分子遗传学上海生命科学研究院 考研专业课复习笔记.docx

1、分子遗传学上海生命科学研究院 考研专业课复习笔记 基 础 知 识 篇 分 子 遗 传 学 除了少数RNA病毒外，DNA几乎是所有生物遗传信息的携带者。 DNA分子携带了蛋白质氨基酸组成的信息和基因选择表达的信息。 与生物学和基因表达有关的大部分信息存在于长程力所引起的低频振动，使DNA的各部分序列间进行长距离对话。 RNA碱解先得一2、3环式核苷酸中间产物，由于五元环稳定性差，很快变成2核苷酸、3核苷酸的混合物。 碱基平面与螺旋基本上是垂直的，嘌呤环、嘧啶环上的氨基和酮基是亲水的，因而配对碱基间能形成氢键，嘌呤环、嘧啶环本身是疏水的，因而同一条链中的相邻碱基能形成一种堆积力。 双螺旋中任一条链

2、绕轴一周所升降的距离叫螺距。 Marmur-Dofy关系式：G+C%在30%-70%内，在0.15M NaCl+0.015M 柠檬酸钠溶液中，Tm值为：Tm=69.3+0.41(G+C)% 尿素、甲酰胺由于减少了氢键形成的机会，Tm值降低。 氢键有高度的方向性，供体原子、氢原子、受体原子处于同一条直线上时，氢键最强。 多聚寡核苷酸倾向于有一个三维结构以使高度溶解的磷酸基团与水保持最大的接触，而把碱基与水的接触减少到最低程度。 无规线团：一高聚物的长链上，无任何链内的相互作用，每一单体可以对于相邻的单体自由旋转，其限制仅是两个原子不能占据同一空间。 双链DNA中的碱基比单链DNA中碱基的堆积程度

3、高，是由两条链配对碱基间的氢键引起的。所有的碱基都指向正确方向时，达到最大的氢键键合。已经被堆积的碱基更容易键合，已经被氢键定向的的碱基更容易堆积。 从嘌呤到嘧啶方向的碱基堆积作用大于从嘧啶到嘌呤方向的碱基堆积作用。 呼吸作用：生理状态下，双螺旋碱基对间的氢键不断地断裂、再生。 在双链DNA的两端，有37个碱基对不同程度的处于单链状态。这种现象叫绽裂。（fraying） 大多数原核生物都是共价封闭环，CCC分子。它再螺旋化为超螺旋分子。超螺旋是有方向性的，有正超螺旋和负超螺旋两种。 超螺旋密度（链环数比差）：=/=（-）/。每圈初级螺旋的超螺旋数。大多数生物的这一数值为0.05。与许多生命过程

4、有关。在溶液中和细胞内会部分地转化为单链泡状结构。任何时候，负超螺旋DNA中单链部分比重比正超螺旋中单链部分比重大。 在真核细胞中，DNA的负超螺旋是由染色质的结构造成的，因为DNA在组蛋白八聚体外面缠绕的方向有利于DNA向松缠方向转变。原核生物细胞中，是有 TOP、TOP在耗ATP过程中引入的。嵌入相邻碱基间的试剂也改变DNA的拓扑状态。 DNA是由脱氧核糖核酸通过35磷酸二酯键连接起来的高聚物。与RNA的最大区别就是核糖2位上氧原子的有无。 在PH为11.5时，DNA的一级结构几乎无任何变化，而RNA；链在几分钟内降解为2- 单核苷酸、3-单核苷酸。RNA碱水解先形成23环式单核苷酸中间产

5、物，后转变为2- 单核苷酸、3-单核苷酸混合物。 酶法测序中，从凝胶的放射子显影X-胶片上读出的序列是互补链的序列。这种方法叫间接拷贝法。 决定DNA双螺旋结构状态的因素中，互补的碱基结合力、碱基堆积力利于DAN维持双螺旋结构。磷酸基的静电斥力、碱基分子内能不利于DAN维持双螺旋结构。 浓度都为50g/ml时，双螺旋DNA的A260为1.00；完全变性的单链DNA的A260为1.37；单核苷的等比例混合物的A260为1.60。由于DNA变性引起的光吸收增加称增色效应。 要维持的单链状态，或者是PH11.3，或者是使盐浓度低于0.01Mol/L。 DNA复性是一种双分子的二级反应，单链的消失速度

