基因的分子生物學讀書筆記

第1篇化學和遺傳學第1章孟德爾學派的世界觀1.孟德爾定律是什么?答：顯性和隱性基因都是獨立傳遞的，并且在性細胞形成過程中能夠獨立分離。這個獨立分離規(guī)律(principleofindependentsegregation)經常被稱為孟德爾第一定律?；虼嬖?，并且每一對基因在性細胞發(fā)育過程中，都可以獨立地傳遞到配子中。這一獨立分配律(principleofindependentassortment)經常被稱為孟德爾第二定律。第2章核酸承載遺傳信息答：1956年，Crick提出將遺傳信息的傳遞途徑稱為中心法則(centraldogma)。轉錄翻譯地，蛋白質的合成(翻譯，translation)是以RNA為模板的。更為重要的是，最后兩個箭頭表示的過程，只能單方向存在，也就是說，不能由蛋白質模板合成RNA。也難以想象由在第11章中要提到的，有時RNA鏈確實可以作為互補的DNA的模板約50年前提出的中心法則在今天看來仍然是基本正確的。第3章弱化學作用的重要性1.弱化學鍵主要有4種：答：范德華力，疏水鍵，氫鍵及離子鍵。2.弱化學鍵的作用：答：介導了到分子內/間的相互作用，決定了分子的形狀及功能。第4章高能鍵的重要性1.蛋白質與核酸的形成：答：蛋白質是氨基酸間通過肽鍵連接，核苷酸間通過磷酸二脂鍵連接而形成核酸。以上2種重要生物大分子的形成都是由高能的p~p水解提供能量，對反應前體進行活化。第5章弱、強化學鍵決定大分子的結構定和維持。除少數特例外，對這種弱的相互作用的破壞(如加熱或去污劑),即使不破壞共答：1級結構(primarystructure):多肽鏈中氨基酸的線性順序。2級結構(secondarystructure):鄰近的氨基酸通過弱的相互作用形成二級結構。最基本的二級結構是a螺旋和β折疊。二級結構可通過計算機做準確預測。3級結構(tertiarystructure):多肽鏈在二級結構基礎上形成的空間結構?？捎脁4級結構(quaternarystructure):多亞基蛋白所形成的結構。第2篇基因組的維持形式相互纏繞。雙螺旋兩條單鏈的骨架是由糖和磷酸基團交替構成的；堿基朝向骨架的內的一個特點。與此相反，多核苷酸鏈中堿基的排列順序卻是無規(guī)律的，堿基排列順序的不習慣上，DNA序列由5’端(在左邊)向3’端書寫，一般5’端是磷酸基而3’端是答：腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)配對，鳥嘌呤(G)和胞嘧啶(C)配對的結果是使兩條答：有時單個的堿基會從雙螺旋中突出，這種值得注意的現象叫做堿基翻出(base4.DNA雙鏈可以分開(變性)和復性：答：當DNA溶液溫度高于生理溫度(接近100℃)或者pH較高時，互補的兩條鏈就可分開，這個過程稱為變性(denaturation)。DNA雙鏈完全分開的變性過程是可逆的，當變性DNA子具有復性的能力，因此來源不同的兩條DNA分子鏈通過緩慢降溫也可形成人工雜交分子。在第20章里，兩條單鏈核酸形成雜交分子的能力被稱為雜交(hybridiztion)。這是分子生物學中幾項不可缺少的技術的基礎。例如，Souther分析(第18章，框18-1)。光吸收值(absorbance)在260nm處明顯增加，這種現象稱為增色效應(hyperchromicity);5.連環(huán)數由扭轉數和纏繞數共同決定：答：連環(huán)數(linkingnumber)是指要使兩條鏈完全分開時，一條鏈必須穿過另一條鏈的次數(用Lk表示)。連環(huán)數是扭轉數(twistnumber,用Tw)和纏繞數(writhenumber,用Wr表示)這兩個幾何數的總和。扭轉數僅僅是一條鏈旋繞另一條鏈的螺旋數，即一條鏈完全纏繞另一條鏈的次數。在三維空間里雙螺旋的長軸經常重復地自我交叉，這稱為纏繞數。答：負超螺旋含有自由能，可以為打開雙鏈提供能量，使DNA復制和轉錄這樣的解離雙鏈的過程得以順利完成。因為Lk=Tw+Wr,負超螺旋可以讓雙螺旋扭轉數減少，負超螺旋區(qū)域7.拓撲異構酶有2種基本類型：提供的能量來催化這一反應。相反，拓撲異構酶I一步就可以改變DNA的連環(huán)數，其作用撲異構酶Ⅱ相比，拓撲異構酶I不需要AT原核生物還擁有一種特殊的拓撲異構酶Ⅱ,通稱為促旋酶，它引入而不是去除負超螺結構，但是缺乏5’甲基基團。胸腺嘧啶實際上是5’甲基-尿嘧啶。9.堿基對也可以發(fā)生在不相鄰的序列中，形成稱為“假結”(pseudoknot)的復雜結構。10.RNA具有額外的非Watson-Crick配對的堿基，如G:U堿基對，這個特征使RNA更易于輔助因子(如金屬離子)結合位點。12.RNA的功能有哪些?是一種遺傳物質(主要為病毒的遺傳物質);可以作為一種調節(jié)分子主要通過序列互補結合阻止蛋白質的翻譯。第7章染色體、染色質和核小體(2)核小體(nucleosome):DNA與組蛋白結合所形成的結構稱為核小體(nucleosome)。(3)染色體是環(huán)狀或線狀的。答：大多數真核細胞是二倍體(diploid),也就是說，細胞中每條染色體有兩個拷貝。同核生物中的所有細胞并非都是二倍體，某些細胞是單倍體或多倍體。單倍體(haploid)細胞每條染色體只有一個拷貝，并且參與有性生殖(例如，精子和卵子都是單倍體細胞)。多答：基因組的大小(單倍染色體中DNA的長度)在不同的生物種有相當大的變化。由于生物的復雜性越高所需的基因也就越多。因此基因組的大小與生物體的復雜性相關也就不足答：首先，當生物體的復雜性增加時，負責指導和調控轉錄的DNA區(qū)段——調控序列 (regulatorysequence的長度顯著增長；其次，在真核生物種編碼蛋白質的基因通常是于13bp)串聯重復序列構成?；蚍秶闹貜托蛄?genemo-widerepeat)要比微衛(wèi)星大轉座元件是指能從基因組的一個位置移動到另一個位置的序列，這個過程稱為轉座6.真核染色體在細胞分裂過程中需要著絲粒、端粒和復制起始位點：答：(1)復制起始位點(originsofreplication)是DNA復制機制集合并起始復制的位(2)著絲粒(centromere)是DNA復制后染色體正確分離所必需的。與復制起始位點相似，著絲粒指導一個精細的蛋白質復合體的形成，此結構也稱為動粒(kinetochore)。(3)端粒(telomere)位于線性染色體的兩端。端粒通過一種特殊的DNA聚合酶——端粒酶(telomerase)來完成線答：細胞完成一輪分裂所需要的過程稱為細胞周期(cellcycle)。大多數真核細胞的分裂會使子代細胞維持與父本細胞一致的染色體數目。這種分裂類型稱為細胞的有絲分裂有絲分裂的細胞周期可以分為期：G、S、G和M。DNA合成發(fā)生在細胞周期的合成期或期(synthesis或Sphase),導致每條染色體的復制。復制后配對的每條染色體叫做一條染色單體(chromatid),配對的兩條染色單體稱為姐妹染色單體(sisterchromatid)。復制后的姐妹染色單體通過一個叫做黏粒 (cohesia的分子聚在一起，這一過程稱為姐妹染色單體的聚集(sisterchromatidcohesion),這種狀態(tài)一直維持到染色體的相互分離。染色體分離發(fā)生在細胞周期的有絲分裂期或M期(mitosis,Mphase)。答：見書P151圖7-15和P153圖7-16。八聚體約1.65圈。