药学分子生物学重点doc.docx
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药学分子生物学重点doc
药学分子生物学
绪论
基因诊断：
应用分子生物学技术，检测人体某些基因结构或表达的变化，或检测病原体基因组在人体内的存在，从而达到诊断或监控疗效的目的
基因治疗：
通过特定的分子生物学技术，关闭或降低异常表达的基因；或将正常的外源基因导入体内特定的靶细胞以弥补缺陷基因；或将某种特定基因导入体细胞表达一产生特定的蛋白质因子，实现对疾病的治疗作用
药物基因组学：
研究遗传变异对药物效能和毒性的影响，开辟药物研发的领域、促进合理用药的发展、加强临床前及临床药理的研究并对药物经济学产生重要影响。
第一章核酸的分子结构、性质和功能
DNA双螺旋结构
DNA分子是由两条互补的多核苷酸链组成的。
两条链以一定的空间距离，在同一轴上相互盘旋起来构成双螺旋结构。
DNA双链呈反向平行。
一条链的走向从5’到3’，另一条链的走向从3’到5’。
A＝T，G≡C
各对碱基上下之间的距离为3.4Å，每个螺距的距离34Å，包括10对碱基。
★中心法则
DNA是自身复制的模板
DNA通过转录将遗传信息传递给中间物质RNA
RNA通过翻译将遗传信息表达为蛋白质
在某些病毒中，RNA可以自我复制，并且在某些病毒蛋白质合成中，RNA可以在逆转录酶的作用下合成DNA
DNA的结构与功能
一级结构：
DNA分子中脱氧核苷酸连接及其排列顺序，是物种间差异的根本原因
1为RNA和蛋白质一级结构编码的信息
2基因选择性表达的调控信息
二级结构：
是指通过分子间相互作用形成的双链DNA或称为双螺旋DNA
三级结构：
双螺旋DNA进一步扭曲盘绕则形成其三级结构，超螺旋是DNA三级结构的主要形式
三链DNA:
DNA分子中的单链与双链相互作用形成的三链结构
1基因表达抑制物：
选择性阻断靶基因，抑制其转录
2阻断序列专一性蛋白质的结合，影响DNA与蛋白质结合及DNA复制、转录
RNA的结构与功能
mRNA是蛋白质合成的直接模板，将细胞核内DNA的碱基顺序按互补配对原则，抄录并转送到胞质的核糖体，用以决定蛋白质合成的氨基酸序列
★核内不均一RNA（hnRNA）：
真核生物mRNA的原始转录物是分子量极大的前体，在核内加工过程中形成分子大小不等的中间产物，被称为hnRNA
★开放阅读框（ORF）：
mRNA分子上从起始密码（AUG）开始到终止密码子结束这一段连续的核苷酸序列，即mRNA分子上的编码区。
是一个特定蛋白质多肽链的编码序列
特点★
原核生物
真核生物
半衰期
数分钟
数小时/天
翻译模板
多顺反子
单顺反子
5'帽子
无
有，保护mRNA及蛋白合成正确起始
3'尾巴
无
polyA，与mRNA半衰期及核到浆转运有关
内含子
无
有
SD序列
有（AGGAGG）
无
稀有碱基
无
有，但极少
生成方式
边转录边翻译
前体hnRNA修饰后转入胞质
tRNA1、含有稀有碱基2、3’末端含有CCA序列3、二级结构呈三叶草形4、三级结构呈倒L型5、蛋白质生物合成中识别密码子，特异性搬运氨基酸的作用
二级结构三级结构
单链、三叶草叶形、四臂四环在二级结构基础上进一折叠扭曲形成倒L型
rRNA
与核糖体蛋白构成核糖体，是蛋白生物合成的场所
mRNA结合位点、起始部分的识别、密码子与反密码子的相互作用
肽键形成、AA-tRNA、肽基-tRNA的结合
★核小RNA和胞浆小RNA（snRNA/scRNA）
snRNA—核内、与蛋白质结合在一起形成小分子核内蛋白颗粒，参与mRNA的剪切加工
scRNA—蛋白质定位于内质网的信号肽识别粒子的组成成分
起始RNA—作为DNA生物合成的通用引物
指导RNA—RNA编辑的模板
端粒酶RNA和核酶
端粒：
短而数目精确的串联重复DNA小片段与蛋白质够成的特殊结构
端粒酶（telomerase）:
