现代分子生物学讲义生物信息传递上
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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。
分子生物学-07-3-生物信息的传递-3转录后加工-小RNA-RNA拼接1
能够识别发夹 结构的内切酶
1
RNAase P 3
2 RNA酶D
4 4
4
4
2020/10/28
多种酶的处理
2020/10/28
23
tRNA的内含子去除
2020/10/28
2020/10/28
22
rRNA的转录后处理
1、原核生物和真核生物是较为相似的，分别由多种
rRNA组成它的核糖体，包括5S rRNA 、5.8S S rRNA、 18 S rRNA、 28 S rRNA
3.6原核生物RNA转录与真核生物的比较
Eukaryotes and prokaryotes produce mRNAs somewhat differently
2020/10/28
2020/10/28
1
3.6.1 原核生物mRNA的特征
1. 多顺反子，有共同的起始子和终止信号 2. 转录和翻译的时空性 3. 5′端无帽子结构， 3′端没有或只有较短的poly(A)结构 4. 起始密码子常为AUG，有时也为GUG，甚至UUG 5. 半衰期短
14
Poly(A)尾巴的功能：
（1）尾巴可能与核-质转运有关；但是无尾巴的 mRNA，如组蛋白的mRNA同样可以通过核膜 进入细胞质
（2）尾巴的长短对mRNA的翻译也无影响，因 此其功能无定论。
（3）细胞质中mRNA 的Poly(A)尾巴与蛋白质相 结合构成mRNP（一种蛋白质分子）。其功能 不清楚。
2020/10/28
帽子结构功能：
1.能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和 核糖体的结合；
2.m7Gppp结构能有效地封闭mRNA 5’末 端，以保护mRNA免受5’核酸外切酶的降解 ，增强mRNA的稳定。
现代分子生物学课件()生物信息的传递(上)
转录的终止
转录终止于特定的终止子 区域，RNA聚合酶在此处 停止合成RNA链。
DNA的翻译
翻译的起始
mRNA与核糖体结合，形 成翻译起始复合物。
翻译的延伸
核糖体沿着mRNA移动， 并连续合成多肽链，直到 遇到终止密码子。
翻译的终止
核糖体遇到终止密码子时 停止合成多肽链，释放出 合成的多肽链。
03
了解信号转导、基因表达调控和细胞 信号转导等不同类型的信息传递方式。
02
DNA的复制、转录与翻译
DNA的复制
复制的起始
DNA复制起始于特定的起始点， 称为复制子或复制起始位点。
半保留复制
DNA复制过程中，每条新链都是 以原有的母链作为模板，形成互补 链，因此每个DNA分子都保留了 原有的遗传信息。
信号转导与基因表达调控的异常 可以导致多种疾病的发生和发展，
如癌症、心血管疾病、代谢性疾 病等。
这些异常可以包括信号转导通路 的异常激活、基因表达调控的异 常调节、信号分子和酶的突变等。
深入了解信号转导与基因表达调 控的机制，有助于发现新的药物 靶点和治疗策略，为疾病的预防
和治疗提供新的思路和方法。
当核糖体遇到终止密码子时，肽链合成停 止，释放出合成的多肽链。
蛋白质表达的调控
转录水平调控
基因的转录是蛋白质合成的第一 步，转录水平的调控主要通过调 节基因的转录效率和起始时间来
实现。
翻译水平调控
翻译水平的调控主要通过影响 mRNA的稳定性、翻译起始和肽
链延伸等过程来实现。
蛋白质修饰
蛋白质的磷酸化、乙酰化、甲基 化等修饰可以影响蛋白质的活性
调控细胞功能 生物信息传递参与调控细胞的各种功能，包括代 谢、增殖、分化和凋亡，对维持机体稳态具有重 要意义。
分子生物学课件-第三章-生物信息传递(上)
无论在原核还是真核细胞中，RNA链的合 成都具有以下几个特点：
– RNA按5’→3’方向合成 – 以DNA双链中的反义链为模板 – 不需要引物参与 – 合成的RNA有与DNA编码链相同的序
列（T-U）
转录的不对称性：
在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有一条链可作为 转录的模板，称为转录的不对称性。
编码链与模板链
与合成的mRNA序列相同的那条DNA链称为编码链； 将另一条根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA 链称为模板链。
模 编板 码35′′链 链 … …G CG CA TC GA TT AG C … … T A 5 3′′ATC G DA T NG CA
转录 GCAGUACAUGUC mRNA
胞嘧啶-脱氧核糖核苷三磷酸dCTP CTP
dNTP指碱基脱氧核糖核苷三磷酸，表示dGTP，dATP, dTTP,dCTP的 混合物。T就是英文的three，P是指phosphate 即磷酸，d指的是 deoxy 即脱氧。
NTP指碱基核糖核苷三磷酸，表示GTP，ATP, UTP,CTP的混合物。
腺嘌呤-脱氧核糖核苷三磷酸 dATP ATP
