现代分子生物学总结.doc

发现DNA的两个实验：具有光滑表面的S型肺炎链球菌因为带有荚膜多糖而使小鼠发病，具有粗糙外表的R型细菌因为没有荚膜多糖而失去致病力 ：噬菌体侵染细胞实验分子生物学： 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、规律性和相关关系的科学分子生物学的三条基本原理：够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构成都遵循共同的规则 ：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组蛋白的特性：进化上极端保守性 ：无组织特异性 ：肽链上氨基酸分布的不对称性 ：组蛋白的修饰作用 ：富含赖氨酸的组蛋白H5C值谬误：实验发现某些两栖动物的C值甚至比哺乳动物的还大，在两栖动物中C值的变化也很大，可能相差100倍，这就是著名的“C值反常现象”真核细胞的DNA序列大致上可以分为三类： ：不重复序列 ：中度重复序列 ：高度重复序列卫星DNA核小体： 是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bp的DNA组成的。核小体的形成是染色体中DNA压缩的第一个阶段原核生物的基因组很小，大多只有一条染色体，且DNA含量少。原核细胞DNA的特点： ：结构简练 ：存在转录单元 ：有重叠基因不同螺旋DNA分子主要参数比较DNA分子的变化可以用一个数学公式来表示：L=T+W L为连接数，是指环形DNA分子两条链交叉的次数，只要不发生链的断裂，L是一个常量。 T为双螺旋的盘绕数，W为超螺旋数，它们是变量。半保留复制：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，另一条则是新合成的。复制子：生物体的复制单位称为复制子，一个复制子只含有一个复制起始点。DNA双螺旋的解旋其中重要酶与蛋白质： ：DNA解链酶 ：单链结合蛋白 ：DNA拓扑异构酶前导链和后随链如何合成：前导链DNA的合成以5-3方向，随着亲本双链体的解开而连续进行复制；后随链在合成过程中，一段亲本DNA单链首先暴露出来，然后以与复制叉移动相反的方向，按照5-3方向合成一系列的冈崎片段，然后再把它们连接成完整的后随链DNA聚合酶分为： DNA聚合酶、和真核生物DNA聚合酶的特性比较大肠杆菌中DNA的修复系统（DNA的修复类型）转座子：是存在于染色体DNA上可自主复制和移动的基本单位转座子分为两大类：插入序列和复合型转座子转座作用的机制：转座时发生的插入作用有一个普遍特征，那就是受体分子中有一段很短的、被称为靶序列的DNA会被复制，使插入的转座子位于两个重复的靶序列之间。转座可分为可分为复制型和非复制型，在复制型转座中，整个转座子被复制了，所移动和转位的仅仅是原转座子的拷贝。转座酶和解离酶分别作用于原始转座子和复制转座子。在非复制型转座中，原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位。DNA转座的遗传学效应：转座引起插入突变 ：转座产生新的基因 ：转座产生的染色体畸变 ：转座引起的生物进化编码链：与mRNA序列相同的那条DNA链成为编码链模板链：另一条根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链成为模板链转录的过程包括模板识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止真核细胞中三类RNA聚合酶特性比较启动子：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准确的结合并且具有转录起始的特异性转录单元：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区和-30区的作用：-10位的TATA区和-35位的TTGACA区是RNA聚合酶以启动子的结合位点，能与因子互相识别而具有很高的亲和力。