分子生物学复习.docx
- 文档编号:23480613
- 上传时间:2023-05-17
- 格式:DOCX
- 页数:25
- 大小:34.39KB
分子生物学复习.docx
《分子生物学复习.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《分子生物学复习.docx(25页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
分子生物学复习
分子生物学复习提纲
1绪论
1生物学研究策略:
(1)还原论:
将复杂的生命现象,丰富的生物多样性还原到核酸和蛋白质的单体及其排列差异。
(2)整体论:
研究并回答生物大分子如何控制细胞的分化、组织的特化、个体的发育、物种的进化等科学问题。
2
(1)广义分子生物学:
在分子水平上研究生命现象,或用分子的术语描述生物现象的科学。
(2)狭义分子生物学:
在核酸与蛋白质水平上研究基因的复制、基因的表达、基因表达的调控以及基因的突变与交换的分子机制。
3二十一世纪分子生物学发展趋势:
(1)系统生物学:
指利用分子生物学的基本理论解释生物体的生长发育,遗传变异,繁殖死亡等重要生命现象本质的一门科学。
(2)基因组学:
指对所有基因进行基因组作图(包括遗传图谱、物理图谱、转录本图谱),核苷酸序列分析,基因定位和基因功能分析的一门科学。
(3)蛋白质组学:
旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式,内容包括鉴定蛋白质表达、存在方式(修饰形式)、结构、功能和相互作用方式等。
2基因的概念
1早期的基因概念
(1)融合遗传理论:
父本精液与母本胚胎中的体液融合后,传递给后代并控制子代个体的形状表现。
(2)获得性遗传理论:
由Lamarck提出的,还提出了器官的用进废退的观点。
此理论否定遗传物质的存在,认为物种的形成是对环境的适应过程,环境对形态的改变一旦发生就可以获得并遗传给后代,是生物体逐渐转变为新种。
(3)泛生论:
(1866年Darwin)认为生物体一切性状的表现受控于体内各部分的各种泛生粒。
(4)种质论:
(1885年Weismann)认为多细胞生物的细胞可分为体质和种质。
(5)遗传因子假说:
(1865年Mendel)每个性状由定位在染色体上的遗传因子控制,并提出了遗传因子的分离和自由组合的两大遗传规律。
2经典的基因概念:
(ThomasHuntMorgan)基因是孤立地排列在染色体上的实体,是具有特定功能,能独立发生突变和遗传交换的、三位一体的、最小的遗传单位。
3顺反子理论(Theoryofcistron)
(1)cistron是基因的同义词
(2)顺反子内,有若干个突变单位突变子(muton)
(3)在一个顺反子内,有若干个交换单位交换子(recon)
(4)基因是一个具有特定功能的,完整的,不可分割的
最小的遗传单位(一位一体)
(5)基因内可以较低频率发生基因内的重组,交换
(6)拟等位基因(pseudoalleles)是基因内的突变体
(7)mut1Xmut2---野生型是基因内发生交换的结果
(8)顺反子概念的提出是对经典的基因概念的动摇是对pseudoalleles概念的修正
4顺反(互补)测验
(1)顺反测验就是根据顺式表现和反式表现型是否相同来推测两个突变是属于同一个基因还是分属于两个不同的基因。
(2)同一顺反子上的两个突变,在反式状态下是不能互补的,若两个突变在反式状态可以互补,便意味着他们分属于两个不同的顺反子。
从这个意义上,顺反测验又称为互补测验。
5证实DNA是主要的遗传物质的实验:
