现代分子生物学要点总结(朱玉贤版)

现代分子生物学要点总结(朱玉贤版)

一、绪论

两个经典实验

1、肺炎球菌在老鼠体内的毒性实验：先将光滑型致病菌（S型）烧煮杀活性以后、以及活

的粗糙型细菌（R型）分别侵染小鼠发现这些细菌自然丧失了治病能力；当他们将经烧煮杀死的S型细菌和活的R型细菌混合再感染小鼠时，实验小鼠每次都死亡。解剖死鼠，发现有大量活的S型细菌。实验表明，死细菌DNA进行了可遗传的转化，从而导致小鼠死亡。

2、T2噬菌体感染大肠杆菌：当细菌培养基中分别带有35S或32P标记的氨基酸或核苷酸，

子代噬菌体就相应含有35S标记的蛋白质或32P标记的核酸。分别用这些噬菌体感染没有放射性标记的细菌，经过1~2个噬菌体DNA复制周期后进行检测，子代噬菌体中几乎不含带35S标记的蛋白质，但含30%以上的32P标记。说明在噬菌体传代过程中发挥作用的可能是DNA而不是蛋白质。

基因的概念：基因是产生一条多肽链或功能RNA分子所必需的全部核苷酸序列。

二、染色体与DNA

嘌呤嘧啶

腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶

染色体

性质：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、能指导蛋白质的合成，从而控制生命过程；4、能产生可遗传的变异。

组蛋白一般特性：1、进化上极端保守，特别是H3、H4；2、无组织特异性；3、肽链上氨基酸分布的不对称性；4、存在较普遍的修饰作用；5、富含赖氨酸的组蛋白H5

非组蛋白：HMG蛋白；DNA结合蛋白；A24非组蛋白

真核生物基因组DNA

真核细胞基因组最大特点是它含有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白

质的非功能蛋白质所隔开。人们把一种生物单倍体基因组DNA的总量称为C值，在真核生物中C值一般是随着生物进化而增加的，高等生物的C值一般大于低等动物，但某些两栖类的C值甚至比哺乳动物还大，这就是著名的C值反常现象。真核细胞DNA序列可被分为3类：不重复序列、中度重复序列、高度重复序列。

真核生物基因组的特点：1、真核生物基因组庞大，一般都远大于原核生物的基因组；2、真核基因组存在大量的的重复序列；3、真核基因组的大部分为非编码序列，占整个基因组序列的90%以上，这是真核生物与细菌和病毒之间的最主要的区别；4、真核基因组的转录产物为单顺反之；5、真核基因组是断裂基因，有内含子结构；6、真核基因组存在大量的顺式元件，包括启动子、增强子、沉默子等；7、真核基因组中存在大量的DNA多态性；8、真核基因组具有端粒结构。

原核生物基因组的特点：1、结构简练，绝大部分用来编码蛋白质，只有很少一部分控制基因表达的序列不转录；2、存在转录单元，原核生物DNA序列中功能相关的RNA和蛋白质基因，往往丛集在基因组的一个或者几个特定部位，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；3、有重叠基因，所谓重叠基因就是同一段DNA携带两种或以上不同的蛋白质的编码信息。

DNA的结构

DNA又称脱氧核糖核酸，是deoxyribonucleic acid的简称。

L=T+W，L指环形DNA分子两条链间交叉的次数，只要不发生断裂，L是一个常量。T为双螺旋的盘绕数，W为超螺旋数。双螺旋DNA的松开导致负超螺旋，而拧紧则导致正超螺旋。

双螺旋碱基间距（nm）螺旋直径（nm）每轮碱基数螺旋方向

A-DNA0.26 2.611右

B-DNA0.34 2.010右

Z-DNA0.37 1.812左

DNA的复制

半保留复制：Semi-conservative replication；半不连续复制：Semi-discontinuous replication

把生物体的复制单位称为复制子，一个复制子只含一个复制起始点。

归纳起来，无论是原核生物还是真核生物，复制起点是固定的，表现为固定的序列，并识别参与复制起始的特殊蛋白质。复制叉移动的方向和速度虽是多种多样的，但以双向等速方式为主。