10.組蛋白是帶正電荷的小分子蛋白質：答：組蛋白是目前所知的與真核DNA相關的豐度最高的蛋白質。真核細胞一般包括5種組在每種核心組蛋白中都存在一個保守區(qū)域，稱為組蛋白折疊域(histone-folddomain),調節(jié)這些組蛋白中間體的組裝。結合；然后兩個H2A·H2B二聚體結合到H3·H4-DNA復合體，形成最后的核小體。每個核心組蛋白有一個N端延伸，稱為“尾巴”,這是因為它沒有一個確定的結構，而答：組蛋白八聚體與DNA相互作用的穩(wěn)定性受到大的蛋白復合體——核小體重塑復合體(nucleosomeremodelingcomplex)的影響。這些多蛋白復合體利用ATP水解釋放的能量，16.某些核小體在體內處于特定的位置：核小體的定位：答：由于核小體與DNA的動態(tài)相互作用，大多數核小體的位置是不固定的。但在有些情況，對核小體的位置，或稱為核小體的定位(positioning),進行限制是有利的。答：當組蛋白從細胞中分離出來，其N端尾通常被許多種小分子修飾。在尾部的賴氨酸經常被乙?；蚣谆揎?，而絲氨酸主要受磷酸化修飾。一般來說，乙?；暮诵◇w與染色體上轉錄活躍的區(qū)域結合，而脫乙?；暮诵◇w與染色質上轉錄受抑制的區(qū)域結合。與乙?；煌?，N端尾不同部位上的甲基化使核小體可以與抑制的和活化的染色質都能結合，這取決于組蛋白尾上被修飾的特定的氨基酸。18.DNA復制后核小體立即被組裝：答：當復制叉經過時，核小體解體為亞組裝部件。H3·H4四聚體似乎仍隨機地與兩個子代雙螺旋之一結合，并不從DNA上釋放而成為游離的成分。相反，H2A·H2B二聚體被釋放且進入局部的環(huán)境，參與新的核小體的組裝。答：在生理鹽濃度下對核小體組裝的研究鑒定出一些能指導組蛋白在DNA上組裝的因子。這些因子是帶負電荷的蛋白質，與H3·H4四聚體或H2A·H2B二聚體形成復合體，并護送它們到核小體組裝的位點。由于這些因子可以避免組蛋白與DNA發(fā)生無效的相互作用，因能與其他蛋白質發(fā)生作用。CAF-1與釋放的PCNA結合，H1來進行進一步壓縮DNA,開成染色質形式(30nm纖絲),在細胞分裂間期，染色質進一聚合酶的3個結構域被稱為拇指、手指和手掌。手掌域由一個β折疊片構成，含有催化位點的基本元件，尤其是DNA聚合酶的這一區(qū)域結合2個二價金屬離子(鎂離子和鋅離子),可以改變正確剪輯配對的dNTP和引物3'-OH周圍的化學環(huán)境。除了催化作用外，手掌域還負責檢查最新功能：1)有兩個催化位點，一個延長鏈，別一個是把錯誤的dNTP排除掉，2)聚合位點有兩個金屬離子，它們有利于催化的進行；3)檢測配對的準確性。功能：1)結合運進來的dNTP,并帶到正確的位子；2)彎曲模板，讓模板堿基與dNTP正確配對；3)穩(wěn)定PP的功能。功能：不直接參與催化，但是可保持引物和活性位點處在正確的位置，還可幫助維持答：剛分開的模板鏈與未復制的雙鏈DNA之間的連接區(qū)稱為復制叉(replicationfork),復制叉向著未復制的DNA雙鏈區(qū)域連續(xù)運動，其身后留下指導兩個子代DNA雙鏈形成的兩在與復制叉相反的方向上運動。此模板指導的新DNA鏈稱為后隨鏈(laggingstrand)。長度變化為1000~2000個核苷酸，在真核生物中為100~400個核苷酸。答：引物酶(primase)是一種能在單鏈DNA模板上制造短RNA引物(5~10個核苷酸長度)6.DNA解旋酶在復制叉之前解開雙螺旋：(cooperativebinding),其發(fā)生是因為與緊鄰的單鏈DNA區(qū)域結8.拓撲異構酶除去DNA解螺旋時在復制叉上產生的超螺旋。9.復制叉酶擴大了DNA聚合酶底物的范圍。答：E.coli中至少有5種DNA聚合酶，這些酶依據其酶學特性、亞基組成和豐度而劃分。真核細胞中也有多種DNA聚合酶，通常細胞中有15種以上。其中，對于基因組的復制δ或聚合酶e取代。聚合酶δ或聚合酶e取代DNAPola/引物酶的過程稱作聚合酶的切換(polymeraseswitching),這導致在真核細胞復制叉上有3種不同的DNA聚合酶在工作。11.滑動夾極大地增加了DNA聚合酶的延伸能力：打開并將其安放在DNA上。這些酶通過結合ATP并將其水解而將滑動夾置于DNA的引物-模板接頭上。答：E.coli中，這些聚合酶的協同作用是通過它們連接成一個巨大的多蛋白復合體而實現的。此復合體被稱為DNA聚合酶Ⅲ全酶。全酶是對一個具有核心酶并結合有增強其功能的其他元件的多蛋白復合體的總稱。的形式伸出，并被SSB迅速地結合。新RNA引物在后隨鏈模板上進行不連續(xù)的合成。當后隨鏈上的DNA聚合酶完成前面的岡崎片段時，即從模板上釋放出來。因為這個聚合酶與前導鏈上的DNA聚合酶保持著連接，所以它將與距復制叉最近的并且由后隨鏈上最新合成出成一個新的環(huán)并啟動下一輪岡崎片段的合成。這個模型被稱作“長號模型”,以比喻由后隨14.復制叉蛋白之間的相互作用形成E.coli的復制體：聚合酶Ⅲ全酶之間的相互作用。這個由全酶的夾子裝載器元件介導DNA解旋酶與引物酶之間，在約1秒一次的間隔中，引物酶與解旋酶以及SSB覆蓋的復制叉上作用的全部蛋白質的總和稱為復制體(replisome)。15.DNA解旋和復制起始發(fā)生的特殊位點稱作復制起始位點(originofreplication)。16.復制起始的復制子模型：答：定義所有的DNA均從稱為復制子(replicon)的特定的起始位點開始復制。復制子模型提出了控制復制起始的兩個元件：復制器和起始子。復制器(replicator)復制子模型的第二個元件是起始子(initiator)蛋白。此蛋白質特異性地識別復制器17.復制器序列包括起始子結合位點和容易解旋的DNA:答：復制器的DNA序列有2個共同的特性。第一，它們含有起始子蛋白質結合位點，此位點是組裝復制起始機器的核心；第二，它們含有一段富含AT的DNA,此段DNA容易解旋但18.結合和解旋：起始子蛋白對復制起始位點的選擇和激活：答：起始子蛋白在復制起始過程中一般執(zhí)行3種不同的功能。第一，這些蛋白質與復制器結合，它們就扭曲或解旋其結合位點附近的DNA區(qū)域；第三，起始子蛋白與復制起始所需的其他因子相互作用，使它們聚集到復制器上。以E.coli起始子蛋白DnaA為例。DnaA與oriC中重復的9核苷酸單位元件結合并受真核細胞中，起始子時一個被稱為起始位點識別復合體(originrecognitioncomplex,ORC)的六蛋白復合體。ORC可識別酵母復制器上稱為A元件的保守序列，以及次保守的B1元件。ORC可將其他復制蛋白全部召集到復制器上。所以，ORC具有起始子三項常見功能中的兩項：與復制子結合并將其他復制蛋白召集到復制器上。19.蛋白質-蛋白質和蛋白質-DNA相互作用指導起始過程：解旋酶與上面所說的復制叉其他元件之間的蛋白質相互作用指導復制機器其他部分的20.前復制復合體的形成指導真核細胞中的復制起始：答：復制器選擇是對指導復制起始的序列進行識別的過程，發(fā)生于G期(早于S期)。此過21.對pre-RC形成和激活的調控使每個細胞周期中僅有一輪復制發(fā)生：答：Cdk對于pre-RC功能的調控有兩個似乎矛盾的作用：第一，它們是激活pre-RC以啟在G期內沒有有活性的Cdk,但是細胞周期的其他期內(S、G和M期)一直存在高水平的Cdk。