6、为dC/dtKC。K为二级反应常数。单位为升摩秒。它取决于阳离子浓度、温度、片段大小、DNA分子序列的复杂性。 构象的条件为：生理盐浓度92%相对湿度。构象的条件为：Na+、K+/Cs+作为反离子，75%相对湿度。C构象的条件为：Li+作为反离子，66%相对湿度。DNA-RNA、RNA-RNA双链均采用构象。 沟的深浅取决于螺旋轴的位置，而沟的宽窄主要决定于两个糖苷键与碱基对的相对位置的糖苷键的顺反构象。 在、等右手双螺旋构型中，糖苷键均为反式构象。而中嘧啶糖苷键仍为反式构象，而嘌呤糖苷键为顺式构象。 翻板假说：向的转变中，鸟嘌呤绕糖苷键，由反式变为顺式，而胞嘧啶连同核糖一起翻了个身。 A-D

7、NA、B-DNA、Z-DNA不只是代表了单一构象，而是代表了一组相关构象，这一组相关构象称为构象家族。 螺旋桨扭转是一个碱基对中的两个碱基并不处于同一平面中，是两个碱基的长轴各自向着相反的方向扭转。如果沿碱基的长轴看去，最近的一个碱基总是顺时针方向扭转。螺旋桨扭转总定义为正值。A-DNA为15、B-DNA为12。 通过碱基对的长轴取两个碱基平面作为碱基对平面。两个相邻的碱基对平面之间的夹角称碱基转角。若开口于小沟方向，碱基转角定义为正值。 DNA复性的机制包括成核作用和拉拉链作用。 DNA结构中，沟的特征在遗传信息的表达过程中起关键作用。调控蛋白质都是通过其分子上的特定氨基酸侧链与沟中碱基对两

8、侧潜在的氢原子供体或受体形成氢键而识别DNA的遗传信息的。 调控蛋白质A-DNA的信息识别方式不同于B-DNA，二者差异比对B-DNA 的识别与对Z-DNA的识别方式差异要大，尽管A-DNA、B-DNA同属于右手螺旋，而Z-DNA属于左手螺旋。 在任何时候，负超螺旋DNA中的单链部分的比重要大于其它任何形式的双链DNA。 DNA拓扑异构酶催化的反应的本质是先切断DNA的磷酸二酯键，改变DNA的链环数后再连接之，兼具DNA内切酶和DNA连接酶的功能，不能连接预先存在的断裂的DNA，既其断裂反应和连接反应是偶联的。 除DNA拓扑异构酶可以产生异构变化外，很多能嵌入相邻碱基间影响碱基堆积作用的试剂，

9、特别是片状的染料分子，也能改变DNA的拓扑状态。 环形DNA在碱变性或热变性时，氢键断裂，而两条链无法分离，生成两条链精密缠绕的分子，即坍缩DNA，它具有异常高的沉降系数，达到3。 一物种的单倍体的染色体的数目为该物种的基因组，一个单倍体基因组的DNA含量是固定的，它通常称为该物种的值。 在大肠杆菌的对数生长期，每个细胞可以有2-4个同样的DNA分子构成类核。 任何串联重复的DNA序列，不管其中是否含有编码的遗传信息，都将受到均一化作用(homogenization)，其机制为交换固定和基因转换。 核小体定位主要不是由组蛋白八聚体与特定的DNA序列相互作用而决定的，而是由DNA双螺旋本身固有的

10、特性决定的。 组蛋白八聚体对于DNA的特异性识别必须是与整个核心DNA相互作用的结果。而位于八聚体二分对称点处的DNA序列必然要比两侧其它序列更重要。 DNA在核小体上的走向，决定于（H3）3（H 4）3四聚体的构象，DNA在核小体上总是左手方向缠绕的。 端粒、着丝点（centromere）和DNA复制原点是构成染色体不可缺少的三要素。 内元参与编码的蛋白质的功能又与内元序列的删除或扩散传播密切相关。 原核生物中原来也是存在着内元的。 不同基因中，内元的大小和数目变化很大。真核生物中，组蛋白基因、干扰素基因等是没有内元的，它们大多以基因簇的形式存在，。大多数酵母蛋白基因也是没有内元的。 两个或

