(完整版)分子生物学期末复习

第一讲染色体与DNA

一染色体（遗传物质的主要载体）

1 DNA作为遗传物质的优点：储存遗传信息量大；碱基互补，双螺旋结构使遗传稳定；核糖2′-OH脱氢使在水中稳定性大于RNA；可以突变以进化，方便修复以稳定遗传

2 真核细胞染色体特点：①分子结构相对稳定；②能够自我复制，使亲子代之间保持连续性；③能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程；④能够产生可遗传的变异。

3 染色体蛋白主要分为组蛋白和非组蛋白两类。真核细胞的染色体中，DNA与组蛋白的质量比约为1：1

4 组蛋白是染色体的结构蛋白，分为H1、H2A、H2B、H3及H4五种，与DNA共同组成核小体。组蛋白含有大量的赖氨酸和精氨酸，其中H3、H4富含精氨酸，H1富含赖氨酸。H2A、H2B介于两者之间。

5 组蛋白具有如下特性：①进化上的极端保守性（不同种生物组蛋白的氨基酸组成十分相似）

②无组织特异性（只有鸟类、鱼类及两栖类红细胞染色体不含H1而带有H5）③肽链上氨基酸分布的不对称性（碱性氨基酸集中分布在N端的半条链上，而大部分疏水基团都分布在C端。碱性的半条链易与DNA的负电荷区结合，而另外半条链与其他组蛋白、非组蛋白结合）④存在较普遍的修饰作用（如甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等。修饰作用只发生在细胞周期的特定时间和组蛋白的特定位点上）

二 DNA

1 真核细胞基因组的最大特点是它含有大量的重复序列

2 C值反常现象：①所谓C值，通常是指一种生物单倍体基因组DNA的总量②同类生物不同种属之间DNA总量变化很大。从编码每类生物所需的DNA量的最低值看，生物细胞中的C值具有从低等生物到高等生物逐渐增加的趋势。

3 真核细胞DNA序列可被分为3类：①不重复序列（它占DNA总量的10%～80%。不重复序列长约750～2 000bp，相当于一个结构基因的长度）②中度重复序列（各种rRNA、tRNA以及某些结构基因如组蛋白基因等都属于这一类）③高度重复序列—卫星DNA（只存在于真核生物中，占基因组的10%~60%，由6~100个碱基组成）

三染色体与核小体

1 染色质DNA的Tm值比自由DNA高，说明在染色质中DNA极可能与蛋白质分子相互作用

2 在染色质状态下，由DNA聚合酶和RNA聚合酶催化的DNA复制和转录活性大大低于在自由DNA 中的反应

3 DNA片段均为200bp基本单位的倍数，核小体是染色质的基本结构单位，由~200 bpDNA和组蛋白八聚体（由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成）组成四级压缩：第一级（DNA+组蛋白→核小体）第二级（核小体→螺线管）第三级（螺线体→超螺旋）第四级（超螺线体→染色体）

4 原核生物基因组原核生物的基因组很小，大多只有一条染色体，且DNA含量少主要是单拷贝基因整个染色体DNA几乎全部由功能基因与调控序列所组成；几乎每个基因序列都与它所编码的蛋白质序列呈线性对应状态。

5 原核细胞DNA特点：①结构精炼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，形成转录单元并转录产生含多个mRNA 的分子，称为多顺反子mRNA）③有重叠基因（一些细菌和动物病毒存在重叠基因，同一段DNA能携带两种不同蛋白质的信息）

四 DNA的结构

1 DNA链的基本特点是：1、DNA是由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成的。2、DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。3、两条链上的碱基通过氢键相结合，形成碱基对。

2 DNA的二级结构是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。通常情况下，DNA 的二级结构分两大类：一类是右手螺旋，如A-DNA和B-DNA（最常见）；另一类是左手螺旋，即Z-DNA

五 DNA的变性和复性

1 变性（denaturation 或融解 melting）：DNA双螺旋区的氢键断裂，使双螺旋的两条链完全分开变成单链，这一双链分离的过程叫做变性；1、条件：加热, 极端pH,有机溶剂（尿素、酰胺 )，低盐浓度等2、变性过程的表现：是一个爆发式的协同过程，变性作用发生在一个很窄的温度范围导致一些理化性质发生剧烈变化

2 增色效应指在DNA变性的过程中，他在260nm的吸收值先是缓慢上升，达到某一温度时及骤然上升

3 复性：变性DNA在适当条件下，两条彼此分开的链又可以重新地合成双螺旋结构的过程（退火）影响因素：阳离子浓度复性反应温度 S.S,DNA初始浓度,分子长度DNA 分子中碱基排列情况

