帽子結構對翻譯效率非常重要

㈠ 真核生物成熟mrna分子5'端帽子和3'端polya尾巴結構有何生物學作用

真核生物轉錄第一步合成的mrna是不成熟的，需要在5『端加上磷酸集團的帽，主要是為後面的翻譯的識別和起始有關的，在3『端加上polya(多聚a）的尾巴，防止合成的mrna被降解掉，所以對mrna的穩定性有著非常重要的意義，另外還有內含子的剪切等等，才可以稱為成熟mrna。

mRNA的結構與功能：mRNA是單鏈核酸，其在真核生物中的初級產物稱為HnRNA。大多數真核成熟的mRNA分子具有典型的5』-端的7-甲基鳥苷三磷酸（m7GTP）帽子結構和3』-端的多聚腺苷酸(polyA)尾巴結構。

(1)帽子結構對翻譯效率非常重要擴展閱讀：

帽子結構是指在真核生物中轉錄後修飾形成的成熟mRNA在5'端的一個特殊結構，即m7GPPPN結構，又稱為甲基鳥苷帽子。它是在RNA三磷酸酶，mRNA鳥苷醯轉移酶，mRNA（鳥嘌呤-7）甲基轉移酶和mRNA（核苷-2』）甲基轉移酶催化形成的。甲基化程度不同可形成3種類型的帽子：CAP 0型、CAP I型和CAP II型。鳥苷以5』-5』焦磷酸鍵與初級轉錄本的5』-端相連。

㈡ mRNA的修飾

不論原核或真核生物的rRNAs都是以更為復雜的初級轉錄本形式被合成的，然後再加工成為成熟的RNA分子。然而絕大多數原核生物轉錄和翻譯是同時進行的，隨著mRNA開始的DNA上合成，核蛋白體即附著在mRNA上並以其為模板進行蛋白質的合成，因此原核細胞的mRNA並無特殊的轉錄後加工過程，相反，真核生物轉錄和翻譯在時間和空間上是分天的，剛轉錄出來的mRNA是分子很大的前體，即核內不均一RNA。hnRNA分子中大約只有10%的部分轉變成成熟的mRNA，其餘部分將在轉錄後的加工過程中被降解掉。mRNA的加工修飾原核生物中轉錄生成的mRNA為多順反子，即幾個結構基因，利用共同的啟動子和共同終止信號經轉錄生成一條mRNA，所以此mRNA分子編碼幾種不同的蛋白質。例如乳糖操縱子上的Z、Y及A基因，轉錄生成的mRNA可翻譯生成三種酶，即半乳糖苷酶，透過酶和乙醯基轉移酶。原核 生物中沒有核模，所以轉錄與翻譯是連續進行的，往往轉錄還未完成，翻譯已經開始了，因此原核生物中轉錄生成的mRNA沒有特殊的轉錄後加工修飾過程。真核生物轉錄生成的mRNA為單順反子，即一個mRNA分子只為一種蛋白質分子編碼。真核生物mRNA的加工修飾，主要包括對5』端和3』端的修飾以及對中間部分進行剪接。1．在5』端加帽成熟的真核生物mRNA，其結構的5』端都有一個m7G-PPNmN結構，該結構被稱為甲基鳥苷的帽子。如圖1所示。鳥苷通過5』-5』焦磷酸鍵與初級轉錄物的5』端相連。當鳥苷上第7位碳原子被甲基化形成m7G-PPNmN時，此時形成的帽子被稱為「帽0」，如果附m7G-PPNmN外，這個核糖的第「2」號碳上也甲基化，形成m7G-PPNm，稱為「帽1」，如果5』末端N1和N2中的兩個核糖均甲基化，成為m7G-PPNmPNm2，稱為「帽2」。從真核生物帽子結構形成的復雜可以看出，生物進化程度越高，其帽子結構越復雜。圖1 Post-transcriptional modification of mRNA showing the 7-methylguanosine cap and poly-A tail. 真核生物mRNA 5』端帽子結構的重要性在於它是mRNA 做為翻譯起始的必要的結構，對核糖體對mRNA的識別提供了信號，這種帽子結構還可能增加mRNA的穩定性，保護mRNA 免遭5』外切核酸酶的攻擊。2．在3』端加尾大多數的真核mRNA 都有3』端的多聚尾巴（A)，多聚（A)尾巴大約為200bp。多聚（A)屠巴不是由DNA編碼的，而是轉錄後在核內加上去的。受polyA聚合酶催化，該酶能識別，mRNA 的游離3』-OH端，並加上約200個A殘基。近年來已知，在大多數真核基因的3』一端有一個AATAA序列，這個序列是mRNA 3』-端加polyA尾的信號。靠核酸酶在此信號下游10-15鹼基外切斷磷酸二酯鍵，在polyA聚合酶催化下，在3』-OH上逐一引入100-200個A鹼基。關於polyA尾巴的功能問題盡管經過極其廣泛的探索，但還不完全清楚。有人推測polyA可能與mRNA從細胞核轉送到細胞質有關，但是相當數量，的沒有polyA屠巴的mRNA如組蛋白mRNA，也照樣通過核膜進入細胞質。還有人認為這種結構對真核mRNA的翻譯效率具有某種作用，並能穩定mRNA結構，保持一定的生物半衰期。3.mRNA前體（hnRNA）的拼接原核生物的結構基因是連續編碼序列，而真核生物基因往往是斷裂基因，即編碼一個蛋白質分子的核苷酸序列被多個插入片斷所隔開，一個真核生物結構基因中內含子的數量，往往與這個基因的大小有關，例如胰島素是一個很小的蛋白質，它結構基因只有兩個內含子，而有些很大的蛋白質，它的結構基因中可以有幾十個內含子。經過復雜的過程後，切去內元，將有編碼意義的核苷酸片段（Extron外元也叫外顯子）連接起來（圖2）。圖2 Primary polymerase 11transcript of a eukaryote gene showing (a)introns after capping and addition of polyA tail.(b)Excision of introns to form the mature mRNA is called splicing.真核生物的結構的基因中具有可表達活性的外顯子，也含有無表達活性的內含子，但內含子序列下是無意義的，越來越多的實驗證明有許多基因中的內含子參與基因表達調控，在轉錄時，外顯子及內含子均轉錄到hnRNA中。在細胞核中hnRNA進行剪接作用，首先在核酸內切酶作用下剪切掉內含子；然後在連接酶作用下，將外顯子各部分連接起來，而變為成熟的mRNA，這就是剪接作用，也有少數基因的hnRNA不需進行剪接作用，例如α-干擾素基因，圖3以卵清蛋白基因為例，介紹一個典型的轉錄及加工過程。需要在拼接部位有供拼接識別的保守性強的一致順序，通過對100多種真核細胞基因的分析，發現外元和內元拼接部位部分鹼基順序有一定的規律（見表1）。圖3 卵清蛋白基因轉錄及加工過程圖中外顯示以1、2、3、4……表示，內含子以A、B、C、D…表示表1 含有內元的轉錄產物其拼接處的鹼基順序基因區域ExonIntronExon卵清蛋白內元2UAAG GUGA～～～～～～～ACAGGUUG卵清蛋白內元3UCAG GUAC～～～～～～～UCAGUCUGβ-珠蛋白內元1GCAG GUUG～～～～～～～UCAGGCUGβ-珠蛋白內元2CAGG GUGA～～～～～～～ACAGUCUCIgλ內含子1UCAG GUCA～～～～～～～GCAGGGGCSV40病毒早期T抗原UAAG GUAA～～～～～～～UUAGAUUC表中劃線的鹼基對拼接識別有重要作用，如將兔的β-珠蛋白的拼接部位的GT改為AT後，拼接反應即受到影響。mRNA前體拼機制

