分子生物学复习资料29168.doc
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1、如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流分子生物学复习资料29168【精品文档】第 19 页1.分子生物学的主要研究内容核酸的分子生物学;蛋白质的分子生物学;分子生物学技术2.理论上的三大发现40年代,Avery发现了生物遗传物质的化学本质是DNA;50年代,Walson-crick提出了DNA结构的双螺旋模型,搞清楚了生物遗传的分子机制;60年代,确定了遗传信息的传递方式: DNARNAprotein.3.技术上的3大发明“基因剪刀”限制性核酸内切酶发明;载体(“车子”)基因工程(技术)诞生的第2个技术准备;1970年, Baltimore和 Temin等同时各自发现了逆转录酶,打破了遗传学
2、的中心法则,使真核基因的制备成为可能。4.证明遗传物质是核酸的试验:肺炎球菌转化试验;噬菌体转染试验5.B-DNA双螺旋结构1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型。DNA是由两条反向平行的多核苷酸链组成的,分子的主链(磷酸核糖骨架)位于螺旋的外侧,碱基则堆积于螺旋的内部,两条多核苷酸链通过碱基间的氢键相结合。6.双螺旋模型参数直径20;螺距为34(任一条链绕轴一周所升降的距离);每圈有10个核苷酸 (碱基);两个碱基之间的垂直距离是3.4。螺旋转角是36度;有大沟和小沟配对碱基并不充满双 螺旋空间,且碱基对占据的空间不对称。7.大沟中碱基差异容易识别 ,往往是蛋白质因子结合
3、特异DAN序列的位点。8.DNA的双螺旋结构稳定因素氢键 ;碱基堆积力,碱基处于疏水环境中;磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和,离子键;范德华力9.B-DNA来自相对湿度为92所得到的DNA钠盐纤维;还发现了A、C、D、E等右手双螺旋和左手双螺旋,Z构象等形式。在溶液中,DNA一般为B型。但在水的活度降低时,就转变为A型。自然状态下,A-DNA可能存在于DNA-RNA的杂交分子,和双链RNA分子中。与B-DNA相比,Z-DNA更为细长。有证据表明,Z-DNA存在于天然DNA中,但量极微小,有些证据表明,Z-DNA的存在与基因表达的调控有关。三种DNA双螺旋构象比较A B Z外型 粗短 适中
4、 细长螺旋方向 右手 右手 左手螺旋直径 2.55nm 2.37nm 1.84nm碱基直径 0.23nm 0.34nm 0.38nm每圈碱基数 1 1 10.4 12碱基倾角(度) 19 1 9大沟 很窄很深 很宽较深 平坦小沟 很宽、浅 窄、深 较窄很深10.DNA和RNA的碱基有共轭双键,而使核酸在240290nm有光吸收,最大吸收在260nm附近。11.影响 Tm值的因素GC含量,高则高;盐浓度,高泽高,但有一定范围;有变性剂存在,如尿素,降低;极端pH条件的影响12.DNA复性条件有足够的盐浓度以消除磷酸基的静电斥力,常用的盐浓度为0.15至0.50mo1/L的NaCI;有足够高的温度
5、以破坏无规则的链内氢键,但又不能太高否则配对碱基之间的氢键又难以形成的。一般使用比Tm低20-25的温度。 13.影响DNA复性过程的因素 阳离子浓度;复性反应的温度;低于Tm值 25左右 (60-65);S.S, DNA 的初始浓度 C0S.S. DNA分子的长度(片段的大小);DNA 分子中, dNt 的排列状况 (随机排列, 重复排列)。14.DNA的变化情况:DNA在水溶液中, 构型偏B型状态;DNA以10.5 bp/helix为最稳定构型;小于10.5bp/helix 向正超螺旋发展(紧缩态);大于10.5bp/helix 向负超螺旋发展(松弛态) ;天然的DNA都是负超螺旋;但一些
