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ＤＮＡ双螺旋结构模型的要点
ＤＮＡ是一反向平行的互补双链结构亲水的脱氧核糖基和磷酸基骨架位于双链的外侧、而碱基位于内侧，两条链的碱基互补配对，A---T形成两个氢键，G---C形成三个氢键。
堆积的疏水性碱基平面与线性分子结构的长轴相垂直。
两条链呈反平行走向，一条链５’→３’，另一条链是３’→５’。
）。
DNA是右手螺旋结构DNA线性长分子在小小的细胞核中折叠形成了一个右手螺旋式结构（图３-7）。
螺旋直径为２nm。
螺旋每旋转一周包含了10对碱基，每个碱基的旋转角度为36°
螺距为3.4nm；
碱基平面之间的距离为0.34nm。
DNA双螺旋分子存在一个大沟（majorgroove）和一个小沟（minorgroove），目前认为这些沟状结构与蛋白质和DNA间的识别有关。
DNA双螺旋结构稳定的维系横向靠两条链间互补碱基的氢键维系，纵向则靠碱基平面间的疏水性堆积力维持，尤以碱基堆积力更为重要。
2．ＤＮＡ结构的多样性B-DNA（Ｗatson-Crick模型结构）Z-DNAA-DNA
3．DNA的超螺旋结构DNA在双链螺旋式结构基础上,进一步折叠成为超级螺旋结构,在蛋白质的参与下构成核小体（nucleosome）,再进一步折叠将DNA紧密压缩于染色体中。
DNA的超螺旋-原核生物DNA的高级结构绝大部分原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋分子。
这种双螺旋分子还需再次螺旋化形成超螺旋结构以保证其可以较致密的形式存在于细胞内（图3-9）。
4．DNA在真核生物细胞核内的组装染色体的基本单位核小体。
核小体由DNA和组蛋白共同构成。
组蛋白分子共有五种,分别称为H1,H2A,H2B,H3和H4共同构成了核小体的核心,称为组蛋白八聚体（又称核心组蛋白）。
DNA双螺旋分子缠绕在这一核心上构成了核小体的核心颗粒（coreparticle）。
核小体的核心颗粒之间再由DNA（约60个碱基对,bp）和组蛋白H1构成的连接区连接起来形成串珠样的结构（图3-10）。
在此基础上,核小体又进一步旋转折叠,形成纤维状结构及襟状结构、最后形成棒状的染色体,将近lm长的DNA分子容纳于直径只有数微米的细胞核中。
DNA双螺旋分子→组蛋白八聚体→DNA双螺旋分子缠绕（核心颗粒）→串珠样的结构→维状结构及襟状结构→棒状的染色体
5．DNA的功能基因（gene）就是DNA分子中的某一区段,经过复制可以遗传给子代,经过转录和翻译
四、RNA的空间结构与功能
1．信使RNA的结构与功能细胞核内合成的mRNA初级产物比成熟的mRNA大得多,这种初级的RNA被称为不均一核RNA（HetergeneounuclearRNA,hnRNA）,它们在细胞核内存在时间极短,经过剪接成为成熟的mRNA并移位到细胞质（见十二章）。
成熟的mRNA由编码区和非编码区构成,它的结构特点（图3-11）如下:
大多数的真核mRNA转录后在5'
-端加一个7-甲基鸟苷,同时第一个核苷酸的C'
2也是甲基化的,这种m7GpppNm结构被称为帽子结构（capsequence）。
帽子结构具有促进核蛋白体与mRNA的结合、加速翻译起始速度的作用,同时可以增强mRNA的稳定性。
在真核mRNA的3'
末端,有一多聚腺苷酸（polyA）结构,通常称为多聚A尾。
一般由数十个至一百几十个腺苷酸连接而成。
polyA是RNA生成后加上去的。
polyA与mRNA从核内向胞质的转位及mRNA的稳定性有关。
各种mRNA的长短差别很大,mRNA分子的长短,决定翻译的蛋白质分子量的大小。