六 DNA复制

1 复制子：又称复制单位或复制元DNA中含有一定复制起点和复制终点的复制单位

2 复制体：复制叉处的许多酶和蛋白组成的复合体，协同合成DNA

3 原核生物：整个染色体只有一个复制起点即单复制起点真核生物为多复制起点

4 复制叉：染色体中参与复制的活性区域，即复制正在发生的位点

5 复制眼：电子显微镜下观察正在复制的DNA，复制的区域形如一只眼睛

6 真核生物含有多个复制叉与复制眼

7 细菌、病毒和线粒体的DNA分子都是作为单个复制子完成复制的；真核生物基因组可以同时在多个复制起点上进行双向复制，也就是说它们的基因组包含有多个复制子。单双向复制取决于起点处有一个还是两个复制叉

8 无论是原核生物还是真核生物，DNA的复制主要是从固定的起始点以双向等速复制方式进行的。复制叉以DNA分子上某一特定顺序为起点，向两个方向等速生长前进。

9 θ复制 D环复制（常见于线粒体与叶绿体）δ复制（滚环式复制共价延伸方式常见于病毒细菌因子）图见附表

10 DNA聚合反应 DNA聚合酶I和DNA聚合酶Ⅲ主要特征与功能：

1、DNA聚合酶活性：两者都有条件－－模板、引物DNApolⅠ－－主要用于DNA的修复和RNA 引物的替换 DNApol Ⅲ－－DNA链的延长聚合方向：5’－3’

2 3’－5’ 外切核酸酶活性（两酶都具有）校对功能

35’－3’外切核酸酶活性 DNApolⅠ的5’－3’外切活性有以下三个特点：必须有5’－磷酸末端被除去的核苷酸必须是已经配对的被除去的可以是脱氧核糖核苷酸，也可以是核糖核苷酸（切刻平移）

4 子链DNA延伸方向只能是5’－3’：已知的DNA聚合酶只能使链按5’－3’方向生长

11 DNA连接酶所需条件：a、切刻的3’－OH 和5’－P 相邻 b、切刻各自碱基处于配对状态 c、需要能量原核（ATP、NAD）真核（ATP）用途：复制过程中，5’ 端RNA引物被置换后切刻的连接、修复、重组

12 DNA半不连续性先导链：DNA复制时，与复制叉向前移动的方向一致，以3’→5’链为模板按5’→3’方向连续合成的一条链冈崎片段: DNA复制不连续合成链中形成的短DNA片段

原因：后随链的片段合成需要一个周期性的起始信号

13 原核生物和真核生物DNA复制的对比：

相同点 Semi-conservative replication（半不连续） Semi-discontinuous replication （半不保留） DNA helicase（DNA解旋酶）, Ssb RNA priming（RNA引物）校正阅读（Proofreading）

不同点复制起点（单、多）复制子（大小、多少）复制起始的许可因子的控制（复制周期的重叠与否）复制叉移动的速度 (900/50 nt/S) 冈崎片段的大小端粒和端粒酶 DNA 聚合酶Polymerases

七 DMA损伤修复

1 引起损伤的因素:自发性损伤(复制中的损伤、碱基的自发性化学改变、自发脱碱基、细胞的代谢产物对DNA的损伤) 物理因素引起的损伤(电离辐射、紫外线) 化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物）

引起损伤的类型：碱基脱落、碱基（或核苷）改变、错误碱基（碱基的取代）、碱基的插入或缺失、链的断裂、链交联（链内、链间）、嘧啶二聚体等

2 广义的修复系统：DNA聚合酶的校对功能(复制的范畴) 尿嘧啶-N-糖苷酶修复系统（复制时U的渗入、C脱氨氧化成U）错配修复系统损伤修复系统(光复活、重组修复、SOS修复等)突变的操作子不能被阻遏蛋白所识别调节基因突变不能产生有活性的阻遏蛋白两者之一都使结构基因失去了负向控制

第二讲转录

一转录

1 转录（transcription）是以DNA为模板，在依赖DNA的RNA聚合酶的催化下，以4种rNTP （ ATP、CTP、GTP和UTP ）为原料，合成RNA的过程。转录是DNA将遗传信息传递给蛋白质的中心环节在有些RNA病毒中，RNA也可以指导RNA的合成

