硕士研究课-现代分子生物学-Molecular approaches in bioremediation-胡忠
研究生-2014现代分子生物学英语
“The active principle …is responsible for the conversion of normal cells to neoplastic cells”
“It may be (1) a metabolic product of the crown-gall bacterium; (2) a normal host constituent that is converted by the bacteria into a tumorinducing substance; (3) a chemical fraction of the bacterial cell that is capable of initiating, as in the case of the transforming substance (DNA) of the pneumococci, a specific alteration in the host cell; or (4) a virus or other agent which is present in association with the crown-gall organism”
Armin C. Braun 1911 - 1986
Gall tissues can grow indefinitely without exogenous phytohormones
1930s – 1950s, numerous studies Auxin CK
High levels of auxin and cytokinin are found in gall tissues
White, P.R. and Braun, A.C. (1941). Crown gall production by bacteria-free tumor tissues. Science. 94: 239-241; Photo from Wood, H.N., and Kelman, A. (1987) Phytopathology 77: 991.
现代分子生物学重点
现代分子生物学1、DNA重组技术：又称基因工程,是将DNA片段或基因在体外经人工剪接后,按照人们的设计与克隆载体定向连接起来,在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达,产生影响受体细胞的新的遗传性状。
2、基因组：指某种生物单倍染色体中所含有的基因总数,也就是包含个体生长、发育等一切生命活动所需的遗传信息的整套核酸。
3、功能基因组：又称后基因组，是在基因组计划的基础上建立起来的，它主要研究基因及其所编码蛋白质的结构与功能，指导人们充分准确地利用这些基因的产物。
1、简述分子生物学的基本含义：从广义来讲:分子生物学是从分子水平阐明生命现象和生物学规律的一门新兴的边缘学科。
它主要对蛋白质和核酸等生物大分子结构和功能以及遗传信息的传递过程进行研究。
从狭义来讲：分子生物学的范畴偏重于核酸（或基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调节控制等过程，当然其中也涉及到与这些过程有关的蛋白质与酶的结构和功能的研究2、早期主要有那些实验证实DNA是遗传物质？写出这些实验的主要步骤主要是两个实验：肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验步骤：肺炎链球菌转化实验首先将光滑型致病菌（S型）烧煮杀灭活性以后再侵染小鼠，发现这些死细菌自然丧失了治病能力，再用活的粗糙型细菌（R型）来侵染小鼠，也不能使之发病，因为粗糙型细菌天然无治病能力。
讲经烧煮杀死的S型细菌和活的R型细菌混合在感染小鼠时，实验小鼠都死了，解剖小鼠，发现有大量活的S型（而不是R型）细菌，推测死细菌的中的某一成分转化源将无治病力的细菌转化成病原细菌。
噬菌体侵染细菌的实验：用分别带有S标记的氨基酸和P标记的核苷酸的细菌培养基培养噬菌体，自带噬菌体中就相应的含有S标记的蛋白质或P标记的核酸，分别用这些噬菌体感染没有被放射性标记的细菌，经过1~2个噬菌体DNA复制周期后发现，子代噬菌体中几乎不含带S标记的蛋白质，但含有30%以上的P标记，这说明在噬菌体传代过程中发挥作用的可能是DNA，而不是蛋白质。
现代分子生物学ppt课件
目录
• 分子生物学概述 • 基因与基因组 • DNA复制与修复 • RNA转录与加工 • 蛋白质翻译与修饰 • 基因表达调控 • 分子生物学技术与应用
01 分子生物学概述
分子生物学的定义与发展
分子生物学的定义
在分子水平上研究生物大分子的 结构和功能，以揭示生命现象本 质的科学。
重组DNA技术的应用
阐述重组DNA技术在基因克隆、基因表达、基因治疗等领域的应 用。
重组DNA技术的优缺点
分析重组DNA技术的优点，如高效、精确等，同时也指出其存在 的缺点，如安全性问题等。
PCR技术原理，包括引物设计、DNA聚合酶的作用 等。
PCR技术的应用
基因表达的调控
研究基因表达在时间和空间上的调控机制， 包括转录因子、表观遗传学等。
分子生物学与生物学的关系
分子生物学是生物学的重要分支
01
分子生物学研究生物大分子的结构和功能，是揭示生命现象本
质的基础科学。
分子生物学推动生物学的发展
02
随着分子生物学理论和技术的不断发展，生物学的研究领域不
断拓宽，研究水平不断提高。
microRNA调控
一类非编码小RNA分子，通过与靶mRNA结合抑制其翻译或促进 其降解来调节基因表达。
基因表达调控的生物学意义
适应环境变化
细胞分化和发育
能量代谢平衡
响应生物和非生物胁迫
基因表达调控使生物能够根据 不同环境条件调整其生理和代 谢状态，以维持生存和繁殖。
在细胞分化和发育过程中，基 因表达调控确保不同类型细胞 具有独特的表型和功能。
列举PCR技术在DNA片段扩增、基因突变分析、基因表达分析等领 域的应用。
2024年度-朱玉贤现代分子生物学第四版
蛋白质翻译后加工的意义
