【正文】 一分子生物學(xué)：研究核酸等生物大分子的功能、形態(tài)結(jié)構(gòu)等特征及其重要性和規(guī)律性的科學(xué)，是人類從分子水平上真正揭開生物世界的奧秘，由被動的適應(yīng)自然界轉(zhuǎn)向主動地改造和重組自然界的基礎(chǔ)學(xué)科基因：是合成一種功能蛋白或RNA分子所必需的全部DNA序列。一個(gè)典型的真核基因包括：編碼序列外顯子；內(nèi)含子；5’端和3’端非翻譯區(qū)UTR；調(diào)控序列基因組：某一特定生物體的整套遺傳物質(zhì)的綜合?；蚪M的大小用全部的DNA的堿基對總數(shù)表示分子生物學(xué)發(fā)展史1869年Miesher首次從萊茵河鮭魚精子中提取了DNA。1910年，德國科學(xué)家Kossel第一個(gè)分離了腺嘌呤、胸腺嘧啶和組氨酸。1953年，Watson和Crick提出DNA反向平行雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，為充分解釋遺傳信息的傳遞規(guī)律鋪平了道路。1961年，法國科學(xué)家Jacob和Monod提出并證實(shí)了操縱子作為調(diào)節(jié)細(xì)菌細(xì)胞代謝的分子機(jī)制。此外，他們還首次提出存在一種與染色體DNA序列相互補(bǔ)、能將編碼在染色體DNA上的遺傳信息帶到蛋白質(zhì)合成場所并翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)的信使核糖核酸。這一學(xué)說對分子生物學(xué)的發(fā)展起到了十分重要的作用。1968年，美國科學(xué)家Nirenberg由于在破譯DNA遺傳密碼方面的貢獻(xiàn)，與Holley和Khorana等人分享了諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。Holley的功績在于闡明了酵母丙氨酸t(yī)RNA的核苷酸序列，并證實(shí)所有tRNA具有相似結(jié)構(gòu)，而Khorana第一個(gè)合成了核苷酸分子，并且人工復(fù)制了酵母基因中心法則內(nèi)容DNA是自身復(fù)制的模板DNA通過轉(zhuǎn)錄作用將遺傳信息傳遞給中間物質(zhì)RNARNA通過翻譯作用將遺傳信息表達(dá)成蛋白質(zhì)在某些病毒中，RNA也可以自我復(fù)制，并且還發(fā)現(xiàn)在一些病毒蛋白質(zhì)的合成過程中，RNA可以在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下合成DNA. 分子生物學(xué)的3條基本原理：構(gòu)成生物體各類有機(jī)大分子的單體在不同生物中都是相同的；生物體內(nèi)一切有機(jī)大分子的構(gòu)成都遵循共同的規(guī)則；某一特定生物體所擁有的核酸及蛋白質(zhì)分子決定了它的屬性。分子生物學(xué)研究內(nèi)容DNA重組技術(shù)（基因工程）：將不同的DNA片段按照人們的設(shè)計(jì)定向連接起來，在特定的受體細(xì)胞中與載體同時(shí)復(fù)制并得到表達(dá)，產(chǎn)生影響受體細(xì)胞的新的遺傳性狀基因的表達(dá)調(diào)控生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能研究(結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)）基因組、功能基因組與生物信息學(xué)研究DNA重組技術(shù)的應(yīng)用可被用于大量生產(chǎn)某些在正常細(xì)胞代謝中產(chǎn)量很低的多肽；可用于定向改造某些生物的基因組結(jié)構(gòu)；可被用來進(jìn)行基礎(chǔ)研究基因表達(dá)調(diào)控在個(gè)體生長發(fā)育過程中基因表達(dá)的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平或翻譯水平上原核生物基因表達(dá)調