11、多个不在姐妹染色体同源位置而通常在同一条染色体上的相同基因称为非等位基因（nonallelic gene）。 有些基因家族（真核生物中的基因组中来源相同、结构相似、功能相关的一组基因）并不集中排列为基因簇，而是散布在基因组中不同部位上。如果蝇的肌动蛋白基因族、微管蛋白基因族。 组蛋白基因重复单位的组织形式也因生物而异，表现为基因次序、转录方向、基因间隔区的不同。同一物种内早期蛋白基因成簇排列，而晚期弥散分布。 在同一种海胆中，不同重复单位中各个间隔区在大小序列上都有轻微的变化，这种变化叫轻微不均一性。 含有rRNA串联重复单位的染色体部分称核仁组织者（nucleolar organizers）

12、，有多少个rRNA串联重复区就有多少个核仁组织者。有些rRNA基因以独立的染色体外分子（extrachromosomal molecules）形式存在，它们仍存在与核内。 基因在某一染色体上的排列叫遗传图。确定某一基因在染色体上的位置叫基因的定位。其方法有：遗传交换定位法、接合定位法、染色体步行法和染色替跳跃法。 突变在生物进化过程中发生和积累的速度大体上是恒定的，称为进化钟。 非等位的相同基因在遗传过程中是作为一个单位而传递的，称为一致进化、共进化。 交换固定和基因转换与基因扩增共同维持了串联重复基因。 DNA在核心颗粒表面的左手走向是真核生物DNA负超螺旋的主要来源，每个真核染色体都有一个

13、特殊的富A/T的着丝点序列，它缺乏核小体结构，而与蛋白质结合成动基体以便与纺锤体的微管蛋白相结合，从而促进复制的染色体在子代细胞中的分配，每个染色体的两端都存在着具有正向重复序列的端粒结构，并有特殊的蛋白质与之结合。 基因扩增和非均等交换促进了多拷贝基因的形成，在通过突变积累、基因重排和自然选择等因素形成多成员的基因家族或新的基因。交换固定和基因转换维持了基因家族中某些非等位基因的均一性。 据DNA合成的起始方式，复制分为：从新起始，即先导链是从新开始，主要是指复制叉式复制；共价延伸，即先导链共价结合到一条亲本链上，主要是滚环复制。 滚环复制长会产生一种具有原分子若干倍的中间产物连环体分子。（

14、concatemer ，由拓扑异构酶拆分）。 滚环复制在噬菌体DNA的复制、细菌交配、真核基因的扩增中有重要作用。 DNA、RNA的合成均不需要dUTP。 DNA聚合酶I的酶活性主要用于DNA的修复和RNA 引物的替换。DNA聚合酶才是延长的主要酶。 连接反应在3-OH、5-P之间进行。真核生物用ATP，原核生物用NAD提供能量。 大肠杆菌中rep是主要的解旋酶，解开一个碱基对需要2ATP。 细菌DNA在任何时候只有约5%可能处于单链状态。 冈崎片段的证实实验有：脉冲标记实验、脉冲追踪实验。 去除U的酶类有：尿嘧啶-U-糖基酶、AP内切酶、外切核酸酶、DNA聚合酶、DNA连接酶。 依赖于ori

15、C的体外复制起始系统必须有DnaA存在，而且对利福平敏感，还需要DnaB、DnaC、DNA引发酶、DNA旋转酶、DNA聚合酶及HU蛋白、拓扑异构酶I、SSB、RnaseH。 复制原点包含三个部分：ori重复序列；约40bp的富A/T序列；28bp的回文序列（其中中间4bp为不对称部分）。由PROR发动的转录是DNA复制不可缺少的步骤。 结构基因的转录和翻译，都强烈地依赖于转录酶系和一整套蛋白质合成机构，而核酸序列本身的差异只是提供了这些酶和蛋白质识别的基础。 调控DNA序列还可以主动修饰自己的双螺旋空间结构。 在双链DNA两端，有3-7bp常处于单链状态，叫绽裂，它使得一些有单链特异性的脱氧核

