分子生物学知识点

-1-第一章染色体与DNA1.原核生物的DNA的主要特征：一般只有一条染色体且大都带有单拷贝基因，只有少数的基因是以多拷贝形式存在的；整个染色体DNA几乎全部由功能基因与调控序列所组成；几乎每个基因序列都与它所编码的蛋白质序列呈线性对应状态。2.真核生物染色体所具有的特征：分子结构稳定；能够自我复制，使亲代之间保持连续性；能够知道蛋白质的合成，从而控制整个生命活动过程；能够产生可遗传的变异。3.染色体上的蛋白质主要包括组蛋白和非组蛋白。组蛋白是染色体的结构蛋白，与DNA组成核小体。其中组蛋白又分为：H1、H2、H2B、H3及H4。4.组蛋白的特性：①进化上的极端保守性：不同种生物组蛋白的氨基酸组成是十分相似的②无组织特异性③肽链上的氨基酸分布的不对称性：碱性氨基酸集中分布在N端的半条链上④组蛋白的修饰作用：包括甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素华及ADP核糖基化（修饰作用只发生在细胞周期的特定时间和组蛋白的特定位点上）⑤富含赖氨酸的组蛋白H5。5.非组蛋白包括酶类，与细胞分裂有关的收缩蛋白、骨架蛋白、核孔复合蛋白以及肌动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、原基蛋白等。①HMG蛋白：其特点在于能与DNA结合，也能与H1作用，但都容易用低盐溶液抽提，说明他们与DNA的结合并不牢靠。②DNA结合蛋白：相对分子质量较低的蛋白质，约占非组蛋白的20%，可能是一些与DNA的复制或者转录相关的酶或调节物质。③A24非组蛋白：其有两个N端，呈酸性，含有较多的谷氨酸和天冬氨酸，总含量大约是H2A的1%，位于核小体内。6.C值（Cvalue）：一种生物单倍体基因组DNA的总量。C值反常现象：某些两栖类的C值甚至比哺乳动物还大，而在两栖类中C值的变化也很大，可相差100倍。7.真核细胞的DNA序列大概可分为三类（根据对DNA的动力学）：①不重复序列：这些序列一般只有一个或几个拷贝，它占DNA总量的40%—80%。注：单拷贝基因通过基因扩增仍可合成大量蛋白质。②中度重复序列：序列的重复次数为10-10000，约占总DNA的10%—40%。③高度重复序列（卫星序列）：只在真核生物中发现，这类DNA是高度浓缩的，是异染色质的组成部分。8.真核生物基因组的结构特点总结：①基因组庞大，一般大于原核生物的基因组②存在大量的重复序列③大部分为非编码序列，占整个基因组序列的90%以上，该特点是真核生物与细菌和病毒之间的最主要区别④转录产物为单顺反子⑤存在大量的顺式作用元件，包括启动子、增强子、沉默子等⑥存在大量的DNA多态性。DNA多态性指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异⑦真核基因是断裂基因，有内含子结构⑧具有端粒结构。端粒是真核生物线性基因组DNA末端的一段特殊结构，它是一段DNA序列和蛋白质形成的复合体。9.染色体形成过程中长度与宽度的变化：过程成分名称宽度增加长度压缩第一级DNA+组蛋白核小体5倍7倍第二级核小体螺线管3倍6倍第三级螺线管超螺旋13倍40倍-2-第四级超螺旋染色体2.5-5倍5倍合计500-1000倍8400倍（8000-10000）10.原核生物基因组的特点：①结构简练，绝大部分用来编码蛋白质，只有非常小的一部分不转录②存在转录单元③有重复基因。11.DNA的一级结构：指4种脱氧核苷酸的链接及其排列顺序。DNA的二级结构：指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。其特点：①DNA分子由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成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，碱基排在内侧。DNA的二级结构分为两大类：一类是右手螺旋，如A-DNA和B-DNA，DNA通常是以右手螺旋形式存在的；另一类是左手螺旋，即Z-DNA。12.B-NDA的结构：它即规则又稳定，是由两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴构成的右手螺旋结构。