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上真核生物發(fā)生在各種不同水平上表現(xiàn)在：信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究，轉(zhuǎn)錄因子研究，RNA剪接1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：指外部信號通過細(xì)胞膜上的受體蛋白傳到細(xì)胞內(nèi)部，并激發(fā)諸如離子通透性、細(xì)胞形狀或其他細(xì)胞功能方面的應(yīng)答過程作用原理：信號轉(zhuǎn)導(dǎo)之所以能引起細(xì)胞功能的改變，主要是由于信號最后活化了某些蛋白質(zhì)分子，是之發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，從而直接作用于靶位點(diǎn)，打開或關(guān)閉某些基因1轉(zhuǎn)錄因子：是一群能與基因5‘端上游特定序列專一結(jié)合，從而保證目的基因以特定的強(qiáng)度在特定的時(shí)間與空間表達(dá)的蛋白質(zhì)分子二 外顯子、內(nèi)含子：真核生物基因組中，蛋白質(zhì)表達(dá)序列常被一些不表達(dá)的間隔序列隔開，表達(dá)的部分稱為外顯子，不表達(dá)的部分稱內(nèi)含子 DNA作為遺傳物質(zhì)所具備的特點(diǎn)：分子結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，能自我復(fù)制，在前后代保持連續(xù)性和穩(wěn)定性；能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，從而控制整個(gè)生命過程；有儲存巨大數(shù)量遺傳信息的潛在能力；能引起可遺傳變異 甲基化甲基化的位點(diǎn)：甲基化修飾廣泛存在于真核生物基因中，發(fā)生在CpG島上，導(dǎo)致基因失活甲基化在復(fù)制中的調(diào)控：復(fù)制起始的調(diào)控與DNA被修飾的情況相關(guān)，完全甲基化的復(fù)制原點(diǎn)可起始復(fù)制，半甲基化的子代復(fù)制原點(diǎn)只有恢復(fù)完全甲基化狀態(tài)之后才可以被繼續(xù)利用甲基化在錯(cuò)配修復(fù)過程中的調(diào)控：在DNA錯(cuò)配修復(fù)當(dāng)中，一旦復(fù)制叉通過復(fù)制起始位點(diǎn)，母鏈就會在開始DNA合成前幾秒至幾分鐘內(nèi)被甲基化，此后只要兩條DNA鏈上堿基配對出現(xiàn)錯(cuò)誤，錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)就會根據(jù)“保留母鏈，修復(fù)子鏈”的原則，找出錯(cuò)誤堿基所在的DNA鏈，并在對應(yīng)的母鏈甲基化腺苷酸上游鳥甘酸5‘位置切開子鏈，再根據(jù)錯(cuò)配堿基相對于DNA切口的方位啟動修復(fù)途徑，合成新的子鏈片段染色體上的蛋白包括組蛋白和非組蛋白⑴組蛋白：染色體的結(jié)構(gòu)蛋白，與DNA組成核小體，分為HH2A、H2B、HH4，富含大量的賴氨酸和精氨酸，HH4富含精氨酸，H1富含賴氨酸，H2A、H2B介于兩者之間⑵組蛋白的特性：①進(jìn)化上極端保守，不同生物體組蛋白的氨基酸組成是十分相似的，特別是HH4；②無組織特異性；③肽鏈上氨基酸分布的不對稱性，堿性氨基酸集中分布在N端的半條鏈上，大部分疏水基團(tuán)分布在C端；④組蛋白的修飾作用，甲基化、乙基化、磷酸化、ADP核糖基化；⑤富含賴氨酸的組蛋白H5，H5具有種特異性⑶非組蛋白：染色體上存在大量非組蛋白，具多樣性，包括酶類，細(xì)胞分裂有關(guān)的收縮蛋白、骨架蛋白、以及肌動蛋白、肌球蛋白，可能是染色體的組成部分⑷非組蛋白的類型：①HMG蛋白，能與DNA結(jié)合也能與H1作用，但與DNA的結(jié)合并不牢固，可能與DNA的超螺旋有關(guān)；②DNA結(jié)合蛋白，與DNA 