分子生物学总结知识点

绪论•办公室：生物新馆327•Tel：81612•E-mail：yyxiamen@ •Office Hour：•周二2：00-4：00•生物学(Biology)–研究和生命相关的所有面向–生命科学的核心部分•生命科学(Life Sciences)–还包括生物学相关领域–i.e.•生物医学•生物制药生物伦理等现代生物学的几大主题•生命的逐级组成•遗传信息的表达和传递•能量和物质的转移和转化•生物系统中的相互作用–生态环境：生物间&生物和环境–分子角度：生物体内部•生物演化新技术的发明•X-射线晶体学•电泳•超速离心•电子显微镜课程大纲•绪论（1）•理论（2-10）–遗传学（2）–生物化学I（3）–生物化学II （4）–DNA和RNA结构（5）–DNA的复制（6）–DNA的修复和重组（7）–转录（8）–翻译（9）–基因表达调控（10）•实践（11-16）–分子生物学基本技术（模式生物，基因重组）（11）–载体，转化和筛选（12）–印记杂交，PCR和测序（13）–DNA和蛋白质技术（14）–在原核生物中操纵基因表达（15）•期末成绩60％•期中测评16％•作业24％（2次作业）•课堂表现extra credit假说的特点–可验证的–可证伪性实验(1)实验设计特点•必须能够证实假说或驳斥假说•实验的结果必须要客观和可测量•实验必须能被其他科学家所重复(2)变量(3)–实验中可变化的因素Types:–因变量–自变量–受控变量实验中保持不变的因素(3)对照实验•在实验中设置比较实验对象的方法•目的：–与进行实验的对象比较–减少实验中不确定的变数带来的影响对照实验中经常考虑：安慰剂效应（–病人虽然获得无效的治疗，但却“预料”或“相信”治疗有效，而使得病症得到舒缓的现象）双盲实验(4)消除实验中的假象和样品中的随机误差措施：–设计多次重复实验–被测样品数量足够大(5)模式生物•受到广泛研究，对其生物现象有深刻了解的物种伪科学：1.没有对照的证据2.相互矛盾的例子3.商业利益驱使遗传学I.孟德尔和基因的概念孟德尔的实验•遗传学的研究，要从稳定的特征开始•建立实验系统——性状是稳定的•让各种性状的豌豆自交，观察子代，找出纯种品系直觉判断1.数据的推理2.实验判断建立模型测交概念介绍•基因：–控制性状的可遗传因子•等位基因：–一个基因的不同版本性状•生物体可以遗传的一种特征（•连续•不连续）•表型–外表•基因型–个体携带的一对等位基因（RR，Rr）•纯合体–基因型为两个相同等位基因的个体•杂合体–基因型为不同等位基因的个体•显性–纯种繁育的F1代所表现出的表型•隐性–纯种繁育的F1代没有表现出的表型孟德尔定律1.旁氏表•是用于预测特定杂交或育种实验结果的一种图表第一定律•有机体内每一个特定的性状都是由一对等位基因控制(R, r)•在减数分裂产生配子的过程中，这对等位基因是可以相互分开的第二定律•对于两对或两对以上的等位基因•在配子产生的过程中，不同对的等位基因可以自由组合孟德尔定律的前提：•一个基因只控制一种性状•一种性状只由一种基因控制•控制性状的基因均在不同的染色体上显性和表型的关系显性和隐性的等位基因•显性的等位基因–因为这种等位基因的表型可以看到–不是压制了隐性的等位基因（等位基因间不作用）–而是从基因型到表型的过程决定豌豆的性状•圆粒vs. 皱粒•淀粉分支酶--- 显性等位基因--- 酶可以正常添加分支•隐性等位基因--- 酶无法有效添加分支•有较少分支的淀粉--- 糖多--- 水分会通过渗透压进入种皮--- 成熟后失水--- 变皱•有较多分支的淀粉--- 糖少--- 水分基本不进入种皮--- 成熟后不失水--- 不会变皱•杂合体：–可以合成足够的酶来添加分支–杂合体和显性纯合体表型一致显性等位基因的频率•显性等位基因是否更常见？•多指畸形•隐性等位基因更常见（看适应坏境能力）II.遗传的染色体基础一．染色体学说•孟德尔指出的遗传因子在染色体上•减数分裂中，遗传因子随着染色体彼此分离而分开二．摩尔根的实验1.果蝇和突变体•使用果蝇研究遗传规律–生长周期短，繁殖后代多–只有4对染色体，便于观察–有很多变体•野生型–一个物种的代表性形态–由一个正常的代表性的等位基因决定•突变型–不是代表性形态2.染色体互换•是指两条同源染色体在减数分裂I 前期进行配对时，部分的DNA发生交换•此过程所造成的结果，称为遗传重组3.