基因的分子生物学读书笔记

第1篇化学和遗传学第1章孟德尔学派的世界观1.孟德尔定律是什么?答：显性和隐性基因都是独立传递的，并且在性细胞形成过程中能够独立分离。这个独立分离规律(principleofindependentsegregation)经常被称为孟德尔第一定律。基因存在，并且每一对基因在性细胞发育过程中，都可以独立地传递到配子中。这一独立分配律(principleofindependentassortment)经常被称为孟德尔第二定律。第2章核酸承载遗传信息答：1956年，Crick提出将遗传信息的传递途径称为中心法则(centraldogma)。转录翻译地，蛋白质的合成(翻译，translation)是以RNA为模板的。更为重要的是，最后两个箭头表示的过程，只能单方向存在，也就是说，不能由蛋白质模板合成RNA。也难以想象由在第11章中要提到的，有时RNA链确实可以作为互补的DNA的模板约50年前提出的中心法则在今天看来仍然是基本正确的。第3章弱化学作用的重要性1.弱化学键主要有4种：答：范德华力，疏水键，氢键及离子键。2.弱化学键的作用：答：介导了到分子内/间的相互作用，决定了分子的形状及功能。第4章高能键的重要性1.蛋白质与核酸的形成：答：蛋白质是氨基酸间通过肽键连接，核苷酸间通过磷酸二脂键连接而形成核酸。以上2种重要生物大分子的形成都是由高能的p~p水解提供能量，对反应前体进行活化。第5章弱、强化学键决定大分子的结构定和维持。除少数特例外，对这种弱的相互作用的破坏(如加热或去污剂),即使不破坏共答：1级结构(primarystructure):多肽链中氨基酸的线性顺序。2级结构(secondarystructure):邻近的氨基酸通过弱的相互作用形成二级结构。最基本的二级结构是a螺旋和β折叠。二级结构可通过计算机做准确预测。3级结构(tertiarystructure):多肽链在二级结构基础上形成的空间结构。可用x4级结构(quaternarystructure):多亚基蛋白所形成的结构。第2篇基因组的维持形式相互缠绕。双螺旋两条单链的骨架是由糖和磷酸基团交替构成的；碱基朝向骨架的内的一个特点。与此相反，多核苷酸链中碱基的排列顺序却是无规律的，碱基排列顺序的不习惯上，DNA序列由5’端(在左边)向3’端书写，一般5’端是磷酸基而3’端是答：腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)配对，鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)配对的结果是使两条答：有时单个的碱基会从双螺旋中突出，这种值得注意的现象叫做碱基翻出(base4.DNA双链可以分开(变性)和复性：答：当DNA溶液温度高于生理温度(接近100℃)或者pH较高时，互补的两条链就可分开，这个过程称为变性(denaturation)。DNA双链完全分开的变性过程是可逆的，当变性DNA子具有复性的能力，因此来源不同的两条DNA分子链通过缓慢降温也可形成人工杂交分子。在第20章里，两条单链核酸形成杂交分子的能力被称为杂交(hybridiztion)。这是分子生物学中几项不可缺少的技术的基础。例如，Souther分析(第18章，框18-1)。光吸收值(absorbance)在260nm处明显增加，这种现象称为增色效应(hyperchromicity);5.连环数由扭转数和缠绕数共同决定：答：连环数(linkingnumber)是指要使两条链完全分开时，一条链必须穿过另一条链的次数(用Lk表示)。连环数是扭转数(twistnumber,用Tw)和缠绕数(writhenumber,用Wr表示)这两个几何数的总和。扭转数仅仅是一条链旋绕另一条链的螺旋数，即一条链完全缠绕另一条链的次数。在三维空间里双螺旋的长轴经常重复地自我交叉，这称为缠绕数。答：负超螺旋含有自由能，可以为打开双链提供能量，使DNA复制和转录这样的解离双链的过程得以顺利完成。因为Lk=Tw+Wr,负超螺旋可以让双螺旋扭转数减少，负超螺旋区域7.拓扑异构酶有2种基本类型：提供的能量来催化这一反应。相反，拓扑异构酶I一步就可以改变DNA的连环数，其作用扑异构酶Ⅱ相比，拓扑异构酶I不需要AT原核生物还拥有一种特殊的拓扑异构酶Ⅱ,通称为促旋酶，它引入而不是去除负超螺结构，但是缺乏5’甲基基团。胸腺嘧啶实际上是5’甲基-尿嘧啶。9.碱基对也可以发生在不相邻的序列中，形成称为“假结”(pseudoknot)的复杂结构。10.RNA具有额外的非Watson-Crick配对的碱基，如G:U碱基对，这个特征使RNA更易于辅助因子(如金属离子)结合位点。12.RNA的功能有哪些?是一种遗传物质(主要为病毒的遗传物质);可以作为一种调节分子主要通过序列互补结合阻止蛋白质的翻译。第7章染色体、染色质和核小体(2)核小体(nucleosome):DNA与组蛋白结合所形成的结构称为核小体(nucleosome)。(3)染色体是环状或线状的。答：大多数真核细胞是二倍体(diploid),也就是说，细胞中每条染色体有两个拷贝。同核生物中的所有细胞并非都是二倍体，某些细胞是单倍体或多倍体。单倍体(haploid)细胞每条染色体只有一个拷贝，并且参与有性生殖(例如，精子和卵子都是单倍体细胞)。多答：基因组的大小(单倍染色体中DNA的长度)在不同的生物种有相当大的变化。由于生物的复杂性越高所需的基因也就越多。因此基因组的大小与生物体的复杂性相关也就不足答：首先，当生物体的复杂性增加时，负责指导和调控转录的DNA区段——调控序列 (regulatorysequence的长度显着增长；其次，在真核生物种编码蛋白质的基因通常是于13bp)串联重复序列构成。基因范围的重复序列(genemo-widerepeat)要比微卫星大转座元件是指能从基因组的一个位置移动到另一个位置的序列，这个过程称为转座6.真核染色体在细胞分裂过程中需要着丝粒、端粒和复制起始位点：答：(1)复制起始位点(originsofreplication)是DNA复制机制集合并起始复制的位(2)着丝粒(centromere)是DNA复制后染色体正确分离所必需的。与复制起始位点相似，着丝粒指导一个精细的蛋白质复合体的形成，此结构也称为动粒(kinetochore)。(3)端粒(telomere)位于线性染色体的两端。端粒通过一种特殊的DNA聚合酶——端粒酶(telomerase)来完成线答：细胞完成一轮分裂所需要的过程称为细胞周期(cellcycle)。大多数真核细胞的分裂会使子代细胞维持与父本细胞一致的染色体数目。这种分裂类型称为细胞的有丝分裂有丝分裂的细胞周期可以分为期：G、S、G和M。DNA合成发生在细胞周期的合成期或期(synthesis或Sphase),导致每条染色体的复制。复制后配对的每条染色体叫做一条染色单体(chromatid),配对的两条染色单体称为姐妹染色单体(sisterchromatid)。复制后的姐妹染色单体通过一个叫做黏粒 (cohesia的分子聚在一起，这一过程称为姐妹染色单体的聚集(sisterchromatidcohesion),这种状态一直维持到染色体的相互分离。