现代分子生物学总结

第一章，基因结构和功能实体与基因组1 .基因定义基因(基因)是遗传物质的基础，是DNA (脱氧核糖核酸)分子中具有遗传信息的特定核苷酸序列的总称，具有遗传信息的DNA序列是具有遗传效应的DNA分子片段，是控制性状的基本基因单位，是指导蛋白质合成自身具有的遗传基因2、DNA修复DNA修复(DNA repairing )是细胞在DNA受损后的反应，该反应可能恢复DNA结构，重新执行原来的功能，但并不能完全消除DNA的损伤，有时细胞只能忍受这种DNA的损伤继续存活下去。 未能完全修复而残留下来的损伤，可能在适当的条件下出现(如细胞癌变)，但如果细胞不具备这种修复功能，就无法应对常见的DNA损伤事件，无法生存。 对于不同的DNA损伤，细胞可以有不同的修复反应。3、DNA损伤DNA损伤是复制过程中发生的DNA核苷酸序列发生永久性变化、遗传特征发生变化的现象。 状况分为substitutation (置换) deletion (删除) insertion (插入) exon skipping (外延跳跃)。DNA损伤的变化类型： a，点突变：指DNA上单一碱基的变异。 嘌呤替代嘌呤(a与g之间的相互替代)、嘧啶替代嘧啶(c与t之间的替代)称为过渡的嘌呤变异嘧啶或嘧啶变异嘌呤称为变压器vertion。 b，缺失：指DNA链上一个或一个核苷酸的消失。 c，插入：指DNA链中插入一个或一个核苷酸。 如果在蛋白质编码序列中缺失或插入的核苷酸数不是3的整数倍，则会发生引线帧位移，然后混乱所有翻译的氨基酸序列，被称为编码位移突变(frame-shift mutaion )。 d，反位或位错： (transposition)DNA链的重建反转一个核苷酸链的方向或从一个位置移动到另一个位置。 e、双链断裂：单倍体细胞单倍体断裂是致死性事件。4 .同源重组同源重组(HomologusRecombination )是发生在姐妹染色单体(sisterchromatin )之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子内的重组。 同源重组需要一系列蛋白质催化剂，例如原核生物细胞内的RecA、RecBCD、RecF、RecO、RecR等真核生物细胞内的Rad51、Mre11-Rad50等。 同源重组反应通常根据交叉分子和HolidayJunctureStructure的形成和分割，分为前联合体的阶段、联合体的形成和holiday结构的分割三个阶段。a .基因敲除基因敲除(geneknockout )是指在分子水平上设计结构已知但功能未知的基因，除去该基因，或用其他接近顺序的基因置换，观察实验动物整体，推测相应基因的功能。 这与早期生理学研究中常用的切除部分观察整体推断功能三种曲思想相似。 基因敲除可以中止某基因的表达，也包括导入新基因和导入定点突变。 可以用突变基因或其它基因敲除相应的正常基因，也可以用正常基因敲除相应的突变基因。b、根据转移法同源重组(homologousrecombination )是将外来基因定位在人受体细胞染色体上的方法，由于该座位上有与人基因相同的序列，因此通过单一或双重交换，新的基因片段可以替换有缺陷的基因片段，达到修正缺陷基因的目的部位特异性重组是在两条DNA链的特异性部位发生的重组，重组的发生需要同源序列的特异性部位(也称为附着点)的attachmentsite，att )和部位特异性蛋白因子的重组酶参与催化剂。 重组酶只能催化特异性部位间的重组，因此重组具有特异性和高度保守性。5 .碱性错配修复错配修复(mismatch repair，MMR ) :在含有错配碱基的DNA分子中，修复正常核苷酸序列的修复方式主要用于修复DNA双螺旋上错配的碱基对，插入或缺失由复制滑移产生的小于4nt的核苷酸MMR过程必须区分母链和子链，仅切除子链上错误的核苷酸，不切除母链上本来正常的核苷酸。 修复的过程是识别正确的链，切除错误的部分，通过DNA聚合酶和DNA连接酶的作用合成正确的双链DNA。6、基因组学基因组学(英语genomics )是研究如何利用生物基因组和基因的学问。 