伴性遗传•遗传基因位于性染色体上的遗传现象•性染色体--- 决定性别三．基因的连锁和互换连锁：•两个基因在同一个染色体上•在配子形成的过程中，两个基因倾向在一起不被分开•举例：–人类的红发和雀斑III.遗传的分子基础一．DNA是遗传物质1.Frederick Griffith的实验转化因子•解剖老鼠尸体：–光滑有毒的细菌•背景知识：–细菌间交换遗传物质转化因子2.Avery的实验–验证了DNA是转化因子•破碎光滑致病菌的细胞S•匀浆均分在几个试管中•每个试管加入特定的酶--- 降解/破坏一种特定的物质(Lipase破坏脂肪) •加入粗糙不致病细菌细胞R•感染老鼠3.Hersey & Chase的实验1.噬菌体(Bacteriophage)–感染细菌并能在细菌内复制的病毒–把遗传物质注入细菌中2.区分DNA与蛋白质•放射性同位素标记–蛋白质——S35–DNA——P32•分开噬菌体和细菌•离心•分析细菌内成分二．DNA的结构•DNA的一级结构•一级结构（多聚核苷酸链）–单链DNADNA的二级结构•两条多核苷酸链反向平行盘绕形成的双螺旋结构•A与T间形成两个氢键；G与C间形成三个氢键三．DNA复制四．基因的本质1.基因和性状•基因——DNA片段•基因如何控制性状？–基因表达2.基因的特点1.同样的基因在不同的细胞被表达不同•视红蛋白•眼细胞和肌肉细胞都有编码的基因•但只有眼细胞才表达2.不同的基因组合产生不同性状基因和性状的关系：•一个基因可以参与几个性状的表达•一个性状可以由几个基因参与表达•前提：–有的性状由不只一种基因控制–眼睛的颜色、身高、血压、智力•每个单词和其他的单词组合会有不同的意义–英文：saw the wood sharpen the saw–中文: 盘子盘头发•孟德尔的豌豆实验中得出的最显著的结论是：a)豌豆有遗传多样性b)性状是通过分离的单位继承，而不是混合的结果c)F1代中的隐性基因频率高于显性基因d)基因是由DNA组成e)一个有多种性状是隐性纯合的生物体在生存上是不利的•X染色体上的隐性等位基因导致红绿色盲。

一个正常的女性（其父亲是红绿色盲）和一个红绿色盲的男性结婚，他们的儿子患有红绿色盲的几率是：a)0b)¼c)½d)¾e)1•答案：b c生物化学（1）I.化学键和元素一．物质和元素•物质(Matter)–常用來泛指所有组成可观测物体的成份•化合物(Compound)–是由两种或两种以上的元素以固定的摩尔比通过化学键结合在一起的化学物质•元素–它们只由一种原子组成，其原子中的每一核子具有同样数量的质子，用一般的化学方法不能使之分解，并且能构成一切物质•某种化学元素只需要微小的量，就能使组织适当地的成长、发展、完成组织的生理机能•所有生物都需要：–铁•部分物种需要：–碘二．原子•原子–是一种元素能保持其化学性质的最小单位–所有物质均由原子组成•次原子粒子(Subatomic Particles)–是指比原子还小的粒子–例如：电子、中子、质子、光子等等1.原子结构•质子•中子•电子•原子核电子层：•一组原子轨道•电子被认为一组一组地围绕着核心以特定的距离旋转，所以轨迹就形成了一个壳2.电子能量•化学反应中：•当两个原子接近时，原子核是不反应•只有电子参加反应•一个电子可以在电子层间运动，伴随吸收或释放能量•当一个电子吸收能量，离原子核远一些•当一个电子失去能量，离原子核近一些3.电子的分布和化学性质•原子的化学性质和电子在电子层的分布有关•主要和外层电子相关•化合价(Valence)–是由一定元素的原子构成的共价键的数量•价电子(Valence Electron)–可以参与化学反应的最外层电子•价电子层(Valence Shell)–最外层的电子轨道三．化学键化学键：•价电子层不饱和的两个原子：•会发生反应，结果是使价电子层饱和•共享或转移价电子•化学键–将原子联系在一起的吸引力•生物化学的两个前提:–液体环境–生理温度•强化学键–在生理温度下不会断裂（没有酶的作用）–i.e. 共价键•弱化学键–在生理温度下不断生成和断裂（没有酶的作用）–i.e. 