(已整理)現(xiàn)代分子生物學復習要點和習題

1、第一章緒論分子生物學分子生物學的基本含義(p8)分子生物學是研究核酸、蛋白質(zhì)等所有生物大分子的形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征及其重要性、規(guī)律性和相互關(guān)系的科學，是人類從分子水平上真正揭開生物世界的奧秘，由被動地適應(yīng)自然界轉(zhuǎn)向主動地改造和重組自然界的基礎(chǔ)學科。分子生物學與其它學科的關(guān)系分子生物學是由生物化學、生物物理學、遺傳學、微生物學、細胞學、以至信息科學等多學科相互滲透、綜合融會而產(chǎn)生并發(fā)展起來的，凝聚了不同學科專長的科學家的共同努力。它雖產(chǎn)生于上述

2、各個學科，但已形成它獨特的理論體系和研究手段，成為一個獨立的學科。生物化學與分子生物學關(guān)系最為密切:生物化學是從化學角度研究生命現(xiàn)象的科學，它著重研究生物體內(nèi)各種生物分子的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變與新陳代謝。傳統(tǒng)生物化學的中心內(nèi)容是代謝，包括糖、脂類、氨基酸、核苷酸、以及能量代謝等與生理功能的聯(lián)系。分子生物學則著重闡明生命的本質(zhì)主要研究生物大分子核酸與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能、生命信息的傳遞和調(diào)控。細胞生物學與分子生物學關(guān)系也十分密切:傳統(tǒng)的細胞生物學主要

3、研究細胞和亞細胞器的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能。探討組成細胞的分子結(jié)構(gòu)比單純觀察大體結(jié)構(gòu)能更加深入認識細胞的結(jié)構(gòu)與功能，因此現(xiàn)代細胞生物學的發(fā)展越來越多地應(yīng)用分子生物學的理論和方法。分子生物學則是從研究各個生物大分子的結(jié)構(gòu)入手，但各個分子不能孤立發(fā)揮作用，生命絕非組成成分的隨意加和或混合，分子生物學還需要進一步研究各生物分子間的高層次組織和相互作用，尤其是細胞整體反應(yīng)的分子機理，這在某種程度上是向細胞生物學的靠攏。第一章序論1859年發(fā)表了《物種

4、起源》，用事實證明“物競天擇，適者生存”的進化論思想。指出：物種的變異是由于大自然的環(huán)境和生物群體的生存競爭造成的，徹底否定了“創(chuàng)世說”。達爾文第一個認識到生物世界的不連續(xù)性。意義：達爾文關(guān)于生物進化的學說及其唯物主義的物種起源理論，是生物科學史上最偉大的創(chuàng)舉之一，具有不可磨滅的貢獻。細胞學說建立及其意義德國植物學家施萊登和動物學家施旺共同提出：一切植物、動物都是由細胞組成的，細胞是一切動植物的基本單位。經(jīng)典遺傳學兩條基本規(guī)律:統(tǒng)一律：

5、當兩種不同植物雜交時，它們的下一代可能與親本之一完全相同；分離規(guī)律：將不同植物品種雜交后的F1代種子再進行雜交或自交時，下一代就會按照一定的比例分離，因而具有不同的形式。1865年發(fā)表《植物雜交試驗》，直到1900年才被人們重新發(fā)現(xiàn)。孟德爾被公認為經(jīng)典遺傳學的奠基人?，F(xiàn)代遺傳學Mgan及其助手第一次將代表某一特性的基因同染色體聯(lián)系起來，使科學界普遍認識了染色體的重要性并接受了孟德爾的遺傳學原理。Mgan特別指出：種質(zhì)必須由某些獨立的要素

6、組成，我們把這些要素稱為遺傳因子或基因。第二節(jié)分子生物學發(fā)展簡史準備和醞釀階段（19世紀后期到20世紀50年代初）對生命本質(zhì)的認識上的兩點重大突破：1確定了蛋白質(zhì)是生命的主要基礎(chǔ)物質(zhì)2確定了生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA現(xiàn)代分子生物學的建立和發(fā)展階段（20世紀50年代初到70年代初）:這一階段以1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型作為現(xiàn)代分子生物學誕生的里程碑開創(chuàng)了分子遺傳學基本理論建立和發(fā)展的黃金時代。在此期間的主

