现代分子生物学复习资料

-1-现代分子生物学资料第一章绪论编辑：杜华伟一、三大发现：列文·虎克的细胞学说、焦耳用实验确立的能量守恒定律、达尔文的进化论。二、分子生物学定义：从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学，主要指遗传信息的传递（复制）、保持（损伤和修复）、基因的表达（转录和翻译）与调控。三、分子生物学研究内容：1、DNA重组技术（基因工程）2、基因的表达调控3、生物大分子的结构和功能研究(结构分子生物学）4、基因组、功能基因组与生物信息学研究四、DNA发现的几个实验：美国科学家AVERY用S型和R型致病菌侵染小鼠的实验、美国科学家HERSHEY在1952年从事的同位素分子标记法噬菌体侵染细菌的试验。第二章染色体与DNA一、染色体的结构和组成原核生物：DNA形成一系列的环状附着在非组蛋白上形成类核。真核生物染色体有蛋白质和DNA组成，蛋白质包括组蛋白（H1，H2A、H2B、H3、H4）和非组蛋白。2、C值是一种生物的单倍体基因组DNA的总量。C值往往与种系的进化的复杂程度不一致，某些低等生物却有较大的C值，这就是著名的“C值反常现象”。3、DNA的一级结构：指4种脱氧核苷酸的连接及其排列顺序，DNA序列是这一概念的简称。4、双螺旋的基本特点：双链反向平行配对而成；脱氧核糖和磷酸交替连接，构成DNA骨架，碱基排在内侧；内侧碱基通过氢键互补形成碱基对（A：T，C：G）。5、DNA的二级结构指两条多核苷酸链反向平行盘绕所产生的双螺旋结构。是有Watson和Crick在1953年共同发现的。分类：右手螺旋（是其通常存在形式）：A-DNA，B-DNA。左手螺旋：Z-DNA。6、超螺旋：DNA双螺旋结构中，一般每转一圈有十个核苷酸对，双螺旋总处于能量最低状态。正常DNA双螺旋额外的多转或少转几圈，就会出现双螺旋空间结构改变，在DNA分子中形成额外张力，若此时DNA分子的末端是固定的或是环状分子，双联不能自由转动，额外的张力就不能释放而导致DNA分子内部院子空间位置的重排，造成扭曲，即出现超螺旋结构。从DNA到染色体过程的压缩过程：①核小体的形成是染色体中DNA压缩的第一个阶段，在核小体中DNA盘绕组蛋白八聚体核心，从而使分子收缩至原尺寸的1/7。②染色质细丝盘绕成螺旋管状的粗丝，每个螺旋管包含6个核小体，其压缩比为6。③螺旋管进一步压缩形成超螺旋，压缩比是40.④超螺旋圆筒进一步压缩5倍便成为染色体单体。总压缩比是7×6×40×5。7、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。8半不连续复制：DNA复制过程中，前导链的合成以5’——3’方向，随着亲本双链体的解开而连续进行复制；后随链在合成过程中，一段亲本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后随链。这种前导链的连续复制和后随链的不连续复制在生物界是有普遍性的，因而称为双螺旋的半不连续复制。9、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，故称为复制叉。10、线性DNA双链的复制方式:⑴、将线性复制子转变为环状或多聚分子。⑵、在DNA末端相处发夹式结构。⑶、在某种蛋白质的介入下，在真正的末端上启动复制。环状双链DNA的复制分为θ型、滚环型和D-环型几种类型。11、后随链的复制由引发体来引发，引发体像火车头一样在后随链分叉的方向上前进，并在模板上断断续续的引发生成后随链的引物RNA短链，再由DNA聚合酶III作用合成DNA，直至遇到下一个引物或冈崎片段为止。由RNaseH降解RNA引物并由DNA聚合酶I将缺口补齐，再由DNA连接酶将两个冈崎片段连在一起形成大分子DNA。12、冈崎片段：DNA复制过程中，两条新生链都只能从5'端向3'端延伸，前导链连续合成，滞后链分段合成。这-2-些分段合成的新生DNA片段称冈崎片段。13、DNA的修复包括错配修复（恢复错配）、碱基切除修复（切除突变的碱基）、核甘酸切除修复（修复被破坏的DNA）、DNA直接修复（修复嘧啶二体或甲基化DNA）、SOS系统（DNA的修复，导致变异）14、DNA的转座或叫移位（transposition)：由可移位因子(transposableelement)介导的遗传物质重排现象。转座子（transposonTn）：存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。原核生物转座子的类型：1、插入序列2、复合转座子3、TnA家族15、DNA的复制酶：①引物合成酶（此酶以DNA为模板合成一段RNA,这段RNA作为合成DNA的引物）②DNA聚合酶{原核生物中的DNA聚合酶（聚合酶Ⅰ主要是对DNA损伤的修复；以及在DNA复制时切除RNA引物并填补其留下的空隙。聚合酶Ⅱ修复紫外光引起的DNA损伤。聚合酶Ⅲ是DNA复制的主要聚合酶，还具有3’-5’外切酶的校对功能，提高DNA复制的保真性。）（真核生物中的DNA聚合酶：聚合酶ɑ：引物合成。聚合酶β：损伤修复。聚合酶γ：线粒体DNA的复制。聚合酶δ：核DNA的复制。聚合酶ε：与后随链合成有关）③DNA连接酶：DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用④DNA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。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。DNA解螺旋酶/解链酶：通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。第三章编辑：纪明昌中心法则：转录：是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同（除了T→U之外）的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤。包括：模板识别，转录起始，转录延伸，转录终止。转录单元（transcriptionunit）一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。