各种RNA分子中,mRNA的半衰期最短,由几分钟到数小时不等,是细胞内蛋白质合成速度的调控点之一。
mRNA的功能是把核内DNA的碱基顺序（遗传信息）,按照碱基互补的原则,抄录并转送至胞质,在蛋白质合成中用以翻译成蛋白质中氨基酸的排列顺序。
mRNA分子上每3个核苷酸为一组,三联体密码（tripletcode）。
2．转运RNA的结构与功能转运RNA（transferRNA,tRNA）是细胞内分子量最小的一类核酸,100多种tRNA都由70至90个核苷酸构成。
tRNA的功能是在细胞蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体并将其转呈给mRNA。
tRNA的结构特点:
分子中含10%~20%的稀有碱基（rarebases）。
稀有碱基是指除A、G、C、U外的一些碱基,包括双氢尿嘧啶（DHU）、假尿嘧啶（ψ,pseudouridine）和甲基化的嘌呤（mG,mA）等（图3-12）。
一般的嘧啶核苷以杂环上N-1与糖环的C-1’连成糖苷键,假尿嘧啶核苷则用杂环上的C-5与糖环的C-1’相连。
tRNA核苷酸中存在局部互补配对的区域,可以形成局部双链,进而形成一种茎-环样（stem-loop）结构或发夹结构。
中间不能配对的部分则膨出形成环状或襻状。
tRNA形成三叶草形（cloverleafpattern）二级结构。
分别称为DHU环和Tψ环,以及反密码环。
反密码子（anticoden）与mRNA相应的三联体密码子碱基互补。
例如负责转运酪氨酸的tRNA（tRNATyr）的反密码子5'
-GUA-3'
与mRNA上相应的三联体密码子5'
-UAC-3'
（编码酪氨酸）呈反向互补。
不同的tRNA依照其转运的氨基酸的差别,有不同的反密码子。
X射线衍射结构分析发现tRNA的共同三级结构是倒L型（图3-13b）。
倒L形三级结构中Tψ环与DHU环相距很近。
3．核蛋白体RNA的结构与功能核蛋白体RNA（ribosomalRNA,rRNA）约占RNA总量的80%以上。
rRNA与核蛋白体蛋白共同构成核蛋白体或称为核糖体（ribosome）,原核生物和真核生物的核蛋白体均由易于解聚的大、小两个亚基组成。
真核生物的核蛋白体小亚基由18SrRNA及30余种蛋白质构成；
大亚基则由5S、5.8S、及28S三种rRNA加上近50种蛋白质构成（表3-3）。
真核生物的18SrRNA的二级结构呈花状（图3-14）,形似40S小亚基,其中多个茎环结构为核蛋白体蛋白的结合和组装提供了结构基础。
DNA复性变性DNA在适当条件下，分开的两条单链分子按照碱基互补原则重新恢复天然的双螺旋构象的现象。
热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，又称为退火（annealing）。
第十一章DNA的生物合成（复制）（5学时）
1.掌握与DNA复制、DNA损伤与修复、逆转录过程有关的基本概念。
包括：
半保留复制，半不连续复制，复制叉，复制子，岡崎片段，领头链，随从链，端粒，端粒酶等。
2.掌握复制的过程，以及复制过程中涉及到的各种酶、蛋白因子；
并掌握原核生物与真核生物复制的相同点与不同点。
3.掌握逆转录过程，熟悉逆转录酶的应用。
4.了解引起地中海贫血和镰形红细胞贫血的分子机制。
重点：
DNA分子在生物体内的合成有三种方式：
（1）DNA指导的DNA合成，也称复制，是细胞内DNA最主要的合成方式。
遗传信息储存在DNA分子中，细胞增殖时，DNA通过复制使遗传信息从亲代传递到子代。
（2）修复合成，即DNA受到损伤（突变）后进行修复，需要进行局部的DNA的合成，用以保证遗传信息的稳定遗传。
（3）RNA指导的DNA合成，即反转录合成，是RNA病毒的复制形式，以RNA为模板，由逆转录酶催化合成DNA。
