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1、分子生物学分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学，是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。第一章绪论一、引言1.创世说与进化论：1859年达尔文发表了物种起源，用事实证明“物竞天择，适者生存”的进化论思想。指出：物种的变异是由于大自然的环境和生物群体的生存竞争造成的，彻底否定了“创世说”。达尔文第一个认识到生物世界的不连续性。2.细胞学说：德国植物学家施莱登和德国动物学家施旺共同提出：一切植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一切动植物的基本单位。3.经典遗传学两条基本规律：统一律：当
2、两种不同植物杂交时，它们的下一代可能与亲本之一完全相同。分离规律：将不同植物品种杂交后的F1代种子再进行杂交或自交时，下一代就会按照一定的比例分离，因而具有不同的形式。1865年发表植物杂交试验，1900年被人们重新发现。孟德尔被公认为经典遗传学的奠基人。4.现代遗传学：Morgan指出：种质必须由某些独立的要素组成，这些要素称为遗传因子或基因。二、分子生物学发展简史1.准备和酝酿阶段（19世纪后期到20世纪50年代初）对生命本质的认识上的两点重大突破：确定了蛋白质是生命的主要基础物质确定了生物遗传的物质基础是DNA。2.现代分子生物学的建立和发展阶段（20世纪50年代初到70年代初）以195
3、3年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型作为现代分子生物学诞生的里程碑，主要进展包括：遗传信息传递中心法则的建立对蛋白质结构与功能的进一步认识。DNA双螺旋发现的意义：确立了核酸作为信息分子的结构基础。提出了碱基配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式。从而最后确定了核酸是遗传的物质基础，为认识核酸与蛋白质的关系及其在生命中的作用打下了最重要的基础。Crick于1954年所提出遗传信息传递的中心法则（Central Dogma ）3. 初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段（20世纪70年代后至今）基因工程技术的出现作为标志，重大成就包括：重组DNA技术的建立和发展基因组研究
4、的发展单克隆抗体及基因工程抗体的建立和发展基因表达调控机理细胞信号转导机理研究成为新的前沿领域。 （发展内容见笔记）第二章 染色体与DNA一、染色体(chromosome)1.染色质：由DNA和蛋白质构成，在分裂间期染色体结构疏松，称为染色质。染色质与染色体是同一物质在不同细胞周期的表现。常染色质：是进行活跃转录的部位，呈疏松的环状，电镜下表现为浅染，易被核酸酶在一些敏感的位点降解。异染色质：在间期核中处于凝缩状态，无转录活性，也叫非活动染色质，是遗传惰性区。在细胞周期中表现为晚复制，早凝缩，即异固缩现象。2.原核生物DNA的主要特征：一般只有一条染色体且大都带有单拷贝基因，只有很少数基因（如
5、rRNA基因）是以多拷贝形式存在。整个染色体DNA几乎全部由功能基因与调控序列所组成。几乎每个基因序列都与它所编码的蛋白质序列呈线性对应状态。3.染色体特性：分子结构相对稳定。能够自我复制，使亲、子代之间保持连续性。能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程。能够产生可遗传的变异。4.真核细胞染色体的组成：DNA30%-40%；组蛋白30%-40%；非组蛋白变化很大；少量RNA5.染色体中的蛋白质主要包括组蛋白(histone)和非组蛋白(non-histone protein)：组蛋白分为H1、H2A、H2B、H3及H4，其中H3、H4富含精氨酸，H1富含赖氨酸，H2A、H2B介于两者之间。
6、具有如下特性：进化上的极端保守性:H3、H4H2A、H2BH1。无组织特异性：极少细胞不含H1而带有H5。肽链上氨基酸分布的不对称性：碱性氨基酸集中分布在N端的半条链上。组蛋白的修饰作用：包括甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等。富含赖氨酸的组蛋白H5非组蛋白大约占组蛋白总量的6070%，种类很多，酶等。特性：多样性、组织专一性、种属专一性。高速泳动蛋白(HMG)：能与DNA结合(不牢固)，也能与H1作用,可能与DNA的超螺旋结构有关。DNA结合蛋白：可能是一些与DNA的复制或转录有关的酶或调节物质。A24非组蛋白 ：与H2A差不多，位于核小体内，功能不祥。6. 真核细胞基因组的最大特点是
7、它含有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能DNA所隔开。C值：一种生物单倍体基因组DNA的总量。C值反常现象：C值往往与种系进化的复杂程度不一致，某些低等生物却具有较大的C值。真核细胞DNA可分为：高度重复序列中度重复序列不重复序列：血红蛋白7. DNA包装成染色体：核小体螺线管超螺旋圆筒（中期染色质）染色体单体核小体(nucleosome)：每200bp的DNA有H2A、H2B、H3、H4各两个，H1一个。压缩比为7。螺线管（solenoid）：10nm的染色质细丝盘绕成螺旋管状的30nm纤维粗丝。每一螺旋包含6个核小体，其压缩比为6。是分裂间期染色质和分裂中期染色体
8、的基本组分。超螺旋圆筒：直径为4 000nm，压缩比是40。染色体单体：压缩比是5。总压缩比是76405=84008.真核生物基因组的结构特点：庞大，远大于原核生物的基因组。存在大量重复序列。大部分为非编码序列，占总序列90%以上（最主要区别）。转录产物为单顺反子。真核基因是断裂基因，有内含子结构。存在大量的顺式作用元件。存在大量的DNA多态性。具有端粒结构。9.原核生物基因组的特点：结构简练。存在转录单元：多顺反子mRNA。有重叠基因。 1977年，Sanger在Nature上发表了X174 DNA的全部核苷酸序列，正式发现了重叠基因。二、DNA的结构1.DNA的一级结构：4种核苷酸的连接及
