第一篇 分子生物学基本原理
分子生物学的基本概念和原理
分子生物学的基本概念和原理分子生物学是研究生命体系中分子层面的结构、组成和功能的学科。
它是生命科学中一门重要的学科，对于我们理解生命的构成和功能具有关键性的作用。
本文将介绍分子生物学的基本概念和原理。
一、DNA的结构与功能DNA是分子生物学研究的重点之一。
DNA是一种双螺旋结构的分子，由四种碱基（腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、鸟嘌呤G和胞嘧啶C）组成。
碱基通过氢键形成配对规则，A与T之间有两个氢键，G与C之间有三个氢键。
这种配对规则赋予了DNA复制和遗传信息传递的基本原理。
DNA分子具有自我复制的能力，这是生命的基础之一。
DNA复制是通过DNA聚合酶在双链DNA模板上合成新的互补链。
复制的过程保证了遗传信息的传递，并使细胞可以一分为二进行分裂。
除了复制，DNA还可以发挥转录和翻译的功能。
在转录过程中，DNA的一条链作为模板合成RNA分子。
而RNA分子则可以进一步参与到翻译过程中，通过三个核苷酸一组（称为密码子）编码的方式来合成特定的氨基酸链，形成蛋白质。
这一过程被称为中心法则。
二、基因的表达调控基因是具有遗传信息的DNA片段，它们指导了蛋白质的合成和其他生物分子的功能。
分子生物学研究发现，基因的表达调控是细胞自我调节的重要机制。
在转录过程中，转录因子与DNA序列上的特定位置结合，调控基因的转录活性。
转录因子可以是激活子（增强子）或抑制子，它们通过与RNA聚合酶和其他调控蛋白相互作用来调节基因的表达水平。
此外，DNA的甲基化修饰对基因表达也起到重要的影响。
DNA甲基化是指在DNA分子中加入甲基基团，这一修饰可以阻止转录因子与DNA结合，从而抑制基因的表达。
甲基化修饰在胚胎发育、细胞分化和疾病发生中都扮演着重要的角色。
三、PCR技术的应用聚合酶链反应（PCR）是分子生物学研究中一种非常重要的技术，它可以快速复制并扩增DNA片段。
PCR技术通过反复进行多轮温度循环，使DNA序列在不断复制的同时，得到大量可供研究的DNA样本。
分子生物学的基本原理与应用
基因结构
01
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，
负责合成蛋白质。
表达调控
02
基因表达受多种因素调控，包括转录因子、表观遗传修饰和
microRNA等。
顺式作用元件与反式作用因子
03
顺式作用元件是DNA上的特定序列，可与反式作用因子结合，
共同调控基因表达。
DNA复制与修复机制
DNA复制
DNA复制遵循半保留复制原则，通过 DNA聚合酶等酶类实现。
修复机制
DNA损伤可通过多种修复机制进行修复 ，包括直接修复、切除修复和重组修复等 。
复制与修复的关系
DNA复制过程中可能出现错误配对和损 伤，需要依赖修复机制进行纠正。
RNA转录与加工过程
RNA转录
以DNA为模板合成RNA的 过程，包括起始、延长和
分子生物学的基本原理与应用
汇报人：XX
2024-02-05
CONTENTS
• 分子生物学概述 • 分子生物学基本原理 • 分子生物学技术应用 • 分子生物学在医学领域应用 • 分子生物学在农业领域应用 • 分子生物学未来发展趋势
01
分子生物学概述
分子生物学定义与特点
分子生物学定义
分子生物学是一门从分子水平研究生物大分子的结构和功能的科学，主要关注 DNA、RNA和蛋白质等生物大分子的复制、转录、翻译和调控等过程。
本步骤。
PCR技术应用
包括常规PCR、实时荧光定量 PCR、多重PCR、反向PCR等， 用于DNA片段扩增、基因定量分
析、基因突变检测等。
注意事项
PCR实验过程中需注意避免污染 、优化反应条件、选择合适引物
和探针等。
基因芯片与高通量测序技术
分子生物学基础知识
前言中心法则：第一章PCR一、概念：PCR(聚合酶链式反应，Polymerase Chain Reaction）是利用DNA在体外摄氏95°高温时变性会变成单链，低温（经常是60°C左右）时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度（72°C左右），DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互补链。
二、原理：DNA的半保留复制是生物进化和传代的重要途径。
双链DNA在多种酶的作用下可以变性解旋成单链，在DNA聚合酶的参与下，根据碱基互补配对原则复制成同样的两分子挎贝。
在实验中发现，DNA在高温时也可以发生变性解链，当温度降低后又可以复性成为双链。
因此，通过温度变化控制DNA的变性和复性，加入设计引物，DNA聚合酶、dNTP就可以完成特定基因的体外复制。
