分子生物学复习资料.docx

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分子生物学复习资料

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第二章

基因：

是DNA或RNA中具有遗传效应的一段核苷酸序列，是遗传的基本单位和突变单位以及控制性状的功能单位；简单来说，基因是具有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的基本遗传单位。

DNA的一级结构：

是指四种脱氧核苷酸的排列顺序，又称为核苷酸序列或碱基顺序。

DNA的一级结构决定着基因的功能。

DNA双螺旋的结构特点：

（1）双螺旋中存在大沟和小沟 ；

（2）碱基顶部基团裸露在DNA大沟内 ；

（3）蛋白质因子与DNA的特异结合依赖于氨基酸与DNA间的氢键的形成；

（4）蛋白质因子沿大沟与DNA形成专一性结合的机率与多样性高于沿小沟的结合；

（5）大沟的空间更有利于与蛋白质的结合；

（6）每一条单链具有5′3′极性；

两条单链间以氢键连接；

两条单链极性相反，反向平行；

以中心为轴，向右盘旋（B-DNA）。

DNA分子变性：

天然存在的双链DNA具有规则的双螺旋结构，当DNA被加热或在某些试剂的作用下，配对碱基之间氢键和相邻碱基之间的堆集力就会受到破坏，逐步变为近似于无规则的线团构型的单链变性DNA。