细菌转化实验(Avery)、噬菌体实验(Hershey&Chase)。
6Chargaff规则:
DNA中的4种碱基的含量并不是传统认为的等量的,但是A和T的含量总是相等,G和C的含量也相等(Chargaff’srule)。
7DNA作为遗传物质的优点:
(1)储存遗传信息量大。
(2)A/T、C/G互补,双螺旋结构稳定,利于复制,便于转录。
(3)核糖的2’–OH脱氧在水溶液中的稳定性高于RNA。
(4)可以突变以求不断进化;方便修复以求稳定遗传。
8DNA的双螺旋结构特点:
(1)碱基顶部基团裸露在DNA大沟内。
(2)蛋白质因子与DNA的特异结合依赖于氨基酸与DNA间的氢键的形成。
(3)蛋白质因子沿大沟与DNA形成专一性结合的机率与多样性高于沿小沟的结合。
(4)大沟的空间更有利于与蛋白质的结合。
9影响双螺旋结构稳定性的因素:
(1)氢键:
弱键,可加热解链。
许多氢键按一定的方向,呈线性地连续排列和堆积形成的聚合能是十分巨大的,成为促使DNA趋于稳定的主要因素。
(2)磷酸酯键:
强键,需酶促解链。
(3)0.2mol/LNa+生理盐条件,消除DNA单链上磷酸基团间的静电斥力。
(4)碱基堆积力(非特异性结合力):
磷酸骨架,氨基,酮基周围水分子间的有序排列。
疏水作用力,酸基团间的静电斥力,碱基内能增加,使氢键因碱基排列有序状态的破坏而减弱。
10DNA分子的变性
(1)变性:
当天然DNA的溶液被加热或受到极端的某些有机试剂的处理后,两条核苷酸链便逐渐彼此分离,形成无规则的线团,这一过程成为变性或溶解。
(2)变性过程的表现:
DNA粘度降低、DNA沉降速度加快、DNA分子的在260nm下的吸光度增加。
11DNA分子的复性
(1)复性:
已发生变性的DNA溶液在逐渐降温的条件下,两条核苷酸链的配对碱基间又重新形成氢键,恢复到天然DNA的双螺旋结构。
也称为重退火。
12影响DNA复性过程的因素
(1)阳离子浓度:
0.18~0.2MNa+可消除poly(dNt)间的静电斥力。
(2)复性反应的最适温度低于Tm值25℃(60-65℃)。
(3)S.SDNA的初始浓度C0:
浓度愈高复性愈快。
(4)S.S.DNA分子的长度:
S.S.DNA愈长→分子扩散愈慢→复性愈慢
S.S.DNA愈短→分子扩散愈快→复性愈快
(5)核苷酸排列的复杂性。
13增色效应:
变性过程中随着单链DNA分子的不断增加而表现出A260值递增的效应。
14TM值:
加热使溶液中DNA分子的50%成为单链时所需温度。
15影响Tm值的因素
(1)DNA分子的碱基组成:
GC%愈高→Tm值愈大
GC%愈低→Tm值愈小
(2)DNA分子的碱基排列:
GC%含量相同的情况下
AT形成变性核心,变性加快,Tm值小。
(3)DNA片段的大小。
大片段D.S.DNA分子之间比较,片段长短对Tm值的影响较小,与组成和排列相关;小于100bp的D.SDNA分子比较,片段愈短,变性愈快Tm值愈小。
(4)变性剂的影响。
变性液中含有尿素,酰胺等→尿素,酰胺与碱基间形成氢键→改变碱基对间的氢键→Tm值降低。
(5)盐浓度的影响。
阳离子在磷酸基团周围形成的电子云对静电斥力产生屏蔽作用→减弱静电斥力Na+浓度升高→屏蔽作用大→斥力减弱→Tm↑
(6)极端pH条件的影响
当pH~2-3或pH~12→氢键减弱→Tm值降低
16C0t1/2:
复性反应进行到一半时的C0t值(C0:
初始单链DNA浓度t反应时间)
17C0t1/2与基因组复杂程度的关系:
高度重复序列Cot(1/2)值小;单一排列序列Cot(1/2)值大。
单一序列长度kineticcomplexity(K.C.)