9、其排列顺序，表示了该DNA分子的化学构成。基本特点：DNA分子是由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成的。DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。两条链上的碱基通过氢键相结合，形成碱基对，遵循碱基互补配对原则：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：两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。分两大类：右手螺旋，如A-DNA和B-DNA。左手螺旋，即Z-DNA。3.DNA的高级结构：DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所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，可分为正超螺旋（拧紧）与负超螺旋（松开）两大类。
10、天然状态下DNA以负超螺旋为主。 三、DNA的复制1.DNA的半保留复制（semiconservative replication）：保证了DNA在代谢上的稳定性。2.复制的起点与方向：复制单位为复制子。一个复制子只含一个复制起点。原核生物多为单复制子，真核生物多为多复制子。DNA的复制主要是从固定的起始点以双向等速复制方式进行的。复制叉以DNA分子上某一特定顺序为起点，向两个方向等速生长前进。复制方向：53拓扑异构酶I：解开负超螺旋，并与解链酶共同作用，在复制起点处解开双链。DNA解链酶：通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。单链结合蛋白（SSB蛋白）：保证被解链酶解开的单链在复制完成前能
11、保持单链结构，以四聚体形式存在于复制叉处，待单链复制后才掉下，重新循环。SSB蛋白只保持单链的存在，并不起解链的作用。3. 复制的几种主要方式： 几个 两个环状DNA双链的复制：型(双向，大肠杆菌)滚环型(单向，噬菌体)D-环型(单向，线粒体和叶绿体)。线性DNA双链的复制：线性DNA复制中RNA引物被切除后，留下5端部分单链DNA，不能为DNA聚合酶所作用，使子链短于母链。特殊机制：a.将线性复制子转变为环状或多聚分子，T4和T7噬菌体。b.在DNA末端形成发夹式结构，使该分子没有游离的末端，草履虫。C.在某种蛋白质的介入下，在真正的末端上启动复制，腺病毒。四、原核和真核生物DNA复制的特点
12、1.原核生物的DNA聚合酶：DNA聚合酶：有35外切酶活性和53外切酶活性。主要起修复的作用以及把RNA引物切除后的空隙填补起来，保证DNA复制的准确性。DNA聚合酶 ：活性低，其35核酸外切酶活性可起校正作用。参与原核生物SOS修复的酶。DNA聚合酶：7种亚单位9个亚基。只具35外切酶活性，是原核生物在DNA延长中起主要作用的酶。2.真核生物DNA聚合酶：负责DNA引物合成，具有引发、延伸链的双重功能。主要负责DNA损伤修复。负责线粒体DNA修复。是主要的DNA复制酶，参与前导链和后随链的合成。负责复制修复，与后随链合成有关，在DNA合成过程中核苷切除以及碱基的切除修复中起着重要作用。3.D
13、NA复制的调控原核细胞：复制叉的多少决定了复制频率的高低。直接调控因子是蛋白质和RNA。真核细胞：细胞生活周期水平调控：限制点调控，决定细胞停留在G1期还是进入S期。染色体水平调控：决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在S期起始复制。复制子水平调控：决定复制的起始与否。五、DNA的修复：1.错配修复：恢复错配。2.碱基切除修复：糖苷水解酶，切除突变的碱基。3.核苷酸切除修复：DNA切割酶，修复被破坏的DNA。4.重组修复：复制后修复，5.DNA直接修复：DNA光解酶，修复嘧啶二体或甲基化DNA。6.SOS反应：修复DNA（有利）或产生变异（癌变）六、DNA的转座（移位）分为复制
14、型（TnA家族）和非复制型（IS序列、Tn5）1.TnA家族：没有IS序列的、体积庞大的转座子。这类转座子带有3个基因，两翼都带有38碱基的倒置重复序列。2.真核生物中的转座子：玉米中的控制因子：自主性因子：具有自主剪接和转座的功能；非自主性因子：单独存在时是稳定的，不能转座，当基因组中存在与非自主性因子同家族的自主性因子时，它才具备转座功能，成为与自主性因子相同的转座子。AcDs体系、Spm, En转座子。果蝇中的转座子：Copia类、P转座子等。3.转座作用的机制：受体分子中有一段很短的、被称为靶序列的DNA会被复制，使插入的转座子位于两个重复的靶序列之间。不同转座子的靶序列长度不同，特定
15、的转座子所复制的靶序列长度一样。4.转座作用的遗传学效应：引起插入突变。产生新基因。产生染色体畸变：复制性转座发生在原有位点附近，正向重复转座子DNA缺失，反向重复转座子倒位。引起生物进化。第三章 从DNA到RNA基因表达：是基因经过转录、翻译、产生有生物活性的蛋白质的整个过程。转录：以DNA为模板，按照碱基互补原则合成一条单链RNA，从而将DNA中的遗传信息转移到RNA中去的过程。不对称转录：转录仅发生在DNA的一条链上。编码链=有意义链：与mRNA序列相同的DNA链。 模板链=反义链：根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链。1、 RNA转录：基本特点：合成方向为53。以DNA双链中的模板链为模板。以4种三磷酸核苷（NTPs）为原料。遵循碱基配对原则。各核苷酸间通过形成磷酸二酯键相连。不需要引物的参与。合成的RNA带有与DNA编码链相同的序列。基本过程：模板识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止。1.模板识别：RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。原核：RNA聚合
