第一章核酸的结构与功能

本章主要介绍两种核酸分子的结构与功能，以及核酸的理化性质，本章内容是后面各章节的基础，在学习中要重点掌握DNA和RNA的结构特点及各自的功能，核酸的主要理化性质。

●1.1DNA的结构与功能

本小节内容主要包括：
一、 DNA的二级结构－双螺旋结构模型
1. DNA双螺旋结构的研究背景：熟悉Chargaff规则。
2. DNA双螺旋结构模型要点
掌握Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型要点（反向互补、右双螺旋、疏水力和氢键维系）及碱基互补规律的概念及其重要意义。
3. DNA双螺旋结构的多样性：了解DNA结构的多样性（B-DNA、Z-DNA、A-DNA）。
二、DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装
超螺旋结构。熟悉环状DNA分子的超螺旋结构（麻花状结构）。熟悉真核DNA超螺旋结构的基本单位（核小体）的形成。了解真核细胞从DNA到染色体的组装过程。
三、DNA的功能（掌握DNA的基本生物学功能。熟悉基因组的概念。）

●1.2RNA的结构与功能

本小节内容包括：
一、信使RNA的结构与功能
了解mRNA的前体（hnRNA）。掌握mRNA的结构特点及生物学功能。掌握三联体密码的概念。
二、转运RNA的结构与功能
掌握tRNA的结构特点（富含稀有碱基、二级结构为三叶草结构、三级结构为倒“L”型结构）及其生物学功能。
三、核蛋白体RNA的结构与功能
掌握rRNA的重要生物学功能。了解rRNA的种类及结构特点。
四、其他小分子RNA及RNA组学
熟悉小核RNA、小核仁RNA、小胞质RNA的名称及主要功能。

●1.3核酸的理化性质

本小节内容包括：
一、核酸的一般理化性质（熟悉核酸的一般理化性质（酸性、溶液粘度大、易断裂、A260）及其应用。）
二、DNA的变性(denaturation)
掌握DNA变性的概念、常用变性方法、变性后的改变及DNA变性的实质。掌握Tm、增色效应（高色效应）的概念及（G+C）与Tm之间的联系。
三、DNA的复性与分子杂交
掌握变性DNA复性的概念、本质及主要改变（减色效应）。熟悉复性的温度条件。掌握核酸分子杂交的概念及常见形式。

第二章DNA的生物合成

本章主要介绍DNA生物合成（DNA复制）的基本规律、所需的酶和蛋白质因子、原核生物及真核生物复制的基本过程，要求掌握复制的基本规律、复制所需的物质包括原料、模板、参与复制的酶和蛋白因子等， 熟悉DNA生物合成过程。

●2.1复制的基本规律

一、半保留复制
（要求：掌握半保留复制的概念及意义）
半保留复制的概念：DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。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。
半保留复制的意义：按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。
二、双向复制
（要求：掌握双向复制的概念，理解复制叉及复制子的定义）
原核生物复制时，DNA从起始点向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。
复制叉：指得是DNA双链解开分成两股，各自作为模板，子链沿模板延长所形成的Y字型结构。
从一个DNA复制起始点起始的DNA复制区域称为复制子(replicon) 。复制子是独立完成复制的功能单位。真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。
三、复制的半不连续性
（要求：掌握半不连续复制产生的原因、概念以及前导链、后随链、冈崎片段的概念 ）
DNA双螺旋的两股单链走向相反，复制解链形成复制叉上的两股母链也是走向相反，子链沿着母链模板复制只能从5′ ′方向延伸。在同一复制叉上只有一个解链方向。顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为前导链（leading strand）。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为后随链（lagging strand）。后随链上不连续的片段称为冈崎片段(Okazaki fragment)。前导链连续复制而后随链不连续复制，就是复制的半不连续性。