复制的几种主要方式

双链DNA的复制大都以半包六复制方式进行的，通过“眼”型、θ型、滚环型或D-环型等以复制叉的形式进行。

1、线性DNA双链进行双向复制时，由于已知的DNA聚合酶和RNA聚合酶都只能从5’

到3’移动，所以，复制叉呈眼型；

2、环状双链DNA复制可分为θ型、滚环型和D-环形几种类型

Ⅰ、θ型，大肠杆菌染色体DNA是环状双链DNA，它的复制是典型的θ型复制，从一个起点开始，同时向两个方向进行复制，当两个复制叉相遇时，复制就停止

Ⅱ、滚环型，是单向复制的一种特殊方式，在噬菌体中很常见。DNA的合成由对正链原点的专一切割开始，所形成的自由5’端被从双链环中置换出来并为单链DNA结合蛋白所覆盖，

使其3’-OH端在DNA聚合酶的作用下不断延伸

Ⅲ、D-环形，也是单向复制的一种特殊方式，双链环在固定点解开进行复制，但两条链的合成是高度不对称的，最初仅以一条母链作为新链合成的模板，迅速合成出互补链，另一条链则称为游离的单链环。

原核生物和真核生物DNA复制的特点

原核生物DNA复制特点

DNA双螺旋的解旋

拓扑异构酶（DNA topoisomerase）：消除解链造成的正超螺旋的堆积，消除阻碍解链继续进行的这种压力，使复制得以延伸。拓扑异构酶Ⅰ，催化DNA链的断裂和重新连接，每次只作用于一条链，不需要辅助因子如ATP等；拓扑异构酶Ⅱ能同时断裂和连接两条DNA链，通常需要辅助因子。

DNA解链酶(DNA helicase)：解开双链DNA（DnaB蛋白：解螺旋酶；DnaA蛋白：辨认复制起始点；DnaC蛋白：辅助DnaB在起始点上结合并打开双链）

单链结合蛋白（SSB）：保证被解链酶解开的单链在复制完成前能保持单链结构

DNA复制的引发

所有的DNA复制都是从一个固定起点开始的，而且目前所知的DNA聚合酶都只能延长DNA链而不能从头合成DNA链。DNA复制时，往往先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物，再由DNA聚合酶从RNA引物3’末端开始合成新的DNA链。

DNA聚合酶

功能DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶Ⅱ（修复）DNA聚合酶Ⅲ

聚合作用5’→3’有有有

外切酶活性5’→3’有无无

外切酶活性3’→5’有有有

生物学活性10.0515

聚合酶Ⅲ部分亚基的功能

亚基αεθβ

功能聚合活性3’→5’核酸外切

酶活性组建核心酶两个β亚基形成滑动夹子，提高酶的持

续合成能力

真核生物DNA复制的特点

真核生物DNA复制与原核生物DNA复制有很多不同，例如，真核生物每条染色体上可以有多个复制起点，而原核生物只有一个复制起点；真核生物DNA的复制只能在分裂期进行，原核细胞在整个细胞周期都能进行；真核生物的染色体在全部完成复制前，各个起点上DNA 不能再开始，而在快速生长的原核生物中，复制起点可以连续开始新的DNA复制，表现虽然只有一个复制单元，但却可有多个复制叉。真核生物DNA复制叉的移动速度不到大肠杆菌的1/20，因此，人类DNA中每隔30000~300000个碱基就有一个复制起始点；真核生物DNA聚合酶有15种以上，大肠杆菌中存在的聚合酶有5种

DNA复制的调控

真核细胞中DNA复制有3个水平的调控：1、细胞生活水平调控，也称限制点调控，决定细胞停留在G1期还是进入S期；2、染色体水平调控；3、复制子水平调控，决定复制的起