分子生物学课件整理

注：根据课件容简单整理，为了方便大家理解，容较多;如果仅仅为了考试，可以根据自己的需要进行容的删减。

Lecture 1. Introduction1. What is Molecular Biology?Molecular biology seeks to explain the relationships between the structure and function of biological molecules and how these relationships contribute to the operation and control of biochemical processes.Molecular biology is the study of genes and their activities at the molecular level, including transcription, translation, DNA replication, recombination and translocation.分子生物学的研究容Major content of molecular biology◆ Structure and Function of nucleic acid★conformation and function of DNA★conformation and function of RNA◎mRNA ◎tRNA◎rRNA ◎ ribozyme ◎antisence RNA◎ microRNA ◎ RNA interfrence人们开发出：RNAi、RNAa、ncRNA、SiRNA、microRNA、Antisene RNA、SatellileRNA、TelomereRNA、lincRNA、InCRNA、PiRNA、qiRNA、endoSiRNA 等等，其他还有RNA结合蛋白(RNPs)、RNA酶等成百上千种RNA相关的新成员，组成了一个庞大的RNA新世界这些RNA不仅在基因-蛋白质的合成中发挥重要作用，它更调节和管理着—基因的转录、表达、表型等几乎所有的功能。

在细胞增殖、分化、生长、凋亡、生殖、发育、遗传、损伤、修复、炎症、感染、防治等一切生命活动中发挥着重要作用；RNA还是生命起源的“先驱’’，近年来研究证明，RNA比DNA更古老，它是地球上最早出现的生命形式；它可以携带遗传信息，能自我复制，自我进化，自我编译，又具有催化分子功能------,以后才有了DNA和蛋白质，才有了今天的生物世界。

RNA更是人类生命健康的维护者，它不仅调节和管理着人类的一切生命活动，而且它还是防治许多重大的疾病和开发新药物的靶分子和预警分子，并可直接和间接的发挥防治疾病的作用。

◆Functional Genomics◎As the Human Genome Project has mostly determined the genetic sequence, the next step is functional genomics, which will reveal each gene's functions and controls◎ Human Genome Diversity Project◎ Environmental Genome Project◎Pharmacogenomics◎Comparative GenomicsArtificial life人工生命是通过人工模拟生命系统,来研究生命的领域。

人工生命的概念，包括两个方面容1.属于计算机科学领域的虚拟生命系统，涉及计算机软件工程与人工智能技术，以及2.基因工程技术人工改造生物的工程生物系统，涉及合成生物学技术。

分子生物学与医学◆人体发育调控和人体功能调控的分子生物学基础◎发育、分化与衰老的分子生物学基础◎细胞增殖调控的分子生物学基础◎神经、分泌和免疫调控的分子生物学基础◆基因与疾病◎疾病的分子机理致病基因的克隆复杂疾病的分子基础◎基因诊断◎基因治疗Lecture 2 structure and function of gene第一节基因的概念及其发展一基因（gene）（一）基因的概念的产生和发展2、Morgan 基因的物质载体是染色体3、G.Beadle & R.Tatum基因是决定蛋白质一级结构的遗传物质单位5、O. Avery基因的化学本质是DNA6、Jacob & Monod基因是在特定的遗传调控系统的调节下和控制下表达其功能的遗传物质单位7、现代的基因概念基因是核酸分子中储存遗传信息的遗传单位，是指储存有功能的蛋白质多肽链或RNA序列信息所必需的全部核苷酸序列二、基因组（genomic）The genome is the entirety of an organism's hereditary information. It is encoded either in DNA or, for many types of virus, in RNA. The genome includes both the genes and the non-coding sequences of the DNA细胞或生物体中，一套完整单倍体的遗传物质的总和。

人类基因组包含24条染色体以及线粒体上的全部的遗传物质。

第二节真核生物基因组一、基因分类1、结构基因（strutual gene）可被转录形成mRNA并进而翻译位多肽链，构成各种结构蛋白的基因2、调节基因（regulatory gene）可调节、控制结构基因表达的基因。

其突变可能会影响一个或多个结构基因的功能，导致一个（或多个）蛋白质的改变。

3、rRNA基因和tRNA基因二、基因的结构enhancer pr omoter e xon 5UTR, 3UTR intron（一）编码区1 、外显子（exon） 2、含子（intron）★GT—AG规则：含子多是以GT开始，并以AG结尾★一个基因的含子可以是另一个基因的外显子。

★外显子的数量是描述基因结构特征的重要指标。

三、调控元件（acting elements）（二）前导区：位于编码区的上游，相当于mRNA5端的非编码区（三）调节区：包括启动子、增强子等基因编码区的两侧，也称侧翼序列◎顺式调控元件（cis-acting elements）：与结构基因表达调控相关。

