第11章 现代分子生物学及其技术
现代分子生物学
表5-2 琼脂糖及聚丙烯酰胺凝胶分 辨DNA片段的能力
凝胶类型及浓度 分离DNA的大小范围（bp）
0.3%琼脂糖
50 000~1 000
0.7%琼脂糖
20 000~1 000
1.4%琼脂糖
6 000~300
4.0%聚丙烯酰胺
1 000~100
10.0%聚丙烯酰胺
500~25
20.0%聚丙烯酰胺
50~1
整个PCR反应的全过程，即DNA 解链（变性）、引物与模板DNA相 结合（退火）、DNA合成（链的延 伸）三步，可以被不断重复。经多 次循环之后，反应混合物中所含有 的双链DNA分子数，即两条引物结 合位点之间的DNA区段的拷贝数， 理论上的最高值应是2n。
图5-8 PCR指数扩增时循环次数与DNA产物数量的比较。
1966
Nirenberg，Ochoa，Khorana，Crick等人破译了全部遗传密码。
1967 1970 1972-1973 1975-1977 1978
第一次发现DNA连接酶
Smith，Wilcox和Kelley分离了第一种限制性核酸内切酶，Temin和 Baltimore从RNA肿瘤病毒中发现反转录酶。
表5-1 重组DNA技术史上的主要事件
年份
事件
1869
F Miescher首次从莱茵河鲑鱼精子中分离DNA。
1957
A.Kornberg从大肠杆菌中发现了DNA聚合酶I。
19591960 1961
1964
1965
Ochoa发现RNA聚合酶和信使RNA，并证明mRNA决 定了蛋白质分子中的氨基酸序列。
转化原理：
将快速生长中的大肠杆菌置于经0℃预处理的低渗 氯化钙溶液中，使细胞膨胀，细胞膜通透性发生变 化，易与外源DNA相粘附并在细胞表面的复合物。
现代分子生物学
现代分子生物学第一章1.分子生物学研究内容DNA重组技术（基因工程）基因的表达调控生物大分子的结构和功能研究(结构分子生物学）基因组、功能基因组与生物信息学研究2 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蛋白质、蛋白质与核酸之间的互作及其基因表达调控机理的学科。
第二章1.真核细胞染色体的组成1 化学成分蛋白质组蛋白非组蛋白DNA约占30%，每条染色体含一个双链DNA分子，是遗传信息的载体，也就是所谓的遗传物质。
蛋白质和DNA完全融合在一起另外，可能存在少量的RNA2.组蛋白是染色体的结构蛋白，与DNA大约等量，它与DNA组成核小体，是一类小的碱性蛋白。
3.C-值（C-value）:一种生物单倍体基因组DNA的总量。
4.核小体：是染色质的基本结构单位，包含有大约200bp的DNA，组蛋白H2A、H2B、H3、H4各两个分子组成的八聚体及外围的H1组蛋白。
5.高度重复序列——卫星DNA：占10－60%，重复达数百万次，不转录，多位于着丝粒处，是异染色质组分，可能与染色体稳定有关。
（填空）6.真核基因组结构特点归纳：1、基因组庞大；2、大量重复序列的存在；3、大部分序列为非编码序列；4、转录产物为单顺反子；5、真核基因是断裂基因；6、真核基因存在大量的顺式作用元件；7、DNA存在多态性；8、具有端粒结构。
7.1.通常DNA在细胞中以右旋B-DNA形式存在，2. 但可能发生改变，转录时，DNA-RNA杂交分子呈右旋A-DNA型。
3. Z-DNA为左旋，Z-DNA可能与基因的调控有关。
8.正超螺旋（positive supercoil）：由于双链紧缠而引起的超螺旋。
负超螺旋（negaive supercoil）：由于双链松缠而引起的超螺旋。
9.研究发现，所有的DNA超螺旋都是由DNA拓扑异构酶产生的。
10.DNA的半保留复制：DNA在复制过程中，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。
