医学分子生物学-整理笔记

分子生物学：从分子水平研究生命现象、生命本质、生命活动及其规律的学科。

医学分子生物学：从分子水平研究人体和疾病相关生物在正常和疾病状态下生命活动及其规律、从分子水平开展人类疾病的预防、诊断和治疗研究的科学。

基因：是负责编码RNA或一条多肽链的DNA片段，包括编码序列、编码序列外的侧翼序列及插入序列

结构基因：基因中编码RNA或蛋白质的DNA序列。

顺式作用元件：真核生物生物基因中的调控序列，包括启动子和上游的启动子元件、增强子、反应元件和poly(A)加尾信号

断裂基因：真核生物基因在编码区内含有非编码的插入序列。

基因型：是指逐代传递下去的成对因子的集合，因子中一个来源于父本，另一个来源于母本。

表现型（phenotype）：是指一些容易区分的个体特征的总和

增强子：一段含有多个作用元件，可以特异性的与转录因子结合，增强基因的转录活性的短的DNA序列。

转录：遗传信息从DNA分子抄录到RNA分子的过程

基因组（genome）：泛指一个细胞或病毒的全部遗传信息。

真核生物基因组：指一套完整单倍体DNA（染色体DNA）的全部序列，既包括编码序列，也包括大量存在的非编码序列。

原核生物基因组结构特征：其结构比较简单，通常由环状双链DNA分子组成，具有操纵子结构，基因密度高，编码序列比例大，含有编码同工酶的同基因，不同元和生物基因组中的GC含量变化大。其非编码区域主要是一些调控序列，细菌的基因组可产生转座现象，还含有可以自主复制的质粒DNA。

真核生物基因组结构特征：真核基因组一般比较庞大，结构基因所占的比例小，编码序列就更少，且存在大量重复序列。由染色体DNA和染色体外DNA组成，非编码序列多于编码序列，具有多基因家族和假基因

操纵子（operon）：原核生物的绝大多数结构基因按功能相关性成簇地排列于染色体上，连同其上游的调控区（包括启动子和操作元件）以及下游的转录终止信号共同组成一个基因表达单位。

转座因子类别及其遗传效应：类别：插入序列、转座子、Mu噬菌体。遗传效应：①转座因子的转座不是本身的移动，而是由转座因子复制出一个新拷贝转移到基因组中的新位置上去。②新的转座因子转到靶点后，靶点序列会倍增成为两个靶点序列，并分别排列在转座因子的两侧，形成同向重复序列。③在转座过程中能够形成共合体。④转座因子转座后能促使染色体畸变。⑤转座因子可以从原来位置上切除，这个过程称为切离。⑥转座可引起插入突变。⑦带有标志基因，给受体基因组增添了新的基因。

真核生物基因组重复序列：高达总DNA量的50％。分为1）高重复序列DNA，重复次数可高达数百万次。有卫星DNA和反向重复序列。卫星DNA又分为大卫星DNA、小卫星DNA和微卫星DNA。2）中重复序列DNA：散在分布于基因组中，约占基因组DNA总量的35％，常与单拷贝基因间隔排列

易感基因：是一些微效基因，也就是存在于QTL中的等位基因，它决定的不是疾病本身而是对疾病的遗传易感性，是否发病取决于多遗传因素的累加效应和环境的相互作用

功能基因组学包括①对基因表达图谱的研究②对基因产物的功能的研究③对基因组多样性的研究④对疾病相关基因的再测序⑤单核苷酸多态性的研究

DNA损伤：DNA分子结构（碱基、脱氧核糖、磷酸）的任何异常改变

DNA重排：DNA分子内发生较大片段的交换，可以在同一染色体的两条链间发生，也可以在不同染色体之间发生，且DNA重排可以是原来的方向或者颠倒的方向。

DNA损伤修复的主要修复方式①直接修复：最简单②切除修复：最常见③重组修复：损伤较多④SOS修复：损伤严重应急修复。

真核生物诱导修复主要机制：细胞周期检查点控制。概念：细胞周期中从DNA复制到细胞分裂每一时期转折都会受到严密监控，此机制称细胞周期检查点控制。作用：对DNA损伤做出应答。结果：暂时阻断细胞周期，诱导细胞停滞，防止受损DNA继续复制，同时诱导DNA损伤修复；若无法修复则诱导

