束,翻译已经开始
终止
“Park”
依赖ρ因子的终止
ρ因子
—识别结合→polyC(RNA3’)→RNA-pol构象改变,停顿下来
→ATP酶—分解→ATP
解旋酶活性使DNA-RNA杂化双链拆离→RNA产物释放
非依赖ρ因子的终止
RNA-3'端茎环/鼓槌状结构→RNA-pol构象改变等,转录终止
转录V.S.DNA复制
转录
同时只有一条链作模板
无需引物
模板链、编码链——母链
DNA复制
两条链都作模板
需要引物
领头链、随从链——子链
真核生物的转录
RNA-pol≥3种
RNA-pol I
产物:45s-rRNA
—SnoRNA、Pr→
5.8s-rRNA(大)
18s-rRNA(小)
28s-rRNA(大)
除了5s
鹅膏蕈碱——不敏感
RNA-pol II
产物
hnRNA—SnRNA+Pr(剪接体)→mRNA
lncRNA(长度>200nt)
bp碱基对;nt氨基酸
piRNA
miRNA
→调控性非编码RNA
鹅膏蕈碱——极敏感
有羧基末端结构域(CTD)
——七肽重复序列(Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser)
可进行磷酸化修饰,在转录起始中起关键作用
RNA-pol III
产物
tRNA
5s-rRNA
SnRNA
鹅膏蕈碱——中度敏感
转录因子(辅因子,TF)
也称为反式作用因子=Pr→作为RNA-pol与DNA模板间的桥梁(真核生物独有)
DNA结合结构域(模体)
锌指
螺旋
亮AA拉链
转录激活结构域
酸性激活结构域
富含Gln结构域
富含Pro结构域
分类
通用(基本)TF
TFI
TFII
TF IID
TF IIA、B...H
TFIII
转录起始前复合物
=TF+RNA-pol+DNA
上游因子
SP1、C/EBP
特异TF(可诱导因子)
HIF-I
顺式作用元件=DNA
分类
近端序列
核心启动子:TATA盒/Hognest盒
结合TF II D=TBP+TAF
启动子上游元件
GC盒
结合SP1
CAAT盒
结合C/EBP
远隔序列
增强子:正性
结合HIF-I
沉默子:负性
绝缘子
转录过程
起始——转录起始复合物形成
延长——转录延长过程与翻译不同步(不形成羽毛状图形)
终止——与转录后修饰同时进行
转录终止修饰点:AATAAA
AATAAA与GTGTGTG间切断
3'端+poly A尾→-AAUAAA-poly A
5'端+5'帽子结构
真核生物前体RNA加工修饰
细胞核:前体/初始RNA—加工修饰→成熟RNA
mRNA前体(hnRNA)的加工修饰
hnRNA—snRNA+Pr(剪接体)→
5'-加帽——m7GPPP
加帽酶/甲基转移酶←SAM提供甲基
3'-加尾——polyA
剪接
去除内含子——边界序列——5'-GU...AG-3'
连接外显子——RNA编辑(分化加工)
rRNA的加工修饰
DNA—RNA-poly I→45s-rRNA—SnoRNA→5.8s、18s、28s-rRNA
tRNA的加工修饰
剪切5'和3'端多余的核酸
3'端加CCA
碱基修饰 (稀有碱基)
甲基化反应:mG、mA
还原反应:U→DHU
转位反应:U→ψ
脱氨反应:A→I
去除内含子
D/RNA-pol小结
真核
DNA-pol:αβγδε
RNA-pol:I、II、III
原核
DNA-pol:I、II、III
RNA-pol:αββ'ωσ