分子生物学重点

乳糖操纵子的调节机制1、乳糖操纵子的组成：大肠杆菌乳糖操纵子含Z、Y、A三个结构基因，分别编码半乳糖苷酶、透酶和半乳糖苷乙酰转移酶，的负性调节：没有乳糖存在时，I基此外还有一个操纵序列O，一个启动子P。上游还有一个调节基因I。2、阻遏蛋白因编码的阻遏蛋白结合于操纵序列O处，乳糖操纵子处于阻遏状态，不能合成分解乳糖的三种酶；有乳糖存在时，乳糖作为诱导物诱导阻遏蛋白变构，不能结合于操纵序列，乳糖操纵子被诱导开放合成分解乳糖的三种酶。所以，乳糖操纵子的这种调控机制为可诱导的负调控。CAP蛋白的正性调节：在启动子上游有CAP结合位点，当大肠杆菌从以葡萄糖为碳源的环境转变为以乳糖为碳源的环境时,cAMP浓度升高，与CAP结合，使CAP发生变构，CAP结合于乳糖操纵子启动序列附近的CAP结合位点，激活RNA聚合酶活性，促进结构基因转录，调节蛋白结合于操纵子后促进结构基因的转录，对糖操纵子实行正调控，加速合成分解乳糖的三种酶。协调调节：乳糖操纵子中的I基因编码的阻遏蛋白的负调控与CAP的正调控两种机制，互相协调、互相制约。不同情况下，乳糖操纵子 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达三种分解乳糖酶基因的情况Glucose+lactose+verylowlevel均不结合Glucose-lactose+stronglyexpressedGlucose+lactose-notexpressedGlucose-lactose-notexpressed阻遏蛋白结合在O区，CAP蛋白结合在CAP-bindingsite。色氨酸操纵子调控机制1．色氨酸操纵子结构：色氨酸操纵子包含操纵基因O，启动子P，及5个结构基因A、B、C、D、E.E与O之间有一段前导序列L。色氨酸操纵子上游存在调节基因R，编码阻遏蛋白。2.阻遏调控：当培养基中无色氨酸时，R编码的阻遏蛋白不与O结合，结构基因表达催化合成色氨酸的酶。当培养基中有大量色氨酸时，阻遏蛋白与色氨酸结合而改变构象，形成活性阻遏物,与O结合，阻遏结构基因转录。3.衰减调控：L中含有4段特殊序列：序列1编码一个前导肽，前导肽的第10、11位是色氨酸；序列2-3或序列3-4可形成茎环结构。3-4茎环结构是一个转录终止子结构，称为衰减子。当色氨酸缺乏时，前导肽的翻译停滞于色氨酸密码处，序列2-3形成茎环结构，使序列3、4不能形成衰减子结构，结构基因得以完全转录；当色氨酸充足时，核糖体快速翻译前导肽，并对序列2形成约束，使序列3-4形成衰减子结构，下游的结构基因不被转录。随堂测验：1.大肠杆菌乳糖操纵子模型中，参与负调控与正调控的小分子分别为？当环境中的葡萄糖和乳糖均丰富时，哪一种调控蛋白可以结合到相应的DNA位点上。负调控的小分子蛋白是由调节基因编码lacI的阻遏蛋白,正调控的小分子蛋白是CAP蛋白，当环境中的葡萄糖和乳糖均丰富时，开始利用葡萄糖，乳糖操作子不表达，因此是阻遏蛋白结合到相应的DNA位点（lacO）。2.常见的DNA结合蛋白具有哪些保守的结构基序（motif），例举4种1.同源框结构域（螺旋-转折-螺旋）；是一段典型的螺旋-转折-螺旋DNA结合结构域，由3段α螺旋组成，其中的2段负责二聚化，第3个α-螺旋负责识别DNA大沟，沿着该螺旋边缘的氨基酸残基同碱基之间一一对应。2.锌指结构（Zn-finger）,Zn原子同β折叠中的半胱氨酸残基和α螺旋中的组氨酸残基相互作用（C2H2），稳定DNA结构域，是1个由α-螺旋和β折叠组成的，其中α-螺旋为识别螺旋，通过β-折叠伸向DNA乳糖操纵子的突变与表达:突变突变类型突变结果部分二倍体有诱导物存在LacOC操纵区组成型突变阻遏蛋白不能与之结合。顺式显性作用，相应的链持续性表达lacI-lacI-编码的阻遏蛋白不能结合到操纵区突变的阻遏蛋白不能结合到操纵区，乳糖分解相关基因持续表达，在部分二倍体中，正常的阻遏蛋白可以在诱导物存在的情况下结合但突变的阻遏蛋白那条链的操纵区lacIss代表superrepressor,突变的阻遏蛋白无论诱导物存在与否都可以结合到操纵区有无诱导物，都发挥阻遏作用，没有酶产生lacI-dd代表dominance，显性负突变，与lacI-的区别在于是lac-d是显性负突变，会影响正常二倍体链的lacI的阻遏蛋白发挥作用负控阻遏作用消失，持续型合成。