㈢ basic region leucine zipper

一、真核基因組結構特點
• 真核基因組結構龐大 3×109bp、染色質、核膜
• 單順反子
• 基因不連續性 斷裂基因（interrupted gene）、內含子(intron)、 外顯子(exon)
• 非編碼區較多 多於編碼序列(9:1)
• 含有大量重復序列
原核生物基因組結構特點
 基因組很小，大多隻有一條染色體
 結構簡單
 存在轉錄單元多順反子
 有重疊基因
二、真核細胞與原核細胞在基因轉錄、翻譯及DNA的空間結構方面存在以下幾個方面的差異
① 在真核細胞中，一條成熟的mRNA鏈只能翻譯出一條多肽鏈，很少存在原核生物中常見的多基因操縱子形式。
② 真核細胞DNA與組蛋白和大量非組蛋白相結合，只有一小部分DNA是裸露的。
③ 高等真核細胞DNA中很大部分是不轉錄的，大部分真核細胞的基因中間還存在不被翻譯的內含子。
④ 真核生物能夠有序地根據生長發育階段的需要進行DNA片段重排，還能在需要時增加細胞內某些基因的拷貝數。
⑤ 在真核生物中，基因轉錄的調節區相對較大，它們可能遠離啟動子達幾百個甚至上千個鹼基對，這些調節區一般通過改變整個所控制基因5』上游區DNA構型來影響它與RNA聚合酶的結合能力。
在原核生物中，轉錄的調節區都很小，大都位於啟動子上游不遠處，調控蛋白結合到調節位點上可直接促進或抑制RNA聚合酶與它的結合。

三、基本概念
1、簡單多基因家族
簡單多基因家族中的基因一般以串聯方式前後相連。
2、復雜多基因家族
復雜多基因家族一般由幾個相關基因家族構成，基因家族之間由間隔序列隔開，並作為獨立的轉錄單位。現已發現存在不同形式的復雜多基因家族。
（二）斷裂基因
• 基因的編碼序列在DNA分子上是不連續的，為非編碼序列所隔開，其中編碼的序列稱為外顯子，非編碼序列稱內含子。
• 外顯子(Exon) ：真核細胞基因DNA中的編碼序列，這些序列被轉錄成RNA並進而翻譯為蛋白質。
• 內含子(Intron) ：真核細胞基因DNA中的間插序列，這些序列被轉錄成RNA，但隨即被剪除而不翻譯。
1、外顯子與內含子的連接區
指外顯子和內含子的交界或稱邊界序列，它有兩個重要特徵：
• 內含子的兩端序列之間沒有廣泛的同源性
• 連接區序列很短，高度保守，是RNA剪接的信號序列
2、外顯子與內含子的可變調控
• 組成型剪接：一個基因的轉錄產物通過剪接只能產生一種成熟的mRNA。
• 選擇性剪接：同一基因的轉錄產物由於不同的剪接方式形成不同mRNA。
圖 小鼠澱粉酶(amy)基因利用不同啟動子產生兩個不同的mRNA
(三)假基因
是基因組中因突變而失活的基因，無蛋白質產物。一般是啟動子出現問題。

9.6 真核生物基因表達調控的特點和種類
9.7 真核生物DNA水平上的基因表達調控
9.8 真核生物轉錄水平上的基因表達調控
9.9 真核基因翻譯水平上的調控
9.6 真核生物基因表達調控的特點和種類
一、真核生物基因表達調控的特點
二、真核生物基因表達調控的種類
一、真核生物基因表達調控的特點
原核生物的調控系統就是要在一個特定的環境中為細胞創造高速生長的條件，或使細胞在受到損傷時，盡快得到修復，所以，原核生物基因表達的開關經常是通過控制轉錄的起始來調節的。
真核基因表達調控的最顯著特徵是能在特定時間和特定的細胞中激活特定的基因，從而實現"預定"的、有序的、不可逆轉的分化、發育過程，並使生物的組織和器官在一定的環境條件范圍內保持正常功能。
真核生物基因表達調控與原核的共同點：
• 基因表達都有轉錄水平和轉錄後的調控，且以轉錄水平調控為最重要；
• 在結構基因上游和下游、甚至內部存在多種調控成分，並依靠特異蛋白因子與這些調控成分的結合與否調控基因的轉錄。
真核生物基因表達調控與原核的不同點：
1、真核基因表達調控的環節更多：轉錄與翻譯間隔進行，具有多種原核生物沒有的調控機制；個體發育復雜，具有調控基因特異性表達的機制。
2、真核生物活性染色體結構的變化對基因表達具有調控作用：DNA拓撲結構變化、DNA鹼基修飾變化 、組蛋白變化；
3、正性調節佔主導，且一個真核基因通常有多個調控序列，需要有多個激活物。
二、真核生物基因表達調控的種類
根據其性質可分為兩大類：
一是瞬時調控或稱為可逆性調控，它相當於原核細胞對環境條件變化所做出的反應。瞬時調控包括某種底物或激素水平的升降，及細胞周期不同階段中酶活性和濃度的調節。
二是發育調控或稱不可逆調控，是真核基因調控的精髓部分，它決定了真核細胞生長、分化、發育的全部進程。