染色体分离发生在细胞周期的有丝分裂期或M期(mitosis,Mphase)。答：见书P151图7-15和P153图7-16。八聚体约1.65圈。10.组蛋白是带正电荷的小分子蛋白质：答：组蛋白是目前所知的与真核DNA相关的丰度最高的蛋白质。真核细胞一般包括5种组在每种核心组蛋白中都存在一个保守区域，称为组蛋白折叠域(histone-folddomain),调节这些组蛋白中间体的组装。结合；然后两个H2A·H2B二聚体结合到H3·H4-DNA复合体，形成最后的核小体。每个核心组蛋白有一个N端延伸，称为“尾巴”,这是因为它没有一个确定的结构，而答：组蛋白八聚体与DNA相互作用的稳定性受到大的蛋白复合体——核小体重塑复合体(nucleosomeremodelingcomplex)的影响。这些多蛋白复合体利用ATP水解释放的能量，16.某些核小体在体内处于特定的位置：核小体的定位：答：由于核小体与DNA的动态相互作用，大多数核小体的位置是不固定的。但在有些情况，对核小体的位置，或称为核小体的定位(positioning),进行限制是有利的。答：当组蛋白从细胞中分离出来，其N端尾通常被许多种小分子修饰。在尾部的赖氨酸经常被乙酰基或甲基修饰，而丝氨酸主要受磷酸化修饰。一般来说，乙酰化的核小体与染色体上转录活跃的区域结合，而脱乙酰化的核小体与染色质上转录受抑制的区域结合。与乙酰化不同，N端尾不同部位上的甲基化使核小体可以与抑制的和活化的染色质都能结合，这取决于组蛋白尾上被修饰的特定的氨基酸。18.DNA复制后核小体立即被组装：答：当复制叉经过时，核小体解体为亚组装部件。H3·H4四聚体似乎仍随机地与两个子代双螺旋之一结合，并不从DNA上释放而成为游离的成分。相反，H2A·H2B二聚体被释放且进入局部的环境，参与新的核小体的组装。答：在生理盐浓度下对核小体组装的研究鉴定出一些能指导组蛋白在DNA上组装的因子。这些因子是带负电荷的蛋白质，与H3·H4四聚体或H2A·H2B二聚体形成复合体，并护送它们到核小体组装的位点。由于这些因子可以避免组蛋白与DNA发生无效的相互作用，因能与其他蛋白质发生作用。CAF-1与释放的PCNA结合，H1来进行进一步压缩DNA,开成染色质形式(30nm纤丝),在细胞分裂间期，染色质进一聚合酶的3个结构域被称为拇指、手指和手掌。手掌域由一个β折叠片构成，含有催化位点的基本元件，尤其是DNA聚合酶的这一区域结合2个二价金属离子(镁离子和锌离子),可以改变正确剪辑配对的dNTP和引物3'-OH周围的化学环境。除了催化作用外，手掌域还负责检查最新功能：1)有两个催化位点，一个延长链，别一个是把错误的dNTP排除掉，2)聚合位点有两个金属离子，它们有利于催化的进行；3)检测配对的准确性。功能：1)结合运进来的dNTP,并带到正确的位子；2)弯曲模板，让模板碱基与dNTP正确配对；3)稳定PP的功能。功能：不直接参与催化，但是可保持引物和活性位点处在正确的位置，还可帮助维持答：刚分开的模板链与未复制的双链DNA之间的连接区称为复制叉(replicationfork),复制叉向着未复制的DNA双链区域连续运动，其身后留下指导两个子代DNA双链形成的两在与复制叉相反的方向上运动。此模板指导的新DNA链称为后随链(laggingstrand)。长度变化为1000~2000个核苷酸，在真核生物中为100~400个核苷酸。答：引物酶(primase)是一种能在单链DNA模板上制造短RNA引物(5~10个核苷酸长度)6.DNA解旋酶在复制叉之前解开双螺旋：(cooperativebinding),其发生是因为与紧邻的单链DNA区域结8.拓扑异构酶除去DNA解螺旋时在复制叉上产生的超螺旋。9.复制叉酶扩大了DNA聚合酶底物的范围。答：E.coli中至少有5种DNA聚合酶，这些酶依据其酶学特性、亚基组成和丰度而划分。真核细胞中也有多种DNA聚合酶，通常细胞中有15种以上。其中，对于基因组的复制δ或聚合酶e取代。聚合酶δ或聚合酶e取代DNAPola/引物酶的过程称作聚合酶的切换(polymeraseswitching),这导致在真核细胞复制叉上有3种不同的DNA聚合酶在工作。11.滑动夹极大地增加了DNA聚合酶的延伸能力：打开并将其安放在DNA上。这些酶通过结合ATP并将其水解而将滑动夹置于DNA的引物-模板接头上。答：E.coli中，这些聚合酶的协同作用是通过它们连接成一个巨大的多蛋白复合体而实现的。此复合体被称为DNA聚合酶Ⅲ全酶。全酶是对一个具有核心酶并结合有增强其功能的其他元件的多蛋白复合体的总称。的形式伸出，并被SSB迅速地结合。新RNA引物在后随链模板上进行不连续的合成。当后随链上的DNA聚合酶完成前面的冈崎片段时，即从模板上释放出来。因为这个聚合酶与前导链上的DNA聚合酶保持着连接，所以它将与距复制叉最近的并且由后随链上最新合成出成一个新的环并启动下一轮冈崎片段的合成。这个模型被称作“长号模型”,以比喻由后随14.复制叉蛋白之间的相互作用形成E.coli的复制体：聚合酶Ⅲ全酶之间的相互作用。这个由全酶的夹子装载器元件介导DNA解旋酶与引物酶之间，在约1秒一次的间隔中，引物酶与解旋酶以及SSB覆盖的复制叉上作用的全部蛋白质的总和称为复制体(replisome)。15.DNA解旋和复制起始发生的特殊位点称作复制起始位点(originofreplication)。16.复制起始的复制子模型：答：定义所有的DNA均从称为复制子(replicon)的特定的起始位点开始复制。复制子模型提出了控制复制起始的两个元件：复制器和起始子。复制器(replicator)复制子模型的第二个元件是起始子(initiator)蛋白。此蛋白质特异性地识别复制器17.复制器序列包括起始子结合位点和容易解旋的DNA:答：复制器的DNA序列有2个共同的特性。第一，它们含有起始子蛋白质结合位点，此位点是组装复制起始机器的核心；第二，它们含有一段富含AT的DNA,此段DNA容易解旋但18.结合和解旋：起始子蛋白对复制起始位点的选择和激活：答：起始子蛋白在复制起始过程中一般执行3种不同的功能。第一，这些蛋白质与复制器结合，它们就扭曲或解旋其结合位点附近的DNA区域；第三，起始子蛋白与复制起始所需的其他因子相互作用，使它们聚集到复制器上。以E.coli起始子蛋白DnaA为例。DnaA与oriC中重复的9核苷酸单位元件结合并受真核细胞中，起始子时一个被称为起始位点识别复合体(originrecognitioncomplex,ORC)的六蛋白复合体。ORC可识别酵母复制器上称为A元件的保守序列，以及次保守的B1元件。ORC可将其他复制蛋白全部召集到复制器上。所以，ORC具有起始子三项常见功能中的两项：与复制子结合并将其他复制蛋白召集到复制器上。19.蛋白质-蛋白质和蛋白质-DNA相互作用指导起始过程：解旋酶与上面所说的复制叉其他元件之间的蛋白质相互作用指导复制机器其他部分的20.前复制复合体的形成指导真核细胞中的复制起始：答：复制器选择是对指导复制起始的序列进行识别的过程，发生于G期(早于S期)。此过21.对pre-RC形成和激活的调控使每个细胞周期中仅有一轮复制发生：答：Cdk对于pre-RC功能的调控有两个似乎矛盾的作用：第一，它们是激活pre-RC以启在G期内没有有活性的Cdk,但是细胞周期的其他期内(S、G和M期)一直存在高水平的Cdk。