这种由双螺旋结构状态转变成单链无规线团状态的过程叫作DNA变性，也称熔解。

变性过程的表现：

☆单链DNA粘度降低

☆单链DNA沉降速度加快

☆单链DNA分子的A260nmUV吸收值上升（碱基序列被打乱）

影响DNA复性过程的因素：

（1）阳离子浓度

（2）复性反应的温度Tm-25℃（60-65℃）

（3）单链DNA分子的长度

（4）单链DNA的初始浓度C0

（5）DNA分子中核苷酸的排列状况（随机排列，重复排列）

经典的基因概念：

（1）基因是染色体上的实体；

（2）基因象链珠一样，孤立地呈线状地排列在染色体上；

（3）基因是功能、突变、交换、“三位一体”的最小的不可分割的基本的遗传单位；

顺式作用因子：

存在于基因序列旁侧能影响基因表达的序列。

包括启动子、增强子、调控序列和可诱导元件等，作用是参与基因表达的调控。

顺式作用元件本身不编码任何蛋白质，仅提供一个作用位点，要与反式作用因子相互作用而起作用。

通过核苷酸自身的特异二级结构控制与它紧密连锁的结构基因的表达

反式作用元件：

是能直接或间接地识别或结合在顺式作用因子核心序列上参与调控靶基因转录效率的蛋白质。

有时也称转录因子。

大多数真核转录调节因子由某一基因表达后，可通过另一基因的特异的顺式作用因子相互作用，从而激活另一基因的转录。

通过扩散自身表达产物（酶，调节蛋白）控制其他基因的表达。

可转录，可翻译调节蛋白的DNA功能区。

可通过互补测验体系确定其功能区域。

重复基因概念：

重复基因指染色体上存在多数拷贝基因，重复基因往往是生命活动最基本，最重要的功能相关的基因。

重叠基因的概念：

两个或两个以上的基因共有一段DNA序列，或者是指一段DNA序列成为两个以上基因的组成部分。

重叠基因有多种重叠方式。

极性突变的基本概念：

在一个操纵子中，与操纵基因毗连的结构基因发生终止突变后，它除了影响该基因本身产物的翻译外，还影响其后结构基因多肽的翻译，并且具有极性梯度的特征。

断裂基因（真核生物所特有的）：

真核生物中基因具有不连续性，即一个基因的编码序列往往被一些非编码序列分隔开。

基因中能够转录并进一步编码多肽链合成的部分称为外显子，而在转录后会被剪除的部分则称为内含子。

原核生物复制方向：

单起点，双方向；

真核生物复制方向：

多起点，双方向；

DNA双螺旋有A、B、Z型，天然状态下的DNA的分子构象主要以B-DNA为主；

钠离子浓度大的时候主要以Z-DNA、A-DNA为主。

第三章

DNA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。

复制子：

一个DNA起点所控制的DNA序列为复制子，即复制起点，原核生物的复制子通常为一个，而真核生物的复制子则为多个。

复制体：

是在复制叉组装的蛋白质复合体，负责DNA的合成。

包括DNA聚合酶、引发体、SSB、解旋体等。

DNA复制的五个特点：

（1）有一定的复制起始点

（2）半保留复制

（3）需要引物

（4）双向复制

（5）半不连续复制

DNA的呼吸现象：

DNA复制原点处氢键迅速断裂与再生，导致两条DNA链不断解裂与聚合，形成瞬间的单泡状结构的过程（在富含AT区域尤为明显）。

DNA复制的“呼吸现象”常温下，活体内双链DNA分子中富含AT的变性核心区（启动子、终止子区）常表现氢键的断裂与形成的“DNA呼吸现象”。

这对于某些特殊的蛋白质与DNA结合并阅读链内信息具有重要作用。

请简述真核生物DNA复制时是如何避免5’末端短缩的。

（20分）

端粒酶（TTGGGG）与染色体DNA末端的3’单链区域结合（5’末端短缩后，留下3’游离的单链末端），端粒酶中的RNA与DNA配对，并以CCCCAA序列为模板，以DNA的3’-OH为引物，完成（GGGGTT）一个重复单位的延伸后，端粒酶沿着DNA链想3’末端移动，再次启动下一个重复单位的复制，如此循环复始，当一条数十次重复的cDNA端粒末端合成后，3’单链自行回折，并在G-G之间以Hoogsteen键配对方式连接，最后与5’末端结合，不仅解决了5’末端短缩问题，而且所形成的封闭式DNA末端保证了染色体结构的稳定。