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。
现代分子生物学(笔记)
第一章绪论分子生物学分子生物学的基本含义 (p8分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、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。
分子生物学与其它学科的关系分子生物学是由生物化学、生物物理学、遗传学、微生物学、细胞学、以至信息科学等多学科相互渗透、综合融会而产生并发展起来的，凝聚了不同学科专长的科学家的共同努力。
它虽产生于上述各个学科，但已形成它独特的理论体系和研究手段，成为一个独立的学科。
生物化学与分子生物学关系最为密切 :生物化学是从化学角度研究生命现象的科学，它着重研究生物体内各种生物分子的结构、转变与新陈代谢。
传统生物化学的中心内容是代谢，包括糖、脂类、氨基酸、核苷酸、以及能量代谢等与生理功能的联系。
分子生物学则着重阐明生命的本质----主要研究生物大分子核酸与蛋白质的结构与功能、生命信息的传递和调控。
细胞生物学与分子生物学关系也十分密切:传统的细胞生物学主要研究细胞和亚细胞器的形态、结构与功能。
探讨组成细胞的分子结构比单纯观察大体结构能更加深入认识细胞的结构与功能，因此现代细胞生物学的发展越来越多地应用分子生物学的理论和方法。
分子生物学则是从研究各个生物大分子的结构入手，但各个分子不能孤立发挥作用，生命绝非组成成分的随意加和或混合，分子生物学还需要进一步研究各生物分子间的高层次组织和相互作用，尤其是细胞整体反应的分子机理，这在某种程度上是向细胞生物学的靠拢。
第一章序论1859年发表了《物种起源》，用事实证明“物竞天择，适者生存”的进化论思想。
指出：物种的变异是由于大自然的环境和生物群体的生存竞争造成的，彻底否定了“创世说”。
达尔文第一个认识到生物世界的不连续性。
意义：达尔文关于生物进化的学说及其唯物主义的物种起源理论，是生物科学史上最伟大的创举之一，具有不可磨灭的贡献。
细胞学说细胞学说的建立及其意义德国植物学家施莱登和德国动物学家施旺共同提出：一切植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一切动植物的基本单位。
现代分子生物学
蛋白质组学基本概念
蛋白质组
指一个细胞、组织或生物体在特定时间和空 间下表达的所有蛋白质的总和。
蛋白质组学
研究蛋白质组的结构、功能和相互作用的科 学，旨在揭示生物体内蛋白质的表达、修饰 和调控机制。
蛋白质组测序技术及应用
蛋白质组测序技术
包括质谱技术、蛋白质芯片技术、酵母双杂 交系统等，用于鉴定和定量蛋白质组中的蛋 白质。
信号转导不仅影响细胞短期内的功能，还参与调控细胞长期的生命过 程。
06
现代分子生物学实验技术
基因克隆与表达技术
01
02
03
基因克隆基本步骤
包括目的基因获取、载体 选择、基因与载体连接、 转化宿主细胞、筛选阳性 克隆等。
基因表达系统
包括原核表达系统和真核 表达系统，用于生产重组 蛋白或进行基因功能研究。
细胞培养与转染技术
细胞培养基本条件
提供适宜的温度、湿度、pH值和营养成分，维持细胞正常生长和 增殖。
转染方法
包括化学转染、物理转染和病毒转染等，将外源基因导入细胞内。
细胞培养与转染技术应用
用于基因功能研究、药物筛选、细胞治疗等。
显微成像技术在分子生物学中应用
光学显微镜
观察细胞形态、细胞分裂、细胞 运动等基本生命活动。
应用前景
分子生物学在医学、农业、工业等领域具有广泛的应用前景。例如，在医学领域，分子生物学可用于疾病诊断、 治疗和预防；在农业领域，可用于作物遗传改良和病虫害防治；在工业领域，可用于生物制药、生物燃料和生物 环保等方面。
02
基因与基因组学
基因结构与功能
基因结构
基因由编码区和非编码区组成，编 码区包含外显子和内含子，外显子 负责编码蛋白质，内含子则在转录 过程中被剪切掉。
