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一、绪论1分子生物学：在分子水平上研究生命现象的科学。通过研究生物大分子(核酸、蛋白质)的结构、功能和生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。2、1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋模型3、分子生物学研究内容：DNA重组技术（基因工程）、基因表达的调控、生物大分子的结构和功能研究、基因组、功能基因组与生物信息学研究二、染色体与DNA核小体：由H2A、H2B、H3和H4四种组蛋白各两个分子组成八聚体和大约200bp的DNA区段组成。组蛋白：分为5种类型(H1，H2A，H2B，H3，H4)，其特性如下：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；4、组蛋白的修饰作用包括甲基化、乙基化和磷酸化；5、富含赖氨酸的组蛋白H5C值（Cvalue）一种生物单倍体基因组所含DNA的总量。C值反常现象也称为C值谬误。指C值往往与种系的进化复杂性不一致的现象，即基因组大小与遗传复杂性之间没有必然的联系，某些较低等的生物C值却很大，如一些两栖动物的C值甚至比哺乳动物还大。基因：编码蛋白质或RNA等具有特定功能产物的遗传信息的基本单位，是染色体或基因组的一段DNA序列真核生物基因组的结构特点：1真核基因组庞大一般都远大于原核生物基因组,2真核基因有断裂基因,即有内含子,3转录产物是单顺反子,4非编码区域多于编码区域.，占90％以上5有大量顺式作用元件。包括启动子、增强子、沉默子等6有大量重复序列7有大量的DNA多态性8具有端粒结构原核生物基因组的特点：1基因组很小DNA含量少,2有重叠基因,转录产物是多顺反子,3结构简练,大部分都是编码区域,4DNA一般不与蛋白质结合5存在转录单元，转录形成多顺反子mRNA单顺反子：只编码一个蛋白质的mRNA;多顺反子mRNA:两个以上相关基因串在一起转录所得到的信使核糖核酸(mRNA)，由DNA链上的邻位顺反子所界定;顺式作用元件：存在于基因旁侧序列中能影响基因表达的序列。顺式作用元件包括启动子、增强子、调控序列和可诱导元件等，其本身不编码任何蛋白质，仅仅提供一个作用位点，要与反式作用因子相互作用而起作用；反式作用因子：是指能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上参与调控靶基因转录效率的蛋白质；端粒：是线状染色体末端的一种特殊结构，一特定的DNA-蛋白质复合体结构（由DNA简单重复序列组成富含GT）DNA的复制：每个子代DNA分子的一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种方式称半保留复制，无论原核还是真核生物，DNA的复制主要从固定的起始点一双相等速方式进行复制。真核生物DNA的复制特点：1.真核生物有多个复制起始位点，而原核只有一个起始位点。2.真核生物复制一旦启动，在完成本次复制前，不能在再启动新的复制3.真核生物具有多种聚合酶。4真核生物DNA复制起始需要起始点识别复合物参与.。5.真核生物DNA复制叉的移动速度约50bp/s，还不到大肠杆菌的1/20。原核生物DNA的复制特点：1DNA复制的起始：DNA双螺旋的解旋，需DNA解旋酶、单链结合蛋白（SSB）及拓扑异构酶2DNA复制的引发，无论前导链还是后随莲链开始DNA合成时，都需要RNA引物复制3.冈崎片段与半不连续复制，前导链DNA的合成以5'-3'方向，随着亲本双链的解开而连续进行复制，后随链在合成过程中，一般亲本DNA单链首先暴露出来，然后以与复制叉移动相反的方向，按照5'-3'方向合成一系列的冈崎片段，然后再把它们连接成完整的冈崎片段，是在DNA半不连续复制中产生的长度为1000-2000bp的DNA片段，即连接成完整的后随链4.复制的终止：有终止子终止5.DNA聚合酶Ⅲ是主导的聚合酶，RNA聚合酶h对引物水解，DNA连接酶对冈崎片段连接。1、DNA的修复：错配修复切除修复、重组修复、DNA直接修复及SOS反应10、DNA的转座：由可移位因子介导的遗传物质重排现象。