分子期末.docx

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分子期末

第一章

原核生物的基因组和染色体结构都比真核生物简单，转录和翻译在同一时间和空间内发生，基因表达的调控主要发生在转录水平。

真核生物有细胞核结构，转录和翻译过程在时间和空间上都被隔开，转录和翻译后都有复杂的信息加工过程，其基因表达的调控可以发生在各种不同的水平上。

50年代的DNA双螺旋模型

60年代的操纵子学说

70年代的DNA重组

80年代的PCR技术

90年代的DNA测序技术

21世纪分子生物学发展的趋势：

功能基因组学：

依赖于对DNA序列的认识，应用基因组学的知识和工具去了解和认识影响整个生命过程的特定序列表达谱。

蛋白质组学（Proteomics）····

蛋白质组与基因组不同，基因组基本上是固定不变的，即同一生物不同细胞中基因组基本上是一样的，人类的基因总数约是3万个。

单从DNA序列并不能回答某个基因的表达时间、表达量、蛋白质翻译后加工和修饰等情况以及它们的亚细胞分布等。

基因（gene）：

是原核、真核生物以及病毒的DNA和RNA分子中具有遗传效应的核苷酸序列，是遗传的基本单位（包括结构基因，调控基因）

基因组（Genome）：

每个物种单倍体染色体的数目及其所携带的全部基因称为该物种的基因组。

原核生物的染色体基因组是指其环状或线状的双链DNA分子所含有的全部基因。

真核生物基因组（eucaryoticgenome）包括染色体基因组以及细胞质的线粒体和叶绿体基因组等。

真核生物染色体基因组指为真核生物单倍体染色体数目及其所包含的一整套基因。

基因组学

蛋白质组（proteome）：

—个基因组所表达的全部蛋白质（proteomeindicatestheproteinsexpressedbyagenome）；（细胞内的全部蛋白质）更加全面和准确

蛋白组计划（Proteomeproject）:

又称为后基因组计划或功能基因组计划，用于揭示并阐明细胞、组织乃至整个生物个体全部蛋白质及其功能。

蛋白质组学（proteomics）：

是以蛋白质组为研究对象，研究细胞内所有蛋白质及其动态变化规律的科学。

生物信息学（Bioinformatics）:

对DNA和蛋白质序列资料中各种类型信息进行识别、存储、分析、模拟和转输。

它由数据库、计算机网络和应用软件三大部分组成。

第八章染色体与DNA

2.1细胞的遗传物质

肺炎双球菌的转化实验（DNA）

噬菌体感染实验（DNA）

病毒重建实验（RNA）

DNA作为遗传物质的特性

①贮存并表达遗传信息；②能把遗传信息传递给子代；③物理和化学性质稳定；④有遗传变异的能力。

2.2核酸的化学组成与共价结构

DNA储存信息；RNA传递并表达信息DNA-----RNA-----蛋白质

DNA的一级结构与功能

核酸是由很多单核苷酸聚合形成的多聚核苷酸（polynucleotide）。

DNA的一级结构即是指四种核苷酸（dAMP、dCMP、dGMP、dTMP）按照一定的排列顺序，通过3´-5´磷酸二酯键连接形成的多核苷酸。

意义：

DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式

功能：

①具有生物催化剂的功能，作用于RNA转录后的剪接加工；

②与生物机体的生长发育密切相关，参与基因表达调控；

③与生物进化有关

2.3DNA的二级结构

（二级结构）DNA双螺旋：

两条DNA单链分子反向平行环绕，右手螺旋走向，表面大沟与小沟相间。

螺旋直径为2nm，主链：

戊糖－磷酸骨架位于外侧。

侧链：

碱基对位于内侧。

碱基平面垂直于螺旋轴。

碱基距：

0.34nm；螺距：

3.4nm；周长：

10对碱基。

2.4DNA分子的高级结构

单链核酸形成的二级结构：

有些病毒基因组由单链DNA或RNA组成。

反向重复序列（回文序列）：

指在双链DNA序列中按确定的方向阅读双链中的每一条链都是相同的。

5’GGTACC3’包括十字形结构和发夹式结构

3’CCATGG5’