●2.2复制的酶学

一、DNA聚合酶
（要求：掌握原核生物三种DNA聚合酶的酶活性及功能、真核生物各种DNA聚合酶的功能）
1.原核生物的DNA聚合酶有三种
DNA-polⅠ在体外用特异的蛋白酶可以分解为两个片段，小片段具有5′ ′核酸外切酶活性，大片段也叫Klenow 片段具有DNA聚合酶活性 和′ 5′核酸外切酶活性。
DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活。它参与DNA损伤的应急状态修复。
DNA-polⅢ：是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。具有5′ ′聚合酶活性，′ 5′外切酶活性。由10种亚基组成不对称二聚体，全酶分子中包含2个核心酶（由αεθ组成，功能是合成DNA），β亚基发挥模板夹的作用。
2. 真核生物的DNA聚合酶
DNA-pol a：起始引发，有引物酶活性。DNA-pol β：参与低保真度的复制 。DNA-pol γ：在线粒体DNA复制中起催化作用。 DNA-pol δ：延长子链的主要酶，有解旋酶活性。DNA-pol ε：在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。
二、复制中的分子解链及DNA 分子拓扑学变化
（要求：掌握解旋酶、拓扑异构酶、SSB、引物酶的功能 ）
DNA复制除了需要DNA聚合酶还需要其他多种酶和蛋白质因子：
解旋酶(helicase)：又称Dna B蛋白，利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。复制起始时，Dna B蛋白与Dna A和Dna C共同起作用。
单链DNA结合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB)：在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。
DNA拓扑异构酶(DNA topoisomerase)：理顺DNA.拓扑异构酶Ⅰ：切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。反应不需ATP。拓扑异构酶Ⅱ：切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。利用ATP供能，连接断端， DNA分子进入负超螺旋状态。
引物酶(primase)：复制起始时催化生成RNA引物的酶
三、DNA连接酶（DNA ligase）
（要求：掌握DNA连接酶的功能及发挥活性的要求）
DNA连接酶:连接DNA链3′-OH末端和相邻DNA链5′-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

●2.3复制的过程

本节包括以下内容：
一、 原核生物DNA复制过程
（要求：理解复制过程中各阶段的主要步骤及各种酶及蛋白质因子的作用）
（一）复制的起始
包括两大步：（1） DNA解开成单链，提供模板。（2） 合成引物，提供3′-OH末端。
（二）DNA链的延长
复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。
前导链是连续延长，后随链是分为冈崎片段延长，在同一复制叉上，前导链的复制先于后随链，两链是在同一DNA-pol Ⅲ酶的催化下进行。
（三）复制的终止
原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点处汇合。复制的终止过程包括切除引物、填补空隙和连接缺口。引物的水解靠细胞内的RNA酶，留下的空隙的填补由DNA-polⅠ催化，留下3/-OH末端和相邻DNA链5/-P末端之间缺口由DNA连接酶连接。
二、真核生物的DNA复制过程
（要求：掌握真核生物与原核生物复制中的主要区别）
DNA的复制受细胞周期调控，只能在S期合成DNA。
（一）复制的起始
真核生物复制起始的过程与原核生物基本相似，其区别在于：
1. 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. 真核生物复制起始点比大肠杆菌 ori C 短。
（二）复制的延长
由polα合成的引物中含有DNA的成份。
真核生物的冈崎片段比原核生物短，其长度大致与一个核小体所含DNA的量或其若干倍相等。
真核生物复制中，复制叉的移动使核小体结构破坏，但在新合成的DNA双链上核小体会迅速形成，原有的组蛋白大部分可重新组装至子代分子的核小体中。
（三）复制的终止
真核生物染色体DNA呈线状，复制在末端停止。染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙，其填补需要有端粒和端粒酶通过爬行模型完成。端粒酶分子中含有一段RNA分子可作为模板指导合成DNA，端粒酶本身具有逆转录酶活性。

第三章DNA损伤修复

本章主要关注机体内部及外界环境中有哪些可引起DNA损伤的因素，导致的损伤类型有哪些，机体内各种修复机制的关键物质及作用过程。要求掌握突变的概念、意义、类型，重要的修复机制中的关键物质。熟悉DNA损伤与与癌变之间的关系。

●3.1引起DNA损伤的因素

本节内容主要包括：
一、多种因素通过不同机制导致DNA损伤
1. 体内因素：DNA复制错误、DNA自身的不稳定性、机体代谢过程中产生的活性氧。
2. 体外因素：
物理因素：电离辐射、紫外线(ultra violet, UV)
化学因素：自由基导致的DNA损伤；碱基类似物导致的DNA损伤；碱基修饰剂、烷化剂导致的DNA损伤；嵌入性染料导致的DNA损伤。
生物因素：麻疹病毒和真菌等。
二、DNA损伤有多种类型
1.DNA损伤的类型有：碱基脱落、碱基结构破坏、嘧啶二聚体形成、DNA单链或双链断裂、DNA交联。
2.DNA损伤可导致碱基置换（转换和颠换）、缺失、插入、链的断裂。

