分子生物学1.0剖析

第一章绪论（论述题必考）1、试述分子生物学的主要内容、研究对象、目标及定义、学科分支以及你对分子生物学的认识。

定义：分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的学科，是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘，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。

研究对象：核酸、蛋白质等生物大分子主要研究内容：1）重组DNA技术(基因工程)；2）基因表达调控研究；3）生物大分子的结构功能研究；4）基因组、功能基因组与生物信息学研究分子生物学3条基本原理：1）构成生物体各类有机大分子的单体在不同生物中都是相同的；2）生物体内一切有机大分子的构成都遵循共同的原则；3）某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性。

学科分支：基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等。

发展趋势：20世纪中期以来，生物学正在各个学科之间广泛渗透，相互促进，不断深入和发展，既从宏观和微观、最基本和最复杂等不同方向展开研究，也从分子水平、细胞水平、个体和群体等不同层次探索各种生命现象，逐步揭开生命的奥秘。

分子生物学、细胞生物学、神经生物学被认为是当代生物学研究的三大主题，分子生物学的全面渗透推动了细胞生物学和神经生物学的发展。

分子生物学研究技术的发展，几乎完全改变了科学家对膜内外信号转导、离子通道的分子结构、功能特性及运转方式的认识。

在突触部位神经递质的合成、维持、释放及其作用的分子机制研究上，最近10年所取得的进展远远超过了以往几十年的总和。

分子生物学还对发育生物学研究产生了巨大的影响。

分子生物学不仅是目前自然学科中进展最迅速、最具活力和生气的领域，也是新世纪的带头学科。

预计分子生物学的研究会为生物学带来一场新的革命。

（仅供参考）对分子生物学的认识和感想：（略）第二章染色体与DNA1、真原核生物基因组的结构特点(P33)真核生物基因组的结构特点：1）真核基因组庞大，一般都远大于原核生物的基因组；2）真核基因组存在大量的重复序列；3）真核基因组的大部分为非编码序列，占整个基因组序列的90%以上，该特点是真核生物与细菌和病毒之间最主要的区别；4）真核基因组的转录产物为单顺反子；5）真核基因是断裂基因，有内含子结构；6)真核基因组存在大量的顺式作用原件，包括启动子、增强子、沉默子等；7）真核基因组中存在大量的DNA多态性。

（DNA多态性是指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性和串联重复序列多态性两类）；8）真核基因组具有端粒结构。

（端粒是真核生物线性基因组DNA末端的一种特殊结构，它是一段DNA序列和蛋白质形成的复合体。

其DNA序列相当保守，一般有多个短寡核苷酸串联在一起构成。

人类的端粒DNA长5——15千碱基对。

它具有保护线性DNA的完整复制、保护染色体末端和决定细胞的寿命等功能）原核生物基因组的结构特点：基因组很小，大多只有一条染色体，且DNA含量少。

1）结构简练：原核DNA分子的绝大部分是用来编码蛋白质的，只有非常小一部分不转录，这是与真核DNA的冗余现象不同。

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，他们可被一起转录为含多个mRNA 的分子叫多顺反子mRNA。

3）有重叠基因：同一段DNA能携带两种不同蛋白质的信息。

2、真核基因表达调控的一般规律DNA、染色体水平的变化特点：染色质结构、组蛋白作用、DNA拓扑结构变化、DNA甲基化、转录活性去=区对核酸酶敏感正性调节占主导翻译与转录分隔进行转录后加工Southern杂交DNA配对检测有无目的基因的存在Northern杂交DNA配对检测RNA是否表达Western杂交抗原抗体配对检测蛋白质是否表达2、DNA的复制（细节题要求掌握课本内容P42——57）3、真核细胞DNA的复制调控(G1 、S 、G2和M期）4、DNA复制有3个水平的调控：细胞生活周期水平调控、染色体水平调控、复制子水平调控6、原核生物DNA复制的特点。

（P50）1)原核只有一个起始位点。

2)原核复制起始位点可以连续开始新的复制，特别是快速繁殖的细胞。

3)原核的DNA聚合酶III复制时形成二聚体复合物。

4)原核的DNA聚合酶I具有5'-3'外切酶活性DNA解旋酶通过水解ATP 产生能量来解开双链DNA单链结合蛋白保证被解链酶解开的单链在复制完成前保持单链结构DNA拓扑异构酶消除解链造成的正超螺旋的堆积，消除阻碍解链继续进行的这种压力，使复制得以延伸7.DNA的修复（P57）1）DNA的损伤原因：自发因素：随机热碰撞物理因素：紫外线损伤（共轭双键）；电离辐射损伤（X射线等）化学因素：亚硝酸盐、5—溴尿嘧啶、烷化剂等2）修复基础：一条链有损伤→修复酶切除→以未损伤的链为模板，合成原来相同的序列3）修复方式：A.错配修复：（保留母链，修复子链）B.切除修复：（1）碱基切除修复（2）核苷酸切除修复C.重组修复D.DNA的直接修复E.SOS反应8、DNA的转座（考名词解释）（P62）1）DNA的转座，或称移位，是由可移位因子介导的遗传物质重排现象。

