朱玉贤第三版分子生物学考研要点.docx

1、朱玉贤第三版分子生物学考研要点分子生物学复习要点笔记朱玉贤 （第三版）一、分子生物学、染色体和DNA的基本概念1. Molecular biology (分子生物学)：指研究核酸、蛋白质等所有生物大分子形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学。2. DNA重组技术（recombinant DNA technology）：又称为基因工程，根据分子生物学和遗传学的原理，将一种生物的遗传物质DNA转移到另一生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达出所需要的产物。3. DNA作为遗传物质的载体的两个经典实验：、美国著名微生物学家Avery：肺炎双球菌的转染实验、美国冷泉港卡耐基遗传学实验室科学家

2、Hershey和他的学生Chase在1952年做的噬菌体侵染细菌的实验。4. Chromosome (染色体)：原指真核生物细胞分裂中期具有一定形态特征的染色质。现在这一概念已扩大为包括原核生物及细胞器在内的基因载体的总称。具有的特征：分子结构相对稳定；能够自我复制，使亲代之间保持连续性；能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程；能够产生可遗传的变异。5. 真核细胞染色体的组成： DNA（30%-40%），组蛋白(histone)（30%-40%），非组蛋白(NHP)（变化很大），少量RNA。6. C value (C值)：通常指一种生物单倍体基因组DNA的总量。7. 真核生物细胞DNA序列

3、大致可被分为3类：不重复序列、中度重复序列和高度重复序列（卫星DNA）。8. 真核生物染色体的组成及组装过程：核小体螺线管（6个核小体）超螺旋9. 核小体(nucleosome)：染色质纤维细丝是许多核小体连成的念珠状结构。DNA绕在组蛋白八聚体(H2A、H2B、H3、H4各一对)核心外1.8周(146bp)，形成核小体核心颗粒。10. DNA的一级结构：所谓DNA的一级结构，就是指4种核苷酸的连接及其排列顺序，表示了该DNA分子的化学构成。基本特点： DNA分子是由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成的； DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧； 两条链

4、上的碱基通过氢键相结合，形成碱基对，它的组成有一定的规律。这就是嘌呤与嘧啶配对，而且腺嘌呤（A）只能与胸腺嘧啶（T）配对，鸟嘌呤（G）只能与胞嘧啶（C）配对。11. DNA的二级结构： 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。通常情况下，DNA的二级结构分两大类：一类是右手螺旋，如A-DNA和B-DNA；另一类是左手螺旋，即Z-DNA。12. DNA的高级结构： 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。超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式，可分为正超螺旋与负超螺旋两大类。DNA分子的超螺旋化可以用一个数学公式来表示： L=T+W其中L为连接

5、数（linking number），是指环形DNA分子两条链间交叉的次数。只要不发生链的断裂，L是个常量。T为双螺旋的盘绕数（twisting number），W为超螺旋数（writhing number），它们是变量。13. DNA semiconservative replication （DNA的半保留复制）：Watson 和 Crick推测，DNA在复制的过程中碱基间的氢键首先断裂，双螺旋解旋并被分开，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。这样新形成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样。因此，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，所以这种复制方

6、式被称为DNA的半保留复制（semiconservative replication）。DNA的这种半保留复制保证了DNA在代谢上的稳定性。14. DNA复制的主要方式： 线性DNA双链的复制：线性DNA复制中RNA引物被切除后，留下5端部分单链DNA，不能为DNA聚合酶所作用，使子链短于母链。T4和T7噬菌体DNA通过其末端的简并性使不同链的3端因互补而结合，其缺口被聚合酶作用填满，再经DNA连接酶作用生成二联体。这个过程可重复进行直到生成原长20多倍的多联体，并由噬菌体DNA编码的核酸酶特异切割形成单位长度的DNA分子。环状DNA双链的复制：可分为型、滚环型和D-环型几种类型。15. Kl

