现代分子生物学-第一章ppt课件
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现代分子生物学ppt课件
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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。
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。
第一篇 分子生物学基本原理(共57张PPT)
3. 窄宿主型质粒和广宿主型质粒
第二节 真核生物基因组
一、真核生物染色质DNA的高级结构 • DNA高级结构中的蛋白质
组蛋白与非组蛋白
• DNA与蛋白质的结 合与染色体的组装
二、真核生物核基因组结构和功能特点
• 基因组大，编码蛋白质多，一般编码蛋白都 超过1万个以上。在DNA复制时，有多个复制 起始点。 • 真核生物的结构基因都是单顺反子。 • 真核生物的基因组中含有大量的重复序列 (45%)。 • 真核生物的基因组中存在大量的非编码区。
⒑含有多种功能的识别区域，如复制起始区、复制终止区、 转录起动区和终止区等。
大肠杆菌染色体基因组的结构和功能
大肠杆菌染色体基因组是研究最清楚的基因组。估计
大肠杆菌基因组含有3500个基因，已被定位的有900个左
右。在这900个基因中，有260个基因已查明具有操纵子结
构，定位于75个操纵子中。在已知的基因中8％的序列具
• 真核基因为断裂基因，在它的结构基 因中含有外显子和内含子。
• 真核生物的基因组中存在着各种基因 家族。
• 真核生物基因组中也存在移动基因。
•基因组中结构基因所占区域远小于非 编码区。
三、真核生物基因组的结构
㈠结构基因
• 断裂基因(split gene)：真核生物的结构基 因是不连续的编码氨基酸的序列被非编码 序列所打断，因此被称为断裂基因。
是指一组由多基因家族及单基因组成的更大基因 家族。其代表为免疫球蛋白基因超家族
㈣重复序列(repeat sequence):
在真核生物基因组存在着的大量的碱基序列重复出 现的情况。
重复序列中，除了编码RNA、RNA和组蛋白的结构基 因外，大部分是非编码序列。但对它们的功能还不十分清楚。
第二节 真核生物基因组
一、真核生物染色质DNA的高级结构 • DNA高级结构中的蛋白质
组蛋白与非组蛋白
• DNA与蛋白质的结 合与染色体的组装
二、真核生物核基因组结构和功能特点
• 基因组大，编码蛋白质多，一般编码蛋白都 超过1万个以上。在DNA复制时，有多个复制 起始点。 • 真核生物的结构基因都是单顺反子。 • 真核生物的基因组中含有大量的重复序列 (45%)。 • 真核生物的基因组中存在大量的非编码区。
⒑含有多种功能的识别区域，如复制起始区、复制终止区、 转录起动区和终止区等。
大肠杆菌染色体基因组的结构和功能
大肠杆菌染色体基因组是研究最清楚的基因组。估计
大肠杆菌基因组含有3500个基因，已被定位的有900个左
右。在这900个基因中，有260个基因已查明具有操纵子结
构，定位于75个操纵子中。在已知的基因中8％的序列具
• 真核基因为断裂基因，在它的结构基 因中含有外显子和内含子。
• 真核生物的基因组中存在着各种基因 家族。
• 真核生物基因组中也存在移动基因。
•基因组中结构基因所占区域远小于非 编码区。
三、真核生物基因组的结构
㈠结构基因
• 断裂基因(split gene)：真核生物的结构基 因是不连续的编码氨基酸的序列被非编码 序列所打断，因此被称为断裂基因。
是指一组由多基因家族及单基因组成的更大基因 家族。其代表为免疫球蛋白基因超家族
㈣重复序列(repeat sequence):
在真核生物基因组存在着的大量的碱基序列重复出 现的情况。
重复序列中，除了编码RNA、RNA和组蛋白的结构基 因外，大部分是非编码序列。但对它们的功能还不十分清楚。
现代分子生物学ppt课件
• 翻译后的转运机制：细胞膜受体 • 核定位蛋白的转运机制：核定位序列 • 蛋白质的降解：蛋白酶水解、N端氨基酸影
响半衰期
第五章 分子生物学研究方法
知识要点
• 分子克隆技术的过程 • 分子杂交的概念 • PCR反应步骤
分子克隆RE、ligase • 重组DNA分子导入寄主细胞：细菌转化 • 重组体克隆的筛选：蓝白斑筛选、抗生素
第四章 生物信息的传递（下）
知识要点
• 三联体遗传密码 • tRNA的结构与功能 • 核糖体的结构与功能
• 蛋白质合成机制 • 蛋白质转运机制
遗传密码
• 遗传密码的破译 • 遗传密码的特性：无逗号、不重叠、通用
性、简并性、起始密码和终止密码
tRNA的结构与功能
• tRNA的二级结构：三叶草型——四环四臂 • tRNA的三级结构：倒L型 • tRNA的功能：密码子与反密码子的配对 • tRNA种类：起始tRNA与延伸tRNA、同工
C值矛盾
DNA结构
• DNA的一级结构 • DNA的二级结构——双螺旋模型
影响DNA二级结构稳定的因素 • DNA的高级结构——正超螺旋和负超螺旋
DNA复制
• 半保留复制 • 半不连续复制 • 复制的起点、方向和速度 • DNA聚合酶：原核 真核 • 原核生物和真核生物DNA复制的差别
第三章 生物信息的传递（上）
知识要点
• RNA转录过程和转录后加工 • 启动子与增强子、终止与抗终止 • 原核生物与真核生物mRNA的特征比较
