分子生物学
名词解释：分子生物学
名词解释：分子生物学
分子生物学是一门研究生物体及其组织、细胞和分子层面上的
生物学现象和机制的学科。
它探究生物体的结构、功能和相互作用，以及这些过程背后的分子机制。
在分子生物学中，研究者关注的是生命的基本单位——分子。
他们研究DNA、RNA和蛋白质等生物分子的结构和功能，以及它
们在细胞内的相互关系。
分子生物学的研究领域非常广泛。
它包括基因结构和功能的研究，以及基因的表达、转录和翻译过程。
此外，分子生物学也涉及
到进化、遗传学、生物工程和药物研发等领域。
分子生物学的研究方法多样且不断发展。
常用的方法包括
DNA测序、PCR、蛋白质电泳和基因工程技术等。
这些方法使得
研究者能够深入研究生物分子的结构和功能，揭示它们对生物体的
影响。
总体而言，分子生物学对于我们理解生命的奥秘、解决疾病和推动生物技术和医学的发展具有重要意义。
通过研究生物分子的组成和相互作用，我们能够更好地理解生命的起源、进化和机制，为人类的健康和科学研究做出贡献。
分子生物学概述
传信息传递的基本方式，最终确
定了核酸是遗传的物质基础。
5’
2、遗传信息传递中心法则的建立
1956年，Kornber在大肠杆菌的无细胞提取液中实
现了DNA的合成，并从E.col中分离出DNA聚合酶；
1958年，Meselson与Stahl的实验证明，DNA复制 时 DNA分子的两条链先行分开。他们用15N重同位 素及密度梯度超速离心证明了DNA的复制是一种半 保 留复制。
三、分子生物学的主要研究内容
1、重组技术的建立和发展 2、基因组研究的发展 3、功能基因组研究的发展 4、基因表达调控机理的研究
基因组、功能基因组及生物信息学研究
基因组：指某种生物单倍体染色体中所含有基因的总数， 也就是包含个体生长、发育等一切生命活动所需的全部 遗传信息的整套核酸。
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 和功能，指导人们充分准确地利用这些基因的产物。
人类基因组计划（human genome project, HGP）
美国科学家、诺贝尔奖获得者Dulbecco R于1986年在美国 《 Science 》杂志上发表的短文中率先提出，并认为这是加快 癌症研究进程的一条有效途径。
主要的目标是绘制遗传连锁图、物理图、转录图，并完成人类 基因组全部核苷酸序列测定。测出人体细胞中24条染色体上全 部30亿对核苷酸的序列，把所有人类基因都明确定位在染色体 上，破译人类的全部遗传信息。
里程碑的发现
Watson 和 Crick 在前人的基础 上，提出了DNA双螺旋结构的 模型。
1962年诺贝尔医学与生理学奖
Watson JD和Crick FHC的“双
5’
什么是分子生物学
什么是分子生物学分子生物学是一门崭新的科学，由于它是20世纪发展起来的新兴学科，它在未来也将产生重大的影响。
下面将介绍分子生物学的几个基本概念并阐述它的重要性：一、什么是分子生物学？分子生物学是一门研究分子水平生命现象和自然关系的新科学。
它使用分子生物学手段，利用化学、物理和生物技术，探讨以分子和最小细胞为基础的生物学过程。
分子生物学以DNA、RNA、蛋白质和其他分子结构为框架，结合生物信息学，解析各种生物过程及其分子机制。
二、分子生物学的方法分子生物学有许多研究方法和工具，主要包括基因测序、分子标记、克隆技术、蛋白质分析、遗传学和定量PCR的技术。
（1）基因测序：基因测序是分子生物学研究最常用的技术，它是一种可以分析DNA片段顺序和检测DNA表达状态的技术。
（2）分子标记：分子标记是将一种活性体与另一种它可能与之具有共同性质的生物活性体混合，以产生一种可检测的化学反应的技术。
（3）克隆技术：克隆技术是指利用可重组DNA技术在一个宿主上复制目标DNA片段、克隆它们作为载体的技术。
（4）蛋白质分析：蛋白质分析是指利用紫外分光光度计、流式细胞仪等分析仪器，研究蛋白质结构、凝胶电泳分析、质谱分析以及免疫学方法等技术来检测蛋白质结构和性质的方法。
（5）遗传学:遗传学是指研究基因在细胞中的表达、基因间相互作用及其在不同生物间的进化变异，以及它们在适应性演化中的作用的学科。
（6）定量PCR：定量PCR是指使用定量PCR技术研究DNA序列，利用荧光基因特异性引物和特异序列来检测、建库和定量分析DNA。
三、分子生物学的重要性（1）分子生物学能够探究生命的奥秘；（2）通过分子生物学，我们可以更好地了解遗传基因是如何影响人类生理和心理行为；（3）分子生物学可以帮助我们更好地理解疾病的发展机制，进行疾病的预防和治疗；（4）分子生物学也是真核细胞和原核细胞的比较研究的基础，从而有助于我们更好地利用微生物培养；（5）分子生物学还可以帮助我们更好地利用基因工程技术实现转基因动物生物学研究和创新生物材料研究。
分子生物学
一、名词解释1.分子生物学：广义即在分子水平上研究生命现象；狭义即在核酸与蛋白质水平上研究基因的复制，基因的表达，基因表达的调控以及基因的突变与交换的分子机制。
2.拟等位基因：紧密连锁，控制同一性状的非等位基因定义为拟等位基因。
