帽子结构依赖的翻译与癌基因

① 真核生物RNA的帽子结构为什么有3种

成熟的真核生物mRNA，其结构的5’端都有一个m7G-PPNmN结构，该结构被称为甲基鸟苷的帽子。鸟苷通过5’-5’焦磷酸键与初级转录物的5’端相连。当鸟苷上第7位碳原子被甲基化形成m7G-PPNmN时，此时形成的帽子被称为“帽0”，如果附m7G-PPNmN外，这个核糖的第“2”号碳上也甲基化，形成m7G-PPNm，称为“帽1”，如果5’末端N1和N2中的两个核糖均甲基化，成为m7G-PPNmPNm2，称为“帽2”。从真核生物帽子结构形成的复杂可以看出，生物进化程度越高，其帽子结构越复杂。真核生物mRNA
5’端帽子结构的重要性在于它是mRNA
做为翻译起始的必要的结构，对核糖体对mRNA的识别提供了信号，这种帽子结构还可能增加mRNA的稳定性，保护mRNA
免遭5’外切核酸酶的攻击。

② 病毒学的主要内容

1)病毒基因组的结构和功能
核酸分为DNA和RNA，有单链和双链之分，也有线状和环状之分。对于单链RNA还有极性的不同，分为正链RNA(+RNA)、负链RNA(—RNA)和双义RNA(其基因组的一部分为正极性；另一部分为负极性)。正链RNA(+RNA)具有或无帽子结构，无帽子结构的正链RNA(+RNA)基因组5，端具有共价结合蛋白；3`端有多聚尾poly(A)或无poly(A)。探明病毒基因组的核苷酸组成及其排列顺序；弄清基因组中开放阅读框(ORF)的数量、位置及其功能；了解病毒基因组中重复序列元件、调节单元对病毒基因复制和表达的影响；阐明病毒的结构基因、调节基因及其编码产物在病毒复制循环以及它们与细胞基因及其表达产物的相互关系。
2)病毒基因表达的调控
基因表达包含2个方面：转录和转译。
转录
(1)有的病毒利用自身基因组编码的RNA聚合酶。
(2)有的完全依赖宿主的RNA聚合酶。
(3)有的通过调节基因编码的调节蛋白取代宿主细胞的RNA聚合酶中的某些因子，从而改变宿主RNA聚合酶的转录途径。
(4)利用启动子或增强子，通过细胞或病毒编码的调节因子结合或作用于这些调控元件，影响病毒基因的表达。
(5)端戴帽和3`端加poly(A)尾以及内含子切除和mRNA的拼接。
病毒学
转译
由于蛋白质的合成完全依赖于细胞翻译体系，病毒可通过自身拥有的特定机制接管和利用宿主的转译体系，如脊髓灰质炎病毒的2A蛋白水解帽子结合蛋白复合物(CBP)失活，导致有帽子结构的宿主mRNA不能翻译，而缺少帽子结构的病毒mRNA则能顺利利用宿主的翻译体系进行翻译。
3)病毒感染的分子机制
研究既包括病毒吸附、侵入和释放等感染循环的特点，同时也包括阐明病毒致病与宿主产生免疫效应的分子机制。
主要涉及到病毒的吸附蛋白与宿主细胞受体蛋白的相互识别和作用；病毒急性感染和持续性感染的发生机理，特别是在持续性感染过程中，产生非杀细胞感染和病毒逃逸宿主免疫识别的作用机制。
4)病毒致癌的分子机理
人与动物肿瘤的形成除了与遗传和其它各种因素有关外，一些肿瘤病毒也是发生的重要诱因，具体有以下三种情况：
(1)某些DNA肿瘤病毒的早期基因编码的转化蛋白引起细胞转化和动物致癌的作用机理在于它们结合或者作用于细胞的抑癌蛋白P53或者Rb，从而引起P53或者Rb失活，导致细胞无限增殖和生长失控，最终诱发细胞转化和肿瘤形成。
(2)一些RNA肿瘤病毒的基因组携带有病毒癌基因，这类RNA肿瘤病毒的细胞转化和致癌作用与病毒癌基因的表达活性有关。
(3)在RNA病毒中，还有一些病毒如人T淋巴细胞白血病病毒1型(HTLV-1)，既不含有病毒癌基因，其原病毒DNA也不优先插入和整合在细胞癌基因附近，但可以通过自身基因组P40tax调节蛋白，则可以反式激活细胞增殖的相关基因表达，从而引起细胞无限增殖和诱发癌症的发生。
5)抗病毒活性物质
干扰素是抗病毒多肽物质中作用机制研究得最清楚。几乎在所有的哺乳动物中存在，它不仅能够抗病毒，也具有免疫调节和肿瘤抑制作用。1979年首次克隆表达干扰素基因获得成功。经过多年的发展，目前它已成为抗病毒的重要药物。
克隆重组的淋巴因子如IL-1、IL-2、肿瘤坏死因子(TNF)也具有较强的抗病毒活性。
反义RNA的抗病毒活性也得到了广泛的重视。主要是通过与其相应的病毒mRNA或DNA杂交，使病毒的mRNA编码合成蛋白质的功能受阻，从而破坏病毒的复制循环，达到抗病毒感染和防病、治病的目的。
核酶是一种能够水解靶RNA的RNA分子，通过核酶与靶序列杂交后，可以切割RNA上的特异性磷酸二酯键。
6)病毒的基因工程疫苗
疫苗，特别是病毒疫苗已经成为人们预防传染病的最重要、最有效的手段，越来越受到生物医学界的重视。特别是近30年来，生物工程技术和分子生物学技术的迅猛发展，极大地促进了疫苗的研究和发展。一般来说，对于免疫保护机制明确、易于培养的病毒，均可以采用传统工艺进行生产；而一些免疫保护机制不清，可能产生免疫病理反应、有潜在致肿瘤作用或不易进行培养的病毒，则难以用传统方法生产疫苗，可以通过基因工程的方法得到解决。采用这种方法需要注意以下问题：
(1)采用合适的表达系统---表达产物是否具有免疫原性
(2)表达系统的表达效率
(3)表达产物的方便纯化

