概要信息：

目　录
第一章　绪论 （１）
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第二章　染色体与ＤＮＡ （６）
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第三章　生物信息的传递（上）———从ＤＮＡ到ＲＮＡ （４３）
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第四章　生物信息的传递（下）———从ｍＲＮＡ到蛋白质 （６０）
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第五章　基因的表达与调控（上）———原核基因表达调控模式 （７６）
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第六章　基因的表达与调控（下）———真核基因表达调控 （９９）
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第七章　分子生物学基本研究法（上）———ＤＮＡ、ＲＮＡ及蛋白质操作技术 （１２３）
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第八章　分子生物学研究法（下）———基因功能研究技术 （１３８）
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第九章　疾病与人类健康 （１５３）
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第十章　基因与发育 （１７１）
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第十一章　基因组与比较基因组学 （１９１）
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第一章　绪　论
【考情分析】
１．重要程度：
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２．常考题型：名词解释、判断、填空、简答、论述
３．分值权重：名词解释５－６分，判断或选择２分，简答１０－１５分。
４．重难点分析：
本章重点：分子生物学概念的理解和分子生物学重大发现的意义。
本章难点：分子生物学概念的的准确理解、未来分子生物学的发展趋向。
【主要内容】
第一节　分子生物学发展的基础
第二节　分子生物学发展简史
第三节　分子生物学研究的主要内容
第一节　分子生物学发展的基础
【考试要点】
分子生物学建立时期重要事件及其学说：
·创世说
·进化论
·细胞学说
·生物化学
·遗传学
一、创世说和进化论
３个与一切生物学现象有关的问题：
生命是怎样起源的？
为什么“有其父必有其子”？
动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而来的？
直到１９世纪初，只能用迷信或宗教回答。１９世纪末，达尔文生物进化学说，成为生物学发展史上
的伟大创举之一。
二、细胞学说的建立
十七世纪末十八世纪初，荷兰的Ｌｅｅｕｗｅｎｈｏｅｋ制作了世界上第一台显微镜，并观察了诸多生物样
—１—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
本。大约与其同时代的Ｈｏｏｋｅ第一个提出“细胞”一词。
十九世纪，德国植物学家Ｓｃｈｌｅｉｄｅｎ和动物学家Ｓｃｈｗａｎｎ建立了细胞学说。
他们认为：所有组织的最基本单元是形状非常相似而又高度分化的细胞。细胞的发生和形成是
生物界普遍和永久的规律。
三、经典的生物化学和遗传学
进化论和细胞学说的结合，产生了现代生物学。而以研究动、植物遗传变异规律为目标的遗传学
和以分离纯化、鉴定细胞内含物质为目标的生物化学则是这一学科的两大支柱。
（一）经典的生物化学的成就
十九世纪，人们就已经发现了蛋白质。到二十世纪初，组成蛋白质的２０种氨基酸被相继发现。
Ｆｉｓｈｅｒ还论证了连接相邻氨基酸的“肽键”的形成。细胞的其他成分，如脂类、糖类和核酸也相继被认
识和部分纯化。
１８６９年，Ｍｉｓｅｓｃｈｅｒ首次从莱茵河鲑鱼精子中分离到ＤＮＡ。
１９１０年，德国科学家Ｋｏｓｓｅｌ首先分离得到了腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸。
（二）经典遗传学的建立和发展
１８６５年，奥地利科学家孟德尔（ＧｒｅｇｏｒＭｅｎｄｅｌ）发表了《植物杂交试验》一书，提出了遗传学的两
条基本规律：统一律和分离律。他认为：生物的每一种性状都是由遗传因子控制的，这些因子可以从
亲代到子代，代代相传。
１９０９年，丹麦遗传学家Ｗ．Ｊｏｈａｎｎｓｅｎ首先使用“基因”一词。
二十世纪初，美国遗传学家Ｍｏｒｇａｎ提出了基因学说。他指出：种质必须由独立的要素组成，我们
把这些要素称为遗传因子，或者简单地称为基因。Ｍｏｒｇａｎ及其助手发现了连锁遗传规律，并且第一次
将代表某一性状的基因，同某一特定的染色体联系起来。
第二节　分子生物学发展简史
【考试要点】
重要概念
证明遗传物质的几个实验
ＤＮＡ结构及复制方式
遗传信息传递的中心法则
分子生物学：
研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学。
研究水平：分子水平
研究对象：一切生命形式
１９２８年英国科学家Ｇｒｉｆｉｔｈ等人发现肺炎链球菌可以引起肺炎，导致小鼠死亡。
—２—
１９４４年美国微生物学家 Ａｖｅｒｙ通过肺炎链球菌对小鼠的感染实验，证明 ＤＮＡ是遗传信息的
载体。
１９５３年Ｗａｔｓｏｎ和 Ｃｒｉｃｋ提出 ＤＮＡ右手双螺旋模型，于 １９６２年和 Ｗｉｌｋｉｎｓ共享诺贝尔生理医
学奖。
同年，Ｓａｎｇｅｒ首次阐明了胰岛素的一级结构，开创了蛋白质序列分析的先河，他于１９５８年获诺贝
尔化学奖。
１９５８年，Ｍｅｓｅｌｓｏｎ和Ｓｔａｈｌ提出了ＤＮＡ的半保留复制。
１９５４年Ｃｒｉｃｋ提出遗传信息传递的中心法则。
１９６１年，法国科学家Ｊａｃｏｂ和Ｍｏｎｏｄ提出了调节基因表达的操纵元（ｏｐｅｒｏｎ）模型，１９６５年获得诺
贝尔生理医学奖。他们还首次提出了信使核糖酸（ｍＲＮＡ）的存在及作用。
同年，Ｎｉｒｅｎｂｅｒｇ等人应用合成的ｍＲＮＡ分子［ｐｏｌｙ（Ｕ）］破译出第一批遗传密码。
１９６６年，美国科学家Ｎｉｒｅｎｂｅｒｇ等人破译了全部的ＤＮＡ遗传密码，１９６９年与Ｈｏｌｅｙ和Ｋｈｏｒａｎａ分
享了诺贝尔生理医学奖。
１９６７年发现了可将ＤＮＡ连接起来的ＤＮＡ连接酶。
１９７０年Ｓｍｉｔｈ、Ｑｉｌｃｏｘ及Ｋｅｌｅｙ分离到第一种可以在ＤＮＡ特定位点将ＤＮＡ分子切开的限制性核
酸内切酶。同年，美国人Ｔｅｍｉｎ和Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ发现ＲＮＡ肿瘤病毒中存在逆转录酶，他们于１９７５年共享
诺贝尔生理学奖。
１９７２年，Ｂｅｒｇ、Ｂｏｙｅｒ等人第一次成功地完成了ＤＮＡ重组实验。
１９７４年，首次实现了异源真核生物的基因在大肠杆菌中的表达。
１９７５～１９７７年，美国人Ｓａｎｇｅｒ和Ｇｉｌｂｅｒｔ发明了快速ＤＮＡ序列测定技术，并于１９７７年完成了噬菌
体ΦＸ１７４基因组（５３８６ｂｐ）的序列测定。１９８０年Ｓａｎｇｅｒ和Ｇｉｌｂｅｒｔ与Ｂｅｒｇ分享了诺贝尔化学奖。
１９７６年ｃＤＮＡ克隆技术的建立，使分子生物学更加迅速广泛地渗透到医学各学科，发展了各学科
的分子理论基础。
１９８２年Ｐｒｕｓｉｎｅｒ提出“感染性蛋白质颗粒”的存在；次年将这种蛋白颗粒命名为阮病毒蛋白（ｐｒｉｏｎ
ｐｒｏｔｅｉｎ，ＰｒＰ）。
１９９７年，Ｐｒｕｓｉｎｅｒ因为发现朊病毒而获得诺贝尔生理医学奖。
１９８４年，德国免疫学家ＧｅｏｒｇｅｓＫ．ｈｌｅｒ、阿根廷裔美国生物化学家 ＣéｓａｒＭｉｌｓｔｅｉｎ和丹麦免疫学家
ＮｉｅｌｓＫａｉＪｅｒｎｅ由于发展了单克隆抗体技术而分享了诺贝尔生理医学奖。
１９８６年，美国Ｃｅｔｕｓ公司人类遗传研究室的年轻科学家 Ｋａｒｙ．Ｂ．Ｍｕｌｉｓ发明了 ＰＣＲ技术。１９９３
年Ｍｕｌｉｓ与第一个设计定点突变的Ｓｍｉｔｈ共享了诺贝尔化学奖。
２００２年１２月１０日第一百零二届诺贝尔奖颁发。美国科学家约翰·芬恩（ＪｏｈｎＢ．Ｆｅｎｎ，美国科
学家，１９１７年－）、日本科学家田中耕一（ＫｏｉｃｈｉＴａｎａｋａ）、瑞士科学家库尔特·维特里希（Ｋｕｒｔ
Ｗüｔｈｒｉｃｈ）教授因发明了对生物大分子进行确认和结构分析、质谱分析的方法，而共同获得诺贝尔化
学奖。
２００３年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家保罗·劳特布尔和英国科学家彼得·曼斯菲尔
德，以表彰他们在核磁共振成像技术领域的突破性成就。他们的成就是医学诊断和研究领域的重大
—３—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
成果。西澳大利亚大学（ＵＷＡ）临床医学教授－－ＢａｒｙＪ．Ｍａｒｓｈａｌ，长期从事胃溃疡的临床诊断、治
疗及分子机理等问题的研究。由于 Ｍａｒｓｈａｌ教授在这些领域的突出贡献，２００５年他与 Ｊ．Ｒ．Ｗａｒｅｎ
教授共同分享了诺贝尔生理与医学奖。
当年，他与Ｊ．Ｒ．Ｗａｒｅｎ教授合作研究时，亲自吃下幽门螺杆菌（Ｈｅｌｉｃｏｂａｃｔｅｒｐｙｌｏｒｉ）。
第三节　分子生物学的主要研究内容
【考试要点】
学科发展趋势
功能基因组学
蛋白质组学及蛋白质功能
生物信息学
一、核酸的分子生物学
核酸的分子生物学研究核酸的结构及其功能。由于核酸的主要作用是携带和传递遗传信息，因
此分子遗传学（ｍｏｌｅｃｕｌａｒｇｅｎｅｔｉｃｓ）是其主要组成部分。
由于５０年代以来的迅速发展，该领域已形成了比较完整的理论体系和研究技术，是目前分子生
物学内容最丰富的一个领域。研究内容包括核酸／基因组的结构、遗传信息的复制、转录与翻译，核酸
存储的信息修复与突变，基因表达调控和基因工程技术的发展和应用等。遗传信息传递的中心法则
（ｃｅｎｔｒａｌｄｏｇｍａ）是其理论体系的核心。
二、蛋白质的分子生物学
蛋白质的分子生物学研究执行各种生命功能的主要大分子──蛋白质的结构与功能。尽管人类
对蛋白质的研究比对核酸研究的历史要长得多，但由于其研究难度较大，与核酸分子生物学相比发展
较慢。近年来虽然在认识蛋白质的结构及其与功能关系方面取得了一些进展，但是对其基本规律的
认识尚缺乏突破性的进展。
三、细胞信号转导的分子生物学
细胞信号转导的分子生物学研究细胞内、细胞间信息传递的分子基础。构成生物体的每一个细
胞的分裂与分化及其它各种功能的完成均依赖于外界环境所赋予的各种指示信号。在这些外源信号
的刺激下，细胞可以将这些信号转变为一系列的生物化学变化。
例如蛋白质构象的转变、蛋白质分子的磷酸化以及蛋白与蛋白相互作用的变化等，从而使其增
殖、分化及分泌状态等发生改变以适应内外环境的需要。
本章【经典试题】
１．什么是分子生物学？
２．基因的研究经历了哪几个阶段？每个阶段的研究内容是什么？
—４—
３．分子生物学的发展经历了哪几个阶段？
４．２１世纪分子生物学有怎样的发展趋向？
５．下列研究或发明中哪一项未曾获得过诺贝尔奖（　）
Ａ．朊病毒　　　　　　Ｂ．ＰＣＲ　　　　　　Ｃ．ＲＮＡ干扰　　　　　　Ｄ．克隆羊多莉
（南京大学２００８年试题）
６．请你描述两个经典实验来证明遗传物质是ＤＮＡ而不是蛋白质。（武汉大学２００８年试题）
７．述２００６年诺贝尔生理学奖的获得者的主要贡献和这一成果的主要应用领域。（１６分）（浙江
大学２００８年试题）
【本章小结及复习思路】
重点内容：
１．分子生物学建立的学科基础
２．分子生物学的发展历程
３．分子生物学研究的主要内容
【本章复习思考题】
１．孟德尔、摩尔根和沃森对分子生物学发展的贡献。
２．试述“有其父必有其子”的生物学本质。
３．早期主要有哪些实验证实ＤＮＡ是遗传物质？这些实验的主要步骤。
—５—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
第二章　染色体与 ＤＮＡ
【考情分析】
１．重要程度：
!!!!!