根據基因調控在同一事件中發生的先後次序又可分為：
– DNA水平調控 Replicational regulation
– 轉錄水平調控 transcriptional regulation
– 轉錄後水平調控 post transcriptional regulation
– 翻譯水平調控 translational regulation
– 蛋白質加工水平的調控 regulation of protein maturation

9.7 真核生物DNA水平上的基因表達調控
一、基因丟失
二、基因擴增
三、基因重排
四、DNA的甲基化與基因調控
五、染色質結構與基因表達調控
一、基因丟失
• 丟失一段DNA或整條染色體的現象。
• 在細胞分化過程中，可以通過丟失掉某些基因而去除這些基因的活性。某些原生動物、線蟲、昆蟲和甲殼類動物在個體發育中，許多體細胞常常丟失掉整條或部分的染色體，只有將來分化產生生殖細胞的那些細胞一直保留著整套的染色體。
• 目前，在高等真核生物（包括動物、植物）中尚未發現類似的基因丟失現象。
圖 馬蛔蟲受精卵的早期分裂
• 馬蛔蟲2n＝2，但染色體上有多個著絲粒。第一次卵裂是橫裂，產生上下2個子細胞。第二次卵裂時，一個子細胞仍進行橫裂，保持完整的基因組，而另一個子細胞卻進行縱向分裂，丟失部分染色體。
圖 小麥癭蚊的染色體丟棄
癭蚊卵跟果蠅相似（始核分裂胞質不分裂），其卵的後端含有一種特殊的細胞質
極細胞質核→保持了全部40條染色體→生殖細胞
其他細胞質區域核→丟失32條、留8條→體細胞
二、基因擴增
• 基因擴增是指某些基因的拷貝數專一性增大的現象，它使得細胞在短期內產生大量的基因產物以滿足生長發育的需要，是基因活性調控的一種方式。
• 如非洲爪蟾卵母細胞中rDNA的基因擴增是因發育需要而出現的基因擴增現象。
發育或系統發生中的倍性增加在植物中普遍存在
基因組拷貝數增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的現象。基因組拷貝數增加使可供遺傳重組的物質增多，這可能構成了加速基因進化、基因組重組和最終物種形成的一種方式。
三、基因重排
• 將一個基因從遠離啟動子的地方移到距它很近的位點從而啟動轉錄，這種方式被稱為基因重排。
• 通過基因重排調節基因活性的典型例子是免疫球蛋白結構基因的表達。
• 在人類基因組中，所有抗體的重鏈和輕鏈都不是由固定的完整基因編碼的，而是由不同基因片段經重排後形成的完整基因編碼的。
• 完整的重鏈基因由VH、D、J和C四個基因片斷組合而成。
• 完整的輕鏈基因由VL、J和C 3個片段組合而成。
人類基因組中抗體基因片斷
產生免疫球蛋白分子多樣性的遺傳控制
 重鏈和輕鏈的不同組合，κ、λ、H；
 在重鏈中，V、D、J和C片段的組合；
 κ輕鏈中V和C的組合；
 λ輕鏈中V、J和C的組合；
 基因片段之間的連接點也可以在幾個bp的范圍內移動。
 因此，可以從約300個抗體基因片段中產生109 數量級的免疫球蛋白分子。

四、DNA的甲基化與基因調控
1、DNA的甲基化
• 胞嘧啶被甲基化修飾形成5-甲基胞嘧啶(mC)
• 幾乎所有的mC與其3』的鳥嘌呤以5』 mCpG3』的形式存在。
• 當兩條鏈上的胞嘧啶都被
甲基化時稱為完全甲基化。
• 一般在復制剛完成時，子鏈
上的C呈非甲基化狀態，稱
為半甲基化。

• 在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中
• CpG二核苷酸通常成串出現在DNA上，CpG島
甲基化位點的檢測
• 特殊的限制性內切酶——同裂酶
• HpaⅡ識別並切割未甲基化的CCGG (C↓CGG)
• MspⅠ識別無論是否甲基化的CCGG (C↓CGG或C↓CmGG)

真核生物細胞內存在兩種甲基化酶活性：
• 構建性甲基轉移酶：作用於非甲基化位點，對發育早期DNA甲基化位點的確定起重要作用。
• 維持性甲基轉移酶：作用於半甲基化位點，使子代細胞具備親代的甲基化狀態。
• 在一些不表達的基因中，啟動區的甲基化程度很高，而處於活化狀態的基因則甲基化程度較低。
2.親本印記(imprinting)
• 印記:來源於父母本的一對等位基因表達不同。如源於父本的IGF-Ⅱ (胰島素樣生長因子Ⅱ)基因可表達，而源於母本的則不能表達。這是由於卵母細胞中的IGF-Ⅱ 已被甲基化，而精子中的IGF-Ⅱ未被甲基化，所以這一對等位基因在合子中表現不同。
• 目前在人類和鼠身上已辨明了20種印跡基因。大多數人類的印跡基因集中在三個簇中。在每個基因簇上都存在著特異的印記盒 (imprinting box)，能順式調節印跡基因的親本特異性表達，這些位點表現出親本特異性的甲基化作用和去甲基化作用。
3、DNA甲基化抑制基因轉錄的機理
DNA甲基化導致某些區域DNA構象變化，從而影響了蛋白質與DNA的相互作用，抑制了轉錄因子與啟動區DNA的結合效率。
五、染色質結構與基因表達調控
（一）活性染色質
• 按功能狀態的不同可將染色質分為活性染色質和非活性染色質：
• 活性染色質是指具有轉錄活性的染色質；
• 非活性染色質是指沒有轉錄活性的染色質。
• 真核細胞中基因轉錄的模板是染色質而不是裸露的DNA，因此染色質呈疏鬆或緊密結構，即是否處於活化狀態是決定RNA聚合酶能否有效行使轉錄功能的關鍵。

