分子遺傳學(xué)考研復(fù)習(xí)材料編

1、分子遺傳學(xué)考研復(fù)習(xí)材料編武漢大學(xué)分子遺傳學(xué)筆記第一章緒論1.1 分子遺傳學(xué)的含義1.不能把分子遺傳學(xué)單純地理解成中心法則的演繹*分子遺傳學(xué)中心法則傳統(tǒng)：分子遺傳學(xué)=中心法則實(shí)際：分子遺傳學(xué)中心法則，他首先是遺傳學(xué)，其堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)仍然是摩爾根的基因論中心法則只是對基因，性狀及突變在核酸分子水平上的解釋。從中心法則到性狀的形成仍然是一個(gè)復(fù)雜的甚至未知的遺傳，變異與發(fā)育的生物學(xué)過程。分子遺傳學(xué)不僅盯住DNA/RNA，蛋白質(zhì)，更要研究活細(xì)胞內(nèi)與遺傳便宜有關(guān)的一切分子事件。分子遺傳學(xué)核酸+蛋白質(zhì)分子遺傳學(xué)研究的對象是分子水平上的生物學(xué)過程-遺傳與變異的過程。它研究的是動(dòng)態(tài)的生物學(xué)過程，而不是脫離生物體

2、，在試管里孤立地研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能。1992年，Nature 的主編J.Maddox 曾著文 Is molecular biology yet a science？指出："現(xiàn)在有那么一些叫分子生物學(xué)家的人， 他們的文章無視全部的動(dòng)物，植物，也很少言及他們的生理學(xué)。實(shí)驗(yàn)的大部分資料來自所謂的'凝膠'-""分子生物學(xué)在很大程度上變成定性的科學(xué)。-如果事情只是簡單的說明某個(gè)基因版本與某種遺傳病相關(guān)，那么，分離這種片段（如電泳），然后測序足以。"但是"以往的巨大成就表明，生命過程是由嚴(yán)格控制下進(jìn)行的一些有序事件組成"他

3、說："在人們長期為細(xì)胞生物學(xué)現(xiàn)象尋找定性的解釋中，他們將會(huì)相信細(xì)胞只不過是一個(gè)充滿了分子開關(guān)的袋子，他們作為分子傳動(dòng)器或開或關(guān)而出現(xiàn)在預(yù)定的事件序列中。要真正在分子水平上了解遺傳變異的本質(zhì)，僅僅研究核酸或蛋白質(zhì)的生物化學(xué)是不夠的。分子遺傳學(xué)所研究的應(yīng)該是細(xì)胞中動(dòng)態(tài)的遺傳變異過程，以及與其相關(guān)的分子事件。所以不止是中心法則，核酸，蛋白質(zhì)。2.分子遺傳學(xué)不是核酸及其產(chǎn)物（蛋白質(zhì)）的生物化學(xué)分子遺傳學(xué)是分子生物學(xué)的一個(gè)分支， 或理解為狹義的分子生物學(xué)。他依照物理，化學(xué)的原理來解釋遺傳現(xiàn)象，并在分子水平上研究遺傳機(jī)制及遺傳物質(zhì)對代謝過程的調(diào)控。因此，分子遺傳學(xué)是在生命信息大分子的結(jié)構(gòu)，功能及

4、相互關(guān)系的基礎(chǔ)上研究遺傳與變異的科學(xué)。3.傳統(tǒng)的遺傳學(xué)"主要研究遺傳單元在各世代的分布情況"，分子遺傳學(xué)則著重研究遺傳信息大分子在生命系統(tǒng)中的儲(chǔ)存，復(fù)制，表達(dá)及調(diào)控過程。研究范疇如下： DNA RNA Protein 現(xiàn)象信息源 信息模板 工作分子 生長、分化、發(fā)育、代謝1.2 分子遺傳學(xué)的產(chǎn)生1.物理學(xué)的滲透1945年奧地利物理學(xué)家量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一薛定諤（ERWIN SCHRMODINGER）的生命是什么一書出版。倡導(dǎo)用物理學(xué)的思想和方法探討生命的秘密。引入熱力學(xué)第二定律，熵概念等。他認(rèn)為有機(jī)體在不斷地增加他的熵并趨向最大值的熵的危險(xiǎn)狀態(tài)，那就是死亡。要擺脫死亡而正常

5、生長發(fā)育，就要從環(huán)境中吸取負(fù)熵，負(fù)熵是一個(gè)積極的東西。有機(jī)體就是依賴負(fù)熵為生的。他認(rèn)為生命系統(tǒng)中可能還包含迄今未知的"其他的物理學(xué)定律"極大地鼓勵(lì)著很多物理學(xué)家轉(zhuǎn)入生物學(xué)來研究基因的本性。整個(gè)40年代，新的物理學(xué)定律并未發(fā)現(xiàn)，但信息論，量子論，氫鍵等概念把生物學(xué)推向分子水平。2.微生物學(xué)向遺傳學(xué)的靠攏1926年摩爾根的基因論已經(jīng)問世，但20世紀(jì)30年代，微生物學(xué)家采用拉馬克的遺傳觀念，因?yàn)樗麄儗ξ⑸锏倪z傳可塑性有很深刻的印象。如在含有致死藥物的培養(yǎng)基上，可以很容易培育出各種致死藥物有抗性的微生物品系；把不能利用乳糖的微生物放在乳糖為主要營養(yǎng)的培養(yǎng)基上，可以培育出利用乳糖的

6、新品種。似乎人們所期望的微生物的任何變異都能通過適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)而產(chǎn)生出來，這使人們?nèi)菀紫嘈排囵B(yǎng)基中的物質(zhì)可以引起微生物遺傳結(jié)構(gòu)的定向變異。事實(shí)并非如此，40年代抗生素的大規(guī)模使用，發(fā)生了病原菌的抗藥性問題。實(shí)驗(yàn)表明，病原菌的一種抗藥性在沒有該藥存在的情況下隨機(jī)地發(fā)生了。說明抗藥性的產(chǎn)生并不是由于微生物在某種藥物的作用下的后天獲得性遺傳，而是隨機(jī)發(fā)生的自發(fā)突變經(jīng)過藥物的篩選作用，使不具有抗藥性的菌體死亡，使具有抗藥性的變異菌體大量繁殖起來。于是，拉馬克倒了，人們轉(zhuǎn)向摩爾根的基因突變理論。3.生化遺傳學(xué)的出現(xiàn)近代遺傳學(xué)的基礎(chǔ)已經(jīng)穩(wěn)固建立，開始研究基因是怎么發(fā)生作用的問題。生物化學(xué)家自然把性狀的差別與不

7、同的生化反應(yīng)聯(lián)系起來，把支配性狀的基因與控制生化反應(yīng)的酶聯(lián)系起來。1923年英國人加羅德（GARROD），人類的尿黑酸尿癥是一種隱性遺傳病。當(dāng)這種純合隱性基因存在時(shí)就不能產(chǎn)生尿黑酸酶，使尿黑酸（蛋白質(zhì)的代謝產(chǎn)物）不能最終分解為二氧化碳和水而積累于血液中。表明基因通過酶合成的控制而影響遺傳性狀的發(fā)育。4.從生化遺傳學(xué)到分子遺傳學(xué)基因與酶（蛋白質(zhì)）的對應(yīng)性，使人們想到了基因在遺傳信息上與其產(chǎn)物相關(guān)。三個(gè)重要發(fā)現(xiàn)更促成了生化遺傳學(xué)向分子遺傳學(xué)的轉(zhuǎn)變：40年代解決了遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)問題1928年F Griffith，肺炎球菌1944 O T Avery 肺炎球菌遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)化50年代確定了分子水平上的遺傳

