我国分子生物物理学(结构生物学)(2)
百科物理知识点之结构生物学(structuralbiology)
百科物理知识点之结构生物学
（structuralbiology）
初中各科目的学习对同学们提高综合成绩非常重要，除了课堂上的学习外，平时的积累与练习也是学生提高成绩的重要途径，本文为大家提供了百科物理知识点，希望对大家的学习有一定帮助。
结构生物学(structuralbiology)主要用物理学方法，配合生物物理和分子生物学方法研究生物大分子结构与功能的新学科，它已成为分子生物学中最精确和最有成效的一个分支。
各个层次的生命活动，都需要在分子水平上进行物质结构和功能的研究才能最终阐明其本质。
近年来结构生物学的发展，一直在影响着生物物理学的面貌。
当前研究的主要内容为蛋白质及其受体、酶蛋白、通道蛋白以及与基因调控密切相关的核酸结合等的结构与功能，主要研究手段有X射线晶体衍射分析、核磁共振、电子晶体学、电镜三维重组、中子衍射及各种光谱技术等。
这篇百科物理知识点的内容，希望会对各位同学带来很大的帮助。
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分子生物学复习题
1、分子生物学的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。
2、简述分子生物学的主要研究内容。
a. DNA重组技术（基因工程）（1）可被用于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低的多肽;（2）可用于定向改造某些生物的基因组结构;（3）可被用来进行基础研究b. 基因的表达调控在个体生长发育过程中生物遗传信息的表达按一定时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）。
c. 生物大分子的结构和功能研究（结构分子生物学）一个生物大分子，无论是核酸、蛋白质或多糖，在发挥生物学功能时，必须具备两个前提：（1）拥有特定的空间结构（三维结构）；（2）发挥生物学功能的过程中必定存在着结构和构象的变化。
结构分子生物学就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。
它包括3 个主要研究方向：（1）结构的测定（2）结构运动变化规律的探索（3）结构与功能相互关系d. 基因组、功能基因组与生物信息学研究3、谈谈你对分子生物学未来发展的看法？（1）分子生物学的发展揭示了生命本质的高度有序性和一致性，是人类认识论上的重大飞跃。
生命活动的一致性，决定了二十一世纪的生物学将是真正的系统生物学，是生物学范围内所有学科在分子水平上的统一。
（2）分子生物学是目前自然学科中进展最迅速、最具活力和生气的领域，也是新世纪的带头学科。
(3) 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、以及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，同时也推动这些学科的发展。
⑷分子生物学涉及认识生命的本质，它也就自然广泛的渗透到医学、药学各学科领域中，成为现代医药学重要的基础。
1、DNA双螺旋模型是哪年、由谁提出的？简述其基本内容。
DNA双螺旋模型在1953年由Watson和Crick提出的。
生物的生物物理学与结构生物学
生物的生物物理学与结构生物学生物的生物物理学和结构生物学是生物学中两个重要的分支领域。
生物物理学研究生物体的生物化学、物理化学和物理学特性，探索生命现象的物理原理；结构生物学则致力于揭示生物分子和细胞内部结构的三维组织和功能。
本文将以这两个领域为主线，介绍生物的生物物理学和结构生物学的研究内容和重要意义。
一、生物的生物物理学生物物理学是研究生物体内部物理现象和属性的学科，将生物学与物理学相结合进行探索。
它突破了传统生物学研究的范畴，通过物理学的方法和工具深入探究生物体的结构、功能及其相互关系。
1. 细胞膜的物理特性生物物理学研究细胞膜的物理特性对生物体的正常功能发挥至关重要。
通过测量细胞膜的电位、渗透性等物理性质，可以揭示细胞膜对物质传递的调控机制。
了解细胞膜的物理特性对于开发新的药物传递系统、治疗疾病等方面具有重要意义。
2. 蛋白质的折叠与结构生物物理学对蛋白质折叠和结构的研究使我们能够更好地理解蛋白质的功能和性质。
通过研究蛋白质的折叠机制，可以深入探索蛋白质的三维结构，并进一步解释蛋白质与其他分子相互作用的方式。
这对于了解疾病的发生机制、设计新的药物靶点等有着重要的指导意义。
3. 生物体内的信号传导生物体内的信号传导是生命活动中关键的过程之一。
生物物理学的研究可以帮助我们揭示信号传导途径的物理机制，从而更好地理解信号传导与细胞功能调控之间的关系。
这对于治疗疾病、开发新的药物和生物治疗手段等方面具有重要意义。
二、结构生物学结构生物学是研究生物分子和细胞内部结构的三维组织和功能的学科。
它通过解析和揭示生物分子和细胞的结构，为生物学的研究提供了重要的基础数据。
1. 蛋白质结构的解析结构生物学利用X射线晶体学、核磁共振等技术，对蛋白质的结构进行解析。
这种方法使得我们能够了解蛋白质的精确结构和构象变化，为理解蛋白质的功能和相互作用提供了重要的线索。
2. 细胞器和细胞结构的研究结构生物学还致力于研究细胞器和细胞内部结构的三维组织。
生物物理学与结构生物学
生物物理学与结构生物学是两个密不可分的学科领域，它们在生命科学中具有重要的地位。
