分子生物学重点.docx

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分子生物学重点

第二章染色体与DNA

一、染色体

1、染色体是指在细胞分裂期出现的一种能被碱性染料强烈染色，并具有一定形态、结构特征的物体。

它由核酸和蛋白质组成，是生物遗传物质的主要载体。

（DNA、组蛋白和非组蛋白及部分RNA）

2、染色体蛋白主要分为组蛋白和非组蛋白两类。

组蛋白是染色体的结构蛋白，分为H1、H2A、H2B、H3及H4五种。

组蛋白含有大量的赖氨酸和精氨酸，其中H3、H4富含精氨酸，H1富含赖氨酸。

H2A、H2B介于两者之间。

3、真核生物基因组结构特点

①真核基因组庞大，一般远大于原核生物的基因组。

②真核基因组存在大量重复序列。

③真核基因组中大部分为非编码区。

④真核细胞基因转录产物为单顺反子，即一个结构基因转录、翻译成一个mRNA分子，一条多肽链。

⑤真核基因是断裂基因，在真核生物结构基因的内部存在许多不编码蛋白质的间隔序列，称为内含子，编码区则称为外显子。

⑥真核基因组存在大量的顺式作用元件。

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。

DNA多态性指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性和串联重复序列多态性。

⑧真核基因组具有端粒结构。

端粒是真核生物线性基因组DNA末端的一种特殊结构，是一段DNA序列和蛋白质形成的复合体。

4、原核细胞DNA特点：

结构简炼：

原核DNA分子的绝大部分是用来编码蛋白质的，只有很小一部分控制基因表达的序列不转录；

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几个特定部位，形成转录单元并转录产生含多个mRNA的分子，称为多顺反子mRNA；

有重叠基因：

一些细菌和动物病毒存在重叠基因，同一段DNA能携带两种不同蛋白质的信息。

二、DNA结构

1、高级结构的连接数的计算

①计算一个240bps的环状DNA在松弛态和w=-2的L和超螺旋密度。

松弛态：

L=T=240/10=24

超螺旋：

T=24；L=T+W=24+（-2）=22；

=-2/24=-0.08

②已知自然界存在大多数DNA分子的superhelicaldensity（超螺旋密度）

是-0.06，一个10000bpDNA分子，假定是B型构像，将形成多少圈超螺旋？

W/T=-0.06W=T*（-0.06）T=10000/10W=60

2、一级结构：

是指四种核苷酸的链接及排列顺序，表示该DNA分子的化学构成。

3、二级结构：

是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。

DNA的二级结构分两大类：

一类是右手螺旋，如A-DNA和B-DNA；另一类是左手螺旋，即Z-DNA。

B-DNA是最常见的DNA构象，也是活性最强的DNA构象。

三、DNA的复制

1、复制的方式：

半保留复制：

DNA在复制过程中，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。

每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，这种复制方式被称为DNA的半保留复制。

DNA的半不连续复制：

由于DNA双螺旋的两条链是反向平行的，因此在复制叉附近解开的DNA链一条是5’→3’方向，另一条是3’→5’方向，两个模板极性不同。

而所有已知DNA聚合酶的合成方向都是5’→3’，两条链无法同时进行复制。

2、复制叉：

复制时，双链DNA要解开成两股链分别进行，所以，复制起点呈叉子形式。

复制的起点的特点：

复制时呈现复制叉的形式，一个复制子只含有一个复制起始点。

复制起始点是固定的。

复制方向：

移动的方向和速度虽是多种多样但以双向等速方式为主。

3、原核与真核复制叉的区别：

4、复制的几种主要方式：

线性DNA双链的复制和环状DNA双链的复制

5、原核生物和真核生物DNA的复制特点

原核生物DNA的复制特点：

真核生物DNA的复制特点:

