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分子生物学与基因工程绪论1、分子生物学与基因工程的含义从狭义上讲，分子生物学主要是研究生物体主要遗传物质-基因或DNA的结构及其复制、转录、表达和调节控制等过程的科学。基因工程是一项将生物的某个基因通过载体运送到另一种生物的活体细胞中，并使之无性繁殖和行使正常功能，从而创造生物新品种或新物种的遗传学技术。2、分子生物学与基因工程的发展简史，特别是里程碑事件，要求掌握其必要的理由上个世纪50年代，Watson和Crick提出了的DNA双螺旋模型；60年代，法国科学家Jacob和Monod提出了的乳糖操纵子模型；70年代，Berg首先发现了DNA连接酶，并构建了世界上第一个重组DNA分子；80年代，Mullis发明了聚合酶链式反应（PolymeraseChainReaction，PCR）技术；90年代，开展了“人类基因组计划”和模式生物的基因组测序，分子生物学进入“基因组时代”3、分子生物学与基因工程的专业地位与作用。核酸概述1、核酸的化学组成2、核酸的种类与特点：DNA和RNA的区别（1）DNA含的糖分子是脱氧核糖，RNA含的是核糖；（2）DNA含有的碱基是腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T），RNA含有的碱基前3个与DNA完全相同，只有最后一个胸腺嘧啶被尿嘧啶（U）所代替；（3）DNA通常是双链，而RNA主要为单链；（4）DNA的分子链一般较长，而RNA分子链较短。3、DNA作为遗传物质的直接和间接证据；间接：（1）一种生物不同组织的细胞，不论年龄大小，功能如何，它的DNA含量是恒定的，而生殖细胞精子的DNA含量则刚好是体细胞的一半。多倍体生物细胞的DNA含量是按其染色体倍数性的增加而递增的，但细胞核里的蛋白质并没有相似的分布规律。（2）DNA在代谢上较稳定。（3）DNA是所有生物的染色体所共有的，而某些生物的染色体上则没有蛋白质。（4）DNA通常只存在于细胞核染色体上，但某些能自体复制的细胞器，如线粒体、叶绿体有其自己的DNA。（5）在各类生物中能引起DNA结构改变的化学物质都可引起基因突变。直接：肺炎链球菌试验、噬菌体侵染实验4、DNA的变性与复性：两者的含义与特点及应用变性：它是指当双螺旋DNA加热至生理温度以上（接近100ºC）时，它就失去生理活性。这时DNA双股链间的氢键断裂，最后双股链完全分开并成为无规则线团的过程。简而言之，就是DNA从双链变成单链的过程。增色效应：它是指在DNA的变性过程中，它在260nm的吸收值先是缓慢上升，到达某一温度后即骤然上升的效应。复性：它是指热变性的DNA如缓慢冷却，已分开的互补链又可能重新缔合成双螺旋的过程。复性的速度与DNA的浓度有关，因为两互补序列间的配对决定于它们碰撞频率。DNA复性的应用-分子杂交：由DNA复性研究发展成的一种实验技术是分子杂交技术。杂交可发生在DNA和DNA或DNA与RNA间。5、Tm的含义与影响因素Tm的含义：是指吸收值增加的中点。影响因素：1）DNA序列中G+C的含量或比例含量越高，Tm值也越大（决定性因素）；2）溶液的离子强度3）核酸分子的长度有关：核酸分子越长，Tm值越大4）某些化学物质5）溶液pH值6、DNA的一级结构的含义与特点，包括化学本质7、DNA双螺旋模型的发现过程、基本内容与生物学意义（1）两条多核苷酸链以右手螺旋的形式彼此以一定的空间距离，平行地环绕于同一轴上；（2）两条多核苷酸链走向为反向平行，即一条链磷酸二酯键为5’－3’方向，而另一条为3’一5’方向，二者刚好相反；（3）每条长链的内侧是扁平的盘状碱基，碱基一方面与脱氧核糖相联系，另一方面通过氢键与它互补的碱基相联系。互补碱基对A与T之间形成两对氢键，而C与G之间形成三对氢键。上下碱基对之间的距离为0.34nm；（4）每个螺旋为3.4nm长，刚好含有10个碱基对，其直径约为2nm；（5）在双螺旋分子的表面大沟和小沟交替出现。