(已整理)现代分子生物学复习要点和习题

第一章简介分子生物学分子生物学的基本含义(P8)分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态和结构特征、其重要性、规律性、相互关系的科学，从人类在分子水平上实际揭示生物世界的奥秘，被动地适应自然界的变化，转变为主动地改造和重构自然界的基础学。分子生物学与其他领域的关系分子生物学是生物化学、生物物理学、遗传学、微生物学、细胞学、甚至信息科学等多门学科相互渗透、融合和发展，凝聚了具有不同学科专门知识的科学家们的共同努力。它虽然来自上述各学科，但已经形成了独立的理论体系和研究手段，成为一门独立的学科。生物化学和分子生物学有最密切的关系：生物化学是从化学角度研究生命现象的科学，重点研究生物体中各种生物分子的结构、变化和新陈代谢。传统生物化学的中心内容是代谢，包括葡萄糖、脂质、氨基酸、核苷酸、能量代谢等与生理功能的联系。分子生物学重点揭示了生命的本质。-主要研究生物聚合物核酸和蛋白质的结构和功能，生命信息的传递和调节等。细胞生物学和分子生物学也与：密切相关。传统的细胞生物学主要研究细胞和小器官的形态、结构和功能。现代细胞生物学的发展越来越多地使用分子生物学的理论和方法，因为探索构成细胞的分子结构比只观察替代结构更深入地了解细胞的结构和功能。分子生物学从研究各生物分子的结构开始，但各分子不能独立发挥功能，生命并不是任意添加或混合各成分，分子生物学还需要在一定程度上研究各生物分子之间高水平的组织和相互作用，特别是细胞整体反应的分子机制。第一章引言1859年发表了物种起源，证实了“自然选择、适者生存”的进化论思想。智力：物种的变异归因于自然环境和生物群体的生存竞争，彻底否定了“创造说”。达尔文第一次认识到了生物世界的不连续性.意义：达尔文关于生物进化的理论及其唯物主义的物种起源理论是生命科学史上最伟大的创造之一，并作出了不可磨灭的贡献。细胞理论的建立及其意义德国植物学家施莱登和动物学家施旺共同提出，所有的植物和动物都是由细胞组成的，细胞是所有动植物的基本单位。古典遗传学两个基本定律：统一法：两种不同的植物杂交时，下一代可能与亲本中的一种完全相同。分离定律：如果不同植物品种的F1代种子重新杂交或自交，下一代就会按一定比例分离，形成不同的形态。1865年宣布植物杂交试验，直到1900年才再次被发现。孟德尔被广泛认为是古典遗传学的创始人。现代遗传学摩根及其助手首次将表现出某种特性的基因与染色体联系起来，使科学界广泛了解染色体的重要性，并接受了孟德尔的遗传学原理。摩根说，特别是生菌质量必须由特定的独立因素构成。我们称这些因素为遗传因子或基因。第二节分子生物学发展简史准备和酿酒阶段(19世纪后半期至1950年代初)对生活本质认识的两大突破：已确认蛋白质是生活的主要基本物质。决定生物遗传的物质基础是DNA现代分子生物学的建立和发展阶段(20世纪50年代初至70年代初):是1953年沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构模型是现代分子生物学诞生的里程碑，开创了分子遗传学基本理论建立和发展的黄金时代。本期间的主要进展如下：建立基因信息传递中心规则对蛋白质结构和功能的进一步了解发现DNA双螺旋的重要性：核酸是作为信息分子的结构基础而建立的。碱基对是核酸复制、基因信息传递的基本方式。因此，最终确定核酸是遗传物质基础，为核酸和蛋白质的关系及其作用奠定了最重要的基础。1954年，Crick提出的中心定律：对生命本质的初步了解和生命深化发展阶段(20世纪70年代以来的现在)以基因工程技术的出现为标志。期间的主要成就是：重组DNA技术的建立与发展基因组研究进展单克隆抗体和基因工程抗体的建立和发展基因表达调控机制细胞信号转导机制研究成为新的前沿领域。