《分子生物学》

第一章绪论

一．分子生物学的含义及其研究内容：

1. 分子生物学的含义：

广义：研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规侓性和互相关系的科学，是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。

狭义：研究范畴偏重于核酸（或基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调节控制等过程。（也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶的结构、功能的研究）

2. 分子生物学的研究内容：

（1）分子生物学的三条基本原理：

构成生物体各类有机大分子的单体在不同的生物体中都是相同的。

生物体内一切有机大分子的建成都遵循共同的规则。

某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性。

（2）研究内容：

DNA重组技术

DNA重组技术的应用前景：

用于大量生产某种在正常细胞代谢中产量很低的多肽：如激素、抗生素、酶类、抗体等，提高产量，降低成本，使许多有用多肽得到广泛的应用。

用于定向改造某些生物基因组结构,使其具备的特殊经济价值或功能提高、扩大

用于基础研究

基因表达调控研究

原核生物：基因组、染色体结构简单。转录、翻译在同一时间和空间内发生，调控主要在转录水平。

真核生物：存在细胞核结构。转录、翻译过程在时间、空间上都被隔开，且转录、翻译后存在复杂的信号加工过程。

调控：三个水平上

信号传导研究

转录因子研究

RNA剪辑

生物大分子的结构、功能研究

又称：结构分子生物学

研究生物大分子特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。

研究方向：结构的测定

结构运动变化规律

结构与功能相关关系

常用手段：X射线衍射的晶体学（三维结构及运动规律）

三维核磁共振，多维核磁研究液相结构

二．分子生物学简史：

三．分子生物学在生命科学中的地位：

与生物化学

与微生物学

与遗传学

与细胞生物学

与发育生物学

与生理学

其他

四．分子生物学的展望：

认识论上的重大飞跃

渗入到生物科学与相关其他学科中，使这些学科面目大为改观

本世纪的带头学科

动植物基因组的研究仍为分子生物学的重大课题

实际方面

复习题

名词解释

分子生物学，信号传导，转录因子，RNA剪辑

简答题

简述分子生物学的含义及研究内容

简述DNA重组技术的应用前景

简述真核生物基因表达调控的三个水平

第二章DNA的结构

一DNA的一级结构：

1、核酸是重要的生物大分子

根据化学成分分：DNA脱氧核糖核酸

RNA核糖核酸

功能：DNA：信息分子，生物的主要遗传物质，遗传信息的储存和携带者

RNA：参与信息的传递和表达过程，即在蛋白质生物合成中起作用。另：有些参与调控基因表达和核酸合成；有些具有生物催化作用（核酶）；RNA病毒是遗传物质2、基本组成

核酸

核苷酸

核苷磷酸

碱基（嘌呤、嘧啶）戊糖（核糖、脱氧核糖）

3、DNA的一级结构

（1）定义：四种脱氧核苷酸通过3，，5，—磷酸二酯键连接成多核苷酸链，各核苷酸在多核苷酸链上的排列顺序。

（2）脱氧核苷酸之间的连接方式

二DNA的二级结构

1．DNA碱基组成

（1）碱基当量定律

A+G=T+C

（2）不对称比率

A+T/G+C比值因物种而异

2．DNA的双螺旋结构

（1）DNA的双螺旋结构模型要点

DNA分子由两条反向平行的多聚脱氧核苷酸链组成，一条链的走向5，3，，另一条链的走向为3，5，，两条链沿一个假想的中心轴右旋相互盘绕，形成大沟（宽槽）和小沟（窄槽）。

磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架分位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，链间的碱基按A=T（两个氢键），C≡G（三个氢键）配对形成碱基平面，碱基平面与螺旋纵轴近于垂直。

螺旋的直径为20Å，相邻碱基平面的垂直距离为3.4Å，所以螺旋每隔10个碱基对（bp）重复一次，间距34 Å。

（2）DNA双螺旋结构的稳定因素

氢键

碱基堆积力

范德华力

磷酸基的负电荷静电斥力

碱基分子内能

3．DNA二级结构的不均一性、多样性

（1）DNA双螺旋结构的多态性

A-DNA、B-DNA、C-DNA、D-DNA、Z-DNA

（2）其他DNA螺旋结构

回文结构

概念：双链DNA中含有的二个结构相同，方向相反的序列称反向重复序列，又称回文结构

DNA三股螺旋

多聚嘧啶和多聚嘌呤组成的螺旋区段，在其序列中较长的镜像重复时，可形成局部三股配对并相互盘绕的三股螺旋

三DNA的变性和复性

1．概念

（1）DNA的变性：双螺旋DNA氢键断裂，空间结构破坏，形成单链无规则线团状态的过程。

（2）DNA的复性：变性的DNA互补链在适当条件下重新缔结成双链的过程。

（3）DNA的降解：DNA磷酸二酯键断裂的过程。

（4）增色效应：DNA变性后，在260nm处的紫外吸收值明显增加的现象。

（5）减色效应：DNA复性过程，在260nm处的紫外吸收值明显减小的现象。

（6）熔解温度（Tm）：DNA的热变性过程中，260nm处的紫外吸收值的增加量达到最大增量的一半时的温度。

（7）双螺旋的呼吸作用：双链DNA中配对碱基的氢键不断处于断裂和再生状态之中，特别是稳定性相对较低的富含A-T的区段，在微观上，常会发生瞬间的单链泡状结构，这种现象称双螺旋的呼吸作用

2．DNA的变性

Tm：DNA中C≡G含量

溶液中离子强度

DNA组成成分

尿素、甲酰胺

3．DNA的复性

复性的条件：足够高的离子强度

足够高的温度

影响复性速度的因素：DNA分子的复杂性

DNA浓度

DNA片段大小

温度

溶液阳离子浓度

四DNA超螺旋结构

1、是一切DNA（环状、线状）的共有的重要特征

拓扑异构酶拓扑异构酶

负超螺旋松弛DNA 正超螺旋

溴乙锭溴乙锭

2、拓扑异构酶

概念：在真核、原核生物中发现有催化双螺旋DNA的超螺旋化或者回到松弛态的酶类，即负责DNA拓扑异构体的超螺旋与松弛态相互间的转化，反应都与链的

切断——缝合机制相关。

复习题

DNA的一级结构，回文结构，DNA的变性，DNA的复性，增色效应，减色效应，熔解温度（Tm），拓扑异构酶，双螺旋呼吸作用，镜像重复

总结DNA的双螺旋结构模型要点

简述在DNA热变性过程中，影响熔解温度（Tm）的因素有哪些？

简述DNA复性的两个基本要求是什么？

简述影响复性速度的因素

简述拓扑异构酶的概念、分类、特点及作用机理

第三章基因的组织与结构

一原核生物的基因组和基因

原核生物基因组的结构特点：

基因组小，DNA含量低

结构简练

存在转录单位

有重叠基因