武汉大学 郜金荣《分子生物学精要》

第一章 绪论
小结：主要论述了分子生物学的诞生，分子生物学的发展简史。分子生物学的概念及与相邻学科的关系：分子生物学研究方法，逻辑推理原则及强有力的推论：对分子生物学的主要内容、分子生物学展望对分子生物学的概貌有一了解就行了，不必死记硬背。
第二章 生物大分子的基本结构和性质
　　小结：一、三类主要的生物大分子、蛋白质、核酸和多糖：它们的化学结构；决定蛋白质、核酸三维结构的非共价相互作用；研究生物大分子的方法以及蛋白质及核酸的分子量测定方法。
　　二、①DNA由　A、T、G、C　组成的双链螺旋。天然DNA是Watson-Crick结构　B型　、右手螺旋，两链距离　20Å　　、每螺圈　10bp　、相邻碱基对距离　3.4 Å　且以360旋转。DNA分子量为　2X106u/μm　。B型DNA有　两个槽沟　；两条链　反向平行　，书写为　PATCG-3，OH　或　PATPC PG-　不同生物（G＋C/all bases）碱基组成不同；DNA分子很细很长、很易断裂。
②决定DNA的结构因素：　氢键　；　疏水作用　；　碱基堆积　及　离子强度　。DNA在加热时可以　变性　，A260光吸收值　增加　，一般全部变性后，　增加37%　（增色效应）当DNA加热变性过程中，达以A260最大光吸收值　一半时　的温度为该DNA的变性温度（Tm）、当变性DNA降温时A260光吸收值减少称　减色效应　。变性DNA要保持单链状态必须：　低盐、＜0.01M Nacl　或　加变性剂　（尿素、甲酰胺）。DNA可被　硷　变性，也可被　单链结合蛋白　（32Protein）变性，32Protein两个特点使DNA变性，①　与单链紧密结合　②　协同作用　。
③DNA复性动力学时是对真核DNA顺序特点研究的一个早期手段。复性的两个必要条件：　
　高盐　：0.15-0.5M Nacl；和　一定高的温度　：比其Tm值低20-25℃。复性的速度与DNA的　浓度　、DNA的　复杂程度　、DNA片段的　大小　、　温度　和　离子强度　有关。Cotl/2的大小代表了　基因组的大小　和　复杂程度　。分子杂交的原理与　复性　，只不过是分子来源不同，溶液杂交、滤膜杂交：　Southerm blot 、　Northern bolt 、
  Western bolt and  in situ hybridization 。在分子生物学中应用很广。
　　④环状DNA可是共价闭合环状DNA分子（CC），切口环状和　超螺旋　分子，超螺旋有两种：　正超螺旋　和　负超螺旋　，正超螺旋扭曲缠绕方向与右手螺旋方向使更紧有　紧旋效应　，负超螺旋形成时，方向与双螺旋相反，使松驰，有　松旋效应　，天然条件下的DNA均采取　负超螺旋　形式。
　　环状DNA分子存在　单链　泡泡区（A、T丰富区）、（breathing）在PH13的碱性条件下沉降，单链线状DNA的S值比其天然双链线状大　30%　、超螺旋DNA（CCC）是天然DNA的　3倍　。在含溴化乙锭的氯化铯中平衡离心，由于CCC DNA插入EB最少，所以其沉降速度最大，用此方法可以纯化　CCC DNA 。
　　⑤Z-DNA-左手螺旋DNA，存在的两个条件：（A）　高盐2M Nacl or 0.7Mgcl2。（B）　嘌呤-嘧啶交替出现　。Z-DNA核糖-磷酸骨架是　Z字形　且只有　一个槽沟　，每螺圈　12bp 。
　　⑥RNA有许多种，担负不同功能，原核和真核的RNA稍有不同，RNA分　成熟RNA　、
　前体RNA　、　病毒RNA　（可以作遗传物质）。
　　核酸可被酸：PH＜1，DNA、RNA均水解，PH4时，DNA会水解。
　　硷：PH大于13时RNA水解，DNA稳定。
　　酶水解：外切酶、内切酶
　　三、①组成蛋白质的aa顺序决定该蛋白质的　三维结构　。组成蛋白质的每个aa平均分子量为　110u 。多肽链中的　非共价相互作用　形成的结构为二级结构，多肽链　α碳-肽键骨架折叠　为三级结构，多肽链可形成不同的结构域（domain）。
