刘慧慧 浙江海洋学院 分子生物学复习资料.docx

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刘慧慧浙江海洋学院分子生物学复习资料

第一章绪论

MolecularBiology是研究核酸、蛋白质等生物分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学，是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。

DNArecombination（geneticengineering、DNA重组）：

将不同DNA片段（如某个基因或基因的一部分）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得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。

EnumeratethefirstevidencethatDNAishereditarysubstance?

1）肺炎球菌的转化实验

2）噬菌体感染实验

第二章

DNAsemiconservativereplication（DNA半保留复制）每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，该复制方式称为DNA半保留复制。

SSBprotein：

该蛋白可以在远低于解链温度时使双链分开，并牢牢地结合在单链DNA上，即SSB蛋白的作用是保证被解链酶解开的单链在复制完成前能保持单链结构，它以四聚体形式存在与复制叉处，待单链复制后才掉下，重新循环。

转座（DNAtransposition）：

是由可移动因子介导的遗传物质重排现象。

转座子（transposonTn）：

是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。

复合式转座子（compositetransposon）：

是一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列。

在DNA复制中起作用的酶：

拓扑异构酶Ⅰ、解链酶、引发酶、SSB蛋白

从基因组结构来看，原核细胞DNA有如下特点（ProkaryotesDNAfeatures）：

1.结构简练:

原核DNA分子的绝大部分是用来编码蛋白质的，只有非常小的一部分不转录

2.存在转录单元:

原核生物DNA序列中功能相关的RNA和蛋白质基因，往往丛集在基因组的一个或几个特定部位，形成功能单位或转录单元，它们可被一起转录为含多个mRNA的分子，叫多顺反子RNA。

3.有重叠基因：

同一段DNA能携带两种不同的蛋白质的信息，包括以下几种情况：

（1）一个基因完全在另一个基因里面;2）部分重叠;（3）两个基因只有一个碱基对的重叠

组蛋白特征:

（Histonefeatures）

（1）进化上极端保守，不同种生物组蛋白的氨基酸组成十分相似，尤其是H3、H4；

（2）无组织特异性

（3）肽链上氨基酸分布不对称，碱性氨基酸集中分布在N端的半条链上，疏水基团分布在C端；

（4）组蛋白发生修饰，包括甲基化、乙酰化、磷酸化及ATP核糖基化等；

（5）具有富含赖氨酸的组蛋白H5，存在于鸟类、鱼类及两栖类的红细胞中，H5还富含丙氨酸、丝氨酸及精氨酸。

DNA组成染色体的主要过程：

（howdoesDNAassembleintochromosome?

）

1核小体的形成：

在核小体中DNA盘绕组蛋白八聚体体核心，从而使分子收缩成1/7。

2由10nm的染色质细丝盘绕成30nm的螺旋管状粗丝（称螺旋管）。

螺旋管的每一螺旋包含6个核小体，其压缩比为6；

3螺旋管可进一步压缩形成超螺旋，压缩比为40

4超螺旋圆筒进一步压缩1/5便成为染色体单体。

真核生物与原核生物DNA复制的区别（ProkaryotesandeukaryotesDNAduplicatedifference）：

它们都是半保留和半连续复制，复制过程都有引发、延长和终止三个阶段，都必须有相应功能的蛋白质（如SSB）和DNA聚合酶参与等等。

不同之处：

1）真核的每条染色体有多个复制起始位点，每个起始位点大约有20kbp,而原核只有一个起始位点。

真核细胞的不同复制单元不是同时启动的，起始位点受到时相控制。

2）复制速度：

真核生物10-100bp/s;原核生物：

1500bp/s;真核生物的复制时间大约需要6-8h，E.coli需要40min；

3）真核生物有大得多的染色体。

DNA的复制是由G1期决定的，细胞的DNA加倍是在S期进行的。

4）真核染色体在全部复制完成之前，各个起始位点上的复制不能开始新的复制，受到一种复制的控制。

而原核的起始位点可以连续地开始新的复制事件，表现为一个复制子上有多个复制叉存在。

5）引物酶

6）酶和辅助因子不同

7）双向复制

转位因子的结构特点，转座子的遗传学效应（Transpositionfactorthecharacteristicofstructure,thetransposontaggingofgeneticseffect）：