活性染色質的主要特點
• 在結構上：
• 活性染色質上具有DNase I 超敏感位點
• 活性染色質上具有基因座控制區
• 活性染色質上具有核基質結合區（MAR序列）

活性染色質上具有DNase I 超敏感位點。每個活躍表達的基因都有一個或幾個超敏感位點，大部分位於基因5´端啟動子區域。
活性染色質上具有核基質結合區（ matrix attachment region ，MAR）。MAR一般位於DNA放射環或活性轉錄基因的兩端。在外源基因兩端接上MAR，可增加基因表達水平10倍以上，說明MAR在基因表達調控中有作用。是一種新的基因調控元件。
（二）活性染色體結構變化
1、對核酸酶敏感
活化基因常有超敏位點，位於調節蛋白結合位點附近。
2、DNA拓撲結構變化
• 天然雙鏈DNA均以負性超螺旋構象存在；
• 基因活化後
3、DNA鹼基修飾變化
– 真核DNA約有5%的胞嘧啶被甲基化，
– 甲基化范圍與基因表達程度呈反比。
4、組蛋白變化
① 富含Lys組蛋白水平降低
② H2A, H2B二聚體不穩定性增加
③ 組蛋白修飾：高乙醯化
④ H3組蛋白巰基暴露

9.8 真核生物轉錄水平上的基因表達調控
一、真核生物與原核生物轉錄調控的差異
二、真核生物轉錄調控順式作用元件
三、反式作用因子

一、真核生物與原核生物轉錄調控的差異
1.真核生物轉錄過程涉及復雜的染色質結構變化；
2.原核生物調節元件種類少，真核很多；
3.原核生物有操縱子結構，真核不組成操縱子；
4.大多數真核生物啟動子以正調控為主，原核生物以負調控為主。
「基因」的分子生物學定義：產生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。
二、真核生物轉錄調控順式作用元件
（cis-acting element）
定義：影響自身基因表達活性的非編碼DNA序列。
例： 啟動子、增強子、沉默子等
1、啟動子：在DNA分子中，RNA聚合酶能夠識別、結合並導致轉錄起始的序列。
2、增強子
指能使與它連鎖的基因轉錄頻率明顯增加的DNA序列。
SV40的轉錄單元上發現，轉錄起始位點上游約200 bp處有兩段長72 bp的正向重復序列。
增強子特點：
① 增強效應十分明顯，一般能使基因轉錄頻率增加10-200倍
② 增強效應與其位置和取向無關，不論增強子以什麼方向排列（5『→3』或3『→5』），甚至和靶基因相距3 kb，或在靶基因下游，均表現出增強效應；
③大多為重復序列，一般長約50bp，適合與某些蛋白因子結合。其內部常含有一個核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），該序列是產生增強效應時所必需的；
④ 增強效應有嚴密的組織和細胞特異性，說明增強子只有與特定的蛋白質（轉錄因子）相互作用才能發揮其功能；
⑤ 沒有基因專一性，可以在不同的基因組合上表現增強效應；
⑥ 許多增強子還受外部信號的調控，如金屬硫蛋白的基因啟動區上游所帶的增強子，就可以對環境中的鋅、鎘濃度做出反應。
3、沉默子
某些基因含有負性調節元件——沉默子，當其結合特異蛋白因子時，對基因轉錄起阻遏作用。
三、反式作用因子（轉錄因子，transcription factor）
（一）定義
能直接或間接地識別或結合在各類順式作用元件上，參與調控靶基因轉錄的蛋白質,也稱為轉錄因子（transcriptional factor，TF）。
如：TFⅡD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1(GGGCGG)、HSF(熱激蛋白啟動區)
 反式作用因子
識別/結合
順式作用元件中的靶序列
啟動轉錄
例：轉錄因子TFⅡD 識別結合 TATA box
轉錄因子 SP1 識別結合 GC box
轉錄因子 CTF1 識別結合 CCAATbox
（二）反式作用因子的類型
1. 基本轉錄因子（通用轉錄因子）
又稱TATA盒結合蛋白，如TFⅠ、TFⅡ和TFⅢ等。
與RNA pol II 相關的基本轉錄因子
基本轉錄因子（通用轉錄因子）
2. 組織或細胞特異性轉錄因子
EF1因子 紅細胞
Isl-I因子 胰島β細胞
Myo DI因子 骨骼肌細胞
NF-κB因子 B淋巴細胞
DF3因子 乳腺癌細胞
CEA啟動子結合蛋白 CEA陽性的腫瘤細胞
3. 可誘導（incible）的轉錄因子
熱休克轉錄因子（HSTF） 高溫環境
cAMP效應元件結合蛋白(CREBF) cAMP
血清應激因子（SRF） 血清中的生長因子
CD28反應元件結合蛋白 抗原
激活蛋白2(AP-2) 感染與炎症反應
（三）轉錄因子上的幾種
重要結構域
• 反式因子有兩個必需的結構域
1、DNA結合結構域
– 螺旋-轉折-螺旋（Helix-turn-helix，H-T-H）
– 鋅指結構（zinc finger）
– 鹼性-亮氨酸拉鏈（basic - leucine zipper）
– 鹼性-螺旋-環-螺旋（basic – helix /loop /helix，bHLH）