真核生物的DNA合成过程与原核生物基本相似，但机理尚不十分清楚，以原核生物为例介绍其复制过程。
难点：
DNA的双螺旋结构是复制的结构基础。
DNA复制的实质为酶催化的脱氧核糖核苷酸的聚合反应。
复制开始时，亲代双链DNA分子解开，分别作为模板，在DNA依赖的DNA聚合酶催化下，按照碱基配对的原则，将四种脱氧核苷酸连接成DNA大分子，合成产物的碱基序列与模板DNA的碱基序列是互补的，子代DNA双链分子中，一条来自亲代的模板链，另一条为新合成的链，故称半保留复制，是生物体最主要的DNA合成方式；
合成过程中，自5’→3’连续合成一条领头链，不连续地合成一些片断，而后连成一条随从链，所以DNA合成是半不连续合成。
反应过程复杂，首先螺旋松弛，双链打开，形成复制叉，然后复制的引发，包括合成引物，形成引发体，最后是DNA链的延长与终止。
每一阶段需要有许多酶和蛋白因子参与，包括拓扑异构酶，用于理顺解链过程中造成的链的盘绕、打结等现象；
解螺旋酶在蛋白因子的辅助下结合于复制起始点，并打开双链，由单链结合蛋白稳定解开的两股单链；
引物酶及其它辅助蛋白因子在打开的双链上催化合成引物，由引物提供3’-OH，与原料dNTP的5’-P形成磷酸二酯键，然后DNA聚合酶催化这一聚合反应的进行，而DNA连接酶将复制中的不连续片段连接成完整的链。
真核生物的复制与原核生物相比，为多个起始点、5种DNA聚合酶以及有端粒复制等特点。
一、DNA的复制
1.掌握复制叉、半不连续复制、岡崎片段、领头链、随从链等基本概念。
2.掌握拓扑异构酶、解螺旋酶、单链结合蛋白、引物酶、DNA聚合酶、DNA连接酶的特点及生物学作用。
3.熟悉DNA的合成过程。
4.了解半保留复制的实验依据。
1.中心法则：
遗传信息从DNA通过转录流向RNA，RNA通过翻译指导合成蛋白质，这种遗传信息的传递规律称之。
少数RNA也是遗传信息的贮存者，RNA能逆转录为DNA，是对中心法则的补充。
2.复制（replication）：
即DNA的生物合成，以DNA为模板指导合成相同的DNA分子，使遗传信息从亲代传递到子代的过程。
RNA病毒的遗传信息储存于RNA分子中，可进行RNA复制并反转录合成DNA。
3.半保留复制（semiconservativereplication）：
DNA复制时，亲代DNA双螺旋结构解开，分别以解开的两股单链为模板，以dNTP（dATP、dGTP、dTTP、dCTP）为原料，按照碱基互补的原则，合成与模板链互补的新链，从而形成两个子代DNA双链，其结构与亲代DNA双链完全一致。
因子代DNA双链中的一股单链源自亲代，另一股单链为合成的新链，形成的双链与亲代双链的碱基序列完全一致，故称为半保留复制。
4.复制叉（replicationfork）：
原核生物DNA的复制从单一起点开始，双螺旋结构被打开，分开的两股单链分别作为新DNA合成的模板，DNA合成从起点开始向两个方向进行，与单一起点相连的局部结构形状呈“Y”型，称复制叉结构。
5.半不连续复制：
复制过程中，催化DNA合成的DNA聚合酶只能催化核苷酸从5’→3’方向合成，以3’→5’链为模板时，新生的DNA以5’→3’方向连续合成；
而以5’→3’为模板只能合成若干反向互补的岡崎片段，这些片段再相连成完整的新链，故称半不连续复制。
6.岡崎片段（Okazakifragments）：
DNA双链是反向平行的，复制时，亲代双链DNA在复制叉处打开，由于新链的合成具有方向性，即从5’→3’，以5’→3’DNA链为模板合成反向互补的新链时，只能合成小片段DNA，这些片段根据发现者命名为岡崎片断。
7.领头链、随从链：
DNA双链是反向的，复制时，两股链均作为模板，但新链的合成只能是5’→3’。
