中国药科大学分子生物学期末复习重点分章整理

第2章 可移动的遗传因子

1 转座子是谁最早从什么物种中发现的？

麦克林托克（Barbara McClintock）; 玉米

2 掌握转座子的概念和分布。

概念:细胞内的可移动遗传因子,指可以在同一细胞中基因组内或一个细胞的基因组从一 个位点移动到另一位点的DNA片断。(广义的概念，凡是细胞内可以移动的因子， 都 叫转座子)

分布:病毒、真核生物、原核生物（质粒&基因组）

3 掌握转座子的分类和各类的特点。

? 非复制型转座：转座时，转座子DNA作为一个整体，从原来的供体位置被切割下来，然后转移到染色体的另外一个位置。

? 复制型转座：转座时，原来的转座子DNA不从原来的位置被切割下来，而是在转座的过程中原来的转座子DNA得到复制，并转移到染色体的另外的地方。原来的拷贝“原件”没有发生位移。

? 逆转录转座子：将转座的片段转录成RNA，再通过逆转录酶将RNA反转录成cDNA，插入寄主染色体中。

4 所有转座子都具有的结构特征和共同特点是什么?

? 转座子都具有的结构特征：都有一个保守序列、一个或多个开放阅读框，两侧是反向末端重复序列（反向重复序列为转座子所必须，是转座酶识别的底物）

? 共同特点：

1 两端具有末端反向重复序列 2 转座后靶位点重复是正向重复 3 编码一些与转座有关的蛋白 4 可以在基因组中移动

5 最简单的转座子的结构特征。

? 最简单的转座子 ：不含有任何的宿主基因，常被称为插入序列（IS），这种插入序列是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。

? IS的结构特征：DNA的两个末端是反向重复序列（又称倒置重复序列），中间是一个阅读框，编码一个与转座有关的转座酶基因。除此之外，IS序列中没有其他的基因。

6 什么是复合转座子。

? 复合转座子的概念：是一类比较复杂的转座子, 带有一些抗药性基因或其他宿主基因，其两端多数是高度同源的或相同的IS序列（反向重复区）（少数是正向重复序列）。 PS: IS序列插到某个功能基因的两端就产生了复合转座子。复合转座子中的IS序列不能单

独自由移动，其功能已经被修饰，只能和复合体一起移动。

7 TnA家族转座子具有什么特点？

? TnA转座子的特点：

1. 末端没有IS序列，而是一个38 bp的反向重复序列； 2. 体积一般较大（5000 bp以上）；

3. 转座子带有3个基因，其中一个编码β-内酰胺酶(AmpR)，其他两个是转座作用必须的转 座酶和解离酶。<复制型转座>

8 为什么转座子的插入位点两端都有同向重复序列？

? 同向重复序列存在原因：

转座时有一个普遍的特征就是受体分子中有一段很短（3－12 bp）、被称为靶序列的DNA会被复制一次，插入的转座子就位于两个重复的靶序列之间。这种靶序列的同向重复序列是由于某种限制型内切酶的切割造成的。

IS转座先由转座酶交错切开宿主靶位点，然后IS插入连接，余下的缺口由DNA聚合酶和连接酶加以填补，使两端形成短的同向重复序列，IS转座后的特征结构是：末端是反向重复序列，临近末端的旁侧则有宿主DNA的短的正向重复序列。（转座酶具有限制性内切酶活性，不同转座酶切割形成的粘性末端不同）

9 原核细胞中的转座因子有哪些常见的类型？各自特点？

? 原核细胞中的转座因子： ☆插入序列 （IS）：

1. 是最简单的转座子，是细菌基因组DNA中的正常组分。其两端都有反向重复序列（为转座 酶识别所需；重复序列只是类似，并非完全相同），中间的编码区长度为1000 bp左右， 只编码转座酶，除此之外无其他任何基因

