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1、超级分子生物学复习资料学渣专用详解1：操纵子：在细菌基因组中，编码一组在功能上相关的蛋白质的几个结构基因，与共同的控制位点组成一个基因表达的协同单位，称为操纵子。操纵基因：是操纵子中的控制基因，是阻遏蛋白的结合部位。2： 阻遏蛋白：是负调控系统中由调节基因编码的调节蛋白。3： RNA病毒：基因组的是核酸是RNA的病毒。病毒是最简单的生物,外壳蛋白包裹着里面的遗传物质核酸。4：诱导物：诱导（induction）-可诱导基因在特定环境信号刺激下表达增强的过程。在可诱导的操纵子中产生诱导作用的小分子物质就叫做诱导物(inducer)。例如大肠杆菌的乳糖操纵子。5：Tm（ melting temper

2、ature）：是使DNA双螺旋链解开一半时的温度。DNA Tm一般在7085之间。6：重叠基因：一段核酸序列可以编码多于一个多肽链。7：内含子：在编码区能够编码蛋白质的序列。8：外显子：在编码区不能够编码蛋白质的序列。 9：DNA损伤(DNA damage)：是指在生物体生命过程中DNA双螺旋结构发生的任何改变。10：DNA的转座，或称移位（transposition），是由可移位因子（transposable element）介导的遗传物质重排现象。11：转座 ： 从DNA到DNA的转移过程称转座。12：反转座 ： 从DNA到RNA再到DNA的转移过程叫反转座。后者为经RNA介导的转座过程。

3、反转座仅发生于真核生物中。13：转录 ( transcription )：是在DNA指导的RNA聚合酶催化下,按照碱基配对的原则,以四种NTP为原料,合成一条与DNA互补的RNA链的过程。14：启动子：是RNA聚合酶特异性识别和结合的DNA序列。 15：终止子(terminator) ：能提供转录终止信号的DNA序列称为终止子。16：顺式作用元件(cisacting element)是指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身同处在一个DNA分子上的基因17：反式作用因子 ：与顺式作用元件相互作用的蛋白因子就称为反式作用因子（转录因子）。 18：SD序列：-原核生物位于起始密码上

4、游8-13个核苷酸由4-6核苷酸组成，富含嘌呤序列以-AGGA-为核心和16S-rRNA3末端一短序列 -UCCU-互补。19：“信号肽”应当定义为：能启动蛋白质运转的任何一段多肽。20：基因表达(gene expression)：基因转录及翻译的过程。21：基因的基础转录：是指由核心启动子与通用转录因子结合后起始的转录过程。22：绝缘子：是阻止激活或阻遏作用在染色质上的传递，使染色质的活性限定于结构域之内。23：基因突变（ Gene mutation ）基因突变是指基因的核苷酸顺序或数目发生改变。24：义务诱导物 这种能诱导酶基因的表达但不是半乳糖苷酶底物的分子称为义务诱导物或安慰性诱导物。

5、一 分子生物学的研究内容.1 基因与基因组的结构与功能 .2 DNA的复制、转录和翻译 .3 基因表达调控的研究.4 DNA重组技术 5 结构分子生物学二 作为遗传物质的DNA具有以下特性: 贮存并表达遗传信息； 能把遗传信息传递给子代； 物理和化学性质稳定； 有遗传变异的能力三 DNA的修复 修复是指针对已发生了的缺陷而施行的补救机制。 目前已知有五种DNA修复系统： 1、切除修复 2、直接修复 3、错配修复 4、重组修复 5、易错修复（SOS修复）四 真核细胞中DNA复制有3个水平的调控细胞生活周期水平调控，也称为限制点调控，即决定细胞停留在G1期，还是进入S期；真核细胞的生活周期可分为4