• 螺旋-轉角-螺旋
（helix-turn-helix，HTH）
• HTH的基本結構是兩個α螺旋被一個轉角結構分開。
• α螺旋由短肽鏈組成，肽鏈的氨基酸順序因不同的轉錄因子而不同。
• 其中一個α螺旋識別特異的順式作用元件上的DNA序列，另一個α螺旋則結合在DNA上，調控基因的轉錄。
螺旋-轉折-螺旋結構圖

（2）鋅指結構
定義：是一種常出現在DNA結合蛋白中的結構基元。是由一個含有大約30個氨基酸的環和一個與環上的4個Cys或2個Cys和2個His配位的Zn構成，形成的結構像手指狀。
• 鋅指的N-端部分形成β折疊結構，C-端部分形成α螺旋結構
• 每個α螺旋有兩處識別特異的DNA序列；3個α螺旋結構與一個DNA雙螺旋的深溝（major groove）結合，調控RNA的轉錄。
• α螺旋的氨基酸順序視不同的轉錄因子而不同。
轉錄因子SP1 （GC盒） 、連續的3個鋅指重復結構
（3）鹼性-亮氨酸拉鏈（Leucine zipper）
• 蛋白質之間的相互作用是生命現象的普遍規律之一，在基因表達調控中同樣具有重要意義。
• 亮氨酸拉鏈是蛋白質二聚體化(蛋白質相互作用的一種方式)的一種結構基礎。
• 某些癌基因(如c-jun，v-jun，c-fos，v-fos等)表達產物通過亮氨酸拉鏈形成同源或異源二聚體，大大增加對DNA的結合能力，調控基因表達。

• 亮氨酸拉鏈是一個高亮氨酸組成的α螺旋，每兩個螺圈出現一個亮氨酸，形成拉鏈的一邊。
• 兩個蛋白質因子的α螺旋通過亮氨酸的疏水作用結合在一起形成拉鏈結構
• 在亮氨酸拉鏈近N-端有富含鹼性(帶正電荷)氨基酸殘基的區域，是DNA的結合區。
亮氨酸拉鏈結構
• 二聚體
• 亮氨酸之間相互作用形成二聚體，形成「拉鏈」 。
• 肽鏈氨基端20～30個富含鹼性氨基酸結構域與DNA結合。
這類蛋白質的DNA結合結構域實際是以鹼性區和亮氨酸拉鏈結構域整體作為基礎的。
定義：出現在DNA結合蛋白質和其它蛋白質中的一種結構基元（motif）。當來自同一個或不同多肽鏈的兩個α-螺旋的疏水面（常常含有亮氨酸殘基）相互作用形成一個圈對圈的二聚體結構時就形成了亮氨酸拉鏈。
（4）鹼性-螺旋-環-螺旋helix-loop-helix
2、轉錄激活結構域
• A 酸性激活域 如酵母轉錄因子GCN4，GAL4
• P rich-Gln 如SP1, AP2, oct1, oct2
• Q rich-pro脯 如CTF/NF1
• 不規則的，含雙性-helix
（四）mRNA轉錄激活及其調節
RNA聚合酶II在轉錄因子幫助下，
形成轉錄起始復合物。

9.9 翻譯的調控
一. 5』UTR(untranslated region)結構與翻譯起始的調節
二．蛋白質磷酸化對翻譯效率的影響
三．3』UTR(untranslated region)結構與mRNA穩定性調控
一. 5』UTR(untranslated region)結構與翻譯起始的調節
• 5』UTR通常不到100nt
• 幾乎所有的真核生物和病毒mRNA的5』端都具有帽子結構，其作用
– 保護mRNA免遭5』外切酶降解
– 為mRNA的核輸出提供轉運信號
– 提高翻譯模板的穩定性和翻譯效率
• 實驗證實，對於通過滑動搜索起始的轉錄過程來說，mRNA的翻譯活性依賴於5』端的帽子結構。
二．蛋白質磷酸化對翻譯效率的影響
• eIF-4F的磷酸化能提高翻譯速度
• eIF-2α的磷酸化抑制翻譯起始
三．3』UTR結構與mRNA穩定性調控
• 3』UTR序列及結構調節mRNA穩定性和壽命
• 多聚腺苷酸尾調節翻譯效率
本章教學要求
1.熟悉真核基因組的結構特點及真核基因表達調控的特點。
2.掌握以下概念：順式作用元件、反式作用因子、啟動子、增強子，熟悉沉默子、基本轉錄因子、特異轉錄因子。
3.了解轉錄因子的結構特點。

㈣ kozak序列,基因,atg後現不是g,如何

Kozak序列是位於真核生物mRNA 5』端帽子結構後面的一段核酸序列，通常是ACCACCATGG，它可以與翻譯起始因子結合而介導含有5』帽子結構的mRNA翻譯起始。對應於原核生物的SD序列。

