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1、分子生物学目录第一章绪论 2 第二章核酸的结构及性质4 第三章 DNA复制 4 第四章 DNA损伤与修复2 第五章可转移的遗传因子2 第六章 RNA的转录与加工5 第七章蛋白质的生物合成5 第八章分子生物学技术8 第九章原核基因表达调控4 第十章真核基因表达调控4 第一章绪论DNA Double Helix model:1953 Watson & Crick 基因的基本属性: 1. 基因的自我复制2. 基因控制性状的表达3. 基因的突变以DNA, protein为核心以生物化学为基础Crick ： . 我本人的思想是基于两个基本原理，我称之为序列假说和中心法则序列假说：核酸片段的特异性完全由其
2、碱基序列所决定，而且这种序列是某一蛋白质的氨基酸序列的密码。中心法则：信息一旦进入蛋白质，它就不可能再输出分子生 物学的三大原则1. 构成生物大分子的单体是相同的( 共同的核酸语言、共同的蛋白质语言) 2. 生物遗传信息的表达的中心法则相同3. 生物遗传信息的表达的中心法则相同个性高级结构生物大分子之间的互作农业是现代生物学研究与应用最为广阔，重要的领域第二章核酸与染色体的结构和性质2.1 DNA 是遗传物质?2.1.1 转化实验?2.1.1.1 Griffith的发现2.1.1.2 Avery等人的实验精品p d f 资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - -
3、 - - -第 1 页，共 32 页 - - - - - - - - - - ?2.1.2 化学实验2.2 DNA 的结构2.2.1 DNA的一级结构?定义： DNA 的一级结构指的是DNA分子内碱基的排列顺序。2.2.2 DNA一级结构的方向性? DNA链的方向总是理解为从5 P端 到 3-OH 端。? DNA分子总是由脱氧核糖核苷酸组成，核糖的2 位总是 H。? RNA分子的核糖的2 位总是 OH基。DNA一级结构的多样性? 编码蛋白质的遗传信息的多样性? 用于调控的序列具有多样性? 两种不同遗传信息的比较相同点：都不是简单地以其一级结构发挥作用，而依赖于与Pro 的相互作用。不同点：编码
4、蛋白质氨基酸组成的信息强烈依赖酶系或蛋白质结构来进行基因表达，而调控序列不仅依靠蛋白质作用而且利用自身的双螺旋空间结构的改变来负责基因活性的选择性表达。2.2.3 DNA的二级结构 3.2.3.1 定义： DNA的二级结构指的是由两条DNA链反向平行盘绕所形成的双螺旋结构。 1每一单链具有5 3极性2 两条单链间以氢键连接3 两条单链，极性相反，反向平行4 以中心为轴，向右盘旋 (B-form)5 双螺旋中存在大沟 (2.2nm)，小沟 (1.2nm 2.2.3.2 理化特性及维持二级结构稳定的力 主链 碱基对 大沟和小沟 螺距2.2.3.3 DNA二级结构的基本特点? DNA 分子是由两条反
5、向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结合，形成碱基对。A总是与 T 配对， G总是与 C配对。2.2.3.4 DNA二级结构的不均一性? DNA 上的回文序列（inverted repeats）? DNA 上的富含 AT 序列? 嘌呤、嘧啶的排列顺序对双螺旋稳定性影响2.2.3.5 DNA二级结构的多样性?通常情况下， DNA的二级结构分为两大类：一类是右手螺旋的，如BDNA 、ADNA 、C-DNA等；另一类是局部的左手螺旋，如ZDNA 。?天然状态下的DNA大多为 B-DNA 。?1
