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1第一章绪论1、证明DNA是遗传物质基础的几个相关实验。（1）1928年英国微生物学家Griffith.F做了肺炎双球菌的实验转化实验。发现肺炎双球菌使小鼠死亡的原因是引起肺炎；（2）1944年，美国微生物学家Avery及其同事进行的肺炎球菌实验证明基因就是DNA分子，提出DNA是遗传信息的载体。而过去认为蛋白质是遗传的基础。（3）1952年，美国Hershey和Chase做了噬菌体侵染细菌实验。证明噬菌体在传代过程中发挥作用的物质可能是DNA，而不是蛋白质。（35S、32P-DNA）2、分子生物学发展历史（1）准备和酝酿阶段（19世纪后期到20世纪50年代初）①确定了蛋白质是生命的主要物质基础;Sumner在1936年证实酶是蛋白质。Sanger于1953年利用纸电泳及层析技术首次阐明胰岛素的一级结构。Kendrew和Perutz利用X射线衍射技术解析了肌红蛋白（myoglobin）及血红蛋白（hemoglobin）的三维结构。②确定了生物遗传物质基础是DNA1928年，英国微生物学家Griffith.F做了肺炎双球菌的实验转化实验。1944年，美国微生物学家Avery证明基因就是DNA分子，提出DNA是遗传信息的载体，而过去认为蛋白质是遗传的基础。（2）现代分子生物学的建立和发展阶段（20世纪50年代初到70年代初）①DNA双螺旋结构模型（1953）(现代分子生物学诞生的里程碑)1953年，美国科学家Watson和英国科学家Crick提出DNADoubleHelixmodel通过对DNA分子的X射线衍射研究证实了前两者提出的DNA的模型②1954年Crick提出中心法则。③1958年Meselson和Stahl证明DNA半保留复制④1961年，法国科学家Jacob（雅各布）和Monod（莫诺）提出操纵子学说⑤1968年，Nirenberg、Holly和Khorana由于破译了遗传密码而分享诺贝尔生理医学奖。（3）现代分子生物学深入发展的阶段①重组DNA技术的建立和发展1972年,Boyer获得第一个重组DNA分子1977年，Sanger等人发明了一种DNA序列测定方法（双脱氧链终止法）1980年，与Gilbert和Berg共享诺贝尔化学奖②单克隆抗体及基因工程抗体技术第二章染色体与DNA1、染色体的基本特征：（1）结构相对稳定；（2）能够自我复制，从而保证亲代与子代之间的遗传性状相对稳定；（3）指导蛋白质合成，从根本上控制整个生命过程；（4）能产生可遗传的变异；2、染色体的结构和组成：（1）原核生物没有真正的细胞核，DNA一般位于类核体上。细菌DNA是一条相对分子质量在109左右的共价、闭合双链分子。原核生物DNA的主要特征：原核生物中一般只有一条染色体且大都带有但拷贝2基因，只有很少数基因（如rRNA基因）是以多拷贝形式存在的；整个染色体DNA几乎全部由功能基因和调控序列所组成；几乎每个基因序列都与它所编码的蛋白质序列呈线性对应状态。（2）真核生物染色体由蛋白质和DNA组成。蛋白质包括组蛋白，非组蛋白。组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNA组成核小体。组蛋白分为H1、H2A、H2B、H3及H4。这些组蛋白都含有大量的赖氨酸和精氨酸。组蛋白的特性（看）：①进化上的极端保守性②无组织特异性③肽链上氨基酸分布的不对称性（碱性半条链易于和DNA的负电荷区结合，另外半条链与其他组蛋白、非组蛋白结合）④组蛋白的修饰作用（发生在细胞周期的特定时间，组蛋白的特定位点。）3、C值：通常指一种生物单倍体基因组DNA的总量最大C值：基因组中总DNA量，单倍体基因组总DNA量最小C值：编码信息基因的总DNA量C值矛盾（C值反常现象）：真核基因组含有大量的重复序列，功能DNA的序列被大多数不编码蛋白质的非功能DNA所隔开(G+C)4、真核细胞DNA序列分类：①不重复序列②中度~③高度重复序列（卫星）5、（1）染色质组成：染色质的电子显微镜图显示出由核小体组成的念珠状结构，可以看到由一条细丝连接着的一连串直径10nm的球状体。