【正文】 礎(chǔ)。第四節(jié) 核酸的理化性質(zhì)216。 分子大?。? 1μ m DNA = 3 000 bp = 2x106 Dalton216。 紫外吸收： 260nm核酸的變性、復(fù)性與分子雜交1. DNA變性：在某些因素的作用下，DNA雙鏈間氫鍵斷裂，雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，形成單鏈無規(guī)則線團(tuán)狀分子的過程。v 高色效應(yīng) ：解鏈過程中，DNA A260增加，并與解鏈程度相關(guān)。v Tm 值：50%DNA解鏈的溫度，又稱融解溫度。2. 復(fù)性：變性DNA在適當(dāng)條件下，可使兩條彼此分開的鏈重新締合成為雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程。3. 分子雜交：兩條來源不同具有完全或不完全互補(bǔ)堿基順序的多核苷酸片段在溶液中經(jīng)退火處理可以形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。如DNA/DNA、DNA/RNA、RNA/RNA雜交分子。 第三講　相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)一、生物大分子通常將所有的生物分子簡(jiǎn)單地分為兩類：一類是小分子，即為簡(jiǎn)單的單體物質(zhì)；另一類是大分子，一般為多聚化合物。生命物質(zhì)的十三個(gè)層次量子→小分子→生物大分子→ 生物大分子聚合體→細(xì)胞器→細(xì)胞“系” →細(xì)胞→組織→器官→系統(tǒng)→個(gè)體→種群→生態(tài)系 生物大分子是指生物體內(nèi)由分子量較低的基本結(jié)構(gòu)單位首尾相連形成的多聚化合物。如核酸是由核苷酸與核苷酸相連而構(gòu)成的，蛋白質(zhì)的多肽鏈?zhǔn)怯砂被崤c氨基酸相連而成。基本結(jié)構(gòu)單位的排列順序構(gòu)成了生物大分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上可形成復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。核酸、蛋白質(zhì)和多糖都屬于生物大分子范疇。核酸與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能是分子水平生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容基本上圍繞核酸與蛋白質(zhì)展開的。 生物大分子聚合體 如核蛋白、糖蛋白、脂蛋白 細(xì)胞“系”遺傳信息流、膜流、能流、以受體為主的通訊流等。 二、DNA復(fù)制的特點(diǎn)復(fù)制 以DNA為模板,按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,聚合成新的DNA鏈的過程。DNA的半保留復(fù)制半保留復(fù)制即新的雙鏈DNA中，一股鏈來自模板，一股鏈為新合成的。實(shí)驗(yàn)依據(jù)2002年10月，在由權(quán)威的美國(guó)《生物科學(xué)》雜志組織的一次評(píng)選中，梅塞爾森和斯塔爾的半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)當(dāng)選為有史以來生物學(xué)領(lǐng)域“最美麗”的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。半保留復(fù)制的意義復(fù)制的這種方式可保證親代的遺傳特征完整無誤的傳遞給子代，體現(xiàn)了遺傳的保守性。DNA復(fù)制的一般過程即DNA復(fù)制時(shí)一條鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成的，另一條是不連續(xù)分段合成最后才連接成長(zhǎng)鏈。由于DNA雙鏈方向相反，當(dāng)雙鏈以復(fù)制的起點(diǎn)解開形成復(fù)制叉時(shí)，339。