人類起始密碼子周圍的序列
kozak序列： Kozak consensus sequence, Kozak consensusor Kozak sequence
存在於真核生物mRNA的一段序列，其在翻譯的起始中有重要作用。
核糖體能夠識別mRNA上的這段序列，並把它作為翻譯起始位點。注意這段序列並不是ribosomal binding site (RBS)核糖體結合位點，而是帽子結構。
真核生物基因中起始密碼子上下游的最佳序列為，-3位為嘌呤鹼基；+4位為G，起始密碼子AUG中的A處於+1位。A/GCCAUGG被稱為kozak序列或掃描序列。
KOZAK是一個女科學家，她研究過起始密碼子AUG周邊鹼基定點突變後對轉錄和翻譯所造成的影響，並總結出在真核生物中，起始密碼子兩端序列為：—— G/N-C/N-C/N-ANNAUGG——，如GCCACCAUGG、GCCAUGAUGG時，轉錄和翻譯效率最高，特別是-3位的A對翻譯效率非常重要。該序列被後人稱為Kozak序列，並被應用於表達載體的構建中。
所謂Kozak規則，即第一個AUG側翼序列的鹼基分布所滿足的統計規律，若將第一個AUG中的鹼基A，U，G分別標為1，2，3位，則Kozak規則可描述如下：
(1)第4位的偏好鹼基為G；
(2)AUG的5』端約15bp范圍的側翼序列內不含鹼基T；
(3)在-3，-6和-9位置，G是偏好鹼基；
(4)除-3，-6和-9位，在整個側翼序列區，C是偏好鹼基。
Kozak規則是基於已知數據的統計結果，不見得必須全部滿足，一般來說，滿足前兩項即可。
真核引物設計需在AUG前加上GCCACC
不論全長還是部分，在做真核表達時，一般都要帶上kozak序列，用部分cDNA時，還要加上AUG。多加一些上游序列對你有利，因為一些上游序列自帶KOZAK序列；或其他促進表達的序列。.有利於引物設計，因為從AUG開始設計引物，不是每個基因都可以的。引物擴增時頭幾個容易錯，在上游序序列就沒關系了。
加Kozark sequence(GCCACC)是用來增強真核基因的翻譯效率的。是最優化的AUG環境，避免ribosome（核糖體）出現leaky scan

㈤ RNA的帽子結構是如何產生的

我不太懂你的問題，怎麼是來自外顯子的？不是直接由酶加工來的帽子結構嗎？這個帽子結構跟原來的DNA應該是沒關系的，而是由酶填上去的一段序列。
當然編碼區是來自DNA的外顯子的轉錄。
而多聚a尾的產生是當轉錄停止後，mRNA鏈會由核酸外切酶及RNA聚合酶切開。切開位點的附近有著AAUAAA序列。當mRNA被切開後，會加入50-250個腺苷到切開位點的3'端上。這個反應是由多聚腺苷酸聚合酶催化的。
下面是概括的介紹：
真核生物DNA轉錄生成的原始轉錄產物mRNA前體是核不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA，hnRNA），即mRNA初級產物中含有不編碼任何氨基酸的插入序列，該序列由內含子（intron）編碼，這種內含子將編碼序列外顯子（exon）隔開，所以前體mRNA分子一般比成熟mRNA大4～10倍，必須經過加工修飾才能作為蛋白質翻譯的模板。其加工修飾主要包括5′端加「帽」（capping）和甲基化修飾、3′端加polyA 「尾」（tailing）和剪去內含子拼接外顯子等。
它是在RNA三磷酸酶，mRNA鳥苷醯轉移酶，mRNA（鳥嘌呤-7）甲基轉移酶和mRNA（核苷-2』）甲基轉移酶催化形成的。
mRNA的帽子結構（GpppmG—）是在5』-端形成的。轉錄產物第一個核苷酸往往是5』-三磷酸鳥苷pppG。mRNA成熟過程中，先由磷酸酶把5』-pppG—水解，生成5』-ppG或5』-pG—。然後， 5』-端與另一三磷酸鳥苷（pppG）反應，生成三磷酸雙鳥苷。在甲基化酶的作用下，第一或第二個鳥嘌呤鹼基發生甲基化，形成帽子結構。

不敢保證答案是正確的，還有待你去多看書驗證~

㈥ polydA是什麼

1. PABP在翻譯起始中的作用

所有真核生物mRNA 5′端都有帽子結構，早在1976年Shtkin就根據體外翻譯實驗結果指出，5′端帽子有增強翻譯效率的作用。此後眾多研究證實，大多數mRNA的翻譯依賴於帽子結構。
除了帽子外，真核生物mRNA的3′端大都有polyA尾巴，在許多體內實驗和高活性的體外翻譯體系中都觀察到，mRNA polyA結構與翻譯效率有直接的關系，帶polyA的mRNA比無polyA尾巴的相應mRNA的翻譯效率高得多。5′端帽子和3′端polyA能夠協同地調節mRNA的翻譯效率。進一步研究表明，真核生物翻譯起始過程中，polyA被PABP所結合，通過PABP影響翻譯。
PABP在真核生物中高度保守，含有4個RNA識別模體(RNA recognition motif， RRM)。Sachs等首先證明，PABP參與翻譯起始。PABP能協助60S亞基與40S亞基結合從而促使80S核糖體的形成〔5〕。生化方面的證據也揭示了PABP在翻譯起始中的作用。無論是polyA還是5′端帽子結構都不能單獨作用於翻譯，而只能協同作用，PABP在此過程中參與帽子和其起始因子的相互作用〔3、6〕。可能PABP可以直接與CBP作用或通過一個中介物間接作用(如圖1)，通過這種相互作用，mRNA的兩末端在空間上十分靠近而形成環狀。這與40多年前電子顯微照相觀察到多核糖體是環狀的實驗結果一致。可能真核生物就是通過兩末端作用而提高翻譯效率的。

4. 無polyA和帽子的mRNA末端相互作用的功能

研究表明，沒有polyA或帽子結構的mRNA的兩末端也能發生相互作用對翻譯起作用。哺乳動物中的細胞周期調控組蛋白的mRNA沒有polyA，但其5′端有一個保守的莖環結構，該結構是核胞質轉運和調控不同細胞周期時mRNA穩定性所必需的。同時發現它對以莖環結構終止的哺乳動物mRNA的高效翻譯也是必需的。這種莖環結構類似於polyA，它作為調節因子的活性依賴於5′端帽子，表明5′端帽子和莖環結構間也存在相互作用。
在病毒中發現了一些有polyA而沒有5′端帽子的mRNA，如番茄蝕刻病毒的基因組mRNA，利用一個5′端前導序列代替5′端帽子授於mRNA進行不依賴帽子的翻譯功能。5′端前導序列就象5′端帽子一樣和polyA發生相互作用，促進高效翻譯。但是，介導這種相互作用及細胞周期調控組蛋白mRNA兩末端作用的蛋白因子仍在研究之中。
其它一些缺帽子或polyA的病毒RNA兩端也顯示了功能性相互作用，這種作用是通過與帽子或polyA功能類似的RNA元件來完成的。如TMV mRNA沒有polyA，但含有一個20bp的3′-UTR，具有與polyA相似的功能。此3′-UTR是一個包含5個RNA假結(pseudo-knots)和一個類似tRNA的末端區域的高級結構。
沒有polyA或帽子結構的非保守mRNA的研究說明，開放閱讀框旁側的序列元件或許是高效翻譯的基礎。關於蛋白質翻譯機制還有許多問題仍不清楚，環狀mRNA翻譯可能就是蛋白質翻譯機制之一，這還有待進一步研究。

