DNA到蛋白质

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1、1从从 DNA 到蛋白质到蛋白质 C 值值 C value：生物单倍体基因组中 DNA 总量，以基因组的碱基对来表示。每个细胞中以皮克(pg，10-12g)水平表示，C 值是每种生物的一个特 性。不同物种的 C 值差别很大。C 值矛盾值矛盾：C 值一般随生物进化而增加, 但也存在某些低等生物的 C 值比高等生物大, 即 C 值反常现象。原因原因： C 值反常现象产生的原因是真核生物基因红中含大量非编码序列。 Tm 值值就是 DNA 熔解温度，指把 DNA 的双螺旋结构降解一半时的温度。不同序列的 DNA，Tm 值不同。DNA 中 GC 含量越高，Tm 值越高， 成正比关系。Tm = 4(G +

2、 C)+ 2(A + T) 简述简述 Chargaff 定律的主要内容。定律的主要内容。 答案：(1）不同物种生物的 DNA 碱基组成不同，而同一生物不同组织、器官的 DNA 碱基组成相同。 (2）在一个生物个体中，DNA 的碱基组成并不随年龄、营养状况和环境变化而改变。 (3）几乎所有生物的 DNA 中，嘌呤碱基的总分子数等于嘧啶碱基的总分子数，腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的分子数量相等，鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C) 的分子数量相等，即 AG=T C。 这些重要的结论统称为 Chargaff 定律或碱基当量定律。 回文序列回文序列 palindrome 回文结构序列是一种旋转对称结构，在轴的两

3、侧序列相同而反向。 发卡结构（发卡结构（hairpin structure）：）：RNA 是单链线形分子，只有局部区域为双链结构。这些结构是由于 RNA 单链分子通过自身回折使得互补的碱 基对相遇，形成氢键结合而成的，称为发卡结构。 三链三链 DNA，tsDNA：沿着双链 DNA 的大沟存在多余的氢键给体和受体，这些暴露于环境的请柬给体和受体，可以同专一性的结合分子发生相互 作用，形成专一性的化合物，也可以专一性地与单链 DNA 分子结合而形成三链 DNA。 DNA 超螺旋，超螺旋，DNA superhelix; DNA supercoil ：由于双螺旋 DNA 的弯曲、正超螺旋或负超螺旋而造

4、成的 DNA 分子进一步扭曲所形成的 DNA 的一种三级结构。DNA 的超螺旋有两种：当 DNA 分子沿轴扭转的方向与通常双螺旋的方向相反时，造成双螺旋的欠旋而形成负超螺旋；而当 DNA 分子沿轴扭转的方向与通常双螺旋的方向相同时，造成双螺旋的过旋而形成正超螺旋。在生物体内，DNA 一般都以负超螺旋构象存在。 端终止法测端终止法测 DNA 序列即序列即 SANGER 双脱氧链终止法双脱氧链终止法,其原理是: DNA 链中核苷酸以 3,5-磷酸二酯键连接，合成 DNA 所用的底物是 2-脱氧 核苷三磷酸。2,3ddNTP 与普通 dNTP 不同，它们在脱氧核糖的 3位置缺少一个羟基。在 DNA

5、聚合酶作用下通过三磷酸基团掺入到延伸的 DNA 链中，但由于没有 3羟基，不能同后续的 dNTP 形成磷酸二酯键，因此，正在延伸的 DNA 链不能继续延伸。在 DNA 合成反应混合物的 4 种普通 dNTP 中加入少量的一种 ddNTP，链延伸将与偶然发生但却十分特异的链终止竞争，产物是一系列的核苷酸链，其长度取决于引物末端 到出现过早链终止位置间的距离。在 4 组独立酶反应中分别采用 4 种不同的 ddNTP，结果将产生 4 组寡核苷酸，它们将分别终止于模板链的 A、C、G 或 T 位置。 半保留复制（半保留复制（semiconservative replication）：一种双链脱氧核糖核