●3.2DNA损伤修复的机制

各种主要修复机制所需要的关键物质如下：
1.光复活修复
修复对象：嘧啶二聚体
关键物质：光复活酶
2.碱基切除修复
修复对象：受损的碱基
关键物质：DNA糖基化酶、无嘌呤嘧啶核酸内切酶
3.核苷酸切除修复
修复对象：嘧啶二聚体、DNA螺旋结构的改变
关键物质：大肠杆菌中UvrA、UvrB、UvrC和UvrD，人XP系列蛋白XPA、XPB、XPC……XPG等
4.错配修复
修复对象：复制或重组中的碱基配对错误
关键物质：大肠杆菌中的MutH、MutL、MutS，人的MLH1、MSH2、MSH3、MSH6等
5.重组修复
修复对象：双链断裂
关键物质：RecA蛋白、Ku蛋白、DNA-PKcs、XRCC4
6.损伤跨越修复
修复对象：大范围的损伤或复制中来不及修复的损伤
关键物质：RecA蛋白、LexA蛋白、其他类型DNA聚合酶

第四章RNA的生物合成

本章主要关注体内RNA的合成过程，原核生物与真核生物中存在不同的RNA聚合酶，它们各自的组成特点、种类及功能是学习转录过程的基础。原核生物与真核生物的转录过程在主要步骤上较为相似，掌握基本过程的基础上要注意二者的区别。真核生物转录后有较为复杂的加工过程，重点掌握真核生物mRNA的转录后加工。

●4.1转录的酶学

4.1 RNA聚合酶
一、转录的模板
( 要求：掌握不对称转录的定义以及两条链的不同作用)
不对称转录（asymmetric transcription）：在DNA分子双链上，一股单链用作模板指导转录，另一股链则不转录，这种模板选择性称为不对称转录。
DNA双链中按碱基配对能指引转录生成RNA的单股链，就是模板链（template strand）；相对的另一股称为编码链（coding strand）。
二、原核生物的RNA聚合酶
( 要求：掌握大肠杆菌的RNA聚合酶的组成及各亚基的功能)
DNA依赖的RNA 聚合酶催化RNA的转录合成，反应以DNA为模板，四种NTP为原料，化学机制类似DNA的复制，RNA合成的方向也是从5′到3′，与DNA复制相比最明显的区别在于RNA合成的起始不需要引物。
原生物RNA聚合酶的全酶由α2ββ，σ组成；没有σ亚基称为核心酶。全酶用于转录的起始，核心酶用于转录的延长。σ的功能是识别转录起始点；β亚基催化RNA链的合成。利福平和利福霉素可作用于原核生物RNA聚合酶的β亚基上，抑制转录，而对真核生物RNA聚合酶没有影响。
三、真核生物的RNA聚合酶
真核RNA聚合酶分为三类：I、II、III，分别催化生成45SrRNA，hnRNA和5S rRNA、tRNA、snRNA。真核RNA聚合酶的抑制剂为鹅膏蕈碱，可专一性的抑制真核RNA聚合酶II。
真核生物RNA聚合酶的结构比原核生物复杂，RNA pol II 最大的亚基具有羧基末端结构域（carboxyl-terminal domain，CTD），CTD的磷酸化在转录起始及延长阶段有重要作用。

●4.2转录的过程

4.2转录过程
一、转录起始
即RNA-pol结合到DNA模板上，DNA双链局部解开，第一个NTP加入，形成转录起始复合物。
第一步：RNA聚合酶全酶中的σ亚基首先识别-35区序列，酶与模板松弛结合，接着酶移动至-10区序列与模板稳定结合，形成闭合转录复合体。
第二步：DNA双链小范围打开，形成开放转录复合体。
第三步：前两个与模板配对的相邻核苷酸，在RNA-pol催化下生成第一个磷酸二酯键，生成四磷酸二核苷酸5′pppGpN－OH3′。
二、 转录延长
第一个磷酸二酯键生成后，σ亚基脱落，RNA聚合酶核心酶构象改变，沿DNA链不断前移，催化RNA链的延长。RNA链的延长沿5′到3′的方向，模板链的阅读方向则相反。转录延长过程中形成转录泡的结构，即合成区域存在着动态变化的8bp的RNA-DNA杂合双链。原核生物在转录尚未完成时即可开始进行翻译。
三、转录的终止
1. 依赖ρ因子的转录终止
ρ（Rho）因子的结构与功能：ρ因子是由相同的6个亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量46KD。ρ因子有ATP酶活性和解螺旋酶（helicase）的活性。
当终止区的特殊信号转录至RNA分子上以后，ρ因子可识别终止信号并与之结合，其自身以及RNA聚合酶均发生构象变化，使RNA聚合酶移动停顿，ρ因子的解旋酶活性使DNA/RNA杂化双链拆离，释放出RNA分子，转录终止。
2. 非依赖ρ因子的转录终止
转录终止区存在特殊序列，一是在RNA上形成茎环结构，二是其后有连续多个U。茎环结构使RNA聚合酶变构，转录停顿；A/U配对使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。

