一、緒論：分子生物學(xué)的核心范疇與發(fā)展脈絡(luò)分子生物學(xué)以核酸與蛋白質(zhì)的相互作用為核心，聚焦遺傳信息的傳遞（復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯）及基因表達調(diào)控規(guī)律，探索生命活動的分子本質(zhì)。（一）發(fā)展里程碑1953年：Watson和Crick提出DNA雙螺旋模型，奠定分子生物學(xué)理論基礎(chǔ)。1961年：Jacob和Monod提出操縱子模型，首次揭示原核基因表達的調(diào)控邏輯。1970年代：重組DNA技術(shù)誕生（限制性內(nèi)切酶、載體構(gòu)建技術(shù)），開啟基因工程時代。1985年：PCR技術(shù)發(fā)明，實現(xiàn)DNA的體外高效擴增，推動分子診斷與測序發(fā)展。2000年后：人類基因組計劃完成、CRISPR基因編輯技術(shù)興起，推動精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)與合成生物學(xué)突破。二、染色體與DNA：遺傳信息的載體（一）DNA的結(jié)構(gòu)與功能雙螺旋核心特征：反向平行的脫氧核苷酸鏈，堿基互補配對（A-T、G-C），大溝（蛋白質(zhì)結(jié)合的關(guān)鍵區(qū)域）與小溝（堿基識別的次要區(qū)域）。超螺旋與拓撲學(xué)：原核DNA（如質(zhì)粒）的負超螺旋利于復(fù)制起始；真核DNA通過組蛋白組裝為染色質(zhì)，壓縮遺傳物質(zhì)。（二）染色體的組裝核小體核心結(jié)構(gòu)：組蛋白八聚體（H2A、H2B、H3、H4各兩分子）+146bpDNA纏繞（左手螺旋），形成“串珠”結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)高級折疊：核小體串珠→30nm纖維（H1組蛋白介導(dǎo)）→放射環(huán)（結(jié)合染色體支架）→分裂期染色體。（三）DNA復(fù)制：遺傳信息的傳遞半保留復(fù)制的驗證：Meselson-Stahl實驗（15N/14N密度梯度離心），證明DNA復(fù)制的半保留特性。復(fù)制的酶與蛋白：DNA聚合酶（原核：PolⅢ催化延伸，PolⅠ切除引物；真核：Polα/δ/ε分工，Polγ負責(zé)線粒體復(fù)制）；解旋酶（DnaB）、引物酶（DnaG）、連接酶（封閉岡崎片段缺口）。復(fù)制過程的差異：原核（E.coli）：單起點（oriC），雙向復(fù)制，θ型復(fù)制叉；真核：多起點（ARS序列），端粒酶（含RNA模板，延長染色體末端，避免“末端復(fù)制問題”）。（四）DNA修復(fù)與突變修復(fù)機制：錯配修復(fù)（MMR，識別新鏈錯配，依賴MutS/MutL）；切除修復(fù)（NER：修復(fù)嘧啶二聚體；BER：修復(fù)堿基損傷，如脫氨基）；重組修復(fù)（SOS修復(fù)，應(yīng)急狀態(tài)下的易錯修復(fù)，依賴RecA）。突變類型：點突變（轉(zhuǎn)換/顛換）、插入/缺失（移碼突變）、轉(zhuǎn)座（轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的基因重排，如Ac-Ds系統(tǒng)）。三、生物信息傳遞（上）：從DNA到RNA的轉(zhuǎn)錄（一）轉(zhuǎn)錄的基本規(guī)律模板與產(chǎn)物：DNA一條鏈為模板（不對稱轉(zhuǎn)錄），產(chǎn)物為RNA（mRNA、rRNA、tRNA），RNA鏈合成方向為5’→3’。RNA聚合酶的分工：原核（E.coli）：全酶（α?ββ’σ），σ因子（如σ??）識別啟動子（-35區(qū)TTGACA、-10區(qū)TATAAT）；真核：PolⅠ（轉(zhuǎn)錄rRNA）、PolⅡ（轉(zhuǎn)錄mRNA，需TFⅡD等轉(zhuǎn)錄因子）、PolⅢ（轉(zhuǎn)錄tRNA）。