有意义链和反义链：我们把与mRNA序列相同的那条DNA链成为编码链codingstrand或称有意义链sensestrand，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templatestrand或称反义链antisensestrand。原核RNA聚合酶：全酶:α2ββ′σ核心酶：α2ββ′α2ββ′σ（全酶holoenzyme）=α2ββ′+σ真核RNA聚合酶：根据它们对α-鹅膏蕈碱（α-amanitin）的敏感性不同分为RNA聚合酶I、II、III。RNA聚合酶I对α-鹅膏蕈碱不敏感，RNA聚合酶II对低浓度α-鹅膏蕈碱敏感，RNA聚合酶III对高浓度α-鹅膏蕈碱敏感酶位置转录产物相对活性对α-鹅膏蕈碱的敏感性RNA聚合酶Ⅰ核仁rRNA50-70%不敏感RNA聚合酶Ⅱ核质hnRNA20-40%敏感RNA聚合酶Ⅲ核质tRNA约10%存在物种特异性RNA聚合酶全酶与启动子区闭合双链DNA结合形成二元闭合复合物（全酶、模板DNA）再解链为二元开链复合物，转录起始，形成三元复合物（全酶、模板DNA、新生RNA），因子释放，RNA合成开始启动子定义：指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。原核生物启动子结构-10signal(TATAbox,Pribnowbox)酶的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）-35signal（TTGACA）提供了RNA聚合酶全酶识别的信号transcriptionstartsite–10区和-35区的最佳距离-10区与-35区的最佳间距大约是16～19bp.Pribnow区下降突变（TATAAT→AATAAT）DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录RNA复制-3-Pribnow区上升突变（TATGTT→TATATT）真核生物启动子结构1、核心启动子（corepromoter）指保证RNA聚合酶Ⅱ转录正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游TATA区-25bp~-30bpTATAboxDNA解链开始转录位置2、上游启动子元件（upstreampromoterelement，UPE）（1）CAATbox-75左右，RNA聚合酶结合有关（2）更上游GCbox转录因子结合其上3、增强子顺式作用元件(cis-actingelement)定义：影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-actingfactors)。反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptionalfactors,TF)。原核与真核生物mRNA的特征比较原核生物mRNA的特征:原核mRNA的半衰期短，细菌内mRNA的转录、翻译与降解几乎是同时进行许多原核mRNA以多顺反子的形式存在原核mRNA的5’端无帽子结构或只有短的Poly（A）尾巴在起始密码子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3-9个核苷酸的共同序列，一般为AGGA，此序列称SD序列.使得结合于30S亚基上的起始tRNA能正确地定位于mRNA的起始密码子AUG真核生物mRNA的特征真核mRNA的5’端存在帽子结构有利于核糖体对mRNA的识别，Cap0必需帽子结构具有增强翻译效率的作用：增加mRNA的稳定性，避免核酸酶的作用绝大多数真核mRNA具有Poly（A）尾巴mRNA穿越核膜的能力有关,影响到mRNA的稳定性和翻译效率。polyA+与polyA-终止分为两类：●强终止子－内部终止子：不依赖Rho(ρ)因子的终止。●弱终止子－需要ρ因子（rhofactor），又称为ρ依赖性终止子（Rho-dependentterminator不依赖于ρ因子的终止模板DNA上存在终止转录的特殊信号终止子又称为内在终止子，内在终止子1、终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区，由这段DNA转录产生的RNA容易形成发卡结构2、在终止位点签名有一段4··8个A组成的序列，所以转录产物的3’端为寡聚U这种结构的存在决定了转录的终止依赖于ρ因子的终止因子结合于新合成的RNA链，借助水解ATP的能量沿RNA链运动，当RNA聚合酶遇终止子停止时，因子追上酶，促使转录终止。转录后加工5’端加帽3’端加尾RNA的剪接RNA的编辑5’端加帽5’端的一个核苷酸总是7-甲基鸟核苷三磷酸（m7Gppp）。mRNA5’端的这种结构称为帽子（cap）。①能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和核糖体的结合；②m7Gppp结构能有效地封闭mRNA5’末端，以保护mRNA免受5’核酸外切酶的降解，增强mRNA的稳定。3’端加尾提高了mRNA在细胞质中的稳定性RNA的剪接（Splicing）生物体内内含子的主要类型：P98将转录形成的mRNA前体（pre-mRNA）中的内含子剪除，将外显子连接起来的加工过程．参与RNA剪接的物质：snRNA（核内小分子RNA）snRNP（与snRNA结合的核蛋白）RNA的编辑是指转录后的RNA在编码区发生碱基的突变、加入或丢失等现象。内含子（intron）：真核细胞基因DNA中的不编码序列，这部分序列并不编码蛋白质，又称间隔序列。-4-外显子（exonorextron）：真核细胞基因DNA中的编码序列，这部分序列可转录为RNA，并翻译成蛋白质，也称表达序列。．可译框架（ORF，openreadingframe）真核生物断裂（不连续）基因在表达过程中时必须经历的步骤．mRNA前体内含子的剪接hnRNA：(heterogenousnuclearRNA)mRNA原始转录产物或前体snRNA：(smallnuclearRNA)100-300核苷酸，以U分类：U1-6snRNP：(smallnuclearribonucleoprotein)核酶（ribozyme）指一类具有催化功能的RNA分子，通过催化靶位点RNA链中的磷酸二酯键的断裂，特异性