6、生命活动过程中存在正超螺旋.15.DNA超螺旋结构形成的意义:使DNA形成高度致密状态从而得以装入核中;推动DNA结构的转化以满足功能上的需要,如负超螺旋分子所受张力会引起互补链分开导致局部变性,利于复制和转录。16.拓朴异构酶可分I型和II型两类拓扑异构酶I通过使DNA的一条链发生断裂和再连接,能使超螺旋DNA转变成松弛型环状DNA,每催化一次可消除一个负超螺旋,即使L增加,反应无需供给能量;拓扑异构酶II则刚好相反,可使松弛型环状DNA转变成负超螺旋DNA,每催化一次,L 减少,可引入负超螺旋。拓扑异构酶II亦称促旋酶,它可以使DNA的两条链同时断裂和再连接,当它引入超螺旋时需要ATP提供
7、能量。 17. DNA的序列分析化学法(Maxam-Gilbert)测序原理:化学法是用化学试剂在A、G、C、T处特定地裂解DNA片段,产生一簇各种长度的短链(等差数列 n=1),经过PAGE和放射自显影后,可以直接读出DNA的顺序。用放射性核素标记待测DNA一侧末端;将标记DNA分为G、A+G、C+T、C 4个反应体系;用不同的化学试剂处理不同反应体系,随机断裂DNA片段某种碱基中的任何一个,产生一组一端为放射线标记的末端,另一端为不同大小的DNA片段的混合物;电泳分离,放射自显影得到互相错落的梯形图谱,即可读出DNA序列。18. 病毒的核酸类型 单股正链RNA病毒,SARS冠状病毒 ;单股
8、负链RNA病毒,禽流感病毒(H5N1);双链RNA病毒,呼肠孤病毒 ;逆转录病毒,人类免疫缺陷病毒(HIV);线性双链DNA病毒,腺病毒 ;双链环状DNA病毒,乳头瘤病毒 ;单链环状DNA病毒,噬菌体phiX174;开环部分双链DNA病毒,乙型肝炎病毒(HBV);开环部分双链DNA病毒,乙型肝炎病毒(HBV);19.质粒的特点:自主复制性 ;可扩增性 ;可转移性 ;不相容性 。质粒在分子生物学研究中因其以下几个方面的特点而常常作为载体:体积小,便于DNA的分离与操作;呈环状,使其在化学离过程中能保持性能稳定;有不受核基因组控制的独立复制起始点;拷贝数多,使外源DNA可很快扩增;存在抗药性基因等
9、选择性标记。20. 真核生物基因和基因组的特点:真核基因组比原核基因组大得多;真核生物的主要的遗传物质DNA与组蛋白等构成染色体,被包裹在核膜内,核外还有与核基因组发生互作的线粒体基因组、叶绿体基因组等;真核基因组主要是二倍体,真核生物一个结构基因转录成一条mRNA,即mRNA是单顺反子,基本上没有操纵子的结构。4)真核细胞中许多来源相同、结构相似、功能相关的基因往往成套组合成一个基因家族(gene family); 非编码序列多于编码序列;原核生物编码蛋白质的基因序列绝大多数是连续的,而真核生物编码蛋白质的基因绝大多数是不连续的,是被一些称作内含子(intron)的序列隔开,为间隔基因;原核
10、基因组中除了rDNA、tDNA基因有多个拷贝外,重复序列不多。高等动植物基因组中存在大量的重复序列;原核生物基因组一般是一个复制子,而真核生物基因组的复制起始点很多,有多个复制子。21. 间隔基因共同的性质:内含子DNA序列结构有一定的特征,内含子的5,末端(即供体位点)核苷酸全部为GT(G90T90);内含子的3末端核苷酸中有85个AG(A85G85),提出了“GT-AG规律”;间隔基因的外显子在基因中的排列顺序和它在成熟mRNA产物中的排列顺序是相同的;某种间隔基因在所有组织中都具有相同的内含子成分;核基因的内含子通常在所有的可读框中都含有无义密码子(nonsense codon),因此一
