武汉大学分子生物学全部课程3.pptx
分子生物学PPT课件
04 蛋白质的结构与功能
蛋白质的化学组成与结构
蛋白质的基本组成单 位
氨基酸，具有氨基和羧
基的有机化合物。
氨基酸的种类
20种常见氨基酸，根据 侧链R基的不同进行分 类。
蛋白质的一级结构
氨基酸的线性排列顺序 ，包括肽键和二硫键的 连接。
蛋白质的高级结构
二级结构（α-螺旋、β折叠等）、三级结构和 四级结构。
01
其他RNA
如miRNA、snRNA等，在基因表达调控、 RNA加工等方面发挥作用。
04
03
RNA的合成与加工
01
02
03
转录
以DNA为模板，通过RNA 聚合酶的作用，合成RNA 的过程。
加工
新合成的RNA需要经过一 系列加工过程，如剪接、 修饰等，才能成为成熟的 RNA分子。
转录后调控
通过RNA干扰、RNA编辑 等方式对RNA进行转录后 水平的调控，影响基因的 表达。
03
DNA连接酶的种类和应用
04
重组DNA分子的构建和筛选
PCR技术及其应用
01
PCR技术的原理及步骤
02
03
04
引物的设计与优化
PCR反应体系的组成及优化
PCR技术的应用举例
基因克隆与基因工程
基因克隆的定义和原理 基因表达载体的构建和选择
基因工程的基本步骤 基因工程的应用举例
分子生物学在医学、农业等领域的应用
医学领域的应用
基因诊断、基因治疗、药物研 发等
工业领域的应用
酶工程、发酵工程、生物制药 等
农业领域的应用
转基因作物、基因编辑育种、 农业生物技术等
环境领域的应用
环境监测、污染治理、生态修 复等
分子生物学全套课件96P课件97页PPT
Then what?
Amplification (PCR) +Separation
ROCHE Strategy
Emulsion PCR; 1 பைடு நூலகம்ragment/ bead
Primer
dNTP (each)
Polymerase
Template
Not clearly demonstrated
PCR amplification (Chain extension) Emulsion breaking Template dissociation
Around 100 million emPCR-prepared template beads are deposited onto a glass slide. On annealing of a universal primer, a library of 1,2-probes is added. Appropriate conditions enable selective hybridization and ligation of probes to complementary positions. The first (Y) and second (Z) positions of the 1,2-probes are designed as interrogation bases, such that the 16 dinucleotides are encoded by four dyes. Following four-colour imaging, the ligated 1,2probes are chemically cleaved to generate a 5′-PO4 group (P). The cycle of hybridization, ligation, imaging, and cleavage is repeated six more times. The extended primer is then stripped from the templates, and a second ligation round is performed with an n–1 primer, which resets the interrogation bases one position to the left. Interrogating each base twice improves the accuracy of the colour call. Seven ligation cycles ensue, followed by three more ligation rounds. A string of 35 data bits, encoded in colour space, are then aligned to a reference genome to decode the DNA sequence. Substitutions are the most common error type.
武汉大学 分子生物学全部课程 3
have the complementary sequence 3’-
4
TACAG-5’
(Related to replication and transcription)
The strictness of the rules for “Waston-Crick” pairing
derives from the complementarity both of shape and of hydrogen bonding properties between adenine and thymine and between guanine and cytosine.
Space-filling model
Nucleoside & Nucleotide, the fundamental building block of DNA
phosphoester bond
glycosidic bond
Phosphodiester linkages: repeating, sugar-phosphate backbone of the polynucleotide chain
3/08/05
CHAPTER 6
The Structures of DNA and RNA
How do the structures of DNA and RNA account for their functions?
