【正文】 苷酸鏈有100個不同的堿基組成，它們的可能排列方式就是4100。這就是嘌呤與嘧啶配對，而且腺嘌呤（A）只能與胸腺嘧啶（T）配對，鳥嘌呤（G）只能與胞嘧啶（C）配對。所謂DNA的一級結(jié)構(gòu)，就是指4種核苷酸的連接及其排列順序，表示了該DNA分子的化學(xué)構(gòu)成。如稍加攪拌，它就會象棉線在線軸上一樣繞在硬棒上，溶液中的其它成份則呈顆粒狀沉淀。結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)就是研究生物大分子特定的空間結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)的運(yùn)動變化與其生物學(xué)功能關(guān)系的科學(xué)。端加帽及339。轉(zhuǎn)錄因子是一群能與基因539。在個體生長發(fā)育過程中生物遺傳信息的表達(dá)按一定的時序發(fā)生變化（時序調(diào)節(jié)），并隨著內(nèi)外環(huán)境的變化而不斷加以修正（環(huán)境調(diào)控）。DNA重組技術(shù)還被用來進(jìn)行基礎(chǔ)研究。分子生物學(xué)研究內(nèi)容:DNA重組技術(shù)基因工程基因表達(dá)調(diào)控核酸生物學(xué) 生物大分子結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)DNA重組技術(shù)（又稱基因工程）這是20世紀(jì)70年代初興起的技術(shù)科學(xué)，目的是將不同DNA片段（如某個基因或基因的一部分）按照人們的設(shè)計定向連接起來，在特定的受體細(xì)胞中與載體同時復(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。我國生物科學(xué)家吳憲20世紀(jì)20年代初回國后在協(xié)和醫(yī)科大學(xué)生化系與汪猷、張昌穎等人一道完成了蛋白質(zhì)變性理論、血液生化檢測和免疫化學(xué)等一系列有重大影響的研究，成為我國生物化學(xué)界的先驅(qū)。1988年，McClintock由于在50年代提出并發(fā)現(xiàn)了可移動遺傳因子（jumping gene或稱mobile element）而獲得Nobel獎。1965年，法國科學(xué)家Jacob和Monod提出并證實了操縱子（operon）作為調(diào)節(jié)細(xì)菌細(xì)胞代謝的分子機(jī)制。1910年，德國科學(xué)家Kossel第一個分離了腺嘌呤，胸腺嘧啶和組氨酸。孟德爾的遺傳學(xué)規(guī)律最先使人們對性狀遺傳產(chǎn)生了理性認(rèn)識，而Morgan的基因?qū)W說則進(jìn)一步將性狀與基因相耦聯(lián)，成為分子遺傳學(xué)的奠基石。北大生命科學(xué)院分子生物學(xué)課程教學(xué)講義 朱玉賢第一講 序論　略二、現(xiàn)代分子生物學(xué)中的主要里程碑分子生物學(xué)是研究核酸、蛋白質(zhì)等所有生物大分子的形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征及其重要性、規(guī)律性和相互關(guān)系的科學(xué)，是人類從分子水平上真正揭開生物世界的奧秘，由被動地適應(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。Watson和Crick所提出的脫氧核糖酸雙螺旋模型，為充分揭示遺傳信息的傳遞規(guī)律鋪平了道路。1959年，美國科學(xué)家Uchoa第一次合成了核糖核酸，實現(xiàn)了將基因內(nèi)的遺傳信息通過RNA翻譯成蛋白質(zhì)的過程。此外，他們還首次推測存在一種與DNA序列相互補(bǔ)、能將它所編碼的遺傳信息帶到蛋白質(zhì)合成場所（細(xì)胞質(zhì)）并翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)的mRNA（信使核糖核酸）。 1993年，美國科學(xué)家Roberts和Sharp因發(fā)現(xiàn)斷裂基因（introns）而獲得Nobel獎。