分子生物学大纲Word文档下载推荐.docx
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•2.1.1
转化实验
•2.1.1.1Griffith的发现
2.1.1.2Avery等人的实验
•2.1.2化学实验
2.2DNA的结构
2.2.1
DNA的一级结构
•定义：
DNA的一级结构指的是DNA分子内碱基的排列顺序。
2.2.2
DNA一级结构的方向性
•
DNA链的方向总是理解为从5'
－P端到3'
-OH端。
DNA分子总是由脱氧核糖核苷酸组成，核糖的2'
位总是H。
RNA分子的核糖的2'
位总是－OH基。
DNA一级结构的多样性
•⑴编码蛋白质的遗传信息的多样性
•⑵用于调控的序列具有多样性
•⑶两种不同遗传信息的比较①相同点：
都不是简单地以其一级结构发挥作用，而依赖于与Pro的相互作用。
②不同点：
编码蛋白质氨基酸组成的信息强烈依赖酶系或蛋白质结构来进行基因表达，而调控序列不仅依靠蛋白质作用而且利用自身的双螺旋空间结构的改变来负责基因活性的选择性表达。
2.2.3DNA的二级结构
3.2.3.1定义：
DNA的二级结构指的是由两条DNA链反向平行盘绕所形成的双螺旋结构。
1每一单链具有5‘3’极性
2两条单链间以氢键连接
3两条单链，极性相反，反向平行
4以中心为轴，向右盘旋（B-form）
5双螺旋中存在大沟（2.2nm），小沟（1.2nm
2.2.3.2理化特性及维持二级结构稳定的力
⑴主链⑵碱基对⑶大沟和小沟⑷螺距
2.2.3.3DNA二级结构的基本特点
•⑴DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成的。
•⑵DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架；
碱基排列在内侧。
•⑶两条链上的碱基通过氢键结合，形成碱基对。
A总是与T配对，G总是与C配对。
2.2.3.4DNA二级结构的不均一性
•⑴DNA上的回文序列（invertedrepeats）
•⑵DNA上的富含A－T序列
•⑶嘌呤、嘧啶的排列顺序对双螺旋稳定性影响
2.2.3.5DNA二级结构的多样性
•通常情况下，DNA的二级结构分为两大类：
一类是右手螺旋的，如B－DNA、A－DNA、C-DNA等；
另一类是局部的左手螺旋，如Z－DNA。
•天然状态下的DNA大多为B-DNA。
•1953年，Watson和Crick首次提出了DNA的反向平行双螺旋模型，该模型所描述的就是B－DNA。
其他DNA螺旋结构
三螺旋DNA四螺旋DNA
2.2.4DNA的变性和复性
•2.2.4.1呼吸作用
双链DNA中配对碱基的氢键总是处于不停的断裂和再生状态之中，特别是稳定性较低的富含A-T的区段，氢键的断裂和再生更为明显。
在微观上常常表现为瞬间的泡状结构，这种现象称为DNA的呼吸作用。
•2.2.4.2甲醛试验
把标准DNA放到含有甲醛的溶液当中，发现随时间推移，吸光性出现变化（增加），表示DNA由双链变成了单链。
这是因为DNA上的－NH2在甲醛作用下发生了缩醛反应，使DNA双链不可逆地解开，这个过程又称为甲醛的变性作用。
双螺旋DNA溶解成单链的现象称为DNA变性。
DNA分子变性（DNAdenaturation）
●D.S.DNAS.S.DNA
加温,极端pH,尿素,酰胺
变性过程的表现
☆DNA粘度降低☆DNA沉降速度加快☆DNA分子的A260nmUV值上升
核酸在260nm具有强烈的吸收峰，结构越有序，吸收的光越少。
游离核苷酸比单链的RNA或DNA吸收更多的光，而单链RNA或DNA的吸收又比双链DNA分子强。
2.2.4.3增色效应、减色效应和Tm值
单链和双链DNA的A260吸收值不同。
以50μg/mlDNA溶液测量，分别为：
双链DNA
A260=1.00单链DNA
A260=1.37
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，而单链DNA缓慢降温，其对紫外光的吸收值减少，叫减色效应。
根据DNA的变性作用，以260nm紫外光吸收值与温度变化作图，可得到一条S形曲线，在相当狭的一个范围内，增色效应出现一个跳跃。
通常以紫外吸收值达到最大值的一半时的温度也就是DNA的碱基有50%发生变性时的温度称为融点Tm（meltingtemperature,Tm）
2.2.4.5复性
变性后的DNA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。
复性是一个比较慢的过程。
1A
1B
1C
1D'
•....ATGA...ATGA...CCCC...ATGA....