因此，在每个细胞周期内，pre-RC仅仅有一次形成的机会(G期内),而且这些pre-RC被激活的机会也仅有一次(在S、G和M期虽然实际上所有的pre-RC都被S期的复答：所有新的DNA合成启动都需要一条RNA引物，这使线性染色体末端的复制成为难题。这种情况被称为末端复制问题(endreplicationproblem)。多数真核细胞使用完全不同的方法来复制其染色体末端。真核生物染色体的末端称为端粒，它们通常由首尾相连的富含TG的重复DNA序列构成。这种独特的结构可作为新的复答：端粒酶是一种特殊的酶，它既含有蛋白质成分也含有RNA成分(所以这是一个核糖核蛋白的例子)。与其他所有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成分作为模板，将端粒序列添加到染色体末端的3’端。端粒酶利25.为什么真核生物染色体在一个周期中只能复制一次?的不完整都可造成染色体之间不适当的连接。互联染色体的分离会引起染色体的断裂或缺的拷贝数即使增加一个或两个也会导致基因表达、细胞分裂或对环境信号应答的灾难性缺陷。所以，真核细胞每分裂一次，每条染色体中每个碱基对复制且只能复制一次，使极其26.端粒酶如何实现端粒的复制?答：最简单的突变是一种碱基变成另一种碱基，有两种类型，转换(transition),即嘧啶到嘧啶和嘌呤到嘌呤的替换，如T到C和A到G;颠换(transversion),即嘧啶到嘌呤和嘌呤到嘧啶的替换，如T到G或A以及A到C或T。另一种简单的突变是一个核苷酸或少量核苷酸的插入或缺失。改变单个核苷酸的突变被称为点突变(pointmutation)。其他类型的突变引起DNA的改变较大，如大范围的插入和缺失以及染色体结构的整体答：有些错误插入的核苷酸逃脱检测并在新合成的链与模板链之间形成错误配对。3.错配修复能将逃脱校正读码的错误去除：答：保证DNA复制忠实性的最后负责由错配修复系统(mismatchrepairsystem)承担，它将DNA合成精确性又提高了2~3个数量级。在大肠杆菌中，错配是由错配修复蛋白MutS的二聚体来检测的。MutS扫描DNA,从错DNA双链就是半甲基化的(只有母链是甲基化的)。4.DNA的水解和脱氨基作用可自发产生损伤：答：最频繁和最重要类型的水解损伤时胞嘧啶碱基的脱氨基。胞嘧啶可自发进行脱氨基作用，从而产生非天然的(在DNA中)碱基尿嘧啶。腺嘌呤和鸟嘌呤也易于自发脱氨基，脱氨基将腺嘌呤转变成次黄嘌呤，鸟嘌呤转变为黄嘌呤。DNA还通过N-糖苷键的自发水解进行去嘌呤化(depurination),并在DNA中形成脱碱基位点(即脱氧核糖上没有碱基)。5’-甲基胞嘧啶脱氨基产生胸腺嘧啶，不能明显被识别为异常碱基。到碱基的反应位点以及DNA骨架的磷酸上。DNA还易受到活性氧簇的攻击(如0、HO和OH·)。这些强烈的氧化剂由致电离辐射和另一种碱基损伤时紫外线造成的。260nm左右波长的辐射被碱基强烈吸一是在同一多核苷酸链相邻位置上的两个嘧啶之间发生光化学融合。γ辐射和X射线(电离辐射)有很高的危险性，因为它们可使DNA双链断裂，这很难被修复。某些抗癌药物，如争光霉素也能引起DNA的断裂。电离辐射和像争光霉素那样的答：突变还可由可替换正常碱基的化合物(碱基类似物，baseanalog)或能插入碱基间的在复制上没有立即产生结构性后果，但是引起了错配，这可在复制之后导致DNA序列上永DNA损伤修复的系统。这些系统最直接的方式是(指真正的修复)修复酶简单地将损伤逆转(撤销)。一个更精致的步骤涉及剪切修复系统(excisionrepairsystem),此处裂)时采用这种修复。在重组修复[也叫双链断裂修复(double-strandbreakrepair)]错误易发性(诱变性),所以细胞在迫不得已的情况下才采用此机制。答：损伤简单逆转修复的一个例子是光复活作用(photoreactivation),光复活作用直接直接逆转的另一个例子是甲基化碱基0₆-甲基鸟嘌呤上的甲基被去除。主要的修复系统是碱基切除修复(baseexcisionrepair)和核苷酸切除修复(nucleotide别模板链上oxoG配对位置错误掺入A产生的oxoG:A碱基对。然而在这种情况下，糖基化酶会除去A。因此，修复酶把与oxoG配对的A认作突变，并除去虽没有受损但是却不正确的碱基A。另一个防故障系统的例子是除去与G配对的T的糖基化酶。答：与碱基切除修复不同，核苷酸切除修复酶不能区分各种不同的损伤，而是识别双螺旋形状上的扭曲。这种扭曲引发一连串的事件，导致含有损伤的一小段单链片段(或小区)个基因中发生的转录(模板)链的损伤所终止时，它还能拯救RNA聚合酶。此现象叫做转录偶联修复(transcription-coupledrepair),包括将核苷酸切除修复蛋白募集到受阻的修复DNA中双螺旋两条链都断裂的双链断裂呢?这是由双链断裂修复(DSB)途径[double-strandbreak(DSB)repairpathway]进行的。此途径从姐妹染色体中取回序列是通过小段(可以短至一个碱基对)互补碱基之间的匹配完成的。答：细胞不能修复损伤，也有防故障机制使复制机器绕过受损的部位。这种机制就叫做移这些聚合酶一个重要的性质就是，虽然它们是模板依赖性的，但是它们掺入核苷酸的第10章分子水平上的同源重组分子单链区域与同源双链DNA分子互补链配对结合时，发生该配对过程，称为链侵入这个交叉结构被称为Holliday联结体(Hollidayjunction)。④Holliday联结体的剪切。在Holliday联结体处切断DNA重新生成两个分开的双螺旋DNA,从而完成遗传物质的交换过程。这个过程叫做拆分(resolution)。3.双链断裂修复模型更加准确地描绘了许多重组事件：修复途径(double-strandedbreak-repairpathway)。始发事件是两条DNA分子中的一条发生了双链断裂(double-strandedbreak,DSB),而另外一条保持完整。在双链断裂模式下，这种单向的遗传物质交流有时会留下一个遗传标记——引发基因4.DNA双链断裂来自于多事件并启动同源重组：答：同源重组除了能修复染色体DNA双链断裂外，还能促进细菌间的遗传物质交换。远端序列，它不再依3’→5’方向剪切DNA,而是以更高的频率剪切另一条5’→3’方向答：RecA催化链交换过程可以分为不同阶段。首先RecA蛋白丝必须组装在其中一个参与位点(结合第一个DNA分子)与次要位点。这个与RecA结合的三链结构被称为连接分子(jointmolecule),通常包含杂交数百个碱8.RuvAB复合体特异性地识别Holliday联结体并促进分支移位。9.RuvC剪切位于Holliday联结体的特定DNA链从答：在减数分裂过程中，同源重组确保染色体正确配对，从而保持基因组的完整性。染色体的不恰当分离，被称之为不分离(nondisjunction)。这种在减数分裂过程中发生的同源重组被称为减数分裂重组(meioticrecombination).答：Spo1l蛋白可以在很多染色体位置上切断DNA,它对序列没什么选择性，但却必须发生在减数分裂的一特定时期。