●4.3转录后加工

4.3 真核生物RNA的加工
一、hnRNA的转录后加工
（要求：掌握真核生物hnRNA转录后加工的主要工作、掌握剪接的原因、工具及重要反应）
1. 5′末端加入帽子结构：m7GpppN—
5′末端首先加入一个鸟苷酸，然后进行逐步甲基化反应。帽子结构一方面可保护mRNA免受核酸酶降解，还是翻译的起始过程中必不可少的结构。
2. 3′末端poly(A)尾巴的形成
poly(A)尾巴的形成是不依赖模板的聚合反应，其生成是与转录终止同时进行的过程。poly(A)尾巴可维持mRNA作为翻译模板的活性并增加mRNA的稳定性。
3. mRNA前体的剪接（splicing）
真核生物的结构基因通常为断裂基因，初级转录产物需经剪接去除内含子，连接起外显子才能成为成熟的RNA产物。内含子两端通常具有保守的边界序列，在剪接中可被识别。5种snRNA(U1,U2,U4,U5,U6)分别与多种蛋白质结合，形成5种snRNP,然后组装成剪接体执行剪接功能。剪接的过程发生二次转酯反应，内含子在剪接中形成套索RNA的间体。真核生物有许多基因能进行可变剪接。
4. mRNA编辑（editing）
RNA编辑又称分化加工，是对RNA上的碱基进行修饰，使RNA的序列发生改变，从而产生不同的产物。
(二) rRNA前体的转录后加工
（要求：掌握45S rRNA剪切的产物）
rRNA基因特征：属丰富族基因。
45S rRNA 通过逐步剪切产生18SrRNA ，28SrRNA，5.8SrRNA。rRNA的加工还涉及核糖2′-OH的甲基化修饰。
(三) tRNA前体的转录后加工
（要求：掌握tRNA前体加工的主要步骤）
tRNA剪体两端均需要切除部分序列，在分子中部存在一个内含子，要通过剪接过程去除，tRNA 3 ′端要添加特有的CCA末端。还要对部分碱基进行修饰以形成稀有碱基：甲基化，还原反应，核苷内的转位反应，脱氨反应。

第五章蛋白质的生物合成

本章主要研究体内蛋白质的合成过程，即翻译的过程。此过程中，如何进行遗传信息的转换是最重要的内容，本章从参与翻译的物质开始，然后详细说明了翻译三个阶段中的步骤及蛋白质因子，要求掌握参与蛋白质生物合成的物质体系及蛋白质生物合成过程。

●5.1翻译的体系

5.1 蛋白质生物合成体系
蛋白质的生物合成体系：以mRNA为模板，tRNA为运载体，核糖体为装配场所，还包括20 种氨基酸作为原料、三种 RNA 、蛋白质因子（起始因子 IF 、延长因子 EF 及释放因子 RF ）、酶和 ATP 、 GTP 等，共同协调完成蛋白质合成。
一、mRNA是蛋白质生物合成的信息模板
遗传密码： 在mRNA的开放阅读框架区，以AUG为开始，每相邻三个核苷酸形成一个三联体，组成一个遗传密码，编码一个氨基酸。
64组遗传密码，有意义密码61种，编码20种氨基酸。
起始密码：AUG；终止密码：UAA、UGA、UAG。
遗传密码的特点：
(1)方向性(2)连续性 (3)简并性 (4) 摆动性 (5)通用性
二、 氨基酰-tRNA 通过其反密码子与mRNA中对应的密码子互补结合
（要求：掌握tRNA在翻译中的作用）
tRNA在蛋白生物合成中的作用：运载氨基酸、充当“适配器”；氨基酸接纳茎与反密码环在翻译过程中起重要作用。
三、核糖体是肽链“装配厂”
（要求：掌握原核生物和真核生物的核糖体的区别及结合位点）
1．核糖体的结构与组成
原核生物和真核生物的核糖体都是由大小亚基组成，但是其中含有的rRNA和蛋白质不同。
2. 核糖体上的结合位点： A位点即氨基酰位； P位点即肽酰位；E位点为出口位；真核生物核糖体上没有E位。

●5.2氨基酸的活化

5.2 氨基酸与tRNA的连接
（要求：掌握催化氨基酸活化的酶及其作用特点）
1. 氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称为氨基酸的活化；
2. 参与氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶；
3. 化学反应： 氨基酸+ATP+tRNA→氨基酰-tRNA+AMP+ppi；
氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性；氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。

