刘慧慧_浙江海洋学院_分子生物学复习资料

第一章 绪论

Molecular Biology是研究核酸、蛋白质等生物分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学，是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。 DNA recombination （genetic engineering、DNA重组）：将不同DNA片段（如某个基因或基因的一部分）按照人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。 Enumerate the first evidence that DNA is hereditary substance? 1) 肺炎球菌的转化实验

2）噬菌体感染实验 第二章

DNA semiconservative replication(DNA半保留复制) 每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，该复制方式称为DNA半保留复制。 SSB protein ：该蛋白可以在远低于解链温度时使双链分开，并牢牢地结合在单链DNA上，即SSB蛋白的作用是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与复制叉处，待单链复制后才掉下，重新循环。

转座（DNA transposition）：是由可移动因子介导的遗传物质重排现象。 转座子（transposon Tn）：是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。

复合式转座子（composite transposon）：是一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列。 在DNA复制中起作用的酶：

拓扑异构酶Ⅰ、解链酶、引发酶、SSB蛋白

从基因组结构来看，原核细胞DNA有如下特点(Prokaryotes DNA features)： 1. 结构简练:原核DNA分子的绝大部分是用来编码蛋白质的，只有非常小的一部分不转录

2. 存在转录单元:原核生物DNA序列中功能相关的RNA和蛋白质基因，往往

丛集在基因组的一个或几个特定部位，形成功能单位或转录单元，它们可被

一起转录为含多个mRNA的分子，叫多顺反子RNA。 3. 有重叠基因：同一段DNA能携带两种不同的蛋白质的信息，包括以下几种情况：

(1)一个基因完全在另一个基因里面;2）部分重叠;（3）两个基因只有一个碱基对的重叠

组蛋白特征: ( Histone features)

（1）进化上极端保守，不同种生物组蛋白的氨基酸组成十分相似，尤其是H3、H4；

（2）无组织特异性

（3）肽链上氨基酸分布不对称，碱性氨基酸集中分布在N端的半条链上，疏水基团分布在C端；

（4）组蛋白发生修饰，包括甲基化、乙酰化、磷酸化及ATP核糖基化等； （5）具有富含赖氨酸的组蛋白H5，存在于鸟类、鱼类及两栖类的红细胞中，H5还富含丙氨酸、丝氨酸及精氨酸。

DNA组成染色体的主要过程：(how does DNA assemble into chromosome?) ① 核小体的形成：在核小体中DNA盘绕组蛋白八聚体体核心，从而使分子

收缩成1/7。 ② 由10nm的染色质细丝盘绕成30nm的螺旋管状粗丝（称螺旋管）。螺旋管

的每一螺旋包含6个核小体，其压缩比为6； ③ 螺旋管可进一步压缩形成超螺旋，压缩比为40 ④ 超螺旋圆筒进一步压缩1/5便成为染色体单体。

真核生物与原核生物DNA复制的区别（Prokaryotes and eukaryotes DNA duplicate difference）：

它们都是半保留和半连续复制，复制过程都有引发、延长和终止三个阶段，都必须有相应功能的蛋白质（如SSB）和DNA聚合酶参与等等。 不同之处：

1）真核的每条染色体有多个复制起始位点，每个起始位点大约有20kbp,而原核只有一个起始位点。真核细胞的不同复制单元不是同时启动的，起始位点受到时相控制。

2）复制速度：真核生物10-100bp/s;原核生物：1500bp/s;真核生物的复制时间

大约需要6-8h，E.coli需要40min； 3）真核生物有大得多的染色体。DNA的复制是由G1期决定的，细胞的DNA加倍是在S期进行的。

4）真核染色体在全部复制完成之前，各个起始位点上的复制不能开始新的复制，受到一种复制的控制。而原核的起始位点可以连续地开始新的复制事件，表现为一个复制子上有多个复制叉存在。 5）引物酶

6）酶和辅助因子不同 7）双向复制

转位因子的结构特点，转座子的遗传学效应（Transposition factor the characteristic of structure, the transposon tagging of genetics effect）： 1）在转位因子的两端，存在末端重复序列（TIR），它们在转位过程中至关重要。

2）绝大多数转位因子含有开放阅读框架（ORF）它可能编码转位酶，其功能促进转位子的转位。

3）受体DNA上很短的一段靶序列，由于转位因子的插入，靶序列在转位因子的两侧形成正向重复序列。靶序列的长短对每类转位因子都是特异的。 转座引起插入突变：转座子如果插入某操纵子的前半部分，会导致其后半部分结构基因表达失活；

转座产生新的基因：转座子如果带有抗药性，会造成靶DNA序列的插入突变，同时使这个位点产生抗药性；

转座产生的染色体畸变：当复制性转座发生在宿主DNA原有位点附近时，会导致转座子两个拷贝之间的同源重组，引起DNA缺失或倒位；

转座引起生物进化：由于转座作用，使染色体上相距甚远的基因组合到一起，构建成一个操纵子或表达单元，也可能产生一些具有新的生物学功能的基因和新的蛋白质分子。 第四章 转录（transcription）：拷贝出一条与DNA链序列完全相同的（除T→U之外）的RNA单链的过程。