三螺旋DNA（见下面）

（三级结构）DNA的超螺旋结构正超螺旋负超螺旋L（连接数）=T（扭转数）+W（缠绕数）

绝大多数原核生物的DNA都是双链环状分子；

真核生物染色体虽为线性分子，但其DNA与蛋白质相互结合，以许多大环的形式存在，每个环的基部结合在一起形成类似环的结构；

这种闭合环的存在使双螺旋上出现了更多的结构限制

拓扑异构体：

环状DNA分子具有相同的结构，但L值不同，所以它们互为拓扑异构体（mpoisomer）

拓扑异构酶：

引起DNA拓扑异构之间转变的酶，可改变DNA拓扑异构体的L值

电泳的速度：

超螺旋＞开环＞线性

2.5真核生物的染色体及其组装

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，因其易被碱性染料染色而得名。

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，并具有一定形态和结构特征的复合结构。

只有在细胞分裂期才可见的形态单位。

DNA是染色体的主要化学成分，也是遗传信息的载体，约占染色体全部成分的27%，另外组蛋白和非组蛋白占66%，RNA占6%。

组蛋白+DNA=核小体

DNA~核小体~染色质~染色体

染色质是一串核小体

2.6DNA损伤和修复

DNA损伤的后果短期（生理功能紊乱、细胞死亡、异常增生和代谢）

长期（老化，肿瘤、疾病）

切除修复

错配修复

直接修复

重组修复

易错修复和SOS应急反应

2.7DNA的转座

转座子（transposon）：

是在基因组中可以移动的一段DNA序列。

转座子是一些较短的DNA序列，可以转移到细胞基因组的任何位置。

由于它不需要序列间具有同源性，也不是位点特异性的，所以转座作用又被称为异常重组。

（频率很低）

转座可分为复制性和非复制性两大类

在复制性转座中，整个转座子被复制，所移动和转位的是原转座子的拷贝。

转座酶和解离酶分别作用于原始转座子和复制转座子

在非复制性转座中，原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位

最简单的转座子只含有与转座有关的酶基因，不含有任何宿主基因（包括抗药性基因），常被称为插入序列（insertionalsequence，IS）

复合型转座子（compositetransposon）：

是一类除了转座酶基因之外，还带有抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子。

因结构大而复杂，故称为复合转座子。

（1）转座引起插入突变

（2）转座产生新的基因

（3）影响插入位置邻近基因的表达，使宿主表型改变

（4）转座产生的染色体畸变

（5）转座引起的生物进化

2.8基因与基因组

重叠基因原核里具有，真核很少

断裂基因在真核生物基因组中，基因是不连续的，在基因的编码区域内部含有大量的不编码序列，从而隔断了对应于蛋白质的氨基酸序列。

（由一系列交替存在的外显子和内含子构成，基因的两端起始和结束于外显子）

这种不连续的基因又称断裂基因或割裂基因

基因中编码的序列称为外显子（exon），外显子是基因中对应于信使RNA序列的区域；

不编码的间隔序列称为内含子（intron），内含子是在信使RNA被转录后的剪接加工中去除的区域。

RNA剪接：

mRNA原初转录产物（hnRNA）中去除内含子序列，以产生一个只由外显子构成的信使RNA（mRNA）。

从原初转录产物中除去内含子的过程叫做RNA剪接。

经过剪接后，所有的外显子按其在DNA上相同的顺序连接在同一个RNA分子上

断裂基因砸真核生物中普遍存在。

但是酵母菌基因组中的大部分基因是不中断的。

在原核中较少见。

真核生物染色体基因组特点：

①真核基因组远远大于原核基因组；②真核基因组存在大量重复序列；③真核基因组中不编码区域远远多于编码区域；④真核基因组转录产物为单顺反子；⑤真核基因是断裂基因，有内含子结构；⑥真核基因组存在大量顺式作用因子（启动子、增强子、沉默子等）；⑦真核基因组存在大量的DNA多态性；⑧核基因组具有端粒结构。