③ 真核生物mrna的5'帽子结构有何生物学功能其缺失会造成什么后果

真核生物转录第一步合成的mrna是不成熟的,需要在5‘端加上磷酸集团的帽子,主要是为后面的翻译的识别和起始有关的,在3‘端加上polya(多聚a）的尾巴,防止合成的mrna被降解掉,所以对mrna
的稳定性有着非常重要的意义,另外还有内含子的剪切等等,才可以称为成熟
mrna.

④ 真核生物帽子结构指的是什么

mRNA的加工修饰包括：5’ 端形成帽子结构、3’端加polyA、剪接除去内含子和甲基化。
①在5’-端加帽 成熟的真核生物mRNA的5’-端有m7GPPPN结构，称为甲基鸟苷帽子。
它是在RNA三磷酸酶，mRNA鸟苷酰转移酶，mRNA（鸟嘌呤-7）甲基转移酶和mRNA（核苷-2’）甲基转移酶催化形成的。甲基化程度不同可形成3种类型的帽子：CAP 0型、CAP I型和CAP II型。鸟苷以5’-5’焦磷酸键与初级转录本的5’-端相连。当G第7位碳原子被甲基化形成m7GPPPN时，此时的帽子称为“帽子0”。存在于单细胞。如果转录本的第一个核苷酸的2‘-O位也甲基化，形成m7GPPPNm，称为“帽子1”，普遍存在；如果转录本的第一、二个核苷酸的2‘-O位均甲基化，成为m7G-PPPNmNm，称为“帽子2”，10~15%存在此结构。真核生物帽子结构的复杂程度与生物进化程度关系密切。
5’帽子的功能mRNA 5’-端帽子结构是mRNA翻译起始的必要结构，对核糖体对mRNA的识别提供了信号，协助核糖体与mRNA结合，使翻译从AUG开始。
帽子结构可增加mRNA的稳定性，保护mRNA免遭5’ →3‘核酸外切酶的攻击。

⑤ “原核生物RNA合成终止机制"是什么

不需要那么长，关键在这里
原核生物转录的终止有两种主要机制。一种机制是需要蛋白质因子ρ（Rho）的参与，称为依赖ρ因子(ρfactor)的转录终止机制，另一种机制是在离体系统中观察到，纯化的RNA聚合酶不需要其他蛋白质因子参与，可使转录终止，称为不依赖ρ因子的转录终止机制。

1依赖ρ因子的转录终止： ρ因子是一种分子量为46kDa的蛋白质，以六聚体为活性形式。依赖ρ因子的终止位点，未发现有特殊的DNA序列，但ρ因子能与转录中的RNA结合。ρ因子的六聚体被约70～80 nt的RNA包绕，激活ρ因子的ATP酶（ATPase）活性，并向RNA的3’端滑动，滑至RNA聚合酶附近时，RNA聚合酶暂停聚合活性，使RNA∶DNA杂化链解链，转录的RNA释放出来而终止转录。如图13-8所示。

2．不依赖ρ因子的转录终止： 在这种转录终止系统中，模板DNA在终止位点附近有特殊的连续T序列，在连续T之前有富含GC互补区及几个插入碱基，如图13-9。这种互补区的转录物可形成茎-环结构，影响RNA聚合酶的构象使转录暂停；同时，由于转录产物的（rU）n与模板的（dA）n之间的dA∶rU杂交区的双链是最不稳定的双链，使杂化链的稳定性下降，而转录泡模板区的两股DNA容易恢复双链，释出转录产物RNA，使转录终止。

⑥ basic region leucine zipper

一、真核基因组结构特点
• 真核基因组结构庞大 3×109bp、染色质、核膜
• 单顺反子
• 基因不连续性 断裂基因（interrupted gene）、内含子(intron)、 外显子(exon)
• 非编码区较多 多于编码序列(9:1)
• 含有大量重复序列
原核生物基因组结构特点
 基因组很小，大多只有一条染色体
 结构简单
 存在转录单元多顺反子
 有重叠基因
二、真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及DNA的空间结构方面存在以下几个方面的差异
① 在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，很少存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。
② 真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分DNA是裸露的。
③ 高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。
④ 真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。
⑤ 在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调节区一般通过改变整个所控制基因5’上游区DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。
在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于启动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。

