医学分子生物学

《医学分子生物学》主要内容1、医学分子生物学：医学分子生物学是分子生物学的一个重要分支，是从分子水平研究人体在正常和疾病状态下生命活动及其规律的一门科学。2、基因的概念、功能基因：是贮存遗传信息的核酸（DNA或RNA）片段，包括编码RNA和蛋白质的结构基因以及转录调控序列两部分。基因的功能：1、利用4种碱基的不同排列荷载遗传信息；2、通过复制将所有的遗传信息稳定、忠实地遗传个子代细胞；3、作为基因表达的模版。3、DNA、RNA的结构和功能功能：DNA:DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。RNA:1、mRNA：携带蛋白质的序列信息，在翻译过程作为模板指导蛋白质的合成2、tRNA:在蛋白质生物合成时运输氨基酸3、核蛋白体：介导rRNA与mRNA的结合rRNA与核蛋白体蛋白的结合rRNA与tRNA的相互识别和相互作用4、小分子RNA：参与mRNA的剪接、加工U3与rRNA加工有关4、不同生物基因的基本结构特点原核生物：5’-启动子-结构基因-转录终止子-3’真核生物：由1个结构基因+转录调控序列组成，mRNA多是单顺反子，rRNA基因结构是多顺反子病毒：与真核基因相比很小，一般没有内含子，调控序列较少，有不规则基因5、原核、真核生物基因的转录调控序列有哪些（1）原核生物：启动子、终止子、操纵原件、正调控蛋白结合位点；①启动子：提供转录起始信号，其本身不出现于RNA产物中。其中有着“TATAAT”的共有特征序列，称为普里布诺盒。②终止子：提供RNA合成终止信号。其含有GC富集区组成的回文特征序列。③操纵元件：被阻遏蛋白识别与结合。与启动子通常有部分重叠。④正调控蛋白结合位点：加强下游结构基因的转录。（2）真核生物：启动子、上游启动子元件、增强子、加尾信号和一些反应元件等。①启动子：提供转录起始信号，启动子本身通常不被转录，除了编码tRNA基因的启动子。分为三类：I类启动子富含GC碱基对，编码rRNA的基因，除了5SrRNA。II类启动子具有TATA盒特征结构,编码蛋白质（mRNA）的基因和一些小RNA基因。III类启动子包括A盒、B盒、C盒，编码5SrRNA、tRNA、U6snRNA。②增强子：顺式作用元件，增强邻近基因的转录。③沉默子：负性调控元件，可抑制基因转录的特定序列。6、操纵子、启动子、增强子、断裂基因、内含子和外显子的概念操纵子：功能上相关联的数个结构基因串联在一起，由一套转录调控序列控制其转录，构成的基因表达单位。启动子：指结构基因的转录起始位点附近的一段DNA序列，它结合RNA聚合酶（真核生物还需要结合其他蛋白质因子）后能够开放基因转录。增强子：是可以增强真核生物基因启动子的工作效率的顺式作用元件。断裂基因：真核生物的结构基因中，编码区与非编码区间隔排列。内含子：指在真核生物的断裂基因及其初级转录产物中出现，但在成熟RNA中被剪接除去的核酸序列。外显子：指在真核生物的断裂基因及其成熟RNA中都存在的核酸序列。7、基因组的定义和功能定义：细胞或生物体中，一套完整单倍体的遗传物质的总和。功能：储存和表达遗传信息8、真核生物基因组的特点真核生物的基因组庞大，出了结构基因的结构与原核生物大不相同以外，还存在大量的非结构基因区域。真核细胞基因组具有结构基因呈断裂基因形式、以单顺反子转录、结构基因在基因组中所占比例小于非编码区域的特点。真核细胞基因组存在大量重复序列，可以分为高度重复序列、中毒重复序列和单拷贝或低度重复序列等3种。真核基因组的另一特点是存在多基因家族。9、原核生物基因组的特点原核生物的基因组主要是染色体DNA。特点：1、基因组中很少有重复序列；2、编码蛋白质的结构基因多为单拷贝基因，但编码rRNA的基因仍然是多拷贝基因；3、结构基因在基因组中所占的比例远远大于真核基因组，但小于病毒基因组；4、许多结构基因在基因组中以操纵子为单位排列。