•....TACT...TACT...GGGG...TACT....
1A'
1B'
1C'
2.2.5DNA的高级结构
超螺旋与拓扑异构现象
负超螺旋--拓扑异构酶/溴乙锭-->
松弛DNA--拓扑异构酶/溴乙锭-->
正超螺旋
DNA超螺旋结构
•超螺旋
超螺旋，简单地说就是螺旋的螺旋，或者我们假定双螺旋存在一个中心轴，这条中心轴再形成螺旋。
超螺旋的形成不是一个随机过程，而是在DNA双螺旋存在一种结构张力时才会形成。
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分子中这种张力不能释放出来，就会形成超螺旋。
正、负超螺旋
•正超螺旋
中心轴的盘绕同双螺旋两条链盘绕的方向相同，也就是同解链方向相反。
正超螺旋使螺旋更加紧密，所以把正超螺旋叫过分盘绕DNA。
•负超螺旋
负超螺旋能让DNA分子通过调整双螺旋本身的结构来减少这种张力，一般是以减少每个碱基对旋转，即放松两股链彼此的盘绕，所以把具有负超螺旋的DNA叫盘绕不足DNA。
超螺旋的生物学意义
•超螺旋可能有两方面的生物学意义：
1超螺旋DNA比松弛型DNA更紧密，使DNA分子体积变得更小，得以包装在细胞内；
2超螺旋能影响双螺旋的解链程度，因而影响DNA分子与其他分子，如酶、蛋白质分子的相互作用。
DNA拓扑异构体
具有完全相同顺序，而链环数值不同的DNA，称为拓扑异构体。
在封闭环状DNA分子中链环数值的改变，即拓扑异构体之间的互变，只有在一条链或两条链有了缺口时才能发生，通常要有酶来催化，此种酶叫拓扑异构酶。
I型异构酶能在一股链上产生一个缺口，而II型异构酶能在两股链上产生缺口。
2.3
染色体
2.3.1染色体概述
染色体的结构要素
1着丝粒（centromere）：
细胞分裂时染色体与纺锤丝相连结的部位，为染色体的正常分离所必需。
在着丝粒附近有高度重复的卫星DNA（长约5－10bp、方向相同的高度重复序列），它们不能与组蛋白结合，形成常染色质区域。
2端粒（telomere）：
真核生物线状染色体分子末端的DNA区域。
端粒DNA的特点与功能：
•有许多短的正向重复序列。
•端粒的末端都有一条12-16碱基的单链3’端突出。
•端粒DNA末端不能被外切核酸酶和单链特异性的内切核酸酶识别。
•端粒的功能：
防止DNA末端降解，保证染色体的稳定性和功能
原核：
简单，没有核膜包围形成真正的细胞核，核酸分子常裸露存在整个细胞中，与少量蛋白质结合，这些蛋白质有些与DNA的折叠有关，另外的参与DNA复制、重组和转录过程。
真核：
染色体位于细胞核的核仁内，DNA与Pro（组与非组蛋白）完全融合，Pro/DNA的质量比2/1。
原核与真核染色体DNA比较
•原核生物中一般只有一条染色体且大都带有单拷贝基因，只有很少数基因〔如rRNA基因〕是以多拷贝形式存在；
•整个染色体DNA几乎全部由功能基因与调控序列所组成；
•几乎每个基因序列都与它所编码的蛋白质序列呈线性对应状态。
2.3.2真核生物的染色体
•真核生物的染色体在细胞生活周期的大部分时间里都以染色质的形式存在。
染色质是一种纤维状结构，称为染色质丝。
它是由最基本的单位--核小体串联而成的。
这里有一系列的结构等级：
DNA和组蛋白构成核小体，核小体再绕成一个中空的螺线管成为染色质丝，染色质丝再与许多非组蛋白结合进一步螺旋化形成染色体。
•组成：
DNA和蛋白质。
•特征：
①体细胞是二倍体，性细胞是单倍体。
②结构相对稳定。
③能够自我复制。
④能够指导蛋白质的合成。
⑤能够产生可遗传的变异。