答：3’端DNA链不被降解，所以此DNA处理反应称之为5’→3’端切除。MRX正是通过5'→3’的反应，从而生成长3’端单链DNA,通常可达1kb或更长。MRX酶复合物还被认为13.Dmc是专一在减数分裂重组中行使功能的类RecA蛋白：答：真核生物编码两种被充分阐明的、与细菌RecA蛋白同源的蛋白质：Rad51和Dmc1。14.多种蛋白质共同促进减数分裂重组：答：Rad52是另外一个与Rad51相互作用的必要重组蛋白。Rad52启动Rad51DNA蛋白丝(Rad51的活性形态)的组装。在真核生物中高度保守的Mus81蛋白，也为减数分裂所必需，或许具有Holliday联结体拆分酶的作用。15.交配型转换始于特定位点的双链DNA的断裂：HO引起的断裂，其5’→3’的DNA切除反应复合体的蛋白质)答：为解释缺少交换事件的基因转变的机制，提出了一种新的重组模型，称之为依赖合成的链退火(synthesis-depe经过链侵入之后，侵入的3’端作为引物启动新的DNA合成。值得注意的是，与DSB修复17.重组大致上独立于序列的事实导致一个结论，即任何两个基因间的重组频率和这些基答：很多重要的DNA重排都是由两类重要的遗传重组造成的：保守性位点特异性重组(conservativesite-specificrecombination,CSSR)和转座重组(一般称作转座)答：保守重组的一个关键特性使发生移动的DNA片段都带有短而特殊的序列因子，叫做重CSSR能够产生3中不同类型的DNA重排：①一个DNA片段在特定位点的插入(如λ噬每个重组位点由一对对称排列的重组酶识别序列(recombinaserecognitionsequence)构成，识别序列中间所包围的是一个短的不对称序列，称为交换区(crossoverregion),DNA的断裂和重新连接就是在这里发生。由于交换区是不对称的，所以每个重组位点都带有特定的极性。单个DNA分子上的两个位点所呈现的方向相关性为两者以反向重复(invertedrepeat)或同向重复(directrepeat)的方式排列。在一对反向位点间的重组将使这两个位点间的DNA发生倒位；相反，以同样的机制发生在由两个同向重复位点间的重组将会去掉这两个位点间的DNA片段；最后，插入的情况特异性发生在当两个不同分子的重组位点在一起时所发生的DNA交换情况下。在对重组酶进行一个大概地讨论后，将介绍这3中重排类型的几个实例。答：保守的位点特异性重组酶共有两个家族：丝氨酸重组酶(serinerecombinase)和酪保守性位点特异性重组(CSSR)名称中“保守”的意义：被称为“保守”是因为作用于DNA上的重组位点叫lox,Cre-lox是一个由酪氨酸重组酶家族催化重组的简单例子，整个重组仅需Cre蛋白和lox位点。Cre也是在遗传工程中被广泛使用的一个工具。答：很多噬菌体的感染就是使用这种重组机制将自己的DN组反应来说，这个结合过程很简单，仅需要重组酶和它的DNA识别序列，一样。与此相反，另外一些重组反应则需要辅助蛋白。这些辅助蛋白包括一些所谓的构筑6.λ整合酶催化病毒基因组在宿主细胞染色体上的整合和切除：为实现整合，整合酶蛋白(λInt)在两个特定位点之间催化重组的进行，这两个位点答：一个由噬菌体编码的构筑蛋白对切除重组至关重要，这个蛋白质叫做Xis(即切除),答：Hin重组是一类重组反应的代表，这些重组在细菌中答：Hin重组过程除了需要hix位点外，还需要一段序列。这截短短的序列(约60bp)是一个增强子，它能将重组率提高1000倍左右。增强子-Fis蛋白的复合体激活了重组的催化步骤。Hin可以在没有Fis-增强子复合体存在的情况下与hix重组位点结合、配对，形成联合复合体。族的一个成员，它的重组机制与前面讲过的Cre蛋白很相似。Xer是一个异源四聚体，包含两个XerC蛋白亚基和两个XerD蛋白亚基。Xer催化的重组位点必须要包含这两种识别序列。该位点在细菌染色体上叫做dif位点。当FtsK蛋白存在并与XerCD复合体发生相互作用后，复合体的构象发生改变，XerD蛋白被激活。这时，XerD催化第一对单链的重组，产生Holliday联结体；反应完成后，FtsK是一个膜结合蛋白，它被定位于细胞中发生细胞分裂的地方，其作用是在细胞分答：转座是一种特殊的遗传重组，它是将特定的遗传因子从DNA上的一个地方移位到另一个地方。这些可以移动的遗传因子叫做转座因子(transposableelement)或转座子根据转座子的结构及其转座机制，可将其分为以下3个家族：2.类病毒反转录转座子，包括反转录病毒。这些因子又称为LTR反转录转座子。3.聚腺苷酸(poly-A)反转录转座子。这类因子又称为非病毒反转录转座子。答：转座因子两端的重组位点以反向重复序列排布，这些末端反向重复序列的长度从25到几百碱基对不等。催化转座的重组酶通常叫做转座酶(transposase)[有时也叫整合酶码的蛋白质可能调节转座，也可能为转座因子或宿主细胞提供一些有益的功能。答：带有一对末端反向重复序列和一个转座酶基因的DNA转座子，本身具备了催化自身转座的所有条件，这类因子叫做自主转座因子(autonomoustransposon)。然而，在基因组它们仅有末端反向重复序列，即转座所需的cis-acting序列。细胞中自主转座子表达的转座酶会识别这些末端反向重复序列，从而帮助非自主转座因子发生移位。14.类病毒反转录转座子和反转录病毒带有末端重复序列和两个对重组很重要的基因：答：类病毒反转录转座子和反转录病毒也带有反向末端重复序列，它们是重组酶结合和作用的位点。类病毒反转录转座编码联众移位所需的蛋白质：整合酶(转座酶)和反转录酶。答：聚腺苷酸反转录转座子没有其他转座子所带的末端反向重复序列，反而，它的两端含(非翻译区),另一端是3’UTR,它带有一串叫做聚腺苷酸序列(poly-Asequence)的A-T碱基对。答：DNA转座子非复制性移位的机制。这个重组过程包括转座子从DNA上初始以及将这个切下来的转座子整合到一个新的DNA位点，因此把这个机制叫做剪切一粘贴转一旦转座酶识别了这些序列，它就将这两端聚集在一起形成一个稳定的蛋白质-DNA复合体，这个复合体被称为联合复合体(synapticcomplex)或转座体(transpososome)。下一步是将转座子DNA从基因组的原始位置上切除。转座子上的转座酶亚基先断裂转座子两端的一条单链。转座酶切断DNA后，转座因子DNA末端带有游离的3’羟基基团。两端的另一条DNA单链也需要被切断，而不同的转座子断裂这第二条单链的机制各不相同。转座子被切除后，被转座酶首先释放的3’端羟基对新插入位点的DNA磷酸二酯键进剪切一粘贴转座中的中间体由缺口修复来完成。不同的转座子催化第二条单链断裂反应的机制这里介绍3种方法：非转座酶可用来断裂非转移单链。断裂非转移链的其他方法由转座酶自身完成，它用一种不常见的DNA酯基转移机制，然后发卡DNA的末端被转座酶断裂(打开),产生一个标准的双链DNA断裂，打开反应的第三种机制。在这种断裂中，一个断裂的3’端攻击转座因子上同一单链的另一端，产答：复制性转座的第一步是转座酶蛋白和转座子DNA两端装配成一个转座体。但是，这里产生的中间体是双交叉的DNA分子。在此中间体中，转座子的3’端被共价连接到新的靶位点，而5’端仍连在原处。