6、DNA聚合酶：

共同：

都以dNTP为底物；都需要Mg2+激活；聚合时必须有模板链和具有3'—OH末端的引物链；链的延伸都方向为5'→3'。

大肠杆菌DNA聚合酶I、II和III的性质比较

种类

特点

DNA聚合酶I

不是复制大肠杆菌染色体的主要聚合酶，它有5'→3'核酸外切酶活性，保证了DNA复制的准确性。

它也可用来除去冈崎片段5'端RNA引物，使冈崎片段间缺口消失，保证连接酶将片段连接起来

DNA聚合酶II

活性很低，若以每分钟酶促核苷酸掺入DNA的转化率计算，只有DNA聚合酶I的5%，所以也不是复制中主要的酶。

目前认为DNA聚合酶II的生理功能主要是起修复DNA的作用。

DNA聚合酶III

包含有7种不同的亚单位和9个亚基，其生物活性形式为二聚体。

它的聚合活性较强，为DNA聚合酶I的15倍，聚合酶II的300倍。

它能在引物的3’—OH上以每分钟约5万个核苷酸的速率延长新生的DNA链，是大肠杆菌DNA复制中链延长反应的主导聚合酶。

DNA聚合酶IV和V

分别由dinB和umuD’2C基因编码，主要在SOS修复过程中发挥功能。

7、DNA复制的调控：

ColEl质粒DNA的复制调控；大肠杆菌染色体DNA的复制调控；真核细胞DNA的复制调控

四、DNA修复

1、修复有以下几种：

错配修复恢复错配

在含有错配碱基的DNA分子中，使正常核苷酸序列恢复的修复方式。

）

碱基切除修复切除突变的碱基

核苷酸切除修复修复被破坏的DNA

DNA直接修复修复嘧啶二体或甲基化DNA

2、AP位点：

所有细胞中都带有能识别受损核酸位点的不同的糖苷水解酶，能特异性切除受损核苷酸上的N-β糖苷键，形成去嘌呤或去嘧啶位点。

3、甲基化酶的作用：

甲基化酶使位于5’-GATC序列腺苷酸的N6位甲基化，一旦在DNA复制过程中发生错配，错配修复系统就会依据Dam甲基化酶识别新合成链中的错配并加以校正，DNA子链中的错配几乎完全被修正。

只要两条DNA链上碱基配对出现错误，错配修复系统就会根据“保存母链，修正子链”的原则，找出错误碱基所在的DNA链，并加以修正。

五、DNA转座

1、DNA转座：

或称移位，是由可移位因子介导的遗传物质重排现象。

2、插入序列（IS因子）：

是最简单的转座子，不含有任何宿主基因而常被称为插入序列（IS），它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。

3、自主性因子：

是细胞内的控制因子，具有自主剪接和转座的功能。

4、非自主性因子：

是细胞内的控制因子，具有单独存在时是稳定的，不能转座，当基因组中存在与非自主性因子同家族的自主性因子时，它才具备转座功能。

5、Ac-Ds系统：

是激活-解离系统，它通过复制型机制进行转座。

Ac，是属于自主转座子，能够自主转座，并形成不稳定的基因突变，但不使染色体断裂；它能使Ds因子活化、转座，并通过控制结构基因的表达。

同时可以推迟Ds因子的解离和转座。

Ds元件属于非自主因子，又称解离因子，与Ac属于同一家族的控制因子。

已知所有Ds都是Ac转座子的突变体，其两端有完整的转座特征序列。

6、复合型转座子：

是一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列。

第三章生物信息的传递（上）——从DNA到RNA

一、RNA转录的基本过程：

无论是原核还是真核细胞，转录的基本过程都包括：

模板识别：

主要指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。

转录起始：

是RNA链上第一个核苷酸键的产生，不需要引物。

通过启动子：

转录的延伸和终止：

RNA聚合酶离开启动子，沿DNA链移动并使新生RNA

链不断伸长的过程就是转录的延伸。

当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA杂和物分离，转录泡瓦解，DNA恢复成双链状态，而RNA聚合酶和RNA链都被从模板上释放出来，这就是转录的终止（termination）。