6、个时期：G1、S、G2和M期。G1是复制预备期，S为复制期，G2为有丝分裂准备期，M为有丝分裂期。DNA复制只发生在S期。染色体水平复制调控；决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在S期起始复制。复制子水平调控；决定复制的起始与否。五 蛋白质与DNA结合区域的一些特殊结构基序常见的有以下几种：1. Helix-turn-helix（螺旋-转角-螺旋）。2. 锌指结构基序(zinc finger,ZF)。3.螺旋一突环一螺旋（HLH） 。4. 亮氨酸拉链结构基序(leucine zipper, ZIP)。5. 碱性结构域。6. 折叠 六 真核生物基因转录的特点1) 真核基因转录单元

7、为单顺反子,每一个蛋白质基因都有自身的启动子,造成在功能上相关而又独立的基因之间具有更加复杂的调控系统。2) 真核生物的RNA聚合酶高度分工。3) 真核生物RNA转录过程中，除了RNA聚合酶以外，还需要许多种类的蛋白质因子参与。 4）真核基因调控转录的顺式作用元件比原核基因复杂得多。顺式作用元件：DNA分子上可影响（调控）转录的序列。 5）真核基因转录水平的调控多以正调控为主七 信使核糖核酸具有以下特点： 其碱基组成与相应的DNA的碱基组成一致，即携带有来自DNA的遗传密码信息； mRNA链的长度不一，因为其所编码的多肽链长度是不同的； 在肽链合成时信使应与核糖体作短暂的结合； 信使的半衰期很

8、短，因此信使的代谢速度很快。八 原核生物和真核生物基因转录的差异 其主要差别如下： 1、RNA聚合酶不同；2、启动子不同； 3、转录后RNA加工修饰不同； 4、原核生物的转录产物mRNA为多顺反子，大多数真核生物的mRNA是单顺反子结构； 5、在原核生物细胞中，转录与翻译相偶联；真核生物中转录与翻译处在不同的区域。九 遗传密码的总结：(1) 遗传密码是三联体密码。(2) 遗传密码无逗号。(3) 遗传密码是不重迭的。(4) 遗传密码具有通用性。(5) 遗传密码具有简并性(degeneracy )。(6) 密码子有起始密码子和终止密码子。(7) 反密码子中的“摆动”（wobble）。十 真核与原核

9、生物转录调控的区别为： 真核生物基因不组成操纵子。 真核生物的调节元件种类很多。 真核生物以正调节为主。 真核基因的转录与染色质的结构变化相关十一 在真核生物中基因表达的调节其特点是（1）多层次（2）无操纵子和衰减子（3）个体发育复杂（4）受环境影响较小十 逆转录酶是一种多功能酶，它兼有三种酶的活力： RNA指导的DNA聚合酶 DNA指导的DNA聚合酶 核酸酶H的活力十一 DNA复制具有以下特点：复制是半保留的。 原核生物一般只有一个复制原点，真核生物有多个复制原点。复制可单向进行，也可双向进行，后者更为常见。复制是半不连续的，两条链都是以5 3方向合成，其中，前导链是连续合成的，后随链是不连

10、续合成的，即先合成短的冈崎片段，再连接成后随链。 复制开始时需要一段引物RNA ，在复制进行到一定程度后被切除，并以一段DNA代替。 复制具有严格的保证复制准确性的机制。在复制过程中，有多种酶和蛋白质参与，可能就是保证复制准确性所必需的，DNA聚合酶的校正作用，也可能是保证复制准确性的数种途径之一。十二 RNA转录的一般特点转录反应一般只用一小段DNA做模板，转录具有选择性。 RNA链的转录起始于DNA模板的一个特定起点，并在特定的终点处终止，此转录区域称为转录单位。 由RNA聚合酶(RNA polymerase)催化：原核生物中只有一种RNA聚合酶完成所有RNA的转录；真核生物中，有三种不同

11、的RNA聚合酶控制不同类型RNA的合成。 RNA聚合酶能从头合成RNA（DNA聚合酶不能），也没有3 5外切核酸酶活性，不具校正、修复的功能。 在转录区，一般都只有一条DNA链可以作为模板。而DNA合成时，两条链分别用作模板。转录的起始由DNA分子上的启动子控制。所用的原料为核苷三磷酸，而在DNA合成时则为脱氧核苷三磷酸； 从5向3端进行，RNA的合成也同样遵循碱基配对的规则，只是U代替了T。转录中不需要引物；而DNA合成一定要引物的引导。论述题一 真核生物mRNA的特征: 真核生物mRNA的5端存在“帽子”结构; 绝大多数真核生物mRNA具有poly(A)尾巴； 真核生物的基因大多为断裂基因