三、基本概念
1、简单多基因家族
简单多基因家族中的基因一般以串联方式前后相连。
2、复杂多基因家族
复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。现已发现存在不同形式的复杂多基因家族。
（二）断裂基因
• 基因的编码序列在DNA分子上是不连续的，为非编码序列所隔开，其中编码的序列称为外显子，非编码序列称内含子。
• 外显子(Exon) ：真核细胞基因DNA中的编码序列，这些序列被转录成RNA并进而翻译为蛋白质。
• 内含子(Intron) ：真核细胞基因DNA中的间插序列，这些序列被转录成RNA，但随即被剪除而不翻译。
1、外显子与内含子的连接区
指外显子和内含子的交界或称边界序列，它有两个重要特征：
• 内含子的两端序列之间没有广泛的同源性
• 连接区序列很短，高度保守，是RNA剪接的信号序列
2、外显子与内含子的可变调控
• 组成型剪接：一个基因的转录产物通过剪接只能产生一种成熟的mRNA。
• 选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同mRNA。
图 小鼠淀粉酶(amy)基因利用不同启动子产生两个不同的mRNA
(三)假基因
是基因组中因突变而失活的基因，无蛋白质产物。一般是启动子出现问题。

9.6 真核生物基因表达调控的特点和种类
9.7 真核生物DNA水平上的基因表达调控
9.8 真核生物转录水平上的基因表达调控
9.9 真核基因翻译水平上的调控
9.6 真核生物基因表达调控的特点和种类
一、真核生物基因表达调控的特点
二、真核生物基因表达调控的种类
一、真核生物基因表达调控的特点
原核生物的调控系统就是要在一个特定的环境中为细胞创造高速生长的条件，或使细胞在受到损伤时，尽快得到修复，所以，原核生物基因表达的开关经常是通过控制转录的起始来调节的。
真核基因表达调控的最显著特征是能在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现"预定"的、有序的、不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围内保持正常功能。
真核生物基因表达调控与原核的共同点：
• 基因表达都有转录水平和转录后的调控，且以转录水平调控为最重要；
• 在结构基因上游和下游、甚至内部存在多种调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调控成分的结合与否调控基因的转录。
真核生物基因表达调控与原核的不同点：
1、真核基因表达调控的环节更多：转录与翻译间隔进行，具有多种原核生物没有的调控机制；个体发育复杂，具有调控基因特异性表达的机制。
2、真核生物活性染色体结构的变化对基因表达具有调控作用：DNA拓扑结构变化、DNA碱基修饰变化 、组蛋白变化；
3、正性调节占主导，且一个真核基因通常有多个调控序列，需要有多个激活物。
二、真核生物基因表达调控的种类
根据其性质可分为两大类：
一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底物或激素水平的升降，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。
二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。

根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：
– DNA水平调控 Replicational regulation
– 转录水平调控 transcriptional regulation
– 转录后水平调控 post transcriptional regulation
– 翻译水平调控 translational regulation
– 蛋白质加工水平的调控 regulation of protein maturation

9.7 真核生物DNA水平上的基因表达调控
一、基因丢失
二、基因扩增
三、基因重排
四、DNA的甲基化与基因调控
五、染色质结构与基因表达调控
一、基因丢失
• 丢失一段DNA或整条染色体的现象。
• 在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。
• 目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发现类似的基因丢失现象。
图 马蛔虫受精卵的早期分裂
• 马蛔虫2n＝2，但染色体上有多个着丝粒。第一次卵裂是横裂，产生上下2个子细胞。第二次卵裂时，一个子细胞仍进行横裂，保持完整的基因组，而另一个子细胞却进行纵向分裂，丢失部分染色体。
图 小麦瘿蚊的染色体丢弃
瘿蚊卵跟果蝇相似（始核分裂胞质不分裂），其卵的后端含有一种特殊的细胞质
极细胞质核→保持了全部40条染色体→生殖细胞
其他细胞质区域核→丢失32条、留8条→体细胞
二、基因扩增
• 基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。
• 如非洲爪蟾卵母细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现的基因扩增现象。
发育或系统发生中的倍性增加在植物中普遍存在
基因组拷贝数增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的现象。基因组拷贝数增加使可供遗传重组的物质增多，这可能构成了加速基因进化、基因组重组和最终物种形成的一种方式。
三、基因重排
• 将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。
• 通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋白结构基因的表达。
• 在人类基因组中，所有抗体的重链和轻链都不是由固定的完整基因编码的，而是由不同基因片段经重排后形成的完整基因编码的。
• 完整的重链基因由VH、D、J和C四个基因片断组合而成。
• 完整的轻链基因由VL、J和C 3个片段组合而成。
人类基因组中抗体基因片断
产生免疫球蛋白分子多样性的遗传控制
 重链和轻链的不同组合，κ、λ、H；
 在重链中，V、D、J和C片段的组合；
 κ轻链中V和C的组合；
 λ轻链中V、J和C的组合；
 基因片段之间的连接点也可以在几个bp的范围内移动。
 因此，可以从约300个抗体基因片段中产生109 数量级的免疫球蛋白分子。

