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现代分子生物学

复习提纲

第一章绪论

第一节分子生物学的基本含义及主要研究内容

1 分子生物学Molecular Biology的基本含义

⏹广义的分子生物学：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，从分子水平阐明生命现象和生物学规律。

⏹狭义的分子生物学：偏重于核酸（基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调控

等过程，也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。

1.1 分子生物学的三大原则

1) 构成生物大分子的单体是相同的

2) 生物遗传信息表达的中心法则相同

3) 生物大分子单体的排列（核苷酸、氨基酸）的不同

1.3 分子生物学的研究内容

●DNA重组技术（基因工程）

●基因的表达调控

●生物大分子的结构和功能研究(结构分子生物学）

●基因组、功能基因组与生物信息学研究

第二节分子生物学发展简史

1 准备和酝酿阶段

⏹时间：19世纪后期到20世纪50年代初。

➢确定了生物遗传的物质基础是DNA。

DNA是遗传物质的证明实验一：肺炎双球菌转化实验

DNA是遗传物质的证明实验二：噬菌体感染大肠杆菌实验

RNA也是重要的遗传物质-----烟草花叶病毒的感染和繁殖过程

2 建立和发展阶段

⏹1953年Watson和Crick的DNA双螺旋结构模型作为现代分子生物学诞生的里程碑。

⏹主要进展包括：

❖遗传信息传递中心法则的建立

3 发展阶段

⏹基因工程技术作为新的里程碑，标志着人类深入认识生命本质并能动改造生命的新时期开始。

⏹

第三节分子生物学与其他学科的关系

思考

⏹证明DNA是遗传物质的实验有哪些？

⏹分子生物学的主要研究内容。

⏹列举5～10位获诺贝尔奖的科学家，简要说明其贡献。

第二章染色体与DNA

第一节染色体

1.作为遗传物质的染色体特征:

⏹分子结构相对稳定

⏹能够自我复制

⏹能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程;

⏹能够产生遗传的变异。

2 真核细胞染色体组成

(1) DNA(2) 蛋白质（包括组蛋白和非组蛋白）(3) 少量的RNA

组蛋白：呈碱性，结构稳定；与DNA结合形成、维持染色质结构，与DNA含量呈一定的比例

非组蛋白：呈酸性，种类和含量不稳定；作用还不完全清楚

3.染色质和核小体

染色质是一种纤维状结构，由最基本的单位—核小体(nucleosome)成串排列而成的。

4.真核生物基因组DNA的C值和重复序列

C值(C Value)：指一种生物单倍体基因组的DNA总量。

注意：

生物体进化程度高低与C值不成明显线性相关；

亲缘关系相近的生物C值却相差大。

高等生物的C值不一定比低等生物的C值高。

C值变化范围宽意味着生物基因组中含有大量的无编码功能的重复序列。

⏹DNA序列可分为3类:

(1)不重复序列：是主要的结构基因

(2)中度重复序列

⏹各种rRNA、tRNA、组蛋白基因以及某些结构基因属于这一类。

⏹中度重复序列往往分散在不重复序列之间。

(3)高度重复序列――卫星DNA ：不转录序列。

思考：

⏹DNA的C值和重复序列.？

5.原核生物基因组特点

1）原核生物的基因组很小，大多只有一条染色体，且DNA含量少，没有重复序列。

注意：染色体外遗传基因的概念：即细菌的质粒、真核生物的线粒体、高等植物的叶绿体等所含有的DNA和功能基因。

2）结构简练

3）存在转录单元：

⏹原核DNA序列中功能相关的基因丛集在基因组的特定部位，形成转录单元，它们可被一起转录为可翻译多

个蛋白质的mRNA分子，这种mRNA叫多顺反子mRNA。

注意：原核生物的mRNA是多顺反子mRNA；真核生物mRNA是单顺反子mRNA

4）有重叠基因：在一些细菌和动物病毒中同一段DNA能携带两种不同蛋白质的信息。

6.真核生物基因组的结构特点

⏹真核基因组庞大

⏹存在大量的重复序列

⏹90%以上为非编码序列

⏹转录产物为单顺反子

⏹断裂基因，含有内含子

⏹有大量顺式作用元件（见第八章）

⏹存在大量的DNA多态性

⏹具有端粒结构

第二节DNA的结构

1.DNA的一级结构：

指四种核苷酸(dAMP、dCMP、dGMP、dTMP)按照一定的排列顺序，通过磷酸二酯键连接形成的多核苷酸，也称为碱基顺序

2. DNA的二级结构

定义：指两条多核苷酸链反向平行盘绕所产生的双螺旋结构。

3.DNA双螺旋结构模型的要点：

①脱氧核糖和磷酸通过3’,5’磷酸二酯键交互连接，成为螺旋链的骨架。

②碱基互补配对

③螺旋参数：螺旋直径２nm。螺旋每旋转一周10对碱基，每个碱基的旋转角度为36°；螺距3.4nm；碱基平面之间的距离为0.34nm。

④大沟小沟：大沟(2. 2nm)小沟(1. 2nm)

4.维持DNA双螺旋的力：氢键、碱基堆集力（包括疏水作用力和范德华力。）、磷酸基团间的静电斥力、碱基分子内能

总之:

氢键和碱基堆集力有利于DNA维持双螺旋结构，而静电斥力和碱基分子内能则不利于DNA维持双螺旋结构。

5.双螺旋结构的基本形式：A，B，Z型双螺旋

Z-DNA有什么生物学意义呢?

⏹Z-DNA在热力学上是不利的。带负电荷的磷酸根距离太近，产生静电排斥。

⏹DNA链的局部不稳定区的存在就成为潜在的解链位点。

⏹DNA解链是DNA复制和转录等过程中必要的环节，因此Z-DNA的结构与基因表达调控有关。

6.DNA的超螺旋结构(三级结构)

超螺旋的类型：负超螺旋、松弛DNA、正超螺旋（转化相关物质：拓扑异构酶、溴化乙锭）

超螺旋的意义：

①超螺旋形式是DNA分子复制和转录的需要；

②超螺旋可使DNA分子形成高度致密的状态从而得以容纳于有限的空间。

7. DNA的理化性质---变性和复性

常用的变性方法：热变性、碱变性

核酸变性程度的鉴定－紫外测定法：

第三节DNA的复制概述

1 DNA复制的基本机理－半保留复制

DNA半保留复制的意义：

保证DNA代谢的稳定性。稳定性是相对的，变异是绝对的

2 DNA复制的起点、方向和速度

1)起点：

复制子: 从复制原点（ori ）到终点，组成一个复制单位。

原核生物：只有一个复制子

真核生物: 多个复制子

2)方向：

双向等速复制：大多数生物体内DNA。