（二）轉(zhuǎn)錄過程的動態(tài)調(diào)控起始：原核σ因子結(jié)合啟動子，DNA局部解鏈；真核TFⅡD結(jié)合TATA盒，形成轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物（PIC）。延伸：RNA聚合酶沿模板移動，NTP依次添加到RNA鏈3’端，形成磷酸二酯鍵。終止：原核：ρ依賴（ρ因子解旋RNA-DNA雜交鏈）或非依賴（莖環(huán)結(jié)構(gòu)+polyU，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄終止）；真核：PolⅡ在加尾信號（AAUAAA）處終止，后續(xù)加工添加polyA尾。（三）RNA的加工修飾mRNA加工（真核）：5’加帽（m?GpppN，保護mRNA、促進翻譯起始）；3’加尾（polyA，增強mRNA穩(wěn)定性，介導(dǎo)核輸出）；剪接（snRNP形成剪接體，去除內(nèi)含子，可變剪接增加蛋白多樣性，如抗體基因的剪接）。rRNA/tRNA加工：核酸酶剪切前體，堿基修飾（如tRNA的假尿嘧啶化、甲基化）。四、生物信息傳遞（下）：從RNA到蛋白質(zhì)的翻譯（一）遺傳密碼與tRNA的“適配器”功能密碼子的特性：64個密碼子（61個編碼氨基酸，3個終止密碼子），具有簡并性（同一氨基酸對應(yīng)多密碼子）、通用性（線粒體等有例外，如UGA編碼Trp）、擺動性（反密碼子與密碼子的非嚴格配對，如tRNA的I與A/U/C配對）。tRNA的功能：攜帶氨基酸（氨酰-tRNA合成酶特異性識別氨基酸與tRNA），反密碼子環(huán)識別mRNA的密碼子。（二）核糖體與翻譯的動態(tài)過程核糖體的結(jié)構(gòu)：原核70S（30S小亞基+50S大亞基，含16S/23S/5SrRNA），真核80S（40S+60S，含18S/28S/5.8S/5SrRNA），是肽鏈合成的“分子工廠”。翻譯的階段調(diào)控：起始：原核依賴SD序列（與16SrRNA互補）結(jié)合小亞基；真核依賴5’帽結(jié)合蛋白（eIF4E）介導(dǎo)起始，起始密碼子為AUG。延伸：進位（氨酰-tRNA進入A位）、成肽（肽酰轉(zhuǎn)移酶催化肽鍵形成，活性中心為rRNA）、轉(zhuǎn)位（核糖體沿mRNA移動，消耗GTP）。終止：釋放因子（RF）識別終止密碼子，肽鏈釋放，核糖體解離。（三）翻譯后修飾與蛋白命運共價修飾：磷酸化（調(diào)控蛋白活性，如CDK激酶）、糖基化（分泌蛋白的N-糖基化/O-糖基化）、泛素化（靶向蛋白酶體降解，如p53的泛素化調(diào)控）；空間折疊：分子伴侶（如Hsp70、Hsp90）輔助蛋白形成正確構(gòu)象，錯誤折疊蛋白被泛素化降解。五、原核生物的基因表達調(diào)控（一）操縱子模型：基因表達的“開關(guān)”邏輯乳糖操縱子（lacoperon）：結(jié)構(gòu)：Z（β-半乳糖苷酶）、Y（透性酶）、A（轉(zhuǎn)乙酰酶）基因，P（啟動子）、O（操縱序列）、I（調(diào)節(jié)基因，編碼阻遏蛋白）。調(diào)控：無乳糖時，阻遏蛋白結(jié)合O序列，抑制轉(zhuǎn)錄；有乳糖（或IPTG）時，阻遏蛋白變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄開啟；CAP蛋白結(jié)合cAMP后，增強轉(zhuǎn)錄（正調(diào)控，響應(yīng)碳源匱乏）。色氨酸操縱子（trpoperon）：阻遏調(diào)控：Trp充足時，阻遏蛋白結(jié)合O序列；Trp缺乏時，阻遏解除。衰減子調(diào)控：前導(dǎo)肽含Trp密碼子，Trp充足時，核糖體快速通過，形成終止莖環(huán)，轉(zhuǎn)錄提前終止（精細調(diào)控Trp合成）。（二）其他調(diào)控方式σ因子替換：如熱激σ因子σ32，響應(yīng)環(huán)境脅迫，啟動熱激基因轉(zhuǎn)錄；mRNA穩(wěn)定性調(diào)控：如RNA酶E降解mRNA，影響基因表達時長；翻譯調(diào)控：反義RNA結(jié)合mRNA的SD序列，抑制核糖體結(jié)合（如R1質(zhì)粒的復(fù)制調(diào)控）。