分子生物学总结

1、第1节 基因基因：含有生物信息的DNA片段，根据这些生物信息可以编码具有生物功能的产物，包括RNA和多肽链。2、 DNA的结构特点及性质1.一级结构：核苷酸的排列顺序；DNA(脱氧核苷酸)是由三种大分子组成:碱基:嘌呤（腺嘌呤，A;鸟嘌呤，G）嘧啶（胞嘧啶，C；胸腺嘧啶，T）.脱氧核糖.磷酸脱氧核苷:由戊糖和碱基以C-N糖苷键连接而成。糖都是通过糖的异头碳和嘧啶的N-1或嘌呤的N-9之间形成的N-糖苷键与碱基连接脱氧核苷酸:脱氧核苷+磷酸.脱氧核苷一磷酸可以进一步磷酸化,形成脱氧核苷二磷酸和脱氧核苷三磷酸。三、DNA的空间结构（一）双螺旋结构嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基对，且A只和T配

2、对、C只和G配对，这种碱基之间的一一对应的关系就叫碱基互补配对原则。DNA分子的结构特点1）DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋成双螺旋结构。2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基在内侧。3）两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。DNA分子的特异性就体现在特定的碱基(对)排列顺序中。DNA分子的结构特性稳定性：DNA分子规则的双螺旋结构是稳定不变的多样性：DNA分子中碱基对的排列顺序千变万化。特异性：特定的DNA分子具有特定的碱基

3、排列顺序。（2） DNA的三级结构超螺旋超螺旋的意义：紧密，体积更小；能影响双螺旋的解链程序，因而影响DNA分子与其它分子之间的相互作用。（3） 染色体的结构真核生物染色体DNA成线性，DNA双链盘绕在H2A,H2B,H3，H4组成的组蛋白表面形成核小体。染色质的基本结构单位。核小体组成染色质丝-多级螺线管模型。染色质丝与非组蛋白结合成高度压缩的染色单体染色质(chromatin)是指间期细胞内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质存在的形式。染色体(chomosome)是指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，由染色质聚缩而成的棒状结构。4、 DNA的理化性质

4、(1)DNA是酸性大分子.(2)在260nm下有最大吸收值(OD260). (3)变性、复性. (4)杂交.1.DNA的变性(denaturation):变性作用是核酸的重要性质；是核酸双螺旋区的氢键断裂，变成单链；核酸变性不涉及共价键的断裂；核苷酸骨架上35磷酸二酯键的断裂称核酸的降解。变性特征：生物活性部分或全部丧失。粘度下降。浮力密度升高。紫外吸收增加（增色效应）变性因素:加热。pH（>11.3或<5.0）。变性剂（脲、甲酰胺、甲醛）解链温度(Tm):使50%的DNA发生变性时的环境温度。简单常用的计算方法： Tm值4*(GC)2*(AT) 如：ATGGTACATGACCTA

5、GCTAAGC 其Tm=4*10+2*12=64Tm值的大小主要与下列因素有关:（1）DNA的均一性；（2） G-C的相对含量: (G+C)%=(Tm-69.3)×2.44。（3）介质离子强度低,Tm低.溶液中离子浓度越大、电荷数目越多，离子强度越大。（4）高pH下碱基去质子而丧失形成氢键的能力（5）变性剂如甲酰胺、尿素、甲醛等破坏氢键,妨碍碱基堆积,使Tm下降2. DNA的复性(renaturation)：在适当条件下,变性DNA的两条互补链再恢复成天然的双螺旋结构的过程。影响复性的因素:序列简单的分子复性快,如poly(dT)和poly(dA)DNA片段愈大,扩散速度愈低,复性慢

