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分子遗传学. 概念： 分子遗传学是在分子水平上研究遗传 和变异的遗传学分支学科。. 内容 : 第一章：遗传的物质基础 — DNA 第二章：有机体、染色体和基因 第三章： DNA 的复制 第四章：以修复作用为中心的 DNA 的 安全保障体系. 第五章：突变 第六章：转录 第七章：翻译 第八章：原核生物基因表达的调控 第九章：真核生物基因表达的调控 第十章：基因表达调控的分子机制 第十一章：遗传重组 第十二章：基因工程导轮. 第一章 遗传的物质基础 —— DNA.
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分子遗传学 概念： 分子遗传学是在分子水平上研究遗传 和变异的遗传学分支学科。 内容: 第一章：遗传的物质基础—DNA 第二章：有机体、染色体和基因 第三章：DNA的复制 第四章：以修复作用为中心的DNA的 安全保障体系
第五章：突变 第六章：转录 第七章：翻译 第八章：原核生物基因表达的调控 第九章：真核生物基因表达的调控 第十章：基因表达调控的分子机制 第十一章：遗传重组 第十二章：基因工程导轮
第一章 遗传的物质基础——DNA 第一节：DNA携带着两类不同的遗传信息 1、负责蛋白质氨基酸组成的信息 （结构基因） DNA RNA 蛋白质氨基酸组成 以三联体密码子方式进行编码的。 ① 三联体密码子有64个，三个终止密码子外，其余61个密码子代表了20种不同的氨基酸。 ② 简并性：大多数氨基酸都有一种以上的密码子。 ③ 通用性：几乎所有的生物都使用相同的密码子。 ④ 特殊性：线粒体的密码子与核基因的密码子不同。
2、关于基因选择性表达的信息 • 选择性表达： 细胞周期的不同时相中，个体发育的不同阶段中，不同的器官和组织中，在不同的外界环境下，各种基因是关闭还是表达，表达量是多少，都是各不相同的。 例子：φX174噬菌体共有碱基5386个，结构基因用去5169个，这个比例高达96％ 。 在高等哺乳动物中，结构基因所占比例只有大约10％-15％（人类有30亿个碱基对，包含20500个基因）。 问题：其余占基因组80％以上的DNA起什么作用？基因组中大部分DNA序列是用来编码基因选择性表达的遗传信息的。
3、两类信息的比较 ①两类信息的DNA序列类似。 ②不同 a、结构基因的转录和翻译，都是强烈地依赖于转录酶系和一整套蛋白质合成机构，而核酸序列本身的差异只是提供了这些酶和蛋白质识别的基础。 b、调控DNA序列主动修饰自己的双螺旋空间结构。 调控DNA序列能与调控蛋白质相互作用而修饰自己的双螺旋空间结构，以便更好地为调控蛋白质所识别。
第二节 DNA的一级结构 • 一级结构： 脱氧核糖核苷单磷酸通过3’，5’磷酸二酯键连接而成的高聚物。
核苷单磷酸酸的组成 1、碱基（嘌呤和嘧啶） （1）嘌呤碱基 烯醇式
DNA分子一级结构中的显著特点: DNA这一主要遗传物质极其稳定，特别是对于碱的抵抗力，在 pH 11.5 时，DNA链的一级结构几乎没有任何变化，而 RNA键在几分钟内降解为 2’-单磷酸核苷和3’-单磷酸核苷。
DNA一级结构的测定 Sanger在这方面作出了最为杰出的贡献。 在20世纪60年代初利用小片段重迭法 首次测定了一个生物大分子胰岛素的51个氨基酸序列。 测定出若干小分子的RNA（如tRNAAla丙氨酸）； 而DNA序列分析仍然步履艰难。 1975年，Sanger提出了所谓“凝胶直读法”，即以凝胶电泳为主要手段，从放射自显影的X-光胶片上直接读出核苷酸序列。
