结构分子生物学

分子生物学：从广义来讲，分子生物学是从分子水平阐明生命现象和生物学规律的一门新兴的边缘学科。

它主要对蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能以及遗传信息的传递过程进行研究。

DNA重组技术:DNA重组技术（又称基因工程）是将DNA片段或基因在体外经人工剪接后，按照人们的设计与克隆用载体定向连接起来，转入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。

信号转导:是指外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状或其它细胞功能方面的应答过程。

转录因子:是指一群能与基因5′端上游特定序列专一结合，从而保证目的基因以特定强度在特定时间和空间表达的蛋白质分子。

功能基因组：又称后基因组，是在基因组计划的基础上建立起来的，它主要研究基因及其所编码蛋白质的结构和功能，指导人们充分准确地利用这些基因的产物。

结构分子生物学:就是研究生物大分子特定空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。

生物信息学：是生物科学和信息科学重大交叉的前沿学科，它依靠计算机对所获得数据进行快速高效计算、统计分类以及生物大分子结构功能的预测。

染色体：是指存在于细胞核中的棒状可染色结构，由染色质构成。

染色质是由DNA、RNA和蛋白质形成的复合体。

染色体是一种动态结构，在细胞周期的不同阶段明显不同。

C-值（C-value）:一种生物单位体基因组DNA的总量。

C-值矛盾（C-value paradox）：基因组大小与机体的遗传复杂性缺乏相关性。

核心DNA（core DNA）：结合在核心颗粒而不被降解的DNA。

连接DNA（linker DNA）：重复单位中除核心DNA以外的其它DNA。

DNA多态性：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。

DNA的一级结构：是指4种核苷酸的排列顺序，表示了该DNA分子的化学组成。

又由于4种核苷酸的差异仅仅是碱基的不同，因此又是指碱基的排列顺序。

分子生物学知识点总结分子生物学结构分子生物学部分绪论①总述：进化论、细胞学说、生化遗传学、DNA的发现②分子生物学：定义、研究内容（四方面）③发展史：里程碑④三个相关学科：生物化学、细胞生物学、遗传学⑤中心法则：经典、现代Ⅰ DNA ①结构：碱基比率、配对规则、种数(4n)、0.34nm的应用(碱基对M/2x,长度0.34×M/2x) ⑴三类DNA（ABZ）：结构、形成、特点及Z-DNA的作用⑵质粒超螺旋：正负超螺旋定义、转化、意义、计算、主要以负超螺旋存在 3-⑶其它：0.34nm的计算、※DNA稳定因素（PO4）与Tm、Z-DNA不稳②性质⑴复性：五条件、机制（Cot曲线）、三个吸光度⑵修饰：甲基化（ACG）O⑶变性：DNA碱性全变性、90C以上全变性增色37%、增色效应（Tm）⑷水解：酸（PHGUG>UUG）、T1/2、原核特有SD序列②真核mRNA三类帽：0、1、2类定义③原核mRNA的SD序列：5‘，作用，结构Ⅴ蛋白质与核酶①结构域：②分子伴侣：分类、作用机制③核酶：定义、分类（剪接、剪切）剪切分三类：锤头、发夹、丁肝病毒核酶基因组学部分Ⅰ染色体①观察：有丝分裂中期光学显微镜可见②功能：遗传载体③作为遗传物质所需四要素：稳定、半保留复制、产生蛋白质、可变异Ⅱ真核基因组①组成：DNA（或RNA）+Protain(组、非组)②DNA：C值与C值反常现象、三序列（不重复、中度重复、高度重复）占序列比例，单/多拷贝③组蛋白：六种、特征（保守、特例、氨基酸不对称、修饰、H5-赖氨酸）④非组蛋白：三种常见，DNA结合蛋白的定义⑤真核基因组结构基础--核小体⑴组成：200bpDNA+八聚体⑵八聚体：2×（H2A+H2B+H3+H4）⑶结构：颗粒(八聚体+120bpDNA链，直径10nm，DNA链绕1.65圈) 