分子遗传学第4章DNA复制
DNA复制
拓扑异构酶II在复制叉的上方作用，用来减轻 下方DnaB解旋的压力
The Klenow fragment is the large portion after
cleaving off the 5'-3' exonuclease and has been
used as a polymerase in lab work.
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Klenow 片段
Klenow fragment
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拓扑异构酶 Topoisomerase
自然状态下DNA为负超螺旋
拓扑异构酶I用来移除负超螺旋 （热力学过程）
拓扑异构酶II用来增加负超螺旋 （消耗ATP）
过程都是a.剪断DNA链b.重新缠绕 c.封口
不同： I.不需ATP，剪断单链 II.需要ATP，剪断双链
相同： 活性中心为Tyr
拓扑异构酶 I
5’
3’
3’
5’
34
35
冈崎片段 Okazaki fragment
5’ 3’
3’ 5’
36
37
DNA聚合酶III DNA polymerase III DNA聚合酶I DNA polymerase I DNA连接酶 DNA ligase
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问题： 为什么是5’-3’方向合成？ 为什么要用RNA作为起始模板？ 如何保证复制的忠实性？
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DNA的复制方式： 全保留复制 Conservative model
半保留复制 Semiconservative model
DNA的复制
DNA的复制资中二中朱红梅教材分析“DNA的复制”一节是高中《生物》第二册第六章“遗传和变异”的重点内容之一，学生在学习本节之前已经学习了DNA是主要的遗传物质和DNA分子的结构，而DNA作为遗传物质的一个重要特点就是能通过自身的复制传递遗传信息，因此学好本节内容对于学生理解基因突变、基因工程等知识是非常重要，它是整个遗传学的基础。
据课程目标，本节内容的要求是概述DNA分子的复制，属于理解水平的要求，对学生要求较高，并且是对学生进行科学方法教育和培养能力的好材料。
学习目标知识目标1、说出DNA复制的时间和场所。
2、概述DNA复制所需条件、复制过程和特点。
能力目标1、利用科学家探索DNA复制的经典实验，培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。
2、通过解决问题的过程，培养学生的分析能力、创新思维能力和表达能力。
情感目标体验科学家认识DNA复制的思维过程，形成良好的科学思维和科学态度。
教学重难点DNA复制的基本条件、方式以及DNA复制的过程和特点是本节的重点和难点。
该部分知识非常抽象，学生难以理解。
若直接采用讲授法，无法调动学生的积极性；若模拟DNA 复制的微观过程，展示后让学生讨论总结，就会是学习过程简单化，不利于学生抽象逻辑思维和创新性思维能力的培养和发展，所以我将生物学知识和科学经典实验相结合的方法，让学生沿着科学的逻辑思维路线，遵循学生认知规律进行教学。
教学策略教学中教师只是课堂的组织者和指导者，学生才是课堂的主体。
因此在整个教学中，采用引导---探究的教学方法，将学生探究过程和科学经典实验相结合，通过创设情境，讨论分析，引导学生在思考中获得知识。
板书设计DNA的复制一、DNA复制的条件1、原料：四种脱氧核苷酸2、酶： DNA解旋酶、DNA聚合酶3、能量：ATP4、模板: DNA 两条单链二、DNA复制的特点1、边解旋边复制2、半保留复制三、DNA复制的意义课后练习1、一个被放射性元素标记的双链DNA噬菌体侵染细菌，若此细菌破裂后释放出n个噬菌体，则其中具有放射性元素的噬菌体占总数的（）A．1/n B．1/2n C．2/n D．1/22、含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可参与DNA分子的组成，但32P比31P质量大。
遗传学笔记
遗传学笔记第一章绪论1.1 分子遗传学的含义1.不能把分子遗传学单纯地理解成中心法则的演绎*分子遗传学≠中心法则传统：分子遗传学=中心法则实际：分子遗传学≠中心法则，他首先是遗传学，其坚实的理论基础仍然是摩尔根的《基因论》中心法则只是对基因，性状及突变在核酸分子水平上的解释。
从中心法则到性状的形成仍然是一个复杂的甚至未知的遗传，变异与发育的生物学过程。
分子遗传学不仅盯住DNA/RNA，蛋白质，更要研究活细胞内与遗传便宜有关的一切分子事件。
分子遗传学≠核酸+蛋白质分子遗传学研究的对象是分子水平上的生物学过程-遗传与变异的过程。
它研究的是动态的生物学过程，而不是脱离生物体，在试管里孤立地研究生物大分子的结构与功能。
1992年，Nature 的主编J.Maddox 曾著文Is molecular biology yet a science？指出："现在有那么一些叫分子生物学家的人，他们的文章无视全部的动物，植物，也很少言及他们的生理学。
实验的大部分资料来自所谓的'凝胶'---""分子生物学在很大程度上变成定性的科学。
---如果事情只是简单的说明某个基因版本与某种遗传病相关，那么，分离这种片段（如电泳），然后测序足以。
"但是"以往的巨大成就表明，生命过程是由严格控制下进行的一些有序事件组成"他说："在人们长期为细胞生物学现象寻找定性的解释中，他们将会相信细胞只不过是一个充满了分子开关的袋子，他们作为分子传动器或开或关而出现在预定的事件序列中。
要真正在分子水平上了解遗传变异的本质，仅仅研究核酸或蛋白质的生物化学是不够的。
分子遗传学所研究的应该是细胞中动态的遗传变异过程，以及与其相关的分子事件。
