分子生物学-01-5-分子生物学的诞生4
分子生物学
一、名词解释1.分子生物学：广义即在分子水平上研究生命现象；狭义即在核酸与蛋白质水平上研究基因的复制，基因的表达，基因表达的调控以及基因的突变与交换的分子机制。
2.拟等位基因：紧密连锁，控制同一性状的非等位基因定义为拟等位基因。
3.DNA:作为主要的遗传物质，从结构上讲，它是两条多聚脱氧核苷酸链以极性相反，反向平行的方式，由氢键连接而成的双螺旋结构。
4.变性：两条核苷酸链逐渐彼此分离，形成无规则的,线团，这一过程称为变性。
5.复性：已发生变性的DNA 溶液在逐渐降温的条件下，,两条核苷酸链的配对碱基间又重新形成氢键，恢复到天然DNA的双螺旋结构，这一过程称为复性。
6.碱基的增色效应：随温度升高单链状态的DNA分子不断增加而表现出A260值递增的效应被定义为碱基的增色效应或DNA的减色效应。
7.变性温度或Tm值：通过对不同DNA分子变性S曲线的分析，将增色效应达到最大值一半的温度定义为该DNA分子的变性温度或Tm 值8.间隔基因：真核生物的结构基因是由若干外显子和内含子序列,相间隔排列组成的间隔基因。
9.外显子：指DNA上与成熟mRNA对应的核苷酸区,段，或结构基因在DNA中的氨基酸编码区，或间隔基因中的非间隔区。
10.内含子是指结构基因中可转录但在mRNA成熟之前,又被剪切的核苷酸区段，即DNA与成熟mRNA中的非对应区，或结构基因在DNA中的氨基酸非编码区，或间隔基因中的间隔区。
11.R环：当一条RNA分子与其DNA分子中的一条互补链配对，同时将另一条DNA链排除而形成的环状结构被称为R环。
12.极性突变：在一个操纵子中，与操纵子基因毗连的结构基因发生终止突变后，它除了影响该基因本身产物的翻译外，还影响其后结构基因多肽的翻译，并且具有极性梯度的特征。
13.DNA复制：是亲代双链DNA分子在DNA聚合酶等相关酶的作用下，分别以每条单链DNA分子为模板，聚合与模板链碱基可以互补配对的游离的三磷酸脱氧核糖核酸dNTP，合成出两条与亲代DNA分子完全相同的子代双链DNA分子的过程。
2024年度-朱玉贤现代分子生物学第四版
蛋白质翻译后加工的意义
对于蛋白质的成熟、定位和功能发挥具有重要作用。例如，信号肽的去除可以使蛋白质从细胞内分泌 到细胞外或定位到细胞膜上；化学修饰可以调控蛋白质的活性和稳定性，从而影响细胞的生理功能； 剪切可以产生具有不同功能的蛋白质片段，增加蛋白质的多样性。
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转录与转录后加工的调控
转录的调控主要通过转录 因子与DNA的结合来实 现，可以影响RNA聚合酶 的活性和选择性。
转录和转录后加工的调控 具有协同作用，可以共同 调节基因的表达水平和蛋 白质的功能。
ABCD
转录后加工的调控涉及多 种蛋白质和RNA的相互作 用，可以影响RNA的加工 效率和产物种类。
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基因工程与基因组学的应用前景
农牧业领域
通过基因工程改良作物和畜禽品种， 提高产量和品质，增强抗逆性；应用 基因组学解析重要农艺性状形成的分 子机制，指导新品种选育。
工业领域
利用基因工程生产工业酶、生物燃料 和生物材料等；应用基因组学优化工 业生产过程和开发新产品。
医学领域
基因工程可用于生产重组蛋白药物、 基因诊断和基因治疗等；基因组学可 用于解析人类疾病的遗传基础，发现 新的治疗靶点和药物。
异常的转录和转录后加工 调控可能导致疾病的发生 ，如癌症、遗传性疾病等 。
18
05
蛋白质翻译与翻译后加工
19
蛋白质翻译的过程与特点
蛋白质翻译的过程
起始、延长和终止三个阶段。起始阶段，核糖体与mRNA结合，形成起始复合物；延长阶段，tRNA携带氨基酸 进入核糖体，进行肽链的延伸；终止阶段，释放完成翻译的蛋白质。
分子生物学-4
G
A
珠蛋白基因簇位于第 11 号染色体； , G, A, 和 为功能基因， 为假 基因。
胚胎发育早期的 Hb：22, 22 和 22 妊娠 8 周后胎儿的 HbF：22 成人型 HbA： 22 和 22 (3%)
(二) 空间特异性
在个体生长过程中，某种基因产物在个体中按不同组 织空间顺序出现，称为基因表达的空间特异性 (spatial specificity) 或组织特异性 (tissue specificity)。
真核生物基因表达调控
/10005107/
The ENCODE Project 旨在解析人类基因组中的所有功能性 元件。
染色体结构的变化对基因表达的影响
• DNA 甲基化： 胞嘧啶甲基化； • 染色质修饰：组蛋白的多种共价修饰；
• DNase I 超敏感位点：转录活性基因对 DNase I 极度敏感。
适体区序列保守，能与适体直接结合，使表达平台的构 象变化，形成有选择性的茎环结构，导致 mRNA 转录提前 终止或者抑制翻译的起始。
aptamer region (pink) expression platform (orange)
抑制型核糖开关：适体存在时能抑制基因表达； 激活型核糖开关：适体存在时能启动基因表达。
lacY 基因编码透过酶 (permease)
lacA 基因编码乙酰基转移酶 (transacetylase)
E.coli 在含葡萄糖的培养基中生长 时，lacZ 基因不表达。 当葡萄糖耗尽而乳糖存在时， lacZ 基因表达，-半乳糖苷酶将乳糖水 解成葡萄糖和半乳糖。
Allolactose (异乳糖)
