第九章 细胞内遗传信息的传递及调控_backup_262364

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第九章 细胞内遗传信息的传递及调控

• 第一节 基因及其结构
  • 基因及其信息流向
    • 基因是DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列
      • 基因：细胞内遗传物质的最小功能单位，是负载有特定遗传信息的DNA片段
      • 结构基因：编码非调控因子的任何蛋白质和RNA的基因
      • 调控基因：通过编码蛋白质或RNA来调节其他基因的表达
      • 基因组：细胞或生物体的一套完整的单倍体遗传物质，是所有染色体上全部基因和基因间和DNA的总和，它含有一个生物体进行各种生命活动所需要的全部遗传信息
    • 中心法则揭示了基因的信息流向
  • 基因的结构及特点
    • 原核细胞的基因结构较为简单
      • 大多数原核细胞中只有一个DNA分子，原核细胞基因组DNA的绝大多数可以编码蛋白质，少部分不转录
      • 编码区：能够转录为相应的的mRNA，进而指导蛋白质合成的基因片段。在原核细胞中是连续的，功能相关的结构基因串联排列
      • 非编码区：占整个基因组小部分，不能转录为mRNA。编码蛋白质的区段由编码区上游和下游的DNA序列组成
        • 启动子：位于结构基因上游，包含转录起始点和RNA聚合酶识别部位和结合部位。结合部位：与RNA聚合酶核心酶紧密结合的序列，中心位于-10区；共同序列为5'-TATAAT-3'，又称为Pribnow盒（pribnow box）
        • 识别部位：RNA聚合酶的s因子识别DNA分子的部位，中心位于-35区，共有序列是5'-TTGACA-3'。
        • 结合部位：与RNA聚合酶核心酶紧密结合的序列，中心位于-10区；共同序列为5'-TATAAT-3'，又称为Pribnow盒（pribnow box）
    • 真核细胞基因是不连续的断裂基因
      • 由编码区和非编码区两部分组成，编码区是不连续的，被非编码区所隔断，因而真核细胞基因也称为断裂基因。完整的真核基因包括外显子、内含子、启动子和终止子
      • 外显子：指在结构基因中能够被转录，并指导蛋白质生物合成的编码序列
      • 内含子：指插入在结构基因内部能够被转录，但不能指导蛋白质合成的非编码序列
      • 启动子：真核生物启动子由TATA盒及其上游的CAAT盒和/或GC盒组成
        • TATA盒：在转录起点-25~-35区段由TATAATAAT组成的序列，是RNA聚合酶结合位点，与转录起始的准确定位有关
        • CAAT盒：在转录起点-70~-80区段由CCAAT组成的序列，是蛋白质转录因子的结合位点，控制转录的起始频率
        • GC盒：在转录起点-80~-110区段由GGGCGG组成的序列，是蛋白质转录因子的结合位点，控制转录的起始频率
      • 终止子：存在于基因末端具有转录终止功能的特定序列，转录后形成发夹结构，使RNA聚合酶从模板上脱离，终止转录
    • 基因家族
      • 真核细胞基因组中来源相同、结构相似、功能相关的一组基因，是由一个祖先基因经重复和变异形成的，是真核细胞基因结构最显著的特征之一。
      • 存在形式：成簇存在
      • 串联排列于特殊的染色体区段上，形成基因簇
      • 可同时转录，合成功能相关或相同的产物；如组蛋白、rRNA基因家族
      • 广泛分布于整个染色体，甚至可存在于不同的染色体上，如干扰素、珠蛋白等基因家族
    • DNA序列类型
      • 单一序列：在基因组中一般只有单一拷贝或者少数几个拷贝，编码蛋白质的结构基因
      • 中度重复序列：重复次数在10~10^5之间，序列长度由几百到几千个碱基对（bp)不等
      • 高度重复序列：长度较短，一般为几个至几十个bp，重复拷贝数超过10^5
• 第二节 基因转录和转录后的加工
  • 基因转录的一般特点
    • 基因转录：是遗传信息从DNA流向RNA的过程，即将DNA分子上的核苷酸序列转变为RNA分子上核苷酸序列的过程
    • 转录的本质：以DNA双螺旋中的一条链为模板；以四种核苷三磷酸ATP、GTP、CTP、UTP为原料；在RNA聚合酶作用下，遵循碱基互补配对原则，合成RNA的过程
    • 模板链：又称或反义链，在双链DNA中，作为转录模板的链，与mRNA互补
    • 编码链：又称或有意义链，在双链DNA中，与模板链互补的另一条链，与转录产物的序列相同