6、953 年， Watson 和 Crick 首次提出了DNA的反向平行双螺旋模型，该模型所描述的就是BDNA 。其他 DNA螺旋结构精品p d f 资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -第 2 页，共 32 页 - - - - - - - - - - 三螺旋 DNA 四螺旋 DNA 2.2.4 DNA的变性和复性?2.2.4.1 呼吸作用双链 DNA中配对碱基的氢键总是处于不停的断裂和再生状态之中，特别是稳定性较低的富含A-T 的区段， 氢键的断裂和再生更为明显。在微观上常常表现为瞬间的泡状结构，这种现象称为DNA的呼吸作用。?2.2.4.2甲醛
7、试验把标准 DNA放到含有甲醛的溶液当中，发现随时间推移，吸光性出现变化（增加） ，表示 DNA由双链变成了单链。这是因为DNA上的 NH2在甲醛作用下发生了缩醛反应，使DNA双链不可逆地解开，这个过程又称为甲醛的变性作用。?定义：双螺旋DNA溶解成单链的现象称为DNA变性。DNA分子变性 ( DNA denaturation ) D.S. DNA S.S. DNA 加温 , 极端 pH, 尿素, 酰胺变性过程的表现 DNA粘度降低 DNA 沉降速度加快 DNA分子的 A 260 nm UV 值上升核酸在 260nm具有强烈的吸收峰，结构越有序，吸收的光越少。游离核苷酸比单链的RNA或 DNA
8、吸收更多的光，而单链 RNA或 DNA的吸收又比双链DNA分子强。2.2.4.3 增色效应、减色效应和Tm值单链和双链DNA的 A260吸收值不同。以50g/mlDNA溶液测量，分别为：双链 DNA A260=1.00单链 DNA A260=1.37双链 DNA缓慢加热，其溶液对紫外光的吸收值增加，叫增色效应，而单链DNA缓慢降温，其对紫外光的吸收值减少，叫减色效应。根据 DNA的变性作用， 以 260nm紫外光吸收值与温度变化作图，可得到一条S形曲线， 在相当狭的一个范围内，增色效应出现一个跳跃。通常以紫外吸收值达到最大值的一半时的温度也就是DNA的碱基有50% 发生变性时的温度称为融点Tm
9、(melting temperature,Tm)2.2.4.5复性变性后的DNA用某种方法处理后，使之重新形成天然DNA的过程叫做复性或退火。复性是一个比较慢的过程。? 1A 1B 1C 1D?.ATGA.ATGA.CCCC.ATGA.?.TACT.TACT.GGGG.TACT.? 1A 1B 1C 1D2.2.5 DNA的高级结构超螺旋与拓扑异构现象负超螺旋 - 拓扑异构酶 / 溴乙锭 - 松弛 DNA-拓扑异构酶 / 溴乙锭 - 正超螺旋DNA超螺旋结构?超螺旋精品p d f 资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -第 3 页，共 32 页 -
10、 - - - - - - - - - 超螺旋，简单地说就是螺旋的螺旋，或者我们假定双螺旋存在一个中心轴，这条中心轴再形成螺旋。超螺旋的形成不是一个随机过程，而是在 DNA 双螺旋存在一种结构张力时才会形成。由于 DNA 双螺旋的盘绕过度或不足，使 DNA分子处于一种张力状态。在封闭环状DNA分子中这种张力不能释放出来，就会形成超螺旋。正、负超螺旋?正超螺旋中心轴的盘绕同双螺旋两条链盘绕的方向相同，也就是同解链方向相反。正超螺旋使螺旋更加紧密，所以把正超螺旋叫过分盘绕DNA 。?负超螺旋负超螺旋能让DNA分子通过调整双螺旋本身的结构来减少这种张力，一般是以减少每个碱基对旋转，即放松两股链彼此的盘
11、绕，所以把具有负超螺旋的DNA叫盘绕不足DNA 。超螺旋的生物学意义?超螺旋可能有两方面的生物学意义：1 超螺旋 DNA比松弛型DNA更紧密，使DNA分子体积变得更小，得以包装在细胞内；2 超螺旋能影响双螺旋的解链程度，因而影响DNA分子与其他分子，如酶、蛋白质分子的相互作用。DNA拓扑异构体具有完全相同顺序，而链环数值不同的DNA ，称为拓扑异构体。在封闭环状DNA 分子中链环数值的改变，即拓扑异构体之间的互变，只有在一条链或两条链有了缺口时才能发生，通常要有酶来催化，此种酶叫拓扑异构酶。I 型异构酶能在一股链上产生一个缺口，而II 型异构酶能在两股链上产生缺口。2.3 染色体2.3.1 染
