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编码蛋白质的基因:结构基因可转录成mRNA,翻译成多肽链,从而构成各种结构蛋白和酶、可转录成mRNA,翻译成阻遏蛋白或激活蛋白,从而调控其他基因的活性。
编辑于2021-12-12 10:54:50基因
编码蛋白质的基因
结构基因
结构基因可转录成mRNA,翻译成多肽链,从而构成各种结构蛋白和酶
调节基因
可转录成mRNA,翻译成阻遏蛋白或激活蛋白,从而调控其他基因的活性。
编码RNA的基因
这类基因只转录产生相应的RNA,而不翻译成蛋白质。包括rRNA基因、tRNA基因、核酶基因及各种非编码小RNA(small non-messenger RNA,snmRNA)基因等。
基因结构
结构基因
为多肽链和特定RNA分子编码。真核生物的结构基因由编码序列(外显子)和非编码序列(内含子)两部分组成
割裂基因
编码序列在DNA中是不连续的,被非编码序列分隔开
外显子-内含子的接头区
一高度保守的一致顺序,称外显子-内含子接头。每一内含子的5′端起始的两个碱基是GT,3′端最后的两个碱基是AG,通常把这种接头形式叫做GT-AG法则
基因突变
由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变,而引起的基因结构的改变,
突变类型
动态突变
概念:在基因的非编码区或基因内,有些三核苷酸(CAG、CGG)在传代过程中会发生明显增加,而导致基因功能发生改变
点突变
碱基置换
概念:一为个碱基被另一碱基取代而造成的突变
转换
嘌呤→嘌呤,嘧啶→嘧啶
颠换
嘌呤→嘧啶,嘧啶→嘌呤
移码突变
由于基因组DNA中插入或缺失一个或几个碱基对,而使插入或缺失点下游DNA编码全部改变
缺失
插入
整码突变
在DNA链的密码子之间插入或丢失一个或几个密码子,则合成的肽链将增加或减少一个或几个氨基酸,但插入或丢失部位的前后氨基酸顺序不变
按照遗传信息的改变方式
同义突变
碱基的改变并未引起编码的氨基酸改变
错义突变
碱基替换后,一个密码子变成另一个密码子,导致所编码的氨基酸发生改变,影响基因功能。
无义突变
碱基的改变使该三联体不再构成任何氨基酸的密码子,而形成终止信号。
终止密码突变
DNA分子中一个终止密码发生突变,成为编码氨基酸的密码子时,多肽链的合成将继续进行下去,肽链延长直到遇到下一个终止密码子时方停止,因而形成了延长的异常肽链。也称延长突变。
片段突变
静态突变
生物各世代中基因突变的发生,总是以相对稳定的一定频率发生,并且能够使得这些突变随着世代的繁衍、交替而得以传递。
功能·
储存生物性状的遗传信息
遗传信息传递
作为基因表达的模板
基因疾病与诊断
多基因病
由多对微效基因控制和环境因素双重影响所引起的一类疾病。
线粒体遗传病
是由于线粒体内的DNA突变所引起的疾病,呈现为母系遗传
体细胞遗传病
DNA异常仅发生于特定的体细胞中所引起的一类疾病。
基因诊断
称分子诊断,是在DNA水平或RNA水平对某一基因进行分析,从而对特定的疾病进行诊断。
基因治疗
指运用重组DNA技术,将正常基因导入有缺陷基因患者的细胞中去,以替代或补偿缺陷基因,或抑制基因的过度表达,使细胞恢复正常功能,达到根治遗传病的目的
基因组
概念:细胞或生物体中,一套完整的单倍体遗传物质的总和
基因组学
研究基因组的结构、功能及表达产物的学科。
DNA损伤与修复
DNA损伤
碱基脱落
碱基修饰
交联
链的断裂
重组
引起突变的因素
自发脱碱基:由于N-糖苷键的自发断裂,引起嘌呤或嘧啶碱基的脱落
自发脱氨基:胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶,腺嘌呤自发脱氨基可生成次黄嘌呤。
复制错配:由于复制时碱基配对错误引起的损伤,发生频率较低。
由紫外线、电离辐射、X射线等引起的DNA损伤射线和电离辐射常常引起DNA链的断裂,而紫外线常常引起嘧啶二聚体的形成