RNA转录过程
• 不对称转录 • 原核生物RNA聚合酶：核心酶＋因子 • 真核生物RNA聚合酶：分类、特征、转录
产物 • 起始（启动子）、延伸、终止（终止信号）
原核与真核启动子的特征 增强子的概念和作用特点 终止和抗终止
响半衰期
第五章 分子生物学研究方法
知识要点
• 分子克隆技术的过程 • 分子杂交的概念 • PCR反应步骤
分子克隆RE、ligase • 重组DNA分子导入寄主细胞：细菌转化 • 重组体克隆的筛选：蓝白斑筛选、抗生素
第四章 生物信息的传递（下）
知识要点
• 三联体遗传密码 • tRNA的结构与功能 • 核糖体的结构与功能
• 蛋白质合成机制 • 蛋白质转运机制
遗传密码
• 遗传密码的破译 • 遗传密码的特性：无逗号、不重叠、通用
性、简并性、起始密码和终止密码
tRNA的结构与功能
• tRNA的二级结构：三叶草型——四环四臂 • tRNA的三级结构：倒L型 • tRNA的功能：密码子与反密码子的配对 • tRNA种类：起始tRNA与延伸tRNA、同工
C值矛盾
DNA结构
• DNA的一级结构 • DNA的二级结构——双螺旋模型
影响DNA二级结构稳定的因素 • DNA的高级结构——正超螺旋和负超螺旋
DNA复制
• 半保留复制 • 半不连续复制 • 复制的起点、方向和速度 • DNA聚合酶：原核 真核 • 原核生物和真核生物DNA复制的差别
第三章 生物信息的传递（上）
知识要点
• RNA转录过程和转录后加工 • 启动子与增强子、终止与抗终止 • 原核生物与真核生物mRNA的特征比较
RNA转录过程
• 不对称转录 • 原核生物RNA聚合酶：核心酶＋因子 • 真核生物RNA聚合酶：分类、特征、转录
产物 • 起始（启动子）、延伸、终止（终止信号）
原核与真核启动子的特征 增强子的概念和作用特点 终止和抗终止
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。
现代分子生物学-第一章
Watson和 Crick所提出的脱氧核糖酸双螺旋 和 所提出的脱氧核糖酸双螺旋 模型， 模型 ， 为充分揭示遗传信息的传递规律铺平 了道路。 了道路。 1953, Watson & Crick 提出DNA的反向平 提出 的反向平 行双螺旋模型; 行双螺旋模型 Wilkins通过对 通过对 DNA分子的 射线 分子的X射线 分子的 衍射研究证实了该 模型。 模型。
二、分子生物学发展的三个阶段
(一) 准备和酝酿阶段 一 (二) 现代分子生物学的建立和发展阶段 二 (三) 初步认识生命本质并改造生命的深 三 入发展阶段
二、分子生物学发展的三个阶段
(一) 准备和酝酿阶段 一 世纪后期到20世纪 年代初） （19世纪后期到 世纪 年代初） 世纪后期到 世纪50年代初 1、确定了蛋白质是生命的主要物质基础; 、确定了蛋白质是生命的主要物质基础 2、确定了生物遗传物质基础是DNA 、确定了生物遗传物质基础是
现代分子生物学
课程基本要求
• 熟知核酸的基本生物化学特性； 熟知核酸的基本生物化学特性； • 熟知生物信息的储存与表达过程； 熟知生物信息的储存与表达过程； • 掌握 掌握DNA、RNA和蛋白质的基本代谢过程，特别 、 和蛋白质的基本代谢过程， 和蛋白质的基本代谢过程 是基因的一般结构与生物功能，基因活性的修饰 是基因的一般结构与生物功能， 与调节； 与调节； • 掌握分子克隆与 掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原理，了 重组的基本技术与原理， 重组的基本技术与原理 解现代分子生物学基本研究方法， 解现代分子生物学基本研究方法，了解基因治疗 与基因组学的新成果，新进展。 与基因组学的新成果，新进展。
• Байду номын сангаас计全世界引用指数（Impact factor）在10以上 统计全世界引用指数（ ） 以上 的超一流学术刊物，也发现 的超一流学术刊物，也发现80%左右是生物科学 左右是生物科学 相关刊物。 相关刊物。
现代分子生物学(第四版)朱玉贤课件 PPT 第1章 绪论
特别是基因的一般结构与生物功能，基因活 性的修饰与调节； 4. 掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原 理，了解现代分子生物学基本研究方法； 5.了解基因组与比较基因组学的新成果， 新进展。
主要教材与参考书
1.《现代分子生物学》 第3版（2007）朱玉贤、李毅、郑晓峰
2. 现代生物学精要(Instant Notes)系列 《分子生物学》第二版（2002）刘进元 《Molecular Biology》2e P.C.turner,et al 3. Principles of Biochemistry
1994 Gilman Rodbell 美国
1995
Lewis Nusslein-Volhard Wieschaus
美国 德国 美国
建立DNA测序方法
诺贝尔生理医学奖
建立和发展了单克隆抗体技术
诺贝尔生理医学奖
发现可移动癌基因
诺贝尔化学奖 诺贝尔生理医学奖
G蛋白在细胞内信息传导中的作用 诺贝尔生理医学奖
发现了控制果蝇体节发育的基因
诺贝尔生理医学奖
年份
科学家
Doherty 1996 Zinkernagel
国籍
澳 瑞士
1997 Prusiner
美
Furchgott
美
1998
Ignarro Murad
1999 Blobel