端位于復(fù)制起點(diǎn)的模板鏈合成新鏈?zhǔn)菑?39。向339。發(fā)展，是DNA聚合酶前進(jìn)的方向，故可以連續(xù)合成，而539。端位于復(fù)制起點(diǎn)的模板鏈，由于缺乏339。向539。走向的DNA聚合酶不可能合成連續(xù)新鏈，只能以不連續(xù)的方式分段進(jìn)行。此連續(xù)合成的新鏈其合成方向與復(fù)制叉前進(jìn)方向一致，稱領(lǐng)頭鏈，分段合成的短鏈稱岡崎片段，其合成方向與復(fù)制叉前進(jìn)方向相反，稱為隨從鏈。復(fù)制起始點(diǎn) 常用ori或O表示。細(xì)胞中的DNA復(fù)制一經(jīng)開始就會(huì)連續(xù)復(fù)制下去，直至完成細(xì)胞中全部基因組DNA的復(fù)制復(fù)制子或復(fù)制單元：NDA復(fù)制從起始點(diǎn)直到終點(diǎn)為止，每個(gè)這樣的DNA單位稱復(fù)制子。原核細(xì)胞中，每個(gè)DNA分子只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，因而只有一個(gè)復(fù)制子；真核生物中，復(fù)制是從許多起始點(diǎn)同時(shí)開始的，所以每個(gè)DNA分子上有許多個(gè)復(fù)制子大腸桿菌的DNA復(fù)制定點(diǎn)開始雙向復(fù)制這是原核與真核生物DNA復(fù)制最主要的形式三、DNA損傷與修復(fù)（一） DNA的損傷（DNA damage） 　　指一個(gè)或多個(gè)脫氧核苷酸的構(gòu)成、復(fù)制或表型功能的異常變化，也稱DNA損傷，又稱突變（mutation） 突變的結(jié)果引起遺傳信息的改變。DNA分子的自發(fā)性損傷（1）DNA復(fù)制中的錯(cuò)誤（2）DNA的自發(fā)性化學(xué)變化：堿基的異構(gòu)互變、堿基的脫氨基作用、脫嘌呤與脫嘧啶、堿基修飾與鏈斷裂物理因素引起的DNA損傷（1）紫外線引起的DNA損傷（2）電離輻射引起的DNA損傷化學(xué)因素引起的DNA損傷（1）烷化劑對(duì)DNA的損傷（2）堿基類似物、修飾劑對(duì)DNA的損傷（二）DNA損傷的后果點(diǎn)突變：指DNA上的單一堿基的變異（轉(zhuǎn)換：嘌呤與嘌呤、嘧啶與嘧啶；顛換：嘌呤與嘧啶或嘧啶與嘌呤）缺失：指DNA鏈上一個(gè)或一段核苷酸的消失插入：指一個(gè)或一段核苷酸插入到DNA鏈中倒位或轉(zhuǎn)位：指DNA鏈重組使其中一段核苷酸鏈方向倒置、或從一處遷移到另一處雙鏈斷裂（三）DNA修復(fù)回復(fù)修復(fù)這是較簡(jiǎn)單的修復(fù)方式，一般都能將DNA修復(fù)到原樣（1）光修復(fù)最早發(fā)現(xiàn)的DNA修復(fù)方式，由細(xì)菌中的光解酶完成。后發(fā)現(xiàn)類似的修復(fù)酶廣泛存在于動(dòng)植物中，人體細(xì)胞中也有發(fā)現(xiàn)。（2）單鏈斷裂的重接（3）堿基的直接插入（4）烷基的轉(zhuǎn)移切除修復(fù)：是修復(fù)DNA損傷最為普遍的方式，對(duì)多種DNA損傷都能起修復(fù)作用。普遍存在于各種生物細(xì)胞中，也是人體細(xì)胞主要的DNA修復(fù)機(jī)制切除修復(fù)：先切除DNA損傷序列，再合成補(bǔ)充切除的片段重組修復(fù)切除錯(cuò)誤片段，自另一條復(fù)制好的鏈中找相應(yīng)片段補(bǔ)充。反應(yīng)需要RecA等蛋白參與。SOS修復(fù)：是指DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)時(shí)所誘導(dǎo)的一種DNA修復(fù)方式，修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細(xì)胞的生成率，但留下的錯(cuò)誤較多，故又稱為錯(cuò)誤傾向修復(fù)，使細(xì)胞有較高的突變率。此系統(tǒng)由十幾個(gè)修復(fù)蛋白組成。（四）基因突變是指由于DNA堿基對(duì)的置換、增添或缺失而引起的基因結(jié)構(gòu)的變化。