分子生物学笔记

分子生物学知识点（修改）

染色体与DNA

▲基因：DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质最小的功能单位。 ▲基因的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列 ▲基因组：单倍体细胞中含有的整套染色体。

▲染色体：细胞在有丝分裂（或减数分裂）时遗传物质存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密组装的结果。

▲染色体组成：DNA、组蛋白、非组蛋白、部分RNA ▲染色体的特征： 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，掌握整个生命过程 4、可以产生可遗传的变异

▲组蛋白：与DNA结合但没有序列特异性的蛋白，是染色体的结构蛋白，与DNA共同组 成真核生物染色质的基本结构单位核小体 ▲组蛋白的特性：

1、进化上保守，不同生物组蛋白的氨基酸组成和相似 2、无组织特异性

3、肽链上氨基酸分布不对称 4、组蛋白有修饰作用

▲非组蛋白：与DNA结合但有序列特异性的蛋白 ▲非组蛋白的特性：

1、具有多样性和异质性，不同组织细胞中其种类和数量都不相同

2、具有识别、结合特异性，能够识别特异的DNA序列，在不同的基因组之间，这些非组 识别的DNA序列在进化上是保守的

3、具有功能的多样性，包括基因表达的调控和协助染色质高级结构的形成

★真核与原核生物基因组的区别： 原核生物基因组 结构简单，几乎所有基因都用来编码蛋白质 功能相关的RNA和蛋白质基因，往往集中在一起形成功能或转录单位，可以一起被转录为多个mRNA（多顺反子mRNA） 有重叠基因（完全重叠、部分重叠、只有一个碱基对的重叠） 基因分布在一个染色体上 几乎每一个基因都是完整的连续的DNA片段 基因转录和翻译是同步的 原核生物的基因组一般是一个复制子 真核生物基因组 结构庞大，存在大量重复序列和非编码序列 基因的转录产物为单顺反子 基因分布在多个染色体上 基因是不连续的，中间存在不被翻译的内含子序列 基因组转录后的绝大部分前体RNA必须经过剪接过程才能形成成熟的mRNA 基因组的复制起点多，缺少明显的操纵子结构 1

存在大量的顺式作用元件 有端粒结构（一段DNA和蛋白质组成的复合体，保护DNA完整复制，保护染色体，决定细胞寿命） ▲C值反常现象（C值谬误）：C值和种系进化程度无关 ▲DNA到染色体的四级组装：

DNA 核小体 螺线管 超螺线管 染色单体 7*6*40*5 ▲DNA的结构：

DNA的一级结构：4种核苷酸的链接及排列顺序，表示了DNA分子的化学构成。

DNA的二级结构：两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构，二级结构和高级结 构各种构型之间是存在一个动力学的平衡关系。 双螺旋结构的基本特点：

1、DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘绕构成的右手螺旋结构

2、DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接在外侧，通过3’-5’磷酸二酯键连接，构成基本 骨架，碱基在内侧，碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行 3、DNA分子两条链上的碱基通过氢键按碱基互补配对原则结合

4、双螺旋的平均直径为2nm，一圈上升10个核苷酸，螺距为3.4nm

DNA的高级结构：指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕形成的特定空间结构，正负超螺旋在拓 扑异构酶或溴乙啶的作用下可以相互转变。

负超螺旋：顺时针右手螺旋的DNA双螺旋以相反方向围绕它的轴扭曲而成，松解了扭 曲压力。

正超螺旋：朝与DNA双螺旋内部盘绕相同的方向扭转，使DNA的结构更加的紧密。

★DNA的复制： ▲DNA的半保留复制：DNA在复制时，双链解开，按单链DNA的核苷酸顺序，按碱基配 对原则合成新链，组成新的DNA分子，新形成的DNA分子与原来的DNA分子的碱基顺序 完全相同，每个子代DNA的一条链来自亲代，一条是重新合成的，这种复制方式称为半保留复制。

▲DNA的半不连续复制：DNA复制时，一条链按5’-3’的方向连续合成，另一条链的合是不连续的，先按5’-3’的方向合成若干的冈崎片段，在通过DNA连接酶的作用合成一条链，这种合成方式称为DNA的半不连续复制。

▲冈崎片段：DNA复制中，一条链是连续合成的，另一条链首先按照5’-3’方向合成一系列短的小片段，再由酶连接形成新链，这些首先合成的短片段称为冈崎片段。

▲前导链：DNA复制中，按5’-3’方向连续合成,复制方向和复制叉移动方向相同，连续合成的一条链。

▲后随链：DNA复制中，复制方向与复制叉方向相反，不连续合成的链

▲复制叉：DNA复制时在DNA链上通过解旋、解链和SSB蛋白的结合等过程形成的Y字型结构称为复制叉。在复制叉处作为模板的双链DNA解旋，同时合成新的DNA链，生物体的复制单位称为复制子。

★DNA复制所需要的酶（按复制过程的先后顺序）： ◆拓扑异构酶：将DNA 双链中的1条或2条切断，松开超螺旋后再将DNA 链连接起来，从而避免出现链的缠绕。拓扑异构酶I（使DNA一条链发生断裂，解开负的超螺旋，同转录有关），拓扑异构酶II（切断双链，作用是将负超螺旋引入DNA分子，同复制有关）。 ◆解旋酶：是解开双链的酶蛋白，每解开1对碱基，需要消耗2分子ATP。

