基因的分子生物学读书笔记

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1、分子生物学读书笔记第 1 篇 化学和遗传学第 1 章 孟德尔学派的世界观知识点：1. 孟德尔定律是什么？答：显性和隐性基因都是独立传递的，并且在性细胞形成过程中能够独立分离。这个独立分离规律（principle of independent segregation）经常被称为孟德尔第一定律。基因存在，并且每一对基因在性细胞发育过程中，都可以独立地传递到配子中。这一独立分配律（principle of independent assortment）经常被称为孟德尔第二定律。第 2 章 核酸承载遗传信息知识点：1. 中心法则：答：1956 年，Crick 提出将遗传信息的传递途径称为中心法则（ce

2、ntral dogma ） 。转录 翻译复制 DNA RNA 蛋白质其中，箭头表示遗传信息的传递方向。环绕 DNA 的箭头代表 DNA 是自我复制的模板。DNA 与 RNA 之间的箭头表示 RNA 的合成（转录，transcription）是以 DNA 为模板的。相应地，蛋白质的合成（翻译，translation）是以 RNA 为模板的。更为重要的是，最后两个箭头表示的过程，只能单方向存在，也就是说，不能由蛋白质模板合成 RNA。也难以想象由 RNA 模板合成 DNA。蛋白质不能作为 RNA 的模板已经经受了时间的验证，然而，正如我们将在第 11 章中要提到的，有时 RNA 链确实可以作为互补

3、的 DNA 的模板。这种与正常信息流的方向相反的事例，与大量的以 DNA 为模板合成的 RNA 分子相比，是非常少见的。所以，大约 50 年前提出的中心法则在今天看来仍然是基本正确的。第 3 章 弱化学作用的重要性知识点：1. 弱化学键主要有 4 种:答：范德华力, 疏水键, 氢键及离子键。2. 弱化学键的作用：答：介导了到分子内/间的相互作用，决定了分子的形状及功能。第 4 章 高能键的重要性知识点：1 蛋白质与核酸的形成：答：蛋白质是氨基酸间通过肽键连接, 核苷酸间通过磷酸二脂键连接而形成核酸。以上 2种重要生物大分子的形成都是由高能的 pp 水解提供能量, 对反应前体进行活化。2 ATP

4、 的作用：答：ATP 被称为生物的能量货币, 其上储存的高能磷酸键可以直接为生物反应供能。第 5 章 弱、强化学键决定大分子的结构知识点：1. 强化学键的作用：答：核酸（DNA/RNA）和蛋白质都是由简单的小分子通过共价键组成的高分子。这些小分子的排列顺序决定了其遗传学和生物化学的功能。2. 弱化学键的作用：答：核酸（DNA/RNA）和蛋白质的三维空间构型及它们间的相互作用是由弱的相互作用来决定和维持。除少数特例外，对这种弱的相互作用的破坏（如加热或去污剂） ，即使不破坏共价键，都将会破坏其所有的生物活性。3. 蛋白质的四级结构：答：1 级结构（primary structure ）：多肽链中

5、氨基酸的线性顺序。级结构（secondary structure）：邻近的氨基酸通过弱的相互作用形成二级结构。最基本的二级结构是 螺旋和 折叠。二级结构可通过计算机做准确预测。级结构（tertiary structure）：多肽链在二级结构基础上形成的空间结构。可用 x 射线晶体衍射和核磁共振术进行测定。级结构（quaternary structure）：多亚基蛋白所形成的结构。第 2 篇 基因组的维持第 6 章 DNA 和 RNA 的结构知识点：1. DNA 由多核苷酸链构成：答：通常 DNA 最重要的结构特征是两条多核苷酸链（polynucleotide chain）以双螺旋的形式相互缠绕

6、。双螺旋两条单链的骨架是由糖和磷酸基团交替构成的；碱基朝向骨架的内侧，通过大沟和小沟可以接近碱基。DNA 通常是右手双螺旋。大沟中有丰富的化学信息。多核苷酸链以磷酸二酯键为基础构成了规则的不断重复的糖-磷酸骨架，这是 DNA 结构的一个特点。与此相反，多核苷酸链中碱基的排列顺序却是无规律的，碱基排列顺序的不规则性加上其长度是 DNA 储存大量信息的基础。习惯上，DNA 序列由 5端（在左边）向 3端书写，一般 5端是磷酸基而 3端是羟基。2. 双螺旋的两条链序列互补：答：腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（ T）配对，鸟嘌呤（G ）和胞嘧啶（ C）配对的结果是使两条相互缠绕的链上的碱基序列呈互补关系并赋予

