中山大学分子生物学_复习总结
1. 原核基因组与真核基因组（prokaryotic genomes and eukaryotic genomes）
大小（size）：原核生物的一般都比较小，且变化范围也不大（最大/最小约为20）。
真核生物的一般要比原核生物的大很多，且变化范围也很大（最大/最小可达8万）
?基因结构（gene structure: continuous coding sequences, split genes）
原核基因组：环状，较小；通常由单拷贝或低拷贝（low-copy）的DNA序列组成；基因排列紧密，较少非编码序列——“streamlined”
真核基因组：多线状；大小一般要比类核基因组大好几个数量级，且变化范围很大；有大量的非编码序列（重复序列、内含子等）
?非编码序列（non-coding sequences: repeated sequences, introns）
局部分布的重复序列（localized repeated sequences）：串联式（tandem）的高度重复序列（highly repeated sequences）：重复单位的长度从几bp到几百bp，可重复几十万次或更多，常见于着丝粒、端粒和异染色质区域
散布的重复序列（dispersed repeated sequences）：
短的散布式重复序列（short interspersed elements, SINEs）：500 bp以下，可重复10^5次或更多，很多SINEs都是反转录转座子（retroposon）；长的散布式重复序列（long interspersed elements, LINEs）：5 kb以上，可重复10^4次或更多，很多LINEs也是与反转录转座子相关的序列
内含子（intron）：I 类（group I intron）、II 类（group II intron）、III 类（group III intron）、核mRNA内含子（nuclear mRNA intron），即剪接体内含子（spliceosomal intron）、核tRNA 内含子（nuclear tRNA intron）、古细菌内含子（archaebacterial intron）
?细胞器基因组（organelle genomes: mitochondrial genomes, chloroplast genomes）线粒体基因组：在不同类型的生物中变化很大
多细胞动物：细小、致密，没有或很少非编码序列
高等植物：复杂、不均一，比动物的大得多
原生动物、藻类、真菌：或偏向于动物型，或偏向于植物型，但又有其各自的独特之处
叶绿体基因组：
比较均一，85 ~ 292 kb（大部分都在120 ~ 160 kb之内）
2. 转录（transcription）
（1）RNA聚合酶（RNA polymerase）
原核生物：1种，全酶（holoenzyme）由核心酶与σ亚基组成，σ亚基的作用
真核生物：3种，由多个亚基组成
cis- 顺式、同一分子trans- 反式、不同分子
in vivo 体内、细胞内in vitro 体外、无细胞体系
in situ原位in silico 基于生物信息学的研究体系
sense strand有义链）= nontemplate strand
antisense strand（反义链）= template strand
（2）顺式作用元件与反式作用因子（cis-acting elements and trans-acting factors）
启动子（promoters）、增强子（enhancers）为顺式作用元件
原核启动子：-10 box (Pribnow box), -35 box
真核启动子：I类，II类，III类
RNA聚合酶I识别的启动子（I类启动子，class I promoters）
RNA聚合酶II识别的启动子（II类启动子，class II promoters）
RNA聚合酶III识别的启动子（III类启动子，class III promoters）
增强子：较多在真核生物中存在；能增强转录的元件，但又不是启动子的一部分（无位置、
方向的限制），增强子常在启动子的上游，但也可以在基因内部（如内含子中）
转录因子（transcription factors）为反式作用因子，真核基因的转录需反式作用因子
通用转录因子能使聚合酶结合到启动子上，形成预起始复合物（preinitiation complex），包括形成开启的启动子复合物（open promoter complex），但只能导致基础水平的转录
通用转录因子：I类，II类，III类
II类因子：Polymerase II 转录所需的通用转录因子
II类预起始复合物:包含有RNA聚合酶II及6种通用转录因子：TFIIA、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF、TFIIH。TFIID在TFIIA的协助下，首先结合到TATA box，形成DA复合物，然后TFIIB再结合上去。
TFIIF协助Polymerase II结合到DNA链上（-34至+17区域）
TFIIHE、TFIIH结合到复合物体中，形成DABPolFEH预起始复合物
TFIID的结构及功能：TFIID本身是一个复合物，含1个TATA box结合蛋白（TATA box-binding protein, TBP）和8 ~ 10个TBP相联因子（TBP-associated factors, TAFs, or TAFIIs）TATA box结合蛋白（TBP）：序列非常保守的一种蛋白质（约38 kD），包含180个氨基酸的羧基末端，该末端是TA TA box结合域（binding domain）、TBP 是马鞍形的，结合到DNA 双螺旋的小沟上，能使TA TA box弯曲80°
TBP相联因子（TAFIIs ）：至少有8种，序列上也相当保守
主要功能：促进转录、与启动子的元件相互作用（起始子、下游元件）、与基因特异转录因子相互作用、TAFIIs中的TAFII250还有酶的功能，如作为组蛋白乙酰转移酶
TFIIA：在酵母中有2个亚基，在果蝇和人中有3个亚基；TFIIA可以看成是一种TAFII（与TBP结合，能稳定TFIID与启动子之间的结合）；在体外体系中，TFIIA并非必不可少TFIIB：单亚基的因子（35 kD）；能把TFIID与TFIIF/Pol II相连在一起，即是聚合酶II结合到预起始复合物所必需的；能与一些基因特异转录因子相互作用，促进转录
TFIIF的结构及功能：由2条多肽构成：RAP30与RAP70（RAP stands for RNA polymerase II-associated protein）；RAP30与E. coli的 因子有一定的同源性，能使TFIIF结合到Pol II；FIIF与Pol II结合后，能减少聚合酶与DNA之间非特异的相互作用，引导聚合酶到已结合有TFIID、TFIIA和TFIIB的启动子上
TFIIE：有2个亚基（56 kD, 34 kD），每个亚基在TFIIE中都有2个拷贝（总分子量约为200 kD）；能结合到DABPolF的复合体上，对转录有促进作用
TFIIH：最后一个结合到预起始复合物的通用转录因子，结构、功能均复杂
功能之一是使Pol II最大一个亚基的羧基末端域（CTD）磷酸化，即使Pol IIA变为Pol IIO，从而导致转录起始到转录延伸过渡；具有DNA解螺旋酶（helicase）的活性，这是聚合酶离开启动子往前转录（promoter clearance）所需的
I类因子（class I factors）：Polymerase I 转录所需的通用转录因子
I类预起始复合物:RNA聚合酶I和2种通用转录因子（I类因子）：SL1、UBF（上游结合因子，upstream-binding factor）
SL1
由TBP（TATA box结合蛋白）与3种TAFs（TAFIs，TBP相联因子）组成的复杂蛋白质SL1并不直接与启动子结合，但它能加强UBF与启动子的结合，促进预起始复合物的形成SL1还是rRNA基因转录的物种特异性的决定因素之一
UBF
由2条多肽构成（97 kD和94 kD），而97 kD的多肽即具UBF的活性
能与I类启动子的核心元件及UCE（上游控制元件）的位点结合，再与SL1一起，促进转录
III类因子（class III factors）：Polymerase III 转录所需的通用转录因子，有TFIIIA、TFIIIB、TFIIIC
TFIIIB和TFIIIC是所有在基因内部有III类启动子的基因的转录所需的，5S rRNA基因的转录还需要TFIIIA
TFIIIA
一类含“锌指”（zinc finger）的DNA结合蛋白的成员；锌指是4个氨基酸与1个Zn离子结合，再加上其他的氨基酸，构成手指状；在TFIIIA中，4个氨基酸是cys-cys-----his-his，一连9个锌指；锌指能使蛋白质与DNA紧密结合
TFIIIB和TFIIIC：两者是一起共同起作用的
TFIIIC结合到基因内部的启动子中（如果是5S rRNA基因，则先有TFIIIA结合到启动子区），再帮助TFIIIB结合到启动子上游区（转录起始位点上游），而TFIIIB则帮助Pol III结合在起始位点周围；转录开始后，TFIIIC（或TFIIIA和C）被除去，而TFIIIB留在原位，可促进另一轮的转录
具外部启动子的基因的转录因子
TFIIIB含有TBP（TA TA box结合蛋白）及一些TAFIIIs，可结合到启动子的TA TA box，从而促进转录，可能还需要其他一些通用转录因子
TBP在3类转录因子中的作用
与TATA box结合，组织预起始复合物（特别是对于没有TA TA box 的启动子），促进转录基因特异转录因子（激活子）
（1）基本结构：一般有2个功能域即DNA结合域（DNA-binding domain）和转录激活域（transcription-activating domain）；许多激活子还有二聚体化域（dimerization domain）
DNA结合域的结构
锌指（zinc fingers）：不少激活子（如Sp1）都有该结构，锌指结构一般连续出现多次，由1个α-螺旋与1反向平行的β层片构成，α-螺旋上的2个AA和β层片上的2个AA与1个Zn 离子结合，“指”上（α-螺旋上）的某些AA就决定了其与DNA结合的特异性
GAL4 蛋白质（the GAL4 protein）：酵母中的一种激活子，DNA结合域与锌指相似，但含有6个半胱氨酸和2个锌离子，有一个与DNA进行识别的区域（α-螺旋），决定其与DNA 结合的特异性
核受体（the nuclear receptors）：与甾体激素相互作用，组成激素-受体复合物，起激活子的作用，核受体的DNA结合域含有2个锌离子，每一个锌离子分别与4个半胱氨酸结合，参与形成一指状结构，其中一“指”（氨基末端的“指” ）上有专门用于识别DNA特异序列的α-螺旋
同源异形域（homeodomains）：在很多激活子中都存在，由基因中的同源异形框（homeobox）编码，而同源异形框一般是基因中的一个外显子，约180 nt，编码60AA，十分保守; 同源异形框最初在果蝇的发育调节基因中发现，这些基因的突变称为同源异形突变（homeotic mutation），会引起躯体结构的重大改变;含同源异形框的基因又称为同源异形基因（homeotic genes, homeobox-containing genes）
每个同源异形域含3个α-螺旋，第二、第三个形成一种“螺旋-转折-螺旋”（helix-turn-helix）结构，而第三个螺旋起到识别DNA特异序列的作用;另外，同源异形域的氨基末端也插入到DNA的小沟中
bZIP和bHLH域：又称碱性域（the basic domain），能与DNA结合及形成二聚体；b表示碱性区；ZIP表示亮氨酸拉链（leucine zipper）；HLH表示“螺旋-环-螺旋”（helix-loop-helix）bZIP：每个单体构成亮氨酸拉链的一半：在一条α-螺旋中，每7个AA就有1个leucine，因而leucine都在螺旋的一面；2个单体相互作用，就可构成一条“拉链”；与DNA结合的部
分是“拉链”下的碱性区，它们必须在bZIP形成二聚体后，才能与DNA特异识别、结合bHLH：与DNA的复合体结构和bZIP-DNA复合体相似；helix-loop-helix为二聚体化域；较长的螺旋有碱性区，能与DNA特异结合
转录激活域似乎无特定且明显的结构，但可分3类：
酸性域（acidic domains）：富含酸性氨基酸，如酵母GAL4的激活域