8、機(jī)理問題1953 J Watson F Crkck DNA分子的雙螺旋模型 堿基配對原則60年代解決了遺傳密碼問題1955 F Sanger 胰島素氨基酸序列確定1958 F Crick 提出中心法則1967 年"遺傳密碼字典"問世1.3 分子遺傳學(xué)的展望 1.基因的概念一門科學(xué)都是以概念為基礎(chǔ)的?；瘜W(xué)以原子-分子概念為基礎(chǔ)，而遺傳學(xué)則是以基因概念為基礎(chǔ)?；蚋拍畹难葑儤?biāo)志著遺傳學(xué)的發(fā)展。什么是基因？摩爾根在基因論中提出遺傳粒子理論，整個(gè)基因論是以粒子性的基因彼此獨(dú)立互不重疊。好象線上的連珠。分子遺傳學(xué)的發(fā)展證明基因不僅可以重疊，而且可被分隔。為此，GILBERT 1978

9、年提出"基因是轉(zhuǎn)錄單位"代替了"基因是功能單位"的概念。仍然有些不妥，因?yàn)橛械幕颍ㄈ鐔?dòng)子基因或操縱子基因）并不轉(zhuǎn)錄或不完全轉(zhuǎn)錄，而作為一個(gè)單位轉(zhuǎn)錄下來的MRNA也往往不是一個(gè)基因。以前認(rèn)為基因是染色體上成直線排列的獨(dú)立單位，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)一些相關(guān)的基因在染色體上的排列不是雜亂無章的，而是構(gòu)成一個(gè)小的"家族"或基因群。基因及基因型的穩(wěn)定性一直是傳統(tǒng)遺傳學(xué)的重要概念，而1952年MCCLINTOCK在玉米中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座子即跳躍基因。30年后的1983年她為此獲得諾貝爾獎(jiǎng)金?；虻母拍钸€將會(huì)不斷改進(jìn)。2.真核細(xì)胞的基因調(diào)控原核生物的操縱子模型比

10、較徹底地了解原核生物的基因調(diào)控。但操縱子模型對真核生物不適用。因?yàn)椋哼@一簡單的基因調(diào)控模型無法解釋高等生物體中復(fù)雜性狀的分化與發(fā)育過程。這種模型的調(diào)控靈敏度MRNA 很快地被制造又很快地被消耗能夠?qū)ν饨绲纳鏃l件作出快速反應(yīng)，而真核生物中MRNA的半衰期很長。真核生物許多協(xié)同作用的基因是分散在若干不同的染色體上，而原核生物只有一條染色體。因此真核生物的調(diào)控過程是分子遺傳學(xué)的一項(xiàng)戰(zhàn)略性任務(wù)。3.遺傳與發(fā)育遺傳和發(fā)育的研究"分久必合"。闡明基因?qū)Πl(fā)育中的個(gè)體如何發(fā)生作用？這將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大遺傳學(xué)的觀念。發(fā)育過程中基因通過怎樣的調(diào)控系統(tǒng)參與分化的？這些基因活動(dòng)形式的發(fā)生與遺傳的分子

11、機(jī)制是什么？隨著分子遺傳學(xué)的發(fā)展，或許會(huì)出現(xiàn)基因發(fā)育學(xué)。將來通過遺傳物質(zhì)的分子活動(dòng)能控制生物的發(fā)育分化嗎？能否控制生男生女，體質(zhì)和容貌嗎？能否消滅遺傳病，癌癥？1997年"克隆羊"（Dolly）的誕生，由分化的體細(xì)胞發(fā)育出來的后代。4.自我組合過程生物的遺傳與發(fā)育過程就是一個(gè)自我組合過程。將T4的各個(gè)部件混于溶液中，它們將會(huì)自動(dòng)地裝配成完整的T4。5.遺傳工程遺傳工程是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，以分子生物學(xué)，微生物遺傳學(xué)的手段來改造或重組生物遺傳特性的一門新技術(shù)。主要指基因重組技術(shù)。遺傳工程在實(shí)際應(yīng)用上有著巨大潛力。DNA擴(kuò)增技術(shù)大量地生產(chǎn)細(xì)胞中產(chǎn)量極微而又具有極大應(yīng)用價(jià)值的

12、基因產(chǎn)物如胰島素，生長激素，干擾素等。基因的重組與轉(zhuǎn)化主要以大腸桿菌，酵母以及培養(yǎng)細(xì)胞為受體，而遺傳工程的一個(gè)引人注目的發(fā)展是試圖在整體動(dòng)物或植物之間進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移，真正改造生物的遺傳性狀或治療人類的遺傳疾病。超級小鼠的問世。真核生物的基因組極其龐大。在整體情況下研究某一基因，常因條件錯(cuò)綜復(fù)雜而難以分析。重組DNA技術(shù)使我們可以把需要的基因分離出來，對其進(jìn)行重組和改造，或把他放回嚴(yán)格控制的細(xì)胞中去研究基因的結(jié)構(gòu)和功能，或獲取理想的蛋白質(zhì)產(chǎn)品。近年來的蛋白質(zhì)工程，應(yīng)用基因重組技術(shù)去改造蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，修改蛋白質(zhì)的DNA編碼，創(chuàng)造出新的蛋白質(zhì)。6.基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃（human genome

13、project HGP） 在全世界以深為人知，這應(yīng)該是當(dāng)今生命科學(xué)中最重大而熱門的課題。人類基因組計(jì)劃的最主要的目的是解讀人類基因組的正常結(jié)構(gòu)，功能，及基因的異常與人類疾病。 并由此會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。這項(xiàng)計(jì)劃是從1987年主要在美國以全基因組DNA測序?yàn)槟繕?biāo)開始進(jìn)行的（1990年正式啟動(dòng)）。已耗資300億美元并將接近完成1.3 分子遺傳學(xué)的展望 1.基因的概念一門科學(xué)都是以概念為基礎(chǔ)的。化學(xué)以原子-分子概念為基礎(chǔ)，而遺傳學(xué)則是以基因概念為基礎(chǔ)?；蚋拍畹难葑儤?biāo)志著遺傳學(xué)的發(fā)展。什么是基因？摩爾根在基因論中提出遺傳粒子理論，整個(gè)基因論是以粒子性的基因彼此獨(dú)立互不重疊。好象線上的連珠。分子遺傳

