分子生物学2第二章-DNA结构
分子生物学2-7章作业及答案
第二章一、名词解释1、DNA的一级结构：四种脱氧核苷酸按照一定的排列顺序以3’，5’磷酸二酯键相连形成的直线或环状多聚体，即四种脱氧核苷酸的连接及排列顺序。
2、DNA的二级结构：DNA两条多核苷酸链反向平行盘绕而成的双螺旋结构.3、DNA的三级结构：DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。
4、DNA超螺旋:DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构，是DNA结构的主要形式，可分为正超螺旋与负超螺旋两大类。
按DNA双螺旋的相反方向缠绕而成的超螺旋成为负超螺旋，反之，则称为正超螺旋。
所有天然的超螺旋DNA均为负超螺旋。
5、DNA拓扑异构体：核苷酸数目相同，但连接数不同的核酸，称拓扑异构体6、DNA的变性与复性:变性（双链→单链）在某些理化因素作用下，氢键断裂，DNA双链解开成两条单链的过程。
复性(单链→双链）变性DNA在适当条件下，分开的两条单链分子按照碱基互补配对原则重新恢复天然的双螺旋构想的现象。
7、DNA的熔链温度（Tm值）：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。
Tm值计算公式：Tm＝69.3+0.41（G+C）%；＜18bp的寡核苷酸的Tm计算：Tm＝4（G+C）+2（A+T）。
8、DNA退火：热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，称为退火9、基因：编码一种功能蛋白或RNA分子所必需的全部DNA序列。
10、基因组：生物的单倍体细胞中的所有DNA，包括核DNA和线粒体、叶绿体等细胞器DNA11、C值：生物单倍体基因组中的全部DNA量称为C值12、C值矛盾：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13、基因家族：一组功能相似、且核苷酸序列具有同源性的基因。
可能由某一共同祖先基因经重复和突变产生。
14、假基因：假基因是原始的、有活性的基因经突变而形成的、稳定的无活性的拷贝。
表示方法：Ψα1表示与α1相似的假基因15、转座：遗传可移动因子介导的物质的重排现象。
染色体与DNA分子生物学
H2A
H2B
H4 H3
真核细胞染色体上的组蛋白成分分析
种类
相对分 子质量
氨基酸 分离难 保守性 数目 易度
染色质 中比例
染色质 中位置
H1
21 000
223
易
不保守 0.5
接头
H2A
14 500
129
较难
较保守 1
核心
H2B
13 800
125
较难
较保守 1
核心
H3
15 300
135
最难
最保守 1
核心
• C值（ C-value ）： 是指一种生物单倍体基因组DNA的总量
各种生物细胞内DNA总量的比较
在真核生物中，C值一般是随生物进化而增加的，高等 生物的C值一般大于低等生物。
C值反常现象 （C-value paradox）
C值往往与种系进化的复杂程度 不一致，某些低等生物却具有较 大的C值。
H4
11 300
102
最难
最保守 1
核心
组蛋白的特性
• 进化上的极端保守性 • 无组织特异性 • 肽链上氨基酸分布的不对称性
碱性氨基酸分布在N端；疏水基团在C端
• 存在较普遍的修饰作用
甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等
The core histones share a common structural fold
续性； ③能够指导蛋白质的合成，从而控制整
个生命过程； ④能够产生可遗传的变异。
染色体包括： DNA和蛋白质两大部分。
同一物种内每条染色体所带DNA的量是 一定的，但不同染色体或不同物种之间 变化很大。
真核细胞染色体的组成
分子生物学：第二章 基因、染色体与DNA-1
Recombination analysis （重组分析）
rII47 0
rII102 0
rII47 0
rII104 0
infect E. coli B infect E. coli K12
两种噬菌斑
一种WT噬菌斑
可以根据重组值计算两两之间的距离
RII 47 104 101 103 105
2.1.1 遗传因子假说
(Hypothesis of the inherited factor G. J. Mendel 1866. )
• 生物性状由遗传因子控制
• 亲代传给子代的是遗传因子(A,a….) • 遗传因子在体细胞内成双(AA, aa)
在生殖细胞内为单（A,a） • 杂合子体细胞内具有成双的遗传因子(Aa) • 等位的遗传因子分离 • 非等位遗传因子间自由组合地独立分配到配子中
➢科学（基因--酶）为技术（互补测验）的发明提供了理论依据 ➢（互补测验）技术为科学（顺反子）的发现提供了方法手段 ➢构建大量（核苷酸及表型）突变体 ➢开展大量（功能互补）实验
顺反子学说（Theory of cistron）
• Cistron 是基因的同义词
• 在一个顺反子内，有若干个突变单位, 突变子(muton) • 在一个顺反子内，有若干个交换单位, 交换子（recon） • 基因是一个具有特定功能的，完整的，不可分割的
最小的遗传功能单位 three in one one in one
• 基因内可以较低频率发生基因内的重组，交换
• pseudo alleles 是基因内的不同突变体
• mut1 X mut2
WT 是基因内发生交换的结果
• cistron 概念的提出是对经典的基因概念的动摇
分子生物学第二章dna结构与功能
1、组蛋白(histone)
真核生物染色体的基本结构蛋白 富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸 碱性蛋白质 可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性 结合）；
