第一章  蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

1、蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)稱為構(gòu)象，指的是蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維空間中的排布，并不涉及共價(jià)鍵的斷裂和生成所發(fā)生的變化。

2、維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的因素有共價(jià)鍵(二硫鍵)和次級(jí)鍵，次級(jí)鍵有4種類型，即離子鍵、氫鍵、疏水性相互作用和范德瓦力。

3、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指肽鏈中局部肽段的構(gòu)象，它們是完整肽鏈構(gòu)象(三級(jí)結(jié)構(gòu))的結(jié)構(gòu)單元，是蛋白質(zhì)復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，因此二級(jí)結(jié)構(gòu)也可以稱為構(gòu)象單元。α螺旋、β折疊是常見(jiàn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。

4、一些肽段有形成α螺旋和β折疊兩種構(gòu)象的可能性(或形成勢(shì))，這類肽段被稱為兩可肽。

5、兩個(gè)或幾個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)單元被連接肽段連接起來(lái)，進(jìn)一步組合成有特殊幾何排列的局域立體結(jié)構(gòu)，稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)。超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本組織形式有αα，βαβ和ββ等3類。

6、蛋白質(zhì)家族：一類蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)有30％以上同源性，或一級(jí)結(jié)構(gòu)同源性很低，但它們的結(jié)構(gòu)和功能相似，它們也屬于同一家族。例如球蛋白的氨基酸序列相差很大，但屬于同一家族。

超家族：有些蛋白質(zhì)家族之間，一級(jí)結(jié)構(gòu)序列的同源性較低，但在許多情況下，它們的結(jié)構(gòu)和功能存在一定的相似性。這表明它們可能存在共同的進(jìn)化起源。這些蛋白質(zhì)家族屬于同一超家族。

7、結(jié)構(gòu)域是一個(gè)連貫的三維結(jié)構(gòu)，是可互換并且半獨(dú)立的功能單位，在真核細(xì)胞中由一個(gè)外顯子編碼，由至少40個(gè)以上多至200個(gè)殘基構(gòu)成最小、最緊密也最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，作為結(jié)構(gòu)和功能單位，會(huì)重復(fù)出現(xiàn)在同一蛋白質(zhì)或不同蛋白質(zhì)中。

8、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)所提供的信息有哪些？

①同源蛋白質(zhì)的物種差異與生物進(jìn)化。不同物種之間可變殘基差異的數(shù)目可提供物種之間親源關(guān)系遠(yuǎn)近的信息。

②可以從一級(jí)結(jié)構(gòu)推測(cè)出蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)。

③在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中，可根據(jù)某種蛋白質(zhì)或其肽段的一級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行同源性搜索，與已知蛋白質(zhì)進(jìn)行序列比較。

④在搜索功能上可能無(wú)關(guān)的蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)有相關(guān)的同源性序列，揭示了一些蛋白質(zhì)還可能具有未被認(rèn)識(shí)的新功能。

9、α-螺旋、β-折疊各自的特點(diǎn)？

①α-螺旋的特點(diǎn)：◆蛋白質(zhì)多肽鏈像螺旋狀盤曲，每隔3.6個(gè)氨基酸殘基沿中心軸螺旋上升一圈，每上升一圈沿螺旋軸方向上升0.54nm，即每個(gè)氨基酸殘基向上升高0.15nm，每個(gè)氨基酸殘基沿中心軸旋轉(zhuǎn)100°?！籀?螺旋的穩(wěn)定性是靠鏈內(nèi)氫鍵維持的，相鄰的螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵，氫鍵的取向幾乎與中心軸平行。氫鍵是由每個(gè)氨基酸殘基的N-H與前面隔3個(gè)氨基酸的C=O形成的，肽鏈上所有的肽鍵都參與了氫鍵的形成，因此α-螺旋相當(dāng)穩(wěn)定。◆α-螺旋中氨基酸殘基的側(cè)鏈伸向外側(cè)。α-螺旋有左手螺旋和右手螺旋兩種，但天然蛋白質(zhì)的α-螺旋，絕大多數(shù)為右手螺旋。