对于蛋白质的成熟、定位和功能发挥具有重要作用。例如，信号肽的去除可以使蛋白质从细胞内分泌 到细胞外或定位到细胞膜上；化学修饰可以调控蛋白质的活性和稳定性，从而影响细胞的生理功能； 剪切可以产生具有不同功能的蛋白质片段，增加蛋白质的多样性。
17
转录与转录后加工的调控
转录的调控主要通过转录 因子与DNA的结合来实 现，可以影响RNA聚合酶 的活性和选择性。
转录和转录后加工的调控 具有协同作用，可以共同 调节基因的表达水平和蛋 白质的功能。
ABCD
转录后加工的调控涉及多 种蛋白质和RNA的相互作 用，可以影响RNA的加工 效率和产物种类。
29
基因工程与基因组学的应用前景
农牧业领域
通过基因工程改良作物和畜禽品种， 提高产量和品质，增强抗逆性；应用 基因组学解析重要农艺性状形成的分 子机制，指导新品种选育。
工业领域
利用基因工程生产工业酶、生物燃料 和生物材料等；应用基因组学优化工 业生产过程和开发新产品。
医学领域
基因工程可用于生产重组蛋白药物、 基因诊断和基因治疗等；基因组学可 用于解析人类疾病的遗传基础，发现 新的治疗靶点和药物。
异常的转录和转录后加工 调控可能导致疾病的发生 ，如癌症、遗传性疾病等 。
18
05
蛋白质翻译与翻译后加工
19
蛋白质翻译的过程与特点
蛋白质翻译的过程
起始、延长和终止三个阶段。起始阶段，核糖体与mRNA结合，形成起始复合物；延长阶段，tRNA携带氨基酸 进入核糖体，进行肽链的延伸；终止阶段，释放完成翻译的蛋白质。
硕士研究课现代分子生物学Molecularapproachesinbioremediation
易错PCR是一种简便快速地在DNA序列中随机制造突 变的方法，它通过改变传统PCR反应体系中某些组分的浓 度，使碱基在一定程度上随机错配而引入多点突变。本 法的关键在于选择适当的突变频率，当突变频率太高时， 几乎无法筛选到有益突变；若突变频率太低，野生型将 占据突变群体的优势，也很难筛选到理想的突变体。
(Cefotaxime)的最低抑制浓度比原始菌株提高了32,000
倍,也远高于易错PCR的突变筛选结果。
硕士研究课现代分子生物学 Molecularapproachesinbioremediation
DNA改组是DNA分子的体外重组,是基因在分子水平上 有性重组。通过改变单个基因(或基因家族)原有核苷酸 序列,创造新基因,并赋予表达产物以新功能。实际上,该 技术是一种分子水平上的定向进化。因此也称为分子育 种。在创造新基因的过程中,要设法产生各种变异。这主 要通过有性PCR、交错延伸PCR完成。
根际修复是利用植物一微生物和根际环境降解有机污 染物的复合生物修复技术，是目前最具潜力的土壤生物修 复技术之一。
硕士研究课现代分子生物学 Molecularapproachesinbioremediation
Protein engineering
定向进化（Directed evolution）是近20年发展起来的 一项新技术，是达尔文的进化论思想在核酸、肽或蛋白 等分子水平上的延伸和应用。它不需要深入了解蛋白质 的结构功能关系，在实验室条件下人工模拟生物大分子 自然进化过程，在体外对基因进行随机诱变，使基因发 生大量变异，并定向选择出所需性质的突变体，从而可 以在短时间内实现自然界几百万年才能完成的进化过程。
分子生物学第九章--分子生物学研究方法电子教案精选全文
可编辑修改精选全文完整版•第九章分子生物学研究方法1．课程教学内容(1)核酸技术1—基本操作(2)核酸技术2—克隆技术(3)核酸技术3—测序(4)基因表达和表达分析基因定点诱变(5)蛋白质与核酸的相互作用(6)其他（热点）技术2．课程重点、难点基因克隆技术、杂交技术、测序技术、蛋白质与核酸的相互作用检测技术3．课程教学要求掌握基因克隆技术、杂交技术、测序技术、蛋白质与核酸的相互作用检测等各种技术的原理。
本章内容•核酸的凝胶电泳•DNA分子的酶切割•核酸的分子杂交•基因扩增•基因的克隆和表达•细菌的转化•DNA核苷酸序列分析•蛋白质的分离与纯化•研究DNA与蛋白质相互作用的方法一、核酸的凝胶电泳基本原理：当一种分子被放置在电场当中时，它们会以一定的速度移向适当的电极。
电泳的迁移率：电泳分子在电场作用下的迁移速度，它同电场的强度和电泳分子本身所携带的净电荷成正比。
由于在电泳中使用了一种无反应活性的稳定的支持介质，如琼脂糖和丙烯酰胺，从而降低了对流运动，故电泳的迁移率又同分子的摩擦系数成反比。
在生理条件下，核酸分子的糖-磷酸骨架中的磷酸基团，是呈离子化状态的。
从这个意义上讲，DNA和RNA的多核苷酸链可叫做多聚阴离子，因此，当核酸分子放置在电场中时，它就会向正极移动。
在一定的电场强度下，DNA分子的这种迁移率，取决于核酸分子本身大小和构型。
分子量较小的DNA 分子，比分子量较大的分子，具有较紧密的构型，所以其电泳迁移率也就比同等分子量的松散型的开环DNA分子或线性DNA分子要快些。
Gel matrix (胶支持物) is an inserted, jello-like porous material that supports and allows macromolecules to move through.Agarose (琼脂糖):(1) a much less resolving power than polyacrylamide,(2)but can separate DNA molecules of up to tens of kbDNA can be visualized by staining the gel with fluorescent dyes, such as ethidium bromide (EB 溴化乙锭)Polyacrylamide (聚丙稀酰胺):(1)has high resolving capability, and can resolve DNA that differfrom each other as little as a single base pair/nucleotide.(2)but can only separate DNA over a narrow size range (1 to a fewhundred bp).Pulsed-field gel electrophoresis (脉冲电泳)(1)The electric field is applied in pulses that are orientedorthogonally (直角地) to each other.