6、 离子强度有利于复性DNA浓度复性3.核酸分子杂交(hybridiazation):应用核酸分子的变性和复性的性质,使来源不同的DNA(或RNA)片段,按碱基互补关系形成杂交双链分子。杂交双链可以在DNA与DNA链之间,也可在RNA与DNA链之间形成。核酸分子杂交技术：用标记的核酸探针(已知序列)检测样品中未知的核酸序列的方法。探针:放射性同位素或荧光标记的DNA或RNA片段 核酸分子杂交的应用：研究DNA分子中某一种基因的位置；定两种核酸分子间的序列相似性；检测某些专一序列在待检样品中存在与否；是基因芯片技术的基础 。常用的标记物：（一）放射性标记物： 32P、35S、14C、125I、13

7、1I特性：检测特异性强，灵敏度高；不影响碱基配对的特异性和稳定性；易造成放射性污染；半衰期短，不能长时间存放。检测：放射自显影检测杂交信号放射线可以在X射线片上成影（2） 非放射性标记物常用的标记物：生物素(biotin) 地高辛(digoxigenin)光生物素标记方法： 先将标记物预先连接到dNTP上，再用切口平移、随机引物等方法参进探针。 优点：无环境污染，可较长时间贮存。 缺点：灵敏度较放射性探针差。非放射性探针检测方法。不能直接检测，分两步：偶联反应和显色反应。偶联反应：利用抗原抗体反应第2节 真核生物基因结构及特点真核生物基因组结构与功能的特点1、 基因组通常比较大；2、含有内含子

8、序列；3、含有大量重复序列;4、真核基因由一个结构基因与相关的调控区组成，转录产物为单顺反子。2、 结构基因：决定合成某一种蛋白质或RNA分子结构相应的一段DNA。其功能是把携带的遗传信息转录给mRNA，再以mRNA为模板合成具有特定氨基酸序列的蛋白质或RNA。结构基因包括四个区域：编码区，包括外显子和内含子；前导区，位于编码区上游，5端非编码区；尾部区，3端非编码区；调控区，包括启动子和增强子；3、外显子（exon）：真核生物基因的一部分，在剪接后被保存下来，在蛋白质生物合成过程中被表达为蛋白质。4、内含子（intron）：在转录后的加工中，从最初的转录产物除去的内部的核苷酸序列。5、启动子

9、：是RNA聚合酶特异性识别和结合的DNA序列，位于结构基因转录起始点的上游-25bp处，本身不被转录。启动子必须与转录因子结合才能被RNA聚合酶识别与结合。6、增强子：是一段DNA序列，其中含有多个能被反式作用因子识别与结合的顺式作用元件，能调控（常为增强）邻近基因的转录。一般位于转录起始点上游-100-300bp处，但在基因外或某些内含子中也有增强子序列。负增强子（negative enhancer)又称沉默子，负调控序列。7、终止子与加尾信号：结构基因的最后一个外显子中有一个保守序列AATAAA与下游一段GT丰富区或T丰富区共同构成polyA加尾信号。与RNA聚合酶结合的延长因子能识别这种

10、结构并与之结合，然后在AAUAAA下游1030个碱基的部位切断RNA并加上polyA 尾巴。8、假基因：具有与功能基因相似的序列，但由于有许多突变以致失去了原有的功能，不能表达出有功能的产物，所以假基因是没有功能的基因，常用表示。9、基因超家族：指核苷酸序列或编码产物的结构具有一定程度同源性的一组基因。10、重复序列：非编码序列占人类基因组的95%以上；除内含子、调控序列以外，重复序列居多；重复序列与基因组的稳定性、组织形式及基因的表达调控有关；根据出现的频率不同可以分为高度重复、中度重复及单拷贝序列。高度重复序列：重复次数>105的DNA序列如卫星DNA和反向重复序列。中度重复序列：重