所以不止是中心法则，核酸，蛋白质。
2.分子遗传学不是核酸及其产物（蛋白质）的生物化学分子遗传学是分子生物学的一个分支，或理解为狭义的分子生物学。
《DNA的复制》教学设计【优秀5篇】
《DNA的复制》教学设计【优秀5篇】《DNA的复制》教学设计篇一一、说教材1.教材地位和作用《dna的复制》这一部分内容也是第三章的重点内容之一。
它既是对前面已学习的孟德尔遗传定律和减数分裂知识进一步的深化理解，也是整个遗传的基础。
2.教学目标(1)知识目标：概述dna分子的复制；探讨dna复制的生物学意义(2)能力目标：培养学生自学能力，观察能力、分析理解能力(3)德育目标：激发学生学科学、用科学、爱科学的求知欲3.教学重点、难点(1)教学重点：dna复制的条件、过程及特点。
(2)教学难点：dna复制的过程，特别是半保留复制。
4.教材处理及课时安排根据教材的重难点以及学生的实际情况，本节内容只安排一个课时。
教学顺序是推测-实验证据-复制过程进行。
二、说学法：学生应通过观察、分析、讨论与教师讲授相结合来学习本课内容三、说教法：充分利用多媒体的功能，把dna复制过程编制成动态过程，使难点知识变静为动、变抽像为形象，转化为易于吸收的知识。
并指导学生进行讨论交流，通过提高学生的识图能力、思维能力，且适当配合练习，将知识化难为易。
四、说具体的教学过程关于dna分子的复制的教学，教师首先可以通过课题下的，北京奥运会的会幑中国印舞动的北京导及问题探讨，激起学生和兴趣。
然后让学生回顾以前学过的有关有丝分裂和减数分裂过程中dna复制的时间。
接下来设置问题：dna是如何复制的?让学生积极讨论。
然后才引出沃森和克里克对dna复制过程的推测，从而得出dna 的半保留复制过程。
其次，指导学生阅读课本，充分利用课本的彩图来分析、学习科学家对dna复制过程所做的经典实验，通过这个实验使学生掌握科学研究的思想，领悟科学探究的魅力，也掌握一种生物学实验常用的方法-放射性同位素标记法，分析用cscl密度梯度离心后重带、中带、轻带表示的dna分子的双链构成怎样的，在整个实验亲代、子一代、子二代细胞中提取出的dna离心结果说明了什么。
分子遗传学的内容
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mRNA基因转录激活及其调节
• mRNA基因是蛋白质基因，在基因组中占据 绝大多数，由RNA聚合酶II转录，真核RNA 聚合酶II与十几种基本转录因子结合成转录 起始复合物，对蛋白质基因进行转录。基本 转录因子中只有TFII D可以和TATA盒结合. TFII D由TBP（TATA结合蛋白）和十几种 TBP相关因子（TAF）构成。真核基因调节 的三大要素是顺式作用元件 反式作用因子 和RNA聚合酶，它们通过DNA和蛋白质及 蛋白质和蛋白质的相互作用调节的转录。
• （1） DNase I超敏位点: 由于转录激活区组 蛋白部分脱落，产生DNase I超敏位点 。
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• （2）DNA 拓扑构像发生变化，DNA转录 时，RNA 聚合酶的前面是正超螺旋，后面 是负螺旋。
• （3） DNA碱基修饰变化 转录激活的基因 处于低甲基化状态。
• （4）组蛋白的数量、结构和化学修饰发生 变化
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• 二、真核基因表达调节特点:
• （A） RNA聚合酶 原核生物只有一种RNA 聚合酶，真核生物有三种，分别转录不同的 RNA，RNA聚合酶II负责转录蛋白质的基 因 ，因此该酶最为重要 。
• （B） 活性染色质结构的变化 基因转录可 在染色质水平上调节，基因转录激活的染色 质在结构和性质上发生如下变化；
• 男性性别基因丢失九成 千万年后男人将消失! 澳大利亚国立大学的遗传学家詹妮?格雷夫斯教授 在近日的第15届国际染色体代表会议上发表讲话
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• 称，1000万年后目前现存的这种男人类型将 在地球上消失。3亿年前，当男性特有的Y 染色体产生之际曾含有1438个基因，但到目 前为止其中的1393个基因已经消失了，剩下 的45个基因也将在1000万年后消失。这就意 味着负责睾丸发育和男性荷尔蒙分泌的SRY
植物分子遗传学研究植物的遗传物质及其遗传信息传递
植物分子遗传学研究植物的遗传物质及其遗传信息传递植物分子遗传学是研究植物遗传物质及其遗传信息传递的一门学科。
通过对植物的遗传物质DNA和RNA的研究，揭示植物遗传信息的传递过程以及遗传变异的机制。
本文将介绍植物分子遗传学的基本概念、研究方法及其在植物遗传育种中的应用。
一、植物分子遗传学的基本概念植物分子遗传学是遗传学的一个分支学科，研究植物的遗传物质以及遗传信息如何在植物个体及其后代中传递和表达。
植物的遗传物质主要是DNA和RNA，DNA包含了植物遗传信息的模板，而RNA则负责将遗传信息转化为蛋白质。
植物的遗传信息传递过程主要包括DNA复制、转录和翻译等步骤。
DNA复制是指DNA分子的复制过程，确保遗传信息准确无误地传递给下一代。
转录是指DNA转化为RNA的过程，通过RNA分子将DNA的遗传信息转运到细胞质中进行翻译。
翻译是指RNA分子通过核糖体将遗传信息转化为蛋白质的过程，蛋白质是植物细胞中构成酶、抗体和结构蛋白等重要物质的基础。
二、植物分子遗传学的研究方法植物分子遗传学的研究方法主要包括DNA测序、PCR、Southern印迹、Northern印迹和基因编辑等技术。
1. DNA测序：DNA测序是植物分子遗传学研究的基础技术，它能够确定DNA序列的顺序，揭示植物基因组的结构和功能。
根据DNA测序结果，可以进一步分析DNA序列中的基因、启动子和调节元件等功能区域。
