(已整理)現(xiàn)代分子生物學(xué)復(fù)習(xí)要點(diǎn)和習(xí)題

1、第一章緒論分子生物學(xué)分子生物學(xué)的基本含義(p8)分子生物學(xué)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(xué)，是人類從分子水平上真正揭開生物世界的奧秘，由被動(dòng)地適應(yīng)自然界轉(zhuǎn)向主動(dòng)地改造和重組自然界的基礎(chǔ)學(xué)科。分子生物學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系分子生物學(xué)是由生物化學(xué)、生物物理學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)、以至信息科學(xué)等多學(xué)科相互滲透、綜合融會(huì)而產(chǎn)生并發(fā)展起來(lái)的，凝聚了不同學(xué)科專長(zhǎng)的科學(xué)家的共同努力。它雖產(chǎn)生于上述

2、各個(gè)學(xué)科，但已形成它獨(dú)特的理論體系和研究手段，成為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。生物化學(xué)與分子生物學(xué)關(guān)系最為密切:生物化學(xué)是從化學(xué)角度研究生命現(xiàn)象的科學(xué)，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(xué)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(xué)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(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)關(guān)系也十分密切:傳統(tǒng)的細(xì)胞生物學(xué)主要

3、研究細(xì)胞和亞細(xì)胞器的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能。探討組成細(xì)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(rèn)識(shí)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能，因此現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展越來(lái)越多地應(yīng)用分子生物學(xué)的理論和方法。分子生物學(xué)則是從研究各個(gè)生物大分子的結(jié)構(gòu)入手，但各個(gè)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(xué)還需要進(jìn)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(xì)胞整體反應(yīng)的分子機(jī)理，這在某種程度上是向細(xì)胞生物學(xué)的靠攏。第一章序論1859年發(fā)表了《物種

4、起源》，用事實(shí)證明“物競(jìng)天擇，適者生存”的進(jìn)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(jìng)爭(zhēng)造成的，徹底否定了“創(chuàng)世說(shuō)”。達(dá)爾文第一個(gè)認(rèn)識(shí)到生物世界的不連續(xù)性。意義：達(dá)爾文關(guān)于生物進(jìn)化的學(xué)說(shuō)及其唯物主義的物種起源理論，是生物科學(xué)史上最偉大的創(chuàng)舉之一，具有不可磨滅的貢獻(xiàn)。細(xì)胞學(xué)說(shuō)建立及其意義德國(guó)植物學(xué)家施萊登和動(dòng)物學(xué)家施旺共同提出：一切植物、動(dòng)物都是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞是一切動(dòng)植物的基本單位。經(jīng)典遺傳學(xué)兩條基本規(guī)律:統(tǒng)一律：

5、當(dāng)兩種不同植物雜交時(shí)，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(jìn)行雜交或自交時(shí)，下一代就會(huì)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(yàn)》，直到1900年才被人們重新發(fā)現(xiàn)。孟德爾被公認(rèn)為經(jīng)典遺傳學(xué)的奠基人?，F(xiàn)代遺傳學(xué)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(lái)，使科學(xué)界普遍認(rèn)識(shí)了染色體的重要性并接受了孟德爾的遺傳學(xué)原理。Mgan特別指出：種質(zhì)必須由某些獨(dú)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(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史準(zhǔn)備和醞釀階段（19世紀(jì)后期到20世紀(jì)50年代初）對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)上的兩點(diǎn)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(xué)的建立和發(fā)展階段（20世紀(jì)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(xué)誕生的里程碑開創(chuàng)了分子遺傳學(xué)基本理論建立和發(fā)展的黃金時(shí)代。在此期間的主

7、要進(jìn)展包括：遺傳信息傳遞中心法則的建立對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)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(duì)是核酸復(fù)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(rèn)識(shí)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(rèn)識(shí)生命本質(zhì)并開始改造生命的深入發(fā)展階段（20世紀(jì)70年代后至今）基因工程技術(shù)的出現(xiàn)作為標(biāo)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(dá)調(diào)控機(jī)理細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理研究成為新的前沿領(lǐng)域第三節(jié)分子生物學(xué)的主要研究?jī)?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(xué)和遺傳學(xué)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(dá)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(dòng)物體細(xì)胞克隆、基因表達(dá)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(xué)的研究基因組、蛋白質(zhì)組與生物信息學(xué)基因組(Genome)：細(xì)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(jì)劃（HumanGenomeProjectHGP）：測(cè)定出人基因組全部DNA3109鹼基對(duì)的序列、確定人類約510萬(wàn)個(gè)基因的一級(jí)結(jié)構(gòu)?；蚪M、蛋白質(zhì)組與生物信息學(xué)蛋白組計(jì)劃（Proteomepro