1）在转位因子的两端，存在末端重复序列（TIR），它们在转位过程中至关重要。

2）绝大多数转位因子含有开放阅读框架（ORF）它可能编码转位酶，其功能促进转位子的转位。

3）受体DNA上很短的一段靶序列，由于转位因子的插入，靶序列在转位因子的两侧形成正向重复序列。

靶序列的长短对每类转位因子都是特异的。

转座引起插入突变：

转座子如果插入某操纵子的前半部分，会导致其后半部分结构基因表达失活；

转座产生新的基因：

转座子如果带有抗药性，会造成靶DNA序列的插入突变，同时使这个位点产生抗药性；

转座产生的染色体畸变：

当复制性转座发生在宿主DNA原有位点附近时，会导致转座子两个拷贝之间的同源重组，引起DNA缺失或倒位；

转座引起生物进化：

由于转座作用，使染色体上相距甚远的基因组合到一起，构建成一个操纵子或表达单元，也可能产生一些具有新的生物学功能的基因和新的蛋白质分子。

第四章

转录（transcription）：

拷贝出一条与DNA链序列完全相同的（除T→U之外）的RNA单链的过程。

启动子（promoter）：

是一段位于结构基因5‘端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确相结合并具有转录起始的特异性。

在转录单元的转录起始位点上游存在一定的重复序列，该序列不是启动子的一部分，但能增强或促进转录的起始，称这种能强化转录起始的序列为增强子或强化子（enhancer）。

RNA的编辑（RNAediting）：

基因转录产生的mRNA分子中，由于核苷酸的缺失，插入或置换，基因转录物的序列不与基因编码序列互补，使翻译生成的蛋白质的氨基酸组成，不同于基因序列中的编码信息，这种现象称为RNA编辑。

编码链（codingstrand）:

与mRNA序列相同的那条链或称为有意义链也称为非模板链。

模板链（templatestrand）:

根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链，又称为反义链。

真核基因表达往往伴随着RNA的剪接过程，从mRNA前体分子中切除被称为内含子（intron）的非编码区，并使基因中被称为外显子（exon）的编码区拼接形成成熟mRNA。

原核生物mRNA的特征

1.原核生物mRNA的半衰期短

2、许多原核生物mRNA以多顺反子的形式存在

3、原核生物mRNA的5’无帽子结构，3’端无或者只有较短的poly（A）结构

真核生物mRNA的特征

1、真核生物mRNA的5’端存在“cap（帽子）“

2.多数真核生物mRNA有poly（A）尾巴

转录的基本过程（Describetheprocessoftranscription）

①模板识别：

主要是指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。

②转录起始前，启动子附近的DNA双链分开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板DNA的碱基配对。

③转录起始就是RNA链上第一个核苷酸键产生；

④转录开始后，直到合成9bp起始阶段结束，进入延长阶段，即RNA聚合酶离开启动子，沿DNA链移动并使新生RNA链不断伸长的过程。

⑤转录终止：

当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA杂合物分离，转录泡瓦解，DNA恢复成双链状态，RNA聚合酶和RNA链都被从模板上释放出来。

大肠杆菌RNA聚合酶的组成，各组分的功能（E.coliRNApolymerasethecomposition,variouscomponentsofthefunction）:

由2个α亚基、一个β亚基、一个β’亚基和一个ω亚基组成核心酶，加上一个σ亚基后成为聚合酶全酶。

①α亚基与核心酶的组装及启动子识别有关，并参与RNA聚合酶和部分调节因子的相互作用。

②β和β’亚基组成了聚合酶的催化中心，其中β亚基能与模板DNA、新生RNA链及核苷酸底物相结合。

③σ因子负责模板链的选择和转录的起始，是酶的别构效应物，可极大地提高RNA聚合酶对启动子区DNA序列的亲和力，还能使RNA聚合酶与模板DNA结合的特异性提高。

原核和真核生物基因转录的差异（Theoriginalnuclearandeukaryotesgenetranscriptiondifferences）

1）原核生物只有一种聚合酶负责转录所有类型的基因，而真核生物有三种以上的RNA聚合酶，负责不同类型基因的转录，合成不同类型的RNA，在细胞核内的位置也不相同。

2）转录产物的差别，真核的初始产物很长，包含内含子序列，成熟的mRNA只占其中的小部分。

而原核生物的初始产物与蛋白质序列成线性关系。

3）真核生物转录产物经历加工、修饰过程，即剪接、5’端帽化和3’端聚化。

4）原核的mRNA与基因结构相吻合，是多顺反子，而大多真核mRNA是单顺反子。

RNA合成与DNA合成异同点（RNAsynthesisandDNAsyntheticdifferencesandsimilarities）

相同点：

1、都以DNA链作为模板

2、合成的方向均为5’→3’