●5.3翻译的过程

5.3肽链的生物合成过程
一、翻译的起始
1. 原核生物翻译起始复合物的形成
分为4个基本步骤：
a. 核糖体大小亚基分离：需要IF-1, IF-3；
b. mRNA在小亚基定位结合：SD序列作用;
c. 起始氨基酰-tRNA的结合：需要IF-2， fMet-tRNAifMet 与AUG配对，进入P位;
d. 核糖体大亚基结合，三个起始因子离开复合物。
2. 真核生物翻译起始复合物的形成
与原核生物的区别在于：
(1)起始因子不同：原核为IF-1，IF-2，IF-2，真核起始因子达十几种。
(2)起始氨酰-tRNA不同：真核生物起始的Met不需要进行甲酰化
(3)核糖体不同：原核为70S核粒体，可分为30S和50S两种亚基，真核为80S核糖体，分40S和60S两种亚基
(4)原核生物翻译起始需要起始密码子上游有S-D序列，真核生物无S-D序列，在起始阶段需要具有帽子结合蛋白功能的eIF-4E识别结合5′末端的帽子结构。
（5）原核生物小亚基先与mRNA结合，真核生物小亚基先与氨酰-tRNA结合，再与mRNA结合。
二、翻译的延长
1. 进位：
根据 A 位上密码引导，相应的氨基酰-tRNA 进入 A 位，称为进位（注册）； 蛋白因子：真核生物为eEF-1α和eEF-1β，原核生物为 EF-Tu 和 EF-Ts 。耗能：1 GTP。
2. 成肽
P位点的氨酰基或肽酰基与A位点氨基酸的-NH2形成肽键，由转肽酶催化。不需蛋白质因子，转肽酶活性为大亚基中的28S rRNA或23S rRNA所具有。
3. 转位
核糖体向mRNA的3′侧移动一个密码子的距离。在 A位的二肽酰－tRNA连同mRNA从 A位进入 P位，卸载的tRNA从核糖体脱落。
蛋白因子：真核生物中为eEF-2，原核生物为 EF- G。
耗能：1 GTP 。
核糖体阅读mRNA密码子是从5′—→3′方向进行，肽链合成是从 N端→ C端方向进行的。每一次核糖体循环，肽链延长一个氨基酸。肽链每增加一个氨基酸残基所消耗的能量至少为4个高能磷酸键。
三、翻译的终止
当核糖体A位出现mRNA的终止密码后，多肽链合成停止，肽链从肽酰－tRNA种释出，mRNA、核糖体大小亚基等分离。
蛋白质因子：真核生物中为eRF，原核生物为 RF1、RF2和RF3。

第六章基因表达调控

基因表达调控决定了细胞生长发育的方向和进程，原核生物和真核生物体内均存在着详细、精确、经济的基因表达调控系统。本章介绍了基因表达、基因组、管家基因等基本概念，原核生物中典型的操纵子调控模型及真核生物基因表达调控的特点。

●6.1基因表达调控的基本概念

6.1 基因表达与基因表达调控的基本概念
一、基因表达的概念
1．基因：负载特定遗传信息的DNA片段，包括由编码序列、非编码序列和内含子组成的DNA区域。
2．基因组：指来自一个遗传体系的一整套遗传信息。在真核生物体，基因组是指一套完整的单倍体的染色体DNA和线粒体DNA的全部序列。
3．基因表达：基因所携带的遗传信息，经过转录、翻译等，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。但对于rRNA、tRNA编码基因，表达仅是转录成RNA的过程。
二、基因表达的特异性
1．时间特异性：指按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生。又称阶段特异性。
2．空间特异性：在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间或顺序出现。
基因表达伴随时间或阶段顺序所表现出的这种空间分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，又称细胞特异性或组织特异性。
三、基因表达的方式
1．基本表达（组成性表达）：
管家基因：某些基因产物对生命全过程都是必需的或必不可少，这类基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达，通常称之为管家基因。
2．诱导和阻遏表达：有一些基因表达极易受环境变化影响，随外环境信号变化，这类基因表达水平可呈现升高或降低的现象。
四、基因表达受順式作用元件和反式作用因子共同调节
1．特异DNA序列
顺式作用元件：是指可影响自身基因表达活性的DNA序列。
2．调节蛋白
反式作用因子：转录调节因子由某一基因表达后，通过与特异的顺式作用元件相互作用（DNA-蛋白质相互作用）反式激活另一基因的转录。