转座子：是存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位。转座子分类：插入序列（IS）、复合型转座子、TnA家族；插入序列（IS）：最简单的转座子不含有任何宿主基因，是很小的DNA片段（约1kb），末端具倒置重复序列，转座时往往宿主靶位点，一小段DNA形成IS序列两端的正向重复区。复合型转座子：是一类带有某些抗药性基因的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列，一旦形成复合转座子，IS序列就不能再单独移动，因为它们的功能被修饰了，只能作为复合体移动。TnA家族：是一类没有IS序列的体积庞大的转座子。11、转座可分为复制型和非复制性12、转座作用的遗传学效应：①转座引起插入突变;②转座产生新的基因③转座产生的染色体畸变;④转座引起的生物进化.三、生物信息的传递-从DNA到RNA1、转录：指拷贝出一条与DNA链序列完全相同（除T-U外）的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤。2、翻译：以新和成的mRNA为模板，把核苷酸三联遗传密码子翻译成氨基酸序列，合成多肽链的过程，是基因表达的最终目的。3、编码连（有义链）双链DNA中与mRNA序列相同，编码蛋白质的那条DNA链，并把另一条根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链成为模板链或反义链。4、转录的基本过程包括模板的识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止。模板的识别：主要指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程(真核生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启动区，需与转录调控因子结合形成转录起始前复合物)；转录起始：RNA聚合酶结合在启动子上以后，RNA链上第一个核苷酸链的产生；转录延伸：RNA聚合酶释放σ因子离开启动子后，核心酶沿模板DNA链移动并使新生RNA链不断延长的过程；转录终止：当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA杂合物分离，转录泡瓦解，DNA恢复成双链状态，而RNA聚合酶和RNA链都被从模板上释放出来。5、RNA聚合酶：原核生物的RNA聚合酶全酶α2ββ’ωσ、核心酶α2ββ’ω转录起始过程需要全酶，由σ辨认起始点，延长过程仅需核心酶催化。真核生物有3类RNA聚合酶。RNA聚合酶I的转录产物是45Rrna,经剪接加工后生成mRNA。RNA聚合酶II在核内转录生成hnRNA，经剪接加工生成mRNA。RNA聚合酶III的转录产物是tRNA、5srRNA等真核RNA聚合酶一般由8-16个亚基组成（三类DNA聚合酶的敏感性不同酶，酶II最敏感，最不敏感酶I，酶III具有种属特异性）6、启动子：一段位于结构基因5‘端上游的约100-200bp的具有独立功能的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确地结合并具有转录起始的特异性。7、转录单元：是一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。RNA聚合酶从转录起始位点开始沿着模板前进，指导终止子为止，转录出一条RNA链。8、原核生物启动子具有-10位的TATA区和-35位的TGACA区是RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与σ因子相互识别而具有很高的亲和力，在原核生物中-35位和-10位间的距离约16-19bp，小于15bp或大于20bp都会降低启动子的活性。9、增强子：明显地提高基因转录的效率。特点：1）能远距离增强启动子的活性，一般位于上游-200bp（2）无方向性；在启动子的上游和下游均起作用（3）顺式调节只调节位于同一条染色体上的靶基因（4）无物种和基因特异性（5）具有组织特异性（6）有位相性(7）有的增强子可以对外部信号产生反应10、真核基因的启动子在-25～-35区含有TATA序列，在-70～-80区含有CCAAT序列(CAATbox)，在-80～-110含有GC区，TATA区上游的保守序列称为上游启动子元件（UPE)11、基因转录实际上是RNA聚合酶、转录调控因子和启动子区各种调控元件相互作用的结果。