现代分子生物学第五版知识点总结，分子生物学总结完整版

分子生物学

第一章绪论

分子生物学的研究内容有哪些方面？

1、结构分子生物学； 2、基因表达调节与调控； 3、DNA重组技术及其应用； 4、结构基因组学、功能基因组学、生物信息学、系统生物学

第二章DNA and Chromosome

1、DNA变性：由于某些理化因素，DNA双链体形成双链体的过程。

2、DNA复性：变性DNA在适当条件下，分离出的两条单链分子按照碱基互补原则恢复天然双螺旋结构的现象。

3、Tm (融链温度) DNA加热变性时，紫外吸收达到最大值一半的温度(即DNA分子内50%的双链结构分解为单链分子的温度) ) ) ) ) ) )的温度)

4、退火：热变性的DNA通过缓慢冷却具有复性，称为退火

5、伪基因：一种与基因组中正常基因非常相似但不能表达的DNA序列。 用表示。

6、C值矛盾或C值悖论： C值大小与生物复杂性和进化地位不一致，称为C值矛盾或C值悖论( C-Value Paradox )。

7、易位：可动因子介导的遗传物质重排现象。

8、转座子)能够在染色体、质粒或噬菌体上移动位置的遗传成分

9、DNA二级结构特征：1) DNA分子由两条相互平行的脱氧核苷酸长链缠绕而成； 2 ) DNA分子中脱氧核苷酸与磷酸交替连接，外排，构成基本骨架，碱基外排； 3 )3) )。

DNA分子表面有大槽和小槽； 4 )两条链之间存在碱基互补，通过氢键连接，且A=T，G C； 5 )螺距为3.4nm，直径为2nm，相邻两个碱基对之间的垂直距离为0.34nm，每圈含10个碱基对； 6 )碱基平面与螺旋纵轴近似垂直，糖环平面近似平行

10、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、编码区两侧的调控序列和编码序列之间的间隔序列。

特征：1)真核基因组结构的巨大哺乳类生物大于2X109bp； 2 )普鲁卡因3 )基因不连续性切割基因、内含子(内含子)、外显子)； 4 )非编码区域多，码序列多(9:1)5)包含较多的重复序列

11、Histon (组蛋白)特征：无极端保守性、组织特异性，氨基酸分布不对称，可修饰作用，富含Lys的H5

12、核小体组成：由组蛋白和200bp DNA组成

13、转座子机制：转座子发生的插入作用具有普遍特点。 那就是受体分子被复制一种叫做靶序列的短DNA，插入的转座子位于两个重复的靶序列之间。

复制转座子(整个转座子被复制、移动和移位只有原始转座子的副本)。

非复制转座子：原始转座子作为可移动实体直接移位。

第三章DNA复制和复制

1、半保留复制： DNA生物合成时，母链DNA裂解为两股单链，分别作为模板，遵循碱基配对法则，与模板合成互补子链。 子细胞的DNA，一条链完全被父母接受，另一条链完全被新合成。 两个子细胞的DNA均与亲本DNA碱基序列一致。 这种复制方式称为半预约复制。

2、复制子：生物体内可独立复制的单位

3、导链：以复制叉移动方向为准，一条模板链方向为3’5’，在子链复制时按5’3’方向连续合成，这一条链称为导链

4、滞后链：另一条模板链方向为5’3’，子链由不连续的5- 3聚合而成，称为滞后链( lagging strand )。

5、冈崎片段：滞后链的合成为一级一级。 DNA复制时，由延迟链形成的子DNA短链称为冈崎片段

6、端粒：真核生物线性染色体末端的一种特殊结构，包含种特异性DNA重复序列。

7、逆转录：以RNA为模板，按RNA中核苷酸顺序合成DNA的过程称为逆转录( reverse transcription，RT )。 这个过程通过逆转录酶的催化进行，也称为逆转录

8、DNA复制的主要特点：半保留复制、双向复制、半不连续复制、忠实性

9、DNA复制的几种方式：

10、DNA polymerases in E. Coli及其主要功能

DNA Pol :din B码

DNA Pol :umc C，umc D代码

两者涉及DNA的错误倾向修复( error-prone repair )。 如果DNA受到较严重的损伤，可以诱导这两种酶的产生，修复缺乏准确性：在复制过程中使模板维持单链状态，保护单链完整性。 其作用是保证溶菌酶解开的单链在复制完成之前保持单链结构。

12、常见真核细胞DNA聚合酶及其功能

13、原核生物DNA复制过程

1 )识别复制起点)合成起始物)用E.coli、DnaA蛋白识别并结合ori，DnaC帮助DnaB蛋白结合ori。 DNA双链体局部打开，加入引物和其他蛋白，形成起始体。

