《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二真核生物基因组及其组分1.真核生物基因组结构特点分子量大染色体是DNA的载体转录、翻译存在严格空间间隔重复序列蛋白质编码基因往往以单拷贝存在复杂的成熟和间接过程调控2. DNA序列的分类非重复序列轻度重复序列中度重复序列高度重复序列—卫星DNA三基因家族概念真核生物的基因组中有许多来源相同，结构相似，功能相关的基因，这样一组或一套基因组合称基因家族。

2、分类简单多基因家族复杂多基因家族发育调控的多基因家族3、简单多基因家族在家族中有一个或几个（数个）基因以串联方式重复排列，基因与基因之间有中度重复序列，在基因组中分散成若干基因簇，各基因含有单一转录单元和非转录区4、复杂多基因家族由几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单元（存在不同形式的复杂多基因家族）5、发育调控的多基因家族不同组织，细胞类型，时间表达的复杂多基因家族。

四真核生物的不连续基因1.外显子，内含子概念内含子：存在于初级转录产物或基因组DNA中，但不包括在成熟mRNA、tRNA或rRNA 中的那部分核苷酸序列（非编码序列），也即初级转录产物hnRNA加工产生成熟mRNA时被切除的间隔序列。

外显子：成熟mRNA或蛋白质中存在的序列（蛋白质编码序列）3.基因断裂结构的重要特点外显子与内含子的可变性外显子与内含子的连接区五假基因概念在一些基因家族中，利用cDNA探针分子杂交找到若干可以杂交的同源性片段，一些在序列上与活性基因相似，但不具备有功能，不能转录或翻译生成成熟mRNA或蛋白质，或产生过早终止的无活性肽链，或由于错误的阅读框架形成无活性的蛋白质，这种序列称假基因。

例：血红蛋白珠蛋白基因家族：α家族：移码突变或中止密码突变而不能表达，而且缺两个内含子。

碱基突变不能产生有功能的蛋白质。

β家族：缺乏内含子剪接加工的5，共同序列。

PolyA的信号由AATAAA突变成AATGAA。

正常的起始密码子ATG为GTG所取代。

从编码第38个氨基酸开始有20个核苷酸的缺失，造成一个终止密码，使肽链提前终止。

六转位因子1、概念概念一些DNA序列，能在同一细胞的不同染色体之间，或同一染色体的不同位点之间转移，且转移不依赖于序列的同源性，在原位点上此序列不丢失，只是它的一个新拷贝插上到新的位点。

1、结构特点1、结构特点：在转位因子的两端，存在末端重复序列（TIR），在转位过程中至关重要。

2、结构特点：绝大多数转位因子含有开放阅读框架（ORF），它可能编码转座酶，促进转位因子的转位。

3、结构特点：受体DNA上很短的一段靶序列，由于转位因子的插入，靶序列在转位因子的两侧形成正向重复序列。

靶序列的长短对每类转位因子都是特异的。

4、识别机制：“区域性优先”，绝大多数转位因子可以插入到染色体DNA的任何碱基序列内，但更倾向于插入到某些特定的“靶序列”位点。

5、插入机制：取决于DNA双螺旋状态或DNA-蛋白质的结合状况等，而不是取决于靶的具体序列，不依赖于给体和受体序列之间的任何同源性的相互关系，即有别于DNA重组现象。

6、每个转位因子携带自身转位所需的基因。

7、转位作用可以引起缺失和倒位，一段序列转位到新的位点，可以阻碍有关基因的转录和翻译。

2、分类4、转位作用的机理复习题名词解释：重叠基因，重复序列，卫星DNA，基因家族，外显子，内含子，假基因，转位因子，插入序列问答题真核生物不连续基因的特点举例说明基因家族的各种类型根据复性动力学的研究及重复频率对DNA序列进行分类真核生物与原核生物基因组结构特点及区别转位因子的特点转位因子的作用机理（转位因子的转位作用与重组过程的区别，能根据图示区分两个过程及顺序）1、IS元件整合到靶位点时发生什么？2、一个复合转座子和一个IS元件之间的关系是什么？3、列出一个转座子插入到一个新位点所要求的步骤？4、分析比较细菌转座子的结构与特点？5、比较简单转座模型和复制转座模型，指出他们的不同之处？第四章蛋白质与DNA的相互作用一DNA结合蛋白质的检测和纯化：1. 凝胶滞留法分析DNA结合蛋白2. 足迹法分析DNA上蛋白质结合位点3. 亲和层析分离纯化结合蛋白质二蛋白质与DNA结合的特性1.结合类型与单链RNA与茎环结构与双链DNA的普遍结合与双链DNA的特异性结合2.蛋白质与DNA结合的一般规律1、识别部位的DNA序列具有某种二度对称性，结合蛋白质分子具有二个结合位点，分别与之结合。

2、接触区：蛋白质和DNA接触区只在DNA分子的一侧。

3、“识别螺旋”：蛋白质分子中存在一个或几个α-螺旋区，某个螺旋（识别螺旋）负责与DNA特异性结合，此α-螺旋区内氨基酸与DNA特定部位的碱基接触。