２．常考题型：名词解释、判断、填空、简答、论述、论述
３．分值权重：名词解释５－６分，判断或选择２分，简答１０－１５分。
４．重难点分析：
本章重点：细胞内的遗传物质、ＤＮＡ的化学组成与结构、ＤＮＡ双螺旋结构模型、ＤＮＡ的复制、真核
和原核细胞ＤＮＡ的复制的差别、ＤＮＡ的修复和转座。
本章难点：准确理解并掌握各概念。
【主要内容】
第一节　染色体
第二节　ＤＮＡ的结构
第三节　ＤＮＡ的复制
第四节　原核和真核生物ＤＮＡ的复制特点
第五节　ＤＮＡ的修复
第六节　ＤＮＡ的转座
第一节　染色体
【考试要点】
染色体概念的建立
真核细胞染色体的组成、核小体、组蛋白、非组蛋白
原核生物染色体
【主要内容】
一、染色体的概念
二、真核细胞染色体的组成
三、原核生物基因组
一、染色体的概念
１．染色体概念的建立
孟德尔的工作被认为是生物学史上最重大的发现之一，然而他的工作在沉没３０多年以后才被人
们重新发现，这其中非常重要的一点是，在孟德尔时代没有一个人知道基因的物理结构是怎样的，它
们位于细胞中的什么地方，它们又是怎样从亲代传到子代的，等等。也就是说至１８６６年的时候还没
—６—
有关于染色体、有丝分裂及减数分裂的描述。
孟德尔定律重新发现后，有大量的杂交实验证明他的理论是正确的，这样就迫使人们去思考、去
研究孟德尔的遗传因子究竟是什么，它的结构是怎样的，它们在细胞的什么地方，细胞中什么样的结
构与假设的遗传因子（基因）是相一致的等等。
在孟德尔的工作被重新发现后的１９０３年，Ｗ．Ｓｕｎｔｏｎ和Ｔ．Ｂｏｖｅｒｉ各自独立地认识到，染色体从一
代到一代的传递方式与基因从一代到一代的传递方式有着密切的平行关系。为了解释这种相关性，
他们提出了基因位于染色体上的假设，即遗传的染色体学说（Ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｔｈｅｏｒｙｏｆｈｅｒｅｄｉｔｙ）。
遗传学发展的重要里程碑正是由于接受了这一概念，即细胞学提供的在显微镜下可以看到的染
色体的行为与杂交实验的遗传因子的行为相关联，它标志着遗传学与细胞学的结合。直到今天，这一
学说仍然是遗传分析最本质的一部分。
２．染色体概念
染色体—遗传物质的主要载体。
染色体在遗传上起着主要作用，因为亲代能够将自己的遗传物质以染色体（ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ）的形式
传给子代，保持了物种的稳定性和连续性。
３．染色质与染色体
染色质（ｃｈｒｏｍａｔｉｎ）是存在于真核生物间期细胞核内的一种易被碱性染料着色的无定形物质，是
伸展开的ＤＮＡ蛋白质纤维，每一条染色体是由一个线性的、完整的、双螺旋的 ＤＮＡ分子，加上围绕其
中的组蛋白和非组蛋白所组成的，是细胞分裂间期遗传物质的存在形式。
染色体（ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ）则是染色质在细胞分裂过程中经过紧密缠绕、折叠、凝缩、精巧包装而成的
具有固定形态的遗传物质存在形式，是高度螺旋化的ＤＮＡ蛋白质纤维。
染色质和染色体是真核生物遗传物质存在的两种不同形态，两者不存在成分上的差异，仅反映它
们处于细胞分裂周期的不同功能阶段而已。
染色体这一概念除指真核生物细胞分裂中期具有一定形态特征的染色质外，现在已扩大为包括
原核生物及细胞器在内的基因载体的总称。
４．原核生物染色体
大部分原核生物的染色体形态比较简单，它只是一条裸露的或与少数蛋白质结合的ＤＮＡ或ＲＮＡ
双链或单链分子。
—７—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
５．染色体数目
每一种生物的染色体数目是恒定的。多数高等动植物是二倍体（ｄｉｐｌｏｉｄ），也就是说，每一体细胞
中有两组同样的染色体，用２ｎ表示；亲本的每一配子带有一组染色体，叫单倍体（ｈａｐｌｏｉｄ），用ｎ表示。
如人的染色体是４６（２ｎ＝４６），果蝇的染色体是８（２ｎ＝８）。但多数微生物的营养体是单倍体，如链孢
霉的单倍体染色体数是７（ｎ＝７）。同一物种内每条染色体所带 ＤＮＡ的量是一定的，但不同染色体或
不同物种之间变化很大，比如，人 Ｘ染色体有１．２８亿个核苷酸对，而 Ｙ染色体只有０．１９亿个核苷
酸对。
人类２２对染色体及性染色体显微结构图
人类基因组各条染色体中碱基对数量和推导的功能基因数量对照
染色体编号 长度（Ｍｂｐ） 估计的基因数
１ ２２０ ３４５３
２ ２４０ ２９５４
３ ２００ ２４２７
４ １８６ １８６１
５ １８２ ２１３６
６ １７２ ２２５７
７ １４６ １８３１
８ １４６ １５６０
９ １１３ １５３７
１０ １３０ １６５３
１１ １３２ ２１８５
１２ １３４ １８６１
—８—
续表
染色体编号 长度（Ｍｂｐ） 估计的基因数
１３ ９９ １０３２
１４ ８７ １２８３
１５ ８０ １１９８
１６ ７５ １４２１
１７ ７８ １５４５
１８ ７９ ８２６
１９ ５８ １６７５
２０ ６１ ９８６
２１ ３３ ４４９
２２ ３６ ８３５
Ｘ １２８ １４６５
Ｙ １９ ２１０
总长 ２９０７ ３９１１４
表２－１　主要动、植物种类的染色体数
物种 单倍体染色体数 物种 单倍体染色体数
人 ２３ 线虫 １１／１２（Ｍ／Ｆ）
猿猴 ２１ 酵母 ８左右
牛 ３０ 绿藻 １０左右
狗 ３９ 洋葱 ８
猪 １９ 大麦 ７
马 ３２ 水稻 １２
小鼠 ２０ 玉米 １０
大鼠 ２１ 龙头花 ８
荷兰猪 ３２ 番茄 １２
兔 ２２ 烟草 ２４
鸡 ３９ 菜 豆 １１
鳄鱼 １６ 松树 １２
蚕 ２８ 红叶草 ７
淡水螅 １６ 家蝇 ６
细菌 １ 果蝇 ４
猫 １９ 狐 １７
着丝粒位
"
英文名称
中间Ｍｅｔａｃｅｎｔｒｉｃ　Ｃｅｎｔｒｏｍｅｒｅ
—９—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
偏上Ｓｕｂｍｅｔａｃｅｎｔｒｉｃ　Ｐ－ａｒｍ
靠近末端Ａｃｒｏｃｅｎｔｒｉｃ　ｑ－ａｒｍ
６．染色体的特征
作为遗传物质，染色体具有如下特征：
①分子结构相对稳定；
②能够自我复制，使亲子代之间保持连续性；
③能够指导从而控制整个生命过程；
④能够产生可遗传的变异。
本讲【经典试题】
名词解释
１．染色体（浙江大学２００１年试题）
２．染色质（江苏大学２００５年试题）
【本讲复习思考题】
染色体具备哪些作为遗传物质的特征？
二、真核细胞染色体的组成
真核细胞染色体由ＤＮＡ和蛋白质两大部分组成。
（一）真核细胞染色体蛋白质
染色体蛋白主要分为组蛋白和非组蛋白两类。
组蛋白是染色体的结构蛋白，分为Ｈ１、Ｈ２Ａ、Ｈ２Ｂ、Ｈ３及Ｈ４五种，与ＤＮＡ共同组成核小体。
组蛋白含有大量的赖氨酸和精氨酸，其中Ｈ３、Ｈ４富含精氨酸，富含赖氨酸。Ｈ２Ａ、Ｈ２Ｂ介于两者
之间。
真核细胞染色体组蛋白特性：
·进化上的极端保守性。
不同种生物组蛋白的氨基酸组成十分相似。牛、猪、大鼠的Ｈ４氨酸序列完全相同，与豌豆序列相
比也只有两个氨基酸的差异。
·无组织特异性
只有鸟类、鱼类及两栖类红细胞染色体不含Ｈ１而带有Ｈ５，精细胞染色体的组蛋白是鱼精蛋白。
·肽链上氨基酸分布的不对称性
碱性氨基酸集中分布在Ｎ端的半条链上，而大部分疏水基团都分布在 Ｃ端。碱性的半条链易与
ＤＮＡ的负电荷区结合，而另外半条链与其他组蛋白、非组蛋白结合。
·存在较普遍的修饰作用
如甲基化、乙基化、磷酸化及ＡＤＰ核糖基化等。修饰作用只发生在细胞周期的特定时间和组蛋
—０１—
白的特定位点上。
种类 相对分子质量 氨基酸 数 目 分离难 易 度 保守性 染色质 中比例 染色质中比例
Ｈ１ ２１０００ ２２３ 易 不保守 ０．５ 接头
Ｈ２Ａ １４５００ １２９ 较难 保守 １ 核心
Ｈ２Ｂ １３８００ １２５ 较难 保守 １ 核心
Ｈ３ １５３００ １３５ 最难 保守 １ 核心
Ｈ４ １１３００ １０２ 最难 保守 １ 核心
真核细胞染色体上的组蛋白成分分析
不同组蛋白分子中所含的碱性氨基酸比较（占氨基酸总数的％）
碱性氨基酸 Ｈ１ Ｈ２Ａ Ｈ２Ｂ Ｈ３ Ｈ４
赖氨酸 ２９．５ １０．９ １６．０ ９．６ １０．８
精氨酸 １．３ ９．３ ６．４ １３．３ １３．７
非组蛋白约为组蛋白总量的６０％～７０％，可能有２０～１００种（常见的有１５～２０种），主要包括酶
类、与细胞分裂有关的收缩蛋白、骨架蛋白、核孔复合物蛋白以及肌动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、原肌
蛋白等。
（二）真核细胞染色体ＤＮＡ
真核细胞基因组的最大特点是它含有大量的重复序列，而且功能 ＤＮＡ序列大多被不编码蛋白质
的非功能ＤＮＡ所隔开，这就是著名的“Ｃ值反常现象（Ｃ－ｖａｌｕｅｐａｒａｄｏｘ）”。所谓 Ｃ值，通常是指一种
生物单倍体基因组ＤＮＡ的总量。
各种生物细胞内ＤＮＡ总量的比较
同类生物不同种属之间ＤＮＡ总量变化很大。
从编码每类生物所需的ＤＮＡ量的最低值看，生物细胞中的Ｃ值具有从低等生物到高等生物逐渐
—１１—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
增加的趋势。
真核细胞ＤＮＡ序列可被分为３类：
１．不重复序列
在单倍体基因组里，这些序列一般只有一个或几个拷贝，它占 ＤＮＡ总量的１０％ ～８０％。不重复
序列长约７５０～２０００ｂｐ，相当于一个结构基因的长度。蛋清蛋白、蚕的丝心蛋白、血红蛋白和珠蛋白
等都是单拷贝基因。
２．中度重复序列
这类序列的重复次数在１０１～１０４之间，占总 ＤＮＡ的１０％ ～４０％，如小鼠中占２０％，果蝇中占
１５％，各种ｒＲＮＡ、ｔＲＮＡ以及某些结构基因如组蛋白基因等都属于这一类。
非洲爪蟾的ｒＲＮＡ基因结构示意图
在动物卵细胞形成过程，ｒＤＮＡ可进行几千次不同比例的复制，产生２×１０６个拷贝，使ｒＤＮＡ占卵
细胞ＤＮＡ的７５％ ，从而使该细胞能积累１０１２个核糖体，以合成大量蛋白质供细胞分裂之需．
３．高度重复序列———卫星ＤＮＡ
只存在于真核生物中，占基因组的１０％ ～６０％，由６～１００个碱基组成，在 ＤＮＡ链上串联重复高
达数百万次。因为卫星ＤＮＡ不转录，其功能不详。它们是异染色质的成份，可能与染色体的稳定性
有关。
（三）染色质和核小体
由ＤＮＡ和组蛋白组成的染色质纤维细丝是许多核小体连成的念珠状结构。
染色质ＤＮＡ的Ｔｍ值比自由ＤＮＡ高，说明在染色质中ＤＮＡ极可能与蛋白质分子相互作用。
