朱玉贤(第三版)分子生物学考研要点

第1页共27页分子生物学复习要点笔记朱玉贤（第三版）一、分子生物学、染色体和DNA的基本概念1.Molecularbiology(分子生物学)：指研究核酸、蛋白质等所有生物大分子形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学。2.DNA重组技术（recombinantDNAtechnology）：又称为基因工程，根据分子生物学和遗传学的原理，将一种生物的遗传物质DNA转移到另一生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达出所需要的产物。3.DNA作为遗传物质的载体的两个经典实验：⑴、美国著名微生物学家Avery：肺炎双球菌的转染实验⑵、美国冷泉港卡耐基遗传学实验室科学家Hershey和他的学生Chase在1952年做的噬菌体侵染细菌的实验。4.Chromosome(染色体)：原指真核生物细胞分裂中期具有一定形态特征的染色质。现在这一概念已扩大为包括原核生物及细胞器在内的基因载体的总称。具有的特征：①分子结构相对稳定；②能够自我复制，使亲代之间保持连续性；③能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程；④能够产生可遗传的变异。5.真核细胞染色体的组成：DNA（30%--40%），组蛋白(histone)（30%--40%），非组蛋白(NHP)（变化很大），少量RNA。6.Cvalue(C值)：通常指一种生物单倍体基因组DNA的总量。7.真核生物细胞DNA序列大致可被分为3类：不重复序列、中度重复序列和高度重复序列（卫星DNA）。8.真核生物染色体的组成及组装过程：核小体→螺线管（6个核小体）→超螺旋9.核小体(nucleosome)：染色质纤维细丝是许多核小体连成的念珠状结构。DNA绕在组蛋白八聚体(H2A、H2B、H3、H4各一对)核心外1.8周(146bp)，形成核小体核心颗粒。10.DNA的一级结构：所谓DNA的一级结构，就是指4种核苷酸的连接及其排列顺序，表示了该DNA分子的化学构成。基本特点：①DNA分子是由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成的；②DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧；③两条链上的碱基通过氢键相结合，形成碱基对，它的组成有一定的规律。这就是嘌呤与嘧啶配对，而且腺嘌呤（A）只能与胸腺嘧啶（T）配对，鸟嘌呤（G）只能与胞嘧啶（C）配对。第2页共27页11.DNA的二级结构：DNA的二级结构是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。通常情况下，DNA的二级结构分两大类：一类是右手螺旋，如A-DNA和B-DNA；另一类是左手螺旋，即Z-DNA。12.DNA的高级结构：DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式，可分为正超螺旋与负超螺旋两大类。DNA分子的超螺旋化可以用一个数学公式来表示：L=T+W其中L为连接数（linkingnumber），是指环形DNA分子两条链间交叉的次数。只要不发生链的断裂，L是个常量。T为双螺旋的盘绕数（twistingnumber），W为超螺旋数（writhingnumber），它们是变量。13.DNAsemiconservativereplication（DNA的半保留复制）：Watson和Crick推测，DNA在复制的过程中碱基间的氢键首先断裂，双螺旋解旋并被分开，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。这样新形成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样。因此，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，所以这种复制方式被称为DNA的半保留复制（semiconservativereplication）。DNA的这种半保留复制保证了DNA在代谢上的稳定性。14.DNA复制的主要方式：①线性DNA双链的复制：线性DNA复制中RNA引物被切除后，留下5'端部分单链DNA，不能为DNA聚合酶所作用，使子链短于母链。T4和T7噬菌体DNA通过其末端的简并性使不同链的3'端因互补而结合，其缺口被聚合酶作用填满，再经DNA连接酶作用生成二联体。这个过程可重复进行直到生成原长20多倍的多联体，并由噬菌体DNA编码的核酸酶特异切割形成单位长度的DNA分子。②环状DNA双链的复制：可分为θ型、滚环型和D-环型几种类型。15.Klenowfragment（Klenow片段）：用枯草杆菌蛋白酶处理大肠杆菌DNA聚合酶，获得两个片段，大片段分子量76000U，称为Klenow片段。它保留着聚合酶和3’→5’外切酶的活性，广泛使用于DNA序列分析中。16.DNA复制的主要酶类及功能：原核生物——拓扑异构酶I：解开副超螺旋SSB蛋白：保持单链的存在DNA拓扑异构酶：解正超螺旋DNA解链酶：通过水解ATP获得能量来解开双链DNADNA聚合酶原核主要功能真核主要功能第3页共27页DNA聚合酶Ⅰ3’→5’和5’→3’外切活性和5’→3’聚合活性，连接冈崎片段，切除紫外照射形成的嘧啶二聚体。DNA聚合酶α引发前导链和后随链的引物合成DNA聚合酶Ⅱ修复DNA作用，5’→3’聚合活性低和3’→5’外切活性为主DNA聚合酶βDNA损伤修复DNA聚合酶Ⅲ大肠杆菌DNA复制链延长反应主导聚合酶，5’→3’聚合和3’→5’外切活性DNA聚合酶γ线粒体DNA复制DNA聚合酶ⅣSOS修复中发挥作用DNA聚合酶δ主要DNA复制酶DNA聚合酶ⅤDNA聚合酶ε与后随链合成有关，在核苷切除与碱基切除修复中起重要作用17.真核生物DNA复制调控：细胞生活周期水平调控，染色体水平调控，复制子水平调控18.原核细胞DNA的复制调控：复制叉的多少决定了复制频率的高低。19.真核和原核生物DNA复制的比较相同：⑴.半保留复制⑵.都有引发、延长、终止三个阶段⑶.都必须有相应功能的蛋白质和DNA聚合酶参与区别：⑴.真：多个复制起始点；原：一个复制起始点⑵.