美
Carlsson
德
2000 Greengard
预计到2020年，生物医药占全球药品的比重 将超过1/3，生物质能源占世界能源消费的比 重将达5%左右，生物基材料将替代10%-20%的 化学材料。
生物制造、生物能源、生物环保等一 批新兴产业正在快速形成。
据Ernst＆Young研究报告，2010年生 物环境、生物工业处理、生物海洋技术世界市 场规模将达到 134亿美元、327亿美元、288 亿美元。
主要教材与参考书
1.《现代分子生物学》 第3版（2007）朱玉贤、李毅、郑晓峰
2. 现代生物学精要(Instant Notes)系列 《分子生物学》第二版（2002）刘进元 《Molecular Biology》2e P.C.turner,et al 3. Principles of Biochemistry
1994 Gilman Rodbell 美国
1995
Lewis Nusslein-Volhard Wieschaus
美国 德国 美国
建立DNA测序方法
诺贝尔生理医学奖
建立和发展了单克隆抗体技术
诺贝尔生理医学奖
发现可移动癌基因
诺贝尔化学奖 诺贝尔生理医学奖
G蛋白在细胞内信息传导中的作用 诺贝尔生理医学奖
发现了控制果蝇体节发育的基因
诺贝尔生理医学奖
年份
科学家
Doherty 1996 Zinkernagel
国籍
澳 瑞士
1997 Prusiner
美
Furchgott
美
1998
Ignarro Murad
1999 Blobel
美
Carlsson
德
2000 Greengard
预计到2020年，生物医药占全球药品的比重 将超过1/3，生物质能源占世界能源消费的比 重将达5%左右，生物基材料将替代10%-20%的 化学材料。
生物制造、生物能源、生物环保等一 批新兴产业正在快速形成。
据Ernst＆Young研究报告，2010年生 物环境、生物工业处理、生物海洋技术世界市 场规模将达到 134亿美元、327亿美元、288 亿美元。
现代分子生物学第一章
15
二、分子生物学定义
从分子水平研究生物大分子的结构与功能从 而阐明生命现象本质的科学 ，主要指遗传信息的 传递（复制）、保持（损伤和修复）、基因的表 达（转录和翻译）与调控。
16
第一章 绪论
回顾所学知识点 分子生物学定义 分子生物学发展简史 分子生物学研究内容 分子生物学展望
17
三、分子生物学发展简史
桑格(Sanger） 吉尔伯特( Gilbert） 伯格（Berg）
了遗传密码及其在蛋白质合成方面的技能而 分享诺贝尔生理医学奖。
31
32
3、发展阶段（1970年代以后） ● 1970年，Temin 和Baltimore在RNA肿瘤病
毒中发现逆转录酶。
RNA 复 制
复 制 DNA转 录 RNA 翻 译
逆 转 录
蛋 白 质
33
34
35
1980年，与Gilbert和Berg共享诺贝尔化学奖
逆 转 录
蛋 白 质
中国科学院2001年硕士入学考试分子遗传学试题:
何谓中心法则？如何基于该法则来解释生物形状
的遗传和变异？（10分）
24
25
● 1958年，Meselson 和Stahl证明 DNA半保留 复制。 半保留复制是遗传消息能准确传代的保证。是 物质稳性的分子基础。
26
Stahl
Meselson
分离规律（The Law of Segregation）
自 由 组 合 规 律 （ The Law of Independent
Assortment）
13
在孟德尔遗传学的基础上，美国著名的遗传学家 Morgan又提出了基因学说。连锁遗传规律
14
第一章 绪论
二、分子生物学定义
从分子水平研究生物大分子的结构与功能从 而阐明生命现象本质的科学 ，主要指遗传信息的 传递（复制）、保持（损伤和修复）、基因的表 达（转录和翻译）与调控。
16
第一章 绪论
回顾所学知识点 分子生物学定义 分子生物学发展简史 分子生物学研究内容 分子生物学展望
17
三、分子生物学发展简史
桑格(Sanger） 吉尔伯特( Gilbert） 伯格（Berg）
了遗传密码及其在蛋白质合成方面的技能而 分享诺贝尔生理医学奖。
31
32
3、发展阶段（1970年代以后） ● 1970年，Temin 和Baltimore在RNA肿瘤病
毒中发现逆转录酶。
RNA 复 制
复 制 DNA转 录 RNA 翻 译
逆 转 录
蛋 白 质
33
34
35
1980年，与Gilbert和Berg共享诺贝尔化学奖
逆 转 录
蛋 白 质
中国科学院2001年硕士入学考试分子遗传学试题:
何谓中心法则？如何基于该法则来解释生物形状
的遗传和变异？（10分）
24
25
● 1958年，Meselson 和Stahl证明 DNA半保留 复制。 半保留复制是遗传消息能准确传代的保证。是 物质稳性的分子基础。
26
Stahl
Meselson
分离规律（The Law of Segregation）
自 由 组 合 规 律 （ The Law of Independent
Assortment）
13
在孟德尔遗传学的基础上，美国著名的遗传学家 Morgan又提出了基因学说。连锁遗传规律
14
第一章 绪论
分子生物学ppt课件完整版
rRNA
核糖体RNA，是核糖体的组 成部分，参与蛋白质的合成。
13
其他RNA
如miRNA、snRNA、 snoRNA等，在基因表达调控 、RNA加工等方面发挥作用
。
RNA的功能与调控
遗传信息传递