12、。 真核生物转录生成的mRNA为单顺反子。真核生物转录和翻译在时间和空间上是分开的，刚转录出来的mRNA分子是复杂的前体，且大小很不一致，叫核内不均一RNA (hnRNA) 。hnRNA分子经裂解和拼接，大约只有25%转变为成熟的mRNA，其余部分在转录后的加工过程中被降解。 mRNA前体的加工包括包括： 5端形成特殊的帽子结构； 在链的3端切断并加上多聚腺苷酸（polyA）尾巴； 通过剪接除去由内含子转录而来的序列； 链内部的核苷被甲基化。1. mRNA5端的帽子结构 成熟的真核生物mRNA的5-端有m7GPPPN结构，鸟苷以5-5焦磷酸键与初级转录本的5-端相连，称为甲基鸟苷帽子。(1)

13、剪接前加帽： 如呼肠病毒， 牛豆病毒 (2) 剪切后加帽 如疱疹病毒和口炎病毒帽子的功能：（1）保护mRNA免受核酸酶的水解； （2）与核糖体小亚基结合，参与翻译起始；（3）参与mRNA从细胞核向细胞质的运输作用。 帽子结构常出现于核内的hnRNA，说明5端的修饰是在核内完成的，而且先于对mRNA链中的剪接过程。从0型帽子到1型帽子的生成都在细胞核内进行，由1型帽子进一步加工成2型帽子是在细胞质内进行。2. mRNA3端的多聚腺苷酸化hnRNA链被内切核酸酶在加尾巴信号下游1130nt处切断磷酸二酯键，polyA聚合酶催化在3-OH上逐一引入100250个A。PolyA的功能： 协助成熟的mR

14、NA从细胞核向细胞质转运； 提高mRNA在细胞质中的稳定性； 作为核糖体的识别信号，使mRNA得以有效翻译； 近来的研究指出，polyA对基因的表达调控有重要功能。 3.核内不均一的RNA（hnRNA） hnRNA与mRNA有如下关系： hnRNA与mRNA有相同的序列。 hnRNA在体外能作为翻译的模板，与mRNA有相同功能。 两者的5端都有帽子结构，3端有多聚腺苷酸。 两者的转录合成都可被高剂量放线菌素D抑制，表明两者都是由相同的RNA聚合酶合成的。4. mRNA前体剪接中的转酯反应剪接反应包括两步转酯反应：（1）第一次转酯反应：先由内含子上的分支点序列中的保守A残基的2-OH进攻5端剪接

15、点pG，形成5，2磷酸二酯键，即发生了一次转酯反应，形成套索结构的中间产物。（2）第二次转酯反应：第二次剪接反应是外显子1的3端对内含子3端剪接点进行亲核进攻。U5 snRNA在反应中起着排布外显子的功能，使5外显子移动、定位，接着在外显子和外显子发生第二次转酯反应，形成5，3磷酸二酯键。产生两个外显子的连接产物和一个具有套索结构的内含子。论述题二 乳糖操纵子乳糖操纵子的负调控机制 大肠杆菌乳糖操纵子是大肠杆菌DNA的一个特定区段，由调节基因I，启动子P，操纵基因O 和结构基因Z、Y、A组成。 P 区是转录起始时RNA聚合酶的结合部位。 O 区是阻遏蛋白的结合部位，其功能是控制结构基因的转录。