组蛋白的一般特性：
i) 进化极端保守性:
不同种生物A、H2B变化相对大； ❖ H1变化更大。 ❖ H3、H4可能对稳定真核生物的染色体结构起重要作用。
c．半个核小体核心颗粒的示意模型，一圈DNA超螺旋（73bp）和4种核心组蛋 白分子，每种组蛋白由3 个α螺旋和一个伸展的N-端尾部组成。
N-端尾部有序排列，参与核小体之间的相互作用，以形成螺线管等高级结构。
（五）原核生物和真核生物基因组 结构特点比较
上海第二军医大硕士研究生入学考试试题： 基因组的特点（真核、原核比较 ）
❖
Alu家族每个成员的长度约300bp，由于每个
单位长度中有一个限制性内切酶Alu的切点
（AG↓CT）从而将其切成长130和170bp的两段，因
而定名为Alu序列（或Alu家族）。
❖ Alu序列分散在整个人体或其他哺乳动物基因组 中，在间隔DNA、内含子中都发现有Alu序列，平均 每5kb DNA就有一个Alu顺序。已建立的基因组中无 例外地含有Alu顺序。
❖ 一是改变染色体的结构，直接影响转录活性； ❖ 二是核小体表面发生改变，使其它调控蛋白易
于和染色质相互接触，从而间接影响转录活性。
简述真核生物染色体上组蛋白的种类，组蛋 白修饰的种类及其生物学意义
中国科学院2003年硕士研究生入学《生物化学与 分子生物学》试题
2.非组蛋白
❖ 占组蛋白总量的60％－70％，种类很多，20－ 100种，常见有15－20种；
❖ 在真核生物中C值一般是随生物进化而增 加的，高等生物的C值一般大于低等生物。
现代分子生物学-第二章 染色体与DNA
这些不同程度的甲基化极大地增加了组蛋白修饰和调节基因表 达的复杂性。
组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态的标记： 精氨酸甲基化与基因激活相关，而H3和H4精氨酸的 甲基化丢失与基因沉默相关。
组蛋白乙酰化结合其他组蛋白修饰（甲基化，磷酸 化、泛素化）形成组蛋白密码影响基因的转录。
组蛋白的可修饰性总结
2） 非组蛋白（non-Histone Protein,NHP）
染色体上还存在大量的非组蛋白。包括酶类，如RNA聚合酶 及与细胞分裂有关的收缩蛋白、骨架蛋白、核孔复合物蛋 自以及肌动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、原肌蛋白等，可 能是染色质的结构成分。
第二章 染色体与DNA
内容提要： 染色体与染色质 染色体的结构和组成（原核生物 、 真核生物） 核小体 DNA的结构 原核生物和真核生物基因组结构特点比较
第一节 染色体（Chromosome)
（一）染色体与染色质
染色体（chromosome）是细胞核中载有遗传信息（基因）的 物质，在显微镜下呈丝状或棒状，主要由脱氧核糖核酸和蛋白 质组成，在细胞发生有丝分裂时期容易被碱性染料（例如龙胆 紫和醋酸洋红）着色，因此而得名。
粒附近，由6-100个碱基组成，在DNA链上串联重复成千
上万次，不转录，可能与染色体的稳定性有关。（基因组占
比10-60%）
光 吸 收 （
A260cm ）
1.700（主体带） 1.692（Ⅰ）：卫星带Ⅰ
1.688（Ⅱ）：卫星带Ⅱ 1.671（Ⅲ）：卫星带Ⅲ
卫星带碱基序列
Ⅰ ACAAACT ACAAACT etc. Ⅱ ATAAACT ATAAACT etc. Ⅲ ACAAATT ACAAATT etc.
分子生物学2第二章-DNA结构
第四节 DNA的物理、化学性质
DNA双股链的互补 是其结构和功能上的一个基本特征 也是DNA研究中一些实验技术的基础
一、DNA分子的变性
变性（denaturation 或融解 melting）：DNA双螺旋区 的
氢键断裂，使双螺旋的两条链完全分开变成单链，这 一双链分离的过程叫做变性 1、条件：加热, 极端pH,有机溶剂（ 尿素、 酰胺 )，低盐浓度等
PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
b、 分子组成
☆ PY/PU + PU (偏碱性介质中稳定) G＊G 、 A＊A 、
G＊A＋
☆ PY/PU + PY (偏酸性介质中稳定) 常见类型
点的A260值绘制成DNA 1.185
的熔解曲线
1.0
℃
Tm = OD增加值的中点温度(一般为8595℃) 或DNA双螺旋结构失去一半时的温度
这也是一般PCR实验技术中把变性温度定为94 ℃的原因
1、 影响 Tm值的因素 （1） 在 A, T, C, G 随机分布的情况下 ，决定于GC含量 GC%愈高 → Tm值愈大 GC%愈低 → Tm 值愈小 （2）GC%含量相同的情况下 AT形成变性核心，变性加快，Tm 值小 碱基排列对Tm值具有明显影响
* 类病毒（viroid）: 使高等植物产生疾病的传染性因子 分子结构：含246~375 个核苷酸的单链环状RNA 分 子，没有蛋白质外壳。专性活细胞内寄生。
三、 是否存在核酸以外的遗传物质 Prion (proteinaccous infections particle) 朊病毒－－－蛋白质样的感染因子
dna结构归纳总结
dna结构归纳总结DNA（Deoxyribonucleic Acid，脱氧核糖核酸）是构成生物遗传信息的基本分子。
它以其特有的双螺旋结构而闻名，这一结构是由四种碱基、磷酸、脱氧核糖和磷酸等部分组成的。
本文将对DNA的结构进行归纳总结，以便更好地理解和应用DNA。
一、碱基配对DNA由四种碱基组成，它们分别是腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。
这些碱基按照一定的规则配对，形成稳定的碱基对。
具体来说，A与T之间形成两个氢键连接，G与C之间形成三个氢键连接。
这种有序的碱基配对保证了DNA的稳定性和准确的复制。
二、螺旋结构DNA的双螺旋结构是其最显著的特征。
DNA的两条链通过碱基间的氢键连接相互缠绕，形成一种右旋的双螺旋结构。