OUTLINE
1.DNA Structure 2.DNA Topology 3.RNA Structure
Maintenance of the Genome
Ch 6: The structures of DNA and RNA Ch 7: Chromosomes, chromatins and the nucleosome Ch 8: The replication of DNA Ch 9: The mutability and repair of DNA Ch 10: Homologous recombination at the molecular level Ch 11: Site-specific recombination and transposition of DNA
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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。
18
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。
2024/2/29
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。
30
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
完整版《分子生物学》 ppt课件
底物
模板 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
识别 起始 延伸 终止
启动子（－10区、－35区） 转录单位相关概念 CAP位点 识别过程
不依赖ρ因子的终止子: 内在终止子（intrinsic terminator ） 依赖ρ因子的终止子（ ρ-dependent terminator ）有发夹结构，但GC含量少， 无U串
核mRNA内含子的剪接 Ⅰ内含子的剪接 Ⅱ类内含子的剪接 反式剪接
核mRNA的 拼接体的拼接
类型ⅰ 自我拼接
类型ⅱ自我 拼接
剪接、3’末端CCA结构、碱基修饰 内含子切除（核酸酶的作用，不是
转酯反应） 连接外显子
蛋 白 参与蛋白质生物合成的物质 质 的 蛋白质生物合成过程 生 物 蛋白质合成的干扰与抑制 合 成 蛋白质的降解
一般模式 复制型转座模式 非复制型转座模式 保守型转座模式 TnA转座模式
通过反义RNA的翻译水平控制 甲基化作用控制转座酶合成及
其与DNA的结合
转座引起插入突变 造成插入位点靶DNA的少量碱基
对重复 插入位点出现新基因 引起染色体畸变 转座引起的生物进化 切除效应 外显子改组
动子：（上游控制元件），－165～ －40，影响转录的频率。
♠ -25bp:TATA盒（Hogness box）,识别起 始位点
♠ -75bp:CAAT盒(CAATCT) ，决定启动子
♠ -110bp:GC盒的(G转G录GC频G率G)，R调N控A起始聚和合酶I的启动子
转录频率
RNA聚合酶Ⅱ的启动子
分子生物学 Molecular Biology
总结复习 Review and Summarize
2020/12/22
1
绪论
引言 分子生物学简史 分子生物学的研究内容 分子生物学进展 分子生物学展望
分子生物学(全套课件557P)
分子生物学（全套课件557P）简介分子生物学是研究生物分子结构、功能和相互作用的学科。
它涉及到核酸、蛋白质和其他生物分子的研究，以及它们在细胞和生物体中的功能。
本文档是一套全面的分子生物学课件，共有557页。
本课件旨在帮助读者系统地了解分子生物学的各个方面，包括基本的分子生物学原理、实验技术、研究方法以及应用等。
目录1.第一章：分子生物学概述2.第二章：DNA结构与功能3.第三章：RNA结构与功能4.第四章：蛋白质结构与功能5.第五章：基因表达调控6.第六章：基因突变与遗传变异7.第七章：分子生物学实验技术8.第八章：分子生物学研究方法9.第九章：分子生物学的应用领域第一章：分子生物学概述1.1 什么是分子生物学分子生物学是研究生物体内分子的结构、功能以及相互作用的学科。
它涉及到DNA、RNA、蛋白质等生物分子的研究，以及它们在细胞和生物体中的功能。
1.2 分子生物学的历史与发展分子生物学起源于20世纪50年代，当时发现DNA是物质遗传信息的携带者后，科学家们开始研究DNA的结构和功能，从而奠定了现代分子生物学的基础。
1.3 分子生物学的重要性分子生物学的研究对于了解生命的本质和机理至关重要。
它不仅有助于解释遗传现象，还可以揭示细胞的结构、功能和调控机制，甚至为疾病的诊断和治疗提供理论基础。
2.1 DNA的组成与结构DNA是由基因序列组成的生物分子，它由核苷酸组成。
本节将介绍DNA的基本结构、双螺旋结构和碱基对的配对方式。
