分子生物学复习重点.doc

第一章 绪论1. 什么是分子生物学？2. 分子生物学的研究内容3.分子生物学简史1859 Darwin:1865 Mendel: Genetics1869 Miescher: discovered DNA1910,1916 Morgan: gene are on chromosomes1944 Avery:identified DNA as the material genes are made of 1953 Watson & Crick：DNA structure1958 Meselson & Stahl:semiconservative replication of DNA1961 Jacob et al: discovered mRNA1972 Berg: recombinant DNA in vitro1973 Cohen: first used plasmid to clone DNA1977 Gilbert & Sanger: sequence1986 Mullis: PCR1990 Watson et al: Lauched the HGP1997 Wilmut and collegues:Dolly1998- Bioinformatics,Proteomes(ome)第二章 染色体与DNA1.核酸的组成2 DNA的结构一级结构二级结构：A-form, B-form, Z-form，其他二级结构也有一定的了解稳定双螺旋结构状态的力，包括碱基对之间的氢键、碱基的堆集力、磷酸基团的静电斥力和分子内能。高级结构：正超螺旋、负超螺旋3 基因组 了解不同生物类基因组特点4. 染色体 对染色体的组成和结构有一定了解5. DNA的变性和复性Tm值，影响DNA复性反应的因素第三章 DNA的复制与修复DNA的复制复制的要点 1 半保留复制2 有起始点、终止点和方向复制如是单向进行的，基因频率在基因图上呈单向梯度，最高频率的基因和最低频率的基因是连锁的；双向复制，基因频率将以O点为中心出现双向梯度。3 半不连续复制DNA的复制可被分为三个阶段，即复制起始、延伸和终止。2.1 基本概念2.2 半保留复制2.3复制的起点、方向和速度2.4 复制方式2.5 DNA聚合酶2.5.1 原核生物： pol 与校读，修复有关小片段 5 3核酸 外切酶活性大片段 （Klenow片段）聚合活性、 3 5外切活性 常用的工具酶 pol pol 真正起复制作用的酶 由10种亚基组成的不对称二聚体，、组成核心酶聚合活性、3 5外切活性2.5.2真核生物（DNA-pol）： 与随从链的合成有关 核酸外切酶活性 与修复有关 存在于线粒体 与领头链的合成有关 与校读、修复和填补缺口有关2.6 原核生物和真核生物DNA的复制特点一、DNA双螺旋的解旋（一）解链酶(helicase) 领头链（前导链） rep蛋白 Dna B 随从链（滞后链） 解链酶（二）DNA拓扑异构酶（三）单链DNA结合蛋白（SSB）二、冈崎片段与半不连续复制三、DNA生物合成过程（一）复制的起始前导链合成滞后链合成(二 ) 复制的延长（三） 复制的终止领头链是不间断延长的，随从链是 生成一个个的冈崎片段，最后连接成一条完整的DNA链。pol 5 3外切酶活性水解引物pol聚合活性填补空隙DNA连接酶连接缺口。四、DNA复制的调控a) 影响因素 b) 严格的自我调控机制 c) 调控主要表现在复制的起始水平上突变与诱变 突变 复制的忠实性 物理诱变剂 化学诱变剂 直接诱变 间接诱变DNA损伤的分类紫外诱导的DNA结构变化DNA的修复错配修复 恢复错配碱基切除修复 切除突变的碱基核苷酸切除修复 修复被破坏的DNADNA直接修复 修复嘧啶二体或甲基化DNA第四章RNA的合成与加工1 概述转录是以DNA 为模板合成RNA。在体内，转录是基因表达的第一阶段并且是基因调节的主要阶段。从DNA合成反应的化学本质、极性和模板的使用这三方面来说，转录与复制是相同的但是，也存在三个主要不同点:A转录中不需要RNA引物；B 转录反应一般只用一小段DNA做模板；C在转录区，一般都只有一条DNA链可以作为模板，即转录是不对称的过程 。 每个RNA分子都是转录本（transcript），DNA上的转录区域称为转录单位（transcription unit)。转录的第一个核苷酸定义为转录单位的+1位。对应DNA链的紧接着上游的核苷酸为-1位，没有0位。