在染色质状态下，由ＤＮＡ聚合酶和ＲＮＡ聚合酶催化的ＤＮＡ复制和转录活性大大低于在自由
ＤＮＡ中的反应。
—２１—
ＤＮＡ酶Ｉ（ＤＮａｓｅＩ）对染色质ＤＮＡ的消化远远慢于对纯ＤＮＡ的作用。
用小球菌核酸酶处理染色质以后进行电泳，便可以得到一系列片段，这些被保留的 ＤＮＡ片段
均为２００ｂｐ基本单位的倍数。
Ｎｕｃｌｅｏｓｏｍｅ（核小体）是染色质的基本结构单位，由～２００ｂｐＤＮＡ和组蛋白八聚体组成。
ＤＮＡ＋Ｈｉｓｔｏｎｅｏｃｔａｍｅｒ（组蛋白八聚体）→Ｎｕｃｌｅｏｓｏｍｅｃｏｒｅ（核小体核心１４６ｂｐ）＋Ｈ１→ Ｃｈｒｏｍａ
—３１—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
ｔｏｓｏｍｅ（染色小体１６６ｂｐ）＋ｌｉｎｋｅｒＤＮＡ→Ｎｕｃｌｅｏｓｏｍｅ（核小体）（～２００ｂｐｏｆＤＮＡ）
核小体单元的产生
核小体由Ｈ２Ａ、Ｈ２Ｂ、Ｈ３、Ｈ４各两个分子生成的八聚体和由大约２００ｂｐＤＮＡ组成。
八聚体在中间，ＤＮＡ分子盘绕在外，而每个核小体只有一个Ｈ１，分布在核小体的外面。
核小体由Ｈ２Ａ、Ｈ２Ｂ、Ｈ３、Ｈ４各两个分子生成的八聚体和由大约２００ｂｐＤＮＡ组成。
八聚体在中间，ＤＮＡ分子盘绕在外，而每个核小体只有一个Ｈ１，分布在核小体的外面。
核心颗粒包括组蛋白八聚体及与其结合的１４６ｂｐＤＮＡ，该序列绕在八聚体外面１．７５圈，每圈
约８０ｂｐ。由许多核小体构成了连续的染色质ＤＮＡ细丝。
—４１—
染色体ＤＮＡ结构示意图
·两段各含１０个螺旋的染色质
·一个螺旋中包含３０个莲座状结构
·每个莲座状结构中都有６个环状ＤＮＡ
·每个环状结构中含有７５０００ｂｐ
·３０ｎｍ结构：Ｓｏｌｅｎｏｉｄ（螺线管）
·染色体ＤＮＡ的念珠状结构
—５１—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
·双链ＤＮＡ
在核小体中，ＤＮＡ盘绕组蛋白八聚体核心，使分子收缩１／７。
人中期染色体中含６．２×１０９碱基对，其理论长度应是２００ｃｍ，这么长的ＤＮＡ被包装在４６个５μｍ
长的圆柱体（染色体）中，其压缩比约为１０４。分裂间期染色质比较松散，压缩比大约是１０２～１０３。
染色体形成过程中长度与宽度的变化
宽度增加 长度压缩
第一级 ＤＮＡ＋组蛋白 核小体 ５倍 ７倍
第二级 核小体 螺线管 ３倍 ６倍
第三级 螺线体 超螺旋 １３倍 ４０倍
第四级 超螺线体 染色体 ２．５－５倍 ５倍
三、原核生物染色体的组成
原核生物的基因组很小，大多只有一条染色体，且 ＤＮＡ含量少，如大肠杆菌 ＤＮＡ的相对分子质
量仅为４．６×１０６，其完全伸展总长约为１．３ｍｍ，含４０００多个基因。
原核生物基因主要是单拷贝基因，只有很少数基因，如 ｒＲＮＡ基因．以多拷贝形式存在；整个染色
体ＤＮＡ几乎全部由功能基因与调控序列所组成；几乎每个基因序列都与它所编码的蛋白质序列呈线
性对应状态。
·大肠杆菌细胞中基因组ＤＮＡ的电镜显微照片（图片见视频）
原核细胞ＤＮＡ特点：
１．结构简炼
原核ＤＮＡ分子的绝大部分是用来编码蛋白质的，只有很小一部分控制基因表达的序列不转录。
如在ΦＸ１７４中不转录部分只占４％左右２１７／５３８６），Ｔ４ＤＮＡ中占５．１％（２８２／５５７７）。
２．存在转录单元
原核生物 ＤＮＡ序列中功能相关的 ＲＮＡ和蛋白质基因，往往丛集在基因组的一个或几个特定部
位，形成转录单元并转录产生含多个ｍＲＮＡ的分子，称为多顺反子ｍＲＮＡ。
３．有重叠基因
一些细菌和动物病毒存在重叠基因，同一段ＤＮＡ能携带两种不同蛋白质的信息。１９７３年，Ｗｅｉｎ
ｅｒ和Ｗｅｂｅｒ在研究一种大肠杆菌ＲＮＡ病毒时发现，有两个基因从同一起点开始翻译，一个在４００ｂｐ
处结束，而在３％的情况下，翻译可一直进行下去直到８００ｂｐ处碰到双重终止信号时才停止
１９７７年，Ｓａｎｇｅｒ正式发现了重叠基因：
Φ×１７４感染寄主后共合成９个蛋白质，相对分子质量约２．５×１０５，相当于６０７８个核苷酸，而病
毒ＤＮＡ本身只有５３７５个核苷酸。Ｓａｎｇｅｒ在弄清Φ×１７４ＤＮＡ的全部核苷酸序列及各个基因的起迄
位
"
和密码数目以后发现，９个基因中有些是重叠的。
—６１—
基因重叠可能是生物进化过程中自然选择的结果。
本讲【经典试题】
名词解释：
１．Ｃ值（华中理工大学２００１年试题）
２．Ｃ值悖论 （中国科学院２００４年试题、江苏科技大学２００６年试题）
３．核小体、重叠基因、细菌基因组
（浙江大学２００６年试题浙江大学２００２年试题浙江大学２００１年试题）
４．组蛋白（江苏大学２００５年试题）
５．非组蛋白、卫星ＤＮＡ（江苏科技大学２００６年试题）
判断：
１．高等生物基因组含有大量的不编码蛋白的序列，因此基因组的大小与其进化程度并不一一对
应（　）（浙江大学２０１０试题）
２．真核生物ＤＮＡ缠绕在组蛋白上构成核小体，核小体含有的蛋白质是（　）（中科院２００９试题）
Ａ．Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４各两分子
Ｂ．Ｈ１Ａ、Ｈ１Ｂ、Ｈ２Ｂ、Ｈ２Ａ各两分子
Ｃ．Ｈ２Ａ、Ｈ２Ｂ、Ｈ３Ａ、Ｈ３Ｂ各两分子
Ｄ，Ｈ２Ａ、Ｈ２Ｂ、Ｈ３、Ｈ４各两分子
填空：
１．染色体中ＤＮＡ与（　　　　）结合成复合体，并形成串联的（　　　　）结构。（北京师范大学
２００２试题）
２．真核生物核小体的组成是（　　　　）和（　　　　）。（北京师范大学２００８试题、厦门大学
２００６试题）
３．天然染色体末端不能与染色体断裂片段发生连接，这是因为天然染色体末端存在（　　　　）
结构。（中国科学院２００８年试题、中国科学院２００２年试题、华南理工大学２００４年试题）
【本讲复习思考题】
１．什么是核小体？简述其形成过程。
２．简述真核生物染色体的组成及组装过程。
３．简述原核生物染色体的特点。
第二节　ＤＮＡ的结构
【考试要点】
ＤＮＡ的化学组成、碱基类型
ＤＮＡ的一级结构
—７１—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
ＤＮＡ的二级结构
ＤＮＡ的高级结构
ＤＮＡ的半保留复制
【主要内容】
一、ＤＮＡ的一级结构
二、ＤＮＡ的二级结构
三、ＤＮＡ的高级结构
一、ＤＮＡ的一级结构
ＤＮＡ（ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃａｃｉｄ）是一种高分子化合物，其基本单位是脱氧核苷酸。ＤＮＡ的一级结构
是指４种核苷酸的连接及其排列顺序，表示了该ＤＮＡ分子的化学构成。在ＤＮＡ分子中，磷酸和脱氧
核糖是不变的，而４种含氮碱基即腺嘌呤（Ａ）、鸟嘌呤（Ｇ）、胞嘧啶（Ｃ）和胸腺嘧啶（Ｔ）是可变的。
２－脱氧核糖（左）和核糖（右）结构式
组成ＤＮＡ分子的４种碱基：
胸腺嘧啶（Ｔ）
胞嘧啶（Ｃ）
腺嘌呤（Ａ）
鸟嘌呤（Ｇ）
图２－２　组成ＤＮＡ和ＲＮＡ分子的五种含氮碱基的结构式
—８１—
表２－７　碱基、核苷和核苷酸
碱基 核苷 核苷酸 ＲＮＡ　　ＤＮＡ
腺嘌呤（ａｄｅｎｉｎｅ） 腺苷（ａｄｅｎｏｓｉｎｅ） 腺苷酸（ａｄｅｎｙｌｉｃａｃｉｄ） ＡＭＰｄＡＭＰ
鸟嘌呤（ｇｕａｎｉｎｅ） 鸟苷（ｇｕａｎｏｓｉｎｅ） 鸟苷酸（ｇｕａｎｙｌｉｃａｃｉｄ） ＧＭＰｄＧＭＰ
胞嘧啶（ｃｙｔｏｓｉｎｅ） 胞苷（ｃｙｔｉｄｉｎｅ） 胞苷酸（ｃｙｔｉｄｙｌｉｃａｃｉｄ） ＣＭＰｄＣＭＰ
胸腺嘧啶（ｔｈｙｍｉｎｅ） 胸苷（ｔｈｙｍｉｄｉｎｅ） 胸苷酸（ｔｈｙｍｉｄｙｌｉｃａｃｉｄ） ｄＴＭＰ
尿嘧啶（ｕｒａｃｉｌ） 尿苷（ｕｒｉｄｉｎｅ） 尿苷酸（ｕｒｉｄｙｌｉｃａｃｉｄ） ＵＭＰ
在ＤＮＡ分子中，嘌呤永远与嘧啶配对，而且腺嘌呤（Ａ）只能与胸腺嘧啶（Ｔ）配对，鸟嘌呤（Ｇ）只
能与胞嘧啶（Ｃ）配对。如一条链上某一碱基是Ｃ，另一条链上与它配对的碱基必定是Ｇ。碱基之间的
这种一一对应的关系叫碱基互补配对原则。
ＤＮＡ链的基本特点是：
１．ＤＮＡ是由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成的。
２．ＤＮＡ分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。
３．两条链上的碱基通过氢键相结合，形成碱基对。
—９１—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
二、ＤＮＡ的二级结构
ＤＮＡ不仅具有严格的化学组成，还具有特殊的高级结构，它主要以有规则的双螺旋形式存在。
ＤＮＡ的二级结构是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。
通常情况下，ＤＮＡ的二级结构分两大类：一类是右手螺旋，如Ａ－ＤＮＡ和Ｂ－ＤＮＡ；另一类是左手
螺旋，即Ｚ－ＤＮＡ。
表２－８　不同螺旋形式ＤＮＡ分子主要参数比较
双螺旋 碱基倾角（度） 碱基间距（ｎｍ） 螺旋直径（ｎｍ） 每轮碱基数 螺旋方向
Ａ－ＤＮＡ ２０ ０．２６ ２．６ １１ 右
Ｂ－ＤＮＡ ６ ０．３４ ２．０ １０ 右
Ｚ－ＤＮＡ ７ ０．３７ １．８ １２ 左
ＤＮＡ二级结构中左手螺旋—Ｚ－ＤＮＡ的研究
Ｂ－ＤＮＡ是最常见的ＤＮＡ构象，Ａ－ＤＮＡ和Ｚ－ＤＮＡ可能具有不同的生物活性。
Ｚ－ＤＮＡ调控基因转录的两个模式
在邻近调控系统中，与调节区相邻的转录区被 Ｚ－ＤＮＡ抑制，只有当 Ｚ－ＤＮＡ转变为 Ｂ－ＤＮＡ
—０２—
后，转录才得以活化。
在远距离调控系统中，Ｚ－ＤＮＡ可通过改变负超螺旋水平，决定聚合酶能否与模板链相结合而
调节转录起始活性。
三、ＤＮＡ的高级结构
ＤＮＡ的高级结构是指ＤＮＡ双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。超螺旋结构是 ＤＮＡ
高级结构的主要形式，可分为正超螺旋与负超螺旋两大类，它们在特殊情况下可以相互变，如：
研究细菌质粒ＤＮＡ时发现，天然状态下该 ＤＮＡ以负超螺旋为主，稍被破坏即出现开环结构，两
条链均断开则呈线性结构。在电场作用下，相同分子质量的超螺旋 ＤＮＡ比线性 ＤＮＡ迁移率大，线性
ＤＮＡ又比开环的ＤＮＡ迁移率大，以此可判断质粒结构是否被破坏。
【经典试题】
填空题
１．组成ＤＮＡ的基本单位是（　　　），组成 ＲＮＡ的基本单位是（　　　）。（浙江大学２０１０试
题）
２．ＤＮＡ的左手螺旋是（　　　）型ＤＮＡ，对于表达调控有一定的作用。（南开大学２００９试题）