凝胶直读法又可分为两类： 一类是酶法，Sanger于1975年设计的“加减法”以及他们于1977年所改进的“末端终止法”——即双脱氧链终止法 • 原理： • 使用一种单链的DNA模板 • 一种适当的DNA合成的引物， • 利用了DNA聚合酶所具有的两种催化反应的特性： ①DNA聚合酶能够利用单链的DNA作模板，准确的合成出DNA互补链； ②DNA聚合酶能够利用双脱氧核苷三磷酸作底物，使之参入到寡核苷酸链的3'-末端，从而终止DNA链的生长。
1977年Sanger首次测定了噬菌体φx174 DNA的一级结构，不但揭示了该噬菌体的基因组织情况和基因重叠现象，而且也为研究DNA的二级结构和空间结构奠定了坚实的基础。 Sanger来自英国剑桥大学的分子生物学实验室（Laboratory of Molecular Biology，LMB），该实验室是世界科学史上少有的一个非常成功的研究机构。 Sanger两次获奖，第一次，由于测定了胰岛素的顺序（1958年化学奖）、第二次由于发明了DNA测序方法（1980年化学奖）。
DNA测序的另一类是化学法 即1977年Maxam和 Gilbert所设计的化学断裂法，针对四种核苷酸使用不同的链断裂方法。这种方法也简单、精确，对于较短的DNA片段分析起来比双脱氧法快得多，因此目前也被广泛采用。
第三节 DNA的二级结构 一 、 Watson－Crick右手双螺旋结构 1953年，Watson和Crick提出了著名的DNA分子的双螺旋结构模型。 揭示了遗传信息是如何储存在DNA分子中；遗传性状为何能在世代间得以保持。 DNA分子的双螺旋结构模型：
1、主链 脱氧核糖和磷酸基通过3'，5’磷酸二酯键交互连接，成为螺旋链的骨架。二条主链以反向平行的方式组成双螺旋，螺旋的直径为20A左右。主链处于螺旋的外侧，这是由核糖和磷酸的亲水性所决定。核糖平面与螺旋轴平行。碱基则处于螺旋的内侧。
2．碱基对 由于双螺旋结构要求有一个正常的螺旋形式，就必须是嘌呤和嘧啶相配。否则两个嘌呤尺寸太大，超过了20A；而两个嘧啶的尺寸太小，又不足20A。而A和C，G和T又不能形成适合的氢键，因此只有A和T相配，G和C相配才能满足正常螺旋形式的要求。这样的碱基配对规律，叫做碱基互补。
3．螺距 双螺旋链中的任意一条链绕轴一周（360°）所升降的距离的叫做螺距。这个模型的螺距为34A，其中包含10个核苷酸，因此每两个相邻碱基平面的垂直距离是3.4A，相对于螺旋轴移动36°。
4．大沟和小沟 沿螺旋轴方向观察，两条主链和碱基并不充满双螺旋的空间，双螺旋的表面形成两条凹槽，一条宽而深，叫做大沟，一条狭而浅，叫做小沟。这两条沟，特别是大沟，对于在遗传上有重要功能的蛋白质识别 DNA双螺旋结构上的特定信息是非常重要的，因为只有在沟内，蛋白质才能“感觉”到不同碱基顺序，而在双螺旋结构的表面全是相同的磷酸和脱氧核糖的骨架，是没有什么信息可言的。
二、决定双螺旋结构状态的因素 1．氢键 在每一个碱基上都有适于形成氢键的——供氢体的氨基和羟基。 也存在受氢体如酮基和亚氨基。 G•C对之间有三条氢键，A•T对之间只有两条氢键。这是DNA双螺旋结构的重要特征之一，DNA的许多性质都与此有关。
2 、碱基堆集力 同一条链中的相邻碱基之间的非特异性作用力，即疏水作用力，和Van der Waal力。 疏水作用是不溶于水或难溶于水两个分子（相同或不同种类）在水中具有相互联合，成串地结合在一起的趋势，其中并无键的生成，但这样的趋势在热力学上是有利的。 当把不溶于水的（即不能与水形成氢键的）有机分子放入水中，这些分子靠van der Waal力彼此附着。