第三节分子生物学的主要研究内容I. DNA重组技术(recombinant DNA technology)定义：这种生物也称为遗传工程，根据分子生物学和遗传学的原理，把一种生物的遗传物质DNA转移到另一种终身的物体上，获得新的遗传性状或表达所需的产物。DNA重组技术的应用：利用微生物基因工程进行重组基因工程药物、转基因植物和动物体细胞克隆、基因表达和调控的基础研究。二.生物大分子的结构功能三.基因组、功能基因组和生物信息学研究基因组、蛋白质组和生物信息学基因组(Genome):细胞或有机体一个完整单体的全部染色体遗传物质的总和。人类基因组计划(Hgp):测量人类基因组中所有DNA3109碱基对的碱基序列，确定大约5-10万个人类基因的初级结构。基因组、蛋白质组和生物信息学蛋白质组计划：也称为后基因组计划或功能基因组计划，用于揭示和阐明细胞、组织甚至整个生物体中的所有蛋白质及其功能。生物信息学：是生命科学研究中使用计算机作为工具存储、检索和分析生物信息的科学。四。基因表达调控研究第二章染色体和DNA本章的内容1.染色体2.DNA的结构3.DNA的复制原核和真核DNA复制特性5.DNA修复6.DNA的旋转石第一条染色体(chromosome)概念：染色体：真核细胞分裂中期的染色质。现在这个概念扩大到包括原核生物和小器官在内的基因载体的统称。染色质(chromatin):由DNA和蛋白质组成，在分割期间染色体结构松散，称为染色质。事实上，染色质和染色体只是不同细胞周期中同一物质的表达。抗染色质(euchromatin):活跃转录的部位，松散环，在电子显微镜下显示为浅染色，容易被核酸酶部分敏感部位分解。Heterochromatin: interval core中的冷凝、非转录活性、遗传惰性区域，也称为非活性染色质(inactive chromatin)。细胞周期中后期复制，出现了早期冷凝，即异种收缩现象(heteropycnosis)。原核细胞和真核细胞特性分析染色体特性：分子结构比较稳定亲子，可以自我复制，以保持子系之间的连续性可以指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程可以产生可遗传的变异真核细胞染色体的组成Dna 30%-40%希斯顿30%-40%非组蛋白(NHP)发生了很大变化少量RNA染色体上的蛋白质组蛋白：与DNA亲和力高、正电荷丰富的小核蛋白。组蛋白是与DNA一起构成核体的染色体的结构蛋白。组蛋白分为H1、H2A、H2B、H3和H4。非组蛋白：染色体中与特定DNA序列结合的蛋白质，也称为序列特异性DNA结合蛋白。组蛋白具有以下特性：1、进化的极端保守性。2、非组织特异性。3、肽链氨基酸分布的不对称性。4、组蛋白修饰。5、赖氨酸丰富的组蛋白H5。非组蛋白：无组蛋白占组蛋白总量的60-70%左右，种类很多。(1)与HMG蛋白(high mobility group protein)、DNA结合(不牢固)、H1作用或DNA超高效结构有关。(2)DNA结合蛋白：可能是DNA的克隆或转录相关的酶或调节物质。(。(3)A24非组蛋白：几乎类似H2A，位于核体内，功能不全。非组蛋白常规特性：1.非组蛋白多样性；穆希斯顿的数量约为60%到70%，但其种类在20-100种中多了15-20种。非组蛋白组织特异性及物种特异性。DNAc值：通常是指一种生物单倍体基因组DNA的总量。c值异常现象：真核细胞基因组的最大特征是包含了很多重复序列，功能DNA序列大部分分为不编码蛋白质的非功能DNA，这是以“c值异常现象”着称的。染色体的DNA根据DNA的流行病学研究，真核细胞DNA可以分为：高重复序列：数百数十万份拷贝。卫星DNA和微型卫星DNA。中间重复序列：10 数百份拷贝。各种rDNA、tDNA和组蛋白基因。低重复序列：2 10 copy。例如：血红蛋白。单拷贝序列：编码蛋白质的大部分结构基因和基因之间的间隔序列。只有一个副本。蛋清蛋白。染色体折叠DNA核小体螺线管汽缸超螺旋(1)核体染色质纤维长丝是许多核球连接的念珠结构。