腺嘌呤-脱氧核糖核苷酸 dAMP，AMP 鸟嘌呤-脱氧核糖核苷酸 dGMP，GMP 胞嘧啶-脱氧核糖核苷酸 dCMP，CMP 胸腺嘧啶-脱氧核糖核苷 酸dTMP TMP 是DNA 或者RNA的组成 成分。
鸟嘌呤-脱氧核糖核苷三磷酸 dGTP GTP 腺嘌呤-脱氧核糖核苷三磷酸 dATP ATP 胸腺啶-脱氧核糖核苷三磷酸dTTP TTP
RNA聚 合酶Ⅲ
核质
tRNA
相对活 性
5070%
2040%
约10%
对α-鹅膏蕈碱的 敏感性 不敏感
现代分子生物学（第3版）_课后答案-五章
第一章 绪论1， 简述孟德尔、摩尔根和沃森等人对分子生物学发展的主要贡献。
答：孟德尔的对分子生物学的发展的主要贡献在于他通过豌豆实验，发现了遗传规律、分离规律及自由组合规律；摩尔根的主要贡献在于发现染色体的遗传机制，创立染色体遗传理论，成为现代实验生物学奠基人；沃森和克里克在1953年提出DAN 反向双平行双螺旋模型。
反向双平行双螺旋模型。
2， 写出DNA 和RNA 的英文全称。
答：脱氧核糖核酸（答：脱氧核糖核酸（DNA, Deoxyribonucleic acid DNA, Deoxyribonucleic acid DNA, Deoxyribonucleic acid））， 核糖核酸（核糖核酸（RNA, Ribonucleic acid RNA, Ribonucleic acid RNA, Ribonucleic acid））3， 试述“有其父必有其子”的生物学本质。
答：其生物学本质是基因遗传。
子代的性质由遗传所得的基因决定，而基因由于遗传的作用，其基因的一半来自于父方，一般来自于母方。
自于父方，一般来自于母方。
4， 早期主要有哪些实验证实DNA 是遗传物质？写出这些实验的主要步骤。
答：一，肺炎双球菌感染实验，答：一，肺炎双球菌感染实验，11，R 型菌落粗糙，菌体无多糖荚膜，无毒，注入小鼠体内后，小鼠不死亡。
型菌落粗糙，菌体无多糖荚膜，无毒，注入小鼠体内后，小鼠不死亡。
22，S 型菌落光滑，菌体有多糖荚膜，有毒，注入到小鼠体内可以使小鼠患病死亡。
型菌落光滑，菌体有多糖荚膜，有毒，注入到小鼠体内可以使小鼠患病死亡。
33，用加热的方法杀死S 型细菌后注入到小鼠体内，小鼠不死亡；后注入到小鼠体内，小鼠不死亡；二，噬菌体侵染细菌的实验：二，噬菌体侵染细菌的实验：11，噬菌体侵染细菌的实验过程：吸附→侵入→复制→组装→释放。
，噬菌体侵染细菌的实验过程：吸附→侵入→复制→组装→释放。
2 2 2，，DNA 中P 的含量多，蛋白质中P 的含量少；蛋白质中有S 而DNA 中没有S ，所以用放射性同位素35S 标记一部分噬菌体的蛋白质，用放射性同位素32P 标记另一部分噬菌体的DNA DNA。
(NEW)朱玉贤《现代分子生物学》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解
4.3 名校考研真题详解 第5章 分子生物学研究法（上）——DNA、RNA及蛋白质操作技术
5.1 复习笔记 5.2 课后习题详解 5.3 名校考研真题详解 第6章 分子生物学研究法（下）——基因功能研究技术 6.1 复习笔记 6.2 课后习题详解 6.3 名校考研真题详解 第7章 原核基因表达调控 7.1 复习笔记 7.2 课后习题详解 7.3 名校考研真题详解 第8章 真核基因表达调控 8.1 复习笔记 8.2 课后习题详解 8.3 名校考研真题详解
② T2噬菌体感染大肠杆菌实验
a．在分别含有35S和32P的培养基中培养大肠杆菌。
b．用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，分别制备含35S的T2噬菌体和32P的
T2噬菌体。
c．分别用含35S的T2噬菌体和32P的T2噬菌体感染未被放射性标记的大 肠杆菌。
d．培养一段时间后，将混合液离心，检测子代噬菌体放射性。上清液 主要是噬菌体，沉淀物主要是大肠杆菌。
（4）基因组、功能基因组与生物信息学研究
基因组计划是一项国际性的研究计划，其目标是确定生物物种基因组所 携带的全部遗传信息，并确定、阐明和记录组成生物物种基因组的全部 DNA序列。
功能基因组学相对于测定DNA核苷酸序列的结构基因组学，其研究内容 是在利用结构基因组学丰富信息资源的基础上，应用大量的实验分析方 法并结合统计学和计算机分析方法来研究基因的表达、调控与功能，以 及基因间、基因与蛋白质之间和蛋白质与底物、蛋白质与蛋白质之间的 相互作用和生物的生长发育等规律。功能基因组学的研究目标是对所有 基因如何行使其职能从而控制各种生命现象的问题作出回答。
严格地说，重组DNA技术并不完全等于基因工程，因为后者还包括其他
可能使生物细胞基因组结构得到改造的体系。
分子生物学-07-4-生物信息的传递-4RNA拼接2-RNA编辑
一类自剪内含子的剪接
• 罕见的rRNA内含子
RNA splicing 2
Ⅰ类自剪内含子的拼接
特点： 1 拼接属于自我拼接 2 内含子自身形成明显的二级结构
结构特点： （1） 5’ 拼接点和3’ 拼接点-------U↓A… …G ↓
（2） 有由保守序列形成的二级结构
a、 保守序列为 5’ －P－Q－R－S－3’