连接DNA（80bpDNA 链+H1，H1作用）是负超螺旋⑥染色单体：螺线管、螺旋n倍⑦端粒与端粒酶⑴端粒：真核基因组末端，功能（防真核基因组末端结合）⑵端粒酶：反转录酶、功能（反转录成端粒、连接后随链所得的冈崎片段）、反转录机理（Ⅲ原核基因组①真原核基因组比较：大小(真核大，原核小)复杂度（断裂/连续、大多为调控/表达区、重复序列/重叠基因）复制（真核多向，原核单向）转录（单顺反子/多顺反子）真核特殊（DNA多态性、端粒）②真原核基因表达的比较：复制、表达连续性及机理Ⅳ真核基因组结构①hnRNA内含子：GU-AG法则，3‘嘧啶区，5‘保守区、3’上游18-50处的保守区②启动子：核心（TATA，决定转录起始位点）、识别RNA聚合酶（CG、CAAT，决定转录起始频率）③增强子：定义、结构、作用机制、特点、代表（β-珠蛋白基因）④终止子：两类（依赖/不依赖ρ因子）、结构特点、作用机理、穷追模型Ⅴ原核基因组结构①启动子：-35区（识别RNA聚合酶），-10区（结合RNA聚合酶）Ⅵ基因组学①几个定义：重叠基因、断裂基因、基因家族、基因簇、超基因家族、假基因、管家基因、奢侈基因、组织特异性基因②顺式与反式作用因子：⑴顺式作用元件：定义，启动子、增强子、沉默子⑵反式作用元件：定义，转录复合物③人类基因组计划：④比较基因组学：基因表达部分ⅠDNA复制①半保留复制：定义、意义、发现（N14N15）②半不连续复制：前导链、后随链、冈崎片段、过程、实验证明（电泳、30s）③复制起点：复制叉、复制子、复制起点特征④复制方式：线性-眼形，环状-3种（θ型、滚环型、D环型；各对应DNA种类、机制）⑤复制方向、速度：三种，以定点反向等速为主⑥复制所需酶、蛋白：拓扑异构酶（两类）、解旋酶、SSB（作用）；引发酶；DNA聚合酶（见下）、DNA连接酶※ DNA聚合酶：原核：Ⅰ→Ⅴ结构与功能（聚合酶活性、外切酶活性），Ⅲ最主要真核：αβγωδ，αδ最主要功能总结：与连接酶共同作用（合成子链、损伤修复校正、补冈崎片段的连接处）⑦原核DNA复制过程及酶的作用：DNA解旋（三种酶）→引发（引物的作用）→延伸→终止⑧复制特点：子链复制方向：5’→3‘，原核、真核连续性⑨复制的调控：⑴原核：复制叉多少决定起始频率，起始频率直接调控因子—RNP ⑵真核：三个水平（细胞周期、染色体、复制子）Ⅱ DNA损伤与修复①损伤：三种（紫外线、脱氨、甲基化、氧化机制，对应修复法）：碱基异常（U-G、T-G）②变异：基因突变基础、突变类型、突变后果③修复：切除（碱基、核苷酸），错配（Dam、5‘GATC3’），重组（先复制后修复），直接（光修复、去甲基化），SOS（）；各修复机理（所需酶）Ⅲ DNA转录与逆转录①转录的定义：转录、转录单元②转录特点：不对称(正负链定义、负链为模板，多基因DNA正负链相间)；连续单向（mRNA5‘→3’）；有起始终止位点（启动子、终止子定义）；能力（双链强于单链及原因）；不需完全解链③转录起始位点：定义、上下游表示法（-n/+n）；原核启动子（-10区、-35区结构、功能，两区最佳间距）、真核启动子（TATA区、CAAT区、GC区结构、功能）；启动子的上升/下降突变④转录所需酶、复合物：RNA聚合酶（见下）；复合物（转录因子定义、分类、结构与功能）※ RNA聚合酶：真核：ⅠⅡⅢ（对应三种内含子），Ⅱ最主要，对应三种RNA（rRNA、hnRNA、tRNA），对α-鹅膏蕈碱敏感度（三类）原核：（α2ββˊ）σ：α2ββˊ为核心酶，ββˊ与原核启动子识别、结合，σ协助ββˊ。