• EF-G (转位酶) 定位在 L12CTD 和 L11-NTD 之间。
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运输功能
如载体蛋白，血红蛋白等 ，在生物体内运输各种物 质。
免疫功能
如抗体蛋白，参与生物体 的免疫应答。
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蛋白质的功能与调控
调节功能
如激素，生长因子等，调节生物 体的生长发育和代谢过程。
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储存功能
如植物种子中的贮藏蛋白，动物体 内的肌红蛋白等，储存能量和营养 物质。
个性化医疗
根据患者的基因信息，制定个 性化的治疗方案。
药物基因组学
预测患者对药物的反应和副作 用，指导合理用药。
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基因治疗的原理与应用
基因治疗的原理
通过导入正常基因或修复缺陷基因， 从而治疗由基因突变引起的疾病。
遗传性疾病的治疗
如视网膜色素变性、腺苷脱氨酶缺乏 症等。
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癌症治疗
利用基因编辑技术，修复或敲除癌症 相关基因，抑制肿瘤生长。
基因表达调控的层次
基因表达调控可分为转录前调控、转录水平调控、转录后调控和翻 译水平调控等多个层次。
基因表达调控的意义
基因表达调控对于生物体的生长发育、代谢、免疫应答等生理过程具 有重要意义，同时也是疾病发生发展的重要因素。
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原核生物的基因表达调控
1 2 3
原核生物基因表达调控的特点
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DNA损伤的修复机制
直接修复
针对某些简单的DNA损伤，如碱 基错配，可通过特定的酶直接进行 修复。
碱基切除修复
通过识别并切除受损碱基，再合成 新的DNA片段进行修复。
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核苷酸切除修复
针对较严重的DNA损伤，如嘧啶 二聚体，通过切除一段包含受损部
分子生物学第4章重点及试题
一、名词解释：转录:是指以DNA为模板，在依赖于DNA的RNA聚和酶催化下，以4中NTP（ATP、CTP、GTP和UTP）为原料，合成RNA的过程。
转录单位 (transcription unit):从启动子到终止子的序列 (转录起始点)。
模板链（template strand）:又称反义链, 指与转录物互补的DNA链（极性方向3’→5’）。
编码链:又称有义链, 指不作模板的DNA单链（极性方向5’→3’）。
hnRNA：核内不均一RNA，是存在于真核细胞核中的不稳定，大小不均一的一组高分子RNA的总称。
转录的极性：转录的效率与转录单位的位置有关。
转录起始：RNA聚合酶与DNA转录启动子结合形成有功能的转录起始复合物的过程。
启动子（Promoters）：指DNA分子上被RNA聚合酶、转录调节因子等识别并结合形成转录起始复合物的区域。
核心启动子：RNA聚合酶能够直接识别并结合的启动子。
RNA聚合酶：是催化以DNA为模板（template）、三磷酸核糖核苷为底物、通过磷酸二酯键而聚合的合成RNA的酶。
C端结构域(CTD)：RNApolⅡ的大亚基中有 C 末端结构域。
CTD中含一保守氨基酸序列的多个重复Tyr－Ser p－Pro－Thr p－Ser p－Pro－Ser p C端重复七肽。
沉默子（silencer）：沉默子能够同反式因子结合从而阻断增强子及反式激活因子作用并最终抑制该基因的转录活性的真核基因中的一种特殊的序列。
增强子(enhancer)：是一类正调控元件，能够从转录起始位点的上游或下游数千个碱基处来激活转录。
绝缘子（insulater）：阻断增强子或沉默子的DNA序列。
上游：转录起点上游的序列，是调控区，与转录的方向相反。
下游：转录起点下游的区域，是编码区，与转录的方向一致。
转录起点：＋1位点，RNA聚合酶的转录起始位点，起始NTP多为ATP或GTP。
转录泡：在转录时RNA聚合酶Ⅱ（RNAPⅡ）与DNA模板结合，会形成一个泡状结构，成为转录泡。
分子生物学的发展
Linus Pauling
Linus Pauling, Linus Carl Pauling 28.Februry 1901(Portland，Oregon，USA)-19.August 1994 L.Pauling’s life spanned the Twentieth Century. The titan of twentieth-century chemistry Pauling led the way in working out the structure of big biological molecules，and Watson and Crick saw him as their main competitor. In early 1953，working without the benefit of X-ray pictures，he published a paper suggesting that DNA was a triple helix.