2.2 DNA复制与遗传信息传递DNA复制是细胞分裂过程中最重要的事件之一，它确保了遗传信息的传递和稳定性。
本节将介绍DNA复制的过程和机制。
2.3 DNA修复与突变DNA在生物体内容易受到各种外界因素的损伤，因此细胞拥有多种修复机制来修复DNA损伤。
本节将介绍DNA修复的方式和维护基因组稳定性的重要性。
3.1 RNA的种类与功能RNA是DNA转录的产物，它在细胞内发挥着多种功能，包括mRNA的编码信息传递、tRNA的氨基酸运载和rRNA的构建核糖体等。
2024《分子生物学全套》ppt课件
ppt课件contents •分子生物学概述•基因与基因组结构•DNA复制与修复机制•转录与翻译过程调控•蛋白质组学与代谢组学研究方法•现代分子生物学技术应用•生物信息学在分子生物学中应用•分子生物学前沿领域及未来发展趋势目录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特点以分子为研究对象，阐明生命现象的本质；与多学科交叉融合，推动生命科学的发展；实验技术手段不断更新，提高研究效率和准确性。
分子生物学发展历程早期发展阶段现代分子生物学阶段分子生物学研究内容及方法研究内容研究方法基因与基因组结构基因概念及功能基因功能基因定义基因通过编码蛋白质或参与生物体的各种生理和生化过程，从而控制生物的性状和表现。
基因分类基因组组成与结构特点基因组定义基因组是指一个生物体内所有基因的总和。
基因组组成基因组包括编码区和非编码区，其中编码区包含结构基因和调控基因，非编码区则包含一些重要的调控元件和重复序列。
基因组结构特点不同生物的基因组具有不同的结构特点，如原核生物基因组较小且连续，真核生物基因组较大且存在大量的重复序列和间隔区。
转录后水平调控转录后水平调控主要涉及mRNA 的加工、剪接、运输和降解等过程，通过这些过程可以影响mRNA 的稳定性和翻译效率。
基因表达概念基因表达是指基因转录成mRNA ，再翻译成蛋白质的过程。
基因表达调控机制生物体通过多种机制对基因表达进行调控，包括转录水平调控、转录后水平调控、翻译水平调控和表观遗传调控等。
转录水平调控转录水平调控是最主要的基因表达调控机制，包括启动子、增强子、沉默子等顺式作用元件和反式作用因子的相互作用。
基因表达调控机制DNA复制与修复机制DNA复制过程及影响因素DNA复制过程影响因素DNA损伤类型及修复方式损伤类型包括碱基错配、单链断裂、双链断裂、碱基修饰等，这些损伤可能导致遗传信息的改变或丢失。
修复方式包括直接修复、切除修复、重组修复和跨损伤修复等，这些修复方式能够识别和修复DNA损伤，维护基因组的稳定性。
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。
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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
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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
武汉大学分子生物学全部课程3
2020年7月18日星期六
•Molecular Biology of the Gene, 5/E --- Watson et al. (2004)
•Part I: Chemistry and Genetics •Part II: Maintenance of the Genome •Part III: Expression of the Genome •Part IV: Regulation •Part V: Methods
•Linking number is the number of times one strand have to be passed through the other strand in order for the two strands to be entirely separated from each other.
•Function (1): DNA in cells is negatively supercoiled; nucleosomes introduces negative supercoiling in eukaryotes
•Negative supercoils serve as a store of free energy that aids in processes that require strand separation, such as DNA
•It is a simple consequence of the geometry of the base pair.