3.带负电荷的磷酸基的静电斥力 每一个核苷酸的磷酸基上都带有一个负电荷。如果这些负电荷没有被中和，双链之间的这种强有力的静电排斥作用将驱使两条链分开，但是当有盐类加入时，这些带负电荷的磷酸基团可以被正离子（如 Na+）所中和，也就是正离子围绕在磷酸基周围形成了“离子云”，有效地屏蔽了磷酸基之间的静电斥力。
在生理盐浓度（约 0.2mol/L）时就发生了这种屏蔽作用，斥力也被中止。当离子浓度降低时，这种屏蔽作用减弱，斥力增大，因而 Tm值随之降低（ Tm熔点）。 事实上，纯蒸馏水中的DNA在室温下就会变性，也就是这个缘故。在超过生理盐浓度时，Tm 值仍然随着离子强度的增加而上升，这是因为在高盐浓度下碱基的溶解性降低而增加了疏水作用力，促进了双螺旋结构的稳定。
事实上，平时制备的DNA也总是DNA的钠盐，每个磷酸基总是结合一个Na+。事实上，平时制备的DNA也总是DNA的钠盐，每个磷酸基总是结合一个Na+。 在用NaCl和 CsCl测量 DNA分子量时，就会得到不同的数值，二者之比为 0.75。因为单核苷酸的平均分子量为330，若是钠盐则为353，若是铯盐则为467。 353／467=0.75。这就是一个有力的证据。
4. 碱基分子内能 当由于温度等因素使碱基分子内能增加时，碱基的定向排列遭受破坏，从而削弱碱基的氢键结合力和碱基的堆集力，会使DNA双螺旋结构受到破坏。
由此可见，在决定DNA双螺旋结构状态的四点因素中，前二者（互补碱基的氢键结合力和相邻碱基的堆集力）有利于DNA维持双螺旋构型，而后二者（磷酸基的静电斥力和碱基分子的内能）则不利于DNA维持双螺旋构型。一种DNA分子的结构状态将是这四种因素竞争的结果。由此可见，在决定DNA双螺旋结构状态的四点因素中，前二者（互补碱基的氢键结合力和相邻碱基的堆集力）有利于DNA维持双螺旋构型，而后二者（磷酸基的静电斥力和碱基分子的内能）则不利于DNA维持双螺旋构型。一种DNA分子的结构状态将是这四种因素竞争的结果。
第四节 DNA物理结构的不均一性（heterogeneity） 在DNA的一级结构中： 四种碱基A、T、 G、C远非均匀分布 沿着DNA长链各处的物理结构并不完全相同，各处双螺旋的稳定性有所差异，有时有显著的差异，甚至于在一定条件下改变了双螺旋的构型，如第七节将要讨论的Z型DNA。
一、反向重复序列（inverted repeats） 反向重复序列又称为迴文序列，它能在DNA或RNA中形成发夹结构，在DNA中有可能形成十字形结构。
迴文结构的作用 较短 迴文结构可能是作为一种特别信号，如限制性内切核酸酶的识别位点。 较长 迴文序列容易转变为发夹结构，其功能目前还不完全清楚。但人们已经发现： ① 转录的终止作用与迴文结构有关。 ② 在tRNA的结构中也存在发夹环，每一种tRNA都是由几个发夹环组成的三叶草形结构。
二、富含A/T的序列 在高等生物中，A＋T与G＋C的含量差不多相等。 然而在它们的染色体的某一区域，A·T含量可能高得惊人。 例如螃蟹的卫星DNA区段，A·T含量竟然高达97％。它们仅仅重复AT两个碱基，即ATATAT……；大约 30个这样碱基才有时插入一个G或C。