10、质粒、基因重叠、基因组、假基因、核酶质粒：细菌细胞内的、染色体外的DNA分子，是共价闭合的环状DNA分子，能够独立于细胞的染色质DNA而进行复制。基因重叠：同一DNA片段可以是2种甚至3种蛋白质分子的部分编码区。基因组：细胞或生物体中，一套完整单倍体的遗传物质的总和。假基因：与有功能的基因同源，但不能产生有功能的基因产物的基因。核酶：指具有催化活性的RNA，其作用底物是RNA，主要参与RNA的加工成熟。11、DNA复制过程的共同特点1、半保留复制方式保证了遗传信息的忠实传递；2、基因组DNA都有固定的复制起始点；3、复制子是基本复制单位；4、双向复制形成复制泡和复制叉；5、半不连续复制方式克服了DNA空间结构对DNA新链合成的制约。12、DNA复制保真性的机制1、DNA聚合酶对碱基配对的选择作用，保证严格的碱基配对规律；2、DNA聚合酶对模板的识别作用；3、DNA聚合酶3’→513、真核生物DNA复制的基本过程1、DNA复制的起始；2、DNA链的延伸。DNA链的延伸主要由DNA聚合酶完成。DNA聚合酶催化的反应是以亲代DNA为模板、4种脱氧核糖核苷三磷酸，即dATP、dGTP、dCTP、dTTP为原料底物，一句碱基配对原则，在RNA引物链的3’14、端粒、端粒酶端粒：是位于真核生物染色体末端的、由DNA和蛋白质组成的一膨出结构。端粒DNA由短的高度重复序列组成，不同生物的重复序列不同。端粒酶：是反转录酶，由蛋白质和RNA共同组成能以自身的RNA为模板反复延伸端粒的重复序列。15、DNA损伤的因素、类型DNA损伤的因素包括：电离辐射、紫外线、碱基类似物、碱基修饰剂、某些化学染料和自由基。DNA损伤的类型有碱基和糖基破坏、错配、DNA链断裂、DNA交联等。16、DNA损伤的修复方式DNA损伤的修复方式：直接修复、切除修复、重组修复和损伤跨越。17、切除修复、重组修复切除修复：在多种酶作用下，先将损伤区域切除，然后利用互补链为模板，合成一段正确配对的碱基顺序来修补。重组修复：重组酶系将未受损伤的DNA片段移到损伤部位，提供正确的模板，进行修复。18、基因表达的概念基因表达：指基因转录及翻译的过程，基因表达的最终产物是蛋白质或者rRNA、tRNA等。管家基因是组成性表达，而可调节基因的表达具有时空特异性。19、何为转录？转录的体系？复制和转录的区别有哪些？转录：以DNA为模板合成RNA的过程称为转录。转录体系：1、模板：DNA；2、原料：ATP、GTP、CTP、UTP；3、RNA聚合酶：原核细胞：全酶α2ββ'σ；真核细胞：RNA聚合酶I、II、III复制和转录的不同点：1)复制的模板是DNA双链（半保留复制），转录的模板是DNA单链（不对称转录）。2）复制的原料是dNTP，转录的原料是NTP。3)复制的主要酶类是DNA聚合酶，转录酶是RNA聚合酶。4)复制需要RNA引物（由引物酶合成），转录不需要引物。5)复制的产物是双链DNA，转录的产物是单链RNA。6）复制的功能是传递遗传信息给子代，转录是表达遗传信息所需步骤。20、原核、真核生物RNA转录的基本过程转录起始：转录起始复合体在启动子部位形成（形成开放转录复合体）①原核生物：RNA聚合酶与启动子相互作用。②真核生物:RNA聚合酶、反式作用因子与顺式作用元件相互作用。转录延长：RNA链随着转录泡的移动得以延长①原核生物：核心酶催化(α2β'βω)②真核生物：磷酸化的RNA聚合酶催化，核小体解聚。转录终止：转录终止受DNA模板上终止信号的控制①原核生物：a.依赖ρ因子：ρ因子与RNA转录产物结合，结合后ρ因子和RNA聚合酶发生构象变化，使RNA聚合酶停顿，转录停止。b.非依赖ρ因子：DNA模板上靠近终止处有些特殊碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的茎环结构来终止转录。