医学分子生物学15页word
医学分子生物学(新)
泛基因阶段孟德尔的遗传因子阶段摩尔根的基因阶段顺反子阶段操纵子阶段现代基因阶段DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。
合成有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核酸序列（通常是DNA序列）。
一个基因应包含不仅是编码蛋白质肽链或RNA的核酸序列，还包括为保证转录所必需的调控序列、5′非翻译序列、内含子以及3′非翻译序列等所有的核酸序列（蛋白质基因和RNA基因）。
根据其是否具有转录和翻译功能可以把基因分为三类第一类是编码蛋白质的基因，它具有转录和翻译功能，包括编码酶和结构蛋白的结构基因以及编码阻遏蛋白的调节基因第二类是只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括tRNA基因和rRNA基因第三类是不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，包括启动基因和操纵基因。
原核生物基因组：染色体基因组（chromosomal genome）染色体外基因组（extrachromosomal genome ）真核生物基因组：染色体基因组（chromosomal genome）染色体外基因组（extrachromosomal genome ）生物体的进化程度与基因组大小之间不完全成比例的现象称为 C value paradox，又称C值悖论）病毒基因组很小，且大小相差较大病毒基因组可以由DNA组成，或由RNA组成多数RNA病毒的基因组是由连续的RNA链组成基因重叠基因组的大部分可编码蛋白质，只有非常小的一部份不编码蛋白质形成多顺反子结构病毒基因组都是单倍体（逆转录病毒除外）噬菌体（细菌病毒）的基因是连续的，而真核细胞病毒的基因是不连续的1981年，美国首先发现获得性免疫缺陷征（acquired immunodeficiency syndrome，AIDS），其病原体是一种能破坏人免疫系统的逆转录病毒1986年，命名为：人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）HIV特异性地侵犯并损耗T细胞而造成机体免疫缺陷HIV如何感染免疫细胞并复制捆绑――当HIV病毒的gp120蛋白捆绑到T-helper细胞的CD4蛋白时，HIV病毒附着到机体的免疫细胞上。
医学分子生物学全套课件
未来医学领域的发展趋 势和挑战
06
基因诊断和基因治疗技术进展
基因诊断方法原理及应用
基因诊断方法原理
通过检测特定基因序列或表达水平的变化，判断个体是否携带某种遗传病基因或存在基因突变，为疾 病的预防、诊断和治疗提供依据。
应用领域
广泛应用于遗传性疾病、肿瘤、感染性疾病等的诊断和治疗，如囊性纤维化、乳腺癌、艾滋病等。
等。
药物研发
通过分子生物学技术研究药物 与靶标的作用机制，为药物设 计和优化提供理论支持。
个性化医疗
基于患者的基因组信息，制定 个性化的治疗方案，提高治疗 效果和减少副作用。
生物治疗
利用基因工程、细胞工程等技 术手段开发新的生物治疗方法 ，如基因疗法、细胞疗法等。
02
基因与基因组结构功能
基因概念与分类
重组技术原理及应用
重组技术原理
利用DNA链的断裂和重连特性，在 体外将不同来源的DNA片段连接成 新的DNA分子。
基因克隆
将目的基因插入载体DNA，构建重 组DNA分子，导入受体细胞进行扩 增和表达。
基因敲除
利用重组技术将特定基因从基因组中 删除或失活，研究基因功能或制备基 因敲除动物模型。
基因治疗
帕金森病基因治疗
利用病毒载体将多巴胺合成酶基因导入患者大脑中，提高多巴胺水平，改善帕金森病症状，临床试验已进入后期 阶段。
未来发展趋势预测
精准医疗
随着基因组学、蛋白质组学等技 术的发展，基因诊断和基因治疗
将更加精准、个性化。
多学科交叉融合
医学分子生物学将与生物信息学、 合成生物学等多学科交叉融合，推 动基因诊断和基因治疗技术的创新 发展。
遗传病治疗
利用基因克隆、基因敲除等技术研究 遗传病的发病机制，为遗传病的治疗 提供新思路和方法。
分子生物学完整版
第一章遗传物质基础1.2 DNA的结构DNA一级结构：定义：指DNA 分子中四种脱氧核苷酸按照一定的排列顺序，通过磷酸二酯键连接形成的多核苷酸。
方向性：5’→3’5’-端：C5’没有和其他核苷酸相连的末端残基，含磷酸，又称5’磷酸端3’-端：C3’没有和其他核苷酸相连的末端残基，含有-OH，又称3’羟基端通常用bp、kb或Mb的数目表示大小生理pH下，核酸是多聚阴离子化合物DNA的二级结构：DNA双螺旋结构的研究背景：碱基组分分析（Chargaff 规则）：不同来源DNA：[A] = [T]，[G] = [C]。
不同物种DNA：A+T/G+C不同。
A+G = T+C DNA双螺旋结构模型要点：主链：1由脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替连接而成。
