遗传学(第二版)读书笔记

遗传学(第二版)读书笔记

第一章绪论

第一节遗传学的涵义

知识点：

1.什么是遗传学(genetics)?

答：遗传学(genetics)是研究生物遗传和变异规律的科学。现代遗传学(genetics)是研究

基因的结构、功能及其变异、传递和表达规律的学科。遗传(heredity)和变异(variation)

是生物界最普遍和最基本的特性。

2.遗传学的研究内容大体上应该包括：

答：(1)各类生物基因组结构与功能，基因组的核甘酸序列与生物学功能之间的关系。

(2)基因的结构与功能，基因在染色体的定位与作图。

(3)基因在世代之间的传递方式与规律。

(4)基因变异的类型、规律及其分子机制。

(5)基因转化为性状所需各种内外环境条件，即基因表达的规律及其调控的分子机制。

总之，遗传学研究的任务不仅在于揭示生物遗传和变异的规律及其物质基础，而且要能

动地运用这些规律，使之成为改造生物的有力武器,提高各类生物育种效率和医药研究水平,

攻克各种遗传性疾病，为人类造福。

第二节遗传学的发展

1.遗传学的几个重要分支：

答：细胞遗传学(cytogenetics)：是通过细胞学手段对遗传物质结构、功能和行为进行研究

的遗传学分支学科，在早期使用最多的工具是光学显微镜。

牛.化遗传学(biochemicalgenetics)：是研究基因的化学结构和调控因子的结构与合成的

机制等的遗传学的另一重要分支学科。

分子遗传学(moleculargenetics)：是研究遗传信息大分子结构与功能的一门科学。

第三节遗传学的应用

课件内容

1.国际人类基因组'单体型图'计划是什么？

答：“国际人类基因组'单体型图'计划"(HapMap)是继“国际人类基因组计划”之

后，人类基因组研究领域的又一重大研究计划。其目的是在通过测序了解了遗传基本信息的

基础匕进一步确立世界上主要族群基因组的遗传变异图谱。

HapMap计划是由加拿大、中国、日本、尼日利亚、英国和美国共同资助和合作进行的

项目，旨在建立个将帮助研究者发现人类疾病及其对药物反应的相关基因的公众资源。

这一计划的主要内容是对亚、非、欧裔全基因组中DNA序列上的多态位点进行测定和

分析，由此构建出整合了人类遗传多态信息的每条染色体的“单体型图”，为疾病易感性、

药物敏感性、遗传多态性等研究提供最基本的信息与工具。

“国际人类基因组'单体型图'计划”将以世界亚、非、欧三大族群为研究对象，三大

群体样本各占三分之一。其中，中国汉族将提供一半的亚裔样本，即占世界样本的六分之一。

意义：人类单体型图的绘制，将为不同群体的遗传多态性研究、疾病和遗传关联分析、

治病基因和治病因子的确定、药效及副作用和疾病风险的分析、人类起源进化迁徙历史的研

究等提供完整的人类基因组信息和有效的研究工具。将为人类常见疾病的研究提供最强大、

最经济的工具。

2.ENCODE计划是什么？

答：TheEncyclopediaofDNAElementsProject：即“DNA元件百科全书计划”,简称ENCODE

计划。完成人类基因组全序列测定后，2003年9月由美国国立人类基因组研究所(National

HumanGenomeResearchInstitute)组织的又一个重大的国际合作计划。其目的是解码基因组

的蓝图，鉴定人类基因组中包括基因、启动子、增强子、抑制子/沉默子、内含子、复制原

点等一知的和还不知功能的多个物种的保守序列等在内的所有功能元件。ENCODE计划中

提出的每一类元件都是已经被发现过的，所不同的是现在要在全基因组的范围内进行系统的

研究。

ENCODE计划的实施分为3个阶段：试点阶段(apilotphase)、技术发展阶段(a

technologydevelopmentphase)和生产阶段(aproducttionphase)。

试点阶段：首先集中对按一定标准选择的人类基因组中约1%的序列，共长30Mb,分布

在不同染色体上的44个靶区(ENCODEtargets)序列，例如a-和B一珠蛋白基因族、囊

性纤维化跨膜传导调节蛋白基因CFTR等进行解码注释，并评估现有各种鉴别基因组元件的

策略方法正确与否，确定一套有效程序，促进发展高通量更准确的基因组功能元件的鉴别技

术方法。

技术发展阶段：与试点阶段同时进行的，其主要目标是设计发明新的实验方法和计算方法

来改进我们鉴别新的功能序列和发现新的基因组功能元件的能力。

生产阶段：是利用以上两个阶段所建立的成熟的技术和方法，对人类基因组其余99%的基