2. PCR：PCR（聚合酶链式反应）是一种重要的分子生物学技术，它能够在体外扩增DNA片段，为植物基因的研究提供了便利。
通过PCR技术，可以扩增感兴趣的基因片段，进而深入研究植物基因的调控机制和功能。
3. Southern印迹：Southern印迹是一种检测DNA的技术，它可以确定DNA中特定基因的存在与否。
通过将DNA进行限制性酶切、电泳和转移，再用探针杂交的方法，可以检测出特定的DNA序列。
4. Northern印迹：Northern印迹是一种检测RNA的技术，它可以确定RNA中特定基因的表达量和时空分布。
分子遗传学中的DNA复制和修复机制
分子遗传学中的DNA复制和修复机制DNA是生命的基石，一个细胞内含有大量的DNA分子，它承载了细胞的所有遗传信息，可以说是生命中最重要的一个分子。
DNA的一项关键功能是在细胞分裂时进行复制，这是分子遗传学中的一个重要研究领域。
在复制过程中，DNA分子可能会受到各种损伤，细胞需要对其进行修复，否则将会影响其正常生长和发育。
下面我们将深入探讨分子遗传学中的DNA复制和修复机制。
DNA复制DNA复制是细胞分裂的一个关键步骤，它使得新生细胞可以拥有与母细胞相同的遗传信息。
复制的过程是由DNA聚合酶这一酶催化的，它将DNA的两条链分离后，在每一条原始链的模板下合成新的链。
这个过程需要在准确的时间和位置和速率上进行，才能保证复制的质量和效率。
DNA复制有如下几个特点：1. 遵循“半保留”机制。
在DNA复制时，每个新合成链中有一条是新的链，另一条是原始DNA链的复制品。
这种半保留机制使得DNA分子的遗传信息得以传递到后代细胞。
2. 多位点同时进行。
在细胞复制时，有多个DNA复制点同时进行。
每个复制点上均有聚合酶、DNA负责螺旋解缠的一些辅助酶、单链结合蛋白等协同作用，从而在一段特定的时间内完成DNA的复制。
DNA修复DNA修复是指在DNA遭受一系列不同类型的损伤后，细胞内部产生反应机制进行修复的过程。
DNA修复机制是一种生命系统保持完整性的维护性能力。
DNA修复机制可以恢复DNA碱基对之间缺失的氢键、链间横向切割、单双链断裂、碱基损伤等问题。
DNA修复可以分为以下几个类型：1. 直接修复。
直接修复主要针对光损伤、氧化损伤和脱氨基损伤等小型基因。
直接修复通过光修复酶或碱基修复酶直接复原DNA碱基的结构。
2. 拼接修复。
拼接修复主要包括单链切口修复和双链切口修复。
单链切口修复是针对单链断裂的修复。
在这里，通过消除单链断裂，恢复DNA的连续性。
双链切口修复是针对接受重大损伤的大分子的修复。
3. 特殊修复。
特殊修复主要包括交叉联结解除、转录耦合修复、翻译越位修复和超短切割修复等类型。
分子遗传学_DNA复制_2010_2
rpoB编码RNA多聚酶β亚基。大多数rpoB突变 型具有利福平抗性表型。dnaAts 在40 ℃中长 出的菌落有一部分为Rifr,而dnaAts在30 ℃中长 出的Rifr菌落有一部分在40 ℃中能生长。从一 系列不同的途径得到了许多rpoB突变，分别引 入几个dnaA突变型，看40 ℃能否生长。发现 抑制作用有高度位点专一性。说明RNA多聚酶 可能是与DnaA蛋白形成复合物协同作用而发 动DNA复制。另外，发现rpoB抑制gyrBts突 变，提示DnaA, Rna pol和旋转酶在复制发动 中协同作用。
复制体(replisome)
• 复制体是由多种分子组成，执行DNA复制 延伸的分子机器。每种组分执行特定的生 物学功能。
突变型研究复制体的组成
dnaB dnaC dnaG Ssb dnaE dnaQ ? dnaN dnaZ dnaX dnaZ+X Lig polA gyrA gyrB DnaB DnaC Primase SSB(单链结合蛋白) α亚基 ε亚基 核心酶 θ亚基 β γ δ ζ Ligase Pol I 旋转酶A亚基 旋转酶B亚基
加入IPTG，酶活变低。 另外，PdnaA中有两个96bp重复，与oriC中4个重复一样， 在试管中与DnaA蛋白结合。 • 7. 复制发动的其他途径 Rnh突变(RNaseH) 可去掉oriC, dnaA发动可从其他三个地方 起始。称为oriK
三、DNA链延长
• 1. DNA链延长和细胞膜 • A. 分离膜结合的DNA，酶切后电镜发现有Y，其中 两个臂等长，认为是复制叉。 • B. 同步培养，分离膜结合的DNA，转化细菌，发 现转化频率高峰有4个。起点，终点，复制叉（两 个）。 • 发现抗苯乙醇的dnaB突变，苯乙醇作用位点是膜。
第四章基因克隆的载体、噬菌体载体
溶源周期的主要特征
λ噬菌体的特征： 1、噬菌体的DNA分子注入细菌细胞 2、经过短暂的转录之后，需要合成一种整合酶，于是
转录活性便被一种阻遏物所关闭 3、噬菌体的DNA分子插入到细菌染色体基因组DNA上，
变成原噬菌体 4、细菌继续生长、增值，噬菌体的基因作为细菌染色
体的一部分进行复制。
烈性噬菌体溶菌生长的基本过程：
1、吸附 吸附到位于感染细胞表面的特殊接受器上 2、注入 噬菌体DNA穿过细胞壁注入寄主细胞 3、转变 被感染的细胞成为制造噬菌体颗粒的场所 4、合成 大量合成噬菌体特有的核酸和蛋白质 5、组装 包装了DNA头部和尾部组装成噬菌体的颗粒 6、释放 合成的子代噬菌体颗粒从寄主细胞内释放出来
替换式载体
野生型噬菌体染色体的中段对于噬菌体的感染和复制是非必要的， 外源DNA可以取代这一片段，例如Charon 4A、 λEMBL 3/4、 Charon40等载体，这些载体是用Lac 5（乳糖操纵子的大部分系列， 包括完整的Lac Z）替换入噬菌体的中间区段，同时将Lac5作为选择 标记，使用时用EcoRI水解，去掉中间的片段，再与欲克隆片段在体
2.2λ噬菌体载体
溶菌阶段
(复制和释放)
λ phage
48.5 kb in length Linear or circular genomecos ends(cohesive-end site )
5‘-CGGGGCGGCGACCTCG-3’ 3’-GCCCCGCCGCTGGAGC-5’