真：所有复制受一种调控；原：一个复制子上有多个复制叉20.DNA的修复DNA修复系统功能错配修复恢复错配碱基（核苷酸）切除修复切除突变的碱基和核苷酸片段DNA直接修复修复嘧啶二体或甲基化DNA重组修复复制后的修复，重新启动停滞的复制叉SOS系统DNA的修复导致变异21.转座子的定义，类型及，结构特征及遗传学意义第4页共27页Transposon(Tn,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，转座子分为两大类插入序列（insertionalsequence,IS）和复合型转座子。移动基因(Movablegene)：又称为转位因子(Transposableelements)，是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。由于它可以从染色体基因组上的一个位置转移到另一位置，甚至在不同染色体之间跃迁，因此有时也称为跳跃基因(Jumpinggene)。插入序列(insertionsequence，IS)：最简单的不含有任何宿主基因的转位因子。片段长度700—2500bp。复合转座子(transposon，Tn)：是一类携带某些与转座无关的抗性基因(或其它宿主基因)的转座子。分子量＞2000bp。插入序列的结构特点：⑴在IS两端含有长度为10—40bp反向重叠序列⑵含有一个编码转座酶的长编码区。⑶插入时在DNA位点产生一个短的(3—9bp)正向重复序列。复合转座子的结构特点：⑴两翼为两个相同或相似的IS序列。⑵中部为某种抗性基因。⑶IS序列一般不能单独移动。转位作用的遗传学效应：引起插入突变；产生新基因；产生染色体畸变；引起生物进化。二、从DNA到RNA以及从mRNA到蛋白质的生物信息流（一）转录1.RNA转录（transcription)：以DNA单链为模板，NTP为原料，在依赖DNA的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。2.模板链（templatestrans）或无意义链(antisensestrand)：作为模板，按碱基互补配对原则转录成RNA的DNA链。3.编码链（codingstrand）或有意义链(sensestrand)：与模板链互补的非模板链，其编码区的碱基序列与转录产物mRNA的序列相同（仅T、U互换）。4.RNA转录的基本过程：模板的识别，转录的启始，通过启动子及转录的延伸和终止。5.转录和复制的异同点：相同或相似差异转录复制第5页共27页模板DNA模板链转录两股链均可复制原料核苷三磷酸NTPdNTP碱基配对遵从碱基配对原则A-U;T-A;G-CA-T;G-C聚合酶依赖DNA的聚合酶RNA聚合酶DNA聚合酶产物多核苷酸链mRNA,tRNA,rRNA等子代双链DNA特点不对称转录半保留、半不连续复制6.大肠杆菌的RNA聚合酶有哪些组成成分？各个亚基的作用如何？σ因子的作用：起始必须有σ因子；σ因子能够提高酶和启动子识别的特异性，同时也降低酶和非特异位点的亲和力。在某些细菌细胞内含有能识别不同启动子的σ因子，以适应不同生长发育阶段的要求，调控不同基因转录的起始。7.真核生物的RNA聚合酶：酶细胞内定位转录产物相对活性对α-鹅膏蕈碱的敏感程度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8.封闭复合物，开放复合物和三元复合物模板的识别阶段包括RNA聚合酶全酶对启动子的识别，聚合酶与启动子可逆性结合形成closedcomplex(封闭复合物)。此时，DNA链仍处于双链状态。伴随着DNA构象上的重大变化，封闭复合物转变成opencomplex（开放复合物），聚合酶全酶所结合的DNA序列中有小段双链被解开。对于强启动子来说，从封闭复合物到开放复合物是不可逆的，是快反应。开全酶（α2ββ′ωσ）核心酶（α2ββ′ω）催化中心β：与模板DNA、底物NTP及新生RNA链结合α：参与核心酶组装及启动子识别σ：识别模板链并与启动子结合使转录起始，在转录延伸阶段，σ因子与核心酶解离，仅由核心酶参与延伸过程β′：第6页共27页放复合物与最初的两个NTP相结合并在两个核苷酸之间形成磷酸二酯键后即转变成包括RNA聚合酶、DNA和新生RNA的ternarycomplex（三元复合物）。9.transcriptionunit（转录单元）：从启动子开始到终止子（terminaitor）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，直到终止子为止，转录出一条RNA链。10.promoter（启动子）：是一段位于结构基因5’端上游区的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。11.启动子的特征：（原核）在启动子区内有一个由5个核苷酸组成的共同序列，是RNA聚合酶的紧密结合点，现在称为Pribnow区(Pribnowbox)，这个区的中央大约位于起点上游10bp处，所以又称为-10区。大部分绝大部分启动子都存在位于-10bp处的TATA区和-35bp处的TTGACA区。这两段共同序列是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。（真核）Hogness等先在珠蛋白基因中发现了类似Pribnow区的Hogness区（Hognessbox），这是位于转录起始点上游–25～–30bp处的共同序列TATAAA，也称为TATA区。另外，在起始位点上游–70～–78bp处还有另一段共同序列CCAAT，这是与原核生物中–35bp区相对应的序列，称为CAAT区（CAATbox），在-110～-80含有GCCACACCC或GGGCGGG序列（GCbox）。12.启动子突变下降突变（downmutation）：降低其结构基因转录水平的启动子突变，称为下降突变。上升突变（upmutation）：提高其结构基因转录水平的启动子突变，称为上升突变。13.增强子（enhancer）及其功能指能强化转录起始频率的DNA序列。第7页共27页增强子的特点：（1）远距离作用；（2）无方向性；（3）顺式调节；（4）无物种和基因的特异性；（5）具有组织特异性；（6）有相位性；（7）有的增强子可对外部产生信号。14.启动子对