《蛋白質(zhì)工程》word版

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1、基因（gene）：指編碼RNA和蛋白質(zhì)序列信息及表達(dá)這些信息所必需的全部核苷酸序列。 基因組（genome）：一個(gè)細(xì)胞或生物體所載的全部遺傳信息。 基因組學(xué)（genomics）：闡明整個(gè)基因組結(jié)構(gòu)與功能及基因之間相互作用。 轉(zhuǎn)錄組學(xué)（transcriptomics）：全面了解基因組的整體轉(zhuǎn)錄情況及調(diào)控。 斷裂基因（splite gene）： 真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開(kāi)但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)。 外顯子(expressed region)：是真核生物基因的一部分，它在剪接(Splicing)后仍會(huì)被保

2、存下來(lái)，并出可在蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程中被表達(dá)為蛋白質(zhì)。外顯子是最后出現(xiàn)在成熟RNA中的基因序列，又稱表達(dá)序列。 內(nèi)含子（introns）：在轉(zhuǎn)錄后的加工中，從最初的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物除去的內(nèi)部的核苷酸序列。 啟動(dòng)子:指與RNA聚合酶結(jié)合的DNA序列（20-300bp），包括識(shí)別位點(diǎn)、結(jié)合位點(diǎn)和轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)。啟動(dòng)子具有方向性，一般位于上游。不同基因的啟動(dòng)子之間存在一定的保守性，稱為一致序列或保守序列（consensus sepuence）。 位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游，由轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別和結(jié)合并決定RNA Pol結(jié)合和轉(zhuǎn)錄起始的核苷酸序列 多數(shù)啟動(dòng)子位于真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)的上游（-100～-200），啟

3、動(dòng)子本身通常不被轉(zhuǎn)錄。 少數(shù)啟動(dòng)子（如編碼tRNA基因的啟動(dòng)子）位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的下游，這些DNA序列可以被轉(zhuǎn)錄。 終止子(terminator)和Poly A加尾信號(hào)（ polyadenylation signal ）:加尾信號(hào)為3′端下游的AATAAA序列；其下游有一個(gè)反向重復(fù)序列，形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)錄終止；加尾信號(hào)和反向重復(fù)序列稱為終止子。 依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止:ρ因子： ρ因子是由相同亞基組成的六聚體蛋白質(zhì)，亞基分子量46kD。 ρ因子能結(jié)合RNA，又以對(duì)poly C的結(jié)合力最強(qiáng)。 ρ因子還有ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。 目前認(rèn)為，ρ因子終止

4、轉(zhuǎn)錄的作用是：與RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，結(jié)合后ρ因子和RNA聚合酶都可發(fā)生構(gòu)象變化，從而使RNA聚合酶停頓，解螺旋酶的活性使DNA/RNA雜化雙鏈拆離，利于產(chǎn)物從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中釋放 。 非依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止 DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出RNA后，RNA產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)終止轉(zhuǎn)錄。 近終止區(qū)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)是非依賴ρ因子終止的普遍現(xiàn)象。 莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理： 使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓； 使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。 增強(qiáng)子（enhancer） 增強(qiáng)真核基因啟動(dòng)子工作效率，決定著每一個(gè)基因在細(xì)胞內(nèi)的

5、表達(dá)水平。 能夠在相對(duì)于啟動(dòng)子的任何方向和位置（上游或者下游）上發(fā)揮這種增強(qiáng)作用，大部分位于上游。 增強(qiáng)子序列距離所調(diào)控基因距離近者幾十個(gè)堿基對(duì)，遠(yuǎn)的可達(dá)幾千個(gè)堿基對(duì)。 常與啟動(dòng)子有交錯(cuò)，有時(shí)也可位于內(nèi)含子之中。 不同的增強(qiáng)子序列結(jié)合不同的調(diào)節(jié)蛋白。 沉默子：是抑制基因轉(zhuǎn)錄的特定DNA序列，當(dāng)其結(jié)合一些反式作用因子時(shí)對(duì)基因的轉(zhuǎn)錄起阻遏作用，使基因沉默。 絕緣子： 位于啟動(dòng)子與正負(fù)調(diào)控元件之間，為一種邊界元件。絕緣子本身對(duì)基因的表達(dá)既沒(méi)有正效應(yīng)，也沒(méi)有負(fù)效應(yīng)，其作用是不讓其他調(diào)控元件對(duì)基因的活化效應(yīng)或失活效應(yīng)發(fā)生作用。 反應(yīng)元件（response element）：是啟

