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分子复习资料
第一章绪论
分子生物学基本含义：
从广义来讲，分子生物学是从分子水平阐明生命现象和生物学规律的一门新兴的边缘学科。
它主要对蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能以及遗传信息的传递过程进行研究。
从狭义来讲，分子生物学的范畴偏重于核酸（或基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调节控制等过程，当然其中也涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。
DNA重组技术：
DNA重组技术（又称基因工程）是将DNA片段或基因在体外经人工剪接后，按照人们的设计与克隆用载体定向连接起来，转入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。
信号转导：
是指外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状或其它细胞功能方面的应答过程。
转录因子：
是指一群能与基因5′端上游特定序列专一结合，从而保证目的基因以特定强度在特定时间和空间表达的蛋白质分子。
RNA的选择性剪切：
是指所有基因中的内含子并不是一次全部切去，而是在不同的细胞或不同的发育阶段选择性剪切部分内含子，生成不同的mRNA及蛋白质分子。
基因组：
指某种生物单倍体染色体中所含有基因的总数，也就是包含个体生长、发育等一切生命活动所需的全部遗传信息的整套核酸。
功能基因组：
又称后基因组，是在基因组计划的基础上建立起来的，它主要研究基因及其所编码蛋白质的结构和功能，指导人们充分准确地利用这些基因的产物。
生物信息学：
是生物科学和信息科学重大交叉的前沿学科，它依靠计算机对所获得数据进行快速高效计算、统计分类以及生物大分子结构功能的预测。
结构分子生物学：
就是研究生物大分子特定空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。
发展简史：
第一，萌芽阶段：
DNA是遗传物质的证实。
第二，建立和发展阶段：
DNA双螺旋模型和中心法则的建立。
第三，深入发展和应用阶段：
①重组技术的建立和发展，②基因组研究的发展，③功能基因组研究的发展，④基因表达调控机理的研究。
DNA重组技术的应用前景：
1、可用于大量生产某些在正常细胞代谢过程中产量很低的多肽。
2、DNA重组技术可以改变某些生物的基因组结构。
3、DNA重组技术还被用来进行基础研究。
两个重要的典型实验：
肺炎双球菌DNA转化实验，噬菌体DNA浸染细菌的实验
第二章染色体与DNA
第一节染色体
染色体：
是指存在于细胞核中的棒状可染色结构，由染色质构成。
染色质是由DNA、RNA和蛋白质形成的复合体。
染色体是一种动态结构，在细胞周期的不同阶段明显不同。
真核、原核染色体的特征---真核细胞染色体的特征：
染色体位于细胞核的核仁内。
在细胞分裂间期，染色体以较细且松散的染色质形式存在，只有在细胞分裂期，才可在光学显微镜下观察到棒状可染色的染色体。
在染色体中，DNA与组蛋白和非组蛋白完全融合在一起。
原核细胞染色体的特征:
染色体位于类似“核”的结构—类核体上；染色体外包裹着稀疏的非组蛋白，不含组蛋白；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的；整个染色体几乎完全由功能基因和调控序列所组成。
真核细胞染色体的组成：
（2空）蛋白质和DNA；（3空）组蛋白、非组蛋白和DNA。
非组蛋白：
包括酶类及细胞分裂有关的一些蛋白。
它们可能与DNA的结构、复制及转录等有关。
包括：
HMG蛋白（可能与超螺旋结构有关）、DNA结合蛋白（可能是一些与DNA的复制或转录的关的酶或调节物）、A24非组蛋白（肝脏中特有的一组蛋白，与H2A及泛素结构相似，功能不详）。
组蛋白：
是染色体的结构蛋白，它与DNA组成核小体，是一类小的碱性蛋白。
组蛋白的特征：