多核苷酸的方向由核苷酸见的磷酸二酯键的走向决定，一条从5’→3’，另一条是从3’→5’。链间有螺旋形的凹槽，其中一个较浅，叫小沟；一个较深称为大沟。顺着螺旋轴心从上向下看，可见碱基平面与纵轴垂直，且螺旋的轴心穿过氢键的中心。相邻碱基对平面之间的距离为0.34nm,脱氧核糖环平面与纵轴大致平行，双螺旋直径为2.0nm。A-DNA的结构：碱基对倾斜大，并偏向双螺旋的边缘，因此具有一个深窄的大沟和宽浅的小沟。Z-DNA的结构：螺旋细长，每圈螺旋含有12对碱基，大沟平坦，小沟深而窄，核苷酸构想顺反相间，螺旋骨架呈Z字型。13.增色效应：在DNA变性解链过程中，由于碱基之中的共轭双键被暴露出来，使DNA在260nm处的吸光值增加，称为增色效应。减色效应：变性DNA复性形成双螺旋结构后，其260nm紫外吸收会降低，这种现象叫减色效应。14.Tm值：吸光度增加到最大值一半时的温度成为DNA的解链温度或熔点，用Tm表示。影响Tm值的主要因素：①DNA中的G+C的含量。常用如下公式：Tm=69.3+0.41(G+C)%来计算DNA的Tm值，小于25mer的寡核苷酸的Tm值计算公式为：Tm=4(G+C)+2(A+T)②溶液中的离子强度。在高离子强度下，负电荷可以被阳离子中和，双螺旋的结构较稳定保持;在低离子强度下，未被中和的负电荷将会降低双螺旋的稳定性。③DNA的均一性。均质DNA解链温度范围小，而异质DNA的解链温度范围宽，所以Tm值也是衡量DNA样品均一性的标准。15.DNA的高级结构：指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的更复杂的特定空间结构，包括超螺旋、线性双链中的纽结、多重螺旋等。超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式，可分为正超螺旋（右手螺旋）与负超螺旋（左手螺旋）两大类，负超螺旋是细胞内常见的DNA高级结构形式，正超螺旋是过度缠绕的双螺旋，他们在不同类型的拓扑异构酶作用下或在特殊情况下可以相互转变。在电场作用下，相同分子质量的超螺旋DNA比线性DNA迁移率大，线性DNA又比开环的DNA迁移率大，以此可以判断质粒结构是否被破坏。DNA分子的这种变化可以用一个数学公式来表示：L=T+W，其中L为连接数，是指环形DNA分子两条链间交叉的次数，T为双螺旋的盘绕数，W为超螺旋数。16.复制子：生物体内能独立进行复制的单位，从复制起点到终止点的区域为一个复制子。复制叉：复制时，双链DNA要解开成两股链分别进行，所以这个复制起始点呈现叉子的形式。-3-复制终止点：复制中控制复制终止的位点。17.DNA链的复制过程：DNA改变双螺旋构想，解链酶解开双链，在单链DNA结合蛋白（SSB）和DNA聚合酶Ⅲ的共同作用下合成先导链，方向与复制叉推进动的方向一致。在后随链上，当复制叉进一步打开时，RNA引物才能与DNA单链结合；后随链合成时，产生冈崎片段；复制叉继续前进，引物酶合成新的RNA引物，与DNA单链相结合准备引发合成新的冈崎片段。18.DNA的复制方向：①单向复制:从一个复制起点开始，只有一个复制叉在移动②双向复制：复制起始点只有一个，但向两侧分别形成复制叉，向相反方向移动。此复制方式最为普通③相向复制：从两个起始点分别起始两条链的复制，此模式虽有两个复制叉的生长端，但在每个复制叉中只有一条链作为模板合成DNA，复制方式较为特殊。19.DNA合成的半不连续性：前导链是持续合成的，而后导链则是以不连续方式合成的。20.DNA复制的几种方式：①线性DNA双链的复制：复制叉生长方式有单一起点的单向及双向和多个起始点的双向几种，DNA双向复制时复制叉处呈“眼”形，在DNA末端形成发夹结构②环状DNA双链的复制：可分为θ型、滚环型和D环型。21.①DNA解链酶：能通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。②单链结合蛋白（SSB蛋白）：作用是保持单链的存在，并没有解链的功能。③DNA拓扑异构酶：能够消除解链造成的正超螺旋的堆积，消除阻碍解链继续进行的这种压力，使复制得以延伸。22.原核生物DNA复制的特点：①DNA双螺旋的解旋：在拓扑异构酶Ⅰ的作用下解开负超螺旋，并与解链酶共同作用，在复制起始点处解开双链，SSB蛋白稳定解开的单链，以保证局部结构不会恢复为双链结构②DNA复制的引发：后随链的引发过程往往由引发体来完成，引发体由6种蛋白质n、n’、n”、DnaB、C和I共同组成③复制的延伸：前导链和后随链的合成同时进行，前导链持续合成，合成方向与复制叉一致。