因此，在每個細胞周期內，pre-RC僅僅有一次形成的機會(G期內),而且這些pre-RC被激活的機會也僅有一次(在S、G和M期雖然實際上所有的pre-RC都被S期的復答：所有新的DNA合成啟動都需要一條RNA引物，這使線性染色體末端的復制成為難題。這種情況被稱為末端復制問題(endreplicationproblem)。多數真核細胞使用完全不同的方法來復制其染色體末端。真核生物染色體的末端稱為端粒，它們通常由首尾相連的富含TG的重復DNA序列構成。這種獨特的結構可作為新的復答：端粒酶是一種特殊的酶，它既含有蛋白質成分也含有RNA成分(所以這是一個核糖核蛋白的例子)。與其他所有DNA聚合酶相同的是，端粒酶用于延伸其DNA底物的3’端。但利用其RNA成分作為模板，將端粒序列添加到染色體末端的3’端。端粒酶利25.為什么真核生物染色體在一個周期中只能復制一次?的不完整都可造成染色體之間不適當的連接?；ヂ撊旧w的分離會引起染色體的斷裂或缺的拷貝數即使增加一個或兩個也會導致基因表達、細胞分裂或對環(huán)境信號應答的災難性缺陷。所以，真核細胞每分裂一次，每條染色體中每個堿基對復制且只能復制一次，使極其26.端粒酶如何實現端粒的復制?答：最簡單的突變是一種堿基變成另一種堿基，有兩種類型，轉換(transition),即嘧啶到嘧啶和嘌呤到嘌呤的替換，如T到C和A到G;顛換(transversion),即嘧啶到嘌呤和嘌呤到嘧啶的替換，如T到G或A以及A到C或T。另一種簡單的突變是一個核苷酸或少量核苷酸的插入或缺失。改變單個核苷酸的突變被稱為點突變(pointmutation)。其他類型的突變引起DNA的改變較大，如大范圍的插入和缺失以及染色體結構的整體答：有些錯誤插入的核苷酸逃脫檢測并在新合成的鏈與模板鏈之間形成錯誤配對。3.錯配修復能將逃脫校正讀碼的錯誤去除：答：保證DNA復制忠實性的最后負責由錯配修復系統(mismatchrepairsystem)承擔，它將DNA合成精確性又提高了2~3個數量級。在大腸桿菌中，錯配是由錯配修復蛋白MutS的二聚體來檢測的。MutS掃描DNA,從錯DNA雙鏈就是半甲基化的(只有母鏈是甲基化的)。4.DNA的水解和脫氨基作用可自發(fā)產生損傷：答：最頻繁和最重要類型的水解損傷時胞嘧啶堿基的脫氨基。胞嘧啶可自發(fā)進行脫氨基作用，從而產生非天然的(在DNA中)堿基尿嘧啶。腺嘌呤和鳥嘌呤也易于自發(fā)脫氨基，脫氨基將腺嘌呤轉變成次黃嘌呤，鳥嘌呤轉變?yōu)辄S嘌呤。DNA還通過N-糖苷鍵的自發(fā)水解進行去嘌呤化(depurination),并在DNA中形成脫堿基位點(即脫氧核糖上沒有堿基)。5’-甲基胞嘧啶脫氨基產生胸腺嘧啶，不能明顯被識別為異常堿基。到堿基的反應位點以及DNA骨架的磷酸上。DNA還易受到活性氧簇的攻擊(如0、HO和OH·)。這些強烈的氧化劑由致電離輻射和另一種堿基損傷時紫外線造成的。260nm左右波長的輻射被堿基強烈吸一是在同一多核苷酸鏈相鄰位置上的兩個嘧啶之間發(fā)生光化學融合。γ輻射和X射線(電離輻射)有很高的危險性，因為它們可使DNA雙鏈斷裂，這很難被修復。某些抗癌藥物，如爭光霉素也能引起DNA的斷裂。電離輻射和像爭光霉素那樣的答：突變還可由可替換正常堿基的化合物(堿基類似物，baseanalog)或能插入堿基間的在復制上沒有立即產生結構性后果，但是引起了錯配，這可在復制之后導致DNA序列上永DNA損傷修復的系統。這些系統最直接的方式是(指真正的修復)修復酶簡單地將損傷逆轉(撤銷)。一個更精致的步驟涉及剪切修復系統(excisionrepairsystem),此處裂)時采用這種修復。在重組修復[也叫雙鏈斷裂修復(double-strandbreakrepair)]錯誤易發(fā)性(誘變性),所以細胞在迫不得已的情況下才采用此機制。答：損傷簡單逆轉修復的一個例子是光復活作用(photoreactivation),光復活作用直接直接逆轉的另一個例子是甲基化堿基0?-甲基鳥嘌呤上的甲基被去除。主要的修復系統是堿基切除修復(baseexcisionrepair)和核苷酸切除修復(nucleotide別模板鏈上oxoG配對位置錯誤摻入A產生的oxoG:A堿基對。然而在這種情況下，糖基化酶會除去A。因此，修復酶把與oxoG配對的A認作突變，并除去雖沒有受損但是卻不正確的堿基A。另一個防故障系統的例子是除去與G配對的T的糖基化酶。答：與堿基切除修復不同，核苷酸切除修復酶不能區(qū)分各種不同的損傷，而是識別雙螺旋形狀上的扭曲。這種扭曲引發(fā)一連串的事件，導致含有損傷的一小段單鏈片段(或小區(qū))個基因中發(fā)生的轉錄(模板)鏈的損傷所終止時，它還能拯救RNA聚合酶。此現象叫做轉錄偶聯修復(transcription-coupledrepair),包括將核苷酸切除修復蛋白募集到受阻的修復DNA中雙螺旋兩條鏈都斷裂的雙鏈斷裂呢?這是由雙鏈斷裂修復(DSB)途徑[double-strandbreak(DSB)repairpathway]進行的。此途徑從姐妹染色體中取回序列是通過小段(可以短至一個堿基對)互補堿基之間的匹配完成的。答：細胞不能修復損傷，也有防故障機制使復制機器繞過受損的部位。這種機制就叫做移這些聚合酶一個重要的性質就是，雖然它們是模板依賴性的，但是它們摻入核苷酸的第10章分子水平上的同源重組分子單鏈區(qū)域與同源雙鏈DNA分子互補鏈配對結合時，發(fā)生該配對過程，稱為鏈侵入這個交叉結構被稱為Holliday聯結體(Hollidayjunction)。④Holliday聯結體的剪切。在Holliday聯結體處切斷DNA重新生成兩個分開的雙螺旋DNA,從而完成遺傳物質的交換過程。這個過程叫做拆分(resolution)。3.雙鏈斷裂修復模型更加準確地描繪了許多重組事件：修復途徑(double-strandedbreak-repairpathway)。始發(fā)事件是兩條DNA分子中的一條發(fā)生了雙鏈斷裂(double-strandedbreak,DSB),而另外一條保持完整。在雙鏈斷裂模式下，這種單向的遺傳物質交流有時會留下一個遺傳標記——引發(fā)基因4.DNA雙鏈斷裂來自于多事件并啟動同源重組：答：同源重組除了能修復染色體DNA雙鏈斷裂外，還能促進細菌間的遺傳物質交換。遠端序列，它不再依3’→5’方向剪切DNA,而是以更高的頻率剪切另一條5’→3’方向答：RecA催化鏈交換過程可以分為不同階段。首先RecA蛋白絲必須組裝在其中一個參與位點(結合第一個DNA分子)與次要位點。這個與RecA結合的三鏈結構被稱為連接分子(jointmolecule),通常包含雜交數百個堿8.RuvAB復合體特異性地識別Holliday聯結體并促進分支移位。9.RuvC剪切位于Holliday聯結體的特定DNA鏈從答：在減數分裂過程中，同源重組確保染色體正確配對，從而保持基因組的完整性。染色體的不恰當分離，被稱之為不分離(nondisjunction)。這種在減數分裂過程中發(fā)生的同源重組被稱為減數分裂重組(meioticrecombination).答：Spo1l蛋白可以在很多染色體位置上切斷DNA,它對序列沒什么選擇性，但卻必須發(fā)生在減數分裂的一特定時期。答：3’端DNA鏈不被降解，所以此DNA處理反應稱之為5’→3’端切除。MRX正是通過5'→3’的反應，從而生成長3’端單鏈DNA,通常可達1kb或更長。