四、DNA的甲基化与基因调控
1、DNA的甲基化
• 胞嘧啶被甲基化修饰形成5-甲基胞嘧啶(mC)
• 几乎所有的mC与其3’的鸟嘌呤以5’ mCpG3’的形式存在。
• 当两条链上的胞嘧啶都被
甲基化时称为完全甲基化。
• 一般在复制刚完成时，子链
上的C呈非甲基化状态，称
为半甲基化。

• 在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中
• CpG二核苷酸通常成串出现在DNA上，CpG岛
甲基化位点的检测
• 特殊的限制性内切酶——同裂酶
• HpaⅡ识别并切割未甲基化的CCGG (C↓CGG)
• MspⅠ识别无论是否甲基化的CCGG (C↓CGG或C↓CmGG)

真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：
• 构建性甲基转移酶：作用于非甲基化位点，对发育早期DNA甲基化位点的确定起重要作用。
• 维持性甲基转移酶：作用于半甲基化位点，使子代细胞具备亲代的甲基化状态。
• 在一些不表达的基因中，启动区的甲基化程度很高，而处于活化状态的基因则甲基化程度较低。
2.亲本印记(imprinting)
• 印记:来源于父母本的一对等位基因表达不同。如源于父本的IGF-Ⅱ (胰岛素样生长因子Ⅱ)基因可表达，而源于母本的则不能表达。这是由于卵母细胞中的IGF-Ⅱ 已被甲基化，而精子中的IGF-Ⅱ未被甲基化，所以这一对等位基因在合子中表现不同。
• 目前在人类和鼠身上已辨明了20种印迹基因。大多数人类的印迹基因集中在三个簇中。在每个基因簇上都存在着特异的印记盒 (imprinting box)，能顺式调节印迹基因的亲本特异性表达，这些位点表现出亲本特异性的甲基化作用和去甲基化作用。
3、DNA甲基化抑制基因转录的机理
DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响了蛋白质与DNA的相互作用，抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率。
五、染色质结构与基因表达调控
（一）活性染色质
• 按功能状态的不同可将染色质分为活性染色质和非活性染色质：
• 活性染色质是指具有转录活性的染色质；
• 非活性染色质是指没有转录活性的染色质。
• 真核细胞中基因转录的模板是染色质而不是裸露的DNA，因此染色质呈疏松或紧密结构，即是否处于活化状态是决定RNA聚合酶能否有效行使转录功能的关键。

活性染色质的主要特点
• 在结构上：
• 活性染色质上具有DNase I 超敏感位点
• 活性染色质上具有基因座控制区
• 活性染色质上具有核基质结合区（MAR序列）

活性染色质上具有DNase I 超敏感位点。每个活跃表达的基因都有一个或几个超敏感位点，大部分位于基因5´端启动子区域。
活性染色质上具有核基质结合区（ matrix attachment region ，MAR）。MAR一般位于DNA放射环或活性转录基因的两端。在外源基因两端接上MAR，可增加基因表达水平10倍以上，说明MAR在基因表达调控中有作用。是一种新的基因调控元件。
（二）活性染色体结构变化
1、对核酸酶敏感
活化基因常有超敏位点，位于调节蛋白结合位点附近。
2、DNA拓扑结构变化
• 天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在；
• 基因活化后
3、DNA碱基修饰变化
– 真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化，
– 甲基化范围与基因表达程度呈反比。
4、组蛋白变化
① 富含Lys组蛋白水平降低
② H2A, H2B二聚体不稳定性增加
③ 组蛋白修饰：高乙酰化
④ H3组蛋白巯基暴露

