分子生物學總結(jié)

1、第1節(jié) 基因基因：含有生物信息的DNA片段，根據(jù)這些生物信息可以編碼具有生物功能的產(chǎn)物，包括RNA和多肽鏈。2、 DNA的結(jié)構(gòu)特點及性質(zhì)1.一級結(jié)構(gòu)：核苷酸的排列順序；DNA(脫氧核苷酸)是由三種大分子組成:堿基:嘌呤（腺嘌呤，A;鳥嘌呤，G）嘧啶（胞嘧啶，C；胸腺嘧啶，T）.脫氧核糖.磷酸脫氧核苷:由戊糖和堿基以C-N糖苷鍵連接而成。糖都是通過糖的異頭碳和嘧啶的N-1或嘌呤的N-9之間形成的N-糖苷鍵與堿基連接脫氧核苷酸:脫氧核苷+磷酸.脫氧核苷一磷酸可以進一步磷酸化,形成脫氧核苷二磷酸和脫氧核苷三磷酸。三、DNA的空間結(jié)構(gòu)（一）雙螺旋結(jié)構(gòu)嘌呤和嘧啶之間通過氫鍵配對，形成堿基對，且A只和T配

2、對、C只和G配對，這種堿基之間的一一對應的關(guān)系就叫堿基互補配對原則。DNA分子的結(jié)構(gòu)特點1）DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。2）DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基在內(nèi)側(cè)。3）兩條鏈上的堿基通過氫鍵連結(jié)起來，形成堿基對，且遵循堿基互補配對原則。兩條長鏈上的脫氧核糖與磷酸交替排列的順序是穩(wěn)定不變的。長鏈中的堿基對的排列順序是千變?nèi)f化的。DNA分子的特異性就體現(xiàn)在特定的堿基(對)排列順序中。DNA分子的結(jié)構(gòu)特性穩(wěn)定性：DNA分子規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定不變的多樣性：DNA分子中堿基對的排列順序千變?nèi)f化。特異性：特定的DNA分子具有特定的堿基

3、排列順序。（2） DNA的三級結(jié)構(gòu)超螺旋超螺旋的意義：緊密，體積更??；能影響雙螺旋的解鏈程序，因而影響DNA分子與其它分子之間的相互作用。（3） 染色體的結(jié)構(gòu)真核生物染色體DNA成線性，DNA雙鏈盤繞在H2A,H2B,H3，H4組成的組蛋白表面形成核小體。染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。核小體組成染色質(zhì)絲-多級螺線管模型。染色質(zhì)絲與非組蛋白結(jié)合成高度壓縮的染色單體染色質(zhì)(chromatin)是指間期細胞內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復合結(jié)構(gòu)，是間期細胞遺傳物質(zhì)存在的形式。染色體(chomosome)是指細胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中，由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)。4、 DNA的理化性質(zhì)

4、(1)DNA是酸性大分子.(2)在260nm下有最大吸收值(OD260). (3)變性、復性. (4)雜交.1.DNA的變性(denaturation):變性作用是核酸的重要性質(zhì)；是核酸雙螺旋區(qū)的氫鍵斷裂，變成單鏈；核酸變性不涉及共價鍵的斷裂；核苷酸骨架上35磷酸二酯鍵的斷裂稱核酸的降解。變性特征：生物活性部分或全部喪失。粘度下降。浮力密度升高。紫外吸收增加（增色效應）變性因素:加熱。pH（>11.3或<5.0）。變性劑（脲、甲酰胺、甲醛）解鏈溫度(Tm):使50%的DNA發(fā)生變性時的環(huán)境溫度。簡單常用的計算方法： Tm值4*(GC)2*(AT) 如：ATGGTACATGACCTA

5、GCTAAGC 其Tm=4*10+2*12=64Tm值的大小主要與下列因素有關(guān):（1）DNA的均一性；（2） G-C的相對含量: (G+C)%=(Tm-69.3)×2.44。（3）介質(zhì)離子強度低,Tm低.溶液中離子濃度越大、電荷數(shù)目越多，離子強度越大。（4）高pH下堿基去質(zhì)子而喪失形成氫鍵的能力（5）變性劑如甲酰胺、尿素、甲醛等破壞氫鍵,妨礙堿基堆積,使Tm下降2. DNA的復性(renaturation)：在適當條件下,變性DNA的兩條互補鏈再恢復成天然的雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程。影響復性的因素:序列簡單的分子復性快,如poly(dT)和poly(dA)DNA片段愈大,擴散速度愈低,復性慢