用于概括与基因制图、序列决定、基因组整体功能分析相关的基因单位。 该学科提供基因组信息和相关数据系统的利用，以解决生物、医学、工业领域的重大问题。 基因组研究包括以确定全基因组序列为目的的结构基因组学(structural genomics )和以基因功能鉴定为目的的功能基因组学(functional genomics )，又称后基因组(postgenome )研究，是系统生物学的重要方法。 基因组学的主要工具和方法包括生物信息学、遗传分析、基因表达测定和基因功能鉴定。第二章基因的结构性实体1、核酸分子核酸(Nucleic Acids )主要是位于核内的生物大分子，有助于携带和传递生物遗传信息。 DNA分子包含生物种类的所有遗传信息，为双链分子，多为链状结构的大分子，部分呈环状结构，分子量一般较大。 RNA主要负责DNA遗传信息的翻译和表达，是单链分子，分子量远小于DNA。 核酸存在于所有动植物细胞、微生物和病毒、噬菌体内，是生命最基本的物质之一，在生物生长、遗传、变异等现象中起着重要的决定作用。 核酸大分子分为脱氧核糖核酸(DNA )和核糖核酸(RNA ) 2种，在蛋白质的复制和合成中起着积累和传递遗传信息的作用。 核酸不仅在基本遗传物质中，在蛋白质的生物合成中也占有重要地位，在生长、遗传、变异等一系列重大生命现象中起着决定性作用。2、DNA的结构DNA是脱氧核糖核酸(英文简称Deoxyribonucleicacid )，又称脱氧核糖核酸，是染色体的主要组成部分，也是构成基因的材料。 DNA分子的双螺旋结构比较稳定。 这是因为在DNA分子的双螺旋结构的内侧，通过氢键形成的碱基对使2条脱氧核苷酸长链牢固并列。 另外，碱基对间的纵向相互作用进一步强化了DNA分子的稳定性。 各碱基对之间的这种纵向相互作用叫做碱堆力，这是芳香族碱基电子之间的相互作用引起的。 目前认为碱沉积力是稳定DNA结构的最重要因素。 而且，双螺旋外侧的负电荷磷酸基与正电荷阳离子的离子键可以减少双链间的静电排斥力，因此DNA双螺旋结构也有一定的稳定作用。 DNA分子根据碱基对的数量，碱基对的排列顺序发生千变万化，构成了DNA分子的多样性。 例如，拥有4万碱基对的DNA分子拥有的遗传信息有4种，即10种。 不同的DNA分子由于碱基对的序列顺序不同，每个DNA分子的碱基对都有特定的序列顺序，该特定的序列顺序包含特定的遗传信息，使DNA分子具有特异性。3、DNA的拓扑结构首先，以260 bp双点划线状的B-DNA为例，该DNA在松弛时螺旋数为25(260/10.4 )，首先循环连接后，松弛的循环DNA，处于最稳定的状态。 当线性DNA先松弛两个链并将其连接在一起以形成环时，可以形成两种环DNA，称为松弛链环DNA的另一个环DNA为超螺旋DNA，螺旋频率为25，并且有两个负超螺旋。 引入了拓扑参数1 .环数(Linking number ) :将双螺旋DNA中的一条链用右手缠绕在另一条链上的次数设为l (或者用表示)，其计数方法是使环DNA松弛时的螺旋的频率，必须是整数，右手的螺旋为正，左手的螺旋为负。2 .缠绕数：也就是说，DNA分子中的Watson-Crick螺旋频率可以用t表示(或用表示)，并且其数值必须可以直接在处于最稳定状态的双链环(或者超螺旋形式) DNA中的实际螺旋频率处进行计数但是，必须注意，只有在t形成双螺旋的区域，解锁部分的bp数与t的计算无关。 在一定长度的DNA双链中，出现解链的t值时减少。 260bp B-DNA双链的自然状态下的T=25，解除链的20%时的T=20。3 .超螺旋数或菜单数：使用表达式L=T W计算其数值，用w表示(或用表示)但不必是整数。 左手超螺旋为正，右手超螺旋为负(这一点将在后面说明)。4 .比环差：双链DNA的超螺旋密度。 用表示，用式=L - T/T或= - /表示。4、染色体和核小体染色体(Chromosome )是细胞内的遗传基因，易被碱性染料染成深色，又称染色质。 其本质是脱氧核糖核酸，核内由核蛋白组成，具有碱性染料染色结构，是一种遗传基因载体。 无性繁殖种中，生物体内所有细胞的染色体数相同，而有性繁殖的大部分种中，生物体的体细胞染色体成对分布，称为二倍体。 