lacIQlacISQQ代表数量quantitySQ代表superquantity·BasepairmutationofthelacIpromoter,canbeupordownmutations(increaseordecreaselacItranscriptionrate)•ThelacIQandlacISQ(quantity&superquantity)mutantsproducemorerepressorthanlacI+reducestheefficiencyofinductionoflacoperon.Higherlactoseconcentrationcanovercomethesemutations色氨酸浓度很低时，核糖体通过速度很慢，滞留在1区，前导区2-3配对，形成的是反终止子结构，转录继续色氨酸浓度很高时，核糖体顺利通过，1-2区形成配对，3-4区配对形成终止子结构，转录停止。当色氨酸密码子突变成终止密码子，不论色氨酸存不存在，核糖体停在1区，前导区2-3配对，形成反终止子结构，转录继续，也就是衰减作用的丧失。结构基因在2种情况下都能被转录，参与色氨酸生物合成酶系合成λ噬菌体的基因调控首先了解下λ噬菌体的基因组其中重要的是的元件是：PL=promoterforleftwardT/CoftheleftearlyoperonPR=promoterforrightwardT/CoftherightearlyoperonPRE=promoterforrepressorestablishmentPRM=promoterforrepressormaintenance3种类型的基因1.早早期基因:N（反终止子结构）,Cro蛋白(regulatorsfordelayedearlygenes)2.晚早期基因:replication,recombination,andregulation(cII,QandcIII)O,P3.晚期基因:headtailproteins,celllysisrelatedproteinsλ噬菌体的基因调控过程1.噬菌体侵入后，从PL1和PR1开始转录，形成N蛋白和Cro蛋白，N蛋白是反终止子结构，导致RNA聚合酶越过继而导致cII和cIII的表达，cII开启从PRE开始的cI合成,从而建立阻抑物维持回路，并阻止早期基因表达。2.产生的cI启动正调节回路，从PRMc处开始转录产生更多的cI蛋白（λrepressor）,并结合到OL1、OL2和OR1、OR2,阻止N蛋白和Cro蛋白的表达，使得λ噬菌体进行溶源状态。3.当环境诱导如UV射线，RecA导致cI的降解，Cro蛋白继而表达，Cro蛋白可以结合在OR3处阻止cI（λrepressor）的表达,Q蛋白表达聚集，使得晚期基因表达（包装、裂解相关蛋白）从而进入裂解周期，实现溶源周期和裂解周期转变的关键蛋白是cII蛋白在宿主生理状态比较好，即营养条件比较适合，菌体代谢旺盛的情况下，cII蛋白没有活性，噬菌体倾向于进行裂解发育；而宿主生理状态不是很理想的状态下，cII蛋白有活性，能够启动溶源态的建立。Lecture4笔记Lecture5笔记真核生物的基因表达调控的层面：1.转录；2.RNA前体加工；3.mRNA转运；4.翻译；5.RNA降解；6.蛋白质降解酵母半乳糖代谢调控GAL4蛋白是酵母半乳糖代谢的调控蛋白，它有2个结构域：DNA结合结构域（Zn指结构，以2聚体形式发挥作用，可以将激活结构域结合到启动子上）、DNA激活结构域（激活下游基因的表达）。UASG（Upstreamactivatorsequence-galactose半乳糖上游激活序列）是GAL4结合位点，UASG使得半乳糖存在时半乳糖代谢的3个基因GAL7与GAL10、GAL1处于GAL4蛋白的调控之下。