我们把一种生物单倍体基因组的DNA含量称为该物种的C值。

真核生物基因组的C值（C-value）：

指生物单倍体基因组中的DNA含量，以pg（1pg=10-12g）或bp表示。

真核生物的DNA序列可以分为4种类型：

单拷贝序列、轻度重复序列、中度重复序列、高度重复序列

2.9DNA变性、复性与分子杂交

核酸的分子杂交：

指亲缘关系相近的不同来源DNA单链或DNA单链与RNA单链之间通过碱基互补形成杂交分子的过程

溶液杂交

滤膜杂交1）Southern印迹法。

2）Northern印迹法。

3）Westhern印迹法ppt第二章290~详细内容

1）Southern印迹法

DNA片段经电泳分离后，从凝胶中转移到硝酸纤维素滤膜或尼龙膜上，然后与探针杂交，被检对象为DNA，探针为DNA或RNA。

2）Northern印迹法

RNA片段经电泳分离后，从凝胶中转移到硝酸纤维素滤膜或尼龙膜上，然后与探针杂交，被检对象为RNA，探针为DNA或RNA，是用于鉴定RNA的杂交技术。

3）Westhern印迹法

是指利用SDS-PAGE电泳，将各种蛋白质分离开后，通过电泳转移印迹到固相硝酸纤维素滤膜（NC膜），然后利用特异抗体进行特异酶联免疫反应（ELISA）的方法。

是专门针对蛋白质的一种特异性鉴定技术,可进行蛋白质的定性及定量分析。

Q1什么是核小体？

简述其形成过程

Q2简述真核生物染色体的组成及组装过程。

核小体：

染色质的基本结构亚基，由约200bp的DNA和组蛋白8聚体所组成

每个核小体含有约200bp的DNA，核心组蛋白H2A、H2B、H3和H4各2份拷贝，1份拷贝的H1组蛋白位于核小体外侧。

DNA（2nm）→核小体链（10nm，每个核小体200bp）→纤丝（30nm，每圈6个核小体）→突环（150nm，每个突环大约75000bp）→玫瑰花结（300nm，6个突环）→螺旋圈（700nm，每圈30个玫瑰花结）→染色体（1400nm，2个染色单体，每个染色体单体含10个螺旋圈）

Q3简述DNA的，一，二，三，级结构特征（见上）

Q4关于三螺旋DNA

（1）B-DNA与其自身的一条链结合形成链内三链DNA，

（2）B-DNA与另一条DNA链结合成的分子间三链DNA

（3）第三条链的序列与B-DNA第一条链序列相同，方向也相同，叫平行DNA三螺旋。

功能：

基因表达调控、保护靶序列防止酶切、充当分子剪刀。

Q5细胞通过那几种修复系统对DNA损伤进行修复？

（碱基，核苷酸）切除修复

错配修复

直接修复

重组修复

易错修复和SOS应急反应

DNA损伤因

DNA损伤类型

修复机制

X射线、氧自由基、烷化剂　　

自发脱碱基

单链断裂、无碱基位点、氧化性碱基（如8-氧鸟嘌呤）脲嘧啶

碱基切除修复

紫外线和多环芳烃

环丁烷嘧啶二聚体等大的紫外线光产物和稳定的多环芳烃化合物等大分子DNA加合物

核苷酸切除修复

抗癌药（如顺铂和丝裂霉素）

双链断裂和链间交联

双链断裂修复（同源重组修复和末端连接）

复制错误和烷化剂

碱基错配和缺失（插入）

错配修复

Q6什么是转座子？

可分为那几类？

（见上）

诱变剂

操纵子顺反子：

功能相关的基因大多集中在一起组成操纵子，其中的结构基因为多顺反子，即数个结构基因串联在一起，由一个共同的调节基因（regulatorgene）所调控。

断裂基因（见上）

基因家族：

复制过程：

多复制子：

DNA复制时，原核生物一般只有一个起始位点，而真核生物则有多个起始位点，因而在复制时呈现多复制泡，也称为多复制子。

第九章从DNA到RNA

1、RNA转录的基本过程

与mRNA序列相同的那条DNA链称为编码链（codingstrand）或称有意义链（sensestrand）

另一条根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链称为模板链（templatestrand）或称反义链（antisensestrand）。

RNA的合成方向都是5’→3’

转录的基本过程都包括:

模板识别、转录起始、转录延伸和转录终止。

真核生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区，需要转录调控因子（辅助蛋白质）按特定顺序结合于启动子上，RNA聚合酶才能与之相结合并形成复杂的前起始复合物

2、转录机器的主要成分

RNA聚合酶

原核生物：

聚合酶由2个α亚基、一个β亚基、一个β’亚基和一个ω亚基组成，称为核心酶。

加上一个σ亚基后则成为聚合酶全酶

真核生物：

有3类RNA聚合酶。

3、启动子与转录起始

聚合酶与启动子的相互作用主要包括:

启动子区的识别、酶与启动子的结合及σ因子的结合与解离

启动子：

启动子是一段位于结构基因5’端上游的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。

终止子（terminator）：

转录终止的信号，其作用是在DNA模板特异位置处终止RNA的合成。

常把起点前面，即5’末端的序列称为上游（upstream），而把其后面即3’末端的序列称为下游（downstream）。

转录单元（transcriptionunit）：

是一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列，RNA聚合酶从转录起点开始沿着模板前进，直到终止子为止，转录出一条RNA链。

转录起点是指与新生RNA链第一个核苷酸相对应DNA链上的碱基，研究证实通常为一个嘌呤。

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（Pribnowbox），这个区的中央大约位于起点上游10bp处，所以又称为-10区。