因此，顺着解链方向合成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链，另一股新链的复制方向与解链方向相反，复制是不连续进行的，这条不连续合成的链称为随从链。
8.引发体：
是由DnaA蛋白、DnaB蛋白（解螺旋酶）、DnaC蛋白、引物酶和DNA的起始复制区域共同形成的一个复合结构。
DnaA蛋白辨认复制起始点，DnaB蛋白有解螺旋作用，DnaC蛋白使DnaB蛋白组装到复制起始点，引物酶合成引物。
（一）、原核生物DNA的复制
1．与复制有关的酶及蛋白质：
（1）拓扑异构酶：
通过切断并连接DNA双链中的一股或双股，改变DNA分子拓扑构象，避免DNA分子打结、缠绕、连环，在复制的全程中都起作用。
其种类有：
拓扑异构酶I和拓扑异构酶II，拓扑异构酶I能切断DNA双链中一股并再连接断端，反应不需ATP供能；
拓扑异构酶II能使DNA双链同时发生断裂和再连接，需ATP供能，并使DNA分子进入负超螺旋。
（2）解螺旋酶：
DNA进行复制时，需亲代DNA的双链分别作模板来指导子代DNA分子的合成，解螺旋酶可以将DNA双链解开成为单链。
大肠杆菌中发现的解螺旋酶为DnaB。
（3）单链结合蛋白（SSB）：
在复制中模板需处于单链状态，SSB可以模板的单链状态并保护模板不受核酸酶的降解。
随着DNA双链的不断解开，SSB能不断的与之结合、解离。
（4）引物酶：
是一种RNA聚合酶，在复制的起始点处以DNA为模板，催化合成一小段互补的RNA。
DNA聚合酶不能催化两个游离的dNTP聚合反应，若没有引物就不能起始DNA合成。
引物酶能直接在单链DNA模板上催化游离的NTP合成一小段RNA，并由这一小段RNA引物提供3’-OH，经DNA聚合酶催化链的延伸。
（5）DNA聚合酶：
是依赖DNA的DNA聚合酶，简称为DNApol，以DNA为模板，dNTP为原料，催化脱氧核苷酸加到引物或DNA链的3’-OH末端，合成互补的DNA新链，即5’→3’聚合活性。
原核生物的DNA聚合酶有DNApolI、DNApolII和DNApolIII，DNApolIII是复制延长中真正起催化作用的，除具有5’→3’聚合活性，还有3’→5’核酸外切酶活性和碱基选择功能，能够识别错配的碱基并切除，起即时校读的作用；
DNApolI具有5’→3’聚合活性、3’→5’和5’→3’核酸外切酶活性，5’→3’核酸外切酶活性可用于切除引物以及突变片段，起切除、修复作用。
另外，klenow片断是DNApolI体外经蛋白酶水解后产生的大片段，具有DNA聚合酶和3’→5’外切酶活性，是分子生物学的常用工具酶。
DNApolII在无DNApolI和DNApolIII时起作用，也具有5’→3’和3’→5’核酸外切酶活性。
（6）DNA连接酶：
DNA连接酶用于连接双链中的单链缺口，使相邻两个DNA片段的3’-OH末端和5’-P末端形成3’,5’磷酸二酯键。
DNA连接酶在DNA复制、修复、重组、剪接中用于缝合缺口，是基因工程的重要工具酶。
2．DNA的合成过程：
可将复制过程分为起始、延长和终止三个阶段。
复制起始：
（1）辨认起始点，合成引发体：
在E.coli，复制起始点称为oriC，具有特定结构能够被DnaA蛋白辨认结合，DnaB蛋白具有解螺旋作用，DnaC蛋白使DnaB蛋白结合于起始点，DNA双链局部被打开，引物酶及其他蛋白加入，形成引发体。
（2）形成单链：
DNA进行复制时，首先在拓扑异构酶作用下，使分子的超螺旋构象变化，然后在解链酶的作用下，解开双链，才能开始进行DNA的合成。
解螺旋酶在蛋白因子的辅助下打开DNA双链，单链结合蛋白SSB结合于处于单链状态模板链上；