因组序列进行高效益的全面分析。

ENCODE计划联合体(Consortium)：11个国家80家科研机构35个研究小组

2007年6月《Nature》和《GenomeResearch》报道其4年来研究的主要成果：

研究表明人类基因组的大多数DNA都会被转录成RNA,即基因组中的碱基大多会出现在

原始转录物中，包括非蛋白编码转物录和重叠转录物等，因此，人类基因组实际上是一个非

常复杂的网络；

对转录调控的研究，确定了许多以前不为人知的DNA转录启动位点，在基因之外的调控

区域新发现了4491个转录启动位点，对转录启动位点有了新的认识，包括它与特异性调控

序列、组蛋白修饰和染色质可接近性等之间的联系。

推翻了传统观点的认识，调控区域也有可能位于DNA转录启动位点的下游；

进一步认识了染色质结构，以及它与DNA复制、转录调控之间相互关系的复杂性；通过

哺乳动物种间和种内的序列比较，对人类基因组在功能与进化上又有了新的认识，研究表明

大约一半人类基因组中的功能元件在进化过程中不会受到很大限制。

3.国际人类肝脏蛋白质组计划

答：“人类蛋白质组计划”是继“人类基因组计划”之后最大规模的国际性科技工程，也是

21世纪第一个重大国际合作计划，其首批行动计划包括：

由美国牵头的“人类血浆蛋白质组计划”

由我国牵头的“人类肝脏蛋白质组计划”(简称HLPP)。HLPP是第一个人类组织/器官

蛋白质组计划，也将是我国第一次领导的重大国际协作计划。

4.美国肿瘤基因组计划

答：“肿瘤基因组计划”预计在未来13年里找出肺癌、脑癌、卵巢癌等所有困扰人类癌症的

致癌基因元凶，从而诊断、治疗这一“绝症”。研究人员表示，癌症有很多种。每个肿瘤都

有自己独特的基因蓝图。同时，即使是同一种癌症致病的原因也不尽相同。而通过“肿瘤基

因组计划”，全球科学家希望协力逐一解开所有癌症的秘密，进而建立一个共享数据库。届

时，这一计划就能真正造福于人类健康。

美国准备投入1亿美元，用3年时间在DNA序列上找出与某些癌症相关的基因变异。

考虑到脑癌、肺癌和卵巢癌，是美国人健康的主要隐患。该计划决定先完成这3种癌症的基

因图谱。

第二章遗传的细胞学基础

第一节染色体的结构和功能

知识点：

1.染色质是什么？分为几种类型？

答：染色质(chromatin)：是在间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成

的(线性复合结构)，易被碱性染料着色的•种无定形物质，是间期细胞遗传物质存在的形

式。

间期染色质分为两种类型：常染色质(euchromatin)和异染色质(heterochromatin)。

常染色质(euchromatin)：是构成染色质的主要成分，染色较浅且着色均匀。

异染色质(heterochromatin)：指间期细胞核中，折叠压缩程度高，处于聚缩状态，碱性

染料染色时着色较深的染色质组分。

异染色质根据其性质又可进一步分为结构异染色质或组成型异染色质(constitutive

heterochromatin)和兼性异染色质(facultativeheterochromatin)：

(1)组成型异染色质(constitutiveheterochromatin)：即通常所指的异染色质，•种永

久性异染色质，在染色体上的位置较恒定，间期保持螺旋化状态，染色很深，在光学显微镜

下可以鉴别。

(2)兼性异染色质(facultativeheterochromatin)：又称X性染色质。它起源于常染色

质，具有常染色质的全部特点和功能，其复制时间、染色特征与常染色质相同。但在特殊情

况下，在个体发育的特定阶段，它可以转变成异染色质，一旦发生这种转变，则获得了异

染色质的属性，如发生异固缩、迟复制、基因失活等变化。

2.染色体是什么？其主要形态结构是什么样的？有哪些特殊染色体？

答：染色体(chromosome)：是指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，由染色质聚缩(经过

紧密缠绕、折叠、凝缩、精巧包装)而成的具有固定形态(棒状结构)的遗传物质的存在形

式。

染色体的形态结构：在外形上每条染色体都有一个着丝粒(centromere)和被着丝粒分

开的两条臂：短臂(p)和长臂(q)o由于着丝粒区浅染内缢，所以也称主缢痕(primary

constriction)<.在细胞分裂时，纺锤丝附着在着丝粒区域，即通常所称的动粒(kinetochore)

