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第 8 章. 中心法则

高级类别：【生物学】【生物学索引】(https://jb243.github.io/pages/1457) 

1. 概述

2. 基因和基因表达

3. DNA复制

4. 转录

5. 翻译

6. 翻译后蛋白质的递送

7. 翻译后修饰

8. 抑制剂

a. 【DNA校对与修复】(https://jb243.github.io/pages/1472)

b. 微生物学的中心法则

c. 解旋酶表征实验

d. 专利代理人第二轮中心法则考试

1.概述 

⑴中心法则是指遗传信息的流动（DNA→RNA→蛋白质）。

⑵ 逆转录病毒（RNA病毒）中逆转录酶的发现后，中心法则被修正。

⑶ 信息传递关系

①DNA复制：DNA→DNA

② 转录：DNA→RNA

③翻译：RNA → 氨基酸序列（一级结构）

④ 三联体密码（DNA）→密码子（mRNA）→反密码子（tRNA）→氨基酸

2.基因和基因表达

⑴ 基因和染色体

⑵ 一个基因，多个多肽理论

① 一种基因，一种酶假说：Beadle 和 Tatum 的实验

○ 使用突变体推断生物合成途径：鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸

表 1. Beads 和 Tatum 的实验

○ 提示 1. 材料生长得越多，生物合成途径就越晚。

○ 提示 2. 突变体生长得越多，它参与代谢途径的步骤就越早。

② 一种基因，一种蛋白质假说：发现了不具有酶功能的蛋白质。

③ 一种基因，一种多肽假说：揭示形成四级结构的蛋白质。

④ 一个基因，多个多肽假说：已揭示单个基因可以产生多个多肽。

⑶ 基因表达调控

① 基因表达概述

○ 首先，我们身体的体细胞具有相同的DNA。

○ 其次，每个组织细胞只转录特定的基因，导致基因表达模式不同，从而导致结构和功能的变化。

② 转录调控**

○ 通过转录抑制进行调节（原核细胞）

○ 通过转录激活进行调节（原核和真核细胞）

○ 通过染色质缩合进行调节：防止 RNA 聚合酶进入（巴尔小体）

③ 通过mRNA降解进行调节

④ 翻译规定

⑤ 通过蛋白质降解（蛋白酶）进行调节

3. DNA复制

⑴ 第一名。解开DNA螺旋

① 复制从复制原点 (ori) 向两个方向进行（= 复制叉从复制原点向两个方向移动）

○ 复制起点：A = T富位点，具有弱氢键

○ 复制叉：DNA 形成氢键的链与非氢键链之间的连接处。

○ 原核生物：DnaA 识别一个复制起点。

○ DNAA

○ 共有序列：9碱基对×4 + 13碱基对×3

○ 20-50单体

○ 同时结合多个富含 AT 的位点。

○ 利用一分子 ATP 熔化 DNA。» ○ 真核生物：ORC（起点识别复合体）识别复制起点。

○ 复制速度慢，因此存在多个复制起点。

○ 酵母：250 至 400 个复制起点。

○ 哺乳动物：25,000 个复制起点；人类中约有 6,500 个。

○ 丰富的A-T序列。

○ 由复制起点决定的复制单位称为复制子。

○ ARS（自主复制序列）

○ DnaA 和 ORC 产生复制气泡，暴露单链 DNA (ssDNA) 的几十个核苷酸。

② 酶：解旋酶、DNA拓扑异构酶、单链结合蛋白

○ 解旋酶：释放两条互补链中的氢键。

○ 原核生物：DnaB、PcrA

○ 真核生物：MCM（微型染色体维护复合体）

○ DnaB

○ 【解旋酶特征实验】(https://jb243.github.io/pages/1468)：可以得出两个结论

○ 结论 1：需要 DnaA 或 ORC 产生的复制气泡才能与 DNA 结合。

○ 结论2：通常与复制叉处滞后链的模板结合，并沿5’→3’方向移动（存在例外）。

○ 使用 ATP。

○ 复制泡的最小单链DNA长度：16个核苷酸或更多。

○ 100 转/秒 = 6,000 rpm

○ PcrA：由 A1、A2、B1、B2 结构域和 P 环组成。

○ 解旋酶会加剧DNA的扭转，导致结构不稳定。

图1. 大小为210 bp的环状DNA的拓扑异构体

第二个双螺旋每圈的核苷酸较少（较低的扭转应力），而第三个双螺旋每圈的核苷酸较多（较高的扭转应力）。

○ L（链接数）：循环数。扭转应力计算期间守恒，逆时针 (+) 旋转。

○ T（扭转数）：螺旋圈数。 DNA 本质上是右手性的，因此它具有逆时针 (+) 扭转应力。

○ W (Writhe number): 超螺旋的数量。

○ 超螺旋：DNA 分子在自身上形成环的结构，与扭转应力的增强或松弛有关。

○ 正超线圈：左手超线圈（图中的第三个），具有正扭数。

○ 负超螺旋：右旋超螺旋（图中的第二个），扭动数为负。

○ 正超螺旋形成左手超螺旋，从而增加双螺旋的右手扭转应力。

○ 负超螺旋形成右旋超螺旋，从而松弛双螺旋的右旋扭应力。

○ 大多数非嗜热细菌的生物体的 DNA 具有负超螺旋结构。

○ DNA 拓扑异构酶：一种缓解 DNA 扭转应力的酶。

○ 在复制叉之前的区域进行操作。

○ 1 型 DNA 拓扑异构酶

○ 一种酶，可切割 DNA 的一条链，使其自然解开，然后重新密封。

○ 链切割和链释放活性：核酸酶和连接酶活性。

○ 不需要 ATP。

○ 缓解大肠杆菌中的负超螺旋。

○ 步骤 1. 酪氨酸攻击磷酸主链，在 DNA 链上形成切口。

○ 步骤 2. DNA 在扭转应力下旋转一圈。

○ 步骤 3. 发生重新密封，最终解决超螺旋问题。

○ 2 型 DNA 拓扑异构酶（DNA 旋转酶）

○ 一种酶，可以切割 DNA 的两条链，旋转（拓扑重新排列）它们，然后重新密封它们。»» ○ 将正超螺旋 DNA 分子转化为负超螺旋形式。

○ 需要 ATP 水解。

○ 以氟喹诺酮类药物（例如环丙沙星）等抗生素为目标。

○ 单链结合蛋白

○ 原核生物：单链结合蛋白（SSBP）；具有两个域的单体。

○ 真核生物：复制蛋白 A (RPA)。

○ 功能 1. 在氢键断裂后，暂时与 DNA 的每条单链结合，防止链重新配对在一起。

○ 功能 2. 稳定 DNA。

○ 功能 3. 保护 DNA 免于扭曲。

○ 在实验设置中需要 SSBP 来激活解旋酶功能。

③原核细胞：环状DNA，一个复制起点。

④ 真核细胞：线性DNA，多个复制起点。

○ 真核细胞比原核细胞有更大的基因组，因此有多个复制起点。

⑵ 第二^第二。安装底漆

①引物：DNA聚合的短RNA片段

○ PCR引物是DNA片段。

○ 引物长度约为 10 个核苷酸。

② 引物提供 DNA 聚合所需的第一个 3’-OH 基团末端。

③ 酶：涉及引物酶。 Primase 负责合成和连接引物。

○ 由于解旋酶的运行速度为每秒 100 转，引物酶的运行速度也非常快。

○ 真核生物：Pol α/引物酶复合物。

④ 引发体：在RNA引物合成之前由几种蛋白质形成的预引发复合物。

⑶ 第三^第三。 DNA聚合

①酶：涉及DNA聚合酶。

○ 大肠杆菌具有三种 DNA 聚合酶：DNA pol I、II 和 III。

○ DNA pol I：缺口翻译。删除引物并用 dNTP 替换 RNA 引物

○ 速度：10 nt/s。

○ T4 连接酶的功能与 DNA pol I 亚基类似。

○ DNA pol II：修复因外界因素而受损的DNA，当DNA合成中断时被激活。

○ DNA pol III：参与DNA延伸。作为二聚体发挥作用并且自身不移动；相反，DNA 链会移动。

○ 特性：非常高的效力、保真度和持续性。

○ 1000 核/秒

○ 不对称：拉长滞后链和前导链时的过程不同。

○ DNA pol III 由大约 10 条不同的多肽链组成。

○ 整体结构：αεθβ₂τ₂ - αεθβ₂γ₂(δδ’χψ)₂。

○ α 亚基：聚合酶。

○ ε 亚基：3’ → 5’ 核酸外切酶。

○ β₂τ₂：持续合成，星形环，35 Å 孔。

○ β₂：与滑动 DNA 夹相关。

○ 滑动夹具

图 2. 滑动夹

○ 确保模板链和子链正确对齐，使 DNA 聚合酶能够准确高效地合成 DNA，提高精度和效率。

○ 真核生物：滑夹与PCNA（增殖细胞核抗原）相关，与Ki-67染色有关。

○ 原核生物：滑动夹被夹具加载器暂时打开，以允许大肠杆菌 DNA 的闭合圆形结构插入到中央通道中。然后它再次关闭，在 DNA 复制过程中启用聚合酶活性。

○ 克列诺片段

○ 回忆 DNA pol I：5’ → 3’ 聚合、3’ → 5’ 核酸外切酶、5’ → 3’ 核酸外切酶。

○ 回忆一下 DNA pol I 的大片段：5’ → 3’ 聚合，3’ → 5’ 核酸外切酶。

○ 回忆一下 DNA pol I 的小片段：5’ → 3’ 核酸外切酶。

○ 回忆 5’ → 3’ 核酸外切酶：去除末端核酸。»> ○ 回顾 3’ → 5’ 核酸外切酶：校对功能。

○ Klenow 片段是 DNA pol I 的大片段，与 DNA pol III 相同。

○ Klenow片段是T4噬菌体的DNA聚合酶。

○ 在DNA重组中将限制性片段的粘性末端转化为平端。

○ 缺乏5’→3’核酸外切酶活性，因此不能降解模板DNA的引物。

○ 使用 Klenow 片段的体外聚合反应示例。

图 3. 使用 Klenow 片段的体外聚合示例

○ 在真核生物中，存在 DNA pol α、β、γ、δ 和 ε。

○ DNA pol α：含有引物酶，缺乏校对。

○ DNA pol β：修复功能，缺乏校对。

○ DNA pol δ：延伸滞后链的冈崎片段，并进行校对。

○ DNA pol ε：延伸主链，并进行校对。

○ DNA pol γ：复制线粒体DNA，并进行校对。

②底物：dNTP（dATP、dTTP、dCTP、dGTP），5’碳上有3个磷酸基团。

③ 将与模板互补的核苷酸的 5’ 磷酸基团连接到合成链的 3’-OH 基团上，释放 2 个焦磷酸。

○ DNA双螺旋结构中的3’-OH基团精确攻击α磷酸基团。

○ 焦磷酸盐

④ A与T配对，G与C以互补方式配对（嘌呤-嘧啶配对→DNA两条链之间的距离保持恒定）。

⑤ 复合方向：5’→3’