距ห้องสมุดไป่ตู้接点很远，各 10~12bp
P与Q互补、R与S互补而形成中部核心结构
RNA splicing2
RNA splicing2
b、 二级结构中还包括内含子与外显子的某一序列互补所形 成的二级结构
内部引导序列（interal guide sequence IGS）：内 含子中能与两个拼接点边界序列配对的一段序列
snRNA： 细胞核中的 scRNA： 细胞质中的
（snRNP） （scRNP）
2、核mRNA内含子拼接的结构特点
RNA splicing
拼接点序列
Page102 ，103
符合Chambon rule （GU－AG规则）
● 5’---exon--- GU--------intron--------AG ------exon----3’
嘧啶富含区
拼接点： Breathnach-Chambon rule （GU－AG规则） 5’ 剪接点或左剪接点（内含子上游） 3’ 剪接点或右剪接点（……下游）
RNA splicing
● 第一次转酯－－左外显子、内含子剪切套索 ● 第二次转酯－－exons连接、套索状内含子释放 ● 拼接体（spliceosome） 解体与lariat降解同步
内含子剪接rnasplicinggeneralsequenceeukaryoticmrna注意5加帽的时间注意内含子外显子一般是在rna水平描述的四种典型内含子的边界序列特征类型5拼接点内含子3拼接点剪接方式化学本质trna类无保守序富含au无保守序列蛋白酶参直接切割和连接有可供识别的特异序列自我剪接转脂反应ii类自剪gugcgauguag类真核mrnaguauagac剪接装置复杂剪接装置由多种蛋白质和核蛋白小rna组成形成特定的二级结构rna具有催化剪接的能力一trna内含子的剪接trna的拼接特点酵母为例1链的断裂和连接是两个独立的过程2trna的内含子均位于反密码环的3端长1416bp其中含一段与反密码环互补的序列反密码环处形成一个与成熟trna不同的构象3拼接酶系识别的就是这个二级结构trnasplicing分解过内含子rna连接酶连接断端其中内切酶作用后产生5oh3磷酸3磷酸端很快转变为23环式核苷酸内切酶作用一个半分子有两个磷酸末oh末端因此一个半分子有两个磷酸末端另一个半分子有两个oh末端ohtrnasplicing分解过连接反应前要进行两个反应
现代分子生物学第四章演示教学
Nirenberg及Ochoa等又用各种特定序 列如只含A、C的共聚核苷酸作模板，任意 排列时可出现8种三联子，即CCC、CCA、 CAC、ACC、CAA、ACA、AAC、AAA， 获 得 由 Asn 、 His 、 Pro 、 Gln 、 Thr 、 Lys 等6种氨基酸组成的多肽。
12
核糖体结合技术
• 蛋白质合成是一个需能反应。
3
• 翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的 起始位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基 酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。
4
4. 1. 1 三联子密码及其破译
因为mRNA中只有4种核苷酸，蛋白质中有20 种氨基酸：
• 以一种核苷酸代表一种氨基酸是不可能的。 • 若以两种核苷酸作为一个氨基酸的密码（二
第四讲 生物信息的传递 （下）从mRNA到蛋白质
1
主要内容： 1、遗传密码-三联子 2、tRNA 3、核糖体 4、蛋白质合成的生物学机制 5、蛋白质运转机制
2
蛋白质的生物合成
• 核糖体是蛋白质合成的场所；
• mRNA是蛋白质合成的模板；
• 转移RNA (tRNA)是模板与氨基酸之 间的接合体。
• 蛋白质合成需要多种蛋白质、酶和 其他生物大分子的参与。
以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、UGU 等为模板，在含核糖体、AA-tRNA的适当离子 强度的反应液中保温后通过硝酸纤维素滤膜。游 离的AA-tRNA因相对分子质量小能自由过膜， 与模板对应的AA-tRNA能与核糖体结合，体积 超过膜上的微孔而被滞留。
13
4. 1. 2 遗传密码的性质
密码的连续性(commaless) 密码的简并性(degeneracy) 密码的普遍性(universality) 密码的特殊性(specificity) 密码子与反密码子的相互作用
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核糖体结合技术
• 蛋白质合成是一个需能反应。
3
• 翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的 起始位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基 酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。
4
4. 1. 1 三联子密码及其破译