PCR技术的基本原理类似于DNA的天然复制过程，其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。
PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成：①模板DNA的变性：模板DNA经加热至95℃左右一定时间后，使模板DNA 双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离，使之成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应作准备；②模板DNA与引物的退火（复性）：模板DNA经加热变性成单链后，温度降至60℃左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合；③引物的延伸：DNA模板--引物结合物在72℃、DNA聚合酶（如Taq DNA聚合酶）的作用下，以dNTP为反应原料，靶序列为模板，按碱基互补配对原则与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链，重复循环变性--退火--延伸三过程就可获得更多的“半保留复制链”，而且这种新链又可成为下次循环的模板。
每完成一个循环需2～4分钟，2～3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。
三、引物PCR反应中有两条引物，即5′引物和3′引物。
设计引物时以一条DNA单链为基准（常以信息链为基准），5′端引物与位于待扩增片段5′端上的一小段DNA 序列相同；3′端引物与位于待扩增片段3′端的一小段DNA序列互补。
第一篇 分子生物学基本原理(共57张PPT)
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。
分子生物学的基本原理与方法
分子生物学的基本原理与方法分子生物学是研究生物分子结构、功能和相互作用的学科，是现代生物学的重要分支。
本文将介绍分子生物学的基本原理和常用的实验方法。
一、分子生物学的基本原理分子生物学的基本原理是基于遗传物质DNA的复制、转录和翻译过程。
DNA是生物体内的遗传物质，它携带了生物个体的遗传信息。
DNA的复制是指DNA分子通过自我复制过程，使得每个新合成的DNA分子与原始DNA分子具有相同的遗传信息。
转录是指DNA通过酶的作用，产生RNA分子的过程。
转录产生的RNA可以是信使RNA （mRNA）、转运RNA（tRNA）或核糖体RNA（rRNA），这些RNA 分子在翻译过程中发挥重要的作用。
翻译是指RNA分子通过核糖体的作用，将RNA上的密码子翻译成氨基酸序列，合成蛋白质。
分子生物学的基本原理还包括基因的表达调控机制。
基因表达是指基因通过转录和翻译过程产生蛋白质的过程。
在这个过程中，细胞内的信号分子会识别和结合到基因的启动子区域，调控基因的转录水平。
转录因子是一种可以结合到启动子区域的蛋白质，它们可以促进或抑制基因的转录过程。
此外，还有一些表观遗传学的机制，如DNA甲基化和组蛋白修饰等，也参与了基因的表达调控。
二、分子生物学的基本方法1. DNA提取：DNA提取是从生物体组织或细胞中分离纯化DNA的过程。
常用的DNA提取方法包括酚-氯仿法、盐析法和柱层析法等。
2. 聚合酶链式反应（PCR）：PCR是一种用于增加DNA片段数量的方法，它可以在体外通过模拟DNA复制过程，快速地合成大量特定DNA序列。
PCR可以应用于基因检测、DNA序列扩增和基因克隆等领域。
3. 凝胶电泳：凝胶电泳是分子生物学中常用的实验方法，可以将DNA、RNA或蛋白质根据其大小和电荷迁移率分离。
通过观察样品在凝胶上的迁移情况，可以判断目标分子的大小和纯度。
4. 蛋白质表达与纯化：蛋白质表达与纯化是分子生物学中用于获得特定蛋白质的方法。
分子生物学的基本原理
分子生物学的基本原理分子生物学是研究生物体内分子水平上的生命现象和机制的学科。
它深入研究细胞内部的分子组成、结构和功能以及分子间的相互作用，以揭示生物体的生命活动和遗传信息传递的基本原理。
分子生物学有助于我们更好地理解生命的奥秘，推动生物医学研究和疾病治疗的发展。
基本原理之一是DNA的结构和功能。
DNA（脱氧核糖核酸）是生物体中保存遗传信息的分子。
它由两条螺旋状的链组成，这两条链通过碱基配对（腺嘌呤和胸腺嘧啶之间的双氢键，鸟嘌呤和胞嘧啶之间的三氢键）相互连接。
DNA的碱基序列决定了生物体的基因信息，它们通过DNA复制过程在细胞分裂时被复制和传递到下一代。
基本原理之二是蛋白质的合成和功能。