3.DNA:作为主要的遗传物质，从结构上讲，它是两条多聚脱氧核苷酸链以极性相反，反向平行的方式，由氢键连接而成的双螺旋结构。
4.变性：两条核苷酸链逐渐彼此分离，形成无规则的,线团，这一过程称为变性。
5.复性：已发生变性的DNA 溶液在逐渐降温的条件下，,两条核苷酸链的配对碱基间又重新形成氢键，恢复到天然DNA的双螺旋结构，这一过程称为复性。
6.碱基的增色效应：随温度升高单链状态的DNA分子不断增加而表现出A260值递增的效应被定义为碱基的增色效应或DNA的减色效应。
7.变性温度或Tm值：通过对不同DNA分子变性S曲线的分析，将增色效应达到最大值一半的温度定义为该DNA分子的变性温度或Tm 值8.间隔基因：真核生物的结构基因是由若干外显子和内含子序列,相间隔排列组成的间隔基因。
9.外显子：指DNA上与成熟mRNA对应的核苷酸区,段，或结构基因在DNA中的氨基酸编码区，或间隔基因中的非间隔区。
10.内含子是指结构基因中可转录但在mRNA成熟之前,又被剪切的核苷酸区段，即DNA与成熟mRNA中的非对应区，或结构基因在DNA中的氨基酸非编码区，或间隔基因中的间隔区。
11.R环：当一条RNA分子与其DNA分子中的一条互补链配对，同时将另一条DNA链排除而形成的环状结构被称为R环。
12.极性突变：在一个操纵子中，与操纵子基因毗连的结构基因发生终止突变后，它除了影响该基因本身产物的翻译外，还影响其后结构基因多肽的翻译，并且具有极性梯度的特征。
13.DNA复制：是亲代双链DNA分子在DNA聚合酶等相关酶的作用下，分别以每条单链DNA分子为模板，聚合与模板链碱基可以互补配对的游离的三磷酸脱氧核糖核酸dNTP，合成出两条与亲代DNA分子完全相同的子代双链DNA分子的过程。
分子生物学完整版
非编码的中度重复序列，在进化中起着重要的作用。
SINE--Alu家族
人类基因组中存在最广泛的中度重复序列，平均长度约300bp，拷贝数30～50万，均匀地散布在整个基因组中。
低度重复序列（2-10次）每一种在基因组中的重复次数为2～10，多为编码蛋白质的基因
存在复杂的RNA加工反应，包括切割，顺式-，反式-剪接，RNA的编辑和降解。
某些重复序列的核苷酸顺序不完全相同
单拷贝序列(single copy sequence)
在基因组中只存在一个拷贝，复性最慢。
编码真核生物绝大部分蛋白，表达具有时空特异性。
基因家族（gene family）：一组功能类似、结构具有同源性的基因。
细胞器基因组
1950s,为了解释某些表型特殊的遗传方式，提出了extra-chromosomal genes。1960s早期（1962年〕，Ris and Plant通过电镜首次证明叶绿体中含有DNA，用DNA酶处理，超薄切片的2.5~3.0m的纤丝消失，进一步在电镜下观察到环状DNA分子。几乎所有的真核生物有线粒体基因组；所有的光合真核生物含有叶绿体基因组；一般来讲，细胞器基因组DNA呈环状，也有线状（一些真核微生物酵母等的线粒体基因组都呈线状；有的环状和线状并存，叶绿体中还有小环DNA分子存在.
分子生物学
The Coming of Wisdom With Time
Though leaves are many, the root is one
Through all the lying days of my youth
I swayed my leaves and flowers in the sun;
分子生物学
分子生物学分子生物学（Molecular Biology）是生物学的一个分支学科，主要研究生物体内分子的结构、功能、相互作用和调控机制。
分子生物学的发展推动了对于基因和蛋白质的研究，为我们对生物体内的生命活动以及人类疾病的认识提供了重要的基础。
分子生物学的研究主要是从分子层面探究生物体的组成和功能。
在分子生物学的视角下，生物体被看作是由各种复杂的分子组成的。
这些分子包括核酸（DNA和RNA）、蛋白质、细胞膜和其他生物分子。
通过研究这些分子的结构和功能，我们可以深入了解生物体内的一系列生物过程，如DNA复制、基因表达、蛋白质合成等。
在分子生物学的研究中，DNA是一个重要的研究对象。
DNA是三个硝基酸组成的核酸分子，它携带着生物体的遗传信息。
在细胞分裂过程中，DNA会通过复制过程产生两个完全相同的分子。
这种DNA的复制是生物体生长和繁殖的基础。
通过研究DNA的结构和复制机制，分子生物学家可以理解细胞遗传信息的传递和维持。
分子生物学的另一个重要研究对象是蛋白质。
蛋白质是生物体最重要的功能分子之一，它在细胞的结构、功能和代谢过程中起到了关键作用。
分子生物学研究了蛋白质的合成和调控机制，以及蛋白质在细胞内的运输、定位和降解过程。
通过研究蛋白质的结构和功能，分子生物学家可以揭示蛋白质如何参与细胞和组织的功能调节，进而理解生物体的正常生理活动和疾病的发生机制。
除了DNA和蛋白质，分子生物学还研究其他类型的分子。
例如，分子生物学研究了细胞膜的组成和运输机制，了解了细胞如何通过细胞膜与外界进行交流和物质交换。
此外，分子生物学还研究了一些小分子信号物质，如激素和信号分子，它们在细胞间的通讯和调节中扮演重要角色。
分子生物学的技术和方法也得到了快速发展。