3、聚合反应均是通过核苷酸之间形成的3’,5’-磷酸二酯键，使核苷酸链延长。

不同点

转录的终止机制（theterminationoftranscriptionmechanism）

不依赖于ρ因子的终止

·终止位点上游存在富含GC碱基的二重对称区，由这段DNA转录产生的RNA形成发卡式结构。

在终止位点前面有一段由4～8个A组成的序列，所以转录产物的3’端为寡聚U，这种结构特征决定了转录的终止。

·在新生RNA中出现发卡式结构会导致RNA聚合酶的暂停，破坏RNA-DNA杂合链5’端的正常结构。

寡聚U的存在使杂合链的3’端部分出现不稳定的rU·dA区域。

两者共同作用使RNA从三元复合物中解离出来。

依赖于ρ因子的终止

·ρ因子是分子质量为2.0×l05的六聚体protein，它是NTP酶，通过催化NTP的水解促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。

依赖于ρ因子的转录终止区DNA序列无共性，ρ因子不能识别这些终止位点。

·RNA合成起始以后，ρ因子即附着在新生的RNA链上，靠ATP水解产生的能量，沿着5’→3’方向朝RNA聚合酶移动，到达RNA的3’-OH端后取代了暂停在终止位点上的RNA聚合酶，使之从模板DNA上释放出来，同时释放mRNA，完成转录过程。

·终止过程需要消耗能量，所以，ρ因子具有终止转录和核苷三磷酸酶两种功能。

RNA聚合酶与DNA聚合酶的区别（RNApolymeraseandDNApolymerasesdifference）

第五章

Translation（转录）：

是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。

mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这3个核苷酸称为codon（密码），也叫三联子密码。

从mRNA5'端起始密码子AUG到3'端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架（ORF）。

一种氨基酸可能有多个密码子，代表一种氨基酸的多个tRNA以不同的反密码子为特征，从而可以识别mRNA上代表一种氨基酸的多个密码子。

几个代表相同氨基酸的tRNA称为同工tRNA（isoacceptortRNA）。

在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子（UAG、UGA、UAA），使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变称为无义突变（nonsensemutation）

错义突变（missensemutation）:

由于结构基因中某个核苷酸的变化使一种氨基酸的密码变成另一种氨基酸的密码。

signalpeptide（信号肽）：

常指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的N-末端氨基酸序列（有时不一定在N端）。

蛋白质合成的场所是（）

蛋白质合成的模板是（）

模板与氨基酸之间的接合体是（）

蛋白质合成的原料是（）

翻译的起始

细菌中翻译的起始需要如下7种成分:

①30S小亚基，

②模板mRNA，

③fMet-tRNAfMet，

④3个翻译起始因子（IF-l、IF-2和IF-3），

⑤GTP，

⑥50S大亚基，

⑦Mg2＋。

终止因子Terminationfactor

tRNA的结构、功能和两个关键部位（TRNAstructure,functionsandtwokeyparts）

§三级结构都呈L形折叠式

§三叶草形的二级结构

1、解读mRNA的遗传信息

2、运输的工具，运载氨基酸

tRNA有两个关键部位：

●3’端CCA：

接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。

●与mRNA结合部位—反密码子部位

遗传密码的性质（thenatureofthegeneticcode）

1.密码的简并性

按照1个密码子由3个核苷酸组成的原则，4种核苷酸可组成64个密码子，其中61个是编码氨基酸的密码子另外3个即UAA、UGA和UAG不代表任何氨基酸，它们是终止密码子，不能与tRNA的反密码子配对，能被终止因子或释放因子识别，终止肽链的合成。