（2）核小体组成：核小体是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bpDNA组成的。八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，而H1则在核小体的外面。每个核小体只有一个H1。6、原核生物基因组结构特点：（1）结构简练（2）存在转录单元（多顺反子mRNA）（3）有重叠基因7、真核生物基因组结构特点：（1）真核基因组结构庞大（2）转录产物为单顺反子（3）基因不连续性（4）非编码区较多（5）含有大量重复序列8、DNA的一级结构：概念：4种核苷酸的连接及其排列顺序，表示了该DNA分子的化学构成。组成：（1）碱基--杂环芳香族化合物（嘌呤（双环结构）腺嘌呤鸟嘌呤嘧啶（单环结构）胞嘧啶尿嘧啶---RNA胸腺嘧啶）（2）磷酸二酯键：在5’－3’羟磷DNA中脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸通过一个磷酸基团和前一核糖的5’－羟基和下一个核糖的3’基的共价交联而形成多聚物，这种键或连接称为（3）脱氧核糖基本特点：（1）DNA分子是由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成的。（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。（3）两条链上的碱基通过氢键相结合，形成碱基对，它的组成有一定的规律。这就是嘌呤与嘧啶配对，而且腺嘌呤A只能与胸腺嘧啶T配对，鸟嘌呤G只能与胞嘧啶C配对。DNA双螺旋结构(二级结构）：概念：指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。分类：—A型、B型及Z型右手螺旋：A-DNA，B-DNA左手螺旋：Z-DNA不同构象活性区别:B-DNA（最稳定）A-DNAZ-DNAB-DNA生物体内DNA结构是基本一致的，即所谓的B型螺旋（最稳定）左手螺旋Z-DNA研究:①产生的条件：嘌呤和嘧啶交替出现，一般大于6个②Z-DNA可能在基因转录调控方面有作用:邻近调控、远距离调控3大沟存在的生物学意义：①有利于蛋白质因子与DNA的特异性结合，蛋白质因子沿大沟与DNA形成专一性结合的几率大于小沟；②大沟的空间有利于与蛋白质的结合各种构象的转化-构象的多变可能有利于调节蛋白识别并结合于特定核苷酸序列影响因素：DNA的碱基组成以及顺序的重复性、盐的浓度及种类、相对湿度DNA的高级结构：DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式，可分为正超螺旋（右手超螺旋）与负螺旋（左手超螺旋）。正超螺旋：DNA扭曲方向与双螺旋方向相同，加大DNA分子内张力，有紧旋效应。负超螺旋：DNA扭曲方向与双螺旋方向相反（几乎所有细胞中的超螺旋都是负的），旋转结果使DNA分子内张力减小，称为松旋效应。正超螺旋和负超螺旋可以互相转变：拓扑异构酶参与构象的改变TOPІ——消除负超螺旋（每次松弛一个超螺旋）TOPⅡ——形成负超螺旋（由ATP供能，引入2个超螺旋）超螺旋发生的规律：L=T+WL:linkingnumber（双链DNA的交叉数，不发生断裂，为定值）T:twistingnumber（双链DNA的缠绕数，初级螺旋圈数）W:writhingnumber（双螺旋数）W=负值（负超螺旋）W=正值（正超螺旋）超螺旋存在的意义（1）DNA复制和转录的需要：复制需要较高水平的负超螺旋，以消除复制叉前进的阻力，复制结束后需要较低的负超螺旋水平以保证转录的进行；（2）DNA分子需要以高密度的超螺旋状态压缩在细胞核内，超螺旋DNA比松弛的分子具有更为紧密的结构，因而对分子在细胞内的包装过程更为有利；（3）超螺旋会影响双螺旋分子的解旋能力，影响DNA与其他分子的相互作用。9、核酸的性质：核酸的稳定性：碱基间氢键的存在——非主要的；碱基对之间的“堆积作用”——主要作用力酸效应：在强酸和高温下，核酸可以完全水解为碱基、核糖（脱氧核糖）和磷酸碱效应：DNA变性—碱效应使碱基发生互变异构，导致DNA双链的解离，使DNA变性核酸的紫外吸收：由于嘧啶碱和嘌呤碱均含有苯环，因此在紫外区均有吸收。