因为mRNA中只有4种核苷酸，蛋白质中有20 种氨基酸：
• 以一种核苷酸代表一种氨基酸是不可能的。 • 若以两种核苷酸作为一个氨基酸的密码（二
第四讲 生物信息的传递 （下）从mRNA到蛋白质
1
主要内容： 1、遗传密码-三联子 2、tRNA 3、核糖体 4、蛋白质合成的生物学机制 5、蛋白质运转机制
2
蛋白质的生物合成
• 核糖体是蛋白质合成的场所；
• mRNA是蛋白质合成的模板；
• 转移RNA (tRNA)是模板与氨基酸之 间的接合体。
• 蛋白质合成需要多种蛋白质、酶和 其他生物大分子的参与。
以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、UGU 等为模板，在含核糖体、AA-tRNA的适当离子 强度的反应液中保温后通过硝酸纤维素滤膜。游 离的AA-tRNA因相对分子质量小能自由过膜， 与模板对应的AA-tRNA能与核糖体结合，体积 超过膜上的微孔而被滞留。
13
4. 1. 2 遗传密码的性质
密码的连续性(commaless) 密码的简并性(degeneracy) 密码的普遍性(universality) 密码的特殊性(specificity) 密码子与反密码子的相互作用
2024版《现代分子生物学》朱玉贤第五版北大课件
翻译后加工
新生肽链经过加工修饰，如剪切、 折叠、修饰等，成为具有生物活性 的蛋白质。
20
蛋白质翻译后加工修饰类型举例
2024/1/28
N-端fMet或Met的切除
新生肽链N-端的甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸通常被切 除。
二硫键的形成
半胱氨酸残基之间可以形成二硫键，对蛋白质的稳 定性和活性有重要作用。
化学修饰
生物工程
表观遗传学机制可以影响细胞的分化和发育，因此通过表观遗传学手段来改造细胞或生物体可能成为一种新 的生物工程技术。例如，利用表观遗传学手段来实现细胞重编程和再生医学应用。
26
06
现代分子生物学技术应用与 发展趋势
2024/1/28
27
DNA测序技术原理及应用领域拓展
DNA测序技术原理
通过特定的生物化学方法，将 DNA片段化并逐一测定其碱基序 列，从而获得完整的基因序列信
组修复等。
DNA损伤修复对于维持细胞基 因组稳定性和防止突变具有重要
意义。
2024/1/28
11
基因突变与遗传多样性
基因突变是指DNA序列中碱基的替换、 插入或缺失。
基因突变是生物进化的原材料，对于 生物适应环境和进化具有重要意义。
2024/1/28
基因突变可以产生新的等位基因，增 加遗传多样性。
序列比对与注释
01
利用生物信息学方法对基因序列进行比对和注释，揭示基因功
能和进化关系。
基因表达谱分析
02
通过高通量测序技术，研究基因在不同条件下的表达谱变化，
解析基因调控网络。
蛋白质结构与功能预测
03
利用生物信息学方法预测蛋白质的三维结构和功能，为药物设
计和蛋白质工程提供理论支持。
新生肽链经过加工修饰，如剪切、 折叠、修饰等，成为具有生物活性 的蛋白质。
20
蛋白质翻译后加工修饰类型举例
2024/1/28
N-端fMet或Met的切除
新生肽链N-端的甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸通常被切 除。
二硫键的形成
半胱氨酸残基之间可以形成二硫键，对蛋白质的稳 定性和活性有重要作用。
化学修饰
生物工程
表观遗传学机制可以影响细胞的分化和发育，因此通过表观遗传学手段来改造细胞或生物体可能成为一种新 的生物工程技术。例如，利用表观遗传学手段来实现细胞重编程和再生医学应用。
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06
现代分子生物学技术应用与 发展趋势
2024/1/28
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DNA测序技术原理及应用领域拓展
DNA测序技术原理
通过特定的生物化学方法，将 DNA片段化并逐一测定其碱基序 列，从而获得完整的基因序列信
组修复等。
DNA损伤修复对于维持细胞基 因组稳定性和防止突变具有重要
意义。
2024/1/28
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基因突变与遗传多样性
基因突变是指DNA序列中碱基的替换、 插入或缺失。
基因突变是生物进化的原材料，对于 生物适应环境和进化具有重要意义。
2024/1/28
基因突变可以产生新的等位基因，增 加遗传多样性。
序列比对与注释
01
利用生物信息学方法对基因序列进行比对和注释，揭示基因功
能和进化关系。
基因表达谱分析
02
通过高通量测序技术，研究基因在不同条件下的表达谱变化，
解析基因调控网络。
蛋白质结构与功能预测
03
利用生物信息学方法预测蛋白质的三维结构和功能，为药物设
计和蛋白质工程提供理论支持。
现代分子生物学课件
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
2020/12/8
16
分子生物学的研究内容