的部分，它对于细胞分裂过程中染色体的行为是非常重要的。在某些染色体的一个或两个臂

上还另外有缢缩部位，染色较淡，称为次缢痕(secondconstriction),它的位置是固定的，

通常在短臂的•端。某些染色体次缢痕的末端所具有的圆形或略呈长形的突出体，称为随体

(satellite),它是识别某一特定染色体的重要标志之一。

此外，染色体的次缢痕一般具有组成核仁物质的特殊功能，在细胞分裂时它紧密联系着

一个球形的核仁，因而称为核仁组织区(nucleolarorganizingregion)o

端粒(telomere)是真核生物染色体臂末端的特化部分，它是一条完整染色体所不能缺

少的。

端粒的功能：维持染色体的稳定性

(1)完成染色体完整的复制，

(2)防止染色体末端被核酸酶降解，

(3)防止染色体末端融合。

Satellite（随体）

secondaryconstriction（次缢痕）

nucleolarorganizingregion,NOR

（核仁组织区）

Centromere（着丝粒，也叫主缢痕

（primaryconstriction））

Telomere（端粒）

HumanchromosomeNo.14

在某些生物的细胞中，特别是在它们生活周期的某些阶段中，可以观察到一些特殊的染

色体。它们的特点是体积巨大，相应的细胞核及整个细胞的容积也随之增大，此类染色体称

为巨大染色体(giantchromosome),包括动物卵母细胞中所看到的灯刷染色体(lampbrush

chromosome)及双翅目昆虫的幼虫中所见的多线染色体(polytene)。

(1)灯刷染色体：这是一类形态特殊的巨大染色体1882年，由Flemming在观察美西

嫌卵巢组织切片时首次发现。灯刷染色体是未成熟的卵母细胞进行第一次减数分裂停留在双

线期(可持续数月)的染色体。可在光学显微镜下看到酷似20世纪早中期用于清洁煤油灯

灯罩的灯刷而得名。

(2)多线染色体：1881年由意大利细胞学家Balbiani发现，存在于双翅目昆虫的幼虫

唾腺、气管、消化管和马尔比基氏管。

3.染色体的结构是什么样的？

答：核小体是构成染色质(chromatin)的基本结构单位，使染色质中DNA、RNA和蛋白质

组成一种致密的结构。每个核小体由包括166bp的DNA和4种组蛋白H2A、H2B、H3和

H4各两个分子，共8个分子组成八聚体。长166bp的DNA分子以左手方向盘绕八聚体1.75

圈，所形成的核小体直径约为10nm。核小体之间联结是以组蛋白H1和DNA结合而成，可

能还含有非组蛋白。

3A*2，备久久久＜I2""

图＞3从DNA"染色体

第二节染色体在细胞分裂中的行为

知识点：

1.细胞周期：

答：细胞周期由细胞分裂结束到下次细胞分裂结束所经历的过程，所需的时间称细胞周期

时间。分为4个阶段：①G1期(gapl),指从有丝分裂完成到DNA复制之前的间隙时间：

②S期(synthesisphase),DNA复制时期；③G2期(gap2),指DNA复制完成到有丝分裂

开始之前的一段时间；④M期又称D期(mitosis,division),细胞分裂开始到结束。

2.有丝分裂中的染色体行为：

答：

前期

有丝分裂的遗传学意义在于：

一个细胞产生两个子细胞，各具有与亲代细胞在数目和形态上完全相同的染色体。这是

由于在间期每个染色体准确地复制成两条染色单体，在形态体积上模•样，而在分裂中有

规律地分配到了两个子细胞核中。因此，有丝分裂使染色体精确地分配到子细胞，使子细

胞含有与母细胞相等的遗传信息。综上所述，有丝分裂的主要特点是，细胞分裂一次，染

色体复制一次，遗传物质均分到两个子细胞中。

染色体在有丝分裂过程中的变迁是：从间期的S期f前期f中期，每条染色体具有两

个（根）染色单体（由两条完整的双链DNA分子所组成）。从后期一末期f下一个细胞周

期的间期的G1期，在这些阶段中，所谓的染色体实质上只有一个染色单体（一条DNA双

链）。

3.减数分裂中的染色体行为：

答：减数分裂（meiosis）是在配子形成过程中的成熟期进行的，包括两次连续的核分裂而

染色体只复制-次，每个子细胞核中只有单倍数的染色体的细胞分裂形式。两次连续的核分

裂分别称为第一次减数分裂（或减数分裂I,meiosisI）和第二次减数分裂（或减数分裂

H,meiosisII）。在两次减数分裂中都能区分出前期、中期、后期和末期。减数分裂I导致

染色体的数目从二倍体到单倍体的减少，减数分裂II导致姊妹染色单体的分离。结果经两

次减数分裂而产生的4个细胞核中都只有一套完整的单倍体基因组。在大多数情况下，减数

分裂伴随着胞质分裂，所以一个二倍体细胞经过减数分裂产生4个单倍体细胞。

前期I

图2~7减数分裂模式图解

减数分裂的遗传学意义在于：

（1）只有一个细胞周期，却有两次连续的核分裂。染色体及其DNA只复制一次（间

期S期），细胞分裂却有两次（减数分裂I、II）。

（2）“减数”并不是随机的。所谓“减数”，实质上是配对的同源染色体的分开。这是

使有性生殖的生物保持种族遗传物质（染色体数目）恒定性的机制；同源染色体的分离决

定了等位基因的准确分离，为非同源染色体随机重组提供了条件。

（3）在粗线期，非姊妹染色单体间有可能发生对等片段的交换。发生过交换的位置在

双线期可见交叉。因此，遗传物质间的交换在先，细胞学上可见的交叉在后。故交叉是交换

的有形结果。分开来的染色体不再是联会前的染色体，由于交换事件的发生，导致遗传物质

的非随机性重组，增加了遗传物质的变异性。

4.遗传的染色体学说：

答:Sutton以及Boveri于1902—1903年间首先提出了遗传的染色体学说（chromosometheory

ofinheritance）推测：“父本和母本染色体的联会配对以及随后通过减数分裂的分离构成了

孟德尔遗传定律的物质基础。”