从广义来说，生物物理学主要研究生命体在物理、化学和数学等领域中的基本规律、现象和模型，而结构生物学则是研究蛋白质、DNA、RNA等生物分子的结构和功能的领域。
本文将从生物物理学和结构生物学的交叉处，探讨这两个学科领域的重要性和最新研究进展。
生物物理学的应用生物物理学是一门交叉学科，它将物理学、数学、化学等自然科学与生物学等生命科学结合起来，研究生命体在物理、化学和数学等角度展现出的基本规律、现象和模型。
例如，生物物理学可以用物理学的概念和方法来研究细胞的内部结构、质量、电动力学等；用数学的方法来构建生物体系的数学模型；用物理化学的知识研究生物体系的热力学、动力学等。
生物物理学在现代医学、药物研究和生物工程等领域具有广泛应用。
例如，在癌症治疗方面，生物物理学可以帮助科学家发现癌症细胞和正常细胞之间的物理和化学差异，从而开发出能够针对癌症细胞的新型药物。
在生物工程领域，生物物理学可以帮助科学家设计、建造和优化可溶液系统，以产生高质量的蛋白质、酶等生物大分子，从而推动药物制造和生物技术的发展。
结构生物学的应用结构生物学研究的是蛋白质、DNA、RNA等生物分子的结构和功能，它是现代生命科学领域中最重要的研究方向之一。
结构生物学利用X射线衍射、核磁共振等物理学技术获取生物分子的三维结构，研究生物分子的结构和功能，为药物研究和治疗疾病提供了基础。
结构生物学在生命科学中的应用十分广泛。
例如：可以通过结构生物学研究蛋白质的结构和功能，选取合适的靶点来发现或设计新药物。
对于病原体而言，结构生物学研究可以帮助科学家发现病原体的结构特点，从而研制针对该病原体的药物。
此外，应用结构生物学还可以研究人体内的酶以及细胞内的各种信号通路，加深对人体内组织结构和生理功能的理解。
综合运用生物物理学和结构生物学生物物理学和结构生物学是紧密相关的，在很多情况下需要综合使用。
生物物理学与结构生物学的交叉研究
生物物理学与结构生物学的交叉研究生物物理学和结构生物学是两个相互关联的学科领域。
生物物理学主要关注生物系统中的物理性质和现象，例如分子间相互作用、膜结构和细胞力学。
而结构生物学则着眼于生物分子的结构，例如蛋白质、核酸和复合物等。
两个领域都涉及到生命科学的基本问题，例如生命的起源、生命过程中的物理化学机制和疾病的发生等。
因此，生物物理学和结构生物学的交叉研究可以加深我们对生命科学的认识，为医学和制药等应用研究提供重要的理论和实践支持。
分子动力学模拟分子动力学模拟是生物物理学和结构生物学的交叉领域之一。
它通过数值模拟的方式，探究生物分子的运动和相互作用，并帮助解析分子结构的动态特征。
分子动力学模拟的数据可以提供详细的结构、动力学和热力学信息，这些信息对于理解生物分子的结构和功能非常重要。
分子动力学模拟的过程需要建立分子模型、设定参数和进行计算模拟。
在模型方面，根据分子模型的复杂度和研究问题的需求，分子动力学模拟的模型可以是离散化的粗粒化模型、原子精细模型或混合模型。
在设定参数方面，模拟计算需要对分子结构和环境参数进行准确的设定，例如温度、压力、离子浓度等。
在模拟计算方面，主要通过牛顿运动方程和分子动量定理等物理原理进行计算和模拟。
通过分子动力学模拟，生物物理学和结构生物学研究人员可以对分子动力学进行定量分析和预测，推断分子的结构和性质，探索分子内在机制。
X射线晶体学结构生物学的核心技术之一是X射线晶体学。
X射线晶体学通过测量晶体中的X射线衍射图，确定分子的晶体结构。
这种技术已经被广泛地应用于生物分子结构的研究中，如蛋白质的结构，也为制药和药物研究等应用提供了基础。
在X射线晶体学中，晶体是一种高度有序的物质，可使原子间的衍射光成为可预测的干涉模式。
通过衍射图，可以计算出分子的三维结构，在分子层面上解释其功能机理。
得到的三维结构可作为设计新型药物的目标结构，或者利用已知的结构设计出更为有效的治疗方案。
随着技术的发展，X射线晶体学也在向更高分辨率、更高通量、更广泛的样品类型和更复杂的系统等领域延伸。
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。
生物物理学
生物物理学一生物物理学的定义生物物理学（Biological Physics）是物理学与生物学相结合的一门交叉学科，是生命科学的重要分支学科和领域之一。
生物物理学是应用物理学的概念和方法研究生物各层次结构与功能的关系、生命活动的物理、物理化学过程和物质在生命活动过程中表现的物理特性的生物学分支学科。
生物物理学旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的运动规律。
关于生物物理学属于生物学的分支还是物理学的分支，一些生物学家认为他们研究生命现象时只是引入了物理学的理论和方法，属于生物学的一个分支。
但有些物理学家认为，研究生命的物质运动，只是物理学研究对象由非生命物质扩展到生命物质。
应该属于物理学的分支。
不同研究领域的学者处于不同的角度，也就有了不同的定义二生物物理学的研究内容和现状(一) 生物物理学的研究内容生物物理学研究的内容十分广泛，涉及的问题则几乎包括生物学的所有基本问题。
由于生物物理学是一门正在成长着的边缘学科，其具体内容和发展方向也在不断变化和完善，它和一些关系特别密切的学科（生化、生理等）的界限也不是很明确。
现阶段，生物物理的研究领域主要有以下几个方面：1 分子生物物理。
分子生物物理是本学科中最基本、最重要的一个分支。
它运用物理学的基本理论与技术研究生物大分子、小分子及分子聚集体的结构、动力学，相互作用和其生物学性质在功能过程中的变化，目的在于从分子水平阐述生命的基本过程，进而通过修饰、重建和改造生物分子，为实践服务。
