现代分子生物学重点

现代分子生物学

第一章

DNA的发现：

1928年，英国Griffith的体内转化实验

1944年，Avery的体外转化实验

1952年，Hershey和Chase的噬菌体转导实验

分子生物学主要研究内容（p11）

DNA的重组技术

基因表达调控研究

生物大分子的结构功能研究——结构分子生物学

基因组，功能基因组与生物信息学研究

第二章

DNA RNA组成

脱氧核糖核酸 A T G C 核糖核酸 A U G C

原核生物DNA的主要特征

①一般只有一条染色体且带有单拷贝基因；

②整个染色体DNA几乎全部由功能基因与调控序列组成；

③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。

染色体作为遗传物质的特点：

（1）分子结构相对稳定（贮存遗传信息）

（2）通过自我复制使前后代保持连续性（传递遗传信息）

（3）通过指导蛋白质合成控制生物状态（表达遗传信息）

（4）引起生物遗传的变异（改变遗传信息）

C值以及C值反常

C值单倍体基因组DNA的总量

C值反常C值往往与种系进化的复杂程度不一致，某些低等生物却有较大的C值。如果这些DNA 都是编码蛋白质的功能基因，那么，很难想象在两个相近的物种中，他们的基因数目会

相差100倍，由此推断，许多DNA序列可能不编码蛋白质，是没有生理功能的。

DNA的中度重复序列，高度重复序列

中度各种rRNA，tRNA以及某些结构基因如组蛋白基因都属于这一类

高度卫星DNA

核小体

是由H2A H2B H3 H4 各2分子生成的八聚体和约200bp的DNA构成的，H1在核小体外面。

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；

③大部分为非编码序列，90％以上；

④转录产物为单顺反子；

⑤断裂基因；

⑥大量的顺式作用元件；

⑦DNA多态性：SNP和串联重复序列多态性；

⑧端粒（telomere）结构。

DNA的一级结构，二级结构

一级机构

指构成核酸的四种基本组成单位--脱氧核糖核苷酸(核苷酸)的连接和排列顺序，表示了该DNA分子的化学组成。

DNA一级结构基本特点

①DNA由2条相互平行的脱氧核苷酸盘绕而成；

②DNA分子中的脱氧核糖和磷酸连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基排在内侧；

③两条链的碱基按照碱基互补配对原则通过氢键结合形成碱基对。

DNA的二级结构

定义：指两条脱氧多核苷酸链反向平行盘绕所组成的双螺旋结构。

两条相同、反向结合、碱基互补配对、氢键

分类：根据DNA双螺旋结构螺距和旋转方向不同，可以分为B-DNA,A-DNA,Z-DNA等

半保留复制：

DNA在复制前氢键断裂，双螺旋解旋并分开，每一条作为合成新链的模板，按碱基配对的规则产生互补的两条链。因此子代DNA双链中一条是原来的链，另一条是新合成的。

复制子（replicon）:DNA复制时，并不是整条链全部打开，而是在复制的局部将链打开，形成复制单位。

即从起始位点到终止位点的全部DNA。

复制叉（replication fork）：DNA分子在复制时，在复制起始位点两条链解开成单链，各自作为模板合成

互补链，所以这个复制起点呈现叉子的形式。

环状DNA的复制

⑴θ型⑵滚环型（rolling cycle）⑶D-环型（D-loop）

原核生物DNA复制的特点：

最小复制起始位点：一段245bp的序列，3个13聚体的回文结构＋4个9聚体的重复序列（复制起始蛋白结合位点）。

原核DNA复制的过程：

1、DNA双螺旋的解旋

⑴解旋酶（helicase）：dnaB编码的DnaB，通过水解ATP获得能量，沿5’→3’方向解开DNA双链。

（Rep 3’→5’）

⑵单链DNA结合蛋白（SSB）：能结合并覆盖在单链DNA上，防止解开的DNA单链被酶降解以及

重新结合成双链，以保持单链的存在。原核生物SSB具“协同作用”。

⑶DNA拓扑异构酶（DNA topoisomerase）：催化DNA断裂和重新连接。

2、DNA复制的引发

引发酶：引物合成。DNA聚合酶不能引发DNA新生链的合成，先由引发酶催化合成RNA引物，DNA聚合酶再从RNA引物3’端开始合成新的DNA链。

后随链：引发前体（6种蛋白组成）＋引发酶组成引发体，发挥功效。

3、冈崎片段与半不连续复制

半不连续复制（semidiscontinuous replication）：DNA复制时其中一条子链的合成是连续的，而另

一条子链的合成是不连续的，故称半不连续复制。

DNA复制时，DNA聚合酶合成方向都是5’→3’方向延伸。合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链为先导链（领头链）；合成方向与复制叉移动的方向相反，先按5’→3’顺序合成一短DNA（冈崎片段），再连成一条完整的DNA链为滞后链（随从链）。

4、复制的终止

复制终止子序列（Ter）：特定终止区域，Ter-tus复合物使DnaB不再解链，阻挡复制叉前移。

5、DNA聚合酶

以DNA为模板的DNA合成酶

以四种dNTP为底物

反应需要有模板的指导

Mg2+存在

反应需要有3'-OH存在

DNA链的合成方向为5 '→ 3 '

原核生物DNA聚合酶的作用

DNA聚合酶Ⅰ(polⅠ)：在修复中起作用

DNA聚合酶Ⅱ(polⅡ）：修复DNA

DNA聚合酶Ⅲ(polⅢ）：DNA的真正复制酶

真核生物DNA复制的特点

1、真核生物每条染色体上有多个复制起点，多复制子

2、真核生物染色体在全部复制完之前,各个起始点不再重新开始DNA复制；而在快速生长的原核生物

中，复制起点可以连续开始新的复制(多复制叉)。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。

3、真核生物有多种DNA聚合酶。

真核生物DNA聚合酶

α：复制，还具有引物酶活性，后滞链的合成

β：修复作用，在DNA链上加上一个核苷酸

γ：线粒体DNA复制中起作用

δ：复制主要的酶。先导链合成，行进距离大

ε：后随链合成有关

DNA损伤的修复

1、错配修复

2、切除修复

3、重组修复4 、DNA的直接修复 5 、SOS反应

原核转座子：

①IS－两端有ITR，只编码转座酶

②复合转座子－两端有IS或类IS，编码抗生素

③TnA转座子－两端有ITR，可编码转座酶、解离酶、抗性物质。

插入序列（insertion sequence，IS）

（1）是一类较小的没有表型效应的转座因子，长度约750~1500bp；λ::IS1

（2）由一个转位酶基因和两侧的反向重复序列组成；

（3）可双向插入靶位点，在插入后的两侧可形成正向重复序列

复合转座子（copmposite transposon）

①是一类较大的可移动成分；

②中心区域含有关转座的基因，如转座酶；

③带有一个或几个与转座作用无关的但可决定宿主菌遗传性状的基因，如大肠杆菌毒素Ⅰ基

因、抗药性基因等。

转座子A家族（transposon A, TnA）

不仅编码抗性标记基因，还编码转座酶和解离酶。

解离需要一个特异性的内部部位，这是TnA族的重要特征。

转座作用机制

①复制型转座（replicative transposition）

②非复制型转座（nonreplicative transposition）

③保守性转座（conservative transposition）

第三章

编码链，正义链，模板链，反义链（知道图上的位置）

作为模板进行转录的DNA链称为模板链、反义链或负链；