选择题
√下列关于ＤＮＡ的某些描述，正确的是（　）。（清华大学２００６年试题，四川大学２００６年试题）
Ａ．迄今发现的ＤＮＡ分子都是双股的
Ｂ．反向平行的双股ＤＮＡ意味着两条链的碱基组成是相同的
—１２—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
Ｃ．在相对分子质量相同的条件下具有超螺旋结构的ＤＮＡ分子浮力密度最大
Ｄ．ＤＮＡ的每个戊糖分子上有一个自由的羟基
第三节　ＤＮＡ复制（ＤＮＡＲｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）
【考试要点】
ＤＮＡ的半保留复制
ＤＮＡ复制的起点
ＤＮＡ复制的方向
ＤＮＡ复制的速度
【主要内容】
一、ＤＮＡ的半保留复制
二、复制的起点、方向、速度
三、复制的几种主要方式
一、ＤＮＡ复制半保留复制
生命的遗传实际上是染色体ＤＮＡ自我复制的结果，而染色体 ＤＮＡ的自我复制主要是通过半保
留复制（Ｓｅｍｉ－ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ）来实现的，是一个以亲代ＤＮＡ分子为模板合成子代ＤＮＡ链的过程。
由于ＤＮＡ是遗传信息的载体，因此亲代 ＤＮＡ必须以自身分子为模板来合成新的分子———准确
地复制成两个拷贝，并分配到两个子代细胞中去，才能真正完成其遗传信息载体的使命。
由于ＤＮＡ分子由两条多核苷酸链组成，两条链上的碱基———Ｇ只能与 Ｃ相配对，Ａ只能与 Ｔ相
配对，所以，两条链是互补的，一条链上的核苷酸排列顺序决定了另一条链上的核苷酸排列顺序。
ＤＮＡ的半保留复制（ｓｅｍｉ－ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）
ＤＮＡ在复制过程中，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。这样新形成的两个
ＤＮＡ分子与原来ＤＮＡ分子的碱基顺序完全一样。因此，每个子代分子的一条链来自亲代 ＤＮＡ，另一
条链则是新合成的，这种复制方式被称为ＤＮＡ的半保留复制。
１９５８年，Ｍｅｓｅｌｓｏｎ和Ｓｔａｈｌ研究了经１５Ｎ标记３个世代的大肠杆菌ＤＮＡ，首次证明了ＤＮＡ的半保
留复制。ＤＮＡ的半保留复制保证了ＤＮＡ在代谢上的稳定性，与ＤＮＡ的遗传功能相符合。
ＤＮＡ的半不连续复制（ｓｅｍｉｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）
由于ＤＮＡ双螺旋的两条链是反向平行的，因此在复制叉附近解开的 ＤＮＡ链一条是５’→３’方
向，另一条是３’→５’方向，两个模板极性不同。而所有已知ＤＮＡ聚合酶的合成方向都是５’→３’，
两条链无法同时进行复制。为了解释ＤＮＡ的等速复制现象，日本学者冈崎（Ｏｋａｚａｋｉ）提出了 ＤＮＡ的
半不连续复制模型。半不连续复制Ｓｅｍｉ－
ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ：冈崎片段Ｏｋａｚａｋｉｆｒａｇｍｅｎｔ［３Ｈ］
Ｔｈｙｍｉｄｉｎｅｐｕｌｓｅ－ｃｈａｓｅ
—２２—
半不连续复制Ｓｅｍｉ－ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ：冈崎片段Ｏｋａｚａｋｉｆｒａｇｍｅｎｔ
（１）用３Ｈ脱氧胸苷短时间标记后提取ＤＮＡ，得到不少平均长度为２－３ｋｂＤＮＡ片段。
（２）用ＤＮＡ连接酶温度敏感突变株进行实验，在连接酶不起作用的温度下，有大量小片段累积，
说明复制过程中至少有一条链首先合成较短的片段，然后再生成大分子ＤＮＡ。
（３）前导链的连续复制和滞后链的不连续复制在生物界是有普遍性的，因而称之为 ＤＮＡ的半不
连续复制。
二、复制的起点、方向和速度
复制时，双链ＤＮＡ要解开成两股链分别进行，所以，复制起点呈叉子形式，被称为复制叉（Ｒｅｐ
ｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｋ）。
ＤＮＡ的复制是由固定的起始点开始的。一般把生物体的复制单位称为复制子ｒｅｐｌｉｃｏｎ），一个
—３２—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
复制子只含一个复制起点。
表２－９　部分生物复制子的比较
物种 细胞内复制子数目（个） 平均长度／ｋｂ 复制子移动速度 －１（ｂｐ·ｍｉｎ）
大肠杆菌 １ ４２００ ５００００
酵母 ５００ ４０ ？
果蝇 ３５００ ４０ ２６００
蟾蜍 １５０００ ２００ ５００
蚕豆 ３５０００ ３００ ？
细菌、病毒和线粒体的ＤＮＡ分子都是作为单个复制子完成复制的；
真核生物基因组可以同时在多个复制起点上进行双向复制，也就是说它们的基因组包含有多
个复制子。
·放射自显影技术表明染色体复制子为双向复制。
实验结果表明，无论是原核生物还是真核生物，ＤＮＡ的复制主要是从固定的起始点以双向等速
复制方式进行的。复制叉以ＤＮＡ分子上某一特定顺序为起点，向两个方向等速生长前进。
·放射性标记实验证明ＤＮＡ的复制是从固定的起始点双向等速进行的．
Ａ．ＤＮＡ仅用［３Ｈ］胸腺嘧啶标记１０ｍｉｎ即压Ｘ光片；
Ｂ．ＤＮＡ在［３Ｈ］标记１０ｍｉｎ后又继续非标记合成１０ｍｉｎ，导致Ｘ光片上的复制叉变长，银颗粒
分布广而稀少。
—４２—
三、复制的几种主要方式
１．线性ＤＮＡ双链的复制
２．环状ＤＮＡ双链的复制
（１）θ型
（２）滚环型（ｒｏｌｉｎｇｃｉｒｃｌｅ）
（３）Ｄ－环型（Ｄ－ｌｏｏｐ）
环状ＤＮＡ双链的复制－θ型
图２－１９　大肠杆菌质粒ＤＮＡ双向复制的模式与实验验证
上：θ形复制模式图；
下：３Ｈ标记质粒ＤＮＡ合成图。
—５２—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
Ｄｌｏｏｐ是单向复制的特殊方式。首先在动物线粒体中被发现。一条短ＲＮＡ与一条ＤＮＡ互补，取
代了该区域原来的互补的ＤＮＡ链，使得两条链的合成高度不对称，一条链上迅速合成出互补链，另一
条链则为游离的单环。
本讲【经典试题】
名词解释
１．端粒
２．负超螺旋、正超螺旋
３．拓扑异构酶（江苏大学２００５年试题）
４．Ｚ型ＤＮＡ（第一军医大学２００３年试题）
５．Ｂ型ＤＮＡ
填空
√ＤＮＡ高级结构的主要形式是（　　　）结构，可以分为（　　　）和（　　　）两大类。（中国科
学院２００３试题）
√选择题：
关于ＤＮＡ的超螺旋结构正确的表达是（　）。（华中科技大学２００４年试题）
Ａ．自然界中只存在负超螺旋
Ｂ．负超螺旋不利于基因表达
Ｃ．线性ＤＮＡ在任何时候都不会出现超螺旋结构
Ｄ．正超螺旋结构不会改变ＤＮＡ的缠绕数
【本讲复习思考题】
１．简述ＤＮＡ的一、二、三级结构特征。
２．原核生物ＤＮＡ具有哪些不同于真核生物ＤＮＡ的特征
３．简述ＤＮＡ双螺旋结构及其在现代分子生物学中的意义。
４．ＤＮＡ复制的主要方式有哪些？
—６２—
第四节　原核生物和真核生物 ＤＮＡ复制的特点
【考试要点】
原核生物ＤＮＡ复制的过程
大肠杆菌ＤＮＡ聚合酶Ⅰ、Ⅱ 、Ⅲ
真核细胞ＤＮＡ聚合酶α、β、γ、δ和ε
ＣｏｌＥｌ质粒
真核生物ＤＮＡ复制控制机制
【主要内容】
一、原核生物ＤＮＡ复制的的特点
二、真核生物ＤＮＡ复制的的特点
三、ＤＮＡ复制的调控
一、原核生物ＤＮＡ复制的的特点
大肠杆菌基因组以双链环状ＤＮＡ分子的形式存在，其 ＤＮＡ复制的中间产物可形成一个 θ，复制
从定点开始双向等速进行，复制起始区位于其遗传图的８４ｍｉｎ附近。复制起始后，两个复制叉在距起
始点１８０°处会合。
１．ＤＮＡ双螺旋的解旋
首先，在拓扑异构酶Ⅰ 的作用下解开负超螺旋，并与解链酶共同作用，在复制起点处解开双链。
解链过程中必需有ＳＳＢ蛋白来稳定已解开的单链，以保证该局部结构不会恢复成双链。
接着，由引发酶等组成的引发体迅速作用于两条单链 ＤＮＡ上。不论是前导链还是滞后链，都需
要一段ＲＮＡ引物以开始子链ＤＮＡ的合成。
由大肠杆菌ｏｒｉＣ复制起始点处引发的ＤＮＡ复制过程
—７２—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
·大约２０个ＤｎａＡ蛋白在ＡＴＰ的作用下与ｏｒｉＣ处的４各９ｂｐ保守序列相结合。
·在Ｈｕ蛋白和ＡＴＰ的共同作用下，ＤｎａＡ复制起始复合物使３ｘ１３ｂｐ直接重复序列变形，形成开链。
·ＤｎａＢ（解链酶）六体分别与单链ＤＮＡ相结合（需要ＤｎａＣ的帮助）进一步解开ＤＮＡ双链。
·与引物结合，起始ＤＮＡ复制。
（１）单链结合蛋白（ＳＳＢ蛋白）
Ｔ４噬菌体的３２ｋＤａ蛋白可以结合单链 ＤＮＡ，它还能使双链 ＤＮＡ在远低于解链温度时分开。
大部分原核ＳＳＢ蛋白与ＤＮＡ结合时还表现出协同效应：
如第一个ＳＳＢ蛋白结合到ＤＮＡ上去的能力为１，第二个ＳＳＢ结合能力则可高达１０３。ＳＳＢ蛋
白的作用是稳定单链ＤＮＡ。
（２）ＤＮＡ解链酶（ＤＮＡｈｅｌｉｃａｓｅ）
大部分ＤＮＡ解链酶都沿滞后链模板的５’→３’方向并随着复制叉的前进而移动，只有Ｒｅｐ蛋白
沿前导链模板的３’→５’方向移动。因此，Ｒｅｐ蛋白和其他ＤＮＡ解链酶分别在ＤＮＡ的两条母链上协
同作用，解开双链ＤＮＡ。
（３）ＤＮＡ拓扑异构酶
消除解链造成的正超螺旋的堆积，使复制得以延伸。
２．复制的引发和终止
ＤＮＡ聚合酶只能延长已存在的ＤＮＡ链，而不能从头合成ＤＮＡ链，那么，新ＤＮＡ的复制是怎样
开始的呢？
研究发现，ＤＮＡ复制时，往往先由 ＲＮＡ聚合酶在 ＤＮＡ模板上合成一段 ＲＮＡ引物，再由 ＤＮＡ
聚合酶从ＲＮＡ引物３’端开始合成新的ＤＮＡ链。
滞后链的引发过程比较复杂，需要多种蛋白质和酶的协同作用，还牵涉到冈崎片段的形成和连接。
滞后链的引发过程由引发体ｐｒｉｍｏｓｏｍｅ）来完成。引发体由６种蛋白质ｎ、ｎ’、ｎ’’、ＤｎａＢ、Ｃ
和Ⅰ共同组成，只有当引发前体ｐｒｅｐｒｉｍｏｓｏｍｅ）把这６种蛋白质合在一起并与引发酶（ｐｒｉｍａｓｅ）进一步
组装后形成引发体，才能发挥其功能。
—８２—
引发体在滞后链分叉的方向上前进，并在模板上间断性引发生成滞后链引物———ＲＮＡ短链，再由
ＤＮＡ聚合酶Ⅲ作用合成ＤＮＡ，直至遇到下一个引物或冈崎片段为止。由 ＲＮａｓｅＨ降解 ＲＮＡ引物并
由ＤＮＡ聚合酶Ｉ将缺口补齐，再由ＤＮＡ连接酶将两个冈崎片段连在一起形成大分子ＤＮＡ。