1903年，Sutton提出孟德尔的遗传因子是由染色体携带的，因为：

（1）每一个细胞包含每一染色体的两份拷贝以及每一基因的两份拷贝。

（2）全套染色体，如同孟德尔的全套基因一样，在从亲代传递给后代时并没有改变。

（3）减数分裂时，同源染色体配对，然后分配到不同的配子中，就如同一对等位基因分

离到不同的配子中。

（4）每一对同源染色体的两个成员独立地分配到相反的两极，而不受其他同源染色体独

立分配的干扰。各对不同的等位基因也是独立分配的。

（5）受精时，来自卵细胞的一套染色体随机与所遇到的一套来自精子的染色体结合，从

一个亲本获得的所有基因也会随机地和从其另一亲本获得的所有基因结合。

（6）从受精卵分裂得到的所有细胞，其染色体的一半和基因的一半起源于母本，另一半

起源于父本。

按照上述学说，对孟德尔的分离定律和独立分配定律可以这样理解：在第一次减数分裂

时，由于同源染色体的分离，使位于同源染色体上的等位基因分离，从而导致性状的分离。

中期I

后期I

末期I

由于决定不同性状的两对非等位基因分别位于两对非同源染色体上，形成配子时同源染

色体上的等位基因分离，非同源染色体上的非等位基因以同等的机会在配子内自由组合，

从而实现性状的自由组合。

第三节生物体的有性生殖与无性生殖

知识点：

1.有性生殖及受精：

答：有性生殖（sexualreproduction）是通过两性细胞（配子）结合成合子（受精卵），合

子进而发育成新个体的生殖方式。

有性生殖是生物界最普遍的重要的生殖方式。

高等动物的生殖细胞在胚胎发生时即已形成，但直到个体发育成熟时，这些生殖细胞才

继续发育，经减数分裂生成精子（n）和卵细胞（n）。

高等植物的有性生殖过程是在花器中进行的。

雌雄配子体结合为一个合子的过程即为受精（fertilization）。

植物的授粉方式：有自花授粉和异花授粉两类。

同一朵花内或同一植株花朵间的授粉，称为自花授粉。

不同株的花朵间授粉，称为异花授粉。

授粉后，花粉粒在柱头上萌发。随着花粉管的伸长，营养核与精核进入胚囊内。随后1

个精核与卵细胞受精结合成合子，将发育为胚(embryo)(2n)o另1个精核与2个极核受

精结合为胚乳核(3n),将发育成胚乳(endospenn)(3n),故这•过程被称为双受精(double

fertilization)0

2.无性生殖及克隆：

答：无性生(繁)殖(asexualreproduction)：是指不经过生殖细胞的结合，由亲体直接产生

新个体的生殖方式。

无性生殖方式有：分裂生殖(裂殖，fission)、抱子生殖(sporereproduction)＞出芽生

殖(budding),营养生殖等。

其中营养生殖是高等植物利用其营养器官来繁殖后代的一种方式。

裂殖(fission)：最原始的生殖方式亲代细胞泡胞分犁两个子细胞(与母体大小、形

态、结构相似)。单细胞生物如：细菌、原生动物变形虫等。

抱子生殖(sporereproduction)：是无性生殖中的高级方式，由亲体的特定部位产生许多

称为“抱子”的生殖细胞，抱子不经结合，直接发育形成新个体。抱子的类型很多，分别可

籍水或气流传播。藻类、苔葬、蕨类植物以及真菌主要行抱子生殖。日常生活中食物、衣物

长霉通常是霉菌抱子繁殖的结果。

出芽生殖(budding)即在亲体的一定部位长出小芽体，芽体逐渐长大，最后脱离母体

而成为独立个体。如真菌中的酵母菌、腔肠动物中的水犒等。也有芽体长大后不脱离母体，

因而形成群体的，如大多数珊瑚。

从一个祖先经无性繁殖所产生的一群生物体，称为克隆(clone)。

第四节生活周期

知识点：

1.什么是生活周期？

答：有机体的生活周期是从合子形成到个体死亡的过程中所发生的一系列事件的总和。真

核生物中，减数分裂产生单倍体细胞，在此过程中，亲代的遗传物质通过染色体分离和交换

产生新的组合。单倍体细胞的融合产生几乎无穷的新的遗传重组，因此，有机体的生活周期

为遗传物质的重组创造了机会。

2.低等植物的生活周期：

答：

图2-10粗糙脉抱菌的生活史(引「IRuawB2002>

3.高等植物的生活周期：

答：拟南芥(Arabidopsisthaliana)：为双子叶十字花科植物，作为模式植物，因其植株矮小，

世代间隔短，自花授粉，以及易于在实验室中培养，使它成为植物遗传与发育遗传研究的理

