分子生物学(全)

分子生物学总复习1第一章核酸的基本知识及核酸化学遗传物质必须具备的几个条件：(1)自我复制，代代相传。(2)储备、传递信息的潜在能力。(3)稳定性强，但能够变异。(4)细胞分裂时把遗传信息有规律分配到子细胞中。核酸的发现：1868年，瑞士青年科学家F.MiescherF.MiescherF.MiescherF.Miescher核酸是遗传信息的载体证明试验：1944，O.Avery肺炎双球菌转化实验1952，A.DHershey和M.Chase噬菌体感染实验DNADNADNADNA转化实验－DNADNADNADNA是遗传物质的证明结论是::::S型菌的DNA将其遗传特性传给了R型菌，DNA就是遗传物质。从此核酸是遗传物质的重要地位才被确立，人们把对遗传物质的注意力从蛋白质移到了核酸上。噬菌体的侵染标记实验－DNA是遗传物质的证明烟草花叶病毒的感染和繁殖过程－证实RNARNARNARNA也是重要的遗传物质核酸是生命遗传信息的携带者和传递者核酸的元素组成：CCCCHHHHOOOONNNNPPPP核酸的元素组成有两个特点：1.1.1.1.一般不含SSSS2.2.2.2.PPPP含量较多，并且恒定（9%-10%9%-10%9%-10%9%-10%）。因此，实验室中用定磷法进行核酸的定量分析。（DNA9.9%DNA9.9%DNA9.9%DNA9.9%、RNA9.5%?RNA9.5%?RNA9.5%?RNA9.5%?）核酸（DNADNADNADNA和RNARNARNARNA）是一种线性多聚核苷酸，它的基本结构单元是核苷酸。核苷酸本身由核苷和磷酸组成,,,,而核苷则由戊糖和碱基形成。组成核酸的戊糖有两种。DNDNDNDNAAAA所含的戊糖为β-D-2--D-2--D-2--D-2-脱氧核糖；RNARNARNARNA所含的戊糖则为β-D--D--D--D-核糖。核苷由戊糖和碱基缩合而成，嘌呤的N9N9N9N9或嘧啶的N1N1N1N1与戊糖C-1C-1C-1C-1’’’’-OH-OH-OH-OH以C-NC-NC-NC-N糖苷键相连接。核苷酸是核苷的磷酸酯。作为DNADNADNADNA或RNARNARNARNA结构单元的核苷酸分别是5555′----磷酸----脱氧核糖核苷酸和5555′----磷酸----核糖核苷酸。核苷酸的衍生物ATPATPATPATP((((腺嘌呤核糖核苷三磷酸)----)----)----)----最广泛；GTPGTPGTPGTP((((鸟嘌呤核糖核苷三磷酸))))；环化核苷酸cAMPcAMPcAMPcAMP和cGMPcGMPcGMPcGMP主要功能是作为细胞之间传递信息的信使。辅酶核苷酸：NAD+NADP+FMNFADCoA生物化学上维生素与辅酶核苷酸的生物学作用（1）参与DNA、RNA的合成、蛋白质的合成、糖与磷脂的合成。（2）在能量转化中起重要作用，ATP是生物体内能量的通用货币。（3）是构成多种辅酶的成分：NAD、NADP、FAD、FMN和CoA。（4）参与细胞中的代谢与调节（cAMP、cGMP）。多聚核苷酸分子生物学总复习2多聚核苷酸是通过核苷酸的5’-磷酸基与另一分子核苷酸的C3’-OH形成磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为DNA链；由核糖核苷酸聚合而成的则称为RNA链。多聚核苷酸的特点在多聚核苷酸中，两个核苷酸之间形成的磷酸二酯键通常称为3′—5′磷酸二酯键。多聚核苷酸链一端的C5′带有一个自由磷酸基，称为5′-磷酸端（常用5′-P表示）；另一端C3’带有自由的羟基，称为3′-羟基端（常用3′-OH表示）。多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。脱氧核糖核酸（DNADNADNADNA）：贮存和传递遗传信息，分子量一般都很大。DNA为双链分子，其中大多数是链状结构大分子，也有少部分呈环状结构。主要存在细胞核或类核中核糖核酸（RNARNARNARNA）：RRRRNA主要是负责DNA遗传信息的翻译和表达，分子量要比DNA小得多。RNA为单链分子。主要存在细胞质中。