３．复制的终止（Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）
链的终止需要Ｔｕｓ蛋白参与．
当复制叉前移，遇到２０ｂｐ重复性终止子序列（Ｔｅｒ）时，Ｔｅｒ－Ｔｕｓ复合物能阻挡复制叉的继续前
移，等到相反方向的复制叉到达后在ＤＮＡ拓扑异构酶Ⅳ的作用下使复制叉解体，释放子链ＤＮＡ。
４．ＤＮＡ聚合酶
大肠杆菌中主要有ＤＮＡ聚合酶Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 。
表２－１０　大肠杆菌ＤＮＡ聚合酶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的性质比较
性　质 聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅱ 聚合酶Ⅲ
３’→５’外切 ＋ ＋ ＋
５’→３’外切 ＋ － －
新生链合成 － － ＋
相对分子质量３（×１０） １０３ ９０ ９００
细胞内分子数 ４００ ？ １０～２０
生物学活性 １ ０．０５ １５
已知的结构基因 Ｐｏｌ（Ａ） Ｐｏｌ（Ｂ） Ｐｏｌ（Ｃ）ｄｎａＥ，Ｎ，Ｚ，Ｘ
ＤＮＡ聚合酶的共同点：
１．都以ｄＮＴＰ为底物。
２．都需要Ｍｇ２＋激活。
３．聚合时必须有模板链和具有３′—ＯＨ末端的引物链。
４．链的延伸都方向为５′→３′。
ＤＮＡ聚合酶Ⅰ 不是复制大肠杆菌染色体的主要聚合酶，它有５’→３’核酸外切酶活性，保证了
ＤＮＡ复制的准确性。它也可用来除去冈崎片段５‘端ＲＮＡ引物，使冈崎片段间缺口消失，保证连接酶
—９２—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
将片段连接起来。
ＤＮＡ聚合酶Ⅱ的活性很低，若以每分钟酶促核苷酸掺入ＤＮＡ的转化率计算，只有ＤＮＡ聚合酶Ⅰ
的５％ ，所以也不是复制中主要的酶。目前认为 ＤＮＡ聚合酶Ⅱ的生理功能主要是起修复 ＤＮＡ的
作用。
ＤＮＡ聚合酶Ⅲ包含有７种不同的亚单位和９个亚基，其生物活性形式为二聚体。它的聚合活性
较强，为ＤＮＡ聚合酶Ⅰ的１５倍，聚合酶Ⅱ的３００倍。它能在引物的３’—ＯＨ上以每分钟约５万个核
苷酸的速率延长新生的ＤＮＡ链，是大肠杆菌ＤＮＡ复制中链延长反应的主导聚合酶。
二、真核生物ＤＮＡ复制的的特点
真核生物ＤＮＡ的复制子长约１５０ｂｐ左右，包括数个复制起始必需的保守区。
真核生物 ＤＮＡ复制叉的移动速度大约只有 ５０ｂｐ／秒。因此，人类 ＤＮＡ中每隔 ３０，０００－３００，
０００ｂｐ就有一个复制起始位点。
真核细胞中有５种ＤＮＡ聚合酶，分别称为ＤＮＡ聚合酶α、β、γ、δ和ε。
表２－１１　真核生物ＤＮＡ聚合酶的特性比较
性质 ＤＮＡ聚合酶α ＤＮＡ聚合酶β ＤＮＡ聚合酶γ ＤＮＡ聚合酶δ ＤＮＡ聚合酶ε
亚基数 ４ １ ２ ２－３ ≥１
在细胞内分布 核内 核内 线粒体 核内 核内（？）
功能 ＤＮＡ引物合成 损伤修复 线粒体ＤＮＡ复制 主要ＤＮＡ复制酶 ＤＮＡ复制（？）
３′→ ５′外切 无 无 有 有 有
５′→ ３′外切 无 无 无 无 无
ＤＮＡ聚合酶α主要参与引物合成。
ＤＮＡ聚合酶β活性水平稳定，主要在ＤＮＡ损伤的修复中起作用。
ＤＮＡ聚合酶δ是主要负责ＤＮＡ复制的酶。
ＤＮＡ聚合酶ε的主要功能可能是在去掉ＲＮＡ引物后把缺口补全。
三、ＤＮＡ复制的调控
ＤＮＡ链延伸的速度在同种生物的不同细胞中几乎是恒定的，只是复制叉的数量不同。
迅速分裂的细胞具较多的复制叉，而分裂缓慢的细胞复制叉较少并出现复制的间隙。复制起始
频率的直接调控因子是蛋白质和ＲＮＡ。
ＣｏｌＥｌ质粒ＤＮＡ的复制调控
—０３—
ＣｏｌＥｌ是一个６６４６碱基对的小质粒，在宿主细胞内有２０～３０个拷贝，其 ＤＮＡ的复制完全依靠宿
主ＤＮＡ聚合酶。质粒 ＤＮＡ编码两个负调控因子 Ｒｏｐ蛋白和反义 ＲＮＡ（ＲＮＡ１），它们控制了起始
ＤＮＡ复制所必需的引物合成。
ＣｏｌＥ１质粒ＤＮＡ复制起始部位调控因子之间关系
引物ＲＮＡ前体的转录起始于复制起点上游，需经ＲＮａｓｅＨ加工后产生有５５５个核苷酸的引物，然
后由ＤＮＡ聚合酶Ｉ在引物的３’末端起始ＤＮＡ合成。
ＲＮＡ１的编码区在引物ＲＮＡ编码区的５’末端，转录方向与引物 ＲＮＡ相反，因此与引物 ＲＮＡ的
５’末端互补，并通过氢键配对与后者相互作用，阻止了 ＲＮａｓｅＨ加工引物前体，使其不能转化为有活
性的引物而对复制起调控作用。Ｒｏｐ蛋白是ＲＮＡ１基因转录的激活因子。
大肠杆菌染色体ＤＮＡ的复制调控
染色体的复制与分裂一般是同步的，但二者并不直接偶联。
在一定生长速度范围内，细胞与染色体的质量之比相对恒定。
复制子由起始物位点和复制起点两部分组成。起始物位点编码复制体调节蛋白，复制起点与
调节蛋白相互作用并启动复制。调节蛋白通过与复制复合物的相互作用确定复制起始频率和复制
方式。
复制起点有ＯｒｉＣ和ＯｒｉＨ两种。
真核细胞ＤＮＡ的复制调控
细胞生活周期水平调控（限制点调控）：决定细胞停留在 Ｇ１期还是进入 Ｓ期（ｂｙＣｙｃｌｉｎｓ，Ｃｄｃ
（ＣｅｌＤｉｖｉｓｉｏｎＣｙｃｌｅ）ｇｅｎｅｐｒｏｄｕｃｔｓ）。
染色体水平调控：决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在 Ｓ期起始
复制。
复制子水平调控：决定复制的起始与否，并且是高度保守的。
本讲【经典试题】
判断题
大肠杆菌ＤＮＡ聚合酶Ⅲ合成ＤＮＡ的连续性较ＤＮＡ聚合酶Ⅰ好。（　）（南开大学２００８年试题）
—１３—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
［解析］
酶Ⅰ催化效率中等，主要负责ＤＮＡ修复和除掉 ＲＮＡ引物；ＤＮＡ酶Ⅱ催化效率最低，主要负责修
复；ＤＮＡ酶Ⅲ催化效率最高，是ＤＮＡ酶Ⅰ的１５倍。
选择题
√识别大肠杆菌ＤＮＡ复制起始区的蛋白质是（　）。（厦门大学２００６年试题）
Ａ．ＤｎａＡ蛋白 Ｂ．ＤｎａＢ蛋白 Ｃ．ＤｎａＣ蛋白 Ｄ．ＤｎａＧ蛋白
填空题
１．ＤＮＡ复制时的ＲＮＡ引物是由（　　　）的（　　　）活性切除的。（南京大学２００３年试题）
答案：ＤＮＡ聚合酶Ｉ５’→３’核酸外切酶活性
２．ＤＮＡ复制过程中负责单链不被降解的酶是（　　　）。（南京大学２００３年试题）
答案：单链ＤＮＡ结合蛋白
【本讲复习思考题】
１．简述原核生物ＤＮＡ的复制特点？
２．真核生物ＤＮＡ的复制在那些水平收到调控？
第五节　ＤＮＡ的损伤修复
【考试要点】
ＤＮＡ损伤的几种类型
错配修复、切除修复、重组修复的修复机制
ＤＮＡ的直接修复
【主要内容】
一、ＤＮＡ的损伤
二、错配修复
三、切除修复
四、重组修复
五、ＤＮＡ的直接修复
一、ＤＮＡ的损伤（Ｍｕｔａｔｉｏｎ）
ａ．ｓｕｂｓｔｉｔｕｔａｔｉｏｎ（替换）
ｂ．ｄｅｌｅｔｉｏｎ（缺失）
ｃ．ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ（插入）
ｄ．ｅｘｏｎｓｋｉｐｐｉｎｇ
—２３—
二、错配修复
由于染色体ＤＮＡ在生命过程中占有至高无上的地位，ＤＮＡ复制的准确性以及 ＤＮＡ日常保养中
的损伤修复就有着特别重要的意义。
大肠杆菌中ＤＮＡ的修复系统
ＤＮＡ修复系统 功能
错配修复 恢复错配
碱基切除修复 切除突变的碱基
核苷酸切除修复 修复被破坏的ＤＮＡ
ＤＮＡ直接修复 修复嘧啶二体或甲基化ＤＮＡ
错配修复（ｍｉｓｍａｔｃｈｒｅｐａｉｒ）
错配修复对ＤＮＡ复制忠实性的贡献力达１０２－１０３，ＤＮＡ子链中的错配几乎完全能被修正。
—３３—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
图２－２５　根据母链甲基化原则找出错配碱基的示意图。
ａ．发现碱基错配。
ｂ．在水解ＡＴＰ的作用下，ＭｕｔＳ，ＭｕｔＬ与碱基错配位点的ＤＮＡ双链相结合。
ｃ．ＭｕｔＳ－ＭｕｔＬ在ＤＮＡ双链上移动，发现甲基化ＤＮＡ后由ＭｕｔＨ切开非甲基化的子链。
该系统识别母链的依据来自Ｄａｍ甲基化酶，它能使位于５’ＧＡＴＣ序列中腺苷酸的Ｎ６位甲基化。
一旦复制叉通过复制起始位点，母链就会在开始ＤＮＡ合成前的几秒种至几分钟内被甲基化。
只要两条ＤＮＡ链上碱基配对出问题，错配修复系统就会根据“保存母链，修正子链”的原则，找出
错误碱基所在的ＤＮＡ链，并在对应于母链甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的５’位
"
切开子链，再启动特定
的修复途径，合成新的子链片段。
图２－２６　碱基错配修复过程示意图
—４３—
当错配碱基位于切口３’下游端时，在ＭｕｔＬ－ＭｕｔＳ、解链酶Ⅱ、ＤＮＡ外切酶Ⅶ或 ＲｅｃＪ核酸酶的作
用下从错配碱基３’下游端开始切除单链ＤＮＡ直到错配位点，并在ＰｏｌⅢ和ＳＳＢ的作用下合成新的子
链片段。
若错配碱基位于切口的５’上游端，则在ＤＮＡ外切酶Ⅰ或Ⅹ的作用下切除单链 ＤＮＡ直到错配位
点，再合成新的子链片段。
三、切除修复
切除修复有２种：碱基切除修复和核苷酸切除修复
所有细胞中都带有能识别受损核酸位点的不同的糖苷水解酶，能特异性切除受损核苷酸上的
Ｎ－β糖苷键，形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称为ＡＰ位点。
图２－２７　ＤＮＡ分子中常见的几种核苷酸非酶促转变反应
ａ．脱氨基反应
—５３—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
ｂ．脱嘌呤反应（Ｎ－β糖苷键被水解）
ＤＮＡ分子中一旦产生了ＡＰ位点，内切酶就会把受损核苷酸的糖苷 －磷酸键切开，移去 ＡＰ位点
附近小片段ＤＮＡ，并由ＤＮＡ聚合酶Ｉ和ＤＮＡ连接酶共同完成修复。
核苷酸切除修复（ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ－ｅｘｃｉｓｉｏｎｒｅｐａｉｒ）
—６３—
当ＤＮＡ链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间无法形成氢键，则由核苷酸切除修复系
统负责修复。
ＤＮＡｒｅｐａｉｒｂｙｂａｓｅｅｘｃｉｓｉｏｎＤＮＡ分子中一旦产生了 ＡＰ位点，内切酶就会把受损核苷酸的糖苷 －
磷酸键开，移去ＡＰ位点附近小片段ＤＮＡ，并由ＤＮＡ聚合酶Ｉ和ＤＮＡ连接酶共同完成修复。
大肠杆菌和人类细胞中的核苷酸切除修复过程示意图
四、重组修复