⑥ 引导线

○ 连续合成一条链。

○ 当复制方向与复制叉的移动方向相同时发生。

⑦ 滞后链

○ 以不连续片段（冈崎片段）合成的一条链。

○ 当复制方向与复制叉的运动相反时发生。

⑷第4^次。链条关闭

① 终止机制存在，但并不重要，因为它们默认情况下 100% 复制。

⑸第五^th。底漆去除

① RNA引物去除酶

○ 原核生物：DNA 聚合酶 I

○ 真核生物：RNA酶 H、FEN1（瓣状核酸内切酶）

② 去除RNA引物后，DNA连接酶（DnaG）进行DNA链连接反应。

○ 连接酶使用 ATP。

○ DnaB 和 DnaG 统称为引发体。

○ 步骤 1. E + ATP（或 NAD⁺）→ E-AMP + PPi（或 NMN）

○ 来自 ATP 的活化 AMP 与 DNA 连接酶中赖氨酸残基的 e-氨基形成磷酰胺键。

○ 步骤 2. E-AMP + ⓟ-5’-DNA → E + AMP-ⓟ-5’-DNA

○ 步骤 3. DNA-3’-OH + AMP-ⓟ-5’-DNA → DNA-3’-O-ⓟ-5’-DNA + AMP

○ 活化的 5’ 磷原子受到 3’-OH 基团的亲核攻击。

③去除率

○ 每秒 1 个

○ 每 10,000,000 个错误 1 个

④ 子链5’端的RNA引物不复制。

○ 这就是为什么 DNA 随着连续几轮复制而变得更短的原因。

○ 与衰老有关。

⑹第六^th。 DNA 复制的校正和修饰：核酸外切酶活性

① 原始标记：通过甲基化A碱基来标记原始模板链。

○ 涉及DNA甲基化酶。 5’-GATC-3’ 序列在 ori C 位点的甲基化。

② 校对：DNA聚合酶具有校对功能。

○ 作用类似于替换单个核苷酸。

○ 3’ → 5’ 核酸外切酶活性

○ 由 DNA pol I、II 和 III 执行。

○ 将聚合过程中的复制错误率降低至 1/10⁷。»> ○ 步骤 1. 在 DNA 合成过程中，会掺入不正确的核苷酸，导致该核苷酸的 3’ 末端在此阶段暴露。

○ 步骤2. 结构性波动显着。

○ 步骤 3. 减弱的氢键允许错误的核苷酸移动到核酸外切酶位点。

○ 步骤 4. 通过水解去除不正确的核苷酸。

○ 5’ → 3’ 核酸外切酶活性

○ 仅由 DNA pol I 执行。

○ 它一次替换一个核苷酸，但最终在一个过程中替换大约 10 个核苷酸长的 RNA 引物。

○ 步骤 1. 聚合酶将自身定位在冈崎片段的 3’ 末端和相邻 RNA 引物的 5’ 末端之间。

○ 步骤 2. 逐个核苷酸进行：

○ 步骤 2-1. 通过水解去除 RNA 引物。

○ 步骤 2-2. 使用 5’ → 3’ 聚合酶活性用 dNTP 替换每个 RNA 核苷酸，并使用 3’ → 5’ 核酸外切酶活性进行校对。

○ 步骤 3. 重复这些步骤，直到间隙完全被 DNA 填充。

○ HIV病毒缺乏修复机制。

③【修复】(https://jb243.github.io/pages/1472)：如果修复酶正确，复制错误率为1/10⁹。

○ 如替换多个核苷酸。

○ 类型 1. 二聚体修复。

○ 类型2. 切除修复：去除化学损伤引起的异常碱基。

④ 如果DNA校对和修复失败，突变就会频繁发生。

⑺ DNA复制的特点

① 保守复制：复制后，存在一个原始DNA分子和一个全新的DNA分子（拒绝）。

② 分散复制：复制后，产生两个全新的DNA分子（拒绝）。

③ 半保守复制：复制后，每个DNA分子包含一条模板链和一条新合成的链（接受）。

④ 互补性：模板链和新合成的链包含互补信息。

⑤ Meselson-Stahl实验：验证了DNA复制的半保守模型。

图 4. Meselson-Stahl 的实验

○ 使用氯化铯的密度梯度离心 → 根据密度分离 DNA。

○ 用¹⁵N标记的大肠杆菌在含有正常氮（¹⁴N）的培养基中培养，分析每一代的DNA密度。

⑻端粒酶：2009年诺贝尔生理学或医学奖

①子链5’端RNA引物无法复制→DNA缩短→老化

○ 海弗利克极限：直到细胞不能再分裂为止的细胞分裂次数。

② 端粒

○ 在一定程度上保护DNA免于缩短。

○ 由无意义的重复序列组成。 6-nt 长重复。重复约300至5000次。

○ 端粒上的 Tetra-G 形成 T 环，将端粒裸露的 3’ 端转变成发夹结构，以保护端粒。

○ 人类、小鼠、鸟类、红面包霉菌、蚕：TTAGGG

○ 拟南芥: TTTAGGG

○ 衣藻: TTTTAGGG

○ 酵母：TTAC(A)(C)G(1-8)

③ 端粒酶

○ 一种逆转录酶和RNA依赖性DNA聚合酶。

○ 使用分子内的短 RNA 模板延长端粒。

○ 内部短RNA：3’-CCCAAUCCC-5’ RNA 模板

图 5. 端粒和端粒酶中暴露的 3’ 末端的机制

④ 存在于生殖细胞、增殖的正常细胞和癌细胞中。> ⑤ 与人类不同，端粒酶在小鼠中很常见。

⑥ 环状DNA（例如线粒体DNA）不需要端粒酶。

⑼ RCR（滚环复制）：仅在环状DNA中观察到。

图 6. 滚环复制

⑽ 多分叉复制

①情况：在极其有利的条件下，大肠杆菌的繁殖周期为20分钟。

②问题：由于DNA复制速度为每秒1000个核苷酸，因此复制整个染色体所需的时间比繁殖周期要长。

③解决方案：多fork复制。这种现象允许复制在已经复制的子链上开始，在当前周期完成之前为下一个细胞周期做好准备。

4.转录

图7. 基因转录

⑴ DNA 与 RNA

① 链：DNA是双链，RNA是单链。

②糖：DNA含有脱氧核糖（5碳糖），RNA含有核糖（5碳糖）。

○ 脱氧核糖在第二个碳上有一个-H基团，而核糖在第二个碳上有一个-OH基团。

③ 碱基：A、T、G、C (DNA) ↔ A、U、G、C (RNA)

④ DNA 类型

○ gDNA（基因组DNA）：典型的DNA。

○ 移动 DNA

○ 卫星 DNA：在真核基因组中随机重复的非编码 DNA。

○ 质粒：仅存在于细菌中。

○ ecDNA（染色体外DNA）

○ 存在于染色体外部的环状 DNA，有助于癌细胞中特定基因的高拷贝数。

○ 在 17.1% 的所有肿瘤中检测到。

○ 假基因：缺乏蛋白质编码能力的类基因组。

○ 1 型： 由逆转录转座子复制但缺少内含子和启动子的基因。

○ 2 型： 由于突变累积而丧失功能的基因。

⑤ RNA类型

○ mRNA（信使RNA）

○ tRNA（转移RNA）

○ rRNA（核糖体RNA）

○ SRP RNA

○ snRNA（小核RNA）

○ miRNA、siRNA

○ lncRNA 和 ncRNA：非编码 RNA（例如，假基因被转录但不被翻译）。 lncRNA 的外显子较少，亚型较少，表达量较低，并表现出较高的组织特异性。

○ sciRNA

○ ASO(反义寡核苷酸)

○ snoRNA（核仁小RNA）

○ 糖RNA

○ piRNA

○ eRNA(增强子RNA)