想材料。此外，其小的基因组以及极少量的重复DNA序列使它又成为分子遗传学研究以及

基因组学研究的理想材料。与之相对照，玉米和小麦的基因组大小分别是拟南芥基因组的

21和133倍。拟南芥基因组测序结果已于2000年12月公布，使它成为被子植物中第个

完成基因组测序的植物。现在的研究工作主要集中在对拟南芥大约26000个基因功能的研

究。

大拖子发生大配子发生

大伟!子母

大拖子00

，细胞(2〃)

减数分裂1减数分裂川有线分裂

成熟的用子体胚囊(〃)

反足细胞

极核

'助细胞

卵细胞

小他子发生小配r发生

极核融合产生

减数分裂有坨分裂次级胚乳核，

反足细胞退化

花粉粒5)

花粉囊小抱子母小胞子5)生殖细胞普养核

柱头

细胞(2”)(精细胞)

幼苗花柱

雉配子做〃)次级胚

茎分生如织乳核(洲

4根分生如织

花粉管一(7子房

受精的胚J雌配了

.胚轴体(〃)卵细胞

、到胚乳胚乳乳核(3“)

休眠的种子正在发育的胚受精的卵(2/»)

图2~11模式植物拟南游的生活史(用口刀山山1r,200-

4.高等动物的生后周期：

答：果蝇(Drosophilamelanogaster)：经典的模式生物，生长周期短，仅10天左右。

受精卵f幼虫f蛹f成虫

一个生活周期25c约10d完成。

1d

.龄幼虫

图2-12果蝇的生活史(引自Harmell等，2000

第三章遗传物质的分子基础

第一节核酸是遗传物质

知识点：

1.证明核酸是遗传物质的几个实验：

答：(1)DNA是遗传物质的概念源于1928年Griffith等进行的肺炎链球菌(Streptococcus

pneumoniae,旧称肺炎双球菌Diplococcuspneumoniae)的转化实验。

Avery等的实验结果首次证明转化因子是DNA,取得了DNA是遗传物质的第一个

和最重要的一个证据，明确了DNA是遗传信息的载体。

(2)1952年Hershey和Chase用标记放射性同位素的方法，进行了噬菌体感染实验，为

证明DNA是遗传物质提供了更直接的证据。

(3)烟草TMV的重建实验令人信服地证明在不具有DNA的病毒中，RNA是遗传物质。

2.什么是细菌的转化？

答：灭活的SHI型菌中的遗传物质使RII型菌转化为SHI型菌，这种改变遗传性状的现象称

为细菌的转化(transformation)。

第二节核酸的分子结构

知识点：

1.核酸的分子组成：

答：核酸是遗传物质的载体，也是生物体的基本组成物质。生物界的核酸根据其化学组成可

以分为两大类：DNA(deoxyribonucleicacid,脱氧核糖核酸)和RNA(ribonucleicacid,核

糖核酸)。DNA和RNA的基本结构单位是核甘酸。核苜酸由碱基、戊糖及磷酸基3部分组

成。

DNA和RNA都含有4种主要碱基，其中腺喋吟(adenine,A)、鸟喋吟(guanine,G)

和胞嗜咤(cytosine,C)是两者共有的，而尿唯漩(uracil,U)为RNA特有，胸腺哪咤(thymine,

T)为DNA所特有。

2.DNA的分子结构：

答：DNA的一级结构：DNA的一级结构是指核甘酸在DNA分子中的排列顺序。

DNA的二级结构是指DNA通过分子间相互作用形成的双链或双螺旋分子，即DNA双

螺旋结构(doublehelicalstructure)»

DNA的高级结构是指DNA的超螺旋(supercoiD结构和染色体DNA所具有的复杂折叠状

态。

3.RNA的分子结构：

答：(1)tRNA分子：

已经做出全序列分析的tRNA有3300种以上。

tRNA都是小分子，长75-94个核甘酸，5'端有末端磷酸化基团，3'端为CCA-OH

序列，分子中稀有碱基含量较高，而且许多被甲基化修饰；分子内部有碱基互补区，都能形

成三叶草形二级结构。该二级结构一般由氨基酸接受臂、二氢尿喀唬环(D环)、反密码子

环和TWC环组成，有的还在反密码子环和TVC环之间存在额外环。

tRNA的三级结构都为倒L形结构。

3'钗基酸接受臂

可变环

反密码子环

反密码子

交码子

mRNA

图3-I«\A分子结构(引自Led品,2004)

(a)RNA三叶草形二级结构(0ANA®L形的二级结构

(2)rRNA分子:

RNA的二级结构在基因的表达与调控过程中起着十分重要的作用。

例如：rRNA与mRNA间的碱基配对控制着蛋白质的起始；tRNA与mRNA间的碱基

配对了促进翻译过程;RNA发夹结构及茎环结构了控制转录的终止、翻译的效率以及mRNA

的稳定性；RNA-RNA间的碱基配对在内含子的剪切过程中也起着重要的作用。特别是近年

对小分子RNA的结构和功能的研究，揭示出它们在生物的发育、生长、繁殖和基因表达与

调控中的多种重要功能，这值得引起我们的关注和重视。

第三节DNA的复制

知识点：

1.DNA复制的基本规律：

答：DNA复制(replication),即以原来的DNA分子为模板合成出相同的分子，通过亲代

DNA分子的复制将遗传信息传递给子代。

DNA复制的基本规律：

①DNA复制一般按半保留半不连续的的方式进行：

②复制起始(Initiation)在原点(Origin)的特定序列上；

③复制的起点处控制复制；

④复制叉(Fork)的移动有单向或双向；

⑤链的延伸方向只能是5'-3'方向；

⑥在存在模板的条件下，DNA聚合酶以短的RNA片段作为引物开始合成DNA的短片

段；

⑦存在各种DNA链的合成起始机制，除了RNA引发外，还存在其它的一些机制，包

括DNA链与一个末端蛋白共价结合，以及缺口的共价延伸，或者亲本链已被环出的末端等;

⑧终止也是在复制过程中的某个固定点；

⑨复制的机制取决于基因组结构和构象来保持产生完整的染色体；

⑩即使在同一个细胞内也可进行多种复制机制的操作。

2.半保留半不连续复制：

答：DNA半保留半不连续复制(DNAsemiconservativeandsemidiscontinuousreplication)指

的是亲代DNA分子的两条链，在半保留复制过程中，一条链按5，一3,端方向连续合成，另

一条链按5，一3,端方向不连续合成的方式，合成一系列不连续的冈崎片段(Okazaki

fragment),它是在蛋白质和酶促作用下进行的复杂的生化反应，涉及30多种蛋白质的协同

作用。

3.环状双链DNA复制方式：

答：(1)滚环复制：滚环复制又叫。复制。A噬菌体的增殖、接合，以及真核生物rDNA的

扩增都是以这种复制方式进行。

(2)。-型复制：9-型复制需要RNA引物，半保留半不连续复制。一条单链总是和模

板链互补地结合在一起形成子链。

(3)线粒体的D环复制：哺乳动物mtDNA复制，不对称不同时的复制。先复制双链中

的一条链，待该链复制到2/3的长度时，另一条链才开始复制。重链和轻链上有各自的复制

起点。

4.真核生物染色体端粒的复制：

答：端粒(telomere)是真核生物染色体末端的种特殊结构。功能：防止染色体末端免受

核酸酶的降解，维持染色体结构的稳定性，保持染色体的完整性，为线状染色体的末端复制

提供基础。此外，端粒与染色体联会、细胞分裂和细胞衰老等也有密切的关系。

端粒DNA的序列比较特殊，由一系列短的随机串联重复序列组成，可用Gn(A/T)m的

一般式来表示,其中n>l,m为1~4«

5.反转录病毒LTR的复制：

答：由于重组(重排)都是由DNA合成过程中模板变更所引起，这种机制称为拷贝选择(copy

chice)重组，它是RNA病毒感染期间发生重组的共同基础。

第四节RNA转录与加工

知识点：

1.转录：

答：转录(transcription)是DNA的遗传信息被拷贝成RNA的遗传信息的过程。

一般将DNA双链分子上带有遗传信息的链称为非模板链(nontemplatestrand),或基因

链(genestrand),或有义链(sencestrand),或编码链(codingstrand),它与mRNA序列」

致，代表的是从遗传密码到蛋白质序列相联系的DNA序列。

另一条与其互补的链称为模板链(templatestrand),或反基因链(antigenestrand),或反

义链(antisensestrand),它是作为模板合成mRNA的DNA链。所有基因均以模板链为模板

进行转录，因而转录产物的碱基顺序必定与基因链的遗传信息一致。

转录过程可以分为模板识别(templaterecognition),转录起始(transcriptioninitiation),

延伸(elongation)和终止(termination)4个基本阶段。

2.RNA聚合酶：

答：(1)大肠杆菌RNA聚合酶：

大多数原核生物RNA聚合酶的组成是相同的，而且只有一种RNA聚合酶转录所有的

基因。

a233,组成大肠杆菌核心酶(coreenzyme),。因子加入后形成全酶(holoenzyme)

一专一性起始转录。

(2)真核生物RNA聚合酶

真核生物细胞中有3类RNA聚合酶：

在3-1真核生物RNA聚合酹的特性比较

聚合倏类别细胞核内定位转录产物对a-鹅膏尊轼的撤感程度

RNA聚合的I核仁28s58S和18sA1\A不敏感

RNA聚合的口核质核前mR.NA(prrmRNA)，核内小般感

分子RNA(61NA)