单链的形成：驱动蛋白解开DNA的超螺旋，溶菌酶解开双链，单链结合蛋白SSB与单链状态的模板链结合。

合成引物：前体链的引物由RNA聚合酶合成，滞后链的引物由起始酶合成。 引物提供3’- oh，复制进入延伸阶段

2 )延长复制：按照与模板链碱基配对的原则，在DNA聚合酶的作用下各加入一个脱氧核糖核酸，延长链。

DNA聚合酶即时校正和碱基选择功能，确保复制的忠实性。

由于DNA双链方向相反，DNA聚合酶只能催化核苷酸从5’3’方向合成，前导链的复制方向与解链方向一致，可以连续复制，而另一条模板链沿5’3’方向解开，从属链的复制方向为利用DNA聚合酶I的3’- 5’核酸外切酶活性去除RNA引物。 DNA聚合酶I填补DNA的间隙。 连接酶在两个相邻DNA片段的3’- oh末端和5’- p末端形成3’，5’磷酸二酯键。

3 )复制结束)两个复制叉的汇合点是复制的终点。 两个复印叉向前方移动，在终端区域相遇并停止复印，复印体被解体

14、DNA复制中后续链的合成：后续链开始合成DNA时，需要一段RNA引物、后续链的开始过程起始体。 起始体像机车一样向后链分支的方向发展，诱发在模型上断续生成后续链的引物RNA短链，在DNA聚合酶III的作用下合成DNA。 直到遇到下一个引物或冈崎片段。 用RNaseH分解RNA引物，用DNA聚合酶I填补间隙，再用DNA连接酶连接2个冈崎片段形成大分子DNA。

15、与原核生物相比，真核生物的DNA复制特点： DNA复制发生在细胞周期的s期；

染色体DNA有多个复制起点，是多重复制子；

冈崎片段长度约为100—200 bp。

各复制子在染色体DNA的所有复制完成之前，不能开始新的复制； 在快速生长的原核中，起点可以连续发生复制。 真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。

复制叉的移动速度比原核生物慢

真核生物线状染色体两端有端粒结构，防止染色体之间的末端结合和核酸酶降解。 端粒酶负责新合成链5端RNA引物切除后填补，保持端粒酶的一定长度。

16、若干修复机制：

1 )直接修复2 )错配修复3 )切除修复4 )重组修复5 ) SOS修复

第四章转录

概念：模板链和编码链： DNA双链中按碱基对规则诱导转录生成RNA的单链又称为模板链( template strand )，又称有意义链或Watson链。 相对的另一条链是码链，也称为反义链或Crick链。

启动子： RNA聚合酶开始识别、结合和转录的DNA序列。

终止子(提供转录终止信号的DNA序列。

停止因子( termination factor )帮助RNA聚合酶识别停止信号的辅助因子。

外显子(未编码插入数组，称为内含子； 编码后的数组称为外显子。

断裂基因：许多真核生物基因的核苷酸顺序均不反映在蛋白质一级结构上。 的编码序列通过未编码的插入序列分割成几个段，这样的基因称为切割基因。

RNA编辑： mRNA分子因核苷酸的缺失、插入或置换而发生序列与模板DNA不同变化的现象称为RNA编辑。

RNA聚合酶组成：1)原核生物——2个亚基、1个亚基、1个亚基、1个亚基、1个亚基构成RNA聚合酶的全酶。 2 )真核生物——一般具有8-16个亚基，有2个分子量超过100000的大亚基，同种生物的3种聚合酶倾向于共有小亚基。 也就是说，一些小的亚基是3种或2种聚合酶所共有的。

70识别启动子：在E. coli中，70识别启动子包含两个保守核心序列-10区和-35区：

-10区( TATA box，Pribnow box ) )。

中心位于转录起始位点上游10bp，一致序列( Consensus sequence )为T80A95T45A60A50T96，因此称为-10区。 (右下角的数字表示该碱基在此位置出现的比例。)