现代分子生物学教程
现代分子生物学教程第一章引言现代分子生物学是研究生物体分子层面结构、功能和相互关系的学科，是生物学发展的重要分支之一。
本教程将从分子生物学的基本概念和实验技术入手，介绍分子生物学的发展历程、研究方法和应用领域。
第二章 DNA的结构与功能DNA是生物体中存储遗传信息的分子，其结构和功能是分子生物学研究的核心内容之一。
本章将介绍DNA的化学结构、双螺旋结构的发现和意义，以及DNA在遗传信息传递和基因表达中的重要作用。
第三章 RNA的结构与功能RNA是DNA的转录产物，具有多样的结构和功能。
本章将介绍RNA的结构类型及其功能，包括mRNA、rRNA、tRNA等不同种类RNA在蛋白质合成中的作用，以及RNA在基因调控中的重要性。
第四章蛋白质的结构与功能蛋白质是生物体内功能最为多样和复杂的分子，参与细胞的各种生物学过程。
本章将介绍蛋白质的结构层级、折叠方式和功能，以及蛋白质在代谢调控、信号传导和酶催化等方面的重要作用。
第五章基因组学与基因组分析基因组学是研究生物体基因组结构和功能的学科，是现代分子生物学的前沿领域之一。
本章将介绍基因组的组成、结构和功能，以及基因组分析的方法和应用，如基因定位、基因表达谱分析和基因功能注释等。
第六章分子遗传学与基因调控分子遗传学研究分子水平上的遗传现象和遗传变异，揭示基因在遗传传递和表达过程中的分子机制。
本章将介绍基因突变、基因重组和基因表达调控等方面的内容，以及相关实验技术和研究方法。
第七章分子进化与系统生物学分子进化是研究生物种群基因组演化和物种起源关系的学科，系统生物学是通过分析基因组信息和构建系统进化树来研究生物分类和进化。
本章将介绍分子进化的基本原理和方法，以及系统生物学的应用和发展趋势。
第八章分子生物学的应用分子生物学的研究成果在医学、农业、生物工程等领域有着广泛的应用价值。
本章将介绍分子诊断、基因工程、转基因技术等方面的应用，并探讨分子生物学在未来的发展方向和挑战。
现代分子生物学技术
CATALOGUE
目录
基因克隆与表达 基因组学与蛋白质组学 基因编辑技术 生物信息学 分子生物学技术的应用
01基因克隆与表达基因构建通过构建基因，将特定基因的DNA片段插入到载体中，以便于基因的筛选和克隆。
限制性酶切和连接
利用限制性内切酶对DNA进行切割，再通过DNA连接酶将目的基因与载体进行连接，实现基因的克隆。
基因编辑技术的应用
04
生物信息学
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01
02
03
克隆基因的表达载体
02
基因组学与蛋白质组学
基因组学研究方法
基因组学研究主要采用全基因组测序、基因表达分析、基因突变检测等技术手段。
基因组学应用
基因组学在医学、农业、生物技术等领域有广泛应用，如疾病诊断、药物研发、农作物改良等。
基因组学定义
基因组学是研究生物体基因组的学科，包括基因的识别、测序、分析和功能研究。
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生物信息学
生物信息学
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生物信息学
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现代分子生物学课件
现代分子生物学课件一、引言分子生物学是研究生物大分子（如DNA、RNA和蛋白质）的结构、功能和相互作用的科学。
随着科学技术的飞速发展，现代分子生物学已经取得了许多重要的突破，为生命科学、医学、农业等领域的研究和应用提供了强大的理论和技术支持。
本课件旨在介绍现代分子生物学的基本原理、技术方法和研究进展，以帮助学生更好地理解分子生物学的基本概念，掌握相关实验技术，并为未来的科研工作打下坚实的基础。