这种结构使得两条链互补，并且具有一定的稳定性。
双螺旋结构的发现不仅揭示了DNA的基本构造，而且对于解读DNA的序列信息具有重要意义。
三、多级结构DNA的结构不仅仅局限于双螺旋，还存在多级结构。
在较小的尺度上，DNA会发生自旋、弯曲和环绕等变形，形成一系列结构，如DNA超螺旋、DNA簇和DNA环等。
在较大的尺度上，DNA会卷曲成染色体的形态，形成复杂的三维结构。
这些多级结构对于调控基因的表达以及维持染色体的稳定性至关重要。
四、特殊结构除了基本的双螺旋结构外，DNA还存在一些特殊的结构。
其中最具代表性的是四链DNA，它由两对碱基通过氢键相互连接而成，形成四条链。
这种结构在某些情况下具有重要的生物学功能，如在基因调控、DNA复制和基因重组等过程中发挥作用。
五、DNA的应用DNA的结构不仅仅是一种科学研究的对象，也有广泛的应用。
例如，在医学上，通过解读DNA序列可以诊断和预测遗传性疾病，指导个体化治疗。
在法医学中，通过DNA检验可以确定犯罪嫌疑人和亲子关系等。
此外，DNA还被应用于基因工程、遗传改良、种子保护和生物信息学等领域。
六、未来展望随着科学技术的不断进步，人们对于DNA结构的认识也在不断深化。
分子生物学教学大纲
分子生物学教学大纲一、引言分子生物学是生物学中重要的分支之一，研究生物体内分子结构和功能的基本规律，对于理解生命现象和指导生物科研具有重要意义。
本教学大纲旨在系统性地介绍分子生物学的基本知识，帮助学生建立正确的分子生物学思维方式，培养分子生物学研究的基本技能。
二、课程设置1.第一章：绪论- 介绍分子生物学的研究对象和研究方法- 解释基本的分子生物学术语和概念2.第二章：DNA结构和功能- 讲解DNA的结构特点和功能- 探讨DNA复制和修复的机制3.第三章：RNA结构和功能- 介绍RNA的类型和功能- 讨论转录和翻译的原理及过程4.第四章：基因调控- 解释基因表达的调控机制- 探讨基因调控与细胞分化的关系5.第五章：蛋白质结构和功能- 介绍蛋白质的合成和功能- 分析蛋白质的结构与功能之间的关系6.第六章：基因工程技术- 介绍基因克隆、DNA测序等基因工程技术的原理- 探讨基因工程技术在生物科学和医学领域的应用7.第七章：分子生物学研究方法- 介绍PCR、Western blot等分子生物学实验技术的原理和操作方法- 开展分子生物学实验操作训练三、教学目标通过本课程的学习，学生将能够：1. 掌握分子生物学的基本概念和基本原理2. 理解DNA、RNA、蛋白质的结构与功能3. 熟练掌握分子生物学实验技术的操作方法4. 熟悉基因工程技术的原理和应用5. 培养科学研究和实验操作的能力四、教学方法本课程将采用多种教学方法，包括讲授、实验操作、案例分析、小组讨论等，以帮助学生全面理解和应用分子生物学知识。
五、教学要求1. 学生需认真听讲，积极参与课堂讨论和实验操作2. 学生需完成规定的课程作业和实验报告3. 学生需按时参加考试，考核其对分子生物学知识的掌握情况六、总结通过本课程的学习，学生将能够全面了解分子生物学的基本原理和实验技术，奠定坚实的分子生物学基础，为今后的学术研究和职业发展奠定基础。
愿学生在本课程中取得优异的成绩，不断提升自己对于生物科学的理解和实践能力。
分子生物学基础第二章DNA的结构、复制和修复第五节 DNA的损伤与修复
第五节 DNA的损伤与修复
图2-13 DNA分子上的胸腺嘧啶二聚体结构
第五节 DNA的损伤与修复
图2-11 甲基介导的错配修复模 型
第五节 DNA的损伤与修复
3．核苷酸切除修复 核苷酸切除修复系统几乎能够修复紫外线照射引起的 各种损伤。包括环丁烷二聚体、6–4损伤、碱基-糖基交联 等引起DNA双螺旋大扭曲(major distortion)，而不能修 复由于碱基错配、O6–甲基鸟嘌呤、O4–甲基胸腺嘧啶、8– oxoG或碱基类似物引力是非常重要的。
第五节 DNA的损伤与修复
二、DNA的修复 1．错配修复 E.coli避免突变的主要途径之一就是甲基指导的错配修复系统。 这个系统是非特异性的，它能修复引起DNA双螺旋轻微扭曲的任何扭 伤，包括错配、移码、碱基类似物的掺人和某些类型微小扭曲的烷基 化损伤。 2．碱基切除修复 是一种在细胞中存在较普遍的修复过程。在细胞中都有不同类型、 能识别受损核酸位点的糖苷水解酶，它能特意性切除受损核苷酸上的 N—β-糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点（AP位点）。DNA 分子中一旦产生了AP位点，核酸内切酶就会把受损核酸的糖苷-磷酸 键切开，并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA，由DNA聚合酶I 合成新的片段，最终由DNA连接酶把两者连成新的被修复的DNA链。
分子生物学：遗传物质的分子结构和性质
左旋DNA
〔一〕Z-DNA的构造特点： 糖磷骨架呈“之〞字形
〔Zigzag〕走向。 左旋。 G残基位于分子外表。 分子外形呈波形。 大沟消失，小沟窄而深。 每个螺旋有12bp。
Z-DNA B-DNA
DNA的分子量不变，二级构造中的氢键遭到破坏，DNA 的双螺旋构造局部解体，或维系DNA分子二级构造的氢 键全部被破坏，双螺旋解旋别离成DNA单链的过程叫做 DNA的变性〔Denaturation〕。
以下因素可导致DNA变性： 高温、 酸、 碱、 尿素、甲酰胺：增加碱基在水中的溶解度，从而
减弱碱基的疏水交互作用而造成。
Z－DNA存在的条件：
(1) 高盐：NaCl>2 Mol/L, MgCl2>0.7 Mol/L (2) Pu, Py相间排列： (3) 在活细胞中如果m5C,那么无需嘌呤-嘧啶相间排列，
在生理盐水的浓度下可产生Z型。 (4) 在体内多胺化合物，如精胺和亚胺及亚精胺和阳离子
一样，可和磷酸基因结合，使B-DNA转变成 Z-DNA。 (5) 某些蛋白质如Z-DNA结合蛋白带有正电荷，可使
DNA周围形成局部的高盐浓度微环境。 (6) 负超螺旋的存在
生物学意义