拓扑异构酶Ⅰ：

对单链ＤＮＡ的亲和力要比对双链高的多，它仅催化单链ＤＮＡ的瞬时断裂和再连接，且不需要ＡＴＰ等提供能量。

大肠杆菌的拓扑异构酶Ⅰ只能松弛负超螺旋，不能松弛复制叉前方因ＤＮＡ复制而引入正超螺旋真；核生物和古细菌的拓扑异构酶Ⅰ即可松弛负超螺旋也可松弛正超螺旋。

拓扑异构酶Ⅱ：

可催化ＤＮＡ两条链同时断裂和再连接，它通常需要ＡＴＰ功能。

第四章

突变：

是遗传物质发生了可遗传的改变，而这种改变可发生在染色体水平和基因水平上。

突变类型：

分为点突变和插入与缺失突变。

插入或缺失不等于3的倍数的核苷酸，引起读码框架的改变。

叫移码突变。

基因突变的种类：

按核苷酸取代类型：

转换（嘌呤中间或嘧啶间的互换）

颠换（嘌呤与嘧啶间的互换）

按突变对密码子的改变类型：

错义突变：

DNA突变引起mRNA密码子变为另一个氨基酸密码。

无义突变：

DNA突变引起mRNA密码子变为一种终止密码。

同义突变：

DNA突变虽引起mRNA密码子变为另一种密码，但由于密码子的简并性，未使编码的氨基酸发生改变。

自发突变：

特指在DNA复制过程中，由于细胞内碱基异构体替代正常结构的碱基掺入到DNA分子中，引起的复制的错误，或由于重复序列间的不对称交换形成的突变。

基因的诱发突变：

物理诱变：

（1）电离辐射，如Χ、γ、α、β射线

（2）非电离辐射，如紫外线

化学诱变：

（1）抑制碱基合成的诱变剂，如6-巯基嘌呤

（2）碱基类似物，如5-溴尿嘧啶

（3）修饰碱基结构的诱变剂，如亚硝酸

（4）插入诱变剂，如吖啶橙

DNA损伤修复方式：

（1）直接修复：

光修复、转甲基作用和直接连接作用（均属于无差错修复）；

（2）取代修复：

切除修复、重组修复、SOS修复（后二者属于有差错倾向修复）；

紫外线照射引起的DNA损伤：

当DNA受到紫外线照射时，其碱基发生电子跃迁而处于激发

状态，由于水合作用使相邻的两个嘧啶碱基形成环丁烷嘧啶二聚体。

最常见的胸腺嘧啶二聚体通常发生在同一DNA链上两个相邻的胸腺嘧啶之间，也可以发生在两个单链之间，这种形式的二聚体结构很稳定。

二聚体通常会引起DNA双螺旋发生局部的弯曲和扭结，直接影响DNA复制和转录过程

光修复：

光修复只作用于紫外线引起的嘧啶二聚体。

光修复过程中，光复活酶发挥了重要作用。

在可见光存在时，光复活酶将嘧啶二聚体裂解，恢复到正常状态。

光复活酶沿着DNA链滑动来识别嘧啶二聚体并与其结合，但要解开二聚体结构，还需要可见光激活（蓝光）。

切除修复：

这种修复机制可适用于多种DNA损伤修复。

该修复机制可以分别由两种不同的酶来发动，一种是核酸内切酶，另一种是DNA糖苷酶。

（1）特异性的核酸内切酶或DNA糖苷酶识别DNA损伤部位，并在该部位的5’端作一切口；

（2）由核酸外切酶从5’–3’端逐一切除损伤的单链；

（3）在DNA聚合酶的催化下，以互补链为模板，合成新的单链片段以填补缺口；

（4）由DNA连接酶催化连接片段，封闭缺口；

重组修复：

（1）DNA复制时，损伤部位导致子链DNA合成障碍，形成空缺；

（2）此空缺诱导产生重组酶（重组蛋白RecA），该酶与空缺区结合，并催化子链空缺与对侧亲链进行重组交换；

（3）对侧亲链产生的空缺以互补的子链为模板，在DNA聚合酶和连接酶的催化下，重新修复切口；

（4）亲链上的损伤部位继续保留或以切除修复方式加以修复；

SOS修复：

这是一种在DNA分子受到较大范围损伤并且使复制受到抑制时出现的修复机制，以SOS借喻细胞处于危机状态。

简述错配修复的机制：

错配修复机制是建立在DNA出现的甲基化的基础上，原核细胞内存在dam甲基化酶，能使位于5‘GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化，在复制过程中含有所需甲基化的碱基的亲代链充分甲基化，由于DNA甲基化滞后于DNA的合成，新的子代DNA链在合成大部分时期里保持着非甲基化，错配修复系统具有既能识别非甲基化序列又能识别新合成的子代链中的错配碱基对的能力，一旦发现错配碱基即将未甲基化链切除，一段包含错误碱基的序列，并以甲基化的链为模板进行修复。

第五章

DNA重组：

DNA分子内或分子间发生片段间重新组合，通过DNA分子的断裂和连接所导致的遗传信息重组称为DNA重组，也称遗传重组或基因重排。

同源重组的酶学机制：

（1）两条同源双链DNA分子排列在一起；

（2）核酸酶和RecBCD蛋白质复合体在DNA特定序列chi（GCTGGTGG）上产生缺口；

（3）3’-端切口被RecA蛋白包裹形成RecA-单链DNA细丝，这些细丝相互交换并寻找相对的DNA双螺旋上的相应序列，形成Holliday结构；

（4）Holliday的中间体以两种方式中的一种拆分为两个DNA双螺旋。

与DNA重组有关的酶

名称

编码基因

主要功能

RecA

（重组蛋白A）

recA

1.诱发SOS反应、促进单链DNA与同源DNA发生链交换；

2.具有多种酶促活性，包括具有蛋白水解酶的活性。

RecE

recE

外切核酸酶活性，参与DNA重组

RecF

recF

与双链DNA和单链DNA结合

RecO

recO

促进互补的单链DNA的复性

RecR

recR

参与DNA的修复与重组

RecBCD

（重组酶BCD）

recB,recC,recD

1.依赖于ATP的外切酶的活性；

2.可被ATP增强的内切酶的活性；

3.ATP依赖的解旋酶的活性。

RuvA（DNA重组与修复蛋白）

ruvA

DNA解旋酶。

特异的作用于Holliday衔接点，并与RuvB相互作用，促进RuvA及RuvB沿着DNA链移动及双链DNA的解旋。

RuvB

ruvB

一种ATP酶，具解旋酶的活性。

RuvC

ruvC

以低速度剪切Holliday衔接点。

细菌的基因转移有四种机制：

1.接合2.转化3.转导4.细胞融合

转座子：

基因组中可以移动的一段DNA序列。

转座子的转座特征：

1.转座不依赖RecA；

2.转座后靶序列重复；

3.转座子有插入选择性；

4.转座具有排他性；

5.转座具有极性效应；

6.活化临近的沉默基因；

7.区域性优先