DNA重组技术
三大基本工具: ➢ “分子手术刀” 限制性核酸内切酶 ➢ “分子缝合针” DNA连接酶 ➢ “分子运输车” 基因进入受体细胞的载体
（4）基因组、功基因组与生物信息学研究
基因组（genome): 生物有机体的单倍体细胞中的所有DNA，包括
核中的染色体DNA和线粒体、叶绿体等亚细胞器中 的DNA。
P. 456
2020/12/8
24
分子生物学的研究内容 基因组、功能基因组与生物信息学研究
基因组计划: 测定基因组序列。
- 人类基因组计划 目的是揭开人类所有的遗传结构, 包括所有的基因(尤其是与疾病相关的基因)和基因外 序列的结构。1990年-2001年，美、英、法、德、 日、中 6 国的合作已完成人类基因的全部序列测定工 作。见表2-1, P. 19. - 小家鼠、果蝇、线虫、拟南芥、水稻、啤酒酵母，以 及多种真菌、细菌的基因组研究相继展开，其中拟南 芥基因组的全序列测定已完成。
结构分子生物学
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。
主要包括三个研究方向： ✓ 结构的测定 采用X射线衍射、二维或多维核磁共振等方法 ✓ 结构运动变化规律的探索 ✓ 结构与功能相互关系的建立
2020/12/8
23
分子生物学的研究内容 基因组、功能基因组与生物信息学研究
(3.2 108bp)。 ➢2001年, 完成人类基因组全序列测定(3.5 109bp)。
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。
分子生物学3生物信息的传递（上）——从DNA到RNA
分子生物学3生物信息的传递（上）——从DNA到RNA第三章生物信息的传递（上）——从DNA到RNA重点：1.启动子与转录起始2. 原核生物和真核生物mRNA的特征比较3. 内含子的剪接、编辑及化学修饰难点：1.启动子与转录起始2. 终止和抗终止3. 内含子的剪接、编辑及化学修饰第四节启动子与转录起始大肠杆菌RNA聚合酶与启动子的相互作用主要包括启动子区的识别、酶与启动子的结合及因子的结合与解离等。
1. 原核启动子的基本结构（1）启动子：是一段位于结构基因5 ′端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确的相结合并具有转录起始的特异性。
基因的特异性转录取决于酶与启动子能否有效地形成二元复合物，所以，RNA聚合酶如何有效地找到启动子并与之结合是转录起始过程中首先要解决的问题。
我们知道，转录的起始是基因表达的关键阶段，而这一阶段的重要问题是RNA聚合酶与启动子的相互作用。
启动子的结构影响了它与RNA聚合酶的亲和力，从而影响了基因表达水平。
（2）转录单元：是一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。
RNA聚合酶从转录起点开始沿着模板前进，直到终止子为止，转录出一条RNA链。
在细菌中，一个转录单元可以是一个基因，也可以是几个基因(3)转录起点：是指与新生RNA链地一个核苷酸相对应DNA链上的碱基。
常常把起点前面，即5′末端的序列称为上游，而把其后面即3′末端的序列称为下游。
在描述碱基的位置时，一般用数字表示，起点为+1，下游方向依次为+2、+3等，上游方向依次为-1、-2、-3等。
启动子区是RNA聚合酶的结合区，其结构直接影响到转录的效率。
那么，启动子区有什么结构特点呢？（4）绝大部分原核启动子都存在-10区和-35区-10区：在-6~-13bp之间，共同序列为TATAAT，又称pribnow 框，酶在此处与DNA结合成稳定的复合物，在转录方向上解开双链形成开放型起始结构。
-35区：共同序列为TTGACA，是RNA聚合酶起始识别区，这一识别过程与σ因子有关。
《现代分子生物学》PPT课件
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13
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
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14
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
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35
免疫球蛋白
• 免疫系统：体液免疫和细胞免疫 • B细胞的分化过程 • 免疫球蛋白的结构 • 免疫球蛋白基因重排产生多样性
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36
果蝇胚胎的模式发育
• 重要基因：BICOID和HUNCHBACK（前端 形成），NANOS和CAUDAL（后端形成）
• 同源域基因：存在于生物中的一类高度保 守的基因，可能与模式发育有关。
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21
酵母双杂交系统