②通过多肽链中非共价作用形成的5-10Å的特殊表面称蛋白质的　结合位点　，对于一个酶来说就是酶的　活力中心　or 活力位点。
③许多蛋白质是多亚基蛋白、多亚基蛋白的优点是：　节约编码容量　；　便于活性调节　；　减少蛋白质合成过程中随机出现的错误对蛋白质活性的影响　。
④多亚基蛋白通过　变构　可调节亚基对催化亚基的调节；　激活因子　或　抑制因子对酶活性的调节，调节机理均是通过和　蛋白质结合位点的接合　或接触而改变其　构型从而调节其活性。
⑤蛋白质的磷酸化和去磷酸化导致蛋白质　变构　从而　调节　其活性是真核细胞中的一个普遍现象，真核细胞中存在许多　蛋白质激活酶　和　磷酸酯酶　。cdk蛋白与cyclin结合后开动cdk的磷酸化，磷酸化的cdk有活性担负　细胞周期　中的重要功能，这一类是蛋白质直接磷酸化或去磷酸化，即将磷直接加到蛋白质上，另一类是间接地，如　GTP-结合蛋白　，motor蛋白（EF-TU也是一种motor P），它们是通过结合GTP还是结合GDP而　改变构型　使蛋白质处于活性状态或非活性状态。

⑥当一个　配体　结合到变构蛋白表面时引起它们的　形状　的可逆地变化，如反馈抑制中，一些小分子结合激活酶活性（底物）而另一些　小分子　结合后抑制酶活性（终产物）。
⑦水解ATP的蛋白质在细胞中可做　机械功　；可起　离子泵　作用并要利用离子梯度所存能量合成　ATP　；蛋白质中的偶联变构可行使　马达　、　时钟　、　装配因子　和　
　传感器　功能的作用，如DNA的复制、RNA、蛋白质的合成等均有10种以上蛋白质催化，这些过程中均是通过ATP或GTP的水解按次序驱使各种蛋白质改变构型，使全部蛋白质协调移动。
　　⑧DNA-结合蛋白有以下几种主要的结构花式（或结构域）：锌指结构、HTH、HLH、亮氨酸拉链，均以α螺旋和β折叠申入到DNA的大沟中与DNA相互作用。
　　四、①生物细胞内普遍存在不同生物大分子的　相互作用　，例如　染色体　、　病毒粒子　、　骨胳　、　生物膜　等等都是不同的生物大分子：　核酸　、　蛋白质之间　以及　蛋白质　、　脂类之间相互作用　组成的　聚集物　。胶原蛋白是组成　腱　、　软骨　等的成份，它的氨基酸组成独特，　1/3Gly　，且是Gly-pro-hydroxypro反复出现，许多赖氨酸也羟基化了的。天然状态不存在单链胶原蛋白，只存在　三链螺旋原胶原及装配体　、原胶原单位以　1/4错位　排列形成　纤维　，不易被打断。
②原核、真核染色体均以　DNA与蛋白质　相互作用、形成复杂的结构，原核DNA与　scaffold蛋白相互作用　，使环状DNA分子以形成许多超螺而被压缩。真核染色体DNA均和　组蛋白　、　非组蛋白　及　RNA　相互作用，装配成　核小体　以后再行多次螺旋缠绕最后形成　染色体　、被压缩　6000到8000倍　，用化学方法将染色体中的DNA和组蛋白除去，染色体的形状依然存在，这是由scaffold非组蛋白及RNA组成的骨架。
③几乎所有的 DNA-binding Protein 都识别DNA上的　特别的碱基顺序　而与之　结合　，这些蛋白主要有　多聚酶　、　调控蛋白　和　限制性核酸内切酶　。λ噬菌体Cro蛋白是一　调控蛋白　，由66aa组成，　易形成二聚体　，它识别λDNAH上　17bp迴纹对称序列　。用三种方法研究了Cro与DNA之间的相互作用，发现这种调控蛋白的二聚体　也是对称结构　与其识别的　碱基相对应　，两个对称的　α-螺旋　深入两个大沟与DNA的碱基及磷作用而结合上去。
④生物膜：由蛋白质与脂质组成，内膜、外膜各有其结构特征，并担负各种功能，双脂层结构，　fluid mosaic model 说明了生物膜的　状态　，生物膜包括　蛋白质　和　脂质两类运动状态　，影响膜流动的有多种因素。细菌和植物除膜外还有　细胞壁　。