富含谷氨酰胺域（glutamine-rich domains）：富含谷氨酰胺，如Sp1中的2个激活域
富含脯氨酸域（proline-rich domains）：富含脯氨酸，如CTF中的激活域
（2）激活子的功能
1、促进通用转录因子结合到启动子上（促进TFIID结合到启动子（预起始复合物）、促进TFIIB结合到预起始复合物、促进TFIIF/Pol II、TFIIE结合到预起始复合物）
2、促进RNA聚合酶II的全酶（holoenzyme）结合到启动子，形成完整的预起始复合物
3、至少在一些基因中，激活子通过促进整个全酶结合到启动子区域而激活转录
4、激活子是使增强子能远距离作用的原因
4种可能性（第三、四种可能性较符合实际情况）：Coiling (change in topology)、Sliding、Looping、Facilitated tracking (looping and tracking)
（3）多顺反子转录与单顺反子转录
多顺反子转录是原核生物的转录方式：操纵子（operons）Operon: A group of contiguous, coordinately controlled genes
经典模型：乳糖操纵子（the lac operon）有：lacZ: β-半乳糖苷酶（β- galactosidase）基因、lacY: 半乳糖苷透过酶（galactoside permease）基因、lacA: 半乳糖苷乙酰基转移酶（galactoside transacetylase）基因、lacI: 调节基因（regulatory gene）、Operator: 操纵区、Repressor: 阻遏子（阻遏物）、Inducer: 诱导物（异构乳糖，allolactose）
通过阻遏基因（阻遏物）与操纵区，lacZ、lacY、lacA这3个结构基因是一起被调控的，它们组成了一个操纵子（the lac operon）
阻遏的机制（两种假说）
聚合酶与阻遏物可一起结合在lac operon的启动子区，阻遏物的作用只是阻止转录从起始状态进入延伸状态
阻遏物的作用是不让RNA聚合酶进入lac operon的启动子（得到最新实验数据的支持）
阻遏物的调控是负调控（代谢物阻遏效应（catabolite repression））
乳糖操纵子的调控还需正调控因子
cAMP在细胞中的浓度与葡萄糖的含量成反比，它与一种称为代谢物激活蛋白（catabolite activator protein，又称CAP）一起，起到正调控作用。CAP-cAMP的结合位点在启动子的上游（与启动子紧密相邻），该位点称为激活物位点。CAP-cAMP结合到激活物位点后，就会促进RNA聚合酶与DNA形成open promoter complex（CAP-cAMP 能加快closed promoter complex的形成，从而提供了更多形成open promoter complex 的机会），结果是促进转录。乳糖操纵子的正调控
乳糖操纵子的启动子实际上是一种弱启动子，其-35 box与原核启动子相应的共同序列相差甚大，因此才需要CAP-cAMP进行正调控；如果是强启动子（与共同序列十分相近），则不需要正调控，但这种情况会使得即使葡萄糖存在，乳糖操纵子也一样运作。
弱化作用的调控：色氨酸操纵子（the trp operon）
合成代谢的操纵子，所编码的酶能把色氨酸前体分枝酸（chorismic acid）转化为色氨酸。色氨酸浓度高，则关闭；色氨酸浓度低，则开启；具弱化子（attenuator），无CAP-cAMP调控色氨酸操纵子有5个结构基因（EDCBA）及1个调节基因（R）；启动子（trpP）与操纵区（trpO）在结构基因的上游，且操纵区完全在启动子里面；在调控中，色氨酸的作用是帮助
阻遏物结合到操纵区，从而使操纵子关闭
弱化作用（attenuation）
在阻遏作用的基础上（色氨酸操纵子的阻遏作用较弱），能再降低转录水平10 倍
前导区与弱化子转录物的第一种较稳定的结构有一终止子（ρ-independent terminator），能使弱化作用发生，转录终止
转录物的第二种较不稳定的结构没有终止子，转录能继续
色氨酸的多寡决定形成哪一种结构（在转录与翻译偶联的情况下）
在细菌中，当色氨酸操纵子的前导区转录后，翻译就开始
核糖体到达色氨酸密码子时，若色氨酸缺乏，核糖体不能前进，翻译受阻，前导区与弱化子转录物只能形成第二种结构；结构基因能转录；若色氨酸充足，前导肽的翻译能顺利完成，前导区与弱化子转录物能形成第一种较稳定的结构，导致弱化作用发生
调控能达成的必要条件
转录与翻译偶联，且速率大致相等
每个结构基因的转录产物都有其起始密码子，核糖体从各个基因的mRNA的起始信号（密码子）开始翻译，即结构基因的翻译与前导序列的翻译无关
细菌能符合这样的要求，说明其体系中各组分的协调性
单顺反子转录是真核生物的主要转录方式
（4）转录起始、延伸及终止
起始所需条件
原核生物：RNA聚合酶全酶，启动子
RNA聚合酶（RNA polymerase）：α（40 kD）、β（150 kD），β‘（160 kD）、σ（70 kD）：specificity factor
核心酶（core enzyme）：β，β‘，2 α，全酶（holoenzyme）：β，β‘，2 α，σ
σ: specificity factor
全酶（holoenzyme）由核心酶与σ亚基组成
启动子（promoter）：聚合酶的结合位点（binding site），一般位于转录起始位点上游Promoter structure
共同序列（consensus sequence）：Pribnow box (-10 box, David Pribnow发现)、-35 box（-10 box 与-35 box的最佳距离为17 ± 1 bp）
下调突变（down mutation）上调突变（up mutation）
强启动子还有一些额外的元件，如E. coli编码rRNA的rrn gene中的UP element（上游元件），可提高表达数十倍
转录起始（transcription initiation）Four steps:
Formation of a closed promoter complex
Conversion of the closed promoter complex to an open promoter complex
Polymerizing the first few nucleotides (up to 10) while the polymerase remain at the promoter Promoter clearance
真核生物：RNA聚合酶，启动子，转录因子，染色质的合适结构（启动子区无核小体）RNA聚合酶I （Polymerase I）：large rRNA precursor，位于核仁
RNA聚合酶II （Polymerase II）：mRNA precursors, snRNAs，位于核质
RNA聚合酶III（Polymerase III）：tRNA precursors, 5S rRNA precursor, U6, etc位于核质Polymerase I、II、III都由多个亚基组成：均有两个较大的亚基（> 100 kD）、另有多个较小的亚基（大部分< 50 kD），三种聚合酶都有一些共有亚基（common subunit）
RNA聚合酶II的结构：研究得比较清楚的一种，有12个亚基（Saccharomyces cerevisiae
中）即Rpb1、Rpb2、Rpb3、Rpb4、Rpb5、Rpb6、Rpb7、Rpb8、Rpb9、Rpb10、Rpb11、Rpb12
核心亚基（core subunits）：Rpb1, Rpb2, Rpb3，对聚合酶的活性必不可少，分别与原核RNA 聚合酶的β’, β和α亚基同源，且功能也基本相同（Rpb3在聚合酶中也是有2个拷贝）
核心亚基Rpb1的特殊之处-------不均一性（heterogeneity）：在细胞内，有210 kD和240 kD 两种形式（IIa和IIo）；在体外，还有180 kD这种形式（IIb）
共有亚基（common subunits）：与Rpb5, Rpb6, Rpb8, Rpb10, Rpb12相应的亚基，在3种RNA 聚合酶中都存在，在3种聚合酶中都存在，说明它们是起着十分重要的作用，但具体的功能不很清楚
非必需亚基（nonessential subunits）：Rpb4, Rpb9，其基因的突变体在正常温度下仍有活力，但在较高或较低温度下则失去活力；Rpb4和Rpb7（必需的亚基）与启动子的识别有关（有点像σ因子）、Rpb9的功能不甚清楚
Rpb7和Rpb11：另类亚基（不属于上述3类）、RNA聚合酶的活性所需（Rpb7与启动子的识别有关）
RNA聚合酶II的全酶（the polymerase II holoenzyme）：RNA聚合酶II的所有亚基+ 部分通用转录因子+ 其他一些蛋白质因子
真核生物的启动子：
II类启动子：与原核基因的启动子最相似，可含有四类元件（TATA区（TATA box）、起始子（initiator）、下游元件（downstream element）、上游元件（upstream element）），前三类是核心启动子（core promoter）的元件
TATA区（the TATA box）：位于转录起始位点上游约25 bp（以中部计，在酵母中可达50 ~ 70 bp），共同序列为TA TAAAA（in the nontemplate strand, similar to prokaryotic -10 box）
功能：确定转录起始位点（一般是TA TA区的第一个核苷酸后30 bp）；有时甚至是决定整个启动子是否有作用
有些基因的TATA区序列与其共同序列相差较大，而只在某些类型的细胞中才表达的基因则有明显的TATA区
有些基因甚至没有TA TA区（看家基因（housekeeping genes）、控制发育的基因）
起始子（initiator）：转录起始位点前后的保守序列，共同序列为：PyPyANT/APyPy（Py: pyrimidine、N: any nucleotide、A: transcription start point）
有些基因仅有起始子序列作为其启动子
下游元件（downstream element）：某些基因的启动子中存在、位于转录起始位点下游，无共同序列
上游元件（upstream element）：在TATA区的上游：GC boxes：富含G和C，如GGGCGG （-47 ~ -61 region, in the coding strand）和CCGCCC（-80 ~ -105 region），可有2个或更多的拷贝、CCAAT box：共同序列为CCAA T
I类启动子：变化较II类启动子大，无甚保守序列（即随物种而异）；有一定的结构特征（核心元件（core element），转录必不可少、上游控制元件（upstream control element, UCE），高效转录所需，核心元件与上游控制元件之间的距离很重要）
III类启动子：位于基因内部（5S rRNA基因（+50 ~ +83）、tRNA基因）；位于基因外部，类似RNA聚合酶II识别的启动子（含TATA box）(U6 snRNA基因\7SL RNA基因\7SK RNA 基因)
延伸
原核生物：RNA聚合酶核心酶
核心酶起极其重要的作用，β亚基参与转录出的RNA的磷酸二酯键的形成
转录的拓扑学：两种假说
RNA polymerase 及新合成的RNA都围绕DNA旋转
RNA polymerase前后的DNA反向旋转（有较多的依据：拓扑异构酶topoisomerase的存在）真核生物：RNA聚合酶，延伸因子等
延伸因子：TFIIS，能促进转录延伸，阻止聚合酶在转录过程中较长时间的暂停；TFIIF，也有阻止聚合酶短暂停止的功能，
RNA聚合酶II的全酶：RNA聚合酶II所有亚基+部分通用转录因子+其他一些蛋白质因子终止
原核生物：依赖于ρ因子的终止（ρ-dependent terminator (termination)）和不依赖于ρ因子的终止（intrinsic (ρ-independent) terminator ）
聚合酶到达终止子（terminator）就会从模板上脱落
ρ-independent termination：较为简单，一段反向重复序列（inverted repeat）与一富含T的区域（T-rich region in the nontemplate strand）即为终止信号