自身携带RNA模板的逆转录酶，催化端粒DNA合成
端粒酶RNA：
形成端粒重复序列的模板RNA
核酶（ribozyme）：
具有酶作用特征的一类RNA,无需能量可以自我催化和切割，使RNA被降解而无法进行转录和翻译
RNA种类★
功能
mRNA
转录自编码蛋白质基因的RNA，携带翻译信息。
hnRNA
mRNA剪接前体。
tRNA
在翻译过程中的转接分子。
在反转录病毒复制的过程中，tRNA可以作为DNA复制的引物
rRNA
是核糖体的主要结构组成部分，蛋白质合成过程所必需
iRNA（起始RNA）
在DNA合成中作为后滞链合成引物的短RNA片段
snRNA（核内小RNA）
参与内含子的剪切及其他加工过程
scRNA（胞质内小RNA）
是信号肽识别颗粒的组成部分
端粒酶RNA
作为形成端粒重复序列的模板的核RNA，是端粒的组成部分
gRNA（指导RNA）
在锥虫动基粒中合成的RNA种类，可作为RNA编辑过程的模板
反义RNA
反义RNA与mRNA互补，可与其形成双螺旋结构阻断蛋白质的合成。
核酶
指具有化学催化功能的RNA分子（RNA酶）。
它通常具有自我催化功能
★DNA的变性：
维持双螺旋稳定性的氢键和疏水键的断裂，DNA分子由稳定的双螺旋结构松解为无规则线性结构的现象。
断裂可以是部分的或全部的，是可逆的或是非可逆的，但不涉及DNA一级结构的变化
核酸分子杂交（hybridization）:
具有一定互补序列的不同来源的核苷酸单链在一定条件下，按照碱基互补配对原则形成异源双链的过程
Southernblot=印迹:
检测目标DNA
Northernblot=印迹:
定性分析mRNA
原位杂交:
在组织或细胞水平，使用标记探针与细胞内DNA或RNA杂交
Western—检测Protein
生物芯片—通过微电子、微加工技术在平方厘米大小的固相介质表面构建的微型分析系统，以实现对组织细胞中DNA、蛋白质及其他生物组分的快速、高效敏感地处理分析
反义核酸：
是一段与靶基因的某段序列互补的天然存在或人工合成的核苷酸序列。
通过碱基配对与细胞内核酸特异结合形成杂交分子，从而在复制、转录和翻译水平调节靶基因的表达
反义DNA：
与DNA双链中的有义链互补结合的短小DNA分子
反义RNA：
与mRNA完全互补的小分子RNA或寡聚核苷酸片段
RNAi—在进化过程中高度保守的、由双链RNA诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象
1、长双链RNA被细胞源性的双链RNA特异的Dicer成21-23个碱基对的短双链RNA—小干扰性RNA（smallinterferingRNA，siRNA）
2、siRNA与细胞源性的酶和蛋白质形成复合体—RNA诱导的沉默复合体（RISC）→识别与siRNA有同源序列的mRNA，并在特异的位点将该mRNA切断。
DNA病毒—多数动物病毒、双链DNA（环型或线型）
RNA病毒—RNA携带全部遗传信息。
单链、双链和逆转录病毒
第二章染色质、染色体、基因和基因组
染色质（chromatin）：
是指细胞周期间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的复合结构
染色体（chromosome）：
是指在细胞分裂期出现的一种能被碱性染料强烈染色，并具有一定形态、结构特征的物体。
1染色单体：
中期染色体由两条染色单体组成，两者在着丝粒的部位相互结合，每一条染色单体是由一条DNA双链经过螺旋和折叠而形成的。
2★着丝粒：
两条染色单体相连处染色较浅向内凹陷的缢痕（主缢痕）
3副缢痕：
染色体臂上狭窄浅染的缢缩的部分
4随体：
位于染色体末端的球形染色体节段
5核仁组织区：
是核糖体RNA基因所在的区域，位于副缢痕区
6复制子与复制起始点：
7★端粒（telomere）：