6、酸（DNA）的复制模型，其中亲代双链分离后，每条单链均作为新链合成的 模板。 DNA 复制的两个半复制的两个半 DNA 复制有两个主要的特点：半保留复制和半不连续复制。由于 DNA 双螺旋的两条链是反向平行的，而生物细胞内所有催 化 DNA 聚合酶都只能催化 53延伸，因此导致了矛盾。冈崎片段(Okaxaki fragments)的发现使这个矛盾得以解决。前导链上的 DNA 连续合成， 滞后链则以冈崎片段的形式分段、不连续合成。这些冈崎片段以后由 DNA 连接酶连成完整的 DNA 链。这种前导链连续复制和滞后链不连续复 制即 DNA 合成的半不连续复制现象在生物界普遍存在。然而直到现在科学家们

7、对于真核生物的冈崎片段仍然了解甚少，这是因为核小体会快速 地沉积在新生 DNA 上，冈崎片段的加工和核小体组装会相互影响。 在真核生物的染色体复制过程中，基因和表观遗传学信息都必须得到精确复 制。染色质的结构和修饰属于表观遗传学的范畴，虽然不会通过基因编码但也是可以遗传的。防止核小体破坏和与复制叉解离是确保精确定位 和修饰的组蛋白在新生 DNA 链上快速沉积的必要条件。组蛋白分子伴侣复合物支配着核小体在复制叉的组装和去组装。 DNA 复制从本质上讲 是不对称的。滞后链上的冈崎片段合成要求重复生成与复制叉方向相反方向的单链 DNA 并发生聚合作用。鉴于滞后链合成和组蛋白快速成绩发 生在复制叉之后

8、，这两个过程有可能存在相互关联。每合成一段冈崎片段就会有一系列相互协调的事件发生。当前除了知道其在 DNA 复制中具 有的重要作用，对于真核生物冈崎片段的特性仍知之甚少。此外，对于核小体组装与滞后链合成之间可能存在的相互影响也了解不多。 Meselson-Stahl 实验 （l）实验过程：实验分为两组， 对照组：将大肠杆菌一直培养在含 14N 的培养基上生长。这样繁殖出的大肠杆菌 DNA 分子的碱基中的 N 都是 14N。 实验组：先将大肠杆菌培养在含 15N 同位素的培养基上生长。使大肠杆菌 DNA 分子中的 N 都成为 15N。把含 15N 的大肠杆菌收集起来，洗 去菌体外面的 15N，并

9、把它们转移到 14N 的培养基上生长，繁殖四次。从实验组的五代大肠杆菌中分别提取 DNA，在每分钟四万至五万转的速 度下进行密度梯度离心二至三天后，不同重量的 DNA 分布在离心管中的位置不同（因为 14N 比 15N 少一个质子，所以 14N 比 15N 的原子量轻） 。 （2）实验结果： 对照组含 14N 的 ONA 分布在试管的上层。 实验组的 DNA 分子在离心管中分布的情况如下： 大肠杆菌 在离心管中的位置 DNA 分子 第一代 下层 含 15N 第二代 中层 含 15N14N 各一半 第三代 1 中层：1 上层 中层为 15N14N、上层为 N14 第四代 1 中层：3 上层 中层

10、为 15N14N、上层为 N14 第五代 1 中层：7 上层 中层为 15N14N、上层为 N14 （3）结果分析： 对照组因含 14N 比较轻，所以 DNA 分布在离心管的上层。 实验组： 第一代：因为是在 15N 培养基上繁殖的，DNA 含 15N，所以 DNA 分布在离心管的下层。 第二代：从 15N 培养基移至 14N 培养基上繁殖的第一代。因吸收 14N 复制新 DNA，而这些新 DNA 分子只分布在离心管的中层，说明 DNA 分 子是半保留复制，而非全保留复制。 第三代：因为这一代是从第二代繁殖而来，它们的 DNA 分子有两种。一种在离心管的上层（全为 14N），另一种在离心管的中

11、层（全为 15N14N）。这也说明不是全保留复制，而是半保留复制。 SSB （single strand binding protein） 单链结合蛋白单链结合蛋白 SSB 蛋白的作用： 1，保证被解链酶解开的单链在复制完成前能保持单链结构，它以四聚体 形式存在于复制叉处，待单链复制后才掉下，重新循环。所以，SSB 蛋白只保持单链的存在，并不能起解链的作用。2，可以保护单链 DNA 不 被酶水解。3，它与酶不同，不具催化活性，但能改变复制过程中的平衡状态和反应速度。 拓扑异构酶（拓扑异构酶（topoisomerase） 是指通过切断 DNA 的一条或两条链中的磷酸二酯键，然后重新缠绕和封口来更