2.3.2.1蛋白质
•染色体上的蛋白质主要包括组蛋白和非组蛋白。
•组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNA组成核小体。
•真核生物的染色体一般有5种主要的组蛋白，分别命名为：
H1、H2A、H2B、H3和H4。
•在5种组蛋白中，H1富含赖氨酸，H3、H4富含精氨酸。
•鸟类、鱼类和两栖类的红细胞染色体不含H1而代之以H5。
•在某些物种的精子中，染色体的结构蛋白是鱼精蛋白。
•非组蛋白主要包括与复制和转录有关的酶类、与细胞分裂有关的蛋白等。
2.3.2.2核小体的装配
•核小体：
指的是168bp长度的DNA与一组组蛋白构成的致密结构，是构成真核生物染色质的基本单位。
•装配过程：
两分子的H3和两分子的H4先形成四聚体，然后由H2A和H2B形成的异二聚体在该四聚体的两侧分别结合而形成八聚体。
长146bp的DNA按左手螺旋盘绕在八聚体上1.8周，形成核小体的核心颗粒。
核心颗粒两端的DNA各有11bp与H1结合，形成完整的核小体。
2.3.3真核生物的基因组
•基因：
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原核：
就是它的整个染色体。
真核：
一个物种单倍体染色体数目。
2.3.3.1C值矛盾
•C值：
单倍体基因组中的DNA含量。
•不同物种的C值有很大差异：
C值矛盾c-valueparadox（定义）：
•①在结构和功能相似的物种中，甚至在亲缘关系相近的物种中，C值差异大。
•②在不同进化阶元中，某些低等生物的C值比高等生物的C值还大。
2.3.3.2真核生物基因组不同拷贝的序列组分
①单一拷贝的非重复序列
在基因组中只存在一个拷贝。
②轻度重复序列
在基因组中只有2-10个拷贝，主要是组蛋白和tRNA等基因。
③中度重复序列
这类序列的重复次数在数十到数百次之间。
④高度重复序列
有几百到几百万个拷贝。
卫星DNA
把基因组DNA切成数千个bp的片段，进行氯化铯密度梯度离心。
对一个物种来说，其浮力密度曲线是一条覆盖一定浮力密度范围的一条宽带，但是有些DNA片段却含有异常高或低的G+C含量，常会在主DNA带的附近出现几条次带，其浮力密度曲线出现在主带的前面或后面。
G+C含量的变化，使它们与大多数DNA具有不同的浮力密度，浮力密度略重或略轻的DNA即是所谓的卫星DNA。
卫星DNA是一种高度重复序列。
2.3.3.3真核生物基因组的结构特点
①基因组分子量较大。
②真核生物DNA常和组蛋白结合形成染色体。
③DNA集中在细胞核区，转录在核内，翻译在细胞质中。
④真核生物基因组多形成断裂基因。
⑤真核生物DNA序列中有很多重复序列和不编码序列。
⑥真核生物的编码基因常以单拷贝存在，无操纵子形式。
2.3.4原核生物的基因组
3.3.4.1原核生物基因组的特点
①DNA是裸露的，不形成染色体。
②能够最经济地利用DNA序列，除控制区域外，很少有不编码的DNA序列。
③原核生物把功能相关的一系列基因高度集中在一起，形成一个操纵子。
④基因组中几乎没有重复序列。
⑤原核生物由于没有细胞核，转录和翻译是同步进行的。
2.3.4.2几种原核生物的基因组
①φx1745386bp
11个基因
3个操纵子
•5'
...GAAGGAGUGAUGUAAUGUCUAAAG...3'
φx174的mRNA的一段序列
...GAAGGAGUGAUGUAA...3'
基因DmRNA的3'
端序列
...AUGUCUAAA...