RNA作为遗传信息的传递者，将DNA上的遗传信息转录 到mRNA上，再通过翻译合成蛋白质。
基因表达调控
RNA在基因表达调控中发挥着重要作用，如miRNA可以 通过与mRNA结合抑制其翻译，从而影响基因表达。
分子生物学是生物学的重要分支
分子生物学从分子水平上揭示生命现象的本质，为生物学的发展提供了重要的理论基础和 技术手段。
分子生物学推动生物学的发展
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，研究深度不断提高 。例如，基因编辑技术的出现为遗传病的治疗和农作物遗传改良提供了新的手段。
生物学为分子生物学提供研究对象和背景知识
当DNA受到损伤时，细胞会启动修复机制对损伤进行修复。常见的修
复方式包括直接修复、切除修复和重组修复等。这些修复机制能够确保
遗传信息的稳定性和准确性。
10
03
RNA的结构与功能
2024/1/25
11
RNA的分子组成
核糖核苷酸
RNA的基本组成单位是核 糖核苷酸，由磷酸、核糖 和碱基组成。
2024/1/25
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。
分子生物学的发展
经历了从DNA双螺旋结构的发现 到基因组学、蛋白质组学等高通 量技术的发展过程。
4
分子生物学的研究内容
基因与基因组的研究
DNA复制、转录与翻译的研究
现代分子生物学课件
抵御外界环境压力
生物体在面对紫外线、化学物质 等外界环境压力时，DNA损伤修 复机制能够抵御这些压力对基因 组的破坏作用。
01 02 03 04
保障细胞正常功能
DNA损伤若不及时修复，可能导 致细胞功能障碍或死亡，因此损 伤修复对于保障细胞正常功能具 有重要意义。
预防疾病发生
许多疾病的发生与DNA损伤修复 机制的缺陷有关，因此完善的 DNA损伤修复机制对于预防疾病 的发生具有积极作用。
06
现代分子生物学实验技术
Chapter
聚合酶链式反应技术原理及应用
技术原理
聚合酶链式反应（PCR）是一种 分子生物学技术，通过特定的引 物和DNA聚合酶，在体外条件下 快速扩增特定的DNA片段。
应用领域
PCR技术广泛应用于基因克隆、 基因突变分析、DNA测序、病原 体检测、法医学鉴定等领域。
实验操作
04
重组DNA技术与基因工程
Chapter
重组DNA技术基本原理
重组DNA技术定义 重组DNA技术是指在体外将不同来源的DNA分子进行剪 切、连接，形成重组DNA分子，然后将其导入宿主细胞中 进行复制和表达的技术。
DNA分子剪切
利用限制性核酸内切酶等工具，在特定序列处将DNA分子 切断，形成具有互补粘性末端的DNA片段。
等提供了有力手段。
基因组学在疾病研究中的应用
03
通过基因组关联分析等方法，揭示基因与疾病之间的关联，为
疾病诊断和治疗提供新思路。
转录组学和蛋白质组学应用
转录组学
研究细胞或组织中基因转录的情况，揭示基因表达调控机制。
蛋白质组学
研究细胞或组织中蛋白质的种类、数量、结构和功能，揭示蛋白质在生命活动中的作用。
生物体在面对紫外线、化学物质 等外界环境压力时，DNA损伤修 复机制能够抵御这些压力对基因 组的破坏作用。
01 02 03 04
保障细胞正常功能
DNA损伤若不及时修复，可能导 致细胞功能障碍或死亡，因此损 伤修复对于保障细胞正常功能具 有重要意义。
预防疾病发生
许多疾病的发生与DNA损伤修复 机制的缺陷有关，因此完善的 DNA损伤修复机制对于预防疾病 的发生具有积极作用。
06
现代分子生物学实验技术
Chapter
聚合酶链式反应技术原理及应用
技术原理
聚合酶链式反应（PCR）是一种 分子生物学技术，通过特定的引 物和DNA聚合酶，在体外条件下 快速扩增特定的DNA片段。
应用领域
PCR技术广泛应用于基因克隆、 基因突变分析、DNA测序、病原 体检测、法医学鉴定等领域。
实验操作
04
重组DNA技术与基因工程
Chapter
重组DNA技术基本原理
重组DNA技术定义 重组DNA技术是指在体外将不同来源的DNA分子进行剪 切、连接，形成重组DNA分子，然后将其导入宿主细胞中 进行复制和表达的技术。
DNA分子剪切
利用限制性核酸内切酶等工具，在特定序列处将DNA分子 切断，形成具有互补粘性末端的DNA片段。
等提供了有力手段。
基因组学在疾病研究中的应用
03
通过基因组关联分析等方法，揭示基因与疾病之间的关联，为
疾病诊断和治疗提供新思路。
转录组学和蛋白质组学应用
转录组学
研究细胞或组织中基因转录的情况，揭示基因表达调控机制。
蛋白质组学
研究细胞或组织中蛋白质的种类、数量、结构和功能，揭示蛋白质在生命活动中的作用。
--分子生物学1PPT课件
模板： 亲代DNA单链 材料： dNTP 酶： DNA polymerase 等 方式： 半保留复制
不连续复制 符合碱基配对原则 方向： 模板3’－5’ 新链5’－3’ 引物： 需要
DNA sequencing
DNA 单链模板 dNTP 荧光标记的ddNTP DNA pol. 引物
DNA测序图谱
UAU 29.8(22) UAC 23.0(17) UAA 5.4( 4) UAG 0.0( 0) CAU 4.1( 3) CAC 0.0( 0) CAA 1.4( 1) CAG 13.5(10) AAU 59.5(44) AAC 32.5(24) AAA 46.0(34) AAG 18.9(14) GAU 33.8(25) GAC 2.7( 2) GAA 29.8(22) GAG 14.9(11)