二、DNA的结构与功能DNA是生物体内携带遗传信息的分子，其双螺旋结构由两条互相缠绕的链组成。
DNA分子由四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鳞状细胞素）组成，它们通过氢键相互配对，形成碱基对。
DNA 的主要功能是存储和传递遗传信息，指导蛋白质的合成，从而调控生物体的生长、发育和代谢等生命活动。
三、基因的表达与调控基因的表达是指DNA序列转化为功能蛋白质的过程，包括转录和翻译两个阶段。
转录是指DNA模板上的信息被复制成RNA分子的过程，翻译是指RNA分子被翻译成蛋白质的过程。
基因的表达受到多种因素的调控，包括转录因子、染色质结构、DNA甲基化等。
这些调控机制确保了基因在适当的时空条件下表达，从而维持生物体的正常生理功能。
四、分子生物学技术1.PCR（聚合酶链反应）：一种在体外扩增DNA片段的技术，具有高灵敏度、高特异性和操作简便等特点。
2.克隆技术：将DNA片段插入到载体中，使其在宿主细胞中复制和表达的技术。
3.基因敲除和敲入：通过基因编辑技术（如CRISPR/Cas9）对生物体的基因进行精确修改，以研究基因的功能。
4.蛋白质组学：研究生物体内所有蛋白质的表达、修饰和相互作用的技术。
5.代谢组学：研究生物体内所有代谢物的种类、含量和变化的技术。
五、现代分子生物学研究进展1.基因组学：人类基因组计划的完成，揭示了人类基因组的整体结构和功能。
2.系统生物学：通过整合生物学数据，研究生物系统的整体行为和调控机制。
《现代分子生物学》教学大纲
《现代分子生物学》教学大纲课程名称：现代分子生物学课程类别：专业必修课学时：48 学时学分：3学分考核方式：考试适用专业：生物技术开课学期：第5或6学期一、课程性质、目的任务分子生物学是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。
自20世纪50年代以来，分子生物学一直是生物学的前沿与生长点，其主要研究领域包括蛋白质体系、蛋白质-核酸体系和蛋白质-脂质体系。
生物大分子，特别是蛋白质和核酸结构功能的研究，是分子生物学的基础。
现代化学和物理学理论、技术和方法的应用推动了生物大分子结构功能的研究，从而出现了分子生物学的蓬勃发展。
本课程是研究核酸等生物大分子的功能、形态结构特征及其重要性和规律性的学科，也是生物专业的主干课程，分子生物学已成为生物类各专业教学计划中重要的核心课程，因此它是十分重要的一门必修课程，也是培养造就生物技术和生命科学高层次专门人才所需基本素质的重要课程。
本门课程的主要内容包括：染色体与DNA、基因和基因组、现代分子生物学的研究方法与技术、转录、翻译、原核生物基因表达与调控、真核生物基因表达调控、发育与分子调控等，此外，还包括各种讲座。
总之，通过分子生物学知识的传授，培养学生从分子水平上去分析、理解生命现象与过程，提高学生思考与探索生命奥秘的能力，从而为生物技术的分子生物学实验提供详实的理论基础。
二、课程基本要求该课程要求学生掌握现代分子生物学基本理论和基本技术，为其它专业课的学习和今后的发展奠定基础。
在课程学习的同时，要求学生提高思想道德修养、自学能力、专业英语能力、应用知识能力、表达能力、创新能力和科研能力。
三、学时分配四、教学方法与考核(一) 教学方法1．以学科体系为主体，以应用为目的，教学过程加强针对性和实用性。
2．本课程以讲授为主、自学和讨论为辅的方式组织教学，并通过阅读主要参考书目、网上查询、资料整理和专题讨论，加深对细胞生物学了解，并掌握该学科的实验技能和操作。
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。
现代分子生物学技术
步骤：
第一，将分离的核酸样品转移到固体支持物滤膜上－核酸印 迹转移、电泳凝胶核酸印迹法、斑点和狭线印迹法、菌落和 噬菌斑印迹法;
