分子生物学复习资料 四川理工学院

分子生物学复习提纲 第二章 染色体和复制 1.DNA和染色体： 染色体的组成：真核的细胞染色体由DNA、蛋白质（包括组蛋白和非组蛋白）、RNA组成，各组分的含量比例为1：1：0.6：0.1。其中DNA与组蛋白是染色质的稳定成分。真核的细胞染色体主要由DNA与蛋白质组成，通过DNA与蛋白质形成基本单位——核小体，再由核小体形成染色质； 组蛋白的功能、特点：组蛋白(histone)是染色体的结构蛋白，与DNA组成核小体。组蛋白分为五种H1，H2A，H2B，H3，H4，这些都含有大量的赖氨酸和精氨酸，可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性结合）。组蛋白具有如下特性 (1).进化上的极端保守性 (2).无组织特异性 (3).肽链上氨基酸分布的不对称性 (4).组蛋白具有修饰作用 (5).H5组蛋白富含赖氨酸； 非组蛋白的特点：(1)非组蛋白具多样性和异质性 (2)在整个细胞周期都进行合成，组蛋白只在S期与DNA复制同步进行。 (3)能识别特异的DNA序列，识别与结合籍氢键和离子键。 (4)功能：帮助DNA折叠；协助DNA复制；调节基因表达。 真核染色体DNA的重复序列的种类和各自特点： 不重复序列：这种序列大小不等，每一段顺序决定一个蛋白质结构，为一个蛋白质基因，通常为结构基因； 中度重复序列:基础顺序较长，可达100～300bp，重复次数几百至几万，如组蛋白基因，rRNA基因。在物种进化过程中是基因组中可移动的遗传元件，并且影响基因表达； 高度重复序列：重复次数可达几百万次，顺序较短，含5～100bp，GC含量高，这部分DNA又称为卫星DNA，这类DNA只在真核细胞中发现，通常不转录。 核小体的结构要点： ◆每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体及一个分子H1组蛋白 ◆2分子组蛋白H2B、H2A、H3和H4构成核小体的盘状核心结构八聚体 ◆146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈, 组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bp DNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。 ◆两个相邻核小体之间以连接DNA 相连，典型长度60bp，不同物种变化值为0～80bp ◆组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的，实验表明，核小体具有自组装（self-assemble）的性质 染色体的组装过程： 每圈6个核小体折叠形成螺旋管，再折叠为直径为30nm的中空的螺线管纤维（solenoid），这种结构称为染色质纤丝。染色质纤丝再进一步折叠形成许多超螺线管，并附着在一个由非组蛋白组成的中央骨架（scaffold）上而成为染色单体（chromatid），DNA总共压缩8400倍 原核基因组的特点：1.基因组通常仅由一条环状双链DNA分子组成。原核生物的单一环状染色体是区别于真核生物中的多条线状染色体的最好的标志 2.结构简练：原核生物DNA分子的大部分是用来编码蛋白质的，只有很少一部分不转录 3.存在转录单元：功能相关的基因，往往丛集在基因组的一个或几个特定部位，形成转录单元，可被一起转录为含多个mRNA的分子，叫多顺反子转录 4.有重叠基因：在一些细菌和病毒中有同一段DN能携带两种不同的蛋白质信息，即重叠基因。 5.基因组中只有1个复制起点。 6.基因序列是连续的，无内含子结构。 7.基因组中的重复序列很少。编码蛋白质结构基因多为单拷贝，但编码rRNA的基因往往是多拷贝的， 8.细菌基因组中存在可移动的DNA序列，包括插入序列和转座子。 DNA双螺旋结构的要点： 超螺旋的形成 2.复制：半保留复制的定义：当细胞分裂时， 细胞核染色体中的DNA的双螺旋链解开，然后以解开后的每一条链为模板，按照碱基配对的原则，分别合成与两条模板链互补的新链。新合成的子代DNA双链中有一条链来自于母链，另一条是新合成的，两条子链既彼此全同又和母链相同，子链中只保留一条母链，这种方式称为半保留复制。 复制的方向：DNA复制从起点开始单向或双向进行直到终点为止。 复制的起点和终点的名称： 三种DNA聚合酶的功能：DNA聚合酶能将两个脱氧核苷酸连接起来,是DNA复制的主要酶。polⅠ不是复制的主要聚合酶，具有3„→5‟外切酶活性和5„→3‟外切酶活性。polⅡ不是DNA复制的主要酶，它可能在DNA损伤修复中起一定作用。