牢固的結(jié)合在一起，分子量較低，是與DNA的復(fù)制或轉(zhuǎn)錄有關(guān)的酶或調(diào)節(jié)物質(zhì)；③A24非組蛋白，溶解性與組蛋白相似，C端與H2A相同，有兩個(gè)N端 原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：基因組很小，大多只有一條染色體結(jié)構(gòu)簡煉存在轉(zhuǎn)錄單元多順反子有重疊基因（Sanger發(fā)現(xiàn) 真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：真核基因組結(jié)構(gòu)龐大，一般遠(yuǎn)大于原核的含有大量重復(fù)序列非編碼序列多，多于編碼序列(9:1)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子基因不連續(xù)性，斷裂基因、內(nèi)含子、外顯子存在大量的順式作用元件， 啟動子、增強(qiáng)子、沉默子等存在大量的DNA多態(tài)性（DNA序列中發(fā)生變異面導(dǎo)致的個(gè)體間核苷酸序列的差異端粒結(jié)構(gòu) 原核生物DNA的特點(diǎn)：原核生物中一般只有一條染色體，且大都帶有單拷貝基因，只有很少數(shù)基因是以多拷貝形式存在；DNA分子的絕大部分是用來編碼蛋白質(zhì)的，幾乎每個(gè)基因序列都與它所編碼的蛋白質(zhì)序列成線性對應(yīng)狀態(tài)；存在轉(zhuǎn)錄單元，原核生物DNA序列中功能相關(guān)的RNA和蛋白質(zhì)基因往往叢集在基因組的一個(gè)或幾個(gè)特定部位形成轉(zhuǎn)錄單元或功能單位，可以被一起轉(zhuǎn)錄為含多個(gè)mRNA的分子（多順反子mRNA）；功能上相關(guān)的幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因前后相連，形成操縱子；各種基因的啟動子和操作子部分的DNA序列多種多樣，以便與RNA聚合酶及阻遏蛋白發(fā)生不同程度的結(jié)合，對基因的表達(dá)進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)；有重疊基因，同一段DNA攜帶兩種以上不同蛋白質(zhì)信息 真核生物DNA的特點(diǎn)在體細(xì)胞中含量穩(wěn)定；在生殖細(xì)胞中含量減半；能攜帶遺傳信息；能精確的自我復(fù)制；能產(chǎn)生可遺傳變異 C值：指一種生物單倍體基因組DNA的總量C值反?，F(xiàn)象：真核細(xì)胞基因組的最大特點(diǎn)是它含有大量的重復(fù)且功能DNA序列，序列大多被不編碼蛋白質(zhì)的非功能DNA所隔開；C值不隨生物的進(jìn)化程度和復(fù)雜性而增加；親緣關(guān)系密切的生物C值相差甚大；高等真核生物具有比用于遺傳高得多的C值 真核細(xì)胞DNA序列的分類：不重復(fù)序列：一般只有一個(gè)或幾個(gè)拷貝，占DNA總量的40%80%，結(jié)構(gòu)基因基本屬于不重復(fù)序列中度重復(fù)序列：重復(fù)次數(shù)在1010000次之間，占DNA總量的10%40%，各種rRNA、tRNA以及某些結(jié)構(gòu)基因高度重復(fù)序列衛(wèi)星DNA：只在真核生物中出現(xiàn)，不轉(zhuǎn)錄，是異染色質(zhì)的成分，可能與染色體的穩(wěn)定性有關(guān) 核小體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：是由H2A、H2B、HH4各兩個(gè)分子生成的八聚體和由大約200bpDNA和一個(gè)組蛋白H1組成的，是DNA壓縮的第一個(gè)階段；盤狀八聚體是核小體的核心顆粒，包括由H2A、H2B、HH4分別組成的二聚體，HH4二聚體位于核心；，組蛋白H1與剩余的DNA序列結(jié)合起連接作用；相鄰核小體間由連接DNA序列組成；組蛋白與DNA序列的結(jié)合是非特異性的DNA鏈壓縮7倍→核小體壓縮6倍→螺線管壓縮40倍→超螺線管壓縮5倍→染色體總壓縮84001DNA的一級結(jié)構(gòu)：是指4種核苷酸的連接及其排列順序表示了該DNA得化學(xué)構(gòu)成特點(diǎn)：脫氧核糖核苷酸以3’，5’磷酸二酯鍵聚合成為脫氧核糖核酸（DNA）鏈。