6、動(dòng)子或增強(qiáng)子的上游元件，通常位于啟動(dòng)子附近、啟動(dòng)子內(nèi)或增強(qiáng)子區(qū)域。能介導(dǎo)基因?qū)?xì)胞外的某種信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)的DNA序列。 基因組（genome）：細(xì)胞或生物體中，一套完整單倍體的遺傳物質(zhì)的總和稱為基因組。 真核生物基因組包括一套完整單倍體DNA（染色體DNA）和線粒體DNA的全部序列 某些病毒的基因組由RNA組成。 基因組的大小有巨大差別：C值：?jiǎn)伪扼w基因組中的全部DNA的量。單位：bp（堿基對(duì)） 不同生物基因組的結(jié)構(gòu)與組織形式也明顯不同： 原核生物的基因組一般較小，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單； 病毒基因組的大小和結(jié)構(gòu)差異較大； 真核生物基因組一般較龐大，但結(jié)構(gòu)基因在基因組中所占的比例較小，

7、其中編碼序列更小，且存在大量重復(fù)序列（人的基因組中只有2~3% 的DNA序列是編碼序列）。 不同生物基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 真核基因組： 一、 人類(lèi)基因組貯存于染色體和線粒體中 人單倍體基因組DNA約為3×109bp 由染色體DNA和染色體外DNA（細(xì)胞器DNA）構(gòu)成 細(xì)胞器DNA通常是環(huán)狀DNA分子，位于核外 人類(lèi)基因組中90%序列可以轉(zhuǎn)錄 編碼序列：凡是可以轉(zhuǎn)錄出RNA的序列均屬于編碼序列 2%的編碼序列會(huì)翻譯成蛋白質(zhì)，其他為非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNA 1.高度重復(fù)序列 重復(fù)頻率＞105，占人類(lèi)基因組長(zhǎng)度的20% 1）反向重復(fù)序列（inver

8、ted repeat） 兩個(gè)順序相同的拷貝在DNA鏈上呈反向排列，又稱回文結(jié)構(gòu)（palindrome）占人類(lèi)基因組5%，可能與復(fù)制、轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)。 2） 衛(wèi)星DNA（satellite DNA） 存在于間隔DNA和內(nèi)含子中的非編碼區(qū)重復(fù)序列，具有固定的重復(fù)單位，首尾相連。 2.中度重復(fù)序列 重復(fù)頻率為103-105，占人類(lèi)基因組長(zhǎng)度的35% 1）短分散重復(fù)序列：Alu家族。Alu家族為靈長(zhǎng)類(lèi)基因組所特有，可作為天然標(biāo)記 長(zhǎng)約300bp，重復(fù)30-50萬(wàn)次，在170bp處有個(gè)限制性內(nèi)切酶AluI的酶切位點(diǎn)。 2）長(zhǎng)分散重復(fù)序列 3.單拷貝序列/低度重復(fù)序列 在單倍體基因組中只