例如，PCR（聚合酶链反应）技术可以快速复制DNA，并且已经成为了基因工程和基因诊断的关键技术。
基因测序技术则使得我们能够快速高效地获取DNA的序列信息，进一步推动了基因组学和遗传学的发展。
分子生物学 PPT课件
• 使细胞生物学、遗传学、发育生物学、神经 生物学和生态学由原来的经典学科变成了生命科 学的真正前沿科学，形成了一系列交叉学科，如 分子遗传学、分子生态学、分子免疫学、分子病 毒学、分子病理学、分子肿瘤学和分子药理学等。 分子生物学是生命科学的核心前沿。
• 不同种属生物的表现形式多种多样和千姿百 态，但是，生命活动的本质却是高度一致的。例 如绝大多数生物遗传取决于DNA；除少数例外， 遗传密码在整个生命世界中都是一致的。又如核 酸一级结构和蛋白质一级结构的对应关系以及蛋 白质的有序合成，也表现出高度一致性。
• （五）小分子RNA研究进展
• 1993年，Lee RC等发现线虫(C.elegans) lin-4基 因编码的小分子RNA，其长度为22～61个核苷 酸——反义RNA。
• 反义RNA能与lin-14 mRNA的3ˊ非翻译区 （untranslated region，UTR）反义互补结合，阻 断lin-14的翻译，降低线虫早期发育阶段lin-14 蛋白的水平。
• 因此，分子生物学技术已成为推动生物 科学的各个领域向分子水平发展的重要 工具或手段，也是服务于人类和社会， 推动医药和工、农业发展的强大动力。
二、分子生物学的研究内容
• 分子生物学的研究内容主要包括以下三个方面。 • 1、核酸分子生物学： • 主要研究核酸的结构及其功能。 • 2、蛋白质分子生物学：
• 例如DNA及RNA的印迹转移、核酸分子杂 交、DNA克隆或重组DNA、基因体外扩增、 DNA 测序等等，以及研究蛋白质一级结构、 二级结构和三维结构与功能的分析技术。
• 其中重组DNA(recombinant DNA)技术是现代分 子生物学技术的核心。
• 重组DNA技术又称为基因操作(gene manipulation )、分子克隆(molecular cloning)、基 因克隆(gene cloning) 或基因工程（gene engineering）等。
什么是分子生物学
什么是分子生物学
分子生物学的发展举足轻重，它为生命科学的发展提供了重要而有力的支持。
本文旨在全面系统地介绍分子生物学的相关知识，帮助读者更加深入地了解该领域的研究现状，并更好地应对社会的发展挑战。
1. 什么是分子生物学？
分子生物学是基于分子机理的一门研究生命科学的研究领域。
它针对生物分子的结构和功能进行深入的研究，并开展着关于生命体系的基本性理论研究，从而推动了现代生物学研究与新技术的广泛发展。
2. 分子生物学的研究对象
分子生物学重点研究的方向主要有生物分子，比如：DNA、RNA、蛋白质、各类酶等，还有一些生物信号分子，可以帮助我们更清楚地了解有关生物的调控机制。
3. 分子生物学的研究方法
分子生物学的研究技术包括：实验室基本手段、测序技术、分子结构定位技术、细胞和分子影像技术、计算生物学等，这种独特的技术使分子生物学成为生物学研究中重要的基础研究领域。
4. 分子生物学的研究优势
分子生物学由于研究内容与视野狭窄，研究领域较为集中，可以更加深入地把握各种生物分子的功能、结构、变化过程，从而更加有效地应用于实际的科研工作中。
5. 分子生物学的应用
分子生物学为各类疾病的治疗、疫苗的开发和药物研发方面提供了强有力的支持。
它能够揭示病原体的分子机制，并根据改变这种机制而设计出新药物；它还为科学家研究一些病毒性疾病的分子机制提供基础，进而开发出抗病毒疫苗。
此外，分子生物学为植物育种和动物育种研究提供了新的信息来源，可以帮助提高农作物的产量和品质。
分子生物学
对蛋白质结构与功能的进一步认识
1956-58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。1958年Ingram证明正常的血红蛋白 与镰刀状细胞溶血症病人的血红蛋白之 间，亚基的肽链上仅有一个氨基酸残基 的差别，使人们对蛋白质一级结构影响 功能有了深刻的印象。与此同时，对蛋 白质研究的手段也有改进，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；
(二)、现代分子生物学的建立和发展阶段
这一阶段是从50年代初到70年代初， 以1953年Watson和Crick提出的DNA双螺 旋结构模型作为现代分子生物学诞生的 里程碑开创了分子遗传学基本理论建立 和发展的黄金时代。DNA双螺旋发现的最 深刻意义在于：确立了核酸作为信息分 子的结构基础;提出了碱基配对是核酸复 制、遗传信息传递的基本方式；从而最 后确定了核酸是遗传的物质基础，为认 识核酸与
蛋白质的关系及其在生命中的作用打下了 最重要的基础。在此期间的主要进展包 括：
遗传信息传递中心法则的建立
在发现DNA双螺旋结构同时，Watson 和Crick就提出DNA复制的可能模型。其 后在1956年A.Kornbery首先发现DNA聚合 酶；1958年Meselson及Stahl用同位素标 记和超速离心分离实验为DNA半保留模型 提出了证明；1968年Okazaki（冈畸）提 出DNA不连续复制模型；1972年证实了 DNA复制
