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1、 2016分子生物学 第0章 绪论1. 分子生物学 广义层次：在分子水平上研究生命活动及其规律的科学。 狭义层次：生物学分支，研究生物大分子结构、功能、相互作用，从分子水平揭示生物遗传变异机制。2. 分子生物学的新学科：v 功能基因组学：依附于对DNA序列的了解，应用基因组学的知识和工具去了解影响发育和整个生物体的特征序列表达谱。v 蛋白质组学：以蛋白质组为研究对象，研究细胞内所有蛋白质及其动态变化规律的科学。v 生物信息学：对DNA和蛋白质序列资料中各种类型信息进行识别、存储、分析、模拟和传输。v 系统生物学：是在细胞、组织、器官和生物体整体水平研究结构和功能各异的各种分子及其相互作用，并通
2、过计算生物学来定量描述和预测生物功能、表型和行为。v 结构分子生物学：是以分子生物物理学为基础，结合化学和分子生物学方法测定生物大分子复合体的空间结构、精细结构以及结构的运动，阐明其相互作用的规律和发挥生物功能的机制，从而揭示生命现象本质的科学 。核苷酸链第1章 遗传的物质基础主要内容：第一节 遗传物质的本质核酸 第二节 核酸的化学组成、结构特征与性质1. 证明核酸是遗传物质的经典实验：Griffith and Avery 肺炎链球菌转化实验Hershey and Chase T2噬菌体转导实验DNA是遗传物质通过TK gene进行的真核细胞转染实验烟草花叶病毒病毒重建实验RNA也是遗传物质转
3、化(transformation)指将质粒或其他外源DNA导入处于感受态的宿主细胞，并使其获得新的表型的过程。转导(transduction)由噬菌体和细胞病毒介导的遗传信息转移过程也称转导。转染(transfection)指真核细胞主动或者被动导入外源DNA 片段而获得新表型的过程。2. 核酸基本单位是核苷酸 每分子核苷酸包含一个碳、氮原子的杂环化合物（碱基）、一个环状五碳糖（戊糖）和一个磷酸分子基团。 碱基分为嘌呤和嘧啶两种。 戊糖分为2-脱氧核糖和核糖。3. 核苷酸的连接5-三磷酸核苷酸是核酸合成的前体。三磷酸的5末端与多聚核苷酸链末端的3-OH基团反应，释放三磷酸的两个末端磷酸基团（g
4、和b），a磷酸与多聚核苷酸链末端的糖的3-OH成键。 4. 概念 Antiparalle（反向平行）：DNA双链沿相反的方向构成，一条链的5端对应另一条链的3端。 Base pairing（碱基配对）：在DNA双链中碱基存在特异的相互作用，AT互补，CG互补，以氢键结合。 Complementary（互补）：碱基配对是由DNA双链中的配对作用决定的，AT配对，CG配对。 Supercoiling（超螺旋）：空间中闭环双链DNA进一步旋曲形成的三级结构。5. 基因gene：基因是指存在于细胞内有自体繁殖能力的遗传单位，这种单位在染色体上占有一定位置而作直线排列。基因是具有特定的核苷酸顺序的核酸分
5、子中一个片段，是携带有特定遗传信息的功能单位。 6. DNA一级结构DNA分子中核苷酸的排列顺序（即碱基顺序）7. DNA二级结构双螺旋double helixv 主链（backbone）：脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替连接而成。二条主链绕一共同轴心以右手方向盘旋、反向平行形成双螺旋构型。主链处于螺旋外则。v 碱基对（base pair）：碱基位于螺旋的内则，以垂直于螺旋轴的取向通过糖苷键与主链糖基相连。同一平面的碱基在二条主链间形成碱基对。配对碱基总是A与T和G与C。碱基对以氢键维系，A与T间形成两个氢键，G与C间形成两个氢键。v 大沟和小沟：大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小沟
6、槽。小沟位于双螺旋的互补链之间,而大沟位于相毗邻的双股之间。这是由于连接于两条主链糖基上的配对碱基并非直接相对, 从而使得在主链间沿螺旋形成空隙不等的大沟和小沟。 在大沟和小沟内的碱基对中的N和O原子朝向分子表面。v 结构参数：螺旋直径2nm；螺旋周期包含10对碱基；螺距3.4nm；相邻碱基对平面的间距0.34nm。8. DNA构象的多样性 B-DNA, A-DNA, C-DNA, D-DNA, S-DNA 的共同特征：右手双螺旋。 Z-DNA：嘌呤与嘧啶交替排列(GGCGCG)；左手双螺旋；只有一个螺旋沟，狭而深；细胞DNA分子中确实存在Z-DNA。9. DNA三级结构包括：链的扭结和超螺旋
7、、单链形成的环、环状DNA的连环体。10. 检测DNA三级结构的方法类型形态拓扑结构电泳迁移率I闭合环超螺旋最快II开环松弛型最慢III线性松弛型中等速度 密度梯度离心 凝胶电泳 电镜观察11. GC含量： DNA的碱基组成通常用GC百分含量表示，注意所谓百分含量是指摩尔百分比。12. 变性&复性 变性（denaturation）/解链（melting）：稳定的双螺旋结构DNA分子由于维持稳定性的氢键和疏水键的断裂，松解为无规则线性结构的现象。不涉及一级结构的改变，导致一些理化性质的变化。 复性（renaturation）：指变性DNA 在适当条件下，二条互补链全部或部分恢复到天然双螺旋结构的