重组修复又称为“复制后修复”。机体细胞对在复制起始后尚未修复的 ＤＮＡ损伤部位可以先复
制再修复。
五、ＤＮＡ的直接修复
生物体内还存在ＤＮＡ损伤直接修复而并不需要切除碱基或核苷酸的机制。
ＤＮＡ光解酶（ｐｈｏｔｏｌｙａｓｅ）能把在光下或经紫外光照射形成的环丁烷胸腺嘧啶二体及６－４光化物
（６－４－ｐｈｏｔｏｐｒｏｄｕｃｔ）还原成为单体。
图２－２９　紫外光诱发形成嘧啶二体
—７３—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
此外，生物体内还广泛存在着使Ｏ６－甲基鸟嘌呤脱甲基化的甲基转移酶。
本讲【经典考题】
１．影响ＤＮＡ损伤的因素是什么？说明修复机制对生物体的意义。（中国科学院２０１０年试题）
２．什么是重组修复？（中国科学院２００７年试题）
３．试述环境因素对ＤＮＡ的损伤以及生物体中存在的 ＤＮＡ损伤修复系统。如果 ＤＮＡ损伤没有
被／修复会造成什么后果？（武汉大学２００５年试题，中国科学院２００２年试题）
第六节　ＤＮＡ的转座
【考试要点】
转座
转座子
可移位因子
Ｈｏｌｉｄａｙ结构
ＩＳ因子
【主要内容】
转座子的分类和结构特征
转座作用的机制
转座作用的遗传学效应
真核生物中的转座子
一、转座子的分类和结构特征
ＤＮＡ的转座或称移位（ｔｒａｎｓｐｏｓｉｔｉｏｎ），是由可移位因子（ｔｒａｎｓｐｏｓａｂｌｅｅｌｅｍｅｎｔ）介导的遗传物质重排
现象。
转座子（ｔｒａｎｓｐｏｓｏｎ，Ｔｎ）是存在于染色体ＤＮＡ上可自主复制和位移的基本单位。
转座子分为２大类：插入序列和复合式转座子。最简单的转座子不含有任何宿主基因而常被称
为插入序列（ｉｎｓｅｒｔｉｏｎａｌｓｅｑｕｅｎｃｅ，ＩＳ），它们是细菌染色体或质粒ＤＮＡ的正常组成部分。一个细菌细胞
常带有少于１０个ＩＳ序列。
ＩＳ因子：
常见的ＩＳ序列都是很小的ＤＮＡ片段（约１ｋｂ），末端具有倒置重复序列，转座时常复制宿主靶位
点４～１５ｂｐ的ＤＮＡ形成正向重复区。
大部分ＩＳ序列只有一个开放读码框，翻译起点紧挨着第一个倒置重复区，终止点位于第二个倒
置重复区或附近。ＩＳ１含有两个分开的读码框，只有移码通读才能产生功能型转座酶。
—８３—
ＩＳ序列的结构特征比较
长度（ｂｐ） 两端倒置重复区（ｂｐ） 靶位点正向重复区（ｂｐ） 靶位点
ＩＳ１ ７６８ ２３ ９ 随机
ＩＳ２ １３２７ ４１ ５ 有热点
ＩＳ４ １４２８ １８ １１或１２ ＡＡＡＮ２０ＴＴＴ
ＩＳ５ １１９５ １６ ４ 有热点
ＩＳ１０Ｒ １３２９ ２２ ９ ＮＧＣＴＮＡＧＣＮ
ＩＳ５０Ｒ １５３１ ９ ９ 有热点
ＩＳ９０３ １０５７ １８ ９ 未知
复合式转座子：
复合式转座子（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｒａｎｓｐｏｓｏｎ）是一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，其
两翼往往是两个相同或高度同源的ＩＳ序列。
一旦形成复合转座子，ＩＳ序列就不能再单独移动，因为它们的功能被修饰了，只能作为复合体
移动。
ＴｎＡ家族：
图２－３３　转座子ＴｎＡ的结构示意图
除了末端带有 ＩＳ序列的复合转座子以外，还存在一些没有 ＩＳ序列的、体积庞大的转座子（５
０００ｂｐ以上）———ＴｎＡ家族。常带有３个基因，一个编码β－内酰胺酶（ＡｍｐＲ），另两个则是转座作用
所必须的。所有ＴｎＡ类转座子两翼都带有３８ｂｐ的倒置重复序列。
二、转座作用的机制
转座发生时，受体分子中有一段很短的（３～１２ｂｐ）、被称为靶序列的 ＤＮＡ会被复制，使插入的转
座子位于两个重复的靶序列之间。
不同转座子的靶序列长度不同，但特定转座子所复制的靶序列长度是一样的。ＩＳ１两翼总有９个
碱基对的靶序列，而Ｔｎ３两端总有５ｂｐ的靶序列。
在复制性转座中，整个转座子被复制，所移动的仅仅是原转座子的拷贝。转座酶（ｔｒａｎｓｐｏｓａｓｅ）和
解离酶（ｒｅｓｏｌｖａｓｅ）分别作用于原始及复制转座子。ＴｎＡ类主要是这种形式。
在非复制性转座中，原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位，ＩＳ序列、Ｍｕ及Ｔｎ５等都以这
种方式进行转座。
—９３—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
三、转座作用的遗传学效应
①转座引起插入突变，导致结构基因失活；
②转座产生新的基因；
③转座产生的染色体畸变；
④转座引起生物进化。
由于转座作用，使某些原来在染色体上相距甚远的基因组合到一起，构建成新的表达单元，产生
新的基因和蛋白质分子。
四、真核生物中的转座子
１．玉米中的控制因子（ｃｏｎｔｒｏｌｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔ）
玉米中转座子的控制因子分为两类，即自主性因子和非自主性因子。前者具有自主剪接和转座
的功能；后者单独存在时是稳定的，不能转座，当基因组中存在与非自主性因子同家族的自主性因子
时，它才具备转座功能。同一家族的自主性因子能为非自主性因子的转座提供反式作用蛋白（转座
酶）。
玉米中比较清楚的２个控制因子：Ａｃ－Ｄｓ系统（激活－解离系统）和Ｓｐｍ－ｄＳｐｍ系统
在Ａｃ－Ｄｓ体系中，自主转座子Ａｃ长４５６３ｂｐ，转录生成３５００ｂｐ的单一成熟ＲＮＡ。Ａｃ转座子的
两翼有１１ｂｐ的倒转重复序列，在其靶ＤＮＡ位点复制形成８ｂｐ正向重复。
已知所有Ｄｓ都是Ａｃ转座子的缺失突变体，其两端有完整的转座特征序列。
Ｓｐｍ（ｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ－ｍｕｔａｔｏｒ）和Ｅｎ（ｅｎｈａｎｃｅｒ）属于另一类转座子。Ｓｐｍ和Ｅｎ几乎是完全相同的，它
们只有不到１０个碱基的差异，两端各有一个１３ｂｐ的倒置重复序列，在其靶ＤＮＡ位点复制形成３ｂｐ正
向。
Ｓｐｍ和Ｅｎ的转录区（即ｔｎｐＡ基因）有８３００ｂｐ，成熟ｍＲＮＡ为２５００ｂｐ。ｔｎｐＡ基因产物的主要功能
是切割转座子序列。另有两个开放读码框位于ｔｎｐＡ基因的内含子中，其ｍＲＮＡ的含量大约只有ｔｎｐＡ
基因产物的１％。由ｔｎｐＢ基因编码的这两个蛋白可能直接与转座子两端１３ｂｐ倒转重复区相结合，有
利于ＤＮＡ的切割和转移。所有ｄＳｐｍ（ｄｅｆｅｃｔｉｖｅＳｐｍ）都是功能型Ｓｐｍ的缺失突变体。
—０４—
２．果蝇中的转座子
Ｃｏｐｉａ转座子
果蝇中的Ｃｏｐｉａ转座子具有数百ｂｐ的末端正向重复和类似于酵母Ｔｙ转座子及ＲＮＡ肿瘤前病毒
的结构，能以高速度转录并产生有多聚腺苷化末端的ＲＮＡ。只具有一个长的可阅读框架，基因产物与
ＲＮＡ肿瘤病毒逆转录酶有较高的同源性。
图２－３７真核生物细胞内存在不少结构上类似于反转录病毒的反转录转座子。这类转座子都编
码一个与反转录病毒中的反转录酶高度同源的转座酶，左右两边都是与病毒边界序列 ＬＴＲ同源的重
复序列。
·Ｐ转座子
Ｐ转座子（Ｐｅｌｅｍｅｎｔ）属于非复制型，两翼都有３１ｂｐ倒置重复序列，转座后导致靶ＤＮＡ复制产生
８ｂｐ正向重复序列。有实验证明，Ｐ转座子插入果蝇基因组Ｗ位点引起杂种不育。
【本讲复习思考题】
（１）什么是转座子，可分为哪些种类？
（２）试比较插入序列与复合型转座子的异同。
本章【经典试题】
问答题
１．简述真核生物组蛋白的种类、特性，组蛋白修饰的种类及其生物学意义。（中科院２００３年试
题）
２．简述真核生物细胞内核小体与核小体颗粒的结构。（中科院上海生命科学研究院２００２年试
题）
３．简述ＤＮＡ的结构。（浙江大学２０００年试题）
４．Ｗａｓｔｏｎ和Ｃｒｉｃｋ提出的ＤＮＡ双螺旋模型内容和证据。（浙江大学２０００年试题）
５．假如你从一新发现的病毒中提取了核酸。请用最简单的方法确定：（１）他是 ＤＮＡ还是 ＲＮＡ？
（２）他是单链还是双链？
（江苏大学２００６年试题）
解析：
（１）鉴定ＤＮＡ还是ＲＮＡ的方法：加入不含Ｒｎａｓｅ或Ｄｎａｓｅ，测定降解情况；用二苯胺法测定。
（２）鉴定单链还是双链：测定不同碱基所占比例；测定加热（８０度）前后２６０ｎｍ吸收值。
—１４—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
【本章小结及复习思路】
本章即第二章染色体与ＤＮＡ是分子生物学最基础的知识与理论，也是各校考试的重点。
本章考点试题以名词解释、填空、选择、判断、简答等多种方式出现。
已经被各高校考过的有（高频考点）：染色体、染色质、重叠基因、基因组、组蛋白、正超螺旋、负超
螺旋、拓扑异构酶、Ｃ值、Ｃ值悖论、卫星ＤＮＡ、Ｚ型ＤＮＡ、ＤＮＡ聚合酶、ＤＮＡ半保留复制、ＤＮＡ半不连
续复制、重组修复、突变、颠换、引发体、复制子等，
复习的关键点：
·染色体的概念、真核细胞染色体的组成
·ＤＮＡ的化学组成、碱基类型
·ＤＮＡ的一级结构、ＤＮＡ的二级结构、ＤＮＡ的高级结构
·ＤＮＡ的半保留复制、原核、真核生物ＤＮＡ复制的特点
·ＤＮＡ复制的调控、ＤＮＡ的损伤、错配修复、切除修复、重组修复
·转座子的分类和结构特征、作用机制、遗传学效应
—２４—
第三章　生物信息的传递（上）———从ＤＮＡ到ＲＮＡ
【考情分析】
１．重要程度：
!!!!!
２．常考题型：名词解释、判断、填空、简答、论述
３．分值权重：名词解释５－６分，判断或选择２分，简答１０－１５分。
４．重难点分析：
本章重点：遗传信息如何从ＤＮＡ到ＲＮＡ—转录的基本过程、转录机器的结构、转录涉及的酶、转
录的产物。
本章难点：ＤＮＡ转录过程复杂、转录涉及的因子众多、真核原核细胞转录的产物有不同特征，均需
清楚记忆。
【主要内容】
第一节　ＲＮＡ的转录
第二节　启动子与转录起始
第三节　原核与真核生物ｍＲＮＡ的特征比较
第四节　终止和抗终止
第五节　内含子的剪接编辑再编码及化学修饰
第一节　ＲＮＡ的转录
【考试要点】
ＲＮＡ转录的过程：
模板识别、转录起始、通过启动子、转录的延伸和终止。
转录机器的组成与结构
【主要内容】
一、ＲＮＡ转录的基本过程
二、转录机器的主要成分
Ｃｒｉｃｋ的中心法则（ｃｅｎｔｒａｌｄｏｇｍａ）
—３４—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
（２）Ｔ淋巴细胞及其发育和分化
（３）免疫球蛋白的结构
（４）免疫球蛋白的基因结构
—０９１—
第十一章　基因组与比较基因组学
【考情分析】
１．重要程度：
!!!
