分子生物学final

基因：为蛋白质或RNA编码的DNA功能片段，是以碱基排列顺序的方式储存的遗传信息。中心法则：遗传信息从DNA到蛋白质的传递规律DNA的生物合成复制逆转录复制以亲代DNA为模板合成两个相同的子代DNA的过程碱基配对规律和DNA的双螺旋是复制的分子基础半保留复制复制时，亲代的双链DNA解开成两条单链，然后各自作为模板指导合成新的互补链。所形成的两个子代DNA分子与亲代DNA分子碱基顺序完全相同——复制。每个子代DNA分子中的一条链来自亲代，另一条链为新合成的——半保留。二、半保留复制的意义按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。复制是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。DNA聚合酶催化dNTP聚合到核酸链上的酶。是DNA复制的主要酶。全称叫依赖DNA的DNA聚合酶或DNA指导的DNA聚合酶，均缩写为DDDP。DNA聚合酶催化的反应1.5´至3´的聚合活性催化四种dNTP一个一个地接到DNA链上去。(dNMP)n+dNTP→(dNMP)n+1+PPi聚合反应的特点：(1)以单链DNA为模板(2)以dNTP为原料(3)引物提供3´-OH(4)聚合方向为5´→3´核酸外切酶活性5´→3´外切酶活性：切除引物切除突变的片段3´→5´外切酶活性：切除错配的核苷酸DNA聚合酶的种类1.原核生物的DNA聚合酶DNA复制的体系复制是在酶的催化下核苷酸聚合过程，需要多种生物分子共同参与底物dNTP(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)聚合酶依赖DNA的DNA聚合酶，简写为DNA-pol或DDDP模板解开成单链的DNA母链引物提供3´-OH末端的寡核苷酸其他的酶和蛋白质因子DNA-polI:单一肽链的大分子曾被称为复制酶(replicase)含量最多可被水解成两个片段小片段(N端)：具有5´→3´外切酶活性；大片段(C端)：具有聚合活性和3´→5´外切酶活性，也称为Klenow片段，是常用的工具酶。DNA-polIII:由10种亚基组成的不对称聚合体催化效率最高真核生物的DNA聚合酶DNA-pol复制中延长随从链DNA-pol没有其他pol时才起作用DNA-pol催化线粒体DNA的复制DNA-pol复制中延长领头链DNA-pol校读、修复和填补缺口复制的保真性至少依赖三种机制：1.遵守严格的碱基配对规律；2.聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能；3.复制中的即时校读功能。解旋解链酶类解开并理顺DNA双链，维持DNA处于单链状态。主要有解螺旋酶、DNA拓扑异构酶和单链DNA结合蛋白。解螺旋酶模板对复制的指导作用在于碱基的准确配对，而碱基却埋在双螺旋的内部。只有把DNA解开成单链，它才能起模板作用。解螺旋酶是最早发现的与复制有关的蛋白质，当时称为rep蛋白。作用是利用ATP供能，解开DNA双链。复制相关蛋白的基因：dnaA、dnaB、dnaC……dnaX相应的表达产物蛋白质：DnaA、DnaB、DnaC……DnaXDnaA：辨认复制起始位点DnaB：解螺旋酶DnaC：辅助解螺旋酶使其在起始点上结合并打开双链。单链DNA结合蛋白(SSB)SSB与解开的DNA单链紧密结合，防止重新形成双链，并免受核酸酶降解。在复制中维持模板处于单链状态。拓扑：是指物体或图像作弹性移位而又保持物体不变的性质。拓扑异构酶：是一类可改变DNA拓扑性质的酶。对DNA分子的作用是既能水解、又能连接磷酸二酯键。可松弛DNA超螺旋，有利于DNA解链。拓扑异构酶I（topoI）:在原核生物曾被称为－蛋白。主要作用是切开DNA双链中的一股，使DNA解链旋转中不打结，DNA变为松弛状态再封闭切口。拓扑异构酶II在原核生物又叫旋转酶(gyrase)。能切断DNA双链，使螺旋松弛。在ATP参与下，松弛的DNA进入负超螺旋，再连接断端。引物酶:依赖DNA的RNA聚合酶。催化RNA引物的合成。在大肠杆菌，引物酶是dnaG基因的产物。RNA引物：在DNA模板的复制起始部位由引物酶催化NTP的聚合，形成短片段的RNA，为DNA聚合提供3´-OH末端。