药学分子生物学.docx
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药学分子生物学
绪论
一、分子生物学的定义
分子生物学是在分子水平研究生命现象的科学，是现代生命科学的“共同语言”。
它的核心内容是通过对生物的物质基础----核酸、蛋白质、酶等生物大分子的结构、功能及其相互作用等的研究来阐明生命分子的基础，从而探索生命的奥秘。
二、DNA是遗传物质的实验证据（1944年Avery）
他们从SⅢ型活菌体内提取DNA、RNA、蛋白质和荚膜多糖，将它们分别和RⅡ型活菌混合均匀后注射人小白鼠体内，结果只有注射SⅢ型菌DNA和RⅡ型活菌的混合液的小白鼠才死亡，这是一部分RⅡ型菌转化产生有毒的、有荚膜的SⅢ型菌所致，并且它们的后代都是有毒、有荚膜的。
三、DNA双螺旋结构模型的提出（年代提出人）
1953年，Waston和Crick阐明DNA双螺旋结构
四、中心法则
第一章
一、核酸的种类
核酸分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）
二、DNA的结构与功能
（1）一级结构的定义
定义：
指4种脱氧核糖核苷酸的连接及其排列顺序脱氧核糖核苷酸：
脱氧戊糖、磷酸和碱基
-----àA、T、C、G------àdATP、dTTP、dCTP、dGTP
（2）二级结构的定义、分类、
定义：
指两条脱氧核苷酸链以反向平行的形式，围绕同一个中心轴盘绕所形成的双螺旋结构。
分类：
右手螺旋：
A-DNA，B-DNA，C-DNA，D-DNA
左手螺旋：
Z-DNA
（3）DNA的三级结构定义、主要形式、拓扑异构酶
定义：
指在DNA双螺旋结构基础上，进一步扭曲所形成的特定空间结构。
主要结构模式：
超螺旋结构
DNA拓扑异构酶
定义：
细胞内存在的一类能催化DNA拓扑异构体相互转化的酶。
种类：
拓扑异构酶І和拓扑异构酶Π
三、RNA的结构与功能：
（1）原核生物与真核生物mRNA结构差异
原核生物mRNA的结构特点：
①3`-末端有polyA尾巴②5`-末端有帽子结构③是单顺反子
真核生物mRNA的结构特点：
①半衰期短②以多顺反子形式存在③5`-末端有SD序列
（2）tRNA、rRNA、scRNA、snRNA、iRNA、gRNA、
端粒酶RNA、核酶
真核生物rRNA：
5S、5.8S、18S、28S
原核生物rRNA：
5S、16S、23S
snRNA：
核小RNA
1）分子小，含量不到1%，但拷贝数非常多
2）种类：
20多种，其中10几种富含尿苷
酸，称U-snRNA.
