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分子生物学

第一章绪论

分子生物学研究内容有哪些方面？

1、结构分子生物学；

2、基因表达的调节与控制；

3、DNA重组技术及其应用；

4、结构基因组学、功能基因组学、生物信息学、系统生物学

第二章DNA and Chromosome

1、DNA的变性：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。

2、DNA复性：变性DNA在适当条件下，分开的两条单链分子按照碱基互补原则重新恢复天然的双螺旋构象的现象。

3、Tm(熔链温度)：DNA加热变性时，紫外吸收达到最大值的一半时的温度，即DNA分子内50%的双链结构被解开成单链分子时的温度）

4、退火：热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，称为退火

5、假基因：基因组中存在的一段与正常基因非常相似但不能表达的DNA序列。以Ψ来表示。

6、C值矛盾或C值悖论:C值的大小与生物的复杂度和进化的地位并不一致，称为C值矛盾或C值悖论(C-Value Paradox)。

7、转座：可移动因子介导的遗传物质的重排现象。

8、转座子：染色体、质粒或噬菌体上可以转移位置的遗传成分

9、DNA二级结构的特点：1）DNA分子是由两条相互平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成；2）DNA分子中的脱氧核苷酸和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在外侧；3）DNA分子表面有大沟和小沟；4）两条链间存在碱基互补，通过氢键连系，且A=T、G ≡ C（碱基互补原则）；5）螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm，相邻两个碱基对之间的垂直距离为0.34nm，每圈螺旋包含10个碱基对；6）碱基平面与螺旋纵轴接近垂直，糖环平面接近平行

10、真核生物基因组结构：编码蛋白质或RNA的编码序列和非编码序列，包括编码区两侧的调控序列和编码序列间的间隔序列。

特点：1）真核基因组结构庞大哺乳类生物大于2X109bp；2）单顺反子（单顺反子：一个基因单独转录，一个基因一条mRNA，翻译成一条多肽链；）3）基因不连续性断裂基因（interrupted gene）、内含子(intron)、外显子(exon)；4）非编码区较多，多于编码序列(9:1) 5）含有大量重复序列

11、Histon(组蛋白)特点：极端保守性、无组织特异性、氨基酸分布的不对称性、可修饰作用、富含Lys的H5

12、核小体组成：由组蛋白和200bp DNA组成

13、转座的机制：转座时发生的插入作用有一个普遍的特征，那就是受体分子中有一段很短的被称为靶序列的DNA会被复制，使插入的转座子位于两个重复的靶序列之间。

复制型转座：整个转座子被复制，所移动和转位的仅为原转座子的拷贝。

非复制型转座：原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位。

第三章DNA Replication and repair

1、半保留复制：DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱

基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。

2、复制子：生物体内能独立进行复制的单位

3、前导链：以复制叉移动的方向为标准，一条模板链的走向是3’→5’，子代链复制时以5’→3’方向连续合成，这一条链称为前导链

4、滞后链：另一条模板链的走向是5’→3’，子代链通过不连续的5ˊ-3ˊ聚合而成，称为滞后链(lagging strand)。

5、冈崎片段：滞后链的合成是一段一段的。DNA复制时，由滞后链所形成的子代DNA短链称为冈崎片段

6、端粒:是真核生物线性染色体末端的特殊结构，含物种特异性（species-specific）的DNA 重复序列。

7、逆转录：以RNA为模板, 按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA的过程，称为反转录(reverse transcription, RT)。该过程由逆转录酶催化进行，亦称反转录

8、DNA复制的主要特征：半保留复制、双向复制、半不连续复制、保真性

9、DNA复制的几种方式：

10、DNA polymerases（DNA聚合酶）in E. Coli及其主要功能

DNA Pol Ⅳ：din B编码

DNA Pol Ⅴ：umc C, umc D编码

两者涉及DNA的错误倾向修复(error-prone repair)。当DNA受到较严重损伤时，即可诱导产生这两个酶，使修复缺乏准确性（accuracy)，因而出现高突变率。高突变率虽会杀死许多细胞，但至少可以克服复制障碍，使少数突变的细胞得以存活。

11、单链DNA结合蛋白（SSB）：在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。其作用是保证被解链酶解开的单链在复制完成之前能保持单链结构。