增强子的特点：远距离效应 ：无方向性 ：顺式调节 ：无物种和基因的特异性 ：具有组织特异性 ：有相位性 ：有的增强子可以对外部信号产生反应真核细胞mRNA的特点：真核生物的mRNA的5端存在帽子结构 帽子结构常常被甲基化 ：绝大多数真核生物的mRNA具有多聚A尾巴 ：往往以一个较大相对分子质量的前体RNA形式出现在核内，需要经过转录后加工原核生物mRNA的特征：原核生物的mRNA半衰期短 ：许多原核生物的mRNA可能以多顺反子的形式存在 ：原核生物的mRNA的5端无帽子结构，3端没有或只有较短的poly A结构内在终止子的结构特点：终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区，由这段 DNA转录产生的RNA容易形成发卡式结构 ：在终止位点前面有一段由4-8个A组成的序列，所以转录产物的3端为寡聚U，这种结构特征的存在决定了转录的终止因子是RNA聚合酶终止转录的重要辅助因子，它的作用机制可以用“穷追”模型来解释Chambon法则：mRNA前体中内含子的两端便捷存在共同的序列，GU表示供体衔接点的5端，AG代表接纳体衔接点的3端。这种保守序列模式GU-AG法则RNA的编辑类型：RNA编辑的重要生物学意义：校正作用 有些基因在突变的过程中丢失的遗传信息可能通过RNA的编辑得以恢复 ：调控翻译 通过编辑可以构建或去除起始密码子和终止密码子，是基因表达调控的一种方式 ：扩充遗传信息 能使基因产物获得新的结构核功能，有利于生物的进化核酶：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，特异性的剪切底物RNA分子，从而阻断基因表达不同的核酶具有不同的催化功能： 可以分为剪切型酶和剪接型酶两大类，：剪切型酶是只剪不接，能够催化自身的RNA或不同的RNA分子，切下特异的核苷酸序列。 ：剪接型酶具有序列特异的内切核酸酶、RNA连接酶等多种酶的活性，它既能切割RNA分子，也能通过转酯反应形成新的磷酸二酯键，连接切割后的RNA分子可译框架：这条由起始密码子开始，到终止密码子结束的核酸序列被称为可译框架遗传密码的性质：密码的连续性 ：密码的简并性 ：密码的通用性与特殊性三叶草形tRNA分子上有4根据它们的结构或者已知功能命名的手臂：受体臂 主要是由链两端序列碱基配对形成的杆状结构核3未配对的3-4个碱基所组成，其中3端的最后3个碱基序列永远是CCA，最后一个碱基的3或2的自由羟基可以被氨酰化 ：TC臂是根据3个核苷酸命名的，其中表示拟尿嘧啶，是tRNA分子所拥有的不常见的核苷酸：反密码子臂是根据位于套索中央的三联反密码子命名的 ：D臂是根据它含有的二氢尿嘧啶命名的不同的tRNA分子可以有74-95个核苷酸不等无意义突变：在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子，使蛋白质的合成提前终止，合成无功能或无意义的多肽。错意突变：由于结构基因中某个核苷酸的变化使一种氨基酸的密码变成另一种氨基酸的密码氨酰-tRNA合成酶：是一类催化氨基酸与tRNA结合的特异性酶核糖体有三个tRNA结合位点核糖体的小亚基负责对模板mRNA进行序列特异性识别，大亚基负责携带氨基酸及tRNA的功能包括肽键的形成、AA-tRNA、肽酰-tRNA的结合等原核生物翻译的起始需要的七种成分：30S小亚基 ：模板mRNA ：fMet-tRNAfMet：三个翻译起始因子，IF-1、IF-2和IF-3 ：GTP ：50S大亚基 ：Mg2+翻译的起始可以分为三步：30S小亚基首先与翻译起始因子IF-1，IF-3结合，通过SD序列与mRNA模板相结合 ：在IF-2和GTP的帮助下，fMet-tRNAfMet 进入小亚基的p位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对 ：带有tRNA，mRNA，三个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子肽链生成的三个步骤：后续的AA-tRNA与核糖体结合 ：肽键的生成 ：移位释放因子有两类：I类释放因子识别终止密码子，并能催化新合成的多肽链从P位点的tRNA中水解释放出来；：类释放因子在多肽链释放后刺激I类释放因子从核糖体中解离出来蛋白质生物合成的抑制剂主要是一些抗生素，如嘌呤霉素、链霉素、四环素、氯霉素、红霉素等。