(1) 可能提供某些调节蛋白的识别。啮齿类动物病毒的复 制起始部位有d〔GC〕有交替顺序的存在；
(2) 在SV40的增强子中有三段8bp的Z-DNA存在。 (3) 原生动物纤毛虫，它有大、小两个核，大核有转录活
性，小核和繁殖有关。Z-DNA抗体以萤光标记后， 显示仅和大核DNA结合，而不和小核的DNA结合， 说明大核DNA有Z-DNA的存在，可能和转录有关。
分子生物学_ DNA篇_25 DNA的高级结构_
1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二章 DNA篇
第五节 DNA的高级结构
2
超螺旋结构最早在环型DNA中发现
3
B-DNA
4
超螺旋
5
L=T+W
L：称为DNA的连接数(linking number)。它是DNA 的一股链绕另一股链盘绕的次数，在链不发生断裂 时，它是一常数。
T：为盘绕数(twisting number)，它代表DNA的一 股链绕双螺旋轴所做的完整的旋转数。对B-DNA而 言，它等于DNA的碱基数除以10。
12
真核细胞的染色体是线性的，通过支架蛋白将 两端固定于结构蛋白，然后染色质自身盘绕导入拓 扑学张力。
13
核小体的结构使真核细胞的DNA维持负超螺旋形式。
14
超螺旋不仅使DNA形成高度致密的状态从而得以 容纳于有限的空间中，而且在功能上也是重要的，它 推动着结构的转化以满足功能上的需要。
15
随着溴化乙锭量的增加，负超螺旋DNA就转 变为正超螺旋。
9
体外可产生正超螺旋
拓扑异构酶也可以使超螺旋结构进行转化。
10
DNA超螺旋结构的意义
超螺旋的生理意义在于自由状态的DNA通常是 没有生物活性的。
11
许多重要的生物过程需要引入负超螺旋，如： 复制、转录及重组的过程。超螺旋状态的DNA储存 了驱动这些反应所需的能量。
W：为超盘绕数(writhing number)，代表双螺旋轴
在空间的转动数。
6
双螺旋B-DNA的松开导致形成负超螺旋，而 拧紧则导致形成正超螺旋。天然的DNA都呈负超 螺旋，但在体外可得正超螺旋。
7
体外可产生正超螺旋
溴化乙锭 （Ethidium bromide EB）
02 染色体与DNA-1
分子收缩1/7。
人中期染色体中含6.2×109碱基对，其理论长
度应是200cm，这么长的DNA被包装在46个 5μm长的圆柱体（染色体）中，其压缩比约为 104。
分裂间期染色质比较松散，压缩比大约是102～
103。
染色体形成过程中长度与宽度的变化
2.1.3 原核生物和真核生物基因组结构特点比较
核孔复合物蛋白以及肌动蛋白、肌球蛋白、微
管蛋白、原肌蛋白等。
简述真核生物染色体上组蛋白的种类，组蛋白修 饰的种类及其生物学意义
中国科学院2003年硕士研究生入学《生物化学与 分子生物学》试题
2、DNA
1) C值反常现象（C-value paradox)
C值矛盾
C值是一种生物的单倍体基因组DNA的总量。
第二章 染色体与DNA
染色体
DNA的结构
DNA的复制
DNA的修复
DNA的转座
分子生物学研究已经证实，DNA控制了生
物的性状遗传。无论DNA或RNA，都是由 许许多多个核苷酸连接而成的生物大分子， 而每个核苷酸又由磷酸、核糖和碱基3部分 组成。
碱基结构式
2.1 染色体（Chromosome)
X174 D-E-J-F-G-H
mRNA
蛋白J、F、G H D E
E.coli 色氨酸操纵子 9个顺反子 9个酶 ( 第六章 )
基因内基因
部分重叠基因
一个碱基重叠
2、真核生物基因组结构特点
●真核基因组结构庞大 ●单顺反子 ●基因不连续性
3×109bp、染色质、核膜
断裂基因（interrupted gene）、 多于编码序列(9:1)
RNA
翻译
蛋白质
分子生物学基础第二章DNA的结构、复制和修复 第四节原核生物和真核生物DNA的复制特点
第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点
第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点
二、真核生物DNA的复制特点 1．真核细胞的每条染色体含有多个复制起始点。复制子的大小 变化很大，约5-300kbp。复制可以在几个复制起始点上同时进行，复 制起始点不是一成不变的。在发育过程中，活化的细胞有更多的复制 起始点。例如，果蝇在胚胎发育早期，其最大染色体上有6000个复制 叉，大约每10 kbp就有一个。 2．真核生物染色体在全部复制完成之前，各个复制起始点不能 开始新一轮的复制。而原核生物中，复制起始点上可以连续开始新的 复制事件，表现为一个复制子内套叠有多个复制叉。 3 ． 真 核 生 物 DNA 的 复 制 子 被 称 为 自 主 复 制 序 列 （ ARS）， 长 约 150bp左右，含有几个复制起始必须的保守区。并且其复制起始需起 点识别复合物（ORC）参与，并需ATP。真核生物复制叉的移动速度大 约 只 有 5 0 bp/s， 还 不 到 大 肠 杆 菌 的 1 / 2 0 。 因 此 ， 人 类 DNA 中 每隔 3x104~3x105就有一个复制起始位点。
第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点
4．真核生物有多种DNA聚合酶，分别为在真核细胞中主要有5种 DNA聚合酶，分别称为DNA聚合酶α、β、γ、δ和ε，真核细胞的 DNA聚合酶和细菌DNA聚合酶基本性质相同，均以dNTP为底物，需Mg2+ 激活，聚合时必须有模板链和具有3´–OH末端的引物链，链的延伸方 向为5´→3´。但真核细胞的DNA聚合酶一般都不具有核酸外切酶活性， 推测一定有另外的酶在DNA复制中起校对作用。DNA聚合酶α的功能主 要是引物合成。DNA聚合酶β活性水平稳定，可能主要在DNA损伤的修 复中起作用。DNA聚合酶δ是主要负责DNA复制的酶，参与先导链和滞 后链的合成。而DNA聚合酶ε的主要功能可能是在去掉RNA引物后把缺 口补全。
分子生物学知识要..