ρ-dependent termination：终止子只有一段反向重复序列（能形成hairpin结构）；ρ是一种蛋白质（6聚体），可使RNA聚合酶的转录能力大大下降（具RNA-DNA解螺旋酶的作用，能解开转录复合体中RNA-DNA双链）
真核生物：比较复杂，且不如原核生物清楚
polymerase I与polymerase III的转录终止与原核生物有一定的相似性
polymerase II的转录在聚腺苷酸化位点后至少几百bp才终止
染色质结构对真核基因转录的影响：
若启动子区上有核小体结构，则基因不转录；若没有核小体结构，则可转录
核小体结构只由核心组蛋白（H2A, H2B, H3, H4）与DNA构成时，即能起到抑制基因转录的作用，且一般的转录激活子不能解除这种抑制；若核小体结构还含有组蛋白H1，那么其抑制基因转录的能力更强，但H1的这种作用可被转录激活子抵消
核小体定位（nucleosome positioning）：转录激活子能使核小体结构不在启动子区内形成，而只在启动子周围形成；核小体定位使得启动子区成为无核小体区（nucleosome-free zones），对DNase高度敏感
组蛋白有2种形式：乙酰化、无乙酰化
组蛋白乙酰化（histone deacetylation）
乙酰化的形式是在赖氨酸侧链的氨基上加上乙酰基，组蛋白的乙酰化与否是与基因的活性有关的，乙酰化的组蛋白对转录的抑制作用较弱，因为它使染色质结构（核小体结构）发生变化，使组蛋白易从DNA上脱落；起乙酰化作用的酶是组蛋白乙酰基转移酶（histon acetyltransferase, HAT）；酵母中的组蛋白乙酰基转移酶还是一种转录激活子的辅助因子，其他一些转录激活子的辅助因子也是组蛋白乙酰基转移酶
细胞核中能促进转录的组蛋白乙酰基转移酶（HAT A）与细胞质中的（HAT B）是不同的HAT A能结合到染色质上，使核小体中的核心组蛋白乙酰化
HAT B是使细胞质中新合成出来的H3和H4乙酰化，从而使它们能正确地组装到核小体中（它们的乙酰基在组装后就会被组蛋白去乙酰化酶除去）
组蛋白去乙酰化（histone deacetylation）能抑制转录，由组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases）催化，组蛋白去乙酰化酶要与其他转录抑制因子相互作用，才能在合适的区域使组蛋白去乙酰化
必须对染色质进行“改造”，才能除去核小体，使基因可转录
染色质改造需要2类蛋白质：Swi/Snf (pronounced “switch-sniff”)和ISwi (initiation switch) Swi/Snf能改变核小体核心的结构，ISwi能移走核小体
核小体与转录延伸
聚合酶前进时，能把遇到的核小体移动位置，因而转录后，所有核小体的位置都发生了改变；且在转录后，核小体一般是被后移了（移到聚合酶后）
3. 转录后的加工
（1）剪接（splicing）
核mRNA前体的剪接（剪接体）：Step 1：内含子内的一个腺苷酸的2’ 羟基进攻连接内含子5’ 端与外显子的磷酸二酯键，产生一个游离的外显子（5’ 外显子）与一个套环（lariat）结构（内含子+ 3’ 端外显子）的中间产物；Step 2：5’ 端外显子的3’ 羟基进攻连接内含子3’ 端与外显子的磷酸二酯键，使两外显子连接起来，并产生套环状的内含子
剪接信号：剪接信号发生变化，则剪接就会受到影响（改变）
高等真核生物：5’-AG/GUAAGU——YNCURAC—YnNAG/G- 3’
Y：嘧啶（U or C）Yn：约由9个嘧啶组成R：嘌呤（A or G）A：形成套环结构的分枝点酵母：5’-AG/GUAUGU——UACUAAC—YAG/G(UU)- 3’
剪接体（spliceosomes）：核mRNA前体、snRNAs (snuRNAs)与蛋白质的复合体，能进行核mRNA前体的剪接；snRNAs (snuRNAs): small nuclear RNAs，即核小分子RNA，有U1, U2, U4, U5, U6；snRNAs是用于识别剪接信号的，它们与蛋白质一起，组成核小分子核糖核蛋白（small nuclear ribonuclear proteins, snRNPs）；与snRNAs相应，有U1 snRNP, U2 snRNP, U4 snRNP, U5 snRNP, U6 snRNP
U1 snRNP：能与5’ 剪接位点的保守序列配对，这种配对（结合）是剪接所必需的，但光有配对还不足以促成剪接
U6 snRNP：能与内含子的5’ 端配对，在剪接过程中还与U2配对，这些结合都是剪接所必需的
U2 snRNP：能与分枝位点周围的序列配对，且能与U6相互作用（通过碱基配对），对确定分枝位点及剪接都是必不可少的
U5 snRNP：能与5’ 端外显子的最后一个核苷酸和3’ 端外显子的第一个核苷酸结合，即能通过分子间相互作用把相邻的两个外显子靠在一起，是剪接的第二步所必需的
U4 snRNP：能与U6的部分序列配对，从而与U6结合在一起，使U6处于不活动状态；当U6需要发挥作用时，U4便与U6分离，使U6能参与剪接过程
实际上，剪接除了需要U1，U2，U4，U5，U6这几种snRNPs外，还需要一些称为剪接因子的蛋白质
选择性剪接（alternative splicing）：非特异的、默认的、唯一的剪接方式是组成型剪接（constitutive splicing）；一个基因转录出来的RNA前体，通过不同的剪接方式（选择不同的外显子）而形成不同的成熟mRNA，产生不同的蛋白质
选择性剪接往往与发育时期、细胞类型等有关，在20个真核mRNA前体中，约有1个可进行选择性剪接，在人类中，选择性剪接的比例更高，选择性剪接最初在小鼠免疫球蛋白μ重链基因中发现，该基因通过选择性剪接，可产生分泌形式（μs）与膜结合形式（μm）的2种蛋白质
通过选择性剪接，可对基因的表达起一定的调控作用，因此选择性剪接常用于在不同的组织或发育时期产生组织特异或调控发育的蛋白质
选择性剪接还可有重要的生物学效应，如在果蝇的性决定体系中起重要的作用 自剪接的内含子（self-splicing introns）
最初由Thomas Cech等人在四膜虫(Tetrahymena) 的26S rRNA基因中发现；该基因转录的rRNA前体有1个内含子，而其剪接不需要剪接体，也不需要任何蛋白质的帮助，因此是一种自剪接；自剪接的内含子在核rRNA基因、细胞器基因和原核基因中都存在
I 类内含子（Group I introns）：一般都是核rRNA基因的内含子（主要在纤毛虫中），还有一些是线粒体基因、叶绿体基因及细菌基因的内含子，在体内也进行自剪接
I 类内含子的剪接机制：Step 1：外源鸟苷酸（GTP）的羟基进攻内含子5’端的A（连结UA的磷酸二酯键），释放出5’外显子（外显子1），并形成一中间产物Step 2：5’外显子3’端的羟基进攻3’外显子（外显子2）5’端的磷酸二酯键，使5’外显子与3’外显子连结起来，并释放出内含子
II 类内含子（Group II introns）：主要存于线粒体基因、叶绿体基因及细菌基因中，在体外条件下可自剪接，在体内往往有蛋白质参与剪接；剪接机制与核mRNA内含子的有很大的相似性（形成套环中间产物等）
总体上，剪接过程与剪接体的很相似：内含子本身的序列代替了U1、U2、U4、U5、U6
实际上，核mRNA内含子（包括参与剪接的snRNA）与II 类内含子是有进化关系的 核tRNA内含子的剪接
核tRNA内含子：内含子较小（10 bp左右），且只有1个，一般在相应于反密码子的碱基附近（与反密码子的3’端隔1个核苷酸）
tRNA剪接（tRNA splicing）：分2步进行，需要tRNA内切酶及RNA连接酶的参与
Step 1：由剪接内切酶把内含子切除Step 2：由RNA连接酶把两个外显子连接起来
（2）加帽与聚腺苷酸化（capping and polyadenylation）：真核生物mRNA特有
加帽（capping）:
帽子结构：含7-甲基鸟苷（m7G），主要有3种形式
第一种（Cap 0）：只在一些病毒mRNA中存在，无2’-O-甲基核苷酸
第二种（Cap 1）：在真核细胞及病毒mRNA中存在，有1个2’-O-甲基核苷酸
第三种（Cap 2）：只在真核细胞中存在，有连续2个2’-O-甲基核苷酸
帽子的合成：需要3种酶；核苷酸磷酸水解酶（nucleotide phosphohydrolase；又称RNA三磷酸酯酶，RNA triphosphatase）；鸟苷酸转移酶（guanylyl transferase）；甲基转移酶（methyl transferase）
加上帽子的时间：在一些病毒中，转录起始后就马上加帽；有些病毒的转录与加帽并不偶联；在真核细胞中，加帽在转录早期进行（在RNA前体的长度达到30个核苷酸之前）
帽子的功能：保护mRNA：一般的RNase不能切割含有3个磷酸基的帽子；提高翻译能力（效率）：通过与帽子结合蛋白结合，mRNA能更好地进入核糖体；有利于mRNA在细胞内的运输（运出细胞核）：若没有帽子，则mRNA基本上留在细胞核；使mRNA前体的能正确剪接：第一个内含子的剪接所需
帽子对剪接的影响：缺乏帽子会抑制第一个内含子的剪接，无甲基化的帽子（Gppp）对第一个内含子的剪接也有负效应
原因是由于帽子结合复合体（cap-binding complex, CBC）的作用；CBC由2种帽子结合蛋白（cap-binding proteins, CBPs）组成，若没有帽子或只有无甲基化帽子，则mRNA不能与CBPs结合，导致第一个内含子的剪接难以进行（剪接体难以形成）
聚腺苷酸化（polyadenylation）：在mRNA（前体）3’端加上poly(A)；poly(A)的长度：平均为250 nt；由poly(A)聚合酶[poly(A) polymerase, PAP] 把AMP残基逐个地加到mRNA前体的3’端；一般都是在剪接前发生
poly(A)的功能：保护mRNA：延长其寿命（半衰期）；提高mRNA的翻译能力：能与poly(A)结合蛋白[poly(A) binding protein I] 结合，促进翻译，促进mRNA与核糖体结合
poly(A)对剪接的影响：poly(A)能促进最后一个内含子（与poly(A)最接近的内含子）的剪接，而对其他内含子的剪接无甚影响
（3）rRNA与tRNA前体的加工（rRNA and tRNA processing）
rRNA的加工：
真核生物rRNA前体的加工：转录单位转录出来的rRNA前体，要在核仁中进行加工，参与加工的有内切酶、外切酶、核仁小分子RNA（snoRNA）等
原核生物rRNA前体的加工：与真核生物rRNA前体的加工有一定的相似性，不过原核rRNA 基因一般以操纵子的形式存在，且整个基因组只有几套（E. coli有7套），参与加工的有RNase III、RNase E等
tRNA的加工
真核生物：tRNA前体含单个tRNA分子，两端有额外的序列，其加工是要除去这些额外的序列
原核生物：tRNA前体含1至多个tRNA分子，或与rRNA前体混在一起，故加工首先要把含单个tRNA分子的片段切割出来（由RNase III负责），然后再除去5’及3’ 端额外的序列真核生物与原核生物tRNA 5’ 端的加工成熟
由RNase P负责，一次切割即除去5’端的额外的序列
RNase P含有2个亚基，一个是RNA（M1 RNA，125 kD），另一个是蛋白质（14 kD），而起催化（酶切）作用的是RNA这个亚基
有6种RNase参与：RNase D、RNase BN 、RNase T、RNase PH、RNase II、PNPase (polynucleotide phosphorylase, 多核苷酸磷酸化酶)；其中PNPase、RNase PH 和RNase T 最为重要
（4）反式剪接（trans-splicing）
顺式剪接：所有参与剪接的外显子都在同一个基因中（同一个RNA分子中）
反式剪接：参与剪接的外显子并不在同一个基因中（即在不同的RNA分子中）；反式剪接只在某些生物中发现
锥虫中的成熟mRNA
在锥虫中，成熟mRNA的5’端都有一段35 nt的序列（前导序列，spliced leader, SL），而这一序列在相应的mRNA基因中是不存在的；该前导序列是由另一个基因编码——编码前导序列加上含有5’端剪接信号（相当于内含子5’端）的一段序列
解释锥虫中把前导序列连接到各个mRNA 5’端的2种假说
前导序列转录后作为引物用于其他mRNA基因的转录，形成连在一起的前体，然后剪接