嘌呤霉素：是AA-tRNA的结构类似物，不需要延伸因子就可以结合在核糖体的A位上，抑制AA-tRNA的进入链霉素：是一种碱性三糖，可以多种方式抑制原核生物核糖体，能干扰fMet-tRNA与核糖体的结合，从而阻止蛋白质合成的正确起始，也会导致mRNA的错读原核基因调控分类：负控诱导 ：负控阻遏在负控诱导系统中，阻遏蛋白不与效应物结合时，结构基因不转录。在负控阻遏系统中，阻遏蛋白与效应物结合时，结构基因不转录。原核基因的调控的主要特点：可诱导调节 ：可阻遏调节 葡萄糖效应：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、阿拉伯糖或麦芽糖等诱导物，与其相对的操纵子也不会启动，不会产生出代谢的酶来。细菌的应急反应：细菌有时会碰到紧急情况，为了紧缩开支、度过难关，细菌将会产生一个应急反应，包括生产各种RNA、糖、脂肪和蛋白质在内的几乎全部的生物化学反应过程均被停止，实施这一应急反应的信号是鸟苷四磷酸和鸟苷五磷酸。产生这两种物质的诱导物是空载tRNA。当氨基酸饥饿时，细胞中便存在大量不带氨基酸的tRNA，这种空载的tRNA会激活焦磷酸转移酶，使ppGpp大量合成，其浓度可以增加10倍以上。ppGpp的出现会关闭许多基因，也会打开一些合成氨基酸的基因，以应对这种紧急情况大肠杆菌乳糖操纵子包括3个结构基因：Z、Y和A，以启动子、控制子和阻遏子等乳糖操纵子的控制模型：Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子所编码：该mRNA分子的启动区位于阻遏基因与操纵区之间，不能单独起始半乳糖苷酶和透过基因的高效表达：操纵区是DNA上的一段小序列，是阻遏物的结合位点：当阻遏物与操纵区相结合时，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，使之不能与操纵区相结合，从而激发lac mRNA的合成。这就是说，有诱导物存在时，操纵区没有被阻遏物占据，所以启动子能够顺利起始mRNA的转录色氨酸操纵子：阻遏蛋白与色氨酸相结合形成有活性的阻遏物，与操纵区结合并关闭trp mRNA转录负控阻遏系统：当培养基中色氨酸的含量较高时，它与游离的辅阻遏蛋白相结合，并使之与操纵区DNA紧密结合；当培养基中色氨酸供应不足时，副阻遏物失去色氨酸并从操纵区上解离，trp操纵子去阻遏。弱化子如何进行表达调控？：当培养基中色氨酸的浓度很低时，负载有色氨酸的tRNA也就少，这样翻译通过两个相邻色氨酸密码子的速度就会很慢，当四区被转录完成时，核糖体才进行到1区，这时的前导区结构式2-3配对，不形成3-4配对的终止结构，所以转录可以继续进行，直至将trp操纵子中的结构基因全部转录。：当培养基中色氨酸的浓度高时，核糖体可以顺利通过两个相邻的色氨酸密码子，在4区被转录之前，核糖体就到达2区，这样使2-3不能配对，3-4区可以自由配对形成茎-环状终止子结构，转录停止，trp操纵子中的结构基因被关闭而不再合成色氨酸。半乳糖操纵子：包括三个结构基因：异构酶（galE）、乳糖-磷酸尿嘧啶核苷转移酶（galT）、半乳糖激酶（galK）。这三个酶的作用是使半乳糖变成葡萄糖-1-磷酸半乳糖操纵子gal的两个特点：它有两个启动子，其mRNA可以从两个不同的起始点开始转录 ：它有两个O区，一个在P区上游 -73-67，另一个在结构基因galE内部阿拉伯糖操纵子：阿拉伯糖的降解需要三个基因：araB、araA和araD，它们形成一个基因簇，简写为araBAD。它们分别编码三个酶：araB基因编码核酮糖激酶，araA编码L-阿拉伯糖异构酶，araD编码L-核酮糖-5-磷酸-4-差向异构酶。mRNA自身结构元件对翻译起始的调节：14的大肠杆菌基因起始密码子为GUG，3为UUG，另外两个基因使用AUU。这些不常见的起始密码子以fMet-tRNA的配对能力较AUG弱，从而导致翻译效率降低 ：RBS的结合强度取决于SD序列的结构及其与起始密码AUG之间的距离 ：mRNA的二级结构也是翻译起始调控的重要因素真核基因调控可分为两大类：第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应 第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部过程。