外进行重组、包装。而后，感染E.coli使之在E.coli内繁殖，并裂解 E.coli，形成空斑。
spi-选择 λ噬菌体的red和gam基因产物可抑制噬菌体在宿主细菌 中正常生长，red-和gam-突变型λ噬菌体则可正常生长。当置换型载 体的可置换片段中放上red和gam基因后，外源DNA片段取代了置换 片段，则同时除去了red、gam基因，就可在宿主菌中生长，否则就 不能正常生长。
分子遗传学
分子遗传学什么是分子遗传学？分子遗传学是遗传学的一个重要分支，研究的重点是基因组以及基因之间的相互作用和调控。
通过对细胞和生物体内发生的遗传变异和突变的分子机制的研究，揭示了基因的结构和功能，以及基因在生物体发育和进化中的作用。
分子遗传学的基本原理是基于DNA和RNA的性质和功能，通过研究基因的表达、转录、翻译和修饰等过程，深入了解基因的调控和遗传信息的传递。
分子遗传学的研究方法分子遗传学的研究方法主要包括：1. DNA测序DNA测序是分子遗传学中最常用的技术之一。
通过测序技术，可以准确地确定DNA序列，从而揭示基因组的结构和功能。
常用的DNA测序方法包括传统的Sanger测序和高通量测序技术，如二代测序和三代测序。
2. PCR（聚合酶链式反应）PCR是一种重要的分子生物学技术，用于扩增DNA序列。
通过反复进行退火、DNA链合成和DNA脱离等步骤，可以在较短的时间内扩增出特定的DNA片段。
PCR技术广泛应用于基因克隆、遗传变异检测等领域。
3. 基因克隆基因克隆是将DNA片段插入到载体中，并在宿主细胞中复制和表达的过程。
通过基因克隆技术，可以获得大量特定DNA片段，用于进一步研究基因的功能和调控机制。
4. 基因表达分析基因表达分析是研究基因在细胞和组织中的表达水平和模式的方法。
常用的基因表达分析技术包括Northern blotting、RT-PCR、DNA芯片等。
通过基因表达分析，可以了解基因在不同发育阶段、组织类型和环境中的表达模式，揭示基因的功能和调控网络。
5. 基因编辑和转基因技术基因编辑和转基因技术是通过改变基因组中的特定序列来研究基因功能和调控的方法。
常用的基因编辑技术包括CRISPR-Cas9、TALEN和ZFN等。
通过基因编辑和转基因技术，可以揭示基因的功能和调控网络，以及基因与表型之间的关系。
分子遗传学的研究内容分子遗传学的研究内容包括：1. 基因组学基因组学研究的是整个基因组的结构和功能，涉及到染色体、基因和非编码RNA等多个层面。
第四章生命的延续 不朽的基因2
转录因子TBP（TATA box结合蛋白）与DNA结合的构象
转录的延伸(elogation)
DNA指导的RNA聚合 酶：该酶以ATP, GTP, CTP, UTP作底物，以 DNA的一条单链为模 板，按照碱基互补配 对原则，从5’到3’从 头合成RNA。
转录的终止( termination)
• 转录进行到终止密码之后，RNA上的转录 终止序列形成发卡结构，RNA聚合酶在一 些因子的配合下，脱离DNA模板，转录终 止。
转录( transcription)： DNA指导下的RNA合 成。
RNA聚合酶( RNA polymerase)： 以DNA为模板合成RNA的酶。 真核生物有三种： RNA聚合酶I：转录rRNA RNA聚合酶II：转录mRNA RNA聚合酶III：转录tRNA和5s rRNA 原核生物仅有一种RNA聚合酶。
DNA复制方式的测定实验： Meselson-Stahl 实验（1958）
大肠杆菌培养
分别标记亲代大 肠杆菌的DNA和子 代大肠杆菌的DNA
DNA复制的起始：解开双螺旋
细菌细胞中DNA解旋酶( helicase)负责解开DNA双链
DNA复制的起始：单链结合蛋白( single-strand binding protein)负责稳定双螺旋解开后DNA单链的构象
原核细胞（细菌）的环 状染色体的复制
1. 仅有一个复制起点 2. 两个复制叉从同一起点 向相反方向移动 3. 复制叉相遇时复制中止 4. 双螺旋彼此分离
DNA复制的延伸
5’ 3’ 5’
DNA聚合酶 3’ ( DNA polymerases)以 dATP、dGTP、 dCTP 和dTTP为 底物，以母链为 模板，按照碱基 互补配对的方式 合成子链。合成 方向为5’→3’，无 法从头合成，需 要引物。
DNA复制
DNA复制，即DNA生物合成，是以碱基互补为基础的一个严格的脱氧核苷酸分子逻辑组合的过程，对真核细胞来说，它发生在细胞周期的S期。
揭示DNA复制的奥秘，起初是从原核细胞开始的，从中积累了丰富的实验依据，发现DNA复制的规律。
随后的研究进一步证明，真核生物DNA复制的过程与原核生物基本相似。
因此，本节主要叙述的是原核生物DNA复制过程。
DNA复制基本上可分为解链、引发、延长及终止四个阶段。
一、DNA复制的一般特点1.DNA的双螺旋的两条链在局部需要解开,以利于每条链作模板。
2. DNA的局部解旋引起周围区域过度缠绕, 拓朴异构酶使超螺张力释放.3.DNA聚合酶以5`到3`方向合成。
DNA的两条链方向相反，因此，,一条链的合成是连续的，而另一条链的合成则是不连续的。
不连续链每个片段的合成都是独立进行的，然后各片段再连接起来。
4. DNA复制必须高度精确, DNA复制错误率大约是1/1010,校正机制保证新合成的NA的正确性。
5. DNA的合成必须非常迅速, 其合成速度与基因组的大小及细胞分裂速度有关。
6. 复制器本身不能复制线性DNA的末端,一种特殊的端粒酶参与端粒的复制。
二、复制的起始DNA复制的起始阶段，由下列两步构成。
（一）预引发：1．解旋解链，形成复制叉由拓扑异构酶和解链酶作用，使DNA的超螺旋及双螺旋结构解开，碱基间氢键断裂，形成两条单链DNA。
单链DNA结合蛋白（SSB）结合在两条单链DNA上，形成复制叉。
图10-21 复制叉的三维作用结构（二）引发体组装：由蛋白因子（如dnaB等）识别复制起始点，并与其他蛋白因子以及引物酶一起组装形成引发体。