①进化上的极端保守（如H3、H4）；②无组织特异性；③肽链上氨基酸分布的不对称性（赖氨酸、精氨酸含量丰富）；④组蛋白的修饰作用（甲基化、乙酰化、磷酸化）；⑤富含赖氨酸的组蛋白H5（H5的磷酸化可能在染色质的失活过程中起重要作用）。
C-值（C-value）:
一种生物单倍体基因组DNA的总量。
C-值矛盾（C-valueparadox）：
基因组大小与机体的遗传复杂性缺乏相关性。
真核细胞DNA的种类:
1、不重复序列：
在单倍体基因组中只有一个或几个拷贝的DNA序列。
真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝。
2、中度重复序列:
每个基因组中10～104个拷贝。
平均长度为300bp，一般是不编码序列，广泛散布在非重复序列之间。
可能在基因调控中起重要作用。
常有数千个类似序列，各重复数百次，构成一个序列家族。
大多数高等真核生物的基因组都有10%~40%的中度重复序列。
3、高度重复序列——卫星DNA：
只存在于真核生物中，占基因组的10%~60%，由6~100个碱基组成。
卫星DNA均位于染色体的着丝粒。
染色质：
是由许多核小体连成的念珠状结构。
核小体：
是组成染色质的重复单位，每个核小体由约200（160～250）bp的DNA，和H2A、H2B、H3、H4各2个，以及一个H1组成。
DNA多态性：
指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性和串联重复序列多态性两类。
真核生物基因组的结构特点：
1、基因组庞大；2、大量重复序列的存在；3、大部分序列为非编码序列；4、转录产物为单顺反子；5、真核基因是断裂基因；6、真核基因存在大量的顺式作用元件；7、DNA存在多态性；8、具有端粒结构。
原核生物基因组的特点1、结构简练：
其DNA分子绝大多数用于编码蛋白质，不翻译的序列只占4%，并且编码序列是连续的；2、存在转录单元：
功能上密切相关的基因构成操纵子或高度集中，并且可被一起转录；3、重叠基因和基因内基因：
即同一段DNA序列能携带两种不同蛋白质的遗传信息。
第二节DNA的结构
DNA的一级结构：
是指4种核苷酸的排列顺序，表示了该DNA分子的化学组成。
又由于4种核苷酸的差异仅仅是碱基的不同，因此又是指碱基的排列顺序。
DNA一级结构的基本特点：
1、由两条互相平行的脱氧核苷酸链盘绕而成；2、两条主链的脱氧核糖和磷酸由3’,5’磷酸二酯键交互连接而成，排在外侧，构成基本骨架；碱基位于内侧；3、两条链上的碱基通过氢键结合，形成碱基对，碱基必须以A-T、C-G配对。
DNA的二级结构：
是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。
DNA的高级结构：
是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。
超螺旋的生物学意义：
①超螺旋可形成高度致密状态，从而得以容纳于有限的空间内。
②活体中，DNA的构象是动态的。
B-DNA是一种稳定结构，引入负超螺旋可提高其能量水平，影响DNA结构变化。
如有助于在特定区域的结构转化、使DNA双链分开等。
DNA拓扑异构酶：
1、功能：
催化DNA分子拓扑异构体之间的相互转化。
2、作用机制：
切开磷酸二酯键，在主链上造成切口，通过改变连接数（L）来改变超螺旋状态。
3、分类：
I型拓扑异构酶：
每次切开一股链。
II型拓扑异构酶：
每次切开双股链。
既可消除负超螺旋，又可消除正超螺旋。
需要ATP，使分子L值每次变化±2。
第三节DNA的复制
半保留复制：
每个子代分子的一条链来自亲代DNA,另一条则是新合成的，这种复制方式称为DNA的半保留复制。
对一个生物体而言，复制的起点是固定的，复制叉移动的方向和速度以双向等速为主。
复制叉：
正在进行复制的复制起点呈现叉子的形式，称为复制叉。
复制眼：
DNA复制的部分看上去象一只眼睛，称为复制眼。
复制子：
生物体的复制单位称为复制子。
DNA复制的几种方式：
线性DNA双链的复制
（1）将线性DNA分子转变为环状或多聚分子（末端简并性是前提条件，如T4噬菌体）；
（2）DNA末端发夹结构的形成，如（草履虫的线性线粒体）；（3）在某种蛋白的介入下，在真正的末端起始复制，（如Φ29噬菌体和腺病毒DNA）；环状DNA双链