•(See the Structural Tutorial of this chapter for details)
•
分子生物学3[1]
![分子生物学3[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/dacabe45f705cc17552709d0.png)
Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶 A：乙酰基转移酶
分子生物学3[1]
大肠杆菌氮代谢基因激活蛋白
（nitrogen metabolism gene aห้องสมุดไป่ตู้tivator protein,ntrC）
ntrB激酶
ntrC
ntrB磷酸酶
ntrCp
当谷氨酰胺丰富时，ntrB以磷酸酶活性为主，当谷氨酰
5、转录终止子与因子
⑴转录终止子(teminater) ①定义：指基因的3′末端或者操纵子的3′ 的一段具有终止转录功能的核苷酸序列。
②分类：依赖因子的转录终止子 不依赖因子的转录终止子
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分子生物学3[1]
③序列特征
相同点：终止点之前有一段反向重复序列，两重 复序列之间有间隔序列，终止子被转录出来的 RNA可形成发夹结构。
分子生物学3
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2020/11/10
分子生物学3[1]
第一节
SectionⅠ
概述
General Narration
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分子生物学3[1]
本节介绍4方面内容:
一、基因表达的概念 二、基因表达的特性 三、基因表达的方式 四、基因表达的多级调控
一 、基因表达的概念
* 基因表达（gene expresion）
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分子生物学3[1]
⑵ 因子
因子具有两种活性：①促进转录 终止；②具有NTP酶活性，后一种 活性是实现前一种活性必不可少 的。
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分子生物学3[1]
ATP
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分子生物学3[1]
6、衰减子(attenuator)
分子生物学(全套课件396P)pptx
DNA修复机制包括直接修复、 切除修复、重组修复和SOS修 复等，用于维护DNA分子的完 整性和稳定性。
PART 03
RNA结构与功能
REPORTING
RNA种类及特点
mRNA（信使RNA）
携带遗传信息，指导蛋白质合成。
rRNA（核糖体RNA）
与蛋白质结合形成核糖体，是蛋白质合成的 场所。
tRNA（转运RNA）
分子生物学(全套课件 396P)pptx
REPORTING
• 分子生物学绪论 • DNA结构与功能 • RNA结构与功能 • 蛋白质合成与功能 • 基因表达调控机制 • DNA损伤修复与重组技术
目录
PART 01
分子生物学绪论
REPORTING
分子生物学定义与发展
分子生物学的定义
在分子水平上研究生物大分子的结 构和功能，究生物大分子的结构和功能方面有很多交 叉，但分子生物学更侧重于在分子水平上揭示生命现象的本质。
与细胞生物学的关系
分子生物学与细胞生物学在研究细胞的结构和功能方面密切相关，但 分子生物学更侧重于研究细胞内的分子机制和信号传导。
与医学的关系
分子生物学在医学领域有着广泛的应用，如基因诊断、基因治疗和药 物研发等，为医学的发展提供了重要的理论和技术支持。
THANKS
感谢观看
REPORTING
识别并携带氨基酸，参与蛋白质合成。
其他非编码RNA
如microRNA、siRNA等，参与基因表达调 控。
RNA转录后加工与修饰
01
02
03
04
5'端加帽
在mRNA的5'端加上甲基鸟嘌 呤帽子结构，保护mRNA不被
降解。
3'端加尾
(武汉大学)分子生物学1_3章(一般不考)
（武汉大学）分子生物学1~3章（一般不考）●孟德尔学派的世界观●解释遗传性状如何从亲代传递给子代●law of segregation 独立分离定律（孟德尔第一定律）F2代中中显隐性性状的比率是3:1●在F1代表现的性状称为dominant 显性，而在F1代不表现的性状称为recessive隐性●不同的性状是由不同对遗传因子控制的（gene 基因）●law of independent 自由组合定律（孟德尔第二定律）F2 代中显性、两种杂合、隐性性状的比率是 9:3:3:1●当对多个性状进行检测时，子代中出现了具有重组性状的豌豆●homozygous 纯种——孟德尔成功的一个关键因素杂种：heterozygous●核酸承载遗传信息●DNA能够携带遗传物质——Avery发现●Griffith的肺炎双球菌转化实验——DNA可能是关键的遗传物质S细胞加热灭活之后与R细胞混合，生成了S细胞●Avery的实验——证明了DNA是遗传物质转化活性：脱氧核糖核酸酶(-) 核酸酶(+) 各种蛋白酶(+) 用核酸酶和蛋白酶处理：排除了RNA和蛋白质的污染●双螺旋——Watson & Crick●DNA半保留复制的证明●技术：放射性同位素标记、密度梯度离心、微量密度检测仪●过程：将大肠杆菌在只含有N15的培养基中培养若干代→ 后续的培养中，每代加入10倍的N14 → 利用E.coli的菌落数确定何时取样→ 进行密度定量检测●结果：N15-N15的条带转变为N15-N15的条带，最后转变为N14-N14和N15-N14条带能说明DNA复制不是全保留复制，但还不能排除分散复制的可能●附加实验：热变性处理实验——排除了分散复制的可能，确定了DNA半保留复制●原理：加热能使DNA解离变性●将培养一代的E.coli进行热处理并对N的同位素进行密度检测，如果密度峰值只有2个，即说明是半保留复制对照组：仅用15N培养基和仅用14N培养基培养的E.coli●中心法则——遗传信息的流向●包括DNA的复制、DNA的转录、RNA的翻译●修正补充：RNA的逆转录、RNA的复制、RNA的加工●蛋白质合成方向的确定通过三个实验完全证明了①肽链是顺序合成的、●实验一——证明肽链合成是顺序的●假设（原理）在加入放射性同位素标记的氨基酸之后，短时间内将溶液中已经合成完毕的球蛋白取出并酶解，测定每一个片段的放射性强度●核糖体合成●短时间标记：核糖体上有不同长度的肽链，加上的放射性氨基酸较少，酶切后测定出的每个肽链放射性强度差不多（没有明显放射性强度梯度）●长时间标记：越来越多的放射性氨基酸被掺入肽链，进行酶切处理时，越接近合成起始端，所带有的放射性氨基酸数目越多，放射性强度越强（放射性强度出现，并形成了起始端到末端逐渐减弱的梯度）●体外合成●短时间标记：位于肽链合成末端的放射性强度是最高的，越接近起始端放射性强度越低（从合成末端到起始端逐渐减弱的放射性强度梯度）●长时间标记：越接近合成的起始端，含有放射性氨基酸肽段的数目越多（削减肽链所产生的梯度）●过程●获得标记的球蛋白（细胞：兔网织红细胞，球蛋白：血红蛋白）兔网织红细胞中只合成血红蛋白，避免了杂蛋白的干扰 H3亮氨酸对球蛋白进行短时间标记，C14亮氨酸进行长时间标记●分离溶液中的球蛋白和核糖体上正在合成的球蛋白细胞破碎、离心，获得上清液和沉淀物。