S.Furbery等的X-线衍射分析阐明了核苷酸 并非平面的空间构像，提出了DNA是螺旋 结构；1948-1953年Chargaff等用新的层 析和电泳技术分析组成DNA的碱基和核苷 酸量，积累了大量的数据，提出了DNA碱 基组成A=T、G=C的Chargaff规则，为碱 基配对的DNA结构认识打下了基础。
分子生物学
第十节分子生物学（Molecular Biology)一、学科性质及研究范围分子生物学是一门从分子水平研究生命现象的科学。
是一门由生物化学、遗传学和微生物等学科融汇发展而派生出来的边缘学科，它试图运用物理学和化学的理论和方法来阐明生命活动的规律，以达到为人类服务的目的。
分子生物学中的所谓分子，一般系针对生物大分子而言，主要为核酸和蛋白质。
糖蛋白和糖脂也是大分子物质，它们在细胞的构造和信息传递中的作用，正在受到越来越大的重视，对它们的研究也应该看成为分子生物学的重要内容之一。
生物化学和分子生物学关系密切。
但两者的侧重点有所不同，前者着重于研究生物分子，尤其是小分子，如氨基酸、葡萄糖、脂肪等的转变和新陈代谢过程，而后者着重于生物大分子的结构和功能。
还有一个重要的研究领域就是分子间信息的传递和调控。
分子生物学不仅必须逐一研究生物大分子的各别结构，还应该从更高层次来研究其组织和相互作用。
各别结构的研究是十分必要的，如核酸的碱基顺序和蛋白质的氨基酸顺序测定等，这些知识是本学科的基础，也是今后长期的研究任务。
细胞乃由无数结构各异的生物分子精巧建造而成，这个高度复杂的结构体系，即所谓超分子结构体系，绝不是它的组成成分的简单加和。
当分子与分子以某种方式结合时，就会表现出原有分子所不曾有的崭新性质和功能。
水和二氧化碳经过光合作用转变成糖，而糖的性质和水及二氧化碳根本不同。
同样，核酸由四种核苷酸，蛋白质由20种氨基酸构成。
核苷酸和氨基酸都是小分子，并不表现出任何生命物质的特征，但是一旦许许多多核苷酸或氨基酸连接成为核酸或蛋白质时，其性质就出现了从无生命物质向生命物质的飞跃。
就一个细胞来说，细胞核中的DNA 与组蛋白共同构成染色质，染色质又和为数众多的功能复杂的非组蛋白相互作用；在胞质内存在着三大类RNA间的互相作用以及RNA和蛋白质问的相互作用；生物膜系统将细胞空间分隔成各种功能区域，它们由类脂质（包括糖脂）和蛋白质（包括糖蛋白）共同组成一种嵌镶流动的膜结构，这里涉及到类脂质和蛋白质以及多糖链间的组织和相互作用。
分子生物学(共19张PPT)
04
蛋白质的结构与功能
蛋白质的分子组成与结构
氨基酸通过肽键连 接形成多肽链，即 蛋白质的一级结构 。
多条多肽链组合在 一起，形成蛋白质 的三级结构。
蛋白质的基本组成 单位是氨基酸，共 有20种常见氨基酸 。
多肽链经过盘绕、 折叠形成二级结构 ，主要形式包括α螺旋和β-折叠等。
在特定条件下，蛋 白质可形成四级结 构，由多个亚基组 成。
发展历程
从20世纪50年代DNA双螺旋结构 的发现开始，分子生物学经历了 飞速的发展，成为现代生命科学 中最为活跃和前沿的领域之一。
分子生物学的研究对象与任务
研究对象
主要包括DNA、RNA、蛋白质Байду номын сангаас生 物大分子，以及它们之间的相互作用 和调控机制。
研究任务
揭示生物大分子的结构、功能及其相 互作用机制；阐明基因表达调控的分 子机制；探索生物大分子在生命过程 中的作用和意义。
转录因子
01
真核生物中存在大量转录因子，它们与DNA特定序列结合，激
活或抑制基因转录。
表观遗传学调控
02
通过DNA甲基化、组蛋白修饰等方式，改变染色质结构，影响
基因表达。
microRNA调控
03
microRNA是一类小分子RNA，通过与mRNA结合，抑制其翻
译或促进其降解，从而调节基因表达。
基因表达调控的分子机制
发育生物学研究生物体的发育过程，而分子 生物学则揭示了发育过程中基因表达和调控 的分子机制。
02
DNA的结构与功能
DNA的分子组成与结构
DNA的基本组成单位
脱氧核糖核苷酸，由磷酸、脱氧核糖 和碱基组成。
DNA的碱基
DNA的双螺旋结构
分子生物学ppt课件
基因组大小(Mb)
0.58 1.83 4.20 4.60 13.50 12.50 466 165 97 2700 3000
基因数
470 1743 4100 4288 6034 4929 30000 13601 18424 30000 25000
染色体数*
无 无 无 无 16 16 21 4 6 20 23
包括：
结构基因组学
功能基因组学
三个亚领域.
比较基因组学
28
29
一、病毒基因组 二、原核生物基因组 三、真核生物基因组
30
一、病毒基因组
基因组（genome） 1个配（精子或卵子），1个单倍 体细胞或1个病毒所包含的全套遗传物质的总和。病毒核酸 或为DNA或为RNA，可以统称为病毒染色体。
完整的病毒颗粒具有蛋白质外壳，以保护病毒核酸不 受核酸酶的破坏，并能识别和侵袭特定的宿主。
分子生物学
Molecular Biology
1
What is Molecular Biology?