生物大分子及其复合物的空间结构与功能的关系是分子生物物理的核心问题。
自从50年代X射线衍射晶体分析法应用于核酸与蛋白质获得成功，奠定了分子生物学发展的基础，至今已有40余年历史。
在这段时期中，有关结构的研究大体上经历了3个主要阶段：①晶体结构的研究；②溶液中生物分子构象的研究；③分子动力学的研究。
分子构象随时间变化的动力学，分子问的特异相互作用，生物水的确切作用等是分子生物物理今后的重要课题。
分子生物学简介
分子生物学（molecHarbiology）从分子水平研究作为生命活动主要物质基础的生物大分子结构与功能，从而阐明生命现象本质的科学。
重点研究下述领域：（1）蛋白质（包括酶）的结构和功能。
（2）核酸的结构和功能，包括遗传信息的传递。
（3）生物膜的结构和功能。
（4）生物调控的分子基础。
（5）生物进化。
分子生物学是第二次世界大战后，由生物化学，、遗传学，微生物学,病毒学，结构分析及高分子化学等不同研究领域结合而形成的一门交叉科学。
目前分子生物学已发展成生命科学中的带头学科。
随着DNA的内部结构和遗传机制的秘密一点一点呈现在人们眼前，特别是当人们了解到遗传密码是由RNA转录表达的以后，生物学家不再仅仅满足于探索、提示生物遗传的秘密，而是开始跃跃欲试，设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性。
如果将一种生物的DNA中的某个遗传密码片断连接到另外一种生物的DNA链上去，将DNA 重新组织一下，就可以按照人类的愿望，设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型，这与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同。
这种做法就像技术科学的工程设计，按照人类的需要把这种生物的这个基因与那种生物的那个基因重新施工,组装成新的基因组合，创造出新的生物。
这种完全按照人的意愿，由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术，就称为基因工程,或者说是遗传工程”生物学的研究可以说长期以来都是科研的重点，惟其所涉及的方方面面与人类生活紧密相连。
本世纪50年代以前的生物学研究，虽然有些已进入了微观领域，但总的来说，主要是研究生物个体组织、器官、细胞或是亚细胞这些东西之间的相互关系。
50年代中期，随着沃森和克里克揭示出DNA分子的空间结构，生物学才真正开始了其揭开分子水平生命秘密的研究历程。
到70年代，重组DNA技术的发展又给人们提供了研究DNA的强有力的手段，于是分子生物学就逐渐形成了。
顾名思义，分子生物学就是研究生物大分子之间相互关系和作用的一门学科，而生物大分子主要是指基因和蛋白质两大类；分子生物学以遗传学、生物化学、细胞生物学等学科为基础，从分子水平上对生物体的多种生命现象进行研究；分子生物学在理论和实践中的发展也为基因工程的出现和发展打下了良好的基础，因此可以说基因工程就是分子生物学的工程应用。
生物物理学 第2章
质子泵
质子泵可分三类：一种与钠钾泵和钙泵 结构相似，在转运H-的过程中，利用 ATP使自身磷酸化(phosphorylation)， 发生构象的改变来转移质子或其他离子， 称为P型质子泵的组成及其性质
从低等生物草履虫以至高等哺乳动物的各种细 胞，都具有类似的细胞膜结构。 各种生物膜结构主要由脂质、蛋白质和糖类等 物质组成。 各种物质分子在膜中的存在形式是决定膜的基 本生物学特性的关键因素。
流动镶嵌模型：膜的共同结构特点是以液态的 脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分 子结构、而具有不同生理功能的蛋白质。
膜蛋白的运动性
膜蛋白具有侧向扩散 运动方式
将已加有不同颜色荧 光标记的小鼠细胞和人 细胞融合在一起，形成 杂交细胞。
开始时一半呈绿色， 一半呈红色，
但经37C保温40min后， 两种颜色的荧光点就呈 均匀分布
膜蛋白的侧向扩散速度—光漂白荧光恢复
先用单价荧光抗体标记膜 蛋白， 然后用激光束照射细胞表 面的某一区域，使被照射 区因荧光淬灭而变暗。 由于膜蛋白的侧向扩散性， 被照射区的荧光强度逐渐 增强， 最后恢复到与周围的荧光 强度相等。根据荧光强度 恢复的速度可推算出膜蛋 白的扩散速度。
2.3.1 被动运输
被动运输是指物质从高浓度一侧向低浓 度方向的跨膜转运。这是一个不需要外 界供给能量的自发过程。 根据运输过程中是否需要膜蛋白的协助 分为简单扩散和协助扩散。
简单扩散
分子沿着浓度梯度降低方向转运，它不需要细 胞提供能量，也没有膜蛋白的协助。不同的小 分子物质跨膜转运的速率差异极大。 一般认为，在简单扩散的跨膜转运中，涉及跨 膜物质溶解在膜脂中，再从膜脂一侧扩散到另 一侧，最后进入细胞质水相中。因此，其通透 性主要取决于分子的大小和分子的极性。
生物物理学介绍
生物物理学是物理学与生物学相结合的一门边缘学科，是生命科学的重要分支学科和领域之一。
生物物理学是应用物理学的概念和方法研究生物各层次结构与功能的关系、生命活动的物理、物理化学过程和物质在生命活动过程中表现的物理特性的生物学分支学科。
生物物理学旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的运动规律。
生物物理学-定义关于生物物理学的定义，有许多不同的看法。
现列举三种定义。
定义一：生物物理学是由物理学与生物学相互结合而形成的一门交叉学科。
