分子生物学第二次讨论课
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DNA REPLICATION, MUTATION AND REPAIRWang Di (王迪)Ph.D2010-09-08Institute of Immunology, diwang@DNA to RNA to Protein Understanding the central dogma of BiologyDrawn by Ebbe Sloth Andersen.The central dogma states that once “information”has passed into protein it cannot get out again. The transfer of information from nucleic acid to nucleic acid, or from nucleic to protein, may be possible, but transfer from protein to protein, or from protein to nucleic acid, is impossible. Information means here the precise determination of sequence, either of bases in the nucleic acid or of amino acid residues in the protein.Francis Crick, 1958DNARNAProteinJames Watson, Francis Crick , Howard Temin, David BaltimoreWhat is DNA?üDNA is deoxyribonucleic acidüIt is a polymer of nucleotidesüIt encodes the information necessary to build a cell üIt allows the storage and replication and execution of cellular information4 types of baseADENINE–THYMINECYTOSINE-GUANINEA T G C DNA contains A, G, C, T, while RNA contains A, G, C, U.DNA StructureNucleic acids arenamed for the typeof sugar: DNA has2'-deoxyribose,whereas RNA hasribose. Thedifference is thatthe sugar in RNAhas an OH groupat the 2' position ofthe pentose ring.DNA: (deoxyribonucleic acid)üdouble helix;übase pairing; A, T, C, Güminor groove and major groove;üsupercoling, open circular and line;üstoring information;üReplicate faithful following base-pairing rules;üMutations: sometime good? sometime bad?DNA is the Genetic Material1.Replicate faithfully2.Have the coding capacity to generate proteins and other products for all cellular functions“A genetic material must carry out two jobs: duplicate itself and control the development of the rest of the cell in a specific way.”Francis CrickDNA ReplicationüThree models for the replication of DNA üreplication origin 、direction & speed üProteins of DNA ReplicationüDNA synthesis is semidiscontinuousüThe process of DNA replication of E.coli ücircular DNA replicationülinear DNA replicationThree models for the replication of DNAThe hypothesis of semi-conservative replication proposed by Watson and Crick in 1953Meselson-Stahl ExperimentMeselson & Stahl, 1958Replication origin, Direction & Speed Replicon:The unit of DNA in which an individual act of replication occurs is called the replicon. Replication fork: The point at which separation of the strands and synthesis of new DNA takes place.Each replicon "fires" once and only once in each cell cycle.ProkaryoticSingle replicon,single termination,bidirection, tworeplication forksEukaryoticMany replicons andtermination sites,bidirection, manyreplication forks,adjacent