分子生物学精选全文

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第一章绪论
1、分子生物学简史：
分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子形态、结构特征及其重要性、规律性而相互联系的科学，是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动的适应自然界到主动的改造和重组自然界的基础科学。

2、分子生物学发展阶段
第一阶段：分子生物学发展的萌芽阶段
第二阶段：分子生物学的建立和发展阶段
第三阶段：分子生物学的深入发展和应用阶段
3、分子生物学的主要研究内容
DNA重组技术；基因表达调控研究；生物大分子的结构与功能的研究；
基因组、功能基因组与生物信息学的研究
第二章染色体与DNA
1、名词解释：
不重复序列：在单倍体基因组中只有一个或几个拷贝的DNA序列。

真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝。

中度重复序列：每个基因组中10～104个拷贝。

平均长度为300 bp，一般是不编码序列，广泛散布在非重复序列之间。

可能在基因调控中起重要作用。

常有数千个类似序列，各重复数百次，构成一个序列家族。

高度重复序列：只存在于真核生物中，占基因组的10%~60%，由6~10个碱基组成。

卫星DNA（satellite DNA）:又称随体DNA。

卫星DNA是一类高度重复序列DNA。

这类DNA是高度浓缩的，是异染色质的组成部分。

微卫星DNA（microsatellite DNA）：又称短串联重复序列，是真核生物基因组重复序列中的主要组成部分，主要由串联重复单元组成。

重叠基因（overlapping gene,nested gene）:具有部分共同核苷酸序列的基因，及同一段DNA携带了两种或两种以上不同蛋白质的编码信息。

重叠的序列可以是调控基因也可以是结构基因部分。

多顺反子（polycistronic mRNA ) ：编码多个蛋白质的mRNA称为多顺反子mRNA 。

单顺反子(monocistronic mRNA) ：只编码一个蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA。

DNA的转座：又称移位（transposition)，是由可移位因子介导的遗传物质重排现象。

转座子（transposon Tn）：存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。

复制叉（replication fork）:正在进行复制的复制起点呈现叉子的形式，称为复制叉。

复制子（replicon）:单独复制的一个DNA单元被称为一个复制子，它是一个可移动的单位。

一个复制子在任何一个细胞周期只复制一次。

DNA的半保留复制（semiconservative replication)：每个子代分子的一条链来自亲代DNA,另一条则是新合成的。

2、核小体：
核小体是组成染色质的重复单位，每个核小体约由200（160~250）bp的DNA
和H
2A、H
2
B、H
3
、H
4
各2个，以及1个H
1
组成
核心颗粒结构：单个核小体继续消化可以把DNA进一步剪短，释放出H1；剩
余的颗粒称为核心颗粒，由H
2A、H
2
B、H
3
、H
4
组成；结合在核心颗粒而不被降解
的DNA称为核心DNA（core DNA）；重复单位中除核心DNA以外的其它DNA称为连接DNA（linker DNA）。

双折叠对称盘形，高6 nm，直径11 nm;由(H3)2(H4)2四聚体构成组蛋白八聚体核心，顶部和底部各有一H2A.H2B二聚体;
组蛋白H1： H1由两部分组成，一部分是保守的核心，一部分是可变的延伸出去的N 端和C 端臂。

DNA进入和离开组蛋白聚合体的位置十分接近，这由进出两端与H1结合形成。

如没有H1，则DNA进入和离开核心颗粒的位置是随机的。

3、DNA构型
1、DNA的一级结构：是指4种核苷酸的排列顺序，表示了该DNA分子的化学组成。

又由于4种核苷酸的差异仅仅是碱基的不同，因此又是指碱基的排列顺序。

2、 DNA的二级结构：是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。

基本特点：
（1）由两条互相平行的脱氧核苷酸链盘绕而成；
（2）两条主链的脱氧核糖和磷酸由3’,5’磷酸二酯键交互连接而成，排在外侧，构成基本骨架；碱基位于内侧；
（3）两条链上的碱基通过氢键结合，形成碱基对，碱基必须以A-T、C-G配对；
DNA的二级结构：右手螺旋分为A-DNA，B-DNA
左手螺旋为 Z-DNA
大沟含较多信息，为复制，转录部位；小沟具一定调节功能。

三种DNA构型的结构特性的比较
超螺旋结构是高级结构的主要形式，可分为：
正超螺旋：由于双链紧缠而引起的超螺旋。

负超螺旋：由于双链松缠而引起的超螺旋。

天然原核生物DNA都呈负超螺旋；
4、真核生物基因组的结构特点：
1、基因组庞大；
2、大量重复序列的存在；
3、大部分序列为非编码序列；
4、转录产物为单顺反子；
5、真核基因是断裂基因；
6、真核基因存在大量的顺式作用元件；
7、DNA存在多态性；
8、具有端粒结构。

原核生物基因组的特点
（1）结构简练其DNA分子绝大多数用于编码蛋白质，不翻译的序列只占4%，并且编码序列是连续的；
（2）存在转录单元功能上密切相关的基因构成操纵子或高度集中，并且可被一起转录；
（3）重叠基因和基因内基因即同一段DNA序列能携带两种不同蛋白质的遗传信息。