(2)Separate DNA molecules according to their molecule weight, as wellas to their shape and topological properties.(3)Can effectively separate DNA molecules over 30-50 kb and up toseveral Mb in length.二、DNA分子的酶切割Restriction endonucleases (限制性内切酶) cleave DNA molecules at particular sitesRestriction endonucleases (RE) are the nucleases that cleave DNA at particular sites by the recognition of specific sequences.RE used in molecular biology typically recognize (识别) short (4-8bp) target sequences that are usually palindromic (回文结构), and cut (切割) at a defined sequence within those sequences. e.g. EcoRIThe random occurrence of the hexameric (六核苷酸的) sequence: 1/4096 (4-6=1/46)(1) Restriction enzymes differ in the recognition specificity: target sites are different.(2) Restriction enzymes differ in the length they recognized, and thus the frequencies differ.(3) Restriction enzymes differ in the nature of the DNA ends they generate: blunt/flush ends (平末端), sticky/staggered ends (粘性末端).(4) Restriction enzymes differ in the cleavage activity.三、核酸的分子杂交原理：带有互补的特定核苷酸序列的单链DNA或RNA，当它们混合在一起时，其相应的同源区段将会退火形成双链的结构。
现代分子生物学课后习题集及答案(朱玉贤
现代分子生物学课后习题集及答案(朱玉贤现代分子生物学课后习题及答案（共10章）第一章绪论1.你对现代分子生物学的含义和包括的研究范围是怎么理解的？2. 分子生物学研究内容有哪些方面？3. 分子生物学发展前景如何？4. 人类基因组计划完成的社会意义和科学意义是什么？答案：1.分子生物学是从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。
狭义：偏重于核酸的分子生物学，主要研究基因或 DNA 的复制.转录. 达和调节控制等过程，其中也涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。
分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会，也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。
所谓在分子水平上研究生命的本质主要是指对遗传. 生殖.生长和发育等生命基本特征的分子机理的阐明，从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新的手段。
这里的分子水平指的是那些携带遗传信息的核酸和在遗传信息传递及细胞内.细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。
这些生物大分子均具有较大的分子量，由简单的小分子核苷酸或氨基酸排列组合以蕴藏各种信息，并且具有复杂的空间结构以形成精确的相互作用系统，由此构成生物的多样化和生物个体精确的生长发育和代谢调节控制系统。
阐明这些复杂的结构及结构与功能的关系是分子生物学的主要任务。
2. 分子生物学主要包含以下三部分研究内容：A.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（moleculargeics）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，基因达调控和基因工程技术的发展和应用等。
(NEW)朱玉贤《现代分子生物学》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解
4.3 名校考研真题详解 第5章 分子生物学研究法（上）——DNA、RNA及蛋白质操作技术
5.1 复习笔记 5.2 课后习题详解 5.3 名校考研真题详解 第6章 分子生物学研究法（下）——基因功能研究技术 6.1 复习笔记 6.2 课后习题详解 6.3 名校考研真题详解 第7章 原核基因表达调控 7.1 复习笔记 7.2 课后习题详解 7.3 名校考研真题详解 第8章 真核基因表达调控 8.1 复习笔记 8.2 课后习题详解 8.3 名校考研真题详解
② T2噬菌体感染大肠杆菌实验
a．在分别含有35S和32P的培养基中培养大肠杆菌。
b．用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，分别制备含35S的T2噬菌体和32P的
T2噬菌体。
c．分别用含35S的T2噬菌体和32P的T2噬菌体感染未被放射性标记的大 肠杆菌。
d．培养一段时间后，将混合液离心，检测子代噬菌体放射性。上清液 主要是噬菌体，沉淀物主要是大肠杆菌。
（4）基因组、功能基因组与生物信息学研究
