分子生物学终极复习520文档格式.docx
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基因的表达调控
c:
生物大分子的结构和功能研究(结构分子生物学)
d:
基因组、功能基因组与生物信息学研究
【名词解释】:
1、同功tRNA:
多个tRNA携带一种氨基酸,这些tRNA称为同功tRNA。
2、iRNA:
即起始RNA,DNA合成的引物
3、核酶:
泛指一类具有催化功能的RNA分子,一般指无需蛋白质参与或不与蛋白质结合就具有催化功能的RNA分子,I类内含子和II类内含子属于核酶。
意义:
核酶的发现,对中心法则作了重要补充;
核酶的发现是对传统酶学的挑战;
利用核酶的结构设计合成人工核酶。
4、端粒酶:
是一种自身携带模板RNA的逆转录酶,催化端粒DNA的合成,能够在缺少DNA模板的情况下延伸端粒内3’端的寡聚核苷酸片段,包含两个活性位点,即逆转录酶活性和核酸内切酶活性。
5、反义核酸:
是根据碱基互补原理,用人工合成或生物体自身合成的特定互补的DNA或RNA片段(或其化学修饰的衍生物),能够与目的序列结合,通过空间位阻效应或诱导RNase活性,在复制、转录、剪接、mRNA转运及翻译等水平,抑制或封闭目的基因的表达。
6、蛋白质组:
指由一个基因组(genOME),或一个细胞、组织表达的所有蛋白质(PROTein)。
第二章核酸的结构与功能
1、核酸是以核苷酸为基本结构单位,通过3′,5′-磷酸二酯键形成的链状多聚体。
核苷酸由含氮碱基、戊糖、磷酸构成。
核苷酸进一步分解成核苷和磷酸。
核苷再进一步分解生成碱基和戊糖。
核酸中的戊糖有两类:
D-核糖和D-2′-脱氧核糖。
核酸根据所含戊糖的种类的不同而分为RNA和DNA。
RNA中含有某些修饰和异构化的核苷。
核糖能被甲基化修饰。
P9
2、Watson-Crick右手双螺旋结构模型的特征:
1)主链:
脱氧核糖和磷酸通过3’,5’磷酸二酯键交互连接,成为螺旋链的骨架(backbone)。
两条链方向以反向平行的方式组成右手双螺旋。
2)碱基对:
只有A和T配对,G和C配对才能满足正常螺旋(直径20Å
)的要求和chargaff的当量规律。
3)氢键:
配对碱基之间能够形成氢键,而同一条链中的相邻碱基形成一种碱基堆积力。
两种力量的协同作用维持了双螺旋结构的稳定性。
4)螺旋参数:
由脱氧核糖和磷酸间隔相连而成的亲水骨架在螺旋分子的外侧,而疏水的碱基对则在螺旋分子内部,碱基平面与螺旋轴垂直,两个相邻碱基对之间相距0.34nm(碱基叠堆距离),两个相邻碱基对之间绕螺旋轴旋转的夹角为36°
,双螺旋链中,绕轴旋转一周的螺距为3.4nm,旋转一周包括10个核苷酸,双螺旋的平均直径为2nm。
5)大沟和小沟:
对于遗传上有重要功能的蛋白质识别DNA双螺旋结构上的特定信息是非常重要的。
bHLH转录因子对DNA大沟的识别。
在细胞生理状态内,稳定双螺旋结构的因素有:
①碱基之间形成的氢键;
②碱基堆积力;
③正负电荷的作用。
3、影响双螺旋结构稳定性的因素
*维持稳定性的因素
①氢键(Hydrogenbond4~6kcal/mol):
弱键,可加热解链;
氢键堆积,有序排列(线性,方向);
②磷酸酯键(phosphoesterbond80~90kcal/mol):
强键,需酶促解链;
③0.2mol/LNa+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):
范德华力(Vandewaalsforce)(1.7A°
/嘌呤环与嘧啶环作用半径);
⑤疏水作用力(磷酸骨架,氨基,酮基周围水分子间的有序排列):
不溶于水的非极性分子在水中相互联合,成串结合的趋势力。
*不稳定因素
①磷酸基团间的静电斥力;
②碱基内能增加(温度),使氢键因碱基排列有序状态的破坏而减弱。
4、染色质的类型分为两种类型:
常染色质和异染色质。
常染色质处于伸展状态,碱性染料着色浅而均匀;