《分子生物学》知识要点第二章染色体与DNA一、名词解释1.DNA二级结构：指俩条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。
2.半保留复制：DNA在复制过程中碱基间的氢键首先断裂，双螺旋解旋并被分开，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的俩条链。
3.切除修复：在一系列酶的作用下,将DNA分子中受损伤部分切除,以互补链为模板,合成出空缺的部分,使DNA 恢复正常结构的过程。
4. SOS反应：是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施。
5.DNA转座：是有可移位因子介导的遗传物质重排现象。
二、知识要点1. DNA的复制过程（1）复制起始，DNA双螺旋结构解旋，形成复制叉，由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物;(2)DNA链的延伸，由聚合酶从RNA引物3’端开始合成新的DNA链，在模板上断断续续的引发生成滞后链的引物RNA短链，再由DNA聚合酶 III 作用合成DNA，直至遇到下一个引物或冈崎片段为止；（3）复制终止，由RNA酶H降解RNA引物并由DNA聚合酶 I 将缺口补齐，再由DNA连接酶将每两个冈崎片段连在一起形成大分子DNA.。
2. 总结DNA复制的基本规律DNA的复制，是以DNA分子本身为模板进行DNA生物合成的过程。
这种复制方式保证了遗传信息准确无误地传给后代。
DNA复制主要包括引发、延伸、终止三个阶段。
半保留复制、复制起始点、双向复制、半不连续复制3. DNA损伤的修复系统类型及修复机制（1）错配修复，能识别母链的依据来自Dam甲基化酶，它能使位于5’-GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化；（2）切除修复，酸内切酶识别DNA损伤部位，并在5’端作一切口，再在外切酶的作用下从5’端到3’端方向切除损伤；然后在 DNA多聚酶的作用下以损伤处相对应的互补链为模板合成新的 DNA单链片断以填补切除后留下的空隙；最后再在连接酶的作用下将新合成的单链片断与原有的单链以磷酸二酯链相接而完成修复过程；（3）重组修复，从 DNA分子的半保留复制开始，在嘧啶二聚体相对应的位置上因复制不能正常进行而出现空缺,在大肠杆菌中已经证实这一DNA损伤诱导产生了重组蛋白,在重组蛋白的作用下母链和子链发生重组,重组后原来母链中的缺口可以通过DNA多聚酶的作用,以对侧子链为模板合成单链DNA片断来填补,最后也同样地在连接酶的作用下以磷酸二脂键连接新旧链而完成修复过程；（4）DNA的直接修复，把损伤的碱基回复到原来状态的一种修复；（5）SOS反应，是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生存的一种应急措施。
现代分子生物学第3版【第二章】课后习题答案
现代分子生物学第3版【第二章】课后习题答案第二章染色体与DNA一、染色体具备哪些作为遗传物质的特征？1、分子结构相对稳定；2、能够自我复制，使亲子代之间保持连续性；3、能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程；4、能够产生可遗传的变异。
二、什么是核小体？简述其形成过程。
核小体是染色质（体）的基本结构单位，由DNA和组蛋白组成。
形成过程：四种组蛋白H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成八聚体，约200bp的DNA 盘绕在八聚体外面，形成一个核小体，而H1则在核小体的外面，每个核小体只有一个H1，该过程使分子收缩之原尺寸的1/7。
三、简述真核生物染色体的组成及组装过程。
组成：蛋白质+DNA组装过程：①核小体形成：DNA盘绕组蛋白形成的八聚体外，该阶段分子尺寸压缩7倍。
②染色质细丝及螺线管：前者由核小体串联形成，后者为细丝盘绕而成，该阶段分子尺寸压缩6倍。
③螺线管压缩为超螺旋：该阶段分子尺寸压缩40倍。
④超螺旋形成染色单体：该阶段分子尺寸压缩5倍。
四、简述DNA的一、二、三级结构特征。
1、一级结构：脱氧核苷酸排列顺序，相邻核苷酸通过磷酸二酯键相连。
2、二级结构：双螺旋结构。
a)两条平行的脱氧核苷酸链螺旋盘绕而成。
b)外侧骨架为脱氧核苷和磷酸，内侧为碱基序列。
c)两条链通过碱基之间形成氢键而结合，碱基结合遵循互补配对原则，A-T，G-C。
3、三级结构：空间结构，即超螺旋，包括正超螺旋和负超螺旋，二者可以在拓扑异构酶的作用下相互转变。
四、原核生物DNA具有哪些不同于真核生物DNA的特征？整体特点概括为以下三点：1、一般只有一条染色体，且大多为单拷贝基因。
2、整个染色体DNA几乎全部由功能基因加调控序列所组成。
3、几乎每个基因序列都与编码的蛋白质序列呈线性对应关系。
从基因组的组织结构来看，原核细胞DNA有如下特点：1、结构简练：绝大部分都用来编码蛋白质，与真核DNA的冗余现象不同。
