分子生物学复习大纲Word下载.docx
《分子生物学复习大纲Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分子生物学复习大纲Word下载.docx（41页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
●DNA的二级结构:
是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所形成的双螺旋结构。
●DNA的二级结构分两大类：
右手螺旋：
A—DNA、B—DNA、C—DNA。
根据X射线衍射照片，设想的DNA分子是两条反相平行的多核苷酸链围绕同一中心轴构成的右手螺旋结构（即B-DNA）。
左手螺旋DNA:
即Z-DNA每螺圈12个碱基对，而且Z-DNA双螺旋只有一个槽沟。
2、决定DNA结构的因素※
⑴变性和熔解曲线
●增色效应：
双链DNA缓慢加热，其溶液对紫外光的吸收值增加，叫增色效应（hyperchromic）。
●减色效应：
单链DNA缓慢降温，其对紫外光吸收值减少，叫减色效应（hypochromic）。
●熔链温度＊：
加温使DNA变性时，其紫外吸收光密度值达最大值的一半时的温度叫熔链温度（meltingtemperature，Tm）。
亦称解链温度。
⑵DNA中存在疏水相互作用
●疏水反应（hydrophobicreaction）:
是两种微溶于水的物质或憎水物质分子间的反应。
碱基堆积由于疏水作用碱基排列在DNA螺旋里构成碱基堆积
⑶复性＊
●复性或退火：
变性DNA溶液用某种方法处理后，使之重新形成天然DNA的过程叫做复性或退火（reannealing）。
重新形成的天然DNA叫复性DNA。
分子杂交＊:
是指亲缘关系相近的不同来源的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。
⑷环状超螺旋DNA
负超螺旋（negativesuperhe1ix）：
形成超螺旋时，旋转方向与DNA双螺旋方向相反，旋转的结果使DNA分子内部张力减少，称为松旋效应（underwound）。
在自然条件下的共价闭合环状DNA呈负超螺旋结构。
正超螺旋（positivesuperhe1ix）:
DNA与负超螺旋相反，形成超螺旋时的旋转方向与DNA双螺旋方向相同，结果加大DNA分子内部张力，有紧旋效应（overwound）。
超螺旋的生物学意义主要是：
其一，超螺旋形式是DNA复制和转录的需要（即基因表达的需要）。
其二，可以使巨大的DNA分子的体积缩小。
3、RNA核糖核酸（RNA）
⑴成熟RNA细胞内含量最多的几类RNA分子主要的生物功能是参与蛋白质的生物合成。
●第一类是核糖体RNA（rRNA）
▲原核生物中有三种rRNA（5SrRNA，16SrRNA，23SrRNA，）
▲真核生物中有四种；
（一般是5S，5.8S，18S和28SrRNA）
这些RNA分子在代谢上十分稳定，是生物体内蛋白质合成的“机器”—核糖体的重要成分。
●第二类是转移RNA（tRNA）
生物体内存在着与20种氨基酸对应的tRNA分子，它们在代谢上也是稳定的，在蛋白质的生物合成过程中起接受、转运和掺入氨基酸的作用。
●第三类RNA分子叫做信使RNA（mRNA）
mRNA参与蛋白质生物合成,它的生物功能是从DNA上把遗传密码即蛋白质中氨基酸排列顺序的信息接受过来，并起模板作用合成蛋白质。
⑵前体RNA
前体RNA:
绝大多数RNA分子都是在细胞核内合成的未经修饰或剪辑的RNA称前体RNA
●这些前体RNA的分子量要比对应成熟的RNA的大得多.