由端粒DNA与端粒结合蛋白形成的、染色体端部的特化部分。
★端粒的功能
1防止染色体DNA降解、融合和缺失，维持染色体的稳定性
2稳定和保护染色体的完整性，确保遗传信息完整复制
3指导染色体与核膜相连
4反映细胞分裂的能力
染色质和染色体的化学成分及组成
化学组成
（1）DNA：
约占30%，每条染色体一个双链DNA分子是遗传信息的载体。
（2）蛋白质
组蛋白（histone）：
呈碱性，结构稳定；与DNA结合形成、维持染色质结构，与DNA含量呈一定的比例
非组蛋白：
呈酸性，种类和含量不稳定；作用还不完全清楚，可能与染色质结构调节有关，在DNA遗传信息的表达中有重要作用
（3）少量的RNA
脱氧核糖核酸（DNA）
1非重复序列：
一个基因组中只有一个拷贝，是编码蛋白质和酶的结构基因
2轻度重复序列：
一个基因组中有2-10个拷贝的序列
3中度重复序列：
重复数十至数万（<105）次的重复顺序，在基因组中所占比例在不同种属之间差异很大，一般约占10-40。
大多不编码蛋白质，编码各种rRNA和tRNA及结构基因。
4高度重复序列：
在基因组中重复频率高，可达百万（106）以上，不转录，多位于着丝粒处，是异染色质组分，可能与染色体稳定有关。
有丝分裂—细胞间接分裂的一种方式，由多种过程复合而成，藉此二子核接受原种属体细胞的特征，即相等数的染色体，得以有丝分裂，集体成长并更新细胞
减数分裂—染色体复制一次而细胞连续分裂两次的分裂方式，其二倍体的原始生殖细胞染色体复制一次之后，要经过两次细胞分裂，结果子细胞（即生殖细胞）所含的染色体数目比亲代细胞减少一半。
染色体畸变是因为先天性染色体数目异常或（和）结构畸变
数目畸变：
整倍体：
增加或减少整套的染色体①多倍体②三倍体
非整倍体：
增加或减少一条或几条染色体①缺体②单体③三体
结构畸变：
缺失、重复、倒位、易位
基因（Gene）是核酸分子中贮存遗传信息的遗传单位。
是DNA长链上一个由特定核苷酸组成并具有特定遗传功能的片段，包括编码蛋白质或RNA的核酸序列和调控序列。
特点：
1能忠实地复制自己，以保持生物的基本特征2能够“突变”，致病或给自然选择带来原始材料
1顺反子:
可以编码一条多肽链的的一个遗传功能单位。
一个顺反子决定一条多肽链
2重叠基因：
是指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列成为两个或两个以上基因的组成部分。
3断裂基因：
真核生物的基因是不连续的，其编码区（外显子）,被一些非编码区（内含子）所隔断
4假基因：
与有功能的基因在核苷酸顺序的组成上非常相似，却不具有正常功能的基因。
5癌基因:
人类或其他动物细胞（以及致癌病毒）固有的一类基因，又称转化基因。
是具有潜在的促发肿瘤发生活性的基因
6抑癌基因：
是指某种基因当其受阻抑、失活、丢失、或其表达产物丧失功能可导致细胞恶性转化
基因组单倍体细胞中所含有的全部遗传信息，包括编码和非编码序列在内的全部DNA分子。
★原核生物基因组特征
1基因组通常仅由一条双链DNA组成。
2基因组中只有一个复制起始点
3基因是连续的，没有内含子
4功能相关的基因高度集中构成操纵子
5DNA大部分是用于编码蛋白质
6编码蛋白质的基因通常为单拷贝
7结构基因的重复序列少
8基因组中存在可移动的DNA序列
★真核生物基因组特点
1真核基因组的复杂性：
基因组大、主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质，被包裹在核膜内，核外还有遗传成分（如线粒体DNA等）
2真核生物是一个结构基因转录生成一条mRNA，即mRNA是单顺反子，基本上没有操纵子的结构
3结构基因所占区域远小于非编码区
4结构基因大多为断裂基因，即有外显子（exon）和内含子（intron），转录后需经剪接去除内含子，才能翻译获得完整的蛋白质