9、出現(xiàn)一次或數(shù)次，大多數(shù)蛋白質(zhì)編碼基因 編碼酶、激素、受體、結(jié)構(gòu)蛋白和調(diào)節(jié)蛋白等。 假基因：指與某些有功能的基因結(jié)構(gòu)類(lèi)似，但不能表達(dá)產(chǎn)物的基因，由功能基因發(fā)生突變或者cDNA插入所致。 線粒體DNA：mtDNA編碼的RNA和多肽有：線粒體核糖體中2種rRNA(12S及16S)，22種tRNA，13種多肽。 線粒體DNA的特點(diǎn)： 遺傳物質(zhì)不為核膜所包被。 DNA不為蛋白質(zhì)所壓縮。 基因組沒(méi)有包含那么多非編碼區(qū)域（調(diào)控區(qū)域或“內(nèi)含子”）。 一些密碼子與通用密碼子不同。 一些堿基為兩個(gè)不同基因的一部分：某堿基作為一個(gè)基因的末尾，同時(shí)作為下一個(gè)基因的開(kāi)始。 很多基因沒(méi)有完整

10、的終止密碼，以T或者TA結(jié)尾。 原核基因組： 轉(zhuǎn)位因子 轉(zhuǎn)位因子（transposable element） 即可移動(dòng)的基因成分（可移動(dòng)基因，movable gene mob），是指能夠在一個(gè)DNA分子內(nèi)部或兩個(gè)DNA分子之間移動(dòng)的DNA片段。在細(xì)菌中指在質(zhì)粒和染色體之間或在質(zhì)粒和質(zhì)粒之間移動(dòng)的DNA片段（文獻(xiàn)上有時(shí)形象地稱其為是跳躍基因，jumping gene）。轉(zhuǎn)位也是DNA重組的一種形式。 （一）轉(zhuǎn)位因子的種類(lèi)及特征 原核生物：插入序列，轉(zhuǎn)座子及可轉(zhuǎn)座的噬菌體。 1.插入序列（insertion sequence,IS）： 不含

11、有其它編碼蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因，本身沒(méi)有表型效應(yīng)，但會(huì)使該基因發(fā)生失活，或者極性效應(yīng)。 2.轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn） ——是一類(lèi)較大的可移動(dòng)成分，除轉(zhuǎn)座相關(guān)基因外，尚含有其它基因，如抗藥基因等。 3.可轉(zhuǎn)座的噬菌體（transposable phage） (1)包括Mu和D108兩種噬菌體，是一類(lèi)溫和噬菌體。 (2)感染細(xì)菌后，可以整合到細(xì)菌染色體中，插入位點(diǎn)是隨機(jī)的（而入phage插入位點(diǎn)是專一的），可以插到結(jié)構(gòu)基因內(nèi)部，引起突變。 （三）轉(zhuǎn)位的遺傳效應(yīng) 1.基因重排 可能產(chǎn)生1個(gè)新的蛋白分子等，基因重排是進(jìn)化的動(dòng)力。 2.基因突變 插入到基因內(nèi)部，可引起

12、插入失活。 3.插入位點(diǎn)引入新的基因 如引進(jìn)抗藥基因。 病毒基因組 ① 種類(lèi)單一；②單倍體基因組：每個(gè)基因組在病毒中只出現(xiàn)一次；③形式多樣；④大小不一；⑤基因重疊；⑥動(dòng)物/細(xì)菌病毒與真核/原核基因相似：內(nèi)含子；⑦具有不規(guī)則的結(jié)構(gòu)基因；⑧基因編碼區(qū)無(wú)間隔：通過(guò)宿主及病毒本身酶切；⑨無(wú)帽狀結(jié)構(gòu)；⑩結(jié)構(gòu)基因沒(méi)有翻譯起始序列。 質(zhì)粒DNA—獨(dú)立于染色體外的有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)形DNA，會(huì)賦予細(xì)胞新的表型 質(zhì)粒的特點(diǎn)： 1. 分子相對(duì)較小 （在5kb左右，比較穩(wěn)定，不易受物理因素的損傷，此外，較小的質(zhì)粒一般有較高的拷貝數(shù)。） 2. 含有高效的自主復(fù)制成分（有復(fù)制起始點(diǎn)，