2. 对靶点的选择有几种方式：随即选择，热点选择和特异位点选择。

☆类插入序列(只存在于转座子中的插入序列称为类IS因子)： 1. 这类转座子不单独存在，而是存在于复合转座子的两端。

2. 经过修饰，已经不能够单独移动了，只能和复合转座子的其他成分一起移动。 3. 结构和IS类似，如IS10R、IS50R等。 PS: 类IS序列与IS序列最根本的区别是，类IS序列只存在于复合转座子的两端，但不可自

身转座，原因是它失去了编码自身转座酶的能力

☆复合型转座子：

1. 比IS长的多，中心区域编码抗生素基因或其他宿主基因。

2. 两端的组件由IS和类IS组成，有的两端组件相同，有的不同，有的反向相反，有的方向 相同，有的两个组件均有功能，有的只有一个有功能。

☆TnA家族：

1. 这类家族长度约为5000 bp，两端具有IR（反向重复），而不是IS。

2. 中部的基因不仅编码抗性基因，还编码转座酶和解离酶。这是一种复制型转座子。末端反 向重复长度是38 bp，产生的靶位点是5 bp的正向重复。

10 玉米中的最常见的转座子系统是什么？

Ac/Ds系统 （激活-解离系统） ：

? 激活因子Ac和解离因子Ds属于同一家族控制因子

? Ac是自主因子，编码有活性的转座酶，能发生自主转座

? Ds是非自主因子，与Ac同源，只是不同程度缺失了中间序列，失去转座酶的功能，但是 两末端IR（反向重复序列）存在并且完整。它本身不能转座，但有Ac存在时通过反式转 座酶激活而转移到新的位置。真核生物转座因子通常以非复制方式转座，而且总是只转移到邻近的位置。玉米的Ds因子插入新靶位点之后，原来位置上即失去Ds因子。结果可造成染色体断裂或重排，由此引起显性基因丢失，隐性基因得以表达。（eg.紫白玉米粒）

11 什么是逆转录转座子？

? 逆转录转座子：是指基因组中的双链DNA，可以在基因组内发生转座而移动。（但与DNA转座子不同，逆转录转座子转座时先将自身的DNA序列转录成RNA，然后再反转录成DNA，插入宿主基因组中。）

? 逆转座子一般分为2类：病毒类超家族和非病毒类超家族

12 逆转录转座与复制转座有什么异同？

? 异：逆转录转座子转座时先将自身的DNA序列转录成RNA，然后再反转录成DNA，插入宿主基因组中

? 同：逆转录转座子在插入位点两侧也有正向重复序列，这是所有转座子的共同特征

PS：转座有两种方式：复制转座和非复制转座 ? 在非复制型转座中只有转座酶参与。

? 在复制型转座中，转座酶（transposase）作用于原来的“原件”，而解离酶(resolvase)作用于复制的转座子。 ? 复制转座的基本过程：

也称为对称模型，转座发生开始时，由转座酶在转座子两端交错切开产生2个单链切口(nick)，同时在受体分子的位点处也被交错切开产生2个切口，这样一共有4个切口，它们交错连接，形成复合物，称为共整合体(cointegrate)，其中包含有2个类似复制叉的结构 随后它们分别进行复制，填补空隙，最后复合物分开形成2个独立的分子。这些步骤由解离酶完成。在这个过程中，转座子的序列被复制一次，转移到受体分子上，完成转座。

13 什么是质粒？什么叫R质粒?（见笑笑打印第一页背面）

14 掌握一些概念：低拷贝质粒和高拷贝质粒，严紧型复制控制”的质粒和“松 弛型复制控制，质粒的不相容性，结合型质粒，自主转移质粒，非结合型质 粒，2μm质粒（见笑笑打印第一页背面）

15 DNA变异主要有哪两条途径？

? DNA变异有两条途径：突变和遗传重组，它们都会引起遗传物质的改变进而引起蛋白质的改变，最终通过自然选择得以保存并遗传下去。 PS:

1. DNA分子内或分子间发生的遗传信息的重新组合，叫做遗传重组，或叫基因重排。

2. 基因突变是指基因组DNA分子发生的突然的、可遗传的变异现象。从分子水平上看，基因突变是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变。