14、學(xué)的發(fā)展證明基因不僅可以重疊，而且可被分隔。為此，GILBERT 1978年提出"基因是轉(zhuǎn)錄單位"代替了"基因是功能單位"的概念。仍然有些不妥，因?yàn)橛械幕颍ㄈ鐔?dòng)子基因或操縱子基因）并不轉(zhuǎn)錄或不完全轉(zhuǎn)錄，而作為一個(gè)單位轉(zhuǎn)錄下來的MRNA也往往不是一個(gè)基因。以前認(rèn)為基因是染色體上成直線排列的獨(dú)立單位，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)一些相關(guān)的基因在染色體上的排列不是雜亂無章的，而是構(gòu)成一個(gè)小的"家族"或基因群。基因及基因型的穩(wěn)定性一直是傳統(tǒng)遺傳學(xué)的重要概念，而1952年MCCLINTOCK在玉米中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座子即跳躍基因。30年后的1983年她為此獲得諾貝爾獎(jiǎng)

15、金。基因的概念還將會(huì)不斷改進(jìn)。2.真核細(xì)胞的基因調(diào)控原核生物的操縱子模型比較徹底地了解原核生物的基因調(diào)控。但操縱子模型對真核生物不適用。因?yàn)椋哼@一簡單的基因調(diào)控模型無法解釋高等生物體中復(fù)雜性狀的分化與發(fā)育過程。這種模型的調(diào)控靈敏度MRNA 很快地被制造又很快地被消耗能夠?qū)ν饨绲纳鏃l件作出快速反應(yīng)，而真核生物中MRNA的半衰期很長。真核生物許多協(xié)同作用的基因是分散在若干不同的染色體上，而原核生物只有一條染色體。因此真核生物的調(diào)控過程是分子遺傳學(xué)的一項(xiàng)戰(zhàn)略性任務(wù)。3.遺傳與發(fā)育遺傳和發(fā)育的研究"分久必合"。闡明基因?qū)Πl(fā)育中的個(gè)體如何發(fā)生作用？這將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大遺傳學(xué)的觀念。發(fā)育

16、過程中基因通過怎樣的調(diào)控系統(tǒng)參與分化的？這些基因活動(dòng)形式的發(fā)生與遺傳的分子機(jī)制是什么？隨著分子遺傳學(xué)的發(fā)展，或許會(huì)出現(xiàn)基因發(fā)育學(xué)。將來通過遺傳物質(zhì)的分子活動(dòng)能控制生物的發(fā)育分化嗎？能否控制生男生女，體質(zhì)和容貌嗎？能否消滅遺傳病，癌癥？1997年"克隆羊"（Dolly）的誕生，由分化的體細(xì)胞發(fā)育出來的后代。4.自我組合過程生物的遺傳與發(fā)育過程就是一個(gè)自我組合過程。將T4的各個(gè)部件混于溶液中，它們將會(huì)自動(dòng)地裝配成完整的T4。5.遺傳工程遺傳工程是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，以分子生物學(xué)，微生物遺傳學(xué)的手段來改造或重組生物遺傳特性的一門新技術(shù)。主要指基因重組技術(shù)。遺傳工程在實(shí)際應(yīng)用上

17、有著巨大潛力。DNA擴(kuò)增技術(shù)大量地生產(chǎn)細(xì)胞中產(chǎn)量極微而又具有極大應(yīng)用價(jià)值的基因產(chǎn)物如胰島素，生長激素，干擾素等。基因的重組與轉(zhuǎn)化主要以大腸桿菌，酵母以及培養(yǎng)細(xì)胞為受體，而遺傳工程的一個(gè)引人注目的發(fā)展是試圖在整體動(dòng)物或植物之間進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移，真正改造生物的遺傳性狀或治療人類的遺傳疾病。超級小鼠的問世。真核生物的基因組極其龐大。在整體情況下研究某一基因，常因條件錯(cuò)綜復(fù)雜而難以分析。重組DNA技術(shù)使我們可以把需要的基因分離出來，對其進(jìn)行重組和改造，或把他放回嚴(yán)格控制的細(xì)胞中去研究基因的結(jié)構(gòu)和功能，或獲取理想的蛋白質(zhì)產(chǎn)品。近年來的蛋白質(zhì)工程，應(yīng)用基因重組技術(shù)去改造蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，修改蛋白質(zhì)的DNA編碼，

18、創(chuàng)造出新的蛋白質(zhì)。6.基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃（human genome project HGP） 在全世界以深為人知，這應(yīng)該是當(dāng)今生命科學(xué)中最重大而熱門的課題。人類基因組計(jì)劃的最主要的目的是解讀人類基因組的正常結(jié)構(gòu)，功能，及基因的異常與人類疾病。 并由此會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。這項(xiàng)計(jì)劃是從1987年主要在美國以全基因組DNA測序?yàn)槟繕?biāo)開始進(jìn)行的（1990年正式啟動(dòng)）。已耗資300億美元并將接近完成第二章 遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)DNA的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)2.1 核酸是遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)這種特殊的分子必須具備以下基本特點(diǎn)：1.穩(wěn)定地含有關(guān)于有機(jī)體細(xì)胞結(jié)構(gòu)，功能，發(fā)育和繁殖的各種信息2.能精確地復(fù)制，這樣后代細(xì)胞才能

19、具有和親代細(xì)胞相同的信息3.能夠變異，通過突變和重組生物才能發(fā)生改變，適應(yīng)和進(jìn)化遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)1928年英國F Griffith 的肺炎球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)。十年后O Avery 的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)弄清了這種轉(zhuǎn)化因子的化學(xué)本質(zhì)是DNA，而不是蛋白質(zhì)或其他的大分子。1952年Hershey-Chase 的實(shí)驗(yàn)使遺傳物質(zhì)的結(jié)論得到了進(jìn)一步的證實(shí)，而于1969年獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng)。RNA也是遺傳物質(zhì)：如煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。2.2 DNA攜帶兩類不同的遺傳信息DNA幾乎是所有生物的遺傳信息的攜帶者，除開少數(shù)RNA 病毒之外。DNA攜帶著兩類不同的遺傳信息：一類是負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)的氨

20、基酸組成的信息，以三聯(lián)體密碼子進(jìn)行編碼另一類遺傳信息是關(guān)于基因選擇性表達(dá)的信息2.3 DNA和RNA的化學(xué)組成及雙螺旋模型1.DNA和RNA的化學(xué)組成核酸包括DNA和 RNA。經(jīng)水解成單核苷酸（nucleotides），單核苷酸由磷酸基團(tuán)（phosphate group）和核苷（nucleotide）組成，核苷含有戊糖（pentose）和堿基（base）。DNA中戊糖是D-脫氧核糖，堿基是ATGC；而RNA中戊糖是D-核糖。堿基是AUGC。2.DNA雙螺旋模型的誕生美國J D Watson在芝加哥大學(xué)讀本科時(shí)對鳥類趕興趣，到了高年級時(shí)，他想了解基因是什么。1949年他帶著這種想法進(jìn)入了劍橋大學(xué)