MRX酶復合物還被認為13.Dmc是專一在減數分裂重組中行使功能的類RecA蛋白：答：真核生物編碼兩種被充分闡明的、與細菌RecA蛋白同源的蛋白質：Rad51和Dmc1。14.多種蛋白質共同促進減數分裂重組：答：Rad52是另外一個與Rad51相互作用的必要重組蛋白。Rad52啟動Rad51DNA蛋白絲(Rad51的活性形態(tài))的組裝。在真核生物中高度保守的Mus81蛋白，也為減數分裂所必需，或許具有Holliday聯結體拆分酶的作用。15.交配型轉換始于特定位點的雙鏈DNA的斷裂：HO引起的斷裂，其5’→3’的DNA切除反應復合體的蛋白質)答：為解釋缺少交換事件的基因轉變的機制，提出了一種新的重組模型，稱之為依賴合成的鏈退火(synthesis-depe經過鏈侵入之后，侵入的3’端作為引物啟動新的DNA合成。值得注意的是，與DSB修復17.重組大致上獨立于序列的事實導致一個結論，即任何兩個基因間的重組頻率和這些基答：很多重要的DNA重排都是由兩類重要的遺傳重組造成的：保守性位點特異性重組(conservativesite-specificrecombination,CSSR)和轉座重組(一般稱作轉座)答：保守重組的一個關鍵特性使發(fā)生移動的DNA片段都帶有短而特殊的序列因子，叫做重CSSR能夠產生3中不同類型的DNA重排：①一個DNA片段在特定位點的插入(如λ噬每個重組位點由一對對稱排列的重組酶識別序列(recombinaserecognitionsequence)構成，識別序列中間所包圍的是一個短的不對稱序列，稱為交換區(qū)(crossoverregion),DNA的斷裂和重新連接就是在這里發(fā)生。由于交換區(qū)是不對稱的，所以每個重組位點都帶有特定的極性。單個DNA分子上的兩個位點所呈現的方向相關性為兩者以反向重復(invertedrepeat)或同向重復(directrepeat)的方式排列。在一對反向位點間的重組將使這兩個位點間的DNA發(fā)生倒位；相反，以同樣的機制發(fā)生在由兩個同向重復位點間的重組將會去掉這兩個位點間的DNA片段；最后，插入的情況特異性發(fā)生在當兩個不同分子的重組位點在一起時所發(fā)生的DNA交換情況下。在對重組酶進行一個大概地討論后，將介紹這3中重排類型的幾個實例。答：保守的位點特異性重組酶共有兩個家族：絲氨酸重組酶(serinerecombinase)和酪保守性位點特異性重組(CSSR)名稱中“保守”的意義：被稱為“保守”是因為作用于DNA上的重組位點叫l(wèi)ox,Cre-lox是一個由酪氨酸重組酶家族催化重組的簡單例子，整個重組僅需Cre蛋白和lox位點。Cre也是在遺傳工程中被廣泛使用的一個工具。答：很多噬菌體的感染就是使用這種重組機制將自己的DN組反應來說，這個結合過程很簡單，僅需要重組酶和它的DNA識別序列，一樣。與此相反，另外一些重組反應則需要輔助蛋白。這些輔助蛋白包括一些所謂的構筑6.λ整合酶催化病毒基因組在宿主細胞染色體上的整合和切除：為實現整合，整合酶蛋白(λInt)在兩個特定位點之間催化重組的進行，這兩個位點答：一個由噬菌體編碼的構筑蛋白對切除重組至關重要，這個蛋白質叫做Xis(即切除),答：Hin重組是一類重組反應的代表，這些重組在細菌中答：Hin重組過程除了需要hix位點外，還需要一段序列。這截短短的序列(約60bp)是一個增強子，它能將重組率提高1000倍左右。增強子-Fis蛋白的復合體激活了重組的催化步驟。Hin可以在沒有Fis-增強子復合體存在的情況下與hix重組位點結合、配對，形成聯合復合體。族的一個成員，它的重組機制與前面講過的Cre蛋白很相似。Xer是一個異源四聚體，包含兩個XerC蛋白亞基和兩個XerD蛋白亞基。Xer催化的重組位點必須要包含這兩種識別序列。該位點在細菌染色體上叫做dif位點。當FtsK蛋白存在并與XerCD復合體發(fā)生相互作用后，復合體的構象發(fā)生改變，XerD蛋白被激活。這時，XerD催化第一對單鏈的重組，產生Holliday聯結體；反應完成后，FtsK是一個膜結合蛋白，它被定位于細胞中發(fā)生細胞分裂的地方，其作用是在細胞分答：轉座是一種特殊的遺傳重組，它是將特定的遺傳因子從DNA上的一個地方移位到另一個地方。這些可以移動的遺傳因子叫做轉座因子(transposableelement)或轉座子根據轉座子的結構及其轉座機制，可將其分為以下3個家族：2.類病毒反轉錄轉座子，包括反轉錄病毒。這些因子又稱為LTR反轉錄轉座子。3.聚腺苷酸(poly-A)反轉錄轉座子。這類因子又稱為非病毒反轉錄轉座子。答：轉座因子兩端的重組位點以反向重復序列排布，這些末端反向重復序列的長度從25到幾百堿基對不等。催化轉座的重組酶通常叫做轉座酶(transposase)[有時也叫整合酶碼的蛋白質可能調節(jié)轉座，也可能為轉座因子或宿主細胞提供一些有益的功能。答：帶有一對末端反向重復序列和一個轉座酶基因的DNA轉座子，本身具備了催化自身轉座的所有條件，這類因子叫做自主轉座因子(autonomoustransposon)。然而，在基因組它們僅有末端反向重復序列，即轉座所需的cis-acting序列。細胞中自主轉座子表達的轉座酶會識別這些末端反向重復序列，從而幫助非自主轉座因子發(fā)生移位。14.類病毒反轉錄轉座子和反轉錄病毒帶有末端重復序列和兩個對重組很重要的基因：答：類病毒反轉錄轉座子和反轉錄病毒也帶有反向末端重復序列，它們是重組酶結合和作用的位點。類病毒反轉錄轉座編碼聯眾移位所需的蛋白質：整合酶(轉座酶)和反轉錄酶。答：聚腺苷酸反轉錄轉座子沒有其他轉座子所帶的末端反向重復序列，反而，它的兩端含(非翻譯區(qū)),另一端是3’UTR,它帶有一串叫做聚腺苷酸序列(poly-Asequence)的A-T堿基對。答：DNA轉座子非復制性移位的機制。這個重組過程包括轉座子從DNA上初始以及將這個切下來的轉座子整合到一個新的DNA位點，因此把這個機制叫做剪切一粘貼轉一旦轉座酶識別了這些序列，它就將這兩端聚集在一起形成一個穩(wěn)定的蛋白質-DNA復合體，這個復合體被稱為聯合復合體(synapticcomplex)或轉座體(transpososome)。下一步是將轉座子DNA從基因組的原始位置上切除。轉座子上的轉座酶亞基先斷裂轉座子兩端的一條單鏈。轉座酶切斷DNA后，轉座因子DNA末端帶有游離的3’羥基基團。兩端的另一條DNA單鏈也需要被切斷，而不同的轉座子斷裂這第二條單鏈的機制各不相同。轉座子被切除后，被轉座酶首先釋放的3’端羥基對新插入位點的DNA磷酸二酯鍵進剪切一粘貼轉座中的中間體由缺口修復來完成。不同的轉座子催化第二條單鏈斷裂反應的機制這里介紹3種方法：非轉座酶可用來斷裂非轉移單鏈。斷裂非轉移鏈的其他方法由轉座酶自身完成，它用一種不常見的DNA酯基轉移機制，然后發(fā)卡DNA的末端被轉座酶斷裂(打開),產生一個標準的雙鏈DNA斷裂，打開反應的第三種機制。在這種斷裂中，一個斷裂的3’端攻擊轉座因子上同一單鏈的另一端，產答：復制性轉座的第一步是轉座酶蛋白和轉座子DNA兩端裝配成一個轉座體。但是，這里產生的中間體是雙交叉的DNA分子。在此中間體中，轉座子的3’端被共價連接到新的靶位點，而5’端仍連在原處。合成，復制過程一直進行到第二個交叉處，此復制反應產生2個拷貝的轉座子DNA,復制產物兩端是短小的正向排列靶位點重復序列。復制性轉座常常會造成染色體的倒位和丟失。