分子生物学重点

染色体与DNADNA的一级结构：脱氧核糖核苷酸以3’-5’磷酸二酯键聚合成为脱氧核糖核酸（DNA）链。链的一端的核苷酸有自由的5’磷酸基团，称5’端；另一端核苷酸具有自由的3’羟基，称3’端。DNA一级结构的重要性：携带遗传信息；决定DNA的二级结构；决定DNA的空间结构DNA的二级结构：绕DNA双螺旋表面上出现的螺旋槽（沟），宽的沟称为大沟，窄沟称为小沟。大沟，小沟都是由于碱基对堆积和糖-磷酸骨架扭转造成的。主链是由两条反向平行的核苷酸链围绕同一中心轴构成的右手螺旋结构，脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架。两条链上的碱基以氢键相连，G与C配对，A与T配对。嘌呤和嘧啶碱基对层叠于双螺旋的内侧。蛋白质因子与DNA的特异结合依赖于氨基酸与DNA间的氢键的形成。蛋白质因子沿大沟与DNA形成专一性结合的机率与多样性高于沿小沟的结合。DNA的变性和复性：DNA的变性：DNA双链的氢键断裂，逐步变为近似于无规则线团的过程称为变性；DNA的变性发生在一个狭窄的温度范围内。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，称为增色效应。DNA超螺旋和拓扑异构酶：DNA的高级结构（P36）1）定义：指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。是一种比双螺旋更高层次的空间构象。2）主要形式：超螺旋结构（正超螺旋和负超螺旋）影响DNA高级结构的酶：拓扑异构酶----L值的改变需要至少一条DNA链断裂一次。断裂造成的DNA自由末段的一端可绕着另一端旋转，随后被重新连接，DNA拓扑异构酶通过催化此类反应将DNA从一种拓扑结构转变成另一种。C-值是一种生物的单倍体基因组DNA的总量。C-值矛盾（C-valueparadox)：形态学的复杂程度（物种的生物复杂性）与C-值大小的不一致，称为C值矛盾（C-值悖理）。真核细胞基因组的最大特点是它含有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能DNA所隔开原核生物染色体及其基因组：原核生物的基因组很小，大多只有一条染色体，且DNA含量少，如大肠杆菌DNA的相对分子质量仅为4.6×106bp，其完全伸展总长约为1.3mm，含4000多个基因。原核生物基因主要是单拷贝基因，只有很少数基因〔如rRNA基因〕以多拷贝形式存在；整个染色体DNA几乎全部由功能基因与调控序列所组成；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。原核细胞DNA特点：1、结构简炼。原核DNA分子的绝大部分是用来编码蛋白质的，只有很小一部分控制基因表达的序列不转录。如在ΦX174中不转录部分只占4%左右（217/5386),T4DNA中占5.1%（282/5577)。2、存在转录单元。原核生物DNA序列中功能相关的RNA和蛋白质基因，往往丛集在基因组的一个或几个特定部位，形成转录单元并转录产生含多个mRNA的分子，称为多顺反子mRNA。3、有重叠基因。一些细菌和动物病毒存在重叠基因，同一段DNA能携带两种不同蛋白质的信息。真核生物染色体及其基因：真核生物染色体的组成：DNA和蛋白质。蛋白质包括组蛋白和非组蛋白。组蛋白包括H1H2AH2BH3H4。端粒、着丝点和DNA复制原点是构成染色体不可缺少的三个要素。组蛋白的一般特性：进化上的保守性；无组织特异性；肽链氨基酸分布的不对称性；组蛋白的可修饰性；H5组蛋白的特殊性：富含赖氨酸（24%）非组蛋白：非组蛋白占组蛋白总量的60－70%，主要包括酶类、与细胞分裂有关的收缩蛋白、骨架蛋白、核孔复合物蛋白以及肌动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、原肌蛋白等。非组蛋白的多样性:非组蛋白种类约在20-100种之间，其中常见的有15-20种。非组蛋白的组织专一性和种属专一性。（1）高速泳动蛋白（HMG）：富含赖AA、精AA、谷AA与天冬AA，与DNA的超螺旋结构有关。（2）DNA结合蛋白：与DNA的复制或转录有关的酶或调节物质。（3）A24非组蛋白：与H2A差不多大小，呈酸性，含谷AA与天冬AA多，位于核小体内，功能不详。核小体：用于包装染色质的结构单位，是由DNA链缠绕一个八聚体组蛋白核心构成的。染色体的包装：念珠状染色质细丝形成；染色质细丝盘绕成螺线管；进一步压缩成超螺旋染色体。真核生物基因组结构特点：真核基因组结构庞大，一般远大于原核基因组；含有大量重复序列；非编码序列多，多于编码序列(9:1)；转录产物为单顺反子；基因不连续性：断裂基因、内含子、外显子；顺式作用元件：启动子，增强子，沉默子等；DNA多态性：单核苷酸多态性，串联重复序列多态性；端粒。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；结构简炼；存在转录单元(transcriptionaloperon)；多顺反子(polycistron)；有重叠基因（Sanger发现）DNA的复制：生命的遗传是染色体DNA自我复制的结果，主要是通过半保留复制来实现的，是一个以亲代DNA分子为模板合成子代DNA链的过程。亲代DNA以自身分子为模板来合成新的分子，并分配到两个子细胞中去，完成其遗传信息载体的使命。DNA分子由两条多核苷酸链组成，两条链上的碱基——G与C配对，A与T配对；两条链是互补的，一条链上的核苷酸排列顺序决定了另一条链上的核苷酸排列顺序。DNA的复制包括复制的起始、延伸和终止三个阶段。DNA的半保留复制：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式称半保留复制。生物意义：DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。DNA聚合酶：以DNA为模板的DNA合成酶,大肠杆菌中主要有DNA聚合酶I、II、III、IV和V。DNA连接酶：若双链DNA中一条链有切口，一端是3’-OH，另一端是5’-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来。DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用。DNA拓扑异构酶：拓扑异构酶І：使DNA一条链发生断裂和再连接，作用是松解负超螺旋。主要集中在活性转录区，同转录有关。例：大肠杆菌中的ε蛋白。