基因组计划是一项国际性的研究计划，其目标是确定生物物种基因组所 携带的全部遗传信息，并确定、阐明和记录组成生物物种基因组的全部 DNA序列。
功能基因组学相对于测定DNA核苷酸序列的结构基因组学，其研究内容 是在利用结构基因组学丰富信息资源的基础上，应用大量的实验分析方 法并结合统计学和计算机分析方法来研究基因的表达、调控与功能，以 及基因间、基因与蛋白质之间和蛋白质与底物、蛋白质与蛋白质之间的 相互作用和生物的生长发育等规律。功能基因组学的研究目标是对所有 基因如何行使其职能从而控制各种生命现象的问题作出回答。
严格地说，重组DNA技术并不完全等于基因工程，因为后者还包括其他
可能使生物细胞基因组结构得到改造的体系。
2024版《现代分子生物学》朱玉贤第五版北大课件
新生肽链经过加工修饰，如剪切、 折叠、修饰等，成为具有生物活性 的蛋白质。
20
蛋白质翻译后加工修饰类型举例
2024/1/28
N-端fMet或Met的切除
新生肽链N-端的甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸通常被切 除。
二硫键的形成
半胱氨酸残基之间可以形成二硫键，对蛋白质的稳 定性和活性有重要作用。
化学修饰
生物工程
表观遗传学机制可以影响细胞的分化和发育，因此通过表观遗传学手段来改造细胞或生物体可能成为一种新 的生物工程技术。例如，利用表观遗传学手段来实现细胞重编程和再生医学应用。
26
06
现代分子生物学技术应用与 发展趋势
2024/1/28
27
DNA测序技术原理及应用领域拓展
DNA测序技术原理
通过特定的生物化学方法，将 DNA片段化并逐一测定其碱基序 列，从而获得完整的基因序列信
组修复等。
DNA损伤修复对于维持细胞基 因组稳定性和防止突变具有重要
意义。
2024/1/28
11
基因突变与遗传多样性
基因突变是指DNA序列中碱基的替换、 插入或缺失。
基因突变是生物进化的原材料，对于 生物适应环境和进化具有重要意义。
2024/1/28
基因突变可以产生新的等位基因，增 加遗传多样性。
序列比对与注释
01
利用生物信息学方法对基因序列进行比对和注释，揭示基因功
能和进化关系。
基因表达谱分析
02
通过高通量测序技术，研究基因在不同条件下的表达谱变化，
解析基因调控网络。
蛋白质结构与功能预测
03
利用生物信息学方法预测蛋白质的三维结构和功能，为药物设
计和蛋白质工程提供理论支持。
01-硕士研究生课-现代分子生物学-基础知识-1-生物大分子-李恩民
Amino Acid
Glycine Alanine Serine Proline Valine Threonine
MW
75.05 89.05 105.06 115.08 117.09 119.18
Nr
11 12 13 14 15 16
Amino Acid
Aspartic Acid Glutamine Lysine Glutamic Acid Methionine Histidine
4
O
－
O
H
＋
H
H
H
1 水是一个极性的分子。
水中有如下的电离平衡： H2O H++OH－
－14
20C下， [H+][OH－]＝10
2 3
，pH＝ -log10[H+]
水的分子量M=18, 即每摩尔水重18g 1L体积水中H2O分子的mmol数=55555mmol。
5
通过对水这种最简单的生物分子的 认知，树立“定量” 观念和微环境意识。 加深对复杂的分子生物学实验现象的定 量化理解与分子水平注释，构筑起真正 的分子生物学理论。
分子生物学基础知识
1
分子生物学的概念
1 分 子 生 物 学 2 生 物 体 中 的 分 子 学 3 生 物 分 子 学 4 生 物 体 中 的 大 分 子 学 5 生 物 大 分 子 学
2
生物分子的定义 存在于生物体内的，具有确切生理功能的分子 生物分子大中小的界定 1 生物小分子 分子量小于1 000 Dalton的分子
9
例一的引伸意义 2
大于92 （100）aa的多肽链将可能有较强的免疫原 性。
10
例二 100bp的DNA双链分子的分子量大约是多少？ 已知条件：（1）双链DNA钠盐每bp 的平均重量为635 Dolton。 （2）在pH8.0的Tris缓冲液中，双链DNA分子是以 钠盐的形式存在的。 结果：100bp的DNA双链分子的分子量为63500 Dolton。
分子生物学常用参考书目
二十一世纪是分子生物学发展的世纪，生命科学将进 入一个新的时代——后基因组时代postgenomics
二十一世纪分子生物学发展的趋势：
1.功能基因组学 functional genomics 依附于对DNA序列的了解，应用基因组学的知识和工具
去了解影响发育和整个生物体的特征序列表达 谱。 酿酒酵母16条染色体的全部序列于1996年完成 。
…
1997
Wilmut成功获得克隆羊—Dolly诞生；
1998
Renard 克隆牛诞生（体细胞→个体）；
…
2000 ,6.26 中、美、日、德、法、英6国，宣布人类基 因组草图发表。
2000 ,10月 科学家宣布将于2001年3月完 成河豚鱼的基 因组测序。
2000,12月14日英美等国科学家宣布绘出拟南芥基因组 的完整图谱。
2003年4月14日六国科学家完成了人类基因组序列图的 绘制，实现了人类基因组计划的所有目标。
二十世纪是以核酸为研究核心，带动分子生 物学向纵深发展：
•
50年代双螺旋结构
•
60年代操纵子学说
•
70年代DNA重组
•
80年代PCR技术
•
90年代DNA测序
生命科学从宏观→微观→宏观；由分析→综 合的时代。
分子生物学常用参考书 目
2024/2/1
第一章 绪 论
一、什么是分子生物学？
Instant Notes in Molecular Biology
---Turner et al.
Molecular biology seeks to explain the relationships between the structure and function of biological molecules and how these relationships contribute to the operation and control of biochemical processes.