6、 離子強度有利于復性DNA濃度復性3.核酸分子雜交(hybridiazation):應用核酸分子的變性和復性的性質(zhì),使來源不同的DNA(或RNA)片段,按堿基互補關(guān)系形成雜交雙鏈分子。雜交雙鏈可以在DNA與DNA鏈之間,也可在RNA與DNA鏈之間形成。核酸分子雜交技術(shù)：用標記的核酸探針(已知序列)檢測樣品中未知的核酸序列的方法。探針:放射性同位素或熒光標記的DNA或RNA片段 核酸分子雜交的應用：研究DNA分子中某一種基因的位置；定兩種核酸分子間的序列相似性；檢測某些專一序列在待檢樣品中存在與否；是基因芯片技術(shù)的基礎(chǔ) 。常用的標記物：（一）放射性標記物： 32P、35S、14C、125I、13

7、1I特性：檢測特異性強，靈敏度高；不影響堿基配對的特異性和穩(wěn)定性；易造成放射性污染；半衰期短，不能長時間存放。檢測：放射自顯影檢測雜交信號放射線可以在X射線片上成影（2） 非放射性標記物常用的標記物：生物素(biotin) 地高辛(digoxigenin)光生物素標記方法： 先將標記物預先連接到dNTP上，再用切口平移、隨機引物等方法參進探針。 優(yōu)點：無環(huán)境污染，可較長時間貯存。 缺點：靈敏度較放射性探針差。非放射性探針檢測方法。不能直接檢測，分兩步：偶聯(lián)反應和顯色反應。偶聯(lián)反應：利用抗原抗體反應第2節(jié) 真核生物基因結(jié)構(gòu)及特點真核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特點1、 基因組通常比較大；2、含有內(nèi)含子

8、序列；3、含有大量重復序列;4、真核基因由一個結(jié)構(gòu)基因與相關(guān)的調(diào)控區(qū)組成，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子。2、 結(jié)構(gòu)基因：決定合成某一種蛋白質(zhì)或RNA分子結(jié)構(gòu)相應的一段DNA。其功能是把攜帶的遺傳信息轉(zhuǎn)錄給mRNA，再以mRNA為模板合成具有特定氨基酸序列的蛋白質(zhì)或RNA。結(jié)構(gòu)基因包括四個區(qū)域：編碼區(qū)，包括外顯子和內(nèi)含子；前導區(qū)，位于編碼區(qū)上游，5端非編碼區(qū)；尾部區(qū)，3端非編碼區(qū)；調(diào)控區(qū)，包括啟動子和增強子；3、外顯子（exon）：真核生物基因的一部分，在剪接后被保存下來，在蛋白質(zhì)生物合成過程中被表達為蛋白質(zhì)。4、內(nèi)含子（intron）：在轉(zhuǎn)錄后的加工中，從最初的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物除去的內(nèi)部的核苷酸序列。5、啟動子

9、：是RNA聚合酶特異性識別和結(jié)合的DNA序列，位于結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄起始點的上游-25bp處，本身不被轉(zhuǎn)錄。啟動子必須與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合才能被RNA聚合酶識別與結(jié)合。6、增強子：是一段DNA序列，其中含有多個能被反式作用因子識別與結(jié)合的順式作用元件，能調(diào)控（常為增強）鄰近基因的轉(zhuǎn)錄。一般位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-100-300bp處，但在基因外或某些內(nèi)含子中也有增強子序列。負增強子（negative enhancer)又稱沉默子，負調(diào)控序列。7、終止子與加尾信號：結(jié)構(gòu)基因的最后一個外顯子中有一個保守序列AATAAA與下游一段GT豐富區(qū)或T豐富區(qū)共同構(gòu)成polyA加尾信號。與RNA聚合酶結(jié)合的延長因子能識別這種

10、結(jié)構(gòu)并與之結(jié)合，然后在AAUAAA下游1030個堿基的部位切斷RNA并加上polyA 尾巴。8、假基因：具有與功能基因相似的序列，但由于有許多突變以致失去了原有的功能，不能表達出有功能的產(chǎn)物，所以假基因是沒有功能的基因，常用表示。9、基因超家族：指核苷酸序列或編碼產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)具有一定程度同源性的一組基因。10、重復序列：非編碼序列占人類基因組的95%以上；除內(nèi)含子、調(diào)控序列以外，重復序列居多；重復序列與基因組的穩(wěn)定性、組織形式及基因的表達調(diào)控有關(guān)；根據(jù)出現(xiàn)的頻率不同可以分為高度重復、中度重復及單拷貝序列。高度重復序列：重復次數(shù)>105的DNA序列如衛(wèi)星DNA和反向重復序列。中度重復序列：重