20世紀(jì)60年代、70年代和80年代，我國科學(xué)家相繼實現(xiàn)了人工全合成有生物學(xué)活性的結(jié)晶牛胰島素，解出了三方二鋅豬胰島素的晶體結(jié)構(gòu)，采用有機(jī)合成與酶促相結(jié)合的方法完成了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸的人工全合成，在酶學(xué)研究、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及生物膜結(jié)構(gòu)與功能等方面都有世所矚目的建樹。嚴(yán)格地說，DNA重組技術(shù)并不完全等于基因工程，因為后者還包括其他可能使生物細(xì)胞基因組結(jié)構(gòu)得到改造的體系。如果說，分子生物學(xué)研究的核心是遺傳信息的傳遞和控制，那么根據(jù)中心法則，我們要研究的就是從DNA到RNA，再到蛋白質(zhì)的全過程，也即基因的表達(dá)與調(diào)控。原核生物的基因組和染色體結(jié)構(gòu)都比真核生物簡單，轉(zhuǎn)錄和翻譯在同一時間和空間內(nèi)發(fā)生，基因表達(dá)的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。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)度在特定的時間與空間表達(dá)的蛋白質(zhì)分子。端加多聚A[polyA]之外，還要將隔開各個相鄰編碼區(qū)的內(nèi)含子剪去，使外顯子（編碼區(qū)）相連后成為成熟mRNA。它包括結(jié)構(gòu)的測定、結(jié)構(gòu)運(yùn)動變化規(guī)律的探索及結(jié)構(gòu)與功能相互關(guān)系的建立3個主要研究方向。溶解纖維狀物質(zhì)并重復(fù)數(shù)次，可提高其純度。核苷酸序列對DNA高級結(jié)構(gòu)的形成有很大影響，如BDNA中多聚（GC）區(qū)易出現(xiàn)左手螺旋DNA（ZDNA），而反向重復(fù)的DNA片段易出現(xiàn)發(fā)卡式結(jié)構(gòu)等。如一條鏈上某一堿基是C，另一條鏈上與它配對的堿基必定是G。 二、 DNA聚合酶與DNA的合成The accuracy of translation relies on the specificity of base pairing. The actual rate in bacteria seems to be 1081010. This corresponds to 1 error per genome per 1000 bacterial replication cycles, or 106 per gene per generation.DNA polymerase might improve the specificity of plementary base selection at either (or both) of two stages:1，It could scrutinize the ining base for the proper plementarity with the template base。首先用實驗證明基因就是DNA分子的是美國著名的微生物學(xué)家Avery。解剖死鼠，發(fā)現(xiàn)有大量活的S型（而不是R型）細(xì)菌。它的頭、尾外部都有由蛋白質(zhì)組成的外殼，頭內(nèi)主要是DNA。四. Cvalue和Cot1/2The total amount of DNA in the haploid genome is a characteristic of each living species known as Cvalue.Cot1/2 is the product of concentration and time required for 50% reassociation given in nucleotidemoles second/liter.五、 染色體結(jié)構(gòu)DNA molecules are the largest macromolecules in the cell and are monly packaged into structures called “chromosomes”, most bacteria amp。Mutations： 染色體DNA中可遺傳的核苷酸序列變化。八聚體在中間，DNA分子盤繞在外，而H1則在核小體的外面。2．