蛋白质是生物体中最重要的分子构造和功能执行者。
蛋白质的合成是基于DNA的遗传信息，经过转录和翻译过程而实现。
转录将DNA上的信息转录成RNA（核糖核酸），而翻译则根据RNA的信息合成特定的蛋白质。
蛋白质的合成受到多个调控机制的控制，包括转录因子和信号分子的作用。
蛋白质可以通过特定的结构和功能参与到细胞的代谢、信号传导、运输和组织结构等生命活动过程中。
基本原理之三是基因调控。
基因调控是维持细胞功能和分化的重要机制。
通过在转录水平上调控基因的表达，细胞可以对外界环境的变化做出响应并执行特定的功能。
基因调控机制包括转录因子和核酸酶的作用，通过与DNA结合和调控启动子区域上的转录活性来控制基因的转录水平。
此外，还存在着DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传调控方式，它们通过改变染色质的结构和可及性来影响基因的表达。
基本原理之四是细胞信号传导。
细胞相互之间和细胞内部的信号传导是细胞功能调节的关键。
细胞可以通过膜受体的激活和细胞内信号分子的转导来接受外界环境的信息，并进行相应的反应。
细胞信号传导的分子基础包括蛋白质激酶、腺苷酸环化酶和细胞内钙离子等。
细胞信号传导网络可以将外界刺激转化为细胞内生物学效应，如细胞增殖、分化、凋亡和应激反应等。
分子生物学的基本原理
分子生物学的基本原理分子生物学是研究生物体内分子水平的结构、功能和相互作用的科学领域。
它以分子为单位研究生命现象，揭示生物体的基本原理和机制。
本文将介绍分子生物学的基本原理，包括核酸结构、蛋白质合成、基因调控等内容。
一、核酸结构核酸是生物体内重要的分子，包括DNA和RNA。
DNA是遗传信息的载体，RNA则参与基因表达过程。
核酸分子由碱基、糖分子和磷酸分子组成。
DNA的碱基有腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C），RNA中的胸腺嘧啶被尿嘧啶（U）取代。
糖分子是脱氧核糖（DNA）或核糖（RNA），磷酸分子连接糖分子形成链状结构。
DNA由两条互补的链通过碱基间的氢键相互连接而形成双螺旋结构。
二、蛋白质合成蛋白质是生物体内最重要的分子之一，它具有结构和功能多样性。
蛋白质的合成是由基因通过转录和翻译两个过程来实现的。
在转录过程中，DNA的一条链作为模板合成mRNA分子，mRNA分子带着DNA的遗传信息离开细胞核，进入细胞质。
在翻译过程中，mRNA通过核糖体作为模板，被tRNA逐个配对携带的氨基酸连接在一起，形成多肽链。
多肽链经过折叠和修饰后，成为功能完整的蛋白质分子。
三、基因调控基因调控是指在生物体内控制基因表达的过程。
通过基因调控能够使细胞在不同的发育阶段或环境条件下表达适合的基因。
基因调控主要通过转录调控和转录后调控两个层面来实现。
转录调控是在转录过程中通过调节RNA聚合酶的结合，使得基因的转录速率增加或减少。
转录后调控是在mRNA合成后，通过RNA剪接、RNA编辑、mRNA 稳定性和翻译效率等方式调控蛋白质的合成。
四、分子互作生物体内的分子之间常常存在相互作用关系，这些相互作用可影响分子的结构和功能。
蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸、蛋白质与小分子等之间的相互作用是分子生物学研究的重要内容。
这些相互作用可以通过静电力、氢键、范德华力和疏水效应等方式实现。
相互作用的强度和方式不同，会导致分子在三维空间中的构型和功能发生改变。
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。
分子生物学第一篇基因表达调控和蛋白质修饰
分子生物学第一篇: 基因表达调控和蛋白质修饰基因组(Genome): 生物个体所携带遗传性物质的总量。
即细胞中的DNA总量，或病毒的DNA或RNA量“C值悖论”(C-value paradox): C值:一种生物细胞中特异不变的DNA总量（单倍体基因组）。
物种的C值和它进化的复杂性之间没有严格的对应关系，这种现象称为C值悖论。
基因表达(Gene expression): 在一定调控机制下基因经过激活、转录、翻译、等过程产生具有生物学功能分子从而赋予细胞一定功能或表型，即基因的转录和翻译的过程。
基因表达调控（Regulation of gen expression): 细胞或生物体接受环境信号刺激或适应环境营养状况变化在基因表达水平上作出应答的分子机制。
这包括对表达基因种类和数量上的调调控。
基础基因表达(basic gene expression)：又称持续性/组成型基因表达(constitutive gene expression）: 不易受环境变化而改变的基因表达。