它应用物理学的基本理论、方法与技术研究生命物质的物理性质，生命活动的物理与物理化学规律，以及物理因素对机体的作用。
定义二：生物物理学是生物学和物理学之间的边缘学科，它用物理学的概念和方法研究生物各层次的结构与功能的关系，以及生命活动的物理过程和物理化学过程．定义三：生物物理学是运用物理学的理论、技术和方法，研究生命物质的物理性质、生命过程的物理和物理化学规律，以及物理因素对生物系统作用机制的科学。
上面的四个定义表述方法虽各有不同，但都认为生物物理学是一门生物学和物理学相互作用的学科，也都是从生物物理学的研究对象上来阐述其定义的。
关于生物物理学属于生物学的分支还是物理学的分支，一些生物学家认为他们研究生命现象时只是引入了物理学的理论和方法，属于生物学的一个分支。
但有些物理学家认为，研究生命的物质运动，只是物理学研究对象由非生命物质扩展到生命物质。
应该属于物理学的分支。
不同研究领域的学者处于不同的角度，也就有了不同的定义。
生物物理学-发展简史从16世纪末开始，人们就开展了生物物理现象的研究，直到20世纪40年代薛定谔（Schrödinger）在都柏林大学关于“生命是什么”的讲演之前，可以算是生物物理学发展的早期。
19世纪末叶，生理学家开始用物理概念如力学、流体力学、光学、电学及热力学的知识深入到生理学领域，这样就逐渐形成一个新的分支学科，许多人认为这就是最初的生物物理学。
大分子和生物物理学
大分子和生物物理学大分子和生物物理学是研究生物大分子（如蛋白质、核酸、多糖和脂质）的物理性质和它们在生命过程中的功能的学科。
这个领域涉及了生物学、化学、物理学和材料科学等多个学科，旨在揭示生物大分子在细胞内的相互作用和动态行为，以及它们如何组装成复杂的生物结构和组织。
大分子概述生物大分子是由许多单体（如氨基酸、核苷酸、糖和脂肪酸）通过化学键连接而成的高分子化合物。
它们在细胞中具有重要的生物学功能，包括储存遗传信息、催化化学反应、维持细胞结构和提供能量。
蛋白质蛋白质是生物体内最重要的大分子之一，具有多种功能，如酶催化、结构支持、信号传导和运输。
蛋白质的结构层次包括原始氨基酸序列、一级结构、二级结构（如α-螺旋和β-折叠）、三级结构和四级结构（多个亚基的组合）。
蛋白质的折叠和组装过程对于其功能至关重要，而且一直是生物物理学研究的热点之一。
核酸是存储和传递遗传信息的分子，包括DNA和RNA。
DNA负责储存遗传信息，而RNA在蛋白质合成中起着关键作用。
核酸的结构特点包括双螺旋结构、碱基配对规则和可变剪接等。
核酸的物理化学性质，如热稳定性、双链解链温度和杂交能力，对于理解基因表达调控和疾病机制具有重要意义。
多糖和脂质多糖是由大量糖单元组成的大分子，如细胞壁、糖蛋白和糖脂。
它们在细胞识别、信号传导和结构支持中起着重要作用。
脂质则是生物体内重要的能量储存分子，包括脂肪、磷脂和固醇等。
脂质的物理化学性质，如相变温度、溶解度和膜流动性，对于理解细胞膜的功能和疾病发生机制具有重要意义。
生物物理学的原理和方法生物物理学是一门交叉学科，综合了生物学、化学、物理学和计算生物学等多个领域的原理和方法。
在研究大分子和生物物理学中，常用的方法包括：光谱学和显微技术光谱学是通过分析分子吸收、发射或散射光的能力来研究分子的结构和动力学的技术。
如紫外光谱、红外光谱和核磁共振光谱等。
显微技术则通过使用光学显微镜、电子显微镜和原子力显微镜等手段，观察和研究生物大分子和细胞结构的高分辨率图像。
生物物理学和分子生物学的新进展
生物物理学和分子生物学的新进展生物物理学和分子生物学是研究生命科学的重要学科，随着科技的不断进步，这两个领域也在不断地取得新的进展。
本文将着重介绍生物物理学和分子生物学的新进展，并分析其意义和应用。
一、生物物理学的新进展生物物理学是指应用物理化学和数学等方法研究生命现象的学科。
最近几年，生物物理学领域的新进展主要集中在以下几个方面。
1.单分子荧光显微技术单分子荧光显微技术是一种高分辨率的成像技术，可以实现对单个分子的跟踪和定位。
这项技术的应用范围非常广泛，可以用于研究生命现象中的许多细节问题。
例如，利用单分子荧光显微技术可以研究蛋白质在细胞内的运动和交互行为，更好地理解生命现象的本质。
2.生物力学生物力学是指应用物理学和力学原理研究生命现象中的力学问题。
在生物力学领域，研究者主要关注如何理解生物体的结构和功能，并开发新的机器人和仿生材料等技术。
这些技术可以用于改善人类健康、提高生产效率等方面。
3.生物信息学生物信息学是指应用计算机技术和数学方法研究生命科学中的信息处理问题。
在生物信息学领域，研究者主要关注如何利用大数据分析和挖掘技术研究生命现象中的信息交流、组织和调控等问题。
这些技术可以用于研究新药研发、预测疾病发生等方面。
二、分子生物学的新进展分子生物学是指研究生物分子结构、功能和相互作用的学科。
最近几年，分子生物学领域的新进展主要集中在以下几个方面。
1.基因编辑技术基因编辑技术是指通过改变DNA序列来实现对生物体基因组的编辑和修复。
这项技术具有巨大的潜力，可以用于治疗遗传疾病、创新农业生产等领域。
同时，基因编辑技术也带来了一些伦理和法律上的问题，需要制定相关的规章制度。
2.细胞重编程技术细胞重编程技术是指通过改变细胞的表观遗传修饰来实现对细胞类型的转化。
这项技术可以用于治疗一些疾病和创造新的细胞类型，对于医学和生产领域都有一定的应用前景。
3.人脑组织培养技术人脑组织培养技术是指利用体外培育的方法来获得和研究人脑组织。
分子生物学教案