12、正 DNA 连环数的酶。拓扑异构酶 、通过切断 DNA 中的一条链减少负超螺旋，增加一个连环数。某些拓扑异构酶也称为 DNA 促旋酶。 冈崎片段冈崎片段 Okazaki 片段片段，相对比较短的 DNA 链（大约 1000 核苷酸残基），是在 DNA 的滞后链的不连续合成期间生成的片段。 复制叉（复制叉（replication fork）：DNA 复制时在 DNA 链上通过解旋、解链和 SSB 蛋白的结合等过程形成的 Y 字型结构称为复制叉。在复制叉处作 为模板的双链 DNA 解旋，同时合成新的 DNA 链 DNA 在复制时，双链 DNA 解旋成两股分别进行。其复制过程的复制起点呈现叉子的形式，

13、故称复复制制叉叉。以复制叉向前移动的方向为标准， 一条模板链为 35走向，在其上 DNA 能以 53方向连续合成，称为前前导导链链(leadingstrand)；另一条模板链为 53走向，在2其上 DNA 也是 53方向合成，但与复制叉移动的方向正好相反，故随着复制叉的移动形成许多不连续的冈崎片段，最后在连成一条 完整的 DNA 链，该链称为后后随随链链(laggingstrand)。 DNA 聚聚合合酶酶 DNA polymerase 真核细胞有 5 种 DNA 聚合酶，分别为 DNA 聚合酶 （定位于胞核，参与复制引发，不具 53外切酶活 性），（定位于核内，参与修复，不具 53外切酶活性

14、），（定位于线粒体，参与线粒体复制，不具 53，有 35外切活性）， （定位核，参与复制，具有 35，不具 53外切活性），（定位于核，参与损伤修复，具有 35，不具 53外切活性）。 原核细胞：在大肠杆菌中，到目前为止已发现有 5 种 DNA 聚合酶，分别为 DNA 聚合酶、和，都与 DNA 链的延长有 关。DNA 聚合酶 I 是单链多肽，可催化单链或双链 DNA 的延长，于 1956 年发现；DNA 聚合酶 II 则与低分子脱氧核苷酸链的延长有关； DNA 聚合酶 III 在细胞中存在的数目不多，是促进 DNA 链延长的主要酶。DNA 聚合酶和直到 1999 年才被发现。 端端粒粒酶酶（T

15、elomerase），在细胞中负责端粒的延长的一种酶，是基本的核蛋白逆转录酶，可将端粒 DNA 加至真核细胞染色体末端。端粒 在不同物种细胞中对于保持染色体稳定性和细胞活性有重要作用，端粒酶能延长缩短的端粒（缩短的端粒其细胞复制能力受限），从而增 强体外细胞的增殖能力。Telomeres 端粒端粒是线状染色体末端的 DNA 重复序列。 端粒是线状染色体末端的一种特殊结构，在正常人体细胞中， 可随着细胞分裂而逐渐缩短。把端粒当作一件绒线衫袖口脱落的线段，绒线衫像是结构严密的 DNA，排在线上的 DNA 决定人体性状。它们决 定人头发的直与曲，眼睛的蓝与黑，人的高与矮等等，甚至性格的暴躁和温和。

16、逆逆转转录录（reverse transcription）是以 RNA 为模板合成 DNA 的过程，即 RNA 指导下的 DNA 合成。是 RNA 病毒的复制形式，需逆转录 酶的催化。艾滋病病毒(HIV)就是一种典型的逆转录病毒。 DNA 损伤损伤是复制过程中发生的 DNA 核苷酸序列永久性改变，并导致遗传特征改变的现象。情况分为：substitutation (替换)deletion (删除) insertion (插入)exon skipping (外显子跳跃) RNA 世界世界 RNA world 定义：因发现 RNA 具有催化和自复制(不同于病毒 RNA 的自复制)功能而提出的一种假说，认为生物进化过程中，最早出 现的生物大分子是 RNA，而不是 DNA 和蛋白质，即在进化某个阶段有一个“RNA 世界”。 启动子启动子 promoter 是位于结构基因 5端上游的 DNA 序列