（1）θ型，如大肠杆菌质粒DNA的复制；
（2）滚环型复制如：
ΦX174在原点割切，共价延伸，切下被替换的单链；（3）D-环形，如动物线粒体DNA的复制。
第四节原核生物和真核生物DNA复制的特点
真核生物DNA聚合酶的比较（有：
“—”，无：
“＋”）
性质
DNA聚
合酶α
DNA聚
合酶β
DNA聚
合酶γ
DNA聚
合酶δ
DNA聚
合酶ε
亚基数
4
1
2
2～3
≥1
在细胞
内分布
核内
核内
线粒体
核内
核内
功能
DNA引
物合成
损伤修复
线粒体DNA
复制
主要DNA
复制酶
复制修复
3’-5’外切
—
—
＋
＋
＋
5’-3’外切
—
—
—
—
—
前导链：
随着亲本双链体的解开而连续进行复制的链，称为前导链。
后随链：
一段亲本DNA单链首先暴露出来，然后以与复制叉移动相反的方向、按照5’→3’方向合成一系列短DNA片段，然后再将它们连接成完整的链，称为后随链。
后随链不连续合成形成的短DNA片段，称为冈崎片段。
真核生物DNA的复制的特点：
1、真核生物每条染色体上可以有多处复制起始点。
2、真核生物DNA的复制一般为双向移动。
3、真核生物的染色体在全部完成复制之前，各个起始点上DNA的复制不能再开始。
DNA聚合酶II：
具DNA聚合酶活性，但活力很低；具3’-5’核酸外切酶活性，可起校正作用，它的主要生理功能是修复DNA。
DNA聚合酶III：
具DNA聚合酶活性，活力较强；具3’-5’核酸外切酶活性，可起校正作用，它是大肠杆菌DNA复制中链延长反应的主导聚合酶。
第五节DNA的修复
错配修复：
又称甲基指导的错配修复，是按模板的遗传信息来修复错配碱基的，修复时先要区分模板链和复制链。
这是通过碱基的甲基化来实现的。
切除修复有两种：
1、碱基切除修复。
2、核苷酸切除修复。
重组修复：
机体细胞对在起始复制时尚未修复的DNA损伤部位可以先复制再修复。
原理：
先从同源DNA母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口，然后再用新合成的序列补上母链缺口。
DNA的直接修复：
在DNA光解酶的作用下把在光下或经紫外线照射形成的环丁烷胸腺嘧啶二体和6-4光化物还原成为单体得过程。
SOS反应：
是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施。
主要包括：
（1）DNA的修复；
（2）产生变异。
第五节DNA的转座
DNA的转座：
又称移位，是由可移位因子介导的遗传物质重排现象。
转座子：
存在与染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位。
转座子的分类：
1、插入序列（IS因子）：
插入序列是最简单的转座子，不含有任何宿主基因，是细菌染色体和质粒DNA的正常组成部分。
2、复合型转座子：
具有IS模块，其它基因位于中央区；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。
3、TnA家族转座子：
复合转座子，较大（～5kb），无IS类型元件。
转座的类型：
1复制型转座：
转入新位点的是原先元件的拷贝，即转座子作为可移动的元件被复制，2、非复制型转座：
座子作为一个物理实体从供体的一个位点转移到受体的一个位点；这种方式会在供体分子处留下一个裂口。
转座子的遗传效应：
1、引起插入突变。
2、插入位点出现新基因。
3、引起染色体畸变----转座促进重排。
4、引起生物进化。
真核生物的转座子：
1、玉米中的控制因子没有固定的染色体定位。
2、果蝇中的P转座子
自主性因子：
具有自主剪接和转座能力，可持续移动，造成的结果不稳定。
非自主性因子：
不能自发转座，只有在基因组中存在同一家族的自主元件时，才能发生转座而变得不稳定。
第三章生物信息传递（上）——从DNA到RNA
转录：
以DNA单链为模板，NTP为原料，在依赖DNA的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。
模板链：
或无意义链
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