⑤在生物大分子相互作用中，　TMV　是自我装配的一个例子，装配过程是蛋白质亚基先形成一个　双盘结构　（20S），之后病毒RNA的特别区段与之结合，进而逐个亚基被装配直到将病毒全部装配完毕。
第三章 遗传物质
　　小结：①绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数噬菌体，许多植物病毒和一些动物病毒的遗传物质则是RNA。
②1928 Griffith观察肺炎球菌的致病性，这种菌的致病性依赖于其多糖荚膜的菌（S）可致病，而无荚膜的菌（R）不致病，但活的R菌和热杀死的（S）菌混合注射小鼠可致病，并从死鼠中分离到了S菌，而它们分别单独感染都不致病。用了S菌细胞提取液加到培养的R菌培养物中也能使R菌变成S菌，Griffith认为S菌中存在一种使活的R菌转变成S的活性因子，并把这种现象叫transformation。15年后，O.Avery，C.Macleod和M.MCcarty着手S菌提取液的分离纯化工作，他们酶学和化学方法把提取液中的蛋白质、类脂、多糖、RNA去掉，均不影响R→S的转变，但只要用DNase处理，转化活性马上丢失，他们进一步纯化，只要把6X10-9剂量的S型DNA加到R型培养物中，足以导致R→S的转化，因此他们下结论这种转化因子是DNA。
③Chargaff广泛研究不同生物DNA的组成，发现组成不同生物DNA的四种碱基的克分子浓度是可变的，并且，A：T＝G：C＝1这就是Chargaff定律，A.Mirsky和H.Ris以及R.Vendrely和A.Boiven分别发现了不同有机体细胞中的DNA是精子中的二倍，这是产生经典的染色体遗传学原则。
④Blender实验是用32P和35S分别标记T2噬菌体的核酸和外壳蛋白，证明DNA进入宿主并且传到子代，而蛋白质留在细菌细胞外边，从而进一步证明DNA是遗传物质。
⑤遗传物质必需具有稳定性、多样性和变异性，遗传信息由DNA携带和传递，细胞中的DAN携带以下遗传信息：含有细胞中合成的每个蛋白质的氨基酸顺序；有合成每个蛋白质的起始和终止信号；和决定特定时间合成特定蛋白质及其合成的量的一个信号装置。
遗传信息通过复制从亲代传到子代，DNA有很强的化学稳定性，核糖-磷酸骨架和糖中C-C键可抵抗所有条件下的化学攻击，磷酸二酯键室温PH2，可被水解但这不是生理条件。DNA是2，脱氧核糖，增加了DNA的稳定性，加上DNA的碱基向内堆积形成疏水棒，紧大限度地与水隔开，从而使溶液中的具有攻击碱基的替在化学因素不可能接近碱基，进一步增加了DNA的稳定性。DNA中由T代替RNA中的u，这就消除了胞嘧啶脱氨基酸作用由C→u带来的突变危险。遗传物质的变异性来自两个方面：一个碱基的化学变化改变氢键性质和复制错误。　　　　　　　　　　　　
⑥RNA只能作RNA病毒的遗传物质，不能作为细胞中遗传物质。
⑦基因一般是指编码一个蛋白质或功能RNA的遗传物质，基因组对于原核生物来说，就是它的整个染色体，对于一般的二倍体高等生物来说，能维持配体正常功能的最低数目的一套染色体构成一个基因组。
小结：①质粒的种类及一般性质②质粒的复制及拷贝数控制：杂合质粒PSC101＋colE1＝PSC134。在不同宿主中，拷贝数不同说明拷贝数与复制原点的利用有关，如果把PSC101引入PSC134菌中PSC101不能复制，说明结合在PSC101上的抑制物是由PSC134制造的（类似λ-phage的免疫性）：colE1的复制控制起始控制与两段RNA(RNAI和RNAII)有关，也和调控蛋白Ram有关；用抑制物作用原理可解释质粒的不相容性；③转座因子：插入顺序、转座子、反转座子的定义及其结构特征，转座机制及其遗传效应。④质粒、转座子及逆转病毒之间的关系及其在生物进化中的作用。
第四章 DNA复制　
　　小结：①复制子的概念。②DNA复制与细胞分裂相协调一致。③半保留复制的实验证明，主要是Meselson-Stahl实验。④DNA聚合酶：