mRNAmRNAmRNAmRNA((((信使RNA)RNA)RNA)RNA)：约占总RNA的5%。不同细胞的mRNA的链长和分子量差异很大。它的功能是将DNA的遗传信息传递到蛋白质合成基地–核糖核蛋白体。tRNAtRNAtRNAtRNA((((转移RNA)RNA)RNA)RNA)：约占总RNA的10-15%。它在蛋白质生物合成中起翻译氨基酸信息，并将相应的氨基酸转运到核糖核蛋白体的作用。已知每一个氨基酸至少有一个相应的tRNA。(AtleasthowmanytRNAs?)RNA分子的大小很相似，链长一般在73-78个核苷酸之间。rRNArRNArRNArRNA((((核糖体RNA)RNA)RNA)RNA)：约占全部RNA的80%，是核糖核蛋白体的主要组成部分。rRNA的功能与蛋白质生物合成相关。核酸（DNADNADNADNA和RNARNARNARNA）是一种线性多聚核苷酸，它的基本结构单元是核苷酸。核苷酸本身由核苷和磷酸组成,而核苷则由戊糖和碱基形成。DNA与RNA结构相似，但在组成成份上略有不同。嘧啶碱：C1C1C1C1————N1N1N1N1，嘌呤碱：C1C1C1C1————N9N9N9N9。核酸中的核苷与脱氧核苷均为β----型。碱基平面与核糖平面互相垂直DNADNADNADNA一级结构概念：构成DNA的4种脱氧核苷酸按照一定的排列顺序，通过3’,5’-磷酸二酯键相连形成的线形结构。多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单元按特定的顺序组合而成的线性结构聚合物，因此，它具有一定的核苷酸顺序，即碱基顺序。核酸的碱基顺序是核酸的一级结构。DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。而mRNA(信息RNA)的碱基顺序，则直接为蛋白质的氨基酸编码，并决定蛋白质的氨基酸顺序。二级结构：DNADNADNADNA的两条多聚核苷酸链间通过氢键形成双螺旋结构。分子生物学总复习3三级结构：DNADNADNADNA双链进一步折叠卷曲形成的构象。DNADNADNADNA碱基组成规律：1.同一生物的不同组织的DNA碱基组成相同；2.同一种生物DNA碱基组成不随生物体的年龄、营养状态或者环境变化而改变；3.几乎所有的DNA，无论种属来源如何，其腺嘌呤摩尔含量与胸腺嘧啶摩尔含量相同［A］=［T］，鸟嘌呤摩尔含量与胞嘧啶摩尔含量相同［G］=［C］，总的嘌呤摩尔含量与总的嘧啶摩尔含量相同［A］＋［G］=［C］＋［T］。4.不同生物来源的DNA碱基组成不同，表现在A＋T/G＋C比值的不同。这些结果后来为DNA的双螺旋结构模型提供了一个有力的佐证。DNADNADNADNA一级结构的不均一性重复序列正向重复(repeat)(repeat)(repeat)(repeat)反向重复（回文序列）：指DNA某一片段沿某一中心轴旋转180。后,指DNA某一片段旋转180。后,与对应链顺序一致的序列，回文序列中的单链可形成发夹结构。双链可形成十字架结构。(invertedrepeat,palindromesequence)限制性核酸内切酶的识别位点。转录的终止作用与回文结构有关。镜象重复（mirrormirrormirrormirrorrepeat)repeat)repeat)repeat)：某些情况下可以三股螺旋DNA。多嘌呤-多嘧啶的镜象序列可形成三螺旋结构(H-螺旋或Hoogsteen螺旋):该螺旋常处在许多真核细胞基因的表达调节区。可能与基因表达的调节有关。Watson-CrickWatson-CrickWatson-CrickWatson-Crick双螺旋结构模型(B-DNA(B-DNA(B-DNA(B-DNA1)两条反平行的多核苷酸链绕同一中心轴相缠绕，形成右手双股螺旋，一条5’→3’，另一条3’→5’2)磷酸与脱氧核糖彼此通过3‘、5‘-磷酸二酯键相连接，构成DNA分子的骨架。3)磷酸与脱氧核糖在双螺旋外侧，嘌呤与嘧啶碱位于双螺旋的内侧。4)碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行。两条核苷酸链之间依靠碱基间的氢链结合在一起。