核糖体(nucleosome):DNA围绕希斯顿八聚体(H2A，H2B，H3，H4的每一对)核心外的1.8周(146bp)，形成原子核粒子。(2)螺线管10纳米染色质长丝缠绕在螺旋的30纳米纤维上通称螺线管(solenoid)。螺线管中的每条螺旋都包含6个压缩比为6的核糖体。这种螺线管是分裂间隔染色质和分裂中期染色体的基本成分。(3)上述螺线管可以进一步压缩以形成超螺旋。由30纳米螺线管缠绕以创建直径为4，000nm、压缩比为4 0的细长中空圆柱体。(4)超螺旋进一步压缩1/5，成为染色体单体，总压缩比为76405，几乎是1万倍。原核基因组特征：1、简单的结构2、转录单元多sis mRNA存在有重叠的基因Sanger1977在Nature中公布X174 DNA的整个核苷酸序列，正式发现了重叠基因。第二节DNA的结构第一，DNA的一级结构DNA的主要结构指四种核苷酸的连接及其排列顺序，表示DNA分子的化学组成。基本特征DNA分子是用两个相互平行的脱氧核苷酸长链缠绕而成的。DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，形成基本骨架，碱基在内部排列。双链碱基通过氢键形成碱基对，其构成有一定的规律。这就是嘌呤和嘧啶对，腺嘌呤(a)只能与胸腺嘧啶(t)配对，鸟嘌呤(g)只能与胞嘧啶(c)配对。2，DNA的二级结构DNA的二次结构是指两个多核苷酸链反向平行衰变产生的双螺旋结构。一般来说，DNA的二级结构分为两类。一个是右手螺旋，例如A-DNA或b-DNA。另一类是左撇子螺旋，即Z-DNA。3、DNA的高级结构DNA的高级结构进一步扭曲了DNA双螺旋形成的特定空间结构。超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式，可以分为正超螺旋和负超螺旋两类。DNA分子的超螺旋化可以用数学公式表示：L=T W其中l是连接数，是环形DNA分子中两条链相交的次数。除非发生链断裂，否则l为常数。t是双螺旋的“圈数”(twisting number)，w是超级螺旋数，它们是变量。2.3DNA复制2.3.1 DNA半保存复制机制2.3.2引用的起点、方向和速度2.3.3复制的几种主要方法第一，DNA的复制1、DNA半保存复制这种复制方法称为DNA的半保存复制，因为每一个子成分分子的一股来自亲代DNA，另一股是新合成的。DNA的这种半保存复制保证了DNA在新陈代谢中的稳定性。2、复制的起点和方向一般将生物体的复制单位称为复制者。复制器只有一个复制起点。多路转换器：复制DNA通常只有一个起始位置，而真核生物有多个起始位置，因此复制时表示多个复制气泡，这也称为多路转换器。DNA的复制主要是从固定的起点进行双向等速复制(图2-18)。复制叉按照DNA分子中的特定顺序在两个方向以一定的速度生长。拓扑异构酶I:拓扑异构酶I解负超螺旋，与链酶协同工作，在复制的起点解双链。除了参与解锁的解锁酶套装外，还有Dna蛋白等。DNA分解酶：通过ATP水解，DNA分解酶可以获得解密双链DNA的能量。单链结合蛋白(SSB蛋白质):SSB蛋白质保持单链结构，直到被分解的单链复制完成为止。它们以四量形式存在于复制叉上，在单链复制之前分开循环。因此，SSB蛋白质只保留单链的存在，而不释放链的作用。3、DNA的半不连续复制和冈崎片段在DNA复制过程中，短时间内合成的约1000个核苷酸大小的片段称为Okazaki片段(Okazaki fragment)在DNA复制过程中，至少有一条链先合成短片段，然后由结合酶结合成大分子DNA。据悉，现在普通原核生物冈崎的片段更长，在真核生物中更短。还进一步发现，此前导链的连续复制和延迟链的不连续复制在生物界普遍存在，这称为双螺旋的半不连续复制。DNA链的延伸：DNA复制物：在复制叉附近，DNA聚合酶前酶分子，由引发体和解链酶组成的核糖体大小相似的