这其中包括一类“管家基因(housekeeping genes)”, 这类基因产物是细胞生存活动所必需的，在个体各生长阶段都表达。
可调节基因表达(regulated gene expression):易受环境变化而改变的基因表达。
对环境应答时被增强表达的过程称为诱导(induction), 被激活的基因称为可诱导基因(inducible genes)；对环境应答时被抑制表达的过程称为阻遏repression)，被抑制的基因称为可阻遏基因(repressible genes)基因表达规律:组织特异性(tissue specificity) 时间特异性(temporal specificity)基因表达调节的生物学意义:(一) 适应环境，维持生长和增殖(二) 维持个体发育与分化.真核细胞的结构特性:1、庞大基因组，结构复杂，大量重复序列，基因组大部分是非蛋白质编码的序列，基因内部常被内含子(intron)隔开2、结构基因转录产物是一条单顺反子(monocistron) mRNA,基本上没有操纵元件的结构，而且真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽链形成的亚基构成的，涉及到多个基因的协调表达。
分子生物学的基本原理与方法
分子生物学的基本原理与方法分子生物学是研究生物体各种生命过程和遗传信息传递的分子基础的学科。
它通过分析和研究生物体内的分子结构、功能和相互作用，揭示了生命现象的本质和规律。
本文将介绍分子生物学的基本原理和方法，包括DNA、RNA、蛋白质等分子的结构和功能，以及PCR、克隆、蛋白质质谱等分子生物学实验技术。
一、DNA的结构和功能DNA是生物体内储存遗传信息的分子，它由核苷酸组成，每个核苷酸包括一个糖分子、一个磷酸分子和一个碱基分子。
DNA的结构是双螺旋状的，由两条互补的链组成，链之间通过碱基配对（腺嘌呤和胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶）紧密结合。
DNA的功能是编码遗传信息和传递遗传信息，通过DNA复制和转录，遗传信息可以传递给RNA。
二、RNA的结构和功能RNA是DNA的转录产物，也是生物体内编码蛋白质的分子。
与DNA类似，RNA也是由核苷酸组成的，但与DNA不同的是，RNA含有核糖糖分子而非脱氧核糖糖分子。
RNA分为mRNA、rRNA和tRNA等不同类型，它们分别参与基因的表达和蛋白质的合成。
mRNA是一种编码蛋白质的模板，rRNA是核糖体的组成部分，tRNA则负责将氨基酸运送到核糖体上。
三、蛋白质的结构和功能蛋白质是生物体内最重要的功能分子，它们参与几乎所有生命过程。
蛋白质是由氨基酸组成的多肽链，氨基酸通过肽键连接在一起。
蛋白质的结构可以分为四个层次：一级结构是指氨基酸的线性序列，二级结构是指α螺旋和β折叠等局部二维结构，三级结构是指整个蛋白质的三维结构，四级结构是指多个蛋白质互相作用形成复合物的结构。
蛋白质的功能包括酶催化、结构支持、信号传导、免疫应答等。
四、PCR技术PCR（聚合酶链反应）是一种用于扩增DNA的技术。
它基于DNA的复制原理，通过加热使DNA双链解开，然后引入两个引物（即DNA复制的起始点），加入DNA聚合酶等反应物，使得DNA在不断的循环加热和降温中反复复制，从而迅速扩增目标DNA片段。
分子生物学中的基本原理和技术
分子生物学中的基本原理和技术分子生物学是一门研究生物学分子机制的学科，它的出现和发展促进了现代生物学和医学领域的很多进展。
分子生物学的研究涉及到基因、蛋白质、核酸等许多分子，其高精度、高效性、高灵敏度的技术极大地推动了从基础科学到应用研究的发展。
在这篇文章中，我们将探讨分子生物学中的基本原理和技术的相关内容。
I. 基因的本质在分子生物学中，基因被认为是遗传信息的基本单位。
经典遗传学根据对物种的变异和选择研究，认为基因是控制性状传递的“元件”。
而在分子水平上，基因被定义为DNA序列，它包含着指导蛋白质合成的遗传信息。
II. DNA复制和转录的过程DNA复制和转录是分子生物学研究中的重要过程。
DNA复制是指DNA分子在细胞分裂过程中的复制过程，其包含着一系列的步骤。
而DNA转录则是指RNA分子的合成过程，与DNA复制相比，它需要一系列的转录因子和启动子序列的参与。
III. 蛋白质翻译和调控蛋白质是细胞机体结构和功能的基础，其翻译和调控是分子生物学研究的关键。
蛋白质的翻译需要涉及一系列的RNA分子和蛋白质因子的参与。
同时，蛋白质的翻译也受到多种因素的调节，如转录后修饰、转运和降解等等。
IV. 基因工程技术和CRISPR/Cas9基因工程技术是分子生物学发展的里程碑，它通过对基因序列的加工和修饰，可以实现精准基因编辑和调控。
