全套课件 分子生物学基础

第一节 染色体
二、原核生物的染色体
1．细菌染色体形态结构
大肠杆菌染色体长为1 333μm，而要装入长约2μm宽1μm的细胞中， 为此DNA必定以折叠或螺旋状态存在。有实验证明：在DNA分子进行折 叠或螺旋过程中还依赖于RNA分子的作用。如300μm的环状DNA（图21A），通过RNA分子的连接作用将DNA片段结合起来形成环（loop）， 从而导致DNA长度缩小成为25μm（图2-1B），在活体大肠杆菌染色体上 约有50多个这样的环。接着每个环内DNA进一步螺旋，使DNA长度进一 步缩短为1.5μm，而形成更高级结构的染色体（图2-1C）。因此，细菌的 染色体不是一条裸露的DNA链，而是以高度的组装形式存在，同时这种 组装不仅为了适应细菌细胞的狭小空间，而且还要有利于染色体功能的 实现，便于染色体复制和基因表达。
染色体只在细胞分裂期，人们才能在光学显微镜下观察到这些结构。 它们存在于细胞核，呈棒状的可染色结构，故称为染色体。细胞分裂时， 每条染色体都复制生成一条与母链完全一样的链，形成同源染色体对。
作为遗传物质，染色体具有以下特征：①分子结构相对稳定；②能 够自我复制，使亲代、子代之间保持连续性；③能够指导蛋白质的合成； ④能够产生可遗传的变异。
第一节 染色体
图2-1 大肠杆菌（E. coli）染色体的基本结构
第一节 染色体
2．原核生物DNA基因组的组织结构特点 （1）结构简练 原核DNA分子的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，这与真核DNA的冗余现象不同。 （2）基因种类和数量较少 原核细胞中染色体一般只有一条双链DNA 分子，且大都带有单拷贝基因，且多以重叠基因的形式存在，只有很少 数基因（如rRNA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。 （3）以操纵子为转录单元 原核生物DNA序列中功能相关的RNA和蛋 白质基因，往往丛集在基因组的一个或几个特定部位，形成功能单位或 转 录 单 元 ， 它 们 可 被 一 起 转 录 为 含 多 个 mRNA 的 分 子 ， 叫 多 顺 反 子 mRNA。ΦX174及G4基因组中就含有数个多顺反子。功能相关的基因串 联在一起转录产生一条多顺反子mRNA链，然后再翻译成各种蛋白质。
分子生物学基础
第一章 绪 论
第一节 概述
一、分子生物学的基本含义 广义上讲，对蛋白质和核酸等生物大分子结构和功能的研究都属于分子生 物学的研究范畴，也就是从分子水平阐述生命的现象和生物学规律。例如，蛋 白质的结构、运动和功能，酶的作用机理和动力学，膜蛋白结构与功能和跨膜 运输等。从这个角度看，分子生物学几乎已经包括了生物学领域的许多方面。 但实际上，随研究的深入，这些内容已逐步发展成了各自独立的学科。因此， 目前人们常采用狭义的概念，分子生物学主要是研究生物体主要遗传物质—基 因或DNA的结构与功能、复制、转录、表达和调节控制等过程的科学。当然也 涉及到与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。
5．发育生物学与分子生物学
分子生物学还对发育生物学研究产生了巨大的影响。人们早就知道， 个体生长发育所需的全部信息都是储存在DNA序列中的，如果受精卵中 的遗传信息不能按照一定的时空顺序表达，个体发育规律就会被打乱， 高度有序的生物世界就不复存在。大量分子水平的实验证明，同源转换 区(homeobox)及同源转换结构域(homeolomain)在个体发育过程中发挥了 举足轻重的作用。专家估计，这个领域的研究将为发育生物学带来一场 革命。
第二节 分子生物学发展简史
2．分子生物学与细胞生物学 细胞生物学是在细胞、细胞超微结构和分子水平等不同层次上，以研究细胞 结构、功能及生命活动为主的基础学科。分子生物学是细胞生物学的主要发展方 向，也就是说，在分子水平上探索细胞的基本生命规律，把细胞看成是物质、能 量、信息过程的结合，而且着重研究细胞中的遗传物质的结构、功能以及遗传信 息的传递和调节等过程。 3．遗传学与分子生物学 遗传学是分子生物学发展以来受影响最大的学科。孟德尔著名的皱皮豌豆和 圆粒豌豆子代分离实验以及由此得到的遗传规律，纷纷在近20年内得到分子水平 上的解释。越来越多的遗传学原理正在被分子水平的实验所证实或摈弃，许多遗 传病已经得到控制或矫正，许多经典遗传学无法解决的问题和无法破译的奥秘， 也相继被攻克，分子遗传学已成为人类了解、阐明和改造自然界的重要武器。
第一节 概述
二、分子生物学的主要研究内容 它的研究内容主要有以下几个方面： 1．DNA的复制、转录和翻译 2．基因表达调控的研究 3．DNA重组技术 4．结构分子生物学 5．基因与基因组以及功能基因组的研究
第二节 分子生物学发展简史
一、分子生物学的建立和发展 1．准备和酝酿阶段 2．现代分子生物学的建立和发展阶段 3．初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段
第二节 分子生物学发展简史
三、分子生物学的现状与展望
1．功能基因组学 2．蛋白质组学 3．生物信息学
分子生物学基础
第二章 DNA的结构、复制和修复
第一节 染色体
一、染色体概述
染色体在不同的细胞周期有不同的形态表现。在细胞大部分时间的 分裂间期表现为染色质 (chromatin)。染色质是细胞核内可以被碱性染料 着色的一类非定形物质。它以双链DNA为骨架，与组蛋白(hilston)、非组 蛋白(non-histon)以及少量的各种RNA等共同组成丝状结构。在染色质中， DNA和组蛋白的组成非常稳定，非组蛋白和RNA随细胞生理状态不同而 有变化。在细胞分裂期，染色质纤丝经多级螺旋化形成一种有固定形态 的复杂的立体结构的染色体。
第二节 分子生物学发展简史
4．生物分类学与分子生物学
分类和进化研究是生物学中最古老的领域，它们同样由于分子生物 学的渗透而获得了新生。过去研究分类和进化，主要依靠生物体的形态， 并辅以生理特征，来探讨生物间亲缘关系的远近。现在，反映不同生命 活动中更为本质的核酸、蛋白质序列间的比较，已被大量用于分类和进 化的研究。由于核酸技术的进步，科学家已经可能从已灭绝的化石里提 取极为微量的DNA分子，并进行深入的研究，以此确证这些生物在进化 树上的地位。
第二节 分子Βιβλιοθήκη 物学发展简史二、分子生物学与其它学科的关系 1．分子生物学与生物化学 分子生物学是从分子水平研究生命现象。生物化学是从分子水平研究生命化 学现象。在研究方向上，分子生物学主要是研究蛋白质、核酸和其它生物大分子 的结构与功能，以及它们之间的相互作用，着重解决细胞中信息传递和代谢调节 的问题。而生物化学主要研究大、小分子在生命活动中的代谢过程，即重点是分 子的代谢转化。 从学科范畴上讲，分子生物学包括生物化学；从研究的基本内容讲，遗传信 息从DNA到蛋白质的过程，其许多内容又属于生物化学的范畴。