• 用于分离能与已知靶蛋白质互作的基因 • 基本原理：真核生物的转录因子大多有两
个结构分开、功能上独立的结构域组成： DNA结合域（BD）和转录激活域（AD）， 只有两者在空间上相互靠近才能起始转录。
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22
第六章 基因的表达与调控（上）
知识要点
• 基因表达调控的基本概念 • 操纵子模型
• 激素调节、热激蛋白调节、金属蛋白调节
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31
第八章 疾病与人类健康
知识要点
• 癌症发病机制 • 癌基因概念和分类 • 基因治疗的概念
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32
癌基因的概念和分类
• 癌基因：体外引起细胞转化，体内诱发肿 瘤。分为v-onc（HIV和HBV）和c-onc两类
现代分子生物学第四章
CGU, ACG and CGU
24
wobble hypothesis
1966年，Crick提出摆动假说 (wobble hypothesis)，解释 了反密码子中某些稀有成分 （如I，肌苷酸）的配对，以及 许多氨基酸有2个以上密码子 的问题。
• 前两对严格遵守碱基配对原则。
• 第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，因而
47
氨酰-tRNA合成酶 aminonacyl-tRNA synthetase (ARS )
30
tRNA一级结构(primary structure)
• 长度: 60-95 nt (commonly 76) • 残基: 15 个invariant(恒定) 和 8个 semi-
invariant(半恒定). invariant 和 semi-variant 核苷 的位置在二级结构和三级结构中起着重要的作用。
43
1. 起始tRNA和延伸tRNA • 起始tRNA: 能特异性识别mRNA模板上起 始密码子的tRNA; • 延伸tRNA:其他tRNA统称为延伸tRNA。
44
•真核生物起始tRNA携带甲硫氨酸(Met)， •原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸(fMet)， •原核生物中Met-tRNAfMet必须首先甲酰化生 成fMet-tRNAfMet才能参与蛋白质的生物合成。
遗传密码： mRNA上每3个核苷酸翻译成多肽链上 的一个氨基酸，这3个核苷酸就称为一 个密码子（三联子密码）。
5
4. 1. 1 三联子密码及其破译
因为mRNA中只有4种核苷酸，蛋白质中有20 种氨基酸：
• 以一种核苷酸代表一种氨基酸是不可能的。 • 若以两种核苷酸作为一个氨基酸的密码（二
现代分子生物学课件-第三章
DNA分子中的核苷酸排列顺序不但 决定了胞内所有RNA及蛋白质的基本
结构，还通过蛋白质（酶）的功能间
接控制了细胞内全部有效成份的生产、
运转和功能发挥。
第一节
要点：
转录的概述
编码链（有意义连）
模板链（反义链）
转录的基本过程
• 与mRNA序列相同的那条DNA
链是编码链（coding strand） 或称有意义连（sense strand）
• RNA或RNA-DNA双链杂合体 不能作为模板。 • 原核和真核生物的RNA聚合酶 虽然都能催化RNA的合成，但在 其分子组成、种类和生化特性上 各有特色。
大多数原核生物RNA聚合酶的组 成是相同的，大肠杆菌RNA聚合酶由2 个α亚基、一个β亚基、一个β’亚基和一 个ω 亚基组成，称为核心酶。加上一个 σ 亚基后则成为聚合酶全酶 （holoenzyme），相对分子质量为 4.65×105。
G的组合来表示遗传性状。
生物体内拥有三类RNA: • 编码特定蛋白质序列的mRNA；
• 能特异性解读mRNA 中的遗传信息
并将其转化成相应氨基酸后加入多
肽链中的tRNA；
• 直接参与核糖体中蛋白质合成的rRNA。
转录的基本过程
无论是原核还是真核细胞， 转录的基本过程都包括： • 模板识别 • 转录起始 • 通过启动子 • 转录的延伸和终止
表3-1 大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析
亚基 基因 相对分 子量 亚基 数 组分 功能
α
rpoA
3.7×104
2
核心酶
核心酶组装，启动子识别。
β
rpoB
1.5×105
1
核心酶
β和β’共同形成RNA合成的 活性中心。
第五章生物信息传递讲课文档
第五章生物信息传递
第一页，共78页。
现代分子生物学的最基本原理： 基因作为惟一能够自主复制、永久存在的单位， 其生物功能是以蛋白质的形式表达出来的。所以， DNA序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制得到 永存，并通过转录生成信使RNA、翻译生成蛋白的过 程来控制生命现象。
第二页，共78页。
基因表达包括转录和翻译两个阶段。 转录是指拷贝出一条与DNA链序列
T85T83G81A61C69A52
