分子遗传整理

分子遗传学知识点整理第1页共20页第一章绪论1.分子遗传学：研究遗传信息大分子的结构和功能的科学。它依据物理、化学的原理来解释生命遗传现象，并在分子水平上研究遗传机制及遗传物质对代谢过程的调控。2.分子遗传学研究对象：从基因到表型的一切细胞内与遗变异有关的分子事件。不仅仅包括中心法则中从DNA到蛋白质的过程。研究内容：遗传信息大分子在生命系统中的储存、复制、表达及调控过程。研究目标：明确遗传信息大分子对生物表型形成的作用机制。3.分子遗传学的产生：在遗传学基础上结合分子生物学的发展产生4.分子遗传学的发展与应用（1）蛋白质遗传：（2）RNA干涉：一种分子生物学上由双链RNA诱发的基因沉默（3）遗传工程：利用DNA重组技术，将目的基因与载体DNA在体外进行重组，然后把这种重组DNA分子引入受体细胞，并使之增殖和表达的技术问1：如何评价中国转基因水稻商品化问题（你支持还是反对）？问2：如何看待利用遗传工程进行人工创造生命的问题（会给人类带来福音还是灾难）？第二章基因一、基因概念的发展1.1926Morgan《基因论》含义：①基因是染色体上的遗传单位，有很高稳定性能自我复制，进行遗传，在表型上具有一定的功能；②能发生变异，从而改变其控制的表型性状；③基因是独立、完整的遗传单位（最小单位），不能由交换再行分割；基因是功能单位（决定性状），基因是突变单位（基因是突变的最小结构），交换单位(交换的最小结构)三位一体的组合。2.顺反子1）顺式结构：在一个等位基因内部发生两个以上位点的突变，两个突变位点位于同一染色体上，生物个体表现为野生型；2）反式结构：突变位点分别位于两个同源染色体上，为反式结构，生物个体表现为突变型。分子遗传学知识点整理第2页共20页▲一个具有顺反效应的DNA片段就是一个顺反子，代表一个基因（或者具有顺反效应的DNA片段就是一个基因）。基因内部这些不同位点之间还可以发生交换和重组。所以，一个基因不是一个突变单位，也不是一个重组单位。3.Gilbert基因是一个转录单位：基因是一个以不同来源的外显子为构件的嵌合体,处于沉默的DNA介质（内含子）中4.分子水平上的基因概念：基因是一段制造功能产物的完整的染色体片段★鉴定基因的5个标准1）基因具有开放性阅读框ORF（被起始密码子与终止密码子所界定的一串密码子）；2）基因往往具有一定的序列特征；3）基因序列具有一定的保守特性；4）基因能够进行转录；5）通过基因失活产生的功能改变鉴定基因。（能排除假基因的干扰）二、蛋白质基因：能够自我复制的蛋白质病毒因子朊病毒：一类不含核酸而仅由蛋白质构成的可自我复制并具有感染性的因子朊病毒的特征：1）它没有核酸，能使正常的蛋白质由良性转为恶性，由没有感染性转化为感染性；2）它没有病毒的形态，是纤维状的东西；3）它对所有杀灭病毒的物理化学因素均有抵抗力，现在的消毒方法都无用，只有在136℃高温和两个小时的高压下才能灭活；4）病毒潜伏期长，从感染到发病平均28年，一旦出现症状半年到一年100％死亡；5）诊断困难，正常的人与动物细胞内都有朊蛋白存在，不明原因作用下它的立体结构发生变化，变成有传染性的蛋白，患者体内不产生免疫反应和抗体，因此无法监测。三、组蛋白密码基因组印记：由于一些可遗传的修饰作用（如DNA、组蛋白甲基化作用）控制着亲本中某个单一的等位印记基因活性，从而导致个体在发育上的功能差异，使个体具有不同的性状特征。印记基因：表达特性取决于它们是在父源染色体上还是在母源染色体上的等位基因。表观遗传学：在DNA序列不发生改变的情况下，基因表达发生表化的遗传学研究。组蛋白上的共价键修饰，包括甲基化、乙酰化、磷酸化等在组蛋白上以组合形式。这些修饰的组合能改变染色质的结构，进而影响基因的表达。1.组蛋白密码假说：不同的组蛋白修饰酶（乙酰化酶、脱乙酰化酶、甲基化酶、脱甲基化酶、泛酸化酶、脱泛酸化酶等）对组蛋白进行修饰。分子遗传学知识点整理第3页共20页1）组蛋白N-末端的各种修饰为其效应蛋白的结合提供了作用位点；2）特定的蛋白质复合体使被修饰的组蛋白装配起来，不同修饰的组合与基因的表达状况密切相关（组合读出器）；3）各种效应蛋白对修饰后组蛋白末端的结合效应控制着染色质的状态，从而进一步影响DNA的复制、基因的表达调控、X染色质的失活和基因组印迹等表观遗传现象。