12、常见的真核细胞DNA聚合酶及其功能

13、原核生物DNA复制的过程（课本P50-P52）

1）复制的起始：识别起始点，合成引发体：在E.coli，DnaA蛋白识别并结合ori，DnaC 协助DnaB 蛋白（解链酶, helicase）结合于ori ，DNA双链局部被打开，引物酶及其他蛋白加入，形成引发体。

形成单链：促旋酶（II型拓扑异构酶）解开DNA超螺旋，解链酶解开双链，单链结合蛋白SSB结合于处于单链状态模板链上。

合成引物：前导链的引物由RNA聚合酶合成，滞后链的引物由引发酶合成。引物提供3’-OH，复制进入延伸阶段

2）复制的延伸：按照与模板链碱基配对的原则，在DNA聚合酶III的作用下，逐个加入脱氧核糖核酸，使链延长。

DNA聚合酶的即时校读和碱基选择功能，确保复制的保真性。

由于DNA双链走向相反，DNA聚合酶只能催化核苷酸从5’→3’方向合成，前导链的复制方向与解链方向一致，可以连续复制，而另一模板链沿5’→3’方向解开，随从链（滞后链）的复制方向与解链方向相反，复制只能在模板链解开一定长度后进行，因此随从链的合成是不连续的，形成的是若干个岗崎片段。DNA聚合酶I的3’-5’核酸外切酶活性去除RNA引物。DNA聚合酶I填补DNA间隙。连接酶使相邻两个DNA片段的3’-OH末端和5’-P末端形成3’，5’磷酸二酯键。

3）复制的终止：两个复制叉的汇合点就是复制的终点。两个复制叉向前推移，在终止区相遇而停止复制，复制体解体

14、DNA复制过程中后随链的合成：后随链开始合成DNA时，需要一段RNA引物、后随链的引发过程引发体来完成引发体像火车头一样在后随链分叉的方向上前进，并在模板上断断续续地引发生成后随链的引物RNA短链，再由DNA聚合酶III作用合成DNA，直到遇到下一个引物或冈崎片段为止。由RNaseH降解RNA引物并由DNA聚合酶I将缺口补齐，再由DNA连接酶将两个冈崎片段连接在一起形成大分子DNA。

15、与原核生物相比真核生物DNA复制的特点：DNA复制发生在细胞周期的S期；

染色体DNA有多个复制起点，为多复制子；

冈崎片段长约100—200 bp。

每个复制子在染色体DNA全部复制完成前，不能再开始新一轮复制；而在快速生长的原核中，起点可以连续发动复制。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。

复制叉移动速度较原核生物慢（1/20）；

真核生物线性染色体两端有端粒结构，防止染色体间的末端连接和核酸酶降解。由端粒酶负责新合成链5端RNA引物切除后的填补，保持端粒的一定长度。

16、几种修复机制：

1）直接修复2）错配修复3）切除修复4）重组修复5)SOS修复

第四章转录

概念：模板链与编码链：DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(template strand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(coding strand)，也称为反义链或Crick链。

启动子：RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。

终止子（terminator）：提供转录终止信号的DNA序列。

终止因子(termination factor) ：协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）。

外显子&内含子：不编码的插入序列，称内含子；编码的序列称外显子。

断裂基因：大多数真核生物基因的核苷酸顺序不全部反映到蛋白质一级结构上。基因的编码序列被不编码的插入序列分割成几段，这样的基因称为断裂基因。

RNA编辑：mRNA分子由于核苷酸的缺失、插入或置换导致序列发生了不同于模板DNA的变化，这种现象称为RNA编辑。

RNA聚合酶组成: 1)原核生物——2个α亚基、1个β亚基、1个次β亚基、1个ω亚基、1个σ亚基构成RNA聚合酶的全酶。 2）真核生物——一般有8-16个亚基，有两个分子质量超过100000的大亚基，同种生物3类聚合酶（聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）有共享小亚基的倾向即有几个小亚基是3类或2类聚合酶所共有的。σ70 识别的启动子：E. coli中σ70 识别的启动子包含2个保守的核心序列-10 区和-35 区：

-10 区(TATA box, Pribnow box)

中心位于转录起始位点上游10bp处，一致序列(Consensus sequence)为T80A95T45A60A50T96, 所以称-10