前导序列与其他mRNA分别转录，然后再通过反式剪接连在一起
实际上是通过反式剪接把前导序列连接到各个mRNA的5’端（有Y形中间产物的存在）（5）RNA编辑（RNA editing）
RNA编辑的发现：最初在锥虫的动基体（kinetoplast，即其线粒体）中发现
动基体DNA是由25 ~ 50个相同的大环（maxicircle，20 ~ 40 kb）和约10,000个小环（minicircle，1 ~3 kb）组成的网状结构；大环含有线粒体基因，而小环对线粒体基因的表达有作用
编辑的机制
在转录后进行，沿3’ 5’方向进行，由gRNA（guide RNA，向导RNA）指导进行
一些gRNA由大环的某些区域编码，另一些gRNA由小环编码
大部分gRNA < 80 nt
参与编辑的酶：核酸内切酶、3’ 外切酶、末端尿苷酰转移酶（terminal uridylyl transferase, TUTase）、RNA连接酶等
（6）转录后的基因沉默（RNA干涉）Posttranscriptional gene silencing (RNA interference)
双链RNA（dsRNA）与RNA干涉
dsRNA导致相应的mRNA降解，从而使RNA干涉发生；RNA干涉需要A TP
RNA 干涉的生物学意义：抑制RNA 病毒的复制，抑制转座
RNA 干涉的应用：研究基因表达的调控，研究基因的功能（可代替基因剔除）
4. 翻译
（1）起始（initiation ：原核生物模型：核糖体大小亚基解离---—30S 起始复合物的形成------fMet-tRNA 与30S 起始复合物结合--------30S 起始复合物加上核糖体大亚基（50S ）70S 起始复合物
核糖体解离需要起始因子（initiation factors ，IF ）的协助
30S 起始复合物由核糖体小亚基（30S ）、mRNA 、氨酰tRNA 及起始因子等构成
mRNA 与核糖体小亚基的结合：在起始密码子的上游（数个核苷酸），有一共同序列AGGAGGU ，与16S rRNA 3’端的序列（3’ HO -AUUCCUCCAC 5’）互补配对，是核糖体的结合位点；这一序列又称SD 序列（Shine-Dalgarno sequence ）；mRNA 与核糖体小亚基的结合还需要有起始因子的协助：IF-3最重要，IF-1和IF-2也起一定的作用
甲酰甲硫氨酰tRNA （fMet-tRNA ）与30S 起始复合物的结合主要由IF-2负责，IF-1和IF-3辅助，此外还需要GTP （GTP 的作用是使IF-2能顺利地结合到核糖体小亚基上）
70S 起始复合物的形成过程中IF-1和IF-3先从复合物中解离，接着IF-2解离，同时GTP 水解成GDP 和磷酸（促进IF-2解离），IF-2的解离是形成具活性的70S 复合物所必需的
tRNA 装载(tRNA charging)：在氨酰tRNA 合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase ）的作用下，使氨基酸连接到tRNA 3’端的腺苷酸上，形成氨酰tRNA （aminoacyl-tRNA ）；氨酰tRNA 合成酶的专一性很高，共有20种，每一种只用于单一种氨基酸与相应tRNA 的结合
tRNA 识别（第二遗传密码）：tRNA 上的某些结构特征能使它在氨酰tRNA 合成酶的催化下，与特定的氨基酸结合；这些结构特征就是“第二遗传密码”（the second genetic code ）；“第二遗传密码”常在tRNA 的受体茎（acceptor stem ）上，但在其他区域的也有不少；“第二遗传密码”较复杂，且是非简并的，但专一性同样很强
起始tRNA ：携带甲酰甲硫氨酸的tRNA （Met
f tRNA ），识别密码子AUG 、GUG 和UUG
Met
f tRNA 与携带甲硫氨酸到蛋白质链内部的tRNA （Met m
tRNA ）稍有不同，后者只识别AUG 真核生物的翻译起始与原核生物的翻译起始的差异：
起始氨基酸不是甲酰甲硫氨酸，而是甲硫氨酸；起始tRNA 则为Met i
tRNA 真核mRNA 不含SD 序列，但有5’帽子，有助于起始复合体的形成
通过扫描寻找起始密码子
扫描（scanning ）：在大多数情况下，扫描遇到的第一个AUG 就是翻译的起始位点；在其周围，往往有共同序列CCRCCAUGG
在5 ~ 10%的情况下，第一个AUG 并不是起始位点，因为其周围的序列不太合适；在这种情况下，扫描继续进行，直到找到合适的起始位点
有时，第一个或上游的AUG 周围也有作为起始位点的合适序列，可进行翻译起始，但还不是真正的起始位点，因为该AUG 后很快就有一终止密码子；因此翻译终止后，扫描又继续进行，直到找到下游的起始位点
起始因子（eIF ：eukaryotic initiation factors ）：要比原核生物的复杂，但也有相应的因子；主要的起始因子有6种（类）即eIF1、 eIF2、 eIF3、 eIF4、 eIF5、 eIF6
mRNA 二级结构与翻译起始的关系：mRNA 5’端附近的二级结构对翻译起始既可有正效应，也可有负效应；紧接AUG 后（AUG 后12 ~ 15 nt ）的发夹结构能使核糖体停顿，因而使该AUG 更有可能成为起始位点（即使其周围的序列与起始位点的共同序列相差较大）
原核生物的起始控制：mRNA二级结构对翻译起始的影响；反馈抑制（feedback repression）真核生物的起始控制：最常见的起始控制是对起始因子磷酸化，起始因子的磷酸化在一些情况下对翻译起始起抑制作用，而在另一些情况下，却可起到促进作用
（2）延伸（elongation）：在原核生物与真核生物中基本相似，需延伸因子及肽基转移酶（peptidyl transferase）
（1）基本过程：Step 1：一个新的氨酰tRNA结合到核糖体的A位；Step 2：形成肽键；Step 3：移位（translocation）
step 1：需延伸因子（elongation factor）EF-Tu及GTP，另还需EF-Ts（在真核生物中由eEF1α和eEF1γβ分别起到EF-Tu和EF-Ts的作用）；校对（proofreading）如错误的氨酰tRNA进入了A位（反密码子与密码子不能很好配对），可进行校正
step 2：通过肽基转移酶（peptidyl transferase），把P位的肽链（或起始氨基酸）与A位的氨酰tRNA中的氨基酸以肽键连结起来，肽基转移酶是核糖体的组成部分，核糖体大亚基中的23S（真核生物中为28S）rRNA在催化肽键形成中起主要作用，具肽基转移酶活性
step 3：mRNA与肽基tRNA（peptidyl-tRNA）移动1个密码子的距离，使肽基tRNA进入P 位，而原在P位的tRNA离开核糖体；移位需EF-G及GTP （在真核生物中由eEF2起到EF-G的作用）
（3）终止（termination）：在原核生物与真核生物中基本相似，需释放因子
终止的过程：翻译到达终止密码子后，释放因子及GTP结合到核糖体的相应位点，促使肽链与tRNA的连结断开；接着释放因子和tRNA从核糖体解离（这一过程需GTP水解）；最后，核糖体与mRNA解离，核糖体大小亚基解离
终止密码子（termination codon）：UAG：琥珀密码子（amber codon）、UAA：赭石密码子（ochre codon）、UGA：乳白密码子（opal codon）
过早终止突变：琥珀型突变（amber mutation）：在编码区经突变产生了琥珀密码子，使蛋白质翻译过早终止、赭石型突变（ochre mutation）、乳白型突变（opal mutation）
终止密码子抑制（stop codon suppression）：琥珀型抑制（amber suppression），琥珀型抑制物（amber suppressor）、赭石型抑制（ochre suppression），赭石型抑制物（ochre suppressor）、乳白型抑制（opal suppression），乳白型抑制物（opal suppressor）
在原核生物中，释放因子有RF-1：能识别终止密码子UAA和UAG、RF-2：能识别终止密码子UAA和UGA、RF-3：一种依赖于核糖体的GTPase，RF-3先与GTP结合，然后能促进RF-1和RF-2与核糖体结合
在真核生物中，释放因子有eRF1能识别3种终止密码子、eRF3是一种依赖于核糖体的GTPase，能促进eRF1的作用
（4）G蛋白（G proteins）在翻译中的作用
IF-2、EF-Tu、EF-G、RF3等因子都需要与GTP结合，并通过GTP水解而发挥作用；它们是G蛋白（G proteins），具有内在的GTPase活性
5. 蛋白质前体的加工
（1）N末端的甲酰甲硫氨酸（原核）或甲硫氨酸（真核）的切除
（2）二硫键的形成
（3）修饰：磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化等
（4）切除新生肽中非功能所需的片段
（5）蛋白质剪接：除去蛋白质内含子（intein）
5. 重组与转座
（1）重组的类型
同源重组（homologous recombination）
（1）同源重组的形式
常发生在同源染色体之间（分子间重组），也可发生在同一DNA分子内（分子内重组）（2）Holliday 模型
说明同源重组的一个经典模型，基于重组过程中有十字形的中间产物
（3）RecBCD重组途径
存于E. coli中，需要RecBCD蛋白（recB、recC、recD基因的产物）的参与
RecA：38 kD 的蛋白质，具多种功能，其中一种就是在重组中促进同源DNA单链的交换（主要是一单链与一双链中的同源单链交换）；交换过程需A TP
RecBCD：一种具多功能的酶
依赖于DNA的ATPase（水解ATP，为DNA的解螺旋提供能量）
DNA nuclease，可作用于单链或双链DNA，切割χ位点（GCTGGTGG）
χ(chi): crossover hotspot instigator
DNA helicase活性
RecBCD的切点与底物（序列）有关，可在χ位点3’端4 ~ 6 nt
RuvA和RuvB：两者均具DNA helicase活性（RuvB还有ATPase活性），且两者一起才能与DNA很好地结合（RuvA先结合，然后RuvB才能结合）
它们专门与Holliday junction这样一种结构结合，促使branch migration发生
RuvA和RuvB与Holliday junction的结合位置十分特异
RuvC：解开Holliday junction所需的一种核酸酶，能特异地与Holliday junction结合，并在特异位点切开Holliday junction
RuvC是二聚体，有2个活性位点，因此能切开Holliday junction中的两条链
切割位点必须有特异的序列，因此，必须通过branch migration到达特异序列后，RuvC才能起作用（Holliday junction两种解开方式的相对多寡取决于两对同源单链上所具有的RuvC 切割位点的相对多寡）
（4）减数分裂重组（meiotic recombination）
真核生物中常见的重组，与细菌中的重组有不少相似之处，但在起始的步骤有较大的差异（有DNA双链断裂，double-stranded DNA break）
（5）基因转换（gene conversion）多见于真核生物
当两相似的序列（等位基因、非等位基因均可）靠在一起时，就有可能发生基因转换，即一DNA序列转换成另一相似的序列
基因转换的机制是基于重组，即先交换一段DNA序列，然后进行修复，就会使某一序列的比例增加
位点专一重组（site-specific recombination）
（1）λ噬菌体的整合与切除
λ噬菌体整合到宿主基因组需整合酶（Int，λ的int基因编码）及宿主蛋白IHF，并通过同源区域att P（λ）与att B（宿主）的重组而达成；λ噬菌体从宿主基因组切除需整合酶（Int）、Xis（λ的xis基因编码）及IHF，是整合的逆过程
附着（整合）位点（att sites）
att P与att B只在它们的中间区域有一小段同源序列（15 bp，称为O）；att P的必需序列从–152到+82（以O的中点为0），而att B只需25 bp左右的序列（包括中间的O）
转座（transposition）
细菌的转座子
插入序列（insertion sequences，IS）