现代分子生物学(朱玉贤)第三版 课后习题及答案
现代分子生物学课后习题及答案（共 10 章）第一章绪论1.你对现代分子生物学的含义和包括的研究范围是怎么理解的？答：分子生物学是从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。
狭义：偏重于核酸的分子生物学，主要研究基因或DNA 的复制、转录、表达和调节控制等过程，其中也涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。
分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会，也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。
所谓在分子水平上研究生命的本质主要是指对遗传、生殖、生长和发育等生命基本特征的分子机理的阐明，从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新的手段。
这里的分子水平指的是那些携带遗传信息的核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。
这些生物大分子均具有较大的分子量，由简单的小分子核苷酸或氨基酸排列组合以蕴藏各种信息，并且具有复杂的空间结构以形成精确的相互作用系统，由此构成生物的多样化和生物个体精确的生长发育和代谢调节控制系统。
阐明这些复杂的结构及结构与功能的关系是分子生物学的主要任务。
2.分子生物学研究内容有哪些方面？答：分子生物学主要包含以下三部分研究内容：A.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。
硕士的研究课—现代分子生物学功能基因组学主要的研究技术胡忠精品文档
5、疾病的诊断与治疗
从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以 得出标准图谱。从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯 片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱， 就可以得出病变的DNA信息。这种基因芯片诊断技术以 其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将 成为一项现代化诊断新技术。
Schena等采用拟南芥基因组内共45个基 因的cDNA微阵列（其中14个为完全序列， 31个为EST），检测该植物的根、叶组织 内这些基因的表达水平，用不同颜色的荧 光素标记逆转录产物后分别与该微阵列杂 交，经激光共聚焦显微扫描，发现该植物 根和叶组织中存在26个基因的表达差异， 而参与叶绿素合成的CAB1基因在叶组织较 根组织表达高500倍。
Chapter 5 功能基因组学主 要研究技术
功能基因组学（functional genomics） 是利用结构基因组学提供的信息，以高通量， 大规模实验方法及统计与计算机分析为特征， 全面系统地分析全部基因的功能。
功能基因组学的研究涉及众多的新技术，包 括生物信息学技术、生物芯片技术、转基因和 基因敲除技术、酵母双杂交技术、蛋白质组学 技术、反义核酸技术等技术。
靶片段：DNA、寡核苷酸、RNA等。 探 针：mRNA， 或是以mRNA为模板合成的
cDNA。 标记物：常采用荧光剂，如Cy3、Cy5，同位素、
地高辛等。
示例：原位喷印合成基因芯片
芯片原位喷印合成原理与喷墨打印类似， 不过芯片喷印头和墨盒有多个，墨盒中装 的是四种碱基等液体而不是碳粉。喷印头 可在整个芯片上移动并根据芯片上不同位 点探针的序列需要将特定的碱基喷印在芯 片上特定位置。
linkage, and genetic variability.
现代分子生物学专业英语
现代分子生物学专业英语（绝密）分子生物学:molecular biology遗传学:genetics染色体：chromosomeDNA: deoxyribonucleic acidRNA: ribonucleic Acid蛋白质：protein半保留复制：semiconservative replication复制子:replicon复制起始点:origin复制终止'点：terminus半不连续复制：semidiscontinuous replication前导链：leading strand模板链:template strand反义链:antisense strand后随链：lagging strandDNA 解链酶:DNA helicaseSSB（单链结合蛋白）：single-strand binding protein DNA 拓扑异构酶：DNA topoisomerase弓I物：primer引发体：primosome启动子：promoter终止子：terminator 强化子：enhancer内含子：intron夕卜显子：exon引发酶：primaseDNA 夹:DNA clampARS（白主复制序歹!J ）: autonomously replicating sequence字昔酉己修复:mismatch repair碱基切除:base-excisionDNA 切割酶：DNA excinuclease重组修复:recombinant repair光化物:photoproduct转座:transposition可移位因子:transposable element复合型转座子:composite transposon反向重复序歹!j: inverted repeat正向重复序歹!j: forward repeat白主性转座子: autonomous transposon激活:activate解离：dissociated转座酶：transposase解离酶：resolvaseSNP（单核昔酸多态性）：single nucleotide polymorphism 转录：transcription转座:transposition翻译：translation信使RNA:messenger RNA模板识另U ： template recognition转录因子（TF）: transcription factor聚合酶全酶：holoenzyme编码区：coding region剪接过程：splicing编辑：editing起始密码子:initiation codon终止密码子:termination codon同义密码子:synonymous codon简并：degeneracy受体臂:acceptor arm错义突变:missense mutation核糖体蛋白质:ribosomal