氢键，范德华力，疏水作用，离子键共价键•两个或多个原子共同使用它们的外层电子，在理想情况下达到电子饱和的状态，由此组成比较稳定和坚固的化学结构叫做共价键•分子–是一种构成物质的粒子，呈电中性、由一个或多个原子组成，原子之间因共价键而结合•它以一组数值的相对大小表示元素原子在分子中对成键电子的吸引能力，称为相对电负性，简称电负性•元素电负性数值越大，原子在形成化学键时对成键电子的吸引力越强•注意：–非极性共价键–极性共价键离子键：•又被称为盐键，通过两个或多个原子或化学基团失去或获得电子而成为离子后形成•带相反电荷的原子或基团之间存在静电吸引力以形成离子键极性：•指一根共价键或一个共价分子中电荷分布的不均匀性弱化学键：•弱化学键的生物学意义：–生物大分子维持高级结构–两个生物大分子相作用，弱化学键结合•氢键•已经与电负性较高的原子键合的氢原子与另一个原子之间（供体氢原子与受体原子间）形成的•氢键既可以是分子间氢键，也可以是分子内的•它是蛋白质和核酸的二、三和四级结构得以稳定的部分原因•范德华力•在化学中指分子之间非定向的、无饱和性的、较弱的相互作用力•疏水作用•属于非极性分子的一种性质，使这些分子在水溶液中具有自我聚集的特性•稳定生物大分子四．化学反应•一种化学物质转变为另一种化学物质的过程•涉及化学键的生成或断裂•化学反应平衡–是指在宏观条件一定的可逆反应中，化学反应正逆反应速率相等一．水形成氢键•水分子之间形成氢键•水分子和其他分子可以形成氢键•水分子之间–H与2个O之间，H是来回移动的，不是固定的二．水对于生命的重要性1.水的内聚力、粘附力、表面张力•植物的导管运水–内聚力–粘合力2.固态水轻于液态水3.水对温度的调节•水的比热高（吸收或释放一定热量，温度改变小）–调节海岸地区的空气温度–稳定海洋温度4.水是很好的溶剂•水是很好的溶剂–可以和一些化学物质形成氢键–溶于水/不溶于水•使化学反应顺利进行三．酸碱度和体内环境•活细胞pH值~7–体内有缓冲液III.重要的功能基团一．碳原子和有机化学•碳原子对于整个生态系统的物质循环重要–植物通过光合作用合成–转化成物质供次级消费者–可以形成生物大分子•有机化学是研究有机化合物及有机物质的结构、性质、反应的学科•有机化学研究的对象是以不同形式包含碳原子的物质二．碳原子可形成多种分子1.碳原子形成的键•碳元素：形成有机化合物•碳原子可以形成多种分子–可以和其他四种原子成键2.碳骨架和分子多样性•结构异构体–共价键的搭档不同•顺反异构体•由于存在双键或环，这些分子的自由旋转受阻，产生两个互不相同的异构体，分别称为顺式（cis）和反式（trans）异构体•在双键化合物中，若与两个双键原子相连的相同或相似的基团处在双键的同侧，则该化合物被称为“顺式”异构体；若两个基团处于异侧，则定义为“反式”异构体三．重要的功能基团1.生命中重要的官能团•是决定有机化合物的化学性质的原子和原子团•7种重要的官能团：–羟基–羧基–羧酸根–胺–巯基–磷酸基团–甲基基团2.ATP•三磷酸腺苷IV.大生物分子一．高分子•高分子是通过一定形式的聚合反应生成具有非常高的分子量的大分子，一般指聚合物和结构上包括聚合物的分子•存在于生物体内; 生物体可以自身合成•分子量较大•存贮大量的能量•举例：–糖–蛋白质–脂类–核酸二．蛋白1.氨基酸和多肽氨基酸•构成蛋白质的基本单位，赋予蛋白质特定的分子结构形态，使其分子具有生化活性•基本结构多肽：•一分子氨基酸的α－羧基(-COOH)和另一分子氨基酸的α－胺基(-NH2)脱水缩合形成的酰胺键，即-CO-NH-•有部分双键的特性2.蛋白质结构和功能•从一级结构到更高级结构的过程就被称为蛋白质折叠•作用：–倾向于稳定结构；保护–行使功能•一级结构–组成蛋白质多肽链的线性氨基酸序列•二级结构–依靠不同氨基酸之间的C=O和N-H基团间的氢键形成的稳定结构，主要为α螺旋和β折叠•三级结构–通过多个二级结构元素在三维空间的排列所形成的一个蛋白质分子的三维结构•四级结构–用于描述由不同多肽链（亚基）间相互作用形成具有功能的蛋白质复合物分子•为什么绝大多数蛋白有α－螺旋结构？–肽链的骨架原子间都能形成连接–侧链被放在螺旋外——更好地接触•帮助蛋白质很好地结合DNA–运用α－螺旋识别特定的DNA序列二级结构：β－折叠•多肽骨架的一种高度延展形态•多肽链区域整齐排列，使得一个β－折叠单链的羰基与相邻单链的NH基团形成氢键•少数蛋白运用β－折叠和DNA结合：–TBP与TATA序列蛋白质构型变化：•蛋白质可以在多个类似结构中转换，以行使其生物学功能。