9.8 真核生物转录水平上的基因表达调控
一、真核生物与原核生物转录调控的差异
二、真核生物转录调控顺式作用元件
三、反式作用因子

一、真核生物与原核生物转录调控的差异
1.真核生物转录过程涉及复杂的染色质结构变化；
2.原核生物调节元件种类少，真核很多；
3.原核生物有操纵子结构，真核不组成操纵子；
4.大多数真核生物启动子以正调控为主，原核生物以负调控为主。
“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。
二、真核生物转录调控顺式作用元件
（cis-acting element）
定义：影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。
例： 启动子、增强子、沉默子等
1、启动子：在DNA分子中，RNA聚合酶能够识别、结合并导致转录起始的序列。
2、增强子
指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。
SV40的转录单元上发现，转录起始位点上游约200 bp处有两段长72 bp的正向重复序列。
增强子特点：
① 增强效应十分明显，一般能使基因转录频率增加10-200倍
② 增强效应与其位置和取向无关，不论增强子以什么方向排列（5‘→3’或3‘→5’），甚至和靶基因相距3 kb，或在靶基因下游，均表现出增强效应；
③大多为重复序列，一般长约50bp，适合与某些蛋白因子结合。其内部常含有一个核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），该序列是产生增强效应时所必需的；
④ 增强效应有严密的组织和细胞特异性，说明增强子只有与特定的蛋白质（转录因子）相互作用才能发挥其功能；
⑤ 没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应；
⑥ 许多增强子还受外部信号的调控，如金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。
3、沉默子
某些基因含有负性调节元件——沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。
三、反式作用因子（转录因子，transcription factor）
（一）定义
能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件上，参与调控靶基因转录的蛋白质,也称为转录因子（transcriptional factor，TF）。
如：TFⅡD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1(GGGCGG)、HSF(热激蛋白启动区)
 反式作用因子
识别/结合
顺式作用元件中的靶序列
启动转录
例：转录因子TFⅡD 识别结合 TATA box
转录因子 SP1 识别结合 GC box
转录因子 CTF1 识别结合 CCAATbox
（二）反式作用因子的类型
1. 基本转录因子（通用转录因子）
又称TATA盒结合蛋白，如TFⅠ、TFⅡ和TFⅢ等。
与RNA pol II 相关的基本转录因子
基本转录因子（通用转录因子）
2. 组织或细胞特异性转录因子
EF1因子 红细胞
Isl-I因子 胰岛β细胞
Myo DI因子 骨骼肌细胞
NF-κB因子 B淋巴细胞
DF3因子 乳腺癌细胞
CEA启动子结合蛋白 CEA阳性的肿瘤细胞
3. 可诱导（incible）的转录因子
热休克转录因子（HSTF） 高温环境
cAMP效应元件结合蛋白(CREBF) cAMP
血清应激因子（SRF） 血清中的生长因子
CD28反应元件结合蛋白 抗原
激活蛋白2(AP-2) 感染与炎症反应
（三）转录因子上的几种
重要结构域
• 反式因子有两个必需的结构域
1、DNA结合结构域
– 螺旋-转折-螺旋（Helix-turn-helix，H-T-H）
– 锌指结构（zinc finger）
– 碱性-亮氨酸拉链（basic - leucine zipper）
– 碱性-螺旋-环-螺旋（basic – helix /loop /helix，bHLH）

• 螺旋-转角-螺旋
（helix-turn-helix，HTH）
• HTH的基本结构是两个α螺旋被一个转角结构分开。
• α螺旋由短肽链组成，肽链的氨基酸顺序因不同的转录因子而不同。
• 其中一个α螺旋识别特异的顺式作用元件上的DNA序列，另一个α螺旋则结合在DNA上，调控基因的转录。
螺旋-转折-螺旋结构图

（2）锌指结构
定义：是一种常出现在DNA结合蛋白中的结构基元。是由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上的4个Cys或2个Cys和2个His配位的Zn构成，形成的结构像手指状。
• 锌指的N-端部分形成β折叠结构，C-端部分形成α螺旋结构
• 每个α螺旋有两处识别特异的DNA序列；3个α螺旋结构与一个DNA双螺旋的深沟（major groove）结合，调控RNA的转录。
• α螺旋的氨基酸顺序视不同的转录因子而不同。
转录因子SP1 （GC盒） 、连续的3个锌指重复结构
（3）碱性-亮氨酸拉链（Leucine zipper）
• 蛋白质之间的相互作用是生命现象的普遍规律之一，在基因表达调控中同样具有重要意义。
• 亮氨酸拉链是蛋白质二聚体化(蛋白质相互作用的一种方式)的一种结构基础。
• 某些癌基因(如c-jun，v-jun，c-fos，v-fos等)表达产物通过亮氨酸拉链形成同源或异源二聚体，大大增加对DNA的结合能力，调控基因表达。

• 亮氨酸拉链是一个高亮氨酸组成的α螺旋，每两个螺圈出现一个亮氨酸，形成拉链的一边。
• 两个蛋白质因子的α螺旋通过亮氨酸的疏水作用结合在一起形成拉链结构
• 在亮氨酸拉链近N-端有富含碱性(带正电荷)氨基酸残基的区域，是DNA的结合区。
亮氨酸拉链结构
• 二聚体
• 亮氨酸之间相互作用形成二聚体，形成“拉链” 。
• 肽链氨基端20～30个富含碱性氨基酸结构域与DNA结合。
这类蛋白质的DNA结合结构域实际是以碱性区和亮氨酸拉链结构域整体作为基础的。
定义：出现在DNA结合蛋白质和其它蛋白质中的一种结构基元（motif）。当来自同一个或不同多肽链的两个α-螺旋的疏水面（常常含有亮氨酸残基）相互作用形成一个圈对圈的二聚体结构时就形成了亮氨酸拉链。
（4）碱性-螺旋-环-螺旋helix-loop-helix
2、转录激活结构域
• A 酸性激活域 如酵母转录因子GCN4，GAL4
• P rich-Gln 如SP1, AP2, oct1, oct2
• Q rich-pro脯 如CTF/NF1
• 不规则的，含双性-helix
（四）mRNA转录激活及其调节
RNA聚合酶II在转录因子帮助下，
形成转录起始复合物。