DNA和RNA——260nm；蛋白质——280nmDNA的纯度：常用260nm与280nm处的吸光值来确定：纯的dsDNA的A260/A280为1.8；纯RNA的A260/A280为2.0；若样品的A260/A2801.8，则表明有RNA污染；若样品的A260/A2801.8，则表明蛋白质有污染。核酸的减色性：核酸碱基的消光系数与其所处环境有关其吸光值顺序为：单核苷酸单链DNA（RNA）＞双链ＤＮＡ（ＲＮＡ）引起减色性的原因为：碱基在疏水环境中的堆积DNA分子变性：dsDNA（加温，极端pH，尿素，酰胺）ssDNA熔链温度Tm：加温使DNA变性时，其紫外吸收光密度达到最大值一半时的温度（85－95℃）影响Tm值的因素Tm＝69.3+0.41GC％；片段越小变性越快，Tm值越小；盐浓度：na+浓度越高，Tm越低增色效应：在变性过程中，260nm紫外线吸收值先缓慢上升，当达到某一温度时骤然上升，称为~4DNA分子复性：发生条件（1）盐浓度必须高0.15-0.5~（2）温度适当，比Tm值低20-25度Cot曲线：依赖于DNA浓度复性的影响因素：（1）顺序复杂的比顺序简单的慢（2）DNA片段大的比小的慢（3）温度和离子强度也有影响减色效应：随着DNA的复性，260nm紫外线吸收值降低的现象。10、DNA的复制：DNA的半保留复制原理：Watson和Crick推测DNA在复制过程中碱基间的氢键首先断裂，双螺旋解旋并被分开，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链，这样新形成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样。因此，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，所以这种方式被称为DNA的半保留复制。实验：1958年，Meselson和Stahl研究了经N15标记3个世代的大肠杆菌DNA，首次用实验证明了DNA的半保留复制。（1）复制①起点：由固定起点开始②方向：主要是从固定起点开始的双向等速复制，也有单向（2）原核生物DNA复制的特点①复制起点的DNA序列：短重复序列组成，被很多亚基的复制起点结合蛋白识别，附近还有富含AT的序列②DNA双螺旋的解开：（1）单链结合蛋白（SSB蛋白）（2）DNA解链酶（延滞后链，沿前导链）③复制的引发和终止：（1）引发——RNA引物的合成（前导链、滞后链）（2）终止：复制叉遇到终止序列Ter后，Ter-Tus复合物可阻挡复制叉的前进④DNA聚合酶：聚合酶I——除去RNA引物和修复损伤，聚合酶II——损伤修复，聚合酶III——复制中链的延长（3）真核生物DNA复制的特点——多个复制起点上的双向复制①真核生物的复制子—ARS特点：150bp左右，含复制必需的保守区（4）DNA复制调控①原核生物细胞DNA的复制调控：细胞内复制叉的多少决定复制起始频率高低②真核生物细胞DNA的复制调控：a.细胞生活周期水平的调控；b.染色体水平的调控；c.复制子水平的调控11、DNA的修复（1）错配修复：这一系统能发现DNA双螺旋中因互补碱基之间的不配对而产生的变形修复依据：保护母链，修复子链。利用dam基因编码的Ｄam甲基化酶将DNA母链的GATC中的Ａ甲基化。（2）碱基切除修复：DNA糖苷水解酶识别修饰碱基切除修饰碱基与糖基之间的N-糖苷键，留下一个脱嘌呤或脱嘧啶位点（AP位），AP内切核酸酶在该位点切开DNA，其外切酶活性可以继续切出一个缺口，缺口可由DNAPol1（E.Coli）或DNAPolβ（真核生物）填补。（3）核苷酸切除修复—可以修复几乎所有类型的巨大损伤核酸内切酶在损伤部位两侧各切除精确数目的碱基；包含损伤的寡核苷酸被切除并留下一个缺口；缺口可由DNA聚合酶１填补（E.Coli）或DNAPolδ或ε（真核生物）完成；磷酸二酯键的形成由DNA连接酶完成。5（4）DNA直接修复—不需要切除碱基或核苷酸细胞发展了众多的系统来修复损伤：直接恢复修复；损伤切除和利用互补序列来修复；可诱导的损伤耐受12、DNA的转座，或称移位，是由可移位因子介导的遗传物质重排现象。转座过程中