最简单的转座子，只含有转座所必需的元件：两端有反向重复序列（inverted repeats, 15 ~ 25
bp），中间有编码转座所需的酶的基因（至少有2个，编码转座酶，即transposase）
插入序列在转座时，其插入位点两旁会产生一小段正向重复（direct repea ts）
带有抗性基因的转座子
除了必要的转座元件外，还含有抗生素抗性基因，能赋予其携带者某种抗性
转座的机制
复制性转座（replicative transposition）
转座过程有DNA复制，结果一个转座子留在原位，另一个插入到新的位点
保守性转座（conservative transposition）
转座子离开原位置，插入到新的位点；这种转座又称非复制性转座（nonreplicative transposition ）
真核生物的转座子
玉米的Ds（dissociation）和Ac（activator）:最早发现（1940s）的转座子，与某些品种的玉米种子上的色斑变化有关（玉米种子的颜色由C基因编码的因子造成；若C基因突变，就没有色素产生，种子几乎白色；若部分细胞产生回复突变，就会在种子上形成颜色斑点）Ac能自行转座，而Ds必须要有Ac的帮助才能转座；Ac 或Ds插入到功能基因中，就会使该基因失活
Ds和Ac结构
Ac与细菌的转座子相似，约4500 bp，两端有反向重复序列，中部含有转座酶基因
Ds是Ac的衍生物（功能不全，不能自主转座），有Ds-a、Ds-b、Ds-c 3种
反转录转座子（retrotransposons）
以RNA作为中介进行复制（转座），与反转录病毒（retroviruses）的复制相似，含有编码反转录酶的基因，能进行反转录；酵母中的Ty（transposon yeast）、果蝇中的copia等反转录转座子的两端有LTRs（long terminal repeats）
6．基因组学：把基因组作为研究对象的学科
结构基因组学（structural genomics）其成就促进了生物信息学bioinformatics）的发展
基因组结构（genome structure）：种类、结构特点、种属特异性
定位基因（gene mapping）：遗传图谱（genetic map）与物理图谱（physical map）：遗传距离与物理距离
测定基因组全序列（whole-genome sequencing）：结构基因组学研究的主要目标；人类基因组计划（the Human Genome Project）之前，只测定过一些病毒（ΦX174、λ、T4等）的基因组全序列
功能基因组学（functional genomics）：大规模、高通量分析基因组中基因表达的技术，如：DNA微阵列（DNA microarray），DNA芯片（DNA chip）
基因功能的分析，如基因剔除（gene knockout），RNAi
对基因组中基因本身的认识（基因的概念）
编码蛋白质的基因√
编码功能RNA的基因√
非编码的DNA也可以是基因？
进化基因组学（evolutionary genomics）：在整体水平上研究基因和基因组的结构、功能的起源与进化
内容：基因和基因组如何通过并非很多的基本结构单位（构件）重组而进化成新的基因和基因组（构件在进化中被反复使用）；最原始的基因和基因组的起源，其后的进化模式与过程比较基因组学（comparative genomics）——进化基因组学的初始阶段
通过比较，发现基因组中蛋白质和功能RNA基因的密度与生物的复杂程度有一定的负相关
中山大学分子生物学提纲
考试范围及题型 考试范围包括所讲过的内容 考试题有选择题（单选）、是非题和问答题，其中选择题和是非题有50%左右以英语出题 课程复习：原核生物与真核生物两大体系 1. 原核基因组与真核基因组（prokaryotic genomes and eukaryotic genomes） 1.1. 大小（size）：基因组大小（genome size）一般以单倍体基因组的核酸量来衡量，单位有pg、Dalton、bp 或kb 、Mb等.1 pg = 6.02 x 1011 Daltons = 9.8 x 108 bp. 原核生物的genome size一般都比较小，且变化范围也不大（最大/最小约为20）。由于原核生物基因组中的非基因 DNA（non-genic DNA）的含量较少，因此它们的基因组大小与其所含的基因数目是相对应的.真核生物的genome size一般要比原核生物的大很多，且变化范围也很大（最大/最小可达8万） 1.2. 基因结构（gene structure: continuous coding sequences, split genes）类核基因组--环状，较小；通常由单拷贝或低拷贝（low-copy）的DNA序列组成；基因排列紧密，较少非编码序列(streamlined) 核基因组--多线状；大小一般要比类核基因组大好几个数量级，且变化范围很大；有大量的非编码序列（重复序列、内含子等） 1.3. 非编码序列（non-coding sequences: repeated sequences, introns） 局部分布的重复序列（串联式的高度重复序列） 散布的重复序列（SINES, LINES） 内含子（intron） I 类 II 类 III 类 核mRNA内含子（nuclear mRNA intron）即剪接体内含子（spliceosomal intron） 核tRNA内含子（nuclear tRNA intron） 古细菌内含子（archaebacterial intron） 1.4. 细胞器基因组（organelle genomes: mitochondrial genomes, chloroplast genomes） 线粒体基因组--在不同类型的生物（多细胞动物、高等植物、原生动物、藻类、真菌）中变化很大
分子生物学总结(朱玉贤版)(2020年10月整理).pdf
结合着下载的资料复习吧~~~~ 绪论 分子生物学的发展简史 Schleiden和Schwann提出“细胞学说” 孟德尔提出了“遗传因子”的概念、分离定律、独立分配规律 Miescher首次从莱茵河鲑鱼精子中分离出DNA Morgan基因存在于染色体上、连锁遗传规律 Avery证明基因就是DNA分子，提出DNA是遗传信息的载体 McClintock首次提出转座子或跳跃基因概念 Watson和Crick提出DNA双螺旋模型 Crick提出了“中心法则” Meselson与Stah用N重同位素证明了DNA复制是一种半保留复制 Jacob和Monod提出了著名的乳糖操纵子模型 Arber首次发现DNA限制性内切酶的存在 Temin和Baltimore发现在病毒中存在以RNA为模板，逆转录成DNA的逆转录酶 哪几种经典实验证明了DNA是遗传物质? (Avery等进行的肺炎双球菌转化实验、Hershey 利用放射性同位素35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质外壳和DNA) 第二章染色体与DNA 第一节染色体 一、真核细胞染色体的组成 DNA：组蛋白：非组蛋白：RNA = 1：1：(1-1.5)：0.05 （一）蛋白质（组蛋白、非组蛋白） （1）组蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4 功能：①核小体组蛋白（H2A、H2B、H3、H4）作用是将DNA分子盘绕成核小体
②不参加核小体组建的组蛋白H1，在构成核小体时起连接作用 （2）非组蛋白：包括以DNA为底物的酶、作用于组蛋白的酶、RNA聚合酶等。常见的有（HMG蛋白、DNA结合蛋白） 二、染色质 染色体：分裂期由染色质聚缩形成。 染色质：线性复合结构，间期遗传物质存在形式。 常染色质（着色浅） 具间期染色质形态特征和着色特征染色质 异染色质（着色深） 结构性异染色质兼性异染色质 （在整个细胞周期内都处于凝集状态）（特定时期处于凝集状态）三、核小体 由H2A、H2B、H3、H4各2 分子组成的八聚体和绕在八聚体外的DNA、一分 子H1组成。八聚体在中央，DNA分子盘绕在外，由此形成核心颗粒。,H1结合在核心颗粒外侧DNA双链的进出口端，如搭扣将绕在八聚体外DNA链固定，核心颗粒之间的连接部分为连接DNA。 核小体的定位对转录有促进作用
(完整版)分子生物学试题及答案(整理版)
分子生物学试题及答案 一、名词解释 1．cDNA与cccDNA：cDNA是由mRNA通过反转录酶合成的双链DNA；cccDNA是游离于染色体之外的质粒双链闭合环形DNA。 2．标准折叠单位：蛋白质二级结构单元α－螺旋与β－折叠通过各种连接多肽可以组成特殊几何排列的结构块，此种确定的折叠类型通常称为超二级结构。几乎所有的三级结构都可以用这些折叠类型，乃至他们的组合型来予以描述，因此又将其称为标准折叠单位。 3．CAP：环腺苷酸（cAMP）受体蛋白CRP（cAMP receptor protein ），cAMP与CRP结合后所形成的复合物称激活蛋白CAP（cAMP activated protein ） 4．回文序列：DNA片段上的一段所具有的反向互补序列，常是限制性酶切位点。 5．micRNA：互补干扰RNA或称反义RNA，与mRNA序列互补，可抑制mRNA的翻译。 6．核酶：具有催化活性的RNA，在RNA的剪接加工过程中起到自我催化的作用。 7．模体：蛋白质分子空间结构中存在着某些立体形状和拓扑结构颇为类似的局部区域 8．信号肽：在蛋白质合成过程中N端有15~36个氨基酸残基的肽段，引导蛋白质的跨膜。 9．弱化子：在操纵区与结构基因之间的一段可以终止转录作用的核苷酸序列。 10．魔斑：当细菌生长过程中，遇到氨基酸全面缺乏时，细菌将会产生一个应急反应，停止全部基因的表达。产生这一应急反应的信号是鸟苷四磷酸(ppGpp)和鸟苷五磷酸（pppGpp）。PpGpp与pppGpp的作用不只是一个或几个操纵子，而是影响一大批，所以称他们是超级调控子或称为魔斑。 11．上游启动子元件：是指对启动子的活性起到一种调节作用的DNA序列，-10区的TATA、-35区的TGACA 及增强子，弱化子等。 12．DNA探针：是带有标记的一段已知序列DNA，用以检测未知序列、筛选目的基因等方面广泛应用。13．SD序列：是核糖体与mRNA结合序列，对翻译起到调控作用。 14．单克隆抗体：只针对单一抗原决定簇起作用的抗体。 15．考斯质粒：是经过人工构建的一种外源DNA载体，保留噬菌体两端的COS区，与质粒连接构成。16．蓝-白斑筛选：含LacZ基因（编码β半乳糖苷酶）该酶能分解生色底物X-gal(5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷)产生蓝色，从而使菌株变蓝。当外源DNA插入后，LacZ基因不能表达，菌株呈白色，以此来筛选重组细菌。称之为蓝-白斑筛选。 17．顺式作用元件：在DNA中一段特殊的碱基序列，对基因的表达起到调控作用的基因元件。18．Klenow酶：DNA聚合酶I大片段，只是从DNA聚合酶I全酶中去除了5’→3’外切酶活性 19．锚定PCR：用于扩增已知一端序列的目的DNA。在未知序列一端加上一段多聚dG的尾巴，然后分别用多聚dC和已知的序列作为引物进行PCR扩增。 20．融合蛋白：真核蛋白的基因与外源基因连接，同时表达翻译出的原基因蛋白与外源蛋白结合在一起所组成的蛋白质。 二、填空 1． DNA的物理图谱是DNA分子的（限制性内切酶酶解）片段的排列顺序。 2． RNA酶的剪切分为（自体催化）、（异体催化）两种类型。 3．原核生物中有三种起始因子分别是（IF-1）、（IF-2）和（IF-3）。 4．蛋白质的跨膜需要（信号肽）的引导，蛋白伴侣的作用是（辅助肽链折叠成天然构象的蛋白质）。5．启动子中的元件通常可以分为两种：（核心启动子元件）和（上游启动子元件）。 6．分子生物学的研究内容主要包含（结构分子生物学）、（基因表达与调控）、（DNA重组技术）三部分。7．证明DNA是遗传物质的两个关键性实验是（肺炎球菌感染小鼠）、（ T2噬菌体感染大肠杆菌）这两个实验中主要的论点证据是：（生物体吸收的外源DNA改变了其遗传潜能）。 8．hnRNA与mRNA之间的差别主要有两点：（hnRNA在转变为mRNA的过程中经过剪接，）、 （mRNA的5′末端被加上一个m7pGppp帽子，在mRNA3′末端多了一个多聚腺苷酸(polyA)尾巴）。 9．蛋白质多亚基形式的优点是（亚基对DNA的利用来说是一种经济的方法）、（可以减少蛋白质合成过程中随机的错误对蛋白质活性的影响）、（活性能够非常有效和迅速地被打开和被关闭）。 10．蛋白质折叠机制首先成核理论的主要内容包括（成核）、（结构充实）、（最后重排）。 11．半乳糖对细菌有双重作用；一方面（可以作为碳源供细胞生长）；另一方面（它又是细胞壁的成分）。所以需要一个不依赖于cAMP—CRP的启动子S2进行本底水平的永久型合成；同时需要一个依赖于cAMP—CRP的启动子S1对高水平合成进行调节。有G时转录从（ S2）开始，无G时转录从（ S1）开