2

◆单链结合蛋白（SSB）：是一些能够和单链DNA 结合的蛋白质因子，用于稳定DNA 单链，保护单链DNA ，避免核酸酶的降解。

◆引发酶：参与构成引发体，合成RNA引物，提供复制所需要的3’-OH端，引发体由引发酶和引发前体组成。

◆DNA 聚合酶：需dNDP为原料，Mg2+激活，需模板和3’-OH端引物。

◆DNA连接酶：催化两段DNA之间磷酸二酯键的形成，但不能将两条游离的单链连接起来 ◆DNA复制的过程：起始（DNA母链形成复制叉，DNA合成从复制起始点出沿着两个方向进行，和RNA引物形成的阶段）。延长（复制叉的移动和新生链的延长，包括前导链和后随链的延长）。终止（新生子链和母链形成新生的双链DNA） ▲原核生物DNA聚合酶：

◆DNA 聚合酶I：5’-3’的聚合酶活性，3’-5’，5’-3’外切酶活性，在切除因紫外线照射而形

成嘧啶二聚体中有重要作用，也可用来切除冈崎片段5’端的RNA引物，使冈崎片段间缺口消失，保障连接酶的连接。

◆DNA 聚合酶II：5’-3’的聚合酶活性，3’-5’外切酶活性，主要是起修复DNA的作用。 ◆DNA 聚合酶III：5’-3’的聚合酶活性，3’-5’外切酶活性提高复制的保真性，是DNA复制中链延长的主导聚合酶。 ▲真核生物DNA聚合酶：

◆DNA聚合酶α（分布在核内，主要作用是引物合成）

◆DNA聚合酶β（分布在核内，主要起对损伤的修复，属高忠实性修复酶） ◆DNA聚合酶γ（分布在线粒体内，对线粒体DNA的复制发挥作用）

◆DNA聚合酶δ（分布在核内，主要负责DNA复制的酶，参与前导和后随链的合成） ◆DNA聚合酶ε（分布在核内，与后随链的合成有关） ▲DNA的复制体系：

dNDP为原料，DNA的两条链为模板链，一段RNA引物，引物酶，聚合酶等多种酶。 ▲DNA的复制的几种方式：

◆线性DNA复制（主要是真核生物）

◆环状DNA复制（大肠杆菌：θ型，质粒：滚环型（不需要RNA引物，只有一个复制叉），线粒体：D-型）

★真核与原核生物DNA 复制的比较： 相同点：

1、都以dNTP为底物，需要Mg激活，需要能量

2、聚合时需要模板和引物，都为半保留、半不连续复制 3、方向为5’-3’不断延长的是3’-OH 4、复制为高保真、有多种机制 不同点：

真核生物 多复制子，多复制起点，双向为主也有单向 一个复制单元一个复制叉，复制叉移动慢 DNA聚合酶种类较多，有15种以上 DNA复制需要起始点识别复合物 ▲DNA的修复 DNA修复系统 错配修复

原核生物 单个复制子，单个复制起点，双向 一个复制单元有多个复制叉，复制叉移动快 DNA聚合酶种类相对较少 不需要 功能 恢复错配，将错配切除 3

切除修复（碱基、核苷酸） 重组修复 DNA直接修复 SOS系统 切除突变的碱基和核苷酸片段 复制后的修复，重新启动停滞的复制叉（错误在后代中稀释） 修复嘧啶二体或甲基化DNA DNA的修复，导致变异 ▲错配修复：

DNA子链中的错配几乎完全能被修复，充分反映了母链序列的重要性，识别母链的依据来 自Dam甲基化酶，母链被甲基化保护，子链被切开，修复系统保存母链，修复子链，找出错误碱基所在的DNA链，并在对应于母链甲基化腺苷酸上游鸟甘酸的5’位置切开子链，在根据错配碱基相对于DNA切口的方位启动修复途径，合成新的子链DNA片段 ▲切除修复：

一些碱基在自发货诱发的条件发生脱酰胺，然后改变配对性质，造成案件转换突变 鸟嘌呤变为黄嘌呤与胞嘧啶配对 胞嘧啶变为尿嘧啶与腺嘌呤配对 ①碱基切除修复

AP位点：细胞中有不同类型、能识别受损核酸位点的核苷水解酶，它能特异性切除受损核 苷酸上的N-β-糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称AP位点 ②核苷酸切除修复

当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间无法形成氢键，特异的核苷酸内切酶识别损伤部位，核苷酸直接被切除，由核苷酸切除修系统负责修复 真核和原核核苷酸切除修复的不同：

原核生物切割12~13个核苷酸，真核生物切割27~29个核苷酸组成的小片段 原核由DNA聚合酶I合成新片段，真核由DNA聚合酶ε合成新片段 ▲DNA的直接修复

把损伤的碱基回复到原来的状态的一种修复，需要可见光的存在，需要光复活酶 ▲SOS反应

是细胞DNA损伤或复制系统收到抑制的紧急情况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施，包括DNA修复和产生变异，是在没有模板指导下的复制修复，是一种应急反应 ▲DNA的转座

DNA的转座（移位）：是由可移位因子介导的遗传物质重排现象 转座子（转座因子）：存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位 ▲原核生物的转座子分为两类：插入序列（IS）和复合型转座子 ①插入序列(IS)

可以独立存在，有介导自身移动的蛋白质，也可以作为其他转座子的组成部分 ◆插入序列是最简单的转座子，不含任何宿主基因 ◆是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分

◆他们都是很小的DNA片段，末端具有倒置重复序列

◆转座时往往复制宿主靶点一小段DNA，形成位于IS序列两端的正向重复序列

◆已知的IS序列都只有一个可译框架，翻译起始位点挨着第一个倒置重复序列，终止点位 于第二个倒置重复区或附近 ②复合型转座子

是一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，两翼往往是两个相同或高度同源 的IS序列，IS序列插入到某个功能基因两端时就可能产生复合型转座子，一旦形成复合转 座子，IS序列就不能单独移动，只能做复合体移动。 ③TnA家族

4