拓扑异构酶使DNA分子避免打结、缠绕等，在复制全过程中起作用。
（3）合成引物：
引发体中的引物酶催化合成RNA引物，由引物提供3’-OH基，使复制开始进行。
领头连和随从链均由引物酶合成引物，随从链在复制中需多次合成引物。
复制延长：
（1）复制方向：
原核生物如E.coli，只有一个起始点oriC，两个复制叉同时向两个方向进行复制，称为双向复制。
（2）链的延长：
按照与模板链碱基配对的原则，在DNA聚合酶III的作用下，逐个加入脱氧核糖核酸，使链延长。
由于DNA双链走向相反，DNA聚合酶只能催化核苷酸从5’→3’方向合成，领头链的复制方向与解链方向一致，可以连续复制，而另一股模板链沿5’→3’方向解开，随从链的复制方向与解链方向相反，复制只能在模板链解开一定长度后进行，因此随从链的合成是不连续的，形成的是若干个岡崎片段。
DNA聚合酶I的即时校读，DNA聚合酶III的碱基选择功能，使复制具有保真性。
复制终止：
原核生物如E.coli，他的两个复制叉的汇合点就是复制的终点。
由RNA酶切去领头链和随从链中的引物，引物留下的空隙由DNA聚合酶I催化，四种脱氧核糖三磷酸为原料自5’→3’方向延长填补。
最后，DNA连接酶由ATP供能，将两个不连续片段相邻的5’-P和3’-OH连接起来，成为连续的子链，复制完成。
（二）、真核生物的复制：
真核细胞的一生可以定义为一个细胞周期，细胞增殖时，DNA通过复制使其含量成倍增加，随后细胞分裂，成为两个子代细胞，DNA将亲代的特征传递到子代。
细胞周期包括G1期、S期、G2期和M期，DNA的复制只发生在S期。
与原核生物相比，真核生物的复制具有以下特点：
1.多复制子：
真核生物的DNA复制也是半保留复制。
染色体线性分子的复制有多个起始点，每个起始点由两个反向运动的复制叉组成，进行双向复制。
由一个起始点控制的DNA复制称为一个复制子。
2.5种DNA聚合酶：
与原核生物不同，真核细胞含有5种DNA聚合酶：
α、β、γ、δ和ε。
除了γ外，所有DNA聚合酶存在于核内。
DNA聚合酶α和δ在复制延长中起催化作用，DNA聚合酶α延长随从链，DNA聚合酶δ延长领头链。
DNA聚合酶β和ε在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。
DNA聚合酶γ在线粒体中，用于线粒体DNA的复制。
3.端粒复制：
真核生物染色体线性分子的复制，领头链可连续完整复制，而随从链3’端引物除去后的空隙无法填补，会造成缩短了的子代的双链，解决的途径是用端粒酶来复制染色体的末端（端粒）。
端粒是染色体末端具有特定重复序列和蛋白质的结构，端粒酶是一种逆转录酶，由酶和含重复序列的RNA分子组成，它以自身的RNA分子为模板从随从链的3’端合成端粒的重复序列，使随从链延长，以防止随从链在每次复制时被缩短。
二、DNA的修复合成
受环境理化因素或生物学因素的影响，DNA序列会发生改变，包括碱基的变化、链的断裂、交联等，通过一定的修复机制对损伤DNA进行校正，保证遗传信息的稳定。
1．掌握DNA突变的概念及突变类型。
2．掌握损伤DNA的修复机制。
3．了解突变的意义及引起突变的因素。
4．了解引起地中海贫血和镰形红细胞贫血的分子机制。
1．突变：
是指DNA分子中碱基序列的改变，从而影响其表达产物的结构与功能。
2．框移突变：
基因编码区域插入或缺失碱基，DNA分子三联体密码的阅读方式改变，使转录翻译出的氨基酸排列顺序发生改变，称为框移突变。
3个或3n个碱基插入或缺失，不一定引起框移突变。
3．切除修复：
是最重要的修复方式，由UvrA、UvrB、UvrC、DNA-polI、dNTP、连接酶参与。