鏈的一端的核苷酸有自由的5’磷酸基團(tuán)，稱5’端；另一端核苷酸具有自由的3’羥基，稱3’端。交替的磷酸和2脫氧核糖構(gòu)成分子的骨架，堿基為側(cè)鏈，堿基類似于蛋白質(zhì)氨基酸的側(cè)鏈，影響著所形成的核酸的結(jié)構(gòu)和功能。意義：攜帶遺傳信息；決定DNA的二級結(jié)構(gòu)；決定DNA的空間結(jié)構(gòu)1DNA的二級結(jié)構(gòu)：是指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所生成的雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)：1. 主鏈：，脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側(cè)，：兩條鏈上的堿基以氫鍵相連，G與C配對，A與T配對4. 螺距： 5 .大溝和小溝：鏈中螺旋型的凹槽，大溝對于在遺傳上有重要功能的蛋白質(zhì)識別DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)上的特定信息是非常重要的，只有在溝內(nèi)，蛋白質(zhì)才能“感覺”到不同堿基順序1DNA二級結(jié)構(gòu)的類型：右手螺旋：① ADNA構(gòu)象：當(dāng)相對濕度改變（75%以下）或由鈉鹽變?yōu)殁淃}、銫鹽，DNA的結(jié)構(gòu)可成為A構(gòu)象。它是BDNA螺旋擰得更緊的狀態(tài)。DNARNA雜交分子、RNARNA雙鏈分子均采取A構(gòu)象。②BDNA構(gòu)象：相對濕度為92%時(shí)，DNA鈉鹽纖維為BDNA構(gòu)象。在天然情況下，絕大多數(shù)DNA以B構(gòu)象存在。左手螺旋： ZDNA構(gòu)象：在一定的條件下（如高鹽濃度），DNA可能出現(xiàn)Z構(gòu)象。ZDNA是左手雙螺旋，磷酸核糖骨架呈Z字形走向。不存在大溝，小溝窄而深，并具有更多的負(fù)電荷密度。 ZDNA的存在與基因的表達(dá)調(diào)控有關(guān)。1DNA二級結(jié)構(gòu)的決定因素：①氫鍵，強(qiáng)特異性，高度方向性② 堿基堆積力，同一條鏈中的相鄰堿基之間的非特異性作用力，來源于疏水作用和累積的范德華力③靜電力，磷酸集團(tuán)的負(fù)電對DNA雙鏈的穩(wěn)定性起負(fù)作用，陽離子可對之產(chǎn)生屏蔽，DNA溶液的離子濃度越低，DNA越不穩(wěn)定④堿基分子內(nèi)能，堿基內(nèi)能越高，氫鍵和堿基堆積力越容易被破壞，DNA雙鏈越不穩(wěn)定⑤核苷酸排列順序，堿基組成相同，但嘌呤和嘧啶的排列順序不同雙螺旋的穩(wěn)定性會有很大差異⑥D(zhuǎn)NA的修飾：甲基化的不表現(xiàn)基因活性，未甲基化的表現(xiàn)基因活性1引起雙鏈構(gòu)象轉(zhuǎn)變的因素：核苷酸序列；堿基組成；鹽的種類；相對濕度1DNA鏈的呼吸作用：雙螺旋DNA結(jié)構(gòu)中，配對堿基之間的氫鍵處于連續(xù)不斷的斷裂和再生的動態(tài)平衡之中，這種氫鍵的迅速斷裂和再生過程1DNA的變性：DNA雙鏈的氫鍵斷裂，逐步變?yōu)榻朴跓o規(guī)則線團(tuán)的過程稱為變性。增色效應(yīng)：在變性過程中，260nm紫外線吸收值先緩慢上升，當(dāng)達(dá)到某一溫度時(shí)驟然上升融解溫度（Tm )：變性過程紫外線吸收值增加的中點(diǎn)的溫度1DNA的復(fù)性（Renaturation)：熱變性的DNA緩慢冷卻，單鏈恢復(fù)成雙鏈。減色效應(yīng)：隨著DNA的復(fù)性，260nm紫外線吸收值降低的現(xiàn)象。 