2、存在转录单元：功能相关的RNA和蛋白质基因往往丛集在基因组的特定部位，形成功能单位或转录单元，可以被一起转录为含多个mRNA的分子，称为多顺反子mRNA。
2现代分子生物学第二章 染色体
DNA的结构——二级结构
DNA的二级结构的分类： 1.右手螺旋：A-DNA和B-DNA 2.左手螺旋：Z-DNA
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02
DNA的结构
DNA一级结构 DNA的二级结构 DNA的高级结构
DNA的结构——一级结构
DNA的一级结构，就是指4种核苷酸的连接及其排列顺序，表示了该DNA分子的化学 构成。
DNA的结构——二级结构
DNA的结构——DNA的高级结构
DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的更复杂的特定空间结构， 包括超螺旋、线性双链中的纽结、多重螺旋等。（图2-18）
DNA的超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式，分为正超螺旋和负超螺旋两大类， 负超螺旋（左手超螺旋）是细胞内常见的DNA高级结构形式。 正超螺旋（右手超螺旋）是过度缠绕的双螺旋。
原核生物 染色体
真核生物
单拷贝
由功能基因和调 控序列组成
基因与蛋白质线 性对应
存在转录单元， 产生多顺反子
庞大/存在大量重 复序列
90%以上为非编 码序列
单顺反子/有内含 子
大量顺式作用元 件/端粒结构
有重叠基因
染色体——真核生物染色体的组成
真核生物
DNA
染色体 蛋白质 RNA
组蛋白 非组蛋白
真核生物染色体的组成——蛋白质
染色体——概述
真核生物基因组的主要特征： 6.真核基因存在大量的顺式作用元件。包括启动子，增强子，沉默子。 7.真核基因组中存在大量的DNA多态性。
《分子生物学》硕士研究生考试大纲精选全文
可编辑修改精选全文完整版《分子生物学》硕士研究生考试大纲《分子生物学》硕士研究生招生考试大纲第一章绪论1、掌握分子生物学概念和研究内容；2、DNA是遗传物质的特征及实验验证；3、分子生物学的发展简史。
第二章DNA的结构1、掌握DNA遗传物质的本质；2、掌握核酸的化学组成、DNA的二级结构；3、掌握DNA的变性和复性的概念、过程以及影响因素；4、了解超螺旋和拓扑异构体（酶）的概念、超螺旋状态的描述和形成趋势、拓扑异构体（酶）的种类和作用方式。
第三章有机体、染色体和基因1、掌握原核生物基因组织的特点；2、掌握真核生物染色体组装和压缩的过程；3、掌握C值和C值矛盾的概念、表现以及原因；4、掌握真核生物基因组的DNA类型；5、掌握基因簇与基因家族的概念。
第四章DNA的复制1、掌握DNA的半保留复制的概念和实验证明；2、掌握DNA复制起始机制、复制方式；3、掌握与DNA复制相关酶学；4、大肠杆菌DNA复制的过程；5、了解原核和真核生物各自复制的特殊性。
第五章DNA的损伤、修复和突变1、掌握错配修复、光复活、切除修复、重组修复和SOS修复的过程；2、掌握原核生物的限制－修饰现象；3、了解基因内和基因间回复突变（抑制突变）的分子机制；4、了解突变类型、突变剂的种类和突变生成、突变热点的概念和例子。
第六章转录1、掌握转录、有义链、反义链、转录单位等基本概念；2、掌握原核生物RNA转录的起始、延伸、终止和转录产物的后加工；3、掌握真核生物RNA转录的起始、延伸、终止和转录产物的后加工；4、掌握真核生物转录产物中内元的分类和切除；5、掌握不连续转录和反式拼接概念和发现。
第七章蛋白质翻译1、掌握蛋白质合成相关的基本元件；2、掌握蛋白质合成的分子过程；3、掌握保证蛋白质合成准确的分子机制；4、掌握蛋白质前体的加工与转运机制。
第八章原核生物基因表达调控1、掌握基因表达调控的空间密码；2、掌握乳糖操纵元（Lac Operon）的组成和调控；3、掌握Trp Operon及弱化作用机理；4、了解原核生物基因转录的时序调控、翻译水平的调控和DNA 序列重排对基因转录的调控。
分子生物学基础第二章DNA的结构、复制和修复 第三节DNA的复制
第三节 DNA的复制
表2-2 部分生物复制子的比较
第三节 DNA的复制
图2-5 放射性实验证明DNA的复制是从固定的起始 点双向等速进行的
第三节 DNA的复制
三、DNA复制的几种主要方式
1．线性DNA双链的复制
复制叉生长方向有单一起点的单向(如腺病毒)及双向(如噬菌体)， 和多个起始点的双向几种，DNA双向复制时复制叉处呈“眼”型。线 性DNA复制中RNA引物被切除后，留下5′端部分单链DNA，不能为DNA 聚合酶所作用，使子链短于母链。T4和T7噬菌体DNA通过其末端的简 并性, 使不同链的3′端因互补而结合，其缺口被聚合酶作用填满， 再经DNA连接酶作用生成二联体。这个过程可重复进行直到生成原长 20多倍的多联体，并由噬菌体DNA编码的核酸酶特异切割形成单位长
度的DNA分子。制时，5′端首先与末端蛋白共价结合，开始互补链的合成。当另 一条链完全被置换后，两端通过发卡结构相连，形成一个大部分序列 互补的单链环形DNA分子，复制从其内部的起始位点开始按前导链方 式双向进行，经过环形结构到达分子的另一部分，经双链结构交错切 割后生成完整的子链病毒。除了环形部分发生重排之外，所生成的新 DNA分子带有母链的全部遗传信息。