㈦ 真核生物mrna的5'帽子結構有何生物學功能其缺失會造成什麼後果

真核生物轉錄第一步合成的mrna是不成熟的,需要在5『端加上磷酸集團的帽子,主要是為後面的翻譯的識別和起始有關的,在3『端加上polya(多聚a）的尾巴,防止合成的mrna被降解掉,所以對mrna
的穩定性有著非常重要的意義,另外還有內含子的剪切等等,才可以稱為成熟
mrna.

㈧ 真核生物mRNA帽子結構的簡寫式為

m7G5'ppp5'Nm

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mRNA的結構特徵可簡寫如下：

m7G-5』ppp5』G-AAA……AAA

帽子結構,即m7G5'ppp5'Nm,在蛋白質合成中起決定氨基酸順序的模板作用。

加帽：幾乎全部的真核 mRNA端都具「帽子」結構。雖然真核生物的mRNA的轉錄以嘌呤核苷酸三磷酸（pppAG或pppG）領頭，但在5』端的一個核苷酸總是7-甲基鳥核苷三磷酸（m7GpppAGpNp）。mNRA5』端的這種結構稱為帽子（cap）。不同真核生物的mRNA具有不同的帽子。mRNA的帽結構功能：①能被核糖體小亞基識別，促使mRNA和核糖體的結合；②m7Gppp結構能有效地封閉RNA 5』末端，以保護mRNA免疫5』核酸外切酶的降解，增強mRNA的穩定。

㈨ mRNA在翻譯過程中與核糖體作用的幾個特殊位點以及解說

1. PABP在翻譯起始中的作用

所有真核生物mRNA 5′端都有帽子結構，早在1976年Shtkin就根據體外翻譯實驗結果指出，5′端帽子有增強翻譯效率的作用。此後眾多研究證實，大多數mRNA的翻譯依賴於帽子結構。
除了帽子外，真核生物mRNA的3′端大都有polyA尾巴，在許多體內實驗和高活性的體外翻譯體系中都觀察到，mRNA polyA結構與翻譯效率有直接的關系，帶polyA的mRNA比無polyA尾巴的相應mRNA的翻譯效率高得多。5′端帽子和3′端polyA能夠協同地調節mRNA的翻譯效率。進一步研究表明，真核生物翻譯起始過程中，polyA被PABP所結合，通過PABP影響翻譯。
PABP在真核生物中高度保守，含有4個RNA識別模體(RNA recognition motif， RRM)。Sachs等首先證明，PABP參與翻譯起始。PABP能協助60S亞基與40S亞基結合從而促使80S核糖體的形成〔5〕。生化方面的證據也揭示了PABP在翻譯起始中的作用。無論是polyA還是5′端帽子結構都不能單獨作用於翻譯，而只能協同作用，PABP在此過程中參與帽子和其起始因子的相互作用〔3、6〕。可能PABP可以直接與CBP作用或通過一個中介物間接作用(如圖1)，通過這種相互作用，mRNA的兩末端在空間上十分靠近而形成環狀。這與40多年前電子顯微照相觀察到多核糖體是環狀的實驗結果一致。可能真核生物就是通過兩末端作用而提高翻譯效率的。

圖1 翻譯起始mRNA兩末端的相互作用

如果在溶菌酶的體外翻譯體系中加入外源polyA，蛋白質的合成就受抑制，這表明外源polyA結合(squester)了一種翻譯必須成分。Gallie等還發現，沒有帽子結構的mRNA的抑制效應比有帽子的mRNA大，表明含5′端帽子的mRNA能高效競爭易被外源polyA結合的某成分。而且，加入純化的eIF4F和eIF4B能逆轉polyA導致的抑制效應。可見，這種外源polyA所結合的成分就是eIF4F、eIF4B。雖然這些因子能直接作用於polyA，但是它們與polyA的親合力只有它們與PABP的親合力的二分之一左右〔7〕。對此最可能的解釋是，polyA與eIF4F、eIF4B的結合是通過PABP/polyA復合物和各因子間的蛋白質-蛋白質相互作用完成的。
在酵母和植物中，PABP與eIF4F(eIFiso4F)的大亞基eIF4G(eIFiso4G)直接作用而促進40S亞基與mRNA結合〔7、8〕。但哺乳動物的PABP卻不和eIF4G直接作用。最近在哺乳動物中發現了一個與eIF4G具一定同源性的PABP作用蛋白，PAIP-1。Craig等〔9〕就此提出了一個模型，認為哺乳動物PABP和eIF4A以PAIP-1為中介而在polyA和5′-UTR間形成一個橋，5′端帽子和polyA對翻譯起始的協同作用或許是按以下步驟完成的：eIF4A通過與eIF4G作用而召集於5′端帽子，而帽子反過來又促進eIF4A的召集反應(圖1)，然後eIF4A以PAIP-1為中介與PABP作用〔4、9〕。在植物中，不但eIF4F(eIFiso4F)和eIF4B能分別提高PABP對polyA的親和力，而且兩者還能協同影響PABP對polyA的結合力。提示PABP、eIF4F、eIF4B三因子間必有一個功能上的相互作用〔7〕。而在哺乳動物體內，eIF4F含量較低，為提高翻譯效率，eIF4F與PABP結合以分別提高它們與帽子及polyA的結合〔4〕。
PABP與其相關起始因子的分子間相互作用受細胞間PABP和mRNA濃度的控制，在一定濃度下，polyA(很可能是與PABP共同作用)能選擇性提高體外mRNA的翻譯。而且，兩末端的這種PABP參與的分子間相互作用對翻譯前mRNA的完整性起著檢測作用，從而可以阻止不完整的mRNA的翻譯。PABP在起始中參與分子間作用的另一個原因，也許是通過兩末端靠近促進再起始。已有證據表明，40S亞基在翻譯結束後仍與mRNA結合在一起；與mRNA結合的核糖體能被優先召集。在GCN4 ORF的上游有 4個小的上游開放閱讀框(suORF)。GCN4 mRNA為了翻譯遠端開放閱讀框，40S亞基在近端suORF翻譯後仍與mRNA結合著。隨著第一suORF翻譯的終止及60S亞基的脫離，仍有50%的40S亞基與mRNA結合繼續進行掃描，從而提高翻譯效率。
40S亞基在翻譯終止後，仍結合於mRNA的3′-UTR有利於再起始，而3′-UTR長度決定其結合的時間。翻譯效率低的mRNA往往利用這種機制，構建一系列3′-UTR長度不一的mRNA，隨著3′-UTR長度加長，翻譯效率也提高。3′-URT越長，翻譯終止後，核糖體仍結合於3′-UTR的時間也長，從而提高了它們的召集反應。而且在此過程中，結合在mRNA上的40S亞基濃度比已從mRNA上脫離的40S亞基濃度高。PABP/polyA復合物和eIF4F/5′端帽子復合物可能便於再召集〔4〕。