②β-折疊的特點(diǎn)：◆由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列，通過(guò)鏈間氫鍵交聯(lián)而形成。肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊現(xiàn)象，α-碳原子總是處于折疊的角上，氨基酸的R基團(tuán)交替分布在片層的兩側(cè)?！籀?折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成；也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。幾乎所有肽鍵都參與鏈內(nèi)氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長(zhǎng)軸接近垂直。◆β-折疊有兩種類型：一為平行式，即所有肽鏈的N-端都在同一邊，另一為反平行式。

第二章  核酸的結(jié)構(gòu)

1、DNA是由脫氧核糖核苷酸組成的長(zhǎng)鏈多聚物，是遺傳物質(zhì)。具有下列基本特性：

①具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，能進(jìn)行復(fù)制，特定的結(jié)構(gòu)能傳遞給子代；

②攜帶生命的遺傳信息，以決定生命的產(chǎn)生、生長(zhǎng)和發(fā)育；

③能產(chǎn)生遺傳的變異，使進(jìn)化永不枯竭。

2、DNA鏈的方向總是理解為從5’—P端到3’—OH端。DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是DNA分子內(nèi)堿基的排列順序。

3、DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)：主鏈由脫氧核糖和磷酸基團(tuán)以3’，5’—磷酸二酯鍵交互連接構(gòu)成的，在雙螺旋的外側(cè)，堿基在內(nèi)側(cè)，堿基必須配對(duì)。一條鏈繞著另一條鏈旋轉(zhuǎn)、盤繞，一條鏈上的嘌呤與另一條鏈上的嘧啶相互配對(duì)，嘌呤與嘧啶以氫鍵保持在一起。

4、雙螺旋DNA熔解成單鏈的現(xiàn)象稱為DNA變性。已經(jīng)變性的DNA在一定條件下重新恢復(fù)雙鏈的過(guò)程稱為復(fù)性。

5、染色質(zhì)是以雙鏈DNA為骨架，與組蛋白、非組蛋白以及少量的各種RNA等共同組成絲狀結(jié)構(gòu)。在染色質(zhì)中，DNA和組蛋白的組成非常穩(wěn)定，非組蛋白和RNA隨細(xì)胞生理狀態(tài)不同而有變化。

6、常染色質(zhì)是在細(xì)胞間期核內(nèi)染色體折疊壓縮程度較低，處于伸展?fàn)顟B(tài)，堿性染性著色較淺而均勻的那些染色質(zhì)。主要是單一拷貝和中度重復(fù)序列。

異染色質(zhì)是在細(xì)胞間期核內(nèi)染色質(zhì)壓縮程度較高，處于凝集狀態(tài)，堿性染料著色較深的部分。

7、核小體是構(gòu)成真核生物染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，是DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的緊密結(jié)構(gòu)形式。

8、RNA的種類及其各自的特點(diǎn)？

①RNA分為rRNA，tRNA，mRNA。

②rRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)為莖狀；tRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)呈三葉草形，三級(jí)結(jié)構(gòu)形狀像一個(gè)倒寫L字母；真核細(xì)胞mRNA3′端有一段長(zhǎng)約200核苷酸的PloyA，5′端有一個(gè)帽子結(jié)構(gòu)。

③在蛋白質(zhì)合成中的作用：mRNA作為蛋白質(zhì)多肽鏈合成的直接模板，其5′端帽子結(jié)構(gòu)可能與蛋白質(zhì)合成的正確起始有關(guān)，可協(xié)助核糖體與mRNA相結(jié)合，使翻譯作用在AUG處開(kāi)始。rRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體，是蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所。tRNA的主要作用是轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸，在蛋白質(zhì)合成起接頭作用。