18.類病毒反轉錄轉座子和反轉錄病毒通過一個RNA中間體實現移位：答：類病毒反轉錄轉座子和反轉錄病毒插入到宿主細胞基因組的新位點，所用的DNA斷裂及DNA單鏈轉移步驟與前面講的DNA轉座相同。但不同的地方時，這些反轉錄因子的重組轉座周期開始于反轉錄轉座子(或反轉錄病毒)DNA序列在細胞內的RNA聚合酶的催這個cDNA能夠被整合酶(與DNA因子的轉座酶高度相關的一種蛋白質，下面將會看到)識別并被重組到一個新的靶DNA位點。整合酶結合到cDNA的一端，然后從每條單鏈的3’19.聚腺苷酸(poly-A)反轉錄轉座子通過一種“反向剪切”機制進行移位：答：聚腺苷酸反轉錄轉座子，如人的LINE因子的移位需要一個R與類病毒轉座因子有所不同，它的機制叫做靶位點引導反轉錄(targetsiteprimedreversetranscription)。首先是細胞內RNA聚合酶對整合因子的轉錄。盡管啟動子在5’20.轉座子及其調節(jié)的實例：答：IS4家族的緊密型轉座因子通過多種機制實現對拷貝數的控制。酵母Ty因子轉座到基因組的安全港。21.V(D)J重組中的早期活動是通過一種類似于轉座子切除的機制實現的。第3篇基因組的表達第12章轉錄機制答：(1)轉錄得到的新鏈是由核糖核苷酸組成的，而不是脫氧核糖核苷酸。(2)RNA聚合酶(RNApolymerase,催化RNA合成的酶)不需要引物，它能夠從頭起始轉錄(盡管，如我們將要討論的，細胞內的轉錄必須在特定的序列上才能起始)。(4)轉錄盡管是非常精確的(每添加10000個核苷酸會發(fā)生一次錯誤),但還是不如復制更為精確(每10000000個核苷酸發(fā)生一次錯誤)。(5)轉錄僅是有選擇性地復制基因組的特定部分，并從任何特定的部分產生一個到幾(6)轉錄區(qū)域的選擇并不是隨機的；每個轉錄區(qū)域通常包括一個或多個基因，而且在Ⅱ(PolⅡ)是負責轉錄大多數基因的酶——實際上，是轉錄幾乎所有蛋白質編碼基因的3.為轉錄一個基因，RNA聚合酶要進行一系列定義明確的步驟，這些步驟分為3個階段答：(1)起始(initiation):啟動子(promoter很多情況下是與轉錄起始因子一起結合的)。啟動子-聚合酶復合體一旦形成就發(fā)生結構改(2)延伸(elongation):一旦RNA聚合酶已經合成了一小段RNA(10個堿基左右),轉錄便進入了延伸階段。這一轉變需要聚合酶構象的進一步改變，以使其能夠更牢固地與(3)終止(termination):一旦RNA聚合酶轉錄了整個基因(或整組基因),它必須停引發(fā)終止的序列；而在其他一些細胞中，是什么使聚合酶停止轉錄并從模板上分離，還不4.轉錄起始包括三個定義明確的步驟：答：轉錄周期(transcriptioncycle)的第一個階段——起始又可以分為一系列定義明確第一步是聚合酶與啟動子初步結合形成所謂的閉合式復合體(closedcomplex),這時始位點周圍大約14bp的距離內分開以形成轉錄泡。第三步，最初的大約10個左右的核糖核苷酸的結合是一個效率相當低的過程，在這一階段，聚合酶經常釋放出很短的轉錄物(每一個都短于10個左右的核苷酸),然后再重新5.細菌的啟動子在強度和序列上是多樣的，但是具有某些明確的特征：在大腸桿菌中，最常見的o因子稱為0o。含有σo的聚合酶識別的啟動子具有以下共同的特征性結構：兩段6個核苷酸長的保守序列，被長為17~19個核苷酸的非特異序列所分割。這兩段序列稱為-35和-10區(qū)域(region)或元件(element)。啟動子的強度，我們是指一個啟動子在一定的時間內可以起始多少個轉錄物。在一些較強的啟動子中，如在指導核糖體RNA(rRNA)基因表達的啟動子中，發(fā)現了另一類型的σ0啟動子缺乏-35區(qū)域，而是由一個所謂的“延長的-10區(qū)域”元件。答：00因子可以分為4個區(qū)域，稱為o區(qū)域1~o區(qū)域4。區(qū)域4內的兩個螺旋形成一個常見的DNA結合基序，稱為螺旋-轉角-螺旋(helix-turn-helix)。其中一個螺旋插入到-35區(qū)域的大溝(majorgroove)中并與該-10區(qū)域也被一個a螺旋所識別。但是其相互作用尚未徹底研究清楚而且更為復雜。延長的-10元件，如果存在的話，被o區(qū)域3中的一個a螺旋所識別，此螺旋與組成打開，從而暴露出模板鏈和非模板鏈。相對于轉錄起始位點而言，這一“融化”發(fā)生在-11和+3之間的區(qū)域。對于含有o0因子的細菌聚合酶，這一轉變常被稱為異構化作用(isomerization)。1.1)的位置有一個重要的移動，在未結合DNA時，σ區(qū)域1.1處于全酶的活性中心裂隙內答：聚合酶必須與起始核苷酸建立特異性的相互作用，嚴格控制其處于正確的方向，使其可以對引入的核苷三磷酸開始進行化學反應。此相互作用對A是特異的，因而只有以A開9.RNA聚合酶在進入延伸階段之前會先合成幾(abortiveinitiation)的時期。在這一階段，聚合酶會合成一些長度小于10個核苷酸o因子的一個區(qū)域再一次作為一個分子模擬物參與了此過程。這一次是區(qū)域3.2,模過大約10個核苷酸的RNA鏈，o的這一區(qū)域必須從此位置上被逐出，這個過程需要聚合酶前部。在催化裂隙的開口處，兩條鏈分別沿著不同的路徑穿過酶，然后從各自的通道離開酶，并在延伸聚合酶(elongationpolymerase)的后面重新形成雙螺旋結構。核苷酸通過位點，在一個簡單的逆向反應中，通過加入PP,催化錯誤插入的核糖核苷酸的去除。在第二種稱為水解編輯(hydrolyticediting)的校對機制中，聚合酶倒退一個或更多的核苷依賴型(Rho-dependent);第一種類型不需要其他因子的參與就可以引發(fā)聚合酶的終止反應(termination);第二種類型，顧名思義，需要一個稱為Rho的額外的蛋白質來誘發(fā)終Rho-非依賴型終止子也稱為固有終止子(intrinsicterminator),由兩個序列元件組成：一段短的反向重復序列(大約20個核苷酸),其后是一段大約8個A:T堿基對的序列。Rho是一個具有6個相同亞基的環(huán)狀蛋白質，在單鏈RNA離開聚合酶時與之結合。此首先，Rho結合的位點有某種特異性(所謂的rut位點，即Rhoutilization)。特異性的第二層次是Rho無法與任何正在被翻譯的轉錄物(也就是被核糖體結合的轉錄物)結12.真核生物的轉錄：細菌只需要一個額外的起始因子(σ),而真核生物中有效的和啟動子特異的起始則需要幾就無法啟動有意義的表達，而是需要額外的因子參與，包括所謂的“中介蛋白復合體”(mediatorcomplex和DNA結合調節(jié)蛋白，并常常包括染色質修飾酶。13.RNA聚合酶Ⅱ的核心啟動子是由4個不同序列的元件組合而成的：答：真核細胞的核心啟動子(corepromoter)是指在體外檢測時，PolⅡ機器精確地起始轉錄所需要的最少的一組序列元件。在PolⅡ核心啟動子中發(fā)現的4個元件分別是TFⅡB在核心啟動子之外(而且通常是在其上游)存在一些在體內進行有效轉錄所需的其他序列元件。這些元件包括：啟動子最近元件(promoterproximalelement),上游激活物序列(upstreamactivatorsequence,UAS),增強子(enhancer),以及一系列的稱為沉默子(silencer)、邊界元件(boundaryelement)和絕緣子(insulator答：許多PolⅡ啟動子包含一個所謂的TATA元件(大約在轉錄起始位點上游30個堿基對)合酶一起，然后是TFⅡE和TFⅡH,它們將結合在PolⅡ上游。