图10-22 引发体形成1.dnaA结合于复制起始点（oric）2.dnaA与DNA形成复合物引起DNA的解链3.dnaA在dnaC的辅助下推动DNA双链解开三、复制的延长（一）聚合子代DNA：1. 需要引物参与DNA复制的DNA聚合酶，必须以一段具有3’端自由羟基（3’-OH）的RNA 作为引物(primer) ，才能开始聚合子代DNA链。
分子生物学第四章 基因与基因组的结构与功能
4.2 基因命名法
但是在研究不同生物的同一遗传机制时，往往会产生一些混淆，如 在研究酿酒酵母和粟米酵母的细胞周期有关基因的命名中。此外， 许多基因在不同实验中从相同组织被分离出好几次而具有不同命名： 重要的果蝇的发育基因torpedo便是其中一例——它在筛选不同表 型的过程中三次被鉴定并被命名三种不同名称。果蝇提供了关于遗 传命名的最为丰富的例子，特别是在发育生物学中这种趋势也扩展 至脊椎动物中。
总之：顺反子学说打破了“三位一体”的基 因概念，把基因具体化为DNA分子上特定的 一段顺序--- 顺反子，其内部又是可分的， 包含多个突变子和重组子。 近代基因的概念：基因是一段有功能的DNA序 列，是一个遗传功能单位，其内部存在有许 多的重组子和突变子。 突变子：指改变后可以产生突变型表型的最 小单位。 重组子：不能由重组分开的基本单位。
（三）DNA是遗传物质：1928年Griffith 首先发现了肺炎球菌的转化，证实DNA 是遗传物质而非蛋白质；Avery用生物 化学的方法证明转化因子是DNA而不是 其他物质。 （四）基因是有功能的DNA片段 20世纪40年代Beadle和Tatum提出一个 基因一个酶的假说，沟通了蛋白质合成 与基因功能的研究 1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋 结构模型，明确了DNA的复制方式。
病毒(+)股RNA为2个拷贝,基本结构为:
５＇帽－R－U5－PB － －DLS－－gag－pol－env－ (onc－)－ C－PB＋－U3－R－poly(A)n 病毒颗粒中有两条相同的正股RNA+两条来自宿主细胞的 tRNA
A：编码区:所有逆转录病毒均含有3个基本结构基因
gag: pol: 病毒核心蛋白 肽链内切酶,一个逆转录酶,一个与前病毒整 合相关的酶 env: 包膜蛋白 B：非编码区: 与基因组复制和基因表达有关 A: B: C: R区: 两端的重复序列,与cDNA合成有关 引物结合区(primer binding site, PB) U区: U3 含强启动子,起始转录RNA. U5 与转录终止和加polyA有关 D: DLS--C区: DLS:两条病毒(+)RNA链结合位点 : 包装信号:RNA装入病毒颗粒 C: 调控区.
生物化学DNA复制、转录、翻译
(6)切除引物，补齐缺口：由DNA聚合酶（主要是酶 Ⅰ）催化，切去RNA引物；按碱基互补原则，沿 5’→3’方向，补齐缺口。
(7)连接封口：由DNA连接酶催化，将补齐缺口的3’OH基与下一个冈崎片段的5’-P以磷酸二酯键连接起 来，最终形成完整的、与模板互补的DNA新链。
端粒、端粒酶意义
与细胞衰老、凋亡有关； 端粒的平均长度随细胞分裂次数的增多及年龄的增长而逐渐 变短至消失，可导致染色体稳定性下降，导致细胞衰老凋亡。 正常：体细胞端粒酶活性丧失，端粒的长度不断缩短。 异常：肿瘤细胞端粒酶活性恢复，端粒复制，细胞恶性增殖
抑制端粒酶活性可防治肿瘤。
第二节 RNA的生物合成 — 转录
种类 转录产物
Ⅰ 45S-rRNA
对鹅膏蕈碱
的反应
耐受
Ⅱ hnRNA
极敏感
Ⅲ 5S-rRNA
tRNA snRNA 中度敏感
（二）真核生物的RNA聚合酶
3种： Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
类型 部位
转录 产 物
对鹅膏蕈碱的敏感度
Ⅰ 核仁 5.8S\18S\28S rRNA
不敏感
Ⅱ 核质 mRNA, snRNA, hnRNA
均以DNA为模板； 都是生成3’，5’ —磷酸二酯键； 合成的方向都是5’ →3’； 遵从碱基配对规律。
复制和转录的区别
复制
转录
模板 两股链均复制 模板链转录（不对称转录）
原料 dNTP
NTP
酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶（RNA-pol）
产物 子代双链DNA mRNA，tRNA，rRNA （半保留复制）
高度敏感
Ⅲ 核质 tRNA, 5SrRNA, 一种snRNA, 中度敏感
分子遗传学测试题
分子遗传学测试题本文为分子遗传学测试题，将涵盖分子遗传学的相关知识点，并提供相应的题目供读者进行测试。
注意，本文不局限于任何特定的格式。
1. 基因和基因组a) 请解释什么是基因。
b) 描述基因组是什么，以及它与基因的关系。
2. DNA结构a) 描述DNA的双螺旋结构。
b) 列出DNA中的四个碱基，并解释它们之间的配对规则。
3. DNA复制a) 解释DNA复制的过程，包括起始点和终止点。
b) 说明为什么DNA复制是半保留性的。
4. RNA和蛋白质合成a) 解释转录的过程。
b) 什么是RNA剪接？为什么它对蛋白质合成至关重要？c) 描述翻译的过程并解释密码子如何决定特定的氨基酸。
5. 突变a) 解释突变是什么，提供两个常见的突变类型。
b) 描述突变如何导致基因功能的改变。
6. 遗传码和表达调控a) 解释遗传码是什么，并提供一个遗传码的例子。
b) 描述基因表达调控中是否存在正向和负向的调控机制。
7. PCR（聚合酶链式反应）a) 解释PCR的原理和应用。
b) 列出PCR反应的三个主要步骤。
8. DNA测序技术a) 描述Sanger测序的原理。
b) 什么是下一代测序技术？请列举两个下一代测序技术的例子。
9. 基因编辑技术a) 解释CRISPR-Cas9技术的原理和应用。
b) 列举其他常用的基因编辑技术。
10. 分子诊断和遗传疾病a) 解释基因诊断是什么，并提供一个例子。