2二条主链相互平行而走向相反形成右手双螺旋构型3主链处于螺旋外侧，亲水性4螺旋直径为2nm，形成大沟及小沟相间碱基对：1 碱基位于螺旋的内侧，同一平面的碱基在二条主链间形成碱基对（A=T 和G=C），以氢键维系。
2碱基平面取向与螺旋轴垂直。
螺距3.4nm，螺旋周期含10碱基对，相邻碱基平面间距0.34nm。
作用力：碱基堆积力：在水相中，轴向平行相邻的碱基平面将自发地相互靠近，从而形成碱基堆积，它的实质是疏水相互作用和范德华引力。
DNA双螺旋结构的多态性：DNA的分子结构是动态的，在不同的条件下可以有所不同。
A构象B构象C构象D构象Z构象DNA的三级结构：定义：双螺旋DNA进一步扭曲盘绕则形成其三级结构，是一种比双螺旋更高层次的空间构象。
超螺旋是DNA三级结构的主要形式。
超螺旋按其方向分分类正超螺旋：形成超螺旋时的旋转方向与DNA双螺旋方向相同，结果加大了DNA分子内部张力，有紧旋效应。
负超螺旋：形成超螺旋时旋转方向与DNA双螺旋方向相反，旋转结果使DNA分子内部张力减小，称为松旋效应。
在自然条件下共价封闭环状DNA呈负超螺旋结构。
DNA超螺旋的特点：1环状DNA分子：双螺旋扭曲而形成麻花状的超螺旋结构。
1医学分子生物学
物种 原核生物
肺炎链球菌 大肠杆菌 根瘤农杆菌 真核生物 真菌 酿酒酵母 粟酒裂殖酵母 原生生物 四膜虫 无脊椎动物 美丽线虫 果蝇 东亚飞蝗 脊椎动物 人类 小鼠 植物 拟南芥 水稻 玉米 郁金香
表2-1 不同生物体基因组中基因的比较
基因组大小/Mb
大致的基因数目
基因密度/（个/Mb）
2.2
2300
• C值 (C-value)：一种生物体单倍体基因组DNA的总量，用以衡量基因 组的大小。
• 通常，进化程度越高的生物其基因组越大，但从总体上说，生物基 因组的大小同生物在进化上所处地位的高低无关。 • 存在 C-value paradox （C值悖理）。 生物复杂性越高，其基因的密度越低。
C-value paradox
4. 分子物生学的主要研究内容
• 核酸的分子生物学 • 蛋白质的分子生物学 • 细胞信号转导的分子生物学
School of Laboratory
14
Medicine, Wenzhou
4.1 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。
• 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与应 用等。
Medicine, Wenzhou
4.3 细胞信号转导的分子生物学
• 细胞信号转导的分子生物学主要研究细胞内﹑细胞间信息传递的分子 基础。
• 研究的目标是阐明细胞活动的分子机理，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。
• 信号转导机理的研究是当前分子生物学发展最为迅速的领域之一。
• Sanger 法， “人类基因组”计划，用了13 年时间才完成草图绘制， 而且成本超过数十亿美元。
医学分子生物学课件
医学分子生物学课件xx年xx月xx日•分子生物学基础知识•医学分子生物学的核心概念•医学分子生物学的基本技术•医学分子生物学在医学中的应用目•医学分子生物学面临的挑战与未来发展录01分子生物学基础知识分子生物学是一门以分子为研究对象的科学，主要从分子水平上研究生物大分子的结构和功能，以揭示生命现象的本质和规律。
分子生物学定义分子生物学研究范围广泛，涉及生物大分子的结构、化学本质、功能、基因表达调控等方面。
它是一门高度综合性的学科，需要结合化学、物理学、数学等多学科的知识和方法进行研究。
分子生物学特点分子生物学的定义与特点疾病发生机制的研究分子生物学研究疾病的发病机制，探索疾病的发生、发展过程中的分子机制，为疾病的预防、诊断和治疗提供理论依据。
分子生物学在医学领域的重要性药物研发与治疗分子生物学对药物的作用机制、药物的设计、合成及筛选等方面提供了重要的理论和技术支持，为新药研发提供了更多的可能性。
医学遗传学基础分子生物学技术可以对人类基因组进行测序、定位和克隆，对遗传性疾病的发病机制、传递规律和诊断治疗提供重要帮助。
发展历程自20世纪50年代DNA双螺旋结构被发现以来，分子生物学经历了飞速发展，不断有新的技术和理论被发现和应用。
未来趋势未来，分子生物学将继续深入研究分子结构和功能的关系，探索基因表达和调控的机制，发展新的诊断和治疗技术，为医学和生物科学领域带来更多的突破和创新。
分子生物学的发展历程与未来趋势02医学分子生物学的核心概念基因是具有遗传效应的DNA片段，是决定生物性状的基本单位。
基因定义指一个细胞或者生物体所携带的全部基因的总和。
基因组定义由大约20000到25000个基因组成，是人体细胞核和细胞质内DNA的总和。
人类基因组基因与基因组转录与翻译转录定义01是指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。
翻译定义02是指以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程。