包含這些成分的前起始復的水解并由TFⅡH介導，是該因子的類解旋酶活性刺激了啟動子DNA的解開。在真核細胞中，逃離啟動子包含一個在細菌中所沒有見到的步驟：聚合酶的磷酸化作A:T堿基對是更有利的，因為它們更易于被扭曲而使小溝開始開放。TFⅡB:此蛋白質為一條多肽單鏈，在TBP之后進入前起始復合體。特殊的TFⅡB-TBPTFⅡF:這個雙亞基因子與PolⅡ結合并與PolⅡ(以及其他因子)一起被募集到啟動子上。PolⅡ與TFⅡF的結合起著穩(wěn)定DNA-TBP-TFⅡB復合體的作用，并且是TFIE和TFIH被募集到前起始復合體上的前提條件。TFIE和TFIH:TFIE與TFⅡF相似，由兩個亞基構成，它是下一個結合到前起始復合體上的，并參與TFIH的募集以及調節(jié)。TFIH控制著依賴ATP的從前起始復合體向開放復合體的轉變。TFIH內有兩個亞基具有ATP酶的功能，還有一個亞基是蛋白激酶，參與啟動子的解旋和逃離，與其他因子一起，ATP酶亞基還參與核苷酸錯誤匹配的修復。17.體內的轉錄起始需要其他蛋白質參與，包括中介蛋白復合體：答：細胞內高水平的、受調節(jié)的轉錄還額外需要中介蛋白復合體和轉錄調節(jié)蛋白，并在很多情況下需要核小體修飾酶(其自身常常是大的蛋白質復合體的組成部分)。18.中介蛋白包含很多亞基，其中有些亞基從酵母到人類是保守的：答：酵母和人的中介蛋白各自包括20個以上的亞基，其中7個在兩種生物之間表現出顯著的序列同源性。只有一個(Srb4)是幾乎所有PolⅡ基因在細胞內轉錄所必需的。酵母和人類的中介蛋白都是由一些模塊組裝而成的。一個由PolⅡ、中介蛋白和一些通用轉錄因子組成的復合體可以在DNA不存在的情況下座位一個單獨的復合體從細胞中分離出來。預先形成的復合體被命名為RNAPo1Ⅱ全酶，也因而能夠起始轉錄。19.一組新的因子激發(fā)PolⅡ延伸和RNA校對：答：一旦聚合酶起始了轉錄，便轉入了延伸階段。這一轉變包括PolⅡ酶脫落其大部分起始因子，如通用轉錄因子和中介蛋白。另一組因子被募集在它們的位置上。其中的一些(如TFⅡS和hSPT5)是延伸因子(elongationfactor),也就是激發(fā)延伸的因子，其他的是另一個不影響起始但激發(fā)延伸的因子是TFIS。此因子促進延伸的總體速度，這是通過在遭遇到趨向于減緩聚合酶進程的序列時限制其暫停時間而實現的。TFⅡS還有另外一個功能：它有助于由聚合酶進行的校對。已提出兩個基本的模型來解釋聚腺苷酸化合終止之間的聯系：第一個是3’加工酶從后不久就自發(fā)終止。第二個模型提出，第二個RNA分子缺少5’端的帽子，這一點被聚合21.RNA聚合酶I和Ⅲ識別不同的啟動子，使用不同組別的轉錄因子，但還是需要TBP:一些PolⅢ啟動子(如tRNA基因的啟動子)包含兩個區(qū)域，稱為盒子A和盒子B,二者被答：許多真核基因是嵌合的：由一段編碼區(qū)組成，它們被另外一段段非編碼區(qū)隔開了。編碼區(qū)稱為外顯子(exon),它們之間的非編碼區(qū)稱為內含子(intron)。答：最保守的序列是內含子5’剪接位點的GU和3’剪接位點的AG及分支點的A。3.當內含子兩邊的外顯子連接時，內含子是以套索結構被除去的：來的一些磷酸二酯鍵斷開，在形成一些新的磷酸二酯鍵。第一步轉酯反應是由分支點保守腺苷酸的2’羥基引發(fā)的。它作為親核基團，攻擊5’剪接位點保守鳥苷酸的磷?；鶊F。結果，外顯子3’端的核糖與內含子5’端磷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，而游離出來的5’磷酸與分支點保守腺苷酸的2’羥基連接。在第二步轉酯反應中，5’外顯子(準確地說，是其新游離出來的3’羥基)反過來作為親核基團，攻擊3’剪接位點的磷酰基團。第二次轉酯反應導致兩個結果。首先，當然答：剪接體中的5種RNA(U1、U2、U4、U5和U6)統稱為核內小RNA(smallnuclearRNA,作小核內核糖蛋白(smallnuclearribonuclearprotein,snRNP)。剪接體就是由這些在不同時間進出剪接體，每種snRNP執(zhí)行某些專門的任務。剪接體中還有許多蛋白質不屬于snRNP,另外一些蛋白質只能與剪接體松散結合。snRNP在剪接中的功能有3個方面：識別5’剪接位點和分支點；按需要把這兩個位點snRNP加入復合體而完成的。這3個snRNP合稱三聯snRNP(tri-snRNP)顆粒，其中U4和再下一步，U1離開剪接體，其在5’剪接位點的位置由U6取代。這要求U1snRNP與的序列配對),以上就是全部組裝過程。后續(xù)的重排啟動了催化反應，過程如下：U4離開剪接體，以便U6可以與U2發(fā)生作用(通過產生了活性位點，即重排把構成活性位點的所有組分聚集到剪接體內——據信只是U2和轉酯反應。5’和3’剪接位點的第二場轉酯反應由U5snRNP協助，把兩個外顯子連接在答：RNA剪接的3種類型類型豐度機制催化機器細胞核很常見，適用于大多數真核基因兩步轉酯反應，分支點為A主要剪接體Ⅱ類自剪接內含子罕見，來自某些細胞器的真核基因及原核基因與pre-mRNA相同內含子編碼的核酶I類自剪接內含子罕見，某些真核生物的細胞核rRNA、細胞器基因，以及少量原核基因兩步轉酯反應，分支點為G與Ⅱ類自剪接內含子相同8.I類自剪接內含子釋放出線形內含子，而不是一個套索結構：答：I類自剪接內含子剪接機制完全不同。它們使用游離的鳥苷或鳥苷酸，而不是分支點腺苷酸。RNA分子結合該鳥苷或鳥苷酸，并將其3’羥基呈遞給5’剪接位點。以前面提到的形成套索結構的同類轉酯反應，把游離的鳥苷或鳥苷酸與內含子5’端連接起來。第二步反應與以前講述的完全相同：游離的外顯子3’端攻擊3’剪接位點。這個反應把兩個外顯子連接起來并釋放出內含子，盡管在這里內含子是線形的，而不再是套索狀。I類自剪接內含子比Ⅱ類小，有一個保守的二級結構。該結構包括一個容納鳥苷或鳥苷酸的結合口袋，只要這些鳥苷或鳥苷酸是以核糖的形式出現。除此之外，I類自剪接內含子還含有一段“內在指導序列”,與5’剪接位點的序列配對，因而確定了鳥苷親核攻擊的精確位置。9.剪接體怎么可靠地確定剪接位點?答：剪接位點的識別容易犯兩種錯誤：一是遺漏了剪接位點，例如，結合到5’剪接位點的剪接體成分，跳過了正確的3’剪接位點，與結合到下游另一個3’剪接位點的剪接體成新合成的RNA分子上遇到5’剪接位點時，那些蛋白質就從RNA復制酶Ⅱ的C端(剪接相接位點，就會做好準備與那些結合即將轉錄出來的、下一個3’剪接位點的剪接體成分相互作用。于是在更下游的任何競爭3’剪接位點被轉錄出來之前，剪接體成分就已經識別出了正確的3’剪接位點。其二，確保優(yōu)先識別鄰近外顯子的剪接位點(因而更有可能是真正的剪接位點),以防止使用錯誤剪接位點。一種叫做富含絲氨酸和精氨酸的蛋白質(SR蛋白)結合到外接機器的組分相作用，將其引導到附近的剪接位點。這樣剪接機器就可以更有效地結合到正確的剪接位點，而不會結合到離外顯子較遠的錯誤位點。10.通過可變剪接一個基因可以得到多個產物：可變剪接可以組成型的，也可以是受調控的。