11、复次数为101105。单拷贝序列：大多数编码蛋白质的结构基因属这一类11：重复频率的多少/突变会形成/失去限制性内切酶识别位点，用限制性内切酶消化不同个体同一DNA片段时会产生不同长度的DNA片段，这种方法称限制性片段长度多态性技术第二章 人类基因组基因组：细胞或生物体全部的遗传物质。基因组学：研究基因组的结构与功能。结构基因组学：以全部基因组测序为目标，研究基因、基因组结构、基因作图和基因定位。功能基因组学：以基因功能鉴定为目标，研究不同序列结构的功能、基因的相互作用，基因表达及调控。一、人类基因组的特点1、人类基因组包含30亿个碱基对.2、人类基因组含3-3.5万个基因.3、基因的编码序列

12、仅占全基因组序列的3%.4、存在多基因家族和超基因家族现象。5、存在假基因现象。6、50%DNA序列为重复序列。重复序列包括高度重复序列 (重复106)和中度重复序列 (重复10-105, 占人类 总基因35%)。卫星DNA和反向重复序列属高度重复序列。7. 重复序列具有多态性。人类基因组计划最终目的是测定基因组的全部序列，弄清整个基因组的结构、功能及其表达产物，彻底了解人类生命活动本质。HGP对人类基因组研究结论：:基因数量少得惊人,只3.5万个.人类基因组中存在“热点”和大片“荒漠”.三分之一为“垃圾”DNA.男性基因突变比例更高.HGP的划时代意义：“人类基因组计划”大规模测定DNA序列

13、工作的完成，宣告“后基因组时代”的开始，功能基因组学和蛋白质组学研究成为新的生命科学前沿.三、单核苷酸多态性(SNP)及 单倍体型图(Hapmap)1、SNP概念： 是指基因组序列中的单核苷酸(A,T,C或G)改变时发生的DNA序列多态性。(在基因组中，不同个体的DNA序列上的单个碱基的差异被称作单核苷酸多态性)SNPs来源于家系历史上的点突变的积累。SNPs的分类从等位基因个数上分：二态SNP；多态SNP从基因功能角度分：编码区SNP（cSNP）（1）同义(synonymous)SNP: SNP所致的编码序列的改变并不影响其所翻译的蛋白质的氨基酸序列。（2）非同义(non-synonymou

14、s)SNP:指碱基序列的改变使蛋白质序列发生改变，从而影响了蛋白质的功能。 非编码区SNP最小等位基因频率 (Minor Allele Frequency, MAF):通常是指在给定人群中不常见的等位基因发生的频率，例如TT，TC，CC三个基因型，在人群中C的频率=0.36，T的频率=0.64，则等位基因C就为最小等位基因频率，MAF=0.36。Hapmap计划将MAF>0.05的SNPs作为首要研究目标，MAF广泛应用于复杂疾病的全基因组关联研究。2. SNP的功能（1）启动子区域的SNP: 调控基因转录； （2）编码区的SNP: 影响蛋白的功能；（3）内含子和非翻译区的SNP: 可能

15、影响mRNA的剪接。3. SNP的特点4. SNP研究方法：RFLP；测序；Taqman；芯片。考虑因素：准确度；通量；时间花费6.单体型图谱 (HapMap)HapMap是Haplotype Map 的简称，Haplo意为单一，在基因组中专指来自父母的一对染色体中的一条。Haplotype就是单条染色体中的一段，是描述遗传差异的一种主要方式。HapMap是人类基因组中常见遗传多态位点的目录，它描述了这些变异的形式、在DNA上存在的位置、在同一群体内部和不同人群间的分布状况。HapMap计划并不是利用HapMap中的信息来建立特定的遗传变异与某一疾病之间的联系，而是为其他研究者提供相关信息使之

16、能够将遗传多态位点和特定疾病风险联系起来，从而为预防、诊断和治疗疾病提供新的方法。第3章 DNA的复制和修复(一)、DNA复制：在细胞分裂过程中，以亲代DNA为模板合成子代DNA分子的过程称为DNA复制(DNA replication)。双螺旋的每一条DNA链都可以作为模板合成一条与其互补的DNA链，从而形成两条与其完全相同的子链。（二）、DNA的复制方式半保留复制当DNA复制时，DNA解螺旋，双链彼此分开，均可作为模板；碱基互补配对原则组成两条新的多核苷酸链，一个DNA分子复制成两个同样的DNA分子。其中一股单链是从亲代完整地接受。 另一股单链完全重新合成，且按碱基配对原则互补。（三） DN