三、分子生物学的主要研究内容所有生物体中的有机大分子都是以碳原子为核心，并以共价键的形式与氢、氧、氮及磷以不同方式构成的。

不仅如此，一切生物体中的各类有机大分子都是由完全相同的单体，如蛋白质分子中的20种氨基酸、DNA及RNA 中的8种碱基所组合而成的，由此产生了分子生物学的3条基本原理：1． 构成生物体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建成都遵循着各自特定的规则；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。

分子生物学研究内容:DNA重组技术——————基因工程基因表达调控———————核酸生物学生物大分子结构功能————结构分子生物学DNA重组技术（又称基因工程）这是20世纪70年代初兴起的技术科学，目的是将不同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。

严格地说，DNA重组技术并不完全等于基因工程，因为后者还包括其他可能使生物细胞基因组结构得到改造的体系。

DNA重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶工程及微生物学、遗传学、细胞学长期深入研究的结晶，而限制性内切酶DNA连接酶及其他工具酶的发现与应用则是这一技术得以建立的关键。

DNA重组技术有着广阔的应用前景:DNA重组技术可用于定向改造某些生物基因组结构，使它们所具备的特殊经济价值或功能得以成百 上千倍的地提高。

DNA重组技术还被用来进行基础研究。

如果说，分子生物学研究的核心是遗传信息的传递和控制，那么根据中心法则，我们要研究的就是从DNA到RNA，再到蛋白质的全过程，也即基因的表达与调控。

在这里，无论是对启动子的研究（包括调控元件或称顺式作用元件），还是对转录因子的克隆及分析，都离不开重组DNA技术的应用。

基因表达调控研究因为蛋白质分子参与并控制了细胞的一切代谢活动，而决定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸（主要是脱氧核糖核酸）分子编码，表现为特定的核苷酸序列，所以基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。

完整版)分子生物学总结完整版分子生物学是研究生命体系中分子结构和功能的学科。

它包括结构分子生物学、基因表达的调节与控制、DNA重组技术及其应用、结构基因组学、功能基因组学、生物信息学和系统生物学等方面。

在DNA和染色体方面，我们可以了解到DNA的变性和复性过程，其中Tm是指DNA双链结构被解开成单链分子时的温度。

热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，称为退火。

此外，假基因是指基因组中存在的一段与正常基因非常相似但不能表达的DNA序列，以Ψ来表示。

C值矛盾或C值悖论是指C值的大小与生物的复杂度和进化的地位并不一致。

转座是可移动因子介导的遗传物质的重排现象，而转座子则是染色体、质粒或噬菌体上可以转移位置的遗传成分。

DNA的二级结构特点包括由两条相互平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成，碱基排列在外侧，两条链间存在碱基互补，通过氢键连系，且A=T、G≡C（碱基互补原则）。

真核生物基因组结构包括编码蛋白质或RNA的编码序列和非编码序列，包括编码区两侧的调控序列和编码序列间的间隔序列，具有庞大的结构和含有大量重复序列。

Histon(组蛋白)具有极端保守性、无组织特异性、氨基酸分布的不对称性、可修饰作用、富含Lys的H5等特点。

核小体由组蛋白和200bp DNA组成。

转座机制是一种基因组重排的方式。

在转座时，插入的转座子会位于两个重复的靶序列之间，而受体分子中的靶序列会被复制。

根据复制方式的不同，转座可以分为复制型和非复制型转座。

DNA生物合成时，采用半保留复制的方式。

这种方式下，母链DNA会解开为两股单链，各自作为模板合成与之互补的子链。

其中一股单链从亲代完整地接受过来，而另一股则是全新合成的。

这样，两个子细胞的DNA都与亲代DNA的碱基序列一致。

复制子是生物体内能够独立进行复制的单位。

在DNA复制中，有前导链和滞后链两种链。

前导链是以3'→5'方向为标准的模板链，而滞后链则是以5'→3'方向为标准的模板链。

分子生物学总结（一）引言概述：分子生物学是现代生物学研究的重要分支领域，通过研究生物体内的生物大分子（如核酸、蛋白质等）的结构、功能和相互作用等问题，揭示生物体内生命活动的分子基础。