②真核生物：转录终止的修饰点处切离并加尾。21、蛋白质合成体系蛋白质合成体系：1、模板：mRNA；2、氨基酸运输：tRNA;3、肽链合成场所：核糖体；4、蛋白质因子：起始、延长、终止因子；5、原料：20种有遗传密码的氨基酸22、原核、真核生物翻译的基本过程：1、起始：形成翻译起始复合物；2延长：只每加一个氨基酸经过进位、成肽和转位；3、终止：原核细胞：RF1，RF2识别终止密码，RF3激活转肽酶释放肽链；真核细胞：eRF同时具有上述功能。23、基因表达调控的基本规律（包括基因表达的特点、方式等）1、基因表达具有时空特异性；2、诱导表达和阻遏表达时基因表达调控的最普遍方式；3、基因表达受顺式作用元件和反式作用元件因子共同调节；4、蛋白质-DNA以及蛋白质-蛋白质的相互作用是基因表达调控的分子基础；5、基因表达调控是多层次的复杂调节。24、RNA编辑、核蛋白体循环、分子伴侣RNA编辑：指细胞核中初级转录产物hnRNA的序列改变，使C变为U或者A变为G，结果一个基因表达产生不止一种蛋白质，增加了遗传信息容量。核蛋白体循环：是指氨基酸活化后，在核蛋白体上缩合形成多肽链的过程，该过程包括肽链合成的起始，肽链的延长，肽链合成的终止和释放。分子伴侣：帮助新生多肽链折叠成天然空间构象的一类保守蛋白质（如热休克蛋白），在原核细胞和真核细胞中广泛存在。25、乳糖操纵子作用机制(1)乳糖操纵子包含3个结构基因（编码β－半乳糖苷酶、β－半乳糖苷通透酶和转乙酰基酶）、3个调控元件（启动子、操纵基因和CAP结合位点）和1个调节基因（编码阻遏蛋白）。(2)阻遏蛋白的负调控：无乳糖时，阻遏蛋白结合操纵基因，妨碍RNA聚合酶结合启动子，抑制结构基因转录。有乳糖时，生成别位乳糖（诱导剂）结合阻遏蛋白，不能封闭操纵基因，结构基因可以转录。(3)cAMP-CAP复合物的正调控：无葡萄糖时，cAMP浓度高，形成的cAMP-CAP复合物结合于CAP结合位点，增强启动子转录活性。有葡萄糖时，cAMP浓度低，cAMP-CAP复合物形成受阻，影响转录活性。(4)正、负调控机制相辅相成。cAMP-CAP复合物是转录必需的，同时阻遏蛋白进一步控制转录启动。综上，乳糖操纵子最强的表达条件是有乳糖而无葡萄糖。26、试述原核生物和真核生物基因表达调控特点的异同(1)相同点转录起始是基因表达调控的关键环节。(2)不同点1)原核基因表达调控主要包括转录和翻译水平；真核基因表达调控包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。2)原核基因表达调控主要为负调节；真核基因表达调控主要为正调节。3)原核转录起始不需要转录因子，RNA聚合酶直接结合启动子，由σ因子决定基因表达的特异性；真核转录起始需要基础、特异两类转录因子，依赖DNA－蛋白质、蛋白质－蛋白质相互作用，调控转录激活。4)原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白质的协调表达机制更为复杂。27、细胞通讯、信号转导的概念细胞通讯：生物体内各种细胞在功能上的协调统一是通过细胞间相互识别和相互作用的机制来实现的，这种机制称为细胞通讯。信号转导：是通过多种分子相互作用的一系列有序反应、将来自细胞外的信息传递到细胞内各种效应分子的过程。28、化学信号分子的分类化学信号分子可根据物理性质分为脂溶性化学信号和水溶性化学信号两大类。从其作用距离考虑则可分为激素、神经递质和属于旁分泌系统的细胞因子、生长因子等三大类。29、受体的概念、分类、作用和特点（1）概念：受体位于细胞膜或细胞内，能特异识别生物活性分子，可与之相互结合，进而引起生物学效应的蛋白质，以及个别糖脂。（2）分类：膜受体和胞内受体1)膜受体分类：①离子通道型受体与此类受体结合的主要是神经递质，介导离子通道的打开和关闭，改变膜通透性，能迅速、准确地传递神经冲动，作用时间很短。