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分子实验-分子生物学基础知识

发布时间:2021-12-06 10:20:51 阅读:19962次 来源:百度学术

  分子生物学是在分子水平上研究生命现象的科学。通过研究生物大分子(核酸、蛋白质)的结构、功能和生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。分子生物学基础知识你了解哪些呢?

  DNA的结构

  (1)DNA的一级结构:指DNA分子中核苷酸的排列顺序。

  (2)DNA的二级结构:指两条DNA单链形成的双螺旋结构、三股螺旋结构以及四股螺旋结构。

  (3)DNA的三级结构:双链DNA进一步扭曲盘旋形成的超螺旋结构。

  (4)DNA的甲基化:DNA的一级结构中,有一些碱基可以通过加上一个甲基而被修饰,称为DNA的甲基化。甲基化修饰在原核生物DNA中多为对一些酶切位点的修饰,其作用是对自身DNA产生保护作用。真核生物中的DNA甲基化则在基因表达调控中有重要作用。真核生物DNA中,几乎所有的甲基化都发生于二核苷酸序列5’-CG-3’的C上,即5’-mCG-3’。

  DNA双螺旋结构模型

  (1) DNA是反向平行的互补双链结构。

  (2) DNA双链是右手螺旋结构。螺旋每旋转一周包含了10对碱基,螺距为3.4nm. DNA双链说形成的螺旋直径为2 nm。每个碱基旋转角度为36度。DNA双螺旋分子表面存在一个大沟和一个小沟,目前认为这些沟状结构与蛋白质和DNA间的识别有关。

  (3) 疏水力和氢键维系DNA双螺旋结构的稳定。DNA双链结构的稳定横向依靠两条链互补碱基间的氢键维系,纵向则靠碱基平面间的疏水性堆积力维持。

  核小体

  染色质的基本组成单位被称为核小体,由DNA和5种组蛋白H1,H2A,H2B,H3和H4共同构成。各两分子的H2A,H2B,H3和H4共同构成八聚体的核心组蛋白,DNA双螺旋缠绕在这一核心上形成核小体的核心颗粒。核小体的核心颗粒之间再由DNA和组蛋白H1构成的连接区连接起来形成串珠样结构。

  原核生物mRNA

  (1) 原核生物mRNA往往是多顺反子的,即每分子mRNA带有几种蛋白质的遗传信息。

  (2) mRNA 5‘端无帽子结构,3‘端无多聚A尾。

  (3) mRNA一般没有修饰碱基。

  真核生物mRNA

  (1)5‘端有帽子结构。即7-甲基鸟嘌呤-三磷酸鸟苷m7GpppN。

  (2)3‘端大多数带有多聚腺苷酸尾巴。

  (3)分子中可能有修饰碱基,主要有甲基化。

  (4)分子中有编码区和非编码区。

  基因

  是核酸分子中贮存遗传信息的遗传单位,是指贮存有功能的蛋白质多肽链或RNA序列信息及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列。一个基因不仅仅包括编码蛋白质肽链或RNA的核酸序列,还包括保证转录所必需的调控序列及位于编码区5‘端上游的非编码序列,内含子和位于编码区3’端下游的非编码序列。

  基因组:泛指一个细胞或病毒的全部遗传信息。在真核生物体中,基因组是指一套完整单倍体DNA和线粒体DNA的全部序列,既包括编码序列,也包括非编码序列。

  病毒基因组包括:单链正股RNA,单链负股RNA,双链RNA,双链DNA和单链正股DNA。

分子实验

  突变的分子

  (1)错配:DNA分子上的碱基配对又称点突变。

  (2)  缺失,插入和框移:缺失和插入都可以导致框移突变。框移突变是指三联体密码的阅读方式改变,造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变,其后果是翻译出的蛋白可能完全不同。

  (3)重排:DNA分子中较大片断的交换,称为重组或重排。

  突变的意义:(1)突变是进化、分化的分子基础。(2)只有基因型改变的突变。(3)致死性的突变。(4)突变是某些疾病的发病基础。

  拓扑异构酶

  (1)拓扑酶I 切断DNA双链中的一股,使DNA解链旋转中不致打结,适当时候又把切口封闭,使DNA变为松弛状态。反应不需ATP。

  (2)拓扑酶II 在无ATP时,切断处于正超螺旋的DNA分子双链某一部位,断端通过切口使超螺旋松弛;在利用ATP功能的情况下,松弛状态的DNA又进入负超螺旋状态,断端在同一酶催化下连接恢复。

  原核生物翻译起始复合物

  (1)核蛋白体亚基分离。核蛋白体大小亚基分离。IF-1,IF-3与小亚基结合,促进大小亚基分离。

  (2)mRNA在小亚基定位结合。原核生物mRNA在小亚基定位涉及两种机制。其一,在各种原核mRNA起始AUG上游约8-13核苷酸部位,存在4-9个核苷酸的一致序列,富含嘌呤碱基如AGGAGG,称为S-D序列。而原核小亚基16S-rRNA的3‘端有一段富含嘧啶的段序列如UCCUCC,通过与S-D序列碱基配对使mRNA与小亚基结合。S-D序列又称核蛋白体结合位点(RBS)。其二,mRNA上紧接S-D序列后的小核苷酸序列可被核蛋白体小亚基蛋白rpS-1识别结合。

  (3)起始氨基酰-tRNA的结合。起始fMet-tRNAifMet和GTP结合的IF-2一起,识别结合对应小亚基P位的mRNA起始密码AUG,起始时A位被IF-1占据,不与任何氨基酰-tRNA结合。