2 RNA合成与DNA合成比较（1）催化方向均是5‘－3‘ ，延伸的机理相同；反应受焦磷酸水解趋动，需要模板（2）RNA合成不需引物（自身可以独立起始合成），且无外切酶作用（即缺乏核对能力）；DNA复制是一个半保留复制，RNA合成是全保留的（因是单链）（3）RNA 合成起始和终止均受严格的控制，而DNA的终止无特殊的信号

3 转录过程中，DNA双链中的一条链为模板链，而另一条链为编码链

4 RNA聚合酶α亚基可能参与全酶的组装及全酶识别启动子。另外，α亚基还参与RNA聚合酶与一些转录调控因子间的作用β亚基具有与底物（NTP及新生的RNA链）结合的能力。利福霉素可以阻断转录的起始，链霉溶菌素可抑制延伸反应，二者均是通过与β亚基的结合而发挥作用的β’亚基可能与模板结合。肝素可与β’亚基结合而抑制转录，并且可以和β’亚基竞争DNA的结合位点。β亚基和β’亚基提供了RNA聚合酶的活性中心，其一级结构与真核生物RNA聚合酶大亚基有同源性。

5 σ亚基的功能是帮助全酶识别启动子并与之结合。σ亚基也可被看作一种辅助因子，因此又可称为σ因子σ因子在RNA聚合酶识别启动子的过程中起关键作用σ因子的结构属于α螺旋，是通过识别启动子上的某一序列来控制RNA聚合酶与启动子的结合的在细菌受到外界环境的急剧影响时，会改变所表达的基因，产生σ因子更替的现象

6 RNA聚合酶Ⅰ位于核仁，活性所占比例最大，负责rRNA（5.8S、18S和28S）的转录。 RNA 聚合酶Ⅰ负责了大部分细胞RNA的转录。RNA聚合酶Ⅱ位于核质，活性所占比例仅次于RNA聚合酶Ⅰ，主要负责核内不均一RNA(heterogenous nuclear RNA, hnRNA/ mRNA前体）的转录。RNA聚合酶Ⅲ也位于核质，活性所占比例最小，负责tRNA、5SRNA、Alu序列和其他小RNA的转录

二转录过程

起始阶段

结合（RNA聚合酶（α2ββ‘ωб）与启动子（promoter）结合，б组别启动子部位（-35启动子部位），б和β‘起连接作用）、解旋（解开一小段DNA双螺旋，以便产生单链DNA 转录模板）、引发（第一个核苷三磷酸上去（GTP、ATP）（模板）若第一个是C，那么是PPPG （GTP）结合上去）

启动子(promoter)是指DNA分子上被RNA聚合酶识别并结合，形成起始转录复合物的区域。启动子上还包括一些调节蛋白因子的结合位点

启动子是控制转录起始的序列，并决定着某一基因的表达强度。与RNA聚合酶亲和力高的启动子，其起始频率和效率均高

原核启动子在原核生物的启动子中有4个区域：转录起始点、－10区、－35区、－10与－35之间的序列转录起始点在多数情况下为嘌呤，常见的序列为CAT，A为转录起始点

-10区在转录起始点的上游有一个6 bp的保守序列，几乎在目前已知的所有启动子中均存在。保守序列的中心位于转录起始点上游约－10 bp处，这一保守序列又称为－10序列。其一致序列为TATAAT，又称Pribnow框、结合位点，在RNA聚合酶的作用下首先解链

-35区在转录起始点上游－35 bp处，有另一个保守序列，称为－35序列。其保守序列为TTGACA， RNA聚合酶的σ因子可以识别该位点，所以称为识别位点，又称为Sextama框。 RNA 聚合酶首先与识别位点结合，然后与结合位点相互作用。该区域是启动子强弱的决定因素

-10区到-35区之间的距离－35区和－10区之间的距离在绝大多数原核生物启动子为16到18 bp。该区域的碱基序列并不重要，但该距离的长短是至关重要的。适宜的距离可以为RNA 聚合酶提供合适的空间结构，便于转录的起始

典型的原核生物的启动子的结构为：－35区、16～19 bp的间隔区、－10区和转录起始点，－10区到转录起始点的距离为7 bp

真核启动子

①RNA聚合酶Ⅰ启动子结构主要由两部分组成的：核心启动子位于－45至＋20的区域内，足以使转录起始。上游调控元件位于－180至－107，可提高转录起始效率

②RNA聚合酶Ⅱ主要负责编码蛋白质和部分核内小rRNA（small nuclear RNA，snRNA）的基因的转录，其启动子结构最为复杂。RNA聚合酶Ⅱ单独并不能起始转录，必须和其他的辅助因子共同作用形成转录起始复合物才能起始转录