细胞进入凋亡

管家基因：在生物体的生命全过程中及几乎所有细胞中持续表达的基因，这些基因的表达的量是持续的、恒定的。

诱导表达：在特定环境信号刺激下，有些基因的表达表现为开放或增强，这种表达方式称为诱导表达。

阻遏表达：在特定环境信号刺激下，有些基因的表达表现为关闭或下降，这种表达方式称为阻遏表达。

协调表达：在生物体内，在一定机制控制下，功能相关的一组基因，协调一致，共同表达，使各种代谢途径有条不紊的进行，即协调表达。

基因表达调控：根据机体生长、发育、繁殖的需要，结构基因在细胞中随着环境的变化，有规律的选择性、程序性、适度的表达，以适应环境，发挥其生理功能的过程。

反式作用因子：真核细胞内含有的主要功能是使基因开放或关闭的一些序列特异性的DNA结合蛋白。

负调控：阻遏蛋白结合于DNA后抑制转录，这种基因表达调控方式称为~

正调控：调控蛋白结合于特异DNA序列后促进基因的转录，这种基因表达调控方式称为~

原核生物乳糖操纵子的转录调控机制：

结构基因： Z基因：编码β－半乳糖苷酶。Y基因：编码透酶。A基因：编码半乳糖苷乙酰化酶。调控元件：启动子（P），操纵元件（O），CAP结合序列。调节基因（I）：编码阻遏蛋白。2、功能：使细菌可以利用乳糖作为生长能源。3、调控机制：1）阻遏蛋白引起的负性调节（乳糖的影响）：A.没有乳糖存在时，lac操纵子处于关闭状态；B.当有乳糖存在时，乳糖转变为半乳糖，诱导阻遏蛋白变构失活，lac操纵子开放2）CAP蛋白引起的正性调节（受葡萄糖的调节）A．CAP（正调控蛋白）：分解代谢物基因激活蛋白B．CAP是同二聚体，有DNA的结合区及cAMP的结合位点C. CAP与cAMP结合以后被激活D．葡萄糖浓度高时，cAMP降低；葡萄糖浓度低时，cAMP升高3）协调调节：A、lac操纵子中阻遏蛋白的负性调节和CAP蛋白的正性调节互相协调，共同调控lac操纵子。B、乳糖操纵子是弱启动子，与RNA聚合酶的结合必须要CAP蛋白的辅助。如果没有CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵元件结合，操纵子仍无转录活性。C、当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用。D、单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源，若有葡萄糖或乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖。4）乳糖操纵子协调调节机制：a有葡萄糖，有乳糖，lac操纵子关闭b有葡萄糖，没有乳糖，lac操纵子关闭c没有葡萄糖，没有乳糖，lac操纵子关闭d没有葡萄糖，有乳糖，lac操纵子开放

真核生物基因表达在转录水平的调控：转录水平的调控是真核生物基因表达调控中最重要环节。②调控作用主要是通过反式作用因子，顺式作用元件和RNA聚合酶的相互作用来完成的。③调控方式主要是反式作用因子通过结合顺式作用元件后影响转录起始复合物的形成。其中转录起始复合物的形成是转录的可调控环节。

方式作用因子是调控基因表达的DNA结合蛋白
方式作用因子具有三个基本特征：（1）具有三个功能结构域：DNA结合域、转录活性域及结合其他蛋白结合域（2）能识别并结合基因调控区中顺式作用元件（3）基因表达有正性和负性调控作用。
方式作用因子激活方式多样：表达式调节、共价修饰、配体结合、蛋白与蛋白相互作用
方式作用因子与顺式作用元件结合发挥调节功能
反式作用因子的组合性调控使调控更加精确。
反式作用因子的作用方式有多种模式
反式作用因子结构域具有多种结构模式