二、转录机器的主要成分:

RNA聚合酶转录复合物

1、RNA聚合酶的功能：

是转录过程中最关键的酶，主要以双链DNA为模板，以4种核苷三磷酸作为活性前体，并以Mg2+/Mn2+为辅助因子，催化RNA链的起始、延伸和终止，它不需要任何引物，催化生成的产物是与DNA模板链相互补的RNA。

原生物RNA聚合酶的主要特征：

几乎负责所有mRNA、rRNA和tRNA的合成。

转录的起始过程需要全酶，由σ因子辨认起始点，延长过程仅需要核心酶的催化。

真核生物RNA聚合酶的主要特征：

聚合酶中有两个相对分子质量超过1×105的大亚基；同种生物3类聚合酶有“共享”小亚基的倾向，即有几个小亚基是其中3类或2类聚合酶所共有的。

表-真核细胞中三类RNA聚合酶特性比较

酶

细胞内定位

转录产物

相对活性对

α-鹅膏覃碱的敏感程度

RNA聚合酶I

核仁

rRNA

50%-70%

不敏感

RNA聚合酶II

核质

hnRNA

20%-40%

敏感

RNA聚合酶III

核质

tRNA

约10%

存在物种特异性

2、转录复合物：

模板的识别阶段包括RNA聚合酶全酶对启动子的识别，聚合酶与启动子可逆性结合形成封闭复合物（closedcomplex，此时，DNA仍处于双链状态）。

三、启动子与转录起始

1、启动子：

是一段位于结构基因5’端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确地相结合并具有转录起始的特异性

即位于–10bp处的TATA区和–35bp处的TTGACA区，它们是RNA聚合酶与启动子的结合位点。

上升突变：

TATAAT变成AATAAT就会大大降低其结构基因的转录水平

下降突变：

如果增加Pribnow区的共同序列，将乳糖操纵子的启动子中的TATGTT变成TATATT，就会提高启动子的效率，称为上升突变。

2、增强子：

在SV40的转录单元上发现其转录起始位点上游约200bp处有两段72bp长的重复序列，它们不是启动子的一部分，但能增强或促进转录的起始，因此，称这种能强化转录起始的序列为增强子或强化子（enhancer）。

3.增强子具有下列特点：

远距离效应一般位于上游-200bp处，即使相距>10kb也能发挥作用

无方向性位于上游、下游或内部

顺式调节只调节位于同一染色体上的靶基因无物种和基因特异性

具有组织特异性增强子的效应需特点的蛋白质因子参与

具有相位性作用与DNA构象有关

有的增强子可以对外部信号产生反应

4、原核与真核生物mRNA的特征比较

（1）、原核生物mRNA的特征

1.半衰期短。

2.原核细胞的mRNA（包括病毒）有时可以编码几个多肽，而真核细胞的mRNA最多只能编码一个多肽

3.原核生物mRNA的5’端无帽子结构，3’端没有或只有较短的多聚（A）结构。

4.原核生物常以AUG（有时GUG，甚至UUG）作为起始密码子，而真核生物几乎永远以AUG作为起始密码子

把只编码一个蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA（monocistronicmRNA），把编码多个蛋白质的mRNA称为多顺反子mRNA（polycistronicmRNA）。

多聚（A）是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式，它大大提高了mRNA在细胞质中的稳定性。

刚从细胞核进入细胞质时，其多聚（A）尾巴一般比较长，随着mRNA在细胞质内逗留时间延长，多聚（A）逐渐变短消失，mRNA进入降解过程。

（2）、真核生物mRNA的特征

1.真核生物mRNA的5’端存在“帽子”结构。

2.绝大多数真核生物mRNA具有多聚（A）尾巴。

除组蛋白基因外，真核生物mRNA的3’末端都有多聚（A）序列.

5.模板识别阶段主要指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。

6、原核生物起始密码子AUG上游7-12个核苷酸处有一被称为SD序列