在目前基因工程技术中，CRISPR/Cas9系统是最受关注的技术之一。
CRISPR/Cas9系统基于微生物天然防御机制，通过设计和合成寡核苷酸序列来精准切割和编辑基因序列。
V. 质谱分析和高通量测序技术质谱分析和高通量测序技术是分子生物学中广泛应用的技术。
质谱分析技术主要应用于蛋白质和代谢物的定性和定量分析，而高通量测序技术则主要用于大规模基因组和转录组的测序和分析。
这两种技术的高通量、高灵敏度和高准确度，为分子生物学研究提供了强有力的支持。
总结分子生物学中的基本原理涉及到基因、蛋白质、核酸等分子的复制、转录、翻译、调控等多个过程。
分子生物学(杨建雄)
分子生物学（杨建雄）第一章绪论分子生物学1.概念广义：在分子水平上研究生命现象，或用分子的术语描述生物现象的学科侠义：在核酸与蛋白质水平上研究基因的复制，基因的表达和调控，及基因的突变与交换的分子机制2.研究内容：①以某物种全套基因表达产物的结构和功能②基因传递和表达的途径③基因表达的调控3.三大原则①构成生物大分子的单体是相同的——共同的核酸语言（Nt）、共同的蛋白质语言②生物遗传信息的表达的中心法则相同③生物大分子里面，单体（核苷酸、氨基酸）的排列是不同的4.分子生物学的兴起①Mendel 豌豆杂交实验总结了基因的分离定律和自由组合定律表明生物的遗传性状是由独立的遗传因子决定，这些遗传因子后来被称作基因②遗传的染色体学说，染色体是基因的载体证实：1910年Morgan 利用果蝇进行遗传学实验发现了基因的连锁规律③“一个基因一个酶”假说1941年George Beadle和Edward Tatum 以红色面包霉为研究对象④核素1869年瑞士Miescher他的学生Altmann提出了核酸的概念⑤1910年德国Kossel 首次分离得到单核苷酸，并阐明核酸的主要成分是核糖、磷酸和碱基⑥1924年德国Feulgen 发现核酸中的糖有核糖和脱氧核糖两种，并根据核酸所含核糖的不同，将核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸⑦1929年Kossel学生Levine发现核酸中的碱基主要是腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶。
还证明核酸是由核苷酸组成的，而核苷酸是由碱基、核糖、磷酸组成的⑧1944年Avery通过肺炎链球菌转化实验证明基因是由DNA构成的1952年Hershey和Chase 利用噬菌体感染细菌实验，证实了DNA是遗传物质⑨1950年Chargaff指出DNA中四种碱基的比例关系：A/T=G/C=1⑩1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型（分子生物学兴起的标志）5.分子生物学的发展①关于基因的复制1958年Meselson和Stahl 同位素实验证实DNA复制的半保留机制1956年Arthur Kornberg 等首先在大肠杆菌中发现了DNA聚合酶Ⅰ1989年Greider等发现端粒酶是以内源性RNA为模板的逆转录酶②关于基因的转录1955年Brachet 洋葱根尖和变形虫实验、Hall和Spiegelman T2噬菌体DNA-RNA杂交实验证实蛋白质合成模板是RNA；1958年Crick提出著名的中心法则1960年Weiss和Hurwitz 发现RNA聚合酶③关于基因的翻译1954年Gamow 推测遗传密码是三联体1961年Crick，Barrett和Brenner等用插入和缺失突变证实了遗传密码是三联体Nirenberg和Khorana破译遗传密码④关于基因表达的调控1961年Jacob和Monod提出基因表达的操纵子学说1976年Tonegawa 发现免疫球蛋白的体细胞重组机制......⑤基因过程的兴起1964年Holliday 提出了DNA重组模型DNA连接酶、逆转录酶、限制性内切核酸酶等加速分子生物学发展进程的一项“简单而晚熟”技术聚合酶链反应（PCR）技术1985年Mullis第二章核酸的结构和功能DNA是主要的遗传物质1869年瑞士Miescher 从细胞核中分离出含磷很高的酸性化合物，称为核酸1889年他的学生Altmann提出了核酸的概念1910年德国Kossel 首次分离得到单核苷酸，并阐明核酸的主要成分是核糖、磷酸和碱基1924年 德国 Feulgen 发现核酸中的糖有核糖和脱氧核糖两种，并根据核酸所含核糖的不同，将核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸1929年 Kossel 学生 Levine 发现核酸中的碱基主要是腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶。