2. 兩末端的相互作用提高mRNA穩定性

PABP和CBP的相互作用不但能促進高效翻譯起始，而且在維持mRNA的完整性方面也起著重要作用〔4、9〕。在酵母和哺乳動物中，mRNA在降解時，去polyA的反應發生於去帽子之前。polyA首先降解導致PABP從mRNA上釋放，隨著PABP的釋放，5′端帽子被去帽子酶DcplP切掉，整個mRNA也迅速被5′→3′RNA核糖體外切酶XrnlP降解。PABP從mRNA上的釋放使5′端帽子易受攻擊，PABP在此過程中起了保護作用。PABP能增強植物eEF4F和帽子結構的結合，說明PABP是以eIF4G為中介通過穩定eIF4E與帽子的結合以發揮其功能〔2〕。而在哺乳動物中，mRNA的去polyA發生在5′ 端帽子降解之前，說明PABP很可能以PAIP-1為中介促進eIF4F與帽子結合而發揮其保護作用〔4〕。

3. mRNA兩端功能性作用的調節

有多種內外因素調節mRNA 5′端帽子和polyA的相互作用，如蛋白質修飾等。哺乳動物細胞培養時，當血清飢餓時翻譯受抑制，反之翻譯又被激活。此外，胰島素也能以濃度依賴的方式誘導血清飢餓細胞帽子/polyA協同作用促進翻譯，說明對PABP和帽子相關起始因子相互作用的調節(可能以PAIP-1為中介)是胰島素信號轉導途徑的一部分〔11〕。胰島素的調節可能是通過蛋白因子磷酸化來完成的〔4〕。如誘導eIF4E發生磷酸化，從而提高了它與帽子結合的活性，或促使eIF4E結合蛋白發生磷酸化，促進eIF4E與eIF4G的相互作用，最終影響eIF4A的召集，從而影響其與PAIP-1作為兩末端間「橋」的作用。
基因誘導是另一種調節兩末端功能性作用的方式。研究發現，T細胞被激活後誘導產生PAIP-1，然後PAIP-1與polyA結合蛋白(iPABP)作用〔9〕。
環境脅迫如熱激，一方面能使多核糖體快速解體，另一方面使mRNA的帽子和polyA的相互作用下降而抑制翻譯。熱激直接或間接地使與PABP結合的蛋白因子的磷酸化狀態發生變化，如使哺乳動物eIF4E和eIF4B〔1〕、植物eIF4B〔11〕發生去磷酸化。去磷酸化直接降低了植物eIF4F/eIF4B和PABP的作用；而在哺乳動物中，去磷酸化間接降低eIF4A的召集及其與PAIP-1/PABP/polyA復合物作用的機會，從而抑制翻譯。

4. 無polyA和帽子的mRNA末端相互作用的功能

研究表明，沒有polyA或帽子結構的mRNA的兩末端也能發生相互作用對翻譯起作用。哺乳動物中的細胞周期調控組蛋白的mRNA沒有polyA，但其5′端有一個保守的莖環結構，該結構是核胞質轉運和調控不同細胞周期時mRNA穩定性所必需的。同時發現它對以莖環結構終止的哺乳動物mRNA的高效翻譯也是必需的。這種莖環結構類似於polyA，它作為調節因子的活性依賴於5′端帽子，表明5′端帽子和莖環結構間也存在相互作用。
在病毒中發現了一些有polyA而沒有5′端帽子的mRNA，如番茄蝕刻病毒的基因組mRNA，利用一個5′端前導序列代替5′端帽子授於mRNA進行不依賴帽子的翻譯功能。5′端前導序列就象5′端帽子一樣和polyA發生相互作用，促進高效翻譯。但是，介導這種相互作用及細胞周期調控組蛋白mRNA兩末端作用的蛋白因子仍在研究之中。
其它一些缺帽子或polyA的病毒RNA兩端也顯示了功能性相互作用，這種作用是通過與帽子或polyA功能類似的RNA元件來完成的。如TMV mRNA沒有polyA，但含有一個20bp的3′-UTR，具有與polyA相似的功能。此3′-UTR是一個包含5個RNA假結(pseudo-knots)和一個類似tRNA的末端區域的高級結構。
沒有polyA或帽子結構的非保守mRNA的研究說明，開放閱讀框旁側的序列元件或許是高效翻譯的基礎。關於蛋白質翻譯機制還有許多問題仍不清楚，環狀mRNA翻譯可能就是蛋白質翻譯機制之一，這還有待進一步研究。