引发体(primosome):是由DnaB、DnaA、DnaC以及其他复制因子一起形成复合体，再结合引物酶形成较大的聚合体，结合到模板DNA上。复制开始时，在引发体的下游解开双链，再由引物酶催化引物的合成。DNA连接酶连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，形成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成完整的链。反应需要ATP。DNA连接酶在复制、DNA修复、重组、剪接中均起缝合缺口作用。是重要的工具酶之一。DNA生物合成过程DNA合成期起始终止延长1.复制起始点原核生物只有一个复制起始点；真核生物染色体DNA有多个复制起始点，同时形成多个复制单位，两个起始点之间的DNA片段称为复制子(replicon)。复制叉复制时双链打开，分开成两股，新链沿着张开的模板生成，复制中形成的这种Y字形的结构称为复制叉。双向复制原核生物的复制是从一个起始点开始，同时向两个方向进行，称为双向复制。复制中的DNA成为状。DNA复制起始解开双链和生成引物。DNA解成单链由拓扑异构酶松弛超螺旋，解螺旋酶解开双链，SSB结合到单链上使其稳定。复制起始的解链需要多种蛋白质参与。这些蛋白质与复制起始点的特有序列结合，促使其邻近的DNA解链。引物合成引发体引导引物酶到达适当的位置合成引物。引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子引物长度约为十几个到几十个核苷酸不等。引物的合成方向也是5´→3´方向。DNA的聚合就是在引物的3´－OH上进行的。复制延长在DNA聚合酶催化下以解开的单链为模板，以四种dNTP为原料，进行聚作用。即新进入的dNTP与引物3´－OH形成磷酸二酯键，由5´3´方向延长子链。模板方向3`→5`合成需要引物提供3`-OH合成方向5`→3`底物是dNTP半不连续复制领头链顺着解链方向生成的子链，其复制是连续进行的，得到一条连续的子链。随从链复制方向与解链方向相反，须等解开足够长度的模板链才能继续复制，得到的子链由不连续的片段所组成。DNA复制中出现一些不连续的片段，因而将这些不连续的片段称为冈崎片段滚环复制一些简单低等生物或染色体以外的DNA复制的特殊形式。复制的终止1.随从链不连续片段的连接2.原核生物在复制终止点的汇合3.真核生物端粒的合成原核生物复制的终止原核生物环状DNA为双向复制，复制片段在复制的终止点汇合。每个方向的领头链和相反方向的随从链的连接与不连续片段的连接相同。原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点处汇合。真核生物复制的终止染色体DNA呈线性，复制在末端停止。真核生物的DNA生物合成细胞能否分裂，决定于进入S期及M期这两个关键点。G1→S及G2→M的调节，与蛋白激酶活性有关。蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。复制的起始真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。复制的起始需要DNA-polα（引物酶活性）和polδ（解螺旋酶活性）参与。还需拓扑酶和复制因子RF。Polα合成RNA引物后继续合成短的DNA增殖细胞核抗原PCNA在复制起始和延长中起关键作用。三聚体中空管，为滑卡复制因子C（RF-C）由5种亚基组成，有ATP的结合位点，是PCNA的装卡器复制因子A（RF-A)是单链DNA结合蛋白复制的终止染色体DNA呈线状，复制在末端停止。复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。端粒真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。结构特点：1.由末端单链DNA序列和蛋白质构成2.末端DNA序列是多次重复的富含G、C碱基的短序列功能：1.维持染色体的稳定性2.维持DNA复制的完整性端粒酶特点：1.由RNA和蛋白质构成的复合物2.为特殊的逆转录酶，能以自身的RNA为模板逆转录合成端粒DNA功能：合成端粒DNA，维持端粒的长度端粒及端粒酶的意义：端粒的长短及端粒酶活性变化与细胞水平的老化(aging)及肿瘤的发生有一定关系。真核生物DNA复制特点1.