醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)

MolecularBiologyinMedicine醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)制作；董彩虹Thegreatestintellectualrevolutionofthelast40yearsmayhavetakenplaceinbiology.Cananyonebeconsiderededucatedtodaywhodoesnotunderstandalittleaboutmolecularbiology?------F.H.WestheimerChapter1Preface分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)研究的主要內(nèi)容分子生物學(xué)的歷史分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用分子生物學(xué)的主要內(nèi)容分子水平研究生命現(xiàn)象、生命本質(zhì)、生命活動及規(guī)律。包括生物大分子、基因組的結(jié)構(gòu)與功能；基因的復(fù)制、表達(dá)、調(diào)控；細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)；基因工程的各種技術(shù)體系。醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)主要內(nèi)容生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能基因組的結(jié)構(gòu)與功能基因的復(fù)制、表達(dá)、調(diào)控細(xì)胞通訊與細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)；基因工程的各種技術(shù)體系（克隆、測序、雜交、PCR、轉(zhuǎn)基因、DNA芯片）基因與疾病基因診斷與基因治療分子生物學(xué)的歷史一、孕育階段1871年Miescher核素;1900年，Gene1910年，Morgan：Gene存在于染色體上1944年，Avery證實(shí)DNA攜帶遺傳信息。創(chuàng)立階段

二十年代，Levene研究了核酸的結(jié)構(gòu)，并提出了四核苷酸假說。1953年Watson和CrickDNA雙螺旋1958年Crick中心法則1958年，Meselson和StahlDNA半保留復(fù)制。1960年發(fā)現(xiàn)mRNA，DNApol1961年，Jacob和Monod操縱子學(xué)說1961年，Nirenberg破譯第一個(gè)遺傳密碼發(fā)展階段1970年，Temin

和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶。阿爾伯(Arber)、史密斯(Smith)和內(nèi)森斯(Nathans)，發(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶,獲1978年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎。Sanger設(shè)計(jì)測定DNA分子內(nèi)核苷酸序列，1980年與伯格(Berg)（重組DNA技術(shù)）分享

Nobel生理醫(yī)學(xué)獎。1989年Altman、Cech發(fā)現(xiàn)核酶共享Nobel化學(xué)獎.PCR技術(shù)的建立。顯微注射術(shù)開始轉(zhuǎn)基因動物的研究。轉(zhuǎn)基因植物的誕生。基因治療技術(shù)。人類基因組計(jì)劃?？寺⊙虻恼Q生。參考書張蘅主編，醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)，北京醫(yī)科大學(xué)出版社，1999RobertF.Weaver編，分子生物學(xué)，科學(xué)出版社。王琳芳，楊克恭編，醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)原理,高教出版社。王琳芳，楊克恭編，蛋白質(zhì)與核酸，北京醫(yī)科大學(xué)中國協(xié)會醫(yī)科大學(xué)聯(lián)合出版社，1998。Chapter2Structures&functionsofnucleicacid&protein

Nucleicacids

DNAStructures&functionsRNAStructures&functions

ProteinsInteractionbetweenbiopolymer

protein-proteininteractionDNA-proteininteraction第一節(jié)核酸生物大分子（biopolymer）:

nucleicacid、protein、polysaccharose（多糖）。分子量：10~103kD一級結(jié)構(gòu)：基本結(jié)構(gòu)單位的排列順序。

nucleicacid：DNA（deoxyribonucleicacid）RNA（ribonucleicacid）DNAStructures&functions

Primarystructure：DNA分子中核苷酸的排列順序。Secondarystructure：

雙螺旋（doublehelix）

三股螺旋（triplehelix）Tertiarystructure：超螺旋（supercoil）DNAprimarystructure

&function一級結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)：

兩類核酸分子的組成比較嘌呤嘧啶核糖磷酸DNAA，GC，T脫氧核糖磷酸RNAA，GC，U核糖磷酸5’末端的磷酸基團(tuán)3‘，5’-磷酸二酯鍵3‘末端羥基DNA攜帶的遺傳信息

※有功能活性的DNA序列所攜帶的遺傳信息。

※調(diào)控信息：能被各種蛋白質(zhì)分子特異性識別和結(jié)合。DNA的甲基化（MythylationofDNA）原核生物：多為對一些酶切位點(diǎn)的修飾，作用是對自身DNA產(chǎn)生保護(hù)作用。真核生物：在基因表達(dá)調(diào)控中起主要作用。DNASecondaryStructures&functions