9.9 翻译的调控
一. 5’UTR(untranslated region)结构与翻译起始的调节
二．蛋白质磷酸化对翻译效率的影响
三．3’UTR(untranslated region)结构与mRNA稳定性调控
一. 5’UTR(untranslated region)结构与翻译起始的调节
• 5’UTR通常不到100nt
• 几乎所有的真核生物和病毒mRNA的5’端都具有帽子结构，其作用
– 保护mRNA免遭5’外切酶降解
– 为mRNA的核输出提供转运信号
– 提高翻译模板的稳定性和翻译效率
• 实验证实，对于通过滑动搜索起始的转录过程来说，mRNA的翻译活性依赖于5’端的帽子结构。
二．蛋白质磷酸化对翻译效率的影响
• eIF-4F的磷酸化能提高翻译速度
• eIF-2α的磷酸化抑制翻译起始
三．3’UTR结构与mRNA稳定性调控
• 3’UTR序列及结构调节mRNA稳定性和寿命
• 多聚腺苷酸尾调节翻译效率
本章教学要求
1.熟悉真核基因组的结构特点及真核基因表达调控的特点。
2.掌握以下概念：顺式作用元件、反式作用因子、启动子、增强子，熟悉沉默子、基本转录因子、特异转录因子。
3.了解转录因子的结构特点。

⑦ RNA的帽子结构是如何产生的

我不太懂你的问题，怎么是来自外显子的？不是直接由酶加工来的帽子结构吗？这个帽子结构跟原来的DNA应该是没关系的，而是由酶填上去的一段序列。
当然编码区是来自DNA的外显子的转录。
而多聚a尾的产生是当转录停止后，mRNA链会由核酸外切酶及RNA聚合酶切开。切开位点的附近有着AAUAAA序列。当mRNA被切开后，会加入50-250个腺苷到切开位点的3'端上。这个反应是由多聚腺苷酸聚合酶催化的。
下面是概括的介绍：
真核生物DNA转录生成的原始转录产物mRNA前体是核不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA，hnRNA），即mRNA初级产物中含有不编码任何氨基酸的插入序列，该序列由内含子（intron）编码，这种内含子将编码序列外显子（exon）隔开，所以前体mRNA分子一般比成熟mRNA大4～10倍，必须经过加工修饰才能作为蛋白质翻译的模板。其加工修饰主要包括5′端加“帽”（capping）和甲基化修饰、3′端加polyA “尾”（tailing）和剪去内含子拼接外显子等。
它是在RNA三磷酸酶，mRNA鸟苷酰转移酶，mRNA（鸟嘌呤-7）甲基转移酶和mRNA（核苷-2’）甲基转移酶催化形成的。
mRNA的帽子结构（GpppmG—）是在5’-端形成的。转录产物第一个核苷酸往往是5’-三磷酸鸟苷pppG。mRNA成熟过程中，先由磷酸酶把5’-pppG—水解，生成5’-ppG或5’-pG—。然后， 5’-端与另一三磷酸鸟苷（pppG）反应，生成三磷酸双鸟苷。在甲基化酶的作用下，第一或第二个鸟嘌呤碱基发生甲基化，形成帽子结构。

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⑧ 基因前的cap是什么 cap——5'UTR——coding sequence——3'UTR——poly A tail

首先，这个cap不是在“基因”前的，是在成熟的mRNA前的。cap指的是7甲基鸟苷帽子，即m7GPPPN结构。它是由RNA三磷酸酶、mRNA鸟苷酰转移酶、mRNA（鸟嘌呤-7）甲基转移酶和mRNA（核苷-2’）甲基转移酶催化形成的，通过5'至5'三磷酸链连结著mRNA的鸟苷。

5'端帽有四个主要功能：

1.调控mRNA出细胞核。mRNA出细胞核的过程由帽结合复合物（CBC）来调控，它只会与加帽的RNA结合。CBC接着会由核孔复合物所辨认及排出。

2阻止因核酸外切酶造成的降解。mRNA因核酸外切酶造成的降解会被功能上类似3'端的5'端帽所阻止。mRNA的半衰期会因而上升，有利于真核生物所需的长时间基因表达。

3促进翻译。5'端帽也是与核糖体及翻译起始因子结合的位点。CBC亦会涉及此过程，负责招聚翻译起始因子。

4促进除去5'近端内含子。这个过程的机制并不清楚，但5'端帽似乎会绕圈及与剪接体在剪接过程中互相作用，从而促进除去内含子。

⑨ 真核生物成熟mrna分子5'端帽子和3'端polya尾巴结构有何生物学作用

真核生物转录第一步合成的mrna是不成熟的，需要在5‘端加上磷酸集团的帽，主要是为后面的翻译的识别和起始有关的，在3‘端加上polya(多聚a）的尾巴，防止合成的mrna被降解掉，所以对mrna的稳定性有着非常重要的意义，另外还有内含子的剪切等等，才可以称为成熟mrna。

mRNA的结构与功能：mRNA是单链核酸，其在真核生物中的初级产物称为HnRNA。大多数真核成熟的mRNA分子具有典型的5’-端的7-甲基鸟苷三磷酸（m7GTP）帽子结构和3’-端的多聚腺苷酸(polyA)尾巴结构。