End
Tail
3
3’-端非翻译区
从mRNA 5-侧起始密码子AUG到3-侧终止密 码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架 (open reading frame, ORF)。
Reverse transcription
( RT,反转录）
模板： RNA单链 材料： dNTP 酶： Reverse transcriptase 方式： 符合碱基配对原则
现代分子生物学
Modern Molecular Biology
王艳林 fzswangyl@
Office: S-2706
1. 基因
遗传学中的一个功能单位； 染色体DNA上的一个功能片段； 指导蛋白多肽或RNA分子合成的模板； 结构上含启动子，转录调控区，编码区和转录终止序列等。
OD260/OD280 比值可用于分析核酸的纯度
纯DNA溶液： OD260/OD280 为1.8 纯RNA溶液： OD260/OD280 为2.0
不连续复制 符合碱基配对原则 方向： 模板3’－5’ 新链5’－3’ 引物： 需要
DNA sequencing
DNA 单链模板 dNTP 荧光标记的ddNTP DNA pol. 引物
DNA测序图谱
UAU 29.8(22) UAC 23.0(17) UAA 5.4( 4) UAG 0.0( 0) CAU 4.1( 3) CAC 0.0( 0) CAA 1.4( 1) CAG 13.5(10) AAU 59.5(44) AAC 32.5(24) AAA 46.0(34) AAG 18.9(14) GAU 33.8(25) GAC 2.7( 2) GAA 29.8(22) GAG 14.9(11)
End
Tail
3
3’-端非翻译区
从mRNA 5-侧起始密码子AUG到3-侧终止密 码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架 (open reading frame, ORF)。
Reverse transcription
( RT,反转录）
模板： RNA单链 材料： dNTP 酶： Reverse transcriptase 方式： 符合碱基配对原则
现代分子生物学
Modern Molecular Biology
王艳林 fzswangyl@
Office: S-2706
1. 基因
遗传学中的一个功能单位； 染色体DNA上的一个功能片段； 指导蛋白多肽或RNA分子合成的模板； 结构上含启动子，转录调控区，编码区和转录终止序列等。
OD260/OD280 比值可用于分析核酸的纯度
纯DNA溶液： OD260/OD280 为1.8 纯RNA溶液： OD260/OD280 为2.0
分子生物学第一章
四、三链DNA
1957年发现在基因的调控区或染色质的 重组部位有DNA的三螺旋结构
Hoogsteen配对
• 在三股螺旋中，通常是一条同型寡聚核苷酸与 寡聚嘧啶核苷酸-寡聚嘌呤核苷酸双螺旋的大沟 结合。第三股的碱基可与Watson-Crick碱基对 中的嘌呤碱形成Hoogsteen配对。
• 第三股螺旋与寡聚嘌呤核苷酸同向平行。 • 类型：Py.Pu*Py Py.Pu*Pu
生物学意义
• DNA二级结构的各种构象间、二级结构和 高级结构间、以及高级结构间的各种构象 变化，始终处于一个动力学平衡中，是基 因表达调控的基础
三、DNA的三级结构
• 概念：指在DNA双螺旋结构基础上，进一步扭曲折叠所形 成的特定空间结构。 • 超螺旋DNA：指DNA双螺旋通过弯曲和扭转所形成的特 定构象，是DNA三级结构的一种结构模式。
生物学意义
• DNA一级结构决定了DNA分子的多样性
– 由1000个脱氧核苷酸组成的DNA，有41000个排列组合， 即有41000个DNA分子
• DNA一级结构的不同是物种间差异的根本原因。
• “基因”与“DNA”
– 不同的基因，其DNA顺序不同
二、DNA的二级结构
☆概念：
指两条脱氧核苷酸链（DNA单链/一级 结构）以反向平行的形式，围绕一个中心 轴盘绕所形成的双螺旋结构。
真核生物和原核生物mRNA结构比较
真核生物 mRNA
原核生物 mRNA
（二）tRNA的结构与功能
tRNA一级结构特点
• 70-90个核苷酸组成 • 3′端：CCA序列（ CpCpAOH ）
– 氨基酸通过与3′-OH端连接，形成氨基酰-tRNA分子
• 含稀有碱基
《分子生物学绪论》幻灯片课件
包含两个方面：① 研究DNA或基因怎样在各组相关的酶与
蛋白因子的作用下，按照中心法则的规定进行自我复制、转录
和反转录以及翻译；② 研究 mRNA分子剪接、加工、编辑以及
对新生多肽链折叠成为有功能的结构。
6
（3）基因表达调控的研究
基因表达的实质是遗传信息的转录和翻译。 基因表达的 调控主要发生在转录水平和翻译水平上。
7
（4） DNA重组技术
DNA重组技术是分子生物学的应用，包括基因工程和蛋白 质工程（教材第五章），在“生物技术”课程详细讨论。
DNA重组技术的应用： ① 最主要的用于大量生产一些在正常细胞中产量很低而价
值很高的多肽和蛋白质，提高产量，降低成本。常见的基因工 程药物：胰岛素，干扰素，白介素，促红细胞生成素，乙肝基 因工程疫苗等。
例如，蛋白质的结构和功能、酶的作用机理和动力学、 膜蛋白结构与功能以及跨膜运输、核酸的结构与功能等。 3