3）主要功能是参与基因转录产物的加工
过程（snRNP）
scRNA：
胞浆小RNA;scRNP
iRNA：
起始RNA
gRNA：
指导RNA
端粒（telomere）：
人的染色体端粒TTAGGG重复序列
端粒酶（Telomerase）-防止端粒缩短的酶
●蛋白质+RNA（合成端粒DNA的模板）
●唯一携带RNA模板的逆转录酶
●端粒酶和衰老、肿瘤有关
核酶（Ribozyme）：
有催化活性的RNA
四、核酸的分子杂交：
（1）概念：
杂交分子、核酸的杂交、探针
杂交分子：
已经复性的DNA分子，如果两条链来源不同，则称为杂交分子。
核酸的杂交：
序列互补的单链核酸根据碱基配对原则，借助氢键相连而形成双链杂交分子的过程。
探针定义：
是指能够与靶分子核酸按碱基互补原则特异性相互作用的一段已知序列的寡核苷酸或核酸。
（2）杂交的种类：
Southern、Northern、Western、
原位杂交
Southern印迹
●1975年，英，E.M.Southern发明
●待测核酸：
DNA片段
●探针：
标记的单链DNA或RNA
Northern印迹
●1977年，Alwine建立并经Thonas改进
●待测核酸：
RNA片段
●探针：
标记的单链DNA或RNA
●用途：
用于外源基因转录产物特异mRNA的检测
Western印迹
●待测物质：
蛋白质
原位杂交
定义：
在组织或细胞水平，使用放射性的标记探针与细胞内DNA或RNA杂交的方法。
五、反义核酸：
（1）几个概念：
反义核酸、反义技术
反义核酸定义：
根据碱基互补原理，用人工合成或生命有机体合成的特定互补的DNA或RNA片段。
（掌握）
反义技术定义：
根据碱基互补原理，用人工合成或生物体合成的特定互补的DNA或RNA片段抑制或封闭基因表达的技术。
（掌握）
（2）反义核酸的功能
功能：
抑制或封闭目的基因的表达。
（掌握）
第二章
一、染色体的化学成分及组成
（1）染色体的化学成分
（2）根据DNA复性动力学，可将真核生物DNA序列分
为哪几种四种类型？
非重复序列：
一个拷贝，编码蛋白质和酶的结构基因
轻度重复序列：
2-10个拷贝如组蛋白、酵母tRNA、非洲爪蟾基因
中度重复序列：
10-几百个拷贝，非编码序列
高度重复序列：
几百-几百万个拷贝
（3）组蛋白的种类
按精氨酸/赖氨酸的比例，将组蛋白分为：
H1；H2A；H2B；H3；H4
按组蛋白在染色质上的位置不同，可分为：
H1组蛋白；核小体组蛋白（H2A、H2B、H3、H4）
二、基因
（1）基因的分子生物学定义
产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。
（2）基因功能：
遗传信息的中心法则
（3）真核生物基因特征
概念：
不连续基因/断裂基因、外显子和内含子、
RNA剪接、基因家族、基因簇、假基因
不连续基因/断裂基因：
指在DNA分子上的编码序列是不连续的,被不编码的序列所隔开的基因。
DNA分子中编码mRNA某一部分序列的区域称为外显子；不编码的序列称为内含子
RNA剪接（RNAsplicing）：
真核基因转录之后，除去内含子、连接外显子的过程。
基因家族定义：
真核细胞的基因组中有许多来源相同、结构相似、功能相关的基因，这样的一组基因称为基因家族。
基因簇定义：
基因串联排列在一起形成基因簇
假基因定义：
在基因家族中,不能产生有功能基因产物的基因称为假基因。
用ψ表示
三、基因组
（1）基因组定义
基因组是细胞中一套完整单体的遗传物质的总和
（2）基因组的结构特点：
原核生物、真核生物
原核生物
●基因组较小
●几乎无蛋白质同核酸结合
●有操纵子结构
●有单拷贝和多拷贝两种形式
●有重叠基因（Sanger发现）
●多顺反子
真核生物
●基因组较大
●和蛋白质结合，形成染色体，而且是多条
●有重复序列
●有单拷贝和多拷贝两种形式
●基因不连续
●基因家族化
●DNA片段可以重排
●单顺反子
第三章
一、转座子的定义、作用特点
转座子：
存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。
