分子生物学总结.docx
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分子生物学总结
亲缘关系相近的不同来源DNA单链或DNA单链与RNA单链之间通过碱基互补形成杂交分子的过程称为分子杂交
1，GC%愈高→Tm值愈大2，☆GC%含量相同的情况下，AT形成变性核心，变性加快，Tm值小3，大片段D.S.DNA分子片段长短对Tm值的影响较小,与组成和排列相关，小于100bp的D.SDNA分子，片段愈短，变性愈快，Tm值愈小4，变性剂（如尿素，酰胺等）5，极端pH条件的影响
●影响双螺旋结构稳定性的因素氢键磷酸酯键碱基堆积力（非特异性结合力）
碱基内能磷酸基团间的静电斥力
基因（Gene）是DNA分子上的一段序列，一个基因包括一个蛋白质或RNA的全部编码序列和编码区之外对编码区转录功能所必要的非编码的调控区
结构基因，编码蛋白质的基因;可被转录生成mRNA，进而翻译成蛋白质，表现出相应性状
工具基因，只转录成RNA，不再翻译成蛋白质；为蛋白质合成提供必要的工具。
如rDNA、tDNA基因
基因组是一种生物染色体内全部遗传物质的总和，包括构成基因和基因之间区域的所有DNA
Ø原核生物的基因结构特点，基因组较小，编码区和非编码区组成，非编码DNA比例较少，无内含子；有操纵子结构，且为多顺反子；结构基因多为单拷贝，rRNA基因多拷贝；，有些基因之间可以形成重叠基因
不连续基因（discontinuousgene）
在基因编码蛋白质的序列中插入与蛋白质编码无关的DNA间隔区，使一个基因分隔成不连续的若干区段
内含子的功能：
影响基因的表达调控调控RNA的剪接，增加DNA储存信息量，有助于变异和进化，编码特定的蛋白质，增加重组几率
•遗传密码通用性不完全适合mt－DNA（线粒体dna）
◆基因组的特点：
1，基因组较大，结构复杂，大部分位于细胞核中，为双链线状，并与蛋白质结合形成染色质，而且染色体数目往往不是一条，而是多条;2，每条染色体的DNA分子具有多个复制起点，基因内存在内含子。
真核基因多为断裂基因3，编码序列仅占基因组DNA的一小部分，绝大多数为非编码序列；4，基因组中存在大量的重复序列。
重复序列在人基因组中约占50％；5，转录产物为单顺反子mRNA,即一mRNA只能翻译成一种蛋白质。
Ø单拷贝序列
非重复序列，在基因组中仅有一个拷贝，大多数结构基因
Ø轻度重复序列
2-10个拷贝，包括rRNA、tRNA和一些结构基因如组蛋白基因
Ø中度重复序列
十至数百个拷贝，分散于整个基因组中，一般为不编码序列，起基因调控作用
Ø高度重复序列
Ø几百至几百万个拷贝；长度从几个、几十个到几百万bp，可分为3种：
简单重复序列、小卫星DNA和微卫星序列
Ø微卫星DNA（microsatelliteDNA）:
由2-6个bp单位组成的串联重复序列，分散于整个核基因组。
如TGTG……TG=（TG）n
•小卫星DNA（minisatelliteDNA）:
由中等大小的串联重复组成，主要分布于染色体末端区域。
•卫星DNA（satelliteDNA）:
分布于染色体上异染色区域，由长串联重复序列组成
基因家族：
真核生物基因组中功能相似、结构具有同源性的一组基因。
假基因（pseudogene）
核苷酸序列与编码某一蛋白质的基因相似，但不具功能，不能转录形成成熟mRNA或不能翻译出功能蛋白质
跳跃基因（jumpinggene）
从基因组上的一个位置转移到同一条染色体或另一条染色体的另一个位置，引起相应控制性状的改变。
复制：
亲代双链DNA分子在DNA聚合酶的作用下，分别以每单链DNA分子为模板，聚合与自身碱基可以互补配对的游离的dNTP,合成出两条与亲代DNA分子完全相同的子代DNA分子的过程。
DNA复制时以亲代的每一条DNA链为模板，按照碱基互补配对的原则，合成与其互补的DNA链，在子代DNA中，一条链来于亲代DNA，另一条链是新合成的。
DNA的这种复制方式称为半保留复制
复制子（replicon）：
基因组中能独立进行复制的单位，称复制子或复制单位。