5基因组中存在大量重复序列
高度重复序列：
①反向重复序列：
两个相同顺序的互补拷贝在同一DNA链上反向排列而成，与复制、转录的调控有关。
②卫星DNA：
一般较短，采用密度梯度离心后，分布于DNA主带的旁边，参与复制水平的调节、表达的调控、参与染色体配对
中度重复序列：
重复次数在10～105，散布于基因组中。
一部分编码rRNA、tRNA、组蛋白及免疫球蛋白，另一些与基因调控有关
Alu家族：
哺乳动物中含量最丰富，有种属特异性
KpnI家族：
灵长类所特有，用作天然标记
6基因家族：
来源相同、结构相似、功能相关的基因构成
串联重复基因簇：
编码RNA的基因串联排列
分散式基因簇：
分布在不同部位，编码干扰素、珠蛋白、生长激素等
假基因：
不能产生有功能基因产物的基因
★病毒和噬菌体基因组特征
1基因组很小，但是不同的病毒之间其基因组相差大
2基因组可以由DNA或RNA组成，但只能是其中之一
3RNA病毒基因组可以由数条不相连的RNA链组成
4含有启动子和操纵基因
5存在基因重叠
6可以形成多顺反子mRNA
7噬菌体基因是连续的，真核细胞病毒基因是不连续的
第三章可移动的遗传因子（转座子）和染色体外的遗传因子
转座子：
是基因组中一段可移动的DNA序列，可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。
★转座子的共同特点
1都有一个保守结构，有一个或多个ORF，两端有末端反向重复序列
2转座后靶位点呈现正向重复
3编码与转座有关的蛋白
4可以在基因组中移动
转座子的分类
1DNA-DNA方式转座：
通过DNA复制或直接切除两种方式获得可移动片段，重新插入基因组DNA中
2逆转录转座：
由RNA介导转座的转座元件。
结构和复制上与逆转录病毒类似，但没有病毒感染必须的env基因。
通过转录合成mRNA，再逆转录合成新的元件整合到基因组中完成转座
转座子的分类和结构特征
1插入序列（insertionsequence，IS）:
最简单的转座子，不含有任何宿主基因
（1）含短的末端反向重复序列;
（2）含编码转座酶的基因;
（3）靶位点存在5-9bp的短正向重复序列
（4）作为一个整体进行转座
2复合转座子（Compositetransposon）：
包含有转座非必需基因的中央区和两侧两个IS
（1）中间区域含编码转座酶以外的标记基因；
（2）两端具有插入序列；
（3）两末端是反向重复序列；
（4）靶位点存在短正向重复序列
（5）可以作为一个整体进行转座；含有的一个或两个IS元件也可进行单独转座
3.真核生物中的转座子家族（transposonA,TnA）
长约5kb左右，两端具有ITR，而不是IS，中部的编码区不仅编码抗性标记，还编码转座酶和解离酶
4.转座噬菌体：
以溶菌和溶源周期性交替生长的温和噬菌体
含有与转座有关的基因和反向重复序列
能够整合进寄主染色体，催化一系列染色体的重新排列
转座作用的机制
1增殖：
在基因组中增加转座因子的拷贝数
2步骤：
①供体剪切：
使转座因子从宿主DNA中分离出来
②链交换：
转座酶催化使转座子与靶位点相连
③修复：
以DNA合成反应填补缺口
3靶位点的重复制：
修复缺口的同时产生同向重复序列
转座的三种类型知道
1复制型转座（replicativetransposition）
①转座因子在转座期间先复制一份拷贝，而后拷贝转座到新的位置，在原先的位置上仍然保留原来的转座因子
②有转座酶和解离酶的参与
2非复制型转座（Nonreplicativetransposition）
①转座因子直接从原来位置上转座插入新的位置，并留在插入位置上
②转座只需转座酶的作用。
③结果是在原来的位置上丢失了转座因子，而在插入位置上增加了转座因子，可造成表型的变化。
3保守型转座（Conservativetransposition）