○ lincRNA

○ srRNA

○ 杂链RNA

○ Y RNA

○ 斯卡RNA

○ 穹窿RNA

表2. 非编码RNA的分布（95-99%）

⑵ 原核和真核mRNA

① 多顺反子和单顺反子

○ 原核生物：多顺反子 mRNA（= 操纵子）

○ 单个 mRNA 分子编码多个不同的多肽链。

○ 每个多肽都有一个含有核糖体结合位点 (RBS) 的起始位点。

○ 优点：允许单个启动子调控多个基因。

○ 多核糖体（polysome）：多个核糖体与单个 mRNA 结合的结构。

○ 真核生物：单顺反子 mRNA

○ 观察到多核糖体，但极为罕见。

○ rRNA：在真核细胞中也观察到 rRNA 的多聚核糖体。

② 内含子的存在：仅存在于真核生物中。

○ 组蛋白 DNA：缺乏内含子。> ③转录和翻译的同时性：仅发生在原核生物中。

④ 转录后修饰：仅存在于真核生物中。

⑶ 第一^第一。 RNA链起始：RNA聚合酶与基因启动子结合。

① RNA 将封闭启动子复合物释放为开放启动子复合物。

② DNA 的两条链都可以编码基因，但任何给定的基因仅使用一条链作为模板。

○ 在狭窄的范围内，只有一条DNA链可以被视为模板。

○ 有义链（编码链、（+）链、非模板链）：RNA聚合酶不结合的链，方便密码子分析。

○ 反义链（非编码链、(-)链、模板链）：RNA聚合酶结合的链。

○ 示例：酵母半乳糖基因（共 6 个）

○ 2 号染色体上有 4 个（GAL7、GAL10、GAL1、MEL1），12 号染色体上有 1 个（GAL2），4 号染色体上有 1 个（GAL3）。

○ GAL7、GAL10、GAL1 在一条线上，MEL1 在另一条线上。

③ 发起人

○ 约 40 个 DNA 碱基对，指示转录起始位点。

○ RNA 聚合酶结合的位点。

○ 原核启动子共识

○ 示例 1. Pribnow 盒（-10 盒）：TATAAT（或 TATGTT，⋯）

○ 示例2. -35盒：TTGACA（或TTTACA，⋯）

○ 真核启动子共识

○ 示例 1. TATA 盒子（Goldberg-Hogness 盒子，-25 盒子）：TATA

○ 示例 2. CAAT 盒（-75 盒）：CAAT

○ 示例 3. GC 盒

图 8. TATA 盒子图案

○ 核心启动子：从启动子到转录开始前约 300 bp 的区域。

④ 上游/下游

○ 转录成 RNA 的第一个核苷酸被指定为 +1。

○ 以+1为基准，5’方向称为上游（-），3’方向称为下游（+）。

⑤ 大肠杆菌中的Sigma因子：全部识别-35上游区域。

○ σ⁷⁰ (σ^D)：识别 TTGACA。主要西格玛因子参与正常生长过程中的大多数基因。

○ σ⁵⁴：识别 TTGGCACA。参与氮合成代谢。

○ σ³⁸：识别 CCGGCG。主要的西格玛因子涉及稳定期、氧化应激和渗透应激。

○ σ³²：识别TNTCNCCTTGAA（N代表任何核苷酸）。参与热休克应激过程。

○ σ²⁸：识别 TAAA。参与鞭毛基因的合成。

○ σ²⁴：识别 GAACTT。参与对周质中错误折叠蛋白质的反应。

○ σ¹⁹：识别AAGGAAAAT。参与负责铁离子运输的基因。

⑷ 第二^第二。 RNA链的延长：RNA聚合酶将与基因的DNA碱基（模板链）互补的RNA碱基聚合成5’→3’。

① 转录泡=RNA转录物+DNA+RNA聚合酶

② RNA-DNA杂交体

③ RNA聚合酶：无需引物。无拓扑异构酶。无核酸外切酶活性导致较高的转录错误率。

④ 大肠杆菌有一种依赖DNA的RNA聚合酶。

○ 全酶形式：α2ββ’ωσ

○ 核心酶形式：α2ββ’ω。在识别启动子的 σ⁷⁰ 因子的帮助下与启动子结合。

○ σ⁷⁰：识别启动子并启动合成。可以重复使用。

○ β：形成磷酸二酯键并与 rNTP 结合。

○ β’：与 DNA 模板结合。

○ 核心酶：仅涉及α亚基。

○ 没有发生特异性结合。

○ 紧密的非特异性 DNA 结合。

○ K_d ≈ 5 × 10^-12 M

○ 全酶：包含 σ⁷⁰ 亚基

○ 发生特异性启动子结合。»> ○ 弱非特异性 DNA 结合。

○ K_d ≈ 10^-7 M

○ 查找启动子的速度提高 10,000 倍。

⑤ 真核生物具有三种依赖DNA的RNA聚合酶。

○ RNA pol I：在核仁中发挥作用。合成 28S rRNA、18S rRNA 和 5.8S rRNA。

○ RNA pol II：在核质中发挥作用。合成 mRNA。

○ RNA pol III：在核质中发挥作用。合成 tRNA、5S rRNA、ncRNA 和 snRNA。

⑸ 第三^rd。 RNA链的终止：在终止序列中，RNA聚合酶留下DNA，DNA再次扭曲。

① 原核终结者

○ 内在终止子：转录通过形成发夹（发夹-oligo-U 结构）而终止。

○ 由于反向​​重复序列而形成发夹。

○ A-T 丰富位点位于反向重复序列附近，其中 U 碱基使用 A 作为模板进行转录。

○ 由于A=U碱基对链不稳定，转录产物自然解离。

○ Rho 依赖性终止子：Rho 因子充当 DNA-RNA 解旋酶，促进正在合成的 RNA 分离。

② 真核终结者

○ 当转录本上出现多聚腺苷酸信号序列（5’-AAUAAA-3’）时，就会触发核酸内切酶活性。

○ 核酸内切酶在下游 10 至 35 个核苷酸处切割转录物，导致其分离。

○ 将由多个 A 碱基组成的多聚 A 尾添加到切割的 3’ 端。

⑹第四^th。 mRNA 加工（仅限真核细胞）：成熟的 mRNA 通过核孔移动到细胞质。由于成熟，退化减少，翻译增加。

① 第一^第一。封盖

图 9. 5’ 帽

○ 加帽与转录同时开始。

○ 7-MeG 是一种甲基化鸟苷衍生物，通过 5’-5’ 键（5’ 碳 - 3 个磷酸基 - 5’ 碳）连接到前 mRNA 的 5’ 末端。

○ 5’-MeG 与 CBC（帽结合复合物）结合形成 5’-帽：5’-帽也称为 m7GpppN。

○ 帽：帮助核输出，保护 mRNA 免受核酸酶的影响，并作为蛋白质合成机制的识别位点。

○ 用于 IVT（体外转录）的人工 5’-cap

○ 第一代：源自酵母的 mCap (Cap 0)。缺点是缺乏方向性。

○ 第二代：ARCA（抗反向帽类似物）（Cap 0 模拟物）源自酵母。引入甲基以实现方向性。

○ 第三代：三核苷酸帽类似物（例如 CleanCap）（Cap 1）。它非常出色，因为它非常类似于体内发现的 5’-帽。

② 第二^第二。多聚A尾部形成

○ Poly A 尾巴与真核生物中的转录终止子有关。

○ PBP（聚 A 结合蛋白）在 5’-AAUAAA-3’ 序列后添加 A 碱基。

○ Poly A 尾有助于 mRNA 从细胞核转运至细胞质并增加 mRNA 稳定性。

③ 第三^第。拼接

○ 由剪接体执行，仅连接外显子区域。需要ATP。

○ 外显子：编码实用的遗传信息和非翻译区域（UTR；用于翻译调控）。

○ 内含子：编码非实用信息。

○ 可能存在以维持染色质中 DNA 之间的距离。

○ 推测有更深层次的意义。

○ 剪接体（snRNP）：由 snRNA 组成。

○ u₁ snRNP + u₂ snRNP + u₄ snRNP + u₅ snRNP + u₆ snRNP → 去除 u₁ snRNP 和 u₄ snRNP。

○ mRNA 前体中用于剪接的保守序列»> ○ 剪接供体、剪接受体：剪接连接的起点和终点分别经常观察到 GT 和 AG 基序。

○ 即5’-GU—AG-3’：5’剪接位点为GU，3’剪接位点为AG。

○ 剪接受体：富含嘧啶位点，分支点 A

图 10. 剪接供体、剪接受体

○ I组自拼接

图11. I组自剪接

○ 步骤1. 外部鸟苷分子攻击5’剪接位点：结果，鸟苷分子与内含子结合，5’外显子获得3’ OH基团。

○ 步骤 2. 5’ 外显子的 3’ 末端攻击 3’ 剪接位点，将 5’ 外显子连接到 3’ 外显子并切除内含子。

○ 这样，外显子逐渐连接起来。

○ II组自拼接

图12. II组自剪接

○ 步骤 1. 内部腺苷分子攻击 5’ 剪接位点，形成套索结构。

○ 步骤 2. 5’ 外显子的 3’ 末端攻击 3’ 剪接位点，将 5’ 外显子连接到 3’ 外显子并切除内含子。

○ 这样，外显子逐渐连接起来。

○ 差异 1. 初始亲核试剂：I 组使用外部鸟苷分子，而 II 组使用内部腺苷分子。

○ 区别2. 结构：I组的特点是复杂的环和螺旋结构，而II组的特点是套索结构。

○ 差异 3. 分布

○ I组：细菌的rRNA、mRNA、tRNA；低等真核生物的线粒体基因组和叶绿体基因组；低等真核生物核基因组的 rRNA；以及高等植物叶绿体和线粒体中的一些tRNA和mRNA。

○ 第二组：真菌、植物和原生生物细胞器的 rRNA、tRNA 和 mRNA；细菌的 mRNA。

○ 摘要：I 类在低等生物（例如细菌）中更常见，而 II 类在高等生物（例如真菌、植物）中更常见。

④ 第 4。 mRNA 编辑：改变 RNA 序列

○ 与封端、聚 A 尾部形成和剪接相比，罕见。

○ 以向导RNA为模板。

○ 类型 1. 蛋白质长度保持不变。

○ 类型 2. 蛋白质长度变化（例如载脂蛋白 B 蛋白质）。

○ 在人类中，载脂蛋白 B 在肝脏中变成 100 kDa Apo-B100。

○ 在人类中，载脂蛋白 B 蛋白在小肠中变成 48 kDa Apo-B48。

○ 胞苷脱氨酶将 RNA 中的 5’-CAG-3’ 脱氨基为 5’-UAG-3’，在新位置创建终止密码子。

⑤ 第 5。选择性剪接

○ 单个前mRNA上的一些外显子被选择性包含，形成多个mRNA组合。

○ >95% 的含有内含子的人类基因会发生选择性剪接。

○ 结果 1. 不正确的剪接会去除正常的外显子 → 可能导致癌症。

○ 结果 2. 由于剪接而出现过早终止密码子 → 通过 NMD（无义介导的 mRNA 衰减）去除异常 mRNA。

○ 选择性剪接事件

图 13. mRNA 剪接类型

○ SE（跳过外显子，跳过外显子）：~40%。当包含或排除整个特定外显子时。

○ A5SS（替代 5’ 剪接位点）：~7.9%。外显子 5’ 端的剪接点的使用方式不同。»> ○ A3SS（替代 3’ 剪接位点）：~18.4%。外显子 3’ 端的剪接点的使用方式不同。