复制子中含有复制起点（origin，ori或复制原点）和复制终点
真核:
多复制子，原核:
单复制子
呼吸现象，DNA复制原点处氢键迅速断裂与再生，导致两条DNA链不断解链与聚合，形成瞬间的单泡状结构的过程。
环状DNA：
θ型复制，从复制起点开始,双向同时进行，形成θ样中间物
b、滚环式复制（rollingcirclereplication）由于复制时产生的滚环结构形状象σ，又称σ复制（如病毒、细菌因子）
D环复制（D-loopreplication）
特点：
复制起点不在双链DNA同一位点如线粒体或叶绿体DNA的复制方式
以3’→5’方向的亲代DNA作模板链,子链在复制时聚合方向为5’→3’的连续进行复制，这条子链称为前导链（leadingstrand）（复制方向与解链方向一致）
•以5’→3’方向的亲代DNA链为模板链,子链在复制时聚合方向也是5’→3’，但是不连续复制，这条子链被称为滞后链（laggingstrand）。
（复制方向与解链方向相反）
DNA在复制时，由滞后链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段（Okazakifragment）
半不连续复制：
前导链连续复制而滞后链不连续复制，就是复制的半不连续性
DNA连接酶即将相邻的两个岗崎片段连接起来，并催化两者之间的3’5’-磷酸二酯键形成
复制体（replisome）：
在DNA合成的复制叉上，由各种各样与复制有关的酶和辅助因子在DNA链上形成的复合体
拓扑异构酶Ⅰ（topA）可使DNA双链中的一条链切断，松开双螺旋后再将DNA链连接起来，从而避免出现链的缠绕。
拓扑异构酶Ⅱ可切断DNA双链，使DNA的超螺旋松解后，再将其连接起来
2、解链酶（helicase促进DNA分子两条互补链分开，利于复制叉前进
3、单链DNA结合蛋白（singlestrandDNAbindingprotein,SSBP）。
与单链DNA结合，稳定其构象，防止形成双链结构，利于DNA复制；
保护新合成的单链DNA，免于其被核酸酶水解。
4、DNA聚合酶（DNApolymerase）特点
•以dNTP为底物
•需要提供合成模板
•不能起始新的DNA链，必须要有引物提供3‘-OH
•催化DNA合成的方向是5`→3`
•具有5`→3`或3`→5`核酸外切酶活性
•
原核生物DNA聚合酶
DNA聚合酶Ⅰ
1.5‘→3’聚合活性（聚合功能）
2.3‘→5’外切活性（校读功能）
3.5‘→3’外切活性（切除RNA引物损伤修复）
（1）去除引物；
（2）缺口平移（nicktranslocation）
•DNA聚合酶II
•DNA-polII基因发生突变，细菌依然能存活
•3‘→5’外切酶活性
•无5'→3'外切酶活性。
•在polI和polIII缺失情况下暂时起作用
•参与DNA损伤的应急状态修复
•不是复制的主要聚合酶,是一种修复酶
引物酶（primase）
在DNA复制中催化合成RNA引物的酶
引发体（Primosome）:
引物合成酶与各种蛋白质因子构成的复合体，负责RNA引物的合成
有9个蛋白和酶参与复制的起始
•DnaA蛋白识别原点顺序在特定位点上打开DNA双链
•DnaB蛋白解开DNA双链
•DnaC蛋白帮助DnaB蛋白与原点结合
•HU促进复制起始
•引物酶DnaG蛋白合成RNA引物
•SSB结合单链DNA
•RNA聚合酶促进DnaA蛋白激活
•DNA旋转酶释放解螺旋时产生的张力
•Dam甲基化酶甲基化位点的5GATC序列
terE,D,A仅对反时针方向的复制叉具有终止效应
terF,B,C仅对顺时针方向的复制叉具有终止效应
四、真核生物的DNA复制特点：
ØDNA复制时，染色质结构发生改变，核小体解开；
Ø真核生物染色体DNA含有多个复制起点；
ØDNA在全部复制完成之前，各个复制起点不能开始新一轮的复制；
多个复制子，冈崎片段短，复制叉行进的速度慢等
端粒：
指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构特点：