医学分子生物学课件
2023-11-12
目 录
• 医学分子生物学概述 • 分子生物学基础 • 医学分子生物学的应用 • 医学分子生物学的前沿技术 • 医学分子生物学面临的挑战与未来发展 • 医学分子生物学案例分析
01
医学分子生物学概述
定义与重要性
定义
医学分子生物学是一门研究生物分子结构与功能的科学，特 别是研究与医学相关的生物分子及其在疾病和健康中的作用 。
发抗病毒药物和疫苗、加强蚊虫防控等。
THANKS。
详细描述
蛋白质组学技术通过对细胞或组织中所有蛋 白质的表达、修饰和功能进行研究，可以揭 示蛋白质与疾病的关系。这项技术已经被广 泛应用于医学研究和临床实践中，例如用于 诊断疾病、预测疾病进展、评估治疗效果等 。
生物信息学分析技术
总结词
生物信息学分析技术是一种利用计算机科学 和统计学方法分析生物数据的技术，它有助 于揭示基因组和蛋白质组的复杂关系。
重要性
医学分子生物学的研究对于理解疾病的本质和机制、发现新 的治疗方法以及改进公共卫生政策具有至关重要的意义。
医学分子生物学的历史与发展
历史
医学分子生物学起源于20世纪初，当时科学家开始研究生物分子的结构和功能 。在20世纪中叶，随着DNA双螺旋结构的发现和遗传密码的破解，医学分子 生物学得到了迅速发展。
基因调控是指对基因表达的精细控制，以确保细胞在正确的时
间和地点合成正确的蛋白质。
常见的基因调控元件
03
启动子、增强子、沉默子等是常见的基因调控元件，它们可以
影响基因表达的强度和模式。
03
医学分子生物学的应用
基因诊断与治疗
基因诊断
利用分子生物学技术，通过对特定基因序列的检测和分析，诊断疾病，预测个体对特定疾病的易感性，并提供个 性化治疗建议。
医学分子生物学
单击添加副标题
医学分子生物学
Yingzi Kang Ph.D Dept. of biochemistry, Tianjin Medical University
基本内容
第二篇 蛋白质
第四篇 细胞增 殖、分化与细胞 凋亡的分子机制
第一篇 基因
第三篇 细胞信 号转导的分子机 制（略）
第五篇 分子生 物学实验技术
cDNA芯片为杂交检测的一个发展。
核苷酸序列分析 （sequencing)
测序分析是基因研究中最精确的分析，所以又称为一级结构分析。 一级结构的了解是进一步分析基因结构和功能关系的前提，同时 对基因表达、调控的研究也是非常重要的。
主要方法是sanger提出的酶法（末端终止法）和Maxam、 Gilbert提出的化学降解法。
生物大分子结构研究概念：应用物理学和化学研究核酸大分子结构和功能。
基因与基因组的概念
1
基因是生物体的遗传物 质，一般是指与生物体 某些性状有关的核酸 （结构基因），以及负 责调节控制基因活动的 调控基因。
2
生物体内全部基因称为 基因组（genome)， 包括了任何染色体体内 中的任何一个基因，是 一个很庞大的范围。
其他载体：λ噬菌体、粘粒、病毒等
基因研究的几种重要分析方法
01
限制性内切 酶酶谱分析
02
核酸分子杂 交
03
核苷酸序列 分析
限制性内切酶谱
利用内切酶的功能对基因组或单个基因进行酶切，经过多 种酶（至少三个）的多个切点的反复比较，可以得到某一 基因的酶切图谱。
如在某些疾病（特别是遗传病）时，基因结构或碱基序列 发生变化（突变、缺失、插入），此时酶切图谱会有改变。 利用限制性片段长度多态性（RFLP）进行分析。
分子生物学,绪论,1(Word最新版)
分子生物学,绪论,1通过整理的分子生物学,绪论,1相关文档，渴望对大家有所扶植，感谢观看！绪论一、医学分子生物学的概念分子生物学（molecular biology）是在分子水平探讨生命现象的科学，以探讨生命现象的本质为目的，通过对生物大分子核酸、蛋白质等结构、功能及相互作用等的探讨来阐明生命的分子基础，探讨生命的奇异。
医学分子生物学是利用分子生物学的理论与技术，从分子水平探讨疾病的发生发展机制，疾病的预料与风险评价，疾病的临床诊断与治疗，疾病的预防与限制的科学。
目前，分子生物学是生命科学中发展最快的领域，并且与诸多学科有着广泛的交叉与渗透，它是生命科学的前沿学科。
二、医学分子生物学探讨内容医学分子生物学探讨的主要内容有：① 生物大分子的结构与功能及分子间的相互作用。
主要探讨核酸、蛋白质、酶的结构与功能及蛋白质与蛋白质、核酸与核酸、核酸与蛋白质、核酸与其它生物大分子之间的相互作用。
② 基因与基因组。
③ 遗传信息的传递、表达与调控。
④ 细胞的增殖与分化：包括癌基因与抑癌基因、肽类生长因子、细胞周期及其调控的分子机理等。
⑤细胞通讯与细胞内信号传导。
⑥ 分子生物学技术：主要包括分子杂交技术、聚合酶链反应技术、基因工程与蛋白质工程等。
⑦ 基因与疾病。
⑧基因诊断与基因治疗。
三、分子生物学的发展史分子生物学的重大发觉构成了分子生物学的发展历程。
尤其是20世纪50年头，Watson 和Crick提出的DNA 双螺旋结构，标记着现代分子生物学的兴起，为揭开人类生命现象的本质，探究疾病现象，实现特性化医学奠定了基础。