RNA聚合酶Ⅱ的启动子位于转录起始点的上游，由多个短的序列元件组成，主要有三个保守序列：（1）帽子位点，又称转录起始位点，其碱基大多数为A，这与原核生物相似（2）TATA 框，位于－30处，又称Hogness框。一致序列TATAA（T）AA（T）。有些TATA框的突变不影响转录的起始，但可以改变转录起始位点。说明TATA框具有定位转录起始点的功能（3）CAAT 框，位于－75处，一致序列为GGC（T）CATCT。CAAT框内的突变对转录起始的影响很大，决定了启动子起始转录的效率及频率

③RNA聚合酶Ⅲ转录5S rRNA、tRNA和部分snRNA。这三种启动子的结构是不同的，RNA聚合酶Ⅲ也必须和其他的辅助因子共同作用，才能识别不同的启动子。

5S rRNA和tRNA基因的启动子位于转录起始点的下游，称为内部启动子。snRNA基因的启动子位于转录起始点的上游，和其他基因的启动子比较相似

延长阶段

б因子解离核心酶移动形成3‘，5‘－磷酸二酯键

终止阶段

ρ因子识别终止信号（不衣赖ρ因子）核心酶不停止转录 RNA链释放出来

在转录的过程中，提供转录终止信号的序列称为终止子（terminator）。

无论是原核生物还是真核生物都可以通过控制转录的终止来对转录进行调控。这也是基因表达调控的重要手段

真正起终止作用的不是DNA序列本身，而是转录生成的RNA

发夹结构中的突变可阻止转录的终止，说明了发夹结构在转录终止中的重要作用。发夹结构只是使转录过程暂停，为转录的终止提供了机会。如果没有终止子序列，聚合酶可以继续转录，而不发生转录的终止。6个连续的U串可能为RNA聚合酶与模板的解离提供了信号

三原核与真核生物mRNA的特征比较

1.真核有三种RNA聚合酶，原核只有一种

2.真核启动子比原核启动子更复杂和更多样性，不同的RNA聚合酶有不同的启动子

3.原核细胞靠RNA pol本身可识别启动子，而真核细胞的RNApol无法识别启动子，要靠转录因子识别启动，有许多转录因子。（转录因子的功能：调节RNA聚合酶的活性，将RNA聚合酶引到启动子位置）

4.真核生物的转录受特定的顺式作用元件的影响，顺式作用元件：真核生物DNA中与转录调控有关的核苷酸序列，包括增强子、沉默子等。（增强子：增加转录的速度；沉默子：降低转录的速度，沉默子也称抑制子。）

5.原核细胞基因转录的产物大多数为多顺反子mRNA；真核细胞转录产物是单顺反子mRNA。

6.原核细胞是边转录、边翻译，两个过程几乎是同时进行的，而真核细胞转录和翻译在时间上和空间上都是分开的，转录在细胞核，翻译在细胞质

7.真核细胞被转录的产物要经过非常复杂的后加工

8.原核生物mRNA的5‵端无帽子结构，3‵端没有或只有较短的poly A结构；真核生物mRNA 的5‵端存在“帽子”结构，绝大多数真核生物mRNA具有多聚A尾巴（poly A）

四 mRNA的加工

1.转录出来的RNA称为RNA前体，mRNA前体的转录后加工，包括了对5‘端和3‘端（首、尾部）的修饰以及对中间的部分进行剪接（splicing）转变成各种有功能的成熟RNA，此过程称“转录后加工”

2.比较大量的真核生物mRNA内含子发现，它们的两侧边界均有一对保守顺序，即5'-端为GU，3'-端为AG，这类称为GU AG的内含子均以相同方式剪切，这种模式成为“GU-AG法则”

第三讲：蛋白质生物合成

1.遗传密码的特点：方向性，通用性，简并性，连续性

2.核糖体大小亚基组成：

3.核糖体三个集合位点：A.P.E位点，tRNA移动顺序是A到P到E

第四讲原核生物基因表达的调控

操纵元是一种完整的具有特定功能的细菌基因表达和调节的单位，包括调节基因，操纵位点，结构基因，组成一个控制单元

结构基因：产生mRNA,合成蛋白质操纵位点：启动子结合位点

调节基因：产生调节蛋白（与操纵位点结合）→结构基因不转录

诱导物存在时，可与阻遏蛋白结合→结构基因转录

降解物敏感型操纵元：只要葡萄糖存在，这些操纵元就不表达

一乳糖（lac）操纵子（负控诱导系统）

1.乳糖操纵子：大肠杆菌中控制β半乳糖苷酶诱导合成的操纵子。包括调控元件P(启动子)