●前体RNA都是由细胞核DNA转录产生的，经过剪切、装配和修饰成为成熟的tRNA、rRNA和mRNA，进入细胞质中各自行使其生物学功能。
⑶RNA的结构
●除少数病毒的RNA是双链外，RNA都是单链的。
细胞内主要有三种RNA（rRNA、tRNA、和mRNA）。
●RNA分子中存在可配对的区域，因此链内形成双链区，所以像rRNA和tRNA都有其一定的构型。
mRNA也能形成一定的高级结构，在蛋白质翻译中起调控作用。
⑷S1内切核酸酶
Sl酶能切割单链DNA或双链DNA的单链区，不管这个单链区多么小，就是一个核苷酸也能切开。
第四章蛋白质
1、蛋白质的结合位点（活性位点）
由于多肽链的折叠，侧链产生一个带正电荷和疏水基团的独特的表面构型。
通常一个表面构型的大小为5∼10Å
的小区域（这个小区域叫蛋白质的结合位点），它与蛋白质和其他分子之间的相互作用有关。
一个酶的结合位点是它的催化活性区，即活性位点。
由多肽链上相距较远的氨基酸侧链通过链内相互作用造成一个结合位点.
2、蛋白质活性的调节
终产物的抑制作用如果一个酶催化AB的反应，而当产物B达到一定的量或B产物由外源提供时，产物B则抑制这个酶的催化作用，称为终产物抑制作用。
蛋白质的变构蛋白质分子在发挥功能时，由于分子间的相互作用，可导致蛋白质分子构象发生变化，称蛋白质的变构。
变构调节的两种机制※
●对称（协同）模型协同模型假设T和R两种形式的存在最初是平衡的。
只有R型亚基与A（底物）牢固结合（T型亚基与A的结合很少或很不牢固），并且对一个R型亚基的结合可引起同一蛋白质中的所有其他亚基从T型变成R型，这样平衡明显地向R移动。
●连续模型假设A首先对T型亚基结合（低吸引力的结物合），并且这种结合以某种方式诱导这个T型（不是其他的T）转变到R型（可强有力地结合A）。
注意在协同模型中底物分子对一个亚基的结合可间接影响其他亚基的形式，而在连续模型中，每个亚基都只能直接被影晌而不能间接被影响。
3、真核细胞中蛋白质的磷酸化是导致变构的共同方式
真核细胞中蛋白质活性调节的主要战略是蛋白质的可逆的磷酸化。
蛋白激酶将ATP上的磷酸基团转移到蛋白质上，或者磷酸酯酶将磷酸基团从其上出去，从而激活或抑制蛋白活性。
真核细胞中含中含有许多蛋白激酶和磷酸酯酶，这些酶中许多在细胞内信号中起核心作用。
GTP-结合蛋白是结合和水解GTP的一类蛋白质，因为它水解GTP，也称GTP酶。
第五章生物大分子相互作用和复杂聚集物的结构
1、结构生物学：
对生物大分子复杂结构和它们是如何形成的研究叫结构生物学。
⑴细菌染色体
细菌DNA分子和蛋白质、RNA相互作用形成紧密结构，即细菌染色体。
这种紧密结构有两个特点：
在外围全部是DNA超螺旋环；
②在近染色体中心位置是密度区，称作骨架（scaffold）。
细菌DNA采取多个超螺旋折叠方式将巨大的DNA分子压缩在一个小的细菌细胞里。
⑵真核生物染色体
染色质（chromatin）：
真核染色体中的DNA分子物与最基本的组蛋白结合，这种DNA和组蛋白的复合物叫染色质（chromatin）。
●核小体
每个核小体包括有200bp的DNA链和8个组蛋白分子（包括4种主要组蛋白H2A，H2B，H3和H4，每种两个）。
这些球状组蛋白分子互相挤在一起，成小圆盘状，DNA链就绕在小圆盘之外，缠绕1．75圈，由146bp组成，小圆盘之间由组蛋白H1连接。
●螺线管
核小体链成螺旋形缠绕，并形成超微螺旋，称为“螺线管”（solemoid）。
这种超微螺旋的直经约为30nm，内经10nm，螺距为11nm，为中空呈管状结构。
这种螺旋管的每一转由6个核小体组成，螺线管是染色体的二级结构。
●超螺线环