12、色体概述染色体的结构要素1 着丝粒（ centromere ） ：细胞分裂时染色体与纺锤丝相连结的部位，为染色体的正常分离所必需。在着丝粒附近有高度重复的卫星DNA （长约510 bp 、方向相同的高度重复序列），它们不能与组蛋白结合，形成常染色质区域。2 端粒 (telomere)：真核生物线状染色体分子末端的DNA 区域。端粒 DNA的特点与功能：?有许多短的正向重复序列。?端粒的末端都有一条12-16 碱基的单链3端突出。?端粒 DNA末端不能被外切核酸酶和单链特异性的内切核酸酶识别。?端粒的功能：防止DNA末端降解，保证染色体的稳定性和功能原核：简单，没有核膜包围形成真正的细胞核，核酸
13、分子常裸露存在整个细胞中，与少量蛋白质结合，这些蛋白质有些与DNA的折叠有关，另外的参与DNA复制、重组和转录过程。真核：染色体位于细胞核的核仁内， DNA 与 Pro（组与非组蛋白）完全融合，Pro/DNA 的质量比2/1 。原核与真核染色体DNA比较?原核生物中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。2.3.2 真核生物的染色体?真核生物的染色体在细胞生活周期的大部分时间里都以染色质的形式存在。染色质是一种纤维状结构，称为染色质丝。
14、它是由最基本的单位- 核小体串联而成的。这里有一系列的结构等级：DNA和组蛋白构成核小体，核小体再绕成一个中空的螺线管成为染色质丝，染色质丝再与许多非组蛋白结合进一步螺旋化形成染色体。?组成： DNA 和蛋白质。?特征：体细胞是二倍体，性细胞是单倍体。结构相对稳定。能够自我复制。能够指导蛋白质的合成。精品p d f 资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -第 4 页，共 32 页 - - - - - - - - - - 能够产生可遗传的变异。2.3.2.1 蛋白质?染色体上的蛋白质主要包括组蛋白和非组蛋白。?组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNA组成
15、核小体。?真核生物的染色体一般有5 种主要的组蛋白，分别命名为：H1、H2A 、H2B 、H3和 H4 。?在 5 种组蛋白中， H1富含赖氨酸，H3 、H4富含精氨酸。?鸟类、鱼类和两栖类的红细胞染色体不含H1而代之以H5 。?在某些物种的精子中，染色体的结构蛋白是鱼精蛋白。?非组蛋白主要包括与复制和转录有关的酶类、与细胞分裂有关的蛋白等。2.3.2.2 核小体的装配?核小体：指的是168bp 长度的 DNA与一组组蛋白构成的致密结构，是构成真核生物染色质的基本单位。?装配过程：两分子的H3和两分子的H4先形成四聚体，然后由H2A和 H2B形成的异二聚体在该四聚体的两侧分别结合而形成八聚体。
16、长146bp 的 DNA按左手螺旋盘绕在八聚体上1.8 周，形成核小体的核心颗粒。核心颗粒两端的DNA各有 11bp 与 H1结合，形成完整的核小体。2.3.3 真核生物的基因组?基因：是指表达一种蛋白质或功能RNA的遗传物质的基本单位。?基因组 genome 原核：就是它的整个染色体。真核：一个物种单倍体染色体数目。2.3.3.1 C值矛盾?C值：单倍体基因组中的DNA含量。?不同物种的C值有很大差异：C值矛盾 c-value paradox（定义）：?在结构和功能相似的物种中，甚至在亲缘关系相近的物种中，C值差异大。?在不同进化阶元中，某些低等生物的C值比高等生物的C值还大。2.3.3.2 真核生物基因组不同拷贝的序列组分单一拷贝的非重复序列在基因组中只存在一个拷贝。轻度重复序列在基因组中只有2-10 个拷贝，主要是组蛋白和tRNA 等基因。中度重复序列这类序列的重复次数在数十到数百次之间。高度重复序列有几百到几百万个拷贝。卫星 DNA 把基因组DNA切成数千个bp 的片段，进行氯化铯密度梯度离心。对一个物种来说，其浮力密度曲线是一条覆盖一定浮力密度范围的一条宽带，但是有些DNA片