第一章绪论重点：1. 分子生物学的基本含义2. DNA的发现3. 分子生物学与其他学科的关系难点：DNA的发现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。
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。
1.1 引言现代分子生物学研究的目标是要在分子水平上掌握细胞的功能并揭示生命是本质。
1.1.1 创世说与进化论多少年来，人们常常会反复提出下面3个与生命和一切生物学现象有关的问题：（1）生命是怎样起源的？（2）为什么“有其父必有其子”？（3）动、植物是怎样从一个受精卵发育而来的？对这些问题的回答：创世说：西方：上帝先创造了世间万物，后来又创造了男人亚当，再从亚当身上抽一根肋骨，这就成了女人夏娃，亚当和夏娃繁衍了人类。
中国：女娲团土造人进化论：1859年，伟大的英国生物学家达尔文（Charles Darwin）发表了著名的《物种起源》一书，确立了进化论的观点。
正是达尔文的生物进化学说，打破了上帝造人的传统观念，改变了社会对人类在整个世界中的地位的看法，极大地推动了人类思想的发展。
生物物理学PPT课件
研究细胞和组织的力学、电学和光学 等物理性质，以及它们在细胞分裂、 迁移和肿瘤生长等方面的作用。
生物物理学的重要性
促进生物学和物理学的发展
生物物理学的发展推动了生物学和物理学领域的理论和技术进步， 促进了两个学科的交叉融合。
医学与健康的应用
生物物理学在医学和健康领域有着广泛的应用，如医学影像技术、 放射治疗、药物研发和康复工程等。
02
它利用物理学的理论和方法来研 究生物系统的结构和功能，以及 生物分子之间的相互作用和能量 转换等。
生物物理学的研究领域
生物大分子结构与功能
研究生物大分子的结构和动力学性质， 以及它们在细胞代谢、信号转导和基 因表达等方面的功能。
细胞与组织的物理性质
生物系统的信息传递
研究生物系统中信息的传递和加工， 包括神经系统的电信号传递、视觉系 统的光信号转导和基因表达的调控机 制等。
信号转导途径
信号转导途径包括G蛋白偶联受体 介导的信号转导、酶联受体介导的 信号转导和离子通道受体介导的信 号转导等。
信号转导的调节
信号转导受到多种因素的调节，包 括磷酸化、去磷酸化、泛素化等。
细胞骨架与细胞运动
细胞骨架的组成
细胞骨架由微管、微丝和 中间纤维组成，对维持细 胞形态和结构具有重要作 用。
神经网络的信号传递
总结词
神经网络的信号传递是神经生物物理学的重要研究内容， 它涉及到突触传递、神经元之间的信息交流和神经网络的 整合作用等。
总结词
神经网络的信号传递对于神经系统的高效工作至关重要， 它涉及到学习、记忆、注意等多种认知过程。
详细描述
突触是神经元之间信息传递的关键结构，通过突触前膜释 放神经递质，与突触后膜上的受体结合，引发突触后电位 或动作电位，实现信息的传递。
结构生物学简介、发展趋势和研究方法
结构生物学的发展历程
●十九世纪末，俄罗斯科学家费得罗夫等建立了结晶 物质的空间对称群理论。 ●1895年，（伦琴）发现X射线(获1901年诺贝尔物理 学奖)。 其后的一百多年间，Ｘ射线在物质结构研究 上立下了永不磨灭的伟大功绩。 ●1912年，M.von Laue （劳埃）发现晶体的X射线 衍射（获1914年诺贝尔物理学奖），开创了晶态物质结
构研究的新纪元。
●1913年，奠定了结晶物质内部结构实验测定的理 论基础（获1914年诺贝尔物理学奖）。
The discovery of X-ray
➢ Wilhelm Conrad Röntgen discovered X-Rays in 1895. ➢ 1901 Nobel prize in Physics
➢ ●1945-1955年，等测定了青霉素、维生素 B12等重要生物分子结构。曾获1964年诺贝尔 化学奖。
➢ ●194X-197x年，若干科学家提出并发展了 测定晶体结构的“直接法”，获1985年诺贝 尔化学奖。
结构生物学的发展历程
➢1953年，佩鲁茨（M. Perutz）建立同晶置换方 法用于解决生物大分子晶体结构测定中的相位问题， 从而蛋白质晶体学开始踏上自己发展的伟大历程。
几乎每年都有10-40个高分辨率结构问世，1987年PDB中结构 数达到273个 ➢ 1974年，首次在蛋白质晶体学中应用同步辐射
结构生物学的发展历史
➢ 加速发展时期（1987-2000）—结构数目呈指数增长趋势
➢ 结构测定技术进一步发展 ➢ 多波长反常散射法（MAD）的建立（1988） ➢ 低温数据收集技术（1990） ➢ 第三代同步辐射仪建成（1997） ➢ 900MHz核磁共振谱仪建成（1998）
第1章 分子生物学导论
4 系统生物学
各种组学与生物信息学相互渗透催生系统生物学 系统生物学是研究生命系统复杂性的科学： 结构复杂性、功能复杂性、相互作用复杂性 系统生物学的研究思路和方法：
自上而下：分子行为→组学分析→网络与信息流→生物机制 自下而上：功能产物→组分变化→相互作用网络→生物机制
系统生物学是利用由各种组学获得的数据，在一 个比传统生物学更高层次上分析活生物体的一门 学科。系统生物学将使生命科学由描述式的科学 转变为定量和预测的科学。 系统生物学将在基因组序列的基础上，完成由生 命密码到生命过程的研究。
在农业领域，欧美相继启动了猪、牛、羊、
鸡等主要畜禽的基因组计划，其研究重点是 重要经济性状基因的定位与分析。植物方面， 在完成模式植物拟南芥和水稻基因组全序列 测定的基础上，启动了玉米、大麦、小麦、 油菜、棉花、大豆、番茄等一大批农作物基 因组学的研究。在基因组测序的基础上，把 基因序列与基因功能对应与结合起来，将使 功能基因组学研究全面展开。