1944年，Oswald T. Avery等进行了肺炎双球菌转化试验，证明白遗传物质是DNA。
1953年，Watson和Crick发觉了DNA的二级结构—双螺旋结构。
1954年，Crick提出了遗传信息传递的“中心法则”。
1958年，Meselson和Stahl用试验证明白DNA半保留复制模型。
1967年，在大肠杆菌中发觉了DNA连接酶。
医学分子生物学(课件)
染色质的基本功能包括遗传信息的存储、复制和转录，以及细胞周期中染色体的动态变化。
染色质在人类基因组计划、基因组编辑及表观遗传学等研究领域具有重要意义。
RNA和蛋白质合成
04
转录
RNA是在细胞核中以DNA的一条链为模板，通过转录过程合成的。转录是指以DNA的一条链为模板，以核糖核苷酸为原料，合成RNA的过程。
课程总结和展望
06
本课程的总结
分子生物学是研究生物体系分子成分和分子行为的科学，是生命科学领域的重要分支。
本课程介绍了分子生物学的基础理论和基本技能，包括DNA、RNA、蛋白质的合成、基因表达调控以及分子生物学技术在医学中的应用等内容。
通过学习，学生可以了解分子生物学的基本概念和原理，掌握分子生物学实验的基本技能，认识分子生物学在医学领域的重要作用和应用价值。
2023
医学分子生物学(课件)
目录
contents
课程简介分子生物学基础知识基因和染色质结构RNA和蛋白质合成分子生物学与医学的关系课程总结和展望
课程简介
01
理解医学分子生物学的核心概念和原理
掌握分子生物学技术在医学领域的应用方法
培养独立研究和解决问题的能力
课程目标
分子生物学基础
基因、染色体、DNA、RNA、蛋白质等基本概念和结构
分子生物学的起源
DNA双螺旋结构的发现
分子生物学的发展
分子生物学的历史和发展
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基因
基因是生物遗传信息的最基本单元，它编码着生命的蓝图，通过遗传和表观遗传机制控制着生物的各种性状。
中心法则
中心法则是指DNA通过RNA转录并翻译成蛋白质的过程。这是分子生物学的基本原理之一，也是遗传信息传递的关键步骤。
2024年医学分子生物学课件(含)
医学分子生物学课件(含附件)医学分子生物学课件一、引言医学分子生物学作为一门新兴的交叉学科，在医学领域发挥着重要作用。
它研究生物大分子（如蛋白质、核酸等）的结构、功能及其在生命过程中的作用，为揭示疾病的发生、发展及防治提供理论基础。
本课件旨在介绍医学分子生物学的基本概念、研究方法及其在医学领域的应用，帮助读者了解这一领域的前沿动态。
二、医学分子生物学的基本概念1.生物大分子：生物大分子是构成生命体系的基本物质，包括蛋白质、核酸、多糖和脂质等。
这些大分子在细胞内相互作用，共同完成生命活动。
2.基因：基因是生物遗传信息的基本单位，位于染色体上，决定生物的遗传特征。
基因通过转录和翻译过程，指导蛋白质的合成。
3.遗传密码：遗传密码是DNA和RNA序列与蛋白质氨基酸序列之间的对应关系。
通过遗传密码，生物体内的基因信息得以表达为蛋白质。
4.信号传导：信号传导是指生物体内信息的传递过程。
信号分子通过细胞膜上的受体，激活细胞内的信号传导通路，影响细胞的生命活动。
5.基因表达调控：基因表达调控是指生物体内基因转录和翻译过程的调控。
通过基因表达调控，细胞可以根据外界环境和内部需求，调整基因表达水平，实现生命活动的有序进行。
三、医学分子生物学的研究方法1.分子克隆：分子克隆技术是获取特定基因或DNA片段的重要手段。
通过分子克隆，研究者可以将目标基因插入到载体中，实现基因的扩增和表达。
2.PCR技术：聚合酶链反应（PCR）是一种在体外扩增DNA片段的方法。
PCR技术具有灵敏度高、特异性强、操作简便等优点，广泛应用于基因检测、疾病诊断等领域。
3.Westernblot：Westernblot是一种检测蛋白质的方法，通过电泳、转膜和免疫反应等步骤，实现对特定蛋白质的定性和定量分析。
4.基因敲除与敲入：基因敲除和敲入技术是通过基因编辑手段，实现对生物体基因的精确改造。
这些技术为研究基因功能、揭示疾病机制提供了有力工具。
5.系统生物学：系统生物学是研究生物体内分子网络和生物系统的整体行为。
医学分子生物学MedicalMolecularBiology
病毒衣壳二十面对称结构
包膜蛋白
包膜
核酸 核衣壳 衣壳
Schematic diagram of human immunodefiency virus（HIV）
杆状病毒衣壳为螺旋对称结构
RNA Protein subunit
烟草 mosaic
病毒
一、病毒基因组核酸的主要类型
双链DNA 单股正链DNA 双链RNA 单股负链RNA 单股正链RNA
解链
双股DNA
复制
正股DNA
Байду номын сангаас
正链 负股DNA
负链 RNA
转录 翻译 病毒 蛋白质
正股DNA
包装成 病毒颗粒
可降解
特点： ①进入宿主细胞后复制 形成双链，并通过DNA复制 过程完成基因组的复制；
②其基因转录方式类似 于真核细胞，即以负链为模 板转录生成mRNA。
