天津科技大学分子生物学复习总结(11)
本站小编 免费考研网/2015-09-20
增强子通常具有下列特性： A、增强效应十分明显。 B、增强效应与其位置和取向无关。 C、大多为重复序列（50bp）。 D、其增强效应有严密的组织和细胞特异性。 E、没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应； F、许多增强子还受外部信号的调控。
7. 3 反式作用因子
根据各个蛋白质成分在转录中的作用，能将整个复合物分为3部分：
参与所有或某些转录阶段的RNA聚合酶亚基，不具有基因特异性。
与转录的起始或终止有关的辅助因子，不具有基因特异性。
与特异调控序列结合的转录因子。
7. 3. 1 反式作用因子中的DNA识别或结合域
反式作用因子是能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上（表7-5），参与调控靶基因转录效率的蛋白质
A、螺旋-转折-螺旋（helix-turn-helix, H-T-H）结构。这一类蛋白质分子中有至少两个α螺旋，中间由短侧连氨基酸残基形成“转折”，近羧基端的α螺旋中氨基酸残基的替换会影响该蛋白质在DNA双螺旋大沟中的结合。
B、锌指（Zinc finger）蛋白：包括锌指、锌钮(twist)和锌簇(cluster)结构，有锌参与时才具备转录调控活性。与DNA的结合较为牢固，特异性也很高。
C、碱性-亮氨酸拉链（basic-leucine zipper），即bZIP结构。蛋白中每隔6个氨基酸就有一个亮氨酸残基，导致第7个亮氨酸残基都在螺旋的同一方向出现。
以二聚体形式与DNA结合，亮氨酸拉链区并不直接结合DNA，肽链氨基端20～30个富含碱性氨基酸结构域与DNA结合，但以碱性区和亮氨酸拉链结构域整体作为基础。
D、碱性-螺旋-环-螺旋（basic-helix/loop/helix，即bHLH结构）在免疫球蛋白κ轻链基因的增强子结合蛋白E12与E47中，羧基端100～200个氨基酸残基可形成两个两性α螺旋，被非螺旋的环状结构所隔开，蛋白质的氨基端则是碱性区，其DNA结合特性与亮氨酸拉链类蛋白相似。
bHLH类蛋白只有形成同源或异源二聚体时，才具有足够的DNA结合能力。当这类异源二聚体中一方不含有碱性区（如Id或E12蛋白）时，该二聚体明显缺乏对靶DNA的亲和力。
E、同源域（homeodomains) 是指编码60个保守氨基酸序列的DNA片段，它广泛存在于真核生物基因组内，由于最早从果蝇homeoticloci（该遗传位点的基因产物决定了躯体发育）中克隆得到而命名，同源转换基因与生物有机体的生长、发育和分化密切相关。
7. 3. 2 转录活化结构域
在真核生物中，反式作用因子的功能由于受蛋白质-蛋白质之间相互作用的调节变得精密、复杂，完整的转录调控功能通常以复合物的方式来完成，因此，是否具有转录活化域就成为反式作用因子中唯一的结构基础。
不同的转录活化域有下列特征性结构：
A、带负电荷的螺旋结构。B、富含谷氨酰胺的结构。C、富含脯氨酸的结构。
7. 4 真核基因转录调控的主要模式
细胞是生命活动的基本单位。细胞通过DNA的复制和细胞分裂将本身所固有的遗传信息由亲代传至子代，实现增殖繁衍。它们还不断地“感知”环境变化，并对其作出特定的应答。
细胞应答可以分为3个阶段：
①外界信息的“感知”，即由细胞膜到细胞核内的信息传递；
②染色质水平上的基因活性调控；
③特定基因的表达，即从DNA→RNA→蛋白质的遗传信息传递过程。
7. 4. 1 蛋白质磷酸化、信号转导及基因表达
蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程是生物体内普遍存在的信息传导调节方式，几乎涉及所有的生理及病理过程，如糖代谢、光合作用、细胞的生长发育、神经递质的合成与释放甚至癌变等等。
A、受cAMP水平调控的A激酶：依赖于cAMP的蛋白激酶称为A激酶（PKA），它能把ATP分子上的末端磷酸基团加到某个特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上。
B、C激酶：该蛋白激酶活性是依赖于Ca2+的，所以称为C激酶（PKC）。
C、CaM激酶及MAP激酶：Ca2+的细胞学功能主要通过钙调蛋白激酶（CaM-kinase）来实现的，它们也是一类丝氨酸/苏氨酸激酶，但仅应答于细胞内Ca2+水平。