分子生物学的基本原理和应用
分子生物学的基本原理和应用随着科技的发展和生物学知识的增加，分子生物学的研究成为了相对热门的领域。
它是指研究生物大分子（如核酸、蛋白质等）在分子层面上的生物学领域。
分子生物学涉及的领域较广，包括基因组学、基因治疗、分子进化、遗传学等等。
本文旨在介绍分子生物学的基本原理和其应用。
1. 基本原理1.1 DNA和RNA分子生物学的核心在于DNA和RNA，它们是构成生命的基础单位。
DNA和RNA都是由核苷酸序列组成的长链分子，但它们的结构和功能存在一定的差异。
DNA是双螺旋结构的分子，由4种不同的核苷酸组成（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鸟苷酸），其中的A和T、C和G之间可以形成互补碱基对（A-T、C-G），A-T之间通过两个氢键结合，C-G之间通过三个氢键结合。
这种互补基序列对分子杂交、PCR等很多技术都提供了理论基础。
RNA也是由核苷酸组成的，但它只有单链结构，而且U（尿嘧啶）取代了T。
在DNA中，U和A之间也可以形成互补碱基对。
RNA的功能包括mRNA（信使RNA，转录DNA中的基因信息）、rRNA（核糖体RNA，形成核糖体的重要组成部分）和tRNA（转运RNA，在翻译中将氨基酸带到蛋白质链上）等。
1.2 蛋白质和翻译DNA和RNA中的核苷酸序列不是直接决定生命的特性，它们需要通过翻译过程转化为蛋白质。
蛋白质是生命体中最重要的分子之一，它们是其他生物分子（如酶、激素和抗体）的组成部分，也是生命体机能的关键因素。
蛋白质由氨基酸构成的长链分子，在翻译过程中，tRNA将氨基酸带到ribosome上，之后根据mRNA中的核苷酸序列，ribosome每次选取三个核苷酸，根据密码子表，选择对应的氨基酸连接到蛋白质链中。
这个过程包括三个基本步骤：启动、延长和终止。
蛋白质将按照这种方式一直合成，直到达到终止密码子。
这种过程的理解对于很多关键技术，例如基因工程和药物设计，具有重要意义。
2. 应用2.1 基因剪辑基因剪辑是一种新型的基因编辑方式，它可用于根据需要改变DNA的任何部分。
《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。
分子生物学原理教案
分子生物学原理教案第一章：分子生物学概述1.1 分子生物学的定义与发展历程1.2 分子生物学的研究内容与方法1.3 分子生物学在生物科学和生物技术领域的应用第二章：DNA双螺旋结构2.1 DNA双螺旋结构的发现2.2 DNA双螺旋结构的组成与特点2.3 DNA双螺旋结构的意义第三章：DNA复制与转录3.1 DNA复制的原理与过程3.2 转录的原理与过程3.3 复制与转录的调控机制第四章：蛋白质生物合成4.1 蛋白质合成的原料——氨基酸4.2 蛋白质合成的过程——翻译4.3 蛋白质合成后修饰与分泌第五章：分子生物学技术5.1 分子克隆技术5.2 聚合酶链反应（PCR）5.3 基因测序技术5.4 蛋白质分离与鉴定技术第六章：基因表达调控6.1 基因表达调控概述6.2 转录因子的作用与调控6.3 表观遗传学与基因表达调控第七章：基因编辑技术7.1 基因编辑技术的发展历程7.2 CRISPR/Cas9基因编辑技术原理与操作步骤7.3 基因编辑技术在生物科学研究中的应用及前景第八章：蛋白质结构与功能8.1 蛋白质结构的基本层次8.2 蛋白质结构与功能的关系8.3 蛋白质组学与蛋白质功能研究第九章：分子生物学在疾病研究中的应用9.1 分子生物学在传染病研究中的应用9.2 分子生物学在慢性病研究中的应用9.3 分子生物学在肿瘤研究中的应用第十章：生物技术在农业、医药和环境领域的应用10.1 生物技术在农业领域的应用10.2 生物技术在医药领域的应用10.3 生物技术在环境保护领域的应用第十一章：生物信息学与分子生物学11.1 生物信息学的定义与发展11.2 生物信息学在分子生物学研究中的应用11.3 生物信息学工具与数据库的使用第十二章：高通量测序技术12.1 高通量测序技术的发展12.2 next-generation sequencing（NGS）的工作原理12.3 高通量测序在分子生物学研究中的应用第十三章：蛋白质相互作用与网络13.1 蛋白质相互作用的基本概念13.2 研究蛋白质相互作用的实验方法13.3 蛋白质相互作用网络与疾病关联第十四章：分子生物学在生物制药中的应用14.1 重组蛋白药物的制备14.2 基因治疗与细胞治疗14.3 生物制药的挑战与未来发展趋势第十五章：分子生物学伦理与法规15.1 分子生物学研究的伦理问题15.2 基因隐私与数据保护15.3 分子生物学研究的法规与政策重点和难点解析重点：1. 分子生物学的定义与发展历程，研究内容与方法。