第三章 基因和基因組

1、基因被定義為轉(zhuǎn)錄功能單位，是編碼一種可擴(kuò)散產(chǎn)物的一段DNA序列，其產(chǎn)物可以是蛋白質(zhì)或RNA。一個(gè)完整的基因應(yīng)該由兩部分組成，即編碼區(qū)和調(diào)控區(qū)。

2、基因組是一種生物染色體內(nèi)全部遺傳物質(zhì)的總和，包括構(gòu)成基因和基因之間區(qū)域的所有DNA。所謂總和，還應(yīng)該指該物種的不同DNA功能區(qū)域在DNA分子上結(jié)構(gòu)分布和排列的情況。基因組以及基因一般以DNA的長(zhǎng)度和序列表示。

3、病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

①與細(xì)菌相比較，病毒的基因組很小，所含遺傳信息量較小，只能編碼少數(shù)的蛋白質(zhì)。

②病毒基因組由DNA或RNA組成。核酸的結(jié)構(gòu)可以是單鏈或雙鏈、閉合環(huán)狀或線狀分子。

③常有基因重疊現(xiàn)象，即同一DNA分子序列可以編碼2種或3種蛋白質(zhì)分子。

4、細(xì)菌基因組的一般特點(diǎn):

①基因組通常僅由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成。但現(xiàn)發(fā)現(xiàn)有越來(lái)越多的線形基因組。

②只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)。

③有操縱子的結(jié)構(gòu)。數(shù)個(gè)相關(guān)（參與一個(gè)生化過(guò)程）的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，受同一調(diào)控區(qū)調(diào)節(jié)，合成多順?lè)醋觤RNA。

④編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因是單拷貝的，但rRNA基因往往是多拷貝的。

⑤非編碼的DNA所占比例少，類似病毒基因組。

⑥基因組DNA具有多種調(diào)控區(qū)，如復(fù)制起始區(qū)、復(fù)制終止區(qū)、轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子、轉(zhuǎn)錄終止區(qū)等特殊序列。

⑦與真核生物類似，具有可移動(dòng)的DNA序列。

5、真核生物基因組特點(diǎn):

①基因組的分子量大。低等真核生物大約107-108 bp,而高等真核生物為5×108-1010 bp

②真核生物細(xì)胞往往有很多染色體，一般呈線狀。每個(gè)染色體DNA有很多復(fù)制起始點(diǎn)。

③細(xì)胞核DNA與蛋白質(zhì)穩(wěn)定地結(jié)合成染色質(zhì)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)內(nèi)除了含有DNA和組蛋白外，還有大量非組蛋白。

④由于存在核膜，細(xì)胞被分隔成細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)，因此，在基因表達(dá)中，轉(zhuǎn)錄和翻譯在時(shí)間和空間上是分隔的，不偶聯(lián)的。

⑤基因組的大量序列是非編碼序列，有大量重復(fù)序列。

⑥真核生物的蛋白質(zhì)基因往往是單拷貝存在，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是單順?lè)醋觤RNA。

⑦存在一些可移動(dòng)的DNA序列。

⑧絕大多數(shù)真核生物基因含有內(nèi)含子，因而基因編碼區(qū)是不連續(xù)的。

⑨真核生物基因內(nèi)部也可能含有大量的重復(fù)序列。

6、基因家族：一組功能類似、結(jié)構(gòu)具有同源性的基因稱為基因家族?；蚣易宓姆诸愑卸喾N方式?；蚣易甯鞒蓡T在結(jié)構(gòu)上非常類似，具有保守性，如rRNA基因家族，但基因之間的間隔區(qū)可以有很大的長(zhǎng)度差異和序列差異。重要的基因家族：rRNA基因家族、5S rRNA基因、組蛋白基因家族、珠蛋白基因家族、生長(zhǎng)激素基因家族、超基因。