(3) 分子生物学的建立和发展
学科基础：1953年Watson and Crick提出双螺旋
结构模型。1956年Kornberg 首先发现DNA聚合酶。 1958年Meselson 及Stahl 证明DNA半保留式复制。 1968年Okazaki 提出DNA不连续复制模型。1972 年证实DNA复制开始需要RNA作为引物。由此，从 理论上解决了遗传信息的贮存、复制与传递的机理。
Jacob Monod：Molecular biology was based on the idea that principal characters of life may be explained with their structures of macromolecules.
分子生物物理知识点
分子生物物理知识点分子生物物理学是研究生物分子结构、功能和相互作用的学科，涉及到了生命的基本单位——分子层面的各种物理过程。
在近年来的科学研究中，分子生物物理学越来越受到重视，其知识点也逐渐被揭示和探索。
本文将就分子生物物理学的一些重要知识点进行介绍和讨论。
1. DNA结构DNA是生物体内存储和传递遗传信息的分子，其结构是分子生物物理学中的重要研究对象之一。
DNA由磷酸、脱氧核糖和四种碱基（腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和胸腺嘧啶）组成，形成了双螺旋结构。
DNA的双螺旋结构中，碱基通过氢键相互连接，形成了碱基对，其中腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有两条氢键结合，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有三条氢键结合。
这种碱基之间的配对规律保证了DNA的遗传信息的稳定传递。
2. RNA结构与DNA类似，RNA也是一种核酸，可分为mRNA、rRNA和tRNA等不同种类。
与DNA的双螺旋结构不同，RNA呈现出单链结构，但在特定条件下也可形成二级结构。
RNA的碱基组成和DNA类似，但在转录和翻译等过程中扮演了不同的角色。
RNA的结构和功能对于细胞内基因表达和调控起着至关重要的作用。
3. 蛋白质结构蛋白质是生物体内最重要的功能分子之一，其结构多样性和功能多样性是分子生物物理学研究的热点之一。
蛋白质分为原生、变性和变性后复性三个结构状态，其结构包括一级结构（氨基酸序列）、二级结构（α-螺旋、β-折叠）、三级结构（空间构象）和四级结构（多聚体）。
蛋白质的结构与功能密切相关，通过对蛋白质结构的研究可以揭示其生物学功能。
4. 蛋白质折叠与蛋白质质量控制蛋白质在合成过程中需要正确地进行折叠，否则容易产生变性和聚集导致失去生物学功能。
细胞内存在多种分子作用于蛋白质的折叠过程，如分子伴侣、分子伸展、分子休止等。
此外，细胞还有一套完善的蛋白质质量控制系统，可以对异常折叠的蛋白质进行修复或降解。
了解蛋白质折叠和质量控制对于研究蛋白质功能和相关疾病具有重要意义。
5. 膜蛋白结构和功能细胞膜是细胞内外环境的物理隔离屏障，膜蛋白作为膜上的功能分子在细胞生理活动中扮演着重要角色。
生物物理学和结构生物学在疾病研究中的应用
生物物理学和结构生物学在疾病研究中的应用疾病的发生是繁多因素综合作用的结果，其中包括基因、环境、遗传、免疫系统等等，如何在深入了解每种疾病的分子机制的情况下，学习更有效的疾病预防和治疗方法?这就需要结合生物物理学和结构生物学提供现代研究技术来分析疾病与它们的相关分子之间的相互作用，以寻求更准确,更高效的治疗方法。
一、什么是生物物理学和结构生物学?生物物理学是研究机体内物质的物理性质、结构和功能以及生命体系在物理环境下的规律的一门学科。
它是生物学和物理学的交叉学科，研究领域广泛，包括生物分子相互作用、分子运动以及生物结构、生物分子光谱学、电生理学、生物电子学等方面。
而结构生物学，则从分子水平，研究生物分子如何影响组织的形成和功能。
“组织”用于描述分子之间所形成的生物结构。
这些结构包括蛋白质分子、DNA、RNA分子和糖分子等。
结构生物学可用来研究蛋白质和RNA三维结构中的结构一致性和相似性,为生物学家研究生物体的基本功能过程提供了基本的证明。
二、1.生物物理学和疾病相关分子研究生物物理学中的分子光谱学，如红外光谱，可以用来观察生物分子之间的相互作用。
例如，该技术可以用于观察蛋白质的折叠过程，以及疾病细胞中蛋白质的保护机制。
这对深入了解疾病的分子机制十分重要。
2.结构生物学与药学的结合许多疾病的发生可以归因于如蛋白质分子等特定分子的功能异常。
一些通过结构生物学手段分离出的蛋白质，药物的理化性质得以评估。
这能够评估出接受药物的蛋白质的稳定性并且坚定了应当倾向于哪种药物。
结构生物学可以定位药物如何与生物分子交互影响其功能，而药学则是将这种影响转换为更好的疗效。
3.生物物理学在疾病诊断中的应用生物物理学的研究也能够提供如血红蛋白、淀粉样蛋白等，分子的物理性质的详细描述。
这些描述可用来诊断某些疾病如白血病等，以及指导了解疾病体系的物理属性。
4.结构生物学和疾病相关分子研究结构生物学可用于探讨疾病与其强相关蛋白质分子之间的相互关系。