合成，复制过程一直进行到第二个交叉处，此复制反应产生2个拷贝的转座子DNA,复制产物两端是短小的正向排列靶位点重复序列。复制性转座常常会造成染色体的倒位和丢失。18.类病毒反转录转座子和反转录病毒通过一个RNA中间体实现移位：答：类病毒反转录转座子和反转录病毒插入到宿主细胞基因组的新位点，所用的DNA断裂及DNA单链转移步骤与前面讲的DNA转座相同。但不同的地方时，这些反转录因子的重组转座周期开始于反转录转座子(或反转录病毒)DNA序列在细胞内的RNA聚合酶的催这个cDNA能够被整合酶(与DNA因子的转座酶高度相关的一种蛋白质，下面将会看到)识别并被重组到一个新的靶DNA位点。整合酶结合到cDNA的一端，然后从每条单链的3’19.聚腺苷酸(poly-A)反转录转座子通过一种“反向剪切”机制进行移位：答：聚腺苷酸反转录转座子，如人的LINE因子的移位需要一个R与类病毒转座因子有所不同，它的机制叫做靶位点引导反转录(targetsiteprimedreversetranscription)。首先是细胞内RNA聚合酶对整合因子的转录。尽管启动子在5’20.转座子及其调节的实例：答：IS4家族的紧密型转座因子通过多种机制实现对拷贝数的控制。酵母Ty因子转座到基因组的安全港。21.V(D)J重组中的早期活动是通过一种类似于转座子切除的机制实现的。第3篇基因组的表达第12章转录机制答：(1)转录得到的新链是由核糖核苷酸组成的，而不是脱氧核糖核苷酸。(2)RNA聚合酶(RNApolymerase,催化RNA合成的酶)不需要引物，它能够从头起始转录(尽管，如我们将要讨论的，细胞内的转录必须在特定的序列上才能起始)。(4)转录尽管是非常精确的(每添加10000个核苷酸会发生一次错误),但还是不如复制更为精确(每10000000个核苷酸发生一次错误)。(5)转录仅是有选择性地复制基因组的特定部分，并从任何特定的部分产生一个到几(6)转录区域的选择并不是随机的；每个转录区域通常包括一个或多个基因，而且在Ⅱ(PolⅡ)是负责转录大多数基因的酶——实际上，是转录几乎所有蛋白质编码基因的3.为转录一个基因，RNA聚合酶要进行一系列定义明确的步骤，这些步骤分为3个阶段答：(1)起始(initiation):启动子(promoter很多情况下是与转录起始因子一起结合的)。启动子-聚合酶复合体一旦形成就发生结构改(2)延伸(elongation):一旦RNA聚合酶已经合成了一小段RNA(10个碱基左右),转录便进入了延伸阶段。这一转变需要聚合酶构象的进一步改变，以使其能够更牢固地与(3)终止(termination):一旦RNA聚合酶转录了整个基因(或整组基因),它必须停引发终止的序列；而在其他一些细胞中，是什么使聚合酶停止转录并从模板上分离，还不4.转录起始包括三个定义明确的步骤：答：转录周期(transcriptioncycle)的第一个阶段——起始又可以分为一系列定义明确第一步是聚合酶与启动子初步结合形成所谓的闭合式复合体(closedcomplex),这时始位点周围大约14bp的距离内分开以形成转录泡。第三步，最初的大约10个左右的核糖核苷酸的结合是一个效率相当低的过程，在这一阶段，聚合酶经常释放出很短的转录物(每一个都短于10个左右的核苷酸),然后再重新5.细菌的启动子在强度和序列上是多样的，但是具有某些明确的特征：在大肠杆菌中，最常见的o因子称为0o。含有σo的聚合酶识别的启动子具有以下共同的特征性结构：两段6个核苷酸长的保守序列，被长为17~19个核苷酸的非特异序列所分割。这两段序列称为-35和-10区域(region)或元件(element)。启动子的强度，我们是指一个启动子在一定的时间内可以起始多少个转录物。在一些较强的启动子中，如在指导核糖体RNA(rRNA)基因表达的启动子中，发现了另一类型的σ0启动子缺乏-35区域，而是由一个所谓的“延长的-10区域”元件。答：00因子可以分为4个区域，称为o区域1~o区域4。区域4内的两个螺旋形成一个常见的DNA结合基序，称为螺旋-转角-螺旋(helix-turn-helix)。其中一个螺旋插入到-35区域的大沟(majorgroove)中并与该-10区域也被一个a螺旋所识别。但是其相互作用尚未彻底研究清楚而且更为复杂。延长的-10元件，如果存在的话，被o区域3中的一个a螺旋所识别，此螺旋与组成打开，从而暴露出模板链和非模板链。相对于转录起始位点而言，这一“融化”发生在-11和+3之间的区域。对于含有o0因子的细菌聚合酶，这一转变常被称为异构化作用(isomerization)。1.1)的位置有一个重要的移动，在未结合DNA时，σ区域1.1处于全酶的活性中心裂隙内答：聚合酶必须与起始核苷酸建立特异性的相互作用，严格控制其处于正确的方向，使其可以对引入的核苷三磷酸开始进行化学反应。此相互作用对A是特异的，因而只有以A开9.RNA聚合酶在进入延伸阶段之前会先合成几(abortiveinitiation)的时期。在这一阶段，聚合酶会合成一些长度小于10个核苷酸o因子的一个区域再一次作为一个分子模拟物参与了此过程。这一次是区域3.2,模过大约10个核苷酸的RNA链，o的这一区域必须从此位置上被逐出，这个过程需要聚合酶前部。在催化裂隙的开口处，两条链分别沿着不同的路径穿过酶，然后从各自的通道离开酶，并在延伸聚合酶(elongationpolymerase)的后面重新形成双螺旋结构。核苷酸通过位点，在一个简单的逆向反应中，通过加入PP,催化错误插入的核糖核苷酸的去除。在第二种称为水解编辑(hydrolyticediting)的校对机制中，聚合酶倒退一个或更多的核苷依赖型(Rho-dependent);第一种类型不需要其他因子的参与就可以引发聚合酶的终止反应(termination);第二种类型，顾名思义，需要一个称为Rho的额外的蛋白质来诱发终Rho-非依赖型终止子也称为固有终止子(intrinsicterminator),由两个序列元件组成：一段短的反向重复序列(大约20个核苷酸),其后是一段大约8个A:T碱基对的序列。Rho是一个具有6个相同亚基的环状蛋白质，在单链RNA离开聚合酶时与之结合。此首先，Rho结合的位点有某种特异性(所谓的rut位点，即Rhoutilization)。特异性的第二层次是Rho无法与任何正在被翻译的转录物(也就是被核糖体结合的转录物)结12.真核生物的转录：细菌只需要一个额外的起始因子(σ),而真核生物中有效的和启动子特异的起始则需要几就无法启动有意义的表达，而是需要额外的因子参与，包括所谓的“中介蛋白复合体”(mediatorcomplex和DNA结合调节蛋白，并常常包括染色质修饰酶。13.RNA聚合酶Ⅱ的核心启动子是由4个不同序列的元件组合而成的：答：真核细胞的核心启动子(corepromoter)是指在体外检测时，PolⅡ机器精确地起始转录所需要的最少的一组序列元件。在PolⅡ核心启动子中发现的4个元件分别是TFⅡB在核心启动子之外(而且通常是在其上游)存在一些在体内进行有效转录所需的其他序列元件。