1、雙螺旋結(jié)構(gòu)（doublehelix）三股螺旋DNA（triplehelix）三鏈DNA（triplestrandsDNA，tsDNA）1957年由Felesnfeld及Davis首先發(fā)現(xiàn)。三條鏈均為同型嘌呤（homopurine，Hpu）或同型嘧啶（homopyrimidine，Hpy）。兩種基本類型：

Pu-Pu-Py型：在堿性介質(zhì)中穩(wěn)定。

Py-Pu-Py型：在偏酸性介質(zhì)中穩(wěn)定。三鏈DNA既可以是B-DNA與另一條DNA鏈結(jié)合成的鏈間的三鏈DNA，又可以是B-DNA與其自身的一條鏈結(jié)合形成的鏈內(nèi)的三鏈DNA。分子內(nèi)三鏈DNA于1987年由Mirkin在超螺旋中發(fā)現(xiàn)。其形成要求雙螺旋中存在連續(xù)的嘌呤或嘧啶序列，而且必須是鏡像重復(fù)序列。

鏡像重復(fù)序列：由反方向完全相同的兩個(gè)序列組成。5′GGAATCGATCTTTTCTAGCTAAGG3′3′CCTTAGCTAGAAAAGATCGATTCC3′反轉(zhuǎn)重復(fù)（invertedrepeated)：由反方向互補(bǔ)的兩個(gè)DNA片段組成，兩個(gè)反轉(zhuǎn)重復(fù)序列又叫回文序列(palindromesequence)。鏡像重復(fù)(mirrorrepeat)：由反方向完全相同的兩個(gè)序列組成。直接重復(fù)(directrepeat)：由同一方向完全相同的兩個(gè)序列組成。正向重復(fù)序列、順向重復(fù)序列。DNA的三級結(jié)構(gòu)——超螺旋（supercoil）

生物體閉環(huán)DNA都以超螺旋形式存在，如細(xì)菌質(zhì)粒、病毒、線粒體DNA。線性DNA分子或環(huán)狀DNA分子中有一條鏈有缺口時(shí)不能形成超螺旋。超螺旋的意義：緊密，體積更??；能影響雙螺旋的解鏈程序，因而影響DNA分子與其它分子之間的相互作用。真核生物染色體三級結(jié)構(gòu)：RNAStructures&functions

一、mRNA：messengerRNA二、tRNA：transferRNA三、rRNA：ribosomalRNA四、核酶（ribozyme）五、核內(nèi)不均一RNA（heterogeneousnuclearRNA，hnRNA）六、小分子核內(nèi)RNA（smallnuclearRNA，snRNA）七、反義RNA（antisenseRNA）mRNA

原核生物mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1、多順反子（polycistron）:一分子mRNA帶有幾種蛋白質(zhì)的遺傳信息，可以作為幾種蛋白質(zhì)的模板，能翻譯出幾種蛋白質(zhì)。2、mRNA5′端無帽子結(jié)構(gòu),3′端一般無多聚A的尾巴。3、一般沒有修飾堿基。每種順反子是一個(gè)特異的翻譯區(qū)；每個(gè)翻譯區(qū)與核蛋白體之間有一個(gè)獨(dú)立的結(jié)合部位；各個(gè)翻譯區(qū)之間借一段無編碼功能的核苷酸序列相連，5′端、3′端也有非編碼區(qū)。真核生物mRNA結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1、5′末端有帽子結(jié)構(gòu)。2、3′端多數(shù)帶有多聚A的尾巴(polyadenylatetail),其長度為20~200個(gè)A.3、分子中可能有修飾堿基,主要是甲基化.4、分子中有編碼區(qū)與非編碼區(qū)。非編碼區(qū)（untranslatedregionUTR）位于編碼區(qū)的兩端；5′非編碼區(qū)有翻譯起始信號。tRNA：轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸1、單鏈小分子，含73~93個(gè)核苷酸。2、含有很多稀有堿基或修飾堿基。多為甲基化。3、5′端總是磷酸化，且常是pG。4、3′端為CCAOH。5、二級結(jié)構(gòu)為三葉草形。6、三級結(jié)構(gòu)為倒L型。rRNA原核生物真核生物核糖體70S80S小亞基30S40SrRNA16S(1542個(gè)核苷酸)18S（1874個(gè)核苷酸）蛋白質(zhì)21種(占總重量的40%)33種（占總重量的50%）大亞基50S60SrRNA23S(2940個(gè)核苷酸)28S（4718個(gè)核苷酸）5S(120個(gè)核苷酸)5.85S(160個(gè)核苷酸)5S(120個(gè)核苷酸)蛋白質(zhì)31種(占總重量的30%)49種(占總重量的35%)核糖體的組成原核生物16SrRNA3′端有一保守序列ACCUCCU，是mRNA的識別結(jié)合位點(diǎn)。原核生物5SrRNA43~47位核苷酸為CGAAC序列，可與tRNA上GTΨCG互補(bǔ)。真核生物5.8SrRNA上也有相同的CGAAC序列,是tRNA與rRNA相互識別、相互作用的部位。rRNA上有許多rRNA之間識別結(jié)合部位及蛋白質(zhì)的相互作用部位。核酶：有催化活性的RNA1982年，美國ThomasCech在研究四膜蟲rRNA自我剪接時(shí)發(fā)現(xiàn)，同時(shí)加拿大的SidneyAltman