螺线管的纤丝沿着它中央的蛋白质轴发射出大小不等的环，像灯刷染色体那样，这些观察证明，染色体是由一系列的环状的域（domain）组成的。
这种结构可以说是染色体的三级结构。
●染色体
染色体（实际上指染色单体）的形成一般认为是由DNA盘绕成紧密的螺线（helix）和一系列螺线管纤丝（solenoidalfiber）的环状域密集地组装成染色单体，就是四级结构。
通过这样一系列的过程，染色体中的DNA被压缩了大约6000到8000倍。
下图左为DNA压缩比率，右为压缩方法。
⑶蛋白质与DNA专一碱基顺序的相互识别的作用是什么？
有何特点？
在分子生物学中的各异域作用因子（转录因子、调节蛋白）在复制、转录、翻译过程中的调节作用是通过蛋白质对特定的碱基顺序结合而产生的。
DNA-蛋白质互相作用的特点:
①DNA-蛋白质互相作用的一种共同特点是蛋白质与DNA结合的碱基和磷酸的接触点都处在螺旋的一边，且接触点只在DNA的大槽中；
②蛋白质所结合的A和G分别在两条链上；
③蛋白质与DNA上的接触点差不多是对称排列的。
第六章 遗传物质★
1、转化实验※光滑型（S型，smoothedged）有荚膜的细菌能抵抗机体对它们的破坏，这种肺炎双球菌在琼脂平板上长成的菌落是光滑型。
粗糙型（R型，roughedged）突变株无荚膜，这种肺炎双球菌在琼脂平板上长成的菌落是粗糙型
光滑型（S型）菌株感染小鼠使小鼠致死。
杀死的S型菌株注射小鼠，小鼠存活。
粗糙型（R型）突变株感染小鼠，小鼠存活。
杀死的S型菌和活的R型菌混合注射小鼠，小鼠致死。
从致死小鼠血液中能分离到了活的S型菌。
说明在加热杀死的S型菌中存在一种使活的R型菌转变成S型菌的因子（遗传物质）。
这种现象称为转化（Transformation）。
转化（Transformation）:
※转化是受体细胞从周围介质吸收裸露DNA，使受体细胞，即转化体（Transformant）基因发生改变的过程。
2、遗传物质的性质
作为遗传物质必须具有稳定性、多样性和变异性。
对pH的稳定性酸性pH条件下DNA分子的核糖-磷酸骨架是极端稳定的，糖中的C—C键可以抵抗在所有条件下的化学攻击，甚至能抵抗高温下强酸的作用。
其磷酸二酯键的稳定性较小，在室温pH2条件下可被水解。
考虑到磷酸二酯键的稳定性，所以DNA的戊糖是2ˊ-脱氧核糖而不是核糖。
碱性pH条件下RNA很快被水解成自由的单核苷酸，甚至在pH8时RNA分子也被从磷酸二酯键处打开形成大小不等的片段。
这个反叫做β-消除反应，该反应需要在糖环上有羟基，除了末端核苷酸上3ˊ—OH外，在RNA骨架中还有2ˊ-OH。
在DNA中使用的2ˊ-脱氧核糖，不存在自由-OH，也就是说，DNA通过这个途径被水解是不可能的，在室温pH7—9条件下检查不出DNA的水解。
对化学物质的稳定性※
疏水性使碱基堆积，碱基堆积的结果使水完全从碱基排列的方阵中被排除出去，所以任何潜在的溶于水的有害化合物分子很难进入“干”的碱基堆积中接触碱基。
3、DNA和RNA碱基构成的差别
除了胞嘧啶外，碱基本身是很稳定的，胞嘧啶以很低的频率脱氨基形成尿嘧啶。
而尿嘧啶和腺嘌呤比它与鸟嘌呤配对机会多，这样就引起两个效应：
①不正确的碱基将出现在mRNA中
A代替G在DNA复制时将合成一条新的DNA链
4、遗传物质的变异性突变有两种重要的机制：
一个碱基的化学变化给于这个碱基新的氢键性质，并且引起在新复制的子代分子中出现一个新的碱基。
复制错误，由此一个不正确的或一个额外的碱基被以外地插入到子代分子中去。
遗传物质——RNA在有些生物中只存在RNA（己知有一些病毒和噬菌体是双链RNA）。
在细胞生物中RNA是不能作为遗传物质的。
在细胞中它们要求化学的稳定性，因为细胞里RNA要接触到的各种化学攻击物太多了。