RNA聚合酶m核质5Si«NA,UGsnRNA.，卜中等敏感

分子核仁RNA(而cRNA),小分

「细胞质KNA(A)

真核生物RNA聚合酶需要一些转录起始因子(transcriptioninitiationfactors,TIFs)

或一般转录因子(generaltranscriptionfactors,GTFs)帮助其识别启动子。首先转录起始

因子按特定顺序结合于启动子上形成复合物，帮助RNA聚合酶定位到DNA上的转录起始

位点，RNA聚合酶才能与之相结合，形成前起始复合物。由于多个转录起始因子的相互作

用使DNA分子构象发生改变，从闭合状态转换成开放形式。转录起始因子与RNA聚合酶

一起组成了转录起始的基本装置(basalapparatus)»

普遍性转录因子(generaltranscriptionfactor)也称基础转录因子(basaltranscription

factor)：它们是转录起始复合物的组成成员，主要任务是将RNA聚合酶定位在核心启动子

上，帮助RNA聚合酶正确识别起始位点并开始转录。特异性转录因子(specific/special

transcriptionfactor)或序列特异性转录因子：使聚合酶特异地应答各种外界的刺激，更加高

效而且协调地进行转录。因为，这类转录因子对转录起始复合物的组装及转录速率施加影

响，并决定某一基因是否表达，所以又可称其为转录激活因子。

3.启动子与增强子：

答：(1)原核生物启动子

启动子(promoter)是决定RNA聚合酶转录起始位点的DNA序列。RNA聚合酶特

异与其结合，而使转录开始。

原核生物的启动子一般处在结构基因的上游。一个典型的原核生物启动子主要由4个区

域组成：转录起点(Startpoint)、-10序列(-10sequence)、-35序列G35sequence)、一

10序列和一35序列间的序列长度。

(2)真核生物启动子

真核生物有3类RNA聚合酶，分别识别三种不同类型的启动子，它们在结构上各有特

点。

①RNA聚合酶I识别的启动子结构：RNA聚合酶I(RNApolD,只转录rRNA一种基

因，包括5.8S、18s和28SrRNA。

②RNA聚合酶IH识别的启动子的结构:RNAPolIII基因的产物为一些分子量较小的细胞

质RNA(cytoplasmicRNA,scRNA)、tRNA、5SrRNA、7SLRNA(参与细胞内蛋白质转移)、

U6RNA(转录后加工)等。

RNAPoUH基因的启动子很特殊，既有上游启动子也有下游启动子。下游启动子位于它

们转录的基因编码序列内，通常核心启动子在+50bp-+100bp之间，山2个分开的框序列

组成，Abox和Cbox,或Abox和Bbox。因此，RNAPolIH基因的启动子有三种类型:I

型基因内启动子、II型基因内启动子和III型基因外启动子。

③RNA聚合醐n识别的启动子结构：RNA聚合醐n(RNApoin)主要负责蛋白质基

因(结构基因)和部分核内小RNA(smallnuclearRNA,snRNA)的转录，其识别的启动子位

于转录起始点的上游，结构最为复杂。

RNApolII识别的启动子由核心启动子(corepromoter)或基本启动子(basalpromoter)

上游启动子元件(upstreampromoterelement,UPE)组成。

核心启动子是指在体外测定到的由RNApolII进行精确转录起始所要求的最低限度的

一套DNA序列元件。•个典型的核心启动子与起始位点紧密靠近，长约80个核甘酸左右,

从转录起点向上游(-40)或下游(+40)延伸。

RNApolH核心启动子由4种元件组成：TATA框(TATAelement或TATAbox)、TBII

B识别序列(TBIIBrecognitionelement,BRE)、起始子(initiator,InR)、下游启动子元件

(downstreampromoterelement,DPE)»