异染色质处于凝集状态,碱性染料着色较深。
5、染色质蛋白质分为两类:
组蛋白和非组蛋白。
核心组蛋白,包括H2A、H2B、H3、H4和H1组蛋白。
6、组蛋白的特性:
(1)、进化上极端保守;
(2)、有组织特异性;
(3)、肽链上的氨基酸分布不对称;
(4)、组蛋白有被修饰的现象;
(5)、富含Lys的组蛋白H5
7、核小体:
用于包装染色质的结构单位,是由DNA链缠绕一个组蛋白核构成的。
先由四种组蛋白H2A、H2B、H3、H4构成八聚体,(每一种组蛋白都有2个)作为核小体的核心颗粒,再由DNA缠绕在表面形成。
8、染色质的高级结构:
1)染色质的一级结构——核小体
2)染色质的二级结构——螺线体
3)染色质的三级结构——超螺线体
4)染色质的四级结构——染色单体
9.真核生物的染色体及其组装
在间期的细胞核内,染色体主要以染色质的形式存在。
染色质是一种可被碱性染料着色的非定形物,它以DNA作为骨架与组蛋白和非组蛋白及少量的各种RNA等共同组成丝状结构复合物。
染色质分为常染色质和异染色质,前者在细胞间期核内染色体折叠压缩程度较低,处于伸展状态,碱性染料着色浅而均匀;
后者在细胞间期核内染色质压缩程度较高,处于凝集状态,碱性染料着色较深,在着丝粒,端粒,次缢痕以及染色体的某些节段,由较短和高度重复的DNA序列组成永久性异染色质。
DNA包装成染色体需要经过三级压缩,其具体过程是:
①首先组蛋白组成盘装八聚体,DNA缠绕其上,成为核小体颗粒,两个颗粒之间经过DNA连接,形成外径10nm的纤维状串珠,称为核小体串珠纤维,是为染色体一级结构。
②核小体串珠纤维在酶的作用下形成每圈6个核小体,外径30nm的螺旋结构。
是为染色体二级结构③螺旋结构再次螺旋化,形成超螺旋结构,此为3级结构④超螺线管(或者说微带),形成绊环,即线性的螺线管形成的放射状环。
绊环再非组蛋白上缠绕即形成了显微镜下可见的染色体结构。
6、主要的RNA种类有rRNA(核糖体RNA)、mRNA(信使RNA)、tRNA(转移RNA)、HnRNA(核不均一RNA)、SnRNA(核内小RNA)、SnoRNA(核仁小分子RNA)、ScRNA(细胞质RNA)等。
10、RNA的功能:
①作为细胞内蛋白质合成中核蛋白复合物的结构组分,参与蛋白质的生物合成;
②具有生物催化剂功能,作用于初始产物的剪接加工;
③参与基因表达的调控;
④与生物体的进化有关。
11、原核生物mRNA的结构特点:
①具有多顺反子结构;
②5′端无帽子结构,3′端一般无多聚A(PolyA)的尾巴;
③一般没有修饰碱基。
12、每种顺反子是一个特异的翻译区。
13、真核生物mRNA结构的特点:
①5′末端有帽子结构。
②3′端多数带有多聚A(PolyA)的尾巴
③分子中可能有修饰碱基,主要是甲基化
④分子中有编码区与非编码区。
14、tRNA的结构与功能
1)tRNA是分子最小,但含有稀有碱基最多的RNA,其稀有碱基的含量可多达20%。
多为甲基化。
2)tRNA是保守性最强的RNA。
3)tRNA是单链核酸,含73~93个核苷酸,但其分子中的某些局部也可形成双螺旋结构。
4)5′端总是磷酸化,且常是pG。
5)3′端为CCA-OH。
6)二级结构为三叶草形,三级结构为倒L型。
15、rRNA的结构与功能
①rRNA是细胞中含量最多的RNA,占总量的80%。
rRNA与蛋白质一起构成核蛋白体,作为蛋白质生物合成的场所。
②在原核生物中,rRNA有三种:
5S,16S,23S。
其中,16S的rRNA参与构成核蛋白体的小亚基,而5S和23S的rRNA参与构成核蛋白体大亚基。
③在真核生物中,rRNA有四种:
5S,5.8S,18S,28S。
其中,18S的rRNA参与构成核蛋白体小亚基,其余的rRNA参与构成核蛋白体大亚基。
16、反义RNA的定义:
碱基序列正好与有意义mRNA互补的RNA,又称为调节RNA。
作用机制:
可与mRNA配对结合形成双链,最终抑制mRNA作为模板进行翻译。
【核酸的变性、复性和分子杂交】
17、DNA的变性:
在理化因素作用下,DNA双螺旋的两条互补链松散而分开成为单链,从而导致DNA的理化性质及生物学性质发生改变,这种现象称为DNA的变性。
紫外吸收光谱变化是检测DNA最简单的定性和定量方法。
可用紫外吸收值的改变描述DNA结构的动态变化,用紫外吸收值的大小测定DNA的含量。
P29
18、引起DNA变性的因素主要有:
①高温,②强酸强碱,极端PH值。
③有机溶剂、尿素和酰胺等。
19、DNA变性后性质的改变:
①增色效应:
对260nm紫外光的光吸收度增加的现象;
②旋光性下降;
③粘度降低;
④生物学功能丧失或改变。
20、DNA的变性温度Tm:
加热DNA溶液,使其对260nm紫外光的吸收度突然增加,达到其最大值一半时的温度,就是DNA的变性温度。
或DNA双螺旋结构失去一半时的温度。
21、变性温度的影响因素:
(1)DNA的均一性;
(2)G-C碱基对含量;
(3)介质中离子强度。
22、将变性DNA经退火处理,使其重新形成双螺旋结构的过程,称为DNA的复性。
退火:
将热变性后的DNA溶液缓慢冷却,在低于变性温度约25~30℃的条件下保温一段时间
23、影响复性速度的因素有:
(1)DNA的大小。
DNA片段小的比大的容易复性。
(2)离子强度
(3)DNA浓度。
DNA浓度越大,两条互补链彼此相遇的可能性越大,复性速度也越快。
(4)温度的影响
(5)阳离子浓度
24、核酸的分子杂交:
两条来源不同的单链核酸(DNA或RNA),只要它们有大致相同的互补碱基顺序,经退火处理即可复性,形成新的杂种双螺旋,这一现象称为核酸的分子杂交。
核酸杂交可以是DNA-DNA,也可以是DNA-RNA杂交。
不同来源的,具有大致相同互补碱基顺序的核酸片段称为同源顺序。
常用的核酸分子杂交技术有:
原位杂交、斑点杂交、Southern杂交、Northern杂交、Wester印迹法等
25、通常用水饱和酚提取RNA,用萃取饱和酚提取DNA。
1、探针:
将已知顺序的核酸片段用放射性同位素或生物素进行标记。
这种带有一定标记的已知顺序的核酸片段称为探针。
2、DNA的变性:
3、复性:
将变性DNA经退火处理,使其重新形成双螺旋结构的过程,称为DNA的复性。
4、核酸的分子杂交:
5、反向重复序列又叫回文序列,指在双链DNA序列中按确定的方向(如5’→3’)阅读双链中每条单链的序列都相同的DNA结构。
6、双链DNA中含有的二个结构相同、方向相反的序列称为反向重复序列,也称为回文结构,每条单链以任一方向阅读时都与另一条链以相同方向阅读时的序列是一致的,例如5'
GGTACC3'
3'
CCATGG5'
。
7、Tm:
通常把加热变性DNA使增色效应达到最大增量一半时的的温度称为该DNA的熔点或熔解温度,用Tm表示。
第三章基因与基因组的结构和功能
1、基因的定义:
基因是原核、真核生物以及病毒的DNA和RNA分子中具有遗传效应的核苷酸序列,是遗传的基本单位、突变单位、重组单位及控制性状的功能单位。
2、一个顺反子就是一段核苷酸序列,能编码一条完整的多肽链。
3、基因在结构上还可以划分为若干个小单位。
①突变单位(突变子)发生突变的最小单位。
最小的突变子是一个bp。
②重组单位(重组子)可交换的最小单位。
最小的重组单位也可以只是一个bp。
③功能单位(顺反子,又叫作用子)基因中指导一条多肽链的合成DNA序列,平均大小约为500-1500bp。
4、基因的功能类别:
①蛋白质基因------------a、结构基因,编码酶和结构蛋白的基因;
b、调节基因,调节控制结构基因表达的基因。
②RNA基因--------------其最终产物是tRNA和rRNA。
③不转录基因------------a、启动基因,转录是RNA聚合酶与DNA结合的部位;
b、操纵基因,操纵结构基因的基因。
5、原核、真核生物基因的结构特点比较:
原核生物
真核生物
1.功能相关基因高度集中,多顺反子形式存在;
2.编码蛋白质的基因通常以单拷贝的形式存在;
3.RNA基因常是多拷贝的;