7、 DNA 自我编码的特性。3. 碱基会从双螺旋中翻转出来：答：有时单个的碱基会从双螺旋中突出，这种值得注意的现象叫做碱基翻出（base flipping） 。4. DNA 双链可以分开（变性）和复性：答：当 DNA 溶液温度高于生理温度（接近 100）或者 pH 较高时，互补的两条链就可分开，这个过程称为变性（denaturation） 。DNA 双链完全分开的变性过程是可逆的，当变性DNA 的热溶液缓慢降温，DNA 的互补链又可重新聚合，形成规则的双螺旋。由于变性的DNA 分子具有复性的能力，因此来源不同的两条 DNA 分子链通过缓慢降温也可形成人工杂交分子。在第 20 章里，两条单链核酸形

8、成杂交分子的能力被称为杂交（hybridiztion） 。这是分子生物学中几项不可缺少的技术的基础。例如，Southern 印迹杂交（第 20 章）和DNA 芯片分析（第 18 章，框 18-1） 。由于双螺旋 DNA 的光吸收比单链 DNA 少 40%。当 DNA 溶液温度升高到接近水的沸点时，光吸收值（absorbance）在 260nm 处明显增加，这种现象称为增色效应（hyperchromicity） ；而减色效应则是因为双螺旋 DNA 中的碱基堆积降低了对紫外线的吸收能力。吸光度增加到最大值一半时的温度叫做 DNA 的熔点（melting point） 。5. 连环数由扭转数和缠绕数

9、共同决定：答：连环数（linking number）是指要使两条链完全分开时，一条链必须穿过另一条链的次数（用 Lk 表示） 。连环数是扭转数（twist number，用 Tw）和缠绕数（writhe number，用 Wr 表示）这两个几何数的总和。扭转数仅仅是一条链旋绕另一条链的螺旋数，即一条链完全缠绕另一条链的次数。在三维空间里双螺旋的长轴经常重复地自我交叉，这称为缠绕数。6. 细胞中 DNA 呈负超螺旋的意义：答：负超螺旋含有自由能，可以为打开双链提供能量，使 DNA 复制和转录这样的解离双链的过程得以顺利完成。因为 Lk=Tw+Wr，负超螺旋可以让双螺旋扭转数减少，负超螺旋区域因而

10、有局部解旋倾向。因此，与松弛态 DNA 相比负超螺旋 DNA 更易于解链。7. 拓扑异构酶有 2 种基本类型：答：拓扑异构酶（topoisomerase ）可以催化 DNA 产生瞬时单链或双链的断裂而改变连环数。拓扑异构酶通过两步改变 DNA 连环数。它们在 DNA 上产生一瞬时的双链缺口，并在缺口闭合以前使一小段未被切割的双螺旋 DNA 穿过这一缺口。拓扑异构酶依靠 ATP水解提供的能量来催化这一反应。相反，拓扑异构酶一步就可以改变 DNA 的连环数，其作用是使 DNA 暂时产生单链切口，让未被切割的另一单链在切口接合之前穿过这一切口。与拓扑异构酶相比，拓扑异构酶不需要 ATP。原核生物还拥

11、有一种特殊的拓扑异构酶，通称为促旋酶，它引入而不是去除负超螺旋。8. RNA 的结构与功能：答：RNA 与 DNA 的 3 个不同之处：第一，RNA 骨架含有核糖，而不是 2-脱氧核糖，也就是说在核糖的 C2的位置上带有一个羟基。第二，RNA 中尿嘧啶（uracil）取代了胸腺嘧啶，尿嘧啶有着和胸腺嘧啶相同的单环结构，但是缺乏 5甲基基团。胸腺嘧啶实际上是 5甲基-尿嘧啶。第三，RNA 通常是单多聚核酸链。从功能上讲，mRNA 是从基因到蛋白质合成的媒介，tRNA 作为 mRNA 上密码子与氨基酸的“适配器” ，同时，RNA 也是核糖体的组成部分；另外，RNA 还是一种调节分子，通过和 mRN