replicationbubbles fuse whenthey meet each other.Electron Microscopy of replicating DNA reveals replicating bubbles.Speed of ReplicationProteins of DNA Replication1. DNA Helicases –These proteins bind to thedouble stranded DNA andstimulate the separation ofthe two strands.2. DNA Topoisomerase –This enzyme catalyzes the formation of negative supercoils that is thought to aid with the unwinding process. (Type I and Type II)2. DNA Topoisomerase –DNA topoisomerase IIDNA topoisomerase II3. DNA single-stranded binding proteins (SSB)Stabilizing the single-stranded structure that is generated by the action of the helicases.Replication is 100 times faster when these proteins are attached to the single-stranded DNA.SSB: Single Strand DNA-binding Proteins, also called helix destabilizing proteinsSSB Proteins4. Primerase: (DDRP, different from RNA pol) Synthesis a 5-10 nt RNA primer using DNA template for the elongation of lagging strand DNA replication.5. DNA LigaseThe final replication product does not have any nicks because DNA ligase forms a covalent phosphodiester linkage between 3'-hydroxyl and 5'-phosphate groups.DNA Primer synthesis On Lagging strandDNA Ligase5. DNA Polymerase of E.coliArthur Kornberg:He was the first to identify theenzyme catalyzing the synthesis ofDNA, polymerase I. In recognitionof their work elucidating the basicmechanisms of DNA replication,they were awarded the Nobel Prizein 1959.5' to 3' polymerase 3' to 5' exonuclease 5' to 3' exonucleaseDNA Polymerase IThe chain can be cleaved into two parts by proteolytic treatment.The larger cleavage product (68 kD) is called the Klenow fragment .It contains the polymerase and the 3 –5 exonuclease activities.The small fragment (35 kD) possesses a 5 –3 exonucleolytic activity, which excises small groups of nucleotides, up to ~10 bases at a time.DNA Polymerase I Nick TranslationDNA Polymerase III (900KD)ü900 kDü10 proteinsüdifferent types of subcomplexkDa Gene SubassemblySubunitα 130 dnaE | 5'-3'polymerase| POL III COREε 27.5 dnaQ(mutD)θ 10 | 3'-5'exonucleaseτ 71 dnaXγ 47.5 dnaX |δ 35 | ATP dependent δ' 33 | γ COMPLEX clamploaderχ 15 |ψ 12 |β 40.6 dnaN βCLAMP processivityfactorDNA POLYMERASE IIIüTwo copies of the catalytic core. αsubunit (the DNA polymerase activity), εsubunit (3 –5 proofreading exonuclease), and θsubunit (stimulates exonuclease).üTwo copies of the dimerizing subunit, τ, which link the two catalytic cores together.ütwo copies of the clamp, which is responsible for holding catalytic cores on to their template strands.DNA PolymeraseNucleotide polymerizing enzyme, first discovered in 1957DNA Polymerase III Mechanism for PrecisionStructures of DNA polymerase during polymerizing and editing E: exonucleolytic; P: polymerizationDNA replication is semi-discontinuousOkazaki FragmentsSynthesis ofOkazakifragmentsrequires priming,extension,removal of RNA,gap filling, andnick ligation.Structure of the Moving ComplexSummary ICharacters of Circular DNA Replicationθreplication(bacteria)DNA replication with two forks。