反式作用因子的基本特征和调节方式：基本特征（1）具有三个功能结构域：DNA结合域、转录活性域及结合其他蛋白结合域（2）能识别并结合基因调控区中顺式作用元件（3）基因表达有正性和负性调控作用。反式作用因子与顺式作用元件结合后促进或抑制基因的表达。调节方式（1）反式作用因子与顺式作用元件结合发挥调节作用（2）反式作用因子的组合性调控使调控更加精确。

信号转导——细胞通过受体接收胞外信号分子的刺激，经过复杂的胞内应答反应，影响细胞生物学功能的过程。

受体的概念——是信息分子的接收分子，它们的化学本质是存在于细胞表面或细胞内的蛋白分子。

G蛋白循环——正常G蛋白以无活性的三聚体存在，当配体与受体的结合改变受体构象，再引起G蛋白构象改变，α亚基与GDP的亲和力下降，释放GDP，与GTP结合，与βγ亚基解离，成为活化状态的α亚基，α亚基再激活细胞内的各种效应分子，将信号进一步传递；α亚基具有内在GTP酶活性，将GTP水解成GDP，α亚基重新与βγ亚基结合形成三聚体，回到静止状态，G蛋白这种有活性和无活性状态的转换称为G蛋白循环。

细胞与细胞间的通讯方式；①细胞间隙连接通讯。②膜表面分子接触通讯。③化学信号介导的通讯。

受体的作用、特点及分类；受体有两个方面的作用：一是识别外源信息分子，二是将配体的信号进行转换，传递至其它分子，引起细胞的应答。受体的特点：高度特异性、高亲和力、可饱和性、可逆性受体按照其在细胞内的位置分类：细胞表面受体和细胞内受体

负责信号在细胞内传递与转换的信号转导分子；

蛋白激酶和蛋白磷酸酶：蛋白质活性的开关系统（磷酸化和去磷酸化）

G蛋白：GTP/GDP开关作用。

信号转导复合物：由衔接蛋白和支架蛋白形成

G蛋白偶联受体信号转导途径的基本步骤；

①配体与受体结合 ②受体活化G蛋白 ③G蛋白激活或抑制效应分子 ④效应分子改变第二信使的含量与分布 ⑤第二信使作用于相应的靶分子，使之构象改变，从而改变细胞的代谢过程及基因表达等功能。

胰岛素受体介导的信号转导的主要步骤。

①受体二聚体的形成及其磷酸化 ②募集街头蛋白Grb2 ③Grb2的SH3募集SOS ④Ras的活化 ⑤MAPK的级联激活 ⑥转录因子的磷酸化及其转录调控作用

细胞周期——大多数真核细胞经过一系列有序事件，使细胞体积增大，染色体复制，并且分裂成两个各含有一套完整的染色体的子代细胞

细胞凋亡——是机体细胞在正常生理或病理状态下发生的一种自发的程序化死亡过程。

细胞周期及细胞周期中的关卡；

细胞周期四个时期：G1期，S期，G2期，M期

四个关卡：G1晚期的限制点，G1-S转折和G2-S转折的DNA损伤关卡，有丝分裂中期关卡（又称纺锤体组装关卡）

细胞周期中关卡的作用；

G1晚期限制点：监控G1期细胞大小及环境中是否有生长因子，细胞生长大足够大；

G1-S处关卡：监控DNA是否损伤；

G2-M处关卡：监控DNA是否损伤及DNA是否已正确、完全的复制；

有丝分裂中期关卡：监控姐妹染色体是否已稳定地附着在纺锤体上。

细胞周期的调控蛋白质；

（1）周期蛋白；（2）周期蛋白依赖性激酶；（3）周期蛋白-周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CKI）； (4) RB及E2F-DP1转录因子；（5）调节Cdk磷酸化和去磷酸化的蛋白激酶和磷酸酶；（6）泛素和使蛋白质泛素化的酶。

凋亡途径中的胱天蛋白酶级联反应；

Egl----抑制---Ced9---抑制---Ced4---活化---Ced3---凋亡

细胞调亡的形态学变化；

由于细胞缩小而丧失与周围细胞接触，染色质固缩在核膜附近，细胞骨架崩解，核膜消失，DNA断裂成片段，细胞膜起泡，最终细胞解体为许多由细胞膜包裹的凋亡小体，并被周围的健康细胞或吞噬细胞吞噬。