脱氨剂:如亚硝酸与亚硝酸盐,可加速C脱氨基生成U,A脱氨基生成H。
烷基化剂:这是一类带有活性烷基的化合物,可提供甲基或其他烷基,引起碱基或磷酸基的烷基化,甚至可引起邻近碱基的交联。
DNA加合剂:如苯并芘bǐ ,在体内代谢后生成四羟苯并芘,与嘌呤共价结合引起损伤。
碱基类似物:如5-FU等,可掺入到DNA分子中引起损伤或突变。
断链剂:如过氧化物,含巯基化合物等,可引起DNA链的断裂。
DNA突变类型
突变意义
突变是进化、分化的分子基础
突变导致基因型改变
突变导致死亡
突变是某些疾病的发病基础
DNA修复
复制修复
尿嘧啶糖基酶系统
修复DNA复制过程中错误产生的U
错配修复
纠正DNA双螺旋上错配的碱基对
复制错配的错配碱基存在于新合成的子链中,MMR的过程需要区分母链和子链,做到只切除子链上错误的核苷酸,而不会切除母链上本来就正常的核苷酸
修复的过程是:识别出正确的链,切除掉不正确的部分,然后通过DNA聚合酶III和DNA连接酶的作用,合成正确配对的双链DNA。
损伤修复
对已发生分子改变的补偿措施,使其尽可能回复为原有的天然状态
无差错修复
光修复
这是一种广泛存在的修复作用,能够修复任何嘧啶二聚体的损伤。
修复过程由光修复酶(photolyase)催化完成
过程
光修复酶(photolyase)识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合物。在300~600nm可见光照射下,酶获得能量,将嘧啶二聚体的丁酰环打开。光修复酶从DNA上解离
切除修复
这也是一种广泛存在的修复机制,可适用于多种DNA损伤的修复。
参与的酶有:特异的核酸内切酶;外切酶;聚合酶;连接酶。
有差错倾向修复
重组修复
这是DNA的复制过程中所采用的一种有差错的修复方式。修复时,利用重组蛋白RecA的核酸酶活性,将另一股健康亲链与损伤缺口相互交换
SOS修复
复制后修复
DNA的复制
DNA复制的一般特征
复制起始点
DNA复制要从DNA分子的特定部位开始,此部位称复制起始点。
原核:一个起始点
真核:多个起始点
复制子
真核生物两个相邻复制起始点之间的DNA片段。
复制叉
DNA复制起始时,亲代DNA开链,复制起始点呈叉型移动。
复制终点。
环状DNA复制终点
原核生物基因是环状DNA,双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合
真核细胞DNA复制通过端粒酶在DNA3′末端合成一段富含GC的重复序列形成端粒结构,终止复制。
复制方向
单起点,单方向
多起点,单方向
单起点,双方向
多起点,双方向
DNA复制的酶学
DNA解链酶
解开DNA双链。解开一对碱基,需2分子ATP。
单链DNA结合蛋白(SSB)
防止单链DNA重新形成双链,防止单链DNA被核酸酶水解。
拓扑异构酶
使DNA正超螺旋(紧密型)转变成负超螺旋(松弛型),有利于解链
Ⅰ型拓扑异构酶
首先在大肠杆菌中被发现,它可使DNA的一条链发生断裂和再连接,反应无需供给能量。
拓扑异构酶 I 抑制剂
喜树碱类
Ⅱ型拓扑异构酶
由两个A亚基和两个B亚基组成,即A2B2。它能使DNA的两条链同时发生断裂和再连接,当它引入负超螺旋以消除复制叉前进带来的扭曲张力时,需要由ATP提供能量。
拓扑异构酶 II 抑制剂
依托泊苷,多柔比星,阿霉素类等
两种拓扑异构酶在DNA复制、转录和重组中均发挥重要作用。
引物酶
DNA合成需在RNA引物的基础上进行。催化RNA引物合成的酶叫引物酶,它是一种特殊的RNA聚合酶。
DNA聚合酶
即依赖于DNA的DNA聚合酶
原核生物DNA-polⅠ、 Ⅱ、 Ⅲ
真核生物DNA-pol α、β、γ、σ、δ、。
DNA聚合酶α(定位于胞核,参与复制引发具5-3外切酶活性)
β(定位于核内,参与修复,具5-3外切酶活性)
γ(定位于线粒体,参与线粒体复制具5-3和3-5外切活性)