螺圈之间主要靠碱基平面间的堆积力维持5)每圈螺旋含10个核苷酸，碱基堆积距离0.34nm，双螺旋平均直径2nm，6)大沟：宽1.2nm，深0.85nm，小沟：宽0.6nm，深0.75nm稳定双螺旋结构的因素1)碱基堆积力形成疏水环境（主要因素）。2)碱基配对的氢键。GC含量越多，越稳定。3)磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋白的正离子之间形成离子键，中和了磷酸基上的负电荷间的斥力，有助于DNA稳定。4)碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，可免受水溶性活性小分子的攻击。!!DNADNADNADNA双螺旋的不同构型：1.B-DNA螺旋：标准的Watson,Crick双螺旋，细胞正常状态下DNA存在的构型。2.A-DNA螺旋：DNA在75%相对湿度的钠盐中的构型。脱水DNA中，还出现在RNA分子中的双螺旋区域的DNA－RNA杂交分子中分子生物学总复习43.C-DNA螺旋：DNA在66%相对湿度的锂盐中的构型。4.Z-DNA螺旋：左手的DNA螺旋，这种螺旋可能在基因表达或遗传重组中起作用。DNADNADNADNA的三级结构DNADNADNADNA在双螺旋的基础上通过扭曲和折叠形成的构象★超螺旋是DNADNADNADNA三级结构的主要形式1、环状DNA的三种典型构象（1）、松弛环形DNA:线形DNA直接环化（2）、解链环形DNA:线形DNA拧松后再环化（3）、正超螺旋与负超螺旋:DNA2222、三种环形DNADNADNADNA的拓扑学特性①连环数（linkingnumber,L）:DNA双螺旋中，一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数②扭转数（twistingnumber,T）:DNA分子中的Watson-Crick螺旋数目，以T表示③超螺旋数（缠绕数,writhingnumber,W）L=T+WW=L-T超螺旋是DNA三级结构的一种普通形式，双螺旋DNA的松开形成负超螺旋，拧紧形成正超螺旋天然－－－负CCCC值：一个单倍体基因组的DNA含量CCCC值矛盾：人们无法用已知功能来解释一个生物体的基因组如此之大的DNA含量。DNADNADNADNA构型的生物学意义沟（特别是大沟）的特征在遗传信息表达过程中起关键作用沟的宽窄及深浅影响调控蛋白对DNA信息的识别三种构型的DNA处于动态转变之中DNA二级结构的变化与高级结构的变化是相互关联的，这种变化在DNA复制与转录中具有重要的生物学意义。DNA结构双螺旋结构的提出，被认为是本世纪生命科学史最重要的贡献之一，同时也是自然科学史上的重大贡献。它直接解释了生物遗传信息的传递与表达的规律，使生命科学从此进入一个崭新的时代即分子生物学时代。染色体蛋白质负责DNADNADNADNA分子遗传信息的组织、复制和阅读组蛋白(histone)(histone)(histone)(histone)：核小体组蛋白(nucleosomal(nucleosomal(nucleosomal(nucleosomalhistone)histone)histone)histone)：H2B、H2A、H3和H4,帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构。H1组蛋白：在构成核小体时H1起连接作用,它赋予染色质以极性。特点：真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸，属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性结合）；没有种属及组织特异性，在进化上十分保守。非组蛋白(nonhistone)(nonhistone)(nonhistone)(nonhistone)：非组蛋白具多样性和异质性对DNA具有识别特异性，又称序列特异性DNA结合蛋白(sequencespecificDNAbindingproteins)具有多种功能，包括基因表达的调控和染色质高级结构的形成。非组蛋白的不同结构模式