分子生物学是从分子水平研究生命现象、生命规律和生命本质 的学科。
核心内容是从分子水平研究基因和基因的活动，这些活动主要 通过核酸和蛋白质的活动来实现。
医学分子生物学主要研究人体生物大分子和大分子体系的结构、 功能、相互作用及其与疾病发生、发展的关系。
16
三、基因的结构特点和分类
基因的结构
结构基因：编码区序列（coding region sequence ）
在细胞内表达为蛋白质或功能RNA的DNA序列
转录调控序列：非编码序列（non-coding sequence）
基因表达需要的调控区（regulatory region）序列， 包括启动子（promoter）、增强子（enhancer）等。
分子生物学名词解释
是指对基因表达过程的调节。
可诱导调节：
是指一些基因在某些代谢物的诱导下使其活化，由原来的关闭状态转变为开放状态。
如：
大肠杆菌的乳糖操纵子。3可阻遏调节：
是指一些基因由于某些代谢物的积累，而使其由原来的开放状态转变为关闭状态。
如：
色氨酸操纵子。
可诱导的操纵子：
是一些编码糖和氨基酸分解代谢蛋白的基因。
增强子：
真核生物中提高启动子效率的顺式作用元件，可以不同的方向，在相对于启动子的任何位置发挥作用。
反式作用因子:
指能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质，也叫转录因子。
同源域：
是指编码60个保守氨基酸序列的DNA片段，广泛存在于真核生物基因组内。
应答元件：
可阻遏的操纵子：
是一些合成各种细胞代谢过程中所必须的小分子物质。
葡萄糖效应或降解物抑制作用：
细菌培养基中在葡萄糖存在的情况下，即使加入乳糖、半乳糖等诱导物，与其对应的操纵子也不会启动，这种现象称为葡萄糖效应或降解物抑制作用。
诱导物：
如果某物质能促使细胞产生一特定的酶，该物质就叫做诱导物。
辅阻遏物：
如果某物质能阻止细胞产生一特定的酶，该物质就叫做辅阻遏物。
断裂基因：
真核生物基因除了与mRNA相对应的编码序列外，还含有一些不编码的序列插在编码序列之间，这些非编码序列在加工为成熟的mRNA时被去除。这样的结构基因称为断裂基因。
外显子：
基因中与mRNA一致的序列，即编码序列，称为外显子。一个基因总是以外显子为起点和终点。
内含子：
基因中编码序列之间的介入序列，在原初转录物加工为mRNA时被去除，即非编码序列，称为内含子。4组成性剪接：
分子生物学课件(共51张PPT)
蛋白质局部主链的空间结构， 包括α-螺旋、β-折叠等。
三级结构
整条肽链中全部氨基酸残基的 相对空间位置Байду номын сангаас即整条肽链每 一原子的相对空间位置。
四级结构
由两条或两条以上的多肽链组 成的一类结构，每一条多肽链
都有完整的三级结构。
蛋白质的功能与分类
结构蛋白：作为细胞的结构，如膜蛋白，染色体蛋白等 。 酶：催化生物体内的化学反应。
分子生物学是生物学的重要分支
01
分子生物学以生物大分子为研究对象，揭示生命现象的分子基
础，是生物学的重要分支之一。
分子生物学推动生物学的发展
02
分子生物学的发展推动了生物学的研究从细胞水平向分子水平
深入，为生物学的发展提供了新的理论和技术支持。
分子生物学与其他学科的交叉融合
03
分子生物学与遗传学、生物化学、微生物学、免疫学等学科存
。
表观遗传学调控
通过改变染色质结构和DNA 甲基化等方式来调控基因表达
。
05
蛋白质的结构与功能
蛋白质的分子组成
氨基酸
蛋白质的基本组成单元，共有20 种标准氨基酸。
肽键
连接氨基酸之间的主要化学键。
辅基与辅酶
某些蛋白质还包含辅基或辅酶， 以辅助其功能的发挥。
蛋白质的结构层次
一级结构
指蛋白质中氨基酸的排列顺序 。
重组DNA分子的构建和 筛选
PCR技术及其应用
01
02
PCR技术的基本原理和步骤
引物的设计和选择
03
04
PCR反应体系和条件优化
PCR技术在DNA扩增、突变 分析、基因分型等领域的应用
基因克隆与基因工程
分子生物学名词解释
分子生物学名词解释名词解释：1、分子生物学 (molecular biology)是从分子水平上研究生命现象、生命本质、生命活动及其规律的科学。
解释：分子一般指生物大分子（核酸和蛋白质），即以生物大分子的结构与功能为研究基础，来研究生命活动的本质与规律。
2、医学分子生物学(medical molecular biology)是分子生物学的一个重要分支，是从分子水平上研究人体和疾病相关生物在正常和疾病状态下的生命活动及其规律，从分子水平上开展人类疾病的预防、诊断和治疗研究的一门科学。
3、载体（vector ）：是能携带靶DNA（目的基因）片段进入宿主细胞进行扩增或表达的DNA分子。
4、克隆载体(cloning vector)：仅适于外源基因在宿主细胞中复制和扩增。
5、表达载体(expression vector)：能使外源基因在宿主细胞中进行转录和翻译的载体。
6、质粒的复制子：质粒DNA中能自主复制并维持正常拷贝数的一段最小的核酸序列单位。
7、噬菌体(phage)是比细菌还小得多的微生物，和病毒侵犯真核细胞一样，噬菌体侵犯细菌，也可以认为它是细菌里的“寄生虫”。
它本身是一种核蛋白，核心是一段DNA，结构上有一个蛋白质外壳和尾巴，尾巴上的微丝可以把噬菌体的DNA注入细菌内。
8、溶菌生长：λ噬菌体感染细菌后，λDNA通过粘性末端而环化，并在宿主中多次复制，合成大量基因产物，装配成噬菌体颗粒，最后裂解宿主菌。
9、溶源生长：λDNA整合到宿主染色体基因组DNA中与之一起复制并遗传给子代，但宿主细胞不被裂解。
10、插入型载体(insertion vector):每种酶只有一个酶切位点。
如λgt系列，适用cDNA克隆。
λ噬菌体载体11、置换型载体（replacement vector ）：有两组（成对）反向排列的多克隆位点，其间DNA序列可被外源基因取代。
如EMBL系列，适用基因组克隆12、穿梭载体：是一类既能在原核细胞中复制又能在真核细胞中复制表达的载体。
分子生物学
操纵子：原核生物中由一个或多个相关基因以及转录、翻译、调控原件组成的基因表达单元。
内含子：一个基因中非编码DNA片段，它分开相邻的外显子，内含子是阻断基因线性表达的序列。
外显子：是真核生物基因的一部分，它在剪接后仍会被保存下来，并可在蛋白质生物合成过程中被表达为蛋白质。