●6.2原核生物的操纵子模型

6.2 原核基因表达调节
一、原核基因转录调节特点
1．σ因子决定RNA聚合酶识别特异性
2．操纵子模型的普遍性
3．阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性
二、乳糖操纵子调控机制
1．乳糖操纵子的结构
2．乳糖操纵子调节机制：Lac operon,负性调节、正性调节，协调调节
对乳糖操纵子来说CAP是正性调节因素，乳糖阻遏蛋白是负性调节因素。两种调节机制根据存在的碳源性质及水平协调调节乳糖操纵子的表达。
乳糖操纵子的负性调节能很好地解释：单纯乳糖存在时细菌是如何利用乳糖作碳源的。然而，细菌生长环境是复杂的，倘若有葡萄糖或葡萄糖／乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖才是最节能的。这时，葡萄糖通过降低cAMP浓度，阻碍cAMP与CAP结合而抑制乳糖操纵子转录，使细菌只能利用葡萄糖。葡萄糖对乳糖操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏（catabolic repression）。乳糖操纵子强的诱导作用既需要乳糖存在又需缺乏葡萄糖。
（三）原核生物转录终止调节：衰减子
（四）原核生物翻译水平调节：自我调节，反义RNA对翻译的调节

●6.3真核生物基因表达调控的特点

6.3 真核基因表达调节
一、真核基因组结构特点：庞大、单顺反子、重复、不连续、多态
二、真核基因表达调控特点
1．RNA聚合酶
2．活性染色体结构变化：
当基因被激活时，可观察到染色体相应区域发生某些结构和性质变化。
（1）对核酸酶敏感：活化基因一个明显特性是对核酸酶极度敏感，具体出现在调节蛋白结合位点附近。
（2）DNA拓扑结构变化：几乎所有天然状态的双链DNA均以负性超螺旋构象存在。当基因活化时，RNA聚合酶前方的转录区DNA拓扑结构为正性超螺旋构象，而在其后面的DNA则为负性超螺旋构象。
（3）DNA碱基修饰变化：处于转录活化状态的基因CpG序列一般是低甲基化的。
（4）组蛋白变化：其中包括①富含Lys组蛋白水平降低；②H2A·H2B二聚体不稳定性增加；易于从核心组蛋白中被置换出来。③组蛋白修饰：修饰后使核小体结构变得不稳定。④H3组蛋白巯基暴露：系核小体结构变化引起。
3．正性调节占主导
4．转录与翻译分隔进行
5．转录后修饰、加工
三、RNA pol II转录起始的调节
1．顺式作用元件：启动子、增强子（作用特点：① 远距离作用：1-4 kb （增强子可在启动子的上、下游或结构基因的内含子中），但必须与相应反式作用因子结合方可发挥增强作用。② 无严格专一性：一种增强子可增强不同类型的启动子（包括原核生物）③ 没有方向性：从5’→3’或3’→5’插入均不影响作用，启动子虽也增强转录，但无上述三个特点。从功能上讲，没有增强子存在，启动子通常不能表现活性；没有启动子时，增强子也无法发挥作用。）、沉默子
2．反式作用因子：分类、结构
3．mRNA转录激活及其调节

第七章常用分子生物学技术的原理及应用

本章主要介绍常用分子生物学技术的基本原理及应用范围，包括核酸分子杂交及印迹技术、PCR及其衍生技术、生物芯片技术，要求掌握各种技术的基本原理，熟悉其各自的应用领域。

●7.1核酸分子杂交

7.1 分子杂交与印迹技术
一、分子杂交和印迹技术的原理
1. 印迹技术
定义：利用各种物理方法使电泳胶中的生物大分子转移到NC等各种膜上，使之成为固相化分子。这一技术类似于用吸墨纸吸收纸张上的墨迹，因此称之为“blotting”，译为印迹技术。
2. 探针技术
定义：用放射性核素、生物素或荧光染料标记其末端或全链的已知序列的多聚核苷酸链被称为“探针”，探针可以与固定在NC膜上的核苷酸结合，判断是否有同源的核酸分子存在。
二、印迹技术的类别及应用
1.DNA印迹 (Southern Blotting)：用于基因组DNA、重组质粒和噬菌体的分析。
2.RNA印迹 (Northern Blotting)：用于RNA的定性定量分析。
3.蛋白质的印迹 (Western Blotting)：用于蛋白质定性定量及相互作用研究。
4.其他印迹：斑点印迹 (dot blotting) 、原位杂交 (in situ hybridization)、DNA点阵 (DNA array)、DNA芯片技术 (DNA chip)

●7.2PCR

7.2 PCR技术的原理与应用
一、PCR技术的工作原理
1.PCR体系基本组成成分：模板DNA、特异引物、耐热性DNA聚合酶、dNTP、Mg2+；
2. PCR的基本反应步骤：变性、退火、延伸3个步骤经过25-30次循环后即可达到扩增DNA片段的目的。
二、PCR技术的主要用途
1.目的基因的克隆
2.基因的体外突变
3.DNA和RNA的微量分析
4.DNA序列测定
5.基因突变分析
三、几种重要的PCR衍生技术
1.逆转录PCR技术
2.原位PCR技术
3.实时PCR技术