狭义的分子生物学: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（第二 章）、转录（第三章） 、表达（第四章）和调节控制（第 六七章）等过程，重点是遗传中心法则（见图）和基因 的解析（见图）。
内容——结构的测定、结构变化规律的探索和结构与功能 相互关系 。
基础：生物化学、物理学、化学、计算机和工程学。
研究手段：X-射线衍射的晶体学
例子： DNA双螺旋结构的发现，结晶牛胰岛素。
药物开发应用：寻找药物设计、开发的靶点 ；
寻找：HIV，HBV和SARS等各种病毒的感染和复制等生
命过程的蛋白酶的活），朱玉贤等，高教社， 2007年出版。
参考教材：
Lehninger principles of biochemistry (part Ⅳ)，英文和中文版。
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
现代分子生物学课件
分子生物学的建立和发展阶段 主要进展: 50年代提出了DNA分子的双螺旋结构模型和半保留复制机制, 解决了遗传物质的自我复制和世代交替问题; 50年代末至60年代, 提出了“中心法则”和操纵子学说, 成功地破译了遗传密码, 阐明了遗传信息的流动与表达机制。 P. 11
2.主要研究内容
#2022
分子生物学的研究内容 DNA重组技术
（1）DNA 重组技术（基因工程/遗传工程/基因操作/基因克隆/分子克隆） 在体外将不同的 DNA 片段 (整个基因或基因的 一个部分) 按照人们的设计定向连接起来后，转入 特定的受体细胞，使重组基因在受体细胞中与载体 同时复制并得到表达，从而赋予生物体新的遗传特 性, 创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物 产品。
DNA重组操作主要包括: DNA (基因组和质粒DNA) 提取和纯化 PCR (聚合酶链反应) 基因扩增 DNA聚合酶 DNA分子切割 限制性内切酶 DNA片段与载体连接 DNA连接酶 DNA凝胶电泳 细胞转化及重组子的筛选与鉴定等
பைடு நூலகம்
构成生物体各类有机大分子的单体在不同生物中
分子生物学的基本原理 （p 11)
生物体内一切有机大分子的建成都遵循共同的规
都是相同的。
某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定
则。
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅地阐述观点。
了它的属性。
第一章 绪论 三. 主要研究内容
分子水平是指 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。 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。
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对细胞周期调控因子的研究
诺贝尔生理医学奖
现代分子生物 学课件-第一章
目 录
第一章 绪论
第二章 染色体与DNA
第三章 生物信息的传递 —（上）
从DNA到RNA
第四章 生物信息的传递 —（下）
从mDNA到蛋白质
第五章 分子生物学研究法 —（上）
DNA、RNA及蛋白质操作技术
第六章
分子生物学研究法 —（下）
基因功能研究技术
第七章
基因表达与调控 — （上）
原核基因表达调控模式律
第十一讲 基因组与比较基因组学
第一章 绪论
1 分子生物学的含义和研究内容
2 分子生物学发展简史
3 分子生物学的现状和展望
二十一世纪是现代生物科学的世纪 统计美国“科学引文索引（ SCI ）” 收录的4500余种学术刊物，发现有2350种 左右为生物科学相关杂志！统计全世界引 用指数（ Impact factor ）在 10 以上的超 一流学术刊物，也发现 80% 左右是生物科 学相关刊物。
1988 1993
发现可移动因子
诺贝尔生理医学奖 诺贝尔化学奖
Altman
Cech
美国
发现核酶 发现正常细胞带有原癌基因
G蛋白在细胞内信息传导中的作用
诺贝尔生理医学奖
诺贝尔生理医学奖
1994
Gilman Rodbell
Lewis
美国 美国 德国 美国
1995
Nusslein-Volhard
Wieschaus
表 1.引用指数在 10 以上的自然科学刊物分科比较 学 总 化 物 数 生 科 论 学 理 学 物 杂志总数 3 2 5 1 38 平均引用指数 17．8 11．8 22．0 18．2 19．1 >30 杂志数 0 0 2 0 7
分析98年SCI收录的4500种期刊的 影响因子发现:
Cell （细胞） Nature （自然） Science （科学）
美国
美国 英国 美国
诺贝尔生理医学奖
诺贝尔生理医学奖
1962
英国
法国 美国
测定了肌红蛋白及血红蛋白的高级结构 基因表达调控的操纵子系统 破译DNA遗传密码
阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列
诺贝尔化学奖
诺贝尔生理医学奖
诺贝尔生理医学奖
人工合成了核酸分子和酵母基因
年份
科学家
国籍
研究内容
获奖情况
1975
Nirenberg Holly Khorana
分子生物学简史
研究内容 获奖情况
诺贝尔生理医学奖
国籍 德国
1910 1959