發(fā)現(xiàn)RNaseP分子中的RNA組分有催化活性；1989年分享了Noble化學(xué)獎。不僅拓寬了生物催化劑的領(lǐng)域，而且對RNA的生物學(xué)功能開創(chuàng)了一種歷史性的新認(rèn)識：RNA不僅具有儲存和傳遞遺傳信息的功能，而且還具有生物催化劑的功能，在一定程度上可以說，RNA一身兼有DNA和蛋白質(zhì)兩大類生物大分子的功能。核酶的二級結(jié)構(gòu)對于催化活性很重要。Symons提出“錘頭”（hammerhead）狀二級結(jié)構(gòu)。三個(gè)螺旋區(qū)；13（或11）個(gè)保守核苷酸序列。核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄生成mRNA的前體。加工過程包括：5′加帽；3′端加尾；內(nèi)含子的切除和外顯子的拼接；分子內(nèi)部的甲基化修飾作用；核苷酸序列的編輯作用。小分子核內(nèi)RNA(snRNA)真核細(xì)胞核內(nèi)一組小分子RNA,含70~300堿基,序列中尿嘧啶含量較高,因此又用U命名.既非任何RNA的前體,也非某種RNA代謝的中間產(chǎn)物,而是具有獨(dú)特功能且獨(dú)立存在的實(shí)體,參與mRNA的加工。常與多種特異的蛋白質(zhì)結(jié)合在一起，形成小分子核內(nèi)核蛋白顆粒（smallnuclearribonucleoproteinparticle，snRNP）反義RNA堿基序列正好與有意義mRNA互補(bǔ)的RNA，又稱為調(diào)節(jié)RNA?？膳cmRNA配對結(jié)合形成雙鏈，最終抑制mRNA作為模板進(jìn)行翻譯。還可作為DNA復(fù)制的抑制因子，與引物RNA互補(bǔ)結(jié)合抑制DNA復(fù)制，及在轉(zhuǎn)錄水平上與mRNA5′端互補(bǔ)，阻止RNA合成轉(zhuǎn)錄?？梢匀斯ず铣煞戳xRNA來調(diào)節(jié)基因的表達(dá),用于疾病治療。原核生物中也有一種mRNA干擾互補(bǔ)RNA（MrnainterferingcomplementaryRNA，micRNA），也可與特異mRNA結(jié)合并阻止翻譯。核酸的酚抽提原理：交替使用酚、氯仿兩種蛋白質(zhì)變性劑，更有效去除蛋白質(zhì)。氯仿還可加速有機(jī)相與水相的分層。異戊醇：抑制界面泡沫的形成。標(biāo)準(zhǔn)程序：酚——酚-氯仿——氯仿。核酸的沉淀原理：核酸與鈉、鉀、鎂形成的鹽在許多有機(jī)溶劑中不溶，也不會變性。醋酸鈉為沉淀DNA、RNA的最常用鹽類。有機(jī)溶劑：乙醇、異丙醇、聚乙二醇。溫度：冰水真核細(xì)胞RNA的提取純化一個(gè)典型的哺