○ RI（保留内含子）：<5%。不编码氨基酸序列的内含子要么被保留，要么被剪接。

○ MXE（互斥外显子）：当包含一个外显子时，另一个外显子被剪接掉，反之亦然。这种独特的剪接主要在脑组织中观察到。

○ 此外，还有替代启动子、替代poly(A)位点、MXE-AFE、MXE-ALE。

○ 请注意，各种类型的血红蛋白不是由于选择性剪接而是由于时间特异性表达。

⑥ 第六^th。外显子改组

○ 由于不同基因之间的交叉事件，基因由新的外显子组合形成。

⑦7^th。反式剪接

图 14. 顺式/反式剪接

○ 类型 1. 顺式剪接：单个前 mRNA 内的外显子通过 5’ ss（剪接位点）连接到 3’ ss 反应，从而形成 mRNA 的过程。

○ 类型 2. 反式剪接：两个不同的前 mRNA 连接成单个 mRNA 分子的过程。

○ 2-1. 来自 5’ tss（反式剪接位点）的剪接前导序列 (SL) 与 3’ tss 处的前 mRNA 连接的过程。

○ 2-2. 不同基因之间的反式剪接

○ 2-3. 同一基因内的反式剪接：模板的方向可能不同，或者起源可能是母本或父本。外显子重复也是可能的。

○ SL反式拼接流程

○ 步骤 1. SL RNA 的 5’ tss 与前 mRNA 的 3’ tss 结合。

○ 步骤 2. 成熟的 mRNA 在 5’ 端包含 SL 外显子和 TMG 帽，并在细胞质中翻译。

○ 步骤3. 剪接的结果是形成Y形产物（SL内含子+前mRNA外显子），类似于顺式剪接中产生的套索内含子产物。

○ 步骤 4. Y 形产品快速降解。

图15. SL转剪接过程

⑧ 第 8。 mRNA稳定性调节

○ mRNA 寿命更长，可以翻译更多蛋白质。

○ 原核mRNA的寿命约为2至3分钟。

○ 真核生物 mRNA 的寿命从几天到几周不等。

○ 示例 1. 只要红细胞还活着，血红蛋白 mRNA 就会保持完整，不会被降解。

○ 球蛋白 mRNA 在红细胞中高表达，约占血液总 RNA 的三分之二。

○ 示例 2. 转铁蛋白：一种铁输入和转运蛋白。

○ 铁反应元件 (IRE)：位于编码区下游。富含 AT 的序列。

○ 当 Fe³⁺ 增加时：IRE 结合蛋白 (IRE-BP) 失去活性 → 转铁蛋白 mRNA 的多聚 A 序列被去除 → mRNA 被降解。

○ 当 Fe³⁺ 减少时：IRE-BP 变得活跃 → 转铁蛋白 mRNA 的多聚 A 序列受到保护 → mRNA 稳定 → 表达增加。

⑺第五^th。 rRNA、tRNA 转录

① rRNA 在核仁中由 RNA 聚合酶 I 转录。

② mRNA 和 microRNA 在核质中由 RNA 聚合酶 II 转录。

③ tRNA 在核质中由 RNA 聚合酶 III 转录。

④ rRNA 的启动子位于基因的上游很远的地方。

⑤ mRNA 和 microRNA 的启动子位于基因的上游附近。

⑥ tRNA 的启动子位于基因下游附近。

⑦ TBP（TATA结合蛋白）是所有人都需要的。

⑻第六^th。 rRNA加工、tRNA加工> ① rRNA加工

○ 类型1. 核仁中的45S rDNA → 18S rRNA + 5.8S rRNA + 28S rRNA

○ 类型 2. 切割未甲基化碱基

② tRNA 加工：从 pre-tRNA 中轻微切割 3’ 和 5’。

⑼ 原核生物的转录调控

① 监管要素

○ 启动子 (P) 和操纵基因 (O) 中的共同序列（阻遏蛋白结合位点）

○ 激活剂结合位点

○ 示例：大肠杆菌 cAMP-CAP（分解代谢激活蛋白）复合物识别位点

② 操纵子：通过将多个基因转录成单个mRNA来协调调节的机制。

③ 调节子：由单一蛋白质调节多个操纵子的机制。

○ 示例：大肠杆菌中的麦芽糖调节子。

④ 转录抑制子的调节

○ 当阻遏蛋白与操纵基因结合时，它会阻止 RNA 聚合酶与启动子结合。

○ 诱导型操纵子：在诱导物存在的情况下，与操纵子结合的阻遏物被去除，使得RNA聚合酶与启动子结合并启动转录。

○ 示例 1. 分解代谢操纵子：乳糖操纵子（3 个基因）

○ 阻遏操纵子：在没有诱导物的情况下，与操纵子结合的阻遏蛋白被去除，使RNA聚合酶能够与启动子结合并启动转录。

○ 实施例1. 生物合成操纵子：色氨酸操纵子

⑤ 转录激活因子的调控

⑽ 操纵子：在一个启动子/操作区下具有多个基因的 ORF，并同时表达

① 概要

○ 诱导操纵子：感兴趣的物质最终促进操纵子的表达。

○ 阻遏操纵子：感兴趣的物质最终抑制操纵子的表达。

○ 积极调节：涉及活化剂的调节。在诱导型操纵子中，激活剂被靶分子激活，而在阻抑型操纵子中，激活剂被靶分子抑制。

○ 负调控：涉及阻遏物的调控。在诱导型操纵子中，目标分子抑制阻遏物，而在阻遏物操纵子中，目标分子激活阻遏物。

② 乳糖操纵子（lac operon）：诱导型操纵子

○ lac 操纵子的组成：（调节子）- CAP 结合位点 - 启动子 - 操作区域 - lac Z - lac Y - lac A

图 16. 乳糖操纵子的组成

○ 调节子 (lac I)：编码抑制剂的位点。它不包含在操纵子中，因为它有自己的启动子（持续表达）。

○ 作业现场

○ 基因 1. β-半乳糖苷酶 (lac Z)

○ β-半乳糖苷酶：乳酸裂解酶。将乳糖转化为异乳糖。

○ lac Z 实际上产生 α 肽，它是 β-半乳糖苷酶的 N 末端部分。

○ α 互补：α 肽与宿主的另一种肽结合形成 β-半乳糖苷酶的过程。

○ 基因 2. β-半乳糖苷通透酶 (lac Y)：乳糖转运蛋白。表达于细胞膜上。

○ 基因 3. β-半乳糖苷转乙酰酶 (lac A)

○ β-半乳糖苷转乙酰酶可去除副产物。

○ lac 操纵子的负调控

○ lac 操纵子阻遏物可以与操纵子位点结合。

○ lac 操纵子阻遏物由 lac I 基因 产生，抑制 RNA 聚合酶与启动子结合。

○ 当 lac 阻遏物与异乳糖（乳糖的衍生物）结合时，它不能再与操纵位点结合（乳糖充当诱导剂）。

○ 乳糖操纵子的正调控»> ○ 背景： lac 操纵子的启动子对 RNA 聚合酶的亲和力较低，因此即使在没有阻遏蛋白的情况下，转录也不会有效发生。

○ 腺苷酸环化酶 (AC) 将 ATP 转化为 cAMP。

○ 分解代谢激活蛋白 (CAP) 与 cAMP 结合形成复合物。

○ CAP-cAMP 复合物促进 RNA 聚合酶与启动子的结合。

○ 葡萄糖可以通过变构抑制位点抑制腺苷酸环化酶，从而阻止上述机制发挥作用。

○ 结果：葡萄糖的效率更高，优先于乳糖操纵子的操作，避免了乳糖操纵子不必要的酶合成。

○ 紫胶操纵子提供了在含有葡萄糖和乳糖的培养基中双生长的机制。

○ 葡萄糖（+）、乳糖（+）：cAMP 降低 → 正调节降低 → 不产生乳糖降解酶。

○ 葡萄糖（+）、乳糖（-）：cAMP 降低 → 正调节降低 → 不产生乳糖降解酶。

○ 葡萄糖（-）、乳糖（+）：异乳糖增加 → 与操纵子结合的阻遏蛋白减少 → 产生乳糖降解酶。

○ 葡萄糖 (-)、乳糖 (-)：异乳糖减少 → 与操纵子结合的阻遏蛋白增加 → 不产生乳糖降解酶。

○ 源自紫胶操纵子的操纵子

○ tac 操纵子

○ lac I^-：阻遏蛋白有缺陷，无法与操纵位点结合，导致持续激活。

○ lac I^S：乳糖无法与阻遏蛋白结合，导致持续失活。

○ lac O^c：操纵子位点有缺陷，阻止阻遏物与操纵子结合，导致持续激活。

○ lac Z^-：编码有缺陷的 lac Z 基因。无论操纵子活性如何，β-半乳糖苷酶都不表达。

○ 麦芽糖操纵子其功能也与乳糖操纵子非常相似。

③色氨酸操纵子（trp操纵子）：抑制性操纵子

○ 色氨酸操纵子的组成：（调节子）-启动子-操作位点-结构基因

图 17. 色氨酸操纵子的组成

○ 调节器：对抑制器进行编码。不包含在操纵子中，因为它有自己的启动子（始终表达）。

○ 五个结构基因（trp E、D、C、B、A）编码色氨酸生物合成过程所需的五种酶。

○ ξ polypeptide, δ polypeptide, indole glycerolphosphate synthase, β polar peptide, α polar peptide, respectively.

○ 调节机制1. 负控制

○ trp 启动子对 RNA 聚合酶具有较高的结合亲和力 → 无需激活蛋白。

○ 通过调节基因 (trpR)，trp 阻遏物与 trp 结合并附着到操纵基因位点，充当辅阻遏物。

○ 调节机构2. 衰减调节机构

○ 色氨酸 mRNA 有四个可以形成互补碱基对的区域，每个区域都位于色氨酸编码区附近。

○ 前导序列：翻译成蛋白质，但与色氨酸生物合成无关。

○ 前导肽中的“前导”一词仅指它在色氨酸相关酶之前合成。

图 18. 色氨酸操纵子的 DNA 序列

图 19. trp 操纵子的前导肽 mRNA 序列

在poly-U序列之后，存在trp E、D、C、B、A序列。

○ 情况1. 当色氨酸稀缺时

○ 即使RNA聚合酶转录至区域4，色氨酸tRNA的短缺也会减慢色氨酸遗传密码的翻译速度。

○ 核糖体保留在序列 1 处（在前导肽的合成过程中）。

○ 这使得序列2和3形成发夹结构。

○ 由于 RNA 聚合酶位于远离终止子序列的位置，因此不会发生内在转录终止。

○ 结果，产生了trp mRNA 2。

○ 情况2. 当色氨酸丰富时

○ 当RNA聚合酶转录至区域4时，翻译速度很快，将核糖体定位在序列1和2处。

○ 这导致序列 3 和 4 之间形成发夹结构。

○ 发生转录终止（内在转录终止）。

○ 结果，产生trp mRNA 1。

○ 情况 3. 当色氨酸完全不存在时

○ 即使 RNA 聚合酶转录至区域 4，也没有核糖体与 mRNA 结合。

○ 这导致序列 3 和 4 之间形成发夹结构。

○ 发生转录终止（内在转录终止）。

○ 结果，产生trp mRNA 1。

图20. trp操纵子衰减调节机制中发夹的形成

○ 如果trp L中的色氨酸密码子被删除，核糖体就不需要等待色氨酸氨基酸。在这种情况下，由于核糖体不会暂停（类似于情况2，其中色氨酸的等待时间很短），因此产生了trp mRNA 1。