自發(fā)突變：在自然條件下發(fā)生誘發(fā)突變：人工利用物理或化學(xué)藥劑誘發(fā)根據(jù)基因結(jié)構(gòu)的改變方式分為：堿基置換突變和移碼突變根據(jù)遺傳信息的改變方式分為：同義突變、錯(cuò)義突變、無義突變四、轉(zhuǎn)錄、復(fù)制、翻譯轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄是以DNA的一股為模板合成一條互補(bǔ)RNA的過程。轉(zhuǎn)錄的整個(gè)過程至少需包含以下步驟： (1)聚合酶來到轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)附近。DNA里隱含轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)的序列稱為啟動(dòng)子。原核生物的RNA聚合酶可以直接辨認(rèn)啟動(dòng)子，真核生物的RNA聚合酶則需藉助於轉(zhuǎn)錄因子。(2)解開DNA的雙螺旋。負(fù)責(zé)解開雙螺旋的酶是解螺旋酶。原核生物的RNA聚合酶具有解螺旋酶的功能，但是真核生物的RNA聚合酶沒有，其DNA的雙螺旋系由特定的轉(zhuǎn)錄因子解開。(3)以DNA的一股為模板合成RNA，所用的原料是核苷三磷酸。(4)終止轉(zhuǎn)錄。真核生物和原核生物利用不同的信號(hào)終止轉(zhuǎn)錄。（注：遺傳密碼的終止密碼子代表肽鏈合成的終止，并非轉(zhuǎn)錄的終止）。在真核生物里，與DNA結(jié)合的組蛋白會(huì)阻礙RNA聚合酶和DNA的作用，因此需要其他轉(zhuǎn)錄因子來應(yīng)付此種情況。RNA轉(zhuǎn)錄是以一條全序列負(fù)鏈RNA為模板，指導(dǎo)合成幾條較短的正鏈RNA（即mRNA）的過程稱RNA，如皰疹性口炎病毒（－）RNA可轉(zhuǎn)錄出5種單順反子mRNA，進(jìn)而翻譯出5種蛋白質(zhì)。 復(fù)制分DNA復(fù)制與RNA復(fù)制，前者如上述。后者是指以RNA為模板，在RNA指導(dǎo)的RNA聚合酶（也稱RNA復(fù)制酶）催化下合成互補(bǔ)的RNA鏈的過程。（－）RNA病毒（如流感病毒、狂犬病毒）或雙鏈RNA病毒都能進(jìn)行復(fù)制。 翻譯：以mRNA為模板合成肽鏈的過程稱翻譯。逆轉(zhuǎn)錄：以mRNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下利用宿主細(xì)胞中4種dNTP為原料在引物的3’端以5’－3’方向合成與RNA互補(bǔ)的DNA鏈（cDNA）的過程稱逆轉(zhuǎn)錄。 復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與逆轉(zhuǎn)錄的區(qū)別首先是原料不同；酶不同；摸版不同；生成物不同。別的還有調(diào)控方式，參與的因子等不同五、轉(zhuǎn)錄的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄單位：指RNA聚合酶作用的起始點(diǎn)與終止位點(diǎn)之間的DNA順序轉(zhuǎn)錄子：指2個(gè)或2個(gè)以上緊密連鎖并共同轉(zhuǎn)錄一種mRNA分子的結(jié)構(gòu)基因組成的復(fù)合單位。只存在于原核生物中。啟動(dòng)子(promoter)：又稱啟動(dòng)基因，是DNA模板上專一地與RNA聚合酶結(jié)合并決定轉(zhuǎn)錄從何處起始的部位，也決定基因的轉(zhuǎn)錄效率。生物中有許多啟動(dòng)子，如大腸桿菌約有2000個(gè)啟動(dòng)子。各啟動(dòng)子的效率可不相同，大腸桿菌的強(qiáng)啟動(dòng)子每2秒鐘啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)錄，而弱啟動(dòng)子每10分鐘才啟動(dòng)一次，從百多個(gè)大腸桿菌啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)的分析，得知兩個(gè)強(qiáng)啟動(dòng)子的同源序列的中心在轉(zhuǎn)錄起始部位(基因編碼鏈上第一個(gè)核苷酸) 539。