遗传学、分子生物学知识总结

涵盖了遗传学中的染色体、RNA的结构、分类和功能，以及原核生物DNA复制体系。在RNA的结构、分类和功能部分，介绍了tRNA（转运RNA）的结构、功能、种类以及氨基酰tRNA合成酶的作用。此外，还提到了核糖体的大小亚基、rRNA（核糖体RNA）和核糖体的tRNA结合位点，以及核糖体的活性中心。在生物学信息的传递部分，描述了从DNA到RNA的转录过程，包括真核细胞DNA复制的调控、DNA的转座和SNP（单核苷酸多态性）的理论与应用。

第二、三、四章总结

• 第三章:生物信息的转移 ——从DNA到RNA
• 第四章 生物信息的传递（下) 一从mRNA到蛋白质
  • 遗传密码一三联子
    • 概念：mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这3个核苷酸就称为密码，也叫三联子密码
      • .起始密码子：AUG .终止密码子：UAA、UAG、UGA
    • 开放阅读框架(open reading frame，(ORF):从mRNA 5'-端的起始密码子AUG到30-端终止密码子之间的核苷酸序列。
    • 一、三联子密码及其破译
      • 1、利用数学方法试拼遗传密码
        • 假定以3个核苷酸代表一个氨基酸，则可以有43=64种密码，满足了编码20种氨基酸的需要。
      • 2、利用遗传学方法验证遗传密码正确性
        • 用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或丢失）处理T4噬菌体rIl位点上的两个基因，使之发生移码突变，就生成完全不同的、没有功能的蛋白质。
      • 3、利用多聚单核苷酸破译遗传密码
        • 证实了无细胞系统的成功，同时还表明UUU是苯丙氨酸的密码子。
      • 4、核糖体结合技术
        • tRNA和氨基酸及三联体的结合是特异的，上述结合的复合体大分子是不能通过硝酸纤维滤膜（NC）的微孔，而tRNA-氨基酸的复合体是可以通过的。
      • 5、利用重组共聚物破译遗传密码
        • 以特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。
    • 二、遗传密码的性质
      • 密码子的方向性和连续性
        • 方向性：翻译时的阅读方向只能是5o→3o，即读码从mRNA的起始密码子AUG开始，按5o→3o的方向逐一阅读，直至终止密码子。
        • 连续性：编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。
      • 密码子的简并性
        • 由一种以上的密码子编码一种氨基酸的特性称为遗传 密码的简并性。
        • 简并性生物学意义：减少基因突变对蛋白质功能影响。
      • 密码子的通用性与特殊性：在线粒体或叶绿体中特殊
      • 密码子与反密码子相互作用：摆动假说
        • 这一现象常见于反密码子的第一位碱基与 密码子的第三位碱基之间。
  • 一、tRNA的结构
    • 1、tRNA的一级结构:长度为74-95 nt（一般为 76nt) 稀有碱基含量丰富（每个tRNA至少含有2个)
    • 2、tRNA的二级结:受体臂、YC臂、反密码子臂、D臂 、多余臂
    • 3、tRNA三级结构： 受体臂，TψC臂的杆状区域构成了第一个螺旋。 D臂和反密码子臂的杆状区域构成了第二个双螺旋。 TψC臂和D臂的套索状结构位于L的转折点。
  • 二、tRNA的功能
    • 1、解读mRNA的遗传信息
    • 2、运载氨基酸的运输工具
    • 3、tRNA有两个关键部位：3'端CCA接受氨基酸，形成氨酰-tR NA；与mRNA结合部位一反密码子部位。
  • 三、tRNA的种类
    • 起始tRNA：特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA，原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸，真核生物起始tRNA携带甲硫氨酸。
    • 延伸tRNA：起始密码子以外的其他tRNA。
    • 同工tRNA：由于一种氨基酸可能有多个密码子，为了识别，也就有多个tRNA，即代表同一种氨基酸的多个tRNA。
    • 校正tRNA：当核苷酸发生突变后，通过反密码子区的改变把正确的氨基酸加到肽链上，合成正常的蛋白质。
  • 四、氨基酰tRNA合成酶
    • 该酶存在于胞液中，与特异氨基酸的活化以 及氨基酰tRNA的合成有关。
    • 氨基酸活化形式：氨基酰-tRNA
    • 氨基酸的活化形式：氨基酰-tRNA 氨基酸的活化部位：a-羧基 氨基酸与tRNA连接方式：酯键 氨基酸活化耗能：2个~P
  • 1、核糖体的大、小亚基分别有不同的功能:
    • （1）具有两个不同的tRNA结合点。A位（右）一受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合:P位（左）一给位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合。