復(fù)性的條件：消除磷酸基的靜電斥力；破壞鏈內(nèi)氫鍵復(fù)性的機(jī)制：隨機(jī)碰撞，取決于DNA濃度、溶液溫度、離子強(qiáng)度等；成核作用；拉鏈作用1DNA的高級結(jié)構(gòu)：指DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤繞所形成的特定空間結(jié)構(gòu)，超螺旋是其主要形式，可分為正超螺旋和負(fù)超螺旋松弛DNA正超螺旋拓?fù)洚悩?gòu)酶：通過切斷DNA的一條或兩條鏈中的磷酸二酯鍵，然后重新纏繞和封口來改變DNA連環(huán)數(shù)的酶，酶I通過切斷DNA中的一條鏈減少負(fù)超螺旋，增加一個(gè)連環(huán)數(shù)；酶II也稱DNA促旋酶DNA的半保留復(fù)制：由親代DNA生成子代DNA時(shí)，每個(gè)新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的復(fù)制方式意義：DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性，保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代。2DNA復(fù)制的原則：半保留復(fù)制；復(fù)制起始出現(xiàn)在稱為原點(diǎn)的特定序列上；復(fù)制的控制一般是在復(fù)制的起始點(diǎn)處；復(fù)制叉的移動一般是單向的或雙向的；鏈的延伸方向是5‘3‘方向；大多數(shù)情況下是半不連續(xù)的；在模板存在的條件下DNA聚合酶以短的RNA片段作為引物開始合成DNA的短片段；存在各種DNA鏈的合成起始機(jī)制，除了RNA引物外，另外的一些裝置如DNA鏈與一個(gè)末端蛋白共價(jià)結(jié)合，以及缺口的共價(jià)延伸，或者親本鏈已被環(huán)出的末端；終止也是在復(fù)制過程的某個(gè)固定點(diǎn)；復(fù)制的機(jī)制取決于基因組結(jié)構(gòu)和構(gòu)象來保護(hù)產(chǎn)生完整的染色體；即使在一個(gè)單細(xì)胞中也可進(jìn)行多種復(fù)制機(jī)制的操作2原核生物（大腸桿菌）DNA的復(fù)制過程：①雙鏈的解開：大約20個(gè)DnaA蛋白在ATP的作用下與oriC處的4個(gè)9bp保守序列相結(jié)合；在HU蛋白和ATP的共同作用下,DNA復(fù)制起始復(fù)合物使3個(gè)13bp直接重復(fù)序列變性,形成開鏈；解鏈酶六體分別與單鏈DNA相結(jié)合(需DnaC幫助),進(jìn)一步解開DNA雙鏈復(fù)制原點(diǎn)：DNA的復(fù)制有特定的起始位點(diǎn)，ori(或o）、富含A、T的區(qū)段，復(fù)制起點(diǎn)是固定的，表現(xiàn)為固定的序列，并識別參與復(fù)制起始的特殊蛋白質(zhì)復(fù)制子：從復(fù)制原點(diǎn)到終點(diǎn)，組成一個(gè)復(fù)制單位，復(fù)制叉：復(fù)制時(shí)，解鏈酶等先將DNA的一段雙鏈解開，形成復(fù)制點(diǎn)，這個(gè)復(fù)制點(diǎn)的形狀象一個(gè)叉子復(fù)制方向和速度：單起點(diǎn)、雙向等速，多起點(diǎn)、雙向等速②RNA引物的合成：DnaB蛋白活化引物合成酶，引發(fā)RNA引物的合成，先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物；滯后鏈的引發(fā)過程由引發(fā)體開完成③DNA鏈的延伸：在DNA復(fù)制時(shí)由DNA聚合酶從引物3‘端開始合成新的DNA鏈，合成方向與復(fù)制叉移動的方向一致并連續(xù)合成的鏈為前導(dǎo)鏈；引發(fā)體在滯后鏈分叉的方向上前進(jìn)，在模板上斷斷續(xù)續(xù)的引發(fā)生成滯后鏈的引物RNA短鏈，再由DNA聚合酶III作用合成DNA直至遇到下一個(gè)引物或?qū)槠?，合成方向與復(fù)制叉移動的方向相反，形成許多不連續(xù)的片段，最后再連成一條完整的DNA鏈為滯后鏈半不連續(xù)復(fù)制：DNA復(fù)制時(shí)其中一條子鏈的合成是連續(xù)的，而另