17、A 的半不连续复制DNA、RNA：合成方向53。一条链合成方向与复制叉同向，按53方向连续复制前 导链冈崎片段：模板DNA中53走向的单链，在复制过程中，DNA聚合酶随着复制叉的打开，一小段一小段地合成新链，这条新链被称为随从链(滞后链)，随从链的复制有多个起始点，每个起始点按53方向合成一小段DNA，这些小片段称为冈崎片段。 （4） DNA复制的酶系1、 解旋解链酶：1） 拓扑异构酶（Topo，解超螺旋酶）：解开DNA超螺旋Topo ：在DNA的特定部位将双链中的一条切开，使链的末端沿螺旋轴松解的方向转动，然后将切口封闭，使DNA分子呈松弛状态。(不需要ATP供能)。Topo :将DNA特定

18、部位的两条链均切开，在无ATP存在时，使DNA分子去除负超螺旋，变为松弛状态。在有ATP供能时，可形成负超螺旋。2） 解链酶（解螺旋酶）：解开碱基间氢键，形成2股单链。解链酶（helicase，解螺旋酶）：断裂互补碱基间的氢键，使DNA双链分离形成“复制叉”3） 单链DNA结合蛋白（SSB）：结合单股DNA，阻止DNA复性单链DNA结合蛋白（SSB）：结合于解开的DNA单链，防止双螺旋再形成（阻止DNA复性）2、引物酶：合成小段RNA引物，用于DNA聚合酶延长子链子链的合成必须有5端核苷酸引物存在。引物由引物酶催化合成，引物酶特殊的RNA聚合酶。 引物：小段RNA，在此基础上，DNA聚合酶延长

19、子链。3、DNA聚合酶(DNA polymerase): 延长子链DNA聚合酶不能从头合成子链，只能延长。DNA聚合酶：多种类、多种活性（一）DNA聚合反应条件1）底物 dNTP（dATP，dGTP，dCTP，dTTP）。2）聚合酶。3）模板单链的DNA母链。4）引物寡核苷酸引物（RNA)。5）其他：解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，连接酶（二）DNA聚合酶（DNA polymerase）分类。大肠杆菌DNA聚合酶I、（1）、DNA聚合酶I：多功能酶常用的工具酶沿53方向延长DNA链（DNA聚合酶活性）。2）由3端水解DNA链（3 5核酸外切酶活性）。3）由5端水解DNA链（5 3核酸外切酶活性）

20、等复制准确性的保证： 复制过程中碱基的配对受到双重核对。1、DNA聚合酶的选择作用。 3 5 外切酶的校正作用（2）DNA聚合酶： 53方向延长DNA链。真正起复制作用的酶，对温度敏感4、DNA连接酶：填补缺口、连接冈崎片段（五） DNA复制的过程1、复制的起始：1）DNA解旋、解链，形成复制叉：拓扑异构酶、解链酶、SSB2）RNA引物合成：依赖于单链模板，引物酶催化合成小段RNA引物特点：原核：环形DNA，一个起点，双向复制。真核：线形DNA，多个起点，多复制叉。2、复制的延长：1）子链延长：引物合成后，pol（真核为Pol或）催化。在引物3-OH末端添加与模板链对应互补的dNTP。2）半不