7、要進展包括：遺傳信息傳遞中心法則的建立對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的進一步認識DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)的意義：確立了核酸作為信息分子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；提出了堿基配對是核酸復制、遺傳信息傳遞的基本方式；從而最后確定了核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，為認識核酸與蛋白質(zhì)的關(guān)系及其在生命中的作用打下了最重要的基礎(chǔ)。Crick于1954年所提出的中心法則（CentralDogma）：初步認識生命本質(zhì)并開始改造生命的深入發(fā)展階段（20世紀70年代后至今）基因工程技術(shù)的出現(xiàn)作為標志。

8、其間的重大成就包括：重組DNA技術(shù)的建立和發(fā)展基因組研究的發(fā)展單克隆抗體及基因工程抗體的建立和發(fā)展基因表達調(diào)控機理細胞信號轉(zhuǎn)導機理研究成為新的前沿領(lǐng)域第三節(jié)分子生物學的主要研究內(nèi)容一DNA重組技術(shù)（recombinantDNAtechnology）定義：又稱為基因工程，根據(jù)分子生物學和遺傳學的原理，將一種生物的遺傳物質(zhì)DNA轉(zhuǎn)移到另一生物體中，使后者獲得新的遺傳性狀或表達出所需要的產(chǎn)物。DNA重組技術(shù)的應(yīng)用：利用微生物基因工程生產(chǎn)重組基

9、因工程藥物、轉(zhuǎn)基因植物和動物體細胞克隆、基因表達與調(diào)控的基礎(chǔ)研究。二生物大分子的結(jié)構(gòu)功能研究三基因組、功能基因組與生物信息學的研究基因組、蛋白質(zhì)組與生物信息學基因組(Genome)：細胞或生物體一條完整單體的全部染色體遺傳物質(zhì)的總和。人類基因組計劃（HumanGenomeProjectHGP）：測定出人基因組全部DNA3109鹼基對的序列、確定人類約510萬個基因的一級結(jié)構(gòu)?；蚪M、蛋白質(zhì)組與生物信息學蛋白組計劃（Proteomepro

10、ject）:又稱為后基因組計劃或功能基因組計劃，用于揭示并闡明細胞、組織乃至整個生物個體全部蛋白質(zhì)及其功能。生物信息學（Bioinfmatics）:是在生命科學的研究中，2、存在轉(zhuǎn)錄單元多順反子mRNA3、有重疊基因Sanger1977在《Nature》上發(fā)表了ΦX174DNA的全部核苷酸序列，正式發(fā)現(xiàn)了重疊基因。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)一、DNA的一級結(jié)構(gòu)所謂DNA的一級結(jié)構(gòu)，就是指4種核苷酸的連接及其排列順序，表示了該DNA分子的化學構(gòu)成

11、?；咎攸c①DNA分子是由兩條互相平行的脫氧核苷酸長鏈盤繞而成的。②DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架，堿基排列在內(nèi)側(cè)。③兩條鏈上的堿基通過氫鍵相結(jié)合，形成堿基對，它的組成有一定的規(guī)律。這就是嘌呤與嘧啶配對，而且腺嘌呤（A）只能與胸腺嘧啶（T）配對，鳥嘌呤（G）只能與胞嘧啶（C）配對。2、DNA的二級結(jié)構(gòu)DNA的二級結(jié)構(gòu)是指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所生成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。通常情況下，DNA的二級結(jié)構(gòu)分兩大類：一類

12、是右手螺旋，如ADNA和BDNA；另一類是左手螺旋，即ZDNA。3、DNA的高級結(jié)構(gòu)DNA的高級結(jié)構(gòu)是指DNA雙螺旋進一步扭曲盤繞所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。超螺旋結(jié)構(gòu)是DNA高級結(jié)構(gòu)的主要形式，可分為正超螺旋與負超螺旋兩大類。DNA分子的超螺旋化可以用一個數(shù)學公式來表示：L=TW其中L為連接數(shù)（linkingnumber），是指環(huán)形DNA分子兩條鏈間交叉的次數(shù)。只要不發(fā)生鏈的斷裂，L是個常量。T為雙螺旋的盤繞數(shù)（twistingnumber

