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1、分子生物学 第一章第一章 绪论绪论 分子生物学研究内容有哪些方面?分子生物学研究内容有哪些方面? 1、结构分子生物学; 2、基因表达的调节与控制; 3、DNA 重组技术及其应用; 4、结构 基因组学、功能基因组学、生物信息学、系统生物学 第二章 DNA and Chromosome 第二章 DNA and Chromosome 1、DNA 的变性的变性:在某些理化因素作用下,DNA 双链解开成两条单链的过程。 2、DNA 复性复性:变性 DNA 在适当条件下,分开的两条单链分子按照碱基互补原则重新恢复天 然的双螺旋构象的现象。 3、Tm(熔链温度熔链温度): DNA 加热变性时,紫外吸收达到最
2、大值的一半时的温度,即 DNA 分子 内 50%的双链结构被解开成单链分子时的温度) 4、退火退火:热变性的 DNA 经缓慢冷却后即可复性,称为退火 5、假基因假基因:基因组中存在的一段与正常基因非常相似但不能表达的 DNA 序列。以来表示。 6、C 值矛盾或值矛盾或 C 值悖论值悖论:C 值的大小与生物的复杂度和进化的地位并不一致,称为 C 值矛盾 或 C 值悖论(C-Value Paradox)。 7、转座:转座:可移动因子介导的遗传物质的重排现象。 8、转座子转座子:染色体、质粒或噬菌体上可以转移位置的遗传成分 9、 DNA 二级结构的特点二级结构的特点 : 1) DNA 分子是由两条相
3、互平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成 ; 2) DNA 分子中的脱氧核苷酸和磷酸交替连接,排在外侧,构成基本骨架,碱基排列在外侧;3) DNA 分子表面有大沟和小沟 ; 4)两条链间存在碱基互补,通过氢键连系,且 A=T、G C (碱基互补原则);5)螺旋的螺距为 3.4nm,直径为 2nm,相邻两个碱基对之间的垂直距离为 0.34nm,每圈螺旋包含 10 个碱基对;6)碱基平面与螺旋纵轴接近垂直,糖环平面接近平行 10、真核生物基因组结构 :真核生物基因组结构 : 编码蛋白质或 RNA 的编码序列和非编码序列,包括编码区两侧的调 控序列和编码序列间的间隔序列。 特点:1)真核基因组结构庞大 哺乳类
4、生物大于 2X109bp;2)单顺反子(单顺反子:一 个基因单独转录,一个基因一条 mRNA,翻译成一条多肽链;)3)基因不连续性 断裂基因 (interrupted gene)、内含子(intron)、 外显子(exon);4)非编码区较多,多于编码序 列(9:1) 5)含有大量重复序列 11、 Histon(组蛋白)特点Histon(组蛋白)特点 : 极端保守性 、 无组织特异性、 氨基酸分布的不对称性、 可修饰作用、 富含 Lys 的 H5 12、核小体组成:核小体组成: 由组蛋白和 200bp DNA 组成 13、转座的机制 :转座的机制 : 转座时发生的插入作用有一个普遍的特征,那就
5、是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。 复制型转座:整个转座子被复制,所移动和转位的仅为原转座子的拷贝。 非复制型转座:原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位。 第三章 DNA Replication and repair第三章 DNA Replication and repair 1、 半保留复制:半保留复制:DNA 生物合成时,母链 DNA 解开为两股单链,各自作为模板(template)按碱 基配对规律,合成与模板互补的子链。子代细胞的 DNA,一股单链从亲代完整地接受过来,另 一股单链则完全从新合成。两个子细胞的 DNA