D、酪氨酸蛋白激酶（PTK）途径：包括跨膜受体家族与胞质非受体家族两大类。
7. 4. 2 激素及其影响
许多类固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮质激素和雄激素）以及一般代谢性激素（如胰岛素）的调控作用都是通过起始基因转录而实现的。
7. 4. 3 热激蛋白诱导的基因表达
能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而控制基因特异表达的DNA上游序列称为应答元件（response element）.主要有
热激应答元件（heat shock response element，HSE）糖皮质应答元件（glucocorticoid response element，GRE）金属应答元件（metal response element，MRE）。
应答元件与细胞内专一的转录因子相互作用，协调相关基因的转录。
7. 5 其他水平上的基因调控
7. 5. 1 RNA的加工成熟
简单转录单位。这类基因只编码产生一个多肽，其原始转录产物有时需要加工，有时则不需要加工。这类基因转录后加工有3种不同形式。
mRNA的稳定性与基因表达调控(例)
高等生物中转运铁蛋白受体（TfR）和铁蛋白负责铁吸收和铁解毒，其mRNA上存在铁应答元件（iron response element，IRE）。
IRE与IRE结合蛋白（IREBP）相互作用控制了这两个mRNA的翻译效率。细胞中能产生两个数量级的蛋白水平差异，却没有在mRNA水平上发现显著差异。
课外作业真核生物基因表达调控的类型和主要过程。
第八章 基因组与比较基因组学(初步了解)
8. 1 人类基因组计划
到目前为止，已经完成了酵母、线虫、果蝇、拟南芥、人类、小鼠和水稻等7个真核生物基因组以及大肠杆菌等上百个原核生物基因组。
基因组学这一名词是美国人T.H.Roderick在1986年7月造出来的，与一个新的杂志——Genomics一道问世，它着眼于研究并解析生物体整个基因组的所有遗传信息。
基因组是生物体内遗传信息的集合，是某个特定物种细胞内全部DNA分子的总和。人类基因组包括23对染色体，单倍体细胞中约有30亿对核苷酸，编码了5-6万个基因，人类基因组中携带了有关人类个体生长发育、生老病死的全部遗传信息。
从整体上看，不同人类个体的基因是相同的，因此，我们说“人类只有一个基因组”，人生来是平等的。当然，不同的人可能拥有不同的等位基因，这一点决定了人与人之间个体上的差异。
8. 1. 1 人类基因组计划的科学意义
（1）确定人类基因组中约3-4万个编码基因的序列及其在基因组中的物理位置，研究基因的产物及其功能。
（2）了解转录和剪接调控元件的结构与位置，从整个基因组结构的宏观水平上理解基因转录与转录后调节。
（3）从整体上了解染色体结构，了解各种不同序列在形成染色体结构、DNA复制、基因转录及表达调控中的影响与作用。
（4）研究空间结构对基因调节的作用。
（5）发现与DNA复制、重组等有关的序列。
（6）研究DNA突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子机制，为疾病诊断、预防和治疗提供理论依据。
（7）确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列，研究其周围序列的性质。
（8）研究人类个体之间的多态性（SNP）情况，用于基因诊断、个体识别、亲子鉴定、组织配型、发育进化等许多医疗、司法和人类学的研究。
8. 1. 2 遗传图（Genetic Map）
又称连锁图（Linkage Map），是指基因或DNA标志在染色体上的相对位置与遗传距离，通常以基因或DNA片段在染色体交换过程中的分离频率厘摩（cM）来表示。cM值越大，两者之间距离越远。
产生配子的减数分裂过程中，亲代同“号”的父源或母源染色体既能相互配对也可能发生片段互换，而父母源染色体等位基因互换导致子代出现DNA“重组”的频率与这两个位点之间的距离呈正相关，所以，用两个位点之间的交换或重组频率来表示其“遗传学距离”。
由于不能对人类进行“选择性”婚配，而且人类子代个体数量有限、世代寿命较长，呈共显多态性的蛋白质数量不多，等位基因的数量不多。
DNA技术的建立为人类提供了大量新的遗传标记。