启动子（promoter）：是一段位于结构基因5 端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确相结合并具有转录起始的特异性。

在转录单元的转录起始位点上游存在一定的重复序列，该序列不是启动子的一部分，但能增强或促进转录的起始，称这种能强化转录起始的序列为增强子或强化子（enhancer）。 RNA的编辑（RNA editing）：基因转录产生的mRNA分子中，由于核苷酸的缺失，插入或置换，基因转录物的序列不与基因编码序列互补，使翻译生成的蛋白质的氨基酸组成，不同于基因序列中的编码信息，这种现象称为RNA编辑。

编码链（coding strand）:与mRNA序列相同的那条链或称为有意义链也称为非模板链。

模板链（template strand) :根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链，又称为反义链。

真核基因表达往往伴随着RNA的剪接过程，从mRNA前体分子中切除被称为内含子(intron)的非编码区，并使基因中被称为外显子(exon)的编码区拼接形成成熟mRNA。

原核生物mRNA的特征

1. 原核生物mRNA的半衰期短

2、许多原核生物mRNA以多顺反子的形式存在

3、原核生物mRNA的5 无帽子结构，3 端无或者只有较短的poly(A)结构 真核生物mRNA的特征

1、真核生物mRNA的5 端存在“cap（帽子）“ 2. 多数真核生物mRNA有poly(A)尾巴

转录的基本过程（Describe the process of transcription）

①模板识别：主要是指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。 ②转录起始前，启动子附近的DNA双链分开形成转录泡以促使底物核糖核苷

酸与模板DNA的碱基配对。

③转录起始就是RNA链上第一个核苷酸键产生；

④转录开始后，直到合成9bp起始阶段结束，进入延长阶段，即RNA聚合酶离开启动子，沿DNA链移动并使新生RNA链不断伸长的过程。

⑤ 转录终止：当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA杂合物分离，转录泡瓦解，DNA恢复成双链状态，RNA聚合酶和RNA链都被从模板上释放出来。

大肠杆菌RNA聚合酶的组成，各组分的功能（E. coli RNA polymerase the composition ,various components of the function）:

由2个α亚基、一个β亚基、一个β 亚基和一个ω亚基组成核心酶，加上一个σ亚基后成为聚合酶全酶。

①α亚基与核心酶的组装及启动子识别有关，并参与RNA聚合酶和部分调节因子的相互作用。

②β和β 亚基组成了聚合酶的催化中心，其中β亚基能与模板DNA、新生RNA链及核苷酸底物相结合。

③σ因子负责模板链的选择和转录的起始，是酶的别构效应物，可极大地提高RNA聚合酶对启动子区DNA序列的亲和力，还能使RNA聚合酶与模板DNA结合的特异性提高。

原核和真核生物基因转录的差异(The original nuclear and eukaryotes gene transcription differences)

1）原核生物只有一种聚合酶负责转录所有类型的基因，而真核生物有三种以上的RNA聚合酶，负责不同类型基因的转录，合成不同类型的RNA，在细胞核内的位置也不相同。

2）转录产物的差别，真核的初始产物很长，包含内含子序列，成熟的mRNA 只占其中的小部分。而原核生物的初始产物与蛋白质序列成线性关系。

3）真核生物转录产物经历加工、修饰过程，即剪接、5 端帽化和3 端聚化。 4）原核的mRNA与基因结构相吻合，是多顺反子，而大多真核mRNA是单顺反子。

RNA合成与DNA合成异同点(RNA synthesis and DNA synthetic differences and similarities) 相同点：

1、都以DNA链作为模板 2、合成的方向均为5 →3

3、聚合反应均是通过核苷酸之间形成的3 ,5 -磷酸二酯键，使核苷酸链延长。 不同点

转录的终止机制(the termination of transcription mechanism)

不依赖于ρ因子的终止

·终止位点上游存在富含GC碱基的二重对称区，由这段DNA转录产生的RNA形成发卡式结构。在终止位点前面有一段由4～8个A组成的序列，所以转录产物的3 端为寡聚U，这种结构特征决定了转录的终止。 ·在新生RNA中出现发卡式结构会导致RNA聚合酶的暂停，破坏RNA-DNA杂合链5 端的正常结构。寡聚U的存在使杂合链的3 端部分出现不稳定的rU·dA区域。两者共同作用使RNA从三元复合物中解离出来。

依赖于ρ因子的终止

·ρ因子是分子质量为2.0×l05的六聚体protein，它是NTP酶，通过催化NTP的水解促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。依赖于ρ因子的转录终止区DNA序列无共性，ρ因子不能识别这些终止位点。 ·RNA合成起始以后，ρ因子即附着在新生的RNA链上，靠ATP水解产生的能量，沿着5 →3 方向朝RNA聚合酶移动，到达RNA的3 -OH端后取代了暂停在终止位点上的RNA聚合酶，使之从模板DNA上释放出来，同时释放mRNA，完成转录过程。