3、双链RNA 动物呼肠孤病毒和各种噬真菌
env RRE LTR
HIV-2
gag
5`LTR
vif vpr pol pro pol int RNase H vpx
rev
tat
nef
gp120 gp41
-3`
env
LTR
第二节 原核生物基因组
Prokaryote Genome
一、原核生物基因组结构 与功能的特点
1、基因组通常仅由一个环状 双链DNA分子组成；
录起始区、转录终止区等。
二、质粒（plasmid） （一）概念：质粒是细菌细胞内
携带的染色体外的能独立进行复 制的环状DNA分子。
（二）质粒的遗传控制
1、复制调控系统：控制质 粒的拷贝数。
复制调 控系统
医学分子生物学
利用各种方法将外源基因导入细胞内，以观察其对细胞生长、分化、凋亡等 过程的影响，同时也可以用于基因治疗和药物筛选等。
生物信息学分析
数据挖掘
对大规模的基因组、蛋白质组等数据进行挖掘和分析，发现其中的模式、规律和 潜在生物标志物等。
预测模型
基于大量数据，建立预测模型，如疾病预测模型、药物作用预测模型等，为医学 研究和诊断提供参考。
医学分子生物学的研究内容与意义
• 研究内容 • 基因组与基因组学：研究基因组结构与功能，揭示基因表达调控机制。 • 转录组与转录组学：研究RNA种类、表达与调控，探索蛋白质翻译过程。 • 蛋白质组与蛋白质组学：分析蛋白质种类、结构与功能，揭示蛋白质相互作用网络。 • 生物信息学：运用计算机技术分析生物数据，挖掘生物分子网络与疾病关联的规律。 • 意义 • 揭示生命现象的本质：通过研究生物分子的结构与功能，揭示生命现象的本质与规律。 • 疾病诊断与治疗：通过研究疾病发生发展的分子机制，为疾病诊断与治疗提供新思路和新方法。 • 药物研发：基于生物分子的结构与功能研究，为新药研发提供理论依据和实验支持。
06
医学分子生物学研究的伦理 与法规
医学分子生物学研究的伦理问题
人类基因编辑的伦理问题
随着CRISPR/Cas9技术的发展，人类基因编辑成为可能，但直接在人类胚胎中进行基因编 辑仍然存在许多伦理争议，例如是否允许改变人类基因、是否应将基因改造后的胚胎植入 子宫等。
人体实验的伦理问题
在医学分子生物学研究中，常常需要进行人体实验，但人体实验必须遵循严格的伦理规范 ，确保受试者的权利和安全。例如，必须经过受试者知情同意，不能对受试者造成伤害等 。
医学分子生物学在肿瘤诊断与治疗中的应用
肿瘤基因检测
01医学分子生物学
1969年，Weber开始应用 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测 定蛋白质分子量；20世纪60年代先后分析了血红蛋白、核 糖核酸酶A等一批蛋白质的一级结构。
中国科学家在1965年人工合成了牛胰岛素； 1973年又 用1.8A X射线衍射分析法测定了牛胰岛素的空间结构。
04.04.2021
43
（二）蛋白质分子生物学：
DNA →储存生命活动的各种信息。 蛋白质→生命活动的执行者。 蛋白质的分子生物学主要研究蛋白质的 结构与功能。
04.04.2021
44
蛋白质结构与功能的研究进展
1956年，Anfinsen和 White根据对酶蛋白的变性和复 性实验，提出蛋白质的三维空间结构是由其氨基酸序列来 确定的。
2. 前体mRNA分子的拼接，去除内含子序列，连接 成 成熟mRNA；
3. 发现单基因遗传病的基因结构的变异； 4. 从cDNA序列推导出蛋白质的一级结构；
5. 根据DNA序列合成基因，并与载体连接，使之在细 菌中表达，合成活性蛋白质，开创了基因工程。
04.04.2021
37
6. 基因的人工合成
1978年体外首次成功地人工合成第一个完整 基因。
生物技术在农业上用于快速育种，改良品种， 提高农作物的产量、质量以及抗病虫害，抗干旱 等能力。
04.04.2021
17
二、分子生物学的研究内容
04.04.2021
18
分子生物学的主要研究内容
生物大分子的结构、功能，生物大分 子之间的相互作用及其与疾病发生、发展 的关系。
04.04.2021
《分子生物学》word版
第一章绪论1.分子生物学（Molecular Biology）是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学，是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。
狭义的概念偏重于核酸（基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA结构与功能、复制、转录、表达和调节控制过程。
也涉及与这些过程相关的蛋白质与酶的结构与功能的研究2.功能基因组学(Functional Genomics or post—Genomics)基因的识别与鉴定基因功能信息的提取与证实基因表达谱的绘制 (microarray)蛋白质水平上基因互作的探测3.蛋白质组学(Proteome)1994年由Wilkins等提出蛋白质组的概念：一个基因组所表达的全部蛋白质。