唯独在噬菌体和病毒里RNA可以作为遗传物质，因为它们被包装在一个不溶解的蛋白质外壳里，从而使它们在环境中受到保护。
5、基因和基因组★
基因（gene）；
一般是指表达一种蛋白质或功能RNA的遗传物质的基本单位。
★基因组（Genome）:
指单倍体细胞中所含的全套遗传物质。
基因组被认为是一个细胞内所有的遗传物质或指一个细胞内编码序列和非编码序列的总称。
是细胞中全部的遗传信息，包含了细胞发挥功能所需“程序”。
⑴原核生物的基因组的特点是＊★
①原核生物的基因组很小一般具有单一DNA复制起点；
如E.coliDNA分子量为2.4x109,相当于2.4x106bp，含有30004000个基因。
SV40病毒的分子量为3x106，含5个基因。
②单个染色体，一般呈环状
③染色体DNA或RNA并不和蛋白质形成固定地结合物
④少量重复序列在细菌中，除了RNA等少数之外，极大多数区域都无重复序列。
但现在发现一些细菌和动物病毒中有重叠基因，即同一段DNA携带两种不同蛋白质的信息。
⑤基因表达以操纵子的方式进行;
功能上密切相关的基因构成操纵子或高度集中，并且常转录成为多基因mRNA
⑥基因不存在内含子;
⑦RNA合成与翻译几乎同时进行;
⑧有重叠基因的存在。
⑵真核生物的基因组的特点是＊★
①基因组大，具有多个复制起点；
②一个基因组包括若干个染色体，一般不呈环状；
③整个染色体DNA分子都和蛋白质稳定地结合；
④有大量的重复序列；
⑤在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，不存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。
⑥真核生物能够有序的根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排，还需要能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。
⑦在真核生物中，基因的转录调节区大，它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基。
虽然这些调节区也能与蛋白质结合，但是并不直接影响启动子区对RNA聚合酶的接受度，而是通过改变整个所控基因5’上游区DNA构型来影响它与RNA酶结合的能力。
⑧真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜后，才能被翻译成蛋白质，原核生物中不存在这样严格的空间间隔。
⑨许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程（maturationandsplicing）才能顺利翻译成蛋白质。
第七章DNA的复制
1、复制及复制子的概念
★复制（Replication）：
所谓DNA复制就是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
复制子：
含有一个复制原点（origin）并在细胞中能被自主复制的任何DNA分子叫复制子。
也可能包括一个复制终止点（terminus）。
质粒的复制子：
质粒有自己的复制原点，是自主复制单位。
质粒复制子可与细菌染色体一起复制，此时是单拷贝控制，质粒也可以是多拷贝控制。
2、原核与真核生物复制的特点★：
⑴细菌基因组复制特点
①细菌基因组DNA分子通过半保留复制产生双链复制品。
②噬菌体或质粒中常产生单链单体或多聚体形式的基因组。
③复制子的复制模式依赖于在复制原点上起始复制各因素之间相互作用的性质。
④复制一旦开始，就会继续下去，直至整个基因组全部被复制，复制起始的频率由调控蛋白和复制原点互相作用来决定。