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Bases in DNA
adenine
purines
N9
guanine
cytosine
pyrimidines
thymine
DNA STRUCTURE
DNA STRUCTURE (1)
DNA is composed of polynucleotide chains
Structure: twisting around each other in the form of a double helix.
Schematic model
consequence of the way that adenine and thymine,and guanine and cytosine, pair with
each other. (Related to replication and transcription)
DNA STRUCTURE (4)
N1
DNA STRUCTURE (2)
Each bases has its preferred tautomeric form (Related to Ch 9)
DNA STRUCTURE (3)
The two strands of the double helix are held together by base pairing in an antiparallel orientation, Which is a stereochemical
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CHAPTER 6
The Structures of DNA and RNA
How do the structures of DNA and RNA account for their functions?
OUTLINE
1.DNA Structure 2.DNA Topology 3.RNA Structure
Maintenance of the Genome
Ch 6: The structures of DNA and RNA Ch 7: Chromosomes, chromatins and the nucleosome Ch 8: The replication of DNA Ch 9: The mutability and repair of DNA Ch 10: Homologous recombination at the molecular level Ch 11: Site-specific recombination and transposition of DNA
Space-filling model
Nucleoside & Nucleotide, the fundamental building block of DNA
phosphoester bond
glycosidic bond
Phosphodiester linkages: repeating, sugar-phosphate backbone of the polynucleotide chain
(Related to replication and transcription)
The strictness of the rules for “Waston-Crick” pairing derives from the complementarity both of
shape and of hydrogen bonding properties between adenine and thymine and between guanine and cytosine.
➢ Stacking interactions between bases significantly contribute to the stability of DNA double helix
The Two Chains of the Double Helix Have Complementary Sequences
Watson-Crick Base Pairing
Example: If sequence 5’-ATGTC-3’ on one chain, the opposite chain must have the complementary sequence 3’-TACAG-5’
A:C incompatibility
DNA STRUCTURE (5)
Hydrogen Bonding Is Important for the Specificity of Base Pairing
➢ The hydrogen bonds between complementary bases contribute to the thermodynamic stability of the helix (why?) and the specificity of base pairing
Welcome Each of You to My Molecular
Biology Class
Molecular Biology of the Gene, 5/E --- Watson et al. (2004)
Part I: Chemistry and Genetics Part II: Maintenance of the Genome Part III: Expression of the Genome Part IV: Regulation Part V: Meenance of the Genome
Dedicated to the structure of DNA and the processes that propagate, maintain and alter it from one cell generation to the next