★组蛋白密码含义：1）组蛋白末端不同的修饰作用将诱导与染色质相连蛋白之间的相互亲和力；2）一个核小体中同一末端的修饰可能是相互依赖的，产生不同组合；3）染色质高级结构的不同性质极大地依赖于具有不同修饰的核小体共价修饰的局部浓度和组合。四、新基因的产生和进化★途径：1、基因突变；2、基因重复：冗余基因（单基因重复，部分、完整基因组重复）；3、转座：简单转座、复杂转座；4、水平转移：不同物种之间（转化、转导、结合）5、RNA选择性剪切、编辑五、基因分类1.基因在细胞内分布的部位：细胞核基因&细胞质基因2.基因的功能：结构基因、调节基因和操纵基因结构基因：编码蛋白质或RNA的，具有一定生理功能的基因。调节基因：某些可调节控制结构基因表达的基因，调控基因突变可以影响一个或多个结构基因的功能，导致一个或多个蛋白质(酶)合成量的改变。操纵基因：与一个或者一组结构基因相邻近，并且能够与一些特异的阻遏蛋白相互作用，从而控制邻近的结构基因表达的基因。3.基因形态：断裂基因、重叠基因、跳跃基因（转座子）。4.是否转录或翻译来分：可转录但不翻译：tDNA,rDNA可转录、可翻译的：乳糖操纵子结构基因Z,Y,A；大多数功能基因不转录、不翻译：promoter,operator断裂基因：基因的编码序列在DNA放在上不是连续的，而是被不编码的序列隔开，形成镶嵌排列的断裂形式。外显子：基因中编码的序列，与mRNA的序列相对应。分子遗传学知识点整理第4页共20页内含子：基因中不编码的序列。重叠基因：两个或两个以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列成为两个或两个以上基因的组成部分。重叠方式：大基因内包含小基因；前后两个基因首尾重叠一个或两个核苷酸；几个基因的重叠，几个基因有一段核苷酸序列重叠在一起等。功能：1、经济和有效地利用DNA遗传信息量。2、重叠基因中不仅有编码序列也有调控序列，可能参与对基因的调控。DNA的转座：由可移位因子介导的遗传物质重排现象。转座子：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：简单转座子、复合转座子、TnA家族转座子转座机制：转座时发生的插入作用有一个普遍的特征，那就是受体分子中有一段很短的（3-12bp）、被称为靶序列的DNA会被复制，使插入的转座子位于两个重复的靶序列之间。不同转座子的靶序列长度不同，但对于一个特定的转座子来说，它所复制的靶序列长度都是一样的。转座的方式：反转录转座、切离转座、复制转座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。六、基因组和重复序列基因组：生物中，一个物种单倍体的染色体所携带的一整套基因。原核生物基因组的特点真核生物基因组的特点1）原核生物的基因组很小，DNA含量低；1）真核生物基因组的分子量大；2）原核生物DNA不和蛋白质固定结合，一般不具有核小体结构；2）真核生物的DNA一般与蛋白质结合成染色体；3）原核生物的基因组内绝大部分序列用于编码蛋白质。3）转录和翻译在细胞中不同的位置进行。4）功能上密切相关得到基因高度集中形成一个功能转录单位，可以转录形成含有多个蛋白质分子的一个mRNA单元。4）基因组DNA的大量序列不编码蛋白。5）重复序列少，具重叠基因。5）真核生物的蛋白编码基因往往以单拷贝分子遗传学知识点整理第5页共20页存在。6）真核生物的蛋白编码基因大部分为断裂基因。1.真核生物基因组DNA序列的分类根据其结构和功能分类：（1）基因序列和非基因序列基因序列：基因组里决定蛋白质(或RNA产物)的DNA序列。非基因序列：基因组中除基因以外的所有DNA序列，主要是两个基因之间的间插序列（2）编码序列和非编码序列编码序列：编码RNA和蛋白质的DNA序列。非编码序列：基因的内含子序列以及居间序列的总和。