●7.3基因芯片技术

7.3 生物芯片技术
一、基因芯片(gene chip)：是指将许多特定的DNA片段有规律地紧密排列固定于单位面积的支持物上，然后与待测的荧光标记样品进行杂交，杂交后用荧光检测系统等对芯片进行扫描，通过计算机系统对每一位点的荧光信号做出检测、比较和分析，从而迅速得出定性和定量的结果。该技术亦被称作DNA微阵列(DNA microarray)。
二、蛋白质芯片(protein chip)：是将高度密集排列的蛋白分子作为探针点阵固定在固相支持物上，当与待测蛋白样品反应时，可捕获样品中的靶蛋白，再经检测系统对靶蛋白进行定性和定量分析的一种技术。

第八章重组DNA技术

本章主要讨论重组DNA技术中的物质基础（工具酶和载体）以及重组DNA技术的基本原理及流程，要求掌握克隆、重组DNA技术的概念，限制性核酸内切酶的概念、特点，重组DNA技术的步骤、目的基因的获取方法、外源基因与载体连接方式以及重组体的筛选方法。

●8.1限制酶

8.1 限制酶
一、定义：限制性核酸内切酶（restriction endonuclease,RE）是一类能识别双链DNA分子内部的特异位点并裂解磷酸二酯键的核酸内切酶。绝大多数限制酶来自细菌，通常利用其来源菌为限制酶进行命名。限制酶共有三种类型，重组DNA技术中所采用的为Ⅱ型。
二、限制酶的特点：限制酶所识别的位点为回文结构，切割DNA后可产生平头末端或黏性末端，后者又可分为3′端突出或5′端突出的黏性末端两种类型。限制酶中的同尾酶可切割产生配伍末端。同裂酶虽然识别的位点相同，但切割位点不一定相同。

●8.2载体

8.2重组DNA技术中常用的载体（vector）
（要求：掌握基因载体的概念、分类和结构要素）
载体是为携带目的外源DNA片段，实现外源DNA在受体细胞中的无性繁殖或表达有意义的蛋白质所采用的一些DNA分子。载体可分为克隆载体和表达载体两大类。
克隆载体应具备的基本特点：（1）复制起点；（2）选择标志；（3）限制酶的单一切点。
常用载体有质粒、噬菌体DNA、黏粒载体、细菌人工染色体、酵母人工染色体等。
.基因载体：说明载体的概念、种类，并举例说明基因载体的要素

●8.3重组DNA技术的基本流程

8.3重组DNA技术的基本原理及操作步骤
（要求：掌握重组DNA技术的步骤、目的基因的获取方法、外源基因与载体连接方式以及重组体的筛选方法）
1.目的DNA的分离获取---分
常用方法有：（1）化学合成法（2）基因组DNA文库或cDNA文库（3）PCR扩增（4）其他方法
2.载体的选择与构建---选
选择载体要根据实验目的、外源DNA大小、受体细胞特点等进行选择。
3.目的DNA与载体连接---接
主要连接策略：
（1）黏端连接：①单一相同黏端连接②不同黏端连接③通过其他措施产生黏端进行连接；（2）平端连接；
（3）黏-平末端连接
4.重组DNA转入受体细胞---转
常用方法：（1）转化：重组质粒转化入细菌。需将受体细胞处理为特殊的感受态细胞。
（2）转染：将外源DNA导入真核细胞。
（3）感染：噬菌体载体或黏粒载体构建的重组DNA通过包装形成病毒颗粒然后感染受体菌，将重组DNA转入受体菌中。
5.重组体的筛选与鉴定---筛
（1）借助载体上的遗传标志进行筛选
重点理解抗性基因插入失活及α互补筛选方法。关键点在于理解不同类型的细胞具有的表现型不同。
（2）序列特异性筛选
包括限制酶酶切法、PCR法、核酸杂交法、DNA测序法。
（3）亲和筛选法
针对外源基因表达出的蛋白质产物进行筛选。
6.克隆基因的表达（简要了解）
（1）原核表达体系：常用宿主为大肠杆菌。
（2）真核表达体系：包括酵母、昆虫及哺乳类细胞等表达体系。

第九章细胞信号转导的分子机制

细胞信号转导是多细胞生物对环境应答产生生物学效应的重要过程。跨膜信息转导包括信息物质、受体、信息传递途径等基本要素和受体识别、信号转导、细胞内效应等主要环节。要求掌握受体的概念、分类及受体与配体的结合特点，细胞内信号转导相关分子，膜受体介导的信息转导的类型。