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二、质粒
㈠质粒的一般特性： 1. 质粒是存在于细菌细胞中独立于染色体之外的自主 复制的遗传成分。绝大多数的质粒都是由环形双链 DNA组成，极少发现线性质粒和RNA成分的质粒。质 粒的大小差别很大，小的质粒分子量约为106，仅编码 2-3个蛋白质，而最大的分子可比它大100倍。 2. 质粒与宿主菌是寄生的关系，质粒离开细菌不能独 立的复制和生存，而细菌离开质粒仍能正常生存。 3. 质粒的存在可以赋予细菌新的遗传特性，这包括抗 性特征、代谢特征、修饰宿主生活方式的因子等，其 中对抗菌素的抗性是质粒最重要的特性。
第一篇
分子生物学基本原理
第一章 基 因
第一节
基因的基本概念 及基因的结构特点
一、核酸是遗传信息的载体
• DNA的结构：
一级结构 二级结构
三级结构
• DNA上主要携带两类遗传信息：
一类是编码信息 另一类是调控信息 真核细胞的DNA中存在着大量的非编码序列
• RNA
RNA分为三类： mRNA；rRNA；tRNA。
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。 • 外显子(exon)：在真核生物的结构基因中， 编码氨基酸的序列称为外显子，它被数个 内含子分隔成数个片段间隔排列。 • 内含子(intron)：在真核生物的结构基因 中，在编码氨基酸序列之间存在着数个非 编码的序列称为内含子。
㈡质粒的遗传控制
质粒带有自己的复制调控系统，可有效的控制 质粒在宿主细胞中的拷贝数量。 质粒还有自己精确的分配拷贝到子细胞中的能 力。 质粒还有控制宿主细胞有丝分裂的能力，以便 确保每个子代细胞中稳定的质粒数目。 高拷贝质粒在细菌中常形成多聚体的形式，在 细菌分裂时，这种多聚体又拆散成单体，控制这一 过程的诸多因子构成了位点特异重组系统。 质粒的不相容性：
⒊ 反应元件(response element)：
也是一种顺式作用元件，但它是专门与细胞的一 些信息分子结合，来调节基因的表达。 反应元件一般仅次于启动子内或增强子内。
⒋ 增强子(enhancer)：
为一段DNA序列，它能与反式作用因子识别、并 结合，起到调节转录（通常是增强）的作用。 增强子可在一个基因存在多个，即可分布在启动 子的上流，也可存在于结构基因内部的内含子或下游。 现在又发现了一些增强子内含负调控序列，称为 负增强子。
㈢质粒的类型
1. 结合型质粒、可移动型质粒和自传递型质粒 2. 严谨型质粒和松驰型质粒 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
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。 根据出现频率的不同，将它们分为三类： 高度重复序列：重复出现1010 中度重复序列：重复出现101-105。 单拷贝序列：
㈡ 顺式调控原件
• 顺式调控元件(cis-acting elements)：与结构基因 表达调控相关，能够被基因调控蛋白特异性识别和 结合的DNA序列。 包括：启动子、上游启动元件、增强子、加尾 信号和一些其它反应元件。 •反式作用元件(trans-acting elements)：一些可以 通过结合顺式元件二调节基因转录活性的蛋白因子。
⒈启动子(promoter):启动子是DNA分子可以 与RNA聚合酶特异识别和结合的部位，启动 子位于结构基因的上游，每个结构基因的上游 都含有一个启动子。 启动子具有高度的保守性，真核基因的 启动子必须与转录因子结合后才能被RNA聚 合酶识别与结合，并启动转录。这一点与原核 细胞不同。 真核细胞的启动子元件是TATA盒(TATA box)，位于转录起始点上游-25bp处。
基因家族在基因组的分布：
一类是基因家族成簇地分布在某一条 染色体上，它们可同时发挥作用，合成某 些蛋白质，如组蛋白基因家族就成簇地集 中在第7号染色体长臂3区2带到3区6带区域 内； 另一类是一个基因家族的不同成员成 簇地分布 在不同的染色体上，这些不同成 员编码一组功能上紧密相关的蛋白质，如 珠蛋白基因家族
基因家族的类型： ⒈ 核酸序列相同
在真核基因组中，编码rRNA和RNA基因的 DNA片段常以这种形式出现。构成染色质中的组 蛋白基因也是一种核苷酸序列相同的DNA序列。
⒉ 核酸序列高度同源
如人生长激素基因家族，包括生长激素、人 胎盘促乳素、催乳素的编码基因。它们之间的同 源性很高，编码蛋白质的氨基酸序列的同源性为 85%，RNA上的同源性为92%，而各个基因的也 未排列在一起。