分子生物学基础
第二章 DNA的结构、复制和修复
第三节 DNA的复制
一、DNA的半保留复制机理 二、DNA复制的起点、方向和速度 DNA在复制时，首先在一定位置解开双链，这个复制起点呈现叉 子的形式，称为复制叉。一般把生物体能独立进行复制的单位称为复 制子。实验证明，复制在起始阶段进行控制，一旦复制开始，就连续 进行下去，直到整个复制子完成复制。每个复制子由一个复制起点控 制。 原核生物的复制起始点通常在它染色体的一个特定位点，并且只 有一个起始点，因此，原核生物的染色体只有一个复制子。真核生物 染色体的多个位点可以起始复制，有多个复制起始点，因此是多复制 子（表2-2）。且多个复制子不是同时起作用，而是在特定时间，只 有一部分复制子（不超过15%）在进行复制过程。 关于DNA复制的方向和速度，最为普遍的就是双向等速进行（图 2-5）。某些环状DNA偶尔从一个复制起始点形成一个复制叉，单向复 制。而腺病毒则从两个起始点相向进行复制。
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Rise 3.4 Å
Pitch 34 Å 10.4 bp/turn
Minor Groove
Major Groove
Width 20 Å
Twist 36°
◘ 大、小沟的差异
⊕ 大沟中碱基差异容易识别 ，往往是蛋 白质因子结合特异DAN序列的位点
⊕ 小沟相对体现的信息较少
二、 影响双螺旋结构稳定性的因素
Major groove
Trible helix
Py : Pu : Py 3ed
第三条单链DNA分子
• 位于B-DNA大沟内 • 与B-DNA以 Hoogsteen 键连接
• A T , G C两氢 键配对，C必需质子 化
• poly(Py) : (Pu) : (Py) 为常见类型
* 可能功能 可能与基因调控区
已有实验结果表明－－真核细胞端粒中存在四链结构
结构特点
基本结构单元－－鸟嘌呤四联体
碱基之间靠 Hoogsteen 键连接
G G
G G
可能的功能
A、 稳定真核生物染色体结构
5’-----TTAGGGTTAGGGTTAGGGT T 3’-----AATCCCAATCCC GGG A
Hoogsteen Bonding B、 保证DNA末端准确复制 C、 与DNA分子的组装有关 D、 与染色体的 meiosis & mitosis 有关
核糖核苷三磷酸缩写为NTP
碱基＋戊糖＝核苷
核苷＋磷酸＝核苷酸
二、DNA分子的一级结构 (DNA sequence)
1、 多聚核苷酸链
3’
主链是核糖和磷酸
侧链为碱基
5’
由3’,5’磷酸二酯键连 接
2、 链的方向：同一个磷酸基 的3’酯键到5’酯键的方
向 (5’→3’) 5’-UCAGGCUA-3’ = UCAGGCUA 默认书写顺序5‘→3’
羊搔痒病 (scripie) 人类库鲁（ kuru） 病 牛海绵状脑炎(疯牛病)…
均由传染性病原蛋白颗粒引起
统称Prion (朊病毒)
Prion 复制? 转录? 翻译?
人类朊病毒疾病、症状及发病机理
疾病
症状
库 鲁 病 共济失调、继发痴
（Kuru）
呆
医 源 性 克 雅 痴呆，共济失调 氏病(iCJD）
第四节 DNA的物理、化学性质
DNA双股链的互补 是其结构和功能上的一个基本特征 也是DNA研究中一些实验技术的基础
一、DNA分子的变性
变性（denaturation 或融解 melting）：DNA双螺旋区 的
氢键断裂，使双螺旋的两条链完全分开变成单链，这 一双链分离的过程叫做变性 1、条件：加热, 极端pH,有机溶剂（ 尿素、 酰胺 )，低盐浓度等
5` GC 3` CG n
136.12 ℃ 5` TA 3`
AT n
36.7 ℃
＞＞ Tm ＜＜
5` CG 3` GC n 72.55 ℃
5` AT 3` TA n
57.02 ℃
※ 嘌呤嘧啶的排列顺序对双螺旋结构（稳定性）的影响 即－－氢键数目相同，但相邻碱基的堆积力不同 从嘌呤到嘧啶方向的碱基堆积力作用显著地大于 同样组成的嘧啶到嘌呤方向的碱基堆积作用
朊病毒带来了诺贝尔生理/医学奖
1997 Stanley B.Prusiner
发现朊病毒是作 为老年性痴呆症 等疾病的病原并 能在寄主细胞中 繁殖传播
第二节 核酸的化学组成
一、 碱基、核苷、核苷酸
☉ 碱基 Nitrogenous bases
嘧啶 Pyrimidines
Uracil (U)
嘌呤 Purines
天然DNA和变性DNA的吸收值相差可达34％
当浓度为 50μg/ml时：
dNTPs A260 = 1.60 S.S DNA A260 = 1.37 D.S DNA A260 = 1.0
3、熔解曲线与融解温度(Tm值)
缓慢而均匀地增加DNA 溶液的温度（现可做到 0.1 ℃／分）可根据各
OD 1.37
* 类病毒（viroid）: 使高等植物产生疾病的传染性因子 分子结构：含246~375 个核苷酸的单链环状RNA 分 子，没有蛋白质外壳。专性活细胞内寄生。
三、 是否存在核酸以外的遗传物质 Prion (proteinaccous infections particle) 朊病毒－－－蛋白质样的感染因子
