【精品课件】生物信息学中的生物学、分子生物学

印迹法 凝胶→硝酸纤维膜→DNA探针(32P)
DNA印迹法(Southern Blotting) RNA印迹法(Northern Blotting) 蛋白质印迹法(Western Blotting)
Southern印迹杂交（Southern blot）是1975 年由英国人southern创建，是研究DNA图谱的基 本技术，在遗传病诊断、DNA图谱分析及PCR产 物分析等方面有重要价值。
分离大分子DNA的方法。
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变性梯度电泳 DGGE
温度梯度电泳 TGGE
二维凝胶电泳
二维聚丙烯酰胺凝胶电 泳技术结合了等电聚焦 技术（根据蛋白质等电 点进行分离）以及SDS －聚丙烯酰胺凝胶电泳 技术（根据蛋白质的大 小进行分离）。这两项 技术结合形成的二维电 泳是分离分析蛋白质最 有效的一种电泳手段。
5亿年前：寒武纪大爆发，海洋中出现大量物 种，大气中氧含量剧增
4亿年前：至留纪大爆发，O2↑, 生命进入陆地 350万年前：古脊椎动物中出现猩猩科和人科 50万年前：直立人出现，“北京猿人” 3.5万年前：早期智人出现 2万年前：早期人类出现，“山顶洞人”
生物的分类
生物分类体系：
界（Kingdom） 门（Phyla） 纲（Class) 目（Order） 科（Family） 属（Genus） 种（Species）
生物信息学中的 生物学
分子生物学
内容
• 生物信息学中的生物学、分子 生物学基础
• 基因工程和核酸研究技术简介
生物信息学中的生物学、 分子生物学基础知识
地球上的生命史
120亿年前：第一次大爆炸，宇宙产生 50亿年前：太阳系诞生 40亿年前：海洋里出现了类似藻类的原始生物 30亿年前：出现原核细胞生物 7亿年前：演化出各种多细胞生物，无脊椎动物
中心法则
基因型
DNA cDNA
表现型
DNA
复制 转Biblioteka Baidu 相互利用
DNA
转录
mRNA
翻译
蛋白质/酶
折叠
结构
基因工程和核酸研究 技术简介
限制性内切酶（Restriction Endonuclease）
限制性内切酶 + 甲基化酶
载体：质粒、噬菌体、酵母
分子克隆： 聚合酶链反应（PCR） 超速离心
凝胶电泳 印迹法 DNA测序方法
限制性核酸内切酶的发现者
阿尔伯
Wemer Arber 瑞士生物学家 巴塞尔Biozentrum大学
1929～
内森斯
Danien Nathans 美国微生物学家 霍普金斯大学医学院
1931～
史密斯 Hamilton O．Smith
美国微生物学家 霍普金斯大学医学院
1931～
凝胶电泳 琼脂糖电泳 聚丙烯胺凝胶电泳 脉冲场电泳 梯度电泳（DGGE/TGGE） 二维凝胶电泳：蛋白质电泳
M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
PSL-XB4
XB1-PSR
16S rRNA gene PCR
M
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
16S-23S rRNA gene PCR
聚丙烯胺凝胶电泳
bd
ac
ef
脉冲场凝胶电泳
（PFGE，Pulsed Field Gel Electrophoresis）
拟南芥 水稻 非洲爪蛙 斑马鱼 家鼠 人
构成生物的四类分子
糖：单糖、双糖、多糖
作用：储存能量、结构材料、分子识别
脂肪酸：储存能量、参与代谢 核苷酸和核酸：
A、C、G、T→DNA、RNA
氨基酸→蛋白质
分子生物学的中心法则
DNA复制
DNA聚合酶→DNA单链5’ →3’复制
mRNA转录：mRNA前体→剪接 蛋白质翻译 mRNA反转录→cDNA 蛋白质折叠
原核生物（Prokaryote）：
古细菌（Archaea）
真细菌（Eubacteria)
真核生物（Eurokaryote）
生物的进化和亲缘关系：
遗传密码统一性
共同祖先演化而来
基本生物化学过程一致性
Eubacteria Eucarya
Archaea
模式生物
噬菌体 病毒 大肠杆菌 酿酒酵母 秀丽线虫 果蝇
Southern Blotting
Northern Blotting
1979年，J.C.Alwine等提出：将电泳凝胶 中的RNA转移到叠氮化的或其他化学修饰的活 性滤纸上，通过共价交联作用使它们结合，因 其方法同Southern杂交十分相似，故称之为 Northern杂交。
Western Blotting
与Southern或Northern杂交方法类似，但Western Blot 采用的是聚丙烯酰胺凝胶电泳，被检测物是蛋白质，“探针” 是抗体，“显色”用标记的二抗。经过PAGE分离的蛋白质 样品，转移到固相载体（例如硝酸纤维素薄膜）上，固相载 体以非共价键形式吸附蛋白质，且能保持电泳分离的多肽类 型及其生物学活性不变。以固相载体上的蛋白质或多肽作为 抗原，与对应的抗体起免疫反应，再与酶或同位素标记的第 二抗体起反应，经过底物显色或放射自显影以检测电泳分离 的特异性目的基因表达的蛋白成分。该技术也广泛应用于检 测蛋白水平的表达。
焦磷酸测序技术的反应体系： 反应底物、待测单链、测序引物和4种酶。
反应底物: 5’-磷酰硫酸(adenosine- 5’-phosphosulfat，
APS)、荧光素(Luciferin)。
如果发生碱基配对，就会释放一个焦磷酸。这个 焦磷酸在ATP硫酸化酶和萤光素酶的作用下，经过一 个合成反应和一个化学发光反应，最终将萤光素氧化 成氧化萤光素，同时释放出光信号。此反应释放出的 光信号实时被仪器配置的高灵敏度CCD（Chargecoupled Device）捕获到。有一个碱基和测序模板进 行配对，就会捕获到一分子的光信号；由此一一对应， 就可以准确、快速地确定待测模板的碱基序列。
DNA测序方法 末端终止(Sanger)法： dNTP→ddNTP 化学降解 (Maxam-Gilbert)法： 焦磷酸测序技术(pyrosequencing)：
焦磷酸测序技术(pyrosequencing)：
是由4种酶催化的同一反应体系中的酶级联化 学发光反应焦磷酸测序技术。其原理是:引物与模 板DNA 退火后在DNA 聚合酶(DNA polymerase) ATP 硫酸化酶(ATP sulfurylase) 荧光素酶 (luciferase) 和三磷酸腺苷双磷酸酶(Apyrase) 4 种 酶的协同作用下将引物上每一个dNTP 的聚合与一 次荧光信号的释放偶联起来通过检测荧光的释放 和强度达到实时测定DNA 序列的目的。