12RNA转录的抑制剂（1）DNA模板功能抑制剂，通过与DNA结合而改变模板的功能。放线菌素D（2）RNA聚合酶的抑制剂，与RNA聚合酶结合而抑制其活力。利福霉素、利迪链霉素和a-鹅膏蕈碱。14、原核生物mRNA的特征：①半衰期短②以多顺反子的形式存在③5’端无帽子结构或只有短的PolyA尾巴。15真核生物mRNA的特征：①单顺反子形式存在②5‘端的帽子及3'的40-200个左右的poly(A)结构。16、SD序列：存在于原核生物起始密码子AUG上游7-12个核苷酸处，有一段可与核糖体16SrRNA配对结合的、富含嘌呤的4-7个核苷酸的共同序列，一般为AGGA，此序列称SD序列.17ρ因子：一种NTP酶，它通过催化NTP的水解促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。通常原核生物的终止子在终止点之前均有一个富含GC碱基的二重对称区，其产生RNA可形成发家式结构。18、GU-AG法则（Chambon法则）：多数细胞核mRNA前体中内含子的边界序列位GU，3'边界为AG，把这种保守序列称为GU-AG法则19mRNA的剪接：从hnRNA分子去除非编码序列，形成成熟mRNA的过程。RNA的编辑：指转录后的RNA编码区发生剪辑的加入，删除或丢失导致DNA所变美女吗的遗传信息的改变。RNA的再编辑：RNA编码和读码方式的改变称为RNA的再编码。内含子的变位剪接：在真核生物个体发育或细胞分化时可以有选择地越过某些外显子或某个剪接点进行变位剪接，产生出组织或发育阶段特异性mRNA.五、基因的表达与调控(上)－原核基因表达调控模式1、基因表达调控在两个水平上体现(1)转录水平上的调控(2)转录后水平上的调控包括①mRNA加工成熟水平上的调控②翻译水平上的调控。原核生物的基因调控主要发生在转录水平上。2、调控模式(1)负转录调控系统分为负控诱导和负控阻遏二大类。负控诱导系统－阻遏蛋白不与诱导物结合时，阻遏蛋白与操纵区相结合，结构基因不转录，阻遏蛋白结合上诱导物时，阻遏蛋白与操纵区分离，结构基因转录；负控阻遏系统－阻遏蛋白与效应物结合时，结构基因不转录。(2)正转录调控系统为正控诱导系统和正控阻遏系统。在正控诱导系统中，诱导物的存在使激活蛋白处于活性状态，转录进行；在正控阻遏系统中，效应物分子的存在使激活蛋白处于非活性状态，转录不进行。3、弱化子：操纵子：指原核生物中有一个或多个相关基因以及转录翻译调控与案件组成的基因表达单元，包括启动子（p）、操纵基因（o）和在功能上相关的几个结构基因。5、色氨酸操纵子与负控阻遏系统trp操纵子中产生阻遏物的基因是trpR，trp位于大肠杆菌染色体图上25分钟处，trpR位于90分钟处。trpR基因产物被称为辅阻遏蛋白，其与色氨酸相结合形成有活性的阻遏物，与操纵区结合并关闭trpmRNA转录。这个系统中的效应分子是色氨酸及其衍生物。当培养基中色氨酸含量较高时，它与游离的辅阻遏蛋白相结合，并使之与操纵区DNA紧密结合；当培养基中色氨酸供应不足时，辅阻遏物失去色氨酸并从操纵区上解离，trp操纵子去阻遏。5.1弱化系统色氨酸操纵子通过弱化作用实现惊喜的转录表达调控，在trpmRNA5'端trpE基因的起始密码前有一个长162bp的mRNA片段被称为前导区，其中有四个间隔区彼此配对能形成不同的茎-环结构，其中3-4配对区正好位于终止密码子的识别区，前导区编码的多肽被称为前导肽。其中第10和第11位上有相邻的两个色氨酸密码子．当培养基中色氨酸浓度低，核糖体很难通过两个相邻的色氨酸密码子，当4区被转录完成时，核糖体才进行到1区，这时前导区2-3配对，不形成3-4配对的终止结构。当培养基中色氨酸浓度高，核糖体顺利通过两个相邻的色氨酸密码子，在4区被转录之前就到达2区，这样3-4区自由配对形成茎-环状终止子结构，转录停止。6、半乳糖（gal）操纵子半乳糖操纵子有3个结构基因：galE、galT、galK，半乳糖操纵子的调节基因是galR，诱导物是半乳糖。gal操纵子有两个特点：①它有两个启动子，其mRNA可从两个不同的起始点开始转录；②它有两个O区，一个在P区上游-67～-73，另一个在结构基因galE内部。从S1起始