protein磷酸化:phosphorylation糖基化:glycosylation甲基化:methylation乙酰化：acetylation分子伴侣: molecular chaperone热休克:heat shock信号肽：signal peptide前导肽:leader peptideNPC（核孔复合体）：nuclear pore complexNLS（核定位信号）:nuclear localization signalNES （出核信号）:nuclear export signal泛素受体分子:ubiquitin receptor molecules限制性核酸内切酶：restriction endonuclease载体:vector琼脂糖:agarose多聚阴离子：polyanions转化:transformation感受态细胞：competent cell聚合酶链式反应（PCR）:polymerase chain reaction基因片段:genomic定量：quantitative表观遗传学:epigenetics同源测序:sibling sequencingCDNA: complementary DNARACE（CDNA 末端快速扩增法）：rapid amplification of CDNAend 图位克隆法:map-based cloning蛋白质组学: proteome基因组：genome电泳:electrophoresis等电聚焦:isoelectric focusingCID（诱导碰撞解离）:collision-induced dissociation基因定点突变: site-directed mutagenesis转录组：transriptome高通量测序:high-throughput sequencing原位杂交（ISH）: in situ hybridization荧光原位杂交（FISH）:fluorescence in situ hybridization 基因敲除:gene knock-outPNS（正负筛选）:positive-negative selection转录激活结构域: transcription activation domain双杂交系统:two-hybrid system免疫共沉淀技术:co-immuno precipitationRNA 干涉：RNA interference管家基因:housekeeping genes噬菌体:bacteriophage蛋白质免疫印迹:western blotting单克隆抗体:monoclonal antibody现代遗传学:reverse genetics负转录调控:negative transcription regulation 阻遏蛋白：repressor 激活蛋白：activator孚L糖操纵子:lactose operon代谢阻遏效应:catabolite repression弱化作用：attenuation信号转导:signal transduction传感蛋白：sensor protein上游激活位点：upstream activator sequence 连接区：junction时间特异性：temporal specificity核兀、启动子:core promoter拉链：zipper基因沉默:gene silencing应答原件:response element核穿梭:nuclear shuttling。
研究生入学考试专业课现代分子生物学-2
研究生入学考试专业课现代分子生物学-2(总分：100.00，做题时间：90分钟)一、论述题(总题数：29，分数：100.00)1.什么是封闭复合物、开放复合物以及三元复合物?（分数：3.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()解析：封闭复合物：RNA聚合酶全酶与DNA组成的复合物，DNA仍处于双链状态，不能起始RNA的合成。
开放复合物：RNA聚合酶全酶所结合的DNA序列中有一小段双链被解开，形成转录泡，酶的构象也发生改变，β和β"亚基牢固夹住DNA，这种由启动子与RNA聚合酶的复合物在这里能进行RNA的起始合成。
三元复合物：由开放复合物与最初的两个NTP相结合并在两个核苷酸之间形成磷酸二酯键后所形成的包括RNA聚合酶、DNA和新生RNA的复合物。
2.简述σ因子的作用。
（分数：3.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()解析：负责模板链的选择和转录的起始，它是酶的别构效应物，使酶专一性识别模板链上的启动子，极大地提高RNA聚合酶对启动子区DNA序列的亲和力，极大地降低RNA聚合酶与模板DNA上非特异性位点的亲和力。
3.什么是Pribnow box?它的保守序列是什么?（分数：3.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()解析：Pribnow box(TATA box)是一个由5个核苷酸(TATAA)组成的保守序列，是聚合酶结合位点，其中央大约位于起点上游10bp处，所以又称为-10区。
现代分子生物学(课堂PPT)
Frederick Sanger
酶法核苷酸测 序的设计者
Walter Gilbert 化学测序法的设计者
Paul Berg
DNA重组，在细菌中表 达胰岛素
DNA重组技术的元老
测定了牛胰岛素的化学结构而获 1958 年的 Nobel 化学奖
25
1984 Kohler（德） Milstein（美） Jerne（丹麦）
15
2、 重要机制的发现 * 1949 Chargaff 测定出不同来源的A、T、G、 C 四种核酸碱基 * 1950 Chargaff Markham A=T G=C * 1953 Watson ＆Crick DNA Double Helix Model
随着DNA双螺旋结构的提出和蛋白质空间结构的解析开始了分 子生物学时代,此后对遗传信息的载体DNA和生物功能的体现者 蛋白质的研究的研究也成为生命科学研究的主要内容
Francis Jacob Jacques Monod 提出并证实了Operon作为调节细菌细 胞代谢的分子机制 首次提出mRNA分子的存在
22
1969 Nirenberg（美） Holly ＆ Khorana
Marshall W. Nirenberg
破译了遗传密码
Robert W. Holley 酵母Ala-tRNA的 核苷酸序列并证 明了所有tRNA三 级结构的相似性
断裂基因（splitting gene） PCR仪的发明者 基因定点突变
1994 Gilman ＆ Rodbell 发现G蛋白在细胞信号传导中的作用
1995 Lewis（美）、Nusslein－Volhard（德）、Wieschaus（美） 20世纪40～70年代先后独立鉴定了控制果蝇（ Drosophila ） 体节发育基因