２．常考题型：名词解释、填空、简答
３．分值权重：名词解释５－６分，填空２分，简答１０－１５分。
４．重难点分析：
本章重点：理解并掌握高通量ＤＮＡ序列分析技术，人类基因组计划和比较基因组学及功能基因
组学研究
本章难点：高通量ＤＮＡ序列分析技术，人类基因组的遗传图、物理图、转录图、遗传学距离
【主要内容】
第一节　高通量ＤＮＡ序列分析技术
第二节　人类基因组计划
第三节　比较基因组学及功能基因组学研究
第一节　高通量 ＤＮＡ序列分析技术
【考试要点】
鸟枪法
双脱氧链终止法
酵母人工染色体技术（ＹＡＣ）
ＢＡＣ
【主要内容】
一、ＤＮＡ序列测定的基本原理
二、基因组ＤＮＡ大片段文库的构建
三、鸟枪法序列测定技术及其改良
四、大规模ＤＮＡ序列拼接
一、ＤＮＡ序列测定的基本原理
无论是对于重组质粒、单个基因还是整个基因组，分析 ＤＮＡ结构的最基本方法就是测定出这些
ＤＮＡ分子的一级结构———ＤＮＡ序列。ＤＮＡ自动测序仪可快速测定 ＤＮＡ序列，计算机处理能力的快
速提高则使得大量ＤＮＡ小片段很容易拼接成较大的片段甚至整个染色体。
—１９１—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
高效快捷的ＤＮＡ测序方法是２０世纪７０年代中期发展起来的，主要有两种：Ｓａｎｇｅｒ的双脱氧链终
止法和Ｍａｘａｍ－Ｇｉｌｂｅｒｔ的化学修饰法。后者因更适应序列分析的自动化而逐渐占据优势。
二、基因组ＤＮＡ大片段文库的构建
酵母人工染色体技术（ｙｅａｓｔａｒｔｉｆｉｃｉａｌｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ，ＹＡＣ）为创制基因组物理图提供了极大的方便。
ＹＡＣ是迄今容量最大的克隆体，插入片段平均长度为２００～１０００ｋｂ，最大的可以达到２Ｍｂ。ＹＡＣ
含有三种必须成分：着丝粒、端粒和复制起点。
用细菌的Ｆ质粒及其调控基因构建细菌染色体克隆载体，称为 ＢＡＣ（Ｂａｃｔｅｒｉａｌａｒｔｉｆｉｃｉａｌｃｈｒｏｍｏ
ｓｏｍｅ），其克隆能力在１２５～１５０ｋｂ左右。主要包括ｏｒｉＳ，ｒｅｐＥ（控制Ｆ质粒复制）和ｐａｒＡ、ｐａｒＢ（控制拷
贝数）等成分。
三、鸟枪法序列测定技术及其改良
受序列分析技术限制，一次测序的长度不能超过１ｋｂ，目前往往采用所谓的全基因组鸟枪法测序
技术，随机挑选插入基因组ＤＮＡ的质粒做测序反应，然后用计算机程序进行序列拼接（图１１－１４）。
图１１－１４　基因组ＤＮＡ的鸟枪法测序原理示意图
鸟枪法测序的缺点：
随着所测基因组总量增大，所需测序的片段大量增加，各个片段重叠成一个连续体的概率是２ｎ２
－２ｎ。其次，高等真核生物（如人类）基因组中有大量重复序列，导致判断失误（图１１－１５）。
图１１－１５　鸟枪法测序技术不能鉴别高等真核生物基因组中的重复序列
—２９１—
对鸟枪法的改进：
－大片段克隆法Ｃｌｏｎｅｃｏｎｔｉｇ法。首先用稀有内切酶把待测基因组降解为数百 ｋｂ以上的片段，
再分别测序。
－靶标鸟枪法（ｄｉｒｅｔｅｄｓｈｏｔｇｕｎ）。首先根据染色体上已知基因和标记的位
"
来确定部分 ＤＮＡ片
段的相对位
"
，再逐步缩小各片段之间的缺口。
四、大规模ＤＮＡ序列拼接
对于ＤＮＡ测序的技术只能一次测序大约１ｋｂ左右的ＤＮＡ序列，可是人类的ＤＮＡ全长大约为３０
亿个，大约是３００万个１ｋｂ的集合。如果ＤＮＡ测序能够沿模板次序进行，一次１ｋｂ可能也不是问题，
只不过重复的次数多了些。
事实上，每次测序是在染色体ＤＮＡ中随机取一小段，因此，把这些随机的小片段按原样拼接产生
完整的ＤＮＡ序列就成为基因序列分析中亟需解决的最关键的问题。
第二节　人类基因组计划
【考试要点】
基因组学
基因组
遗传图、物理图、转录图、遗传学距离
ＲＦＬＰ
【主要内容】
一、人类基因组计划的科学意义
二、遗传图（ＧｅｎｅｔｉｃＭａｐ）
三、物理图（ＰｈｙｓｉｃａｌＭａｐ）
四、转录图（ＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎＰｒｏｆｉｌｉｎｇ）
五、人类基因组的序列图（ＨｕｍａｎＧｅｎｏｍｅＳｅｑｕｅｎｃｅ）
基因组学这一名词是美国人Ｔ．Ｈ．Ｒｏｄｅｒｉｃｋ在１９８６年７月造出来的，与一个新的杂志———Ｇｅｎｏｍ
ｉｃｓ一道问世，它着眼于研究并解析生物体整个基因组的所有遗传信息。
基因组是生物体内遗传信息的集合，是某个特定物种细胞内全部 ＤＮＡ分子的总和。人类基因组
包括２３对染色体，单倍体细胞中约有３０亿对核苷酸，编码了５－６万个基因，人类基因组中携带了有
关人类个体生长发育、生老病死的全部遗传信息。
从整体上看，不同人类个体的基因是相同的，因此，我们说“人类只有一个基因组”，人生来是平等
的。当然，不同的人可能拥有不同的等位基因，这一点决定了人与人之间个体上的差异。
一、人类基因组计划的科学意义
到目前为止，已经完成了酵母、线虫、果蝇、拟南芥、人类、小鼠和水稻等７个真核生物基因组以及
—３９１—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
大肠杆菌等上百个原核生物基因组。
人类基因组计划的科学意义在于：
（１）确定人类基因组中约３－４万个编码基因的序列及其在基因组中的物理位置，研究基因的产
物及其功能。
（２）了解转录和剪接调控元件的结构与位置，从整个基因组结构的宏观水平上理解基因转录与转
录后调节。
（３）从整体上了解染色体结构，了解各种不同序列在形成染色体结构、ＤＮＡ复制、基因转录及表
达调控中的影响与作用。
（４）研究空间结构对基因调节的作用。
（５）发现与ＤＮＡ复制、重组等有关的序列。
（６）研究ＤＮＡ突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子机制，为疾病诊断、预防和治疗提供理
论依据。
（７）确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列，研究其周围序列的性质。
（８）研究人类个体之间的多态性（ＳＮＰ）情况，用于基因诊断、个体识别、亲子鉴定、组织配型、发育
进化等许多医疗、司法和人类学的研究。
二、遗传图（ＧｅｎｅｔｉｃＭａｐ）
人类基因组计划的成果是多方面的，它主要体现在鉴定基因的四张图上。
遗传图（ＧｅｎｅｔｉｃＭａｐ）又称连锁图（ＬｉｎｋａｇｅＭａｐ），是指基因或 ＤＮＡ标志在染色体上的相对位
"
与遗传距离，通常以基因或 ＤＮＡ片段在染色体交换过程中的分离频率厘摩（ｃＭ）来表示。ｃＭ值越
大，两者之间距离越远。
产生配子的减数分裂过程中，亲代同“号”的父源或母源染色体既能相互配对也可能发生片段互
换，而父母源染色体等位基因互换导致子代出现ＤＮＡ“重组”的频率与这两个位点之间的距离呈正相
关，所以，用两个位点之间的交换或重组频率来表示其“遗传学距离”。
第一代ＤＮＡ遗传标记是ＲＦＬＰ（ＲｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎＦｒａｇｍｅｎｔＬｅｎｇｔｈＰｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ，限制性片段长度多态
性）。ＤＮＡ序列上的微小变化，甚至１个核苷酸的变化，也能引起限制性内切酶切点的丢失或产生，导
致酶切片段长度的变化。
第二代ＤＮＡ遗传标记利用了存在于人类基因组中的大量重复序列：
－重复单位长度在１５－６５个核苷酸左右的小卫星ＤＮＡ；
－重复单位长度在２－６个核苷酸之间的微卫星ＤＮＡ
（ｍｉｃｒｏｓａｔｅｌｉｔｅＤＮＡ），后者又称为简短串联重复（ＳＴＲ、ＳＴＲＰ或 ＳＳＬＰ，ｓｈｏｒｔｔａｎｄｅｍｒｅｐｅａｔｐｏｌｙｍｏｒ
ｐｈｉｓｍ或者ｓｉｍｐｌｅｓｅｑｕｅｎｃｅｌｅｎｇｔｈｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ）。
？第三代ＤＮＡ遗传标记，可能也是最好的遗传标记，是分散于基因组中的单个碱基的差异，即单
核苷酸的多态性（ＳＮＰ），包括单个碱基的缺失、插入和替换。
ＳＮＰ中大多数为转换，即由一种嘧啶碱基替换另一种嘧啶碱基，或由一种嘌呤碱基替换另一种嘌
呤碱基，颠换与转换之比为１：２。
—４９１—
ＳＮＰ有可能在密度上达到人类基因组“多态”位点数目的极限。估计人类基因组中可能有３００万
个ＳＮＰ位点！
ＳＮＰ与ＲＦＬＰ和ＳＴＲＰ标记的主要不同之处在于，它不再以ＤＮＡ片段的长度变化作为检测手段，
而直接以序列变异作为标记。
“遗传图”的建立为人类疾病相关基因的分离克隆奠定了基础。拥有５０００多个遗传学位点，相当
于把整个人类基因组划分为５０００多个小区，并分别设
"
了“标牌”。如果在家系中证实该基因与某个
标记不连锁（重组率为５０％），表明该基因不在这一标记附近。
如果发现该基因与某个标记有一定程度的“连锁”（重组率小于５０％但大于０），表明它可能位于
这个标记附近。
如果该基因与某标记间不发生重组（重组率等于０），我们就推测该标记与所研究的疾病基因可
能非常接近。
三、物理图（ＰｈｙｓｉｃａｌＭａｐ）
人类基因组的物理图是指以已知核苷酸序列的ＤＮＡ片段（序列标签位点，ｓｅｑｕｅｎｃｅ－ｔａｇｇｅｄｓｉｔｅ，
ＳＴＳ）为“路标”，以碱基对（ｂｐ，ｋｂ，ｍｂ）作为基本测量单位（图距）的基因组图。
物理图的主要内容是建立相互重叠连接的“相连ＤＮＡ片段群”（ｃｏｎｔｉｇｓ）。
四、转录图（ＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎＰｒｏｆｉｌｉｎｇ）
人类的基因转录图（ｃＤＮＡ图），或者基因的 ｃＤＮＡ片段图，即表达序列标签图（ＥＳＴ，ｅｘｐｒｅｓｓｅｄｓｅ
ｑｕｅｎｃｅｔａｇ）是人类基因组图的雏型。
在成年个体的每一特定组织中，一般只有１０％～２０％的结构基因（约１～２万个不同类型的 ｍＲ
ＮＡ）表达。
五、人类基因组的序列图（ＨｕｍａｎＧｅｎｏｍｅＳｅｑｕｅｎｃｅ）
人类基因组的核苷酸序列图是分子水平上最高层次、最详尽的物理图。测定总长约１米、由３０
亿个核苷酸组成的全序列是人类基因组计划的最终目标。
不同种族、不同个体的基因差异（基因组的多样性）以及“正常”与“疾病”基因的差异，只是同一
位点上等位基因的差异，所以，人类基因组全序列来自一个“代表性人类个体”，不属于任何供体。
本讲【经典试题】
名词解释
基因组学（南开大学２００６年试题）
选择题
关于基因组的描述，正确的是（Ａ）
—５９１—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
Ａ．每种生物都有各自的基因组
Ｂ．爬行类的基因组大于灵长类的
Ｃ．灵长类的基因组是相同的
Ｄ．脊椎动物的基因组是相同的
（深圳大学２００９年试题）
判断题
基因组是细胞内所有基因的组合。（　）
（南开大学２００３年试题）
【本讲复习思考题】
１．简述人类基因组计划的科学意义。
２．区分遗传图谱和物理图谱，试述这两项技术的优缺点。
３．鸟枪测序法的技术原理是什么？
第三节　比较基因组学及功能基因组学研究
【考试要点】
比较基因组学
功能基因组学
ｃＤＮＡＲＡＣＥ（ｃＤＮＡ末端快速扩增）
【主要内容】
一、通过基因组数据进行全局性