11、般没有编码功能;大多数内含子上发生的突变不影响蛋白质的结构。但也有例外,例如一些发生在内含子上的突变可通过抑制外显子的相互剪接阻止信使RNA的产生。间隔基因的存在对生物的意义:有利于储存较多的信息,增加信息量。一些断裂基因以不同的剪接方式可以产生两种以至多种mRNA,于是编码不同功能的多肽;有利于变异和进化;增加重组机率;可能是基因调控装置。 22. 真核生物重复序列的类型单拷贝序列unique sequence重复数为一个到几个;大多数结构基因即编码各种蛋白质的基因存在于单一序列中单拷贝基因的表达能力很高。中度重复序列moderately repetitive sequence中度重复();
12、多为串联重复拷贝;这些基因的产物往往机体需求量很大如基因,组蛋白基因。高度重复序列(highly repetitive sequence)重复频率();通常序列较短;通常集中在染色体的中心粒和端粒处;在密度梯度离心时,在主带旁形成伴随带,因此这些重复序列也称卫星satellite DNA;功能不详,可能与染色体稳定有关,也有种属的特异性卫星DNA依照其重复单位的的大小分为卫星序列、小卫星序列(minisatellite sequence)、微卫星序列(microsatellite sequenc)。23. DNA 的复制酶和相关蛋白聚合酶:催化DNA的合成。引物酶:启动RNA引物链的合成。引发
13、酶 :引物与典型的RNA(如mRNA)不同,它们在合成以后并不与模板分离,而是以氢键与模板结合。可见这种引物可能是由一种性质独特的RNA聚合酶所合成。这种合成DNA引物的酶就称为引发酶 。引发体:引发酶是一条单肽链,分子量为60KDa,每个细胞中有50100个分子,它是由dnaG基因所编码的。该酶单独存在时是相当不活泼的,只有在与有关蛋白质相互结合成为一个复合体时才有活性。这种复合体就称. 解螺旋酶,旋转酶:把双链变成单链的酶。连接酶:是一种封闭DNA链上缺口酶,借助ATP或NAD水解提供的能量催化DNA链的5-PO4与另一DNA链的3-OH生成磷酸二酯键。24. 复制的忠实性DNA聚合酶的高
14、度专一性(严格遵循碱基配对原则,但错配率为7 10-6 );DNA聚合酶的校对功能(错配碱基被3-5外切酶切除);起始时以RNA作为引物。25. 双脱氧核苷酸链终止法(dideoxy-termination sequencing):原理:双脱氧(2,3)-核苷酸可以象2-脱氧核苷酸那样直接掺入新合成的DNA链中,但因3 端不具OH基,DNA链合成至此中断。由于双脱氧核苷酸在每个DNA分子中掺入的位置不同,故可根据不同长度的DNA片段测定出核苷酸序列。.在测序用的缓冲液中含有四种dNTP及聚合酶. 测序时分成四个反应, 每个反应除上述成分外分别加入2,3-双脱氧的A, C, G, T核苷三磷酸(
15、称为ddATP, ddCTP, ddGTP, ddTTP), 然后进行聚合反应. 在第一个反应物中, ddATP会随机地代替dATP参加反应一旦ddATP加入了新合成的DNA链, 由于其3位的羟基变成了氢, 所以不能继续延伸. 所以第一个反应中所产生的DNA链都是到A就终止了; 同理第二个反应产生的都是以C结尾的; 第三个反应的都以G结尾, 第四个反应的都以T结尾, 电泳后就可以读出序列了.26. 真核生物的DNA聚合酶、五种 位置 核内 核内 核内 核内 线粒体合成 与引发 修复 合成 合成,修复 复制功能 酶结合 前导链 后随链35校 NO NO Yes Yes Yes正活性27. DNA
16、损伤的来源:碱基的脱落;碱基(核苷)的改变(碱基类似物;碱基的自身改变);DNA复制中的错误;插入(insertion)和缺失(deletion) ;嘧啶碱基的二聚体化;链的断裂;DNA链的交联。28. DNA突变类型:点突变,指DNA上单一碱基的变异。 缺失(deletion)插入(insertion) ,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。 双链断裂,对单倍体细胞一个双链断裂就是致死性事件。 29. DNA repairing- DNA修复是细胞对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