16、 平时I 基因经常进行转录和翻译，产生有活性的阻遏蛋白。Z 编码-半乳糖苷酶-半乳糖苷酶（lacZ)是一种-半乳糖苷键的专一性酶，能将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖。 Y 编码-半乳糖苷透过酶 -半乳糖苷透过酶(lacY)的作用是使外界的-半乳糖苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。A 编码-半乳糖苷乙酰基转移酶 -半乳糖苷乙酰基转移酶(lacA)的作用是把乙酰辅酶A上的乙酰基转到-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。乳糖操纵子的控制模型，其主要内容如下： Z、Y、A 基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子所编码。 这个mRNA分子的启动子紧接着O 区，而位于I 与O 之间的启动子区（P）

17、，不能单独起动合成-半乳糖苷酶和透过酶的生理过程。 操纵基因是DNA上的一小段序列（仅为26bp），是阻遏物的结合位点。 当阻遏物与操纵基因结合时，lac mRNA的转录起始受到抑制。 诱导物通过与阻遏物结合，改变它的三维构象，使之不能与操纵基因结合，从而激发lac mRNA的合成。当有诱导物存在时，操纵基因区没有被阻遏物占据，所以启动子能够顺利起始mRNA的合成。在没有诱导剂存在时，LacI 阻遏蛋白与lac 操纵子DNA序列结合得非常紧密，lac 基因不能进行转录。当IPTG 存在时，IPTG与LacI 阻遏蛋白相互作用，形成LacI 阻遏蛋白IPTG复合物，该复合物对lac 操纵基因的亲

18、和性为单独LacI 阻遏蛋白的亲和性的千分之一。所以IPTG作为lac 基因表达的一个诱导剂，起着转录去阻遏作用。别乳糖（异乳糖、异构乳糖）是lac 操纵子转录的活性诱导物。人们发现一个合成的、结构上类似于别乳糖、不能被-半乳糖苷酶水解的-半乳糖苷异丙基硫代半乳糖苷（IPTG）起着lac 操纵子的一个诱导物的作用，所以IPTG常用于诱导含有使用了lac 启动子的质粒载体的细菌中的重组蛋白的表达。这种能诱导酶基因的表达但不是半乳糖苷酶底物的分子称为义务诱导物或安慰性诱导物。通过去阻遏调控lac 操纵子只是调控的一种方式，另一调控系统是乳糖操纵子的正调控：CAP-cAMP复合物在乳糖操纵子表达中的

19、激活作用乳糖操纵子的表达调控包括：(一)阻遏蛋白的负性调控 当大肠杆菌在没有乳糖的环境中生存时，阻遏蛋白以四聚体形式与操纵子O 结合，阻碍了RNA聚合酶与启动子P1ac 的结合，阻止了基因的转录起动。 当有乳糖存在时，乳糖受半乳糖苷酶的催化转变为别乳糖，与R结合，使R构象变化，R四聚体解聚成单体，失去与O 的亲和力，与O 解离，基因转录开放。(二)CAP的正性调控 在1ac 启动子上游端有一段与Plac部分重叠的序列，能与CAP特异结合，称为CAP结合位点。CAP与这段序列结合时，可增强RNA聚合酶的转录活性，使转录提高50倍。 乳糖操纵子属于可诱导操纵子(inducible operon)，

20、这类操纵元通常是关闭的，当受效应物作用后诱导开放转录。这类操纵元使细菌能适应环境的变化，最有效地利用环境能提供的能源底物。 降解物对基因活性的调节 葡萄糖效应：有葡萄糖存在的情况下，即使在细菌培养基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖、麦芽糖等诱导物，与其相对应的操纵子也不会启动产生代谢这些糖的酶，这种现象称为葡萄糖效应或称为降解物抑制作用。论述题三 PCR反应的基本原理 PCR(polymerase chain reaction)即聚合酶链反应技术，是指利用耐热DNA聚合酶的反复作用，通过变性-延伸-复性的循环操作，在体外迅速将DNA模板扩增数百万倍的一种操作技术。三个过程 变性:通过加热使DNA双