和O(操纵基因)，以及结构基因lacZ(编码β-半乳糖苷酶)、lacY(编码透过酶)和lacA(编码β-半乳糖苷转乙酰基酶)。在没有诱导物时，调节基因lacI 编码阻遏蛋白，与操纵基因O 结合后抑制结构基因转录；乳糖的存在可与lac阻遏蛋白结合诱导结构基因转录，以代谢乳糖。

2.作用机制1、无乳糖时，调节基因lacI 编码阻遏蛋白，与操纵基因O 结合后抑制结构基因转录,不产生代谢乳糖的酶。

2、只有乳糖存在时,乳糖可与lac阻遏蛋白结合，而使阻遏蛋白不与操纵基因结合，诱导结构基因转录，代谢乳糖的酶产生以代谢乳糖。

3、葡萄糖和乳糖同时存在时，葡萄糖的降解产物能降低cAMP（环化腺苷酸）含量，影响CAP与启动基因结合，抑制结构基因转录，抑制代谢乳糖的酶产生。（葡萄糖调控为正调控，葡萄糖对lac操纵元表达的抑制是间接的）

补充：CAP：降解物基因活性蛋白，又称cAMP受体蛋白，这个蛋白先与cAMP结合，再与启动基因结合。它与启动基因结合时能促进RNA聚合酶与启动基因结合，促进结构基因转录4.关于葡萄糖抑制lac mRNA转录的补充：可阻止诱导物引起的阻遏物失活效应，仅去掉阻遏物并不能启动lac基因表达,有其它因素参与

二色氨酸（trp）操纵子（负控阻遏系统）（与lac调节相反）

1.trp操纵子的转录调控包括阻遏系统化和弱化系统，当大量Trp 存在时，阻遏系统起作用。阻遏物与之结合，阻止先导mRNA合成；当trp浓度低时，阻遏物从有活性变为无活性，速度极慢，不能很快引发trp 合成。因此需要一个能快速作出反应的系统，以保持培养基中适当的Trp水平。

2.阻遏系统（粗调开关）：.当trp含量较高时，阻遏蛋白与作为辅阻遏物的trp结合成有活性的阻遏物，可结合0位点，阻断转录，反之缺乏trp时mRNA起始合成，但不能自动延伸，一般在trpE之前终止转录

3.弱化系统（微调）：mRNA的转录终止是通过前导肽基因翻译来调节的，当trp浓度低时，由于负载色氨酸的tRNA少，翻译通过两个相邻的色氨酸密码子的速度就慢，这时不形成3-4区配对的终止结构，转录继续；反之当trp浓度高时，3-4区自由配对形成茎-环状终止子结构，转录停止

弱化作用：操纵子转录终止的调控是通过弱化作用实现的。

弱化子指可以调节转录停止的DNA区域，转录停止就发生在这一区域

前导肽：如果翻译起始于AUG，应该产生的含14个氨基酸的多肽，其在第10和第11位上有相邻的两个色氨酸密码子（所有氨基酸类似）

三RNAi技术：单链RNA纯化后注射线虫时发现，基因抑制效应变得十分微弱，而经过纯化的双链RNA却正好相反，能够高效特异性阻断相应基因的表达。将这一现象称为RNA干扰

第五讲真核基因调控一般规律

1.基因家族：真核生物的基因组中有很多来源相同、结构相似、功能相关的基因

2.外显子与内含子的连接区：内含子的两端序列之间没有广泛的同源性连接区序列很短，高度保守，是RNA剪接的信号序列5'GU——AG 3'

3.真核生物基因表达调控的特点：RNA聚合酶；多层次；个体发育复杂；活性染色体结构变化：对核酸酶敏感、DNA拓扑结构变化、DNA碱基修饰变化、组蛋白变化；正性调节占主导；转录与翻译间隔进行；转录后修饰、加工

4.基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，典型例子是免疫球蛋白结构基因的表达

5.DNA甲基化抑制基因转录的机理：DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响了蛋白质与DNA的相互作用，抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率。

试说明真核细胞与原核细胞在基因转录，翻译及DNA的空间结构方面存在的主要差异，表现在哪些方面？

①在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，很少存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。

②真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分DNA是裸露的

③高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子

④真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。

⑤在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，这些调节区一般通过改变整个所控制基因5’上游区DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力

在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于启动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制RNA聚合酶与它的结合

⑥真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质，原核生物中不存在这样严格的空间间隔

⑦许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，才能顺利地翻译成蛋白质