第二，是将具有核酸印迹的滤膜与带有放射性或其它标记的 DNA或RNA探针进行杂交
1、Southern Blotting（DNA印迹技术）
Southern Blotting的过程 （1）碱变性的琼脂糖凝胶电泳分离的DNA （2）通过电泳液的移动转移胶中的DNA （3）固定胶中的DNA （4）预杂交和杂交（放射性和荧光检测） （5）结果检测
能准确反映组织细胞的相互关系及功能状态
核酸原位杂交的基本步骤
☻细胞或组织的固定：载玻片 ☻组织细胞杂交前的预处理: 用去垢剂或蛋白酶除
去核酸表面蛋白质
☻探针的选择和标记 ☻杂交 ☻杂交结果检测
检测重组体克隆的菌落杂交技术
5、探针的标记
探针的种类:根据核酸的性质，可分为DNA和RNA探针;根
据是否使用放射性标记物的与否,可分为放射性标记探针和非 放射性标记探针;根据是否存在互补链,可分为单链和双链探 针;根据放射性标记物掺入情况,可分为均匀标记和末端标记 探针。
☻在紫外线的照射下 结合溴化乙锭（简称 EtBr）的DNA分子发 出荧光,每条DNA带中
仅含有0.05μg的微
量DNA也可以被清晰 地检测出来。
电泳操作基本程序
称样
溶解
加热
制板
倒胶
取样 电泳
点样 检测
结果分析
（二） 核酸的分子杂交
将带有互补的特定核苷酸序 列的单链DNA或RNA混合在一 起，其相应的同源区段就会 退火形成双链结构。如果退 火的核酸来自不同的生物有 机体，所形成的双链分子就 被称为杂种核酸分子。
现代分子生物学
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单顺反子:只编码一个蛋白质的mRNA多顺反子:编码多个蛋白质的mRNA基因簇:基因家族中的各成员紧密成簇排列成大串的重复单位，位于染色体的特殊区域断裂基因:在一个结构基因中，编码某一蛋白质不同区域的各个外显子被长度不等的内含子隔离，形成镶嵌排列的断裂方式外显子:基因中编码的序列称为外显子内含子:基因中非编码序列称为内含子组成性剪接:编码蛋白质的不连续基因通过RNA剪接将内含子从mRNA前体中依次除去，将外显子剪接成成熟的mRNA选择性剪接:用不同的剪接方式从一个mRNA前体产生不同的mRNA剪接异构体的过程基因重排:将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录的方式增强子:能使和它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列反式作用因子:能够结合在顺式作用元件上调控基因表达的蛋白质或者RNA电泳迁移率:带电粒子在单位时间内移动的距离PCR(聚合酶链式反应):通过模拟体内DNA复制方式在体外选择性的将DNA某个特定区域扩增出来的技术变性:DNA双链氢键断裂，最后完全变成单链的过程。
退火:引物与模板DNA按照碱基互补配对原则相结合基因组文库:把某种生物基因组的全部遗传信息通过克隆载体贮存在一个受体菌克隆子群体中，这个群体即这种生物的基因组文库。
cDNA:在体外以mRNA为模板，利用反转录酶和DNA聚合酶合成的一段双链DNA。
cDNA文库:某种生物基因组转录的全部mRNA经反转录产生的cDNA片段分别与克隆载体重组，并将其引入到相应的宿主细胞中繁殖和扩增，理论上此群体就包含有该物种的全部mRNA信息，称该生物基因组的cDNA文库SNP:单核苷酸多态性，指基因组DNA序列中由于单个核苷酸的突变而引起的物种多态性。
RNA剪接:从DNA模板链转录出的最初转录产物中除去内含子，并将外显子连接起来形成一个连续的RNA分子的过程。
基因芯片技术:通过优化芯片杂交程序，使探针只与完全互补的序列杂交而不与含有单个错配碱基的序列杂交原位杂交:是用标记的核酸探针，经放射自显影或非放射检测体系，在组织、细胞、及染色体水平上对核酸进行定位和相对定量研究的一种手段,分为RNA原位杂交和染色体原位杂交基因组:一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因，包括每一条染色体和所有亚细胞器的DNA序列信息。