由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并。

2.密码的普遍性与特殊性

以上介绍的密码子表是具有普遍性的，适用于一切生物。

但有一些特例，在支原体中，终止密码子UGA被用来编码色氨酸；在嗜热四膜虫中，另一个终止密码子UAA被用来编码谷氨酰胺。

3、密码的连续性

编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。

从mRNA5'端起始密码子AUG到3'端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架（openreadingframe,ORF）。

4.密码子与反密码子的相互作用

在蛋白质生物合成过程中，tRNA的反密码子在核糖体内是通过碱基的反向配对与mRNA上的密码子相互作用的。

三种RNA在蛋白质生物合成中的作用：

mRNA：

DNA原始遗传信息的直接接受者；合成蛋白质直接模板。

tRNA：

转运氨基酸到核糖体上；通过反密码子识别mRNA上的密码子。

rRNA：

含量大，维持核糖体的空间结构；使mRNA和tRNA结合在适当位置；识别mRNA上的启动和终止信号。

protein的生物合成（peptidesynthesisprocess）：

①氨基酸的活化

②肽链的起始

③肽链的延伸

④肽链的终止

⑤折叠和加工

第六章

Cis-actingelement（顺式作用元件）：

指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身同处在一个DNA分子上的基因；同时，该DNA序列通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中，如启动子。

Trans-actingfactors（反式作用因子）：

能调节与它们接触的基因的表达的各种扩散分子（通常是蛋白质），如转录因子；其编码基因与其识别或结合的靶核苷酸序列不在同一个DNA分子上。

Structuralgene结构基因：

编码蛋白质或RNA的任何基因。

Regulatorygene调节基因：

参与其他基因表达调控的RNA或蛋白质的编码基因。

Operon（操纵子）：

是在代谢途径中功能密切相关的一组蛋白质编码的结构基因区域加上其调控区域组成的控制单元就叫操纵子

Geneexpression：

细胞在生命过程中，把蕴藏在DNA中的遗传信息经过转录和翻译，转变成为具有功能的蛋白质分子的过程称为geneexpression（基因表达）。

基因表达调控：

围绕基因表达过程中发生的各种各样的调节方式都通称为generegulation或genecontrol（基因表达调控）。

基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来关闭的状态转变为活化状态，即在某些物质的诱导下使基因活化，称为Inducedadjustment（诱导调节）

当操纵子被阻遏，RNA合成被终止时，起终止转录信号作用的那一段DNA序列被称为attenuator（弱化子）。

葡萄糖效应（Glucoseeffects降解物抑制作用）：

是指当葡萄糖和其它糖类一起作为细菌的碳源时葡萄糖总是优先被利用，葡萄糖的存在阻止了其它糖类的利用的现象。

区别正控诱导和阻遏、负控诱导和阻遏：

（thedifferencesthatcontrolofinductionandrepression,negativecontrolofinductionandrepression）

调节基因的产物是阻遏蛋白（repressor）－－与操纵区结合，阻止结构基因转录。

负控诱导系统－－阻遏蛋白不与效应物（诱导物）结合时，阻遏蛋白与操纵区相结合，结构基因不转录；阻遏蛋白结合上诱导物时，阻遏蛋白与操纵区分离，结构基因转录。

负控阻遏系统－－阻遏蛋白与效应物结合时，结构基因不转录。

在正转录调控系统中，调节基因的产物是activator（激活蛋白），激活蛋白结合与DNA的启动子及RNA聚合酶后，转录才会进行。

在正控诱导系统中，诱导物的存在使激活蛋白处于活性状态，转录进行。

在正控阻遏系统中，效应物分子的存在使激活蛋白处于非活性状态，转录不进行。

画图说明lac操纵子的结构和调控特征（Describelacoperonstructureandregulationcharactoristicswithpaint）

①Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子所编码。

②该mRNA分子的启动子紧接着O区，而位于I与O之间的启动子区（P）。

③操纵基因是DNA上的一小段序列（仅为26bp），是阻遏物的结合位点。

④当阻遏物与操纵基因结合时，lacmRNA的转录起始受到抑制。

⑤诱导物通过与阻遏物结合，改变它的三维构象，使之不能与操纵基因结合，从而激发lacmRNA的合成。

当有诱导物存在时，操纵基因区没有被阻遏物占据，所以启动子能够顺利起始mRNA的合成。

大肠杆菌对乳糖的反应（E.colioflactosereaction）

乳糖→（单个透过酶分子）进入细胞→（单个β-半乳糖苷酶）异构乳糖→结合阻遏物使之失活离开操纵区→开始了lacmRNA的生物合成。

lacmRNA编码大量的β-半乳糖苷酶和透过酶使乳糖大量乳糖涌入细胞。

多数乳糖降解成为葡萄糖（作为碳源和能源）和半乳糖（转变为葡萄糖），另有部分变为异构乳糖促进lacmRNA高速合成。

乳糖消耗完毕→由于阻遏物仍在合成并超过异构乳糖浓度→细胞重建立阻遏状态→lacmRNA合成被抑制。

衰减作用如何调控大肠杆菌中色氨酸操纵子的表达：

（howtocontrolattenuationoftyptophamoperoninE.coliexpression?

）

①trp前导区有4个分别以1、2、3和4表示的片段能以两种不同的方式进行碱基配对（1-2和3-4或2-3），其中3-4配对区正好位于终止密码子识别区，可造成转录终止。

②当培养基中Trp的浓度很低时，负载有色氨酸的tRNATrp也就少，这样翻译通过两个相邻色氨酸密码子的速度就会很慢

当4区被转录完成时，核糖体才进行到1区（或停留在两个相邻的trp密码子处），这时的前导区结构是2-3配对，不形成3-4配对的终止结构，所以转录可继续进行，直到将trp操纵子中的结构基因全部转录。

③ 当培养基中色氨酸浓度较高时，核糖体可顺利通过两个相邻的色氨酸密码子，在4区被转录之前就到达2区，使2-3区不能配对，3-4区自由配对形成基一环终止子结构，转录被终止，trp操纵子被关闭。

第七章

Genefamily:

在真核细胞中，来源相同、结构相似、功能相关的一系列基因，成串地排列在一起，形成一个家族。

它们中间常常有重复序列隔开。

不同成员也可以不集中在一起，甚至不在同一染色体上

组成型剪接：

一个初级转录产物经过精确的拼接只能产生一种成熟mRNA的剪接方式。

选择性剪接：

初级转录产物可通过几种不同的剪接方式，产生不同的mRNA，并翻译成不同的蛋白质。

Geneamplification（基因增殖）：

基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它是细胞在短期内产生大量的基因产物以满足发育的需要，是基因活性调控的一种方式。

Generearrangement（基因重排）：

将一个gene从远离promoter的地方移到距离它很近的位点从而启动转录的方式。

沉默子（silencer）：

某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。

同源域：

是指编码60个保守氨基酸序列的DNA片段，高度保守，是结合DNA的部位，又称为同源盒（homeobox）。

Acceptor（受体）：

细胞膜上或细胞内能特别识别生物活性分子并与之结合的成分。

它能把识别和接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。

ligand（配体）：

能与受体呈特异性结合的生物活性分子。

Responseelement（应答元件）：

能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而控制基因特异性表达的DNA上游序列。

Hormone（激素）：

生物体内特定的组织（腺体或非腺体组织细胞）产生的。

通过体液或细胞外液运送到特定作用部位、对某些靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质，在机体的代谢过程或生理过程起调控作用。

增强子的特点（Enhancercharacteristics）

–增强效应十分明显

–增强效应与其位置和取向无关

–大多为重复序列：

一般长约50bp，其内部常常有一个核心序列：

（G）TGGA/TA/TA/T（G）

–其增强效应有严密的组织和细胞特异性，无物种特异性

–没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应

–许多增强子还受外部信号的调控

增强子的作用机制（Enhancermechanism

–1、影响模板附近的DNA双螺旋结构，导致DNA双螺旋弯折或在反式因子的参与下，以protein之间的相互作用为媒介形成增强子与启动子之间“成环”连接，活化gene转录；

–2、将模板固定在细胞核内特定位置，如连接在核基质上，有利于DNA拓扑异构酶改变DNA双螺旋结构的张力，促进RNA聚合酶II在DNA链上的结合和滑动；

–3、增强子区可以作为反式作用因子或RNA聚合酶II进入染色质结构的入口。

反式作用因子的特点

①三个功能结构域：

DNA识别结合域；转录活性域；结合其他蛋白的结合域

②能识别并结合顺式作用元件

③正调控与负调控

含HLH和Leu-拉链基序的转录因子的