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人类复杂性的产生（1）
人类复杂性的产生不是由于基因数目的大 增，而是由于RNA 的“选择性剪切”， RNA 一旦从基因序列转录下来后，不编码的内含子 序列被剪掉，把编码的外显子序列一段段连接 起来。通过在不同地方跳过一个外显子，剪切 机制就产生了新的蛋白产物。人类有60%多的 基因有两或多个选择性剪切的 RNA,所以每个 人类基因平均产生几个蛋白质。蠕虫只有22% 的基因有两或多个选择性剪切的RNA。
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Hale Waihona Puke 1966 Khorana 证明了Nirenberg 提出的遗传密 码 , 有机化学方法合成多聚脱氧核糖核酸，以其 为模板在DNA PolI催化下合成DNA链；再以DNA 为模板合成RNA。蛋白质的分子生物合成，特别 是与其密不可分的 RNA 合成，经历了漫长的发 展历程。rRNA 蛋白质的合成场所 85% RNA tRNA 转移氨基酸 10% mRNA 编码多肽 4% snRNA 协助拼接反应 1% RNA: lariat loop, self-cleavage ; in evolution: RNA appears earlier than DNA!!
2024版《现代分子生物学》朱玉贤第五版北大课件
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。
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蛋白质翻译后加工修饰类型举例
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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
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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。
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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。
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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。
分子生物学--绪论 ppt课件
• 第二个实验室是加州理工学院的大化学家 莱纳斯·鲍林(Linus Pauling)实验室。在此 之前，鲍林已发现了蛋白质的α螺旋结构。
• 第三个则是个非正式的研究小组，沃森到 剑桥大学做博士后时，虽然其真实意图是 要研究DNA分子结构，挂着的课题项目却 是研究烟草花叶病毒。比他年长12岁的克 里克当时正在做博士论文，论文题目是 “多肽和蛋白质：X射线研究”。
• 在同一期Nature上，还发表了弗兰克林和威尔金 斯的两篇论文，以实验报告和数据分析支持了沃 森、克里克的论文。
威尔金斯(Maurice Wilkins 1916~2004) 英国物理 学家，剑桥大学
弗兰克林（Rosalind Franklin 1920~1958）英国 物理学家，剑桥大学 分辨出了DNA的两种构型，并成功地拍摄了它 的X射线衍射照片。
分子生物学
主要内容
• 分子生物学的开端 • 生物大分子 • DNA的复制和修复 • 转录 • 翻译 • 分子生物学的研究方法
第一章 分子生物学的开端
内容提要 • 分子生物学开端的标志事件 • 证明DNA就是遗传物质的主要历史事件 • 分子生物学的学科特征
问题1：
科学史上哪些事件和分子生物学的诞生 关系密切？
• 1951年，23岁的生物学博士沃森来到卡文迪什实 验室做博后。到剑桥之前，曾经做过用同位素标 记追踪噬菌体DNA的实验，坚信DNA就是遗传物 质。
关于卡文迪什实验室
• 素以世界物理学家的圣地“麦加”和培养人才的 “苗圃”著称的英国剑桥大学卡文迪什实验室， 由于面向世界广揽优秀的科学人才，在放射性、 原子物理、核物理、分子生物学、射电天文学和 凝聚态物理等方面，取得了大量举世关注的重大 成就。
• 第一个学说是“序列假说”，它认为一段核酸的 特殊性完全由它的碱基序列所决定，碱基序列编 码一个特定蛋白质的氨基酸序列，蛋白质的氨基 酸序列决定了蛋白质的三维结构。
分子生物学发展简史
分子生物学发展简史作者：佚名来源：37C医学网 2004-6-22分子生物学的发展大致可分为三个阶段。
一、准备和酝酿阶段19世纪后期到20世纪50年代初，是现代分子生物学诞生的准备和酝酿阶段。
在这一阶段产生了两点对生命本质的认识上的重大突破：确定了蛋白质是生命的主要基础物质19世纪末Buchner兄弟证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精，第一次提出酶（enzyme）的名称，酶是生物催化剂。
20世纪20-40年代提纯和结晶了一些酶（包括尿素酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、黄酶、细胞色素C、肌动蛋白等），证明酶的本质是蛋白质。
随后陆续发现生命的许多基本现象（物质代谢、能量代谢、消化、呼吸、运动等）都与酶和蛋白质相联系，可以用提纯的酶或蛋白质在体外实验中重复出来。
在此期间对蛋白质结构的认识也有较大的进步。