  (4)核蛋白体大亚基结合。上述结合mRNA、fMet-tRNAifMet的小亚基再与核蛋白体大亚基结合,同时IF-2结合的GTP水解释能,促使3种IF释放,形成由完整核蛋白体、mRNA、起始氨基酰-tRNA组成的翻译起始复合物。此时,结合起始密码AUG的fMet-tRNAifMet占据P位,而A位空留,对应mRNA上AUG后的下一组三联体密码,准备相应氨基酰-tRNA的进入。

  肽链的延长

  (1)进位。核糖体A位上mRNA密码子所规定的氨酰-tRNA进入核糖体A位上称为进位。这一过程需延长因子EF-T的参与。延长因子有三种:

  (1)EF-Tu. 功能:协助氨基酰-tRNA进入核糖体。与氨基酰-tRNA以及GTP结合形成EF-Tu-GTP-氨基酰-tRNA,将氨基酰-tRNA转运到核糖体的A位。

  2.EF-Ts. 功能:促进EF-Tu-GTP的再生。EF-Tu-GTP在参加一轮核糖体循环后转变为EF-Tu-GDP,EF-Ts使EF-Tu-GDP再转变成EF-Tu-GTP,后者可被再利用。

  3.EF-G. 功能:促进肽酰-tRNA移位。促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移到P位,促进tRNA的释放。

  (2) 成肽。在转肽酶的催化下,P位上的肽酰基与A位上的氨基酰基成肽,成肽反应在A位进行,卸载的tRNA仍在P位。

  (3)转位。在转位酶的催化下,新生肽链-tRNA连同mRNA从A位移到P位,而卸载的tRNA移入E位。A位空留并对应下一组三联体密码。

  质粒

  质粒:是存在于细菌染色体之外的、具有自主复制能力的环状双链DNA分子。

  质粒的不相容性:具有相同复制起始位点和分配区的两种质粒不能共存于一个宿主菌,这种现象称为质粒的不相容性。

  转座因子

  转座因子:既可移动的基因成分,是指能在一个DNA分子内部或两个DNA分子之间移动的DNA片段。原核生物的转座因子包括:插入序列、转座子和Mu噬菌体。

  插入序列: 是一类较小的没有表型效应的转座因子,由一个转位酶基因及两侧的反向重复序列组成。

  转座子:是一类较大的可移动成分,除有关转座的基因外,至少带有一个与转座作用无关的并决定宿主菌遗传性状的基因 。

  断裂基因

  断裂基因:真核生物的结构基因,由若干个编码区和非编码区互相间隔而又连续镶嵌而成,去除编码区再连接后,可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质这些基因称为断裂基因。

  端粒

  端粒:以线性染色体形式存在的真核基因组DNA的末端都有一种特殊的结构,端粒。该结构是一段DNA序列和蛋白质形成的一种复合体,仅在真核细胞染色体末端存在。端粒的功能主要有:保护线性DNA的完整复制,保护染色体末端及决定细胞的寿命等。

  端粒酶:由三部分组成,端粒RNA,端粒酶逆转录酶,端粒酶协同蛋白。端粒酶兼有提供RNA模版和催化逆转录酶的功能。端粒酶通过一种爬行模型的机制维持染色体的完整。

  半保留复制

  半保留复制:子代细胞的DNA,一股单链从亲代完整的接受过来,另一股单链则完全重新合成,两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致,这种复制方式称为半保留复制。

  半不连续复制:顺着解链方向生成的子链,复制是连续进行的,这股链称为领头链。另一股链因为复制方向与解链方向相反,不能顺着解链方向连续延长,必须等模板链解开至足够长度,然后从5’-3’生成引物并复制子链。

  延长过程中,又要等待下一段有足够长度的模板再次生成引物而延长。这股不连续复制的链称为随从链。领头链连续复制而随从链不连续复制,这就是复制的半不连续复制。

  着色性干皮病

  着色性干皮病:是由于DNA损伤修复有缺陷而造成的一种遗传性疾病,患者有较高的皮肤癌发病倾向。对该病的研究,发现了一些与切除损伤部位有关的蛋白质,称为XP蛋白。

  切除修复

  切除修复:DNA损伤修复的一种方式。通过切除损伤部位,剩下的空隙由DNA-pol I催化dNTP聚合而填补,最后由DNA连接酶结合裂隙。切除损伤在原核生物需Uvr蛋白类,真核生物需XP蛋白类。

  光修复:生物体内有一种光修复酶,被光激活后能利用光所提供的能量使紫外线照射引起的嘧啶二聚体分开,恢复原来的非聚合状态,称为光修复。

  DNA损伤的修复类型:光修复、切除修复、重组修复和SOS修复。

  突变的分子

  突变的分子改变类型:

  (1)错配:DNA分子上的碱基配对又称点突变。

  (2)缺失,插入和框移:缺失和插入都可以导致框移突变。框移突变是指三联体密码的阅读方式改变,造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变,其后果是翻译出的蛋白质可能完全不同。

  (3)重排:DNA分子中较大片断的交换,称为重组或重排。

  点突变

  点突变分为:转换和颠换。

  转换是指由一种嘧啶变成另一种嘧啶,或一种嘌呤变成另一种嘌呤。颠换是指由嘧啶变成嘌呤,或由嘌呤换为嘧啶。

  D-环复制

  D-环复制:是线粒体DNA的复制形式。复制时需合成引物。MtDNA为双链,第一个引物以内环为模板延伸。至第二个复制起始点时,又合成另一个反向引物,以外环为模板进行反向的延伸,最后完成两个双链环状DNA的复制。

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