(9)帽子结构依赖的翻译与癌基因扩展阅读：

帽子结构是指在真核生物中转录后修饰形成的成熟mRNA在5'端的一个特殊结构，即m7GPPPN结构，又称为甲基鸟苷帽子。它是在RNA三磷酸酶，mRNA鸟苷酰转移酶，mRNA（鸟嘌呤-7）甲基转移酶和mRNA（核苷-2’）甲基转移酶催化形成的。甲基化程度不同可形成3种类型的帽子：CAP 0型、CAP I型和CAP II型。鸟苷以5’-5’焦磷酸键与初级转录本的5’-端相连。

⑩ mRNA在翻译过程中与核糖体作用的几个特殊位点以及解说

1. PABP在翻译起始中的作用

所有真核生物mRNA 5′端都有帽子结构，早在1976年Shtkin就根据体外翻译实验结果指出，5′端帽子有增强翻译效率的作用。此后众多研究证实，大多数mRNA的翻译依赖于帽子结构。
除了帽子外，真核生物mRNA的3′端大都有polyA尾巴，在许多体内实验和高活性的体外翻译体系中都观察到，mRNA polyA结构与翻译效率有直接的关系，带polyA的mRNA比无polyA尾巴的相应mRNA的翻译效率高得多。5′端帽子和3′端polyA能够协同地调节mRNA的翻译效率。进一步研究表明，真核生物翻译起始过程中，polyA被PABP所结合，通过PABP影响翻译。
PABP在真核生物中高度保守，含有4个RNA识别模体(RNA recognition motif， RRM)。Sachs等首先证明，PABP参与翻译起始。PABP能协助60S亚基与40S亚基结合从而促使80S核糖体的形成〔5〕。生化方面的证据也揭示了PABP在翻译起始中的作用。无论是polyA还是5′端帽子结构都不能单独作用于翻译，而只能协同作用，PABP在此过程中参与帽子和其起始因子的相互作用〔3、6〕。可能PABP可以直接与CBP作用或通过一个中介物间接作用(如图1)，通过这种相互作用，mRNA的两末端在空间上十分靠近而形成环状。这与40多年前电子显微照相观察到多核糖体是环状的实验结果一致。可能真核生物就是通过两末端作用而提高翻译效率的。

图1 翻译起始mRNA两末端的相互作用

如果在溶菌酶的体外翻译体系中加入外源polyA，蛋白质的合成就受抑制，这表明外源polyA结合(squester)了一种翻译必须成分。Gallie等还发现，没有帽子结构的mRNA的抑制效应比有帽子的mRNA大，表明含5′端帽子的mRNA能高效竞争易被外源polyA结合的某成分。而且，加入纯化的eIF4F和eIF4B能逆转polyA导致的抑制效应。可见，这种外源polyA所结合的成分就是eIF4F、eIF4B。虽然这些因子能直接作用于polyA，但是它们与polyA的亲合力只有它们与PABP的亲合力的二分之一左右〔7〕。对此最可能的解释是，polyA与eIF4F、eIF4B的结合是通过PABP/polyA复合物和各因子间的蛋白质-蛋白质相互作用完成的。
在酵母和植物中，PABP与eIF4F(eIFiso4F)的大亚基eIF4G(eIFiso4G)直接作用而促进40S亚基与mRNA结合〔7、8〕。但哺乳动物的PABP却不和eIF4G直接作用。最近在哺乳动物中发现了一个与eIF4G具一定同源性的PABP作用蛋白，PAIP-1。Craig等〔9〕就此提出了一个模型，认为哺乳动物PABP和eIF4A以PAIP-1为中介而在polyA和5′-UTR间形成一个桥，5′端帽子和polyA对翻译起始的协同作用或许是按以下步骤完成的：eIF4A通过与eIF4G作用而召集于5′端帽子，而帽子反过来又促进eIF4A的召集反应(图1)，然后eIF4A以PAIP-1为中介与PABP作用〔4、9〕。在植物中，不但eIF4F(eIFiso4F)和eIF4B能分别提高PABP对polyA的亲和力，而且两者还能协同影响PABP对polyA的结合力。提示PABP、eIF4F、eIF4B三因子间必有一个功能上的相互作用〔7〕。而在哺乳动物体内，eIF4F含量较低，为提高翻译效率，eIF4F与PABP结合以分别提高它们与帽子及polyA的结合〔4〕。
PABP与其相关起始因子的分子间相互作用受细胞间PABP和mRNA浓度的控制，在一定浓度下，polyA(很可能是与PABP共同作用)能选择性提高体外mRNA的翻译。而且，两末端的这种PABP参与的分子间相互作用对翻译前mRNA的完整性起着检测作用，从而可以阻止不完整的mRNA的翻译。PABP在起始中参与分子间作用的另一个原因，也许是通过两末端靠近促进再起始。已有证据表明，40S亚基在翻译结束后仍与mRNA结合在一起；与mRNA结合的核糖体能被优先召集。在GCN4 ORF的上游有 4个小的上游开放阅读框(suORF)。GCN4 mRNA为了翻译远端开放阅读框，40S亚基在近端suORF翻译后仍与mRNA结合着。随着第一suORF翻译的终止及60S亚基的脱离，仍有50%的40S亚基与mRNA结合继续进行扫描，从而提高翻译效率。
40S亚基在翻译终止后，仍结合于mRNA的3′-UTR有利于再起始，而3′-UTR长度决定其结合的时间。翻译效率低的mRNA往往利用这种机制，构建一系列3′-UTR长度不一的mRNA，随着3′-UTR长度加长，翻译效率也提高。3′-URT越长，翻译终止后，核糖体仍结合于3′-UTR的时间也长，从而提高了它们的召集反应。而且在此过程中，结合在mRNA上的40S亚基浓度比已从mRNA上脱离的40S亚基浓度高。PABP/polyA复合物和eIF4F/5′端帽子复合物可能便于再召集〔4〕。