DNA上什么区段富含A·T？ 在很多有重要调节功能（而不是蛋白质编码）的DNA区段都富含A·T， 特别是在复制起点和启动子的Pribnow框（真核生物为TATA框）的序列中，都富含A·T碱基对，对于复制和转录的起始十分重要。 因为G·C对含有三条氢键，而A·T对只有二条氢键，此处的双链容易解开，更有某些蛋白质促进这种过程，以利于起始复合物的形成。
三、嘌呤和嘧啶的排列顺序对螺旋结构稳定性的影响三、嘌呤和嘧啶的排列顺序对螺旋结构稳定性的影响 1、现象的发现 人们考察了十种相邻的二核苷酸对（nearest－neighbor doublets），得出一个非常有趣的现象，那就是碱基组成相同，但嘌呤和嘧啶的排列顺序不同，双螺旋的稳定性具有显著的差异。 例如：5'GC 3'和5'CG 3'的稳定性相差很大，前者的稳定性远大于后者。
2、原因 它们的氢键数目是相同的，它们的差别在于相邻碱基之间的堆集力不同。即从瞟吟到嘧啶的方向的碱基堆集作用显著地大于同样组成的嘧啶到嘌呤方向的碱基堆集作用。（这里的方向就是常规的从5’端到3’端的方向）。这是因为前者的嘌呤环和嘧啶环重迭面积大于后者的嘧啶环和嘌呤环的重迭面积，这在B型DNA中确是如此。
3、TATA的Tm值最低，在DNA序列中的作用 TATA 的Tm值最低。在真核生物中，常可以在-19到-27的位置上看到一个叫做TATA框的结构（又称Hogness框），这是RNA聚合酶的结合位点。在这里RNA聚合酶和有关蛋白质因子形成转录起始复合物。 生命有机体选择UAA作为最有效的终止密码子绝不是偶然的，因为在64个三联体密码子中，它与反密码子（假定有的话）形成的互补产物UAA AUU的Tm值是最低的一个，即使在生理温度下也是不稳定的。
第五节 DNA双螺旋结构的呼吸作用 1、DNA链的呼吸作用 配对减基之间的氢键处于连续不断的断裂和再生的动态平衡之中，这种过程通常称为DNA链的呼吸作用。 2、呼吸作用强烈的区段 在富含A·T的节段，呼吸作用更为明显，经常发生瞬间的单链泡状结构，这对于某些特殊的蛋白质与DNA发生反应并阅读DNA链内部储藏的信息（包括氨基酸编码）具有重要作用。 3、绽裂 在双链DNA的两端，有3个～7个碱基对经常不同程度地处于单链状态，这种现象叫做绽裂（fraying）。
第一节：DNA携带着两类不同的遗传信息 第二节 DNA的一级结构 第三节 DNA的二级结构 一 、 Watson－Crick右手双螺旋结构 1、主链 2．碱基对 3．螺距 4．大沟和小沟 二、决定双螺旋结构状态的因素 1．氢键 2．碱基堆集力 3. 带负电荷的磷酸基的静电斥力 4. 碱基分子内能
第四节 DNA物理结构的不均一性 一、反向重复序列、 二、富含A/T的序列 三、嘌呤和嘧啶的排列顺序对螺旋结构稳定性的影响 第五节 DNA双螺旋结构的呼吸作用
Sanger于1975年设计的“加减法”，以及他们于1977年所改进的“末端终止法”——即双脱氧链终止法： • 原理： • 使用一种单链的DNA模板 • 一种适当的DNA合成的引物 • 利用了DNA聚合酶所具有的两种催化反应的特性： ①DNA聚合酶能够利用单链的DNA作模板，准确的合成出DNA互补链； ②DNA聚合酶能够利用双脱氧核苷三磷酸作底物，使之参入到寡核苷酸链的3'-末端，从而终止DNA链的生长。
第六节 DNA的变性、复性、杂交和Cot曲线 一、变性 1、变性 大多数天然存在的DNA都具有规则的双螺旋结构，当DNA被加热时或某些试剂（例如尿素、甲酰胺等）的作用下，配对碱基之间氢键和相邻碱基之间的堆集力就会受到破坏，逐步变为近似于无规则的线团构型即变性DNA。 由天然状态到变性状态的转变过程叫做变性，又称为熔解。