六、真核生物的基因表達調(diào)控（一）順式作用元件與反式作用因子的“分子對話”順式元件：啟動子（TATA盒、CAAT盒）、增強子（遠距離激活轉(zhuǎn)錄，如SV40的增強子）、沉默子（抑制轉(zhuǎn)錄）。反式因子：轉(zhuǎn)錄因子（含DNA結(jié)合域，如鋅指、螺旋-環(huán)-螺旋、亮氨酸拉鏈；轉(zhuǎn)錄激活域，如酸性激活域、谷氨酰胺富含域）。（二）染色質(zhì)重塑與表觀遺傳調(diào)控染色質(zhì)重塑：SWI/SNF復(fù)合物滑動核小體，暴露啟動子區(qū)域，促進轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合（如酵母交配型基因的表達調(diào)控）。DNA甲基化：CpG島甲基化（多發(fā)生于基因啟動子，抑制轉(zhuǎn)錄，如腫瘤抑制基因的甲基化沉默）。組蛋白修飾：乙?；℉AT催化，松散染色質(zhì)，促進轉(zhuǎn)錄，如H3K9ac）、甲基化（HMT催化，H3K4me3激活轉(zhuǎn)錄，H3K27me3抑制轉(zhuǎn)錄）。（三）非編碼RNA的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)miRNA：通過RISC復(fù)合物結(jié)合靶mRNA的3’UTR，抑制翻譯或降解mRNA（如let-7調(diào)控細胞增殖）。siRNA：引發(fā)RNA干擾，降解同源mRNA（抗病毒、基因沉默，如植物的病毒防御）。七、疾病與人類健康：分子生物學(xué)視角（一）癌基因與抑癌基因的“失衡”癌基因：細胞癌基因（原癌基因）激活為癌基因，激活方式包括點突變（如ras基因G12V突變）、基因擴增（如myc基因擴增）、染色體易位（如BCR-ABL融合基因）。抑癌基因：p53（細胞周期檢查點、誘導(dǎo)凋亡，“基因組衛(wèi)士”）、Rb（抑制E2F，阻止細胞增殖），突變后失去抑癌功能（如p53的錯義突變）。（二）基因治療的策略與挑戰(zhàn)基因增補：導(dǎo)入正?；颍ㄈ缦佘彰摪泵溉狈ΠY的基因治療，通過逆轉(zhuǎn)錄病毒載體導(dǎo)入ADA基因）；基因沉默：siRNA靶向沉默致病基因（如針對HBV的siRNA治療）；基因編輯：CRISPR/Cas9修復(fù)致病突變（如鐮狀細胞貧血的基因編輯，修復(fù)HBB基因的突變）。八、分子生物學(xué)技術(shù)：研究與應(yīng)用工具（一）PCR技術(shù)：DNA的“體外擴增器”原理：變性（95℃解鏈）、退火（引物結(jié)合模板）、延伸（Taq酶合成DNA），指數(shù)級擴增目的片段。應(yīng)用：基因克隆、病原檢測（如新冠病毒的RT-PCR檢測）、法醫(yī)鑒定（STR分型）。（二）分子雜交：核酸/蛋白的“身份識別”Southern雜交：檢測DNA（酶切后電泳→轉(zhuǎn)膜→探針雜交，分析基因拷貝數(shù)）；Northern雜交：檢測RNA（分析基因表達的時空特異性）；Western雜交：檢測蛋白質(zhì)（抗體探針，分析蛋白表達與修飾）。（三）基因克隆與測序：遺傳信息的“讀取與改寫”基因克?。狠d體（質(zhì)粒、噬菌體、病毒載體）+目的基因（酶切連接）→轉(zhuǎn)化宿主（如大腸桿菌、哺乳動物細胞）→篩選陽性克?。股乜剐?、藍白斑篩選）。測序技術(shù)：Sanger測序（雙脫氧鏈終止法，適用于長片段測序，如單基因疾病的診斷）；二代測序（邊合成邊測序，如Illumina，高通量，用于基因組測序、轉(zhuǎn)錄組分析）；三代測序（單分子測序，如PacBio，長讀長，解析復(fù)雜基因組結(jié)構(gòu)）。（四）基因編輯技術(shù)：精準(zhǔn)改造遺傳信息CRISPR/Cas9：sgRNA引導(dǎo)Cas9核酸酶切割靶DNA，實現(xiàn)基因敲除、敲入或定