6、都和亲代 DNA 碱基序列一致。这种复制方式称为 半保留复制。 2、 复制子:复制子:生物体内能独立进行复制的单位 3、 前导链 :前导链 : 以复制叉移动的方向为标准, 一条模板链的走向是 3 5, 子代链复制时以 5 3方向连续合成,这一条链称为前导链 4、 滞后链 :滞后链 : 另一条模板链的走向是 53, 子代链通过不连续的 5-3聚合而成,称为 滞后链(lagging strand)。 5、 冈崎片段:冈崎片段:滞后链的合成是一段一段的。DNA 复制时,由滞后链所形成的子代 DNA 短链称 为冈崎片段 6、 端粒:端粒:是真核生物线性染色体末端的特殊结构, 含物种特异性 (speci
7、es-specific) 的 DNA 重复序列。 7、 逆转录 :逆转录 : 以 RNA 为模板, 按照 RNA 中的核苷酸顺序合成 DNA 的过程,称为反转录(reverse transcription, RT)。该过程由逆转录酶催化进行,亦称反转录 8、 DNA 复制的主要特征:DNA 复制的主要特征:半保留复制、 双向复制、 半不连续复制、 保真性 9、 DNA 复制的几种方式:9、 DNA 复制的几种方式: 10、 DNA polymerases(DNA 聚合酶)聚合酶) in E. Coli 及其主要功能及其主要功能 DNA Pol :din B 编码 DNA Pol :umc C,
8、 umc D 编码 两者涉及 DNA 的错误倾向修复 (error-prone repair)。当 DNA 受到较严重损伤时,即可诱导产生这两个酶, 使修复缺乏准确性 (accuracy), 因而出现高突变率。 高突变率虽会杀死许多细胞, 但至少可以克服复制障碍, 使少数突变的细胞得以存活。 11、 单链单链 DNA 结合蛋白(结合蛋白(SSB):):在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。其 作用是保证被解链酶解开的单链在复制完成之前能保持单链结构。 12、 常见的真核细胞 DNA 聚合酶及其功能 13、 原核生物原核生物 DNA 复制的过程(课本复制的过程(课本 P50-P52) 1
9、)复制的起始:识别起始点,合成引发体:在 E.coli,DnaA 蛋白识别并结合 ori, DnaC 协助 DnaB 蛋白(解链酶, helicase)结合于 ori ,DNA 双链局部被打开,引物酶及其他蛋白加入,形成引发体。 形成单链:促旋酶(II 型拓扑异构酶)解开 DNA 超螺旋,解链酶解开双链,单链结合蛋白 SSB 结合 于处于单链状态模板链上。 合成引物: 前导链 的引物由 RNA 聚合酶合成,滞后链的引物由引发酶合成 。引物提供 3-OH,复 制进入延伸阶段 2)复制的延伸 : 按照与模板链碱基配对的原则,在 DNA 聚合酶 III 的作用下,逐个加入脱氧核糖核酸, 使链延长。
10、DNA 聚合酶的即时校读和碱基选择功能,确保复制的保真性。 由于 DNA 双链走向相反,DNA 聚合酶只能催化核苷酸从 53方向合成,前导链的复制方向与 解链方向一致,可以连续复制,而另一模板链沿 53方向解开,随从链(滞后链)的复制方向与解链 方向相反,复制只能在模板链解开一定长度后进行,因此随从链的合成是不连续的,形成的是若干个岗崎 片段。 DNA 聚合酶 I 的 3-5核酸外切酶活性去除 RNA 引物。DNA 聚合酶 I 填补 DNA 间隙。连接酶 使相邻两个 DNA 片段的 3-OH 末端和 5-P 末端形成 3,5磷酸二酯键。 3)复制的终止:两个复制叉的汇合点就是复制的终点。两个复
11、制叉向前推移,在终止区相遇而停止 复制,复制体解体 14、DNA 复制过程中后随链的合成:复制过程中后随链的合成:后随链开始合成 DNA 时,需要一段 RNA 引物、后随链的引发过程引 发体来完成引发体像火车头一样在后随链分叉的方向上前进,并在模板上断断续续地引发生成后随链的引 物 RNA 短链,再由 DNA 聚合酶III 作用合成 DNA,直到遇到下一个引物或冈崎片段为止。由 RNaseH 降解 RNA 引物并由 DNA 聚合酶 I 将缺口补齐,再由 DNA 连接酶将两个冈崎片段连 接在一起形成大分子 DNA。 15、与原核生物相比真核生物与原核生物相比真核生物 DNA 复制的特点:复制的特