这些元件包括：启动子最近元件(promoterproximalelement),上游激活物序列(upstreamactivatorsequence,UAS),增强子(enhancer),以及一系列的称为沉默子(silencer)、边界元件(boundaryelement)和绝缘子(insulator答：许多PolⅡ启动子包含一个所谓的TATA元件(大约在转录起始位点上游30个碱基对)合酶一起，然后是TFⅡE和TFⅡH,它们将结合在PolⅡ上游。包含这些成分的前起始复的水解并由TFⅡH介导，是该因子的类解旋酶活性刺激了启动子DNA的解开。在真核细胞中，逃离启动子包含一个在细菌中所没有见到的步骤：聚合酶的磷酸化作A:T碱基对是更有利的，因为它们更易于被扭曲而使小沟开始开放。TFⅡB:此蛋白质为一条多肽单链，在TBP之后进入前起始复合体。特殊的TFⅡB-TBPTFⅡF:这个双亚基因子与PolⅡ结合并与PolⅡ(以及其他因子)一起被募集到启动子上。PolⅡ与TFⅡF的结合起着稳定DNA-TBP-TFⅡB复合体的作用，并且是TFIE和TFIH被募集到前起始复合体上的前提条件。TFIE和TFIH:TFIE与TFⅡF相似，由两个亚基构成，它是下一个结合到前起始复合体上的，并参与TFIH的募集以及调节。TFIH控制着依赖ATP的从前起始复合体向开放复合体的转变。TFIH内有两个亚基具有ATP酶的功能，还有一个亚基是蛋白激酶，参与启动子的解旋和逃离，与其他因子一起，ATP酶亚基还参与核苷酸错误匹配的修复。17.体内的转录起始需要其他蛋白质参与，包括中介蛋白复合体：答：细胞内高水平的、受调节的转录还额外需要中介蛋白复合体和转录调节蛋白，并在很多情况下需要核小体修饰酶(其自身常常是大的蛋白质复合体的组成部分)。18.中介蛋白包含很多亚基，其中有些亚基从酵母到人类是保守的：答：酵母和人的中介蛋白各自包括20个以上的亚基，其中7个在两种生物之间表现出显着的序列同源性。只有一个(Srb4)是几乎所有PolⅡ基因在细胞内转录所必需的。酵母和人类的中介蛋白都是由一些模块组装而成的。一个由PolⅡ、中介蛋白和一些通用转录因子组成的复合体可以在DNA不存在的情况下座位一个单独的复合体从细胞中分离出来。预先形成的复合体被命名为RNAPo1Ⅱ全酶，也因而能够起始转录。19.一组新的因子激发PolⅡ延伸和RNA校对：答：一旦聚合酶起始了转录，便转入了延伸阶段。这一转变包括PolⅡ酶脱落其大部分起始因子，如通用转录因子和中介蛋白。另一组因子被募集在它们的位置上。其中的一些(如TFⅡS和hSPT5)是延伸因子(elongationfactor),也就是激发延伸的因子，其他的是另一个不影响起始但激发延伸的因子是TFIS。此因子促进延伸的总体速度，这是通过在遭遇到趋向于减缓聚合酶进程的序列时限制其暂停时间而实现的。TFⅡS还有另外一个功能：它有助于由聚合酶进行的校对。已提出两个基本的模型来解释聚腺苷酸化合终止之间的联系：第一个是3’加工酶从后不久就自发终止。第二个模型提出，第二个RNA分子缺少5’端的帽子，这一点被聚合21.RNA聚合酶I和Ⅲ识别不同的启动子，使用不同组别的转录因子，但还是需要TBP:一些PolⅢ启动子(如tRNA基因的启动子)包含两个区域，称为盒子A和盒子B,二者被答：许多真核基因是嵌合的：由一段编码区组成，它们被另外一段段非编码区隔开了。编码区称为外显子(exon),它们之间的非编码区称为内含子(intron)。答：最保守的序列是内含子5’剪接位点的GU和3’剪接位点的AG及分支点的A。3.当内含子两边的外显子连接时，内含子是以套索结构被除去的：来的一些磷酸二酯键断开，在形成一些新的磷酸二酯键。第一步转酯反应是由分支点保守腺苷酸的2’羟基引发的。它作为亲核基团，攻击5’剪接位点保守鸟苷酸的磷酰基团。结果，外显子3’端的核糖与内含子5’端磷酸之间的磷酸二酯键断开，而游离出来的5’磷酸与分支点保守腺苷酸的2’羟基连接。在第二步转酯反应中，5’外显子(准确地说，是其新游离出来的3’羟基)反过来作为亲核基团，攻击3’剪接位点的磷酰基团。第二次转酯反应导致两个结果。首先，当然答：剪接体中的5种RNA(U1、U2、U4、U5和U6)统称为核内小RNA(smallnuclearRNA,作小核内核糖蛋白(smallnuclearribonuclearprotein,snRNP)。剪接体就是由这些在不同时间进出剪接体，每种snRNP执行某些专门的任务。剪接体中还有许多蛋白质不属于snRNP,另外一些蛋白质只能与剪接体松散结合。snRNP在剪接中的功能有3个方面：识别5’剪接位点和分支点；按需要把这两个位点snRNP加入复合体而完成的。这3个snRNP合称三联snRNP(tri-snRNP)颗粒，其中U4和再下一步，U1离开剪接体，其在5’剪接位点的位置由U6取代。这要求U1snRNP与的序列配对),以上就是全部组装过程。后续的重排启动了催化反应，过程如下：U4离开剪接体，以便U6可以与U2发生作用(通过产生了活性位点，即重排把构成活性位点的所有组分聚集到剪接体内——据信只是U2和转酯反应。5’和3’剪接位点的第二场转酯反应由U5snRNP协助，把两个外显子连接在答：RNA剪接的3种类型类型丰度机制催化机器细胞核很常见，适用于大多数真核基因两步转酯反应，分支点为A主要剪接体Ⅱ类自剪接内含子罕见，来自某些细胞器的真核基因及原核基因与pre-mRNA相同内含子编码的核酶I类自剪接内含子罕见，某些真核生物的细胞核rRNA、细胞器基因，以及少量原核基因两步转酯反应，分支点为G与Ⅱ类自剪接内含子相同8.I类自剪接内含子释放出线形内含子，而不是一个套索结构：答：I类自剪接内含子剪接机制完全不同。它们使用游离的鸟苷或鸟苷酸，而不是分支点腺苷酸。RNA分子结合该鸟苷或鸟苷酸，并将其3’羟基呈递给5’剪接位点。以前面提到的形成套索结构的同类转酯反应，把游离的鸟苷或鸟苷酸与内含子5’端连接起来。第二步反应与以前讲述的完全相同：游离的外显子3’端攻击3’剪接位点。这个反应把两个外显子连接起来并释放出内含子，尽管在这里内含子是线形的，而不再是套索状。I类自剪接内含子比Ⅱ类小，有一个保守的二级结构。该结构包括一个容纳鸟苷或鸟苷酸的结合口袋，只要这些鸟苷或鸟苷酸是以核糖的形式出现。除此之外，I类自剪接内含子还含有一段“内在指导序列”,与5’剪接位点的序列配对，因而确定了鸟苷亲核攻击的精确位置。9.剪接体怎么可靠地确定剪接位点?答：剪接位点的识别容易犯两种错误：一是遗漏了剪接位点，例如，结合到5’剪接位点的剪接体成分，跳过了正确的3’剪接位点，与结合到下游另一个3’剪接位点的剪接体成新合成的RNA分子上遇到5’剪接位点时，那些蛋白质就从RNA复制酶Ⅱ的C端(剪接相接位点，就会做好准备与那些结合即将转录出来的、下一个3’剪接位点的剪接体成分相互作用。于是在更下游的任何竞争3’剪接位点被转录出来之前，剪接体成分就已经识别出了正确的3’剪接位点。其二，确保优先识别邻近外显子的剪接位点(因而更有可能是真正的剪接位点),以防止使用错误剪接位点。一种叫做富含丝氨酸和精氨酸的蛋白质(SR蛋白)结合到外接机器的组分相作用，将其引导到附近的剪接位点。这样剪接机器就可以更有效地结合到正确的剪接位点，而不会结合到离外显子较远的错误位点。10.通过可变剪接一个基因可以得到多个产物：可变剪接可以组成型的，也可以是受调控的。