后随链的合成分段进行，形成中间产物冈崎片段，再通过共价键接成一条连续完整的新DNA链，其中包括4个步骤④复制的终止：当复制叉前移，遇到约22个碱基的重复性终止子序列（Ter）时，Ter-Tus复合物能使DnaB不再将DNA解链，阻挡复制叉的继续前移，等到相反方向的复制叉到达后停止复制，在DNA拓扑异构酶Ⅳ的作用下使复制叉解体，释放子链DNA。23.DNA聚合酶：大肠杆菌中存在DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ。DNA聚合酶Ⅰ：用以除去冈崎片段5’端RNA引物，使冈崎片段间缺口消失，保证连接酶将片段连接起来。DNA聚合酶Ⅱ：具有5’—3’方向聚合酶活性，但酶活性较低，主要作用是修复DNA。DNA聚合酶Ⅲ：包含7种不同的亚单位和9个亚基。既有5’—3’方向聚合酶活性，也有3’—5’核酸外切酶活性。DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ：分别由dimB和umnD’2C基因编码，主要在SOS修复过程中发挥功能。24、真核生物DNA复制的特点：与原核生物DNA复制存在着很多不同，真核生物每条染色体上可以有多处复制起始点，而原核生物只有一个起始点；真核生物在全部完成复制之前，各个起点上的DNA复制不能再开始，而在快速生长的原核生物中，复制起始点上可以连续开始新的DNA复制，表现为虽有一个复制单元，但可以有多个复制叉。-4-25、真核细胞DNA的复制调控：①细胞生活周期水平调控：决定细胞停留在G1期还是进入S期②染色体水平调控：决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在S期起始复制③复制子水平调控：决定复制的起始与否。真核生物生活周期可分为4个时期：G1、S、G2和M期。G1期是复制预备期，S期是复制期，G2期是有丝分裂准备期，M期是有丝分裂期。26.真核生物DNA聚合酶的特性比较性质DNA聚合酶αDNA聚合酶βDNA聚合酶γDNA聚合酶δDNA聚合酶ε亚基数4122—3≥1在细胞内分布核内核内线粒体核内核内功能DNA引物合成损伤修复线粒体DNA复制负责DNA复制酶复制修复3’—5’外切无无有有有5’—3’外切无无无无无27.DNA的修复:①错配修复：保存母链，修正子链②切除修复：包括碱基切除修复和核苷酸切除修复③重组修复④DNA的直接修复⑤SOS反应：包括诱导DNA损伤修复、诱变效应、细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放噬菌体等。28.转座子（Tn）:存在于染色体DNA上可自我复制和位移的基本单位。转座子分为两大类：①插入序列（IS）：最简单的转座子，不含有任何宿主基因②复合型转座子：一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的IS。转座作用的遗传学效应：①引起插入突变②产生新的基因③产生的染色体畸变。29.单核苷酸多态性（SNP）:指基因组DNA序列中由于单个核苷酸的突变引起的多态性。根据SNP在基因组中的分布位置可分为基因编码区SNP（cSNP）、基因调控区SNP(pSNP)和基因间随机非编码区SNP（rSNP）等三类。第二章生物信息的传递（上）1.基因表达过程包括转录和翻译两个阶段，转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同的RNA单链过程，是基因表达的核心步骤；翻译是指以新的mRNA为模板，把核苷酸三联体密码子翻译成氨基酸序列、合成多肽链的过程，是基因表达的目的。2.RNA的结构特点：①含有核糖和嘧啶，通常是单链线性分子②自身折叠形成局部双螺旋③可折叠形成复杂的三级结构。RNA的功能：①作为细胞内蛋白质生物合成的主要参与者②部分RNA可以作为核酶在细胞中催化一些化学反应，主要作用于初始转录产物的剪接加工③参与基因表达的调控，与生物的生长发育密切相关④在某些病毒中是遗传物质。3.RNA转录的过程：RNA是按5’—3’方向合成的，以DNA双链中的反义链（模板链）为模板