现代分子生物学课件
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。
现代分子生物学课件
03 DNA复制、修复与重组
DNA复制的过程与机制
DNA链的解开与模板链的选择： 在解旋酶作用下，DNA双链解开 成单链，作为复制的模板
RNA引物的合成：在引物酶作用 下，以DNA为模板合成RNA引物
DNA链的延伸：在DNA聚合酶作 用下，以DNA为模板，按照碱基 互补配对原则，合成新的DNA链
谢谢聆听
DNA操作技术
DNA提取与纯化
从生物样本中提取高质量的DNA，并进行纯化处理，去除杂质和污 染物。
DNA酶切与连接
利用限制性内切酶对DNA进行切割，再通过连接酶将DNA片段连 接起来。
DNA扩增技术
如PCR（聚合酶链式反应），通过特定的引物和DNA聚合酶，实现 DNA片段的体外快速扩增。
RNA操作技术
现代分子生物学课件
目录
• 分子生物学概述 • 基因与基因组 • DNA复制、修复与重组 • 转录与翻译 • 基因表达的调控 • 分子生物学技术与方法
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
分子生物学是研究生物大分子，特别是蛋白质和核酸的结构 、功能、相互作用及其在生命过程中的作用机制和调控规律 的科学。
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基因的序列
基因序列是指基因中碱基的排列顺序，决定了蛋白质的 氨基酸序列和生物性状。
基因组的组成与特点
01
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基因组的定义
基因组是指一个生物体所 有基因的总和。
基因组的组成
基因组包括核基因组、线 粒体基因组和病毒基因组 等。
基因组的特点
基因组具有高度的复杂性 、多样性和动态性，不同 生物体的基因组大小和组 成差异很大。
转录的延伸
RNA聚合酶沿DNA模板链 移动，催化RNA链的合成 。
现代分子生物学技术共23页
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
现代分子生物学技术
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
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第一节
（一）PCR技术的工作原理
1.基本工作原理
分子生物学基本技术
按照半保留复制的原理沿着模板 链延伸直到新DNA链合成的完成，反 复重复这一过程，即可使目的DNA片 段得到扩增。
模板DNA
DNA
特异 性引物
聚合酶
原料 dNTP
第一节
模板DNA
5
分子生物学基本技术
5
5
第一次循环
引物1 5 引物2
功 能
基因工程中常用的工具酶
限制性核酸内切酶 DNA连接酶 DNA-polⅠ 反转录酶 多聚核苷酸激酶 末端转移酶 碱性磷酸酶
识别特异序列，切割DNA 连接外源DNA与基因载体，构建重组DNA分子 合成双链cDNA的第二条链 合成cDNA 催化多聚核苷酸5′羟基末端磷酸化 在3′羟基末端进行同质多聚物加尾 切除末端磷酸基
分子生物学基本技术
放射性同位素标记探针 非放射性同位素标记探针
——生物素标记探针
地高辛标记探针
荧光素标记探针
第一节
3.探针的制备 合成 标记 纯化
分子生物学基本技术
第一节
1.概念
分子生物学基本技术
（三）分子杂交技术的发展