在前者，同一个基因总是产生多种不同的产物；在后者，不同的产物会在不同的时间、不同的条件，或在不同的细胞或组织类型答：剪接调控蛋白结合到称为外显子/内含子剪接增强子(ESS或ISE,exonic/intronicsplicingenhancer)或者外显子/内含子剪接减弱子(ESS或ISS,exonic/intronicsplicingsilencer,ISS)的特殊序列上。前者增强附近的剪接位点的剪接，后者正好相SR蛋白利用某个结构域结合RNA,如熟知的RNA识别基序(RNA-recognitionmotif,该结构域位于肽链的C端，介导SR蛋白与剪接体蛋白的相互作用，以便把剪接体募集到附多数减弱子由不均一核糖核蛋白(heterogeneousnuclearribonucleoprotein,hnRNP)我们曾强调过可变剪接作为从同一个基因得到多种不同的蛋白质产物的一种途径，这些不同的蛋白质叫做同工型(isoform)。它们可能具有相似或不同的功能，甚至作用相拮但也存在可变剪接现象。这时可变剪接仅是对该基因的表达起到开关的作用。答：低丰度剪接体识别一类很少见的内含子，其的共有序列。这种新发现的低丰度剪接体称为AT-AC剪接体，因为最初发现其识别的内含子的5’端是AU,3’端是AC(对应于DNA则为AT和AC)。13.外显子通过重组的方式完成改组，从而产生了编码新蛋白质的基因：答：首先，某个特定基因的外显子和内含子的交界处经常与该基因编码蛋白质的结构域的边界相一致，即每个外显子似乎经常编码蛋白质的一个独立的折叠单位(也经常与一个独其次，许多基因及其所编码的蛋白质明显是在进化过程中部分地通过外显子复制和变第三，有时在其他方面并不相关的基因中会发现相关的外显子，即有证据显示有些外显子确实在编码不同蛋白质的基因中被重复使用。苷脱氨酶(adenosinedeaminaseactingonRNA,ADAR,人类有3种)催化，产生次黄在pre-mRNA的特定位置插入多个尿嘧啶(有时也可能是删除几个尿嘧啶)。多个尿嘧啶的尿嘧啶是又引导RNA(guideRNA,gRNA)插入到mRNA中去的。每种gRNA都可以分为域；第二区用于精确定位在被编辑的序列中尿嘧啶将插入的位置；第三区位于3’端，是上将要编辑区域的紧邻位置上(3’端)的双链，而在将要插入尿嘧啶的对应位置形成突出的单链环缺口中加入尿嘧啶，这个过程由3’端尿苷酰转移酶(TUT酶)催化。一旦全部加工完毕(加帽、去除内含子和多聚腺苷酸化)就会运出细胞核进入细见于完成剪接的RNA)。一组蛋白(或者说是蛋白质组合)而不是任何单独一种蛋白质，决mRNA转运是通过核膜上的一种特殊结构完成的，这就是核孔复合体(nuclearpore一旦进入细胞质，蛋白质组分就会解离下来，并被识别后重新运回细胞核；然后再与第14章翻译答：蛋白质合成的信息蕴藏在三核苷酸密码子中，每个密码子指定一个氨基酸。每条mRNA的蛋白质编码区由连续的、不交叉的、称作可读框(open-readingframe,ORF)的密码子第一个和最后一个密码子分别称作起始密码子(startcodon)和终止密码子(stopcodon)。细菌中，起始密码子通常是5’-AUG-3’,但是5’-GUG-3’有时甚至5’-UUG-3’也使用。真核细胞总是使用5’-AUG-3’为起始密码子。这一密码子有两个重要的功能，第一，它指定掺入到增长的多肽链中的第一个氨基酸；第二，它确定了所有后续密码子的框在起始密码子的上游(5’端)含有一小段称为核糖体结合位点(ribosomebindingsite,RBS)的序列。这一元件也被称作SD序列(Shine-Dalgarnosequence),是以比较了多个端的3~9个碱基内，与核糖体RNA组分之一的16S核糖体RNA(rRNA)的3’端的一段序列答：真核细胞的mRNA通过位于5’端的称为5’帽子(5’cap)的特殊的化学修饰来募集由MarilynKozak发现，称为Kozak序列。另一个有利于翻译的特征是3’端的poly-A尾4.tRNA是密码子和氨基酸之间的转配器：答：蛋白质合成的核心是将核苷酸序列的信息(以密码子的形式)“翻译”成氨基酸。这是种，但每一种仅与一个特定的氨基酸结合并识别mRNA的一个或几个特定的密码子(大多数5.tRNA都有三叶草型的二级结构：答：tRNA三叶草型结构主要特征是有一受体臂、3个茎环(分别为WU环、D环和反密码子环)和第四个可变环。6.tRNA具有L状的三维结构：答：三种相互作用使L状结构得以稳定。第一，三维结构中相互靠近的不同螺旋区域的碱基间的氢键，这些通常是非常规(非Watson-Crick)键；第二，碱基和磷酸核糖骨架之间的相互作用；第三，因形成两个延伸的碱基配对区域而获得的碱基堆积作用。7.氨基酸通过高能酰基连接到tRNA3’端的腺苷酸上使tRNA负载：答：连接了氨基酸的tRNA分子称为负载的(charged)tRNA,未连接氨基酸的tRNA称为空答：第一步是腺苷酰基化(adenylylation)。其中氨基酸和ATP反应形成氨基酰—腺苷酸，并同时释放出焦磷酸。第二步是tRNA负载(tRNAcharging)。氨基酰一腺苷酸(仍然与氨基酰tRNA合成酶紧密结合)与tRNA反应，这一反应导致氨基酸通过2’或3’羟基被转移到tRNA的3’端，同时释放出AMP。类酶将氨基酸连接到tRNA的3’羟基，并且通常是二聚体或四聚体。9.每种氨基酰tRNA合成酶连接一个氨基酸到一个或多个tRN答：20种氨基酸的每一种都是通过单独专门的tRNA合成酶连接到正确的tRNA上的。由于大多数的生物具有20种不同的tRNA合成酶。答：特异性的决定因素集中在tRNA分子的两个不同的位点：受体臂和反密码14.核糖体是由一个大亚基和一个小亚基组成的：答：核糖体是由RNA和蛋白质组成的大亚基和小亚基两个部件组成的。大亚基含有肽基转移酶中心(peptidyltransferasecenter),负责肽键的形成。小亚基含有解码中心15.大、小亚基在翻译的每次循环过程中都经历结合与分离：虽然一个核糖体一次只能合成一条多肽，但每个mRNA分子却能同时被多个核糖体结合16.新的氨基酸连接在延伸肽链的C端。19.核糖体有3个tRNA结合位点：答：核糖体含有3个tRNA结合位点，分别为A、P和E位点。A位点(Asite)是氨基酰扭结(kink),有利于维持正确的可读框。这个扭结使核糖体易位后留在空着的A位点的密大亚基上的另一个通道提供了新合成的多肽链离开(核糖体)的途径。与mRNA的通道的)核糖体结合位点和(小亚基的)16SRNA之间的碱基配对作用介导的。大亚基是在起始过程即将结束的时候加入复合体的。答：原核细胞的翻译始于小亚基，由3中翻译起始因子(translationinitiationfactor)IF2是GTP酶(结合和水解GTP的蛋白质),它与起始过程的3个主要成分(小亚基、IF1和fMet-tRNAmt)相互作用。通过与这些成分相互作用，IF2催化了fMet-tRNA和小需要游离的小亚基，因此IF3与小亚基的结合对翻译的每一轮新的循环是十分重要的。IF3在上一轮循环即将结束时开始于小亚基结合，并协助70S核糖体分解为大、小亚基。能以任何一种方向结合，并且相互独立。(小亚基)结合mRNA通常是(mRNA的)和它结合位点和(小亚基的)16SRNA之间的碱基配对作用介导的。