1902年E milFisher证明蛋白质结构是多肽；40年代末，Sanger创立二硝基氟苯（DNFB）法、Edman发展异硫氰酸苯酯法分析肽链N端氨基酸；1953年Sanger和Thomp son完成了第一个多肽分子--胰岛素A链和B链的氨基全序列分析。
由于结晶X-线衍射分析技术的发展，1950年Pauling和Corey提出了α-角蛋白的α-螺旋结构模型。
所以在这阶段对蛋白质一级结构和空间结构都有了认识。
确定了生物遗传的物质基础是DNA虽然1868年F.Miescher就发现了核素（nuclein），但是在此后的半个多世纪中并未引起重视。
20世纪20-30年代已确认自然界有DNA和RNA两类核酸，并阐明了核苷酸的组成。
由于当时对核苷酸和硷基的定量分析不够精确，得出D NA中A、G、C、T含量是大致相等的结果，因而曾长期认为DNA结构只是“四核苷酸”单位的重复，不具有多样性，不能携带更多的信息，当时对携带遗传信息的侯选分子更多的是考虑蛋白质。
40年代以后实验的事实使人们对核酸的功能和结构两方面的认识都有了长足的进步。
分子生物学与基因组学
分子生物学和基因组学的 进展，推动了生物技术的 发展，例如基因编辑技术 的应用。
种群遗传学研究
基因组学的发展使得种群 遗传学研究更加深入，了 解物种演化和多样性的机 制。
● 02
第2章 DNA结构与功能
DNA结构与功能
DNA（脱氧核糖核酸） 是细胞中包含遗传信 息的重要分子，由磷 酸、脱氧核糖和4种 碱基组成，其双螺旋 结构是DNA的典型构 象。
分子生物学与基因组学
汇报人：XX
2024年X月
第1章 概论 第2章 DNA结构与功能 第3章 基因组学技术 第4章 分子生物学和疾病 第5章 生物信息学与大数据 第6章 未来发展方向 第7章 总结与展望
目录
● 01
第1章 概论
什么是分子生物学与基因组 学
分子生物学研究生物体内分子的结构、功能和相 互作用。基因组学研究生物体内全部基因组的结 构和功能。分子生物学和基因组学是现代生物学 的两大支柱，为解析生命的奥秘提供了重要的理 论和方法基础。
03
社会伦理与基因编辑
基因编辑技术
引发社会伦理争议 道德考量
社会应对
推进规范 促进合理发展
未来展望
未来发展趋势显示出人工智能、精准医学、跨学 科合作和社会伦理将在分子生物学与基因组学领 域发挥重要作用，推动科学研究不断取得新突破。
● 07
第7章 总结与展望
分子生物学与基 因组学的重要性
分子生物学与基因组 学作为生物学和医学 领域的重要组成部分， 扮演着至关重要的角 色。通过不断创新和 发展，这两个领域为 人类健康和生命科学 研究带来更多机遇和 可能性。
参考文献3
作者3, 发表时间3 内容3简介
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医学分子生物学
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医学分子生物学
Yingzi Kang Ph.D Dept. of biochemistry, Tianjin Medical University
基本内容
第二篇 蛋白质
第四篇 细胞增 殖、分化与细胞 凋亡的分子机制
第一篇 基因
第三篇 细胞信 号转导的分子机 制（略）
第五篇 分子生 物学实验技术
cDNA芯片为杂交检测的一个发展。
核苷酸序列分析 （sequencing)
测序分析是基因研究中最精确的分析，所以又称为一级结构分析。 一级结构的了解是进一步分析基因结构和功能关系的前提，同时 对基因表达、调控的研究也是非常重要的。
主要方法是sanger提出的酶法（末端终止法）和Maxam、 Gilbert提出的化学降解法。
生物大分子结构研究概念：应用物理学和化学研究核酸大分子结构和功能。
基因与基因组的概念
1
基因是生物体的遗传物 质，一般是指与生物体 某些性状有关的核酸 （结构基因），以及负 责调节控制基因活动的 调控基因。
2
生物体内全部基因称为 基因组（genome)， 包括了任何染色体体内 中的任何一个基因，是 一个很庞大的范围。
其他载体：λ噬菌体、粘粒、病毒等
基因研究的几种重要分析方法
01
限制性内切 酶酶谱分析
02
核酸分子杂 交
03
核苷酸序列 分析
限制性内切酶谱
利用内切酶的功能对基因组或单个基因进行酶切，经过多 种酶（至少三个）的多个切点的反复比较，可以得到某一 基因的酶切图谱。
如在某些疾病（特别是遗传病）时，基因结构或碱基序列 发生变化（突变、缺失、插入），此时酶切图谱会有改变。 利用限制性片段长度多态性（RFLP）进行分析。
分子生物学-01-3-分子生物学的诞生2
http://www.sciencema /cgi/content/full/3 05/5692/1905#illhm1
If you could climb the twisted ladder of a DNA molecule and look down, you might see something like the image above. Kenneth Eward, a science artist at BioGrafx Scientific & Medical Images in Ovid, Michigan, used x-ray crystallographic data from DNA molecules to paint a unique portrait of the double helix. The image omits the chemical bonds that crisscross the center of the molecule, so that the structural features of the helix can be seen more easily.