16、糖核酸酶也具有双链核酸外切酶活性。 硝酸纤维素滤膜能牢固地结合单链DNA，而不能结合双链DNA和RNA。 大肠杆菌中，乳糖代谢的酶有：-半乳糖苷酶、半乳糖苷透性酶、半乳糖苷乙酰化酶。 在某特定的时刻，由于某种原因使一段DNA序列突然横向扩增产生多个串联重复单位，这种扩增称为跃进式复制。 交换固定是由相外同源重组引起的。 着丝点序列是染色体DNA上的一段特殊序列，能够促进与纺锤体的相互作用，它约为130bp，中部富AT，两端则为高度保守的序列。 真核生物中，组蛋白基因、干扰素基因等结构基因无内元，它们大多以基因簇的形式存在。 5SrRNA基因拷贝数多，无基因扩增现象。 tRNA内元没序列共同性，

17、其处理酶系是相同的。 植物线粒体中含有一种以上的DNA分子。 基因的进化机制：通过基因扩增和非均等交换形成的多拷贝基因，再通过突变积累，基因重排和自然选择等因素，形成多成员的基因家族或新的基因。 缺少dUTPase的突变菌株中（dut）中，有更多的尿嘧啶渗入DNA，冈崎片段要小一些。尿嘧啶-N-糖基酶的突变株（ung）中，只有约一半的新生DNA含冈崎片段，冈崎片段要大一些。 DNA聚合酶全酶是一个具有双活性的非对称的聚集体，实现了先导链和后随链的同时复制。 任何一种DNA聚合酶都不能从头起始合成一条新的DNA链，而必须有一段引物。引物一般为一段RNA，其长度和序列随着基因组的种类各异。 只有先

18、导链将另一条亲本链（即后随链的模板）的特定序列以单链的形式置换出来，才能出现产生后随链的前体片段的预引发作用。 T7DNA的复制分为三个阶段：复制起始，复制叉的移动，连环分子的形成和处理。这一过程所需要的酶有：T7RNA聚合酶、T7DNA聚合酶、基因4蛋白。 基因4蛋白的功能有：依赖单链DNA的核苷-5-三磷酸酯酶活性，螺旋酶活性、引发酶活性。 连环分子的分离由拓扑异构酶催化。 腺病毒、噬菌体29、脊髓灰质炎病毒（RNA病毒），借助于蛋白质的介入来解决分子末端复制问题。 真核不同复制元族在起始的时间上有先有后，同一复制元族的复制起始基本同步。 大多真核DNA聚合酶只有聚合活性而无外切酶活性。

19、DNA引发酶为50%乙二醇洗脱。 SV40（双链环形DNA）是研究真核DNA复制的主要模型，其DNA在寄主细胞内能形成具有核小体结构的微染色体。 维持SV40 DNA复制所需的82bp序列中包括了：决定T抗原结合位点、，连续的16bpA/T序列，左向复制的先导链，后随链最迟的RNA-DNA转变位点。 端粒酶是一种逆转录酶，其模板位于酶分子内。 质粒不相容性是两种质粒具有相同或相似的阻遏物及两种质粒复制随机选择的结果。 胸腺嘧啶脱氨氧化生成尿嘧啶，腺嘌呤脱氨氧化生成次黄嘌呤。 尿嘧啶糖基酶系统包括：尿嘧啶-N-糖基酶、AP内切酶、聚合酶I、DNA连接酶。 胸腺嘧啶二聚体的修复机制有：光复活、切除

20、修复、重组修复、SOS修复、二聚体糖基酶修复。 腺嘌呤的甲基化是的识别标志。即GA*TC。错配修复系统包括：错配矫正酶、DNA聚合酶I、DNA连接酶。 短补丁修复是组成型修复，长补丁修复是DNA损伤诱导出来的功能。 重组修复所涉及的基因大多数是细胞内正常遗传重组所需要的基因。 细菌在紫外线、丝裂霉素C、烷化剂等作用下，造成DNA的损伤抑制了DNA复制，这时细胞会产生一系列的变化，包括对损伤DNA的修复能力迅速增强、诱变率=提高、细胞分裂停止及噬菌体诱导释放，这些反应统称为SOS反应。 RecA蛋白的活性是一种特异性内肽酶，借助于空间结构识别、作用于少数几种蛋白的Ala-Gly肽键，将底物一分为