二者区别（P33）
1、真核生物基因组结构庞大；而原核生物基因组很小，一般只有一条染色体
2、真核生物基因组大部分序列为非编码序列；原核生物基因组结构简练，绝大部分是用来编码蛋白质的，只有非常小的一部分不转录
3、真核生物转录产物为单顺反子；原核生物转录产物为多顺反子
4、真核生物基因组含有大量重复序列；原核生物基因组中还有重叠基因。

5、、真核生物基因不连续，有内含子、外显子；原核生物则没有。

5、半保留复制实验原理：
DNA在进行复制的时候链间氢键断裂，双链解旋分开，每条链作为模版在其上合成互补链，经过一系列酶的作用生成两个新的DNA分子。

Meselson Stahl经典实验：
将大肠杆菌在以15N为氮源的培养基繁殖数代，得到15N-DNA，然后立即将大肠杆菌转移到普通培养基（含14N的氮源）中继续培养，按不同时间取样品抽提DNA，采用氯化铯密度梯度离心法分析。

结果：DNA分子在0代显示重密度（HH），1代全部为中等密度（HL）（DNA的密度在15N-DNA和14N-DNA，即形成了一半15N 和一半14N的杂合分子），2代表现为中等密度（HL）与轻密度（LL）等量（即出现等量的14N分子和等量的15N-14N杂合分子）。

若再继续培养，可以看到14N-DNA 分子增多。

实验证明：无论是真核生物还是原核生物其DNA都是以半保留复制方式遗传的。

首次在分子水平上成功地证明了DNA的半保留复制。

6、DNA复制过程中的酶系及其功能
1、DNA解链酶（DNA helicase）
功能：通过水解ATP获得能量解开双链，每解开一对碱基，需水解2分子ATP。

与rep蛋白共同参与解链，rep蛋白按模板3’-5’方向移动，解链酶5’-3’移动。

2、DNA拓扑异构酶（DNA topoisomerase）
功能：消除解链造成正超螺旋的堆积，消除阻碍解链进行的压力，使复制继续进行
分为拓扑异构酶I：使DNA的一条链发生断裂和再连接，作用是松解负超螺旋，主要集中在活性转录区，同转录有关
拓扑异构酶II：该酶能暂时性的切断和重新连接双链DNA，作用是将负超螺旋引入DNA分子，同复制有关
3、引物合成酶（引发酶）（primase）
功能：是一种特殊的RNA聚合酶，此酶以DNA为模板合成一段RNA链这段RNA 作为合成DNA的引物。

4、DNA聚合酶（DNA polymerase）以DNA为模版的DNA合成酶
DNA聚合酶Ⅰ：具有DNA聚合酶活性和3’-5’核酸外切酶活性，既可合成DNA 链又能降解DNA链，保证了DNA复制的准确性；还具有5’-3’核酸外切酶活性，可作用于双链DNA，又可水解5’末端或距5’末端几个核苷酸处的磷酸二酯键，也可用于去除冈崎片段5’端RNA引物，使冈崎片段缺口消失，保证连接酶将片段连接起来
DNA聚合酶Ⅱ：修复DNA
DNA聚合酶Ⅲ：是大肠杆菌DNA复制中链延长反应的主导聚合酶，延长新生的DNA 链
DNA聚合酶Ⅳ与DNA聚合酶Ⅴ：主要在SOS修复过程中发挥作用
4、DNA连接酶
若双链DNA中一条链有切口，一段是3’-OH，另一端是5’-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，从而使两个片段的DNA链连接，它在DNA复制，损伤修复，重组中起重要作用。

7、、原核生物与真核生物DNA复制的异同
相同点：
半保留复制、不连续合成、有复制起始点和方向、都需要DNA聚合酶和解旋酶不同点：
1、复制起始点：真核生物每条染色质上可以有多出复制起点，而原核生物只有一个
2、真核生物的染色体在全部完成复制之前，各个起始点上DNA的复制不能在开始，而快速生长的原核生物中，复制起点上可以连续开始新的DNA复制
3、复制速度：真核生物中复制进行速度仅为原核生物的1/10
4、原核生物染色体的复制于细胞分裂同步，可以多次复制，真核生物的复制发生在S期，是细胞分裂的特定时期，仅一次。

5、真核生物DNA复制过程中的引物及冈崎片段的长度均小于原核生物，真核长约100~200个核苷酸，原核长约1000~2000个
6、聚合酶不同：原核简单，真核复杂
7、复制子不同：原核一个，真核多个
8、复制叉不同：原核多个，真核一个
9、真核生物末端有端粒结构
8、DNA修复
错配修复：错配修复是按模板的遗传信息来修复错配碱基的，
切除修复：切除突变的碱基和核苷酸片段
重组修复：发生在复制之后，主要作用重启停滞的复制叉
DNA的直接修复 (direct repair)：修复嘧啶二体或甲基化DNA
SOS反应：主要包括（1）DNA的修复；（2）产生变异。

SOS反应是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施。