8、现象,它是变性的一种逆转过程。热变性DNA一般经缓慢冷却后即可复性,此过程称为“ 退火”(annealing)。13. 增色效应/高色效应(hyperchromic effect)：核酸在紫外光260nm具有强烈的吸收峰。结构越有序，吸收的光越少。即游离的核苷酸比单链的RNA或DNA吸收更多的光，而单链RNA或DNA的吸收又比双链DNA分子强。当DNA变性时，其光吸收值增加，这种现象即为增色效应；反之为减色效应。14. 变性温度/融解温度(Tm)：变性过程中在非常狭窄的温度范围内，紫外增色效应会出现一个飞跃。紫外吸收值发生跳跃的温度称为DNA的融点。Tm值实际上是目标DNA的一半变性时的温度，
9、它受DNA碱基组成和变性条件的影响。15. Cot1/2：标准条件下（一般为0.18ml/L阳离子浓度）测得的复性率达1/2时的Cot值。该值与核苷酸对的复杂性成正比。Co为单链DNA的起始浓度,t是以秒为单位的时间。16. 核酸分子杂交技术原理：分子杂交（简称杂交，hybridization）是核酸研究中一项最基本的实验技术。其基本原理就是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（heteroduplex）。杂交双链可以在DNA与DNA链之间，也可在RNA与DNA链之间形成。17. PCR技术原理：以合成的两条已知序列的寡核苷酸为引物
10、，在DNA聚合酶作用下，利用dNTP为原料，将位于两引物之间的特定DNA片段进行复制。这样经过变性、退火、延伸一个循环，每一个循环的产物作为下一个循环的模板，如此循环30次。每完成一个循环需24分钟，23h就能将带扩目的基因扩增放大几百万倍。18. 有关DNA双链的几个概念： 转录（transcription）：根据DNA模板合成RNA的过程，通过转录得到几种不同的RNA，其中三中典型的RNA为mRNA、tRNA和rRNA。 Coding strand编码链/sense strand有义链：该链的序列与mRNA相同。 Template strand模板链/antisense strand 反义
11、链：该链的DNA序列通过碱基互补指导mRNA的合成，该链的序列与mRNA互补。19. tRNA的结构与功能tRNA的二级结构三叶草形v 氨基酸接受臂：由5端和3端碱基配对形成，在3端有一个游离的CCA顺序，此臂负责携带特异的氨基酸。氨基酸通过共价键与A上的2-OH或3-OH相连。v TC臂：是假尿嘧啶。该臂常由5bp的茎和7Nt环组成,一般均存在TC的顺序，负责和核糖体的rRNA识别结合 。 v 反密码子臂：常由5bp的茎区和7Nt的环区组成，在反密码子环的中间是三联的反密码子，负责和密码子的识别。v 二氢尿嘧啶臂（D臂）：名称由来源于环中含有二氢尿嘧啶，茎区长度为4bp，负责和氨基酰tRNA
12、聚合酶结合。 v 额外臂：变化最大的区域，可分为两类，一类仅含3-5个核苷酸，另一类含有一条较大的臂，其功能是在tRNA的L型三维结构中负责连接两个区域（D环反密码子环和TC-受体臂）。tRNA的三级结构倒L型（靠氢键维持）D环和TC环形成了“L”的转角，氨基酸受体臂位于L型的一侧，距反密码子环约70A。这种结构与AA-tRNA合成酶对tRNA的识别有关。受体臂顶端的碱基位于“L”的一个端点，而反密码子臂的套索状结构生成了“L”的另一端点，分子中两个不同的功能基团是最大限度分离的。这个结构形式满足肽链合成延伸位点与mRNA分别位于核糖体大、小亚基的空间结构的要求。tRNA的功能：tRNA作为连
13、接子（adaptor）介导了mRNA中的三联体密码子与氨基酸之间的相互关联。tRNA具备作为“接头”的双重特性，既能识别氨基酸也能识别密码子。3末端的腺苷酸可与一氨基酸共价连接，反密码子则与mRNA中的密码子碱基配对。在逆转录中作为合成互补DNA链的引物。参与细菌细胞壁、叶绿素、脂多糖和氨酰磷脂酰甘油的合成。tRNA的种类：起始tRNA（能特异地识别mRNA模板链上起始密码子的tRNA） 原核生物中，起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸（fMet）真核生物中，起始tRNA携带甲硫氨酸（Met）延伸tRNA同工tRNA：一种氨基酸可能有多个密码子，为了识别也就有多个tRNA，即多个tRNA代表一种氨基酸
14、，这些tRNA称为。校正tRNA：由校正基因突变产生，通过改变反密码子区校正无义突变和错义突变。无义突变（无义抑制）：某个核苷酸的改变提前产生了终止密码子，合成无功能的多肽。错义突变（错义抑制）：某个核苷酸的改变造成了肽链合成的错误。20. rRNA生物种类大小亚基各亚基组成原核生物70s大亚基 50s23s5s小亚基30s16s真核生物90s大亚基60s28s5.8s5s小亚基40s18s 真核生物&原核生物mRNA的比较示意图21. mRNA单顺反子（Monocistronic）：mRNAs represent only a single gene。多顺反子（Polycistronic）：sequences coding for several proteins。比较项目原核生物真核生物稳定性半衰期短半衰期长结构多为多顺反子（操纵子）：前导序列+编码区+尾巴多为单顺反子起始密码子AUG，有时是GUG或UUG特殊性在AUG上游7-12个核苷酸处有一5AGGAGG3序列，称SD顺序。这段序列与16S rRNA 3末端反向互补，与mRNA和核糖体的结合相关，因此会影响蛋白质的翻译。mRNA的5端都有一个帽子结构；绝大多数真核生物mRNA具有poly(A)尾。转录&翻译原核生物mRNA的转录