弱化子：原核生物操纵子中能显著减弱甚至终止转录作用的一段核苷酸序列，该区域能形成不同的二级结构，利用原核微生物转录与翻译的偶联机制对转录进行调节。
顺式作用元件：是指与结构基因串联的特定DNA序列，是转录因子的结合位点，它们通过与转录因子结合而调控基因转录的精确起始与转录效率，顺式作用元件包括启动子、增强子、调控序列与可诱导元件等，它们的作用是参与基因表达的调控。
顺式作用：顺式作用元件对基因表达起调控作用的过程。
增强子：增加同它连锁的基因转录频率的DNA序列，因为它能强化转录的起始，又称强化子。
反义RNA:为大肠杆菌编码许多小分子mRNA，它们能也不同的mRNA结合，从而在翻译水平上正调控与负调控，可能关闭SD序列与释放SD序列，由于这些小分子通过与反义RNA进行碱基配对结合来行使功能。
重叠基因：是指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列成为两个或两个以上基因的组成部分；重叠基因有多种重叠方式。
常见于细菌与噬菌体的基因组中。
核糖开关：mRNA一些非编码区的序列折叠成一定的构象，这些构象的改变应答于体内的一些代谢分子，从而通过这些构象的改变达到调节mRNA转录的目的回文序列：双链DNA中的一段倒置重复序列；两条链从5 ‘到3 ‘方向阅读序列一致，从3 ‘到5 ‘方向的序列一致转座子：插入序列，复合型转座子。
效应：引起突变，产生新的基因，产生染色体畸变，引起生物进化魔斑核苷酸：细菌生长过程中在缺乏氨基酸供应时产生的一个应急产物。
主要是三磷酸鸟苷合成的四磷酸鸟苷与五磷酸鸟苷。
主要功能是干扰RNA聚合酶与启动子结合的专一性，诱发细菌的应急反应，帮助细菌在不良环境条件下得以存活。
分子生物学
第一章分子生物学定义：分子生物学是研究核酸、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。
分子生物学简史：○11962年，Watson（美）和Crick（英）因为在1953年提出DNA的反向平行双螺旋模型与Wilkins共享诺贝尔生理医学奖，后者通过对DNA分子的X线衍射证实了DNA模型。
○21965年，Jacob（法）和Monod（法）提出并验证了操纵子作为调节细菌细胞代谢的分子机制而与Iwoff共享诺贝尔生理医学奖。
○31968年，Nirenberg（美）由于在破译DNA遗传密码方面的贡献，与Holly和Khorana 共享了诺贝尔生理医学奖。
○41980年，Sanger因设计出一种测定DNA分子内核苷酸序列的方法，而与Gilbert 和Berg分享诺贝尔化学奖。
○51989年，Altman（美）和Cech（美）由于发现某些RNA具有酶的功能（称为核酸）而共享诺贝尔化学奖。
○61997年，Prusiner（美）由于发现阮病毒是阿尔茨海默病毒（老年痴呆症）等疾病的病原并能直接在宿主细胞中繁殖传播而获得诺贝尔生理医学奖。
作业：你认为二十一世纪初分子生物学将在哪些领域取得进展？第二章C值：生物单倍体基因组DNA的总量。
C值反常现象：动物形态学复杂程度与C值大小不一致的现象称为C值反常现象。
也称“C 值谬误”真核细胞DNA序列：⑴不重复序列⑵中度重复序列⑶高度重复序列核小体定义：核小体是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bpDNA 组成的。
八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，而H1则在核小体的外面。
每个核小体只有一个H1。
核小体是染色体结构的第一个层次，构成染色质的基本结构单位。
真核生物基因组的结构特点： 1. 基因组庞大；2.存在大量的重复序列3. 大部分为非编码序列4. 转录产物为单顺反子5. 有内含子结构6. 存在大量的顺式作用元件7. 存在大量的DNA多态性8. 有端粒结构原核生物的基因组特点：1、结构简练；2、存在转录单元；3、有重叠基因DNA的二级结构：分为右手螺旋和左手螺旋相邻碱基对平面之间的距离为0.34nm，即顺中轴方向，每隔0.34nm有一个核苷酸，以3.4nm为一个结构重复周期。
分子生物学(完美版)
分子生物学绪论一、学科定义分子生物学是在分子水平研究生物结构和功能，研究生命现象的物质基础和揭示生命过程的基本活动规律的学科。
主要是指遗传、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。
二、研究对象、主要内容1． 对象：从广义的讲：蛋白质及核酸等所有生物大分子结构和功能的研究都属于分子生物学的范畴。
2． 主要内容我们学习的基础分子生物学主要包括以下内容：DNA 、染色体及基因组（分子生物学的物质基础）DNA 的复制与修复（遗传信息的世代传递，确保其精确的机制） 基因重组（生物变异与进化）RNA 的生物合成（遗传信息传递中的转录过程，转录后的加工） 蛋白质的生物合成（遗传信息传递中的翻译过程，遗传密码子）基因表达调控（基因的时序表达；3～4万个蛋白质编码基因是否意味着只有3万种蛋白质） DNA 操作技术（分子生物学发展的基础、工具)三、发展简史1．理论基础阶段分子生物学是一门深层的理论与实验科学，它必须在自然科学发展到一定的深度后才逐渐形成。
尤其得益于细胞学、遗传学和生物化学的发展。
2．形成发展阶段由于核酸化学的发展，1953年美国科学家Watson 和英国科学家Crick 在前人的基础上（Chargaff, Wilkins 及Franklin 等），提出了DNA 的双螺旋结构模型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路（即本课程中第二章的基础）。
分子生物学的研究对生命科学的发展起着巨大的推动作用，受到国际科学界的高度重视，据统计从1910年到2001年，约50多人次科学家荣获诺贝尔化学奖及生理医学奖。
3．未来发展阶段就基因组研究来说，它遵循的基本思路是：基因组→转录组→蛋白质组。
四、分子生物学在生命科学中的位置1．分子生物学是从生物化学发展出来的一门科学。
2．分子生物学与微生物关系密切，曾认为分子生物学主要是E.coli 的分子生物学。
3．与遗传学的关系，均涉及到遗传信息的载体及传递过程，为相辅相成的学科。
分子生物学