4.细菌中的结构基因没有居间序列,故它们的基因是连续的;
5.细菌中DNA大部分是用于编码蛋白质(90%),只有很少不编码的DNA序列(10%);
6.细菌的结构基因重复序列少;
7.单个染色体呈环状,染色体DNA不和蛋白质固定地结合。
1.单顺反子形式存在。
2.含大量重复序列。
3.基因为断裂基因:
基因不连续性,基因内部有间隔区(内含子)。
4.功能相关的基因串联在一起形成基因家族(来源相同,结构相似,功能相关的基因)
5.非编码序列占90%以上,编码序列10%。
6.染色体呈线状,染色体DNA和蛋白质固定地结合。
6、基因的几种特殊形式:
①重复基因:
指在基因组中有多份拷贝的基因,往往是生命活动中最基本、最重要的基因。
②重叠基因:
指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列,或是指一段DNA序列为两个或两个以上基因的组成部分。
③断裂基因:
指基因的编码序列在DNA分子上是不连续排列的,而是被不编码的序列所隔开。
④跳跃基因:
指可在DNA分子间进行转移的DNA片段。
也称为转座遗传因子,转座元件或转座基因,可动基因。
⑤复等位基因:
一个座位上的基因,因突变而产生两种以上的等位基因,他们都影响同一性状的状态和性质,这个座位上的一系列等位基因总称为复等位基因。
举例:
人类的ABO血型系统。
⑥假基因:
假基因指与正常功能基因顺序基本相同却不具有控制蛋白质合成的功能的基因。
7、基因组(genome)指生物体或细胞中,一套完整单倍体的遗传物质的总和;
或指原核生物染色体、质粒、真核生物的单倍染色体组、细胞器以及病毒中,所含有的一整套基因,包括构成基因和基因之间区域的所有DNA.
8、基因和基因组的大小由内含子的大小和数目决定。
9、基因组DNA的C值定理:
将真核生物单倍体基因组所包含的全部DNA含量称为该物种的的C值
10、基因组DNA的C值悖理:
C值悖理是指真核生物中DNA含量的反常现象。
具体表现为:
①C值不随生物的进化程度和复杂性而增加;
②关系密切的生物C值相差很大;
③真核细胞DNA的含量远远大于编码蛋白等物质所需的量。
11、真核生物中外显子和内含子的关系:
真核生物中的不连续基因无论表达或不表达其序列一般是保持不变的,但这些不连续基因中的外显子和内含子的数目、位置及长度却是可以变的。
12、完整的基因结构包括:
前导区、尾部区、内含子和外显子
前导区:
位于编码区的前面,相当于mRNA起始密码5’端的序列;
尾部区:
位于编码区之后,指mRNA3’端终止密码子后面的非翻译序列;
13、细菌基因组和真核生物基因组的特点比较:
细菌基因组的特点
真核生物基因组的特点
①基因组通常由一条环形或线形双链DNA分子组成;
②只有一个复制起点;
③有操纵子结构;
④编码蛋白质的基因为单拷贝,但rRNA基因一般是多拷贝;
⑤非编码DNA所占比例很少;
⑥基因组DNA具有多种调控区,如:
复制起始区、复制终止区、转录启动子、转录终止区。
⑦与真核基因组类似,也有可移动的DNA序列;
⑧具有编码同工酶的基因;
⑨重复序列较少。
①基因组的相对分子质量较大;
②每个细胞有多条呈线状的染色体,每条染色体DNA都含有多个复制起点;
③细胞核DNA与蛋白质稳定结合,形成染色质的复杂高级结构。
染色质除了含有DNA和组蛋白外,还有大量的非组蛋白;
④真核细胞被核膜分隔成细胞核和细胞质,在基因表达中转录和翻译在时间和空间上被分隔,不偶联;
⑤真核细胞基因组DNA中有大量的重复序列,单位长度不一,重复程度也不一样;
⑥真核生物的蛋白质基因以单拷贝形式存在,转录产物为单顺反子mRNA;
⑦绝大多数真核生物基因都含有内含子,基因的编码区是不连续排列;
⑧真核生物基因组中存在着可移动的DNA序列。
14、真核生物的基因家族和基因簇(Genecluster、Genefamily)
(1)基因家族(Genefamily):
真核生物的基因组中许多来源相同,结构相似、功能相关的一组基因