11、復次數(shù)為101105。單拷貝序列：大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因?qū)龠@一類11：重復頻率的多少/突變會形成/失去限制性內(nèi)切酶識別位點，用限制性內(nèi)切酶消化不同個體同一DNA片段時會產(chǎn)生不同長度的DNA片段，這種方法稱限制性片段長度多態(tài)性技術(shù)第二章 人類基因組基因組：細胞或生物體全部的遺傳物質(zhì)?；蚪M學：研究基因組的結(jié)構(gòu)與功能。結(jié)構(gòu)基因組學：以全部基因組測序為目標，研究基因、基因組結(jié)構(gòu)、基因作圖和基因定位。功能基因組學：以基因功能鑒定為目標，研究不同序列結(jié)構(gòu)的功能、基因的相互作用，基因表達及調(diào)控。一、人類基因組的特點1、人類基因組包含30億個堿基對.2、人類基因組含3-3.5萬個基因.3、基因的編碼序列

12、僅占全基因組序列的3%.4、存在多基因家族和超基因家族現(xiàn)象。5、存在假基因現(xiàn)象。6、50%DNA序列為重復序列。重復序列包括高度重復序列 (重復106)和中度重復序列 (重復10-105, 占人類 總基因35%)。衛(wèi)星DNA和反向重復序列屬高度重復序列。7. 重復序列具有多態(tài)性。人類基因組計劃最終目的是測定基因組的全部序列，弄清整個基因組的結(jié)構(gòu)、功能及其表達產(chǎn)物，徹底了解人類生命活動本質(zhì)。HGP對人類基因組研究結(jié)論：:基因數(shù)量少得驚人,只3.5萬個.人類基因組中存在“熱點”和大片“荒漠”.三分之一為“垃圾”DNA.男性基因突變比例更高.HGP的劃時代意義：“人類基因組計劃”大規(guī)模測定DNA序列

13、工作的完成，宣告“后基因組時代”的開始，功能基因組學和蛋白質(zhì)組學研究成為新的生命科學前沿.三、單核苷酸多態(tài)性(SNP)及 單倍體型圖(Hapmap)1、SNP概念： 是指基因組序列中的單核苷酸(A,T,C或G)改變時發(fā)生的DNA序列多態(tài)性。(在基因組中，不同個體的DNA序列上的單個堿基的差異被稱作單核苷酸多態(tài)性)SNPs來源于家系歷史上的點突變的積累。SNPs的分類從等位基因個數(shù)上分：二態(tài)SNP；多態(tài)SNP從基因功能角度分：編碼區(qū)SNP（cSNP）（1）同義(synonymous)SNP: SNP所致的編碼序列的改變并不影響其所翻譯的蛋白質(zhì)的氨基酸序列。（2）非同義(non-synonymou

14、s)SNP:指堿基序列的改變使蛋白質(zhì)序列發(fā)生改變，從而影響了蛋白質(zhì)的功能。 非編碼區(qū)SNP最小等位基因頻率 (Minor Allele Frequency, MAF):通常是指在給定人群中不常見的等位基因發(fā)生的頻率，例如TT，TC，CC三個基因型，在人群中C的頻率=0.36，T的頻率=0.64，則等位基因C就為最小等位基因頻率，MAF=0.36。Hapmap計劃將MAF>0.05的SNPs作為首要研究目標，MAF廣泛應用于復雜疾病的全基因組關(guān)聯(lián)研究。2. SNP的功能（1）啟動子區(qū)域的SNP: 調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄； （2）編碼區(qū)的SNP: 影響蛋白的功能；（3）內(nèi)含子和非翻譯區(qū)的SNP: 可能

15、影響mRNA的剪接。3. SNP的特點4. SNP研究方法：RFLP；測序；Taqman；芯片?？紤]因素：準確度；通量；時間花費6.單體型圖譜 (HapMap)HapMap是Haplotype Map 的簡稱，Haplo意為單一，在基因組中專指來自父母的一對染色體中的一條。Haplotype就是單條染色體中的一段，是描述遺傳差異的一種主要方式。HapMap是人類基因組中常見遺傳多態(tài)位點的目錄，它描述了這些變異的形式、在DNA上存在的位置、在同一群體內(nèi)部和不同人群間的分布狀況。HapMap計劃并不是利用HapMap中的信息來建立特定的遺傳變異與某一疾病之間的聯(lián)系，而是為其他研究者提供相關(guān)信息使之