        5,-3,聚合活性：模板、引物且3，-OH与模板正确配对

　　　　 3,-5,外切活性（修补活性）4dNT
  DNA
  poll　 5,-3,外切活性（nicktrans lation）
   
5,-3,内切活性
            5,-3,聚合活性
DNA polⅡ　 3,-5,外切
　　　　　　5,-3,外切（不能用于制备探针）
  ⑤与DNA复制有关的其它酶和蛋白质有：DNA连接酶；DAN解链酶；拓扑异物酶以及与DNA复制发动有关的引发酶；n，n,，nn,,，dnaB，dnaC，I六种蛋白质。⑥DNA复制一条链是连续以5,-3,方向合成而另一条链是不连续分段合成，由Okazaki研究发现，用同位素标记法研究发现的。⑦DNA复制时的引物是RNA，由引发酶按模板要求合成。⑧DNA复制的起始是个复杂过程，许多酶和蛋白质在一个识别的序列（起始点AT丰富区）上装配成起始复合物，由引发前体（pre-primosome）再和引发酶（primase）组成。⑨链延伸只要按模板要求将dNTP加到已存在链3，-OH上就可以进行。链的终止发生在一定位置上，E.coli DNA复制终止的序列在复制叉相遇点的两侧100bp处。⑩复制机制本身及参与复制的酶的性质决定了复制的忠实性。○11DNA复制的起始可以以下几种方法解决：环化后滚环复制（λ等）；形成发夹结构（虫履虫线粒体DNA）；线状DNA末端存许多重复短序列；一种蛋白质直接干预。○12染色体的复制，存在组蛋白解离和重新组装过程，DNA复制是半保留，组蛋白装是全保留。○13复制的调控比较复杂，从λphage复制控制来看，λphage的复制方式受调控蛋白O的量的调节，真核复制调控更复杂。

第五章 DNA损伤修复和基因突变
　　小结：①E.coli中对TT的修复有四种修复系统，光复活、切除修复、重组修复和SOS修复。光复活修复利用光能，其它三种利用水解ATP供能；光复活和切除修复是修复模板，重组修复是产生新模板，而SOS修复是为了产生连续的DNA子代分子不顾危险。
②除SOS修复外，其它三种修复系统都不带来突变。
③SOS系统是一套基因，由lexA蛋白，随之lex降解失活，SOS系统打开，W-复活效应，W-诱变效应、诱变本质？
④各类诱变剂的诱变机理？
⑤诱变及突变株的筛选方法。
⑥突变被校正的本质及其与恢复突变的区别。
第六章 DNA重组
小结：①遗传重组的生物学意义：产生新的基因组合。②遗传重组机制：断裂重接、支链迁移和错配修复。③遗传重组模型：Holliday模型和不对称链转移模型。④原核生物中与遗传重组有关的蛋白质及其作用：RecA与DNA结合介异重组，RecBC在DNA上产生切口，为RecA蛋白提供结合位点；Ruv A  Ruv B  Ruv C蛋白，其中Ruv A  Ruv B蛋白催化Holliday交叉点的支链迁移，Ruv C核酸内切酶结合在Ruv A / Ruv B复合物上并在相对180°的两个位点切开DNA；所有真核细胞产生的重组相关蛋白在结构和功能上都与大肠杆菌中的Rec A RecBCD 、Ruv A 、 Ruv B 、 Ruv C类似；Cre蛋白和其他重组酶催化位点专一性重组。
第七章 转录
小结：通过RNA聚合酶的作用，使一RNA分子被起始，延伸和被终止的过程叫转录。转录以DNA分子上一条链为模板，与mRNA分子的碱基顺序相同（U→T）的DNA链称有义链，与之互补的DNA链称反义链。
　　①转录的酶：原核生物转录酶只的一种，由5个亚基组成，各担负不同功能。真核RNA聚合酶有三种，RNA聚合酶I转录rRNA，RNA聚合酶II转录mRNA前体，RNA聚合酶III转录tRNA。真核RNA聚合酶由多亚基组成，各担负不同功能，真核RNA聚合酶不能单独与DNASH　相互作用而起始转录。
②RNA聚合酶在DNA上的识别位点：启动子、-10区、-35区有些还有CAP位点。