（5个核苷酸组成的共同序列TATAA）

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σ因子相互识别而具有很高的亲和力。

Pribnow区（Pribnowbox）这个区的中央大约位于起点上游10bp处，所以又称为–10区。

TTGACA。

这个区的中央大约位于起点上游35bp处，所以又称为–35区。

–10位的TATA区和–35位的TTGACA区是RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与σ因子相互识别而具有很高的亲和力。

（真核TATA在-25，-75CAAT，-90GC）

TATA区上游的保守序列称为上游启动子元件（upstreampromoterelement，UPE）或称上游激活序列。

启动子突变：

下降突变、上升突变

增强子：

具有增加启动子的作用，与启动子一起都可视为基因表达调控中的顺式作用元件，可与转录因子和RNA聚合酶结合，启动并调节基因转录

①远距离效应。

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许多增强子还受外部信号的调控。

4、原核生物与真核生物mRNA的特征比较

5、终止与抗终止

6、内含子的剪接、编辑及化学修饰

剪接、RNA编辑、再编码、修饰

Q1什么是编码链？

什么是模板链？

（见上）

Q2简述转录的概念及其基本过程。

转录的基本过程都包括：

模板识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止。

1、模板识别阶段主要指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。

转录起始前，启动子附近的DNA双链分开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板DNA的碱基配对。

2、转录起始就是RNA链上第一个核苷酸键的产生。

3、转录起始后直到形成9个核苷酸短链是通过启动子阶段，通过启动子的时间越短，该基因转录起始的频率也越高。

4、RNA聚合酶离开启动子，沿DNA链移动并使新生RNA链不断伸长的过程就是转录的延伸。

5、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，这就是转录的终止。

Q3简述σ因子的作用？

vσ因子的作用是负责模板链的选择和转录的起始，它使酶专一性识别模板上的启动子。

vσ因子可以极大地提高RNA聚合酶对启动子区DNA序列的亲和力，酶底结合常数提高103倍。

vσ因子还能使RNA聚合酶与模板DNA上非特异性位点的结合常数降低104倍。

v因此，加入σ因子以后，RNA聚合酶全酶识别启动子序列的特异性总共提高了107倍。

vσ因子的作用只是起始而已，一旦转录开始，它就脱离了起始复合物，而由核心酶负责RNA链的延伸。

Q4简述原核生物和真核生物mRNA的区别?

原核生物mRNA的特征

1.原核生物mRNA的半衰期短

2.许多原核生物mRNA以多顺反子的形式存在

3.原核生物mRNA的5’端无帽子结构，3’端没有或只有较短的poly（A）结构

真核生物mRNA的结构

1.真核生物mRNA的5’端的"帽子"