21、连续合成：（1）前导链：链的延长方向与解链方向相同连续合成（Pol）（2）随从链：链的延长方向与解链方向相反 不连续合成（冈崎片段）（Pol）3、复制的终止1）水解引物及填补空隙：冈崎片段合成后，pol(真核可能是)水解去除RNA，填补留下的空隙2）连接酶连接冈崎片段形成完整双链DNA：空隙填补后，DNA片段间缺口由连接酶催化连接产生完整的双链DNA分子第二节 DNA的损伤、突变与修复（一）DNA的损伤 某些理化因子(紫外线、电离辐射和化学诱变剂等)作用于DNA，造成其结构和功能的破坏，从而引起生物突变和致死的效应DNA的损伤DNA分子的损伤类型1）碱基错配：尽管DNA聚合酶具有校对修复功能仍

22、存在极少量的错配（10-10）2）自发性化学变化： 碱基异构, 碱基脱氨基, 脱嘌呤、脱嘧啶, 碱基修饰, 链断裂3）物理因素引发的损伤:紫外线,电离辐射,DNA链断裂,交联4）化学因素引发的损伤:（1）烷化剂对DNA的损伤： 碱基烷基化、碱基脱落、 断链、交联（2）碱基修饰剂、类似物对DNA的损伤、人工促变剂、抗癌药物、氧自由基、亚硝酸盐、黄曲霉毒素 常见的DNA损伤方式嘧啶二聚体的形成（二）DNA的修复 生物在长期进化过程中获得的一种能使DNA的损伤得到恢复的保护功能DNA的修复机制1直接修复：不切除碱基，修复酶直接修复受损碱基，恢复正常比如光修复2切除修复：复制前切除错误碱基，重新合成缺

23、口片段3重组修复：损伤较大，复制的子链有缺口，RecA蛋白结合至空缺处，通过重组修复。4SOS修复：严重损伤时，大量表达修复酶系，使DNA得到修复。（切除修复：损伤破坏了DNA双螺旋结构，破坏部分可被切除，然后用另一条链作为模板加以修复。参与的酶：核酸内切酶，pol,DNA连接酶SOS修复是指DNA受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种DNA修复方式，修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，故又称为错误倾向修复(error-prone repair)，使细胞有较高的突变率。）（三） DNA的突变1、突变：DNA分子上碱基的改变；自发突变、人工诱变2、引发突变

24、的因素 3、 突变分子改变的类型1） 碱基对的置换：错配（点突变）：一个碱基改变2）移码突变：缺失、插入、框移突变。片段插入或缺失3）二聚体形成:紫外线照射-嘧啶二聚体-影响DNA的双螺旋结构-影响复制和转录4）重排：DNA片段在基因组中位置的变化，即从一个位置变换到另一个位置，从而改变基因的活性。第四章：基因表达调控 基因表达(gene expression)：指细胞在生命活动过程中，把储存在DNA序列中的遗传信息经过转录和翻译，转变成具有生物活性的分子的过程。二、基因表达的特异性真核生物细胞只有2-15%的基因处于有转录活性的状态；基因表达有一定的时间-空间有次序；生理和病理条件下基因的表

25、达水平差异显著。三、基因表达的方式1. 基本表达（组成性表达） 管家基因(house keeping gene)：在个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。管家基因的表达被视为基本的或组成性基因表达。2. 诱导和阻遏 诱导：环境信号启动或增强基因表达阻遏：环境信号抑制基因表达四、基因表达调控的生物学意义 1. 适应环境、维持生长和增殖 2. 维持个体发育与分化基因表达调控的共性一、基因表达调控的多层次和复杂性调控部位灵活，调控方式多样 基因表达的基本控制点是转录起始二、基因转录激活调节基本要素1. 特异DNA序列 顺式作用元件(cis-acting element)：影响基因表达的特异DNA序列，包括启动子、增强子、沉默子等。2. 调节蛋白 (1) 原核生物基因调节蛋 特异因子、阻遏蛋白、激活蛋白(如CAP)(2) 真核生物基因调节蛋白3. DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质的相互作用 (1) DNA-蛋白质相互作用(DNA-protein interaction) 特点：非共价键结合 实质：多肽链中的侧链与DNA中的碱基作用(2) 蛋白质-蛋白质的相互作用(protein-prot