●9.1本章导言

9.1 本章导言
此部分主要介绍本章的意义，通过相关例子体现信号转导在生物体内的重要性，使学生对本章有整体的认识。

●9.2细胞信号转导概述

9.2 细胞信号转导概述（细胞外化学信号分子；信号转导受体）
一、细胞外化学信号
细胞可以感受物理信号，但体内细胞所感受的外源信号主要是化学信号。细胞外化学信号有可溶型和膜结合型两种形式。
（一）可溶型信号分子
可溶型信号分子（如蛋白质或小分子有机化合物）作为游离分子在细胞间传递信息。根据体内化学信号分子作用的距离，将其分为三类：1、突触分泌信号2、内分泌信号, 3、自分泌及旁分泌信号。
（二）膜结合型信号
膜结合型信号分子需要细胞间接触才能传递信号。因为每个细胞的质膜外表面都有众多的蛋白质、糖蛋白、蛋白聚糖分子，相邻细胞就是通过这些膜表面分子的特异性识别和相互作用而传递信号的。属于这一类通讯的有：相邻细胞间黏附因子的相互作用、T淋巴细胞与B淋巴细胞表面分子的相互作用等。
二、信号转导受体
（一）受体的分类
按照受体在细胞内的位置，受体分为细胞内受体和细胞膜受体。
（二）受体与配体相互作用的特点
1.高度专一性
2.高度亲和力
3．可饱和性
4．可逆性
5．特定的作用模式

●9.3细胞内信号转导分子

9.3 细胞内信号转导分子
一、第二信使
（一）第二信使----环核苷酸
目前已知的细胞内环核苷酸类第二信使有cAMP和cGMP两种。

（二）第二信使-----脂类衍生物
具有第二信使特征的脂类衍生物包括DAG，IP3等。
它们是由磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C（PLC），将膜组分磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）水解生成的
（三）钙离子可以激活信号转导相关的酶类
Ca2+信号的产生与终止表现为细胞内Ca2+离子浓度的增高或降低。
（四）NO等小分子也具有信使功能
二、许多酶可通过其催化的反应而传递信号
作为信号转导分子的酶主要有两大类。
一是催化小分子信使生成和转化的酶，如AC、GC、PLC、PLD等；
二是蛋白激酶，作为信号转导分子的蛋白激酶主要是蛋白酪氨酸激酶和蛋白丝/苏氨酸激酶。
三、信号转导蛋白
（一）G蛋白
鸟苷酸结合蛋白（G protein）包括与七跨膜受体偶联的异三聚体G蛋白和小G蛋白，它们共同的特点是与GTP结合时表现为活性形式，作用于下游分子使相应信号通路开放。G蛋白还具有GTP酶活性，当与之结合的GTP被水解为GDP时，G蛋白表现为非活性形式。
（二）衔接蛋白和支架蛋白连接信号通路与网络
衔接蛋白（adaptor protein）是信号转导通路中不同信号转导分子的接头，通过连接上游信号转导分子与下游信号转导分子而形成转导复合物。

●9.4细胞受体介导的信号转导

9.4 细胞受体介导的细胞内信号转导
一、细胞内受体通过分子迁移传递信号
细胞内的受体多为转录因子，与相应配体结合后，能与DNA的顺式作用元件结合，在转录水平调节基因表达，引起相应的生物学效应。
二、离子通道受体将化学信号转变为电信号
受体本身为离子通道，即配体门控通道。当神经递质与这类受体结合后，可使离子通道打开或关闭，导致细胞膜电位的改变，使膜的通透性改变，在神经冲动的快速传递中发挥作用。主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，信号分子为神经递质。
三、G蛋白偶联受体通过G蛋白和小分子信使介导信号转导
G蛋白偶联受体为一条肽链组成的糖蛋白，含有7个跨膜的α螺旋，故又称七跨膜受体。
（一）G蛋白偶联受体介导的信号转导通路具有相同的基本模式
这类受体的信号转导可归纳为：激素→受体→G蛋白→酶→第二信使→蛋白激酶→酶或功能蛋白→生物学效应。此类受体分布极广，主要参与细胞物质代谢的调节和基因转录的调控。
（二）不同G蛋白偶联受体可通过不同通路传递信号
1. AC-cAMP-PKA通路
2. IP3/DAG-PKC信号通路
3. Ca2+-CaM信号转导通路
四、酶偶联受体主要通过蛋白质修饰或相互作用传递信号
（一）常见的蛋白激酶偶联受体介导的信号转导通路
1. 蛋白酪氨酸激酶型受体RPTK-Ras-MAPK信号通路
2. 非催化型受体JAK-STAT 信号通路