TTGGGG（T2G4）序列高度重复的末端
•五、DNA复制的保真性
•DNA聚合酶在复制时对碱基的正确选择；
•RNA引物；
•遵守严格的碱基配对规律；
•DNA聚合酶（3’-5’外切酶活性）本身具有校对作用；
错配修复系统识别错配碱基及各种损伤并修正
1、DNA复制产生的损伤
（1）复制中的碱基错配
（2）碱基的互变异构移位
（3）DNA聚合酶的“打滑”
（4）碱基的脱氨基作用（deamination）
（5）碱基丢失
2、物理因素引起的DNA损伤
（1）紫外线引起的DNA损伤
（2）电辐射引起的DNA损伤
3、化学因素引起的DNA损伤
（1）烷化剂对DNA的损伤
（2）碱基类似物、修饰剂对DNA的损伤
4、嵌入染料
DNA修复（repair）：
是对已发生分子改变的补偿措施，使其尽可能回复为原有的天然状态
DNA修复（repair）重要性
DNA存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息，维护DNA分子的完整性对细胞至关紧要；
修复DNA损伤的能力是生物能保持遗传稳定性所在；
DNA分子的变化并不是全部都能被修复成原样的，因此生物才会有变异、有进化
Ø
（1）直接修复光修复（lightrepair可见光主要是低等生物的DNA损伤修复的方式紫外线损伤DNA的切除修复（高等动物）
Ø
（2）切除修复（excisionrepair碱基切除修复核苷酸切除修复（3）重组修复（recombinationrepair）
（4）SOS修复又称为错误倾向修复（5）错配修复系统（Mismatchrepairsystem
ØSOS反应：
细胞DNA受到严重损伤或DNA复制系统受到抑制的紧急状态下，为求生存而出现的应急反应
转录（transcription）:
是指以DNA为模板，在RNA聚合酶催化下，以4种NTP（ATP、CTP、GTP和UTP）为原料，合成RNA的过程。
转录后RNA产物主要有：
rRNA,tRNA,mRNA,snRNA和hnRNA,miRNA等
（2）用于转录的DNA链为模板链（templatestrand），也称反义链（anti-sensestrand）
（3）不作模板的链为编码链（codingstrand），也称有义链（sensestrand
（4）有义链与反义链并非固定不变
合成的RNA中，如只含一个基因的遗传信息，称为单顺反子；如含有几个基因的遗传信息，则称为多顺反子。
RNA转录合成时，只能向一个方向进行聚合，所依赖的模板DNA链的方向为3'→5'，而RNA链的合成方向为5'→3'
Ø从启动子（promoter）到终止子（terminator）称为转录单位（transcriptionalunit）
ØRNApol和DNApol也有2点不同：
Ø
（1）RNApol没有任何校对功能；
Ø
（2）能起始新的RNA链（无需引物）
（1）α因子（由rpoA基因编码）
•前端α因子－－使模板DNA双链解链为单链•尾端α因子－－使解链的单链DNA重新聚合为双链•有助于识别启动子•核心酶的组建因子（α2β＋β’）
（2）β因子（rpoB基因编码
•催化磷酸二酯键的形成RNAelongation
•Editing功能（排斥与模板链不互补的碱基）
•与Rho（ρ）因子竞争RNA3’－end
•构成Holoenzyme后，β因子含有两个位点
Isite（initiationsite）:
负责转录的起始
Esite（elongationsite）：
负责转录的延伸
（3）β’因子（rpoC基因编码）
参与RNA非模板链的结合（充当SSB
（4）σ因子（rpoD基因编码）
•使HoloEnzyme识别启动子，并通过σ与模板链结合
•σ因子可重复使用
•不同的σ因子识别不同的启动子
•启动子（promoter）:
位于基因上游,与RNA聚合酶识别、结合并起始转录有关的一段DNA序列（双链）.
•转录起点即转录原点记为＋1，其上游记为负值，下游记为正值.
•转录起点多为嘌呤，且G>A，两侧分别为C和T（CGT/CAT）.