δ(定位核,参与复制,具有3-5和5-3外切活性)
ε(定位于核,参与损伤修复,具有3-5和5-3外切活性)
DNA聚合酶抑制剂如阿糖胞苷
5´3´聚合作用
5´3´外切酶
3´5´外切酶活性
DNA连接酶
一种封闭DNA链上缺口酶主要是连接DNA片段之间的磷酸二酯键
DNA复制模式
DNA半保留复制
终止
原核生物基因是环状DNA,双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。 见“DNA复制的一般特性”一节。
复制完成后由DNA聚合酶I切除引物,并且填补空隙,由DNA连接酶将DNA片段连接起来
真核生物,由端粒酶(telomerase)催化, 在真核线性DNA的末端形成一种特殊的结构并与蛋白质结合成端粒
延伸
DNA聚合酶将第一个脱氧核苷酸加到RNA引物的3′-OH 上,开始前导链DNA的合成。一旦前导链DNA合成开始,后随链的DNA合成也随之开始。
由于DNA聚合酶只能以5’→3’方向聚合子代DNA链,即模板DNA链的方向必须为3’→5’。因此,两条子代DNA链合成的方式是不同的。
前导链
以3‘→5’方向的亲代DNA链作模板的子代链在复制时是连续进行的,其子代链的聚合方向为5‘→3’
DNA复制时一条链连续合成,另一条链不连续合成,这种复制方式称之为半不连续复制。
后随链
而以5‘→3’方向的亲代DNA链为模板的子代链在复制时其链的聚合方向也是5‘→3’,但合成过程是不连续的,先合成一段段DNA片段,然后再连接成一条长链,
后随链形成的子代DNA短链称为冈崎片段
起始
DNA解成单链
由特定蛋白质识别复制起始位点(ori),在解螺旋酶、拓扑异构酶及单链DNA结合蛋白的共同作用下,DNA解链,解旋,形成复制叉。
前复制蛋白复合体的生成
解旋酶解开双链后引物酶、单链结合蛋白等进入形成前复制蛋白复合体。
RNA引物的合成
引物酶合成一小段RNA,作为多核苷酸链延伸的起始端。
逆转录
RNA病毒
RNA→DNA →子代DNA
RNA病毒的复制是逆中心法则的
逆转录酶
RNA指导的DNA聚合酶
DNA指导的DNA聚合酶
核糖核酸酶H
翻译及其调控
蛋白质生物合成
是生物细胞以mRNA为模板,按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程
蛋白质的合成体系
基本原料:20种编码氨基酸
模板:mRNA
原核生物翻译模板mRNA的特点
原核生物的多顺反子
真核生物翻译模板mRNA的特点
真核生物的单顺反子
从mRNA 5-端起始密码子AUG到3-端终止密码子之间的核苷酸序列,称为开放阅读框架
搬运工具:tRNA
场所:核糖体
主要酶和蛋白质因子:氨基酰-tRNA合成酶、肽基转移酶、转位酶、起始因子、延长因子、释放因子等
能源物质:ATP、GTP
无机离子:Mg2+、 K+
蛋白质合成的过程
起始(initiation)
指mRNA、起始氨基酰-tRNA分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物(translational initiation complex)的过程。参与这一过程的多种蛋白质因子称为起始因子(initiation factor,IF)
(1)核蛋白体大小亚基分离;
(2)mRNA在小亚基定位结合;
原核生物mRNA在核蛋白体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制:
在各种mRNA起始AUG上游约8~13核苷酸部位,存在一段由4~9个核苷酸组成的一致序列,富含嘌呤碱基,如-AGGAGG-,称为Shine-Dalgarno序列(S-D序列),又称核糖体结合位
亚基中的16S-rRNA 3ˊ-端有一富含嘧啶碱基的短序列,如-UCCUCC-,通过与S-D序列碱基互补而使mRNA与小亚基结合。
(3) 起始氨基酰-tRNA的结合;