pol Ⅲ是细胞内DNA复制所必需的酶，pol Ⅲ以脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)为原料,催化DNA核苷酸的连接，合成的方向是5′→3′,以RNA为引物 DNA聚合酶Ⅰ的作用特点： polⅠ不是复制的主要聚合酶，具有3„→5‟外切酶活性和5„→3‟外切酶活性。 3„→5‟外切酶活性是从3„→5‟方向识别和切除不配对的DNA生长链末端的核苷酸。 而在DNA损伤的修复和对冈崎片段5„-末端RNA引物的去除依赖此5„→3‟外切酶活性。 三种DNA解旋酶的名称和功能： (1).DNA解旋酶(helicase）能够解除DNA的双螺旋,使其成为单链,与解螺旋有关的蛋白称为DnaA、DnaB、DnaC蛋白（又称为rep蛋白）； (2).拓扑异构酶(topoisomerase)又称为旋转酶，能够解除超螺旋，从而消除解链过程中出现的扭曲力. (3).单链结合蛋白(SSB) 能与解开的DNA单链结合，防止DNA再形成双螺旋，以及防止核酸酶的降解 半不连续复制的定义： 在复制进行时，领头链的合成是连续的，而后续链的合成是不连续的，先合成一些片段（冈崎片段），然后将冈崎片段连接起来成为一条链。这种复制过程称为半不连续复制； 领头链和后续链的合成原理，冈崎片段的合成： DNA复制时,是向一个方向齐头并进的，而DNA聚合酶只能催化5′→3′方向的因此以3′→ 5′模板链合成的新链是连续的（合成方向为5′→3′） 。这条链称为领头链； 而以5′→3′模板链合成的新链是不连续合成的，先反向（方向为5′→3′）合成一些DNA片段，再把片段连接而成一条整链，这些片段称为冈崎片段，这条链称为后续链 3.DNA修复：错配修复的识别原理和修复过程： ；碱基切除修复和核苷酸切除修复的区别；直接修复的对象、条件、酶 第三章 转录 1.RNA转录：不对称转录的定义：由于转录产生的RNA为单链且分子量较小,因此只有DNA一条链的某一区段作为模板 (template strand)，这种方式称为不对称转录。 中心法则的定义：遗传信息通过RNA传递给蛋白质的方式称为中心法则 启动子的定义: 转录开始时，RNA聚合酶首先与模板上的特异起始部位结合,DNA上这个与转录起始有关的部位称为启动子; 原核启动子的组成和序列特点: 在DNA上开始转录的起点规定为+1，与转录相反的方向称上游(up stream)，用“－”表示；转录方向为下游(down stream)用“+”表示。原核生物启动子包括开始识别部位、牢固结合部位和转录起点三个部分. 开始识别部位：位于转录起点上游35个bp位置，记为－35，同源序列为TTGACA，这是RNA聚合酶全酶识别并首先结合的部位 牢固结合部位：位于转录起点上游10个bp位置，记为－10，含同源序列TATAAT，又称为Pribnow盒。这个区域能和RNA聚合酶牢固的结合.－10 区与－35区的最佳距离大约是16-19bp，小于15或大于20都会降低启动子的活性 转录起点：记为+1，总为一个嘌呤，A或G 真核启动子的组成特点: 在-25区~-35区有TATA框，称为Hogness box或上游启动子元件（UPE）。TATA框决定了转录起点的选择。 在-70 ~-80含有CCAAT序列（CAAT box），在-80 ~-100含有富含GC序列的GC区（GC box），这两个区主要控制转录起始频率. 另外，在上游远端还有增强子（enhencer）序列，能增强或促进转录的起始，在下游也有一些调控序列。 原核RNA聚合酶的亚基组成和功能: 原核生物RNA聚合酶由5个亚基组成:α2ββ′σ,其中α2ββ′称为核心酶, 有些核心酶还具有w亚基。σ因子与核心酶可以结合疏松,可自由释放. σ因子本身没有催化活性,也不能单独结合DNA, σ因子可以极大的提高RNA聚合酶与启动子的亲和力，其作用是识别模板上合成的起始信号，合成开始后即释放出来。 RNA聚合酶的核心酶具有催化活性, 可催化核苷酸间磷酸二酯键的形成。其中β亚基参与合成的引发、延伸； β′亚基参与酶与DNA模板的结合；α亚基与模板的结合、酶的滑动以及碱基识别有关 真核三种RNA聚合酶的分布、产物和敏感度: 种类 分布 转录产物 对α-鹅膏蕈碱的敏感程度

Ⅰ 核仁 rRNA 不敏感 Ⅱ 核质 hnRNA 低浓度敏感 Ⅲ 核质 tRNA ，5sRNA 高浓度敏感 原核和真核转录起始的各自特点: 在原核生物中，当RNA聚合酶的σ因子发现其识别位点时，全酶就与启动子结合形成一个封闭复合物。然后在此处发生局部DNA（17bp）的解链形成开放复合物。暴露出模板链，合成第一个核苷酸. 新生RNA与开放复合物形成三元复合物， σ因子释放，由核心酶引导转录开始. 真核生物的转录起始较为复杂。目前已知RNA聚合酶Ⅱ至少有六种不同的蛋白因子参与转录复合体的形成。这些蛋白因子被称为转录因子（transcriptional factor, TF)。包括TBP，TFⅡA，TFⅡB，TFⅡD，TFⅡE，TFⅡF，TFⅡH。转录因子陆续与RNA聚合酶结合形成转录复合物