基因组----固定蛋白质组----动态4.生物信息学(Bioinformatics) 生物大分子的结构与功能信息通过计算机语言到分辨，提取，分析，比较，预测生物信息。
第三章核酸的结构与功能1.DNA 的一级结构：DNA分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（3´-5´磷酸二酯键）和排列顺序叫做DNA 的一级结构，简称为碱基序列。
一级结构的走向的规定为5´→3´。
不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列顺序，因此携带有不同的遗传信息。
Chargaff首先注意到DNA碱基组成的某些规律性，在1950年总结出DNA碱基组成的规律：·腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即 A=T。
·鸟嘌呤和胞腺嘧啶的摩尔数也相等，即G=C。
·含氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数，即A+C=G+T。
·嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即A+G=C+T。
2.DNA的双螺旋模型特点：a. 两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋相互盘绕而形成。
b. 磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，链间碱基按A—T，G—C配对（碱基配对原则，Chargaff定律）c.右手反平行双螺旋,d.主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧两条链e.间存在碱基互补f.螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm,g.螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力3.DNA的双螺旋结构稳定因素：·氢键·碱基堆集力·正负电荷的作用发夹(hairpin)：当同一个核酸分子中一段碱基序列附近紧接着一段它的互补序列时，核酸连有可能自身回折配对产生一个反平行的双螺旋结构4.凸环(bulge loop)：当互补序列在分子中距离较远时，形成双链区域时产生较大的单链环，如果两个可能的互补序列中的一个包含一段不配对的多余序列时产生凸环。
【医学分子生物学资料总结doc】医学分子生物学概念
【医学分子生物学资料总结doc】医学分子生物学概念核蛋白体循环：是指氨基酸活化后，在核蛋白体上缩合形成多肽链的过程，该过程包括肽链合成的起始，肽链的延长，肽链合成的终止和释放。
分子伴侣：帮助新生多肽链折叠成天然空间构象的一类保守蛋白质（如热休克蛋白），在原核细胞和真核细胞中广泛存在。
25、乳糖操纵子作用机制(1)乳糖操纵子包含3个结构基因（编码β－半乳糖苷酶、β－半乳糖苷通透酶和转乙酰基酶）、3个调控元件（启动子、操纵基因和CAP结合位点）和1个调节基因（编码阻遏蛋白）。
(2)阻遏蛋白的负调控：无乳糖时，阻遏蛋白结合操纵基因，妨碍RNA聚合酶结合启动子，抑制结构基因转录。
有乳糖时，生成别位乳糖（诱导剂）结合阻遏蛋白，不能封闭操纵基因，结构基因可以转录。
(3)cAMP-CAP复合物的正调控：无葡萄糖时，cAMP浓度高，形成的cAMP-CAP复合物结合于CAP结合位点，增强启动子转录活性。
有葡萄糖时，cAMP 浓度低，cAMP-CAP复合物形成受阻，影响转录活性。
(4)正、负调控机制相辅相成。
cAMP-CAP复合物是转录必需的，同时阻遏蛋白进一步控制转录启动。
综上，乳糖操纵子最强的表达条件是有乳糖而无葡萄糖。
26、试述原核生物和真核生物基因表达调控特点的异同(1)相同点转录起始是基因表达调控的关键环节。
(2)不同点1)原核基因表达调控主要包括转录和翻译水平；真核基因表达调控包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。
2)原核基因表达调控主要为负调节；真核基因表达调控主要为正调节。
3)原核转录起始不需要转录因子，RNA聚合酶直接结合启动子，由σ因子决定基因表达的特异性；真核转录起始需要基础、特异两类转录因子，依赖DNA－蛋白质、蛋白质－蛋白质相互作用，调控转录激活。
4)原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白质的协调表达机制更为复杂。
- 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)。
重叠延伸PCR。
(OE-PCR)这种方法运用非常广泛、灵活，不受突变位置及突变类型的限制，利用OE-PCR不仅能实现基因点突变，还能便利地实现大片段的插入及删除。
其基本原理如图1所示。