13、），W為超螺旋數(shù)（writhingnumber），它們是變量。23DNA的復制2.3.1DNA的半保留復制機理2.3.2復制的起點、方向和速度2.3.3復制的幾種主要方式一、DNA的復制1、DNA的半保留復制每個子代分子的一條鏈來自親代DNA，另一條鏈則是新合成的，所以這種復制方式被稱為DNA的半保留復制（semiconservativereplication）。DNA的這種半保留復制保證了DNA在代謝上的穩(wěn)定性。2、復制的起點與方向一

14、般把生物體的復制單位稱為復制子（replicon）。一個復制子只含一個復制起點。多復制子：DNA復制時，原核生物一般只有一個起始位點，而真核生物則有多個起始位點，因而在復制時呈現(xiàn)多復制泡，也稱為多復制子。DNA的復制主要是從固定的起始點以雙向等速復制方式進行的（圖218）。復制叉以DNA分子上某一特定順序為起點，向兩個方向等速生長前進。拓撲異構(gòu)酶I：拓撲異構(gòu)酶I解開負超螺旋，并與解鏈酶共同作用，在復制起點處解開雙鏈。參與解鏈的除一組解鏈

15、酶外，還有Dna蛋白等。DNA解鏈酶（DNAhelicase）：DNA解鏈酶能通過水解ATP獲得能量來解開雙鏈DNA。單鏈結(jié)合蛋白（SSB蛋白）：SSB蛋白的作用是保證被解鏈酶解開的單鏈在復制完成前能保持單鏈結(jié)構(gòu)，它以四聚體形式存在于復制叉處，待單鏈復制后才掉下，重新循環(huán)。所以，SSB蛋白只保持單鏈的存在，并不能起解鏈的作用。3、DNA的半不連續(xù)復制與岡崎片段DNA復制時，短時間內(nèi)合成的約1000個核苷酸左右的小片段，稱之為岡崎片段(O

16、kazakifragment)DNA復制過程中至少有一條鏈首先合成較短的片段，然后再由連接酶連成大分子DNA?，F(xiàn)在已知一般原核生物的岡崎片段要長些，真核生物中的要短些。進一步研究還證明，這種前導鏈的連續(xù)復制和滯后鏈的不連續(xù)復制在生物界是有普遍性的，因而稱之為雙螺旋的半不連續(xù)復制。DNA鏈的延伸：DNA復制體(replisome)：在復制叉附近，形成了以兩套DNA聚合酶Ⅲ全酶分子、引發(fā)體和解鏈酶構(gòu)成的類似核糖體大小的復合體，稱為DNA復制

17、體。4、滯后鏈的引發(fā)DNA復制時，往往先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物，再由DNA聚合酶從RNA引物3端開始合成新的DNA鏈。滯后鏈的引發(fā)過程往往由引發(fā)體（primosome）來完成。引發(fā)體由6種蛋白質(zhì)n、n、n、DnaB、C和I共同組成，只有當引發(fā)前體（preprimosome）把這6種蛋白質(zhì)合在一起并與引發(fā)酶（primase）進一步組裝后形成引發(fā)體，才能發(fā)揮其功效。5、鏈的終止當復制叉前移，遇到20bp重復性終止子序

18、列（Ter）時，TerTus復合物能阻擋復制叉的繼續(xù)前移，等到相反方向的復制叉到達后在DNA拓撲異構(gòu)酶IV的作用下使復制叉解體，釋放子鏈DNA。6、復制的幾種方式(1)環(huán)狀DNA雙鏈的復制：環(huán)狀雙鏈DNA的復制可分為θ型、滾環(huán)型和D環(huán)型幾種類型。(a)θ型復制的起始點涉及到DNA雙鏈的解旋和松開，形成兩個方向相反的復制叉。前導鏈DNA開始復制前，復制原點的核酸序列被轉(zhuǎn)錄生成短RNA鏈，作為起始DNA復制的引物。(b)滾環(huán)型（rollin