现代分子生物学(第5版)
成书过程
成书背景
修订过程
成书背景
20世纪初以来，生命科学所取得的成就和进步，不但使生物学这门古老的学科焕发了青春，也使它在自然科 学中的地位发生了革命性的变化。生物学革命在各个科学之间广泛渗透、相互交叉、相互作用，推动了科学的发 展，生物学成为带头学科之一。分子生物学作为生物学科新兴、具有活力的科学，在推动中国科学事业的发展、 推动生物工程产业的崛起、推动国民经济持续高速发展等方面都有着举足重轻的影响 。
其中第二章讨论了染色体和DNA的基本结构及复制调控；第三至四章回顾了从DNA到RNA以及从mRNA到蛋白质 的生物信息流；第五、六两章集中阐述了现代分子生物学实验的技术原理和流程。第七、八两章研究了参与原核、 真核细胞基因表达调控的各种元件，探讨了DNA甲基化、蛋白质磷酸化、乙酰化修饰、染色质构象变化等表观遗 传修饰对基因活性和功能的影响，以及各种小RNA的产生与作用机制。第九、十两章讨论了疾病与人类健康、基 因与发育等重要生命现象的分子生物学基础，第十一章则主要讨论了DNA序列分析技术进步对基因组学的重大影 响。
二是重在敏锐和迟钝、失败与成功辩证法的核心。如果狭隘地从人类的角度看分子生物学这个学科，发育过 程是模块化的，每个模块都是一种自组织体，是适应性与结构化的产物。生命的演化其实就是一个不断模块化的 过程。因此，物种演化其实就是一系列发育模块的重组。
注：以上内容参考资料来源
作者简介
作者简介
朱玉贤，中科院院士，武汉大学高等研究院院长，蛋白质工程及植物基因工程国家重点实验室主任，教育部 高校大学生物学课程教指委主任委员。长江特聘教授，农业部“国家转基因生物安全委员会”委员，科技部 “863”高技术计划“现代农业技术领域”专家组副组长 。
现代分子生物学研究内容
经典分子生物学研究内容:
1 核酸的分子生物学：研究内容包括核基因组的结构、
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是其理论体系的核心。
2 蛋白质的分子生物学 ：蛋白质的结构及其与功能关系
及其基本规律
3 细胞信号转导的分子生物学：外源信号的 刺激下，细胞可以将这些信号转变为一系列 生物化学变化，例如蛋白质构象的转变、蛋 白分子的磷酸化心脏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。信号转导 研究的目标是简明这些变化的分子机理，明 确每一种信号转导与传递的途径及参与该途 径的所有分子的作用和调节方式以及认识各 种途径间的网络控制系统。
3、初步认识生命本质并开始改造生命的深 入发展阶段
70年代后，以基因工程技术的出现作为新的里程碑，标志着 人类涂认识生命本质并能主动改造生命的新时期开始。其间 的重大成就包括： 1 重组DNA技术的建立和发展 2 基因组研究的发展 3 单克隆抗体及基因工程抗体的建立和发展 4 基因表达调控机理 5 细胞信号转导机理研究成为新的前沿领域
1954年所提出的遗传信息传递规律 （即中心法则）:
三、分子生物学的主要研究内容
分子生物学的基本含义 分子生物学是从分子水平研究生命本质为目的 的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大 分子的结构及其在遗传信息和细胞信息它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。分子生 物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的 机会，也为人类利用和改造生物创造了极为广泛的 前景。
•
• • • • • • • • • •
•
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
该法利用一种含有突变靶位点和特殊酶切位点序列的密码
子盒(codon cassette)来引入突变序列。由于密码子盒可从正
反两方向插入目的基因,因此只须11种密码子盒就可替换产生 全部20种氨基酸以达到点饱和突变的效果。
该法突出优点是:一个靶位点两侧的酶切位点经过改造可替换
成其它氨基酸,相对于寡核苷酸定向诱变而言节省了引物合成
Keenan等还获得了活性提高11、14、15倍的萘双加氧酶,另外 在单加氧酶的功能改进方面取得了较好的进展。
Family and genome shuffling for PCBs and pentachlorophenol(多环芳烃和五氯酚)
获得了降解有机三酯速率提高3个数量级的进化子,为解决有机磷污染 提供了一个行之有效的途径
Canada等通过对Burkholderia cepacia G4来源的甲 苯单加氧酶进行体外定向分子进化,以提高其对氯乙烯和 萘氧化物的活性。经过体外分子进化,获得活性提高的突 变酶。在大肠杆菌中表达突变的突变酶,其降解三氯乙烯、 二氯乙烯速率明显加快。表达突变酶的整个细胞的合成1萘酚速度比野生型的突变酶快6倍,而且突变酶其区域专一 性没有改变。进一步研究发现,在大肠杆菌中表达的突变 酶表现出对三环复合物菲、芴和蒽较野生型更快的氧化效 率。 Dai等使用基因改组提高了S.chlorophenolicum降解 五氯苯酚的水解能力和对高浓度五氯苯酚的耐受力。
生物修复技术与其他工程措施相比,具有费用低、就
地处理、对周围环境干扰少等许多优点 。
本文综述了分子方法在生物修复中的应用，着重于根 际修复（rhizoremediation）及其在降解含氯乙烯 （chlorinated ethenes）中的应用。
Rhizoremediation
根际的概念于1904年由Lorenz Hiltner首次提出,是 指植物根系活动的影响在物理、化学和生物学性质上不同 于土体的动态微域,它是植物一土壤一微生物与环境交互 作用的场所。根际中根分泌物主动营造的根际微域环境是 有机污染物有效性及毒性得以消减的重要原因。有别于一 般土体,根际中根分泌物提供的特定碳源及能源使根际微 生物数量和活性明显增加,一般为非根际土壤的5-20倍,最 高可达100倍。
不足之处是:当靶位点靠近目的基因末端时,分段扩增的片段过小而 不易回收;分别扩增上下游片段时,不能使用具有无模板加尾性能的 pol I型耐热DNA聚合酶,而应使用无加尾性能的高保真α 型或混合型 耐热DNA聚合酶。
图2 重叠延伸PCR技术流程 A、D分别表示基因上下游引物；B、C分别表示靶位点正反向突变引物；基因上 的黑色区域为靶位点，NNN表示兼并引物或突变核苷酸