K.C.与Cot(1/2)值呈正比。
18Z型DNA
(1)结构特点:
螺旋方向为左旋,磷酸骨架呈之字形走向,C3内折,N7、C8外露于螺旋体表面,A、G——顺式,T、C——反式(在A和B构型中都是反式)。
(2)生物学功能:
与基因表达调控有关:
Z-DNA→大沟浅,信息少→基因关闭
B-DNA→大沟深,信息多→基因表达
19三股螺旋DNA的结构特点
(1)无论何种形式的三螺旋DNA,第二股中间链必须是嘌呤链。
(2)第三条链>8bp
(3)第三条链上的核苷酸与原双链碱基对之间的氢键为Hoogsteen氢键。
20三股螺旋DNA的生物学功能(意义)
(1)可阻止调节蛋白与DNA结合,关闭基因转录过程。
(2)加入第三条S.SDNA作为分子剪刀,定点切割DNA分子。
21四股螺旋DNA的生物学功能(意义)
(1)稳定真核生物染色体结构
(2)调节DNA复制
22正超螺旋:
对DNA分子施加右旋外力,使双螺旋体更趋紧缩的超螺旋结构
23负超螺旋:
对DNA分子施加左旋外力,使双螺旋体趋向松弛的超螺旋结构
24细胞内的DNA超螺旋结构由拓扑异构酶(topoisomerase)作用形成的。
25插入分子(如溴化乙啶)可使负超向正超转变。
26DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对DNA复制和RNA转录过程具有关键作用。
27最大C值:
单倍体基因组总DNA的含量
最小C值:
编码基因信息的总DNA含量
28C值矛盾:
(1)生物体进化程度与C值不成明显正相关
(2)亲缘关系相近的生物间大C值相差较大
(3)一种生物内大C值与小c值相差极大
29重叠基因:
不同的基因共用一段相同的DNA序列。
30重叠基因的生物学意义:
(1)原核生物中的重叠基因常见
体现了进化的经济原则,较小的基因组能够编码较多的基因信息
部分回答C≠c
物种间重叠基因比非重叠基因更为保守→分析进化关系
(2)遗传信息量的估算,突变效应的鉴定,表达调控的理论发展。
(3)丰富和发展了基因的概念。
31Alu家族:
是灵长类动物特有的一种成员众多,功能还不十分明了的中度重复序列。
32重复序列形成机制:
(1)滚环扩增—突变
(2)反转座插入(3)跳跃复制(4)不对称交换
33间隔基因(splittinggene):
真核生物的结构基因是由若干外显子和内含子序列相间隔排列组成的间隔基因。
34间隔基因的鉴定方法:
R环(R-loop)是间隔基因典型的结构特征。
35间隔基因的生物学意义:
(1)有利于生物遗传的相对稳定
(2)增加变异概率,有利于生物的进化
(3)扩大生物体的遗传信息储量
(4)利用内含子进行代谢调节
36跳跃基因或转座子:
是以“跳跃”或“转座”的方式,将一个完整的遗传结构单位在基因组内进行转移的遗传单位。
37基因转座现象的发现和证实:
玉米糊粉层花斑,λdgale–/λdgal的外源片断插入突变。
38原核生物转座因子的类型和结构特征:
(1)插入序列(IS):
700——2000bp,含有与自身转座有关的基因,如转座酶基因等。
(2)TnA转座子家族:
携带负责自身转座的基因和抗药性基因且转座子两端没有IS或类IS组件,只有37-38bp的末端倒转重复序列。
(3)Mu噬菌体:
是一个巨型转座子,两端各有一个大小不等的附着位点。
(4)复合型转座子:
复合转座子除了与自身转座有关的基因外,还含有其它基因,如抗药性基因等.复合转座子含有一个中心序列和位于两侧的臂.左右两侧的臂序列相似,成为长末端重复(LTR),它们的方向相同或相反。
39原核生物转座因子的类型和结构特征:
(1)剪贴式转座因子:
双因子系统,由自住型和非自住型转座因子组成。
(2)反转录转座子:
具有长末端重复结构(LTRs),核心蛋白基因,酶基因区域,但无病毒包膜蛋白基因。
40复制型转座子的转座机制:
(1)转座过程是由Donor提供Tncopy到targetsite,涉及酶切、复制、重组的遗传学过程。