• 1888年Waldeyer才将这种可被染色的 丝状物命名为染色体（chromosome）
• 1902年W. S. Sutton等更进一步的的说明 分离律中成对基因的分离是源自于减数分 裂中同源染色体的联会现象；独立分配律 中不同基因的互不干扰随机的分配则是源 自于减数分裂prophase I时四分体 （tetrads）的任意排列所致。由此可以看 出，在这个世纪初期科学家已经能由染色 体在细胞分裂时的行为与门德尔所描述的 遗传因子在世代间传递原则的相似性看出 他们之间的关系
生物的细胞生物学和分子生物学
分子生物学在疾病诊断和治疗中的应用
基因诊断
利用分子生物学技术对特定基因 或基因片段进行检测，用于遗传 性疾病、感染性疾病和肿瘤等疾
病的诊断。
靶向治疗
针对特定分子靶点（如蛋白质、基 因等）设计药物，实现对疾病的精 准治疗。
三级结构
整条肽链中全部氨基酸残基的 相对空间位置，也就是整条肽 链每一原子的相对空间位置。
四级结构
具有三级结构的亚基通过非共 价键连接而成的结构。
核酸的结构与功能
DNA的结构与功能
DNA双螺旋结构模型认为，DNA由两条走向相反 的多核苷酸链组成，两条链绕同一中心轴形成右手 螺旋。
RNA的结构与功能
RNA的种类与作用
mRNA（信使RNA）
01
携带DNA的遗传信息，指导蛋白质的合成。
tRNA（转运RNA）
02
携带氨基酸到核糖体上，参与蛋白质的合成。
rRNA（核糖体RNA）
03
与蛋白质结合形成核糖体，是蛋白质合成的场所。
蛋白质的合成与功能
氨基酸的活化
在合成蛋白质之前，氨基酸需要被活化，与tRNA结合形 成氨酰-tRNA。
核受体介导的信号传导
核受体识别配体后，与DNA结合并调控基因表达。
细胞间通讯方式
通过细胞间身。
直接接触通讯 间隙连接通讯 旁分泌通讯 自分泌通讯
通过细胞间直接接触，如突触传 递、细胞间桥粒连接等方式进行 信息交换。
细胞释放信号分子至细胞外，作 用于邻近细胞。
生物大分子之间的相互作用
蛋白质-蛋白质相互作用
通过氢键、离子键、疏水相互作用等维持蛋白质四级结构的稳定 性。
分子生物学全套课件(2024)
2024/1/26
17
蛋白质在细胞中的作用
蛋白质可以作为酶催化生物体内 的化学反应，维持生命活动的正 常进行。
蛋白质可以作为载体运输物质， 如血红蛋白运输氧气和二氧化碳 。
蛋白质可以作为抗体参与免疫反 应，保护机体免受病原体的侵害 。
蛋白质是细胞结构和功能的基础 ，参与细胞的各种生命活动，如 催化、运输、免疫、调节等。
2024/1/26
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基因表达调控的分子机制
DNA结合蛋白的作用
识别并结合特定DNA序列，影响基因转录。
染色质结构与基因表达
染色质结构的变化可影响基因的可及性和转 录活性。
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信号转导与基因表达调控
细胞外信号通过信号转导途径影响基因表达 。
转录后调控机制
包括mRNA剪接、转运、定位和降解等过程 对基因表达的调控。
比较基因组学分析
通过比较不同物种或不同个体之间的基因组差异，揭示物种进化、基 因功能等生物学问题。
生物信息学在基因组学中的应用
利用生物信息学方法对基因组数据进行挖掘和分析，发现新的基因、 突变位点以及与疾病相关的遗传变异等。
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THANK YOU
感谢观看
2024/1/26
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DNA的复制与修复
01
02
03
DNA复制的过程
起始、延伸和终止三个阶 段，涉及多种蛋白质和酶 的参与。
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DNA复制的特点
半保留复制、半不连续复 制等。
DNA修复的机制
直接修复、切除修复、重 组修复和SOS修复等，用 于纠正复制过程中产生的 错误。
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DNA的转录与表达
分子生物学发展历程
等着瞧吧， 我的时代总有一天会来临
Mendel临终前说；
Gregor Mendel 1822-1884
"for his discoveries concerning the role played by the Chromosome in heredity , demonstrated that genes are on the chromosome"
1933
Thomas Hunt Morgan
早期的遗传学家们研究基因
Forward Genetics 在不知基因化学本质的前提下
分析突变体在世代间的传递规律 研究基因的特性和染色体的定位 描述基因突变和染色体变异效应
遗传学是依靠逻辑分析 的推理性科学
二十世纪中叶的遗传学家们不再 满足于基因的抽象观念! 将研究的前沿聚焦到揭示基因的 本质和它们的作用机制!