T89A89T50A65A100
第二十二页，共78页。
典型启动子的结构
转 录
DNA
RNA
mRNA不能自我复制，即其本身不能作为复制模板，因此在转录过程 中即使出现某些差错，也不会遗传下去。
第四页，共78页。
转录的基本过程 P67
• 无论是原核还是真核细胞，转录的基本过程都包括 ：模板识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸
和终止。
• 全酶上的因子辨认DNA模板上的起始位点，使全 酶结合在起始位点上形成全酶-DNA复合物，从而开 始“起始反应”；
• 不需要引物，且无校正功能。
• 催化反应速度很快，在37℃时RNA链的延伸可达40个核 苷酸/秒。
第八页，共78页。
参与真核细胞RNA复制的酶类及有关因子
真核细胞RNA聚合酶的性质与大肠杆菌RNA聚合酶相似 。真核细胞中转录速度很快，在37℃时RNA链的延伸可 达2500个核苷酸/分。
RNA聚合酶 所合成的RNA（前体） 分布
第十页，共78页。
模 编板 码35′′链 链 … …G CG CA TC GA TT AG C … … T 5 A 3′′ A TC D GA N TG C A
转录 GCAGUACAUGUC mRNA
第一页，共78页。
现代分子生物学的最基本原理： 基因作为惟一能够自主复制、永久存在的单位， 其生物功能是以蛋白质的形式表达出来的。所以， DNA序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制得到 永存，并通过转录生成信使RNA、翻译生成蛋白的过 程来控制生命现象。
第二页，共78页。
基因表达包括转录和翻译两个阶段。 转录是指拷贝出一条与DNA链序列
T85T83G81A61C69A52
T89A89T50A65A100
第二十二页，共78页。
典型启动子的结构
转 录
DNA
RNA
mRNA不能自我复制，即其本身不能作为复制模板，因此在转录过程 中即使出现某些差错，也不会遗传下去。
第四页，共78页。
转录的基本过程 P67
• 无论是原核还是真核细胞，转录的基本过程都包括 ：模板识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸
和终止。
• 全酶上的因子辨认DNA模板上的起始位点，使全 酶结合在起始位点上形成全酶-DNA复合物，从而开 始“起始反应”；
• 不需要引物，且无校正功能。
• 催化反应速度很快，在37℃时RNA链的延伸可达40个核 苷酸/秒。
第八页，共78页。
参与真核细胞RNA复制的酶类及有关因子
真核细胞RNA聚合酶的性质与大肠杆菌RNA聚合酶相似 。真核细胞中转录速度很快，在37℃时RNA链的延伸可 达2500个核苷酸/分。
RNA聚合酶 所合成的RNA（前体） 分布
第十页，共78页。
模 编板 码35′′链 链 … …G CG CA TC GA TT AG C … … T 5 A 3′′ A TC D GA N TG C A
转录 GCAGUACAUGUC mRNA
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转录模板
• DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因。 • 一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列为一个
转录单元。 • DNA双链按碱基配对规律能指引转录生成RNA的
一股单链，称为模板链(template strand)，也称作 反意义链或Waston链。 • 相对的另一股单链是编码链(coding strand)，也称 为有意义链或Crick链。
一、原核生物的启动子和终止子
启动子定义：指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基 因转录的一段DNA序列。
现代分子生物学讲义生物信息传递 上
（一）启动子结构
原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称 为 操 纵 子 (operon) ， 包 括 若 干 个 结 构 基 因 及 其 上 游 (upstream)的调控序列。
5
现代分子生物学讲义生物信息传递
转录方向
上
二、转录与复制的异同
转录与复制的相似之处：
⑴ 都是酶促的核苷酸聚合过程； ⑵ 都以DNA为模板； ⑶ 都需依赖DNA的聚合酶； ⑷ 聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键； ⑸ 都从5′至3 ′方向延伸成新链多聚核苷酸； ⑹ 都遵从碱基配对规律——
但转录忠实性要低于DNA复制。
RRRNNNAAA聚聚聚合合合酶酶酶（（（RRRNNNAAA--pp-opolol））l）
产产产物物物
子子子代代代双双双链链链DDDNNNAAA mmmRRRNNNAAA，，，ttRRtRNNNAAA，，，rrRRrRNNNAAA （（（半半半保保保留留留复复复制制制）））