功能：与RNA聚合酶紧密结合； 形成开放启动子复合体； RNA聚合酶定向转录

-35区( Sextama box ) )。

中心位于转录起始位点上游35bp，一致序列为T82T84G78A65C54A45。

功能：选择RNA聚合酶识别位点、转录模板； -10区和-35区的距离相当稳定，过小会影响转录活性

转录的基本过程：“开始”、“延伸”和“结束”)。

终止子的两种类型：终止子——不依赖于因子

弱终止子——取决于因子

真核生物中3种RNA聚合酶的存在位点和作用

酶位转录产物对-鹅膏毒蕈碱相对活性的敏感性

RNA聚合酶核rRNA 50-70%不敏感

RNA聚合酶核质hnRNA 20-40%敏感性

约10%的RNA聚合酶核质tRNA具有物种特异性

真核生物mRNA加工

5’capping

3’polyadenylation

样条函数

primaryproduct:hnrna(Intron，exon ) ) ) ) ) ) )。

RNA编辑

修改

原核与真核细胞mRNA的异同

(同)功能相同，通过三联密码翻译生成蛋白质

(1)真核细胞5 )端存在帽子结构； 大多数都有尾巴。2 )原核细胞) mRNA半衰期短； 许多原核生物mRNA可能以多顺反子形式存在； 5 )边上没有帽子结构，3 )边上只有短而多结构

第五章翻译

密码子：在mRNA的开放阅读框架领域中，每三个相邻核苷酸组成一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。

SD序列：在各种mRNA起始AUG的上游约8~13个核苷酸部位，存在由4~9个核苷酸组成的一贯序列，含有丰富的嘌呤碱基，与Shine-Dalgarno序列( S-D序列)和

密码子特征：1.定向( directional )2.连续性( non-punctuated )3.简并性( degeneracy )。

4 .摆动性( wobble )5.通用性( universal )

起始密码子： AUG

终止密码子： UAA、UAG、UGA

tRNA二次构象特征：四叶草型四环和一臂

tRNA的二级结构

——三叶草形，氨基酸臂，DHU环，反密码环，额外环，TC环

三种RNA在蛋白质生物合成中的作用：

mRNA的功能：根据碱基互补配对原则，将DNA携带的遗传信息拷贝输送到核糖体，确定其合成蛋白的氨基酸序列。

RNA功能：参与核蛋白体的组成，是蛋白质生物合成的平台。

tRNA的作用：携带氨基酸：每个氨基酸由特异性tRNA携带，一类氨基酸可以有几个相应的tRNA，氨基酸与trna 3- CCA的位置结合，结合需要ATP供能；

作为“接头人”:每个tRNA的反密码子决定其携带的氨基酸可以准确地指定为mRNA。

蛋白质合成的部位、过程？

核糖体是蛋白质合成的地方。

蛋白质合成过程：翻译的起始核糖体与mRNA结合，与氨基酰-tRNA生成起始复合物的肽链延长核糖体沿mrna 5’端移动至3’端，开始从n端到c端的多肽合成； 肽链终止和释放核糖体从mRNA解离准备新的合成反应。

原核细胞和真核细胞在合成蛋白的开始有什么区别？

翻译的特征：

肽链延长过程

1 .携带(定位/注册) registration :通过mRNA的下一组遗传密码指导，将相应的氨基酰-tRNA定位于核糖体a。 通过舒张因子EF-Ts再生GTP，形成EF-TuGTP复合体并重新参与下一个循环。 需要消耗GTP，需要EF-Tu、EF-Ts两种扩增因子

2 .肽键形成( peptide bond formation ) :转肽酶的肽键形成过程

3 .重排：核糖体向mrna 3’端方向移动一个密码子。 消耗GTP，需要EF-G扩展因子

真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。

另外，真核细胞核蛋白质体中没有e位点，重排时卸载的tRNA直接从p位点脱落。

蛋白质合成后的加工修饰有哪些

翻译后加工

高级结构修饰：

蛋白转运的两种机制：翻译转运( cotranslational transport ) :蛋白质合成和跨膜转运同时进行。

翻译后转运蛋白( posttranslational transport ) :蛋白质由核糖体合成释放到细胞质中。 当它被运送越过膜时

发送的时候，合成过程完成了，所以被称为“翻译后发送”

第六章分子生物学研究法

限制性核酸内切酶： ( RE )是一种能够识别双链DNA分子内部特异性序列并阻断磷酸二酯键的核酸内切酶。

载体是基因工程中携带外源基因进入受体细胞的载体，其本质是DNA复制子。

核酸分子杂交：在DNA复性过程中，只要将不同的DNA单链分子放入同一个溶液中，或者将DNA和RNA放入一起，只要DNA或RNA单链分子之间存在一定的碱基对关系，不同分子之间就存在杂交双链( heteroduplex

southern杂交：一种核酸分子杂交技术，用限制性内切酶切DNA，凝胶电泳后转移到膜上与标记探针杂交。 特异性、敏感性、准确性好。 主要用于检测基因组中的特定基因和序列，也常用于鉴定克隆DNA的特殊序列。