(2)转座完成后,在Tn的两端出现targetsite序列的正向重复,其长度取决于staggeredcutting的长度。
(3)转座因子的IR序列是转座酶的重要识别位点,与转座,切除有关。
(4)共联体是转座过程的中间体(具有两个转座子(Tn)和两个复制子(replicon)),其稳定性依转座子不同而异,或拆分酶催化(resolution)完成转座过程。
(5)共联体可能导致Tn和抗性的积累。
41非复制型转座子的转座机制:
(1)与复制型转座相同,错切-错接。
(2)在供体的另一端切割。
(3)释放出没有Tn的供体DNA,产生具有正向重复的Tn插入的受体。
42转座的遗传效应:
(1)诱变效应(提高重组频率、形成易变基因…)
(2)切除效应(倒位、缺失、重复、footprintting)
(3)外显子改组
(4)位置效应(启动表达、增强表达…)
(5)转座爆炸(激活表达、基因内重排突变基因形成)
43真核生物的假基因:
与正常基因结构相似,但丧失正常功能的DNA序列,往往存在于真核生物的多基因家族中。
44假基因的生物学意义:
(1)具有遗传稳定的特点,同时进化具有整体性,无选择压力。
(2)促使基因进化。
(3)部分回答了生物进化的C值矛盾。
45基因的概念:
基因包括产生mRNA所需要的全部DNA序列,包括外显子、内含子等全部序列。
3DNA的复制
1复制子(Replicon):
从复制起点到复制终点的DNA区段称为一个复制子。
2DNA合成方向:
5’端to3’端——进化中保留的最经济、最有效的方法。
大多数原核生物DNA复制是一个起点,双方向进行的。
真核生物DNA复制也是双方向进行的,但在一条染色体上有多个复制起点,即表现为多复制子(multiplereplicons)。
3半保留复制:
DNA复制过程中亲代DNA的双链分子彼此分离,作为模板,按AT配对,GC配对的原则,合成两条新生子链,称此方式为半保留复制
4半不连续复制:
前导链以连续复制的方式完成子代DNA的合成,而后随链以不连续复制的方式完成冈崎片段的合成。
5冈崎片段:
最初合成的10-20s(1000—2000个核苷酸长度)的DNA片段称为冈崎片段。
6先导链按dUMP片段连续复制,后随链按Okazaki片段不连续复制。
7复制需要RNA引物。
8原核生物复制起点的特征:
富含AT和回文对称的序列。
富含AT→解链
回文序列→结合复制起始因子→解链
9真核生物复制起点的特征:
富含AT→可提高复制效率,和起始识别复合物(ORC)结合位点(复制起始必需)。
10DNA复制的模式:
环复制;滚环复制;D环复制
11DNA复制体(replisome):
与DNA复制相关的多种蛋白因子在复制叉形成多酶复合体,协同发挥作用。
(DNA聚合酶、DNA解链酶、单链结合蛋白、拓扑异构酶、DNA连接酶、引物的引发酶)
12原核DNA聚合酶的特点和功能:
(1)DNA聚合酶Ⅰ:
多功能酶:
5’→3’外切酶、3’→5’外切酶、5’→3’聚合酶;单链多肽、大小二个片段;
功能:
切除RNA引物,填补空缺、损伤后修复
(2)DNA聚合酶Ⅱ与Ⅲ:
多功能酶:
5’→3’聚合酶、3’→5’外切酶;不对称二聚体;
功能:
DNA复制的主要酶、高聚合酶活性、高产物真实性。
13线性DNA复制5’端短缩的原因:
位于5’端的RNA引物分子被切除后,DNA聚合酶Ⅰ没有可被利用的3’-OH来发动DNA的复制填补缺口,从而导致5’端短缩。
14线性DNA复制避免5’端短缩机制:
(1)原核生物的对策:
线状DNA分子首尾相连,形成共联体(concatemer)。
(2)真核生物的对策:
延长末端——端粒酶。
15端粒:
染色体两端存在特殊结构,使染色体趋于稳定,并定名为端粒(Telomere)。
16端粒酶(telomerase):
与端粒序列合成有关的酶。
17端粒阈值:
端粒酶的活性随细胞分裂次数的增加而逐渐减弱,从而造成端粒逐渐短缩,当短至一个重要的信号序列处,就会引起细胞的早衰或死亡。