7、enow fragment （Klenow片段）：用枯草杆菌蛋白酶处理大肠杆菌DNA聚合酶，获得两个片段，大片段分子量76000 U，称为Klenow 片段。它保留着聚合酶和35外切酶的活性，广泛使用于DNA序列分析中。16. DNA复制的主要酶类及功能：原核生物拓扑异构酶I：解开副超螺旋 SSB蛋白：保持单链的存在 DNA拓扑异构酶：解正超螺旋 DNA解链酶：通过水解ATP获得能量来解开双链DNADNA聚合酶原 核主要功能真 核主要功能DNA聚合酶35和53外切活性和53聚合活性，连接冈崎片段，切除紫外照射形成的嘧啶二聚体。DNA聚合酶引发前导链和后随链的引物合成DNA聚合酶修复DNA作用，

8、53聚合活性低和35外切活性为主DNA聚合酶DNA损伤修复DNA聚合酶大肠杆菌DNA复制链延长反应主导聚合酶，53聚合和35外切活性DNA聚合酶线粒体DNA复制DNA聚合酶SOS修复中发挥作用DNA聚合酶主要DNA复制酶DNA聚合酶DNA聚合酶与后随链合成有关，在核苷切除与碱基切除修复中起重要作用17. 真核生物DNA复制调控：细胞生活周期水平调控，染色体水平调控，复制子水平调控18. 原核细胞DNA的复制调控：复制叉的多少决定了复制频率的高低。19. 真核和原核生物DNA复制的比较相同： .半保留复制 .都有引发、延长、终止三个阶段 .都必须有相应功能的蛋白质和DNA聚合酶参与区别： .真：

9、多个复制起始点；原：一个复制起始点 .真：所有复制受一种调控；原：一个复制子上有多个复制叉20. DNA的修复 DNA修复系统功 能错配修复恢复错配碱基（核苷酸）切除修复切除突变的碱基和核苷酸片段DNA直接修复修复嘧啶二体或甲基化DNA重组修复复制后的修复，重新启动停滞的复制叉SOS系统DNA的修复导致变异21. 转座子的定义，类型及，结构特征及遗传学意义Transposon (Tn, 转座子)：是存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位，转座子分为两大类插入序列（insertional sequence, IS）和复合型转座子。移动基因 (Movable gene)：又称为转位因子(T

10、ransposable elements)，是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。由于它可以从染色体基因组上的一个位置转移到另一位置，甚至在不同染色体之间跃迁，因此有时也称为跳跃基因(Jumping gene)。插入序列(insertion sequence，IS)：最简单的不含有任何宿主基因的转位因子。片段长度7002500bp。复合转座子(transposon，Tn)：是一类携带某些与转座无关的抗性基因(或其它宿主基因)的转座子。分子量2000bp。插入序列的结构特点： 在IS两端含有长度为1040bp反向重叠序列 含有一个编码转座酶的长编码区。 插入时在DNA位点产生一个短的

11、(39bp)正向重复序列。复合转座子的结构特点： 两翼为两个相同或相似的IS序列。 中部为某种抗性基因。 IS序列一般不能单独移动。转位作用的遗传学效应：引起插入突变；产生新基因；产生染色体畸变；引起生物进化。二、从DNA到RNA以及从mRNA到蛋白质的生物信息流 （一）转 录1. RNA转录（transcription) ：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。2. 模板链（template strans） 或无意义链( antisense strand)：作为模板，按碱基互补配对原则转录成RNA的DNA链。3.编码链（coding stran

12、d）或有意义链(sense strand)：与模板链互补的非模板链，其编码区的碱基序列与转录产物mRNA的序列相同（仅T、U互换）。4. RNA转录的基本过程：模板的识别，转录的启始，通过启动子及转录的延伸和终止。5. 转录和复制的异同点：相同或相似差 异转 录复 制模 板DNA模板链转录两股链均可复制原 料核苷三磷酸NTPdNTP碱基配对遵从碱基配对原则A-U;T-A;G-CA-T;G-C聚合酶依赖DNA的聚合酶RNA聚合酶DNA聚合酶产 物多核苷酸链mRNA , tRNA , rRNA 等子代双链DNA特 点不对称转录半保留、半不连续复制6. 大肠杆菌的RNA聚合酶有哪些组成成分？各个亚基