二、通过基因组数据进行比较基因组学研究
三、功能基因组学研究
比较基因组学（Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｇｅｎｏｍｉｃｓ）及功能基因组学研究基因组的序列可被分为三类：
（１）通过比较确知其生理功能的；
（２）在数据库中有相匹配的蛋白质序列，但并不知道其功能的；
（３）在现有数据库中找不到任何相匹配的蛋白质序列的新基因。
一、通过基因组数据进行全局性
低等真核生物如酵母、线虫以及高等植物拟南芥，不但基因组比较小，基因密度比较高，百万碱基
对中含有２００个或更多的基因，基因组９０％ 以上由常染色质组成。
—６９１—
图１１－１７　部分典型真核和原核生物基因组成份分析
Ａ．人β－Ｔ细胞受体位点，在５０ｋｂ大片段中只有一个基因（ＴＲＹ４，编码胰蛋白酶原），一个假基
因（ＴＲＹ５），两个基因片段（Ｖ２８，Ｖ２９－１）和５２个存在于全基因组范围内的重复序列，编码功能基因
的序列占总序列不到３％。
Ｂ．酵母第Ⅳ号染色体中的一个片段，其中包括２６个蛋白质编码基因，２个ｔＲＮＡ基因，５个存在于
基因组范围内的重复序列，编码功能基因的序列占总序列的６６．４％ ，重复序列占１３．５％ （在所有１６
条酵母染色体中，重复序列只有３．４％）。在该５０ｋｂ序列中，所有基因都不带内含子，在整个酵母基因
组中，一共只有２３９个内含子，而一个人类基因就可能有多达１００个内含子。
Ｃ．在５０ｋｂ玉米基因组中，只有１个基因，乙醇脱氢酶 Ｉ－Ｆ基因，其余几乎都是重复序列。在它
的５０００Ｍｂ基因组序列中，５０％ 以上可能是重复序列。
Ｄ．大肠杆菌基因组中，５０ｋｂ序列中可能有４３个基因（占全序列的８５．９％ ），许多基因之间甚至
连一点空间都没有（ｔｈｒＡ和ｔｈｒＢ之间只隔了一个碱基，ｔｈｒＣ基因直接位于ｔｈｒＢ终止子的下游。
原核生物基因中没有内含子（少数古细菌基因中可能存在极少的内含子）。原核基因组中没有重
复序列，但已发现存在某些插入序列（ＩＳ１８６，ＩＳ１）。
果蝇和人类基因组中异染色质的比例较高，占基因组的２０％～４０％ 。研究果蝇核ＤＮＡ发现，其
Ｙ染色体几乎完全异染色质化，第四号染色体也大部分被异染色质化，其Ｘ染色体在不同家系中变化
最大，其异染色质化程度从３０％到５０％左右不等。
图１１－１８　果蝇染色体中常染色质和异染色质含量比较
—７９１—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
表１１－４　基本完成ＤＮＡ序列分析的真核生物基因组比较
物　种 完 成年 份 总 长 度（Ｍｐ）已完成总长的％ 占常染色质％ 基因数 ／百万碱基对
酵母 １９９６ １２ ９３ １００ ４８３
线虫 １９９８ ９６ ９９ １００ １９７
果蝇 ２０００ １１６ ６４ ９７ １１７
拟南芥 ２０００ １１５ ９２ １００ ２２１
人类第２１染色体 ２０００ ３４ ７５ １００ ７
人类第２２染色体 １９９９ ３４ ７０ ９７ １６
人类全基因组Ｐｕｂｌｉｃ ２００１ ２６９３ ８４ ９０ １２
人类全基因组Ｃｅｌｅｒａ ２００１ ２６５４ ８３ ９９－９３ １５
大肠杆菌基因组中，尚有３８％以上的未知蛋白质。与物质运转和能量代谢相关的蛋白质含量分
别占蛋白质总量的９％左右。各种功能性酶、细胞结构蛋白、调控蛋白、细胞周期相关因子及参与蛋白
质合成、参与重要中间物合成与代谢等过程的蛋白质分别占总蛋白的４％以上。参与氨基酸合成及代
谢，参与ＤＮＡ合成及代谢的蛋白质也都达到总蛋白的３％左右。
表１１－１　大肠杆菌、伤寒杆菌和尿殖道支原体基因组中的基因总量比较与功能分析
基因数
大肠杆菌 伤寒杆菌 尿殖道支原体
总读码框数 ４２８８ １７２７ ４７０
氨基酸合成分类 １３１ ６８ １
辅基等的合成 １０３ ５４ ５
核苷酸合成 ５８ ５３ １９
细胞膜合成与装配 ２３７ ８４ １７
能量代谢 ２４３ １１２ ３１
其他合成代谢 １８８ ３０ ６
脂肪代谢 ４８ ２５ ６
ＤＮＡ复制、重组和修复 １１５ ８７ ３２
蛋白质结构 ９ ６ ７
调控蛋白 １７８ ６４ ７
转录 ５５ ２７ １２
翻译 １８２ １４１ １０１
吸收与运转 ４２７ １２３ ３４
—８９１—
表１１－５　大肠杆菌所编码的蛋白质分类核基因长度（ｋｐ）
功能 数量 占蛋白质总量
调控蛋白 １７８ ４．１５
细胞结构蛋白 ２２４ ５．２２
膜蛋白 １３ ０．３
外源蛋白 ８７ ２．０３
物质运转相关蛋白 ４２７ ９．９５
能量代谢相关蛋白 ３７３ ８．７０
ＤＮＡ合成与代谢 １１５ ２．６８
转录及ＲＮＡ合成、代谢与修饰 ５５ １．２８
翻译及蛋白质修饰 １８２ ４．２４
细胞周期相关因子 １８８ ４．３８
辅基、辅因子及其载体 １０３ ２．４０
伴侣蛋白 ９ ０．２１
核苷酸的合成与代谢 ５８ １．３５
氨基酸的合成与代谢 １３１ ３．０６
脂肪酸及磷脂的合成与代谢 ４８ １．１２
重要中间物合成与代谢 １８８ ４．３８
酶 ２５１ ５．８５
其它（功能已知蛋白） ２６ ０．６１
未知蛋白 １６３２ ３８．０６
表１１－６　人类基因组数据库中蛋白质编码基因的部分重要参数比较
性　 质 平 均 值
外显子（内源性）长度（ｂｐ） １４５
外显子（内源性）个数 ８．８
内含子长度（ｂｐ） ３３６５
３’非翻译区（ＵＴＲ） ７７０
５’非翻译区（ＵＴＲ） ３００
开 放 读 码 框 的长度（ｂｐ） １３４０
核基因长度（ｋｐ） ２７
人类基因的平均长度为 ２７ｋｂ左右，含有 ８．８个长约 １４５ｂｐ的外显子，内含子的长度却达到
３３６５ｂｐ左右，３’非翻译区（ＵＴＲ）的平均长度为７７０ｂｐ，５’非翻译区的平均长度为３００ｂｐ，开放读码框
的平均长度只有１３４０ｂｐ，编码４４７个氨基酸。
原始生物中单拷贝基因较多，流感嗜血杆菌中单拷贝基因占８８．８％，酵母中占７１．４％ ，果蝇中占
７２．５％ ，线虫中占５５．２％ ，拟南芥中只占约３５．０％ 。
—９９１—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
尿殖道支原体带有已知最小的基因组，可依此确定能自我复制的细胞必需的一套最少的核心
基因。
生物信息学：一门交叉学科，包含了生物信息的获取、处理、存储、分发、分析和解释等在内的上所
有方面，它综合运用数学、计算机科学和生物学的各种工具来阐明和理解大量数据所包含的生物学
意义。
比较基因组学：在基因组图谱和序列分析的基础上，对已知基因和基因组结构进行比较，了解基
因的功能、表达调控机制和物种进化过程的学科。
二、通过基因组数据进行比较基因组学研究
流感嗜血杆菌的基因组为１．８３Ｍｂ，而尿殖道支原体的基因组只有０．５８Ｍｂ，二者相差３倍多，那
么，基因组大小影响了基因数目还是基因尺度？
流感嗜血杆菌基因大小平均９００ｂｐ，尿殖道支原体的基因为１０４０ｂｐ，基因大小差不多。流感嗜血
杆菌中平均１０４２ｂｐ有１个基因，尿殖道支原体中平均１２３５ｂｐ有１个基因。可见基因组尺度减小并
不引起基因密度的增加和基因本身尺寸的减小。
表１１－８　流感嗜血杆菌和尿殖道支原体各类主要基因比较
分类 流感嗜血杆菌 尿殖道支原体
总ＯＲＦ数 １７２７ ４７０
氨基酸合成 ６８ １
辅基等的合成 ５４ ５
核苷酸合成 ５３ ２９
细胞膜合成与装配 ８４ ２７
能量代谢 １１２ ３１
糖代谢 ３０ ６
脂肪代谢 ２５ ６
ＤＮＡ复制、重组和修复 ８７ ４２
蛋白质高级结构形成 ６ ７
调控蛋白 ６４ ７
转录 ２７ ２２
翻译 １４１ １０１
吸收与转运 １２３ ３４
通过对尿殖道支原体与流感嗜血杆菌这两个亲缘关系较远的生物基因组的比较，选取其共同的
基因（共２４０个），再加上一些其他基因，最后组成一套含２５６个基因的最小基因组。
单细胞真核生物酿酒酵母基因组为１２０６８ｋｂ，比单细胞的原核生物和古细菌大一个数量级。
酿酒酵母基因组共有５８８７个ＯＲＦ，比原核生物和古细菌要多得多。酿酒酵母的基因密度为１
个基因／２ｋｂ，小于原核生物流感嗜血杆菌和尿殖道支原体等。
酿酒酵母是最小的真核基因组，裂殖酵母其次，其密度是１／２．３ｋｂ。
—００２—
简单多细胞生物线虫的基因密度为１／３０ｋｂ。酿酒酵母只有４％的编码基因有内含子，而裂殖酵
母则有４０％编码基因有内含子。
三、功能基因组学研究
整个基因组序列的获得为生物学带来了一种称为功能基因组学的新方法，即在基因组水平上阐
明ＤＮＡ序列的功能。
人类和各种模式生物的全长 ｃＤＮＡ克隆对基因的发现及功能分析都极为有用，因此，获得全长
ｃＤＮＡ的技术和发现稀有转录物的技术都将被放在高度优先的地位。
ｃＤＮＡＲＡＣＥ（ｃＤＮＡ末端快速扩增）
是用于从已知ｃＤＮＡ片段扩增全长基因的方法，它根据已知序列设计基因片段内部特异引物，由
该片段向外侧进行ＰＣＲ扩增得到目的序列。用于扩增５’端的方法称为５’ＲＡＣＥ，用于扩增３’端的
称为３’ＲＡＣＥ。
　　５’ＲＡＣＥ
１．在反转录酶的作用下，以已知基因片段内
部特异性引物启始ｃＤＮＡ第一条链的合成
２．ＲＮａｓｅ混合物降解模板ｍＲＮＡ，纯化ｃＤＮＡ
第一条链。
３．用末端转移酶在 ｃＤＮＡ３‘端加入连续
的ｄＣＴＰ
４．以连有 ｏｌｉｇｏ（ｄＧ）的锚定引物和基因片段
内部特异 ｎｅｓｔｅｄ引物进行 ＰＣＲ扩增，以期得到目
的片段，并可用ｎｅｓｔＰＣＲ进行检测。
　　３’ＲＡＣＥ
１．在反转录酶的作用下，以连有可以和ｐｏｌｙＡ
配对的ｏｌｉｇｏ（ｄＴ）的锚定引物启始 ｃＤＮＡ第一条
链的合成。
２．用ＲＮａｓｅＨ降解模板ｍＲＮＡ。
３．用通用锚定引物和基因片段内部特异引物
进行ＰＣＲ扩增得到目的３‘片段，并可用ｎｅｓｔＰＣＲ
的方法继续进行检测和扩增。
—１０２—
朱玉贤《现代分子生物学》考点精讲及复习思路
本讲【经典试题】
名词解释
比较基因组学（深圳大学２００９年试题）
判断题
水稻基因组大小是人类的１／７，基因数目也少于人类的基因数。（　）（浙江大学２００９年）
【本讲复习思考题】
１．什么是比较基因组学（Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｇｅｎｏｍｉｃｓ）？
２．什么是功能基因组学研究基因组？
３．简述ｃＤＮＡＲＡＣＥ（ｃＤＮＡ末端快速扩增）。
本章【经典试题】
判断题
ＹＡＣ是细菌人工染色体。（　）（浙江大学２００９年）
选择题
基因组是（Ｃ）
Ａ．遗传单位
Ｂ．一个二倍体细胞中染色体数
Ｃ．一个生物体内所有基因分子总量
Ｄ．生物体的特定细胞内所有基因的分子总量
（武汉大学２００７年试题）
问答题
人类基因组计划完成的社会意义和科学意义是什么？（武汉大学２００３年试题）
【本章小结及复习思路】
本讲主要介绍了通过基因组数据进行全局性、通过基因组数据进行比较基因组学研究、功能基因
组学研究。重点掌握比较基因组学、功能基因组学、ｃＤＮＡＲＡＣＥ（ｃＤＮＡ末端快速扩增）。
复习的关键点：
了解人类基因组计划；掌握人类基因组计划中关键技术；掌握生物信息学的相关知识。主要掌握
遗传图、物理图、转录图、全序列图、ＲＦＬＰ、ＳＴＲ、ＳＮＰ、ＥＳＴ、ＳＴＳ、Ｃｏｎｔｉｇ；ＹＡＣ、ＢＡＣ、ＭＡＣ、ｇａｐ；结
构基因组学、功能基因组学。
—２０２—