Northern杂交：将电泳分离后的改性RNA吸附在合适的膜上后进行分子杂交的技术。

重组DNA技术常用工具酶：限制性内切酶、DNA聚合酶I、逆转录酶、T4DNA连接酶、碱性磷酸酶、末端转移酶、Taq DNA聚合酶。

重组DNA技术常用载体：载体按功能分类

克隆载体：为扩增插入的外源DNA序列而特意设计的载体称为克隆载体。 质粒、噬菌体、质粒载体、酵母人工染色体、细菌人工染色体、动物病毒DNA改造载体

表达载体：专门设计的能够转录插入的外源DNA序列并翻译成多肽链的载体称为表达载体。 按宿主细胞可分为原核表达载体、真核表达载体。

PCR的反应体系：模板DNA、特异性引物、耐热DNA聚合酶、dNTPs、Mg2。

PCR原理：对目标DNA的5-端和3-端设计一对特异性引物，每对引物的5-端分别加入不同的RE位点，以目标DNA为模板，通过PCR扩增获得具有引物序列的目标DNA

PCR用途：目的基因克隆基因变异DNA和RNA微量分析DNA序列测定基因变异分析

第七章原核基因表达调控

操作员：原核生物中受同一蛋白质控制的转录功能单位之一。 由启动子、操作基因和结构基因合成的四磷酸鸟苷和五磷酸鸟苷。 主要功能是干扰RNA聚合酶与启动子结合特异性，诱发细菌应急反应，帮助细菌在恶劣环境条件下生存。

简述无乳糖、添加乳糖、葡萄糖、乳糖存在时乳糖操作子的工作原理。

1没有乳糖，只有葡萄糖时，不产生利用乳糖的酶。

葡萄糖及cAMP浓度较低时，CAP活性较低，无正调控。

无乳糖、无半乳糖时，阻遏蛋白与操作序列结合，起负调控作用。 、转录受到抑制，因此不产生利用乳糖的酶。

2 .有葡萄糖、有乳糖时，不利用乳糖。

葡萄糖及cAMP浓度较低时，CAP活性较低，无正调控。

有乳糖，有半乳糖，阻遏蛋白不能与操作序列结合，无负调控。 由于缺乏正调控，转录处于低水平，不产生乳糖酶，细菌优先使用葡萄糖。 没有葡萄糖，只有乳糖时，使用乳糖。

3 .无葡萄糖、只有乳糖时，利用乳糖。

无葡萄糖及cAMP浓度高时，CAP活性高，有正向控制。

有乳糖，有半乳糖，阻遏蛋白不能与操作序列结合，无负调控。 转录水平很高，利用乳糖酶大量合成。

乳糖操纵子的组成及作用机制

1、乳糖操纵子组成：大肠杆菌乳糖操纵子包含z、y、a三个结构基因，分别编码半乳糖苷酶、转移酶和半乳糖苷酶的乙酰转移酶，此外还有一个操作序列o、1

2、作用机制：

1 )阻遏蛋白的负性调节：在不存在乳糖的情况下，基因编码的阻遏蛋白与操作序列o结合，乳糖操纵子处于阻遏状态，无法合成降解乳糖的3个酶； 乳糖存在时，乳糖作为诱导物诱导阻遏蛋白变异，不能与操作序列结合，乳糖操纵子被诱导释放合成分解乳糖的3个酶，因此乳糖操纵子的这种调控机制是可诱导的负调控。

2 ) CAP的正性调节)启动子上游有一个CAP结合位点，当大肠杆菌从葡萄糖为碳源的环境转变为乳糖为碳源的环境时，cAMP浓度升高，与CAP结合，CAP发生转化， CAP结合乳糖操纵子启动序列附近CAP结合位点激活RNA聚合酶活性，促进结构基因转录，蛋白质结合操纵子促进结构基因转录

3 )协同调节：乳糖操纵子中基因编码的阻遏蛋白负调控与CAP正调控两种机制相互协调、相互制约。

色氨酸控制机制：

大肠杆菌色氨酸操纵子的转录受抑制机制和弱化机制两种机制的调控，前者通过抑制蛋白和操作基因的作用调控转录的开始，后者通过前导序列形成特殊的空间结构调控转录开始后是否继续进行。

)色氨酸操纵子可阻遏系统：在阻遏系统中，负调控的调节基因产物为非活性阻遏蛋白，色氨酸为辅助阻遏物； 色氨酸不足时，阻遏蛋白呈惰性，无法与操纵基因结合，色氨酸操纵子不能转录； 当色氨酸充足时，阻遏蛋白与其结合并被激活，从而与操纵基因结合，但由于色氨酸操纵子的操纵基因位于启动基因内，活性阻遏物的结合拒绝RNA聚合酶的结合，抑制结构基因的表达