1961年，Hall等将探针与靶序列在溶液中杂交（液相杂交），过 程烦琐，准确性差； 1962年Bolton等设计了一种简单的固相杂交方法，将变性DNA 固定在琼脂中，与其它互补核酸序列杂交； 二十世纪七十年代，限制性内切酶、印迹技术、寡核苷酸自动合 成技术的发展和应用，使分子杂交技术得到完善和广泛应用。
第一节
分子生物学基本技术
（二）探针的种类及其制备 1.概念
经过特殊标记的已知序列的核酸（或寡核苷酸）单链（或双链） 片段，用来检测某一特定核苷酸序列的核酸（DNA或RNA）片段。 用于分子杂交的探针可以是人工合成的寡核苷酸片段，也可以是 克隆的基因组DNA、cDNA全长或部分片段。
第一节
2.探针的种类
Ｂ母绵羊 乳腺细胞
多 莉 羊 的 培 育 过 程
卵细胞
细胞质 细胞核移植
细胞核 融合后的卵细胞 卵裂 早期胚胎 胚胎移植
C母绵羊子宫 妊娠 分娩 多莉羊
第三节
基因诊断与基因治疗
内容 提要
一、基 因诊断
二、基 因治疗
第三节
基因诊断与基因治疗
一、基因诊断——DNA诊断 （一）概念和特点 1.概念
利用现代分子生物学和分子遗传学的技术方法，直接检测与分 析基因的类型和缺陷及其表达功能是否正常，从而对疾病做出诊 断的方法。
DNA序列自动分析原理及结果图
绿色 荧光
蓝色 荧光 红色 荧光
ddG ddA ddT ddC
黄色 荧光
电泳
第二节
（二）进展
分子生物学延伸拓展类技术
第一代测序技术——双脱氧链末端终止法 第二代测序技术——高通量测序技术 第三代测序技术——纳米孔的单分子测序技术
第二节
分子生物学延伸拓展类技术
三、转基因技术与核移植技术 （一）转基因技术的概念 概念
小结
分子生物 学延伸拓展 类技术
1、基因工程又称DNA重组技术，过程中需用到多种工具酶。 2、DNA序列的测定即DNA一级结构的测定。
基因诊 断与基 因治疗
1、基因诊断可直接检测分析基因类型和缺陷及其表达功能是否正 常。 2、基因治疗主要包括基因矫正治疗和基因调控治疗。
第四节
练 习 题（单选）
1.在基因工程实验中，DNA重组体是（ ） A．不同来源的的两段DNA单链的复性 B．目的基因与载体的连接物 C．原核DNA与真核DNA的连接物 D．两个不同的结构基因形成的连接物 2.下列对聚合酶链反应技术的优点叙述错误的是（ ） A．敏感性强 B．特异度高 C．快速简便 D．重复性好 E．实用性差 3.以下哪项不属于基因工程的工具酶（ ） A．限制性核酸内切酶 B．DNA连接酶 C．反转录酶 D．RNA聚合酶 4.可识别并切割特异DNA序列的酶是（ ） A．限制性核酸外切酶 B.限制性核酸内切酶 C．核酶 D．反转录酶 E．耐热DNA聚合酶
基因诊断与基因治疗
基因矫正治疗——基因增补、基因替换、基因修复
基因调控治疗——通过对基因表达的控制改变基因表达的强度
或方式，从而可以使由于基因异常表达引起的疾病得以治疗
总
结
分子生 物学基 本技术
1、PCR的基本反应步骤：变性、退火、延伸、循环。 2 、分子杂交技术是利用利用 DNA 变性与复性来进行 DNA或RNA 定性 定量分析的一项技术。
生物化学基础
艾旭光制作
第十一章 现代分子生物学及其技术
人民卫生出版社
刘苗制作
第十一章
现代分子生物学及其技术
第一节
分子生物学基本技术
第二节
分子生物学延伸拓展类技术
第三节
基因诊断与基因治疗
学 习 目 标
1．熟悉聚合酶链式反应、分子杂交、基因 工程、DNA测序技术的概念和意义。
2．了解印迹技术、转基因技术与核移植技术 的概念，基因诊断和基因治疗的临床意义。
5
5
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第二次循环 5 5 5 5 5
5
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第一节
5 5 5 5
分子生物学基本技术
第三次循环 5 5 5 5
5 5
5 5
5 5
5
5