首先设计两PCR反应以产生两个含突变位点的DNA片段，随后将上述两个PCR 产物混合，二者通过末端互补区结合并在适宜的温度下互为引物延伸得到完整的含突变的基因，对第一次PCR产物进行纯化处理可显著提高突变效率。
OE-PCR不足之处在于：一个突变需要两对引物，3次PCR，并且需对中间产物进行纯化。
相对而言步骤较烦琐，不经济；由于DNA二级结构及互补链的竞争等因素的影响，有时两个中间产物难于有效地相互结合，导致目的产物得率很低；当利用Taq聚合酶进行PCR反应时，经常在PCR产物末端加上腺苷酸，这一多余的腺苷酸一方面导致两个中间产物难于有效地相互结合，另一方面可能会插入基因中导致产生非预期的移码突变。
针对这些不足，后来许多学者对OE-PCR进行了改进。
1997年，URBAN等提出一步重叠延伸PCR法，使得三个PCR反应得以在一个试管里进行，并且省略了烦琐的中间产物纯化过程。
其原理是首先将待突变的DNA以相反的方向克隆到两个载体中，这两个载体除了多克隆位点相反外其余均相同。
这样便得到两个模板。
将这两个模板，两个突变引物及一个与载体互补的通用引物置于一个试管中进行一次PCR反应即可得到含突变的目的基因。
1997年，WARRENS等J利用不对称PCR 反应产生单链中间产物，消除了互补链的竞争性影响，显著提高了目的产物的得率。
1990年，HORTON等用T4DNA聚合酶处理中间产物，降低了移码突变的发生率。
由于OE-PCR几乎没有任何特殊条件的限制，而且成功率很高，因此运用非常广泛。
利用该方法实现定点突变的实例很多.MUKHOPADHYAY用该方法将’BAMH1限制性内切酶基因的第54位半胱氨酸用丙氨酸取代后提高了该酶的活性。
运用：第一轮PCR 反应第二轮PCR 反应利用重叠延伸PCR定点突变衰退病P23 基因柑桔是世界上栽培最广泛、经济意义最重要的果树之一. 柑桔衰退病是全球柑桔生产中破坏最强、经济意义最为重要的病害之一[ 1 ] . 它是由一种正义单链RNA 病毒, 属于长线病毒科( CTV) 长线病毒引起的。
主要通过蚜虫和嫁接传播, 危害以酸橙作砧木的大多数柑桔品种以及影响嫁接在其它砧木上的柚类、葡萄柚和部分甜橙的正常生长, 主要表现为速衰、茎陷、苗黄等症状.通过转基因柑橘表达23 KD 蛋白阻止病毒的正常侵染过程, 从而达到抗病的目的, 并证实P23 蛋白在CTV 致病过程中发挥着重要的作用[ 9 ] . 本实验通过重叠延伸PCR 法突变掉P23 保守序列第206 位一个碱基, 由于氨基酸序列发生改变, 可能造成相应的蛋白结构发生改变. P23 作为RNA 沉默抑制因子, 可以利用P23 序列设计RNA 干扰载体, 进行抗CTV 研究. Ozgur Batuman 等利用RNA 干扰原理, 将CTV 基因组中的ORF12 加上3pU TR (p23U) 构建反向重复序列, 转化烟草, 转基因植物产生病毒RNA 序列再折叠成dsRNA 结构, 并对含有P23U 序列的GVA 病毒载体的浸染具有较高的抵抗性[ 10 ] . 因此利用突变成后的SacI 位点, 酶切构建RNA 干扰载体, 有利于进一步的利用RNA 干扰原理进行抗CTV 研究.第一次PCR : 以P231/ P23R 为引物, 以P23 为模板, 产物编号为①; 第二次PCR : 以P23F/ P232 为引物, 以P23 为模板, 产物编号为②; 第三次PCR : 以P231/ P232 为引物, ①、②为模板, 产物为突变产物.利用重叠延伸PCR 技术进行DNA 的人工合成1 重叠延伸PCR 技术的原理重叠延伸PCR 技术是根据目的基因的核苷酸序列, 将目的基因分成70~ 90 bp 不等的多条引物, 分段进行合成, 利用相连片段间20~ 30 bp 重叠的核苷酸部分互相搭桥、互为模板, 通过几轮连续的PCR 反应将各个片段组合成为目的基因。
目前已有多家公司推出了高保真DNA 聚合酶与高保真扩增试剂盒, 如TLI DNA Polymerase(Promege 公司); KOD DNA Polynerase、KOD Plus(Toyobo 公司); PyrobestTM DNA Polymerase (Takara 公司)等, 这些新型聚合酶的使用, 极大地提高了重叠延伸PCR 反应的效率与准确性。
利用重叠延伸PCR 技术扩增长片段DNA获得基因的全长片段是进行基因功能研究的首要一步, 如果无法获得基因的全长片段, 那么构建突变体等进行基因功能分析工作就无从谈起. 而大多数基因的全长片段都在2. 0 kb 以上, 理论上,常规PCR 可以得到5. 0 kb 以上的PCR 产物, 但在实际的操作过程中由于模板质量、DNA 聚合酶等各种因素的影响和限制很难稳定得到5. 0 kb 以上的片段, 这就给基因的研究工作造成了一定的困难. PCR 方法的应用似乎是无止境的, 因此根据不同的实验需要对PCR 方法进行优化和改进也正在不断的发展, 重叠延伸PCR 就是一种可以非常简捷有效地获得长片段DNA 的方法, 该技术从建立开始就得到世界各国学者的关注, 它的建立使得长链DNA 的人工合成变为可能, 而且可以比较稳定的获得长片段DNA, 促进了对基因及其功能的研究水平的提高. 