染色體中的核酸組成⑴不重復(fù)序列 在單倍體基因組里，這些序列一般只有一個或幾個拷貝，它占DNA總量的40%－80%。各種rRNA、tRNA 及組蛋白基因等都屬這一類。由于堿基的組成不同，在CsCl密度梯度離心中易與其他DNA分開，形成含量較大的主峰及高度重復(fù)序列小峰，后者又稱衛(wèi)星區(qū)帶（峰）。Centromere：是細(xì)胞有絲分裂期間紡錘體蛋白質(zhì)與染色體的結(jié)合位點（attachment point），這種結(jié)合對于染色體對在子細(xì)胞中的有序和平均分配至關(guān)重要。 酵母Telomeres一般以100 bp左右不精確重復(fù)序列所組成。數(shù)十萬個Alu重復(fù)序列散布于整個人類基因組中，達(dá)到總序列的1－3％。通?？梢杂?mol/L 。牛、豬、大鼠的H4氨基酸序列完全相同。到目前為止，僅發(fā)現(xiàn)鳥類、魚類及兩棲類紅細(xì)胞染色體不含H1而帶有H5，精細(xì)胞染色體的組蛋白是魚精蛋白。 組蛋白的修飾作用。非組蛋白的量大約是組蛋白的60%～70%，但它的種類卻很多，約在20100種之間，其中常見的有1520種。b. DNA結(jié)合蛋白。 Viral DNA molecules are relatively smallHIV = 9000 nt RNAQβ = 4200 ntBactaria DNA is 100 times than viralE. coli 4639221 bp doublestrandedContour length = , 850倍細(xì)菌本身長度。成人帶有1X10^14個細(xì)胞，成人體內(nèi)全部DNA的總長度（Contour Length）＝ 2X10^11Km第三講 蛋白質(zhì)合成基因作為唯一能夠自主復(fù)制、永久存在的單位，其生理學(xué)功能以蛋白質(zhì)形式得到表達(dá)。Genetic information is perpetuated by replication（復(fù)制）in which a double stranded nucleic acid is duplicated to give identical copies.基因表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄（transcription）和翻譯（translation）兩個階段。所謂翻譯是指將mRNA鏈上的核苷酸從一個特定的起始位點開始，按每3個核苷酸代表一個氨基酸的原則，依次合成一條多肽鏈的過程。若以兩種核苷酸作為一個密碼（二聯(lián)子），能代表42=16種氨基酸。如果注射后經(jīng)數(shù)小時（或數(shù)天）收獲肝臟，所有細(xì)胞成份中都帶有放射性標(biāo)記的蛋白質(zhì)。實驗2:研究煙草壞死衛(wèi)星病毒發(fā)現(xiàn)，其外殼蛋白亞基由400個氨基酸組成，相應(yīng)的RNA片段長1200個核苷酸，與密碼三聯(lián)子體系正好相吻合。以poly（C）及poly（A）做模板分別得到多聚脯氨酸和多聚賴氨酸。,不管讀碼從U開始還是從G開始，都只能有UGU（Cys）及GUG（Val）兩種密碼子。分別產(chǎn)生UUC（Phe）、UCU（Ser）或CUU（Leu）.多聚三核苷酸為模板時也可能只合成2種多肽：5’…GUA GUA GUA GUA GUA…3’或5’…UAG UAG UAG UAG UAG…3’或5’…AGU AGU AGU AGU AGU…3’由第二種讀碼方式產(chǎn)生的密碼子UAG是終止密碼，不編碼任何氨基酸，因此，只產(chǎn)生GUA（Val）或AGU（Ser）。（3）氨基酸的“活化”與核糖體結(jié)合技術(shù)。當(dāng)體系中帶有多聚核苷酸模板時，從大腸桿菌中提取的核糖體經(jīng)常與特異性氨基酰tRNA相結(jié)合。三．密碼子和反密碼子的相互作用蛋白質(zhì)生物合成過程中，tRNA的反密碼子通過堿基的反向配對與mRNA的密碼子相互作用。當(dāng)反密碼子第一位是U或G時，能識別兩個密碼子。四．tRNAtRNA在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，被稱為第二遺傳密碼。在一個同工tRNA組內(nèi)，所有tRNA均專一于相同的氨基酰 tRNA合成酶。D臂是根據(jù)它含有二氫尿嘧啶（dihydrouracil）命名的。