(3)增强子(enhancer)：是真核细胞中通过启动子来增强转录的一种远端性控制元件。

增强的是同它连锁的基因的转录频率。

其特点是：

①具有远距离效应：常在上游-200bp处，但可增强远处启动子的转录，即使相距十几

Kb也能发挥其作用；

②无方向性：在DNA双链中没有5'端与3'端固定的方向性，无论在靶基因的上游,

下游或内部都可发挥增强转录的作用；

③顺式调节：只调节位于同一染色体上的靶基因，而对其它染色体上的基因无作用；

④无物种和基因的特异性，对同源或异源基因同样有效，可以接到异源基因上发挥作

用，如将SV40的增强子接到兔B-珠蛋白基因前，引入Hela细胞，此珠蛋白基因转录增强

200倍。

⑤具有组织的特异性：SV40的增强子在3T3细胞中比多瘤病毒的增强子要弱，但在

Hela细胞中SV40的增强子比多瘤病毒的要强5倍，抗体基因的增强子只有在B淋巴细胞

中才起作用。增强子的效应需特定的蛋白质因子参与。

⑥有相位性：增强子的活性与其在DNA双螺旋结构中的空间方向性有关(其作用和

DNA的构象有关)。

⑦有的增强子可以对外部信号产生反应：如热体克基因在高温下才表达。编码重金属

蛋白的金属硫蛋白基因在镉和锌存在下才表达。某些增强子可以被固醉类激活。

⑧增强子含有许多可与不同转录因子结合的基序，可以不同的组合方式调控基因的表

达，在已研究过的绝大多数基因的表达调控模式中都发现组成增强子的不同基序或模块

(module)之间可形成不同的组合,它们是基因差别表达(differentialexpression)的主要原

因。

组织和细胞专一性增强子：只在特殊的组织细胞、特定的转录因子参与下，才能发挥

其功能。

诱导性增强子：这种增强子的活性通常要有特定的启动子参与。

4.原核生物tRNA和rRNA的加工：

答：多数转录的初始产物无生物活性，在生物体内进行加工处理后才具有生物活性。

转录后力口工(post-transcriptionalmodification)(post-transcriptionalprocessing)：是

指将各种前体RNA分子加工转变成有功能的、成熟的各种RNA(mRNA、rRNA或tRNA

等)的过程。

为了得到成熟的tRNA和rRNA,细菌细胞利用了多种核酸酶对前体分子进行后加工。

5.真核生物tRNA和rRNA的加工：

答：(1)真核tRNA的基因与原核不同：

真核的前体分子tRNA数H多、单顺反子、成簇排列、有基因间隔区，是种重复序列；

真核的前体分子tRNA中含有内含子。

其加工过程要剪接内含子，都要加CCA：

与真核生物其它内含子剪接相比不是转酯反应；

其剪切原则上是依赖于对tRNA共同的二级结构的识别。

(2)真核rRNA的加工

真核生物的18S,5.8S和28srRNA基因串联在一起形成一个转录本，初级转录本为45S

前体，5SRNA与它们分开转录，这和原核的rRNA基因不同。

真核rRNA基因中没有内含子。

6.真核生物mRNA前体的加工：

答：一般要经过四个步骤：inRNA的5'端加帽、mRNA的3'端多聚腺甘酸化(加尾)、

切除内含子、修饰(对某些碱基进行甲基化)。

(1)mRNA的5,加帽

mRNA的5'加帽是一个多步加工过程，第一步是鸟背转移酶(guanylyltransferase)将一

个鸟甘酸加在5'RNA的前端，产生5'-5'对接的磷酸二酯键。第二步由鸟喋吟甲基转移

酶(quaninemethyltransferase)将一个甲基基团加到嗯聆■环的7位氮原子使5'帽子鸟11票吟转

变为7-甲基鸟喋吟。

mRNA5,加帽的功能主要表现在4个方面：

1)保护mRNA5'端不被降解RNA酶的降解：从5,端起始，当在mRNA的5,端加上

m7GpppG帽子后，带有3个连接磷酸的5,帽可阻止RNase切割。

2)为核糖体识别mRNA提供信号，提高翻译效率：真核生物mRNA必须通过5'帽

结合蛋白才能接触核糖体，起始翻译。缺少加帽的mRNA由于不能被5'帽结合蛋白识别，

其翻译效率比加帽的mRNA低20倍。

3)作为进出细胞核的识别标记：凡由PolII转录的RNA均在5,端加帽，包括snRNA,

这是RNA分子进出细胞核的识别标记。

4)提高mRNA的剪接效率：5,帽结合蛋白涉及第一个内含子剪接复合物的形成，直接

影响mRNA的剪接效率

(2)mRNA的3'端多聚腺甘酸化

儿乎所有真核生物成熟的mRNA末端都有一串约250个腺噂吟核昔酸尾巴。它们并非模

板DNA编码，而是在转录完成后由poly(A)多聚酶合成。加尾位置不在转录物的最末端，

而是在接近末端的内部位点。在切除mRNA3'末端的一段序列后，再加上多聚腺甘酸。

加尾信号：新合成的mRNA的31端含两个明显的加尾信号。

mRNA的3'端多聚腺昔酸化的作用可能是：①增加mRNA的稳定性；②提高mRNA

翻译效率；③poly(A)可影响mRNA前体最后一个内含子的剪切，缺少poly(A)使剪接

效率降低5-10倍。

(3)RNA的剪接——内含子的切除和外显子的连接机理：

真核细胞基因DNA的间插序列(interveningsequence),即不连续基因(interruptedgene)

的间插序列称为内含子(intron)o被内含子隔开的基因序列，即出现在成熟RNA中的序列

称为外显子(exon)。真核生物前体mRNA切除内含子，连接外显子形成成熟的mRNA的过

程称为RNA剪接(RNAsplicing).

比较大量的真核生物mRNA内含子发现，它们的两侧边界均有一对保守顺序，即5、

端为GU,3、端