分离出腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸
研究并重建了将基因内的遗传信息通 过RNA中间体翻译成蛋白质。 DNA分子在细菌细胞和试管内的复制 DNA双螺旋模型 用X射线衍射证实了DNA双螺旋模型
发现了控制果蝇体节发育的基因
诺贝尔生理医学奖
年份
1996
科学家
Doherty Zinkernagel Prusiner Furchgott
国籍
澳 瑞士 美
研究内容
T-淋巴细胞的免疫机制 朊病毒作为早老性痴呆症等疾病 的病原并能直接在寄主细胞中繁 殖传播 NO作为信号分子的作用机制
蛋白质在细胞间的转运机制，明确 了信号肽及信号识别复合物在蛋白 质跨膜转运过程中的的主导作用
基因表达调控研究
因为蛋白质分子参与并控制了细胞的一 切代谢活动，而决定蛋白质结构和合成时序 的信息都由核酸（主要是脱氧核糖核酸）分 子编码，表现为特定的核苷酸序列，所以基
因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。
在个体生长发育过程中，生物遗传信息的
表达按一定的时序发生变化（时序调节），
并随内外环境的变化而不断加以修正（环
获奖情况
诺贝尔生理医学奖
1997
诺贝尔生理医学奖
1998
美
Ignarro Murad
Blobel Carlsson Greengard Kandel Hartwell Hunt、Nurse 美 德 美 美 美
诺贝尔生理医学奖
1999
诺贝尔生理医学奖
细胞内信号转导、帕金森综合治
2000
疗、神经传导及记忆系统发育等
Temin Baltimore
美国 美国 德国 美国 丹麦 美国
发现逆转录酶
诺贝尔生理医学奖
1980
Sanger Gilbert Kohler Milstein Jerne Meclintock Bishop Varmus
建立DNA测序方法
诺贝尔生理医学奖
1984
建立和发展了单克隆抗体技术
诺贝尔生理医学奖
分子生物学的三条基本原理：
(1) 构成生物体各类有机大分子的单体在 不同生物中都是相同的。
(2) 生物体内一切有机大分子的构成都遵 循共同的规则。 (3) 某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白 质分子决定了它的属性。
生物大分子的结构功能研究
是研究生物大分子特定的空间结构及结构 的运动变化与其生物学功能关系的科学。 研究三维结构及其运动规律的手段主要是X 射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学），其次 是用二维核磁共振和多维核磁研究液相结构，也 有人用电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各 种频谱学方法研究生物高分子的空间结构。
境调控）。 基因表达调控主要表现在信号传导研究、
转录因子研究及RNA剪辑3个方面。
基因组、
功能基因组、
生物信息学研究
DNA重组技术
是20世纪70年代初兴起的技术科学， 目的是将不同DNA片段（如某个基因或基
因的一部分）按照人们的设计定向连接起
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。
DNA重组技术是核酸化学、蛋
白质化学、酶工程及微生物学、遗传
学、细胞学长期深入研究的结晶，而
限制性内切酶DNA连接酶及其他工
具酶的发现与应用则是这一技术得以
建立的关键。
第二节
年份 科学家 Kossel Uchoa Kornberg Watson Crick Wilkins 1962 1965 1969 Kendrew Peruts J acob Monod
44.0 28.4 24.1
第一节
分子生物学的含义和研究内容
分子生物学的含义 广义概念 : 从分子水平阐明生命现象和生物 学规律。 狭义概念 : 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。 分子生物学的研究内容 生物大分子的结构和功能 基因表达的调节控制 基因组、功能基因组与生物信息学研究 DNA重组技术 (基因工程)
诺贝尔生理医学奖
现代分子生物 学课件-第一章
目 录
第一章 绪论
第二章 染色体与DNA
第三章 生物信息的传递 —（上）
从DNA到RNA
第四章 生物信息的传递 —（下）
从mDNA到蛋白质
第五章 分子生物学研究法 —（上）
DNA、RNA及蛋白质操作技术
第六章
分子生物学研究法 —（下）
基因功能研究技术
第七章
基因表达与调控 — （上）
原核基因表达调控模式律
第十一讲 基因组与比较基因组学
第一章 绪论
1 分子生物学的含义和研究内容
2 分子生物学发展简史
3 分子生物学的现状和展望
二十一世纪是现代生物科学的世纪 统计美国“科学引文索引（ SCI ）” 收录的4500余种学术刊物，发现有2350种 左右为生物科学相关杂志！统计全世界引 用指数（ Impact factor ）在 10 以上的超 一流学术刊物，也发现 80% 左右是生物科 学相关刊物。
1988 1993
发现可移动因子
诺贝尔生理医学奖 诺贝尔化学奖
Altman
Cech
美国
发现核酶 发现正常细胞带有原癌基因
G蛋白在细胞内信息传导中的作用
诺贝尔生理医学奖
诺贝尔生理医学奖
1994