基因JmRNA的3'
...GAAGGAGUGA...3'
基因EmRNA的3'
②E.Coli4.6*106bp
③λ噬菌体
48502bp
基因与基因概念的发展
基因是生物体遗传信息的基本单位，其本质是DNA（有的生物基因组是RNA），简单的说，基因是合成一种功能蛋白或RNA分子所必须的全部DNA（RNA）序列。
原核生物和真核生物的基因有较大的不同，一个典型的真核基因包括：
编码序列—外显子；
插入外显子之间的非编码序列—内合子；
5‘-端和3’-端非翻译区（UTR）；
调控序列（可位于上述三种序列中）。
原核生物与真核生物的基因比较：
1.真核生物除配子外，染色体成对，所以同源DNA分子两个；
原核生物只有一个DNA（RNA）分子；
2.真核生物基因转录为单顺反子；
原核生物基因具有操纵子结构，转录为多顺反子；
3.真核生物DNA重复顺序较多；
原核一般不具重复序列；
4.真核生物基因非编码区部分大于编码区部分，无基因重叠现象；
原核生物基因编码区部分大于非编码区部分，基因有重叠现象；
5.真核生物有内含子（不连续基因或者断裂基因）；
原核生物一般无；
6.真核生物DNA复制多起点；
原核生物DNA复制单起点。
基因概念的发展
1移动基因（跳跃基因）2断裂基因3假基因——是一种核苷酸序列同其相应的正常功能基因基本相同，但却不能表达或者表达异常，不能产生有功能的基因产物的失活基因。
4重叠基因
2.4RNA
核酸是生物体内重要的高分子化合物，它储存着生物体全部遗传信息。
除DNA外，在生物体内还存在着另一种核酸——RNA。
RNA有许多种类，它们具有不同的生物功能。
2.4.1RNA分子的结构特点
①RNA通常是单链②RNA分子核苷酸中的糖是核糖而不是脱氧核糖③4种碱基中没有胸腺嘧碇，而有尿嘧啶
2.4.2RNA的种类
细胞含量最多的几类RNA分子主要的生物功能是参与蛋白质的生物合成。
第一类RNA分子叫做信使RNA（mRNA）它的生物学功能是从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，并起模板作用来合成蛋白质。
一般来讲，一种蛋白质就有一种与之相对应的mRNA分子，但有的mRNA分子可以翻译出几条蛋白质分子。
mRNA在代谢上是不稳定的。
第二类是转运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。
第三类是核糖体RNA（rRNA）。
原核生物有三种rRNA（5srRNA\16srRNA\23srRNA）,真核生物有4种（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。
上述三类RNA都存在于细胞质中，它们行使生物学功能的主要场所在核糖体上。
在真核生物的线粒体和叶绿体里存在着独立的蛋白质合成系统，也有这几类RNA分子，但是其大小和结构和细胞质中的不完全相同。
此外生物体内还存在着多种具有特定生物功能的RNA分子，例如，参与起动DNA复制的引物RNA，在某些肿瘤病毒中存在着一些类似tRNA的分子是逆转录酶的引物，参与DNA的合成。
在某些细菌中有的tRNA分子在细胞壁合成时是甘氨酸的载体。
还有一些RNA分子是一些酶活性不可缺少的组成成分，例如兔肌1，4-2-匍聚糖分枝酶含有31个核苷酸的2.8sRNA分子，特异性地作用于tRNA前体的RNAaseP中有77%的成份是核糖核酸酶。
真核细胞的核内还存在着许多小分子RNA（snRNA）,其大小从4S到8S不等，大约由80~260个核苷酸构成其中有些snRNA在RNA成熟过程式中起重要作用。
另外，还有一些染色质结合的RNA（chRNA）其生物学功能尚不清。
2.4.3前体RNA
绝大多数RNA分子都是在细胞核内合成的。
核内存在着各种RNA的前体，例如tRNA前体、rRNA前体和mRNA。
这些前体RNA的分子量要比对应成熟的RNA的大得多。
例如哺乳动物肝细胞的rRNA的前体是45s细胞核RNA（nRNA），在成熟过程中产生41snRNA，32snRNA和20snRNA等中间物，最后相应地成为28s、5.8s和18sRNA。
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，进入细胞质各自行使其生物功能
有人把在细胸核内合成后离开细胞核去行使生物功能的RNA分子称作迁移性RNA（MigratingRNA）,
而把始终存在于细胞核内的称作非迁移性RNA（NonmigratingRNA）。
第三章DNA的复制
定义：
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。
3.1DNA复制的基本机理
DNA由两条螺旋的多核苷酸链组成，两条链的碱基通过A:
T和G:
C之间的氢键联结在一起。