首先UvrA、UvrB辨认损伤部位并与之结合，UvrC切除损伤的DNA，DNA-polI以dNTP为原料，填补切除空隙，最后由连接酶连接缺口，完成修复。
（一）突变类型：
1．点突变：
又称错配。
DNA分子中一个碱基的变异，包括转换和颠换。
2．缺失：
DNA分子中一个核苷酸或一段核苷酸的消失。
3．插入：
一个核苷酸或一段核苷酸插入到DNA分子中。
4．重排：
DNA链内部重组，使其中一段方向反置或大片段的链在DNA分子内迁移。
（二）修复方式：
1．直接修复：
又称光修复，由光修复酶修复因紫外照射引起的嘧啶二聚体，使其还原。
2．切除修复：
见上。
3．重组修复：
当损伤的DNA尚未进行修复就已经进行复制，复制出的子代DNA会出现缺口，此时所产生的子代DNA就需进行重组修复。
重组蛋白RecA具有核酸酶活性，将健康母链中与缺口对应的一股DNA片段重组到子链缺口处，而健康母链出现的缺口，可按健康的模板由DNA聚合酶催化填补，然后由连接酶连接，最后将健康链完全复原。
4．SOS修复：
是DNA损伤到难以继续复制时，细胞采取的一种应急性修复方式。
DNA损伤严重，诱导出一系列的复杂反应，产生SOS修复酶系，包括重组蛋白、调控蛋白以及复制、修复的酶系统等。
三、DNA的反转录合成
反转录又称逆转录，指遗传信息从RNA流向DNA。
是RNA指导下的DNA合成过程，即以RNA为模板，四种dNTP为原料，合成与RNA互补的DNA单链，催化这一过程的酶称反转录酶，RNA病毒中都含有此酶。
1．反转录酶：
属RNA指导的DNA聚合酶，具有三种酶活性，即RNA指导的DNA聚合酶，RNA酶，DNA指导的DNA聚合酶。
在分子生物学技术中，作为重要的工具酶被广泛用于建立基因文库、获得目的基因等工作。
2．合成过程；
RNA为模板，在反转录酶的催化下，合成与RNA互补的DNA单链，形成杂化双链，反转录酶将其中RNA链水解，在以互补的DNA链为模板，合成双链DNA。
3．反转录方向：
5’→3’。
第十二章RNA的生物合成（转录）（4学时）
本章重点：
转录的反应体系，原核生物RNA聚合酶和真核生物中的RNA聚合酶的特点，RNA的转录过程大体可分为起始、延长、终止三个阶段。
真核RNA的转录后加工，包括各种RNA前体的加工过程。
本章难点：
转录模板的不对称性极其命名，原核生物及真核生物的转录起始，真核生物的转录终止，mRNA前体的剪接机制（套索的形成及剪接），第Ⅰ、Ⅱ类和第Ⅳ类内含子的剪接过程，四膜虫rRNA前体的加工，核酶的作用机理。
一．模板和酶
要点：
1．模板RNA的转录合成需要DNA做模板，DNA双链中只有一股链起模板作用，指导RNA合成的一股DNA链称为模板链（templatestrand），与之相对的另一股链为编码链（codingstrand），不对称转录有两方面含义:
一是DNA链上只有部分的区段作为转录模板（有意义链或模板链）,二是模板链并非自始至终位于同一股DNA单链上。
2．RNA聚合酶转录需要RNA聚合酶。
原核生物的RNA聚合酶由多个亚基组成:
α2ββ'
称为核心酶,转录延长只需核心酶即可。
σ称为全酶,转录起始前需要σ亚基辨认起始点,所以全酶是转录起始必需的。
真核生物RNA聚合酶有RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ三种,分别转录45s-rRNA;
mRNA（其前体是hnRNA）;
以及5s-rRNA、snRNA和tRNA。
3.模板与酶的辨认结合
转录模板上有被RNA聚合酶辨认和结合的位点。
在转录起始之前被RNA聚合酶结合的DNA部位称为启动子。
典型的原核生物启动子序列是-35区的TTGAC
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