在前者，同一個基因總是產生多種不同的產物；在后者，不同的產物會在不同的時間、不同的條件，或在不同的細胞或組織類型答：剪接調控蛋白結合到稱為外顯子/內含子剪接增強子(ESS或ISE,exonic/intronicsplicingenhancer)或者外顯子/內含子剪接減弱子(ESS或ISS,exonic/intronicsplicingsilencer,ISS)的特殊序列上。前者增強附近的剪接位點的剪接，后者正好相SR蛋白利用某個結構域結合RNA,如熟知的RNA識別基序(RNA-recognitionmotif,該結構域位于肽鏈的C端，介導SR蛋白與剪接體蛋白的相互作用，以便把剪接體募集到附多數減弱子由不均一核糖核蛋白(heterogeneousnuclearribonucleoprotein,hnRNP)我們曾強調過可變剪接作為從同一個基因得到多種不同的蛋白質產物的一種途徑，這些不同的蛋白質叫做同工型(isoform)。它們可能具有相似或不同的功能，甚至作用相拮但也存在可變剪接現象。這時可變剪接僅是對該基因的表達起到開關的作用。答：低豐度剪接體識別一類很少見的內含子，其的共有序列。這種新發(fā)現的低豐度剪接體稱為AT-AC剪接體，因為最初發(fā)現其識別的內含子的5’端是AU,3’端是AC(對應于DNA則為AT和AC)。13.外顯子通過重組的方式完成改組，從而產生了編碼新蛋白質的基因：答：首先，某個特定基因的外顯子和內含子的交界處經常與該基因編碼蛋白質的結構域的邊界相一致，即每個外顯子似乎經常編碼蛋白質的一個獨立的折疊單位(也經常與一個獨其次，許多基因及其所編碼的蛋白質明顯是在進化過程中部分地通過外顯子復制和變第三，有時在其他方面并不相關的基因中會發(fā)現相關的外顯子，即有證據顯示有些外顯子確實在編碼不同蛋白質的基因中被重復使用。苷脫氨酶(adenosinedeaminaseactingonRNA,ADAR,人類有3種)催化，產生次黃在pre-mRNA的特定位置插入多個尿嘧啶(有時也可能是刪除幾個尿嘧啶)。多個尿嘧啶的尿嘧啶是又引導RNA(guideRNA,gRNA)插入到mRNA中去的。每種gRNA都可以分為域；第二區(qū)用于精確定位在被編輯的序列中尿嘧啶將插入的位置；第三區(qū)位于3’端，是上將要編輯區(qū)域的緊鄰位置上(3’端)的雙鏈，而在將要插入尿嘧啶的對應位置形成突出的單鏈環(huán)缺口中加入尿嘧啶，這個過程由3’端尿苷酰轉移酶(TUT酶)催化。一旦全部加工完畢(加帽、去除內含子和多聚腺苷酸化)就會運出細胞核進入細見于完成剪接的RNA)。一組蛋白(或者說是蛋白質組合)而不是任何單獨一種蛋白質，決mRNA轉運是通過核膜上的一種特殊結構完成的，這就是核孔復合體(nuclearpore一旦進入細胞質，蛋白質組分就會解離下來，并被識別后重新運回細胞核；然后再與第14章翻譯答：蛋白質合成的信息蘊藏在三核苷酸密碼子中，每個密碼子指定一個氨基酸。每條mRNA的蛋白質編碼區(qū)由連續(xù)的、不交叉的、稱作可讀框(open-readingframe,ORF)的密碼子第一個和最后一個密碼子分別稱作起始密碼子(startcodon)和終止密碼子(stopcodon)。細菌中，起始密碼子通常是5’-AUG-3’,但是5’-GUG-3’有時甚至5’-UUG-3’也使用。真核細胞總是使用5’-AUG-3’為起始密碼子。這一密碼子有兩個重要的功能，第一，它指定摻入到增長的多肽鏈中的第一個氨基酸；第二，它確定了所有后續(xù)密碼子的框在起始密碼子的上游(5’端)含有一小段稱為核糖體結合位點(ribosomebindingsite,RBS)的序列。這一元件也被稱作SD序列(Shine-Dalgarnosequence),是以比較了多個端的3~9個堿基內，與核糖體RNA組分之一的16S核糖體RNA(rRNA)的3’端的一段序列答：真核細胞的mRNA通過位于5’端的稱為5’帽子(5’cap)的特殊的化學修飾來募集由MarilynKozak發(fā)現，稱為Kozak序列。另一個有利于翻譯的特征是3’端的poly-A尾4.tRNA是密碼子和氨基酸之間的轉配器：答：蛋白質合成的核心是將核苷酸序列的信息(以密碼子的形式)“翻譯”成氨基酸。這是種，但每一種僅與一個特定的氨基酸結合并識別mRNA的一個或幾個特定的密碼子(大多數5.tRNA都有三葉草型的二級結構：答：tRNA三葉草型結構主要特征是有一受體臂、3個莖環(huán)(分別為WU環(huán)、D環(huán)和反密碼子環(huán))和第四個可變環(huán)。6.tRNA具有L狀的三維結構：答：三種相互作用使L狀結構得以穩(wěn)定。第一，三維結構中相互靠近的不同螺旋區(qū)域的堿基間的氫鍵，這些通常是非常規(guī)(非Watson-Crick)鍵；第二，堿基和磷酸核糖骨架之間的相互作用；第三，因形成兩個延伸的堿基配對區(qū)域而獲得的堿基堆積作用。7.氨基酸通過高能?；B接到tRNA3’端的腺苷酸上使tRNA負載：答：連接了氨基酸的tRNA分子稱為負載的(charged)tRNA,未連接氨基酸的tRNA稱為空答：第一步是腺苷?；?adenylylation)。其中氨基酸和ATP反應形成氨基?！佘账?，并同時釋放出焦磷酸。第二步是tRNA負載(tRNAcharging)。氨基酰一腺苷酸(仍然與氨基酰tRNA合成酶緊密結合)與tRNA反應，這一反應導致氨基酸通過2’或3’羥基被轉移到tRNA的3’端，同時釋放出AMP。類酶將氨基酸連接到tRNA的3’羥基，并且通常是二聚體或四聚體。9.每種氨基酰tRNA合成酶連接一個氨基酸到一個或多個tRN答：20種氨基酸的每一種都是通過單獨專門的tRNA合成酶連接到正確的tRNA上的。由于大多數的生物具有20種不同的tRNA合成酶。答：特異性的決定因素集中在tRNA分子的兩個不同的位點：受體臂和反密碼14.核糖體是由一個大亞基和一個小亞基組成的：答：核糖體是由RNA和蛋白質組成的大亞基和小亞基兩個部件組成的。大亞基含有肽基轉移酶中心(peptidyltransferasecenter),負責肽鍵的形成。小亞基含有解碼中心15.大、小亞基在翻譯的每次循環(huán)過程中都經歷結合與分離：雖然一個核糖體一次只能合成一條多肽，但每個mRNA分子卻能同時被多個核糖體結合16.新的氨基酸連接在延伸肽鏈的C端。19.核糖體有3個tRNA結合位點：答：核糖體含有3個tRNA結合位點，分別為A、P和E位點。A位點(Asite)是氨基酰扭結(kink),有利于維持正確的可讀框。這個扭結使核糖體易位后留在空著的A位點的密大亞基上的另一個通道提供了新合成的多肽鏈離開(核糖體)的途徑。與mRNA的通道的)核糖體結合位點和(小亞基的)16SRNA之間的堿基配對作用介導的。大亞基是在起始過程即將結束的時候加入復合體的。答：原核細胞的翻譯始于小亞基，由3中翻譯起始因子(translationinitiationfactor)IF2是GTP酶(結合和水解GTP的蛋白質),它與起始過程的3個主要成分(小亞基、IF1和fMet-tRNAmt)相互作用。通過與這些成分相互作用，IF2催化了fMet-tRNA和小需要游離的小亞基，因此IF3與小亞基的結合對翻譯的每一輪新的循環(huán)是十分重要的。IF3在上一輪循環(huán)即將結束時開始于小亞基結合，并協助70S核糖體分解為大、小亞基。能以任何一種方向結合，并且相互獨立。(小亞基)結合mRNA通常是(mRNA的)和它結合位點和(小亞基的)16SRNA之間的堿基配對作用介導的。