分子生物学Word文档格式.docx

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研究执行各种生命功能的主要大分子──蛋白质的结构与功能。

尽管人类对蛋白质的研究比对核酸研究的历史要长得多，但由于其研究难度较大，与核酸分子生物学相比发展较慢。

近年来虽然在认识蛋白质的结构及其与功能关系方面取得了一些进展，但是对其基本规律的认识尚缺乏突破性的进展。

3.基因表达调控的分子生物学

基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。

生物发育过程中生物遗传信息的表达按一定的时、空顺序进行（时序调节），并随着内外环境条件的变化而不断加以修正（环境调控）。

基因表达调控主要发生在转录水平和翻译水平上。

原核生物基因组简单，转录和翻译在同一时空内发生，基因表达的调控主要发生在转录水平；

真核生物有细胞核结构，转录和翻译过程在时间和空间上都被分隔开，且在转录和翻译后都有复杂的信息加工过程，其基因表达的调控可以发生在不同的水平上。

基因表达调控研究主要是信号转导研究、转录因子研究及RNA剪接研究三个方面。

细胞信号转导的分子生物学

研究细胞内、细胞间信息传递的分子基础。

构成生物体的每一个细胞的分裂与分化及其它各种功能的完成均依赖于外界环境所赋予的各种指示信号。

在这些外源信号的刺激下，细胞可以将这些信号转变为一系列的生物化学变化，例如蛋白质构象的转变、蛋白质分子的磷酸化以及蛋白与蛋白相互作用的变化等，从而使其增殖、分化及分泌状态等发生改变以适应内外环境的需要。

信号转导研究的目标是阐明这些变化的分子机理，明确每一种信号转导与传递的途径及参与该途径的所有分子的作用和调节方式以及认识各种途径间的网络控制系统。

信号转导机理的研究在理论和技术方面与上述核酸及蛋白质分子有着紧密的联系，是当前分子生物学发展最迅速的领域之一。

4.DNA重组技术

DNA重组技术，又称基因工程技术，是20世纪70年代兴起的技术科学，目的是将不同的DNA片段按照人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并等到表达，产生影响受体细胞的新的遗传物质。

严格地讲，DNA重组技术并不完全等于基因工程技术，因为后者还包括可能使生物细胞基因组结构得到改造的体系。

基因工程技术是核酸化学、蛋白质化学等深入发展的结晶。

DNA重组技术有着广阔的应用前景：

（1）大量生产某些细胞代谢产物；

（2）定向改造生物的基因组结构；

（3）用于基础研究，如基因功能、启动子等。

5.基因组、功能基因组与生物信息学研究

虽然生物的基因组是遗传信息的总和，但基因组测序只是了解遗传信息的第一步，要了解基因的功能必须通过功能（后）基因组学研究。

生物信息学是基于生物和信息学科基础上，以快速、准确、大规模地进行基因结构和功能预测的各类方法的总和。

第二章

DNA的碱基组成特点——Chargaff定律

（1）碱基当量定律：

嘌呤碱总量=嘧啶碱总量，即A+G=T+C

（2）不对称比率A+T/G+C因物种（亲缘关系远近）而异

1.DNA的一级结构

DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）按一定顺序，通过3´

5´

磷酸二酯键连成的直线形或环形分子。

2.DNA分子双螺旋结构的主要特点：

１.DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

２.DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；

碱基排列在内侧。

３.两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：

A一定与T配对，G一定与C配对。

碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。

DNA分子结构的主要特点

DNA分子是有2条链组成，反向平行盘旋成双螺旋结构。

脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；

碱基对排列在内侧。

碱基通过氢键连接成碱基对，并遵循碱基互补配对原则。

DNA的双螺旋结构，DNA具有特殊的空间结构：

1）DNA分子是由两条平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的；

2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替联结，排列在外侧，构成了基本骨架；

碱基在内侧；

导致了DNA分子结构的不对称性，所以DNA分子是有极性的，即两条链反向平行排列。

3）内侧：

两条链上的碱基通过氢键联结起来，形成碱基对——维持双螺旋结构稳定

DNA双螺旋结构中碱基对的组成是有一定的规律的：

配对的严格专一性

4）DNA双螺旋结构的多态性

A-DNAB-DNAZ-DNAH-DNA（三螺旋核酸）

DNA双螺旋的稳定性：

1）DNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。

2）维持这种稳定性的因素包括：

两条DNA链之间形成的氢键；

3）由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响；

介质中的阳离子（如Na+、K+和Mg2+）中和了磷酸基团的负电荷，降低了DNA链之间的排斥力、范德华引力等。

4）改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。

DNA的其它螺旋结构

回文结构：

DNA序列中以某一中心区域为对称轴，其两侧的碱基对顺序正读和反读都相同的双螺旋结构。

即对称轴一侧的片段旋转180°

后，与另一侧片段对称重复。

回文结构能形成十字结构和发夹结构

镜像重复：

存在于同一股上的某些DNA区段的反向重复序列。

此序列各单股中没有互补序列，不能形成十字型或发夹结构。

DNA三股螺旋（H-DNA）:

DNA三股螺旋构型称为H-DNA，它是双螺旋DNA分子中一条链的某一节段，通过链的折叠与同一分子中DNA结合而形成。

其中一条链只有嘌呤AG，另一条链只有嘧啶CT，并具有镜像重复，这种结构在形成分子内三股螺旋时胞嘧啶需发生H+化过程，故称为H-DNA。

通过DNA单链之间形成氢键实现的

H-DNA可在转录水平上阻止基因的转录

3.DNA的三级结构

双螺旋进一步扭曲形成的超螺旋。

是一种比双螺旋更高层次的空间构象。

包括：

线状DNA形成的纽结、超螺旋和多重螺旋、环状DNA形成的结、超螺旋和连环等

DNA三螺旋结构的特点

（1）组成三螺旋的DNA单链，一般都是由单一的嘌呤碱基（A和G）或单一的嘧啶碱基（C和T）所组成。

（2）DNA三螺旋的基本结构有两种，一种是由两条多聚嘧啶碱基核苷酸链和一条多聚嘌呤碱基核苷酸链组成，即嘧啶-嘌呤-嘧啶。

三条链中碱基形成氢键的情况是：

T-A-T,C-G-C。

第二种是由两条多聚嘌呤碱基核苷酸链和一条多聚嘧啶碱基核苷酸链组成，简单表示为嘌呤-嘌呤-嘧啶。

A-A-T，G-G-C。

上述两种结构中，中间的碱基必须是嘌呤碱基。

（3）每一条单链至少由8个核苷酸组成

功能：

（1）控制基因转录

（2）保护靶序列防止酶切

4.DNA的超螺旋结构

超螺旋，简单地说就是螺旋的螺旋。

超螺旋的形成不是一个随机过程，而是当DNA存在一定张力时才会形成。

由于DNA双螺旋的盘绕过度或不足，使DNA分子处于一种张力状态，在封闭环状DNA分子中的这种张力不能释放出来，就会形成超螺旋

一.RNA

1.RNA的一级结构是由数量极其庞大的四种核糖核酸（AMP、GMP、CMP、UMP）按一定顺序，通过3´

，5´

磷酸二酯键连成的线形分子，其表示方法与DNA相同。

2．RNA的二级结构是短的，不完全螺旋的多核苷酸链。

3.RNA的三级结构是在茎环结构基础上进一步扭曲折叠而成的复杂结构。

RNA的结构：

RNA是单链分子,并不遵守碱基种类的数量比例关系，即分子中的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。

在RNA的双螺旋结构中，碱基的配对情况不像DNA中严格。

G除了可以和C配对外，也可以和U配对。

G-U配对形成的氢键较弱。

RNA分子中，部分区域也能形成双螺旋结构，不能形成双螺旋的部分，则形成突环。

这种结构可以形象地称为“发夹型”结构。

1、tRNA：

tRNA（转移RNA）约占总RNA的10-15%。

tRNA种类较多，尤其是真核细胞，不仅有胞质tRNA，细胞器也有自己的tRNA。

已知每一个氨基酸至少有一个相应的tRNA。

RNA分子的大小很相似，链长一般在73-78个核苷酸之间。

具有不变的（恒定的）核苷酸:

U8、G18、G19；

tRNA在蛋白质生物合成中起翻译氨基酸信息，并将相应的氨基酸转运到核糖核蛋白体的作用。

含较多的修饰核苷酸；

5ˊ端多为pG,3ˊ端多为CCA-OH。

tRNA的二级结构：

都呈”三叶草”形状，在结构上具有某些共同之处，包括氨基酸接受区、反密码区、二氢尿嘧啶区、TC区和可变区。

除了氨基酸接受区外，其余每个区均含有一个突环和一个臂。

tRNA的三级结构：

在三叶草型二级结构的基础上，突环上未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，目前已知的tRNA的三级结构均为倒L型。

tRNA的三级结构具有以下特点：

①两个端点分别为氨基酸接受臂的CCA（OH）端和反密码环；

②转角由二氢尿嘧啶环和TC环构成；

③碱基堆集及三级氢键相互作用在L形三级结构的形成及维持稳定中起重要作用。

2、mRNA：

约占总RNA的5%，但种类较多，将DNA的遗传信息传递到蛋白质合成基地-核糖核蛋白体。

（1）帽结构：

真核细胞mRNA5-末端有一个甲基化的鸟苷酸（m7GpppNmNm）

作用:

保护mRNA的免受核酸酶从5-末端开始对它的水解，并且在翻译中起重要作用。

（2）尾结构：

极大多数真核细胞mRNA在3-末端有一段长约200核苷酸的polyA

作用：

与mRNA从细胞核到细胞质的转移有关；

与mRNA的半寿期有关

3、rRNA：

（核糖体RNA）约占全部RNA的80%，它们与核糖体蛋白构成核糖体。

与蛋白质生物合成相关

许多rRNA的一级结构及由一级结构推导出来的二级结构都已阐明，rRNA分子中有非配对的单链区以及配对的双链区相间排列，组成发卡（Hairpin）、突环（bulge）、内部环（Internalloop）、多分支环和假结等二级结构。

核酸一般理化性质

1.晶形：

DNA为白色纤维状固体；

RNA为白色粉末状固体

2.溶解性：

均溶于水；

不溶于乙醇、乙醚、氯仿等一般有机溶剂。

因此常用乙醇从溶液中沉淀核酸，当乙醇浓度达到50％时，DNA就沉淀出来，当达到75%时RNA也沉淀出来。

形成沉淀；

在0.14MNaCl和1~2MNaCl中

DNA-蛋白溶解度低溶解度高

RNA-蛋白溶解度高溶解度低

3.形状和粘度：

核酸（特别是线形DNA）分子极为细长，其直径与长度之比可达1：

107，因此核酸溶液的粘度很大，即使是很稀的DNA溶液也有很大的粘度。

RNA溶液的粘度要小得多。

核酸若发生变性或降解，其溶液的粘