④ tac 操纵子

○ 异丙基硫代半乳糖苷（IPTG）：激活 lac 和 tac 启动子的人造物质，例如异乳糖。它保持不变，保持恒定浓度并持续激活启动子。

○ 需要 IPTG 才能表达的人工启动子，如 lac 启动子。

○ 比trp启动子表达更强。

○ 抑制剂由 lac I 或 lac I^Q 制成。

○ lac I^Q：阻遏基因突变，表达比 lac I 更强。

⑤ P_L 操纵子

○ cI 阻遏蛋白 (cI 857) 基因：通过在低温下制造 cI 阻遏蛋白，使 P_L 启动子失活。

⑥ T7 操纵子

⑦ 部分二倍体：顺反二倍体

○ 部分二倍体：如果F质粒仅携带大肠杆菌基因组的一部分，则F质粒上的基因以二倍体状态存在。

○ 部分二聚体：通过性菌毛接合。被认为是部分二倍体。

○ 顺式作用元件：部分二倍体中的启动子，仅影响其自身的操纵子。功能是构成性的。

○ 示例：lac 衍生操纵子中的 O^c。

○ 反式作用元件：部分二倍体中的启动子，影响二倍体的两个拷贝。有条件地发挥作用。

○ 示例：lac 衍生操纵子中的 I^- 和 I^s。

⑧ 重组蛋白及诱导型启动子

○ 持续产生重组蛋白的细胞会承受代谢负担，导致生长抑制、质粒不稳定和产量降低。

○ 表达策略：将细胞密度增加到一定水平，然后添加诱导剂启动表达。» ○ 结论：可控表达的诱导型启动子被广泛用于提高产量。

⑾ 真核转录调控

① 转录因子

○ 概述

真核RNA聚合酶不能单独结合启动子。

○ 当一般和特定转录因子与基因上游的各种调控序列（例如 TATA 盒、CAAT 盒）结合时，转录开始，使 RNA 聚合酶启动转录。

○ 转录因子的数量约为 1,600 个。

○ 先锋因子：一种特殊类型的转录因子，即使染色质处于关闭状态也能结合。它是第一个结合的转录因子，并且含量要少得多。

○ 与其他转录因子相比，CTCF 转录因子与 DNA 结合的持续时间更长（约几分钟）。

○ 一般转录因子：普遍存在于各个细胞中（例如TFIIA、TFIB、TFIID、TFIIE、TFIIF、TFIIH、TFIIJ等）

○ TFIID：由 13 种不同蛋白质组成的蛋白质复合物。

○ TFIIH：由 10 种不同蛋白质组成的蛋白质复合物。

○ 特殊转录因子：特异存在

○ 示例 1. DBD（DNA 结合域）

○ 示例2. AD（激活域）

○ 示例 3. SP1：锌指。识别 5’-GGGCGG-3’。单体

○ 示例 4. AP-1：基本拉链。识别 5’-TGA(G/C)TCA-3’。二聚体

○ 示例 5. C/EBP：基本拉链。识别 5’-ATTGCGCAAT-3’。二聚体

○ 示例 6. 热冲击系数：基本拉链。识别 5’-XGAAX-3’。三聚体

○ 示例 7. ATF/CREB：基本拉链。识别 5’-TGACGTCA-3’。二聚体

○ 实施例 8. c-Myc：基本螺旋-环-螺旋。识别 5’-CACGTG-3’。单体

○ 示例 9. Oct-1：螺旋-转角-螺旋。识别 5’-ATGCAAT-3’。单体

○ 实施例10. NF-1：新颖的结构。识别 5’-TTGGCXXXXXGCCAA-3’。二聚体

○ 近端调控元件：位于启动子附近。

○ 第一^第一。 TFIID 通过 TFIID 的 TBP 亚基与 TATA 盒结合。

○ 第二^第二。 TFIIA 和 TFIIB 稳定整个复合物。

○ 第三^第。 TFIIF 和 RNAPII（RNA 聚合酶 II）与复合物结合。

○ GTF 参与RNAPII 的招募。

○ 第四^th。 TFIIE 和 TFIIH 另外与复合物结合。

○ TFIIH 磷酸化细胞核内 RNAPII 的 CTD（C 末端结构域） → 释放 TFIID 并激活解旋酶活性。

○ RNAPII 与 α₂ββ’ω 不同，不具有解旋酶活性。

○ 第 5。转录启动：形成 PIC（起始前复合物）。

○ GTF 也参与转录起始。

图21. PIC形成过程

○ 远端调节器：主要分布在启动子的上游。

○ 增强子（扩增序列）：促进 RNA 聚合酶与启动子结合。它可以位于上游或下游。长度范围约为 50 至 1500 bp。

○ Silencer（抑制序列）：无条件抑制RNA聚合酶。位于启动子的上游。

○ 绝缘体：抑制增强子以调节转录。位于增强子和启动子之间。

○ 应力响应元件（SRE）

○ DNA结合蛋白

○ HMG 蛋白：使 DNA 弯曲，使 RNA pol II 能够发挥作用。

○ DNA结合蛋白的常见结构（DNA结合基序）

○ 螺旋-转角-螺旋基序：由两个α-螺旋组成；发现于 CAP 和操纵子操作区域。

○ 锌指基序：在类固醇激素受体中观察到。»> ○ 亮氨酸拉链基序（例如 AP-1，参与哺乳动物细胞的生长和分裂）

○ 螺旋-环-螺旋基序

○ 小鼠和人类基因组折叠成超过 10,000 个环。

② 修饰步骤的调控（前mRNA→成熟mRNA）

③ DNA甲基化：表观遗传学的关键概念

○ 含甲基-CpG 结合域的蛋白 (MBD)

○ MBD1 ~ MBD6

○ MeCP2：与雷特综合征相关。

○ CpG 二核苷酸几乎总是甲基化的。

○ 转录起始位点 (TSS) 附近大约 70% 的启动子与 CpG 岛重叠：当基因表达时，CpG 岛保持非甲基化状态。

○ 【胞嘧啶的脱氨基作用】(https://jb243.github.io/pages/1386#2-imines)：甲基附着在C碱基上 → C碱基很容易通过脱氨基作用变成T碱基 → 因此，CpG在基因组中相对较少。

图22. 胞嘧啶的脱氨基作用

○ 人类基因组的 70-80% 被甲基化。

○ 全球甲基化图谱

图23. 全球甲基化图谱

○ 带有甲基的染色质缩合，导致转录失活。

○ 表达水平：常染色质 ＞ 异染色质

○ 启动子和转录因子结合位点具有高含量的胞嘧啶碱基（例如 GC 盒）。

图 24. DNA 甲基化和转录失活

④ 组蛋白修饰

○ 【组蛋白与DNA的结合】(https://jb243.github.io/pages/67#:~:text=%E2%91%A2-,Nucleosome%C2%A0,-%3A%C2%A0Also%20known)

○ 在组蛋白中，H3 的修饰频率最高，而 H2A 和 H2B 的修饰频率要低得多。

○ 组蛋白修饰发生在组蛋白尾部。

○ 组蛋白乙酰化

○ 乙酰基仅与组蛋白尾部的赖氨酸残基结合。

○ 赖氨酸的NH₂基团作为碱基，带有正电荷，在组蛋白缩合中起着至关重要的作用。

○ 当乙酰基（-COCH₃）与赖氨酸的 NH₂ 基团结合时，组蛋白被中和。

○ 组蛋白中和 → 减弱 DNA 和组蛋白之间的静电相互作用 → 导致常染色质形成和转录激活。

○ 组蛋白 H3 上赖氨酸 9 的乙酰化是一个代表性的例子。

○ 乙酰基和甲基竞争相同的氨基位点。

○ 组蛋白乙酰转移酶（HAT）

○ 类型 1. HAT A

○ HAT A 位于细胞核中，乙酰化核小体内的组蛋白。

○ 组蛋白的乙酰化会中和赖氨酸的 NH₂ 基团，该基团带有正电荷，导致核小体凝聚松弛。

○ 类型 2. HAT B

○ HAT B 位于细胞质中，乙酰化细胞分裂过程中染色质组装所需的游离组蛋白。

○ HAT B 与细胞质中新合成的组蛋白 H4 赖氨酸残基相互作用：HAT1/HAT2/H4

○ 随后，新合成的组蛋白 H3 与组蛋白 H4 结合，在核转运蛋白的帮助下，被转运至细胞核：HAT1/HAT2/H3/H4

○ 尚未确定HAT1/HAT2/H3/H4结构是否以异二聚体或异四聚体的形式存在。

○ HAT1/HAT2/H3/H4 复合物促进 H3/H4 复合物转移到 DNA 上。» ○ 组蛋白脱乙酰化

○ 反对组蛋白乙酰化

○ 丙戊酸：组蛋白脱乙酰酶抑制剂

○ 组蛋白甲基化

○ 发生在组蛋白尾部的赖氨酸或精氨酸残基上，与仅发生在赖氨酸上的组蛋白乙酰化相反。

○ 增加组蛋白的正电荷 → 增强 DNA 和组蛋白之间的静电相互作用 → 导致异染色质形成和转录失活。

○ 甲基化在同一位点最多可发生三次，导致单甲基化、二甲基化和三甲基化。

○ 组蛋白甲基化在某些情况下也可以激活基因转录。

○ 乙酰基和甲基竞争相同的氨基位点。

○ 组蛋白磷酸化

○ 对转录的影响（激活或失活）因磷酸化位点而异。

○ 组蛋白修饰及其对激活/抑制的影响

○ 只有赖氨酸氨基酸可以进行单甲基化、二甲基化、三甲基化。

○ 因此，转录激活或抑制并不总是那么简单。

表 3. 组蛋白修饰对激活/抑制的影响

例如，H3K27 指 H3 组蛋白中的第 27 个赖氨酸 (Lys)。

⑤ 染色质重塑蛋白

○ 重塑蛋白a：启用ATP。

○ 重塑蛋白b：不使用ATP。

⑥【X染色体失活】(https://jb243.github.io/pages/72#:~:text=%E2%91%A4-,X%20inactivation,-%3A%20Observed%20only)