3个半乳糖代谢相关基因与UASG的的位置如下：应用：酵母双杂：利用UAS上的Gal4BD结合bait（诱饵蛋白），GalAD结合prey蛋白，如果2者可以相互作用，那么GAL4的Bindingdomain和activatingdomaing可以结合，并激活下游 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基因的表达。细菌双杂：改进的TALE-TFs酵母半乳糖代谢调控的内容：GAL4有2个独立功能的结构域，DNA结合结构域和DNA激活结构域：1.当没有半乳糖存在时，GAL4蛋白的激活结构域与GAL80蛋白结合，GAL4处于未活化的状态；2.当有半乳糖存在时，半乳糖会结合上GAL80蛋白的半乳糖代谢结合位点，使得GAL4蛋白磷酸化且构象发生改变，从而发挥激活结构域的作用。比较细菌的乳糖操纵子调控和酵母的半乳糖代谢：乳糖是异构调节，半乳糖是代谢调节乳糖阻遏蛋白有DNA结合结构域和诱导物结合结构域，GAL4有DNA结合结构域和激活结构域乳糖操纵子的调节过程：半乳糖代谢的调节过程：激素：是由细胞分泌的效应分子，很低的浓度即可以在其他细胞中产生生理效应。激素一般分为2大类：多肽类激素及类固醇激素；多肽类激素不能自已穿过细胞膜，受体在细胞膜表面，类固醇激素可以自由穿过细胞膜，受体位于细胞内。不同的类固醇激素具有不同的侧链，显示出组织特异性。固醇类激素（Steroidhormone）通常作为效应因子，SHRs（固醇类激素受体）作为调控因子：在没有激素存在条件下，SHRs被伴侣素90保护起来，没有活性；在有固醇类激素存在条件下，固醇类激素可以替换伴侣素，并与SHR组成激活复合体。激活复合体可以激活被其调节的基因上的DNA保守序列HREs。HREs通常位于它所控制的基因的启动子的1kb之内,并且有多个copy。固醇类受体复合体的功能取决于它与其他调节因子的相互作用，因为其他调控蛋白对于细胞类型是特异的，可以形成不同的基因表达模式。植物中的激素控制基因表达植物激素有5种主要类型：乙烯；脱落酸；吲哚乙酸；玉米素；赤霉素。赤霉素对于大麦种子萌发的影响：胚乳产生赤霉素并扩散到最外层的糊粉层，糊粉层进而分泌α-淀粉酶，可以分解内胚层中的淀粉，供给胚乳营养，内胚层中的淀粉被耗尽时，植物以及可以依赖光合作用。前体RNA加工包括5’端加帽，3’加poly（A）尾和可变性剪接。5’端加帽在mRNA合成开始即完成，3’poly（A）尾可以有多个加polyA位点。RNA剪接前体mRNA，移除内含子。蛋白质异型体（proteinisoforms）：一些功能上相关，而结构不同的蛋白质形式，是由于mRNA的选择性剪接导致同一个基因编码不同结构但来源相同的蛋白质。||人降钙素基因表达在甲状腺和脑神经元中表达不同的降钙素，是通过选择性加尾和选择性剪接实现的。果蝇的性别决定：性别主导调节基因Sxl（性致死基因sexlethal）有8个外显子，3号外显子有1个终止子，在雌性中，剪接移除了3号外显子以及所有内含子形成有功能的Sxl（Sexlethal），在雄性中可变剪接移除了所有的内含子但是没有去掉3号外显子。雌性的Sxl可以编码Tra基因，形成有活性的transformer蛋白，从而指导dsxpre-mRNA的转录表达，抑制雄性特定基因表达。mRNA转运控制：约有50%的编码的前RNA在细胞核中被降解。snRNPs对于将mRNA留在核内发挥重要作用。剪接体（splicesome）内含子的剪切是由2步连续的转酯反应完成的。剪接过程是由剪接体所介导的，剪接体由5种小分子核RNA（U1、U2、U4、U5、U6）与蛋白质组成的snRNPs小核糖核蛋白构成。伪装mRNA（maskedmRNA）在未受精的卵细胞内储藏的一类mRNA，这类mRNA一旦与蛋白发生结合，一方面抑制了翻译的进行，另一方面避免了mRNA被RNA酶降解，受精后，这种抑制作用在几分钟后会被迅速解除。Poly（A）尾可以促进翻译的起始，一般情况下，活性的mRNA有100-300As,而没有活性的mRNA只有15-90个As；polyA尾3’非翻译区上游有一段ARE（AU-rich-element）序列作为加尾信号，在聚腺苷化酶作用下添加上多A。mRNA的降解有2种途径，1是去腺苷化依赖途径，当polyA尾短到不能结合polyA尾结合蛋白（PABP）,5’端帽子被DCP1去掉，然后由5’-3’外切酶降解。