催化转录的酶称为（DNA依赖的）RNA聚合酶。与DNA聚合酶不同，RNA聚合酶从头起始链的合成（没有引物）且不校正转录本。成功的转录需要RNA聚合酶作用于基因上游的顺式作用启动子位置。原核生物RNA聚合酶直接与DNA结合而真核生物需要其他蛋白在启动子处形成起始复合物。RNA聚合酶的结合效率受转录因子正或负的作用，还受转录因子与启动子结合或与更远的增强子（正）或沉默子（负）位点结合的影响。2.RNA聚合酶 细菌的RNA聚合酶，像DNA聚合酶一样，具有很复杂的结构。其活性形式(全酶)为15S，由5种不同的多肽链构成，按分子量大小排列分别为(155000)，(151000)，(7000)，(36500)和(11000)。每分子RNA聚合酶除有两个亚基外，其余亚基均只有一个，故全酶为 2(450000)(如下表)。真核生物RNA聚合酶的种类和性质种类 I型（或A） II型（或B） III型（或C） 线粒体（Mt型） 分子量 5.5105 6105 6105 6.46.8104 分布 核仁 核质 核质 线粒体 转录产物 5.8S、18S、 mRNA前体 tRNA前体 线粒体RNA 28S rRNA前体 5S rRNA对利福平敏感性 不敏感 不敏感 不敏感 敏感对鹅膏蕈碱的敏感性 不敏感 非常敏感 敏感 不敏感 3.启动子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准确地相结合并具有转录起始的特异性。它包括一些保守顺序，其中最重要的顺序称TATA (box)盒子。 启动子的共同顺序 将100个以上启动子的顺序进行比较，发现在RNA合成开始位点的上游大约10bp和35bp处有两个共同的顺序，称为-10和-35序列。这两个序列的共同顺序如下: -35区 “TTGACA” -10区 “TATAAT” 大多数启动子均有共同顺序(consensus sequence)，只有少数几个核苷酸的差别。 启动子中的10和-35序列是RNA聚合酶所结合和作用必需的顺序。但是附近其他DNA顺序也能影响启动子的功能。例如，在核糖体RNA合成的起始位点的上游50到150核苷酸之间的顺序就是对启动子的完全活性所必需的。4原核生物转录过程1. RNA合成的起始2.因子的解离3.DNA的解链和重复螺旋化4.RNA合成的终止 a. 依赖于因子的终止b. 不依赖于 因子的终止5 真核生物的转录过程一 转录的特点RNA合成不同于DNA合成之处主要有：1. RNA聚合酶不需要引物。 2. RNA聚合酶没有核酸酶的活性，在RNA合成过程不起较对作用。 3转录是不对称的，即仅用DNA双链中某一条链作为模板进行转录。有时是这条链的某区段，有时是另一条链的某区域具有模板作用。通常将模板链称为反意义链，将其互补链称为有意义链或编码链。 4转录后DNA模板成分无改变。 5. 对于一个基因组来讲，转录只发生在一部分基因，而且每一个基因的转录都受到相对独立的控制。二、真核生物的转录过程（一）转录起始前（二） 与转录启动相关的cis-factors（三）转录的基本过程1起始阶段2. RNA链的延长3. RNA合成的终止（四）几种RNA的合成特点1mRNA的合成2. rRNA的合成 3. 5S RNA 和tRNA的合成（五）原核生物与真核生物mRNA的特征比较原核生物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 AUG上游7-12nt处有一SD序列(Shine-Dalgarno sequence)，与16S rRNA 3 端反向互补6 转录后核糖核酸的加工过程几乎所有真核生物RNA转录的初级产物都需经过一系列变化后才能生成具有生物活性的RNA分子。这一系列变化过程称为转录后的RNA加工(RNA processing)。加工过程包括核苷酸部分水解、连接反应、末端核苷酸“戴帽”、“接尾”，以及核苷的修饰。一、信使RNA的加工 二. 核糖体RNA的加工三. 转移RNA的加工第五章 蛋白质的生物合成1 遗传密码的破译一、遗传密码的破译二、遗传密码的性质1.密码的简并性 64个密码子中同，61个是编码氨基酸的密码子，另外三个即UAA（ochre，赫石密码）、UAG（amber，琥珀密码）和UGA（opal，蛋白石密码）为终止密码。 61个密码子编码20个氨基酸。2. 密码的普遍性与特殊性适用于所有生物，但有例外。3.