⑤细菌基因组是单个复制子。
一个细菌的复制必须满足以下几个条件：
①一个复制周期的起始。
②对起始频率的控制。
③复制后的染色体分配到子代细胞。
⑵真核基因组含有多个复制子；
所以一个分离单位包括许多复制子，这增加了其控制问题的复杂性，在一个细胞周期中，染色体上的所有复制子必须差不多同时被激活，而且在同一个细胞周期中复制子只被激活一次。
叶绿体、线粒体DNA复制的调控更像在一个细菌细胞中存在的多个拷贝的质粒那样，细胞中的每个细胞器DNA有多个拷贝，而且细胞器DNA复制控制必须和细胞周期相关联。
3、复制的几种方式
（1）线性DNA双链复制；
线性DNA双链复制是以单一起点，单向或双向，也可以多个起点双向复制。
（2）环状DNA双链复制
θ型复制（θreplication）双链环状DNA分子在其复制起点DNA双链解旋和松旋，形成两个相反方向的复制叉（即环状、双链、双向等速复制）。
滚环型复制（rollingcirclre）；
单链环状DNA的复制中，以RF的负链为模板，正链3ˊ-OH在DNA聚合酶的作用下不断延伸，进行滚环状复制产生多拷贝正链（即环状、单链、单向复制，复制产物为单链）。
D-环复制（D-loop）：
双链环在固定点解开，按5ˊ→3ˊ方向合成互补链，但两条链合成高度不对称，一条链上迅速合成出互补链，另一条链则成为游离的单链环（双链、单向、不等速复制）。
4、DNA复制的酶学
⑴DNA聚合酶：
是指以脱氧核苷三磷酸作为底物催化合成DNA的一类酶。
所有DNA聚合酶的作用方式基本相似。
它们催化脱氧核苷三磷酸加到复制中的DNA链的3ˊ羟基末端，合成方向从5ˊ→3ˊ，由模板决定加上何种脱氧核苷酸。
DNA聚合酶催化所需要的条件是：
四种脱氧核苷酸、镁离子、模板DNA和RNA引物。
还没有发现一种不需要引物就能重新合成的DNA的酶。
原核生物中的DNA聚合酶
⑵大肠杆菌DNA聚合酶I★★：
纯的DNA聚合酶I由分子量109000U（109KD）的一条肽链构成。
用枯草杆菌蛋白酶处理这个酶，获得两个片段。
大片段分子量7600OU，保留聚合酶和3ˊ→5ˊ外切酶活性（被叫作Klenow片段，广泛使用于DNA序列分析中）。
小片段分子量34000U具有5ˊ→3ˊ外切酶活性。
DNA聚合酶I有多种活性。
①5ˊ→3ˊ聚合活性：
在模板指导下，以脱氧核苷三磷酸为底物在引物的3ˊ-OH末端加上脱氧核苷酸。
②3′→5′外切酶活性（校正作用）：
在没有脱氧核苷三磷酸底物时，能从3′—OH开始以3′→5′方向水解DNA，产生5ˊ-单核苷酸。
DNA复制时若参入与模板不配对的核苷酸时DNA聚合酶I具3ˊ→5ˊ外切酶活性可以切除这个不配对的核苷酸，所以聚合酶的3ˊ→5ˊ外切酶活性也叫修补活性。
③5′→3′外切酶活性★★：
DNA聚合酶I具有5′→3′外切酶活性，其特点是：
①只能在5ˊ-P末端一个接一个地切除核苷酸；
②只切除配对的5ˊ-P末端核苷酸，不切除不配对的单链5ˊ-P末端核苷酸；
③既能切除脱氧核苷酸也能切除核苷酸；
④对只具有5ˊ-P末端的切口也有活性（由于在DNA复制过程中一般情况下只在RNA引物处才有缺口，因此5′→3′外切酶活性的主要功能是切除核糖核苷酸引物★★）。
④内切酶活性：
DNA聚合酶I具有5′→3′外切酶活性也具有5ˊ→3ˊ内切酶活性，在两个碱基之间切开产生一个具有5ˊ-P末端的不配对碱基的片段。
很多实验证明DNA聚合酶I在大肠杆菌复制中不是主要的合成酶，而是在除去RNA引物和损伤修复中起重要作用。
⑶大肠杆菌的DNA聚合酶Ⅱ
①从5′→3′方向合成DNA
②具有3ˊ→5ˊ外切酶活性
⑷大肠杆菌DNA聚合酶Ⅲ（聚合酶Ⅲ是体内DNA复制所必需的酶）