    • 不对称转录：DNA双链的某一区段，以其中一条单链为模板，而在另一区段，以其相对应的互补链为模板，这种DNA链的选择性转录称为不对称转录
• 第五节 基因的信息传递与医学
  • 基因表达调控异常与疾病
  • 蛋白质降解异常与疾病
  • 基于原核生物和真核生物蛋白质合成体系差异的药物研制
• 第四节 基因表达的调控
  • 基因表达的一般特点
    • 基因表达具有时间性和空间性
    • 基因表达有组成性表达和可诱导/遏制表达两种方式
      • 组成性表达：不太受环境变动而变化的一类基因表达
      • 适应性表达：环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达
  • 原核基因的表达调控
  • 真核细胞的基因调控
    • 转录水平调控是真核细胞基因表达的主要控制点
      • 顺式作用元件是能够调控基因表达的特殊DNA序列
      • 反式作用因子通过顺式作用元件调控基因的表达
      • 真核细胞的阻遏蛋白
      • 染色质通过结构重塑调控基因的转录
        • 依赖ATP的物理性修饰
        • 组蛋白共价化学键修饰
      • DNA甲基化修饰程度影响基因表达水平
      • 非编码RNA能够调节基因转录
    • RNA加工水平调控的主要途径是剪接
    • 真核细胞基因表达的翻译水平调控与起始因子磷酸化密切相关
• 第三节 蛋白质的生物合成
  • mRNA携带指导蛋白质合成的遗传密码
    • 翻译：细胞以mRNA作为模板，tRNA作为运输工具，rRNA和蛋白质组成的核糖体作为装配机器，合成蛋白质的过程
    • 遗传密码：mRNA上的碱基排列顺序
    • 密码子：在mRNA链上3个相邻的碱基可以决定一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体被称为密码子
    • 遗传密码的特点：通用性、简并性、连续性、方向性
  • tRNA既能识别mRNA上的密码子又能携带特定的氨基酸
    • tRNA识别mRNA上的密码子：反密码子的碱基互补配对作用
    • tRNA携带特定氨基酸：氨酰-tRNA合成酶催化形成氨酰-tRNA
    • 配对的摆动性：密码子的前两位碱基在和反密码子配对时，遵循正常的碱基互补配对原则，而第三位碱基的配对具有一定灵活性
    • 核糖体
      • 一种非膜相结构的颗粒状细胞器，由核糖核酸和蛋白质组成，又称核糖核酸蛋白体，细胞内蛋白质生物合成的场所
      • 主要成分
        • 1/3的核糖体蛋白（r蛋白质），2/3的核糖核酸（rRNA、tRNA）
        • 常分布在细胞内蛋白质合成旺盛的区域
      • 形态结构
        • 无生物膜包被，由大、小亚基两个部分组成，大亚基约为小亚基两倍
        • 大亚基：略呈圆锥形，侧面观其两侧隆起，底边为扁平状，有一条很窄的沟；底面与小亚基相连，中央有一中央管，为新合成的多肽链释放的通道
        • 小亚基：呈略微弯曲的葫芦形，一面略外凸，一面略凹陷，中段有一分界线，将其分为两个不等的部分
      • 基本类型
        • 原核生物核糖体：胞质核糖体，沉降系数70S。大亚基50S，34种蛋白质（L蛋白），2种rRNA（23S、5S）；小亚基30S，21种蛋白质（S蛋白），1种rRNA（16S）
        • 真核生物核糖体：细胞质核糖体、、线粒体核糖体、（叶绿体核糖体）（80S），大亚基60S，蛋白质49种（L)，rRNA3种（28、5.8、5）；小亚基40S，33种蛋白质（S），一种rRNA(18S）
      • 活性部位
        • tRNA结合位点：E位
        • 肽酰tRNA结合位点：P位
        • 氨酰tRNA结合位点：A位
      • 多聚核糖体
        • 具有特殊形态结构的核糖体与mRNA的聚合体
        • 多核糖体利用同一条mRNA同时进行蛋白质合成，大大提高蛋白质合成效率
  • 一般过程
    • 预备阶段：氨基酸活化
    • 起始阶段：起始复制物的装配
      • 30S小亚基与mRNA结合
      • 其实氨酰-tRNA进入核糖体
      • 完整起始复合物的装配
    • 延伸阶段：新合成肽链的延长
      • 氨酰-tRNA进入核糖体A位点
      • 肽键的形成
      • 转位
      • 脱氨酰-tRNA的释放
    • 终止阶段：肽链合成的终止
      • 多肽链的释放、大小亚基解体、mRNA降解
    • 加工阶段：肽链合成后的加工修饰
• 中心主题