拓扑异构酶Π：该酶能暂时性地切断和重新连接双链DNA，作用是将负超螺旋引入DNA分子。同复制有关。例：大肠杆菌中的DNA旋转酶。DNA解螺旋酶/解链酶：通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。如：E.coli中的rep蛋白，以及解螺旋酶I、II、III。rep蛋白沿3’5’移动，而解螺旋酶I、II、III沿5’3’移动。DNA的复制过程：双链的解开；RNA引物的合成；DNA链的延伸；切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段；复制的终止。双链的解开：DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原点ori(或o）、富含A、T的区段。复制起点是固定的，表现为固定的序列，并识别参与复制起始的特殊蛋白质。从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子。复制时，解链酶等先将DNA的一段双链解开，形成复制点，这个复制点的形状象一个叉子，故称复制叉。复制方向和速度：单起点、双向等速；多起点、双向等速原核生物DNA的复制特点：细菌染色体的复制是作为一个单位从唯一的复制起点开始，双向进行的。RNA引物的合成：DnaB蛋白活化引发酶，引发RNA引物的合成。引物（primer）长度约为几个至10个核苷酸。DNA链的延伸：DNA的半不连续复制：DNA复制时其中一条子链的合成是连续的，而另一条子链的合成是不连续的，故称半不连续复制。在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链为前导链；合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的DNA链为滞后链。在DNA复制过程中，前导链（leadingstrand）能连续合成，而滞后链(laggingstrand)只能是断续的合成53的多个短片段，这些不连续的小片段称为冈崎片段。复制终止：E.coli有两个终止区域，分别结合专一性的终止蛋白。序列一：terEterDterA；序列二：terFterBterC。每个区域只对一个方向的复制叉起作用DNA的转座：基因组上不必借助于同源序列就可移动的DNA片段称为转座子（transposons）或转座元件。转座子的转移过程称为转座。转座作用涉及到转座子的复制，当一个拷贝插入基因组的新位置，原来位置上仍可保留一个拷贝。因此转座作用并不是转座子由基因组的一处转移到另一处的简单过程。转座频率和自发突变的频率相似，介于每世代每细胞10-5-10-7之间，转座子的切除频率要低得多，介于每世代每细胞10-6-10-10之间。转座的机制：在靶DNA上制造一个交错的切口；转座子与突出的单链末端相连接；填充缺口。生物信息的传递---从mRNA到蛋白质翻译：指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每三个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。蛋白质合成的场所是核糖体；蛋白质合成的模板是mRNA；模板与氨基酸之间的接合体是tRNA；蛋白质合成的原料是20种氨基酸。遗传密码——三联子：mRNA链上每三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为密码子或三联子密码。性质：简并性由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子；普遍性与特殊性蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体；连续性编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。从mRNA5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架。摆动性转运氨基酸的tRNA上的反密码子需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码子反向配对结合，在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，这种现象称为密码子的摆动性。tRNA：三叶草形。功能：解读mRNA的遗传信息；运输的工具，运载氨基酸。tRNA有两个关键部位：3’端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。与mRNA结合部位—反密码子部位。tRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置.核糖体:核糖体是由几十种蛋白质和多种核糖体RNA（rRNA）所组成的亚细胞颗粒.核糖体的结构：1、核糖体由大小两个亚基组成核糖体可解离为两个亚基，每个亚基都含有一个相对分子质量较大的rRNA和许多不同的蛋白质分子。原核生物核糖体由约2/3的RNA及1/3的蛋白质组成。真核生物核糖体中RNA占3/5，蛋白质占2/5。2、核糖体蛋白（r-蛋白）核糖体RNA组成：5SrRNA16SrRNA23SrRNA5.8SrRNA核糖体有3个tRNA结合位点。A位：新到来的氨酰-tRNA的结合位点；P位：肽酰-tRNA的结合位点；E位：延伸过程中的多肽链转移到氨酰-tRNA上释放tRNA的位点。tRNA的移动顺序：A位→P位→E位。每个tRNA结合位点横跨核糖体的大、小亚基。核糖体的功能：合成蛋白质。在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。•mRNA结合部位——小亚基•结合或接受AA-tRNA部位（A位）——大亚基•结合或接受肽基tRNA的部位（P位）——大亚基•E位：延伸过程中释放tRNA的位点。——大亚基•肽基转移部位——大亚基•形成肽键的部位（转肽酶中心）——大亚基•此外，还有用于起始和延伸各种蛋白质因子的结合部位。大小亚基的生物学功能：小亚基：通过密码子与反密码子的配对，识别并结合模板mRNA，蛋白质合成中A位、P位、E位的一部分等。大亚基：结合多肽链，催化肽键形成、蛋白质合成中A位、P位、E位的一部分等。蛋白质合成的过程：氨基酸的活化；翻译的起始；肽链的延伸；肽链的终止；新生多肽链的折叠与加工聚合酶链反应技术：聚合酶链式反应是1985年问世的一种体外