⒉ 上游启动子元件(upstream promoter element)：
是TATA盒上游的一些特定的DNA序列，反式 作用因子可与这些元件结合，通过参与促进RNA聚 合酶与DNA的结合，调节DAN的转录过程。 常见的上游启动元件包括： CAAT框：位于TATA上游，位置不确定。 GC盒： CACA盒：
基因突变及发生机制:自发突变与诱变 基因突变的类型：转换；颠换 基因突变的后果： 基因突变与疾病的关系： 基因突变导致蛋白质功能降低或丧失
基因突变导致蛋白质活性异常增高 基因表达量过高导致某种蛋白质过量 基因突变导致蛋白质产生过少而不能形成 正常功能
第二章 基因组的结构与功能
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二节 原核生物基因组
二、基因的基本概念
•基因(gene):
是核酸分子中贮存遗传信息的遗传单位，是指 贮存有功能的蛋白质多肽链或RNA序列信息及表达这 些信息所必须的全部核酸序列。 按照此说，基因即包括编码序列，也包括它的调 控序列及内含子和上、下游的非编码序列。 真核生物和原核生物及多数病毒的基因都以DNA 的形式存在，少数病毒（RNA病毒）的基因是以RNA的 形式存在。
㈤真核生物基因组中的转座子 ㈥端粒
端粒(telomere): 以线性结构存在于基因 组端部的一段特殊DNA序列。序列与蛋白质形 成复合结构，存在于每个染色体的末端部， 端粒的功能主要有保护DNA在复制过程 的完整性，同时也是细胞衰老的重要指标。
五、线粒体基因组
• 原核基因组与真核基因组的比较
第三节 病毒基因组
一、病毒基因组核酸的主要类型
1.双链DNA 2.单链正股DNA 3.双链RNA 4.单链负股RNA 5.单链正股RNA
二、病毒基因组的特点
1 ． 病毒基因组大小相差较大 , 与细菌或真核细
胞相比，病毒的基因组很小，但是不同的病毒 之间其基因组相差亦甚大。 如乙肝病毒DNA只有3kb大小，所含信息 量也较小，只能编码 4 种蛋白质，而痘病毒的 基因组有 300kb之大，可以编码几百种蛋白质， 不但为病毒复制所涉及的酶类编码，甚至为核 苷酸代谢的酶类编码，因此，痘病毒对宿主的 依赖性较乙肝病毒小得多。
操纵子(operon)：指数个功能上相关联的结构基因串 联在一起，构成一个信息区，它共用一个上游的调控区和下 游的终止信号，上游的调控区包括启动子(promoter)和操 纵基因(operator)在转录时将几个相联的结构基因一同转录 成RNA，形成的RNA也为多顺反子。
⒋编码顺序不会重叠 ⒌结构基因的序列是连续编码的，不存在内含子， 转录后不需剪切。 ⒍编码区在基因组中占的比例（约50%）多于真核 细胞，但小于病毒基因组。非编码区主要是一些 调控序列。 ⒎重复序列少：原核细胞的结构基因多为单拷贝， 但编码rRNA的基因往往是多拷贝的。 ⒏存在编码同功酶的基因。 ⒐细菌基因组存在着可移动的DNA序列，包括插入 序列和转座子。 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。
• 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。
• 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。
2． 病毒基因组可以由 DNA组成，也可以由 RNA组
成，每种病毒颗粒中只含有一种核酸，或为 DNA 或为RNA，两者一般不共存于同一病毒颗粒中。 组成病毒基因组的 DNA 和 RNA 可以是单链的， 也可以是双链的，可以是闭环分子，也可以是线性 分子。如乳头瘤病毒是一种闭环的双链 DNA 病毒， 而腺病毒的基因组则是线性的双链 DNA, 脊髓灰质 炎病毒是一种单链的 RNA 病毒，而呼肠孤病毒的 基 因 组 是 双 链 的 RNA 分 子 。 一 般 说 来 ， 大 多 数 DNA 病毒的基因组双链 DNA 分子，而大多数 RNA 病毒的基因组是单链RNA分子。
⒌ 加尾信号: 在结构基因的最后一个外显子中有一个保守的 AATAAA序列，这个序列对于mRNA转录终止和加 poly(A)尾是必不可少的。
在此位点的下游有一段GT丰富区或T丰富区， 此区与AATAAA序列共同构成poly(A) 加尾信号。
㈢ 基因家族
基因家族(gene family)的概念：指核苷 酸序列或编码产物的结构具有一定程度同源 性的一组基因。 基因家庭可能是由同一祖先进化来的。 有的基因家族的成员同源性很高，但也有的 基因家族很低。 假基因(pseudogene)：在多基因家族 中，某些成员不能表达出有功能的产物，这 些基因称为假基因，用ψ来表示。