13、的作用如何？因子的作用：起始必须有因子； 因子能够提高酶和启动子识别的特异性，同时也降低酶和非特异位点的亲和力。在某些细菌细胞内含有能识别不同启动子的 因子，以适应不同生长发育阶段的要求，调控不同基因转录的起始。7. 真核生物的RNA聚合酶：酶细胞内定位转录产物相对活性对-鹅膏蕈碱的敏感程度RNA聚合酶I核仁rRNA5070不敏感RNA聚合酶II核质hnRNA2040敏感RNA聚合酶III核质tRNA约10存在物种特异性8. 封闭复合物，开放复合物和三元复合物模板的识别阶段包括RNA聚合酶全酶对启动子的识别，聚合酶与启动子可逆性结合形成closed complex (封闭复合物)。此时，DNA

14、链仍处于双链状态。伴随着DNA构象上的重大变化，封闭复合物转变成open complex（开放复合物），聚合酶全酶所结合的DNA序列中有小段双链被解开。对于强启动子来说，从封闭复合物到开放复合物是不可逆的，是快反应。开放复合物与最初的两个NTP相结合并在两个核苷酸之间形成磷酸二酯键后即转变成包括RNA聚合酶、DNA和新生RNA的ternary complex（三元复合物）。 9. transcription unit（转录单元）：从启动子开始到终止子（terminaitor）结束的DNA序列，RNA聚合酶从转录起始位点开始沿着模板前进，直到终止子为止，转录出一条RNA链。10. promote

15、r （启动子）：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准确地结合并具有转录起始的特异性。11. 启动子的特征：（原核）在启动子区内有一个由5个核苷酸组成的共同序列，是RNA聚合酶的紧密结合点，现在称为Pribnow区 (Pribnow box)，这个区的中央大约位于起点上游10bp处，所以又称为-10区。大部分绝大部分启动子都存在位于-10bp处的TATA区和-35bp处的TTGACA区。这两段共同序列是RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与因子相互识别而具有很高的亲和力。（真核）Hogness等先在珠蛋白基因中发现了类似Pribnow区的Hogness区

16、（Hogness box），这是位于转录起始点上游2530 bp处的共同序列TATAAA，也称为TATA区。另外，在起始位点上游7078 bp处还有另一段共同序列CCAAT，这是与原核生物中35 bp区相对应的序列，称为CAAT区（CAAT box），在-110-80含有GCCACACCC或GGGCGGG序列（GC box）。12. 启动子突变 下降突变（down mutation）：降低其结构基因转录水平的启动子突变，称为下降突变。上升突变 （up mutation）：提高其结构基因转录水平的启动子突变，称为上升突变。13. 增强子（enhancer）及其功能指能强化转录起始频率的DNA序列

17、。增强子的特点：（1）远距离作用；（2）无方向性；（3）顺式调节；（4）无物种和基因的特异性；（5）具有组织特异性；（6）有相位性；（7）有的增强子可对外部产生信号。14. 启动子对转录的影响TATA（Pribnow box）：使转录精确地起始Upstream promoter element, UPE or Upstream activating sequence, UAS上游启动子元件（CAAT box 和GC box）：控制转录起始频率 15. 转录的抑制抑制剂靶 酶抑制作用类 别利福霉素细菌的全酶与亚基结合，阻止起始RNA聚合酶抑制剂链霉溶菌素细菌的核心酶与亚基结合，阻止延长-鹅膏蕈碱

18、真核RNA聚合酶与RNA聚合酶结合放线菌素D真核RNA聚合酶与DNA结合（模板），并阻止延长DNA模板抑制剂16. terminator (终止子)：位于基因的末端，在转录终止点之前有一段回文序列（反向重复序列）约6-20bp。 真核生物终止: 由一段特定序列5AATAAA3和回文序列（反向重复序列）组成。 分为两类：强终止子（内在终止子，intrinsic terminator）不依赖 Rho () 因子的终止：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，而RNA聚合酶和RNA链都被从模板上释放出来，这就是转

19、录的终止。终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区，RNA形成发夹结构；在终止位点前面有一段由4-8个A组成的序列，RNA的3端为寡聚U。发夹式结构和寡聚U的共同作用使RNA从三元复合物中解离出来。弱终止子 需要因子（rho factor），又称为依赖性终止子。因子：六聚体蛋白、水解各种核甘三磷酸促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。结合在正在合成的RNA链的5端，利用水解ATP释放的能量，从5端向3端移动，当RNA聚合酶移动到终止子而暂停时，因子达到RNA的3-OH端追上并取代了停在终止位点的RNA聚合酶， 因子的解螺旋活性使转录产物RNA链从模板DNA上释放，使