⑦ RNA干扰（RNAi）：也称为RNA沉默。

○ 类型1. miRNA（微小RNA）：通过细胞核和细胞质加工的小单链RNA。

○ 概述

○ 从单链开始。

○ 小非编码 RNA（~22 个核苷酸）

○ 由 RNA 聚合酶 II 转录。

○ 由核酸内切酶产生。

○ 保存完好。

○ 人类有 2,000 多种 miRNA。

○ 简单的三元相互作用及其已知的决定因素只能解释 10-20% 的 miRNA 靶向。

○ 超过 60% 的人类蛋白质编码基因是 miRNA 的直接靶标。

○ 第一^第一。基因→pri-miRNA：涉及RNA pol II。

○ 第二^第二。 pri-miRNA → pre-miRNA：涉及 Drosha、Dgcr8 和 Pasha。 pre-miRNA 具有发夹结构。

○ 第三^第。 pre-miRNA 被输出到细胞核外：涉及 RNA-GTP 和 Exportin-5。

○ 第四^th。 pre-miRNA → miRNA/miRNA* 双链体：涉及 Dicer。 miRNA/miRNA 是双链RNA。

○ miRNA/miRNA* 双链体约为 20 bp。

○ 第 5。 miRNA/miRNA* 双链体 → 成熟 miRNA：涉及 Ago 和 RISC。 miRNA是ssRNA。

○ 前（阿尔戈）

○ RISC（RNA诱导沉默复合物）

○ 第六^th。成熟 miRNA 与 mRNA 结合：Ago 参与其中。

○ 当 miRNA 和 mRNA 完全互补时，mRNA 就会发生降解**。

○ 当 miRNA 和 mRNA 部分互补时，翻译会受到抑制。

○ miRNA 靶向»» ○ CST（规范站点类型）：不完整序列

○ 6mer 站点：NNNNNN-5’

○ 7mer-A1 位点：NNNNNNNA-5’

○ 7mer-m8 位点：NNNNNNN-5’

○ 8mer 站点：NNNNNNNA-5’

○ NST（非规范站点类型）

○ 偏移 6mer：6mer 位点、7mer-A1 位点、7mer-m8 位点、8mer 位点

○ 居中站点

○ 枢轴配对站点

○ 单个错配位点

○ 基于 AGO CLIPSeq 的分析

○ 米尔扎网站

○ miRNA 靶向增强子：Pumilio、PCBP2、FUS、PTBP1

○ miRNA 靶向抑制因子：Dnd1、RBM38、HuR、IGF2BP1、PTBP1

○ 2型. siRNA（小干扰RNA，短干扰RNA）

○ 1998 年首次推出。

○ 与 miRNA 类似，但起始为双链 RNA。

○ 也称为小非编码 RNA：人工合成（约 20-27 个核苷酸）。

○ siRNA：指病毒RNA或**实验引入的RNA。 pre-miRNA (shRNA) 或 dsRNA。

○ 血液半衰期：4 分钟。使用载体，血液半衰期可以延长至几个小时。

○ 第一^第一。如果作为 pre-miRNA 引入：pre-miRNA → miRNA/miRNA* 双链体。切丁参与其中。

○ 第一^第一。如果以 dsRNA 的形式引入：它会被 Dicer 切割，而不经过 pre-miRNA 阶段。

○ 第二^第二。 miRNA/miRNA* 双链体 → miRNA：涉及 Ago 和 RISC。

○ 第三^第。 miRNA 与 mRNA 结合：Ago 参与其中。

○ 第四^th。可以抑制任何基因的表达。

○ 类型 3. lncRNA（长非编码 RNA）

○ 200 个核苷酸或更长

○ 由 RNA 聚合酶 II 转录。

○ 大多数经历 5’-加帽、部分聚腺苷酸化和剪接。

○ 保存较差。

○ 人类有超过 30,000 种 lncRNA。

○ 类型 4. sciRNA：小环状干扰 RNA

○ 5型. ASO（反义寡核苷酸）

○ 1978 年首次推出。

○ 功能 1. RNaseH 招募 → 靶标 mRNA 降解

○ 功能2. 剪接修饰→外显子包含/排除

○ 功能 3. miRNA 靶向 → miRNA 隔离

○ miRNA与siRNA的比较

○ miRNA 具有发夹结构，而 siRNA 则没有。

○ miRNA同时具有部分和完美的互补机制，而siRNA仅具有完美的互补机制。仅用互补性即可填写下表。

表4. miRNA和siRNA的比较

○ 域特异性 RNA 干扰

○ 动物：存在 RNAi。

○ 植物：表现出PTGS（转录后基因沉默）。

○ 原核生物和古细菌：没有RNA干扰，但具有限制性酶。

5.翻译

⑴ tRNA

① tRNA：20种。通过反密码子与 mRNA 密码子 结合。

○ 由约80个核苷酸组成。

② 氨酰tRNA合成酶：20种

○ 特定氨基酸与相应的 tRNA 结合，产生活性氨基酸（aa-tRNA）。

○ tRNA 上氨酰-tRNA 合成酶识别的关键区域：

○ tRNA 反密码子环（mRNA 侧元件）：识别包含 tRNA 反密码子的环，以确保选择正确的 tRNA。»> ○ 3’ 受体茎碱基（氨基酸侧元件）：tRNA 的 3’ 末端，特定 tRNA 与其相应的氨基酸结合。

○ 氨基酸与 tRNA 的 3’ 末端结合（使用 ATP）：3’-CCA 作为氨基酸附着位点。

○ 3’末端戊糖的3’-OH基与氨基酸的-COOH基发生脱水缩合反应。

○ 步骤 1. -COO^- → -CO(AMP)：氨基酸的羧基 (-COOH) 末端利用 ATP 水解的能量与 AMP 结合。

○ 步骤 2. -CO(AMP) → -CO(tRNA)：氨基酸从 AMP 转移到 tRNA。 (酶：氨酰-tRNA合成酶)

○ 双筛模型：氨酰-tRNA 合成酶选择特定氨基酸的机制。

○ 第一筛（激活位点）：

○ 排除大于异亮氨酸的氨基酸（例如苯丙氨酸）。

○ 涉及一种根据大小和结构特异性结合的酶。

○ 第二筛（编辑站点）：

○ 排除小于异亮氨酸的氨基酸（例如丙氨酸）。

○ 确保只有正确的氨基酸-AMP 复合物才能与 tRNA 结合。

○ 氨基酸和反密码子之间的不匹配可以被纠正，但在后期翻译阶段无法纠正。

○ 仅使用L型氨基酸。作为参考，体内仅存在 D 型葡萄糖。

图 25. tRNA 的结构

③ tRNA的初级转录物通过转录后修饰成为成熟的tRNA。

○ 成熟 tRNA：由约 80 至 90 个核苷酸组成的单链 RNA。

○ tRNA 特定位点的一些碱基经过化学修饰（甲基鸟苷、核糖胸苷、二氢尿苷等），这些修饰赋予稳定性。

○ 在 tRNA 的 3’ 端添加三个核苷酸 (-CCA)。

○ 涉及核酸外切酶的一种 RNase D。

④ 成熟的tRNA具有三个环。

○ 因为核糖的碱基和OH基之间存在氢键。

○ 二维形状为平面三叶草形状。

○ 三维形状为L 形。

○ 5’ 末端较短，因为氨基酸与 tRNA 的 3’-OH 基团结合。

⑤ 蛋白质合成机器识别tRNA特异性的实验。

⑵ 核糖核酸

①真核生物：需要四种不同的rRNA（5S rRNA、5.8S rRNA、18S rRNA、28S rRNA）。

○ 核仁中的45S rDNA → 45S rRNA（通过RNA pol I）→ 18S rRNA + 5.8S rRNA + 28S rRNA

○ 核仁中的 45S rDNA → 5S rRNA (通过 RNA pol III)

② 原核生物：需要三种rRNA（5S rRNA、16S rRNA、23S rRNA）。有一个 RNA 聚合酶。

③ 核糖体组装

○ 细胞质中核糖体合成的蛋白质通过核孔输送到核仁。

○ 蛋白质和 rRNA 在核仁中组装 → 两个核糖体亚基

○ 核糖体小亚基和大亚基迁移至细胞质后组装（翻译起始复合物）。

○ 微生物每小时大约产生 100,000 个核糖体。

④ 真核核糖体：80S

○ 60S大亚基：28S、5.8S、5S rRNA + 46种不同蛋白质。有tRNA结合位点。

○ A位点（氨基位点）

○ P 位点（肽位点）

○ E站点（退出站点）

○ 40S小亚基：18S rRNA + 33个蛋白质。存在mRNA结合位点。

⑤ 原核核糖体：含有约55种蛋白质。 70S（古细菌也有70S核糖体）。

○ 50S大亚基：5S、23S rRNA

○ 30S小亚基：16S rRNA

⑥ snoRNA参与rRNA加工。

○ 细菌：通过 rRNA 切割进行 rRNA 加工。涉及RNase III、RNase P、RNase E。

⑶ 第一^第一。起始：核糖体与核糖体结合位点 (RBS) 结合。

①原核生物的起始» ○ 5’-UTR（5’-非翻译区域）：从 5’ 末端到起始密码子之前的非翻译区域。

○ SD (Shine-Dalgarno) 序列：富含嘌呤的 5’-AGGAGGU-3’ 序列。

○ 30S 亚基（16S rRNA + 蛋白质）与 Shine-Dalgarno 序列结合并移动，直到到达 mRNA 上的 AUG 起始密码子。

○ 20 世纪 70 年代中期首次在大肠杆菌中发现，作为与 16S rRNA 相互作用的序列。

○ 位于 TSS（起始密码子）上游：TSS 50 bp 以内。通常位于 TSS 的 5-10 bp 内。

○ 起始子 tRNA（甲酰基-Met-tRNA）识别 mRNA 上的起始密码子并与 P 位点结合（使用 GTP）。

○ 起始因子（IF-1、IF-2、IF-3）与核糖体大亚基结合形成翻译起始复合物。

○ 大肠杆菌中 TPP 核糖开关对 thiMD 基因表达的调节

图 26. TPP 核糖开关

○ TPP 核糖开关通过阻断核糖体与 RBS 的结合来调节翻译起始。

○ 当 TPP 存在时，thiMD 基因的表达受到抑制。

○ 由于 thiMD 参与 TPP 生物合成，核糖开关会自动调节（反馈调节）TPP 的产生量。

② 真核生物的起始

○ 小亚基与 mRNA 的 5’-cap 末端结合以启动翻译：18S rRNA 结合。

○ 5’-UTR：从 5’-cap 到起始密码子之前的非翻译区域。

○ 在起始密码子之前，有一个称为 Kozak 序列的通用序列。

○ Marilyn Kozak 首先发现了 Kozak 序列。

○ Kozak 序列：5’-A/GCCACC-3’

