分子生物学总结

分子生物学总结

1.分子生物学的三大原则

根据“序列假说”、“中心法则”这两个基本原则，分子生物学作为所有生命物质的共性学科遵循“三大原则：

其一，构成生物大分子的单体是相同的。在动物、植物、微生物3大系统的所有生物物种间都具有共同的核酸语言，即构成核酸大分子的单体均是A、T(U)、C、G。所有生物物种间都具有共同的蛋白质语言，即构成蛋白质大分子的单体均是20种基本氨基酸。

其二，生物大分子单体的排列决定了不同生物性状的差异和个性特征。

其三，所有遗传信息表达的中心法是相同的。

2.简述Morgan基因论

经典基因概念：即基因是孤立的排列在染色体上的实体，是具有特定功能的，能独立发生突变和遗传交换的，“三位一体”的、最小的遗传单位。

3.简述“顺反子假说”的主要内容

顺反子理论认为：基因（即顺反子）是染色体上的一个区段，在一个顺反子内有若干个交换单位，最小的交换单位被称为交换子。在一个顺反子中有若干个突变单位，最小的突变单位被称为突变子。在一个顺反子结构区域内，若果发生突变就会导致功能丧失，所以顺反子即基因只是一个具有特定功能的、完整的、不可分割的最小的遗传单位。

4.名词解释：等位基因、全同等位基因、非全同等位基因

等位基因（allele）：同一座位存在的两个不同状态的基因

全同等位基因（homoallele）：在同一基因座位(locus)中，同一突变位点（site）向不同方向

发生突变所形成的等位基因

非全同等位基因（heteroallele）：在同一基因座位（locus）中，不同突变位点（site）发生突

变所形成的等位基因

5.简述DNA作为遗传物质的优点(自然选择的优势)

DNA作为主要的遗传物质的优点在于：

1）储存遗传信息量大，在1kb DNA序列中，就可能编码出41000种遗传信息

2）以A / T, C / G 互补配对形成的双螺旋，结构稳定，利于复制，便于转录，可以突变以求不断进化，方便修复以求遗传稳定；

3）核糖的2’ – OH 脱氧，使其在水中的稳定性高于RNA，DNA中有T无U，消除了C突变为U带来进化中的负担和潜在危险。

6.DNA双螺旋结构的特点及影响其稳定的因素：

一）DNA双螺旋结构的特点：

1）两条反向平行的多核苷酸链，围绕同一中心轴构成双螺旋结构，直径2.0nm，碱基之间的距离为0.34nm，相邻碱基之间的夹角为36°，每10个核苷酸旋转一周，螺距为3.4nm。

2）两股单链的糖-磷酸骨架均居于外侧，碱基垂直于中心轴，伸入螺旋内侧，每一碱基均与对应链上的碱基共处同一平面形成配对，以氢键维系。

3）各个碱基平面形成固定的配对，及A对T，C对G；其中，A与T之间形成两个氢键，C 与G间形成三键氢键。

4）氢键是维持双螺旋结构的横向稳定，纵向稳定性依靠碱基平面间的堆积力。

5）DNA两条链形成右手螺旋，螺旋分子存在大沟和小沟，碱基顶部的极性基团裸露在DNA 大沟内，存在较多能与蛋白质因子形成特异结合的氢键的供体与受体，加之大沟空间大，能提供蛋白质因子沿大沟与DNA形成专一性结合的概率与多样性远高于小沟，因而大沟往往是基因表达调控的重要位点。

二）影响双螺旋结构稳定性的因素

1）氢键(Hydrogen bond 4~6 kc / mol)

①氢键从本质上讲是一种静电力，是作用力很小的次级弱键，因此加热便可使DNA双链解链。

②DNA分子是由成千上万的碱基对堆积而成的实体，许多弱氢键按一定方向，呈线性地连续排列和堆积形成巨大的集合能，成为促使DNA趋于稳定的主要因素。

2）磷酸酯键 (phosphodiester bond 80~90 kc / mol)

①破除磷酸酯键作用力，需酶促解链

②强作用力的磷酸酯键是连接核苷酸形成DNA双螺旋骨架的重要作用力，也是稳定DNA螺旋体的主要因素。

3）0.2 mol / L Na+ 生理盐条件 ---消除DNA单链上磷酸基团间的静电斥力

4）碱基堆积力 (非特异性结合力)

①在同一条核苷酸链中，相邻碱基间的疏水作用力和范德华作用力，统称为碱基堆积力，也称为非特异性结合力。

②位于DNA螺旋体内部的碱基具有疏水性极强的的芳香环，难与水分子形成氢键，相邻碱基依靠疏水作用力相互连接，但DNA分子中的亲水基团核糖与磷酸使水分子中的氢键网络破坏，进而形成新的氢键网络，这也意味着熵值的降低，DNA螺旋中碱基有序的堆积使以氢键连接方式围绕水分子降低到最低限度，从而维持了DNA稳定性。