10、ject）:又稱為后基因組計(jì)劃或功能基因組計(jì)劃，用于揭示并闡明細(xì)胞、組織乃至整個(gè)生物個(gè)體全部蛋白質(zhì)及其功能。生物信息學(xué)（Bioinfmatics）:是在生命科學(xué)的研究中，2、存在轉(zhuǎn)錄單元多順?lè)醋觤RNA3、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(jí)結(jié)構(gòu)所謂DNA的一級(jí)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(xué)構(gòu)成

11、?；咎攸c(diǎn)①DNA分子是由兩條互相平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)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(guò)氫鍵相結(jié)合，形成堿基對(duì)，它的組成有一定的規(guī)律。這就是嘌呤與嘧啶配對(duì)，而且腺嘌呤（A）只能與胸腺嘧啶（T）配對(duì)，鳥嘌呤（G）只能與胞嘧啶（C）配對(duì)。2、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)DNA的二級(jí)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(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是指DNA雙螺旋進(jìn)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(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式，可分為正超螺旋與負(fù)超螺旋兩大類。DNA分子的超螺旋化可以用一個(gè)數(shù)學(xué)公式來(lái)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(gè)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(fù)制2.3.1DNA的半保留復(fù)制機(jī)理2.3.2復(fù)制的起點(diǎn)、方向和速度2.3.3復(fù)制的幾種主要方式一、DNA的復(fù)制1、DNA的半保留復(fù)制每個(gè)子代分子的一條鏈來(lái)自親代DNA，另一條鏈則是新合成的，所以這種復(fù)制方式被稱為DNA的半保留復(fù)制（semiconservativereplication）。DNA的這種半保留復(fù)制保證了DNA在代謝上的穩(wěn)定性。2、復(fù)制的起點(diǎn)與方向一

14、般把生物體的復(fù)制單位稱為復(fù)制子（replicon）。一個(gè)復(fù)制子只含一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。多復(fù)制子：DNA復(fù)制時(shí)，原核生物一般只有一個(gè)起始位點(diǎn)，而真核生物則有多個(gè)起始位點(diǎn)，因而在復(fù)制時(shí)呈現(xiàn)多復(fù)制泡，也稱為多復(fù)制子。DNA的復(fù)制主要是從固定的起始點(diǎn)以雙向等速?gòu)?fù)制方式進(jìn)行的（圖218）。復(fù)制叉以DNA分子上某一特定順序?yàn)槠瘘c(diǎn)，向兩個(gè)方向等速生長(zhǎng)前進(jìn)。拓?fù)洚悩?gòu)酶I：拓?fù)洚悩?gòu)酶I解開負(fù)超螺旋，并與解鏈酶共同作用，在復(fù)制起點(diǎn)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(guò)水解ATP獲得能量來(lái)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(fù)制完成前能保持單鏈結(jié)構(gòu)，它以四聚體形式存在于復(fù)制叉處，待單鏈復(fù)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(fù)制與岡崎片段DNA復(fù)制時(shí)，短時(shí)間內(nèi)合成的約1000個(gè)核苷酸左右的小片段，稱之為岡崎片段(O

16、kazakifragment)DNA復(fù)制過(guò)程中至少有一條鏈?zhǔn)紫群铣奢^短的片段，然后再由連接酶連成大分子DNA。現(xiàn)在已知一般原核生物的岡崎片段要長(zhǎng)些，真核生物中的要短些。進(jìn)一步研究還證明，這種前導(dǎo)鏈的連續(xù)復(fù)制和滯后鏈的不連續(xù)復(fù)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(fù)制。DNA鏈的延伸：DNA復(fù)制體(replisome)：在復(fù)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(fù)合體，稱為DNA復(fù)制

17、體。4、滯后鏈的引發(fā)DNA復(fù)制時(shí)，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(guò)程往往由引發(fā)體（primosome）來(lái)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(dāng)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(jìn)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(dāng)復(fù)制叉前移，遇到20bp重復(fù)性終止子序

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