b) 分子诊断如何帮助检测和诊断遗传疾病？11. 基因工程和转基因生物a) 解释基因工程是什么，提供一个例子。
b) 描述转基因生物及其应用的潜在风险。
12. 克隆技术和克隆动物a) 解释克隆技术的原理和应用。
b) 提供一个克隆动物的例子，并讨论克隆技术对生物科学的影响。
感谢您参与分子遗传学测试题，希望通过此次测试，您对分子遗传学的基本概念和应用有更深入的了解。
祝您测试顺利！。
DNA分子的复制
A.三次 B.四次 C.五次 D.六次
6.某些药物可以抑制肿瘤细胞DNA的复制， 从而达到控制癌症的目的。这些药物作用
的细胞正处于细胞周期的（ A ）
A 间期 B 前期 C 中期 D 不能确定
温故知新：
1. DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸， 根据碱基的不同可分为 4 种。
2.DNA双螺旋结构的特点有哪些？
①两条链 反向平行 双螺旋 ②脱氧核糖和磷酸交替连接排列在
外侧，构成基本骨架，碱基通过 氢键形成碱基对，排列在内侧 ③遵循碱基互补配对原则
一、对DNA复制的推测
最早提出的DNA复制模型有:
半 保 留 复 制
亲 代 15N/15N-重型DNA(全部)
子一代 15N/14N-中型DNA(全部)
15N/14N-中型DNA(1/2) 子二代 14N/14N-轻型DNA(1/2)
亲代
轻 中 重
子一代
子二代
14N/14N 15N/14N 15N/15N
全重
全中
1 轻 1中 22
科学家做的大肠杆菌培养实验结果
规律 总结
一个亲代DNA分子经 n 次复制后，则
（１）DNA分子数 ①子代DNA分子数： 2n个 ②含亲代母链的DNA分子数： 2个 ③不含亲代母链的DNA分子数： 2n-2个
规律 总结
一个亲代DNA分子经 n 次复制后，则
（2）脱氧核苷酸链数
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：2n+1条
②亲代脱氧核苷酸链数：
1、全保留复制：新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分；
复制一次
2、半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的；
复制一次
问题1:如果要在实验中直观地区别、“标识” 母链或子链,可以采取什么办法？
DNA分子的结构与复制详解
DNA分子的结构与复制详解DNA是一种双螺旋结构的分子，它承载了生命的遗传信息。
DNA的结构与复制是遗传学中重要的基础知识，下面我们来详细解释一下。
DNA分子的结构是由一系列的核苷酸组成的。
核苷酸是由一个糖分子、一个含氮碱基和一个磷酸基团组成的。
糖分子是脱氧核糖，故称为脱氧核苷酸（deoxyribonucleotide）。
氮碱基分为腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）四种。
在DNA中，A氮碱基总是与T氮碱基相对应，而G氮碱基总是与C氮碱基相对应。
这种特定的碱基配对决定了DNA分子的稳定性和遗传信息的传递方式。
DNA分子是以螺旋形式存在的，即形成双螺旋结构。
两条DNA链通过碱基配对连接在一起，并且以相反方向排列。
其中，两条链通过氢键相互连接，A与T之间存在两条氢键，而G与C之间存在三条氢键。
这种稳定的结构保证了DNA分子的可靠复制和传递。
在DNA复制时，原DNA分子首先解旋，也就是两条链分离。
这个过程由一个酶组成，称为DNA解旋酶。
它能够断裂氢键并将两条链分开。
解旋后，DNA上的每条链都作为模板用来合成新的对应链。
DNA的合成过程是由DNA聚合酶酶催化的。
DNA聚合酶能够在已有的DNA链上加入相应的核苷酸，使新的链逐渐生成。
在新合成的链中，A氮碱基与原DNA链上的T氮碱基相对应，而G氮碱基与C氮碱基相对应。
因此，DNA聚合酶能够通过配对原则来复制DNA序列。
DNA复制是一个半保留复制过程。
在新合成的DNA分子中，一条链是原来的模板链，另一条链是新合成的链。
这样，每一个新的DNA分子中都包含了一部分的原有DNA序列，并且配对原则得到了遵守。
这保证了遗传信息在DNA复制过程中的传递。
DNA复制是生物体生长和繁殖过程的基础。
通过DNA复制，细胞可以将遗传信息传递给下一代，保证了后代能够继承父代的性状。
总结起来，DNA分子的结构是由核苷酸组成的双螺旋结构，通过碱基配对保持稳定。
DNA复制是一个半保留的过程，由DNA解旋酶解旋DNA分子，然后由DNA聚合酶在模板链上合成新的DNA链。
现代分子生物学课后习题及答案(朱玉贤 第3版)
现代分子生物学课后习题及答案（共10章）第一章绪论1．你对现代分子生物学的含义和包括的研究范围是怎么理解的？答：分子生物学是从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。
狭义：偏重于核酸的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调节控制等过程，其中也涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。
分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会，也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。
所谓在分子水平上研究生命的本质主要是指对遗传、生殖、生长和发育等生命基本特征的分子机理的阐明，从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新的手段。
这里的分子水平指的是那些携带遗传信息的核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。