• 以中心为轴，向 右 盘 旋 （直径2nm）
• 双 螺旋中存在 大，小 沟
磷酸二酯链
(Phosphodiester
Backbone)
碱基互补
C-G
T-A
* 双螺旋模型参数
· 直径20Å · 螺距为34Å（任一条链
绕轴一周所升降的距离） · 每圈有10个核苷酸
（碱基）
· 两个碱基之间的垂直
距离是3.4Å。螺旋转 角是36度 · 有大沟和小沟 配对碱基并不充满双 螺旋空间，且碱基对 占据的空间不对称
约80例
PrP基因种系突变
约100个家族
体 细 胞 突 变 PrPc 自 发 转变为PrPsc？
牛朊病毒传染？
每年发生率约百万 分之一
46例
PrP基因种系突变
约50个家族
PrP 基 因 种 系 突 变 9个家族
（D178N和M129）
致死性中枢神经 系统的慢性退化
病理表现：大 脑皮层的神经 原细胞退化、 空泡变性、死 亡、消失，最 终被星状细胞 取代，因而造 成海棉状态
家 族 性 克 同上 雅氏病
零 星 发 生 克 同上 雅氏病
克雅氏病新 共济失调，常伴有 突变体vCJD 痴呆
GS 综 合 症 共济失调，常伴有
（GSS）
痴呆
致死性家族 睡眠隔离，接着失 失眠症（FFI） 眠，痴呆
发病机理
发现病例
通过同类相食（人） 约2600例
传染
通 过 朊 病 毒 污 染 的 HGH ， 或通过角膜移植
点的A260值绘制成DNA 1.185
的熔解曲线
1.0
℃
Tm = OD增加值的中点温度(一般为8595℃) 或DNA双螺旋结构失去一半时的温度
这也是一般PCR实验技术中把变性温度定为94 ℃的原因
1、 影响 Tm值的因素 （1） 在 A, T, C, G 随机分布的情况下 ，决定于GC含量 GC%愈高 → Tm值愈大 GC%愈低 → Tm 值愈小 （2）GC%含量相同的情况下 AT形成变性核心，变性加快，Tm 值小 碱基排列对Tm值具有明显影响
* 不稳定因素 l 磷酸基团间的静电斥力 l 碱基内能增加(温度), 使氢键因碱基排列有序状态的破坏 而减弱
三、双螺旋结构的基本形式
· B-DNA 资料来自相对湿度为92％所得到的DNA钠盐纤维
· 此外人们还发现了A、C、D、E等右手双螺旋和左手双螺旋 Z构象等形式
DNA结构的多态性：几种不同的DNA双螺旋结构以及同 一种双螺旋结构内参数存在差异的现象
* 维持稳定性的因素 l 氢键 (Hydrogen bond 4~6 kc / mol)
弱键, 可加热解链 氢键堆积, 有序排列(线性, 方向) l 磷酸酯键 (phosphoester bond 80~90 kc / mol) 强键, 需酶促解链 l 0.2 mol / L Na+ 生理盐条件
消除DNA单链上磷酸基团间的静电斥力
l 碱基堆积力 (非特异性结合力) ☆ 范德华力（Van de waals force） (1.7A°/ 嘌呤环与嘧啶环 作用半径)
3.4A° (0.34 nm/碱基对间距) ( 1 kc / mol —0.6kc / mol ) ×n
☆ 疏水作用力 (Hydrophobic interaction) (磷酸骨架, 氨基, 酮基周围水分子间的有序排列 ) 不溶于水的非极性分子在水中相互联合, 成串结合的趋势力.
64个三联体密码子 3个终止密码子 编码氨基酸的61个密码子有简并性、通用性
b、编码基因选择性表达的信息
基因选择性表达表现在： 细胞周期的不同时相中 个体发育不同阶段 不同的器官和组织 不同的外界环境下基因的表达与否以及量的
差异
* 原核生物的结构基因占Genome的比例很大
Φx174phage 5386bp 结构基因用去5169bp 比例达96％
PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
b、 分子组成
☆ PY/PU + PU (偏碱性介质中稳定) G＊G 、 A＊A 、
G＊A＋
☆ PY/PU + PY (偏酸性介质中稳定) 常见类型
* 真核生物的结构基因占Genome的比例很小
哺乳动物中结构基因只占10％～15％
其余80％以上的DNA起什么作用目前还无 法精确解释，但可以肯定其中大部分DNA 序列是编码基因选择性表达的遗传信息
所以又称－－调控序列
二、 RNA也可作为遗传物质
* RNA病毒 传染媒介是病毒颗粒（病毒基因组RNA、蛋白质外壳） 如: 烟草花叶病毒（Tobacco Mosaic Virus ，TMV)
原因：多核苷酸链的骨架含有许多可转动的单键 磷酸二酯键的两个P-O键、糖苷键、戊糖环各个键
A
B
Z
Base Inclination Handedness
A
B
Z
四、一些DNA序列的不寻常结构
1、反向重复序列与二级结构 反向重复序列（inverted repeatitive sequence or inverted repeats IR） 又称回文序列（廻文）：指两段同样的核苷酸序列同时存 在于一个分子中，但具有相反的方向 有时也有不完全相同的情况 RNA和DNA中都可能存在 此外还可有directed repeatitive sequence ---正向重复序列