本文将对分子生物学的核心概念进行总结，包括DNA、RNA、蛋白质、基因调控以及分子遗传学等五个方面。

正文：一、DNA1. DNA的结构：双螺旋结构、碱基配对、磷酸二酯桥、五碱基2. DNA复制：半保留复制、DNA聚合酶、起始子、复制泡3. DNA修复：直接修复、错配修复、碱基切除修复4. DNA重组：同源重组、非同源重组、错配修复5. DNA技术：PCR、DNA测序、基因工程二、RNA1. RNA的功能：信息传递、信息储存、酶催化、调控基因表达2. mRNA的合成：转录、RNA聚合酶、启动子、转录因子3. rRNA和tRNA：核糖体、蛋白质合成、翻译、启动子、终止子4. RNA修饰：剪接、剪切体、甲基化、翻译后修饰5. RNA干扰：siRNA、miRNA、RNA干涉三、蛋白质1. 蛋白质的结构：氨基酸序列、一级、二级、三级结构、蛋白质域2. 蛋白质的合成：翻译、核糖体、启动子、终止子3. 蛋白质的修饰：磷酸化、乙酰化、甲基化、糖基化4. 蛋白质的折叠：分子伴侣、伽马泡沫5. 蛋白质的功能：结构蛋白、酶、激素、抗体四、基因调控1. 转录的调控：启动子、转录因子、转录抑制因子2. 转录后调控：剪接、RNA降解、RNA干涉、翻译调控3. 染色质的结构：DNA甲基化、组蛋白修饰、染色体构象4. 染色质的调控：修饰酶、组蛋白翻译因子、染色质重塑5. 表观遗传调控：组蛋白甲基化、组蛋白乙酰化、DNA甲基化五、分子遗传学1. 遗传信息的传递：基因、等位基因、基因型、表型2. 突变：点突变、重组、演化3. 基因家族：同源基因、家族扩张、功能分化4. 基因表达调控：转录因子、miRNA、表观遗传调控5. 分子进化：基因演化、分子钟、系统发育总结：通过对分子生物学核心概念的总结，我们了解到DNA、RNA和蛋白质在生物体内起着重要的功能和调控作用，而基因调控和分子遗传学则是揭示生物体内分子基础和发展演化的重要研究领域。