《分子生物学》课程教学大纲课程编码:03220080课程名称:分子生物学( Molecular Biology )学分:3学分总学时:60学时理论学时:36学时实验学时:24学时适用专业:生物技术专业先修课程:生物化学、微生物学使用教材及主要参考书:1. 使用教材:《基础分子生物学》,郑用琏编著,高等教育出版社,2012年;《分子生物学及基因工程实验教程》,刘箭编著,科学出版社,2012年;2. 主要参考书:《现代分子生物学》(第二版),朱玉贤、李毅编著,高等教育出版社,2007 年;《分子生物学》,郜金荣,叶林柏编著,武汉大学出版社,2007年;《分子生物学简明教程》,刘永明主编,化学工业出版社,2006年;《精要速览系列:分子生物学》(第3版)(中译版),特纳(Phil Turner)著,科学出版社,2010年;一、课程在培养方案中的地位、目的和任务分子生物学(molecular biology)是研究核酸等生物大分子的功能、形态结构特征及其重要性和规律性的科学。
分子生物学的理论和方法已在生命科学、医学和工农业生产等各个领域里得到广泛应用。
通过本课程的学习应使学生了解生命科学发展的方向与前沿,了解分子生物学在生命科学等领域的应用与前景。
使学生掌握分子生物学的概念、研究内容与特点,掌握生命活动中重要的生物大分子的结构与功能、遗传信息的表达及其调节控制等内容。
二、课程基本要求(一) 基本理论和基本知识1. 掌握分子生物学的概念、研究内容与特点;2. 了解基因概念的演变,掌握基因的概念,及核算分子的精细结构与功能;3. 掌握原核生物与真核生物基因组的结构及特点;4. 掌握DNA 复制的一般特点及过程,掌握基因突变和遗传重组的分子机制;5. 理解转录的基本过程、机制;掌握真核RNA 的转录后加工;6. 掌握蛋白质合成的生物学机制;7. 掌握原核基因表达调控模式和真核基因表达调控的一般规律,深刻理解基因表达的精细性和复杂性及高度可调控性;(二) 基本技能1. 掌握质粒DNA、RNA的提取和检测方法;2. 掌握PCR方法,及感受态制备和转化筛选方法;3. 了解生命科学发展的方向与前沿,及其在有关领域的应用与前景。
染色体具备哪些作为遗传物质的特征?遗传信息的载体。
染色体携带着大量的DNA信息,包括基因、调控序列以及非编码区域等,这些信息决定了细胞的生命活动和遗传特征。
稳定性和可传递性。
染色体的结构稳定,能够维持遗传信息的准确性,并通过有丝分裂和减数分裂精确地传递给下一代。
基因组的组织者。
染色体将基因组按照一定的序列和结构有序地组织和紧密地装配在一起。
遗传多样性的来源。
基因在染色体上的排列组合可以产生多种遗传型,这种变异与染色体的重组和交叉有关。
反应环境变化的灵活性。
染色体结构在环境压力和生物进化过程中发生变化,促进物种适应新的生存环境和获得新的生存优势。
配对性和杂交性。
染色体是由来自双亲的两条染色体结合而成的,具有配对性和杂合性,这对基因型和表型有很大影响。
重组。
染色体上的基因会在有丝分裂和减数分裂过程中进行重组和交叉,从而产生新的基因组合和遗传多样性。
随机分离。
染色体的分离及其内容的随机分配,决定了基因组在不同代之间的巨大差异,这是基因多样性和遗传进化的基础。
转座子。
染色体上除了基因和调控序列外,还存在着转座子,它是一类可跳跃的基因或DNA片段,具有自主复制和插入的特性,能够影响染色体结构和功能。
以上是染色体作为遗传物质的常见特征,这些特征决定了染色体在遗传学和进化生物学中的重要地位和作用。
简述真核细胞内核小体的结构特点。
真核细胞内核小体(nucleolus)是一个细胞器,它位于细胞核内,由RNA和蛋白质组成。
它是真核细胞核仁形成和转录翻译的场所,是细胞中染色体转录和合成核糖体的重要场所。
以下是真核细胞内核小体的结构特点:明显的结构特征。
内核小体在光学显微镜下呈圆形或椭圆形的结构,其大小约为1-2μm,数目根据细胞的类型和生长状态而有所变化。
由RNA和蛋白质复合物组成。
内核小体由三种不同的RNA和多种蛋白质复合物组成,主要包括核糖体RNA(rRNA)、核糖体蛋白(r-protein)和未经翻译的mRNA和snRNA等。
《分子生物学》课程教学大纲《分子生物学》课程教学大纲课程编码:03220080课程名称:分子生物学( Molecular Biology )学分:3学分总学时:60学时理论学时:36学时实验学时:24学时适用专业:生物技术专业先修课程:生物化学、微生物学使用教材及主要参考书:1. 使用教材:《基础分子生物学》,郑用琏编著,高等教育出版社,2012年;《分子生物学及基因工程实验教程》,刘箭编著,科学出版社,2012年;2. 主要参考书:《现代分子生物学》(第二版),朱玉贤、李毅编著,高等教育出版社,2007 年;《分子生物学》,郜金荣,叶林柏编著,武汉大学出版社,2007年;《分子生物学简明教程》,刘永明主编,化学工业出版社,2006年;《精要速览系列:分子生物学》(第3版)(中译版),特纳(Phil Turner)著,科学出版社,2010年;一、课程在培养方案中的地位、目的和任务分子生物学(molecular biology)是研究核酸等生物大分子的功能、形态结构特征及其重要性和规律性的科学。
分子生物学的理论和方法已在生命科学、医学和工农业生产等各个领域里得到广泛应用。
通过本课程的学习应使学生了解生命科学发展的方向与前沿,了解分子生物学在生命科学等领域的应用与前景。
使学生掌握分子生物学的概念、研究内容与特点,掌握生命活动中重要的生物大分子的结构与功能、遗传信息的表达及其调节控制等内容。