特点：
1、两端有反向重复序列
2、转座后靶位点重复是正向重复
3、编码与转座有关的蛋白
4、可以在基因组中移动
二、质粒：
定义、构型、复制类型
定义：
多数细菌和某些真核生物细胞的染色体外的双链环状DNA分子。
构型（P298）：
●共价闭合环型DNA（cccDNA）
●开环DNA（ocDNA）
●线性DNA（ss-DNA）
两种类型：
严谨型复制：
拷贝数少（1至数个拷贝）
松弛型复制：
拷贝数多（10个拷贝以上）
第四章
一、DNA复制：
（1）DNA复制的一般特征
半保留复制：
定义：
由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式称半保留复制。
双向复制
半不连续复制：
定义：
DNA复制时其中一条子链的合成是连续的，而另一条子链的合成是不连续的
需要RNA引物
（2）参与DNA复制的酶和蛋白质：
6种酶
1、DNA拓扑异构酶（DNATopoisomerase）
2、DNA解旋酶/解链酶（DNAhelicase）
3、单链DNA结合蛋白
4、引物合成酶（引发酶）
5、DNA聚合酶
6、DNA连接酶（1967年发现）
（3）原核生物的DNA复制过程
（一）起始1、辨认复制原点，形成单链
2、合成RNA引物
（二）延伸
复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。
（三）终止
（4）真核生物DNA复制的特点
1、每条染色体上有多个复制起点，多复制子
2、染色体在全部复制完之前,各个起始点不再重新开始DNA复制；而在快速生长的原核生物中，复制起点可以连续开始新的复制（多复制叉）。
3、有多种DNA聚合酶。
（5）线粒体DNA复制的方式
单向复制的特殊方式
二、基因突变
突变概念、类型和原因
突变是指DNA碱基序列发生可遗传的改变
类型：
1、碱基置换突变
（2）碱基插入
（3）碱基缺失
2、移码突变
3、根据对遗传信息的改变情况进行分类
同义突变
错义突变
无义突变
4、根据突变表现型对外界环境的敏感性分类：
非条件性突变
条件性突变
5、从突变效应背离或返回到野生型分类：
正向突变
回复突变
6、影响基因调控的序列：
启动子上升突变
启动子下降突变
组成型突变
突变原因
（一）自发突变
1、DNA复制错误2、碱基本身存在互变异构体3、自发的化学变化4、氧化作用损伤碱基
（二）诱发突变
1、射线2、化学诱变剂
（三）基因的人工诱变
（四）适应性突变
三、ＤＮＡ的修复系统
一、复制修复
1、尿嘧啶糖基酶系统
2、错配修复
（1）识别错配的碱基对；
（2）对错配的一对碱基要能准确区别哪一个
是错的，哪一个是对的；
（3）切除错误的碱基，并进行修复合成。
二、损伤修复
1、光复活
2、甲基转移酶
3、切除修复
三、复制后修复
1、重组修复
2、SOS修复
四、限制与修饰
五、DNA损伤修复系统与疾病
第五章
一、基本概念：
转录、转录的不对称性、编码链与模板链
转录（transcription）：
生物体以DNA为模板合成RNA的过程。
转录的不对称性：
在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，称为转录的不对称性。
编码链与模板链：
与mRNA序列相同的那条DNA链称为编码链；将另一条根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链称为模板链。
二、转录与复制的异同
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。
4、都受到严格调控
不同点：
三、RNA聚合酶：
原核生物RNA聚合酶组成
真核生物RNA聚合酶的种类
四、启动子：
定义：
指能被RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段具有高度保守性DNA序列。
原核生物启动子结构
真核生物启动子Ⅱ的结构；增强子的定义和性质
定义：
指能使和它连琐的基因转录频率明
显增加的DNA序列。
增强子的性质：
①增强效应十分明显