21、卡文迪實(shí)驗(yàn)室醫(yī)學(xué)研究組，與物理出生的青年學(xué)者F Crick 合作，決定研究DNA的分子結(jié)構(gòu)。Crick 在1946年讀了薛定諤（E Schrodinger）的名著（生命是什么）后，舍棄物理學(xué)轉(zhuǎn)向生命科學(xué)領(lǐng)域。剛到劍橋大學(xué)時(shí)Watson由于自己的化學(xué)與物理學(xué)基礎(chǔ)較差而擔(dān)心聽不懂R Franklin 所做的關(guān)于DNA X-衍射的研究學(xué)術(shù)報(bào)告，而兩年后（1953年）他與Crick卻建立了DNA分子的雙螺旋模型，論文雖然很短，卻是劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)?？梢哉f是孟德爾定律之后，在遺傳學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域中最偉大的發(fā)現(xiàn)。因此，人們將這一發(fā)現(xiàn)看成是分子遺傳學(xué)的起點(diǎn)。沒有雙螺旋就沒有現(xiàn)在的基因工程，就沒有分子生物學(xué)的迅

22、猛發(fā)展。這一模型是生物學(xué)與物理學(xué)，結(jié)構(gòu)化學(xué)交叉融合的結(jié)果。盡管FRANKLIN 和WILKINS在DNA的X衍射研究方面非常突出，但卻未能提出DNA的結(jié)構(gòu)模型，就因?yàn)樗麄內(nèi)狈ι锘瘜W(xué)方面的知識。但沒有他們的工作，WATSON和CRICK 建立的模型也不能及時(shí)得到驗(yàn)證。1951年WATSONG 去英國進(jìn)修生物化學(xué)。雙螺旋的建立是建立在前人科研成果的基礎(chǔ)上的主要是四個(gè)影響：a.WT Astury 和Bell X衍射技術(shù)研究DNA。 1947年拍攝了第一張DNA的衍射照片。b.1951年 Pauling 和Corey在美國科學(xué)院報(bào)上連載了7篇有關(guān)a-螺旋結(jié)構(gòu)的文章轟動(dòng)了全世界，引起了 Watson和

23、劍橋科學(xué)家們的注意。c.美國晶體學(xué)者 J Donohue的指正和 Chargaff 的當(dāng)量規(guī)律都幫助Watson-Crick糾正了起初A-A G-G C-C T-T 的同類配對的錯(cuò)誤想法。而提出堿基互補(bǔ)的正確構(gòu)型。d.R Franklin和 Wilkins 在1952年底拍得了一張十分清晰的DNA結(jié)晶X衍射照片。為雙螺旋結(jié)構(gòu)模型提供了強(qiáng)有力的依據(jù)和佐證。他們把數(shù)據(jù)整理好后與"DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)"一文同時(shí)發(fā)表，因此J K Watson， Crick， Wilkins分享了1962年的諾貝爾獎(jiǎng)，可惜的是FRANKLIN 1958年就英年早世未能享受這一最高榮譽(yù)。3.雙螺旋模型的特

24、點(diǎn)DNA雙螺旋模型有以下特點(diǎn)：a.DNA分子由兩條反向平行的多核苷酸鏈組成，形成右手雙螺旋，即從一端看過去，是以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。b.雙螺旋的直徑是2nm；螺距為3。4nm，上下相連的堿基的垂直距離為0。34nm，交角為36度，每個(gè)螺旋有10個(gè)堿基對。c.兩條鏈反向平行即兩條鏈的5'和3'的方向相反。d.糖-磷酸鍵是在雙螺旋的外側(cè)，兩條鏈上的堿基通過氫鍵形成堿基對，使兩條鏈在一起。e.糖與附著在糖上的堿基近于垂直。f.堿基配對為嘌呤對嘧啶。g.DNA 雙螺旋有大溝（major or wide groove）和小溝（minor or narrow groove）的存在2.4 DNA

25、的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1.DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA結(jié)構(gòu)是由脫氧核糖核酸通過3' 5' 磷酸二酯鍵連接而成的高聚物。DNA的一級結(jié)構(gòu)是指核苷酸在DNA分子中的排列順序。DNA的一級結(jié)構(gòu)的測序工作進(jìn)展很快。1975年Sanger 提出新的測序策略。酶法：Sanger 加減法->末端終止法（雙脫氧法）化學(xué)方法：Maxam Gilbert 化學(xué)斷裂法（硫酸二甲酯，肼）2.DNA的二級結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)(見上一節(jié)）DNA雙螺旋的種類（DNA二級結(jié)構(gòu)多形性）：1953年Watson and Crick提出的DNA右手雙螺旋模型屬于B型雙螺旋。除B型構(gòu)象外，還存在有A，C，D，E等構(gòu)象的右手

26、雙螺旋構(gòu)象以及Z構(gòu)象左手雙螺旋。B-DNA 與Z-DNADNA類型 每一螺旋的堿基對數(shù) 每對螺旋的堿基對數(shù) 堿基對間的距離(nm) 螺旋直徑(nm) B 10 右旋36度 0.338 1.9-2.0 Z 12 左旋30度 0.371 1.8Z-DNA 與染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)及功能的關(guān)系a.與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系SV40基因組中三個(gè)潛在的Z-DNA區(qū)段處于不能形成核小體的區(qū)域，說明Z-DNA構(gòu)象與核小體結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)b.與基因活性的關(guān)系與基因轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控有關(guān)Z-構(gòu)象的研究意義：1979年AHJ WANG發(fā)現(xiàn)六聚體D(CpGpCpGpCpGp)決定雙螺旋結(jié)構(gòu)狀態(tài)的因素（維系該結(jié)構(gòu)的力）氫鍵堿基堆集力帶負(fù)電荷

27、的磷酸基的靜電斥力堿基分子內(nèi)能3.DNA物理結(jié)構(gòu)的不均一性反向重復(fù)序列(inverted repeats)：又稱回文結(jié)構(gòu)Palindrome (圖示)富含A/T的序列嘌呤和嘧啶的排列順序?qū)﹄p螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響(圖表)4.DNA的變性，復(fù)性，雜交, Cot曲線1) 變性變性的方法，測量變性的方法：光吸收法，增色效應(yīng)2) 復(fù)性復(fù)性條件，復(fù)性機(jī)制3) 雜交雜交原理及程序 圖示4) Cot 曲線DNA復(fù)性的二級方程5.DNA超螺旋和拓?fù)洚悩?gòu)現(xiàn)象(略)6.常見的DNA分子形式及其相互關(guān)系(略)2.4 DNA的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1.DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA結(jié)構(gòu)是由脫氧核糖核酸通過3' 5' 磷酸二

28、酯鍵連接而成的高聚物。DNA的一級結(jié)構(gòu)是指核苷酸在DNA分子中的排列順序。DNA的一級結(jié)構(gòu)的測序工作進(jìn)展很快。1975年Sanger 提出新的測序策略。酶法：Sanger 加減法->末端終止法（雙脫氧法）化學(xué)方法：Maxam Gilbert 化學(xué)斷裂法（硫酸二甲酯，肼）2.DNA的二級結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)(見上一節(jié)）DNA雙螺旋的種類（DNA二級結(jié)構(gòu)多形性）：1953年Watson and Crick提出的DNA右手雙螺旋模型屬于B型雙螺旋。除B型構(gòu)象外，還存在有A，C，D，E等構(gòu)象的右手雙螺旋構(gòu)象以及Z構(gòu)象左手雙螺旋。B-DNA 與Z-DNADNA類型 每一螺旋的堿基對數(shù) 每對螺旋