16、能夠?qū)⑦z傳多態(tài)位點和特定疾病風險聯(lián)系起來，從而為預防、診斷和治療疾病提供新的方法。第3章 DNA的復制和修復(一)、DNA復制：在細胞分裂過程中，以親代DNA為模板合成子代DNA分子的過程稱為DNA復制(DNA replication)。雙螺旋的每一條DNA鏈都可以作為模板合成一條與其互補的DNA鏈，從而形成兩條與其完全相同的子鏈。（二）、DNA的復制方式半保留復制當DNA復制時，DNA解螺旋，雙鏈彼此分開，均可作為模板；堿基互補配對原則組成兩條新的多核苷酸鏈，一個DNA分子復制成兩個同樣的DNA分子。其中一股單鏈是從親代完整地接受。 另一股單鏈完全重新合成，且按堿基配對原則互補。（三） DN

17、A 的半不連續(xù)復制DNA、RNA：合成方向53。一條鏈合成方向與復制叉同向，按53方向連續(xù)復制前 導鏈岡崎片段：模板DNA中53走向的單鏈，在復制過程中，DNA聚合酶隨著復制叉的打開，一小段一小段地合成新鏈，這條新鏈被稱為隨從鏈(滯后鏈)，隨從鏈的復制有多個起始點，每個起始點按53方向合成一小段DNA，這些小片段稱為岡崎片段。 （4） DNA復制的酶系1、 解旋解鏈酶：1） 拓撲異構(gòu)酶（Topo，解超螺旋酶）：解開DNA超螺旋Topo ：在DNA的特定部位將雙鏈中的一條切開，使鏈的末端沿螺旋軸松解的方向轉(zhuǎn)動，然后將切口封閉，使DNA分子呈松弛狀態(tài)。(不需要ATP供能)。Topo :將DNA特定

18、部位的兩條鏈均切開，在無ATP存在時，使DNA分子去除負超螺旋，變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。在有ATP供能時，可形成負超螺旋。2） 解鏈酶（解螺旋酶）：解開堿基間氫鍵，形成2股單鏈。解鏈酶（helicase，解螺旋酶）：斷裂互補堿基間的氫鍵，使DNA雙鏈分離形成“復制叉”3） 單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）：結(jié)合單股DNA，阻止DNA復性單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）：結(jié)合于解開的DNA單鏈，防止雙螺旋再形成（阻止DNA復性）2、引物酶：合成小段RNA引物，用于DNA聚合酶延長子鏈子鏈的合成必須有5端核苷酸引物存在。引物由引物酶催化合成，引物酶特殊的RNA聚合酶。 引物：小段RNA，在此基礎(chǔ)上，DNA聚合酶延長

19、子鏈。3、DNA聚合酶(DNA polymerase): 延長子鏈DNA聚合酶不能從頭合成子鏈，只能延長。DNA聚合酶：多種類、多種活性（一）DNA聚合反應條件1）底物 dNTP（dATP，dGTP，dCTP，dTTP）。2）聚合酶。3）模板單鏈的DNA母鏈。4）引物寡核苷酸引物（RNA)。5）其他：解鏈酶，解旋酶，單鏈結(jié)合蛋白，連接酶（二）DNA聚合酶（DNA polymerase）分類。大腸桿菌DNA聚合酶I、（1）、DNA聚合酶I：多功能酶常用的工具酶沿53方向延長DNA鏈（DNA聚合酶活性）。2）由3端水解DNA鏈（3 5核酸外切酶活性）。3）由5端水解DNA鏈（5 3核酸外切酶活性）

20、等復制準確性的保證： 復制過程中堿基的配對受到雙重核對。1、DNA聚合酶的選擇作用。 3 5 外切酶的校正作用（2）DNA聚合酶： 53方向延長DNA鏈。真正起復制作用的酶，對溫度敏感4、DNA連接酶：填補缺口、連接岡崎片段（五） DNA復制的過程1、復制的起始：1）DNA解旋、解鏈，形成復制叉：拓撲異構(gòu)酶、解鏈酶、SSB2）RNA引物合成：依賴于單鏈模板，引物酶催化合成小段RNA引物特點：原核：環(huán)形DNA，一個起點，雙向復制。真核：線形DNA，多個起點，多復制叉。2、復制的延長：1）子鏈延長：引物合成后，pol（真核為Pol或）催化。在引物3-OH末端添加與模板鏈對應互補的dNTP。2）半不