7、超基因:是指一組由多基因和單基因組成的更大的基因家族。在高等真核細(xì)胞中，一個(gè)基因簇內(nèi)含有數(shù)百個(gè)功能相關(guān)的基因，它們可能是由基因擴(kuò)增后結(jié)構(gòu)上輕微變化而產(chǎn)生的，這些基因的結(jié)構(gòu)有程度不等的同源性，功能上仍保持原始基因的基本功能，或者進(jìn)化成具有相關(guān)而不同的新功能，這樣的一簇基因稱為超基因家族。有免疫球蛋白超基因家族、核受體超基因家族、細(xì)胞因子超基因家族等。

8、在初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物hnRNA加工產(chǎn)生成熟的mRNA時(shí)，被切除的非編碼序列稱為內(nèi)含子。在成熟的mRNA或蛋白質(zhì)中存在的序列稱為外顯子。基因的不連續(xù)性是真核生物基因所特有的，但不是所有真核生物基因都一定具有這種不連續(xù)性。

9、內(nèi)含子的功能：

①含有可閱讀框架(ORF)，內(nèi)含子的ORF可能編碼酶或蛋白質(zhì)，其中包括逆轉(zhuǎn)錄酶、成熟酶。

②含有各種剪接信號(hào)碼，內(nèi)含子編碼的成熟酶直接參與內(nèi)含子本身的剪接功能。

③對(duì)基因表達(dá)有影響，內(nèi)含子對(duì)基因表達(dá)在多個(gè)水平上施加影響。內(nèi)含子中的增強(qiáng)子序列增加了基因轉(zhuǎn)錄的起始反應(yīng)。 

10、人類基因組計(jì)劃(HGP)的總體目標(biāo)是要完成人類全部24條染色體3×109bp序列的分析。具體包括：

①人類基因組作圖(遺傳學(xué)圖譜、物理圖譜) 。

②對(duì)基因組DNA進(jìn)行切割和克隆。

③測(cè)定基因組的全部DNA序列。

④基因的鑒定。

⑤信息系統(tǒng)的建立、信息的儲(chǔ)存和處理以及相應(yīng)軟件的開(kāi)發(fā)。

11、結(jié)構(gòu)基因組學(xué):以全基因組測(cè)序?yàn)槟繕?biāo)的基因結(jié)構(gòu)研究，闡述基因組中基因的位置和結(jié)構(gòu)，為基因功能的研究奠定基礎(chǔ)。

12、功能基因組學(xué):是利用結(jié)構(gòu)基因組學(xué)提供的信息，以大規(guī)模實(shí)驗(yàn)方法及統(tǒng)計(jì)與計(jì)算機(jī)分析，全面系統(tǒng)地分析全部基因的功能。

13、蛋白質(zhì)組:是一個(gè)基因組在特定細(xì)胞內(nèi)所表達(dá)的蛋白質(zhì)。對(duì)于一種生物來(lái)說(shuō)，它的基組DNA基本上是恒定的，但蛋白質(zhì)組是動(dòng)態(tài)的。也就是不同組織的細(xì)胞中蛋白質(zhì)組是不同的，在同一細(xì)胞的不同生長(zhǎng)狀態(tài)、病理狀態(tài)下也是不一樣的。蛋白質(zhì)組只指某一特定時(shí)間內(nèi)的蛋白質(zhì)集合體。

14、生物信息學(xué)：是用數(shù)理和信息科學(xué)的觀點(diǎn)、理論和方法去研究生命現(xiàn)象，組織和分析呈指數(shù)增長(zhǎng)的生物學(xué)數(shù)據(jù)的一門學(xué)科。生物信息學(xué)位于生物、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的交叉點(diǎn)上，其研究目標(biāo)是揭示“基因組信息結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及遺傳語(yǔ)言的根本規(guī)律”。生物信息學(xué)包含了基因組信息學(xué)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬和藥物設(shè)計(jì)等3個(gè)組成部分。目前的研究包括下面幾個(gè)方面：

