1、DNA 复制、 转录 、翻译(功能部分);基因表达调控研究(调控部分);DNA重组技术(又称基因工程)Structure and Function of Macromolecules(Structural Part, Also Known as Structural & Molecular Biology);DNA Replication,Transcription, Translation(Functional Part);Regulation of Gene Expression(ControlSection);RecombinantDNATechnology(Genetics)F.Mie
2、scher就发现了核素(nuclein);Boyer 和Berg等发展了重组DNA技术,完成了第一个细菌基因的克隆;Sanger 等发明了DNA测序技术;Sanger、Maxam和Gilbert先后发明了三种DNA序列的快速测定法;Mullis等发明的聚合酶链式反应(PCR);90年代全自动核酸序列测定仪问世;生物芯片技术是生命科学研究中继基因克隆技术、PCR技术、基因自动测序技术后的又一次革命性技术突破;分子遗传学基本理论建立者Jacob和Monod最早提出的操纵元学说分子生物学的3条基本原理:构成生物体各类有机大分子的单体在不同生物中都是相同的;生物体内一切有机大分子的建成都遵循共同的规则
3、;某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性。Hierarchical nature of cellular structures and their assembly:Small molecules(Strong covalent bonding) Macromolecules(Weaker interactions) Supramolecular Structures Subcellular organelles Cell真核细胞含遗传物质:nucleus核 、Nucleolus核仁、80S ribosome核糖体、endoplasmic reticulum内质网、Golgi a
4、pparatus高尔基氏体原核细胞含遗传物质:nucleoid拟核 、70S ribosome核糖体、质粒 plasmid生物大分子Macromolecules:天然合成的、分子量在1041012的有机物,包括核酸、蛋白质和多糖。微管Microtubules:are found in arrays radiating from the nucleus, in the spindle 纺锤 apparatus and in the basal bodies of cilia 纤毛微丝Microfilament(Actin filament 肌纤维) :are found around the p
5、eriphery of the cell, they also form the contractile 有收缩性的 element of skeletal muscle. 中间纤维Intermediate filaments:are seen as cables stretching舒展across the cell 非共价作用力Noncovalent interactions:to determine the three-dimensional structures of proteins and nucleic acids;离子键Ionic Bonds氢键Hydrogen-Bonding
6、 ,疏水作用力Hydrophobic Interaction Van der Waals Attraction 范德华力Three major classes of macromolecules:构型Configuration:一个分子中原子或基团的特定空间排布。氨基酸的基本构型:L-型 和 D-型,Mainly L-amino acid in nature.甘氨酸中的-C是对称的,无L-型和D-型之分。构象Conformation:组成分子的原子或基团绕单键旋转而形成的不同空间排布。一级结构Primary Structures: Refers to its amino acid sequen
7、ce.多肽Polypeptide : A polymer consisting of several amino acids.残基Residue: The amino acid in a peptide.一级结构内容The contents of the primary structure:组成蛋白质的多肽链数目;每一条多肽链中末端氨基酸的种类;每一条多肽链中氨基酸的数目、种类和排列顺序;链内和链间二硫键的位置和数目。Molecular weight 15,00070,000 Average M.W. of an amino acid is 110.Three rules of folding
8、:肽键平面;侧链空间;电荷相邻性General tendencies of folding:侧链:极性与非极性;氢键;二硫键helix features: A right handed helix with 3.6 AA residues per turn such that each peptide bond C=O (or N-H) group is hydrogen bonded to N-H (or C=O) of the peptide bond three residues away.The distance between two turns is 0.54 nm.折叠sheet
9、:is formed by hydrogen bonding of the peptide bond N-H and C=O groups to the complementary groups of another section of the peptide chain.折叠结构特征:氢键主要是由两条肽链之间形成的;也可以在同一肽链的不同部分之间形成;几乎所有肽键都参与氢键的交联,氢键与链的长轴接近垂直;肽链的主链呈锯齿状折叠构象; 碳原子总是处于折叠的角上,氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直; 两个氨基酸之间的轴心距为 0.35 nm。维持蛋白质空间结构的化学键Bonds det
10、ermine the three-dimensional structures of a protein:键能高的化学键可保证蛋白质空间构象的稳定性;键能小的化学键则可使蛋白质构象具有一定的灵活性:Hydrogen Bond ,Van der Waals Attraction,The Hydrophobic Interaction,Ionic Bonds (Electrostatic interactions ),Disulfide bonds 二硫键,Metal-ion coordination complexes 配位键不同氨基酸形成 -螺旋的倾向性不同,一级结构不同,则功能不同H (He
11、avier) chain: 由440个氨基酸组成 L (Lighter) chain:由214个氨基酸组成抗体功能区Function Fragments of Antibody :antigen binding sites,Complement 补体 binding site,Binding to Fc receptors免疫球蛋白Immunoglobulin, Ig:具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白Theories of formation of the enzyme-substrate complex:Lock-and-key models;Induced-fit models核苷
12、酸的生物学功能:作为核酸的单体;细胞中的携能物质(如ATP、GTP、CTP、GTP);酶的辅助因子的结构成分(如NAD)(nicotinamide adenine dinucleotide, 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸);细胞通讯的媒介(如cAMP、cGMP)碱基互补配对:碱基位于双螺旋的内侧,嘌呤和嘧啶碱基彼此密切相近。一股链中的嘌呤与另一股链中嘧啶之间以氢链相连DNA双螺旋主要内容:(1) 两股DNA链围绕一假想的共同轴心形成一右手螺旋结构,双螺旋的螺距为3.4nm,直径为2.0nm。(2) 链的骨架由亲水的脱氧核糖基团和磷酸基团构成,位于双螺旋的外侧。(3) 碱基位于双螺旋的内侧,嘌呤和嘧啶碱
13、基彼此密切相近。一股链中的嘌呤与另一股链中嘧啶之间以氢链相连,称为碱基互补配对;碱基对层间距离为0.34nm。碱基互补配对总是腺嘌呤与胸腺嘧啶之间(A=T),形成两个氢键;或者鸟嘌呤与胞嘧啶之间(G=C),形成三个氢键。(4) 方向:DNA双螺旋中的两股链走向是反向平行的,一股链是53走向,另一股链是35走向。(5) 两股链之间在空间上形成一条大沟和一条小沟.The G+C content :The proportion of G is always the same as the proportion of C in DNA, and the proportion of A is always the same as that of T. So the composition of any DNA can be described by the proportion of its basesDouble-strand DNARight-handed helix: B
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