②增强效应与其位置和取向无关
③大多为重复序列
④增强效应有严密的组织和细胞特异性
⑤没有基因专一性
⑥许多增强子还受外部信号的调控
五、终止子：
种类、结构
种类：
●强终止子－不依赖ρ因子终止子
●弱终止子－ρ因子依赖性终止子
六、原核生物转录的基本过程
1、原核生物转录的起始
七、真核生物mRNA的前体加工过程
1、5’端加帽5’端的第一个核苷酸总是7-甲基鸟苷酸（m7Gppp）。
mRNA5’端的这种结构称为帽子。
2、3’端加尾多聚腺苷酸尾巴功能：
提高了mRNA在细胞质中的稳定性。
3、核苷甲基化N6-甲基腺嘌呤（m6A）功能：
可能对mRNA前体的加工起识别作用
4、mRNA的剪接定义：
切除内含子连接外显子，产生成熟的RNA分子的过程。
八、定义：
RNA剪接和RNA编辑
一个基因的外显子和内含子都转录在一条原初转录物RNA分子中，然后把内含子切除而把外显子连接起来，才能产生成熟的RNA分子，这个过程叫做RNA剪接。
RNA编辑是指转录后的RNA在编码区发生碱基的加入、丢失或转换等现象，从而改变蛋白的结构信息。
第六章
一、定义：
翻译、遗传密码、开放阅读框架
翻译：
指将mRNA链上的核甘酸从一个特定的起始位点开始，按每三个核甘酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。
遗传密码定义（掌握）：
mRNA链上每三个核甘酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核甘酸就称为遗传密码。
开放阅读框架（ORF）：
从AUG开始到终止密码子处的正确可读序列。
二、遗传密码的性质
1、简并性由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为遗传密码的简并性（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymouscodon）。
2、摆动性转运氨基酸的tRNA上的反密码子需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码子反向配对结合，在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，这种现象称为密码子的摆动性。
3、通用性与特殊性
4、连续性
⏹5、偏爱性多数氨基酸有一个以上的密码子，但这些密码子的使用频率各不相同，称之为遗传密码的偏爱性。
如：
脯氨酸
大肠杆菌中：
CCG；哺乳动物中：
CCC
三、原核生物与真核生物mRNA的特征比较
原核生物mRNA的特征：
●半衰期短
●多以多顺反子的形式存在
●5’端无“帽子”结构，3’端没有或只有较短的poly（A）结构。
●起始密码子上游有一段SD序列。
真核生物mRNA的特征：
●5’端存在“帽子”结构
●多数mRNA3’端具有poly（A）尾巴（组蛋白除外）
●以单顺反子的形式存在
四、核糖体的组成和其功能位点
五、tRNA的结构和功能
结构：
二级结构：
三叶草形三级结构：
倒“L”形
功能：
解读mRNA的遗传信息；运输的工具，运载氨基酸
六、蛋白质生物合成的过程及所每个阶段需要的因子
蛋白质因子起始因子：
IF（原核）、eIF（真核）
延长因子：
EF
释放因子：
RF
原核生物肽链合成的起始：
所需成分：
30S小亚基、50S大亚基、模板mRNA、
fMet-tRNAifMet、GTP、Mg2+
翻译起始因子：
IF-1、IF-2、IF-3、
具体过程：
（1）30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。
（2）在IF-2和GTP的帮助下，fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。
（3）带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。
2、肽链的延伸
进位/注册、成肽、转位
原核生物：
EF-T（EF-Tu,EF-Ts）、EF-G