Delbruck
Luria
1969 Nobel medal
D.H.L成功的因素 • 人们已经认识到DNA可能在遗传过程中重要作用
• 他们的科学论文几乎与Watson, Crick的论文同时 发表，从而得到了媒体的广泛宣传
• O. Avery是孤立的研究者，较少参加学术交流与 科学讨论，研究结果未能引起人们的注意
Gobind Khorana
建立了合成具有特定碱基序列的oligo dNt的有效方法
简便快速……..促进了在随后内5年所有密码的破译
R. Holley
H.G. Khorana
M. Nirenberg
学堂云分子生物学第一章~第五章答案
分子生物学第一章测试1-选择题1.分子生物学的诞生标志是：B DNA双螺旋结构模型的确立2.（）年完成了人类基因组序列图：D 20033.分子生物学研究的内容不包括以下哪一项： C 影响生命活动的环境因素4.以下有关分子生物学的说法，哪一项不正确：A 数学和计算机科学这两门科学知识的学习对分子生物学研究工作不重要。
5.目前研究者对于衰老的机制提出了多种学说，不包括以下哪个学说：C细胞衰老学说第一章测试2-判断题1.细胞增殖涉及的信号转导途径有许多，而细胞分化涉及的信号转导途径很少。
×2.分子生物学是当前生命科学研究中发展最快的前沿领域。
√3.从广义上讲，分子生物学囊括了现代生物学在分子水平的绝大部分内容。
√4.大量的致病基因和疾病相关基因被陆续发现........取得了一定突破性进展。
√5.细胞增殖是指同一来源的细胞逐渐发生各自特有的形态结构、生理功能和蛋白质合成等的过程。
×第二章测试1-选择题1.Downs sydrome为（）染色体数目畸变。
B三倍体2.下列哪种遗传病可通过染色体检查可确诊（）D Klinefelter综合征3.D组或C组染色体与21号染色体...称为（）D 罗伯逊易位4.根据Denver体制，X染色体应归为哪一组（）C C组5.经检查，某患者的核型为46.....为（）患者 D 染色体部分丢失。
第二章测试2-判断题1.染色质和染色体是同一物质在细胞分裂期间和分裂期的不同形态表现。
√2.笼统来说，凡是因遗传因素导致的疾病均称为遗传病，又称染色体病。
×3.大多数染色体疾病在一出生的时候就已经显示出病状了。
×4.多倍体细胞就是指细胞内染色体多了一条或几条。
×5.一个染色体臂的一段移接到另一....称为易位。
√第三章测试1-选择题1.下列哪个属于细胞凋亡的特点（）D 溶酶体保持完整2.下列哪个属于细胞坏死的特点（）C 细胞器肿胀破坏3.下列哪个不属于细胞凋亡的生理意义（）D造成炎症反应4.细胞凋亡的形态学改变不包括（）B细胞肿胀增大5.细胞凋亡的生化改变不包括（）A包浆中钙离子浓度降低第三章测试2-判断题1.蝌蚪变青蛙的过程中，....通过细胞凋亡实现的。
医学分子生物学PPT课件
基因组特点
基因组具有高度的复杂性 和多样性，同时不同生物 之间的基因组存在显著的 差异。
基因表达调控机制
基因表达概念
基因表达是指基因转录成mRNA并翻 译成蛋白质的过程。
表观遗传学调控
表观遗传学调控是指通过DNA甲基化、 组蛋白修饰等方式对基因表达进行调 控，但不改变DNA序列本身。
基因表达调控
生物体通过多种机制对基因表达进行 精确调控，包括转录水平调控、转录 后水平调控和翻译水平调控等。
05
蛋白质组学研究方法及应 用
蛋白质组学概念及研究内容
蛋白质组学定义
研究生物体或特定细胞类型中所有蛋 白质的科学，包括蛋白质表达、结构、 功能和相互作用等方面。
蛋白质组学研究内容
包括蛋白质表达谱、蛋白质翻译后修饰、 蛋白质相互作用网络等。
蛋白质分离纯化技术
双向凝胶电泳
利用蛋白质的等电点和分子量差 异进行分离，具有高分辨率和高
数据库资源搜索策略
数据库类型
包括核酸序列数据库、蛋白质序列 数据库、结构数据库、基因组数据 库等。
搜索策略
根据研究目的和数据类型，选择合 适的数据库和搜索工具，制定有效 的搜索策略，以获取准确、全面的 数据资源。
序列比对和注释方法
序列比对
通过比较两个或多个生物分子序列的相似性和差异性，来推断它们的结构、功 能和进化关系。常用的序列比对方法包括全局比对和局部比对。
程。
microRNA