21、螺旋的氢键断裂,双链解离形成单链DNA 。 退火:当温度突然降低时，反应体系中引物和其互补的DNA模板在局部形成杂交链。 延伸:在DNA聚合酶和4种脱氧核苷酸（dATP,dCTP,dGTP,dTTP）及Mg2+存在条件下, 聚合酶催化以引物为起始点的DNA链延伸反应。论述四 色氨酸操纵子的负调控 色氨酸操纵子（tryptophane operon,trp ）就是负责色氨酸合成的操纵子。Trp 操纵子是由一个启动子和一个操纵基因区组成，该操纵基因区控制一个编码色氨酸生物合成需要的5种蛋白的多顺反子mRNA的表达。 色氨酸操纵子的阻遏系统 trp 操纵子通常是开放转录的，当有效应物(色氨酸)作用时

22、，则阻遏关闭转录，因此trp 操纵子是属于一种负性调控的、可阻遏的操纵子(repressible operon)。 trp 操纵子转录的调控是通过trp 阻遏物实现的，它结合于trp 操纵基因序列，但trp 阻遏物的DNA结合活性直接受色氨酸调控，色氨酸结合trp 阻遏物，并起着一个效应分子的作用（也称之辅阻遏物）。色氨酸操纵子的阻遏系统是色氨酸生物合成途径的第一水平调控,它主要调节转录的启动与否（70倍）。色氨酸操纵子的第二水平控制是色氨酸操纵子的弱化系统，它决定着已经启动的转录是否能够继续进行下去（10倍）。色氨酸操纵子的弱化系统1.前导肽及其序列结构 在trp mRNA 5端trp E

23、基因的起始密码前有一个长162 bp 的mRNA片段被称为前导区。分析前导序列发现，它包括起始密码子AUG和终止密码子UGA；翻译产生一个含有14个氨基酸的多肽，这个多肽被称为前导肽，其中第10和第11位均为色氨酸。2. mRNA前导区序列分析 trp 前导区的碱基序列已经全部测定，引人注目的是其中4个分别以1、2、3和4表示的片段能以两种不同的方式进行碱基配对。有时以1-2和3-4配对，有时只以2-3方式互补配对。弱化子（衰减子）区mRNA通过自我配对可以形成茎-环结构，有典型的终止子特点。3. 转录的弱化效应 转录的弱化理论认为mRNA转录的终止是通过前导肽基因的翻译来调节的。因为在前导肽

24、基因中有两个相邻的色氨酸密码子，所以这个前导肽的翻译必定对tRNATrp的浓度敏感。弱化作用是控制RNA聚合酶通读弱化子能力的调控作用机制。 控制弱化作用的二级结构的改变由核糖体在mRNA上的位置决定。 细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，因为阻遏作用只能使转录不起始，对于已经起始的转录，只能通过弱化作用使之中途停顿下来。阻遏作用的信号是细胞内色氨酸的多少，弱化作用的信号则是细胞内载有色氨酸的tRNA的多少。它通过前导肽的翻译来控制转录的进行，在细菌细胞内这两种作用相辅相成，体现着生物体内周密的调控作用。色氨酸操纵子的调控：(一)色氨酸操纵子阻遏蛋白的负性调控 阻遏作用：粗调开关；阻遏物的作用

25、是当有大量外源色氨酸存在时，阻止非必需的先导mRNA的合成，它使这个合成系统更加经济； 阻遏作用的信号是细胞内色氨酸的多少。(二)衰减子作用 弱化作用：细调开关； 弱化作用的信号是Trp-tRNAtrp的多少，通过控制前导肽的翻译来控制转录的进行。现代分子生物学笔记（朱玉贤版） 第一讲序论 二、现代分子生物学中的主要里程碑 分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学，是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。当人们意识到同一生物不同世代之间的连续性是由生物体自身所携带的遗传物质所决定的，

26、科学家为揭示这些遗传密码所进行的努力就成为人类征服自然的一部分，而以生物大分子为研究对像的分子生物学就迅速成为现代社会中最具活力的科学。 从1847年Schleiden和Schwann提出细胞学说，证明动、植物都是由细胞组成的到今天，虽然不过短短一百多年时间，我们对生物大分子-细胞的化学组成却有了深刻的认识。孟德尔的遗传学规律最先使人们对性状遗传产生了理性认识，而Morgan的基因学说则进一步将性状与基因相耦联，成为分子遗传学的奠基石。Watson和Crick所提出的脱氧核糖酸双螺旋模型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路。在蛋白质化学方面，继Sumner在1936年证实酶是蛋白质之后，S