21、連續(xù)合成：（1）前導鏈：鏈的延長方向與解鏈方向相同連續(xù)合成（Pol）（2）隨從鏈：鏈的延長方向與解鏈方向相反 不連續(xù)合成（岡崎片段）（Pol）3、復制的終止1）水解引物及填補空隙：岡崎片段合成后，pol(真核可能是)水解去除RNA，填補留下的空隙2）連接酶連接岡崎片段形成完整雙鏈DNA：空隙填補后，DNA片段間缺口由連接酶催化連接產(chǎn)生完整的雙鏈DNA分子第二節(jié) DNA的損傷、突變與修復（一）DNA的損傷 某些理化因子(紫外線、電離輻射和化學誘變劑等)作用于DNA，造成其結(jié)構(gòu)和功能的破壞，從而引起生物突變和致死的效應DNA的損傷DNA分子的損傷類型1）堿基錯配：盡管DNA聚合酶具有校對修復功能仍

22、存在極少量的錯配（10-10）2）自發(fā)性化學變化： 堿基異構(gòu), 堿基脫氨基, 脫嘌呤、脫嘧啶, 堿基修飾, 鏈斷裂3）物理因素引發(fā)的損傷:紫外線,電離輻射,DNA鏈斷裂,交聯(lián)4）化學因素引發(fā)的損傷:（1）烷化劑對DNA的損傷： 堿基烷基化、堿基脫落、 斷鏈、交聯(lián)（2）堿基修飾劑、類似物對DNA的損傷、人工促變劑、抗癌藥物、氧自由基、亞硝酸鹽、黃曲霉毒素 常見的DNA損傷方式嘧啶二聚體的形成（二）DNA的修復 生物在長期進化過程中獲得的一種能使DNA的損傷得到恢復的保護功能DNA的修復機制1直接修復：不切除堿基，修復酶直接修復受損堿基，恢復正常比如光修復2切除修復：復制前切除錯誤堿基，重新合成缺

23、口片段3重組修復：損傷較大，復制的子鏈有缺口，RecA蛋白結(jié)合至空缺處，通過重組修復。4SOS修復：嚴重損傷時，大量表達修復酶系，使DNA得到修復。（切除修復：損傷破壞了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，破壞部分可被切除，然后用另一條鏈作為模板加以修復。參與的酶：核酸內(nèi)切酶，pol,DNA連接酶SOS修復是指DNA受到嚴重損傷、細胞處于危急狀態(tài)時所誘導的一種DNA修復方式，修復結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細胞的生成率，但留下的錯誤較多，故又稱為錯誤傾向修復(error-prone repair)，使細胞有較高的突變率。）（三） DNA的突變1、突變：DNA分子上堿基的改變；自發(fā)突變、人工誘變2、引發(fā)突變

24、的因素 3、 突變分子改變的類型1） 堿基對的置換：錯配（點突變）：一個堿基改變2）移碼突變：缺失、插入、框移突變。片段插入或缺失3）二聚體形成:紫外線照射-嘧啶二聚體-影響DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)-影響復制和轉(zhuǎn)錄4）重排：DNA片段在基因組中位置的變化，即從一個位置變換到另一個位置，從而改變基因的活性。第四章：基因表達調(diào)控 基因表達(gene expression)：指細胞在生命活動過程中，把儲存在DNA序列中的遺傳信息經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯，轉(zhuǎn)變成具有生物活性的分子的過程。二、基因表達的特異性真核生物細胞只有2-15%的基因處于有轉(zhuǎn)錄活性的狀態(tài)；基因表達有一定的時間-空間有次序；生理和病理條件下基因的表

25、達水平差異顯著。三、基因表達的方式1. 基本表達（組成性表達） 管家基因(house keeping gene)：在個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達的基因。管家基因的表達被視為基本的或組成性基因表達。2. 誘導和阻遏 誘導：環(huán)境信號啟動或增強基因表達阻遏：環(huán)境信號抑制基因表達四、基因表達調(diào)控的生物學意義 1. 適應環(huán)境、維持生長和增殖 2. 維持個體發(fā)育與分化基因表達調(diào)控的共性一、基因表達調(diào)控的多層次和復雜性調(diào)控部位靈活，調(diào)控方式多樣 基因表達的基本控制點是轉(zhuǎn)錄起始二、基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素1. 特異DNA序列 順式作用元件(cis-acting element)：影響基因表達的特異DNA序列，包括啟動子、增強子、沉默子等。2. 調(diào)節(jié)蛋白 (1) 原核生物基因調(diào)節(jié)蛋 特異因子、阻遏蛋白、激活蛋白(如CAP)(2) 真核生物基因調(diào)節(jié)蛋白3. DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的相互作用 (1) DNA-蛋白質(zhì)相互作用(DNA-protein interaction) 特點：非共價鍵結(jié)合 實質(zhì)：多肽鏈中的側(cè)鏈與DNA中的堿基作用(2) 蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的相互作用(protein-prot