经过十几年不断的实践与总结, 重叠延伸PCR 方法的体系已日趋成熟. 由于采用具有互补末端的引物, 使PCR 产物形成了重叠链, 从而在随后的扩增反应中通过重叠链的延伸, 将相同或不同来源的扩增片段重叠拼接起来[ 1] . 如果片段来源相同就可以得到基因长片段DNA, 片段来源不同则可以形成融合基因.1 重叠延伸PCR 的原理重叠延伸PCR ( splicing by overlap extension PCR, SOE- PCR) 技术是1989 年由Horton 等[ 2]创建的, 它是根据目的基因的核苷酸序列, 将目的基因分成70~ 90 bp 不等的多条引物, 分段进行合成, 利用相连片段间15~ 20 bp 重叠的核苷酸部分互相搭桥、互为模板, 通过几轮连续的PCR 反应将各个片段组合成为目的基因[3] , 其关键点就是设计嵌合引物对. 该方法主要应用于制备嵌合分子或完整cDNA、框内删除和插入片段以及定点突变等, 在扩增长片段DNA 方面更是优势突出.Shevchuk[4]等2004 年利用重叠延伸PCR 法成功地将4 个DNA 片段连接在一起, 获得了长度达20kb 的片段.用重叠延伸PCR 技术纠正人工合成乙型肝炎病毒核心抗原基因中的突变方法：针对构建的重组质粒PGEM-7Z/HBcAg 中的两处突变设计三对引物，PCR 定点突变后对重新构建的PGEM-7Z/HBcAg 进行菌落PCR和酶切鉴定，初步筛选的阳性克隆进一步通过序列分析进行确证。
结果：经PCR 定点突变后，测序证明HBcAg 基因序列与设计完全一致。
结论：用该方法成功纠正了人工合成的乙肝病毒核心抗原基因中两个碱基的缺失，获得了预期的目的基因。
定点突变技术是通过分子克隆手段定点改变特定基因的局部核苷酸序列，在改造、优化基因，研究蛋白质结构和功能间的复杂关系方面发挥重要作用[1]。
此外，定点突变还可用于纠正克隆基因中的突变，改变酶切位点，构建各种质粒载体等方面。
本实验室在前期用大肠杆菌偏爱密码子替换乙型肝炎病毒核心抗原（Hepatitis B Core Antigen，HBcAg）基因中的稀有密码子，通过二次重叠PCR 技术人工合成了HBcAg 基因，并将其克隆到PGEM-7Z 载体上。
经DNA 序列分析发现其中有两处发生了缺失突变，本研究拟采用重叠延伸PCR 定点突变技术将两处突变纠正，以期获得完全正确的HBcAg 基因，为构建原核表达载体并进一步研制HBcAg 治疗性疫苗奠定基础。
重叠延伸PCR 技术及其在基因工程上的应用重叠延伸PCR 技术(gene splicing by overlap extension PCR，简称SOE PCR)由于采用具有互补末端的引物，使PCR 产物形成了重叠链，从而在随后的扩增反应中通过重叠链的延伸，将不同来源的扩增片段重叠拼接起来。
此技术利用PCR 技术能够在体外进行有效的基因重组，而且不需要内切酶消化和连接酶处理，可利用这一技术很快获得其它依靠限制性内切酶消化的方法难以得到的产物。
重叠延伸PCR 技术成功的关键是重叠互补引物的设计。
重叠延伸PCR 在基因的定点突变、融合基因的构建、长片段基因的合成、基因敲除以及目的基因的扩增等方面有其广泛而独特的应用。
本文综述了重叠延伸PCR 的原理和目前的应用情况，并指出了此技术中的注意事项，展望了其应用前景。
2 SOE PCR 的应用2.1 SOE PCR 构建突变基因基因突变技术是蛋白质工程中应用的重要技术之一，可以有目的改变DNA 序列中的碱基。
它不仅可以阐明基因表达的调控机理，还可利用研究蛋白质结构与功能间的关系，改造天然蛋白质，使之更符合应用需求。
基因突变包括单个碱基或整段序列的替换、基因片段的插入与删除等类型(罗师平和冷希岗, 2005)。
定点突变的方法很多，而基于PCR 的定点突变技术由于其突变效率高、操作简单、耗时短、成本低廉等优点而倍受瞩目。
SOE PCR 运用非常广泛、灵活，不受突变位置及突变类型的限制，利用此技术不仅能实现基因点突变，还能便利地实现大片段的插入及删除(Senanayake and Brian, 1995)。
在重叠延伸PCR 中，两个重叠的DNA 片段是分别从两个独立的PCR 扩增反应得到的。
预设突变构建在重叠区域，存在于两个扩增片段中。
设计4 种引物，用第一对引物扩增含有突变位点及其上游序列的DNA 片段，第二对引物被用来扩增含突变位点及其下游序列的DNA 片段，两个侧翼引物含野生型序列，两个突变引物含有希望引进的突变位点，如置换插入或缺失。
混合两次PCR 的产物，由于两个突变引物有重叠区，重叠片段之间退火，延伸成异源双链，加入外侧引物进行第三次PCR，即可得到目标突变体。
由于重叠延伸PCR 几乎没有任何特殊条件的限制，而且成功率很高，因此运用非常广泛。
2.2 SOE PCR 构建融合基因重叠延伸PCR 法还可以用于两个或两个以上异源基因DNA 片段的拼接(Warrens et al., 1997)。
如同致突变引物一样，SOE 引物亦含有末段互补序列，通过PCR 产生的两个DNA 片段可通过引物延伸进行剪接和扩增，从而获得重组体。