真核生物：
EF-1、EF-2
（1）进位
mRNA上第二个密码子对应的氨基酰-tRNA结合到核糖体小亚基上的A位
需要消耗GTP，并需EF-T延伸因子
（2）成肽
（3）转位需要消耗GTP，并需EF-G延长因子
3、肽链合成的终止和释放
RF1：
识别终止密码子UAA和UAG
终止因子RF2：
识别终止密码子UAA和UGA
RF3：
具GTP酶活性，刺激RF1和
RF2活性，协助肽链的释放
真核生物只有一个终止因子（eRF）
七、蛋白质合成后的转运方式
真核生物主要有两种类型的蛋白质运送方式：
1、信号肽引导的经内质网膜运送途径
边翻译边转运，如：
分泌蛋白
2、导肽引导的通过线粒体、叶绿体、过氧化物体、乙醛酸体膜的运送途径
翻译后转运，如：
跨膜蛋白质
信号肽的定义：
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）。
八、蛋白质合成后的加工方式（熟悉）
（一）侧链氨基酸的微小修饰
1、二硫键的形成和正确配对
2、甲基化、磷酸化及乙酰化等修饰方式
（二）剪切和剪接加工
1、新生肽链N端Met（fMet）切除
2、剪切：
分泌型蛋白信号肽的切除
前体蛋白加工
活性肽的剪切释放
3、剪接
（三）添加化学基团（化学编辑）
糖蛋白、脂蛋白、辅基连接等。
第七章
一、基本概念：
基因表达与基因表达调控；顺式作用元件与反式作用因子；操纵子
基因表达指基因通过转录和翻译而产生其蛋白质产物,或转录后直接产生其RNA产物的过程。
对基因表达这个过程的调节就称为基因表达调控。
顺式作用元件：
指可影响自身基因表达活性的DNA序列。
（掌握）
如：
启动子、终止子、增强子
反式作用因子：
一个基因表达的产物如果对另一个基因的表达具有调控作用，则被称为反式作用因子。
（掌握）
如：
转录因子
操纵子的定义：
是原核生物基因转录调控的主要形式，它是原核生物细胞DNA上的一段区域，由若干功能相关的结构基因和控制这些基因表达的元件组成的一个完整的连续的功能单位。
二、原核生物基因表达的四种调控类型
负控诱导、负控阻遏
正控诱导、正控阻遏
三、乳糖操纵子的结构及调控机制
1、乳糖操纵子的结构
2、乳糖操纵子的负控诱导调控机制
3、乳糖操纵子的正调控
正：
激活蛋白，结合启动子序列CAP-cAMP（有活性的激活蛋白）
四、色氨酸操纵子的结构及调控机制
1、色氨酸操纵子的结构
2、色氨酸操纵子的负控阻遏调控系统
色氨酸缺乏时：
结构基因表达
色氨酸浓度高时：
结构基因被关闭
3、色氨酸操纵子的衰减作用
五、真核生物DNA水平上的调控方式
1、基因丢失
某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。
目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发现类似的基因丢失现象。
2、基因扩增
基因扩增是指在细胞中某些基因的拷贝数专一性地大量增加，并在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需求。
如：
非洲爪蟾卵母细胞中rDNA的基因扩增
3、基因重排
基因重排是指基因改变原来的位置而重新排列组合。
通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋白结构基因的重排。
4、DNA的甲基化和去甲基化
ＤＮＡ的甲基化可使基因失活，去甲基化又可使基因恢复活性（掌握）
六、反式作用因子的几种DNA结合结构域
具有典型特征的DNA结合基序：
⏹螺旋-转角-螺旋
⏹锌指结构
⏹亮氨酸拉链
⏹螺旋-环-螺旋
练习题
第四章
1、在原核生物复制子中以下哪种酶除去RNA引物并加入脱氧核糖核甘酸：
C
（A）DNA聚合酶Ⅲ（B）DNA聚合酶Ⅱ（C）DNA聚合酶Ⅰ（D）外切核酸酶MFl
2、DNA复制时不需要以下哪种酶？
（B）。
（A）DNA指导的DNA聚合酶
（B）RNA指导的DNA聚合酶
（C）拓扑异构酶
（D）连接酶
3、DNA复制的特点（A、B、D）。
A.半不连续复制
B.半保留复制