这些生物大分子均具有较大的分子量，由简单的小分子核苷酸或氨基酸排列组合以蕴藏各种信息，并且具有复杂的空间结构以形成精确的相互作用系统，由此构成生物的多样化和生物个体精确的生长发育和代谢调节控制系统。
阐明这些复杂的结构及结构与功能的关系是分子生物学的主要任务。
2．分子生物学研究内容有哪些方面？答：分子生物学主要包含以下三部分研究内容：A.核酸的分子生物学，核酸的分子生物学研究核酸的结构及其功能。
由于核酸的主要作用是携带和传递遗传信息，因此分子遗传学（moleculargenetics）是其主要组成部分。
由于50年代以来的迅速发展，该领域已形成了比较完整的理论体系和研究技术，是目前分子生物学内容最丰富的一个领域。
研究内容包括核酸/基因组的结构、遗传信息的复制、转录与翻译，核酸存储的信息修复与突变，基因表达调控和基因工程技术的发展和应用等。
遗传信息传递的中心法则（centraldogma）是其理论体系的核心。
医用分子遗传学DNA复制
（二） 起始需要多种蛋白因子参与
噬菌体（X174）
DnaC 起始引发,与DnaB一起作用
priB 起始引发
DnaT 起始引发
DnaG RNA引物合成
priC 起始引发
DnaB 起始引发
priA 识别起始位点，ATP酶活性
大肠杆菌
2 大肠杆菌 DnaA 识别并结合于oriC区，有ATP酶活性，使AT富含区解链，促进DnaB结合形成起始复合物。 DnaB DNA螺旋酶，有解旋和解链作用。 DnaC 运输DnaB，形成起始复合物。 DnaG DNA复制引发酶，合成引物。 Hu 促进复制复合物的形成。 回旋酶 松弛正超螺旋，促进单链DNA产生。 单链结合蛋白 促进DNA解链，稳定单链DNA。
原核生物仅有一个起始部位。
真核生物有多个起始部位。
复制起始点、复制子与复制叉
DNA拓扑异构酶解决了解开DNA双螺旋的问题
半保留复制，必须解决解开双螺旋的问题。 250Mb的1号染色体，需要旋转250万次。
起始部位的序列特征
同位素标记显示复制起始在特定部位开始
复制起240 1 10 20 30 CACTACTTCT GGAATAGCTCAGAGGCCGAGGCGGCCTCGGCC TCTGCATAAAT AAAAAAATTA GTGATGAAGACCTTATCGAGTCTCCG GCTCCG CCGGAGCCGGAGACGTATTTA T TTTTT TAAT 反转重复序列 大T抗原结合部位 II A/T 富含区 图3-7 SV40 复制起始部位结构
复制校正功能：3’-5’外切核酸酶活性
DNA聚合酶 、 主要功能：DNA修复。
DNA聚合酶γ：线粒体DNA复制
二、真核生物DNA聚合酶附属蛋白
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5’
(5) 缺口填充能力
PolⅠ填充能力强，PolⅢ只能填充小缺口
37
6. DNA Ligase（连接酶）
所需条件：
a. 切刻的 3’－OH 和 5’－P 相邻
b. 切刻的3’-OH和5’-P相邻且各自碱基处于 配对状态 c. 需要能量 原核（ATP、NAD） 真核（ATP）
NAD——烟酰胺腺嘌呤二核苷酸
oriC与 E.coli 复制的起始（从头起始）
（1） oriC in E. coli chromosomal DNA
♦ 三个13bp的重复序列
♦ 四个9bp的重复序列 dnaA结合位点
（2） 简单起始过程
a、涉及主要酶系 DnaA（复制起始）、RNApol是必不可少的， 此外涉及到 DnaB（解旋酶）、 DnaC（引发体组 分）、 Hu蛋白、 Gyrase、 SSB、 DnaG（引发 酶）、TopІ和 DNApol Ш全酶
冈崎片段的连接 复制的终止……
19
(1) DNA旋转酶（ gyrase ）
消除复制叉移动产生的正超螺旋，催化负超螺 旋的形成
20
(2) DNA Helicase（DNA螺旋酶、DNA解旋酶） 绝大多数DNA螺旋酶利用ATP水解的能量，使
DNA双链解链，并在 DNA沿一定方向移动。
21
(3) DNA single-stranded binding proteins （SSB，DNA单链结合蛋白） 以同源四聚体的形式与DNA结合，稳定DNA螺旋 酶产生的单链结构 。SSB对单链的结合具有协同 性，即其初步结合能使其随后的结合更为容易。
42
Φx 174 DNA的复制
a. SS → RF， 即以（＋）链为模板（－）链的合成 ΦX 型引发体起始后，由DNApolⅢ、Ⅰ和连接酶等协同 合成 （后随链的起始过程）
b. 多拷贝 RF 的合成 （滚环复制） （前导链的合成过程、后随链合成） c. 后代单链（SS）DNA的合成, 即以RF的(－)链为模板， 合成(+)链（前导链的合成） （DNA复制过程是上一过程的一部分 ）
46
47
4.4.2 环型双链DNA (λ噬菌体)的复制
共价延伸方式(covalence elongation)或滚环式复制 (rolling circle replication) •
• •
由于复制时产生的滚环结构 形状象σ，又称σ滚环复制 5’端与特殊的蛋白相连 到一定长度后，5’端的单链 开始复制其互补链变为双链 DNA，切割后包装到成熟的 颗粒内
2
4.1 基 本 概 念 和复制方式
DNA复制:亲代双链DNA分子在DNA聚合酶的作 用下，分别以每单链 DNA分子为模板，聚合与 自身碱基可以互补配对的游离dNTP, 合成出两 条与亲代DNA分子完全相同的子代DNA分子的 过程。 复制体Replisome： 是复制叉上的一个多酶体结构， 与复制叉共同完成DNA的合成
用途： 复制过程中，冈崎片段5’ 端RNA引物被
置换后切刻的连接 修复、重组
38
酶-AMP 复合物形成
酶复合物的AMP和切刻的5‘-磷酸 相连，随后与此切刻的3’-OH形成 磷酸二酯键，并放出酶和AMP 39
连接酶在基因工程中的应用
40
前导链和后随链协同合成