而fMet-tRNAmt結合小亞基是起始的最后步驟涉及大亞基的聚合以形成70S起始復合體(70Sinitiationcomplex)。而A位點是空的。前。當真核細胞的核糖體完成翻譯的一個循環(huán)后，通過與原核的IF3和IF1相對應的(分和eIF5B介導了(小亞基)和負載起始tRNA的結合。對真核細胞來說，起始tRNA負載的是Met,而非N-fMet,稱為Met-tRNAw。eIF5B-GTP幫助eIF2-GTP和Met-tRNAw的復合的P位點，最后形成43S起始前復合體(43Spre-initiationcomplex)。43S起始前復合體對mRNA的識別是從對5’帽結構的識別開始的，這一結構存在于大級結構(如發(fā)夾結構)。eIF4F/B與展開的mRNA的結合體通過eIF4F和eIF3集43S起始前復合體到mRNA上。的5’端向下游(3’端)"巡視"而找到的：正確的堿基配對引起eIF2和eIF3的釋放。eIF2(防止大亞基的結合)和eIF3(結合于起了eIF5B-GTP(與原核的IF2相似)的水解，導致剩余的起始因子釋放。這些事件的結果答：除了與mRNA的5’端結合，起始因子通過poly-A尾與mRNA的3’端緊密結合。這是通過eIF4F和包繞在poly-A尾結合蛋白(poly-Abindingprotein)之間的相互作用實現答：為了使氨基酸能正確加入，有3個關鍵的事件是必須發(fā)生的。首先，在A位點上的密從P位點的tRNA上轉移到A位點的負載tRNA的氨基酸殘基上；第三，形成的A位點的肽酰tRNA和相應的密碼子必須易位(translocate)至P位點，以使核糖體為下一循環(huán)的密碼子識別和肽鍵形成做好準備。酰tRNA的EF-Tu不能有效地水解GTP。激合中心(factorbindingcente答：至少有3中不同的機制促成了翻譯的高準確率：其中一個關于密碼子識別忠實性的機制涉及小亞基16SrRNA這兩個腺嘌呤與反密碼子和密碼子的前兩個堿基之間每個正確配對所形成的小溝形成緊密的相互作用。相鄰的16SrRNA的A殘基不能識別G:C或A:U配對，因而認為任何一對都是正確的。相反，非Watson-Crick堿基配對所形成的小溝就不能被(16SrRNA的)這兩個腺嘌呤識別，導致對非正確tRNA的親和力明顯降低。從tRNA的釋放需要GTP的水解，這一作用對正確的反密碼子-密碼子配對是非常敏感的。EF-Tu-GTP的復合體進入A位點時，它的3’端遠離肽鍵形成的位點。為了成功地進行肽轉移酶反應，氨基酰tRNA必須旋轉進入到大亞基的肽轉移酶中心，這一過程稱為入位 答：這一反應由RNA,尤其是大亞基的23SrRNA組分來催化。23SrRNA與處于A和P位點就被脫去氨基(不再結合氨基酸),而多以使下一個密碼子暴露出來。這些移動是在核糖體內協調進行的，統稱為易位地，這時已脫氨基的P位點的tRNA位于大亞基的E位點和小亞基的P位點上?；囊蜃咏Y合中心相作用，刺激GTP的水解。GTP的水解改變了EF-G-GDP的構象，允許它35.一個循環(huán)的肽鍵形成要消耗兩個GTP分子和一個ATP分子。體中解離開來。原核細胞和真核細胞都只有一種Ⅱ類因子，分別是RF3和eRF3。與EF-G,EF-Tu和其他翻譯因子一樣，Ⅱ類釋放因子也是由GTP調節(jié)的。37.I類釋放因子的一小段區(qū)域識別終止密碼子并催化多肽鏈的釋放：答：3個氨基酸負責識別終止密碼子的特異性。這3個氨基酸組成的區(qū)域代表著肽反密碼所有的I類因子共有一段保守的三氨基酸(GGQ)序列，這一序列對多肽鏈的釋放是關結合蛋白一樣，這個作用刺激GTP的水解。在(與核糖體結合的)I類因子不存在的情況小亞基。這幾個事件統稱為核糖體循環(huán)(ribosomerecycling)。白質在多肽釋放后與EF-G和IF3共同作用來使核糖體循環(huán)。RRF與空位的A位點結合，并 答：翻譯過程可以識別缺陷的mRNA,并予以去除或將其蛋白質產物去除。答：在原核細胞，由于缺失了終止密碼子而停止運轉的核糖體是由一種嵌合的RNA分子解SsrARNA是一個由457個核苷酸組成的tmRNA,其3’端的區(qū)域非常相似于tRNAaa。SsrARNA結合的最終結果是，當不完全的mRNA從核糖體中釋放出來時，不完全的多肽的碳基端融合了一個10個氨基酸的“標簽”,而核糖體重新進入翻譯的循環(huán)過程中。有趣的是，這種10個氨基酸的“標簽”被細胞的蛋白水解酶識別，蛋白水解酶很快地將這一標簽42.真核細胞降解不完整的或終止密碼子提前的mRNA:分子含有提前的終止密碼子時(稱為無義密碼子),這一mRNA很快地被降解，這一過程稱為無義密碼子介導的mRNA衰減(nonsensemediatedmRNAdecay)。如果mRNA存在一個提前的終止密碼子(源于基因的突變或轉錄與剪接過程中的錯誤),那么核糖體就在外顯子結合處的復合體被置換之前，從mRNA上脫離出來。在這些情況下，復合體作用于提前終止的核糖體，這樣就激活一種去除mRNA的5’端帽結構的酶。由于mRNA通常就是受5’端帽結構保護來防止降解的，因為帽結構的去除就導致mRNA很快地被5'→3’聚A尾(因為沒有終止密碼子在多聚A尾之前終止翻譯)。這就導致了蛋白質的末端添加了多個賴氨酸(AAA是賴氨酸的密碼子),并且核糖體停止在mRNA的3’端。停止的核糖體與Ski7蛋白質(與Ⅱ類釋放因子eRF3相關)結合，刺激了核糖體的解離并吸引3’→5’核酸外切酶降解“無終止”mRNA。另外，在碳基末端含有多聚賴氨酸的蛋白質是不穩(wěn)定的，第15章遺傳密碼1.遺傳密碼具簡并性：答：很多氨基酸是由超過1種以上的密碼子定義的，這種現象稱為密碼子的簡并性事實上，當密碼子的第1和第2個核苷酸完全相同時，第3個核苷酸無論是胞嘧啶還是尿嘧啶，均編碼相同的氨基酸，通常腺嘌呤和鳥嘌呤可以類似地進行互換。酸的比例卻沒有相應的大變化，這一現象可以用密碼子的簡并性，特別是在密碼子第3位單核苷酸的常見的胞嘧啶與尿嘧啶或者腺嘌呤與鳥嘌呤的互換性來解釋。2.認識密碼子組成的規(guī)律：答：考察密碼子在遺傳密碼中的分布，可以得到遺傳編碼的進化趨向于將突變的有害效應減少到最小的規(guī)律。遺傳密碼中另一個顯而易見的規(guī)律是：在第3個位置上使所有4種核苷酸定義相同的氨基酸可能已逐漸進化為一種安全機制，以便在閱讀這種密碼時將錯誤減少到最小。答：擺動理論指出，反密碼子5’端的堿基在空間上不如其他2個位置上的堿基那么受限制，可以和密碼子3’端的集中堿基形成氫鍵。反密碼子中的堿基密碼子中的堿基GCGAUUI反密碼子的第一個(5’)堿基位于堿基堆疊的末端，其運動也許比其他兩個堿基相對自由些，因而，在密碼子的第三個(3’)堿基位置上擺動。相反，不僅反密碼子的第三個(3’)堿基位于堿基堆疊的中間，而且相鄰的堿基總是龐大的修飾嘌呤殘基。因此，堿基運動的受限性可能解釋了擺動為什么不出現在密碼的第一個(5’)位置上。4.三個密碼子指導鏈的終止：的特殊蛋白質所閱讀(細菌中為RF1和RF2,在真核生物種為eRF1)。5.遺傳密碼是如何破譯的?混合多聚核苷酸使其它密碼子的組成得以確定。6.支配遺傳密碼的三條規(guī)律：第一條規(guī)律是密碼子從5’→3’方向閱讀。最后一條規(guī)律是信息在固定的可讀框上翻譯，這些可讀框是由起始密碼子設定的。答：引起編碼一種特異氨基酸的密碼子成為編碼另一