③RNA链的延伸，终止的过程：终止有依赖于ρ因子和不依赖于ρ因子两种。
④RNA的加工，原核中tRNA和rRNA，真核中的所有RNA均需加工和拼接，拼接需snRNP参与形成拼接体。
⑤核酶是有催化活性的RNA，参与真核RNA的拼接和RNA的编辑。
第八章 翻译
小结：蛋白质的生物合成实际上就是遗传信息体内的翻译过程，翻译过程比DNA复制和RNA的转录更为复杂，牵涉到200多种生物大分了参与，它实际是涉及两方面问题要讨论。1、信息问题2、合成机制，掌握：①遗传信息的传递、遗传密码的破释：Crick Nirenberg及khorana的实验。②密码子的特点及性质③与蛋白质生物合成有关的生物大分子及其作用（了解）④蛋白质生物合成的过程⑤原核与真核生物蛋白质生物合成过程的区别。
第九章 原核基因表达调控
　　小结：①原核基因在转录水平上的调控方式主要有四种：promoter contol.attenuator contrl.antitermination control.DNA rearrengment control。
②乳糖操纵子模型的建立及实验依据：
用细菌结合转移方法观察β-半乳糖苷酶生物合成的行为，建立了负控制模型，用二倍体分析，透析袋实验和标记Lac I蛋白后与DNA的结合实验证实了Jcob-Monod的负控制模型：由于葡萄糖对β-半乳糖苷酶合成有抑制作用，而　cAMP-CAP可克服葡萄糖效应导致正控制系统的发现。
　　　　　　　　　　　　　过程如何控制已起始的转录
前导RNA的结构特点
　　　　　　　　　　　　　前导肽翻译
③色氨酸操纵子的弱化控制的本质是通过前导肽的翻译。
④半乳糖操纵子双启动子的生理功能。
⑤λ-phage的抗终止、自调控及免疫性的本质。
⑥与σ因子替换可选择新的一套基因。
⑦转录后以及翻译水平上仍存在调控过程。
第十章 真核生物基因组及其基因表达调控
　　　　　　　　　　　　　　　  重复顺序
小结：①真核基因组书P244　 基因家族
　　　　　　　　　　　　　  癌基因家族
②真核基因结构特点书　P251-261
③真核基因表达调控的特点　书P262反式、顺式调控元件、调控蛋白的几种结构花式及其作用部位、研究方法。
④真核启动子的特点　书P267-268
⑤RNA聚合酶II转录起始中各种因子及RNA聚合酶II装配过程及各因子的作用。书P267
⑥真核转录水平上的调控与原核不同之处。
⑦eve基因条纹2的调控模型及人β-球蛋白基因控制模型。
⑧染色质结构及DNA修饰对基因表达的影响。
⑨DNA重排，免疫球蛋白多样性的来源。
　　　　　　　　　 转录延伸弱化
　　　　　　　　　 RNA加工和编辑
⑩转录后的控制　  RNA的切割及加工polyA
                　 RNA的运送
○11真核蛋白质合成的控制　书P281-284
第十一章细胞信号调节
　　小结：细胞信号的概念、信号途径和信号网络。
　　①信号及信号受体
②G-蛋白关联受体进行的信号调控
③酶关联受体进行的信号调控
④小分子信号调控
　　　　　　　　　　　信号网络
⑤细胞对信号的反应　
信号适应
第十二章癌分子生物学
　　小结：①原癌基因、癌基因的概念
　　　　　　　　多种因素协同作用
②致癌的机理
　　　　　　　　原癌基因的激活
③肿瘤抑制蛋白。P53抑肿瘤的机理
第十三章 重组DNA技术及其应用
　　小结：①载体应具备的条件　
②几种主要载体的作用
③克隆并鉴定一个真核单拷贝基因
第十四章 现代分子生物学的重要研究方法和技术
小结：①掌握定量PCR、核酸分子杂交、基因沉默和基因剔除、基因表达差异分析、启动子的活性研究、DNA与蛋白质相互作用研究方法和蛋白质与蛋白质相互作用基本原理。
②了解上述研究方法和技术的大致过程。

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