5）碱基间的挤压、抵御使其内能增加, 碱基间有序排列的状态破坏（氢键作用力被减弱）。一切减弱氢键作用力的因素都会导致DNA双螺旋结构的不稳定。

7.简述影响Tm值的因素

Tm（melting temperature）:溶解温度，双链DNA溶解彻底变成单链DNA的温度范围的中点温度。

影响Tm值的因素：

1）DNA分子的碱基组成在A、T、C、G随机分布的情况下，（G+C）含量愈高的DNA 分子，Tm值愈大。

2）DNA分子的碱基排列在（G+C）含量相同的DNA分子，A/T碱基对集中分布，形成变形的跳跃中心，其变性速度快，Tm值较小。

3）DNA片段的大小

①大片段DNA分子间比较，片段长短对Tm值的影响较小

②短于1000个碱基对的DNA分子间比较，片段较短的Tm值较小

4）变性剂的影响在含有尿素，酰胺等变性液中，变性剂与碱基间形成氢键，改变碱基对间的氢键，Tm值可降至40℃左右

5）盐浓度的影响在含有钠盐的变性溶液中，Na+在磷酸基团周围形成的电子云对静电斥力产生屏蔽作用，静电斥力减弱，使DNA双螺旋结构的稳定性增加，因此Tm值增大6）极端pH条件的影响

①当反应缓冲液pH为2-3的强酸性时，碱基会发生广泛质子化（NH2 → NH2+ ）

②当反应缓冲液pH为12的强碱性时，碱基中的酮基会转变为烯醇基从而改变氢键的形成与结合力

一切减弱氢键、碱基堆积力的因素均将使Tm 值降低

8.影响DNA复性过程的因素

1）Na+浓度

将复性反应液的Na+浓度控制在0.18-0.2mol/L ，可以消除poly-dNt 间的静电斥力，从而保证互补的核苷酸链在热运动过程中碰撞配对。

2）温度

①复性过程中核苷酸链的随机碰撞，会产生较短序列间的局部配对，对DNA复性而言，在60℃-65℃的反应温度下可消除错误配对，重新开始新的配对

②已变性的单链DNA分子也会因逐渐降温，在回文序列间形成部分二级结构，因此需要足够高的温度加以消除，以降低该结构对复性过程的碰撞配对的干扰。

③另外，一定的温度也可促进单链DNA分子的热运动过程。

3）长度

单链DNA分子愈长，分子扩散愈慢，而且易形成折叠，单链DNA分子愈短，分子扩散较快，有利于分子间的碰撞

4）浓度

复性开始时互补单链DNA的浓度愈高，在碰撞运动中与另一条互补单链发生碰撞的概率愈大，复性的速度也就愈快

5）核苷酸排列的复杂性

核苷酸随机排列的单链DNA分子必须与互补单链发生准确配对，形成“复性中心”后才能产生复性的“拉链效应”。当核苷酸重复较多排列时，可形成多种不对称错位配对。因此，核苷酸序列重复排列的DNA分子较随机排列的复性速度更快。

9.列举核酸分子二级结构的类型及对应功能

1）线性（linear type，L型）及环形（circle type，C型）：DNA双螺旋分子常见形态

2）分支型（breach type，B型）：该形态往往出现在具有回文对称的序列区域

3）叉型（Y型）：DNA复制叉的主要形态

4）置换型（displacement type，D型）：出现在线粒体DNA按置换方式进行复制时的形态5）发夹型（hairpin type，H型）：某种线状DNA病毒的分子形态

6）扭结型（knot type，K型）及环突型（roop type，R型）主要出现在小片段DNA发生倒位的区段

10.简述三股螺旋、四股螺旋的结构特点及生理学意义

1）三股螺旋的结构特点：

①位于三螺旋中间的核苷酸链必定是嘌呤链，包括类型：嘌呤型（嘌呤-嘌呤-嘧啶）、嘧啶型（嘧啶-嘌呤-嘧啶）

②主体双螺旋中碱基按Watson-Crick氢键方式连接，第三条链上的核苷酸与主体链通过Hoogsteen氢键连接

③第三条链至少有8个以上的碱基

④如果有C，必须是在酸性条件下发生质子化后才能形成C+-G/C的三碱基基本结构单元，并且各碱基间均以二氢键方式连接

2）三股螺旋结构生理学意义：

①在真核生物基因中约有1%左右的序列为大于100个碱基对的镜像重复序列，它们不仅是基因表达的调控区，也是形成三股螺旋结构的潜在序列

②出现三股螺旋结构的序列，能阻止调节蛋白质的结构，从而关闭基因的表达

③利用导入合成的第三条核酸链，可以达到定向关闭基因的表达，实施基因治疗或定向诱变的目的

④研究证明平行三股螺旋DNA是由RecA酶作用，并与交换有关的一种核酸的局部结构，因此导入第三条核酸链，作为分子刀，实施DNA的定向切割

3）四股螺旋的结构特点：

①富含G的单链末端在体内超螺旋应力的作用下，以Hoogsteen氢键连接，形成G-C碱基对

②核酸分子按同一寡聚单分子折叠方式形成四分子的平行螺旋结构、单分子折叠反平行四螺旋结构、单链发夹结构二聚体的双分子反平行螺旋结构

4）四股螺旋结构生理学意义：

这种四股螺旋结构的出现，起到稳定染色体结构，避免线状染色体DNA在复制过程中出现的5’端短缩现象的重要生物学意义。