复制速度慢真核生物基因组复制先要解开核小体，复制叉前进的速度慢。真核生物基因组复制速度大约每秒钟50个核苷酸，仅为原核生物的十分之一。2.多起点复制真核生物的每条染色体上都有多个复制起点，这些复制起点可同时或先后发动复制。真核生物的复制叉行进速度虽慢，但由于复制的起点多，复制子小，整个DNA复制的速度还是快速的。3.引物及岗崎片段的长度均小于原核生物动物细胞中引物长度约10个核苷酸，岗崎片段长约100-200个核苷酸。真核生物岗崎片段的长度可能和核小体的结构有关。引物中混有DNA4.组蛋白合成与DNA复制同步组蛋白的合成也在细胞的S期，与DNA复制同步进行。组蛋白和DNA组装成核小体。5.真核生物染色体全部复制完成以前不会发动新一轮复制。复制的基本规律：半保留复制双向复制半不连续复制条件：DNA模板3`→5`RNA引物提供3`-OHdNTP底物DNA聚合方向5→3`复制的高保真性1.遵守严格的碱基配对规律；2.聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；3.复制出错时DNA-pol的及时校读功能。A：DNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。B：碱基配对正确，DNA-pol不表现活性。以mRNA为模板，经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链。D环复制是线粒体DNA(mtDNA)的复制形式DNA损伤与修复突变：指遗传物质结构改变而引起的遗传信息的改变，也称为DNA损伤大量的突变都属于由遗传过程自然发生的，叫自发突变或自然突变大量的突变属自发突变，发生频率为10-9用生活环境中导致突变的因素，在实验室可以诱发突变，称为诱变，导致突变的因素称为诱变剂。主要有物理和化学因素。物理因素：紫外线和各种辐射(一)点突变指DNA分子上一个碱基的变异（置换）。1.转换(transition)：发生在同型碱基之间的置换2.颠换(transversion)：发生在异型碱基之间的置换(二)缺失(deletion)和插入(insertion)1.缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失2.插入：DNA大分子上多了一个碱基或一段核苷酸链(三)重排(rearrangement)DNA分子内发生较大片段的交换，也称为重组。移位的DNA可以在新位点上颠倒方向反置（倒位），也可以在染色体之间发生交换重组。框移突变:缺失和插入引起的三联体密码阅读方式改变，使蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。修复：是指针对已发生的缺陷而进行的补救机制光修复重组修复切除修复是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由DNA-polⅠ和连接酶完成。SOS修复当DNA损伤广泛难以继续复制时，应急而诱发产生的一系列复杂的修复反应。各种与修复有关的基因，组成一个称为调节子(regulon)的网络式调控系统。这种修复使DNA保留的错误较多，会引起较广泛、长期的突变。RNA生物合成（转录）转录生物体以DNA为模板合成RNA的过程。转录与复制的相似点：1.模板均为DNA2.延长机理都是形成磷酸二酯键3.方向均为5´→3´※转录和复制的区别复制转录模板DNA双链DNA的一条链原料dNTP(N=A、G、C、T)NTP(N=A、G、C、U)引物需要不需要酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物DNARNA配对A-T、G-CA-U、T-A、G-C双链DNA分子中能作为模板转录出RNA的那条链，称为模板链。另一条互补链称为编码链。模板链又叫有意义链，编码链又叫反义链不对称转录在DNA分子双链上某一区段，一股链可转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一单链上。※RNA聚合酶(DDRP)1.原核生物的RNA聚合酶E.coli的RNA聚合酶是由四种亚基组成的五聚体（2）亚基分子量功能36512决定哪些基因被转录150618催化功能155613结合DNA模板70263辨认起始点真核生物的R