能够被基因调控蛋白特异性识别和结合的DNA序列。

◎反式调控元件（trans-acting elements）:一些可以通过结合顺式元件而调节基因转录活性的蛋白因子。

（一）启动子（promoter）启动子是DNA分子可以与RNA聚合酶特异结合的部位，也就是使转录开始的部位。

在基因表达的调控中，转录的起始是个关键。

常常某个基因是否应当表达决定于在特定的启动子起始过程。

2 启动子的类型(1)一类是RNA聚合酶可以直接识别的启动子这类启动子应当总是能被转录。

但实际上也不都如此，外来蛋白质可对其有影响，即该蛋白质可直接阻断启动子，也可间接作用于邻近的DNA结构，使聚合酶不能和启动子结合 (2)另一类启动子在和聚合酶结合时需要有蛋白质辅助因子的存在。

这种蛋白质因子能够识别与该启动子顺序相邻或甚至重叠的DNA顺序。

3 启动子的共同顺序⑴真核生物基因启动子位于RNA合成开始位点的上游大约10bp和35bp处有两个共同的顺序，称为-10和-35序列。

这两个序列的共同顺序如下,-35区“AATGTGTGGAAT”， -10区“TTGACATATATT”。

-10序列又称为Pribnow盒(原核生物)。

是RNA聚合酶所结合和作用必需的顺序⑵真核生物基因启动子▲TATA box（Goldberg-Hogness box）：位于-35bp处，序列为TATA（A/T）A（T/A）是RNA聚合酶Ⅱ的结合部位▲CAAT盒：在转录起始位点上游70-80bp处保守的共同顺序：GCCTCAATCT。

RNA聚合酶Ⅱ可以识别这一顺序。

⑶启动子中的－10和-35序列是RNA聚合酶所结合和作用必需的顺序[1]RNA聚合酶能和-35和-10序列中的碱基和DNA主链中的磷酸基相接触;[2]离开共同顺序较远的启动子的活性亦较弱;[3]最重要的是，破坏启动子功能的突变中有75%都是改变了共同顺序中的碱基，其余25%亦为离共同顺序较近的。

-35和-10序列相距约20bp，即大致是双螺旋绕两圈的长度。

因为这两个结合区是在DNA分子的同一侧面，可见此酶是结合在双螺旋的一面。

可以想像，它能"感觉到每个结合区的沟底中碱基所产生的特异形状。

"（三）增强子（enhancer )★位于结构基因附近，能够增强该基因转录活性的一段DNA顺序称为增强子(enhancer)。

★增强子是另一类顺式作用的DNA片段，可使基因转录的速率大大提高。

增强子的类型①组织和细胞专一性增强子许多增强子的增强效应有很高的组织细胞专一性，只有在特定的转录因子(蛋白质)参与下，才能发挥其功能。

②诱导性增强子这种增强子的活性通常要有特定的启动子参与。

例如，金属硫蛋白基因可以在多种组织细胞中转录，又可受类固醇激素、锌、镉和生长因子等的诱导而提高转录水平。

增强子的特点①增强子可提高同一条DNA链上基因转录效率，可以远距离作用，通常距离l～4kb，个别情况下离开所调控的基因30kb仍能发挥作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。

②增强子作用与其序列的正反方向无关，将增强子方向倒置依然能起作用。

而将启动子倒置就不能起作用，可见增强子与启动子是很不相同的。

③增强子要有启动子才能发挥作用，没有启动子存在，增强子不能表现其活性。

但增强子对启动子没有严格的专一性，同一增强子可以影响不同类型启动子的转录。

④增强子必须与特定的蛋白质因子结合后才能发挥增强转录的作用。

增强子一般具有组织或细胞特异性，许多增强子只在某些细胞或组织中表现活性，是由这些细胞或组织中具有的特异性蛋白质因子所决定的。

例如，人类胰岛素基因5’端上游约250个核苷酸处有一组织特异性增强子。

在胰岛素p细胞中有一种特异性蛋白因子，可以作用于这个区域，以增强胰岛素基因的转录。

在其他组织细胞中没有这种蛋白因子，所以也就没有此作用。

⑤大多为重复序列，一般长约50bp，适合与某些蛋白因子结合。

其部常含有一个核心序列，即(G)TGGA／TA／TA／T(G)，是产生增强效应时所必需的。

⑥许多增强子还受外部信号的调控，如金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。

增强子的作用机理①增强子中有Z-DNA结构，这种结构的双链间距离大于B-DNA，与蛋白质的亲和力更高一些，有利于转录。