25～40 次循环后，模板DNA的含量可以 扩大100万倍以上。
第一节
2.PCR反应体系
模板DNA 特异性引物 耐热的DNA聚合酶 dNTP Mg2+
第一节
二、分子杂交技术
分子生物学基本技术
分子杂交技术是利用DNA变性与复性来进行DNA或RNA定 性或定量分析的一项技术。
第一节
分子生物学基本技术
（一）分子杂交与分子杂交技术 1.分子杂交
一般指核酸分子杂交，核酸分子在变性后再复性的过程中， 来源不同但互补配对的DNA或RNA单链相互结合形成杂合双 链的特性或现象 。 变性和复性是核酸分子的基本性质，其基础是碱基配对规律。
第三节
2.特点
基因诊断与基因治疗
基因作为检测目标，属于“病因诊断”，针对性强 应用特定基因序列作为探针，特异性高 分子杂交和PCR具有放大效应，样本用量少，灵敏度高 诊断取材方便，适应性强，诊断范围广
第三节
（二）临床应用
基因诊断与基因治疗
遗传病——为防治遗传病和优生优育具有重大意义 感染性与传染性疾病——灵敏度高、特异性强、快速简便 恶性肿瘤——检测肿瘤相关基因、检测肿瘤相关病毒基因、检测肿瘤
负 极
第二节
分子生物学延伸拓展类技术
2.双脱氧链末端终止法测序的自动化
在Sanger法基础上发展起来的全自动激光荧光DNA测序技 术，可实现制胶、进样、电泳、检测、数据分析全自动化。 基本原理仍然是Sanger法，以荧光代替同位素进行标记，反 应产物经电泳后，利用激光激发DNA片段上的荧光发色基团而 显现荧光，通过检测器采集荧光信号，经计算机进行储存和进一 步处理，在荧光屏上显示出每个样品经电泳分离后DNA片段排 列情况的模拟图像，即DNA序列。
第一节
三、印迹技术
分子生物学基本技术
（一）基本概念
将核酸或蛋白质等生物大分子通过一定方式转移并固定至尼 龙膜等支持载体上的一种方法，类似用吸墨纸吸收纸张上的墨迹。
第一节
（二）印迹技术与分类 1.印迹技术 DNA印迹技术包括
分子生物学基本技术
将待测定的DNA样品通过合适的方法转移并结合至某种固相支持物 探针的标记与制备 固定于固相支持物上的样品与标记的探针在一定的温度和离子强度 下退火 杂交信号的检测与结果分析
第一节
2.印迹技术的分类
分子生物学基本技术
DNA印迹——Southern印迹
RNA印迹——Northern 印迹 蛋白质印迹——Western 印迹
Southern印迹
DNA酶切片段电泳图
Northern印迹
mRNA电泳图
Western印迹
蛋白质样品电泳图
转 印 显影
转 印 显影
转 印 显影
第二节
双脱氧链末端终止法测定DNA序列示意图
3´ 5´ 3´
ATCGGTACCGT
dGTP dCTP dTTP dATP
5´
+
+
+
+
ddGTP
ddCTP
ddTTP
ddATP
正 极
G
C
T
A 3´ TAGCCATGGCA TAGCCATGGC TAGCCATGG TAGCCATG TAGCCAT TAGCCA TAGCC TAGC TAG TA T 5´
第二节
分子生物学延伸拓展类技术
（二）基因工程的工具酶
以DNA分子为工作对象，对DNA分子进行切割、连接、聚合等 操作中所需要的酶称为工具酶。
限制性核酸内切酶——能够识别DNA的特异序列并在识别的位点 及周围进行切割双链DNA的一类内切酶，被称为基因工程的手术刀。
第二节
工具酶
分子生物学延伸拓展类技术
第一节
内容 提要
一.聚合酶 链反应技术
分子生物学基本技术
二. 分 子杂交 技术
三.印迹 技术
第一节
分子生物学基本技术
一、聚合酶链反应技术（PCR）
PCR技术是一种在体外对特定DNA片段进行高效扩增的技术，通 过这个反应，可以将特定的微量靶DNA片段扩增至十万及至百 万倍。
优点：
敏感性强 特异性高 重复性好及其快速简便
分子生物学基本技术
第一节
（二）PCR的基本反应步骤
分子生物学基本技术
25~40次循环， 扩增百万倍
变性 95˚C