而fMet-tRNAmt结合小亚基是起始的最后步骤涉及大亚基的聚合以形成70S起始复合体(70Sinitiationcomplex)。而A位点是空的。前。当真核细胞的核糖体完成翻译的一个循环后，通过与原核的IF3和IF1相对应的(分和eIF5B介导了(小亚基)和负载起始tRNA的结合。对真核细胞来说，起始tRNA负载的是Met,而非N-fMet,称为Met-tRNAw。eIF5B-GTP帮助eIF2-GTP和Met-tRNAw的复合的P位点，最后形成43S起始前复合体(43Spre-initiationcomplex)。43S起始前复合体对mRNA的识别是从对5’帽结构的识别开始的，这一结构存在于大级结构(如发夹结构)。eIF4F/B与展开的mRNA的结合体通过eIF4F和eIF3集43S起始前复合体到mRNA上。的5’端向下游(3’端)"巡视"而找到的：正确的碱基配对引起eIF2和eIF3的释放。eIF2(防止大亚基的结合)和eIF3(结合于起了eIF5B-GTP(与原核的IF2相似)的水解，导致剩余的起始因子释放。这些事件的结果答：除了与mRNA的5’端结合，起始因子通过poly-A尾与mRNA的3’端紧密结合。这是通过eIF4F和包绕在poly-A尾结合蛋白(poly-Abindingprotein)之间的相互作用实现答：为了使氨基酸能正确加入，有3个关键的事件是必须发生的。首先，在A位点上的密从P位点的tRNA上转移到A位点的负载tRNA的氨基酸残基上；第三，形成的A位点的肽酰tRNA和相应的密码子必须易位(translocate)至P位点，以使核糖体为下一循环的密码子识别和肽键形成做好准备。酰tRNA的EF-Tu不能有效地水解GTP。激合中心(factorbindingcente答：至少有3中不同的机制促成了翻译的高准确率：其中一个关于密码子识别忠实性的机制涉及小亚基16SrRNA这两个腺嘌呤与反密码子和密码子的前两个碱基之间每个正确配对所形成的小沟形成紧密的相互作用。相邻的16SrRNA的A残基不能识别G:C或A:U配对，因而认为任何一对都是正确的。相反，非Watson-Crick碱基配对所形成的小沟就不能被(16SrRNA的)这两个腺嘌呤识别，导致对非正确tRNA的亲和力明显降低。从tRNA的释放需要GTP的水解，这一作用对正确的反密码子-密码子配对是非常敏感的。EF-Tu-GTP的复合体进入A位点时，它的3’端远离肽键形成的位点。为了成功地进行肽转移酶反应，氨基酰tRNA必须旋转进入到大亚基的肽转移酶中心，这一过程称为入位 答：这一反应由RNA,尤其是大亚基的23SrRNA组分来催化。23SrRNA与处于A和P位点就被脱去氨基(不再结合氨基酸),而多以使下一个密码子暴露出来。这些移动是在核糖体内协调进行的，统称为易位地，这时已脱氨基的P位点的tRNA位于大亚基的E位点和小亚基的P位点上。基的因子结合中心相作用，刺激GTP的水解。GTP的水解改变了EF-G-GDP的构象，允许它35.一个循环的肽键形成要消耗两个GTP分子和一个ATP分子。体中解离开来。原核细胞和真核细胞都只有一种Ⅱ类因子，分别是RF3和eRF3。与EF-G,EF-Tu和其他翻译因子一样，Ⅱ类释放因子也是由GTP调节的。37.I类释放因子的一小段区域识别终止密码子并催化多肽链的释放：答：3个氨基酸负责识别终止密码子的特异性。这3个氨基酸组成的区域代表着肽反密码所有的I类因子共有一段保守的三氨基酸(GGQ)序列，这一序列对多肽链的释放是关结合蛋白一样，这个作用刺激GTP的水解。在(与核糖体结合的)I类因子不存在的情况小亚基。这几个事件统称为核糖体循环(ribosomerecycling)。白质在多肽释放后与EF-G和IF3共同作用来使核糖体循环。RRF与空位的A位点结合，并 答：翻译过程可以识别缺陷的mRNA,并予以去除或将其蛋白质产物去除。答：在原核细胞，由于缺失了终止密码子而停止运转的核糖体是由一种嵌合的RNA分子解SsrARNA是一个由457个核苷酸组成的tmRNA,其3’端的区域非常相似于tRNAaa。SsrARNA结合的最终结果是，当不完全的mRNA从核糖体中释放出来时，不完全的多肽的碳基端融合了一个10个氨基酸的“标签”,而核糖体重新进入翻译的循环过程中。有趣的是，这种10个氨基酸的“标签”被细胞的蛋白水解酶识别，蛋白水解酶很快地将这一标签42.真核细胞降解不完整的或终止密码子提前的mRNA:分子含有提前的终止密码子时(称为无义密码子),这一mRNA很快地被降解，这一过程称为无义密码子介导的mRNA衰减(nonsensemediatedmRNAdecay)。如果mRNA存在一个提前的终止密码子(源于基因的突变或转录与剪接过程中的错误),那么核糖体就在外显子结合处的复合体被置换之前，从mRNA上脱离出来。在这些情况下，复合体作用于提前终止的核糖体，这样就激活一种去除mRNA的5’端帽结构的酶。由于mRNA通常就是受5’端帽结构保护来防止降解的，因为帽结构的去除就导致mRNA很快地被5'→3’聚A尾(因为没有终止密码子在多聚A尾之前终止翻译)。这就导致了蛋白质的末端添加了多个赖氨酸(AAA是赖氨酸的密码子),并且核糖体停止在mRNA的3’端。停止的核糖体与Ski7蛋白质(与Ⅱ类释放因子eRF3相关)结合，刺激了核糖体的解离并吸引3’→5’核酸外切酶降解“无终止”mRNA。另外，在碳基末端含有多聚赖氨酸的蛋白质是不稳定的，第15章遗传密码1.遗传密码具简并性：答：很多氨基酸是由超过1种以上的密码子定义的，这种现象称为密码子的简并性事实上，当密码子的第1和第2个核苷酸完全相同时，第3个核苷酸无论是胞嘧啶还是尿嘧啶，均编码相同的氨基酸，通常腺嘌呤和鸟嘌呤可以类似地进行互换。酸的比例却没有相应的大变化，这一现象可以用密码子的简并性，特别是在密码子第3位单核苷酸的常见的胞嘧啶与尿嘧啶或者腺嘌呤与鸟嘌呤的互换性来解释。2.认识密码子组成的规律：答：考察密码子在遗传密码中的分布，可以得到遗传编码的进化趋向于将突变的有害效应减少到最小的规律。遗传密码中另一个显而易见的规律是：在第3个位置上使所有4种核苷酸定义相同的氨基酸可能已逐渐进化为一种安全机制，以便在阅读这种密码时将错误减少到最小。答：摆动理论指出，反密码子5’端的碱基在空间上不如其他2个位置上的碱基那么受限制，可以和密码子3’端的集中碱基形成氢键。反密码子中的碱基密码子中的碱基GCGAUUI反密码子的第一个(5’)碱基位于碱基堆叠的末端，其运动也许比其他两个碱基相对自由些，因而，在密码子的第三个(3’)碱基位置上摆动。相反，不仅反密码子的第三个(3’)碱基位于碱基堆叠的中间，而且相邻的碱基总是庞大的修饰嘌呤残基。因此，碱基运动的受限性可能解释了摆动为什么不出现在密码的第一个(5’)位置上。4.三个密码子指导链的终止：的特殊蛋白质所阅读(细菌中为RF1和RF2,在真核生物种为eRF1)。5.遗传密码是如何破译的?混合多聚核苷酸使其它密码子的组成得以确定。6.支配遗传密码的三条规律：第一条规律是密码子从5’→3’方向阅读。最后一条规律是信息在固定的可读框上翻译，这些可读框是由起始密码子设定的。答：引起编码一种特异氨基酸的密码子成为编码另一