(4)核蛋白体大亚基结合。
延伸(elongation)
指在mRNA模板的指导下,氨基酸依次进入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。
1. 进位(positioning)/注册(registration)
是指一个氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令进入并结合到核蛋白体A位的过程。
2. 成肽(peptide bond formation)
成肽 肽基转移酶(peptidyl transferase)催化肽键形成的过程
3. 转位(translocation)
转位是在转位酶的催化下,核糖体向mRNA的3´-端移动一个密码子的距离,使mRNA序列上的下一个密码子进入核糖体的A位、而占据A位的肽酰-tRNA移入P位的过程。
每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基
终止(termination )
核糖体A位出现mRNA的终止密码子后,多肽链合成停止,肽链从肽酰-tRNA中释出,mRNA、核糖体大、小亚基等分离的过程。
终止阶段需要释放因子RF-1、 RF-2和 RF-3参与。
释放因子的功能:
识别终止密码子
RF-1特异识别UAA、UAG; RF-2特异识别UAA、UGA。
诱导转肽酶转变为酯酶活性
催化新生肽链与结合在P位的tRNA之间的酯键水解,使肽链从核蛋白体上释放。
RF-3可结合核蛋白体其他部位,有GTP酶活性,能介导RF-1、RF-2与核蛋白体的相互作用。
遗传密码
在mRNA的开放阅读框架区,以每3个相邻的核苷酸为一组,代表一种氨基酸(或其他信息),这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子
起始密码子(initiation codon):AUG
终止密码子(termination codon) :UAA、UAG、UGA
遗传密码的特点
方向性
翻译时遗传密码的阅读方向是5’→3’,即读码从mRNA的起始密码子AUG开始,按5’→3’的方向逐一阅读,直至终止密码子。
连续性
编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读,密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。
简并性
一种氨基酸可具有2个或2个以上的密码子为其编码,这一特性称为遗传密码的简并性。
摆动性
反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对规律,这种现象称为摆动配对
通用性
从简单的病毒到高等的人类,几乎使用同一套遗传密码,因此,遗传密码表中的这套“通用密码”基本上适用于生物界的所有物种,具有通用性。
RNA
蛋白质合成的场所—核糖体
核糖体又称核蛋白体,是由rRNA和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒,是蛋白质生物合成的场所。
原核生物核糖体结构模式
30S小亚基:有mRNA结合位点
50S大亚基: E位:排出位(Exit site)
肽基转移酶活性(核酶)
大小亚基共同组成:
A位:氨基酰位
(aminoacyl site)
P位:肽酰位
(peptidyl site)
多聚核糖体(polysome)
1条mRNA模板链都可附着10~100个核糖体,这些核糖体依次结合起始密码子并沿5′→3′方向读码移动,同时进行肽链合成
tRNA
氨基酸结合位点:tRNA 3ˊ-CCA的位置,结合需要ATP供能;
密码子识别位点:每种tRNA的反密码子决定了所携带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入座