Gilman Rodbell
Lewis
美国 美国 德国 美国
1995
Nusslein-Volhard
Wieschaus
表 1.引用指数在 10 以上的自然科学刊物分科比较 学 总 化 物 数 生 科 论 学 理 学 物 杂志总数 3 2 5 1 38 平均引用指数 17．8 11．8 22．0 18．2 19．1 >30 杂志数 0 0 2 0 7
分析98年SCI收录的4500种期刊的 影响因子发现:
Cell （细胞） Nature （自然） Science （科学）
美国
美国 英国 美国
诺贝尔生理医学奖
诺贝尔生理医学奖
1962
英国
法国 美国
测定了肌红蛋白及血红蛋白的高级结构 基因表达调控的操纵子系统 破译DNA遗传密码
阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列
诺贝尔化学奖
诺贝尔生理医学奖
诺贝尔生理医学奖
人工合成了核酸分子和酵母基因
年份
科学家
国籍
研究内容
获奖情况
1975
Nirenberg Holly Khorana
分子生物学简史
研究内容 获奖情况
诺贝尔生理医学奖
国籍 德国
1910 1959
分离出腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸
研究并重建了将基因内的遗传信息通 过RNA中间体翻译成蛋白质。 DNA分子在细菌细胞和试管内的复制 DNA双螺旋模型 用X射线衍射证实了DNA双螺旋模型
发现了控制果蝇体节发育的基因
诺贝尔生理医学奖
年份
1996
科学家
Doherty Zinkernagel Prusiner Furchgott
国籍
澳 瑞士 美
研究内容
T-淋巴细胞的免疫机制 朊病毒作为早老性痴呆症等疾病 的病原并能直接在寄主细胞中繁 殖传播 NO作为信号分子的作用机制
蛋白质在细胞间的转运机制，明确 了信号肽及信号识别复合物在蛋白 质跨膜转运过程中的的主导作用
基因表达调控研究
因为蛋白质分子参与并控制了细胞的一 切代谢活动，而决定蛋白质结构和合成时序 的信息都由核酸（主要是脱氧核糖核酸）分 子编码，表现为特定的核苷酸序列，所以基
因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。
在个体生长发育过程中，生物遗传信息的
表达按一定的时序发生变化（时序调节），
并随内外环境的变化而不断加以修正（环
获奖情况
诺贝尔生理医学奖
1997
诺贝尔生理医学奖
1998
美
Ignarro Murad
Blobel Carlsson Greengard Kandel Hartwell Hunt、Nurse 美 德 美 美 美
诺贝尔生理医学奖
1999
诺贝尔生理医学奖
细胞内信号转导、帕金森综合治
2000
疗、神经传导及记忆系统发育等
Temin Baltimore
美国 美国 德国 美国 丹麦 美国
发现逆转录酶
诺贝尔生理医学奖
1980
Sanger Gilbert Kohler Milstein Jerne Meclintock Bishop Varmus
建立DNA测序方法
诺贝尔生理医学奖
1984
建立和发展了单克隆抗体技术
诺贝尔生理医学奖
分子生物学的三条基本原理：
(1) 构成生物体各类有机大分子的单体在 不同生物中都是相同的。
(2) 生物体内一切有机大分子的构成都遵 循共同的规则。 (3) 某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白 质分子决定了它的属性。
生物大分子的结构功能研究
是研究生物大分子特定的空间结构及结构 的运动变化与其生物学功能关系的科学。 研究三维结构及其运动规律的手段主要是X 射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学），其次 是用二维核磁共振和多维核磁研究液相结构，也 有人用电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各 种频谱学方法研究生物高分子的空间结构。
境调控）。 基因表达调控主要表现在信号传导研究、
转录因子研究及RNA剪辑3个方面。
基因组、
功能基因组、
生物信息学研究
DNA重组技术
是20世纪70年代初兴起的技术科学， 目的是将不同DNA片段（如某个基因或基
因的一部分）按照人们的设计定向连接起
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。
DNA重组技术是核酸化学、蛋
白质化学、酶工程及微生物学、遗传
学、细胞学长期深入研究的结晶，而
限制性内切酶DNA连接酶及其他工
具酶的发现与应用则是这一技术得以
建立的关键。
第二节
年份 科学家 Kossel Uchoa Kornberg Watson Crick Wilkins 1962 1965 1969 Kendrew Peruts J acob Monod
44.0 28.4 24.1
第一节
分子生物学的含义和研究内容
分子生物学的含义 广义概念 : 从分子水平阐明生命现象和生物 学规律。 狭义概念 : 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。 分子生物学的研究内容 生物大分子的结构和功能 基因表达的调节控制 基因组、功能基因组与生物信息学研究 DNA重组技术 (基因工程)