27、anger利用纸电泳及层析技术于1953年首次阐明胰岛素的一级结构，开创了蛋白质序列分析的先河。而Kendrew和Perutz利用X射线衍射技术解析了肌红蛋白（myoglobin）及血红蛋白（hemoglobin）的三维结构，论证了这些蛋白质在输送分子氧过程中的特殊作用，成为研究生物大分子空间立体构型的先驱。 1910年，德国科学家Kossel第一个分离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸。 1959年，美国科学家Uchoa第一次合成了核糖核酸，实现了将基因内的遗传信息通过RNA翻译成蛋白质的过程。同年，Kornberg实现了试管内细菌细胞中DNA的复制。 1962年，Watson（美）和Crick（英

28、）因为在1953年提出DNA的反向平行双螺旋模型而与Wilkins共获Noble生理医学奖，后者通过X射线衍射证实了Watson-Crick模型。 1965年，法国科学家Jacob和Monod提出并证实了操纵子（operon）作为调节细菌细胞代谢的分子机制。此外，他们还首次推测存在一种与DNA序列相互补、能将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所（细胞质）并翻译产生蛋白质的mRNA（信使核糖核酸）。 1972年，PaulBerg（美）第一次进行了DNA重组。 1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次进行了DNA序列分析。 1988年，McClintock由于在50年代提出并发现了可移

29、动遗传因子（jumpinggene或称mobileelement）而获得Nobel奖。 1993年，美国科学家Roberts和Sharp因发现断裂基因（introns）而获得Nobel奖。Mullis由于发明PCR仪而与加拿大学者Smith（第一个设计基因定点突变）共享Nobel化学奖。 此外，Griffith（1928）及Avery（1944）等人关于致病力强的光滑型（S型）肺炎链球菌DNA导致致病力弱的粗糙型（R型）细菌发生遗传转化的实验；Hershey和Chase（1952）关于DNA是遗传物质的实验；Crick于1954年所提出的遗传信息传递规律（即中心法则）:Meselson和Sta

30、hl（1958）关于DNA半保留复制的实验以及Yanofsky和Brener（1961）年关于遗传密码三联子的设想都为分子生物学的发展做出了重大贡献。 我国生物科学家吴宪20世纪20年代初回国后在协和医科大学生化系与汪猷、张昌颖等人一道完成了蛋白质变性理论、血液生化检测和免疫化学等一系列有重大影响的研究，成为我国生物化学界的先驱。20世纪60年代、70年代和80年代，我国科学家相继实现了人工全合成有生物学活性的结晶牛胰岛素，解出了三方二锌猪胰岛素的晶体结构，采用有机合成与酶促相结合的方法完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成，在酶学研究、蛋白质结构及生物膜结构与功能等方面都有世所瞩目的建树。

31、 三、分子生物学的主要研究内容 所有生物体中的有机大分子都是以碳原子为核心，并以共价键的形式与氢、氧、氮及磷以不同方式构成的。不仅如此，一切生物体中的各类有机大分子都是由完全相同的单体，如蛋白质分子中的20种氨基酸、DNA及RNA中的8种碱基所组合而成的，由此产生了分子生物学的3条基本原理： 1构成生物体有机大分子的单体在不同生物中都是相同的； 2生物体内一切有机大分子的建成都遵循着各自特定的规则； 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。 分子生物学研究内容: DNA重组技术-基因工程 基因表达调控-核酸生物学 生物大分子结构功能-结构分子生物学 DNA重组技术（又称基因工程） 这是20世纪70年代初兴起的技术科学，目的是将不同DNA片段（如某个基因或基因的一部分）按照人们的设计定向连接起来，在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。严格地说，DNA重组技术并不完全等于基因工程，因为后者还包括其他可能使生物细胞基因组结构得到改造的体