20、转录终止。17. transcription factor （转录因子）：真核生物有三种RNA聚合酶，分别催化不同RNA的合成，每种酶的作用均需一些蛋白辅助因子的参与，将这些因子称为转录因子。转录因子的命名冠以聚合酶的名称，如RNA聚合酶II所需的转录因子称为转录因子II（transcription factor II , TF II)。TFs 帮助RNA聚合酶识别启动子。TFs ( 转录因子）必须先与DNA形成复合物，帮助RNA聚合酶定位到转录起始的位点。RNA聚合酶和转录因子在DNA上的定位形成前起始复合物，由于转录因子的作用复合物由封闭型转换成开放型。18. 顺式作用因子（cis-act

21、ing element）和反式作用因子(trans-acting element) Cis-acting element影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。例： 启动子、增强子、弱化子等；Trans-acting element能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子。反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptional factors, TF)。参与RNA-pol转录的TF -TFD、 TFA、TFB、TFF、TFE、TFH。19. 许多原核生物 mRNA 以多顺反子的形式存在：操纵子（operon）:一

22、组相邻或相互重叠的基因, 在基因转录时协同作用，这样一组基因称为操纵子（operon）。多顺反子（polycistronic mRNA ) ：编码多个蛋白质的mRNA称为多顺反子mRNA 。单顺反子(monocistronic mRNA) ：只编码一个蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA。20. 原核生物和真核生物mRNA的比较 原核生物mRNA： 半衰期短 多以多顺反子的形式存在 单顺反子mRNA：只编码一个蛋白质的mRNA。 多顺反子mRNA：编码多个蛋白质的mRNA。 Z： -半乳糖苷酶Y： 透过酶A：乙酰基转移酶 ZYA：为结构基因 5 端无“帽子”结构， 3 端没有或只有较短的pol

23、y（A ）结构。 SD序列（Shine-Dalgarno sequence）：原核生物起始密码子AUG上游7-12个核苷酸处有一被称为SD序列的保守区。由于该序列与16S rRNA mRNA 3 端方向互补，其作用为用于结合核糖体。 真核生物mRNA： “基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核甘酸序列。 5 端存在“帽子”结构 多数mRNA 3 端具有poly（A ）尾巴（组蛋白除外） 以单顺反子的形式存在21. 抗转录终止有两种方式：破坏终止位点的茎环结构；依赖于蛋白因子的转录抗终止。22. Cap and poly (A) tail帽 子：mRNA几乎一诞生就戴上

24、了帽子，Cap 0(m7GpppXpYp，只有单细胞真核生物)，Cap 1（m7GpppXmpYp，其余真核生物的主要形式），Cap 2（m7GpppXmpYm，某些真核生物中）甲基供体都为S腺苷甲硫氨酸（SAM）；RNA鸟苷酸转移酶-戴帽酶（capping enzyme）【功能】（1）对翻译起识别作用为核糖体识别RNA提供信号，Cap 0 的全部都是识别的重要信号， Cap 1,2 的甲基化能增进识别；（2）增加mRNA 的稳定性，使5端免遭外切核酸酶的攻击；（3）与某些RNA病毒的正链合成有关（Cap 1、Cap 2 ）。 Poly (A)尾巴：转录后加上去的。准确切割加尾巴依赖于3端终止

25、位点上游1530 bp AAUAA序列。【功能】 （1） 可能与核质转运有关；（2）与mRNA的寿命有关；（3）与翻译有关；（4）poly(A) 在分子生物学实验中有很大应用价值。23. open reading frame (ORF，可译读码框)：核不均一RNA（hn RNA），即mRNA的前体，经过5 加帽和3 酶切加Poly （A），在经过RNA剪接，编码蛋白质的外显子部分就连接成为一个连续的ORF，通过核孔进入细胞质，就能作为蛋白质合成的模板了。24. GU-AG 法则 （Chambon法则）：多数细胞核mRNA前体中内含子的5 边界序列为GU，3 边界序列为AG。因此， GU表示供体