21、二。 受LexA控制的17个基因，如recA、lexA、uvrA、uvrB、umvC、himA等称din基因，又称SOS基因。其操作子上有20bp的LexA结合位点，称SOS框。 lexA基因受其产物LexA蛋白的控制称为自身负向控制。 光复活、切除修复和二聚体糖基酶修复都是修复模板链，重组修复是形成新的模板链，SOS修复是产生连续的子链，SOS修复是唯一导致突变的修复。 在同一细胞内的不同类型的DNA，包括细胞DNA、质粒DNA、噬菌体DNA，都具有相同的限制修饰模式，它们统称为细胞中的居民DNA。 基因型名称均用3个小写斜体字母或小写字母加下横线表示，具体基因在后面用大写斜体表示。所有表型

22、名称用3个正体字母表示，第一个字母大写。Ts表示温度敏感。Am为琥珀型突变（UAG），Oc为赫是型突变（UAA），Opal为乳是型突变（UGA）。 点突变中的碱基替代可进一步分为同义突变、错义突变、中性突变。中性突变和无义突变一起称无声突变。 启动子突变体和组成型突变体是研究基因调控的手段。 温度敏感突变一般为错义突变。 自发的回复突变频率是正突变的1/10左右。鉴定回复突变主要依据表现型。 第二点回复突变称为抑制突变，分为基因内抑制突变、基因间抑制突变（直接抑制突变、间接抑制突变）。 第二点氨基酸取代抑制突变体的分离和研究在蛋白质的三维结构中很重要。 移框突变的回复突变几乎完全是第二点突变，

23、即基因内抑制突变。 突变剂可以提高基因内抑制突变的频率。 正向突变的无义突变、错义突变、移框突变都可以为另一基因上的突变所抑制，它们分别为无义抑制突变、错义抑制突变、移框抑制突变。它们均发生在tRNA基因或与tRNA功能有关的基因上，又称抑制基因。 能抑制正向突变表型的突变了的tRNA称抑制tRNA，是自变或诱变的结果。 UAA的抑制突变有强烈的选择负势和致死倾向。 凡能使某一突变基因产物在一定程度上完成其应有使命的其它基因突变都是基因间间接抑制突变。 间接抑制突变基因和它所抑制的突变基因间在结构或功能上密切相关。 所有的碱基类似物引起的替代都是转换而不是颠换。 Bu替代T渗入DNA产生ATG

24、C的转换或反之，它渗入DNA后经2轮复制才能产生稳定的遗传突变。2-AP只产生ATGC的转换。 碱基中的氨基可被HNO2氧化为酮基，从而改变配对性质。 尿嘧啶、次黄嘌呤、黄嘌呤均可为各自的糖基酶修复系统所修复。 低PH或高温处理噬菌体DNA，产生去嘌呤作用，其机制与烷基化机制一致。 紫外线可引起转换、颠换、缺失、重复、移框突变等，是直接作用、间接作用、SOS系统共同作用的结果。 紫外线、电离辐射、丝裂霉素C、黄曲霉素均可引起SOS反应。 形成突变热点的主要原因是存在5-甲基胞嘧啶。 不同的突变剂的突变热点不一样。 有目的地在离体条件下制造位点特异性突变，然后设法导入生物体内，观察并分析这些突变

25、的表现型。这种在体外条件下定向诱发突变的方法，称为离体定向诱变。 转录的起始核苷酸一般是嘌呤核苷三磷酸，即pppA或pppG。 实验室用三氯醋酸沉淀法追踪RNA的合成。 利福霉素类药抑制RNA合成的起始，利链霉溶菌素抑制RNA链的延伸。肝素是一种酸性粘多糖，与核酸竞争-亚基而妨碍了与有意义链的结合。 不同的基因种类有不同的辅助因子。 包括结构基因和控制区及调节基因的整个核苷酸序列叫操纵元。 操纵元中，从mRNA开始转录的位点以上，都是启动子序列。整个启动子分为CAP-cAMP结合位点和RNA聚合酶进入位点两个部分。 Pribnow box位于-4-13范围，序列为TATAAT，是RNA聚合酶的