DNA聚合酶Ⅲ结构很复杂，全酶有1个α亚基、1个ε、2个θ、1个τ、2个γ、1个δ和1个β共9个亚基组成。
DNA聚合酶Ⅲ有聚合活性以及3′→5′和5′→3′的外切酶活性。
真核生物中的DNA聚合酶
⑸DNA聚合酶α在迅速增殖的细胞中活力较高。
它的最合适的底物是带缺口的双链DNA，但是带引物的变性DNA也是很好的底物。
不含外切酶活性。
DNA聚合酶α可能是真核生物的复制酶
⑹DNA聚合酶β在整个细胞周期中它的活力没有变化，没有外切酶的活力。
⑺DNA聚合酶γ是一个大分子酶，在细胞内含量很低，因此不容易纯化。
像是一个逆向转录酶。
⑻DNA连接酶DNALigase；
DNA连接酶催化一个DNA链的5′磷酸根与另一DNA链的3′羟基形成磷酸二酯键。
与解链有关的酶和蛋白质
⑼单链结合蛋白（SSB蛋白）★★；
（SSB蛋白）可以在远低于Tm的温度下使双链DNA拆开，并牢牢地结合在单链DNA上。
⑽解链酶（解螺旋酶）：
是一类能通过水解ATP获得能量来解开双链DNA的酶称为DNA解链酶。
⑾拓扑异构酶（Topoisomerase）：
是催化DNA拓扑异构体（Topoisomer）相互转换的一类酶。
作用原理：
拓扑异构酶能与DNA形成共价结合的蛋白质-DNA中间体，从而在其骨架的磷酸二酯键处造成暂时性裂口，使DNA的多核苷酸链得以穿越，从而改变DNA分子的拓扑状态。
分型：
根据酶作用的机理及其介导一条链还是二条链的断裂，拓扑异构酶可分为Ⅰ型和Ⅱ型。
Ⅰ型拓扑异构酶的共同特点是：
①仅切断双链DNA中的一条链，即催化瞬时的单链断裂和连接。
②不需要能量辅助因子，如ATP和NAD等，因此不能催化需能的超螺旋化结构。
Ⅰ型拓扑异构酶一般都使高度超螺旋的DNA松弛。
Ⅱ型拓扑异构酶的共同特点是：
①同时切断、缝合DNA的两条链。
②需要能量辅助因子，可以作用于任何相交的两对双链DNA。
⑿大肠杆菌拓扑异构酶I（属于Ⅰ型酶）:
拓扑异构酶Ⅰ（E.coli）催化负超螺旋DNA的松弛。
①拓扑异构酶Ⅰ也参与DNA的打结和解结。
②将两个互补的单链DNA环耦合为双链DNA环。
③完整的全酶是一分子量97kDa的蛋白。
⒀拓扑异构酶Ⅱ（属于Ⅱ型酶）:
TopoⅡ广泛存在于各种生物中，它是完成复制所必需的一种酶，可使完成复制后的两个子代环状双链DNA互相分开。
5、复制过程
⑴复制方向
原核生物DNA复制方向；
原核生物DNA复制都是从DNA分子特定的位置起始的。
复制方向大多是双向进行，也有一些以单向或不对称方式进行。
真核生物DNA复制方向；
真核生物中，复制也是从特定位置起始，以双向延伸的方式进行。
⑵半不连续复制（原核生物的DNA复制）
①DNA双螺旋的解旋（DNA的解链过程）
●DNA自然的超螺旋结构有助于DNA双链的局部解链。
●拓扑异构酶
可以松弛负超螺旋与解链酶共同作用在复制起点处解开双链。
●SSB蛋白结合到DNA单链上，稳定解开的单链，保证不会恢复成双链。
●以复制叉向前移动的方向为准，一条模板链是3′→5′方向，称为前导链（leadingstrand）DNA的合成能以5′→3′方向（指新合成的DNA链的极性）连续合成。
另一条链上新生DNA也是以5′→3′方向合成，但与复制叉前进的方向相反，这一条链称后随链（laggingstrand）。
随着复制叉的移动，后随链上很多不连续的DNA片段（冈崎片段）可以连接起来成为一条完整的DNA链。
②DNA复制的引物
在复制起点上游以DNA为模板先合成一段RNA引物（参见第12章质粒拷贝数的控制），DNA聚合酶从RNA引物3′端开始合成新的DNA链。
RNA引物的长度不是恒定不变的，在动物细胞中引物长度接近10核苷酸，第一核苷酸常是ATP，引物RNA的起始和终端的位置受解链
升级会员 