①非复制转座的一种
②类似于入噬菌体的整合作用,转座因子都比较大
转座的往往不只是转座因子自身，而是连同宿主的一部分DNA一起转座
转座子从供体上切下然后插入靶位点，供体恢复原状
逆转录病毒和逆转录转座子
1逆转录病毒—RNA病毒。
在逆转录酶的作用下首先将RNA转变为cDNA，并插入宿主的DNA中，进行复制、转录、翻译达到扩增目的
2三个结构基因：
★gag-编码核心蛋白、pol-编码逆转录酶、env-编码被膜糖蛋白
3整合的原病毒是双链DNA序列
gag基因编码病毒的核心蛋白质
pol基因编码与核酸合成以及重组相关的酶类
env基因编码病毒外壳蛋白质
逆转录转座子：
以RNA为中介，反转录成DNA而进行转座的遗传元件的转座子
1具有与逆转录病毒类似的长末端重复结构（LIT）
2含gag和pol基因，但无被膜蛋白基因env
3不具有LTR但有3’polyA，其中心编码区含有gag和pol类似的序列，5’端常被截短
逆转录转座子的类型
1LTR反转录转座子：
含有与逆转录病毒相类似的LTRS，编码逆转录酶和整合酶，可自主地进行转录。
但不能以自由感染的方式进行传播
2非LTR反转录转座子：
包括LINES和SINE等。
没有LTR，自身也没有转座酶或整合酶的编码能力，需要在细胞内已有的酶系统作用下进行转座
★质粒（plasmid）是染色体外能够进行自主复制的遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌细胞中染色体以外的DNA分子。
1F质粒：
携带有负责接合转移的基因即编码形成性纤毛的基因和DNA复制的基因
2R质粒（resistantplasmid）：
由决定抗性转移因子的DNA和决定抗性因子的DNA做成，含有对抗生素的抗性基因又称抗药性质粒。
3col质粒：
携带有产生大肠杆菌素（colicin）酶系基因的质粒
4质粒噬菌体（phagemid）:
★质粒DNA特性
1.质粒DNA具有自我复制的能力，但要由细菌染色体多种酶系统来完成
2．质粒DNA所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征
3．质粒可自行丢失与消除
4．质粒的转移性
5．质粒具有不相容性
质粒的复制有两种
1严紧型质粒：
当细胞染色体复制一次时，质粒也复制一次，每个细胞内只有1～2个质粒
2松弛型质粒：
当染色体复制停止后仍然能继续复制，每一个细胞内一般有20个左右质粒
质粒的不相容性：
当某种质粒在宿主细胞内存在时，将阻止其他类质粒进入细胞寄宿
质粒的转移性：
质粒通过细菌的结合作用，将质粒复制子转移到新的宿主细菌内
质粒中的选择性标记
鉴定稳定接受质粒的细菌群，常用抗生素
抗性基因做标记
1，氨苄青霉素（ampr）
2，四环素（tetr）
3，氯霉素（camr/cat）
4，卡那霉素（Kanr）
第四章DNA的复制、突变、损伤和修复
DNA的复制
★半保留复制：
DNA复制过程中，两条链分别做模板各自合成一条新的DNA链，子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的。
1.DNA复制的起始点：
复制是从DNA分子上的特定部位开始的，这一部位叫做复制起点（ori）
2.复制子★：
DNA复制从起始点开始直到终点为止，每个这样的DNA单位称为复制子
3.复制叉：
DNA分子复制是复制起始点两条链解开成单链，分别做模板各自合成其互补链所形成的Y形结构
4.复制方向：
双向复制：
从原点开始在两个方向各有一个复制叉在延伸，直至与临近的复制叉汇合
单向复制：
5.复制终点：
环状DNA复制终点：
两个复制叉进行到特殊的终止位点复制终止。
有两个终止区域，需要tus基因的产物识别终止区信号序列，阻止复制叉继续前进
线状DNA分子的复制终点：
串联体模型