在复制过程中首先两条链间的氢键破裂并使双链解旋和分开，然后以每条链为模板，按碱基互补配对原则（A:
T，G:
C），由DNA聚合酶催化合成新的互补链，结果由一条链成为互补的两条链，这样新形成的两个DNA分子与原来的DNA分子的碱基序列完全相同。
在此过程中，每个子代DNA的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的。
这种复制方式称此过程中，每个子代DNA的一条链来自亲代的DNA，另一条链则是新合成的。
这种复制方式称为半保留复制（semiconservativereplication）。
1958年Meselson和Stahl的实验首次有力地支持了半保留复制方式。
他们先将大肠杆菌放在15NH4C1培养基中生长15代，使几乎所有的DNA都被15N标记后，再将细菌移到只含有14NH4C1的培养基中培养。
随后，在不同的时间取出样品，用十二烷硫酸钠（SDS）裂解细胞后，将裂解液放在CsC1溶液中进行密度梯度离心（140000g，20小时）。
离心结束后，从管底到管口，溶液密度分布从高到低形成密度梯度。
DNA分子就停留在与其相当的CsC1密度处，在紫外光下可以看到形成的区带。
14N-DNA分子密度较轻（1.7g/cm3），停留在离管口这较近的位置;
15N-DNA密度较大停留在较低的位置上。
当含有15N-DNA的细胞在14NH4C1培养液中培养一代后，只有一条区带介于14N-DNA与15N-DNA之间，这时在15N-DNA区已没有吸收带，说明这时的DNA一条链来自15N-DNA，另一条链为新合成的含有14N的新链。
培养两代后则在14N-DNA区又出现一条带。
在14NH4C1中培养的时间愈久，14N-DNA区带愈强，而14N-15NDNA区带逐渐减弱，但始终未出现其他新的区带。
按照半保留复制方式培养两代，只能出现14N-15NDNA两种分子，而且随着代数的增加14N-DNA逐渐增加。
Meselson和Stahl的实验完全证实了保留复制的设想。
复制起点和复制子
DNA复制在生物细胞中要从DNA分子上特定位置开始。
这个特定的位置就称为复制起点（Originofreplication），用ori表示。
DNA复制从起点开始双向进行直到终点为止，每一个这样的DNA单位称为复制子或复制单元（replicon）。
在原核生物中，每个DNA分子上通常只有一个复制子
而在真核生物中，每个DNA分子有许多个复制子，每个复制子长约50-200kb。
因此，真核细胞DNA的复制是由许多个复制子共同完成的
既然DNA复制不是随机的从DNA分子上的任何一点起始，而是从特定的区域开始，这说明复制起点有其结构上的特殊性。
如科学家们利用分子克隆技术，分离出大肠杆菌染色体DNA复制起点oriC，发现其含有3个13bp的串联重复保守序列和4个9bp的保守序列
DNA复制的特点
DNA复制的最主要特点是半保留复制
另外，它还是半不连续复制
半不连续复制
DNA双螺旋的两条链是反向平行的，因此，在复制起点处两条DNA链解开成单链时，一条是5'
→3'
方向，另一条是3'
→5'
方向。
以这两条链为模板时，新生链延伸方向一条为3'
，另一条为5'
。
但生物细胞内所有催化DNA聚合酶都只能催化5'
延伸，这是一个矛盾。
冈崎片段（Okaxakifragments）的发现使这个矛盾得以解决。
在复制起点两条链解开形成复制泡（replicationbubbles），DNA向两侧复制形成两个复制叉（replicationforks）。
以复制叉移动的方向为基准，一条模板链是3'
，以此为模板而进行的新生DNA链的合成沿5'
方向连续进行，这条链称为前导链（leadingstrand）。
另一条模板链的方向为5'
→'
3'
，以此为模板的DNA合成也是沿5'
方向进行，但与复制叉前进的方向相反，而且是分段，不连续合成的，这条链称为滞后链（laggingstrand），合成的片段即为冈崎片段。
这些冈崎片段以后由DNA连接酶连成完整的DNA链。
这种前导链的连续复制和滞后链的不连续复制在生物是普遍存在的，称为DNA合成的半不连续复制。
•
复制的多模式
1单起点、单方向2多起点、单方向3单起点、双方向4多起点、双方向
3.2DNA复制的过程
DNA复制过程大致可以分为复制的引发，DNA链的延伸和DNA复制的终止三个阶段。
（一）DNA复制的引发
复制的引发（Priming）阶段包括DNA复制起点双链解开，通过转录激活步骤合成RNA分子—RNA引物的合成，DNA聚合酶将第一个脱氧核苷酸加到引物RNA的3‘-OH末端。
复制引发的关键步骤就是前导链DNA的合成，一旦前导链DNA的聚合作用开始，滞后链上的DNA合成也随着开始，在所有前导链开始聚合之前有一必需的步骤就是由RN
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