2是不依赖去腺苷化途径，酵母不依赖于DCP1,由5’-3’外切酶快速降解或者在内部断裂进而被降解。蛋白质的泛素化降解过程：①泛素活化酶（在ATP的供应下，泛素活化酶粘附在泛素分子上活化泛素分子）②泛素结合酶（将活化的泛素分子转运至泛素连接酶）③泛素连接酶E3通过催化活化泛素分子与蛋白质之间的Lys异肽键的形成将泛素分子连接到蛋白质上；通过上述步骤的重复，形成具有寡聚泛素化链的泛素化靶蛋白。泛素化标签被蛋白酶体帽识别，利用ATP水解的能量驱动泛素分子的切除和靶蛋白的去折叠，去折叠的蛋白质被转移至26S蛋白酶体核心降解。蛋白质N端的氨基酸决定了泛素分子可以结合蛋白的速率，如N末端氨基酸残基是Lys或Arg，2min内即可被降解。第7课Lecture6笔记2020.11.2发育分化过程中的长期-基因调控1.发育和分化的概念2.基因组仍然在发育过程中保持恒定，还是有DNA的丢失？发育过程涉及恒定基因组的程序性基因激活和抑制3.发育过程中不同基因的活性-血红蛋白4.基因是怎么安排以产生抗体多样性的1.Developmentistheprocessofregulatedgrowththatresultsfromthegenome’sinteractionwithcytoplasmandthecellularexternalenvironmentandinvolvesaprogrammedsequenceofcellular-levelphenotypiceventsthataretypicallyirreversible发育是由基因组与胞质和胞外环境的相互作用的调控过程，涉及一系列细胞水平的不可逆的表型现象。2.细胞决定是指细胞在发生可识别的形态变化之前,就已受到约束而向特定方向分化,这时细胞内部已发生变化,确定了未来的发育命运。3.Differentiation,themostspectacularaspectofdevelopment,involvestheformationofdifferenttypesofcells,tissuesandorgansthroughtheprocessesofspecificregulationofgeneexpression细胞分化指同一来源的细胞逐渐产生出形态结构、功能特征各不相同的细胞类群的过程，其结果是在空间上细胞产生差异，在时间上同一细胞与其从前的状态有所不同。细胞分化的本质是基因组在时间和空间上的选择性表达，通过不同基因表达的开启或关闭，最终产生标志性蛋白质。4.人的血红蛋白表达：细胞发育和分化依靠特定基因的激活或抑制。人的血红蛋白Hb由4个亚基组成（α2β2四聚体），每个亚基由1条肽链和1个血红素分子构成（形成的球形可以将血红素分子抱在里面）。血红蛋白有多种类型，但在成人血液中只发现了血红蛋白A（Hb-A）,这是由于在人发育过程的不同阶段会表达不同的血红蛋白编码基因：1、在卵黄囊时期（O-8周）表达ξkexi和εepsilon，2、在胚胎时期（8周-出生）是α、γ高表达以及β基因低表达处血红蛋白，出生后主要是α、β高表达、γ、δ低表达处血红蛋白，也就是说基因含量在发育过程中保持不变，在不同时期是编码血红蛋白的不同基因表达所致。5.镰刀型细胞贫血症：镰刀型细胞贫血是一种常染色体显性遗传血红蛋白病，由β链第5位氨基酸谷氨酸突变成缬氨酸所致，聚集成镰刀状血红蛋白（HbS）,取代了政策的HbA,HbS镰刀型型细胞变形性差，可受血管基质和单核巨噬细胞吞噬而发生溶血。6.抗体多样性的原因：抗体基因重排，即轻链和重链的多样性是由于基因重排导致的，多样性的原因1是由于L链的V区、J区、多样性，V区、J区不精确的连接。重链的多样性1是由于V区、D区、J区多样性，2是由于可变区不精确的连接。7.体细胞重组somaticrecombination☆淋巴细胞在发育成熟的过程中，抗体基因通过不同的基因片段的排列组合，产生抗体多样性的淋巴B细胞的过程。RNA在基因调控中的作用磷酸化甲基化乙酰化修饰活跃乙酰化修饰不活跃甲基化DNA的甲基化修饰组蛋白介导蛋白complex需要记住体细胞重组RNA介导的基因调控2种分子的介导的过程