DNA复制的酶学
1.使DNA链解离的酶：
解旋酶（helicase）：
通过ATP获能，
沿5‘→3’方向解开DNA双链
单链DNA结合蛋白
（single-strandbindingprotein,SSB）:
单链DNA结合，阻止其再形成双链体状态
拓扑异构酶（DNATopisomerase）：
催化DNA拓扑异构体相互转换，松弛超螺旋
2.DNA聚合酶（DNApolymerase）
大肠杆菌DNA聚合酶I：
★三种活性
5'→3'DNA聚合酶活性；
3'→5'外切酶活性，去除错误碱基，有校对作用
5’→3’外切酶活性，去除RNA引物及修正错误碱基,可水解成klenow片段和一个小片段
DNA的复制过程
★半不连续复制（semidiscontinuousreplication）—DNA复制过程中，先导链合成是连续的；后随链合成是先形成小片段（冈崎片段），再连接而成大片段。
冈崎片段：
DNA合成过程中，后随链的合成是不连续的进行的，先合成许多片段，最后各段再连接成为一条长链，这些小的片段称为冈崎片段
原核生物的DNA复制
★复制原点（OriC）
⑴245bp的DNA序列⑵富含A-T⑶3个13聚体的回文结构⑷4个9聚体的重复序列
⑸重复序列紧邻启动子⑹起到转录激活作用
复制的延伸
★1.先导链（leadingstrand）合成：
以3’→5’亲本链为模板，由引发体合成引物，DNA聚合酶Ⅲ催化以5’→3’合成一条完整的新链
★2．后随链（laggingstrand）合成：
引物RNA合成→DNApolⅢ→合成冈崎片段→DNApolI切除冈崎片段上的RNA引物→由DNA连接酶连接两个冈崎片段→形成完整的DNA后随链
E.ColiDNA复制的终止
E.ColiDNA具有终止位点（ter），与蛋白质Tus结合，阻止解链酶活性而终止复制
真核生物DNA复制的特点
1．DNA复制时要克服核小体结构的空间阻碍，复制叉前进速度慢
2．真核生物多起点复制
3．自主复制序列（ARS），核心序列为：
5′-ATTTATRTTA-3′
4．DNA聚合酶有5种，分别负责先导链和后随链的合成
5．真核细胞内引物酶与polA紧密偶联，原核细胞引发酶和解旋酶偶联在一起形成复制体的一部分
6．真核细胞的复制起始点和复制子的大小在不同的发育时期会发生改变
7．真核生物在完成全部复制之前，各个起始点上DNA的复制不能再开始；
8．DNA的延长取决于增殖细胞核抗原（PCNA）
真核细胞DNA复制的终止
真核细胞DNA末端的复制即端粒结构的形成
端粒是一段DNA序列和蛋白质形成的复合体
端粒DNA由多个串联的5-8bp寡核苷酸序列组成
端粒DNA的合成
1端粒酶是反转录酶，由蛋白质和RNA两部分组成，它以自身的RNA为模板，在后随链模板DNA的3’OH末端延长DNA
2再以这种延长的DNA为模板，继续合成后随连形成端粒结构
★端粒的功能和特点
1保证线性DNA的完整复制
2保护染色体末端不受核酸酶水解和不发生染色体的异常重组
3体细胞端粒酶活性低
4随着复制次数的增加端粒DNA逐步缩短，细胞组建停止分裂，进而进入凋亡
5恶性肿瘤细胞可表达端粒酶，永生分裂
单链环状DNA的复制
φX174噬菌体由一个单链环状DNA组成，这条链称为正（+）链；合成的互补链称为负
（一）链。
双链体的复制以滚环复制方式进行
线状DNA的复制过程
1．复制从DNA中间开始—T7噬菌体
复制起始必需的三个酶：
T7RNA聚合酶、T7DNA聚合酶和基因4蛋白（geneproduct4,gp4）
复制由转录开始
必需以RNA为引物
2．复制从末端开始—腺病毒,以单链置换形式进行复制
逆转录病毒的复制
逆转录酶：
1．RNA指导的DNA聚合酶（以RNA为模板合成DNA）
2．DNA指导的DNA
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