①相關(guān)信息的收集、儲(chǔ)存、管理與提供。

②新基因的發(fā)現(xiàn)和鑒定。

③非編碼區(qū)的信息結(jié)構(gòu)分析。

④大規(guī)?；蚬δ鼙磉_(dá)譜的分析。

⑤蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、模擬和分子設(shè)計(jì)。

⑥藥物開(kāi)發(fā)。

第五章　基因工程原理

一、基本概念

1.基因工程：是對(duì)攜帶遺傳信息的分子進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的分子工程，包括基因重組、克隆和表達(dá)。核心是構(gòu)建重組體DNA的技術(shù)。

2.基因組DNA文庫(kù)：是某一生物體的染色體全部DNA序列被隨機(jī)切割成適當(dāng)大小的片段后，插入到載體內(nèi)構(gòu)成的DNA文庫(kù)。理論上，全部重組克隆含有該生物全部遺傳信息的總和。

3.cDNA基因文庫(kù)：是從某類真核細(xì)胞分離總的polyA⁺-mRNA，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成互補(bǔ)的 DNA，從單鏈的cDNA用DNA聚合酶合成雙鏈cDNA。全部雙鏈cDNA插入到載體那，構(gòu)成重組DNA。重組載體轉(zhuǎn)化 E.coli后得到的克隆總和。

4.扣除文庫(kù)：將兩種不同組織來(lái)源的mRNA進(jìn)行比較，用扣除雜交排除相同部分，即共同表達(dá)的那部分mRNA，選出剩余有差異的，特異表達(dá)的mRNA構(gòu)建成cDNA文庫(kù)。

5.分子雜交：是指具有一定同源性的兩條核酸單鏈在一定條件下可按堿基配對(duì)的原則退火成雙鏈的過(guò)程。是分子生物學(xué)最常用的方法之一。

6.PCR：即聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，擴(kuò)增樣品中的DNA量和富集眾多DNA分子中的一個(gè)特定的DNA序列的一種技術(shù)。在該反應(yīng)中，使用與目的DNA序列互補(bǔ)的寡核苷酸作為引物，進(jìn)行多輪DNA合成。其中包括DNA變性、引物退火和在TaqDNA聚合酶催化下的DNA合成。

7.物理圖譜：是DNA片段上限制性內(nèi)切酶酶切位點(diǎn)的圖譜，表示各種限制性內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)在DNA序列上的線性排列。指的是DNA序列上兩點(diǎn)間的實(shí)際距離。

8.Southern雜交：用于檢測(cè)DNA片段混合物中存在特定序列的技術(shù)。又稱Southern印跡。檢驗(yàn)的目的DNA通常用一種或一種以上的限制性內(nèi)切酶酶切，得到各種特定長(zhǎng)度的片段，在凝膠電泳中依長(zhǎng)度分成條帶，DNA片段原位地轉(zhuǎn)移到NC膜或尼龍膜上。然后，膜上的DNA片段與標(biāo)記的探針DNA進(jìn)行雜交，已雜交的DNA片段可通過(guò)標(biāo)記的探針進(jìn)行放射性或顯色反應(yīng)定位。

9.Northern雜交：從真核生物的特定組織或發(fā)育階段的細(xì)胞分離出全部RNA或mRNA，用變性凝膠電泳分離后轉(zhuǎn)移到NC膜上。用變性的探針DNA對(duì)NC膜上的RNA進(jìn)行雜交。從顯影或顯色反應(yīng)判斷陽(yáng)性雜交的存在。

10.亞克?。?/strong>當(dāng)載體中插入的外源DNA片段太大，難以作摹寫分析或操作時(shí)，需要對(duì)該克隆片段作些再切割，將大的DNA片段切稱較小的片段，然后再與另外的新載體重組，并進(jìn)行轉(zhuǎn)化程序，這個(gè)過(guò)程稱為亞克隆。