分子生物学中的蛋白质结构解析蛋白质是细胞中最重要的分子之一，它们能够以无限多的方式组合在一起来创造出不同的结构和功能。

因此，研究蛋白质的结构和功能对了解细胞是如何工作的非常重要。

分子生物学中的蛋白质结构解析是探索生命奥秘的关键，本文将从三个方面介绍分子生物学中的蛋白质结构解析，以期增加读者对蛋白质结构解析的认识。

一、蛋白质结构的分类蛋白质有四种不同的结构：原始结构、二级结构、三级结构和四级结构。

原始结构由简单的多肽链组成，二级结构描述了蛋白质中α螺旋和β折叠的结构，三级结构是蛋白质中残基的排列方式和折叠方式，四级结构表示蛋白质是如何组合在一起的。

二、蛋白质结构解析的方法为了研究蛋白质的结构和功能，科学家们需要通过各种技术手段来解析蛋白质的结构。

目前，主要的蛋白质结构解析方法包括：X射线晶体学、核磁共振技术、电子显微镜以及计算机模拟等技术。

1.X射线晶体学X射线晶体学是一种用于确定蛋白质结构的最常见的方法。

这种方法利用X射线通过样品制成的晶体，然后通过对X射线的散射模式进行测量，科学家们可以推导出蛋白质的三维结构。

2.核磁共振技术核磁共振技术是一种利用核磁共振原理来确定蛋白质结构的方法。

这种方法使用强磁场和电磁波，通过观察核自旋的变化来推导出蛋白质的结构和运动状态。

3.电子显微镜电子显微镜是一种利用电子束来确定蛋白质结构的方法。

这种方法可以用于观察蛋白质的高分子结构，以及蛋白质与其他生物分子以及非活性分子之间的相互作用。

三、蛋白质结构解析的应用研究蛋白质结构的方法不仅可以帮助我们理解细胞的内部结构和功能，还可以帮助我们设计新的药物和治疗方案。

通过结构解析，科学家们可以了解到蛋白质是如何与药物互动的，并根据这些信息来设计更有效的药物。

此外，蛋白质结构解析也可以帮助我们研究蛋白质之间的相互作用。

通过了解不同蛋白质之间的相互作用，我们可以更好地了解它们在生命过程中的作用。

结论蛋白质结构解析是分子生物学领域中非常重要的一个方面，它可以帮助我们了解蛋白质的结构和功能。

分子生物学第一章绪论•1定义•广义概念研究核酸与蛋白质等生物大分子的结构与功能，同时从分子水平上阐明生命现象和生物学规律。

•狭义概念研究基因的结构与功能、DNA的复制、转录、表达和调控等过程。

2分子生物学的研究内容•基因与基因组的结构与功能•DNA的复制、转录和翻译•基因表达调控•DNA重组技术•结构分子生物学基因与基因组的结构与功能•20世纪50年代前➟染色体遗传学阶段•20世纪50年代后➟基因的分子生物学阶段•近30年➟反向生物学阶段D N A的复制、转录和翻译•自我复制、转录和翻译•mRNA分子的剪接、加工、编辑及新生肽链折叠成功能性结构基因表达调控•表达的实质是遗传信息的转录与翻译:时序调节表达与环境调控表达•调控阶段:原核生物与真核生物的异同D N A重组技术•应用该技术将不同的片段进行定向的连接，并在特定的受体细胞与载体中同时复制与表达•生产大量在正常细胞代谢中产量低的生物活性物质•定向改造某些生物的基因组结构结构分子生物学•生物大分子发挥功能需具备的条件1. 有特定的空间结构2. 结构与构象的变化•研究内容1. 结构的测定2. 结构运动变化规律的探索3. 结构与功能的相互关系3分子生物学的发展历程•(1944~1966)人类对DNA和遗传信息传递的认识阶段(DNA是遗传物质）•(1967~1978)重组DNA技术的建立和发展阶段（DNA双螺旋结构，中心法则）•1979年至今，重组DNA技术的应用和分子生物学迅速发展阶段（基因工程技术）孟德尔Gregor Mendel (1822-1884),奥地利科学家，经典遗传学的奠基人•连锁互换规律•画出了果蝇的4对染色体上的基因所排列的位置图。

基因学说,染色体就是基因的载体•摩尔根荣获了1933年诺贝尔生理学及医学奖。

霍普金斯大学•当时未知基因的化学本质，遗传学是依靠逻辑分析的推理性科学1957年，H e i n z F r a e n k e l-C o n r a t和B.S i n g r e的杂合病毒实验：1953年，美国科学家Watson 和英国科学家Crick提出DNA Double Helix model1958年Crick提出中心法则。

分子生物学知识：细胞膜受体的结构和功能细胞膜受体的结构和功能细胞膜受体是指位于细胞膜表面的蛋白质，可以识别外细胞环境中的信号分子，从而实现信号转导和细胞内反应的调节。