26、牢固结合位点。Sextama box位于-35附近，序列为TTGACA，是RNA聚合酶的识别位点。Pribnow box的碱基序列通过影响开放性启动子复合物的形成速度而控制转录。 各特异序列趋向于一致序列的突变及Pribnow box 、Sextama box间的距离趋向17bp的突变君表现为上升突变。 增强子对依赖于、不依赖于TATA框的转录均有增强效应，但对依赖于TATA框的转录的效应高一些。 RNA聚合酶可转录5S r RNA基因、t RNA基因、部分sn RNA基因、腺病毒VA基因。 只有腺嘌呤核苷三磷酸充填了起始位点，另一个核苷三磷酸充填了延长位点并与模板互补，才能合成第一个磷酸二酯

27、键，这一步为利福霉素SV抑制。利福平则抑制三核苷酸的形成。 RNA聚合酶进行的转录，除了需TATA框及蛋白结合因子TFD外，还需要两种启动子成分及其蛋白结合因子。 终止点并不固定在某一个残基上。 因子的活性有促进转录终止的活性，NTPase活性。 噬菌体共有四个操纵元：阻遏蛋白操纵元、左向早期操纵元、右向早期操纵元、右向晚期操纵元。 加polyA的酶为RNA末端嘌呤核苷酸转移酶，所需的RNA序列特征为AAUAAA。 分布在富余G-C序列中的寡聚T（4bp以上）是真核生物RNA聚合酶转录的终止信号。 胞质内，mRNA的polyA尾巴与蛋白质结合形成mRNP。 RNA酶必须作用于双链RNA，在两条

28、链上的切口通常错开2bp。 tRNA的加工酶有：tRNA核苷酸转移酶、RNA酶P、RNA酶D、RNA酶、RNA酶P4。 tRNA基因的内元均位于tRNA反密码loop上。 第I类内元的拼接为5-UG-3。有保守的P-Q-R-S互补序列。 内元中能与两个拼接点边界序列配对的一般序列为内部引导序列（IGS）。 RNA酶P中的RNA为M1RNA，蛋白质为C5蛋白。 第类内元3拼接点上游612bp序列保守，为PyPuPyPyTa*Py。 核基因mRNA的拼接点序列为5-GUAG-3，内元3端保守序列为PyXPyTPuA*Py。 snRNA中仅UsnRNA的5端序列能与mRNA前体的拼接点序列互补。 反

29、式拼接的产物为Y型结构。 第I类内元的磷酸酯转移反应由鸟苷或鸟苷酸的亲核进攻引起，第类内元的磷酸酯转移反应由A*-2-OH发动，核基因mRNA内元的磷酸酯转移反应由A-2OH发动。 tRNA均具有三叶草的二级结构和倒L状的三级结构，有五个主要的臂：携带氨基酸的接受臂、TC臂、反密码子臂、双氢尿嘧啶臂（DHU）、附加臂。接受臂上有GU配对， 3/4的tRNA只有3-5bp的附加臂，称第一类tRNA。其余含13-31bp的附加臂，称第二类tRNA。 无义密码子并非总是无义的，是稀有氨基酸如磷酸丝氨酸、硒半胱氨酸掺入肽链的正常途径。 配对的摇摆性完全是由tRNA反密码子臂loop的空间结构所决定的。

30、 一组同功tRNA由同一氨酰tRNA合成酶催化而携带氨基酸。 许多抑制基因都是由含量低的少数tRNA基因突变而成。 氨酰tRNA合成酶与L形tRNA成内侧面结合，结合点包括：接受臂、DHU、反密码子臂。 tRNA分子上决定携带氨基酸的区域称为副密码子（paracodon）。副密码子比密码子、反密码子更为古老。 氨酰tRNA合成酶与tRNA反应，参与校对的方式包括动力学校对、构象校对、化学校对。 真核生物的偏爱密码子差异比原核裁军生物要小一些。密码子使用的频率与胞内tRNA含量（tRNA丰度）呈正相关。相应于主要同功tRNA的密码子的使用频率几乎是最高的。 需要量少的蛋白基因中具有较多的与含有少量tRNA相应的密码子，用以控制该蛋白的合成速度。 在同一种tRNA所识别的几种同义密码子中，其使用频率也有明显的差异，这可能由密码子与反密码子的作用强度决定。 线粒体终止密码子有AGA、AGG、UAA、UAG。内部Met密码子有AUG、AUU，起始Met密码子为AUN（四个）。 根据摇摆配对学说，使用通用密码子的有机体至少需