12、点:DNA 复制发生在细胞周期的 S 期; 染色体 DNA 有多个复制起点,为多复制子; 冈崎片段长约 100200 bp。 每个复制子在染色体 DNA 全部复制完成前,不能再开始新一轮复制 ; 而在快速生长的原核中, 起点可以连续发动复制。真核生物快速生长时,往往采用更多的复制起点。 复制叉移动速度较原核生物慢(1/20); 真核生物线性染色体两端有端粒结构,防止染色体间的末端连接和核酸酶降解。由端粒酶负责 新合成链 5端 RNA 引物切除后的填补,保持端粒的一定长度。 16、几种修复机制:、几种修复机制: 1)直接修复 2)错配修复 3)切除修复 4)重组修复 5)SOS 修复 第四章第四
13、章 转录转录 概念:模板链与编码链:概念:模板链与编码链:DNA 双链中按碱基配对规律能指引转录生成 RNA 的一股单链,称为模板链称为模板链 (template strand),也称作有意义链或 Watson 链。相对的另一股单链是编码链是编码链(coding strand),也称为反义,也称为反义 链或 Crick 链。链或 Crick 链。 启动子:启动子:RNA 聚合酶识别、结合和开始转录的一段 DNA 序列。 终止子(终止子(terminator):):提供转录终止信号的 DNA 序列。 终止因子(termination factor) :终止因子(termination facto
14、r) :协助 RNA 聚合酶识别终止信号的辅助因子(蛋白质)。 外显子&内含子:外显子&内含子:不编码的插入序列,称内含子;称内含子;编码的序列称外显子。称外显子。 断裂基因:断裂基因: 大多数真核生物基因的核苷酸顺序不全部反映到蛋白质一级结构上。基因的编码序列被不编 码的插入序列分割成几段,这样的基因称为断裂基因。 RNA 编辑:RNA 编辑:mRNA 分子由于核苷酸的缺失、插入或置换导致序列发生了不同于模板 DNA 的变化,这种现 象称为 RNA 编辑。 RNA 聚合酶组成: RNA 聚合酶组成: 1)原核生物2 个 亚基、1 个 亚基、1 个次 亚基、1 个 亚基、1个亚基构成 RNA
15、聚合酶的全酶。 2)真核生物一般有 8-16 个亚基,有两个分子质量超过 100000 的大亚基,同种生物 3 类聚合酶(聚合酶、)有共享小亚基的倾向即有几个小亚基是 3 类或 2 类聚合酶所共有的。 70 识别的启动子:70 识别的启动子:E. coli 中70 识别的启动子包含 2 个保守的核心序列-10 区 和-35 区 : -10 区 (TATA box, Pribnow box) 中心位于转录起始位点上游 10bp 处, 一致序列(Consensus sequence)为 T80A95T45A60A50T96, 所以称-10 区。(右下角的数字表示该碱基在这个位置出现的百分率) 功能
16、:与 RNA 聚合酶紧密结合;形成开放启动子复合体;使 RNA 聚合酶定向转录 -35 区 (Sextama box) 中心位于转录起始位点上游 35bp 处,一致序列为 T82T84G78A65C54A45。 功能: RNA 聚合酶的识别位点,为转录选择模版; -10 区 和-35 区 距离相当稳定,过大过小会影响转 录活性 转录的基本过程:转录的基本过程:起始起始(initiation)、延伸、延伸(elongation)、终止、终止(termination)。)。 终止子的 2 个类型 :终止子的 2 个类型 :强终止子(内部终止子)不依赖于因子 弱终止子依赖于因子 真核生物中的三种 RNA 聚合酶存在部位及作用真核生物中的三种 RNA 聚合酶存在部位及作用 酶 位置转录产物 相对活性 对-鹅膏蕈碱的敏感性 RNA 聚合酶核仁rRNA 50-70% 不敏感 RNA 聚合酶核质hnRNA 20-40% 敏感 RNA 聚合酶核质tRNA 约 10% 存在物种特异性 真核生物 mRNA 加工真核生物 m