削弱分工原理及其生物学意义

原理：在原核生物中，转录偶连进行翻译。 前导区转录继前导mRNA翻译后；

前体肽mRNA含有两个连续的Trp密码子，其翻译对携带色氨酸的tRNA浓度敏感。 当细胞中Trp浓度较低时，核糖体在此暂停； 核糖体的暂停会改变mRNA的二级结构，4区转录完成时核糖体才进展到1区，前导区结构为23对，不形成内源终止子结构，转录继续。 细胞中Trp浓度高时，核糖体立即通过2个连续的Trp密码子，在4区转录前到达2区，形成3~4对，形成内源终止子结构，转录终止。

生物学意义：氨基酸合成中的反馈抑制。 经济原则。

细菌利用抑制和弱化双重机制感受细胞内外Trp的变化，精确调控Trp的合成。 反应敏锐。

单独弱化作用效率高，其他氨基酸操作员如His、Leu无抑制蛋白，均受弱化作用调节。 效率高。

提供了一条不依赖调节蛋白而只依赖RNA结构的基因表达调控途径。

科学上，培养基中营养不足、蛋白质合成停止后，RNA合成也有停止的趋势，这一现象被称为严格控制； 相反的情况叫做松控。

魔斑的主要作用：

(1) ppGpp—四磷酸鸟苷(魔斑I magic spot I ) ) ) ) ) ) ) ) ) ppGpp—四磷酸鸟苷

几种控制反应的效果，主要功能如下。

抑制rRNA基因启动子和RNA聚合酶结合特异性；

抑制大多数或大多数基因转录的延长。

)2) PPP (五磷酸鸟苷(魔斑II magic spot II ) ) ) ) ) ) ) ) ) )。

细胞缺乏氨基酸会产生ppGpp，可在较大范围内发生紧急反应，包括抑制核糖体和其他大分子的合成、激活某些氨基酸操作子的转录表达、抑制与氨基酸作用无关的转运系统、激活蛋白质水解酶等。

与o序列结合： Lac抑制蛋白

与p序列结合： RNA聚合酶

与CAP结合：环单磷酸腺苷

与CAP站点的结合： CAP-cAMP

第八章真核基因表达调控

基因表达：基因转录到RNA并翻译成蛋白质的过程称为基因表达。 对rRNA、tRNA基因来说，其表达是基因的转录。

管家基因：其表达产物是细胞生命活动持续、必不可少的。 如tRNA、rRNA基因、催化能量代谢的各种酶系统、三羧酸循环中的各种酶系统等。

沉默子)某些基因含有负调节元件——沉默子，与特异性蛋白因子结合会干扰基因转录。

顺式作用元件：一种影响自身基因表达活性的非编码DNA序列，包括启动子、增强子和沉默子。 它们与特定的基因连锁，因此被称为顺式作用元件。

反式作用因子是指直接或间接与顺式作用元件结合并参与转录调控的蛋白质。 它们在变压器上激活或抑制其他基因的转录，称为变压器作用因子。

micro RNA :一类由内源基因编码的长约22个核苷酸，非编码单链RNA分子，在动植物中参与转录后基因的表达调控。 大多数miRNA基因以单拷贝、多拷贝或簇的形式存在于基因组中。

信号肽：起始密码子后是编码疏水性氨基酸序列的RNA区。 这种氨基酸序列称为信号肽序列，起到在具有不同膜结构的细胞内细胞器中诱导蛋白质的作用。

RNA聚合酶基础转录所需蛋白质因子： P304

DNA结合域(反式作用因子中的DNA结合域) DB )每个DNA结合域都有与DNA序列相互作用的基因序列( motif )，许多基因序列含有插入DNA大沟的片段，可以识别大沟的碱基序列

常见的有螺旋-角螺旋、锌指结构、亮氨酸拉链、螺旋-环螺旋、同源异形结构域。

DNA甲基化作用： DNA甲基化停止某些基因的活性，去甲基化诱导基因重新激活和表达。 DNA甲基化可引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性以及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，调控基因表达。 研究证实，CpG核苷酸中胞嘧啶甲基化可引起人体1/3以上碱基转化的遗传病。

DNA甲基化抑制基因转录的机制：改变DNA甲基化区域的DNA构象，影响蛋白质与DNA的相互作用，抑制转录因子与起始区DNA的结合效率。

原核生物和真核生物的基因表达在什么水平上的调控最重要？

转录水平控制

原核生物由操纵子控制。 真核生物每个基因都有自己的基本启动子和调节元件，可以单独转录，但相关基因之间也存在协同调节

基因表达调控的生物学意义是什么？

适应维持个体生长、发育、分化的环境。