12、A 互补序列的结合对翻译过程进行调控；最后，还有一些 RNA（包括组成核糖体的一种结构 RNA）是在细胞中催化一些重要反应的酶。9. 碱基对也可以发生在不相邻的序列中，形成称为“假结” （pseudoknot）的复杂结构。10. RNA 具有额外的非 Watson-Crick 配对的碱基，如 G：U 碱基对，这个特征使 RNA 更易于形成双螺旋结构。11. 一些 RNA 可以是酶类：答：RNA 酶被称为核酶（ribozyme） ，具有典型酶的许多特性：催化位点、底物结合位点和辅助因子（如金属离子）结合位点。最早被发现的核酶是 RNaseP，一种核糖核酸酶，参与从大的 RNA 前体生成 tRNA

13、。mRNA 前体、tRNA 前体和 rRNA 前体间插序列即内含子（intron）的切除过程称为 RNA的剪接（RNA splicing） 。12. RNA 的功能有哪些?答：（1）有些 RNA 本身就是一种酶,具有调节功能；（2）RNA 是一种遗传物质（主要为病毒的遗传物质） ；（3）RNA 可以作为基因和蛋白质合成的中间体；（4）RNA 可作识别子（如:mRNA） ；（5）RNA 可以作为一种调节分子主要通过序列互补结合阻止蛋白质的翻译。第 7 章 染色体、染色质和核小体知识点：1. 一些概念：答：（1）染色体（chromosome）：在细胞中 DNA 是和蛋白质结合存在的，每条 DNA

14、及其结合的蛋白质构成一条染色体（chromosome） 。（2）核小体（nucleosome ）：DNA 与组蛋白结合所形成的结构称为核小体（nucleosome） 。（3）染色体是环状或线状的。（4）基因组密度的简单衡量方法是每 Mb 基因组 DNA 上基因的平均数目。（5）突变基因和基因片段是由于简单的随机突变或在 DNA 重组过程中的错误所造成的。假基因则是因反转录酶（reverse transcriptase）的作用而形成。2. 每个细胞都有特定的染色体数目：答：大多数真核细胞是二倍体（diploid） ，也就是说，细胞中每条染色体有两个拷贝。同一个染色体的两个拷贝叫做同源染色体（ho

15、molog） ，分别来自父本和母本。但是，一个真核生物中的所有细胞并非都是二倍体，某些细胞是单倍体或多倍体。单倍体（haploid）细胞每条染色体只有一个拷贝，并且参与有性生殖（例如，精子和卵子都是单倍体细胞） 。多倍体（polyploid）细胞中每条染色体都超过两个拷贝。3. 基因组大小与生物体的复杂性相关：答：基因组的大小（单倍染色体中 DNA 的长度）在不同的生物种有相当大的变化。由于生物的复杂性越高所需的基因也就越多。因此基因组的大小与生物体的复杂性相关也就不足为奇。4. 导致真核细胞中基因密度降低的因素：答：首先，当生物体的复杂性增加时，负责指导和调控转录的 DNA 区段调控序列（r

16、egulatory sequence）的长度显著增长；其次，在真核生物种编码蛋白质的基因通常是不连续的。这些分散的非蛋白质编码区段称为内含子（intron） 。内含子转录后通过 RNA 剪接（RNA splicing）的过程从 RNA 中删除。5. 人的基因间隔区序列主要由重复 DNA 构成：答：几乎一半的人类基因组由在基因组中重复多次的 DNA 序列组成。重复 DNA 一般有两种：微卫星 DNA 和基因组范围的重复序列。微卫星 DNA（microsatellite DNA）由非常短的（小于 13bp）串联重复序列构成。基因范围的重复序列（genemo-wide repeat）要比微卫星大得多，尽管这些重复有许多种类，但是它们有着共同的特点，即都是转座元件（transposable element） 。转座元件是指能从基因组的一个位置移动到另一个位置的序列，这个过程称为转座（transposition） 。6. 真核染色体在细胞分裂过程中需要着丝粒、端粒和