29、的堿基對數(shù) 堿基對間的距離(nm) 螺旋直徑(nm) B 10 右旋36度 0.338 1.9-2.0 Z 12 左旋30度 0.371 1.8Z-DNA 與染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)及功能的關(guān)系a.與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系SV40基因組中三個(gè)潛在的Z-DNA區(qū)段處于不能形成核小體的區(qū)域，說明Z-DNA構(gòu)象與核小體結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)b.與基因活性的關(guān)系與基因轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控有關(guān)Z-構(gòu)象的研究意義：1979年AHJ WANG發(fā)現(xiàn)六聚體D(CpGpCpGpCpGp)決定雙螺旋結(jié)構(gòu)狀態(tài)的因素（維系該結(jié)構(gòu)的力）氫鍵堿基堆集力帶負(fù)電荷的磷酸基的靜電斥力堿基分子內(nèi)能3.DNA物理結(jié)構(gòu)的不均一性反向重復(fù)序列(inverted rep

30、eats)：又稱回文結(jié)構(gòu)Palindrome (圖示)富含A/T的序列嘌呤和嘧啶的排列順序?qū)﹄p螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響(圖表)4.DNA的變性，復(fù)性，雜交, Cot曲線1) 變性變性的方法，測量變性的方法：光吸收法，增色效應(yīng)2) 復(fù)性復(fù)性條件，復(fù)性機(jī)制3) 雜交雜交原理及程序 圖示4) Cot 曲線DNA復(fù)性的二級方程5.DNA超螺旋和拓?fù)洚悩?gòu)現(xiàn)象(略)6.常見的DNA分子形式及其相互關(guān)系(略)3.2 真核生物C值矛盾同一物種的基因組DNA含量總是恒定的，一個(gè)單倍體基因組中的全部DNA量稱為該物種的C值。不同物種的C值也不同。最小的支原體為104bp，而最大的兩棲類或某些顯花植物可達(dá)1011bp。

31、后者比人類高出幾十倍，這無法讓人理解，這種形態(tài)學(xué)復(fù)雜程度與C值大小不一致的C 值反常現(xiàn)象稱為C值矛盾。有待回答的幾個(gè)問題：位于基因內(nèi)DNA成分（包括轉(zhuǎn)錄而不翻譯的區(qū)域，如內(nèi)含子以及編碼序列的兩翼序列）究竟占基因組的多大比例？這些基因中有多少是必需基因？多少是非必需基因？非基因DNA成分的功能是什么？基因組DNA C 值的巨大差異對基因組的活動(dòng)和功能究竟有什么影響3.3 原核生物染色體及其基因原核生物和真核生物比較第二節(jié) 基因組大小與C值矛盾第三節(jié) 原核生物染色體及其基因第四節(jié) 真核生物的染色體第五節(jié) 真核生物的基因第六節(jié) 基因定位第七節(jié) 基因的分子進(jìn)化第八節(jié) 早期生命進(jìn)化的三界系統(tǒng)理論3.5

32、真核生物的基因1.真核生物基因組的一般特點(diǎn) 真核生物的基因組一般比較龐大，遠(yuǎn)大于原核生物的基因組。 真核生物的DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，儲(chǔ)存于細(xì)胞核內(nèi)。 真核基因組存在著許多重復(fù)序列，重復(fù)次數(shù)可達(dá)幾百萬以上。 絕大多數(shù)真核生物編碼蛋白質(zhì)的基因?yàn)閿嗔鸦?，即結(jié)構(gòu)基因是不連續(xù)排列的，中間由插入序列隔開。 真核生物基因組中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域。 真核生物不僅含有核內(nèi)染色體DNA，還有核外細(xì)胞器DNA、核外細(xì)胞器有線立體DNA和葉綠體DNA。2.斷裂基因（不連續(xù)基因） interrupted or discontinuous genes SV40A蛋白基因含有一段346NT的間隔區(qū)。 每個(gè)活性

33、珠蛋白基因含有兩個(gè)間隔區(qū)。 卵清蛋白基因含有7個(gè)插入序列被分成八段。3.基因家族與基因簇 gene family & gene cluster 定義：真核生物基因組中許多來源相同，結(jié)構(gòu)相似，功能相關(guān)的基因在染色體上成串存在，這樣的一組基因稱為基因家族。多基因家族是真核生物基因組織的一個(gè)重要特征。 多基因家族在基因組中的分布情況不同，有些基因成串排列集中在一條染色體上，集中成簇的一組基因形成基因簇。也稱串聯(lián)重復(fù)基因（見后）。如組蛋白基因, rRNA基因, tRNA基因等。而有些基因家族成員不集中排列，而是分散在基因組的不同部位。如干擾素，珠蛋白，生長激素，SOX基因家族。 在多基因家族中

34、，有些成員不具有任何功能，這類基因叫假基因(pseudogene)。4.串聯(lián)重復(fù)基因特征：A. 各成員間有高度的序列一致性或完全相同。B. 拷貝數(shù)高，幾十個(gè)至幾百個(gè)。因其在細(xì)胞中的需要量很大。C. 非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)短而一致。組蛋白基因 五種組蛋白基因彼此靠近構(gòu)成一個(gè)重復(fù)單位。許多這樣的重復(fù)單位串聯(lián)在一起，構(gòu)成組蛋白基因簇。rRNA基因 原核生物有三種rRNA：5S，16S，23S 真核生物有四種rRNA：5.8S,18S,28S, 5S 主體rRNA：三種主體rRNA基因組成重復(fù)單位，轉(zhuǎn)錄出一個(gè)45SrRNA，經(jīng)轉(zhuǎn)錄后處理切除間隔區(qū)成為18S，5.8S，28S 三種rRNA。 核仁：核中rRNA

35、基因大量地轉(zhuǎn)錄成RNA，由于其染色性質(zhì)與DNA不同，在光學(xué)顯微鏡下形成特殊的區(qū)域，這一結(jié)構(gòu)，稱為核仁（nucleole）。含有rDNA串聯(lián)重復(fù)單位的染色體稱為核仁組織者（nucleoolar organizers）。tRNA基因 tRNA長約70-80bp，其基因約長140bp。TRNA也是串聯(lián)重復(fù)排列，但個(gè)重復(fù)單位中各個(gè)tRNA基因可以相同可以不相同。5.細(xì)胞器基因 真核生物細(xì)胞器中有兩類細(xì)胞器能夠攜帶遺傳物質(zhì)。 動(dòng)物生殖細(xì)胞中只有卵子才有線立體基因，而精子缺乏。線立體DNA多為環(huán)狀非重復(fù)DNA序列。屬于核外DNA。 線粒體和葉綠體均編碼自身所需的某些蛋白質(zhì)以及tRNA和rRNA，其余均由核