    • （2）具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰tRNA，形成肽键。
    • （3）具有GTPase活性，水解GTP，获得能量。
    • （4）具有起始因子、延长因子及释放因子的结合部位。
  • 2、原核生物rRNA
    • 5SrRNA：保守序列CGAAC与tRNA分子TψC环上的GTψCG，是5SrRNA与tRNA识别序列
    • 16SrRNA：3'端ACCUCCUUA，与mRNA5'端翻译起始区富含嘌呤的序列互补；还有一段与23SrRNA互补的序列，在30S与50S亚基的结合中起作用。
    • 23SrRNA：存在一段与tRNAMet序列互补的片段，近5 端有一段12个核苷酸的序列与5SrRNA互补。
  • 3、真核生物rRNA
    • 5.8SrRNA：保守序列CGAAC可能是5.8SrRNA与tRNA识别序列。
    • 18SrRNA：酵母18SrRNA3rRNA有广泛的同源性。
    • 28SrRNA：功能不清楚。
  • 4、核糖体有3个tRNA结合位点
    • .A位点：新到来的氨酰-tRNA的结合位点。
    • P位点：肽酰-tRNA的结合位点。
    • E位点：延伸过程中多肽链转移到氨酰-tRNA上释放tRNA的位点，即去氨酰-tRNA通过E位点脱出，被释放到核糖体外的细胞质中。
  • 5、核糖体的活性中心
    • mRNA结合部位：位于30S亚基的头部。
    • 接受AA-tRNA部位（A位）：主要位于50S亚基上。
    • 结合肽基tRNA部位（P位）：P位大部分位于30S亚基，小部位于50S亚基。
    • 退出位点(E位）：脱酰tRNA(deacylated- tRNA)短暂占据。
  • 蛋白质运转机制
    • 三种去向：保留在细胞液，进入细胞器，分泌到 细胞外。
      • 1、翻译运转同步机制
        • 信号肽假说——蛋白质定位的信息存在于该蛋白质自身结构中，通过与膜上特殊受体的相互作用得以表达。
        • 信号肽——在起始密码子后，有一段编码疏水性氨基酸序列的RNA区域，这段氨基酸序列就称为信号肽。
      • 2、翻译后运转机制
        • (1）线粒体蛋白质跨膜运输
        • （2）叶绿体的跨膜运输方式
        • （3）核定位蛋白的转运机制
  • 蛋白质修饰、降解与稳定性研究
    • 一、泛素化修饰介导的蛋白质降解
      • SUMOylation(小泛素化修饰，SUMO修饰）SUMO(小泛素相关修饰物）：98个氨基酸组成提高底物蛋白的稳定性。
      • NEDDylation NEDD8：81个氨基酸组成 调节蛋白质的功能。
    • 二、蛋白质的类泛素化
    • 三、蛋白质一级结构对蛋白质稳定性的影响
• 第二章 染色体与DNA
  • 染色体
    • 染色体（chromosome）:是细胞在有丝分裂时遗传物质存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密包装的结果。
    • 真核细胞染色体的组成
      • 染色体具有的特征:分子结构相对稳定；能够自我复制，使亲子之间保持连续性；能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程；能够产生可遗传的变异。
    • 染色质和核小体
      • 核小体概念：核小体是构成真核生物染色质的基本结构单位，是DNA(200bp)和蛋白质(组蛋白：含有H 2A、H2B、H3和H4各两个分子构成一个八聚体)构成的紧密结构形式。
    • 原核生物基因组
      • 原核生物基因组的结构特点
        • 基因组小，结构简炼。通常仅由一个环状双链DNA分子组成，大多只有一条染色体，DNA含量低。
        • 存在转录单元。功能上密切相关的基因高度集中，形成转录单元。几个基因转录在同一条mRNA上，形成多顺反子mRNA。
        • 原核生物有重叠基因（overlapping gene）。
        • 基因是连续的，重复序列少，无内含子，转录后不需要剪接，可直接用来翻译合成蛋白质。
  • 一、原核生物DNA复制体系
    • (1）解螺旋酶（helicase)又称解链酶 利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成 为两条单链。
    • （2）单链DNA结合蛋 (single stranded DNA binding protein, SSB) SSB的作用： 在复制中维持模板处于单链状态并保护单链完整。
    • （3)DNA拓扑异构酶
      • 拓扑是物体或图像作弹性移位而保持物体原有不 变的性质。 拓扑酶：改变DNA拓扑构象，理顺DNA链。
    • (4）引物酶(primase): 是复制起始时催化生成RNA引物的酶。