二、课程基本要求(一) 基本理论和基本知识1. 掌握分子生物学的概念、研究内容与特点;2. 了解基因概念的演变,掌握基因的概念,及核算分子的精细结构与功能;3. 掌握原核生物与真核生物基因组的结构及特点;4. 掌握DNA 复制的一般特点及过程,掌握基因突变和遗传重组的分子机制;5. 理解转录的基本过程、机制;掌握真核RNA 的转录后加工;6. 掌握蛋白质合成的生物学机制;7. 掌握原核基因表达调控模式和真核基因表达调控的一般规律,深刻理解基因表达的精细性和复杂性及高度可调控性;(二) 基本技能1. 掌握质粒DNA、RNA的提取和检测方法;2. 掌握PCR方法,及感受态制备和转化筛选方法;3. 了解生命科学发展的方向与前沿,及其在有关领域的应用与前景。
分子生物学讨论课好嘞,以下是为您创作的关于“分子生物学讨论课”的文案:咱今天来聊聊分子生物学这门神奇的课!我还记得刚开始接触分子生物学的时候,那感觉就像是走进了一个充满神秘密码的世界。
有一次,我在实验室里观察细胞的分裂过程,那一个个小小的细胞,就像是有着自己想法的小精灵,不断地变化着、运动着。
我紧紧地盯着显微镜,眼睛都不敢眨一下,生怕错过了任何一个精彩的瞬间。
在分子生物学的讨论课上,那场面可热闹了!同学们就像是一群好奇的探险家,每个人都带着自己独特的观点和疑问。
有的同学对基因的转录过程充满了好奇,不停地追问老师各种细节;有的同学则对蛋白质的折叠机制发表着自己的看法,那认真劲儿,仿佛自己就是一位专业的科学家。
老师也不含糊,总是能巧妙地引导着我们的讨论。
记得有一次,我们在讨论 DNA 复制的准确性问题。
有个同学提出:“为啥 DNA 复制能那么准确呢?万一出错了可咋办?”老师笑了笑,没有直接回答,而是先让我们自己思考。
大家七嘴八舌地讨论起来,有的说可能是有什么神奇的纠错机制,有的说也许是酶的作用。
最后,老师才给我们详细讲解了其中的原理,原来是一系列复杂而精妙的过程在保证着复制的准确性,听得我们恍然大悟。
还有一次,我们讨论基因编辑技术。
这可真是个热门话题!有的同学担心基因编辑会带来伦理问题,有的同学则看到了它在治疗疾病方面的巨大潜力。
大家争论得面红耳赤,谁也说服不了谁。
最后老师总结说,技术本身没有对错,关键在于我们如何合理地运用它,造福人类。
分子生物学里的那些概念和理论,有时候真让人头疼。
比如说,什么是基因表达调控?这就像是一个复杂的交通指挥系统,各种分子信号在细胞内传递,指挥着基因什么时候该表达,什么时候该沉默。
还有那个蛋白质的三维结构,要搞清楚它可不是一件容易的事儿,就像解一个超级复杂的谜题。
不过,正是因为有这些挑战,才让分子生物学变得如此有趣。
每次在讨论课上,当我们通过大家的交流和思考,一点点地揭开这些谜题的时候,那种成就感简直无法形容。
1. 遗传物质应该具有的基本特征是什么?2. 双链DNA的基本结构特征是什么?3. 真核生物染色体的基本组成是什么?4. 什么是等位基因?5•什么是隐性突变?当我们说一个基因的某一种突变是隐性致死突变应该有什么依据?6. Base pair sequencesaffect DNA double helix conformation, and their possibleeffects on gene expressi on regulatio n.7. Distinguish euchromotin and heterochromotin&下面哪一项对于DNA作为遗传物质是不重要的:______________A. DNA分子是双链且序列互补的B. DNA分子的长度可以非常长,可以长到将整个基因组的信息都包含在一条DNA分子上C. DNA可以与RNA形成碱基互补D. DNA聚合酶由3 5'的校读功能1. 第二章x174的genome所编码的基因产物远多于人们的预测,为什么?2. 在酵母中,每一个ARS (autonomously replicating sequenee 都是一个复制起点。
请选择对错3. kornberg分离的DNA polymerase I的最基本生物学功能是 ______________ .4. 一个酵母突变体的Telomeric DNA repeated sequenee的序列发生了改变,请问Telomerase的什么改变能有这种表型?为什么?5. 204页的9.12题对应关系的连线6. 204页的9.18题真核生物中细胞增殖是严格控制的,简述这种控制的重要性及相关调控蛋白的调控机制.1.通常所讲的转录起始区的TATAAT及TTGACA区是指DNA的链上的序列,它们链的方向是由b_。
2 .关于真核生物mRNA转录的终止及加多聚A尾,错误的描述是:__________A. 保守序列AAUAAA决定了加多聚A尾的位点B. 转录不在加尾位点终止C. 由多聚A聚合酶识别加尾信号AAUAAA并进行加尾D. 加尾过程需要核酸内切酶3 .有关RNA编辑(editing )的描述,不正确的是:________A. 改变了DNA所编码的遗传信息B. 是mRNA转录后加工的一个正常现象C. 在原核及真核生物中都有存在D. 编辑的方式包括碱基的修饰及核苷酸的插入或缺失4.下面有关内含子的叙述,哪个是正确的?_____________A. 从不被转录B. 它们在细菌中很常见C. 有时,它们可以在不需要任何蛋白的情况下被切除D. 它们可以被翻译5 .下列哪个与真核生物mRNA勺转录起始有关:______a).SPI、b). TF III B 、c). TF II H 、d). 上述都不对6 .请标出下列序列中所有的promoter consensus sequences, the transcription start nucleotide (+1 site), theShine-dalgarno sequence, and the translation start codon.写出从1 —15nt 的transcript sequence5 '-CATTAGGCAC CCCAGGCTTG ACACT TTATG CTTCCGGCTC GTATATTGTG TGGAATTGTG AGCGGATAAC AATTTCACAC AGGAAACAGC TATGACCAA …7 .真核生物pre-mRNA splicing 过程中,请指出不正确的。