②G蛋白偶联受体又名七次跨膜受体，胞浆面的第三个环能与鸟苷酸结合蛋白偶联，通过不同的G蛋白影响腺苷酸环化酶或磷脂酶C改变细胞内第二信使浓度，以实现跨膜信号传递。③单次α螺旋跨膜受体结构上具有一个跨膜α螺旋，包括受体型酪氨酸蛋白激酶和非酪氨酸蛋白激酶型受体。2)胞内受体：多为反式作用因子，当其与相应配体（例如类固醇激素、甲状腺素等），能与DNA的顺式作用元件结合，调节基因转录。（3）受体作用的特点：高度专一性、高度亲和力、可饱和性、可逆性、特定的作用模式。30、何为生物体内第二信使？主要包括哪些？第二信使：配体与受体结合后，靶细胞内转导膜外激素信号的某些小分子化合物，在信息传递过程中产生放大的作用，称为第二信使。主要包括：环腺苷酸（cAMP）、环鸟甘酸（cGMP）、甘油二酯（DAG）、三磷酸肌醇（IP3）、Ca2+。31、信号转导分子下游传递信号的方式（一）通过改变小分子的浓度和细胞内定而传递信号1、酶促反应生成小分子信使2、调控离子通道可改变小分子的浓度或细胞内的定位分布（二）上游分子通过边沟激活下游分子而传递信号1、配体结合并激活受体2、酶分子通过共价修饰变构激活下游转导分子3、小分子信使结合并激活下游分子4、上游蛋白质结合激活下游蛋白质分子32、列举膜受体介导的细胞信号转导途径1)cAMP-PKA途径。2)Ca2+-依赖性蛋白激酶途径Ca2+-磷脂依赖性蛋白激酶途径和Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径（Ca2+-CaM激酶途径）。3)cGMP-PKG途径。4)酪氨酸蛋白激酶途径受体型TPK-Ras-MAPK途径和JAKs-STAT途径。5)核因子κB途径6)TGF-β/Smad途径33、核酸分子杂交在DNA变性后的复性过程中，如果将不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件下，就可以在不同的分子间形成杂化双链。这种杂化双链可以再不同的DNA与DNA之间形成，也可以在DNA和RNA分子间或者RNA与RNA分子间形成，这种现象称为核酸分子杂交。34、重组DNA技术的基本原理35、目的基因获取的方法聚合酶链式反应（PCR）、反转录-PCR（RT-PCR）、文库筛选和人工合成等36、基因载体的概念，常用载体有哪些，载体选择标准载体是指能够携带目的基因在宿主细胞内扩增或表达的DNA分子。常用的载体包括：质粒载体、病毒载体和人工染色体载体载体选择应具备的条件：(1)有复制子。(2)有单一限制性内切酶位点。(3)有筛选标志。(4)表达型载体具备完整的转录单位。37、基因克隆的基本步骤基因克隆的基本步骤是：1、用限制性内切酶笑话目的基因和载体DNA，使其具备能连接的末端序列特征；2、用DNA连接酶将目的基因和载体DNA连接起来构成重组DNA分子；3、将连接起产物导入合适的宿主细胞，使重组DNA分子得以复制扩增；4、筛选及克隆化，从而获得重组克隆载体及克隆的基因。38、cDNA文库、基因组文库cDNA文库：指含有某种组织细胞全部mRNA信息的重组DNA克隆群体。以细胞总mRNA为模板，利用逆转录酶合成与mRNA互补的cDNA第一链，进而形成cDNA双链，与合适载体连接后转入受体菌扩增，由此建立cDNA文库。基因组文库：指含有某种生物体全部基因片段的重组DNA克隆群体。即将原核或真核细胞染色体DNA提纯，用机械法或限制性内切酶将染色体DNA切割成大小不等的片段，插入适当的克隆载体中，继而转入受体菌扩增，由此获得含有众多克隆的基因组DNA文库。39、PCR、RT-PCR、Southern印迹、Northern印迹、RNA干扰PCR：是根据DNA半保留复制和DNA聚合酶的特性建立起来的体外复制扩增DNA片段的技术。RT-PCR：以mRNA为模板，先进行逆转录得到cDNA,再进行的PCR反应。Sou