    • (5）DNA 连接 连接DNA链 3O-OH末端和相邻DNA链5 O-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。
    • (6)DNA聚合酶
      • 1.以单链DNA为模板 2.以dNTP为原料 3.以碱基互补为指导原则 4.催化形成30，50-磷酸二酯键 5.不能催化游离的脱氧核苷酸聚合 6.核酸外切酶活性
        • DNA Pol |功能：对复制错误进行校读；对复制 和修复中出现的空隙进行填补；去除RNA引物。
        • DNA 聚合酶 ⅡI(DNA-polII) 对模板的特异性不高，参与DNA损伤的应急状 态修复。
        • DNA 聚合酶 |II (DNA-pol |II): 功能：是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。
  • 真核生物复制子多、冈崎片段短、复制叉前进速度慢
    • 1、复制的起始 真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。
    • 2、复制的延长 核小体的拆分和重新装配还不清楚。
    • 3、复制的终止和端粒酶 DNA复制与核小体装配同步进行。 复制中冈崎片段的连接，复制子之间的连接。
  • 切除冈崎片段 RNA引物的是核酸酶 RNAseHI和FEN1等。
  • 端粒（telomere) 是指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构部分， 通常膨大成粒状。
  • 结构特点: 由末端DNA序列和蛋白质构成。 末端DNA序列是多次重复的富含G、T碱基的短序列。
  • 功能: 维持染色体的稳定性 维持DNA复制的完整性
  • 端粒酶的意义： 老化与端粒酶活性下降有关 肿瘤的发生与端粒酶活性有关 端粒酶不一定能决定端粒的长度
  • 端粒酶的特点 ·由RNA和蛋白质构成的复合物 ·为特殊的逆转录酶，能以自身的RNA为模板逆转录合成端粒DNA
  • 真核细胞DNA复制的调控
    • ①细胞周期水平调控
    • ②染色体水平调控
    • ③复制子水平调控
  • DNA的转座
    • 转座子：是存在与染色体DNA上可自主复制和移 位的基本单位。
      • 转座子的结构特征
        • 1.转座子均有一个保守结构，结构中含有一到多个开放阅读框。 2.开放阅读框Open reading frame (ORF)：是基因序列的一部分，包含一段可以编码蛋白的碱基序列，不能被终止子打断。 3.转座子均有一个编码转座酶基因。 4.转座子两侧是反向末端重复序列（ITRs）,它是转座酶所识别的底物。
      • 转座子分类和作用机制
        • 转座子分类：插入序列、复合型转座子
        • 转座机制：转座子插入到DNA上新的位点，首先交错切开靶DNA，再将转座子连接到靶的凸出单链上，最后填补空缺完成转座。
        • （一）插入序列转座
          • 插入序列(insertion sequences,IS)组成： 二个反向重复序列(inverted repeats,IR) 侧翼的正向重复序列 一个转座酶（transposase)编码基因
          • 插入序列转座形式： 保守性转座(conservative transposition) 复制性转座(duplicative transposition)
        • (二）复合型转座子转座
          • 复合转座子(transposons)：可从一个染色体位点转移到另一位点的分散重复序列。
          • 复合转座子组成： 反向重复序列 转座酶编码基因 抗生素抗性等有用的基因
      • DNA转座的遗传学效应
        • 转座产生新的基因。如转座子上带有抗药性基因 一方面造成靶DNA序列上的插入突变，同时也使这 个位点产生抗药性。
        • 转座产生染色体畸变。如转座引起同源重组，可导 致宿主染色体DNA缺失或倒位。
        • 转座引起生物进化。
        • 转座的排它性。
        • 转座引起插入突变。
  • SNP的理论与应用
    • (1)基因芯片技术
      • 在固相支持介质上进行分子杂交和原位荧光检测的SNP 分析方法。
        • 优点：高通量，操作步骤简单。
        • 缺点：芯片设计成本高。由于DNA样品的复杂性，有些 SNP不能被检测。
    • (2)Taqman技术
      • PCR反应系统中加入2种不同荧光标记的探针 与两个等位基因配对。
    • （3）分子导标技术
      • 分子导标是一种呈茎环结构的荧光标记的寡核苷酸，环状区与靶序列特异性结合。自由状态时呈发卡结构，结合后发出荧光。
    • （4）焦磷酸测序法
      • 由4种酶催化同一反应体系中的酶级联反应，反应底物为APS和萤光素。反应体系还包括待测序的D NA单链和测序引物。
    • SNP的应用
      • 人类基因单体型图的绘制
      • SNP与疾病易感基因的相关性分析
      • 指导用药与药物设计