○ 紧接着 Kozak 序列之后是 5’-AUGG-3’。

○ 即真核生物的5’-UTR含有Kozak序列。

○ 核糖体需要解旋酶来水解 ATP，因为它从 5’-cap 移动到 5’-AUG-3’。

○ Met-tRNA 识别 mRNA 的起始密码子并使用 GTP 与 P 位点结合。

○ 起始因子和大亚基结合形成翻译起始复合物。

③ 脊髓灰质炎病毒的启动

○ 脊髓灰质炎病毒 mRNA 的翻译起始是由起始因子与 IRES 区域的结合诱导的。

○ 脊髓灰质炎病毒的 IRES 诱导真核细胞翻译起始。

⑷ 第二^第二。伸长率

① A位点、P位点、E位点

○ A 位点：aa-tRNA 进入翻译起始复合物的位点。

○ P 位点：肽键形成的位点，允许多肽链延长。

○ E 位点：tRNA 退出翻译起始复合物的位点。

○ 顺序为 5’ - E - P - A - 3’。

② 伸长系数：EF-Tu、EF-Ts、EF-G

③密码子识别：互补的tRNA识别A位点的密码子，需要2个GTP，涉及EF-Tu和EF-Ts。

④ 肽键形成

○ 肽链P位的羧基与A位氨基酸的氨基形成肽键。

○ 氨基的氮作为亲核试剂，攻击羧基的羰基碳。

○ 该过程由核糖体大亚基的肽基转移酶活性催化。

○ 多肽合成方向：N → C

⑤ 通过上一步（④肽键形成），将P位点的整条氨基酸链转移到A位点的tRNA上。

⑥ 易位

○ 核糖体移动到下一个密码子，改变位置：

○ P位点的tRNA移动至E位点并被释放。

○ A 位点的 tRNA 移动至 P 位点。» ○ 此过程需要 1 个 GTP，并涉及 EF-G。

⑸ 第三^rd。终止

① 当终止密码子（UAA、UAG、UGA）到达A位点时，释放结合因子，导致翻译终止。

○支原体密码（代码4）：终止密码子为UAA和UAG。

○ 纤毛虫密码（代码6）：终止密码子是UGA。

② 释放因子（RF）：水解P位点的tRNA与多肽最后一个氨基酸之间的键。

○ 释放因子被回收。

○ RF-1：识别 UAA 和 UAG。

○ RF-2：识别 UAA 和 UGA。

③ 3’-UTR：从终止密码子之后到 3’-poly(A) 尾之前的非翻译区域。

⑹ 遗传密码

① 三联体密码子：从起始密码子开始，密码子以三个核苷酸为一组进行分组，形成翻译的基本框架。

○ 这个框架称为阅读框架。

② 无冗余翻译：每个密码子仅翻译一次。

③ 密码子方向性：根据 mRNA，密码子在 5’ 至 3’ 方向 读取，并根据密码子表进行解释。

④ 起始密码子：翻译始终从 mRNA 上的 AUG (Met) 起始密码子**开始。

⑤ 无义密码子：64 个密码子中，有 3 个密码子（UAA、UAG、UGA）为终止密码子，即不指定氨基酸。

⑥ Wobble假说：tRNA理论上有61个，实际只有45个左右。

○ 与脱氨基过程相关，其中A碱基转变为肌苷酸(I)。

○ 有时特定密码子会与非互补的 tRNA 配对。

○ 第三个密码子的序列称为摆动序列，与tRNA的结合称为摆动配对。

○ 假设：反密码子的第一个碱基和密码子的第三个碱基不严格配对。

⑦ 简并：由于氨基酸只有20个左右，每个氨基酸对应两个或多个密码子（总共45个密码子）。

○ 密码子使用：即使产生相同的氨基酸，翻译速度也会因tRNA而异。

○ 一些研究确定了池中 tRNA 的数量，并用适当的密码子替换它以加速翻译。

⑧ 明确性：根据 ⑥ 和 ⑦，一个密码子对应一个氨基酸。

○ 例外：存在一个密码子对应多个反密码子的情况。

⑨ 通用密码子

○ 遗传密码在生命历史的早期就已进化。

○ 它一直保存完好，没有任何改变，因为即使是最小的改变也可能是致命的（冻结事故假设）。

○ 在一些原生动物和线粒体中发现了异常。

⑩ 重叠基因

○ 病毒的基因组很小，因此观察到重叠的遗传信息，这意味着阅读框被破坏。

○ 单个核苷酸最多可读取六次：每个阅读框读取三次，根据是有义链还是反义链读取两次。

○ 单个突变可能会产生重大影响。

⑺ 破译遗传密码：荣获1968年诺贝尔生理学或医学奖。

① 氨基酸：20种

○ <子>4∏<子>2 = 16 < 20 < <子>4∏<子>3 = 64

○ 早期科学家推论密码的单位是三个核苷酸。

② 遗传密码的类型

○ 无意义密码子：三个终止密码子充当氨基酸序列的终止信号。

○ 有意义的密码子：指定 20 个氨基酸。

○ 起始密码子：蛋氨酸（AUG）。

③ 解码遗传密码

○ 利用体外翻译系统。

○ 与原核表达系统相同。

○ 从8月开始不需要翻译。

○ 仅用多核苷酸磷酸化酶即可合成。» ○ 方法 1. Marshall W. Nirenberg 和 J. H. Mattaei 实验 (1961)