分子生物学问题汇总
Section A 细胞与大分子 简述复杂大分子的生物学功能及与人类健康的关系。 Section C 核酸的性质 1.DNA的超螺旋结构的特点有哪些？ A 发生在闭环双链DNA分子上 B DNA双链轴线高卷曲，与简单的环状相比，连接数发生变化 C 当DNA扭曲方向与双螺旋方向相同时，DNA变得紧绷，为正超螺旋，反之变得松弛为负超螺旋。自然界几乎所有DNA分子超螺旋都为负的，因为能量最低。 2.简述核酸的性质。 A 核酸的稳定性：由于核酸中碱基对的疏水效应以及电荷偶极作用而趋于稳定 B 酸效应：在强酸和高温条件下，核酸完全水解，而在稀酸条件下，DNA的核苷键被选择性地断裂生成脱嘌呤核酸 C 碱效应：当PH超出生理范围时（7-8），碱基的互变异构态发生变化 D 化学变性：一些化学物质如尿素，甲酰胺能破坏DNA和RNA二级结构中的 而使核酸变性。 E 粘性：DNA的粘性是由其形态决定的，DNA分子细长，称为高轴比，可被机械力和超声波剪切而粘性下降。 F 浮力密度：1.7g/cm^3,因此可利用高浓度分子质量的盐溶液进行纯化和分析 G 紫外线吸收：核酸中的芳香族碱基在269nm 处有最大光吸收 H 减色性，热变性，复性。 思考题：提取细菌的质粒依据是核酸的哪些性质？ 质粒是抗性基因，，在基因组或者质粒DNA中用碱提取法。 Sectio C 课前提问 1.在1.5mL的离心管中有500μL，取出10 μL稀释至1000 μL后进行检测，测得A260=0.15。 问（1）：试管中的DNA浓度是多少？ 问（2）：如果测得A280=0.078, .A260/A280=？说明什么问题？ (1)稀释前的浓度：0.15/20=0.0075 稀释后的浓度：0.0075/100=0.75ug/ml （2）0.15/0.078=1.92〉1.8，说明DNA中混有RNA样品。 2.解释以下两幅图
现代分子生物学总结(朱玉贤、最新版)
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一、绪论 两个经典实验 1、肺炎球菌在老鼠体内的毒性实验：先将光滑型致病菌（S型）烧煮杀活性以后、以及活的粗糙型细菌（R型）分别侵染小鼠发现这些细菌自然丧失了治病能力；当他们将经烧煮杀死的S型细菌和活的R型细菌混合再感染小鼠时，实验小鼠每次都死亡。解剖死鼠，发现有大量活的S型细菌。实验表明，死细菌DNA 进行了可遗传的转化，从而导致小鼠死亡。 2、T2噬菌体感染大肠杆菌：当细菌培养基中分别带有35S或32P标记的氨基酸或核苷酸，子代噬菌体就相应含有35S标记的蛋白质或32P标记的核酸。分别用这些噬菌体感染没有放射性标记的细菌，经过1~2个噬菌体DNA 复制周期后进行检测，子代噬菌体中几乎不含带35S标记的蛋白质，但含30%以上的32P 标记。说明在噬菌体传代过程中发挥作用的可能是DNA而不是蛋白质。 基因的概念：基因是产生一条多肽链或功能RNA分子所必需的全部核苷酸序列。
二、染色体与DNA 嘌呤嘧啶 腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶 染色体 性质：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、能指导蛋白质的合成，从而控制生命过程；4、能产生可遗传的变异。 组蛋白一般特性：1、进化上极端保守，特别是H3、H4；2、无组织特异性；3、肽链上氨基酸分布的不对称性；4、存在较普遍的修饰作用；5、富含赖氨酸的组蛋白H5 非组蛋白：HMG蛋白；DNA结合蛋白；A24非组蛋白
真核生物基因组DNA 真核细胞基因组最大特点是它含有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能蛋白质所隔开。人们把一种生物单倍体基因组DNA的总量称为C值，在真核生物中C 值一般是随着生物进化而增加的，高等生物的C 值一般大于低等动物，但某些两栖类的C值甚至比哺乳动物还大，这就是著名的C值反常现象。真核细胞DNA序列可被分为3类：不重复序列、中度重复序列、高度重复序列。 真核生物基因组的特点：1、真核生物基因组庞大，一般都远大于原核生物的基因组；2、真核基因组存在大量的的重复序列；3、真核基因组的大部分为非编码序列，占整个基因组序列的90%以上，这是真核生物与细菌和病毒之间的最主要的区别；4、真核基因组的转录产物为单顺反之；5、真核基因组是断裂基因，有内含子结构；6、真核基因组存在大量的顺式元件，包括启动子、增强子、沉默子等；7、真核基因组中存在大量的DNA多态性；8、真核基因组具有端粒结构。
RNA分子生物学参考题及答案
名词解释： 1.imprinted RNA 某些基因呈不遵从孟德尔定律的亲源依赖性单等位基因表达, 其另一等位基因不表达或表达极弱,具有这种现象的基因被称为印迹基因。基因组印记(genomic imprinting)，又称遗传印记(genetic imprinting)或亲本印记(parental imprinting)，指控制某一表型的一对等位基因由于亲源不同而差异性表达，即机体只表达来自亲本一方的等位基因。由印记基因转录的非编码RNA即imprinted RNA。 2.染色质免疫共沉淀 在活细胞状态下固定蛋白质－DNA复合物，并将其随机切断为一定长度范围内的染色质小片段，然后通过免疫学方法沉淀此复合体，特异性地富集目的蛋白结合的DNA片段，通过对目的片断的纯化与检测，从而获得蛋白质与DNA相互作用的信息。在生理状态下把细胞内的DNA与蛋白质交联在一起，通过超声或酶处理将染色质切为小片段后，利用抗原抗体的特异性识别反应，将与目的蛋白相结合的DNA片段沉淀下来。流程：甲醛处理细胞---收集细胞，超声破碎---加入目的蛋白的抗体，与靶蛋白-DNA复合物相互结合---加入ProteinA，结合抗体-靶蛋白-DNA复合物，并沉---对沉淀下来的复合物进行清洗，除去一些非特异性结合---洗脱，得到富集的靶蛋白-DNA复合物---解交联，纯化富集的DNA-片断---PCR分析。 3.lncRNA Transcripts longer than 200 nucleotides that have little or no protein-coding capacity. Long ncRNAs can regulate gene expression through a diversity of mechanisms. 4.snRNA 细胞内有小核RNA(small nuclearRNA，snRNA)。它是真核生物转录后加工过程中RNA 剪接体的主要成分，参与mRNA前体的加工过程。现在发现有五种snRNA，其长度在哺乳动物中约为100-215个核苷酸。snRNA一直存在于细胞核中，与40种左右的核内蛋白质共同组成RNA剪接体，在RNA转录后加工中起重要作用。另外，还有端粒酶RNA它与染色体末端的复制有关；以及反义RNA，它参与基因表达的调控。 5.piRNA piRNA(piwi-interactin RNA), 是近年来新发现的一类内源性非编码的小RNA 分子, 大小集中在26-31nt, 能够特异性地同Argonuat 蛋白家族中的Piwi 亚家族蛋白结合,主要在生殖细胞中表达，与精子发生，生殖细胞成熟相关。 6.gRNA gRNA即引导RNA，是引导RNA编辑的RNA分子，长度大约是60~80个核苷酸，是由单独的基因转录的，具有3’寡聚U的尾巴，中间有一段与被编辑mRNA精确互补的序列，5’端是一个锚定序列，它同非编辑的mRNA序列互补。在编辑时，形成一个编辑体，以gRNA内部的序列作为模板进行转录物的校正，同时产生编辑的mRNA。gRNA 3’端的oligo(U) 尾可作为被添加的U的供体。 7.RNA编辑 是指在RNA水平上改变遗传信息，导致成熟RNA编码序列和它的转录模板之间不匹配，信息改变的方式包括碱基取代、插入或缺失等。 8.细菌非编码RNA 细菌非编码RNA(small non-coding RNA, sRNA)是一类长度在50~500个核苷酸, 不编码蛋白质的RNA。迄今, 在各种细菌中共发现超过150多种sRNA。它们通过碱基配对识
关于分子生物学试题及答案
分子生物学试题（一） 一.填空题(,每题1分,共20分) 一.填空题(每题选一个最佳答案,每题1分,共20分) 1. DNA的物理图谱是DNA分子的（）片段的排列顺序。 2. 核酶按底物可划分为（）、（）两种类型。 3．原核生物中有三种起始因子分别是（）、（）和（）。 4．蛋白质的跨膜需要（）的引导，蛋白伴侣的作用是（）。5．真核生物启动子中的元件通常可以分为两种：（）和（）。6．分子生物学的研究内容主要包含（）、（）、（）三部分。 7．证明DNA是遗传物质的两个关键性实验是（）、（）。 8．hnRNA与mRNA之间的差别主要有两点：（）、（）。 9．蛋白质多亚基形式的优点是（）、（）、（）。 10.蛋白质折叠机制首先成核理论的主要内容包括（成核）、（结构充实）、（最后重排）。 11.半乳糖对细菌有双重作用；一方面（可以作为碳源供细胞生长）；另一方面（它又是细胞壁的成分）。所以需要一个不依赖于cAMP-CRP的启动子S2进行本底水平的永久型合成；同时需要一个依赖于cAMP-CRP的启动子S1对高水平合成进行调节。有G时转录从（S2 ）开始，无G时转录从（S1 ）开始。 12．DNA重组技术也称为（基因克隆）或（分子克隆）。最终目的是（把一个生物体中的遗传信息DNA转入另一个生物体）。典型的DNA重组实验通常包含以下几个步骤： ①提取供体生物的目的基因（或称外源基因），酶接连接到另一DNA分子上（克隆载体），形一个新的重组DNA分子。 ②将这个重组DNA分子转入受体细胞并在受体细胞中复制保存，这个过程称为转化。 ③对那些吸收了重组DNA的受体细胞进行筛选和鉴定。 ④对含有重组DNA的细胞进行大量培养，检测外援基因是否表达。 13、质粒的复制类型有两种：受到宿主细胞蛋白质合成的严格控制的称为（严紧型质粒），不受宿主细胞蛋白质合成的严格控制称为（松弛型质粒）。 14．PCR的反应体系要具有以下条件： a、被分离的目的基因两条链各一端序列相互补的 DNA引物（约20个碱基左右）。 b、具有热稳定性的酶如：TagDNA聚合酶。 c、dNTP d、作为模板的目的DNA序列 15．PCR的基本反应过程包括：（变性）、（退火）、（延伸）三个阶段。 16、转基因动物的基本过程通常包括： ①将克隆的外源基因导入到一个受精卵或胚胎干细胞的细胞核中； ②接种后的受精卵或胚胎干细胞移植到雌性的子宫；