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我国分子生物物理学(结构分子生物学)30年(1959-1989)-(2)From /bio80/article_35030.htm3.生物分子毫微秒荧光光譜学===================================================================江寿平研究组 中科院上海生物化学研究所阮康成 连少辉 陈立群 黄天筠81年该组成功试制了我国第一台毫微秒荧光譜计(孙炳荣参加),在国内首先应用毫微秒荧光譜技术研究生物大分子,特别是含有血红素的蛋白质和酶在溶液中的构象,能量转移及其相互作用的动态过程.用毫微秒脉冲荧光光譜技术探讨了牛血红蛋白，豆血红蛋白和辣根过化酶等毫微秒荧光譜, 首先系统深入地研究了这些蛋白辅基结合区分子的构象与构象的动态变化, 证实了它们具有强的疏水性。
阐明了它们构象变化和疏水特性的关系; 构象变化和活性的关系;构象变化和活性中心柔韧性; 结合区构象的差异和疏水性的相对大小; 及构象受环境影响变化的规律等, 提出用稳态光谱方法未能和其它技术难以得到的一些重要信息。
开辟了我国生物分子毫微秒荧光光譜学领域。
还和大学, 研究所, 医学单位等合作利用1,8-ANS作萤光探针,通过毫微秒萤光技术研究了辣根过氧化物酶的同功酶B、C的疏水区域构象与特性,测得HRP(C)分子中的疏水区域的疏水性比牛血红蛋白分子中的要弱,比肌红蛋白分子中的要强;HRP(B)的疏水区的疏水性要略强于HRP(C)的。
还研究了溶液的pH条件及不同浓度的脲对该疏水区构象的影响,观察到牛血红蛋白一样,1Mal.的脲使血红素结合区的疏水性增强,1Mal.以上浓度的脲却使该区域疏水性减弱。
在不同的pH条件下,血红素结合区域的疏水性亦有变化,其中,pH7条件下该区的疏水性最强。
还用毫微秒荧光光譜研究正 常血红蛋白M是导致遗传性高铁血红蛋白血症的一种异常血红蛋白和血卟啉光敏诊治癌症的作用机理等,其中个别工作 获得中国科学院科技成果奖。
荧光技术/article/baike/1002/2008/200805141487130_2.html/article/baike/1002/2008/200805141487130_2.html电子书(供参考)1.荧光实验技术及其在分子生物学中的应用.郭尧君/f/7926462.html/?MQ85CYTAQ1QRFAHZRL6C/source/1723366/ziliao/sort/7/16905.html/shared/yz117cv9332.实用荧光分析法/bbs/showtopic-8076.html/f/7926462.html3.荧光分析法 第三版 许金钩 王尊本 2006/p-60592109.html4.荧光实验技术及其在分子生物学中的应用/?MQ85CYTAQ1QRFAHZRL6C/source/17233665.激光光谱分析法/showtopic-37624.aspx/f/5923744.html?from=isnom/f/5186383.html6.Fluorescence Spectroscopy In Biology:Advanced Methods and their Applicationsto Membranes, Proteins,DNA, and Cells/indexCF/home/MyDocumentDown.aspx?MSAutoID=158563/show/download/shtml/037654.shtml7.An Introduction To Fluorescence Spectroscopy/source/17663379.Handbook of Single Molecule Fluorescence Spectroscopy/source/156874010.Fluorescence Spectroscopy In Biology:Advanced Methods and their Applicationsto Membranes, Proteins,DNA, and Cells/indexCF/home/MyDocumentDown.aspx?MSAutoID=158563/show/download/shtml/037654.shtml11.Modern Optical Spectroscopy/p-75188471.html12.Spectroscopy for the Biological Sciences/p-70833635.html13.Two-dimensional optical spectroscopy(2009)/p-75470088.html14.Femtosecond Real-Time Spectroscopy of Small Molecule../p-32195958.html15.Nanosecond Time-Resolved Fluorescence Spectroscopy16.Time Resolved Spectroscopy17.Time Resolved Spectroscopy in biological molocules18. 绿色荧光蛋白性质,应用,实验手册 eng/p-58563301.html19-20 Time-Resolved Fluorescence Spectroscopy.rar21.分子生物物理学/p-7378374.html22.分子生物物理学/p-2603345.html23.分子生物物理学/p-18991073.html24.生物化学和分子生物学/p-5288681.html25.生物物理技术综述/p-17887587.htm26.生物化学与分子生物学原理/bbs/viewthread.php?tid=2714278&fpage=1/p-38678942128.html/p-7007236.html/Software/Catalog141/32282.html====================================================================4.生物大分子穆斯堡尔谱学=====================================================================江寿平研究组 中国科学院上海生物化学研究所陈立群 阮康成 连少辉 黄天筠夏元复 丁晓琦; 刘荣川; 王述新; 施士元等 南京大学物理系顾元吉 杨燮龙等 华东师范大学物理系陈薇 中国科学院上海植物生理研究所首先合作应用穆斯堡尔效应对生物铁卟啉大分子等的结构和性质作系统研究,,国外也少见,开辟了我国生物分子穆斯堡尔谱学领域。