·终止过程需要消耗能量，所以，ρ因子具有终止转录和核苷三磷酸酶两种功能。

RNA聚合酶与DNA聚合酶的区别(RNA polymerase and DNA polymerases

difference)

第五章

Translation(转录)：是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。

mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这3个核苷酸称为codon(密码)，也叫三联子密码。

从mRNA 5'端起始密码子AUG到3'端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(ORF)。 一种氨基酸可能有多个密码子，代表一种氨基酸的多个tRNA以不同的反密码子为特征，从而可以识别mRNA上代表一种氨基酸的多个密码子。几个代表相同氨基酸的tRNA称为同工tRNA(isoacceptor tRNA)。

在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子(UAG、UGA、UAA)，使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变称为无义突变(nonsense mutation) 错义突变（missense mutation）:由于结构基因中某个核苷酸的变化使一种氨基酸的密码变成另一种氨基酸的密码。

signal peptide(信号肽)：常指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的N-末端氨基酸序列（有时不一定在N端）。 蛋白质合成的场所是（ ） 蛋白质合成的模板是（ ）

模板与氨基酸之间的接合体是（ ）

蛋白质合成的原料是（ ） 翻译的起始

细菌中翻译的起始需要如下7种成分: ①30S小亚基， ②模板mRNA， ③fMet-tRNAfMet，

④3个翻译起始因子(IF-l、IF-2和IF-3)， ⑤GTP，

⑥50S大亚基， ⑦Mg2＋。

终止因子Termination factor

tRNA的结构、功能和两个关键部位（TRNA structure, functions and two key parts）

§三级结构都呈L形折叠式 §三叶草形的二级结构 1、解读mRNA的遗传信息 2、运输的工具，运载氨基酸 tRNA有两个关键部位：

● 3 端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。 ●与mRNA结合部位—反密码子部位

遗传密码的性质（the nature of the genetic code） 1. 密码的简并性

按照1个密码子由3个核苷酸组成的原则，4种核苷酸可组成64个密码子，其中61个是编码氨基酸的密码子另外3个即UAA、UGA和UAG不代表任何氨基酸，它们是终止密码子，不能与tRNA的反密码子配对，能被终止因子或释放因子识别，终止肽链的合成。

由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并。 2. 密码的普遍性与特殊性

以上介绍的密码子表是具有普遍性的，适用于一切生物。但有一些特例，在支原体中，终止密码子UGA被用来编码色氨酸；在嗜热四膜虫中，另一个终止密码子UAA被用来编码谷氨酰胺。 3、 密码的连续性

编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。

从mRNA 5'端起始密码子AUG到3'端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。

4. 密码子与反密码子的相互作用

在蛋白质生物合成过程中，tRNA的反密码子在核糖体内是通过碱基的反向配对与mRNA上的密码子相互作用的。 三种RNA在蛋白质生物合成中的作用：

mRNA：DNA原始遗传信息的直接接受者；合成蛋白质直接模板。 tRNA：转运氨基酸到核糖体上；通过反密码子识别mRNA上的密码子。 rRNA：含量大，维持核糖体的空间结构；使mRNA和tRNA结合在适当位置；识别mRNA上的启动和终止信号。

protein的生物合成(peptide synthesis process)： ①氨基酸的活化 ②肽链的起始 ③肽链的延伸 ④肽链的终止 ⑤折叠和加工

第六章

Cis-acting element(顺式作用元件)：指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身同处在一个DNA分子上的基因；同时，该DNA序列通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中，如启动子。 Trans-acting factors（反式作用因子）：能调节与它们接触的基因的表达的各种扩散分子（通常是蛋白质），如转录因子；其编码基因与其识别或结合的靶核苷酸序列不在同一个DNA分子上。

基因。

Operon（操纵子）：是在代谢途径中功能密切相关的一组蛋白质编码的结构基因区域加上其调控区域组成的控制单元就叫操纵子

Gene expression：细胞在生命过程中，把蕴藏在DNA中的遗传信息经过转录和翻译，转变成为具有功能的蛋白质分子的过程称为 gene expression (基因表达 ) 。

基因表达调控：围绕基因表达过程中发生的各种各样的调节方式都通称为gene regulation或gene control (基因表达调控) 。

基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来关闭的状态转变为活化状态，即在某些物质的诱导下使基因活化，称为Induced adjustment (诱导调节) 当操纵子被阻遏，RNA合成被终止时，起终止转录信号作用的那一段DNA序列被称为attenuator（弱化子）。

葡萄糖效应（Glucose effects降解物抑制作用）：是指当葡萄糖和其它糖类一起作为细菌的碳源时葡萄糖总是优先被利用，葡萄糖的存在阻止了其它糖类的利用的现象。

区别正控诱导和阻遏、负控诱导和阻遏：（the differences that control of induction and repression, negative control of induction and repression）

调节基因的产物是阻遏蛋白(repressor)－－与操纵区结合，阻止结构基因转录。

负控诱导系统－－阻遏蛋白不与效应物（诱导物）结合时，阻遏蛋白与操纵区相结合，结构基因不转录；阻遏蛋白结合上诱导物时，阻遏