2.多数真核生物mRNA有poly（A）尾巴

3真核基因几乎都是单顺反子，

只编码一个蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA（monocistronicmRNA），

把编码多个蛋白质的mRNA称为多顺反子mRNA（polycistronicmRNA）。

多顺反子mRNA是一组相邻或相互重迭基因的转录产物，这样的一组基因可被称为一个操纵子（operon），是生物体内的重要遗传单位。

如大肠杆菌乳糖操纵子转录成编码3条多肽的多顺反子mRNA，经过翻译生成β半乳糖苷酶、透过酶及乙酰基转移酶。

Q5真核生物和原核生物的转录方式的异同？

？

真核细胞mRNA的合成和功能表达发生在不同的空间和时间范畴内。

原核生物中，mRNA的转录和翻译不仅发生在同一个细胞空间里，而且这两个过程几乎是同步进行的，蛋白质合成往往在mRNA刚开始转录时就被引发。

原核生物常以AUG作为起始密码子,有时GUG或UUG也作为起始密码子；真核生物几乎永远以AUG作为起始密码子。

凡是编码功能蛋白的真核基因都通过RNA聚合酶Ⅱ进行转录。

Q6什么是RNA编辑？

其生物学意义是什么？

RNA的编辑：

：

是一种较为独特的遗传信息的加工方式，即转录后的mRNA在编码区发生碱基插入、删除或转换的现象，是在RNA分子上的一种修饰。

意义：

1校正作用，有些基因在突变过程中丢失的遗传信息可以通过RNA的编辑得以恢复；

2调控翻译，通过编辑构建或去除起始密码子和终止密码子；

3扩充遗传信息，使基因产物获得新的结构和功能。

Q7核酶具有哪些结构特点？

其生物学意义是什么？

核酶（Ribozyme）是指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。

意义：

1突破了酶的概念.是一种自体催化2揭示了内含子自我剪接的奥秘；促进了RNA的研究。

3为生命的起源和分子进化提供了新的依据。

核酶与传统酶的区别：

（1）一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是RNA或带有蛋白的RNA；

（2）核酶既是催化剂又是底物。

而酶仅催化反应。

第十章从mRNA到蛋白质

核糖体是蛋白质合成的场所。

mRNA是蛋白质合成的模板。

tRNA是模板与氨基酸之间的接合体。

在合成的各个阶段有许多蛋白质、酶和其他生物大分子参与。

•4.1遗传密码

1简并性2普遍性和特殊性3连续性4密码子和反密码子的相互作用（摆动性）

终止密码子UAAUGAUAG起始密码子AUGGUGUUG（原核）AUG（真核）

•4.2tRNA

•4.3核糖体

•4.4蛋白质合成机制

1.翻译的起始核糖体与mRNA结合并与氨酰-tRNA生成起始复合物。

2.肽链的延伸由于核糖体沿mRNA5’端向3’端移动，开始了从N端向C端的多肽合成，这是蛋白质合成过程中速度最快的阶段。

3.肽链的终止及释放核糖体从mRNA上解离，准备新一轮合成反应。

•4.5蛋白质转运机制

Q1什么是信号肽？

它在序列组成上有哪些特点？

有什么功能？

信号肽（signalpeptide）：

绝大多数越膜蛋白的N端都具有长度大约在13-36个残基之间的以疏水氨基酸为主的N端信号序列或称信号肽。

信号肽的结构特点：

1.一般带有10-15个疏水氨基酸

2.常常在靠近该序列N-端疏水氨基酸区上游带有1个或数个带正电荷的氨基酸

3.在其C-末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链（Ala或Gly）

信号序列的功能：

1.通过与SRP的识别和结合，引导核糖体与内质网结合

2.通过信号序列的疏水性，引导新生肽跨膜转运SRP&DP

信号识别颗粒（signalrecognitionpartical，SRP）：

是一种核糖核酸蛋白复合体，它的作用是识别信号序列，并将核糖体引导到内质网上。

停靠蛋白（dockingprotein，DP，又称SRP受体蛋白）：

即SRP在内质网膜上的受体蛋白，它能够与结合有信号序列的SRP牢牢地结合，使它在合成蛋白质的核糖体停靠到内质网上来。

信号肽假说（signalhypothesis）：

核心内容：

核糖体同内质网的结合受制于mRNA中特定的密码序列（可以翻译成信号肽），具有这种密码序列的新生肽才能连同核糖体一起附着到内质网膜的特定部位。

已知野生型细胞中，β-半乳糖酶定位于胞质内，麦芽糖结合蛋白定位于胞外，麦芽糖运转蛋白位于外膜内腔。

如果把β-半乳糖酶羧基端基因片段与麦芽糖运转蛋白和麦芽糖结合蛋白的氨基端基因片段相连，并以此为模板指导合成杂种蛋白质，就可以通过测定β-半乳糖酶的活性确定杂种蛋白质在细胞内的位置。

Q2蛋白质有哪些翻译后的加工修饰？

1.N端fMet或Met的切除

2.二硫键的形成

3.特定氨基酸的修饰

4.切除新生链中非功能片段

Q3什么是核定位序列？

其主要功能是什么？

？

？

核定位序列NLS：

蛋白质的一个结构域，通常为一短的氨基酸序列，它能与核载体相互作用，使蛋白质被运进细胞核。

作用：

蛋白质的重复定位

核定位蛋白的运转机制：

核定位序列（NLS—NuclearLocalizationSequence）NLS：

可以位于核蛋白的任何部位。

蛋白质向核内运输过程需要一系列循环于核内和细胞质的蛋白因子包括核运转因子（Importin）α、β和一个低分子量GTP酶（Ran）参与。

由上述三个蛋白组成的复合物停靠在核孔处，依靠RanGTP酶水解GTP提供的能量进入细胞核，α和β亚基解离，核蛋白与α亚基解离，α和β分别通过核孔复合体回到细胞质中，起始新一轮蛋白质运转。

细菌同样能通过定位于蛋白质N-端的信号肽将新合成的多肽运转到其内膜、外膜、双层膜之间或细胞外等不同部位。

Q4蛋白质合成过程（模板，场所，原材料，密码子（起始，终止）启动子，启动基因~TATA~）

第十一章DNA、RNA及蛋白质的操作技术

基因工程：

是指在体外将核酸分子（目的基因）插入病毒、质粒或其它载体分子，构成遗传物质的新组合（重组体），使之进入原先没有这类分子的寄主细胞内并进行持续稳定的繁殖和表达。

Q1如何理解PCR扩增的原理和过程？

PCR的基本原理