3、DNA精细结构的含义与重要参数（1）依赖于序列的B-DNA构象变化；（2）连续AT序列的构象；（3）含错配碱基对的B-DNA；（4）DNA的局部构象与DNA结合蛋白4、DNA超螺旋结构的形成与鉴定超螺旋DNA可采取两种拓扑学上相当的形式。一种相当于双螺旋绕圆柱体旋转；另一种相当于双螺旋相互盘绕。超螺旋的这两种形式可以相互转变。天然的DNA都呈负超螺旋，但在体外可得正超螺旋5、DNA不寻常结构有哪些，有何作用？交替的嘧啶、嘌呤重复序列倾向形成Z-DNA反向重复序列倾向形成十字形结构构成镜像重复的同型嘧啶-同型嘌呤序列可能形成三链结构：在形成三链DNA过程中游离出来的多聚嘌呤链则保持单链状态。故三链DNA对S1核酸酶的作用敏感。由于三链DNA含有镜像重复，故可形成两种异构体：一是多聚嘌呤链的5’部分成单链；另一是3’部分成单链。富含G的序列可能形成四链结构：端粒DNA的序列具有一定的取向特征。在每一染色体末端，富含G的一股链由5’向3’-末端延伸，并突出于互补的富含C一股链12～16核苷酸。染色体的末端与特定的蛋白质形成复合物。染色体与基因组的结构1、真核生物染色体的结构，包括基本单元的化学组成染色体是由染色质构成的，染色质是由DNA、RNA和蛋白质形成的复合体。染色体是动态的物体，其外观随细胞周期的不同阶段发生明显的改变。仅当细胞分裂时，每个染色体才呈现出凝聚型。（1）组蛋白：组蛋白在翻译后是受到修饰的，其中包括特异精、组、赖、丝和苏氨酸残基的甲基化、乙酰基化和磷酸化（2）核小体（3）30nm纤丝（4）辐射的环2、真核生物基因组的C值与特点在真核生物中，每种生物的单倍体基因组的DNA总量是恒定的，称之为C值。3、基因组中DNA的大小、形状与序列组织：包括卫星DNA和微卫星DNA的含义DNA一般为长而无分支的双股线性分子，但有些为环型，也有少数为单股环型。不同的DNA大小相差悬殊。例如，SV40含5.1kb，而南美肺鱼的基因组含102000000kb。虽然一般而言，复杂的有机体需要更多的DNA，但不存在严格的对应关系。真核生物DNA碱基组成上的异质性主要由于存在着以下3类DNA序列：①高度重复序列；②中度重复序列；③单一序列。4、真核生物的基因组特点（与原核生物比较）真核生物基因组与原核生物的相比，主要有以下几方面的差异（特点）：（1）分布部位（2）基因特性（3）遗传信息的传递过程（4）自身的复制过程蛋白质的结构与功能1、蛋白质的含义蛋白质一词最早来自希腊语“proteios”，其含义为“第一重要的”。现代科学研究表明，蛋白质是由20种左右的-氨基酸通过肽键相互连接而成的一类具有特定的空间构象和生物学功能的高分子有机化合物。1、二十种氨基酸的英文简称，要求掌握一个字母的含义1、蛋白质一级结构的含义它是指蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序，也是蛋白质最基本的结构。它是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的。各种氨基酸按遗传密码的顺序，通过肽键连接起来，成为多肽链，故肽键是蛋白质结构中的主键。2、蛋白质二级结构的类型，包括阿尔法结构与DNA双螺旋的异同点α-螺旋、β-折迭、β-转角、无规则卷曲（填空题）（1）多个肽键平面通过α-碳原子旋转，相互之间紧密盘曲成稳固的右手螺旋；（2）主链呈螺旋上升，每3.6个氨基酸残基上升一圈，相当于0.54nm，这与X衍射图符合；（3）相邻两圈螺旋之间借肽键中C＝O和硫氢基形成许多链内氢健，即每一个氨基酸残基中的NH和前面相隔三个残基的C＝O之间形成氢键，这是稳定α-螺旋的主要键；（4）肽链中氨基酸侧链R分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷影响α-螺旋的形成。酸性或碱性氨基酸集中的区域，由于同电荷相斥，不利于α-螺旋形成；较大的R(如苯丙氨酸、色氨酸、异亮氨酸)集中的区域，也妨碍α-螺旋形成；脯氨酸因其α-碳原子位于五元环上，不易扭转，加之它是亚氨基酸，不易形成氢键，故不易形成上述α-螺旋；甘氨酸的R基为H，空间占位很小，也会影响该处螺旋的稳定。