側(cè)約10和35個(gè)核苷酸處，弱啟動(dòng)子序列中往往有多處核苷酸被置換。許多原核生物都含有這兩個(gè)重要的啟動(dòng)子區(qū)：真核生物的啟動(dòng)子部位與原核生物不同，而且啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的活性，除需啟動(dòng)子外，還需某些外加序列DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶催化NTP合成與模板互補(bǔ)的RNA 大腸桿菌的RNA聚合酶含有五個(gè)亞單元：a兩個(gè)，b、b‘及σ各一個(gè)。真核生物的RNA聚合酶有三種：Pol I、Pol II及Pol III。其中最主要的是Pol II，參與所有蛋白質(zhì)基因以及大部分snRNA基因的轉(zhuǎn)錄。Pol I位於細(xì)胞核的核仁，負(fù)責(zé)合成5S以外的rRNA。Pol III位於核仁外，負(fù)責(zé)合成tRNA、5S rRNA、U6 snRNA及一些小RNA(如7SL、7SK、7SM 等)。這三種聚合酶各由十幾個(gè)亞單元組成，其中四個(gè)與大腸桿菌RNA聚合酶的a、b和b39。類似。不過，真核生物的RNA聚合酶并不包含類似σ因子的亞單元。它需藉助於一般性轉(zhuǎn)錄因子才能來到啟動(dòng)子區(qū)域，發(fā)揮聚合酶的功能。終止子終止子是DNA分子中終止轉(zhuǎn)錄的核苷酸序列。而終止密碼子是作為翻譯終止的信號(hào)，在下圖中，DNA分子下面一條被從左到右轉(zhuǎn)錄，從畫線DNA轉(zhuǎn)錄來的RNA片段形成發(fā)夾環(huán)，因?yàn)閮煽蛑泻塑账岷谢パa(bǔ)堿基順序，這就迫使DNA/RNA雜交區(qū)域裂開，因而隨后包括氫鏈結(jié)合較弱的多聚腺苷酸和尿嘧啶mRNA分子就從這個(gè)位置脫離下來。增強(qiáng)子是能夠增強(qiáng)與之相連鎖的基因轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控序列(順式作用元件)，其本身不具備啟動(dòng)子的活性。增強(qiáng)子的作用特征：①與啟動(dòng)子的相對(duì)位置和取向無關(guān)，具有遠(yuǎn)程效應(yīng)（只要共處一條DNA分子上）；②需要特定的蛋白因子參與；③有些能在幾乎所有類型細(xì)胞中發(fā)揮作用，而大多數(shù)具有相對(duì)組織特異性。六、轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件與因子順式作用元件：為與結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)的DNA順序，它們對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的精確起始和活性調(diào)節(jié)起著十分重要的作用。如啟動(dòng)子、增強(qiáng)子等。 反式作用因子：是分布于不同或相同染色體上基因所編碼的蛋白質(zhì)因子，通過順式作用元件和RNA聚合酶的相互作用而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的活性。 七、基因擴(kuò)增的概念在某些情況下，真核細(xì)胞DNA分子的一定順序反復(fù)進(jìn)行復(fù)制，而其它部分不復(fù)制，這種現(xiàn)象稱為基因擴(kuò)增。（兩棲類的卵母細(xì)胞中多見）它是通過改變基因數(shù)量而調(diào)節(jié)基因表達(dá)產(chǎn)物的一種調(diào)節(jié)方式。 八、DNA探針是指一段有標(biāo)記的與已知的DNA互補(bǔ)的DNA片段。 基因探針probe）就是一段與目的基因或DNA互補(bǔ)的特異核苷酸序列，它可以包括整個(gè)基因，也可以僅僅是基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之轉(zhuǎn)錄而來的RNA。