每個tRNA分子至少含有2個稀有堿基，最多有19個，多數(shù)分布在非配對區(qū)，特別是在反密碼子339。這種結(jié)構(gòu)是靠氫鍵來維持的，tRNA的三級結(jié)構(gòu)與AA tRNA合成酶的識別有關(guān)。翻譯階段遺傳信息從mRNA分子轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)極不相同的蛋白質(zhì)分子，信息是以能被翻譯成單個氨基酸的三聯(lián)子密碼形式存在的，在這里起作用的是解碼機(jī)制。（3）校正tRNA校正tRNA分為無義突變及錯義突變校正。EAAAMP+ tRNA→AA tRNA +E+AMP 蛋白質(zhì)合成的真實性主要決定于AA tRNA合成酶是否能使氨基酸與對應(yīng)的tRNA相結(jié)合。它是由幾十種蛋白質(zhì)和幾種核糖體RNA（ribosomal RNA，rRNA）組成的亞細(xì)胞顆粒。真核生物核糖體中RNA占3/5，蛋白質(zhì)占2/5。 rRNA核糖體包括至少5個活性中心，即mRNA結(jié)合部位、結(jié)合或接受AA tRNA部位（A位）、結(jié)合或接受肽基tRNA的部位、肽基轉(zhuǎn)移部位（P位）及形成肽鍵的部位（轉(zhuǎn)肽酶中心），此外還有負(fù)責(zé)肽鏈延伸的各種延伸因子的結(jié)合位點。核糖體可解離為亞基或結(jié)合成70S/80S顆粒。細(xì)胞中大多數(shù)核糖體處于非活性的穩(wěn)定狀態(tài)，單獨存在，只有少數(shù)與mRNA一起形成多聚核糖體。mRNA上核糖體的多少視mRNA的長短而定，一般40個核苷酸有一個核糖體。蛋白質(zhì)合成消耗了細(xì)胞中90%左右用于生物合成反應(yīng)的能量。肽鏈的延伸——核糖體沿mRNA5’端向3’端移動，導(dǎo)致從N端向C端的多肽合成。RF1 識別 UAA和UAG。真核生物中只有一個RF，能識別3個終止子。上述六組分復(fù)合物再與50S大亞基結(jié)合，水解GTP生成并釋放GDP和Pi。 eIF4A 具有RNA解旋酶活性，解除mRNA模板的次級結(jié)構(gòu)并使之與40S小亞基結(jié)合，形成eIF4F復(fù)合物。 eIF4G 與eIF4E和poly（A）結(jié)合蛋白（PAB）相結(jié)合，形成eIF4F復(fù)合物。 肽鏈延伸也可被分為三步： 第一步，與新進(jìn)來的氨基酰tRNA相結(jié)合。 肽鍵形成之初，兩個氨基酸仍然分別與各自的tRNA相結(jié)合，仍然分別位于A位點和P位點上。 核糖體向mRNA的3’方向移動一個密碼子，使得帶有第二個氨基酸（現(xiàn)已成為二肽）的tRNA從A位進(jìn)入P位，并使第一個tRNA從P位進(jìn)入E位。 蛋白質(zhì)合成的抑制劑 抗菌素對蛋白質(zhì)合成的作用可能是阻止mRNA與核糖體結(jié)合（氯霉素），或阻止AAtRNA與核糖體結(jié)合（四環(huán)素類），或干擾AAtRNA與核糖體結(jié)合而產(chǎn)生錯讀（鏈霉素、新霉素、卡那霉素等），或作為競爭性抑制劑抑制蛋白質(zhì)合成。 嘌呤霉素是AAtRNA的結(jié)構(gòu)類似物，能結(jié)合在核糖體的A位上，抑制AAtRNA的進(jìn)入。氯霉素和嘌呤霉素既能與原核細(xì)胞核糖體結(jié)合，又能與真核生物核糖體結(jié)合，妨礙細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成，影響細(xì)胞生長。貯藏在任何基因中的生物信息都必須首先被轉(zhuǎn)錄生成RNA，才能夠得到表達(dá)。因此，活細(xì)胞內(nèi)時刻進(jìn)行著各種蛋白質(zhì)的合成、修飾、運(yùn)轉(zhuǎn)和降解反應(yīng)。De Novo嘌呤核苷酸的生物合成始于PRPP （Phosphoribosyl 1pyrophosphate）這一途徑的第一步是由谷氨酰胺捐獻(xiàn)一個氨基到PRPP的C1位上，生成5phosphoribosylamine。第五，脫水環(huán)化形成咪唑環(huán)。第十一，脫水環(huán)化，形成嘌呤IMP。這個反應(yīng)需要氨基甲酰磷酸（Carbamoyl phosphate）。5．核糖核苷酸（ribonucleotides）是脫氧核糖核苷酸（Deoxyribonucleotides）的前體