36、基因編碼。 細(xì)胞器有自己的蛋白質(zhì)合成器。只有兩種rRNA。哺乳為12S和16S，酵母為18S 和21S（含有一內(nèi)含子）。tRNA比核內(nèi)編碼的 tRNA小。酵母DNA為84kb。其上面的基因有三個(gè)特點(diǎn)。 哺乳動(dòng)物線立體DNA不同于酵母。人體線立體基因排列非常緊密。人類線立體DNA為16.569kb。含37個(gè)基因；13個(gè)蛋白質(zhì)基因；1個(gè)cytb 基因；2個(gè)ATP酶亞基基因；3個(gè)CO亞基基因（細(xì)胞色素氧化酶亞基）；7個(gè)NADH脫氫酶亞基基因；2個(gè)rRNA基因：12S rRNA、16S rRNA；22個(gè)tRNA基因3.4 真核生物的染色體真核生物DNA復(fù)性動(dòng)力學(xué)真核生物染色體上的單一序列和重復(fù)序列以及

37、衛(wèi)星DNA單一序列又稱非重復(fù)序列輕度重復(fù)序列中度重復(fù)序列高度重復(fù)序列衛(wèi)星DNA的等級結(jié)構(gòu)及其起源和進(jìn)化染色質(zhì)和核小體染色質(zhì)chromatin核小體nucleosome著絲粒centromere端粒telomere第四章 DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與翻譯 4.1 DNA復(fù)制一. DNA的半保留復(fù)制Watson &Crick 最早提出DNA 的半保留復(fù)制機(jī)制。即是：DNA分子的雙螺旋在復(fù)制時(shí)分開，各自作為新鏈合成時(shí)的模板，復(fù)制后，每一個(gè)新的雙鏈DNA 分子都是由一條親鏈和一條新合成的子鏈組成的。合成過程中親鏈和子鏈間嚴(yán)格的堿基配對是DNA復(fù)制的基礎(chǔ)。圖示DNA復(fù)制（Meselson-Stahl實(shí)驗(yàn)C

38、scl超離心顯示不同比重DNA帶）二. 復(fù)制原點(diǎn)，方向和方式或DNA復(fù)制是從特定的位點(diǎn)開始并按特定的方向進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證明，DNA分子復(fù)制時(shí)不是隨機(jī)起始的，而是從特定的位點(diǎn)開始的，這一特定的位點(diǎn)叫做復(fù)制起始點(diǎn)或復(fù)制原點(diǎn)，常用ori 或o 表示。許多生物的復(fù)制點(diǎn)都是DNA呼吸作用強(qiáng)烈的區(qū)段， 即是經(jīng)常開放的區(qū)段（frequently opening region ）亦即富含A，T的區(qū)段。這一區(qū)段產(chǎn)生瞬時(shí)單鏈與SSB蛋白（single-stranded DNA binding protein）結(jié)合，對復(fù)制的起始十分重要。復(fù)制從特定的位置開始，大多數(shù)雙向進(jìn)行，也有一些單向的或以不對稱的雙向方式進(jìn)行。在復(fù)制

39、原點(diǎn)雙鏈DNA解旋形成復(fù)制叉。在復(fù)制叉處，新合成的子鏈DNA以各自的親鏈為模板，總是從5'-3'方向合成。復(fù)制叉是不對稱的，即兩條新合成的鏈中，一條鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成，叫前導(dǎo)鏈（leading strand ），另一條鏈?zhǔn)窃谀０錎NA指導(dǎo)下，通過一個(gè)叫DNA 引發(fā)酶的蛋白質(zhì)，在特定的間隔區(qū)先合成大約10個(gè)NT 的RNA引物為DNA聚合酶提供3OH，然后合成一個(gè)稱之為岡崎片段的不連續(xù)的DNA片段，再經(jīng)專門的DNA修復(fù)系統(tǒng)，去除RNA引物，再經(jīng)DNA連接酶通過磷酸二酯鍵將其連起來，完成該子鏈的合成，這一條鏈叫后隨鏈（lagging strand）。依據(jù)DNA合成的起始方式，復(fù)制分為兩種類

40、型：復(fù)制叉式（包括復(fù)制）和滾環(huán)式復(fù)制又叫復(fù)制。三. DNA復(fù)制的酶學(xué)是一個(gè)復(fù)雜的酶學(xué)過程， 需要30多種酶而后蛋白質(zhì)的參與，構(gòu)成復(fù)制體（replisome）1. DNA聚合酶及其聚合反應(yīng)DNA POL是指以脫氧核苷三磷酸為底物催化合成DNA的一類酶，其催化反應(yīng)為：DNApol.DNA-OHDNA-（pdN）n +n ppidNTP Mg 2+這一原理被應(yīng)用于現(xiàn)代技術(shù)中如PCR中的Tag酶作用機(jī)理。所有真核生物和原核生物都有幾種DNA聚合酶，這些聚合酶協(xié)同作用負(fù)責(zé)染色體DNA的復(fù)制，DNA分子的修復(fù)，核DNA的重組以及染色體外DNA的復(fù)制。原核生物有三種DNA聚合酶，即 Pol I， Pol I

41、I，Pol III，Pol III是DNA復(fù)制的主酶。真核生物有五種DNA聚合酶，即，。，是復(fù)制主酶，是核DNA復(fù)制的重要酶。2. 脫氧核苷三磷酸前體的來源有兩個(gè)來源：廢物利用體內(nèi)核酸降解或直接來自培養(yǎng)基新合成途徑利用生物體的氨基酸，CO2，NH3和磷酸核糖焦磷酸合成核糖核苷單磷酸（NMP）核苷單磷酸激酶NMP + ATP NDP + ADP核糖核苷酸還原酶NDP dNDP脫掉核糖2上的氧核苷二磷酸激酶dNDP + ATP dNTP +ADP （dNTP：四種脫氧核糖核苷酸）所有生物的核酸鏈的合成都是按53方向進(jìn)行的，無一例外。3. 三種DNA聚合酶的結(jié)構(gòu)和功能4. DNA連接酶DNA Pol

42、 雖能填充缺口，但不能使缺口接合，而連接酶則能完成接合任務(wù)。5. 與DNA幾何性質(zhì)有關(guān)的酶螺旋酶（helicases） 又稱解旋酶，使雙鏈DNA 分離:C. 螺旋酶I，II，與產(chǎn)物單鏈DNA結(jié)合F. 螺旋酶III，催化雙鏈DNA 分離，與SSDNA結(jié)合蛋白質(zhì)配合。DNA旋轉(zhuǎn)酶（Eco拓?fù)洚悩?gòu)酶II）多數(shù)天然DNA具有負(fù)超螺旋，可變?yōu)榕轄顔捂溞问?，利于蛋白質(zhì)結(jié)合，并可緩解復(fù)制叉前移造成的抄纏現(xiàn)象，但當(dāng)5%的環(huán)行DNA雙鏈已經(jīng)復(fù)制時(shí)，原有的負(fù)超螺旋已被用盡，若復(fù)制叉再前移，就產(chǎn)生拓?fù)鋵W(xué)問題，就需要拓?fù)洚悩?gòu)酶來解決。在Ecoli中，主要是DNA旋轉(zhuǎn)酶（Eco拓?fù)洚悩?gòu)酶II），他能產(chǎn)生負(fù)超螺旋并消除復(fù)