精子和卵子等性细胞是单倍体，染色体数目仅为体细胞的一半。 哺乳动物雄性个体细胞的性染色体对为XY，雌性为XX。 鸟类和家蚕的性染色体不同于哺乳动物：雄性为ZZ，雌性为ZW。染色体是细胞核上载有遗传信息的物质，在显微镜下呈圆柱状或棒状，主要由脱氧核糖核酸和蛋白质构成，由于细胞在有丝分裂的时期容易被碱性染料(如龙胆紫和醋酸洋红)着色而被命名。 无性繁殖种中，生物体内所有细胞的染色体数相同，而有性繁殖的大部分种中，生物体的体细胞染色体成对分布，称为二倍体。 精子和卵子等性细胞是单倍体，染色体数目仅为体细胞的一半。 哺乳动物雄性个体细胞的性染色体对为XY，雌性为XX。 鸟类和家蚕的性染色体不同于哺乳动物：雄性为ZZ，雌性为ZW。核仁(英文： Nucleosome，又称核体或核仁等)是构成真核生物染色质(精子染色质除外)的基本单位。 核小体是DNA和4对组织蛋白(共8个)的复合体，其中有H2A和H2B二聚体的两组和H3和H4二聚体的两组。 此外，H1还负责连接两个核小体的DNA。 核小体假说是1974年由DonOlins、AdaOlins、罗杰柯恩伯格等人首次提出的。 核小体是染色体的基本结构单元，由DNA和组蛋白组成，是染色质(染色体)的基本结构单元。 由4种组蛋白H2A、H2B、H3和H4组蛋白的各两分子形成组蛋白八聚体，约200bp的DNA分子缠绕在组蛋白八聚体组成的核心结构的外侧形成核小体。5、染色质构象状态(chromosome conformation capture，3c )用定量方法(有无PCR产物、产量高和低)研究DNA之间是否存在相互作用。 主要经过甲醛交联、限制酶切、稀释和连接、解交联、DNA纯化和PCR检定。 通过将与选择的2段DNA分别成对的引物进行1对PCR扩增，可以根据PCR产物的有无、产量的高低等判断相互作用的有无。6 .常染色质和异染色质常染色质：常染色质是指中间期核内染色质纤维的折叠压缩度低，处于伸展状态，用碱性染料染色时着色浅的染色质。 在常染色质中，DNA包装比约为1/2000-1/1000，即DNA的实际长度是染色质纤维长度的1000-2000倍。 构成常染色质的DNA主要是单一序列DNA和中等程度的重复序列DNA (组蛋白基因和tRNA基因等)。 常染色质并非所有基因都具有转录活性，处于常染色质状态是基因转录的必要条件，不是充分的条件。异色质：细胞周期中间期、早期或中晚期，或染色体或某些部分的固缩比其他染色体早或晚，其染色深或浅，具有该固缩特性的染色体称为异色质(heterochromatin )。 具有较强的嗜碱性，染色深，染色质丝包装紧，与常染色质相比，异色质是转录不活跃的部分，多在晚s期转录。 异染质分为结构异染质和功能异染质两种。 结构异色质是指各种细胞以全细胞周期处于凝聚状态的染色质，多位于着丝粒区、端粒区，含有高度重复顺序的脱氧核糖核酸(DNA )，被称为卫星DNA(satel-liteDNA )。第三章基因的功能实体1 .基因的功能基因具有调控遗传性状和活性调节的功能。 基因通过复制将遗传信息传递给下一代，通过调节酶的合成来调节代谢过程，调节生物的个体性状表达。 基因通过调控结构蛋白的成分，也可以直接调控生物性状。活体细胞的DNA分子有很多基因，但并不表现出各自的基因特征。 由于同一受精卵的发育而分化的同一人体不同组织的细胞，如肌肉细胞、肝脏细胞、骨细胞、神经细胞、红细胞、胃粘膜细胞等。 细胞的形状各不相同。 为什么会发生这种现象呢？原来细胞核中的基因在细胞一生中并非一直处于活性状态，也有转录状态，即处于活性状态的基因，此时基因打开或非转录状态，即基因关闭。 生物体发育期不同，基因活性也不同，且基因活性有严格的过程。 基因活性的严格过程是生命周期稳定的基础。 各种生物因细胞内基因具有独特的活性调节，呈现出不同的形态特征。2、顺逆因子顺式作用元件(cis-acting element )影响基因表达，但不编码RNA和蛋白质的DNA序列反式作用因子(trans-actingfactor )可以识别并结合特定顺式作用因子，以及影响基因转录的蛋白质和RNA3 .顺控元件顺控元件(cis-reg