2）转座有别于同源重组，它依赖于DNA的复制。

3）转座子（transposon,Tn）是存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位。

转座子分为两大类：[插入序列IS：是最简单的转座子，它不含有任何宿主基因。

它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。

复合型转座子：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,表明IS插入到某个功能基因两端时就可能产生复合型转座子].4）转座作用的机制：转座时发生的插入作用有一个普遍的特征，那就是受体分子中有一段很短的（3—12bp）、被称为靶序列的DNA会被复制，使插入的转座子位于两个重复放入靶序列之间。

不同转座子的靶序列长度不同，但对于一个特定的转座子来说，它所复制的靶序列长度都是一样的，如IS1两翼总有9bp的靶序列，而Tn3两端总有5bp的靶序列。

靶序列的复制可能起源于特定内切酶所造成的DNA黏端。

转座可被分为复制型和非复制型两大类。

在复制型转座中，整个转座子被复制，所移动和转位的仅仅是原转座子的拷贝。

转座酶和解离酶分别作用于原始转座子和复制转座子。

TnA类转座主要是这种形式。

与此对应，在非复制型转座中，原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位，IS、Mu及Tn5等都以这种方式转座。

5）转座作用的遗传效应：A.转座引入插入突变 B.转座产生新的基因C.转座产生的染色体畸变D. 转座引起的生物进化第三章生物信息的传递（上）——从DNA到RNA1、RNA转录（P74）：无论是原核还是真核细胞，RNA链的合成都具有以下特点：RNA是按5'→3'方向合成的，以DNA双链中的反义链（模板链）为模板，在RNA聚合酶催化下，以4种三磷酸核苷（NTPs）为原料，根据碱基配对原则（A—U、T—A、G—C），各核苷酸通过形成磷酸二酯键相连，不需要引物的参与，合成的RNA带有与DNA编码链（有意义链）相同的序列（A—U）。

转录的基本过程包括模板识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止）。

3、真核生物的RNA聚合酶有哪几种？分布在细胞的什么位置？各有什么功能？（P84）RNA聚合酶I：存在于细胞核仁中，负责三种主要的rRNAs的转录：28S、18S、5.8S。

转录产物是45SrRNA前体，经剪接修饰后生成除了5SrRNA外的各种rRNA。

rRNA与蛋白质组成的核糖体是蛋白质合成的场所。

RNA聚合酶II：存在于细胞核质中，负责转录生成mRNA的前体分子，经剪接加工后生成的mRNA被运送到细胞质基质中作为蛋白质合成的模板。

RNA聚合酶III：存在于细胞核质中，负责转录转录生成tRNA、5SrRNA、snRNA。

3、原核生物转录终止的两种机制（P78）1)不依赖于ρ因子的终止（内在终止子）在不依赖于ρ因子这类终止反应中，没有任何其他因子参与，核心酶就能终止基因转录。

内在终止子有两个明显的结构特点：①终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区，由这段DNA转录产生的RNA容易形成发夹结构。

②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U，这种结构特征的存在决定了转录的终止。

在新生RNA中出现发夹结构会导致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。

终止效率与二重对称序列和寡U的长短有关，随着发夹结构（至少6bp）和寡U序列（至少4个U）长度的增加，终止效率逐步提高。

2）依赖于ρ因子的终止有些终止位点的DNA序列缺乏共性，而且不能形成强的发夹结构，因而不能诱导转录的自发终止。

体外转录实验表明，RNA聚合酶并不能识别这些转录终止信号，只有在加入大肠杆菌ρ因子后该聚合酶才能在DNA模板上准确地终止转录。

ρ因子是一个由6个相同亚基组成的六聚体，它的相对分子质量约为2.8×10⒌，它具有NTP酶和解螺旋酶活性，能水解各种核苷酸磷酸，它通过催化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。

4、原核生物与真核生物mRNA的特征比较（P93）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可能以多顺反子的形式存在（3）原核生物mRNA的5'端无帽子结构3'端没有或只有较短的多（A）结构。

真核生物mRNA的特征：（1）真核生物mRNA的5'端存在帽子结构（2）绝大多数真核生物mRNA 具有多（A）尾巴。

5、原核生物与真核生物转录产物比较（1）只有一种RNA聚合酶参与所有类型的原核生物基因转录，而真核生物有3种以上的RNA聚合酶来负责不同类型的基因转录，合成不同类型的、在细胞核内有不同定位的RNA。

（2）转录产物有差别。

原核生物的初级转录产物大多数是编码序列，与蛋白质的氨基酸序列呈线性关系，而真核生物的初级产物很大，含内含子序列，成熟的mRNA只占初级转录产物的一小部分（3）原核生物的初级转录产物几乎不需要剪接加工，就可直接作为成熟的mRNA进一步行使翻译模板的功能；真核生物转录产物需要经过剪接、修饰等转录后加工成熟过程才能成为成熟的mRNA。

（4）在原核生物细胞中，转录和翻译不仅发生在同一个细胞空间里，而且这两个过程几乎是同步进行的，蛋白质合成往往在mRNA刚开始转录时就被引发了。

真核生物mRNA的合成和蛋白质则发生在不同的空间和时间范畴内。