43、制叉前移產(chǎn)生的正超螺旋。所以，如果加入幾種DNA螺旋酶的抑制劑，如香豆霉素，新生霉素，萘啶酮酸等均能抑制細(xì)菌DNA的復(fù)制， P94 圖示復(fù)制叉前移的拓?fù)鋵W(xué)問題。DNA復(fù)制的半不連續(xù)性1. 半不連續(xù)性復(fù)制的發(fā)現(xiàn)2. 引物和引發(fā)酶DNA復(fù)制過程中，復(fù)制叉是不對稱的。兩條新合成的鏈中，一條是連續(xù)合成的，叫前導(dǎo)鏈；另一條是在模板DNA指導(dǎo)下，通過一種叫DNA引發(fā)酶的蛋白質(zhì)，在特定的間隔區(qū)先合成大約10個(gè)核苷酸組成的RNA引物（RNA primer）為DNA聚合酶提供3-OH，然后合成稱為岡崎片段的不連續(xù)的DNA片段，最后由DNA修復(fù)系統(tǒng)去除RNA引物而代之以DNA，再由DNA連接酶通過35-磷酸二酯鍵

44、將其連接起來，完成此子鏈的合成，這條子鏈叫后隨鏈。由于DNA聚合酶在沒有引物情況下不能從頭合成DNA，必須有一條引物。研究發(fā)現(xiàn)的引物大多數(shù)為一段RNA，長度和序列隨基因組的種類而異，為1-10個(gè)核苷酸見表3 P98。該引物RNA與經(jīng)典的RNA（mRNA）不同，他們合成后不與模板分離，而是以氫鍵與模板結(jié)合。他可能由一種獨(dú)特的RNA聚合酶所合成，這種合成RNA引物的酶舊叫引發(fā)酶。那么，前導(dǎo)鏈?zhǔn)侨绾魏铣傻?？三種可能性：1）同后隨鏈一樣，由RNA引物提供3-OH；2）可能模板上的起始點(diǎn)產(chǎn)生缺口，暴露3-OH作引物；3）可能由后隨鏈提供3-OH。3. 前體片段的連接真核生物的DNA復(fù)制1 真核生物的復(fù)制

45、原點(diǎn)，復(fù)制元和復(fù)制元族真核生物的DNA聚合酶活性比大腸桿菌低得多，復(fù)制速度為500bp-5000bp/分（Ecoli為105bp/分）如按哺乳動(dòng)物的DNA比細(xì)菌大約50倍，真核生物DNA復(fù)制時(shí)間就會(huì)是大腸桿菌的1000倍，即約一個(gè)月，而事實(shí)上，真核生物DNA復(fù)制時(shí)間一般為幾小時(shí)，這是因?yàn)橥ㄟ^從許多原點(diǎn)同時(shí)開始并雙向復(fù)制而實(shí)現(xiàn)的。放射形自顯影可見許多的復(fù)制泡。每一復(fù)制泡有固定的一點(diǎn)（復(fù)制原點(diǎn)），然后雙向伸展，與相酃的復(fù)制泡會(huì)合。這樣一段DNA 稱為復(fù)制單元，簡稱復(fù)制元（replicon）。而幾個(gè)復(fù)制元可組成復(fù)制元族，同一族內(nèi)的復(fù)制元基本同步。真核生物復(fù)制原點(diǎn)的DNA序列并無固定的模式，但大多包含

46、一個(gè)富含AT的序列，可能還有一個(gè)特異性蛋白質(zhì)的結(jié)合位點(diǎn)。2 真核生物的DNA pol 和引發(fā)酶primase與真核生物多起點(diǎn)復(fù)制相適應(yīng)的是，細(xì)胞中DNA聚合酶的分子數(shù)目多，在Ecoli中，POLIII只有10-20個(gè)分子，而哺乳動(dòng)物細(xì)胞中DNA POL 有2000-60000個(gè)分子，DNA POL 與DNA引發(fā)酶結(jié)合很緊，是復(fù)制體系必需的復(fù)合物。實(shí)驗(yàn)表明，在細(xì)胞DNA合成期（S期），DNA POL 含量劇增。協(xié)同的作用，負(fù)責(zé)線立體DNA的復(fù)制，含量變化不大，與損傷DNA修復(fù)有關(guān)。引發(fā)酶的作用：B. 是與引發(fā)酶復(fù)合物所必需的E. 其引物合成方式特別，陣發(fā)性合成，F(xiàn). 可利用rNTP和dNTP為合

47、成前體。引物一般為6-15個(gè)NT。1 SV40以及其他真核生物的DNA復(fù)制過程SV40所編碼的蛋白質(zhì)中，只有一個(gè)大T抗原參與其DNA復(fù)制，其余復(fù)制機(jī)制由寄主的蛋白質(zhì)構(gòu)成。大T抗原四聚體在復(fù)制原點(diǎn)有三個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，同時(shí)還具有ATPase活性和螺旋酶活性。SV40的DNA復(fù)制有可能代表真核生物的DNA復(fù)制的主要過程：首先由一特異的蛋白質(zhì)識別復(fù)制原點(diǎn)并與之結(jié)合。再由螺旋酶促進(jìn)負(fù)超螺旋狀的復(fù)制原點(diǎn)解鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白質(zhì)（SSB）維持解鏈區(qū)并以動(dòng)態(tài)左右前移在由POL 和引發(fā)酶與原點(diǎn)上的特異蛋白質(zhì)相互作用，從而引發(fā)復(fù)制叉的先導(dǎo)鏈的合成；然后再印發(fā)另一先導(dǎo)鏈的合成隨著復(fù)制叉的前進(jìn)，需要拓?fù)洚悩?gòu)酶解除復(fù)制叉前

48、進(jìn)造成的超纏現(xiàn)象。當(dāng)相酃的兩個(gè)復(fù)制元的相向的兩個(gè)復(fù)制叉結(jié)合時(shí)就完成了這一段DNA的復(fù)制，可能并不存在固定的終止序列。而真核生物染色體末端DNA的復(fù)制卻不那么簡單。見后。2 真核生物染色體末端DNA的復(fù)制由于RNA引物的水解，兩個(gè)子代分子中各有一個(gè)5端缺少一段核苷酸，而沒有一個(gè)目前已知的DNA POL能填補(bǔ)。腺病毒DNA的5末端共價(jià)連接一個(gè)55kD的蛋白質(zhì)，即末端蛋白質(zhì)（Terminal Protein TP）,而正在復(fù)制的腺病毒新生的DNA 5端為80kD的蛋白質(zhì)，為末端蛋白質(zhì)前體（pTP），這一引發(fā)方式避免了線性DNA在復(fù)制結(jié)束后的5末端隱縮問題。真核生物同樣面臨線性DNA復(fù)制結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的5

49、末端隱縮問題。這個(gè)問題的解決取決于端粒的結(jié)構(gòu)和能夠識別和結(jié)合端粒的蛋白和酶。四膜蟲端粒中有一種端粒酶（ ）能將其端粒結(jié)構(gòu)中單鏈尾巴5TTGGGG3延長，延長的部分仍是5TTGGGG3，這一富含G的序列總是突出12-16個(gè)NT。這種酶是一種核糖核蛋白，由RNA和蛋白質(zhì)組成。有人證明該酶中的RNA是富含G序列的模板，對拷貝出富含G序列所必需的部分為5CAAAACCCCAAAA3，此RNA可能還有其他作用，這單鏈尾巴可能彎轉(zhuǎn)成為引物復(fù)制5末端，另一可能是某種端粒蛋白結(jié)合末端的單鏈重復(fù)序列，并作為蛋白質(zhì)引物復(fù)制DNA地末端。復(fù)制的調(diào)控DNA復(fù)制是受調(diào)控的，細(xì)胞分裂時(shí)間因營養(yǎng)條件變化很大（21-70分鐘