18DNA复制终止机制:
两复制叉的相遇处具有多个终止位点。
19DNA复制的调控:
(1)影响因素:
多种专一性的蛋白质因子浓度、除引物以外的其他RNA分子、营养条件(氨基酸饥饿)(原核生物)、细胞复制周期速率的影响(真核生物)、
(2)严格的自我调控机制:
质粒、严谨型(1-2copies)、松弛型(10-100copies)、不相容、相容。
(3)调控主要表现在复制的起始水平上——如营养条件。
E.coli
通过对复制起点的调节控制拷贝数
1.产生与RNA引物互补的RNA片段(RNAI):
与RNAI的互补配对会改变引物RNA的二级结构,从而阻止了切割产生3’-OH
2.产生蛋白质调节RNAI与引物RNA的结合。
第四章RNA的转录
1转录的基本概念:
(DNA遗传信息表达的第一步)在RNA聚合酶作用下,以双链DNA中的一条单链DNA为模板按照碱基互补配对(A=U)原则合成mRNA的过程。
2转录单元:
从启动子到终止子的序列称为转录单位。
3模板链(templatestrand):
根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链,或称反义链(antisensestrand)。
4编码链(codingstrand):
与mRNA序列相同的那条DNA链,或称有意义链(sensestrand)。
5原核生物的启动子:
RNA聚合酶识别,结合和开始转录的一段DNA序列。
6DNA足迹法可确定启动子的位置。
7原核启动子结构:
长约40碱基,其中-35区为RNA聚合酶的识别位点、-10区为结合位点、转录起点为+1位点,这3个重要的位点定义为核心启动子。
8原核启动子功能:
启动子是控制转录起始的序列,它决定着某一基因转录的起始位点、表达的强度等。
9原核RNA聚合酶
(1)核心酶:
依靠静电作用力非专一性与DNA结合,负责RNA转录延伸
(2)全酶:
依靠空间结构专一性与DNA结合,负责RNA转录起始。
(核心酶和因子的结合就是全酶)
(3)因子的功能:
因子可促进RNA聚合酶与启动子紧密结合;全酶有选择性的对某些基因进行转录,而核心酶没有选择性;核心酶可催化对称转录,不能选择模板。
(4)NusA:
69KD酸性蛋白,替换因子与核心酶结合进行RNA链延伸,与转录终止相关。
10真核生物的三种RNA聚合酶的转录产物:
(1)PolⅠ:
Pre-rRNAs(45s)
(2)PolⅡ:
Pre-mRNA,mostsnRNAandmiRNA。
(3)PolⅢ:
tRNA,5SrRNA,andothersmallRNAs。
11RNA聚合酶Ⅱ启动子结构、功能:
(1)TATAbox决定了转录起始点的选择。
(2)CAATbox控制着转录起始的频率。
12转录因子(TF)结构特点:
是一组蛋白质的复合体,能识别或结合启动子。
13转录因子激活转录的机制:
转录因子先期识别或结合启动子,帮助RNA聚合酶Ⅱ定位到DNA上的转录起始位点,并与RNA聚合酶Ⅱ共同组装成转录起始的基本装置,同时由于一个或多个转录因子的作用,DNA的构象从封闭式转换成开放形式。
从而导致转录的进行。
14增强子和启动子的区别
(1)远距离调控,可以使转录活性提高1000倍。
(2)启动子有方向性,而增强子无方向性。
(3)增强子可以调控多个启动子,无基因特异性。
(4)增强子具有组织和细胞的特异性。
15沉默子和绝缘子的定义和生物学功能:
(1)沉默子:
通过一段延伸的DNA区域,影响染色质结构,从而调节基因转录的DNA元件。
(染色质的异染色质化)
功能:
抑制转录(负效应)
(2)绝缘子:
是一段具有特化染色质结构的DNA序列,处于邻近基因的增强子或沉默子与启动子之间。
功能:
能够阻断增强子或沉默子对启动子的作用。
16常见DNA结合模体的结构特点:
(1)螺旋-转角-螺旋(HTH):
两个a-螺旋,中间连接一个短的伸展的肽链。
(2)锌指:
由一段富含Cys的多肽链构成。
每2个Cys和2个His残基或四个Cys残基螯合一分子Zn2+,其余约12-13个残基则呈指样突出,可与DNA双螺旋的大沟相结合。
(3)碱性亮氨酸拉链:
组成a-螺旋的氨基酸中每隔7个出现一个Leu,两个a-螺旋单体形成卷曲螺旋(coiled-coil)二聚体。
(4)反平行β-折叠:
两个β-折叠形成反平行β-折叠片。
17终止子的分类:
不依赖因子的终止子、依赖因子的终止子。
18不依赖因子的终止子的结构特点:
(1)含反向重复序列(回文序列),可以内部碱基配对。
(2)富含G、C序列。
(3)在富含G、C序列后,有A、T重复序列。
此结构会使RNA转录物形成茎环结构、此茎环结构能阻止复合物的延伸,引起RNA聚合酶停顿,导致DNA/RNA异源双链解离,RNA聚合酶从模板上解离。
(终止转录机制)
19依赖因子的终止子的结构特点:
与不依赖因子的终止子相似,较少G、C碱基对,也无明显的A、T重复。
终止机制:
将转录物从DNA上释放出来。
20抗终止作用:
一种转录调控机制,某些终止子的作用被抗终止因子抑制,使RNA聚合酶能越过终止子,继续转录。
抗终止的机制:
抗终止因子使RNA聚合酶变构不能与因子结合,RNA聚合酶经过终止子并发生通读现象。
21mRNA5‘端加帽子
(1)加帽机制:
第一步,由磷酸酶催化脱去嘌呤核苷酸的一个磷酸。
第二步,由鸟甘酸转移酶催化加上一个鸟甘酸。
第三步,由甲基转移酶催化,在G7位甲基化。
(2)加帽的生物学意义:
a,调节mRNA出核运输。
b,防止mRNA被核酸酶水解。
c,促进启动蛋白质翻译。
d,促进前体mRNA5‘端intron的剪切。
22mRNA的3’端加尾
(1)加尾的机制:
在腺苷酸转移酶的催化下,以ATP为底物添加到mRNA的3’端。
(2)加尾的生物学意义:
a,保护mRNA,使其能在细胞质中稳定存在。
b,促进mRNA的翻译。
c,参与前体mRNA3’端intron的除去。
23I型内含子的剪切机制(需要外来鸟苷酸的参与):
鸟苷酸的3'-OH作为亲核基团攻击内含子5'端的磷酸二酯键,从上游切开RNA链。
再由上游外显子的自由3'-OH作为亲核基团攻击内含子3’位核苷酸上的磷酸二酯键,使内含子被完全切开,上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键相连。
24II型内含子的剪切机制:
自我剪切,不需要外来核苷酸的参与,intron以套索(lariat)的型式释放。
25III型内含子的剪切机制:
两次转酯反应,剪切下的intron形成套索(Intron内部不能形成有序二级结构,不能自我剪切,需借助由多种snRNA和蛋白质组装成的剪切体)。
26核酶:
自身具有酶活性的RNA分子。
27RNA编辑:
是某些RNA,特别是mRNA的一种加工方式,经过编辑的mRNA序列发生了不同于模板DNA的变化,导致遗传信息的改变。
28总结真核和原核mRNA的结构差异。
第五章蛋白质的翻译
1mRNA的两个必需特征:
一段可翻译的密码序列(开放阅读框,ORF)和一个核糖体结合位点(RBS)。
2原核mRNA的SD序列与16SrRNA近3端的序列互补——核糖体结合位点。
3tRNA的结构和功能:
(三叶草形二级结构)
(1)氨基酸承受臂:
连接氨基酸。
(2)二氢尿嘧啶环(Dloop):
结合氨基酰tRNA合成酶。
(3)反密码子环(anticodonloop):
识读密码
(4)可变环或额外环(variableloop):
3~21nt,tRNA分类
(5)TC环(假尿苷环):
结合5SrRNA,稳定蛋白质翻译。
4
(1)真核核糖体的组成:
小亚基40S、大亚基60S。
(2)原核核糖体的组成:
小亚基30S、大亚基50S。
(详细见书182页)
58个重
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 分子生物学 复习