密码子和反密码子的相互作用Wobble hypothesis2 tRNARNA的结构 RNA的一级结构是由数量极其庞大的四种核糖核酸（AMP、GMP、CMP、UMP）按一定顺序，通过3，5磷酸二酯键连成的线形分子，其表示方法与DNA相同。 RNA的二级结构是短的，不完全螺旋的多核苷酸链。 RNA的三级结构是在茎环结构基础上进一步扭曲折叠而成的复杂结构。（一） tRNA的结构1.tRNA的一级结构2.tRNA的二级结构三叶草结构tRNA的二级结构都呈三叶草形，具有四臂四环。双螺旋区构成了叶柄（臂），突环区好象是三叶草的三片小叶。（1）氨基酸臂：由7对碱基组成，富含鸟嘌呤，末端为CCAOH ，可接受活化的氨基酸。（2）二氢尿嘧啶环：由8-12个核苷酸组成，具有两个二氢尿嘧啶。通过3-4对碱基组成的双螺旋区（也称尿嘧啶臂）与tRNA分子的其余部分相连。（3）反密码环：由7个核苷酸组成。环中部为反密码子，由3 个碱基组成。次黄嘌呤核苷酸常出现于反密码子中。反密码环通过由5对碱基组成的双螺旋区（反密码臂）与tRNA的其余部分相连。反密码子可识别信使RNA的密码子。(4)额外环：由3-8个核苷酸组成。不同的tRNA具有不同大小的额外环，所以是tRNA分类的重要指标。 (5)假尿嘧啶核苷-胸腺嘧啶核糖核苷环（TC环）：由7个核苷酸组成，通过由5 对碱基组成的双螺旋区（ TC臂）与tRNA的其余部分相连。3. tRNA的三级结构倒L形结构（三）tRNA的种类3 rRNA和核糖体1. 核糖体的组成 2.核糖体的结构4 氨基酸的活化1 氨基酸的活化反应2. 氨酰tRNA合成酶(aaRS)5 原核生物的蛋白质生物合成蛋白质的生物合成包括氨基酸活化、肽链合成的起始、肽链合成的延伸和肽链合成的终止等主要过程；此外，还应包括肽链的折叠和加工。一、肽链合成的起始1.三元复合物2.30S前起始复合物(30S pre-initiation complex)的形成3. 70S起始复合物(70S initiation complex)形成。SD(Shine-Dalgarno)顺序的作用在mRNA分子中起始密码子的上游8-13个核苷酸处有一段富含嘌呤核苷酸的顺序，它可以与30S亚基中的16SrRNA3端富含嘧啶的尾部互补，形成氢键结合，因此有助于mRNA的翻译从起始密码子处开始。上述mRNA分子的序列特征1974年由J.Shine和L.Dalgarno发现，故称为SD顺序。后来在E.coli的多种mRNA分子中证实均存在SD顺序。二、肽链合成的延长1.进位:2.肽键形成3.脱落4.移位:三、肽链合成的终止1. mRNA上肽链合成终止密码子UAA(亦可以是UAG或UGA)已在核蛋白体的A位点上出现。终止因子用以识别这些密码子，并在A位点上与终止密码子相结合，从而阻止肽链的继续延伸。2. 终止因子可能还可以使核蛋白体P位点上的肽酰转移酶发生变构，酶的活性从转肽作用改变为水解作用，从而使tRNA所携带的多肽链与tRNA之间的酯键被水解切断，多肽链从核蛋白体及tRNA释放出来。3. 核蛋白体与mRNA分离; P位上的tRNA和A位上的RF亦脱落。核蛋白体分离为大小两个亚基的反应需要起始因子(IF3)的参与。6 真核生物蛋白质生物合成一、真核生物蛋白质合成的起始因子二、真核生物蛋白质生物合成的起始三、肽链的延长和终止7 蛋白质的转运蛋白质转运可分两大类： 若某个蛋白质的合成和运转是同时发生的，则属于翻译运转同步机制 若蛋白质从核糖体上释放后才发生运转，则属于翻译后运转机制一、蛋白质转运途径二、翻译转运同步机制信号序列 信号识别颗粒 停泊蛋白 信号序列受体三、翻译后转运机制第六章 原核基因的表达调控2 基本概念基因表达调控诱导和阻遏表达管家基因、奢侈基因组成型表达、诱导型表达阻遏蛋白、激活蛋白诱导物（inducer），辅助阻遏物（corepressor）。安慰诱导物(gratuitous inducer)：指的是与转录调控中实际诱导物相似的一类高效诱导物，但不是该诱导酶的底物。3 操纵子学说34 乳糖操纵子1阻遏蛋白的负调控2 CAP的正调控6 色氨酸操纵子第七章真核生物的基因表达调控1、 真核基因表达调控的特点2、 转录水平的调控1. 顺式作用元件概念：影响自身基因表达活性的DNA序列。非编码序列启动子、增强子、沉默子 启动子：TATA盒，-25bp上游启动子元件(upstream promotor elements,UPE)：CAAT 盒，-75bp；GC序列等增强子(enha