DNA改组是DNA分子的体外重组,是基因在分子水平上 有性重组。通过改变单个基因(或基因家族)原有核苷酸 序列,创造新基因,并赋予表达产物以新功能。实际上,该 技术是一种分子水平上的定向进化。因此也称为分子育 种。在创造新基因的过程中,要设法产生各种变异。这主 要通过有性PCR、交错延伸PCR完成。 值得指出的是,DNA改组的效果必须由改组后的基因 表达产物的功能来验证。因此,灵敏可靠的筛选方法是 DNA改组技术成功与否的关键。
几乎无法筛选到有益突变；若突变频率太低，野生型将
占据突变群体的优势，也很难筛选到理想的突变体。
费力、费时，且易出现同型碱基转换
1994年,Stemmer在Nature发表了一篇题为Rapid
evolution of a protein in vitro by DNA shuffling
的文章,首次提出了DNA改组(DNA shuffling)技术。 Stemmer以β -内酰胺酶系统为试验对象,用DNA改组,经 过三轮筛选和两次回交得到一新菌株,其头孢噻肟 (Cefotaxime)的最低抑制浓度比原始菌株提高了32,000 倍,也远高于易错PCR的突变筛选结果。
聚合酶。
常用点饱和突变技术特性的比较
successful uses of protein engineering for bioremediation
运用DNA改组技术成功地获得了具有高降解效率的生物催化剂， 主要用于降解含氯乙烯（三氯乙烯、二氯乙烯、反二氯乙烯）和多环 芳烃（萘、菲、芴、蒽）。
的费用,而且可对多个非邻近位点同时进行点饱和突变。
不足之处是: (1)每个靶位点两侧需分别设计酶切位点; (2)密
码子盒两端存在重复序列,因自连而增加突变子筛选难度。
3、基于PCR的点饱和突变
1）、突变引物诱变(mutagenic oligonucleotide-directed PCR
amplification)
当靶位点位于基因两端时,可设计这样一对引物扩增 目的基因,正向引物为靶位点突变的兼并引物,反向引物为 目的基因序列引物[13]。突变引物诱变是基于PCR的点饱 和突变中最简单、最快速的方法,但难以对基因中间的靶 位点进行点饱和突变。
2）、重叠延伸PCR ( gene splicing by overlap extension)
该法突出优点是:目的基因可插入到噬菌体衣壳蛋白编码基因内,通 不足之处是: (1)对19种氨基酸须分别设计各自寡核苷酸引物,费用
较大; (2)大肠杆菌宿主细胞存在自身修复系统,因突变修复而难以 筛选出突变子; (3)不适合多点饱和突变。
2、盒式诱变(Cassettemutagenesis)
的结构功能关系，在实验室条件下人工模拟生物大分子
自然进化过程，在体外对基因进行随机诱变，使基因发 生大量变异，并定向选能完成的进化过程。
易错PCR是一种简便快速地在DNA序列中随机制造突 变的方法，它通过改变传统PCR反应体系中某些组分的浓 度，使碱基在一定程度上随机错配而引入多点突变。本 法的关键在于选择适当的突变频率，当突变频率太高时，
Molecular approaches in bioremediation
Bioremediation
广义的生物修复，指一切以利用生物为主体的环境污染 的治理技术。它包括利用植物、动物和微生物吸收、降解、 转化土壤和水体中的污染物，使污染物的浓度降低到可接受 的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质，也包括 将污染物稳定化，以减少其向周边环境的扩散。一般分为植 物修复、动物修复和微生物修复三种类型。 狭义的生物修复，是指通过微生物的作用清除土壤和水 体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。它包括自然的 和人为控制条件下的污染物降解或无害化过程。
定性、底物结合特异性及立体异构特异性等多方面性质。
目前已发展了多种点饱和突变方法,主要有以下几种：
1、寡核苷酸定向诱变(oligonucleotide-directed mutagenesis)
该方法于上世纪70年代末建立,将目的基因克隆到噬菌体M13单 链表达载体上,然后合成一段在靶位点处含突变寡核苷酸的引物,使 其与目的基因配对,再加入四种dNTP和Klenow DNA聚合酶,使寡聚核 苷酸引物延伸成全长基因,获得的重组双链DNA分子转染细菌后大量 复制,进而筛选出阳性突变子。 过噬菌体表面展示技术可方便地筛选出重组子。
3、质粒扩增诱变(mutagenic plasmid amplification)
在靶位点处设计一对反向兼并引物,扩增质粒全长片 段,然后用DpnI消化含甲基化位点的亲本链,新合成链由于 没有甲基化位点而被保护。
由于此法需要扩增质粒全长序列,因此在PCR反应中应特别
注意扩增的保真性,一般采用高保真α 型或混合型耐热DNA
Cho等通过两轮的DNA改组和筛选，分离得到可提高降解甲基对硫磷的
突变体,其中典型的突变体为22A11,水解甲基对硫磷的能力较野生型 提高了25倍。
Ang等对苯胺加双氧酶的Val 205进行点饱和突变,获得的突变子
Val205Ala能极有效地降解2-异丙基苯胺
Hill等对磷酸三酯酶His254、His257和Leu303位点进行了点饱和突变,
（3）无引物PCR，即具有互补3’末端的寡核苷酸互为引物，各为模
板，通过不断的PCR循环，在不同模板上随机互补结合并进一步延伸；
（4）有引物PCR，即以上轮无引物PCR的产物为模板，加入基因两端
序列为引物，经(site-saturationmutagenesis),是 通过对目的蛋白的编码基因进行改造,短时间内获取靶位 点氨基酸分别被其它19种天然氨基酸所替代的突变子。 它不是定点突变技术的简单延伸,而是蛋白质设计理念的
全面升华,广泛地应用于蛋白质改造及结构—功能关系研
究中,并取得了一系列令人瞩目的成绩。如利用点饱和突 变技术鉴定蛋白质功能位点,提高酶比活力,改善酶热稳
设计一对兼并引物,使其在靶位点附近有一定程度的重叠(图2中 的B、C引物),分别与基因5′和3′端引物(图2中的A、D引物)组合,扩 增含突变靶位点的上游片段和下游片段,然后将上下游片段在靶位点 处交错,互为模板重叠延伸成全长基因。
该法主要优点是: (1)能方便地对基因中间的靶位点进行点饱和突变, 解决中间靶位点不易突变的难题;(2)突变与重组同时完成,大大缩短 实验周期; (3)不存在突变修复问题,容易筛选出全部突变子; (4)可 方便地进行多点饱和突变。
Bosma等构建了一个能够在三氯丙烷培养
基中生长的生物体。在亚甲基曙红兰的平 板上选择对降解三氯丙烷活性提高的卤代 烷脱卤酶,经过两轮体外定向进化,获得含
有两个氨基酸位点的突变,Cys176Tyr和
Tyr273Phe,表现出比野生型对三氯丙烷脱 卤效率提高8倍的卤代烷脱卤酶。
Crameri等通过DNA shuffling技术来改造砷抗性基因,通过三 轮的改组和筛选,得到了对砷的抗性提高40倍的突变体,虽然在还原