1.原卟啉铁在不同环境下电子结构的穆斯堡尔谱研究:从两种价态的原卟啉铁络合物在不同环境条件下的穆斯堡尔谱测定表明,(1)只有在酸性环境下的三价原卟啉铁其穆斯堡尔谱为不对称四极分裂双峰,这提示其配位价2.铁卟啉的穆斯堡尔研究:用穆斯堡尔谱学方法研究了不同环境中铁卟啉的情况,发现铁卟啉所处溶液的性质不同导致穆斯堡尔参数发生变化,即铁离子的状态发生了改变。
3.马脾铁蛋白贮铁功能的穆斯堡尔谱研究 : 从比较铁蛋白和模拟化合物的穆斯堡尔谱讨论了铁蛋白分子内腔铁盐聚积作用的机制。
从它们的图谱和各参数的类似性说明铁蛋白内腔铁盐的聚积可能仅是一种化学过程。
4.天然和人工重合成马脾铁蛋白内腔铁核结构的穆斯堡尔谱研究:比较了天然和人工重合成铁核的马脾铁蛋白以及模拟化合物的穆斯堡尔谱,由此探讨了铁蛋白分子内腔铁核的结构和形成机制。
结果表明:它们的穆斯堡尔谱和各参数值均很接近。
5.辣根过氧化物酶(HRP)珠蛋白对辅基卟啉铁电子结构影响的穆斯堡尔谱研究(1)从化学法~(57)Fe增半的HRP因变性因素作用导致穆斯堡尔谱和酶活性的改变,探讨了珠蛋白对辅基中卟啉铁电子结构的影响。
结果表明,当HRP部分变性后其穆斯堡尔谱的四极分裂双峰没有改变,但在谱线中部出现类似游离辅基卟啉铁的附加峰。
(2)铁卟啉蛋白的辅基结构绝大部分为原卟啉-ix ,铁卟啉蛋白主要通过辅基中卟啉铁的价态、自旋态和络合状态的变化来实现其生物功能。
这就是说,因蛋白部分不同卟啉铁可以有携带氧气、传递葱电子和催化氧化莎等完全不同 的生物功能。
6.不同条件下培养的衣藻中含铁生物分子组分及相对含量的穆斯堡尔谱学研究对衣藻整体细胞作了~(57)Fe的穆斯堡尔谱测量。
由在各种不同光照诱导条件下和具有不同含量KNO_3的培养基中生长的衣藻的穆斯堡尔谱,结合生化分析,对衣藻中含铁生物分子的可能组分及其相对含量与生长条件。
穆斯堡尔效应及其应用 夏元复等编 原子能出版社，1984穆斯堡尔谱学 马如璋 徐英庭 1996/thread-489-1-1.html/f/6651951.html?retcode=0/d/d0ba16a7888fe8e050c0ad0e76c1d778e0f2b640e8a8b500穆斯堡尔谱/p-27326186.html穆斯堡尔谱学研究现状及发展趋势·/sficcn/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=19880322&flag=1&journal_id=sficcn穆斯堡尔谱学资料.rar/showtopic-9643.aspxIntroduction to Mossbauer Spectroscopy/membership/networking/interestgroups/mossbauerspect/intropart1.asp.穆斯堡尔谱学-成昭华/p-81059244.htmlBiophysics电子书(供学习参考)1.Biophysics Kluwer Academic. 2002./source/30402152.Biophysics.-.N.Gautham.pdf/user/vi1sun/file/11792593.biophysics.4th.ed.-.oland.Glazer/user/vi1sun/file/11792074.Molecular and Cellular Biophysics/source/15255565.Molecular Biophysics/p-18991073.html6.Fundamental Principles of Membrane Biophysics/p-25825281.htm7.Physics for Scientists and Engineers 6th ed./?5A2R7GB7MJ3IHY42FNAS8.Fundamental Concepts in Biophysics 2009/files/XH3P2IMF/1588299732.rar.html9.Advanced Techniques in Biophysics -2006==================================================5. 生物分子核磁共振(NMR)波谱学====================================================江寿平研究组 中国科学院上海生物化学研究所黄天钧 阮康成 吴伟雄 宣建成 连少辉 陈立群合作单位李育辉 宋国强等 中国科学院上海上药物研究所黄永仁等 上海华东师范犬学物理系1981-1985年开展核酸分子溶液构象,核酸分子与金属离子和其它分子相互作用,环状GMP热力学常数等的二维 DQ核磁共振研究,还结合理论计算。