. 氨基酸的活化与氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称为氨基酸的活化。
参与氨基酸的活化的酶:氨基酰-tRNA合成酶。
氨基酰-tRNA合成酶
对底物氨基酸和tRNA
都有高度特异性。
氨基酰-tRNA
合成酶具有
校正活性。
氨基酸的活化形式:氨基酰-tRNA
氨基酸的活化部位:α-羧基
氨基酸与tRNA连接方式:酯键
氨基酸活化耗能:2个~P
蛋白质的合成调控
蛋白质合成速率的调节
翻译起始的调控
翻译起始因子的调控作用
2.阻遏蛋白的调控作用
3. 5´AUG的调控作用
4. mRNA 5´端非编码区长度对翻译的影响
mRNA稳定性对翻译水平的影响
小分子RNA对翻译水平的影响
蛋白质降解速率的调节
蛋白质在溶酶体通过ATP-非依赖途径被降解
蛋白质在蛋白酶体通过ATP-依赖途径被降解
转录
转录
启动终止系列
启动子
常位于基因转录起点上游(5′端)的100bp范围内,是RNA聚合酶的结合部位。
TATA框
RNA酶的结合处之一,决定转录起始点的选择,并对转录水平有定量效应。
CAAT框
转录因子CTF的结合处,有促进转录的功能。
GC框
有2个拷贝,分别位于CAAT框两侧,是转录因子SP1的结合处,有激活转录、增强起始转录效率的功能。
增强子
包括启动子上游或下游的一段DNA顺序,不能启动转录,但有增强转录、提高转录效率的功能。增强子有组织特异性。
终止子
位于基因的末端,由一段回文序列(反向重复序列)和特定序列5′-AATAAA-3′组成。回文序列为转录终止信号,AATAAA是多聚腺苷酸(poly A)附加信号。
原核生物转录
原核生物转录模板、酶及相关因子
原核生物转录模板
DNA分子的双链上,按碱基配对规律能指导转录生成RNA的一股链作为模板指导转录,另一股链则不转录,这种模板的选择性称为不对称转录
原核生物RNA聚合酶
在模板链DNA碱基序列的指导下,按碱基配对规律把四种核糖核苷三磷酸聚合成RNA链。需二价金属离子,如Mn2+、Zn2+。不需要引物并且也没有校正活性。
α2ββ′ωσ称为全酶,α2ββ′ω称为核心酶。
α
决定哪些基因被转录
与转录全过程有关(催化)
β′
结合DNA 模板
功能尚不清楚
辨认起始位点
原核生物转录相关因子
ρ因子
能结合RNA,以对poly C的结合力最强,对poly dC/dG组成的DNA的结合能力低得多。
ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。
调节基因所编码的因子
特异因子 :决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力
阻遏蛋白:可识别、结合特异DNA序列,抑制基因转录,介导负调节
分解代谢物基因激活蛋白就是一种典型的激活蛋白。有些基因在没有激活蛋白存在时,RNA聚合酶很少或根本不能结合启动序列,无法转录。
激活蛋白:可结合启动序列邻近的DNA序列,提高RNA聚合酶与启动序列结合能力,增强RNA聚合酶的转录活性,是一种正调控
其他因子
除上述因子外,还有一些蛋白质参与转录过程。
原核生物转录过程
原核生物转录起始
原核生物RNA聚合酶与模板的辨认结合
原核生物通常是以操纵子(operon)作为转录和调控的基本单位。
原核生物转录起始过程
①闭合转录复合体(closed transcription comple)形成;
②开放转录复合体(open transcription complex)形成;
③转录起始复合物形成。5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
转录起始复合物:
RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3
原核生物转录延长
亚基脱落,RNA–pol聚合酶核心酶变构,与模板结合松弛,沿着DNA模板前移;