目前可分为三类:
1)简单多基因家族(5SrRNA基因家族);
2)复杂多基因家族(各个成员并不都是相同的a、五个组蛋白基因(果蝇、海胆等的);
b、rRNA、tRNA基因家族往往以串联重复基因簇的形式出现);
3)由发育阶段控制的多基因家族(人类珠蛋白的基因家族)
(2)基因簇(genecluster):
基因家族的各成员紧密成簇,排列成大段的串联重复单位,定位于染色体的特殊区域
a、组蛋白基因家族(Histonegenefamily)
组织方式因不同生物而异:
基因次序、转录方向、间隔区的长短、重复频率
组蛋白基因表达特点:
①没有内元②没有多聚A尾巴b、rRNA基因家族(rDNAgenefamily)c、tRNA基因d、5SrRNA基因
1、内含子(intron):
断裂基因中,转录但通过将两端的序列(外显子)剪接在一起而被去除的转录产物所对应的DNA片段。
2、外显子(exon):
断裂基因中,在成熟mRNA产物中存在的任何片段。
3、顺反子(cistron):
指由编码一种蛋白质的DNA单位组成或者编码单条多肽链的一个遗传功能单位,即转录单位。
4、C值:
真核生物单倍体基因组所包含的全部DNA含量,称为C-值,每种生物的单倍体,基因组的DNA总量总是恒定的。
5、C值矛盾:
指真核生物中DNA含量的反常现象。
第四章DNA的复制
1、DNA的复制:
亲代双链DNA分子在DNA聚合酶的作用下,分别以各单链DNA分子为模板,聚合与自身碱基可以互补配对的游离的dNTP,合成出两条与亲代DNA分子完全相同的子代DNA分子的过程。
2、复制子:
基因组内能独立进行复制的单位称为复制子或复制单位。
真核生物染色体上有多个复制起始位点,因此是多复制子的。
3、半保留复制:
复制过程中各以双螺旋DNA的其中一条链为模板合成其互补链,新生的互补链与母链构成子代DNA分子
4、DNA的复制方向:
相向、单向、双向对称复制。
5、复制方式:
θ形复制、滚环式复制、D-环式复制。
6、DNA聚合酶的反应特点:
①以4种dNTP作为底物;
②反应需要模板指导;
③新链的延伸需要有引物3’-OH存在;
④链延伸方向为5’——3’;
⑤产物DNA的极性与模板相对。
7、DNA连接酶在复制、DNA修复、重组、剪接中均起缝合缺口作用,是重要的工具酶之一。
8、单链DNA结合蛋白(SSB)的作用:
SSB与解开的DNA单链紧密结合,防止重新形成双链,并免受核酸酶降解。
在复制中维持模板处于单链状态。
9、引发体:
参与引物合成的蛋白质复合体称为引物体。
10、原核生物DNA复制的简单过程:
*转录激活
*DnaA识别并结合复制起点,DnaB-DnaC六聚体与oriC形成预引发体
*DnaG加入形成引发体(oriC引发体),合成引物RNA
*引物合成后,DNApol组装到引发的RNA上,完成复制体的组装
DnaA有助于DnaB与复制原点结合;
DnaC是DnaB的辅助蛋白,起分子伴侣的作用,辅助DnaB一起形成DnaB-DnaC六聚体
11、真核生物DNA复制的特点:
①真核生物染色体有多个复制起点,称为自主复制序列(ARS)或复制基因(replicator);
多复制眼,呈双向复制,多复制子。
②冈崎片段长约200bp。
③真核生物DNA复制速度比原核慢(仅为原核生物的1/20~1/50)。
④真核生物染色体在全部复制完之前起点不再重新开始复制;
而在快速生长的原核生物染色体DNA复制中,起点可以连续发动复制。
真核生物快速生长时,往往采用更多的复制起点。
⑤真核生物有多种DNA聚合酶,DNA聚合酶Ⅲ(δ)是真正的复制酶
⑥真核生物线性染色体两端有端粒结构,它是由许多成串的重短复序列组成,端粒功能是稳定染色体末段结构。
⑦RPA:
真核生物的单链结合蛋白;
RNaseH1和MF-1切除RNA引物,DNA聚合酶ε填补缺口。
12、真核生物复制概况:
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