基因家族的分类：简单多基因家族 简单多基因家族中的基因一般以串联方式前后相连：复杂多基因家族 复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为单独的转录单位。 ：发育调控的多基因家族 DNA水平的调控是真核生物发育调控的一种形式，它包括了基因丢失、扩增、重排、移位等方式（存在于低等生物中）、DNA甲基化基因扩增：是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象基因扩增的代表：非洲爪蟾的卵母细胞基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录基因重排的代表：免疫球蛋白结构基因和T-细胞受体基因的表达，人血红蛋白基因表达也有这种现象DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因的表达。真核生物细胞中存在两种甲基化酶：一种被称为日常型甲基转移酶，另一种是从头合成型甲基转移酶，前者主要在甲基化母链指导下使处于半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化。后者催化未甲基化的CpG成为mCpG，它不需要母链指导，但速度很慢真核基因调控主要是在转录水平上进行的，受大量特定顺式作用元件和反式作用因子的调控启动子：核心启动子 指保证RNA聚合酶转录正常起始所必需的，最少的DNA序列，包括转录起始位点上游-30-25bp处的TATA盒 ：上游启动元件 包括通常位于-70bp附近的CAAT盒和GC盒，能通过TFD复合物调节转录起始频率，提高转录效率 ：RNA聚合酶 RNA聚合酶由至少1012个亚基组成，各亚基的相对分子质量在1x1042.4x105，有些亚基也在聚合酶、中共用顺式作用元件：真核生物启动子和增强子是由若干个DNA序列元件组成的，由于它们常与特定的功能基因连锁在一起，因此被称为顺式作用元件蛋白质复合物可分为三部分：参与所有或某些转录阶段的RNA聚合酶亚基，不具有基因特异性。 ：与转录的起始或终止有关的辅助因子，不具有基因特异性 ：与特异调控序列结合的转录因子DNA识别或结合域：螺旋-转折-螺旋结构 ：锌指结构 ：碱性-亮氨酸拉链 ：碱性-螺旋-环-螺旋 ：同源域蛋白 是否具有转录活化域成为了反式作用因子中唯一的结构基础原核生物中 营养状况和环境因素对基因表达起着举足轻重的影响。在真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平和发育阶段是基因表达调控的最重要的手段，营养和环境因素的影响力大大下降核糖体上有三个tRNA结合位点，分别成为A、P和E位点。其中A点是新到来的氨酰-tRNA的结合位点；P点是肽酰-tRNA的结合位点；E点是延伸过程中的多肽链转移到氨酰-tRNA上释放tRNA的位点引起链长度变化的主要是多余臂和D臂简述酶的代谢调节方式？：酶活性调节 在酶含量不变的情况下，通过改变酶的构象或结构来调节酶的活性，酶活性通过酶原激活，共价修饰，别构及聚合和解聚等机制进行调节，每个代谢途径都有限速步骤，催化限速步骤的酶为限速酶，其相对活性是可以调节的，别构酶则通过与效应剂可逆的结合调节其活性，代谢途径的终产物多为该途径别构抑制剂，底物则多为其别构抑制剂，迅速、灵活地调节酶活性，有些分歧代谢途径的限速步骤有一组同工酶催化，它们分别接受不同终止产物的反馈抑制，共价修饰调节酶通常同时存在无活性与有活性两种状态，通过可捏的酶促共价修饰互相转变，从而调节酶的总活力，且该酶多与级联放大相联系，是一种高效快捷的调节方式 ：酶含量的调节 通过调节其合成速度和降解速度来改变酶的含量，酶的合成主要在基因转录水平进行调节 蛋白质降解的意义？：基因突变 生物合成误差，自发变性，自由基破坏以及环境胁迫和疾病均可导致反常蛋白的产生，大多数反常蛋白必须被及时地降解清除，以免干扰正常的生命活动 ：通过对短寿命蛋白的降解可以维持细胞正常代谢和细胞增殖分化的基因表达 ：维持体内的氨基酸库的平衡 ：防御机制的组