16 为什么说重组在生物学中处于中心地位？

突变只能使基因组在小范围内变动，不会产生大的变化，只有通过重组才能使基因组的变化加大，增加进化的潜能。重组使有害和有利的突变不断发生组合，从而除去有害的基因突变，保留有利的突变，使生物体对变化的境有对应能力。 ? 遗传重组不仅仅发生在代与代之间，个体基因组也可以发生重排，使基因的表达发生改变，在同一个个体的细胞之间产生遗传基因的多样性，如抗体的产生等。 ? 重组不仅仅发生在减数分裂和体细胞的核基因中，也发生在线粒体基因组、叶绿体基因组、噬菌体整合过程中以及转座子的转座中等。

? 所有的有机体都有一些基因重组的机制，说明重组对于物种生存的重要性。 ? 重组是遗传物质变异的来源之一，可以使不利基因合有利基因分离，提供一种使有利基因得以保存，有害基因得以清除的方式，同时在DNA的修复中也起重要作用

17 根据重组机制的不同可以将重组分为哪四种类型？

√同源重组

√位点特异性重组 √转座重组 √异常重组

18 什么叫同源重组？有什么特点？在细胞中哪些生物学过程会涉及到同源重 组？

? 概念：同源重组又称一般性重组，它是由两条同源区的DNA分子通过配对，链的断裂和

再连接，而产生片段交换的过程。（另：同源重组是指发生在两条DNA的同源序列之间,涉及的是大片段同源DNA序列的交换。只要两条DNA序列相同或相近就可以在序列任一点发生同源重组。）

? 特点：

a 在交换区域有相同或相似的序列。 b 双链DNA分子之间互补碱基进行配对。（减数分裂中，两个双链的DNA分子通过链互补的碱 基对被维系在一起，叫做联会。但实验表明，重组不仅仅是碱基配对。）

c 在同源重组中有多种酶参加，保证双螺旋的断裂、修复、连接、重组体的释放等。

d 形成异源双链区 ：在重组部位，配对的双链是来源于不同的DNA分子形成的，这个部分称 为异源双链（hetero duplex），或称杂种DNA。 PS:

? 同源的2个DNA分子可以在任何地方发生重组

同源重组是一种细胞内最常见的重组类型，发生在DNA的同源序列之间，真核生物减数分裂时的染色单体之间的交换、某些低等真核生物和细菌的转化、转导、接合，噬菌体的重组，以及DNA的复制修复等均与这种重组有关。

19 掌握一些概念：异源双链区，Holliday连接体，分支迁移，Holliday连接体 的拆分。(笑笑笔记本1)

? 异源双链区：在重组部位，配对的双链是来源于不同的DNA分子形成的，这个部分称为异源双链，或称杂种DNA

? Holliday连接体：将要发生重组的两个DNA分子必须首先对齐。在对应的同一部位的两

个单链产生断裂，断裂产生的单链游离末端彼此交换，每一条链同另外的DNA分子的互补序列配对形成一个异源双链，然后末端彼此连接产生一个十字结构，叫做Holliday连接体 ? 分支迁移：在一些酶和其他蛋白的作用下，Holliday连接体还可以沿着DNA链通过氢键的断裂形成而发生左右移动，这叫分支迁移(branch migration).

? Holliday连接体的拆分：

1. 最终这个连接2个DNA分子的Holliday连接体要进行“拆分”，使得两条DNA链彼此分 开，重新成为两条各自独立的DNA双螺旋。

2. 在蛋白和酶的作用下，Holliday连接体进行重排而改变链的彼此关系（这一步叫做 Holliday连接体的分离或离析）。有两种结果完全不同的重排方式。

3. 一种结果是以上下方向切开Holliday连接体(垂直分离)，这种切割发生在整个过程一直 保持完整的一对同源链上，至此所有的4条链全部发生过断裂。(见下图1) 4. 另外一种切割方式是水平切割，发生在重组过程中已经被切开一次的一对同源链上，原来 保持完整的2条同源链仍然保持完整。(见下图2)

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