（3）单一（单拷贝）序列和重复序列单一序列：基因组里只出现一次的DNA序列（非重复序列）。（4）单一基因和基因家族重复序列：在基因组中重复出现的DNA序列。A、中度重复序列：重复次数为几十次到几千次。如rRNA基因、tRNA基因和某些蛋白质（如组蛋白、肌动蛋白、角蛋白等）的基因。B、高度重复序列：重复几百万次，一般是少于10个核苷酸残基组成的短片段。如异染色质上的卫星DNA。根据重复序列在基因组上的分布方式：串联重复序列：Satelliterepeats散在分布序列:SINES(短分散片段),LINES(长分散片段)2.基因家族：真核生物基因组中来源相同，结构和功能相关的一组基因形成一个基因家族。1）多基因家族：一个基因组中功能相似、进化上同源的一组基因。2）超基因家族：DNA序列相似，但功能不一定相关的若干基因家族或单拷贝基因总称。由基因家族和单基因组成的大基因家族，结构上有程度不等的同源性，但功能不同。3.多基因家族分类1）基因簇：基因家族的各个成员紧密成簇排列成大段的串联重复单位，分布在某一条染色体的特殊区域。2）散布的基因家族：一个基因家族的不同成员成簇地分布不同染色体上，各成员在序列上有明显差异。这些不同成员编码一组功能上紧密相关的蛋白质，如珠蛋白基因家族。分子遗传学知识点整理第6页共20页3）假基因：基因组中存在的一段与正常基因非常相似但不能表达的DNA序列。分为两大类：一类保留了相应功能基因的间隔序列（基因重复导致）；另一类缺少间隔序列，称为加工过的假基因或转座假基因（反转录导致）。4.基因家族特点：1）是具有显著相似性的一组基因，编码相似的蛋白质产物；2）成簇排列或分散排列；3）一组功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因，可能由某一共同祖先基因经重复和突变产生；4）由外显子相关的一组基因所组成，家族成员来自某个祖先基因的倍增和变异。七、“C值悖论”与”N值悖论”1.C值：生物体的单倍体基因组所含DNA总量低等生物中，随着生物进化，增加了生物体的结构和功能的复杂性，基因组也相应地↑，C值↑；随着进一步的进化，在其他生物中则看不到这种规律。C值悖理：生物基因组的大小同生物在进化上所处的地位及复杂性之间无严格的对应关系2.N值：生物中包含基因的总数目N值悖理：生物基因数目同生物进化程度或生物复杂性的不对应现象第三章染色质一、染色质的分子构成与特性1、DNA（1）DNA的特点:1）DNA是由核酸的单体聚合而成的聚合体。由反向平行的两条链构成.每一种核酸由三个部分所组成：一分子含氮碱基+一分子五碳糖(脱氧核糖)+一分子磷酸根,DNA都是由C、H、O、N、P五种元素组成的。2）核酸的含氮碱基又可分为四类：鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)、腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)，其中在DNA中，A和T配对，C和G配对，碱基间的作用力主要靠氢键维持。3）DNA的四种含氮碱基比例具有奇特的规律性，每一种生物体DNA中A=TC=G（加卡夫法则）（2）DNA的结构层次：1）一级结构2）二级结构：Z-DNA（最不活跃；与染色质的结构有关系；与基因的活性有关）、B-DNA（处于活跃状态、最多；小沟和大沟连接反式作用因子和转录因子）3）三级结构：DNA中单链与双链、双链之间的相互作用形成的三链或四链结构4）超级结构分子遗传学知识点整理第7页共20页（3）染色体四级结构模型：核小体+连接丝、螺线体、超螺线体、染色体（4）DNA的理化性质特点:变性与复性A．DNA对紫外线(260nm)有吸收作用，当核酸变性时，吸光值升高；当变性核酸可复性时，吸光值又会恢复到原来水平。B．温度、有机溶剂、酸碱度、尿素、酰胺等试剂都可以引起DNA分子变性，即使得DNA双键间的氢键断裂，双螺旋结构解开。1）DNA变性：在理化因素作用下，DNA双螺旋的两条互补链松散而分开成为单链，从而导致DNA的理化性质及生