一分子的 DNA pol III 协同合成前导链和后 随链
每个复制子使用一次，并且在每个细胞周期中只用一次 复制子中含有复制需要的控制元件
点
在复制的起始位点具有原点(origin)， 终止位点具有终
(Terminus)
4
不同生物的复制子
种类
细菌
复制子
数目 1
复制子
长度(kb) 4200
复制叉
移动速度(bp/分) 50 000
酵母
果蝇 蟾蜍 小鼠 植物
54
b、简单步骤
* 转录激活
RNA聚合酶使双链DNA分子局部开链，在合成 10-12个核苷酸的RNA片段后，再由DNA聚合 酶完成前导链的合成，在完成近1000-2000个 核苷酸的DNA合成后，后随链才在引发酶的作 用下开始启动冈崎片段的引物RNA的合成，这 一过程称为DNA复制的转录激活。
* DnaA 识别并结合复制起点，DnaB－DnaC六聚
DNA Polymerase III (Pol III) 是细菌DNA复制的 主要酶
24
三种DNA聚合酶的结构和功能
～20
其中 DNApol Ⅲ 全酶有十种共22个亚基
β 二聚体 －－滑动钳 进行性：即全酶结合于单链模板不解离的能力
β 二聚体 －－滑动钳
核心酶
将核心酶与 模板结合
DNA pol Ⅲ全酶的非对称二聚体
22
(4) Primer and Primase （引发酶）
任何一种DNA聚合酶都不能起始合成一条新的 DNA链，必须由一段引物提供3’-OH；
引物大多数为一段RNA(1-10Nt)； 在细菌中有两种合成RNA引物的酶－－RNA聚 合酶和引发酶；前导链引物的合成受rifampin的 强烈抑制， RNA聚合酶对rifampin敏感；后随 链前体片段引物的合成不受rifampin的强烈抑制， 引发酶对rifampin不敏感
体与oriC 形成预引发体
* DnaG加入形成引发体（oriC引发体），合成引
物RNA
* 引物合成后，DNA pol 组装到引发的RNA上，完
4.4.3 E. coli DNA 的复制
双向复制
涉及30种以上的基因产物
49
利用温度敏感突变体鉴定的dna基因
37℃能正常复制。42℃不能进行DNA复制，表现为 或不能发动或不能延伸 Slow-stop mutants, S 缓慢停止突变体 即该突变体在非允许温度（42℃）下能完成正在进 行的一轮复制，而不能开始下一轮复制 S突变体基因的产物必然是细胞从染色体复制原点 起始一轮复制所必需的 Fast-stop mutants, F 迅速停止突变体 即该突变体在提高温度（42℃ ）时立即停止复制 F突变体基因的产物必然是DNA链的延长及冈崎片 段的起始与连接所必需的
A蛋白（gpA）：
♦
♦
Φx 174基因A的产物
结合到 RFⅠDNA的复制原点的结合位点 （引发体的帮助）
♦ ♦
诱导相邻的识别位点的熔解(富含A/T) 其核酸内切酶活力切割（＋）链的4305与4306碱基 的酯键，并共价连接于5’端（A），另一端为自由的 3’－OH（G）
Rep蛋白－－解旋酶
44
45
切刻平移（nick translation）
36
(4) 核酸内切酶的活性
当一段DNA带有5’－P的 不配对单链时， DNA PolⅠ可以作用在与此单链相连的两 个配对碱基之间，切断磷酸二酯键
A G A C T A G T C T G C A C A T C A G A C G T G G T
The multi protein (30±) structure that assembles at replicating fork to undertake synthesis of DNA
3
●
复制子Replicon： DNA中含有一定起点和终点的复制单位 A unit of the genome in which DNA contain a region from origin to terminator
6
复制方式－－ DNA的半保留复制
（Semi-Conservation Replication）
1958 Meselson-stahl 大肠杆菌
7
15N
标记 DNA
15
N
CsCL密度梯度离心 浮力密度 N15－DNA 1.742g/ml N15－N14－DNA 1.717g/ml N14－DNA 1.710g/ml
4.2 复制起点与方向 （replication origin & direction ）
4.2.1 复制起点（origin ori或 o 复制原点）
复制开始处DNA分子的特定位置
原核生物（Prokaryote）：单复制起点 即－－整个染色体只有一个复制单位
真核生物（Eukaryote） : 多复制起点 即－－一个genome中有多个复制单位
第4章 DNA复制 (DNA Replication)
1
4.1 DNA复制的基本概念和复制方式
4.2 复制起点与方向
4.3 原核生物DNA复制的酶学
4.4 原核生物 DNA的复制
4.5 真核生物DNA的复制 4.6 线状 DNA的复制及避免5’末端短缩的模式 4.7 DNA复制的忠实性和真核生物复制过程中 的核小体结构
500
3500 15 000 25 000 35 000
40
40 200 150 300
3600
2600 500 2200
5
•复制叉（Replication
• 复制眼（replication
fork）：染色体中参与复制的活性
区域，即复制正在发生的位点 eye）：电子显微镜下观察正在复
制的DNA，复制的区域形如一只眼睛
23
5. DNA Polymerase（DNA聚合酶）
1957年 Arthur Kornberg 在大肠杆菌中首次 发现具有聚合酶活性的DNA Pol I，细菌DNA复 制时， Pol I不是主要的酶。当后随链中的冈崎 片段复制完成后，DNA聚合酶I利用其外切和聚 合功能降解RNA引物分子，同时利用前一个冈 崎片段的3‘-OH聚合DNA，完成类似缺口平移 的过程，填补切除引在15N 标记培养基中 ·转入正常N源培养基中 ·分离各代DNA ·分析各代DNA的浮力密度