50、/Ecoli），而DNA復(fù)制時(shí)間為40分鐘左右，可用成熟前起始加以解釋細(xì)胞分裂時(shí)間為21分鐘的DNA復(fù)制。DNA復(fù)制調(diào)控，可能涉及許多專一性的蛋白因子（Ecoli Dna A,SV40 大T抗原等）和至少一類RNA分子（RNA2，RNA1）。細(xì)胞中蛋白質(zhì)和DNA總量的比例也可能是一重要因素，因?yàn)榘被狃囸I時(shí)會(huì)抑制蛋白質(zhì)合成和DNA復(fù)制起始。在此說明一下RNA2和RNA1：大腸桿菌質(zhì)粒Col E1的復(fù)制需要一種RNA引物，RNA POL從復(fù)制原點(diǎn)上游方向555bp處轉(zhuǎn)錄，這個(gè)轉(zhuǎn)錄物就是RNA2。 RNA2延伸至復(fù)制原點(diǎn)區(qū)域時(shí)，由RNAaseH 將RNA與DNA模板形成的雜合雙鏈中的RNA切斷，從

51、而產(chǎn)生3-OH末端，然后，DNA POL以此引物合成DNA。 圖示P130。在ColE1復(fù)制原點(diǎn)上游方向445bp處（相當(dāng)于RNA2的第111個(gè)堿基位置），起始轉(zhuǎn)錄另一個(gè)RNA分子，即是RNA1，其轉(zhuǎn)錄方向與RNA2相反。這個(gè)反義的RNA1有111個(gè)堿基與RNA2的5末端互補(bǔ)，從而改變了RNA2的二級結(jié)構(gòu)使之不能為RNAaseH（識別雜交雙鏈但不識別二級結(jié)構(gòu)）所識別，于是，RNA2的轉(zhuǎn)錄能夠繼續(xù)進(jìn)行，而不能在復(fù)制原點(diǎn)區(qū)域RNA。有些機(jī)理有待繼續(xù)探討4.2 轉(zhuǎn)錄一 概述三類RNA都必須以DNA模板，在依賴于DNA的RNA POL作用下合成，他包括RNA鏈的起始，延伸，終止等步驟，這一系列過程叫轉(zhuǎn)

52、錄。轉(zhuǎn)錄是基因表達(dá)的第一步，也是最關(guān)鍵的一步。轉(zhuǎn)錄涉及兩個(gè)方面一是RNA合成的酶學(xué)過程二是RNA合成的起始信號和終止，即DNA上的特定序列。DNA和RNA的堿基序列方向總是5'-3'。闡述幾個(gè)概念：對DNA總是講模板鏈，在轉(zhuǎn)錄時(shí)DNA兩條鏈有混亂不一。新文獻(xiàn)規(guī)定：把不作模板轉(zhuǎn)錄的鏈稱為有義鏈（sense）又稱編碼鏈（coding）,非模板鏈=RNA鏈=有義鏈而把作為模板轉(zhuǎn)錄的鏈稱反義鏈（antisense strand）或模板鏈,模板=反義鏈。對RNA，也容易將DNA序列直接與氨基酸的密碼子聯(lián)系起來：SSDNA phage 如X174，其SSDNA作為復(fù)制模板進(jìn)入細(xì)胞后復(fù)制合成

53、 互補(bǔ)DNA，后者（互補(bǔ)DNA）作為轉(zhuǎn)錄模板（即反義鏈）合成RNA。即SSDNA=有義鏈=RNA序列=正鏈對于SSRNA病毒，若其基因組RNA能作為mRNA或與mRNA相同，則該RNA病毒為正鏈RNA病毒；若其RNA進(jìn)入宿主需要進(jìn)行RNA復(fù)制，再產(chǎn)生互補(bǔ)鏈作為mRNA，則這種RNA稱為負(fù)鏈RNA病毒。二 RNA合成的酶學(xué)1. RNA合成的基本特征1) RNA的前體是四種核糖核苷三磷酸（rNTP）：ATP， GTP， CTP，UTP2) RNA鏈的生長方向也是5 33) 核苷三磷加到新生鏈的3'，同時(shí)除去一分子焦磷酸而生成磷酸二酯鍵。4) 轉(zhuǎn)錄必須以一條DNA鏈為模板，按堿基互補(bǔ)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄

54、。5) RNA POL能起始一條新鏈的合成，起始的核苷酸一般是嘌呤核苷三磷酸（XTP）RNA合成含四步：RNA POL結(jié)合于DNA上的特定位點(diǎn)，起始，鏈的延長，鏈終止和釋放。2. E Coli 和 真核生物的RNA POL（自己看）三 控制轉(zhuǎn)錄起始的DNA序列操作子和啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)1. 操縱元（operon）及其結(jié)構(gòu)操縱元：包括結(jié)構(gòu)基因和控制區(qū)以及調(diào)節(jié)基因的整個(gè)核苷酸序列?？刂茀^(qū)為兩部分：1) 從結(jié)構(gòu)基因溯流而上的緊靠結(jié)構(gòu)基因的部分叫操作子（operator）（即結(jié)構(gòu)基因的5上游），好比電器開關(guān)，控制其后面的全部結(jié)構(gòu)基因的開閉。2) 從操作子逆行而上的就是另一控制區(qū)域，叫啟動(dòng)子（promoter）

55、對轉(zhuǎn)錄非常重要。2. 原核生物的啟動(dòng)子1) Pribnow 框：10bp處，是RNA POL 結(jié)合位點(diǎn)2) Sextama 框：35bp處，RNA pol 先結(jié)合與此處，再結(jié)合于10bp處。3) CAP位點(diǎn) ：CAP為環(huán)腺苷酸受體蛋白（cyclic AMP receptor）。調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏蛋白與操縱子以及誘導(dǎo)物互作實(shí)現(xiàn)對基因轉(zhuǎn)錄的負(fù)調(diào)控；而葡萄糖的調(diào)控機(jī)理則為正調(diào)控。3. 真核生物的啟動(dòng)子真核生物有三種RNA POL：POL I： 負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄rRNA，只有一種啟動(dòng)子。POL II：負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)基因和部分snRNA基因的轉(zhuǎn)錄，啟動(dòng)子最復(fù)雜。POL III：負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄tRNA和5S rRNA，啟動(dòng)子位于轉(zhuǎn)錄的DNA序列內(nèi)（內(nèi)部啟動(dòng)子）。1) RNA POL I的啟動(dòng)子2) RNA POL II 的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)A. 帽子位點(diǎn)B. TATA框：C. CAAT框D. 增強(qiáng)子3) RNA POL III的下游啟動(dòng)子第五章 基因工程 5.1 基因工程的四大要素及其實(shí)施