细胞凋亡与细胞死亡的区别。

最重要的区别就是凋亡过程中细胞内的物质自始自终并无外流，很少引起炎症反应；坏死过程中细胞肿胀、破裂、内容物外流而导致炎症反应，

基因工程：将基因进行克隆，利用克隆基因表达，制备特定的蛋白或多肽产物或定向改造细胞乃至生物个体特性所用的方法及相关工作。

DNA重组：不同来源的DNA分子通过末端共价连接，形成重新组合的DNA分子的过程。

克隆载体：携外源DNA入宿主细胞实现外源DNA的克隆和扩增的载体。

质粒：存在于包括细菌，酵母在内的多种微生物中，在宿主细胞的染色体外以稳定的方式遗传。

转化：指将质粒或其他外源DNA导入处于感受态的宿主菌，并使其获得新的表型的过程。

转导：用噬菌体或细胞病毒介导的遗传信息的转移过程。

转染：真核细胞主动摄取或被动导入外源DNA片段而获得新的表型过程。

表达系统：通过导入目的基因从而获得所需要的蛋白或多肽片段，包括表达载体及表达构件。

限制性核酸内切酶及其识别位点特征: 具有回文序列结构

质粒载体应该具备的特性：1.分子量相对较小，能在细菌内稳定存在，有较高的拷贝数。2.具有一个以上的遗传标志。3.具有多个限制性内切酶的单一切点，便于外源基因的插入。

基因工程技术的基本过程：1.制备目的基因和相关载体。2.将目的基因和有关载体进行连接。3.将重组的DNA导入受体细胞。4.DNA重组体的筛选和鉴定。5.DNA重组体的扩增，表达和其他研究。

表达载体: 用来在受体细胞中表达（转录和翻译）外源基因的载体。

基因组文库: 指将某种生物的整个基因组DNA切割成大小合适的片段，并将所有这些片段都与适当的载体连接，引入相应的宿主细胞中保存和扩增,所获得的重组子群体的总称。

CDNA文库: 将生物特定的组织器官或特定发育时期的全部mRNA反转录成cDNA，各cDNA分别插入载体形成重组子，再导入宿主细胞克隆扩增。这些重组子内的cDNA的集合即cDNA文库。

DNA连接酶及其在基因工程中的主要用途

DNA连接酶是能催化双链DNA片段靠在一起的3’羟基末端与5’磷酸基团末端之间通过形成磷酸二脂键，使两末端连接的一种核酸酶。它能连接目的基因和载体从而构成重组子。

DNA聚合酶I在基因工程中的主要用途

1. 5’—3’DNA聚合酶活性。2. 5’—3’外切酶活性。 3. 3’— 5’外切酶活性

基因突变的概念，类型及其遗传性效应

基因突变：在基因的特定DNA序列中，其碱基组成及排列顺序可因机体内外因素的作用发生改变，导致DNA一级结构发生改变，改变基因结构，形成基因突变。包括: 点突变，缺失，插入，倒位，配子突变和体细胞突变，动态突变。