26、衔接点的5 端，AG代表接纳体衔接点的3 端。25. 不连续基因（interrupted / discontinuous gene，split gene，断裂基因）：真核生物基因除了与mRNA相对应的编码序列外，还含有一些不编码序列插在编码序列之间，这些不编码序列在加工为成熟的mRNA时被去除。这样的基因称为不连续基因或断裂基因。26. 外显子（exon）：基因中与mRNA一致的序列。一个基因总是以外显子为起点和终点。27. 内含子（intron）：基因中编码序列之间的介入序列，在原初转录物加工为mRNA时被去除。28. RNA剪接（RNA splicing）：一个基因的外显子和内含子共同转录

27、在一条转录产物中，将内含子去除而把外显子连接起来形成成熟RNA分子的过程 29. 类内含子和类内含子的剪接特点： 类内含子：主要是转酯反应，即剪接反应实际上是发生了两次磷酸二酯键的转移。在类内含子切除体系中，第一个转酯反应由一个游离的鸟苷或鸟苷酸（GMP，GDP或GTP）介导，鸟苷或鸟苷酸的3OH作为亲核基团攻击内含子5端磷酸二酯键，从上游切开RNA链。在第二个转酯反应中，上游外显子的自由3OH作为亲核基团攻击内含子3核甘酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开，上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键相连。类内含子：主要存在真核生物的线粒体和叶绿体rRNA基因中。在类内含子切除体系中，转酯反应无需游离

28、的鸟苷或鸟苷酸，而是由内含子本身的靠近3端的腺苷酸2OH作为亲核基团攻击内含子5端磷酸二酯键，从上游切开RNA链后形成套索结构。再由上游外显子的自由3OH作为亲核基团攻击内含子3核甘酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开，上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键相连。30. RNA editing （RNA编辑）：是某些RNA，特别是mRNA前体的一种加工方式，如插入、删除或取代一些核苷酸残基，导致DNA所编码的遗传信息的改变，因为经过编辑的mRNA序列发生了不同于模板DNA的变化。介导RNA编辑的机制有两种：位点特异性脱氨基作用和引导RNA指导的尿嘌呤插入或删除。31.核酶（ribozyme）:是指

29、一类具有催化功能的RNA分子，通过催化靶位点RNA链中磷酸二酯键的断裂，特异性地剪切底物RNA分子，从而阻断基因的表达。可分为剪切型核酶和剪接性核酶。【生物学意义】核酶的发现使我们对RNA的重要功能又有了新的认识。因此，核酶是继反转录现象之后对中心法则的又一个重要修正，说明RNA既是遗传物质又是酶。核酶的发现为生命起源的研究提供了新的思路也许曾经存在以RNA为基础的原始生命。照这么说，蛋白质也可能（仅仅是可能）起源于RNA世界！ （二）翻 译1. 翻 译（protein translation）：即蛋白质的生物合成。指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按照每三个核苷酸代表一个氨基

30、酸的原则，一次合成一条多肽链的过程。2. 遗传密码，三联子密码（codon）：mRNA上相邻的三个核苷酸在蛋白质合成时代表一种氨基酸，成为密码子。共64组密码，其中61个是编码氨基酸的，AUG为起始密码，也是Met的密码子，UAG（琥珀型）、UGA（蛋白石）、UAA（赭石型）是终止密码子。3. 反密码子（anticodon）：tRNA反密码子上的三联体核苷酸残基序列。在翻译期间，反密码子和mRNA上的密码子反向互补。4. 遗传密码的性质： （1）密码的连续性 （密码间无间断也没有重叠） （2）密码的简并性（degenerarcy）：在编码氨基酸的61组密码子中，除Met和Trp只有一组密码子外，其余氨基酸均有2组或2组以上。由一种以上密码子编码同一种氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymous codon）。 （3）密码的通用性和特殊性（高等和低等生物公用一套密码字典） （4）密码的摇摆性（wobble）：1966年Crick根据立体化学原理提出wobble hypothesis。根据假说，在密码子和反密码子的配对中，前两个严格遵守碱基配对原则，第三个碱基有一定的自由度，可以“摆动”，因而使某些tRNA可以识别1个以上的密码子。5.tRNA： tRNA的二级机构为“三叶草”形，有氨基酸臂、D环、反密码子