13、利用細(xì)菌染色體DNA復(fù)制所用的同一套酶系統(tǒng)，在細(xì)菌中獨(dú)立地進(jìn)行自我復(fù)制及轉(zhuǎn)錄。分為低拷貝型（嚴(yán)密控制型）和高拷貝型（松弛控制型）復(fù)制調(diào)控系統(tǒng) 分配系統(tǒng) 細(xì)胞分裂控制系統(tǒng)） 3. 不相容性 利用同一復(fù)制系統(tǒng)的不同質(zhì)粒不能穩(wěn)定地和平共處，可稱之為不相容質(zhì)粒，當(dāng)兩個(gè)上述質(zhì)粒被導(dǎo)入同一細(xì)胞時(shí)，它們?cè)趶?fù)制及隨后分配到子細(xì)胞的過(guò)程中彼此競(jìng)爭(zhēng)。 最初拷貝數(shù)的微小差異，導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)質(zhì)粒占絕對(duì)上風(fēng)，細(xì)菌生長(zhǎng)幾代之后，占少數(shù)的質(zhì)粒將會(huì)喪失殆盡，在原始細(xì)胞的后代中可含有兩種質(zhì)粒中的任意一種，但不會(huì)兼而有之。 4.可轉(zhuǎn)移性：在自然條件下，很多質(zhì)粒都可以通過(guò)一種稱為細(xì)菌接合的作用轉(zhuǎn)移到新宿主內(nèi)。 5.選擇性標(biāo)記；帶

14、有一個(gè)或幾個(gè)可供選擇的標(biāo)記，便于對(duì)轉(zhuǎn)化株的篩選。 抗生素抗性基因 lac Z基因—編碼半乳糖苷酶 X-gal X + gal 無(wú)色 藍(lán)色產(chǎn)物 半乳糖 X-gal：5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷 6. 多個(gè)限制性內(nèi)切酶單一切口（多克隆位點(diǎn)） 便于外源基因的插入。 若處于選擇標(biāo)記基因的內(nèi)部，外源基因片斷插入后會(huì)導(dǎo)致該基因失活便于篩選。 結(jié)構(gòu)基因組學(xué)：揭示人類(lèi)基因組全部DNA序列及組成 比較基因組學(xué)：通過(guò)模式生物基因組之間和模式生物與人類(lèi)基因組之間

15、的比較鑒定，為預(yù)測(cè)新基因的功能和研究生物進(jìn)化提供依據(jù)。 功能基因組學(xué)：利用結(jié)構(gòu)基因組所提供的信息，分析和鑒定基因組中所有基因的功能。 遺傳作圖（genetic mapping）：確定連鎖的遺傳標(biāo)志位點(diǎn)在一條染色體上的排列順序及它們之間的相對(duì)遺傳距離，用厘摩（cM）表示 。當(dāng)兩個(gè)遺傳標(biāo)記之間的重組值為1%時(shí)為1cM。 限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(RFLP)（restriction fragment length polymorphism) 利用特定的限制性內(nèi)切核酸酶 識(shí)別切割基因組DNA，得到大小不等的DNA片段，所產(chǎn)生的DNA數(shù)目和各個(gè)片段的長(zhǎng)度實(shí)際上反映了DNA分子上不同酶切位點(diǎn)的

16、分布情況。 單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism, SNP) 指在基因組水平上，由單個(gè)核苷酸變異所引起的DNA序列多態(tài)性。 不再以“長(zhǎng)度”的差異作為檢測(cè)手段，而直接以序列的變異作為標(biāo)記 原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 1. 基因組通常僅由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成。 2. 基因組中只有1個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。 3. 具有操縱子結(jié)構(gòu) 4. 基因序列是連續(xù)的，無(wú)內(nèi)含子結(jié)構(gòu)。 5. 編碼區(qū)所占比例較大（可達(dá)到50％左右） 6. 基因組中的重復(fù)序列很少。 7. 具有編碼同工酶的基因（isogene） 8. 不同的原核生物基因組中的GC含量變化很大（25～75％），測(cè)量基因組的GC含量可以識(shí)別細(xì)菌種類(lèi)。 9. 細(xì)菌基因組中存在可移動(dòng)的DNA序列，包括插入序列和轉(zhuǎn)座子。