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分子生物学 第一章绪论 分子生物学研究内容有哪些方面？ 1、结构分子生物学； 2、基因表达的调节与控制； 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的变性：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。 2、DNA复性：变性DNA在适当条件下，分开的两条单链分子按照碱基互补原则重新恢复天然的双螺旋构象的现象。 3、Tm(熔链温度)：DNA加热变性时，紫外吸收达到最大值的一半时的温度，即DNA分子内50%的双链结构被解开成单链分子时的温度） 4、退火：热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，称为退火 5、假基因：基因组中存在的一段与正常基因非常相似但不能表达的DNA序列。以Ψ来表示。 6、C值矛盾或C值悖论:C值的大小与生物的复杂度和进化的地位并不一致，称为C值矛盾或C值悖论(C-Value Paradox)。 7、转座：可移动因子介导的遗传物质的重排现象。 8、转座子：染色体、质粒或噬菌体上可以转移位置的遗传成分 9、DNA二级结构的特点：1）DNA分子是由两条相互平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成；2）DNA分子中的脱氧核苷酸和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在外侧；3）DNA分子表面有大沟和小沟；4）两条链间存在碱基互补，通过氢键连系，且A=T、G ≡ C（碱基互补原则）；5）螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm，相邻两个碱基对之间的垂直距离为0.34nm，每圈螺旋包含10个碱基对；6）碱基平面与螺旋纵轴接近垂直，糖环平面接近平行 10、真核生物基因组结构：编码蛋白质或RNA的编码序列和非编码序列，包括编码区两侧的调控序列和编码序列间的间隔序列。 特点：1）真核基因组结构庞大哺乳类生物大于2X109bp；2）单顺反子（单顺反子：一个基因单独转录，一个基因一条mRNA，翻译成一条多肽链；）3）基因不连续性断裂基因（interrupted gene）、内含子(intron)、外显子(exon)；4）非编码区较多，多于编码序列(9:1) 5）含有大量重复序列 11、Histon(组蛋白)特点：极端保守性、无组织特异性、氨基酸分布的不对称性、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、转座的机制：转座时发生的插入作用有一个普遍的特征，那就是受体分子中有一段很短的被称为靶序列的DNA会被复制，使插入的转座子位于两个重复的靶序列之间。 复制型转座：整个转座子被复制，所移动和转位的仅为原转座子的拷贝。 非复制型转座：原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位。 第三章DNA Replication and repair 1、半保留复制：DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱
分子生物学复习题(有详细答案)
绪论 思考题：（P9） 1.从广义和狭义上写出分子生物学的定义？ 广义上讲的分子生物学包括对蛋白质和核酸等生物大分子结构与功能的研究，以及从分子水平上阐明生命的现象和生物学规律。 狭义的概念，即将分子生物学的范畴偏重于核酸（基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA结构与功能、复制、转录、表达和调节控制等过程。其中也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。 2、现代分子生物学研究的主要内容有哪几个方面？什么是反向生物学？什么是 后基因组时代？ 研究内容： DNA的复制、转录和翻译；基因表达调控的研究；DNA重组技术和结构分子生物学。 反向生物学：是指利用重组DNA技术和离体定向诱变的方法研究已知结构的基因相应的功能，在体外使基因突变，再导入体内，检测突变的遗传效应，即以表型来探索基因结构。 后基因组时代：研究细胞全部基因的表达图式和全部蛋白质图式，人类基因组研究由结构向功能转移。 3、写出三个分子生物写学展的主要大事件（年代、发明者、简要内容） 1953年Watson和Click发表了?脱氧核糖核苷酸的结构?的著名论文，提出了DNA的双螺旋结构模型。 1972~1973年，重组DNA时代的到来。H.Boyer和P.Berg等发展了重组DNA 技术，并完成了第一个细菌基因的克隆，开创了基因工程新纪元。 1990~2003年美、日、英、法、俄、中六国完成人类基因组计划。解读人类遗传密码。 4、21世纪分子生物学的发展趋势是怎样的？ 随着基因组计划的完成，人类已经掌握了模式生物的所有遗传密码。又迎来了后基因组时代，人类基因组的研究重点由结构向功能转移。相关学说理论相应诞生，如功能基因组学、蛋白质组学和生物信息学。生命科学又进入了一个全新的时代。 第四章 思考题：（P130） 1、基因的概念如何？基因的研究分为几个发展阶段？ 概念：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，是遗传的基本单位和突变单位以及控制形状的功能单位。 发展阶段：○120世纪50年代以前，主要从细胞的染色体水平上进行研究，属于基因的染色体遗传学阶段。 ○220世纪50年代以后，主要从DNA大分子水平上进行研究，属于分
现代分子生物学总结题库
第一章、基因的结构和功能实体及基因组 1、基因定义 基因（遗传因子）是遗传的物质基础，是DNA（脱氧核糖核酸）分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列的总称，携带有遗传信息的DNA序列，是具有遗传效应的DNA分子片段，是控制性状的基本遗传单位，通过指导蛋白质的合成来表达自己所携带的遗传信息，从而控制生物个体的性状表现。 2、DNA修复 DNA修复（DNA repairing）是细胞对DNA受损伤后的一种反应，这种反应可能使DNA结构恢复原样，重新能执行它原来的功能；但有时并非能完全消除DNA的损伤，只是使细胞能够耐受这DNA的损伤而能继续生存。也许这未能完全修复而存留下来的损伤会在适合的条件下显示出来（如细胞的癌变等），但如果细胞不具备这修复功能，就无法对付经常在发生的DNA损伤事件，就不能生存。对不同的DNA损伤，细胞可以有不同的修复反应。3、DNA损伤 DNA损伤是复制过程中发生的DNA核苷酸序列永久性改变，并导致遗传特征改变的现象。情况分为：substitutation （替换）deletion （删除）insertion （插入）exon skipping （外显子跳跃）。 DNA损伤的改变类型：a、点突变：指DNA上单一碱基的变异。嘌呤替代嘌呤（A与G之间的相互替代）、嘧啶替代嘧啶（C与T之间的替代）称为转换（transition）；嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤则称为颠换（transvertion）。b、缺失：指DNA链上一个或一段核苷酸的消失。c、插入：指一个或一段核苷酸插入到DNA链中。在为蛋白质编码的序列中如缺失及插入的核苷酸数不是3的整倍数，则发生读框移动（reading frame shift），使其后所译读的氨基酸序列全部混乱，称为移码突变（frame-shift mutaion）。d、倒位或转位：（transposition）指DNA链重组使其中一段核苷酸链方向倒置、或从一处迁移到另一处。 e、双链断裂：对单倍体细胞一个双链断裂就是致死性事件。 4、同源重组 同源重组，（Homologus Recombination)是指发生在姐妹染色单体（sister chromatin) 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合。同源重组需要一系列的蛋白质催化，如原核生物细胞内的RecA、RecBCD、RecF、RecO、RecR等；以及真核生物细胞内的Rad51、Mre11-Rad50等等。同源重组反应通常根据交叉分子或holiday 结构（Holiday Juncture Structure) 的形成和拆分分为三个阶段，即前联会体阶段、联会体形成和Holiday 结构的拆分。 a、基因敲除 基因敲除（geneknockout），是指对一个结构已知但功能未知的基因，从分子水平上设计实验，将该基因去除，或用其它顺序相近基因取代，然后从整体观察实验动物，推测相应基因的功能。这与早期生理学研究中常用的切除部分-观察整体-推测功能的三部曲思想相似。基因敲除除可中止某一基因的表达外，还包括引入新基因及引入定点突变。既可以是用突变基因或其它基因敲除相应的正常基因，也可以用正常基因敲除相应的突变基因。 b、因转移法 同源重组(homologousrecombination)是将外源基因定位导人受体细胞染色体上的方法，因为在该座位有与导人基因同源的序列，通过单一或双交换，新基因片段可替换有缺陷的基因片段，达到修正缺陷基因的目的。位点特异性重组是发生在两条DNA链特异位点上的重组，重组的发生需一段同源序列即特异性位点(又称附着点；attachmentsite，att)和位点特异性的蛋白因子即重组酶参与催化。重组酶仅能催化特异性位点间的重组，因而重组具有特异性和高度保守性。
中山大学分子生物学_复习总结
1. 原核基因组与真核基因组（prokaryotic genomes and eukaryotic genomes） 大小（size）：原核生物的一般都比较小，且变化范围也不大（最大/最小约为20）。 真核生物的一般要比原核生物的大很多，且变化范围也很大（最大/最小可达8万） ?基因结构（gene structure: continuous coding sequences, split genes） 原核基因组：环状，较小；通常由单拷贝或低拷贝（low-copy）的DNA序列组成；基因排列紧密，较少非编码序列——“streamlined” 真核基因组：多线状；大小一般要比类核基因组大好几个数量级，且变化范围很大；有大量的非编码序列（重复序列、内含子等） ?非编码序列（non-coding sequences: repeated sequences, introns） 局部分布的重复序列（localized repeated sequences）：串联式（tandem）的高度重复序列（highly repeated sequences）：重复单位的长度从几bp到几百bp，可重复几十万次或更多，常见于着丝粒、端粒和异染色质区域 散布的重复序列（dispersed repeated sequences）： 短的散布式重复序列（short interspersed elements, SINEs）：500 bp以下，可重复10^5次或更多，很多SINEs都是反转录转座子（retroposon）；长的散布式重复序列（long interspersed elements, LINEs）：5 kb以上，可重复10^4次或更多，很多LINEs也是与反转录转座子相关的序列 内含子（intron）：I 类（group I intron）、II 类（group II intron）、III 类（group III intron）、核mRNA内含子（nuclear mRNA intron），即剪接体内含子（spliceosomal intron）、核tRNA 内含子（nuclear tRNA intron）、古细菌内含子（archaebacterial intron） ?细胞器基因组（organelle genomes: mitochondrial genomes, chloroplast genomes）线粒体基因组：在不同类型的生物中变化很大 多细胞动物：细小、致密，没有或很少非编码序列 高等植物：复杂、不均一，比动物的大得多 原生动物、藻类、真菌：或偏向于动物型，或偏向于植物型，但又有其各自的独特之处 叶绿体基因组： 比较均一，85 ~ 292 kb（大部分都在120 ~ 160 kb之内） 2. 转录（transcription） （1）RNA聚合酶（RNA polymerase） 原核生物：1种，全酶（holoenzyme）由核心酶与σ亚基组成，σ亚基的作用 真核生物：3种，由多个亚基组成 cis- 顺式、同一分子trans- 反式、不同分子 in vivo 体内、细胞内in vitro 体外、无细胞体系 in situ原位in silico 基于生物信息学的研究体系 sense strand有义链）= nontemplate strand antisense strand（反义链）= template strand （2）顺式作用元件与反式作用因子（cis-acting elements and trans-acting factors） 启动子（promoters）、增强子（enhancers）为顺式作用元件 原核启动子：-10 box (Pribnow box), -35 box 真核启动子：I类，II类，III类 RNA聚合酶I识别的启动子（I类启动子，class I promoters） RNA聚合酶II识别的启动子（II类启动子，class II promoters） RNA聚合酶III识别的启动子（III类启动子，class III promoters） 增强子：较多在真核生物中存在；能增强转录的元件，但又不是启动子的一部分（无位置、
分子生物学总结完整版