分子生物学1 什么叫分子生物学?它包括哪些内容?分子生物学(molecular biology)有广义和狭义之分。
广义的分子生物学是指从分子水平研究生命现象、生命本质、生命活动及其规律的科学。
事实上它包括了生物学的诸多方面。
狭义的分子生物学是研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能,并从分子水平上阐明蛋白质与核酸、蛋白质与蛋白质之间相互作用的关系及其基因表达调控机制的学科,是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘,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。
分子生物学主要包含以下三部分研究内容：1.核酸分子生物学2.蛋白质分子生物学3.细胞信号转导分子生物学2 DNA的复性复性：在一定条件下，变性DNA 单链间碱基重新配对恢复双螺旋结构，伴有A260减小（减色效应）,DNA的功能恢复。
3 半保留复制:DNA的复制是将两条亲本链分开,每一条作为合成新链的模板,按碱基配对的规则合成新链,子代DNA的双链中一条是原来的链,另一条是新合成的链,所以称之为半保留复制。
4 何谓DNA的半不连续复制?•顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为前导链。
•另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为后随链。
复制中的不连续片段称为冈崎片段(okazaki fragment)。
•前导链连续复制而后随链不连续复制，就是复制的半不连续性。
5 何谓逆转录？常见的逆转录酶主要有哪些？逆转录：RNA指导下的DNA合成作用，以RNA为模板在逆转录酶催化下，由dNTP聚合成DNA的作用，新生DNA分子存有RNA基因组的信息。
逆转录酶:又称为反转录酶，为依赖RNA的DNA聚合酶。
逆转录酶是多功能酶，有三种酶活性：1. 逆转录活性：即以RNA为模板合成DNA2. RNase活性：水解RNA:DNA中的RNA3. DNA pol活性：以DNA为模板合成DNA6 遗传重组的类型：1.同源重组（homologous recombination）；2.位点特异性重组（site-specific recombination）；3.转座重组（transposition recombination）；4.异常重组（illegitimate recombination)。
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分子标志物：指可以反映机体生理、病理状态的核酸、蛋白质（多肽）、代谢产物等生物分子。
DNA结构：DNA的二级结构是双螺旋结构：DNA分子由两条相互平行但走向相反的脱氧多核苷酸链组成，两链以-脱氧核糖-磷酸-为骨架，以右手螺旋方式绕同一公共轴盘。
螺旋直径为2nm，形成大沟(major groove) 及小沟(minor groove)相间。
碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側，与对側碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T;G=C）。
相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10对碱基。
DNA的三级结构是超螺旋结构：DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。
正超螺旋(positive super coil)盘绕方向与DNA双螺旋方同相同负超螺旋(negative super coil)盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。
原核生物DNA的是环状超螺旋结构核小体(nucleosome)是染色质的基本组成单位，由DNA和蛋白质构成。
组蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4 RNA结构：一级结构：核苷酸连接方式同DNA。
RNA的一级结构即指核苷酸的连接方式、数量和排列方式。
主要结构特征：①含有稀有碱基（修饰碱基）；②不遵守Char gaff原则；③多数为单链分子，形成链内双链二级结构（发夹结构）；④碱基配对：A-U，G-C。
t RNA二级结构：DHU环反密码环额外环 TΨC环氨基酸臂t RNA的三级结构是倒L型t RNA的功能：活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。
m RNA的结构与功能:1）基本特点：含量低（约占总RNA的1%～5%）；种类多（上万种）；分子大小差异大（几百～约2万个核苷酸）；半衰期短。
2）结构特点：编码区——决定蛋白质的一级结构，包括起始密码子、终止密码子、外显子。
非编码区——与蛋白质生物合成的调控有关，包括5′非编码区（帽结构、核蛋白体识别结合位点等）、3′非编码区（多聚腺苷酸尾）、间隔序列（内含子）。
大多数真核m RNA 的5´末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C´2甲基化，形成帽子结构m7GpppN-。
大多数真核m RNA的3´末端有一个多聚腺苷酸(poly A)结构，称为多聚A尾3）功能：作为蛋白质合成的模板。
帽子结构和多聚A尾的功能：m RNA核内向胞质的转位、m RNA的稳定性维系、翻译起始的调控增色效应：核酸分子在变性过程中，其溶液的A260会增大，此现象称为增色效应。
融解温度（Tm）：DNA分子热变性程度达到50%时所对应的温度，称为融解温度或解链温度。
Tm的影响因素：①DNA分子的碱基组成Tm与DNA分子碱基组成的关系 AT富集区先解链，GC富集区后解链。
②溶液的离子强度一般情况下，在低离子强度溶液中，DNA的Tm较低，且解链温度范围较宽；在高离子强度溶液中，Tm较高，解链温度范围较窄。
③ pH 一般情况下，核酸溶液的pH在5~9范围内，DNA的Tm变化不明显；当溶液的pH<4或>11时，DNA的Tm会降低。