其遗传性效应：1.基因突变引起遗传密码的改变（错义突变，无义突变，同义突变，移码突变）2.基因突变影响hnRNA的剪切。

功能克隆及定位克隆的概念

功能克隆：利用蛋白质的表达及功能信息分离未知基因的方法叫未知基因的功能克隆。

定位克隆：利用基因在染色体的位置信息分离鉴定未知基因的策略。

基因结构和表达与疾病的研究策略

1.通过结构分析确定基因变异在疾病发生中的作用。2.通过基因表达水平分析确定基因在疾病发生中的作用。3.通过功能学研究确定基因在疾病中的作用。

功能克隆及定位克隆的方法

功能克隆：1.通过纯化蛋白质的氨基酸序列信息分离鉴定未知基因。2.通过蛋白质的抗原抗体反应分离鉴定未知基因。3.通过mRNA的差异分离鉴定未知基因。

定位克隆1.用遗传分析和染色体断裂点分析对疾病基因定位 2.利用HGP数据进行靶区域的基因组分析 3.通过编码序列筛选鉴定基因 4.采用突变分析技术筛选致病突变

基因诊断的基本技术：核酸分子杂交和PCR扩增

基因诊断：利用分子生物学技术，从DNA/RNA水平检测基因的存在，分析基因的结构变异和表达状态，从而对疾病作出诊断。

Southern印迹：用于DNA的检测，不但能检测出特异的DNA片段，还能进行定位和测定分子量，可用于基因的限制性内切酶图谱分析、基因突变分析等。

Northern印迹:杂交用于RNA的检测，能对组织细胞中总RNA或mRNA进行定性和定量分析

斑点杂交:既可检测DNA也可检测RNA，用于基因组中特定基因及其表达的定性和定量分析，方法简单、快速、灵敏、样品用量少；缺点是不能鉴定所分析基因的分子量，特异性较低、有一定比例的假阳性。

原位杂交：是细胞学技术与核酸杂交结合的一种核酸分析检测技术。用标记核酸探针与细胞涂片、压片、细胞悬液滴片或组织切片上具有互补序列的单链DNA或RNA进行杂交，然后通过放射自显影或酶底物显色或激发荧光等方法检测待测核酸分子。

限制性片断长度多态性：基因突变导致的基因碱基组成或（和）顺序发生改变，会在基因结构中产生新的限制性内切酶位点或使原有的限制性内切酶位点消失。因此，突变基因在经过相应的限制性内切酶水解后，其电泳条带的数量和大小就会发生改变，根据这些改变可以判断出突变是否存大。

对不同的疾病需要采用不同的基因诊断策略：对致病基因已经找到、发生机制也基因清楚的疾病，可以通过直接检测致病基因进行基因诊断；对致病基因还没有找到、发生机制不清，但致病基因已经定位于染色体或基因组的特定区域的疾病，可以通过检测致病基因的连锁遗传标记进行基因诊断；对过些多因素、多基因疾病，则要通过检测表型克隆基因进行基因诊断；还有的疾病可能并没有基因结构的变异，但由于受内外环境因素影响，其表达发生了改变，导致相应蛋白质过多或过少而引起的疾病，就需要通过基因表达的定量分析进行基因诊断。

通过致病基因的检测诊断疾病

通过连锁遗传标志检测诊断疾病

通过表型克隆建立疾病基因诊断指标

通过基因表达的定量分析诊断疾病

遗传标记的选择一般遵守的两条基本原则：1、多标记原则（要求选择多个与致病基因连锁的遗传标记，这样可以增加信息量，提高间接基因诊断结果的可靠性）2、近距离原则（要求首选位于基因内的遗传标记，基因外遗传标记由于离致病基因较远，有可能发生基因重组而影响判断的可靠性）

基因诊断技术检测肿瘤：1、检测肿瘤染色体异位及融合基因。2、检测癌基因和抑癌基因。3、检验肿瘤相关病毒。4、检测肿瘤标志物基因或mRNA。

基因治疗：是指将目的基因导入靶细胞内，成为宿主细胞遗传物质的一部分，目的基因表达产物对疾病起治疗作用。

基因置换：或称基因矫正是，是指将特定的目的基因导入特定的细胞，通过定位重组，以导入的正常基因置换基因组内原有的缺陷基因。基因置换的目的是纠正缺陷基因，将缺陷基因的异常序列进行矫正，对缺陷基因的缺陷部位进行精确的原位修复，不涉及基因组的任何改变。

针对不同疾病可以采用不同的基因治疗策略：1、基因置换可以矫正缺陷基因。2、基因添加使细胞表达原来不能表达的蛋白。3、基因干预是抑制特定基因的表达。4、导入自杀基因可产生细胞自杀效应。5、基因修饰能够改变细胞的功能特性。

反义RNA：是指与mRNA互补的RNA分子，也包括其它RNA互补的RNA分子。

RNA干扰：指短双链RNA诱导的同源mRNA的降解过程，从而抵制该基因的表达。

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