第一代DNA遗传标记是RFLP（Restriction Fragment Length Polymorphism，限制性片段长度多态性）。DNA序列上的微小变化，甚至1个核苷酸的变化，也能引起限制性内切酶切点的丢失或产生，导致酶切片段长度的变化。
由于核苷酸序列的改变遍及整个基因组，特别是进化中选择压力不是很大的非编码序列之中，RFLP的出现频率远远超过了经典的蛋白质多态性。而且，只要选择得当，生物体内出现共显性RFLP及RAPD分子标记的频率较高。
第二代DNA遗传标记利用了存在于人类基因组中的大量重复序列
重复单位长度在15-65个核苷酸左右的小卫星DNA（minisatellite DNA）；
重复单位长度在2-6个核苷酸之间的微卫星DNA（microsatellite DNA），后者又称为简短串联重复（STR、STRP或SSLP，short tandem repeat polymorphism或者simple sequence length polymorphism)。
STRP的优点是“多态性”与“高频率”。由于(A)n，(CA)n，(CGG)n等短重复序列在进化上不受选择，在同一位点上可重复单位数量变化很大，配对时又容易产生“错配”，使这样的位点遍布于整个基因组。
已有5264个STRP为主体的遗传标记“连锁图”，平均分辨率已达600kb，其中第17号染色体上平均每495 kb有一个标记，第9号染色体上平均每767 kb有一个标记，整个基因组中只有三处标记间距大于4Mb。
占人类基因组约45%的重复序列来源于转座子复制机制。
序列分析表明，四类转座子产生了这些重复序列，其中前三类转座子以RNA为中间产物进行转座，最后一类则直接以DNA的形式转座。
LINEs（long interspersed elements）可能是人类基因组中最古老的重复序列，一般长5-6 kb，含有RNA聚合酶II启动子序列和两个可读框.
SINEs（short interspersed elements）是非自主转座子，长约100~400 bp，其3’末端与LINEs有同源性，因此能依靠LINEs进行转座。
第三代DNA遗传标记，可能也是最好的遗传标记，是分散于基因组中的单个碱基的差异，即单核苷酸的多态性（SNP），包括单个碱基的缺失、插入和替换：
SNP中大多数为转换，即由一种嘧啶碱基替换另一种嘧啶碱基，或由一种嘌呤碱基替换另一种嘌呤碱基，颠换与转换之比为1：2。
SNP有可能在密度上达到人类基因组“多态”位点数目的极限。估计人类基因组中可能有300万个SNP位点！
SNP与RFLP和STRP标记的主要不同之处在于，它不再以DNA片段的长度变化作为检测手段，而直接以序列变异作为标记。
“遗传图”的建立为人类疾病相关基因的分离克隆奠定了基础。拥有5000多个遗传学位点，相当于把整个人类基因组划分为5000多个小区，并分别设置了“标牌”。如果在家系中证实该基因与某个标记不连锁（重组率为50%），表明该基因不在这一标记附近。
如果发现该基因与某个标记有一定程度的“连锁”（重组率小于50%但大于0），表明它可能位于这个标记附近。
如果该基因与某标记间不发生重组（重组率等于0），我们就推测该标记与所研究的疾病基因可能非常接近。
8. 1. 3 物理图（Physical Map）
人类基因组的物理图是指以已知核苷酸序列的DNA片段（序列标签位点，sequence-tagged site，STS）为“路标”，以碱基对（bp，kb，mb）作为基本测量单位（图距）的基因组图。
物理图的主要内容是建立相互重叠连接的“相连DNA片段群”（contigs）。
8. 1. 4 转录图（Expression Profiling）
人类的基因转录图（cDNA图），或者基因的cDNA片段图，即表达序列标签图（EST，expressed sequence tag）是人类基因组图的雏型。
在成年个体的每一特定组织中，一般只有10%~20%的结构基因（约1~2万个不同类型的mRNA）表达。
8. 1. 5 人类基因组的序列图（Human Genome Sequence）
人类基因组的核苷酸序列图是分子水平上最高层次、最详尽的物理图。测定总长约1米、由30亿个核苷酸组成的全序列是人类基因组计划的最终目标（图10-10）。
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