1、蛋白质结构与功能的关系（1）蛋白质一级结构与功能的关系：蛋白质一级结构是空间结构的基础，特定的空间构象主要是由蛋白质分子中肽链和侧链R基团形成的次级键来维持，在生物体内，蛋白质的多肽链一旦被合成后，即可根据一级结构的特点自然折叠和盘曲，形成一定的空间构象。（2）蛋白质空间构象与功能活性的关系：蛋白质多种多样的功能与各种蛋白质特定的空间构象密切相关，蛋白质的空间构象是其功能活性的基础，构象发生变化，其功能活性也随之改变。蛋白质变性时，由于其空间构象被破坏，故引起功能活性丧失，变性蛋白质在复性后，构象复原，活性即能恢复。血红蛋白是红细胞中所含有的一种结合蛋白质，它的蛋白质部分称为珠蛋白，非蛋白质部分(辅基)称为血红素（x）DNA复制1、一些基本概念：复制子、复制单元、复制起始点、半保留复制、半不连续复制、前导链、随后链、冈崎片段。DNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂使两条链分开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNA链，这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制。连续合成的链比不连续合成的链超前一步，称为前导链。2、不连续合成的链要滞后一步，称为后随链。前导链连续复制和后随链的不连续复制，称为DNA的半不连续复制。随从链的前进方向是与复制叉的打开方向相反的。随从链只能先以片段的形式合成，这些片段就叫做冈崎片段。复制是从DNA分子上的特定部位开始的，这一部位叫做复制起始点。生物体的单个复制单位称为复制子。1、要求掌握DNA定点双向复制4、单链结合蛋白的作用它与解开的单链DNA结合，使其稳定不会再度螺旋化并且避免核酸内切酶对单链DNA的水解，保证了单链DNA做为模板时的伸展状态，SSBP可以重复利用。5、DNA复制的酶学基础及原核生物复制的一般过程，包括DNA复制前导链和随后链的起始、延长和终止6、真核生物DNA复制的特点（1）与原核生物不同，真核生物DNA复制有许多起始点（2）在真核生物DNA复制叉处，需要两种不同的酶。（3）由于真核生物染色体是线性DNA，它的两端叫做端区，端区是由重复的寡核苷酸序列构成的。（4）真核生物具有多重复制原点，原核生物只有一个。RNA生物合成及其加工1、一些基本概念：不对称转录、编码链（信息链）、模板链、启动子、转录因子在DNA的两条多苷酸链中只有其中一条链作为模板，这条链叫做模板链，又叫反义链。DNA双链中另一条不做为模板的链叫做编码链，又叫有意义链。编码链的的序列与转录本RNA的序列相同，只是在编码链上的T在转录本RNA为U，由于RNA的转录合成是以DNA的一条链为模板而进行的，所以这种转录方式又叫做不对称转录。启动子：指DNA分子上被RNA聚合酶识别并结合形成转录起始复合物的区域，还包括一些调节蛋白因子的结合序列。转录因子：凡是转录起始过程必需的蛋白质，只要不是RNA聚合酶的组成成分，就可以将其定义为转录因子。2、RNA生物合成的酶学基础：包括该酶的组成与特点3、原核生物DNA转录的基本过程，包括启动子的识别、起始、延长和终止4、真核生物转录与原核生物的区别5、原核生物转录与复制的主要区别6、mRNA加工基本过程：要求掌握帽子与尾巴结构的名称与作用及形成过程5端形成帽子结构(m7GpppNp—)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)中部剪接除去内含子链内部核苷酸的甲基化mRNA帽子的生理功能：⑴帽子结构参与翻译起始，帽0结构是核糖体识别mRNA所必需的；核糖体上有帽结合蛋白。⑵帽子结构增加mRNA的稳定性，保护mRNA防止其受5′核酸外切酶的降解。⑶促进某些RNA的合成。7、tRNA加工基本过程：要求掌握氨基酸臂名称、加工酶系及碱基修饰方式⑴剪切内含子⑵核酸外切酶修剪3´末端，逐个切去附加序列；⑶加上CCA-OH的3´末端，完成柄部结构。⑷碱基修饰蛋白质生物合成1、蛋白质合成的物质基础包括哪些方面（1）合成原料（2）mRNA是合成蛋白质的直接模板（3）tRNA是氨基酸的运载工具（4）核糖体-蛋白质的合成场所（5）蛋白质生物合成的必需因子2、遗传密