配配配对对对 AAA--TT-， T，，GGG--CC-C
AAA--UU-U，，，TT-T-AA-A，，，GGG--CC-C
引物
有
无
高度进行性 中途不停止
可一段一段复制
现代分子生物学讲义生物信息传递 上
第二节 DNA指导下的RNA聚合酶
（一）原核生物RNA 聚合酶
●RNA聚合酶（大肠杆菌为例） 全酶=核心酶+ σ因子
核心酶 (core enzyme)
全酶 (holoenzyme)
⑺ 转录与复制都受到严格的调控
现代分子生物学讲义生物信息传递 上
转录和复制的区别
复复复制制制
转转转录录录
模模模板板板 两两两股股股链链链均均均复复复制制制 模模模板板板链链链转转转录录录（（（不不不对对对称称称转转转录录录） ））
原原原料料料 ddNdNNTTPTPP
NNNTTPTPP
酶酶酶
DDDNNNAAA聚聚聚合合合酶酶酶
真核生物的RNA聚合酶
种类
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
定位 转录产物
核仁 45s-rRNA
对鹅膏蕈碱反应 耐受
核质
hnRNA
U1-13snRNA （U6除外） 极敏感
核质
5s-rRNA,tRNA, U6snRNA， 非UsnRNA 中度敏感
现代分子生物学讲义生物信息传递 上
RNA聚合酶与DNA聚合酶的区别
大小(M) 引物 产物
调控序列
结构基因
5 3
RNA-pol
3 5
转录单元
现代分子生物学讲义生物信息传递 上
● RNA聚合酶保护法分析启动子结构 Pribnow
转 录
DNA
RNA
转录是生物界RNA合成的主要方式，是遗传信息从DNA向RNA传递过程，也是基因表达的开始。
现代分子生物学讲义生物信息传递 上
参与转录的物质
模板:DNA 酶: RNA聚合酶 原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 其他蛋白质因子
RNA合成方向：5' 3'
现代分子生物学讲义生物信息传递 上
现代分子生物学讲义生物信息传递 上
编码链 模板链
5´……G 3´…… c
CAG gtc
T A C A T G T C……3´ a t g t a c a g……5´
｝
DNA
转录
5´……G C A G U A C A U G U C……3´
mRNA 翻译
N …… Ala ·Val ·His ·Val ……C
现代分子生物学讲义生物信息传递 上
基因表达(gene expression)：是指细胞在生命过程 中,把储存在DNA顺序中遗传信息经过转录和翻译, 转变成具有生物活性的蛋白质分子。
现代分子生物学讲义生物信息传递 上
第一节 转录的基本原理
一、基本概念
转录(transcription) ： 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。
现代分子生物学讲义生物信息传递 上
大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析
亚 基因 相对分 亚基 组分
基
子量 数
功能
α rpoA 36500 2 核心酶 核心酶组装，启动子识别
β rpoB 151000 1 核心酶 β和β'共同形成RNA合成的
活性中心, β亚基含有核苷三 磷酸的结合位点；与转录全
过程有关（催化）
β' rpoC 155000 1 核心酶 β’亚基含有与DNA模板的结
合位点；结合DNA模板（开
链）σ因子 存在多种σ因子，用于识 现代分子生物学讲义生物信息传递 别不同的启动子
上
RNA聚合酶——
RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合
现代分子生物学讲义生物信息传递 上
(二） 真核生物RNA聚合酶
RNA聚合酶 大，4.8×105dol 无 较短，游离
作用方式
一条链的某一段
外切酶活性 无
校对合成能力 无
修复能力
无
DNA聚合酶 小，1.09×105dol 有 较长，与模板以氢 键相连 两条链同时进行 5’ 3’，3’ 5’ 有 有
现代分子生物学讲义生物信息传递 上
第三 节
与转录起始和终止有关的DNA结构
肽
DNA模板、转录产物mRNA
和氨基酸序列之间的关系 现代分子生物学讲义生物信息传递 上
不对称转录(asymmetric transcription)
• 在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板 指引转录，另一股链不转录 ；
• 模板链并非永远在同一条单链上。
转录方向
5
编码链
3
模板链
模板链
3
编码链
现代分子生物学讲义生物信 息传递上
DNA的基本功能：
• 以基因的形式荷载遗传信息，是生命遗传的物 质基础。
DNA序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制 得到永存（DNA 复制）。
• 作为基因复制和转录的模板，是个体生命活动 的信息基础。
DNA的生物学功能是以蛋白质的形式表达出来的。 通过转录生成信使RNA，翻译生成蛋白质的过程来控 制生物个体性状（基因表达）。