在核心酶作用下,NTP不断聚合,RNA链不断延长。
(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi
原核生物转录终止
当RNA聚合酶核心酶(α2ββ′ω)滑行到操纵子的终止部位时,就在DNA模板上停顿下来不再前行,转录生成的RNA产物链从转录复合物上脱落下来,即转录终止
原核生物转录终止包括依赖ρ因子的与非依赖ρ因子的二种转录终止机制。
原核生物转录调控
一)原核生物转录调控的特点
σ因子识别的特异性:在转录起始阶段,σ亚基识别特异启动子,不同的σ因子决定特异基因的转录激活。
操纵子学说的普遍性:操纵子学说在原核基因的表达调控中具有普遍意义。
负性调节的主导性:特异的阻遏蛋白对操纵子基因转录起始的阻遏机制即负性调节十分普遍。
(二)原核生物转录起始调控
乳糖操纵子的诱导型调控
乳糖操纵子(lac operon)的结构
乳糖操纵子的转录调控机制
阻遏蛋白的负性调节:
CAP的正性调节
协调调节
子主题
色氨酸操纵子的阻遏型调控
子主题
(三)原核生物转录终止调控
色氨酸操纵子转录的衰减调节
真核生物转录
真核生物转录酶及相关因子
编码RNA(mRNA)
非编码RNA
管家非编码RNA:直接或间接参与蛋白质合成
包括tRNA,rRNA,核内小RNA(snRNA),核仁小RNA(snoRNA)等
调控非编码RNA
短链非编码RNA(非编码小RNA)
中链非编码RNA
长链非编码RNA
RNA聚合酶
Ⅰ
转录产物
rRNA的前体45S rRNA
Ⅱ
转录产物
mRNA前体hnRNA, lncRNA, piRNA, miRNA
是真核生物中最活跃的RNA聚合酶
Ⅲ
转录产物
tRNA, 5S rRNA snRNA
转录因子
真核细胞核中,能够协助RNA聚合酶转录RNA的蛋白质被统称为转录因子
其他因子
与启动子上游元件结合的蛋白质,称为上游因子可协助调节转录的效率。
与远隔调控序列如增强子等结合的反式作用因子
在某些特殊生理或病理情况下被诱导产生的可诱导因子。
真核生物转录过程
真核生物转录起始
真核生物的转录起始阶段,主要是RNA聚合酶Ⅱ、转录因子TFⅡ与DNA模板形成转录起始前复合物
真核生物转录延长
真核生物转录延长过程与原核生物大致相似,但因有核膜相隔,没有转录与翻译同步的现象
RNA-pol前移处处都遇上核小体
转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。
转录终止
真核生物的转录终止与转录产物的加工密切相关。
真核生物RNA聚合酶Ⅱ转录产生hnRNA的过程,直至出现多聚腺苷酸信号为止,即转录终止的修饰点序列
成熟mRNA的5′端“帽子”结构和3′端的poly A尾是在加工过程中产生的
真核生物RNA成熟
mRNA的剪接
去除初级转录产物上的内含子,把外显子连接起来使之成为成熟mRNA的过程称为剪接。
剪接过程中内含子区段弯曲,使相邻的两个外显子互相靠近而利于剪接,称为套索RNA。
内含子近3′端的嘌呤甲基化是形成套索所必需的。
大多数内含子序列的5′端都以GU开始,而以3′端AG-OH结束。5′-GU……AG-OH-3′称为剪接接口(splicing junction)或边界序列。
2. mRNA 5′端“加帽”和3′端“加尾”
绝大部分真核细胞成熟mRNA的5′端通常都有一个以7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷(m7G-5′ppp5′-N-3′)作为起始结构的“帽子”结构,3′端有一段长为80~250个核苷酸的多聚腺苷酸(polyA)尾。5′端“帽子”结构和3′端多聚腺苷酸尾是通过对mRNA前体的加工形成的,并且都先于中段的剪接过程。
真核生物tRNA的成熟
tRNA前体的加工包括切除插入序列、连接。还包括3’端添加-CCA和稀有碱基的生成。
非编码RNA的加工成熟