（1）原核生物启动子的结构特点
•含识别（R）,结合（B）和起始（I）位点；
•序列保守;
•位置和距离都比较恒定；
•直接和聚合酶相结合；
•常和操纵子相邻；
•位于基因的5′端；
决定转录的启动和方向
Ⅱ、转录的延伸（elongation）
σ亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移（40个核苷酸/秒，但不匀速）；
在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长
终止子（terminator）：
提供转录终止信号的DNA序列
终止因子（terminationfactor）：
协助RNA聚合酶识别终止信号的蛋白质因子
Ø不依赖ρ因子的终止子
•回文对称序列
•发夹结构
茎:
7~20bp的IR序列形成（富含G/C）
环：
中间不重复序列形成
•形成茎环结构DNA模板链中有一串约6个A，转录为RNA3'端的U
发夹结构的突变可阻止转录的终止
依赖ρ因子的终止子
回文对称序列（Palindromicseq）
有发夹结构，但GC含量少
无U串
靠与ρ的共同作用而实现终止
（Rho）因子:
分子量为46kD，活性形式为六聚体，促进转录终止的活性，ATPase活性
该蛋白因子能识别终止信号，并能与RNA紧密结合，导致RNA的释放。
真核生物转录的一般规律
Ø转录单位为单顺反子；
ØRNA聚合酶高度分工；
Ø转录需要许多蛋白质因子的参与；
Ø顺式作用元件复杂；
转录调控以正调控为主
增强子（enhancer能使基因转录频率明显增加的DNA序列
特点1增强效应十分明显，一般能使基因转录频率增加10-200倍
②增强效应与其位置和取向无关
③增强效应有严格的组织和细胞特异性
④没有基因专一性，可在不同基因组合上表现增强效应
⑤没有生物种属的特异性，其作用受到细胞发育和分化的影响
⑥许多增强子还受外部信号的调控
⑦增强子要有启动子才能发挥作用
RNA聚合酶催化基因转录所需要的辅助因子（主要是蛋白质）称转录因子（transcriptionalfactor,TF）
RNA聚合酶II起始转录需要的转录因子
TFⅡD：
包含TATA结合蛋白（TBP）和多种TBP联结因子（TAF），可识别不同启动子并与其结合
TFⅡA：
稳定TFⅡD与启动子复合物
TAⅡF：
可与RNA聚合酶Ⅱ形成复合体，参与解链
TFⅡB：
可与TBP和TFⅡF结合
TFⅡH：
具有ATP酶、解旋酶和激酶的作用，激酶活性催化RNApolⅡ磷酸化，促使复合物构象改变，进而促进转录
TFⅡE：
与RNApolII结合，阻止它与DNA的非特异结合
遗传密码:
DNA（或mRNA）中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码。
密码子（codon）：
mRNA上每3个相邻的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码（tripletcodon）
开放读码框：
从mRNA5’端起始密码子AUG到3’端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放读码框（openreadingframe,ORF）
终止密码（terminationcodon）:
UAA，UAG，UGA起始密码（initiationcodon）:
AUG
编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。
如插入或缺失一个碱基，可造成移码突变
2、遗传密码的基本特征
（1）连续性
（2）密码子的简并性（3）摆动性（wobble）
（4）密码子的偏爱性（codonusagebias）（5）通用性和变异性
同一个氨基酸具有两个或更多个密码子的现象称密码子的简并性（degeneracy）（大多数简并性表现在密码子的第三个核苷酸上，即第一、二个核苷酸确定后，第三个核苷酸可变。
）
密码子的简并性意义简并密码子越多，生物遗传的稳定性越大，氨基酸出现频率越高
对应于同一种氨基酸的不同密码子称同义密码子（synonymouscodon）
转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对
密码子的偏爱性（codonusagebias）
Ø同一物种中，编码同一氨基酸的密码子的使用频率不同。
Ø不同物种间（原核和真核生物），编码同一氨基酸的密码子的使用频率也不同。
通用性和变异性
通用性。
蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。
变异性。
动物细胞的线粒体DNA（mtDNA）、支原体及少数纤毛类原生动物的编码方式与通用密码子有所不同。
ØTψC常由5bp的茎和7nt的环组成，此臂负责和核糖体上的rRNA识别结合；
Ø反密码子环（anticodonloop）常由5bp的茎区和7Nt的环区组成，它负责对密码子的识别与配对。
ØD环（Dloop）的茎区长度常为4bp，也称双氢尿嘧啶环。
负责和氨基酰tRNA聚合酶结合;
额外环（extraloop）可变性大，从4Nt到21Nt不等，其功能是在tRNA的L型三维结构中负责连接两个区域（D环－反密码子环和TψC-受体臂）
tRNA的三级结构示意图（倒L形）
2、氨基酸活化
核糖体活性位点
mRNA结合位点：
与mRNA结合，位于30S亚基上
P位：
即肽位（peptidylsite），或给位，在延长成肽之后，3′端连接肽链的肽酰tRNA占据的位置，肽链转位至此，延长继续。
A位：
即氨基酰位（aminoacylsite），或称受位，每次延长，氨基酰tRNA就加入到A位上，延长成肽中，此位因接受肽酰基链，故名受位。
E位：
排出位（exitsite），空载的tRNA从此位点被排出
S-D序列：
又称核糖体结合位点（ribosomalbindingsite,RBS），是mRNA起始密码上游的一段富含嘌呤核苷酸的序列，该序列以…AGGA…为核心。
IF1、IF3协助
进位（entrance根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位
翻译的终止（termination）当核蛋白体出现mRNA的终止密码后，多肽链合成停止，肽链从肽酰－tRNA中释出，mRNA、核糖体大、小亚基等分离，这些过程称为肽链合成终止。
真核细胞蛋白质合成的特点
●核糖体为80S，由60S的大亚基和40S的小亚基组成
●起始密码AUG
●起始tRNA为Met－tRNAiMet
●起始复合物结合在mRNA5’端AUG上游的帽子结构，真核mRNA无富含嘌呤的SD序列（除某些病毒mRNA外）
●由多种起始因子参与（eIF1,eIF2,eIF3等十多种）
●真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落
●肽链延伸因子（EF1,EF2）及释放因子（RF可识别3种终止子）
转录后加工（post-transcriptionalprocessing）:
是指将各种前体RNA分子加工转变成有功能的、成熟的各种RNA（mRNA、rRNA或tRNA等）的过程
原核生物tRNA初始转录本有三种
（1）多数为串连在一起的多顺反子（polycistron）
（2）少数为单顺反子
（3）由tRNA和rRNA串连组成
3、原核生物mRNA前体的加工
一般不需要加工，转录后直接进行翻译；
少数多顺反子mRNA须通过核酸内切酶切成较小的单位，然后再进行翻译。
帽子结构的功能
Ø对翻译起识别作用---核糖体识别RNA提供信号
Ø增加mRNA的稳定性,使5’端免遭核酸外切酶的攻击
Ø有助于mRNA越过核膜，进入胞质
一个基因的初始转录产物在不同发育阶段和生理状态下，通过不同的剪接方式，可得到不同的mRNA和翻译产物，称选择性剪接（alternativesplicing）
核不均一RNA（heterogenousnuclearRNA,hnRNA）平均分子长度为8-10Kb（2Kb~14Kb）左右。
比mRNA的平均长度（1.8-2Kb）要大4-5倍。
hnRNA是mRNA的前体，证据是：
（1）hnRNA和mRNA有相同的序列；
（2）两者的3′端都有多聚腺苷有尾巴；
（3）两者5′端都有帽子结构；
（4）表明二者为相同的聚合酶所合成.
诱导物：
有些阻遏蛋白在自然状态下能结合DNA。
当无诱导物存在时，阻遏蛋白与操纵基因结合，从而阻止RNA聚合酶进入启动子区域，操纵子关闭，mRNA不能合成。
有诱导物时，诱导物和阻遏物结合，使其构象发生变化，从而阻遏蛋白不能结合在操纵基因元件上，或从DNA上脱落下来。
这样RNA聚合酶进入启动子，可以诱导下游结构基因的转录。
辅阻遏物：
与诱导物的作用相反。
有时阻遏蛋白不具有与操纵基因结合的活性，时结构基因正常表达。
如有辅阻遏物结合到阻遏蛋白分子上，改变了阻遏蛋白的构象，提高了阻遏蛋白与操纵基因的亲和性，导致RNA聚合酶不能结合到启动子上，从而阻止了基因的表达。
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