分子生物学总结完整版 1、结构分子生物学； 2、基因表达的调节与控制； 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的变性：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。 2、 DNA复性：变性DNA在适当条件下，分开的两条单链分子按照碱基互补原则重新恢复天然的双螺旋构象的现象。 3、 Tm(熔链温度)： DNA加热变性时，紫外吸收达到最大值的一半时的温度，即DNA分子内50%的双链结构被解开成单链分子时的温度） 4、退火：热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，称为退火 5、假基因：基因组中存在的一段与正常基因非常相似但不能表达的DNA序列。以Ψ来表示。 6、 C值矛盾或C值悖论:C值的大小与生物的复杂度和进化的地位并不一致，称为C值矛盾或C值悖论(C-Value Paradox)。 7、转座：可移动因子介导的遗传物质的重排现象。 8、转座子：染色体、质粒或噬菌体上可以转移位置的遗传成分
9、 DNA二级结构的特点：1）DNA分子是由两条相互平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成；2）DNA分子中的脱氧核苷酸和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在外侧；3）DNA分子表面有大沟和小沟；4）两条链间存在碱基互补，通过氢键连系，且A=T、G ≡ C（碱基互补原则）；5）螺旋的螺距为 3、4nm，直径为2nm，相邻两个碱基对之间的垂直距离为0、34nm，每圈螺旋包含10个碱基对；6）碱基平面与螺旋纵轴接近垂直，糖环平面接近平行 10、真核生物基因组结构：编码蛋白质或RNA的编码序列和非编码序列，包括编码区两侧的调控序列和编码序列间的间隔序列。特点：1）真核基因组结构庞大哺乳类生物大于2X109bp；2）单顺反子（单顺反子：一个基因单独转录，一个基因一条mRNA，翻译成一条多肽链；）3）基因不连续性断裂基因（interrupted gene）、内含子(intron)、外显子(exon)；4）非编码区较多，多于编码序列(9:1) 5）含有大量重复序列1 1、Histon(组蛋白)特点：极端保守性、无组织特异性、氨基酸分布的不对称性、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、转座的机制：转座时发生的插入作用有一个普遍的特征，那就是受体分子中有一段很短的被称为靶序列的DNA会被复
现代分子生物学总结
第一章、基因的结构与功能实体及基因组 1、基因定义 基因(遗传因子)就是遗传的物质基础,就是DNA(脱氧核糖核酸)分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列的总称,携带有遗传信息的DNA序列,就是具有遗传效应的DNA分子片段,就是控制性状的基本遗传单位,通过指导蛋白质的合成来表达自己所携带的遗传信息,从而控制生物个体的性状表现。 2、DNA修复 DNA修复(DNA repairing)就是细胞对DNA受损伤后的一种反应,这种反应可能使DNA结构恢复原样,重新能执行它原来的功能;但有时并非能完全消除DNA的损伤,只就是使细胞能够耐受这DNA的损伤而能继续生存。也许这未能完全修复而存留下来的损伤会在适合的条件下显示出来(如细胞的癌变等),但如果细胞不具备这修复功能,就无法对付经常在发生的DNA 损伤事件,就不能生存。对不同的DNA损伤,细胞可以有不同的修复反应。 3、DNA损伤 DNA损伤就是复制过程中发生的DNA核苷酸序列永久性改变,并导致遗传特征改变的现象。情况分为:substitutation (替换)deletion (删除)insertion (插入)exon skipping (外显子跳跃)。DNA损伤的改变类型:a、点突变:指DNA上单一碱基的变异。嘌呤替代嘌呤(A与G之间的相互替代)、嘧啶替代嘧啶(C与T之间的替代)称为转换(transition);嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤则称为颠换(transvertion)。b、缺失:指DNA链上一个或一段核苷酸的消失。c、插入:指一个或一段核苷酸插入到DNA链中。在为蛋白质编码的序列中如缺失及插入的核苷酸数不就是3的整倍数,则发生读框移动(reading frame shift),使其后所译读的氨基酸序列全部混乱,称为移码突变(frame-shift mutaion)。d、倒位或转位:(transposition) 指DNA链重组使其中一段核苷酸链方向倒置、或从一处迁移到另一处。e、双链断裂:对单倍体细胞一个双链断裂就就是致死性事件。 4、同源重组 同源重组,(Homologus Recombination)就是指发生在姐妹染色单体(sister chromatin) 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合。同源重组需要一系列的蛋白质催化,如原核生物细胞内的RecA、RecBCD、RecF、RecO、RecR等;以及真核生物细胞内的Rad51、Mre11-Rad50等等。同源重组反应通常根据交叉分子或holiday结构(Holiday Juncture Structure) 的形成与拆分分为三个阶段,即前联会体阶段、联会体形成与Holiday 结构的拆分。 a、基因敲除 基因敲除(geneknockout),就是指对一个结构已知但功能未知的基因,从分子水平上设计实验,将该基因去除,或用其它顺序相近基因取代,然后从整体观察实验动物,推测相应基因的功能。这与早期生理学研究中常用的切除部分-观察整体-推测功能的三部曲思想相似。基因敲除除可中止某一基因的表达外,还包括引入新基因及引入定点突变。既可以就是用突变基因或其它基因敲除相应的正常基因,也可以用正常基因敲除相应的突变基因。 b、因转移法 同源重组(homologousrecombination)就是将外源基因定位导人受体细胞染色体上的方法,因为在该座位有与导人基因同源的序列,通过单一或双交换,新基因片段可替换有缺陷的基因片段,达到修正缺陷基因的目的。位点特异性重组就是发生在两条DNA链特异位点上的重组,重组的发生需一段同源序列即特异性位点(又称附着点;attachmentsite,att)与位点特异性的蛋白因子即重组酶参与催化。重组酶仅能催化特异性位点间的重组,因而重组具有特异性与高度保守性。 5、碱基错配对修复
(完整版)分子生物学》试题及答案
《分子生物学》考试试题B 课程号：66000360 考试方式：闭卷 考试时间： 一、名词解释（共10题，每题2分，共20分） 1. SD 序列 2. 重叠基因 3．ρ因子 4．hnRNA 5. 冈崎片段、 6. 复制叉(replication fork) 7. 反密码子(anticodon)： 8. 同功tRNA 9. 模板链(template strand) 10. 抑癌基因 二、填空题（共20空，每空1分，共20分） 1.原核基因启动子上游有三个短的保守序列,它们分别为____和__区. 2.复合转座子有三个主要的结构域分别为______、______、________。 3.原核生物的核糖体由_____小亚基和_____大亚基组成，真核生物核糖糖体由_____小亚基和_______大亚基组成。 4.生物界共有___个密码子，其中__ 个为氨基酸编码，起始密码子为__ _______；终止密码子为_______、__________、____________。 5. DNA生物合成的方向是_______，冈奇片段合成方向是_______。 6.在细菌细胞中，独立于染色体之外的遗传因子叫_______。它是一
种_______状双链DNA，在基因工程中，它做为_______。 三．判断题（共5题，每题2分，共10分） 1.原核生物DNA的合成是单点起始，真核生物为多点起始。( ) 2.在DNA生物合成中，半保留复制与半不连续复制指相同概念。( ) 3.大肠杆菌核糖体大亚基必须在小亚基存在时才能与mRNA结合。( ) 4.密码子在mRNA上的阅读方向为5’→ 3’。( ) 5.DNA复制时，前导链的合成方向为5’→ 3’，后随链的合成方向也是5’→ 3’。（） 四、简答题（共6题，每题5分，共30分） 1.简述三种RNA在蛋白质生物合成中的作用。 2.蛋白质合成后的加工修饰有哪些内容? 3.简述人类基因组计划的主要任务。 4.简述现代分子生物学的四大研究热点。 5.何谓转座子?简述简单转座子发生转座作用的机理。 6.简述大肠杆菌乳糖操纵子与色氨酸操纵子在阻遏调控机制上有那些区别？ 四、问答题（共2题，共20分） 1.叙述蛋白质生物合成的主要过程。（10分） 2.请叙述真核基因的表达调控主要发生在那些环节？分别是怎样进行 的？（10分）
分子生物学总结
SectionA 1 三个域：真细菌，古细菌，真核生物 2 组装中的主要作用力：非共价健作用力 SectionB 1 蛋白质纯化的分析方法 2
正电荷：天冬氨酸谷氨酸 负电荷：赖氨酸精氨酸组氨酸 极性：天冬酰胺谷氨酰胺苏氨酸丝氨酸半胱氨酸 非极性：脂肪族甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸脯氨酸芳香族苯丙氨酸酪氨酸色氨酸 Cys 二硫键 Gly 无手性 Pro 亚氨基酸 芳香族氨基酸最大吸收峰280mm 3 蛋白质的一级(决定蛋白折叠及其最后的形状的最重要的因素)：氨基酸脱水缩合形成肽链N端到C端共价键 二级：多肽链中空间结构邻近的肽链骨架通过氢键形成的特殊结构。 α转角 β螺旋氢键为主要作用力 三级：多肽链中的所有二级结构和其他松散肽链区域（散环结构）通过各种分子间作用力（非共价键为主），弯曲、折叠成具有特定走向的紧密球状构象。 非共价键 四级：许多蛋白分子由多条多肽链（亚基，subunits ）构成。组成蛋白的各亚基以各种非共价键作用力为主，结合形成的立体空间结构即为四级结构。非共价键 4 偶极：电子云在极性共价键的两原子间不均匀分布，使共价键两端的原子分别呈现不同的电性 兼性离子：具有正电荷（碱性），又具有负电荷（酸性）的分子 双极性分子：
Section C 1核酸的光学特性： 增色性：一种化合物随着结构的改变对光的吸收能力增加的现象 减色性：一种化合物随着结构的改变对光的吸收能力减少的现象 Reason: 碱基环暴露在环境中的越多，对紫外的吸收力越强 Absorbance（吸收值）：Nucleotide > ssDNA/RNA > dsDNA 核酸的最大吸收峰260mm(碱基有芳香环) 芳香族氨基酸最大吸收峰280mm A260/A280: 纯的dsDNA：1.8 纯的RNA：2.0 纯的Protein：0.5 2 Tm 值（熔解温度）：热变性时，使得DNA双链解开一半所需要的温度。 Tm=2x(A+T) + 4x(G+C) Tm值与DNA分子的长度，及GC的含量成正比 Annealing（退火）:热变性的DNA经过缓慢冷却后复性 快速冷却：Stay as ssDNA 缓慢冷却: 复性成dsDNA 3 脱氧核糖核酸与核糖核苷酸得到画法 4 支持双螺旋结构的两个实验：查戈夫规则X射线晶体衍射 5 双螺旋的内容： 双链之间的关系：DNA分子由两条链组成 双链反向平行(5’3’方向) 两链的碱基通过氢键互补配对，A:T; G:C。 双链序列反向互补 各基团排列方式：糖-磷酸骨架DNA分子排列在外; 碱基对平面相互平行，排列在DNA分子的内部。 空间结构为：右手双螺旋结构 每转一圈~10个碱基对，每一圈长度33.2A 双链螺旋中形成大沟，小沟。 6 碱对DNA的影响：高pH值对DNA的影响比低pH值的要小。 高pH 值(pH>11)会改变碱基构象，使DNA变性（双链解旋，成单链）RNA的影响：高pH值，2’羟基会攻击磷酸二酯键，使其断裂，形成2’，3’-环式磷酸二酯键，从而使RNA分子断裂 7 共价闭合环状DNA (convalently closed circular DNA, cccDNA）。即通过共价键结合形成的封闭环状DNA分子。 8 超螺旋DNA（Supercoil DNA）:松弛型双链DNA进一步旋转后，再形成闭环结构时，就会形成DNA超螺旋结构 L=T+W 判断是否为超螺旋正负超螺旋 9 拓扑异构酶：暂时断裂DNA分子中一条或两条单链上的磷酸二酯键，改变DNA分子的连接数及拓扑状态。 功能：消除DNA复制和转录等过程产生的超螺旋。 细胞中，Ⅰ型酶与Ⅱ型酶的活性保持一种平衡状态。Ⅱ型酶的“使DNA超螺旋化”与