17、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种DNA的损伤而能继续生存。1)直接修复光修复 这是最早发现的DNA修复方式。修复是由细菌中的DNA光解酶(photolyase)完成,此酶能特异性识别紫外线造成的核酸链上相邻嘧啶共价结合的二聚体,并与其结合,这步反应不需要光;结合后如受300600nm波长的光照射,则此酶就被激活,将二聚体分解为两个正常的嘧啶单体,然后酶从DNA链上释放,DNA恢复正常结构。单链断裂的重接 DNA单链断裂是常见的损伤,其中一部分可仅由DNA连接酶(ligase)参与而完全修复。此酶在各类生物各种细胞中都普遍存在,修复反应容易进行。但双链断裂几乎
18、不能修复碱基的直接插入 DNA链上嘌呤的脱落造成无嘌呤位点,能被DNA嘌呤插入酶(insertase)识别结合,在K存在的条件下,催化游离嘌呤或脱氧嘌呤核苷插入生成糖苷键,且催化插入的碱基有高度专一性、与另一条链上的碱基严格配对,使DNA完全恢复。 烷基的转移在细胞中发现有一种O6甲基鸟嘌呤甲基转移酶,能直接将甲基从DNA链鸟嘌呤O6位上的甲基移到蛋白质的半胱氨酸残基上而修复损伤的DNA。 2)切除修复(excision repair) 是修复DNA损伤最为普遍的方式,对多种DNA损伤包括碱基脱落形成的无碱基位点、嘧啶二聚体、碱基烷基化、单链断裂等都能起修复作用。首先由核酸酶识别DNA的损伤位
19、点,在损伤部位的5侧切开磷酸二酯键。不同的DNA损伤需要不同的特殊核酸内切酶来识别和切割。由53核酸外切酶将有损伤的DNA片段切除。在DNA聚合酶的催化下,以完整的互补链为模板,按53方向DNA链,填补已切除的空隙。由DNA连接酶将新合成的DNA片段与原来的DNA断链连接起来。这样完成的修复能使DNA恢复原来的结构。 3)错配修复(mismatch repair)是按模板的遗传信息来修复错配碱基的,因此,修复时首先要区别模板链和新合成的DNA链。这是通过DNA的甲基化实现的。E.coli错配修复需要Dam甲基化酶,MutH,MutL,MutS蛋白,DNA解螺旋酶II,SSB,DNA聚合酶,核酸
20、外切酶和DNA连接酶。这样,半甲基化DNA成为识别模板链和新合成链的基础。错配修复发生在GATC的邻近处,故这种修复也称为甲基指导的错配修复(methyl-directed mismatch repair)4)重组修复(recombinational repair) 在某些情况下没有互补链可以直接利用,其修复可用 DNA重组方式 。重组修复不能完全去除损伤,损伤的DNA段落仍然保留在亲代DNA链上,只是重组修复后合成的DNA分子是不带有损伤的,但经多次复制后,损伤就被“冲淡”了,在子代细胞中只有一个细胞是带有损伤DNA的。5)应急修复(SOS修复 )是指DNA受到严重损伤、细胞处于危急状态时所
21、诱导的一种DNA修复方式,修复结果只是能维持基因组的完整性,提高细胞的生成率,这是一种无模板指导的复制,故留下的错误较多,故又称为错误倾向修复(errorprone repair),使细胞有较高的突变率。 RecA在SOS反应中起核心作用,三种功能a、 DNA 重组活性b、 与S.S. DNA结合活性c、 少数蛋白的proteinase活性。当DNA正常复制时RecA不表现proteinase活性30. 细菌的基因转移主要有4种机制:接合(conjugation)、细菌与细菌接触后细菌DNA转移和重组。转化(transformation)、外源遗传物质(如质粒DNA等)进入细菌,引起细菌遗传变
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