具有可檢測(cè)的標(biāo)記探針的來源DNA探針根據(jù)其來源有3種：一種來自基因組中有關(guān)的基因本身，稱為基因組探針（genomic probe）；另一種是從相應(yīng)的基因轉(zhuǎn)錄獲得了mRNA，再通過逆轉(zhuǎn)錄得到的探針，稱為cDNA 探針（cDNA probe）。與基因組探針不同的是，cDNA探針不含有內(nèi)含子序列。此外，還可在體外人工合成堿基數(shù)不多的與基因序列互補(bǔ)的DNA片段，稱為寡核苷酸探針。 基因和基因組的結(jié)構(gòu)與功能一、基因的生物學(xué)概念? 1866 Mendel發(fā)表《植物雜交實(shí)驗(yàn)》，“遺傳因子”通過豌豆實(shí)驗(yàn)，提出經(jīng)典遺傳定律：分離定律和獨(dú)立分配定律 ? 1909 這一名詞，但還只是遺傳性狀的符號(hào)，未涉及基因的物質(zhì)概念? 1910 Morgan發(fā)現(xiàn)果蠅的白眼性狀的伴性遺傳，首次特定的基因和一個(gè)特定的染色體聯(lián)系起來 ? 1919 教材中開始出現(xiàn)gene一詞 The Physical Basis of Heredite ? 1926 Morgan發(fā)表The Theory of Gene，認(rèn)為：基因依孟德爾第一定律（分離定律）而彼此分離，于是每個(gè)生殖細(xì)胞只含一組基因；不同連鎖群里的基因依孟德爾第二定律（自由組合定律）而自由組合；兩個(gè)相對(duì)連鎖群的基因之間有時(shí)候也發(fā)生有秩序的交換，交換率證明了每個(gè)連鎖群里諸要素的直線排列，也證明了諸要素的相對(duì)位置。 20世紀(jì)40年代 Bendle和Tatum提出“一個(gè)基因，一個(gè)酶”學(xué)說首次在分子水平上給基因如下定義：基因位于染色體上的一定區(qū)域，在有絲分裂中作為1個(gè)遺傳單位存在，并決定一定的表型。 20世紀(jì)50年代 Benzer提出“順反子”、“一個(gè)順反子，一條多肽鏈” ? 20世紀(jì)60年代 遺傳密碼的破譯使人們對(duì)基因表達(dá)的機(jī)理有了更多的了解修改定義為：基因是基因組中的1個(gè)區(qū)域或1段DNA序列；其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物編碼1條多肽鏈或者1個(gè)結(jié)構(gòu)RNA分子（tRNA或rRNA）。80年代以后 認(rèn)識(shí)到基因表達(dá)的復(fù)雜性 1994 Alberts 基因是一段DNA序列，包括完整的功能單位（如編碼序列、調(diào)節(jié)序列和內(nèi)含子等）；基因可以作為1個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，其表達(dá)產(chǎn)物通常是1條多肽鏈或1個(gè)DNA分子，但有時(shí)編碼1組相關(guān)的蛋白異形體，有些蛋白異形體的產(chǎn)生和特殊的轉(zhuǎn)錄后加工（如RNA編輯）或者翻譯水平的再編碼（如核糖體跳躍）有關(guān)。 二、基因的現(xiàn)代概念 生物學(xué)概念：基因是世代相傳的，基因決定了遺傳性狀的表達(dá)，基因的顆粒性主要表現(xiàn)在世代相傳的行為和功能表達(dá)上具有相對(duì)的獨(dú)立性，基因呈直線排列在染色體上。分子生物學(xué)概念：合成有功能的蛋白質(zhì)或RNA所必需的全部DNA（除部分病毒RNA），即一個(gè)基因不僅包括編碼蛋白質(zhì)或RNA的核酸序列，還應(yīng)包括為保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列。三、基因組的概念 細(xì)胞或生物體中，一套完整單體的遺傳物質(zhì)的總和，即某物種單倍體的總DNA。對(duì)于二倍體高等生物來說，其配子的DNA總和即一組基因組，二倍體有兩份同源基因組。四、原核生物基因組的特點(diǎn) 病毒基因組 1．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，基因組小，所含基因