○ 人工合成RNA和无细胞蛋白质合成系统（体外翻译系统）

○ UUU、AAA、CCC 和 GGG 的氨基酸解码。

○ 方法2. H. Gobind Khorana ㄷ实验

○ 使用合成 RNA 进一步解码遗传密码。

○ 示例：当使用 5’-CACACACACAC-3’ 序列且 ATP:CTP 比例为 1:1 时，所得氨基酸混合物为苏氨酸：组氨酸 = 1:1。

○ 方法 3. W. Nirenberg 元帅和 Ochora 实验

○ 以 3:1 的比例混合 UTP 和 GTP。

○ UUU密码子的概率是0.75³ → 检测率告诉你什么氨基酸匹配。

○ 如果两个氨基酸具有相似的概率，则不确定它们对应于哪个密码子。

○ 示例：当使用 5’-CACACACAC-3’ 序列且 ATP:CTP 比例为 5:1 时，所得氨基酸分布为：

○ 赖氨酸：100

○ 苏氨酸：26

○ 天冬酰胺：24

○ 谷氨酰胺：24

○ 脯氨酸：7

○ 组氨酸：6

○ 方法4. tRNA杂交+过滤法

○ 能够创建准确的密码子表。

○ 这个方法是实际使用的。

④ 遗传密码表

表5. 遗传密码表

⑻ 阅读框（RF）

①定义：由3个核苷酸分隔的可翻译成氨基酸序列的框架。

② 组成：从起始密码子（ATG；met）开始约100个氨基酸。

③ 开放阅读框（ORF）：根据某些密码子被视为起始密码子和终止密码子而生成的多个阅读框。

④ 阅读框不包含终止密码子（共有3种）。

⑤ mRNA 内阅读框的位置。

图 27. mRNA 内阅读框的位置。

6.翻译后蛋白质的递送

⑴ 概述

① 合成的蛋白质含有由特定氨基酸序列组成的信号序列，将蛋白质引导至细胞内的特定位置。

②菲尔德荣获2013年诺贝尔生理学或医学奖。

⑵ 细胞内区室

① 细胞内的化学反应往往是相互对立的，需要细胞内的隔室。

②多种酶组装成一个大的蛋白质复合物，共同催化特定的反应过程（原核生物和真核生物均如此）。

③ 单一膜结构（真核生物）内的区室化方法：膜结合细胞器的意义。

④ 将新合成的蛋白质转运至其相应的膜结合细胞器的方法（蛋白质靶向）。

⑶ 信号序列

① 通常位于 N 末端区域的约 20 个氨基酸的序列。

② 内质网（ER）信号序列

○ 含有约10种疏水性氨基酸。

○ 疏水性的原因：如果信号肽是亲水性的，则很难穿过膜。

③ 核定位信号（NLS）

○ 由至少四个连续带正电荷的氨基酸组成。

④ 叶绿体靶向信号

○ 涉及两种不同的信号序列。

⑤ 示例：Hsp90 的信号序列

图28. Hsp90的信号序列

○ 所有 Hsp90 蛋白均包含由 10 个氨基酸组成的信号序列。

○ Y (1)、F (7)、R (9) 在所有物种中都是保守的。» ○ 下图中每个氨基酸符号的大小与其频率成正比。

○ 理论上，第二个氨基酸可以是任何氨基酸，但最常见的是Ser。

⑷ 游离核糖体

①漂浮在细胞质中，合成在细胞内作用的蛋白质。

② 特点

○ 一般来说，没有蛋白质输送机制。

○ 由游离核糖体合成的蛋白质缺乏二硫键。

○ 翻译后：蛋白质在翻译完成后移动。

③ 实施例1. 核蛋白

○ 蛋白质通过核孔转运（进→出）：需要核输出信号（NES）+ 输出蛋白。

○ 蛋白质通过核孔转运（出→入）：需要核定位信号（NLS）+导入蛋白。

○ 受体蛋白与蛋白质的信号序列结合并将其一起运输，同时保留信号序列和三级结构。

○ 蛋白质以折叠状态通过核孔。

○ GTP 用于将导入和导出返回到原来的位置。

○ 大约 45% 的酵母蛋白含有与经典 NLS 模式匹配的氨基酸序列。

④ 实施例2. 过氧化物酶体蛋白

○ 由过氧化物酶转运，保持其三级结构和信号序列。

⑤ 示例 3. 线粒体和叶绿体蛋白

○ 穿过膜时失去三级结构。

○ 信号序列在传输后被切割。

○ 叶绿体靶向蛋白含有两个信号序列。

⑥ 实施例 4. 表面蛋白

⑦ 示例 5. 细胞质蛋白（例如细胞骨架蛋白）

⑸ 结合核糖体

① 示例

○ 膜蛋白

○ 分泌蛋白

○ 溶酶体蛋白

○ 液泡蛋白

② 蛋白质传递机制

○ 第一^第一。开始翻译。

○ 第二^第二。共翻译：正在翻译的氨基酸序列上的信号肽与细胞质中的 SRP 结合。

○ 第三^第。运输前去除：信号序列在运输前被信号肽酶切割。

○ 第 4。运输前去除：通过易位复合体导入内质网（ER）。

○ 第五^th。恢复翻译。

7.翻译后修饰

⑴ 概述

① 目的1. 活动监管

○ 翻译后修饰 (PTM) 可以增加或减少蛋白质活性。

○ PTM 可以赋予多种功能。

② 目的2. 蛋白质-蛋白质相互作用

○ 经过 PTM 修改的站点可以是绑定接口。

③ 目的 3. 亚细胞相互作用

○ PTM 可用作靶向信号或膜锚定。

④ 目的4. 寿命调节

○ PTM 可以促进蛋白质降解或清除。

⑵ 化学修饰

①糖基化：大多数膜蛋白和信号蛋白都是糖蛋白。

○ 分类 1. 不同结构域糖基化过程的差异

○ 大肠杆菌：由于没有糖基化过程，因此没有糖蛋白。

○ 酵母：糖蛋白以甘露糖含量高的形式出现。

○ 酵母结构：细胞质 - 细胞膜 - 几丁质 - β-葡聚糖 - 甘露糖

○ 动物细胞：糖蛋白呈现出与唾液酸的形式。

○ 分类2. 细胞器内的糖基化过程：分为N-糖基化和O-糖基化。

○ 2-1. N-糖基化

○ 主要针对细胞膜蛋白，附着 N-聚糖。

○ 位置：N 连接糖基化发生在内质网 (ER) 的天冬酰胺 (Asn) 残基上。

○ 附着多种糖。»> ○ 在内质网 (ER) 膜中与多醇相连的核心寡糖通过寡糖基转移酶转移到目标蛋白上。

○ 白蛋白不发生 N-糖基化。

○ PNGase F：降解 N-糖基化。

○ 2-2. O-糖基化

○ 主要针对核蛋白和细胞质蛋白，附着 O-聚糖。

○ 位置：O-连接糖基化发生在高尔基体中的丝氨酸 (Ser) 和苏氨酸 (Thr) 残基上。

○ 附加单糖。

○ 类型 1. O-N-乙酰半乳糖胺 (O-GalNAc)

○ 类型 2. O-N-乙酰氨基葡萄糖 (O-GlcNAc)

○ N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）的形成

○ 葡萄糖

○ Glc-6-ⓟ

○ Fruc-6-ⓟ

○ GlcN-6-ⓟ

○ GlcNAc-6-ⓟ

○ GlcNAc-1-ⓟ

○ UDP-GlcNAc

○ 其特征是丝氨酸 (Ser) 或苏氨酸 (Thr) 的 -OH 基团与 N-乙酰氨基葡萄糖 (GlcNAc) 之间存在 β-糖苷键。

○ 3 型. O-甘露糖 (O-Man)

○ 4 型. O-半乳糖 (O-Gal)

○ 5 型. O-岩藻糖 (O-Fuc)

○ 6 型. O-葡萄糖 (O-Glc)

○ 糖捕获法：用于鉴定N-糖基化位点。

○ 第一^第一。氧化聚糖链。

○ 第二^第二。将其共价连接到酰肼树脂上。

○ 第三^第。使用 PNGase F 去除 N-糖基化。

○ 第四^th。天冬酰胺 (Asn) 同时转化为天冬氨酸 (Asp)。

○ 第 5。使用 LC/ESI-MS/MS 进行分析，观察到 0.984 Da 的质量位移。

② 磷酸化

○ 在信号转导中发挥着至关重要的作用。

○ 示例：丝氨酸 → 磷酸化丝氨酸（使用 ATP）。

○ 示例：苏氨酸→磷酸化苏氨酸（使用ATP）。

○ 示例：酪氨酸→磷酸化酪氨酸（使用ATP）。

③ 二硫键形成：发生在粗面内质网（RER）中，涉及PDI（蛋白质二硫键异构酶）。

④ 异戊二烯化：包括法尼基化、香叶基-香叶基化等。

⑤ 泛素化

⑥ 乙酰化

○ 示例：赖氨酸 → 乙酰赖氨酸

⑦ 硫酸盐化

表 6. 磷酸化和硫酸化之间的比较

⑧ 其他修改

○ 甲基化

○ 硝化

○ 酰胺化

○ 甲酰化

○ 棕榈酰化

○ 羟基化

○ SUMO化

○ 脂质锚定

⑶ 陪伴人员

① 翻译后的蛋白质前体获得适当的折叠结构，在分子伴侣的帮助下形成三级和四级结构。

② 实施例1. 部分降解

○ 示例： 信号序列的切割、内肽酶的蛋白质激活等。

○ 示例： 胰岛素激活需要氨基酸裂解。

○ 在粗面内质网中，前胰岛素原的 N 信号被裂解，形成胰岛素原。

○ 在高尔基体中，胰岛素原发生裂解。

○ 分泌胰岛素和C肽。

○ 胰岛素和C肽在临床上有助于诊断。

○ 示例： 肠肽酶附着在肠道屏障上。

○ 胰蛋白酶原通过裂解特定键转化为胰蛋白酶。

○ 胰蛋白酶通过裂解特定键将胰凝乳蛋白酶原转化为胰凝乳蛋白酶。> ③ 实施例2. Calnexin：精确的三级结构。与囊性纤维化相关。

④ 示例3. 热休克蛋白 (HSP)

⑷ 酶原

① 无活性的酶前体。

② 通过翻译后加工获得活性。

③ 大多数消化酶都是酶原形式。

⑸ 蛋白质合成调控

① 示例 1. 铁蛋白：铁储存蛋白。

○ 铁反应元件（IRE）位于编码区的上游。

○ 当 Fe 水平↑时：IRE-BP 失活 → 蛋白质翻译开始 → 表达发生。

○ 当 Fe 水平 ↓ 时：IRE-BP 被激活 → IRE-BP 与 mRNA RBS 结合 → 蛋白质翻译被抑制。

○ Dps：在原核生物中起到铁蛋白的作用。在大肠杆菌中发现。 （阿尔米龙等人，1992）

⑹ 寿命调节

① 目的

○ 结构不正确或变性的蛋白质可能对体内有毒。

○ 即使正常蛋白质在体内也会经常被降解以调节蛋白质活性。

② 示例1. 泛素

○ 由76个氨基酸组成的小蛋白质。

○ 第一^第一。泛素附着在蛋白质上，并在分子伴侣（例如 hsp70）的帮助下被降解。

○ 第二^第二。带有泛素标记的蛋白质被蛋白酶体识别，然后进行水解。

③ 实施例2. 溶酶体和甘露糖途径

○ 目标分子、受损受体、受损细胞器的消化。

④ 实施例3. PROTAC（蛋白水解嵌合体）

○ 概述

○ 定义：利用泛素-蛋白酶体系统降解蛋白质的技术，包括那些先前未针对抑制的蛋白质。

○ 与 E3 连接酶结合的化合物被人工连接到与目标蛋白结合以进行降解的化合物。

○ 形成PROTAC的分子胶成分是在寻找具有生理活性的药物时偶然发现的。

○ E3泛素连接酶

○ 将泛素附着到目标降解的蛋白质上。

○ 虽然有大约 600 种类型，但只有 2-3 种作为 PROTAC 被积极使用。

○ 成分

○ 与 E3 泛素连接酶结合的化合物。

○ 与目标降解蛋白质结合的化合物。

○ 连接两种化合物的连接体。

○ 示例

○ VHL（von Hippel-Lindau 肿瘤抑制因子）：广泛应用于 PROTAC 技术。

○ CRL·Cullin-RING E3 连接酶：通过将泛素连接到各种蛋白质上来诱导降解。

○ SD-36：一种选择性降解 STAT3 的 PROTAC，STAT3 是一种参与癌细胞生长、增殖、侵袭和转移的转录因子。

○ 氟维司群：不仅抑制雌激素受体（ER），还通过附着疏水残基诱导 ER 蛋白降解。

○ 沙利度胺：分子胶的代表例子。沙利度胺与 CRBN 结合，CRBN 将泛素附着在靶蛋白上。

○ 来那度胺、泊马度胺：沙利度胺衍生物和分子胶。

8.抑制剂

⑴ DNA聚合酶抑制剂

①阿昔洛韦（Acycloguanosine）：一种抗病毒药物，与病毒胸苷激酶（tk）相互作用，抑制病毒DNA聚合。

② AraC（Cytosine arabinoside、Cytarabine）：抗癌药。

③ AraA（腺嘌呤阿糖苷、阿糖腺苷）：抗病毒药。

④ 抗霉素D：与凹槽结合，阻止DNA复制；可以作用于原核和真核细胞。

⑤ 氟喹诺酮类药物（环丙沙星）：抑制 DNA 旋转酶。

⑥ 卡铂：抑制DNA合成的抗癌药物。

⑦ I型拓扑异构酶抑制剂：IB型拓扑异构酶抑制剂。

○ 伊立替康

○ 拓扑替康

○ 喜树碱 (CPT-11: Camtosar)

○ 双氟莫替康» ○ 板层素D

⑧ 拓扑异构酶 II 抑制剂

○ 依托泊苷

○ 替尼泊苷

○ 阿霉素

○ 柔红霉素

○ 米托蒽醌

○ 安吖啶

○ 玫瑰树碱

○ 金精三甲酸

○ HU-331

○ 氧氟沙星（商品名：Tarivid）

○ 左氧氟沙星（商品名：Cravit）

⑵ 转录抑制剂

①抗霉素D：转录抑制剂。

⑶ 翻译抑制剂

①放线菌酮：真核细胞翻译抑制剂。

②作用于细菌的翻译抑制剂：也可起到抗生素的作用。

○ 氯霉素：抑制肽键形成。

○ 红霉素：抑制 mRNA 上的核糖体运动。

○ 新霉素：干扰 tRNA-mRNA 相互作用。

○ 链霉素：抑制翻译起始。

○ 四环素：抑制 tRNA 与核糖体的结合。

⑷ 核苷逆转录酶抑制剂（NRTI）

① AZT（齐多夫定）

② 康比韦（AZT + Epivir）

③ Emtriva（恩曲他滨）

④ Epivir（拉米夫定）

⑤ Epzicom（阿巴卡韦 + Epivir）

⑥ Hivid (ddC)

⑦ Trizivir（阿巴卡韦 + AZT + Epivir）

⑧ Videx 和 Videx EC (ddI)：2’, 3’-双脱氧肌苷。去除 3’-OH。

⑨ 泽里特 (D4T)

⑩ Ziagen（阿巴卡韦）

输入：2015.7.02 17:56

修改时间：2025年11月27日 13:25