细胞膜受体的结构多样，但大多与细胞膜脂质的结构密切相关，也因此被称为“膜蛋白”。

一、结构说明细胞膜受体的结构可以分为三个部分：跨膜区、细胞外区和细胞内区。

（一）跨膜区：细胞膜受体大多数为跨膜蛋白，跨膜区通常由数列较为保守的跨膜域组成。

它们能够穿过细胞膜脂双层，使细胞内外液体得以相连通。

跨膜域通常包括α螺旋、β折叠片、α-β结构等多种形式，它们的选择与所处环境、功能有关。

α螺旋结构：这是跨膜区最常见的结构类型，由一条长螺旋构成。

α螺旋形成时，氨基酸依次连接共价键，呈现出螺旋状。

螺旋内面和外面分别面对不同的环境，因而α螺旋常被用来传递信号。

β折叠片：它们是由氨基酸连接而成的多股片层状结构，β折叠片交替连接而成的三维空间结构称为β表面。

α螺旋和β折叠片区别较大，表面的化学性质和位置相对而言较为不稳定。

但在一些细胞膜受体中，β折叠片仍然起着重要的作用。

α-β结构：这是一种较为复杂的结构，α螺旋和β折叠片交错排列，有着折中的优点和特征。

（二）细胞外区：它通常包括了细胞外域和配体结合区。

细胞外域与细胞外环境交互作用，配体结合区用于特异性地识别特定的配体。

（三）细胞内区：它位于细胞膜的内侧，通过膜内膜外区域的跨膜结构与细胞外区、跨膜区之间进行信息传递。

二、功能分析细胞膜受体通过特定的分子结合并识别信号物转导细胞内部作用的调节。

常见的细胞膜受体可以分为以下类型：（一）离子通道受体：离子通道受体分子体积较小，能够穿过细胞膜，形成通道。

它们有一个可以开闭的门而不是拥有一个配体结合区，当特定离子进入通道时，门就会打开，信号就传到细胞内。

例如神经元表面的神经递质受体。

（二）酶联受体：酶联受体通过配合或识别特定的配体，领先细胞产生化学反应。

例如葡萄糖受体、胰岛素受体等。

大学生物教案：讲授分子生物学中的生物大分子和生物化学结构分子生物学是现代生物学的一个重要分支，主要研究生命体内的分子机理和分子过程。

其中，生物大分子和生物化学结构是分子生物学中必须要掌握的重点内容。

在教学中，如何有效地讲授这一部分内容呢？下面我们来探讨一下。

一、生物大分子生物大分子有四类，即蛋白质、核酸、多糖和脂质。

这四类生物大分子在生命体内起着非常重要的作用。

1. 蛋白质蛋白质是生命体内最重要的大分子，具有多种能。

例如，结构蛋白可以维持细胞的形态；酶是生命体内的催化剂，可以加速化学反应的速率；激素可以调节生命体内的各种生理功能。

蛋白质的结构可以分为四个级别，分别是一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。

其中，一级结构是指蛋白质中氨基酸序列的线性排列方式；二级结构是指蛋白质链中的α-螺旋和β-折叠；三级结构是指蛋白质分子的整体空间构象；四级结构是由多个蛋白质分子聚合而成的大分子的结构。

在讲授中，可以通过举例子的方式，让学生们更好地理解蛋白质的功能和结构。

例如，可以让他们了解血红蛋白的结构和功能，让他们更好地体会蛋白质分子的结构和效用。

2. 核酸核酸是生命体内储存和传递遗传信息的分子，分为DNA和RNA两种类型。

DNA是生命体内存储遗传信息的主要分子，RNA则主要用于DNA的转录和翻译过程。

核酸的结构主要包括单个核苷酸、DNA双螺旋和RNA的不同结构。

在讲授中，可以将它们的结构特点逐一进行介绍，比如单个核苷酸包括磷酸基、五碳糖和氮碱基，而DNA是由四种氮碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鸟嘌呤）组成的，而RNA是由腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和尿嘧啶组成的。

3. 多糖多糖是一种高分子化合物，由大量单糖分子（如葡萄糖）聚合而成。

多糖分为结构多糖和储存多糖两类，如纤维素和淀粉等。

多糖的结构可以分为直链和支链两种，其中直链多糖是由相同的单糖分子聚合而成，而支链多糖则是由不同单糖分子聚合而成。

在讲授中，可以通过多糖的物理性质、化学性质和结构特点等方面，让学生们更好地理解多糖的作用和功能。