通过与mRNA结合，抑 制翻译过程或促进 mRNA降解。
表观遗传调控
通过DNA甲基化、组蛋 白修饰等方式，调控基
因表达。
异常情况对生理功能影响
1 2
转录和翻译异常 导致蛋白质合成异常，影响细胞功能和代谢。
分子生物学
1.单选题(5/5 分数)1. 分子生物学诞生的标志是（b ）A.基因学说的提出B. DNA双螺旋结构模型的确立C. DNA不连续复制模型的确立D.遗传密码的破译2. （d ）年完成了人类基因组序列图A.2000B.2001C.2002D.20033. 分子生物学研究的内容不包括以下哪一项（c ）。
A. 生命现象B.生命本质C.影响生命活动的环境因素D.生命活动4. 以下有关分子生物学的说法，哪一项不正确（a）。
A.数学和计算机科学这两门学科知识的学习对分子生物学的研究工作不重要。
B.B.分子生物学是生物化学、生物物理学、遗传学、微生物学、细胞生物学等学科相互杂交和相互渗透而产生的一门边缘学科。
C.C.分子生物学囊括了生物膜的结构与功能、物质跨膜运输和酶的作用机制等内容。
D.D.分子生物学是一门实验科学，它的一切研究成果都是建立在运用各种分子生物学技术的实验基础之上。
5. 目前研究者对于衰老的机制提出了多种学说，不包括以下哪个学说（c ）A.程序衰老学说B.错误成灾学说C.细胞衰老学说D.自由基学说判断题1. 分子生物学是当前生命科学研究中发展最快的前沿领域。
正确2. 从广义上讲，分子生物学囊括了现代生物学在分子水平的绝大部分内容。
正确3. 大量的致病基因和疾病相关基因被陆续发现，如酒精中毒、肥胖、多囊肾、糖尿病和遗传性耳聋等疾病基因，疾病的基因诊断和治疗也取得了一定突破性的进展。
正确4. 细胞增殖是指同一来源的细胞逐渐发生各自特有的形态结构、生理功能和蛋白质合成等的过程。
错误5. 细胞增殖涉及的信号转导途径有许多，而细胞分化涉及的信号转导途径很少。
错误2.单选题1. Down’s syndrome为（b ）染色体数目畸变。
A. 单体型B. 三体型C. 单倍体D. 三倍体E. 多倍体2.下列哪种遗传病可通过染色体检查而确诊（d ）。
A. 苯丙酮尿症B. 白化病C. 血友病D. Klinefelter综合征E. Huntington舞蹈病3. D组或C组染色体与21号染色体通过着丝粒融合而形成的易位称为（d）。
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Watson
克里克
分子生物学的创立阶段 （1950~1970年代）
● 1953年， 美国科学家Watson 和英国科 学家Crick提出 DNA Double Helix model
创立阶段（1950~1970年代）
1962年Watson、 Crick与Wilkins共享诺 贝尔生理医学奖
通过对DNA分子的X射线 衍射研究证实了前两者 提出的DNA的模型
（M·Meselson）和 • 斯塔尔
（F·W·Stahl）应 用重氮标记与密度 离心技术，证明大 肠杆菌DNA的半保 留复制。
the most beautiful
experiment in biology
●1959年，美籍西班牙裔科学家Uchoa和美 国Kornberg发现了DNA和RNA的生物合成机 理而分享了诺贝尔生理医学奖。
在此期间，克里克、沃森与当时学界泰斗进行了数次学术交流，从他们 那里获得了较完整的DNA晶体结构的分析数据和照片、DNA 4种碱基两 两相等的数据，还了解到蛋白质肽链由于氢键作用而成阿尔法螺旋型。
1.25 成名之后
• 沃森和克里克则成为了分子生物学的领军 人物，特别是克里克，为分子生物学的确 立做出了无与伦比的贡献。而沃森则彻头 彻尾的做起了大老板。
●1983年，美国遗传学家McClintoc因发现
可移动的遗传因子而获得诺贝尔生理
医学奖。
麦克林托克（女）
1983. Barbara McClintock (86y)
DNA transposable elememt
核酶 ● 1989年Altman、 Cech发现
（ Ribozyme,某些RNA具有酶的功能）获 Nobel化学奖。
半保留复制是遗传消息能准确传 代的保证。是遗传物质稳定性的分 子基础。
Stahl Meselson
1.26 半保留复制方式