④变性剂 变性剂可降低DNA 的Tm分子杂交：核酸分子杂交是指来源不同的具有互补序列的两条核酸单链在一定条件下按碱基配对原则形成双链的过程。
分子杂交分类：1.液相杂交：是指待测核酸和探针都存在于杂交液中，探针与待测核酸在液体环境中按照碱基互补配对形成杂交分子的过程。
2.固相杂交：①反向点杂交：（RDB ）：特点：高灵敏度、高特异性和准确性好等。
应用：用于病原体检测，基因分型检测，基因突变检测等②Southern 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。
③Northern 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3.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。
4.DNA 芯片技术：特点：高通量、微型化、自动化。
技术基础是核酸分子杂交技术 探针技术：1.探针的种类：①DNA 探针（最常用，一般长度为400--500个碱基）：单链cDNA 是与mRNA 互补的DNA 分子。
② RNA 探针 （长度实际上取决于将重组DNA 分子线性化的限制性内切酶的酶切位点）③寡核酸探针（一般由17--50个核苷酸组成）：易于大批量生产和标记。
最大优势是可以区分仅仅一个碱基序列的靶序列，最大的缺陷是寡核苷酸不如长的杂化核酸稳定，需优化杂交和洗脱条件以保证寡核苷酸杂交的特异性。
2.标记物：①放射性标记物：H S P 33532、、②非放射性标记物：生物素、地高辛或荧光素标记。
3.探针标记方法的选择：①随机引物的标记：最常用的DNA 探针标记，在标记dNTP 存在的条件下，DNA 聚合酶Ⅰ的Klenow 片段催化引物延伸产生标记产物。
②DNA 缺口平移标记：DNase Ⅰ和大肠埃希菌DNA 聚合酶Ⅰ的协同作用，只标记一种dNTP 。
③化学法全程标记：I 125标记法、光敏生物素标记法。
影响杂交速率和杂化分子稳定性的因素：①探针的选择。
②探针的标记方法。
③探针的浓度，探针用量均为0.5--5.0μg/ml 。
④杂交率。
⑤杂交温度（随着逼近Tm 值杂交速率降低，最佳选择低于探针Tm 值20-25℃）。
⑥杂交的严谨性。
核酸酶：水解核苷酸之间的磷酸二酯键。
限制性核酸内切酶及其识别位点特征: 具有回文序列结构。
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。
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。
质粒：是细菌细胞内携带的染色体外的DNA分子，是共价闭合的环状DNA分子，能独立进行复制。
质粒只有在宿主细胞内才能够完成自己的复制。
可具有兼容性或不兼容性，可发生构象变化，出现超螺旋、半开环、线状三种构象。
质粒的生物学特性：可移动性；自我复制；携带筛选标记；不相容性R型质粒（抗药性质粒）：生物学特性：可移动性，自我复制能力，携带筛选标记，不可相容性。
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）串联重复序列：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）散在重复序列：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，有一段结构基因：HLA、rRNA、组蛋白、免疫球蛋白。
多态性：当某种变异相对常见，在群体中的频率高于1％时，则称为多态性。
主要包括：限制性片段长度多态性（RELP），可通过Southern杂交等分析。
小卫星和微卫星多态性（短串联重复序列多态性），通常通过PCR扩增，扩增产物通过电泳分析检测。
单核苷酸多态性（SNP）可通过点杂交、PCR--RFLP、荧光定量PCR、DHPLC以及基因测序、基因芯片分析等分析。
拷贝数多态性（CNP），可通过荧光原位杂交、芯片比较基因组杂交和SNP芯片检测分析。
突变：DNA序列的改变或重排，可分为：①染色体数目的改变（基因组突变）；②染色体机构的改变（染色体突变）；③涉及单个基因的突变，也是通常所讲的基因突变：点突变、插入缺失和动态突变几种类型。
人类基因组计划的内容遗传图谱、物理图谱、序列图谱、转录图谱DNA聚合酶的作用1、5′→3′聚合酶活性与延伸能力活性与校对功能（保真性）2、5′→3′外切酶3、5′→3′外切酶活性与切口平移端粒1、端粒的结构特点1）、GT链的5′→3′总是指向染色体的末端。
2）、重复次数不保守。
3）、链区内有缺口即游离的3′-端羟基存在。
4）、DNA的最末端不能进行末端标记，推测其分子是一个回折结构。
2、端粒酶端粒酶的概念（telomerase）反转录酶，由蛋白质和RNA共同组成，含有引物特异的识别位点，能以自身的RNA为模板反复延伸端粒的重复序列。
3、端粒的功能1）保护染色体末端：使染色体末端免于被化学修饰或被核酶降解；防止端粒酶对端粒进行进一步延伸的作用。
2）防止染色体复制时末端丢失3）决定细胞的寿命：端粒的长度决定了细胞的寿命，故而被称为“生命的时钟”。
4）固定染色体位置：人类端粒DNA和核基质中的蛋白相互作用，以′TTAGGG′结构附着于细胞核基质与转录有关的DNA结构1、启动子：是指DNA分子中能被RNA聚合酶特异的识别、结合并开始转录的一段DNA 序列。
1）、原核生物启动子：起始点、结合部位（Pribnow盒）、识别部位（Sextama盒）2）、真核生物启动子结构：帽子位点：CAT规律TATA盒： -25～ -30bp,作用：控制转录起始点的选择上游启动子元件:包括CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等, 作用：控制转录起始频率。
CAAT：-70 ～ -80bpGGGCGG：-80 ～ -110bp2、增强子：远上游序列，一般在－100bp以上。
核心序列为TGGAAG。
作用：增强启动子转录活性的DNA序列。
特点：增强效应与位置与取向无关；组织与细胞特异性。
3、终止子：细菌DNA中有两类：1）强终止子－内部终止子；2）弱终止子－需要ρ因子，又称为ρ依赖性终止子。