2. 两末端的相互作用提高mRNA稳定性

PABP和CBP的相互作用不但能促进高效翻译起始，而且在维持mRNA的完整性方面也起着重要作用〔4、9〕。在酵母和哺乳动物中，mRNA在降解时，去polyA的反应发生于去帽子之前。polyA首先降解导致PABP从mRNA上释放，随着PABP的释放，5′端帽子被去帽子酶DcplP切掉，整个mRNA也迅速被5′→3′RNA核糖体外切酶XrnlP降解。PABP从mRNA上的释放使5′端帽子易受攻击，PABP在此过程中起了保护作用。PABP能增强植物eEF4F和帽子结构的结合，说明PABP是以eIF4G为中介通过稳定eIF4E与帽子的结合以发挥其功能〔2〕。而在哺乳动物中，mRNA的去polyA发生在5′ 端帽子降解之前，说明PABP很可能以PAIP-1为中介促进eIF4F与帽子结合而发挥其保护作用〔4〕。

3. mRNA两端功能性作用的调节

有多种内外因素调节mRNA 5′端帽子和polyA的相互作用，如蛋白质修饰等。哺乳动物细胞培养时，当血清饥饿时翻译受抑制，反之翻译又被激活。此外，胰岛素也能以浓度依赖的方式诱导血清饥饿细胞帽子/polyA协同作用促进翻译，说明对PABP和帽子相关起始因子相互作用的调节(可能以PAIP-1为中介)是胰岛素信号转导途径的一部分〔11〕。胰岛素的调节可能是通过蛋白因子磷酸化来完成的〔4〕。如诱导eIF4E发生磷酸化，从而提高了它与帽子结合的活性，或促使eIF4E结合蛋白发生磷酸化，促进eIF4E与eIF4G的相互作用，最终影响eIF4A的召集，从而影响其与PAIP-1作为两末端间“桥”的作用。
基因诱导是另一种调节两末端功能性作用的方式。研究发现，T细胞被激活后诱导产生PAIP-1，然后PAIP-1与polyA结合蛋白(iPABP)作用〔9〕。
环境胁迫如热激，一方面能使多核糖体快速解体，另一方面使mRNA的帽子和polyA的相互作用下降而抑制翻译。热激直接或间接地使与PABP结合的蛋白因子的磷酸化状态发生变化，如使哺乳动物eIF4E和eIF4B〔1〕、植物eIF4B〔11〕发生去磷酸化。去磷酸化直接降低了植物eIF4F/eIF4B和PABP的作用；而在哺乳动物中，去磷酸化间接降低eIF4A的召集及其与PAIP-1/PABP/polyA复合物作用的机会，从而抑制翻译。

4. 无polyA和帽子的mRNA末端相互作用的功能

研究表明，没有polyA或帽子结构的mRNA的两末端也能发生相互作用对翻译起作用。哺乳动物中的细胞周期调控组蛋白的mRNA没有polyA，但其5′端有一个保守的茎环结构，该结构是核胞质转运和调控不同细胞周期时mRNA稳定性所必需的。同时发现它对以茎环结构终止的哺乳动物mRNA的高效翻译也是必需的。这种茎环结构类似于polyA，它作为调节因子的活性依赖于5′端帽子，表明5′端帽子和茎环结构间也存在相互作用。
在病毒中发现了一些有polyA而没有5′端帽子的mRNA，如番茄蚀刻病毒的基因组mRNA，利用一个5′端前导序列代替5′端帽子授于mRNA进行不依赖帽子的翻译功能。5′端前导序列就象5′端帽子一样和polyA发生相互作用，促进高效翻译。但是，介导这种相互作用及细胞周期调控组蛋白mRNA两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两端也显示了功能性相互作用，这种作用是通过与帽子或polyA功能类似的RNA元件来完成的。如TMV mRNA没有polyA，但含有一个20bp的3′-UTR，具有与polyA相似的功能。此3′-UTR是一个包含5个RNA假结(pseudo-knots)和一个类似tRNA的末端区域的高级结构。
没有polyA或帽子结构的非保守mRNA的研究说明，开放阅读框旁侧的序列元件或许是高效翻译的基础。关于蛋白质翻译机制还有许多问题仍不清楚，环状mRNA翻译可能就是蛋白质翻译机制之一，这还有待进一步研究。