• 沃林和克里克1953年的原始论文中引出关 于DNA半保留复制模式推测的一段话： “我们的DNA模型实际上是一对模板，每 一模板与另一个互补。我们设想：在复制 前氢键断开，两条链松开、分离，然后每 条链作为形成自己新链的模板，最后我们 从原先仅有的一对链得到了两对链，而且 准确地复制了碱基序列。”真是天才的推 测！
1953 双螺旋的提出 分子生物学 分子遗传学 诞生
Bronze sculpture of
double-helical DNA
铜雕双螺旋
1.23看谁活得长—功劳永远是少数人的—就
像奥运会冠军
• 评选委员会不得不承认：“艾弗里于1944 年关于DNA携带信息的发现是遗传学领域 中一项最重要的成就，他没能得到诺贝尔 奖是很遗憾的。”
●1968年，Nirenberg、Holley和Khorana解
读了遗传密码及其在蛋白质合成方面的技 能而分享诺贝尔生理医学奖。
分子生物学的发展阶段 （1970年代以后）
● 1970年，Temin 和Baltimore在RNA肿瘤
病毒中发现逆转录酶。
RNA 复 制
复 制转 录DNA源自RNA 翻 译威尔金斯
● 1958年Crick提出中心法则。
RNA
复 制
复 制
转 录
DNA
RNA 翻 译
逆 转 录
蛋 白 质
中国科学院2001年硕士入学考试分子遗传学试题:
何谓中心法则？如何基于该法则来解释生物性状 的遗传和变异？（10分）
● 1958年，Meselson 和Stahl证明 DNA半保留复制。
奥乔亚
科恩伯格
● 1961年，法国科学家Jacob（雅各布） 和 Monod（莫诺）提出操纵子学说（第7章）
1965年获得诺贝尔生理医学奖
半不连续复制
• 1968年，日本生化学家冈崎（R·T·Okazki） 等人发现DNA是“不连续”复制的。复制时， 先在DNA模板链上合成一些短的片段，然后 再连接成与母链等长而且互补的新链。DNA 合成过程中的这些短片段，后来被称为“冈 崎片段”。每一冈崎片段的合成都需要DNA 多聚酶的作用。但DNA多聚酶只能把单个的 核苷酸连接到已形成的核苷酸链上。因此， 每一新的片段合成时，需要有一个已存在的 片段作为“引物”。
• 1958年，年仅38岁的弗兰克林因患癌症逝 世（因为长期接触X射线引起的），使得 1962年诺贝尔奖委员会给这个发现颁奖时， 已无需因为一次最多只能奖给三个人而为 取舍大伤脑筋了。
1.24真正的高手是不做实验的— 沃森带来的坏毛病-导师是不做 实验的-靠别人的数据发财
• 思考题：沃森和克里克的双螺旋模型中， 有多少关键点是集成别人的实验数据？
• 在构建DNA分子的结构模型时，沃森和克里克事 实上已经提供了DNA分子的复制模式。他们充分 了解DNA双螺旋的两条链互补（碱基配对）的重 要性，这是DNA复制模式的基础。复制时，DNA 双螺旋就像拉开拉链那样，两条链的配对碱基之 间的氢链断开，碱基暴露出来，这就形成了两条 “模板链”（母链）。然后作为合成原料的游离 核苷酸按碱基配对的原则结合到模板链上去。最 后，结合到模板链上各有一条新链（子链）形成， 原来的一个双螺旋DNA分子就变成（复制）了两 个双螺旋分子。这两个双螺旋分子中各含有一条 母链（旧链）和一条子链（新链）。DNA的这种 复制方式称为“半保留复制”。
• 1957年，泰勒（J·H·Taylor）等人应用放射 性标记的胸腺嘧啶与放射自显影技术，证 明蚕豆根尖染色体的半保留复制。1958年， 梅塞尔森（M·Meselson）和斯塔尔 （F·W·Stahl）应用重氮标记与密度离心技 术，证明大肠杆菌DNA的半保留复制。
• 1958年， • 梅塞尔森
逆 转 录
蛋 白 质
1975年，获诺贝尔生理医学奖
● 1977年，Sanger等人发明了一种测定 DNA分子内核苷酸序列的方法（双脱氧链 终止法，第五章）。
1980年，与Gilbert和Berg共享诺贝尔化学奖
桑格(Sanger） 吉尔伯特( Gilbert） 伯格（Berg）
Sanger还由于测定了牛胰岛素的一级 结构而获得1958年诺贝尔化学奖。
迅猛发展时期 1980-------------
1984. Kohler & Milstein 1993. Roberts & Sharp