lncRNA 许多已知的lncRNAs由RNA聚合酶Ⅱ催化转录并经可变剪切形成,通常被多聚腺苷酸化。
2.短链非编码RNA 短链非编码RNA又称为非编码小RNA,这些RNA除了具有催化活性的RNA(核酶)、细胞核小分子RNA(snRNA)以及核仁小分子RNA(snoRNA)以外,目前人们广泛关注的非编码RNA还有miRNA和siRNA。
miRNA 是一类长度在22nt左右的内源性核仁小分子RNA(snoRNA)。由一股具有发夹环结构的前体加工后形成。转录合成是由RNA聚合酶Ⅱ负责催化的。
功能:参与转录后基因表达调控
siRNA是生物宿主对于外源侵入基因表达的双链RNA进行切割所产生的具有特定长度(21-23bp)和特定序列的小片段RNA。siRNA是由细胞内一类双链RNA,通过酶切转变而来。
功能:激发与之互补的目标mRNA的沉默
RNA编辑
有些蛋白质产物的氨基酸序列并不完全与基因的编码序列相对应。研究发现,某些mRNA前体的核苷酸序列经过编辑过程发生了改变
真核生物转录调控
一)真核生物转录调控的特点
有多种RNA聚合酶:RNA pol Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
2.转录激活状态的染色质结构发生明显变化
①对核酸酶敏感;
②DNA拓扑结构变化;
③DNA碱基的甲基化修饰变化;
④组蛋白变化
3.正性调节占主导
(二)真核生物转录前调控
1.染色体结构对转录的影响
常染色质上,结构比较疏松的DNA能很活跃地进行转录,而在高度凝缩的异染色质上很少出现RNA的合成。
2. DNA的修饰
转录活跃区则很少甲基化,而不表达的基因则高度甲基化。
3. 组蛋白的修饰
组蛋白的修饰直接影响染色质或核小体的结构,同时也可能募集了其他调控基因转录的蛋白质,为其他功能分子与组蛋白结合搭建了一个平台。
(三)真核生物转录水平调控
真核生物转录起始调控
顺式作用元件:
启动子:指RNA聚合酶结合位点及其周围的一组转录调控组件。
增强子
增强基因转录的效应明显;
②作用方式与其方向,或与其所在部位与转录起始点的距离无关;
③多数为重复序列,有完整或部分回文结构;
④效应有严格的组织细胞特异性;
⑤没有基因专一性;
⑥活性与其在DNA双螺旋中的空间方向性有关;
⑦许多增强子是否发挥作用受外部信号驱使。
沉默子
沉默子是一类负性转录调控元件。与增强子的作用恰恰相反,当其结合特异蛋白因子时,对基因的转录发挥抑制作用
反式作用因子
真核细胞核中大多数的转录因子皆以反式作用的方式调节基因转录。
转录因子的DNA结合域
锌指结构结合域
常结合GC盒
亮氨酸拉链结构域
常结合CAAT盒
碱性螺旋-环-螺旋结构域
常结合CAAT盒
转录因子的转录激活域:
一般由30~100个氨基酸残基组成。
根据氨基酸组成特点,转录激活域分为如下4种类型:
①富含谷氨酰胺的结构域;
②富含脯氨酸的结构域;
③带负电荷的α-螺旋结构域;
④含有双性α-螺旋和酸性氨基酸的结构域。
(四)真核生物转录后调控
mRNA的稳定性
所有RNA类型中,mRNA寿命最短。mRNA稳定性是由合成速率和降解速率共同决定的。
大多数高等真核生物细胞mRNA半衰期较原核生物长,一般为几个小时。
mRNA的半衰期可影响蛋白质合成的量,通过调节某些mRNA的稳定性,即可使相应蛋白质合成量受到一定程度的控制。
转录后基因沉默
成熟的miRNA可以与其他蛋白质一起组成RNA诱导的沉默复合体(RNA-induced silencing complex,RISC),通过与其靶mRNA分子的3′端非翻译区域(3′UTR)互补匹配,再以目前尚不清楚的机制抑制该mRNA的基因表达。
双链的siRNA也参与RISC组成,与特异的靶mRNA完全互补结合后,能够导致靶mRNA降解,阻断其进一步的基因表达。这种由siRNA介导的基因表达抑制作用称为RNA干扰(RNA interference,RNAi)。