C.都是等点开始、两条链均连续复制
D.需要RNA引物
4．Meselson和StahI利用15N及14N标记大肠杆菌的实验证明的反应机理是（D）
A．DNA能被复制B．DNA可转录为mRNA
C．DNA可表达为蛋白质D．DNA的半保留复制
E．DNA的全保留复制
5、关于DNA的半不连续合成，正确的说法是（A、B、C）
A.前导链是连续合成的
B.随从链是不连续合成的
C.不连续合成的片段是冈崎片段
6、DNA连接酶的作用为（D）。
A.合成RNA引物
B.将双螺旋解链
C.去除引物、填补空隙
D.使双螺旋DNA单链缺口的两个末端连接
7、DNA生物合成中需要以下哪些酶参与（A、B、C、D）。
（A）引物酶
（B）解旋酶
（C）DNA连接酶
（D）DNA聚合酶
8、DNA复制中RNA引物的主要作用是（C）。
（A）引导合成冈奇片段
（B）作为合成冈奇片段的模板
（C）为DNA合成原料dNTP提供附着点
（D）激活DNA聚合酶
9、DNA复制时在前导链上DNA沿5’-3’方向合成，在滞后链上则沿3’-5’方向合成。
（错）
10、DNA的复制需要DNA聚合酶和RNA聚合酶（对）
11、DNA复制时需要（解链酶）将DNA双链解开，靠（单链结合蛋白）维持单链结构。
12、镰刀状红细胞贫血其β链有关的突变是E
A．插入B．断裂C．缺失D．交联E．点突变
13、着色性干皮病是人类的一种遗传性皮肤病，患者皮肤经阳光照射后易发展为皮肤癌，该病的分子机理是（E）
A．细胞膜通透性缺陷引起迅速失水
B．在阳光下使温度敏感性转移酶类失活
C．因紫外线照射诱导了有毒力的前病毒
D．细胞不能合成类胡萝卜素型化合物
E．DNA修复系统有缺陷
第五章
1、下列有关TATA盒（Hognessbox）的叙述,哪个是正确的:
B
A.它位于第一个结构基因处
B.它和RNA聚合酶结合
C.它编码阻遏蛋白
D.它和反密码子结合
2.转录需要的原料是:
D
dNTP
B.dNDP
C.dNMP
D.NTP
E.NMP
3、DNA模板链为5’-ATTCAG-3’,其转录产物是:
D
A.5’-GACTTA-3’
B.5’-CTGAAT-3’
C.5’-UAAGUC-3’
D.5’-CUGAAU-3’
4、DNA复制和转录过程有许多相同点,下列描述哪项是错误的?
D
A.转录以DNA一条链为模板,而以DNA两条链为模板进行复制
B.在这两个过程中合成均为5`-3`方向
C.复制的产物通常情况下大于转录的产物
D.两过程均需RNA引物
5、真核生物的mRNA加工过程中,5’端加上（帽子结构），在3’端加上（多聚腺苷酸尾巴）。
如果被转录基因是不连续的，那么，（内含子）一定要被切除，并通过（剪接）过程将（外显子）连接在一起。
6、–10位的（TATA）区和–35位的（TTGACA）区是原核生物RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与σ因子相互识别而具有很高的亲和力。
8、原核生物RNA聚合酶核心酶由（2αββ′ω）组成，全酶由（2αββ′ωσ）组成。
9、真核细胞中的mRNA帽子结构是（A）
A.7-甲基鸟嘌呤核苷三磷酸
B.7-甲基尿嘧啶核苷三磷酸
C.7-甲基腺嘌呤核苷三磷酸
D.7-甲基胞嘧啶核苷三磷酸
10、下面哪一项是对三元转录复合物的正确描述（B）
（A）σ因子、核心酶和双链DNA在启动子形成的复合物
（B）全酶、模板DNA和新生RNA形成的复合物
（C）三个全酶在转录起始点形成的复合物
（D）σ因子、核心酶和促旋酶形成的复合物
第六章
1．tRNA分子上结合氨基酸的序列是B
A．CAA-3′
B．CCA-3′
C．AAC-3′
D．ACA-3′
E．AAC-3′
2．遗传密码BCE
A．20种氨基酸共有64个密码子
B．碱基缺失、插入可致框移突变
C．AUG是起始密码
D．UUU是终止密码
E．一个氨基酸可有多达6个密码子
3、tRNA能够成为氨基酸的转运体、是因为其分子上有AD
A．-CCA-OH3′末端
B．
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