分子生物学课件整理--朱玉贤

朱玉贤《分子生物学》课件Part 1 Replication 复制

DNA 通过半保留方式进行复制
课后作业：请阅读教材P39~40和补充资料的有关内容，然后以图解说明的方式解释DNA的半保留复制机理。
（注：半保留复制机理的证实实验被誉为最美丽的实验之一。本作业目的是促进同学们自主阅读、学习回忆和进一步深入掌握复制的基本特征，有利于培养同学们良好的思维习惯。该作业占最后评分的5%。）
复制起点（Origin）：复制起始的固定位点。一般具
有特定的序列，并可以通过之与相关的调控因子结合而形成复制引发体。
13 bp repeats
GATCTNTTNTTTT
9 bp reverse repeats
TTATCCACA
Distribution of repeats in oriC of E.coli DNA
引物前体转录起点
RNaseH: 降解RNA使之3’-OH暴露。
RNA引物前体500nt
反义RNA
复制起点反义RNA转录起点
反义RNA的合成以及它与引物前体的结合阻止了RNaseH 的作用；
反义RNA的浓度决定了胞内有效引物的浓度，从而影响复制的起始。
正调控: 由G1期积累的执照因子参与
复制的终止和子代分子的分离
终止：Tus蛋白+终止陷阱
子代分离：拓扑异构酶IV；XerCD蛋白（位点特异的重组酶）
1-3、复制的模型
Replication Models
θ复制（ θ model）滚环复制（Rolling-circle replication） D-环复制（Displacement-loop model）
150
2200
复制的过程
起始：引发体的形成延伸：复制体形成以及单脱氧核糖核苷酸的添

北大分子生物学讲义-朱玉贤

北大生命科学院分子生物学课程教学讲义朱玉贤第一讲序论略二、现代分子生物学中的主要里程碑分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、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开生物世界的奥秘，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。

当人们意识到同一生物不同世代之间的连续性是由生物体自身所携带的遗传物质所决定的，科学家为揭示这些遗传密码所进行的努力就成为人类征服自然的一部分，而以生物大分子为研究对像的分子生物学就迅速成为现代社会中最具活力的科学。

从1847年Schleiden和Schwann提出”细胞学说”，证明动、植物都是由细胞组成的到今天，虽然不过短短一百多年时间，我们对生物大分子--细胞的化学组成却有了深刻的认识。

孟德尔的遗传学规律最先使人们对性状遗传产生了理性认识，而Morgan的基因学说则进一步将"性状"与”基因”相耦联,成为分子遗传学的奠基石。

Watson和Crick所提出的脱氧核糖酸双螺旋模型,为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路。

在蛋白质化学方面，继Sumner在1936年证实酶是蛋白质之后，Sanger利用纸电泳及层析技术于1953年首次阐明胰岛素的一级结构，开创了蛋白质序列分析的先河。

而Kendrew和Perutz利用X射线衍射技术解析了肌红蛋白(myoglobin）及血红蛋白（hemoglobin）的三维结构,论证了这些蛋白质在输送分子氧过程中的特殊作用，成为研究生物大分子空间立体构型的先驱。

1910年，德国科学家Kossel第一个分离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸。

1959年，美国科学家Uchoa第一次合成了核糖核酸，实现了将基因内的遗传信息通过RNA翻译成蛋白质的过程。

同年，Kornberg实现了试管内细菌细胞中DNA的复制.1962年，Watson（美）和Crick（英）因为在1953年提出DNA的反向平行双螺旋模型而与Wilkins共获Noble生理医学奖，后者通过X射线衍射证实了Watson-Crick模型。

分子生物学研究方法朱玉贤

• 1959-1960 S. Ochoa发现RNA聚合酶和信使RNA，并证明 mRNA决定了蛋白质分子中的氨基酸序列。
• 50年代末至60年代，相继提出了"中心法则"和操纵子学说, 成功地破译了遗传密码，充分认识了遗传信息的流动和表达。
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• 1972-1973 H.Boyer，P.Berg等人发展了DNA重组技术，于1972年获得第一个重组DNA分子，1973年Cohen第一例成功的克隆实验：完成第一例细菌基因克隆。
常用的滤膜有尼龙滤膜、硝酸纤维素滤膜，叠氮苯氧甲基纤维素滤纸（DBM）和二乙氨基乙基纤维素滤膜（DEAE）
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核酸分子杂交实验包括如下两个步骤： 1.将核酸样品转移到固体支持物滤膜上，
这个过程特称为核酸印迹(nucleic acid blotting)转移，主要有电泳凝胶核酸印迹法、斑点和狭线印迹法(dot and slot blotting)、菌落和噬菌斑印迹法(colony and plaque blotting)；
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4． DNA序列分析 a. Sanger的双脱氧链终止法
Cambridge的F. Sanger在1977年发明用双脱氧链终止法测定单链DNA的序列，其基本原理如下： ①DNA聚合酶能够用单链DNA作为模板，合成准确的DNA互补链； DNA聚合酶常用Klenow大片段，无5'→3'外切酶活性。
2.将具有核酸印迹的滤膜同带有放射性标记或其它标记的DNA或RNA探针进行杂交。所以有时也称这类核酸杂交为印迹杂交。
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北大分子生物学讲义朱玉贤

北大生命科学院分子生物学课程教学讲义朱玉贤第一讲序论略二、现代分子生物学中的主要里程碑分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、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开生物世界的奥秘，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。

当人们意识到同一生物不同世代之间的连续性是由生物体自身所携带的遗传物质所决定的，科学家为揭示这些遗传密码所进行的努力就成为人类征服自然的一部分，而以生物大分子为研究对像的分子生物学就迅速成为现代社会中最具活力的科学。

从1847年和提出"细胞学说"，证明动、植物都是由细胞组成的到今天，虽然不过短短一百多年时间，我们对生物大分子细胞的化学组成却有了深刻的认识。

孟德尔的遗传学规律最先使人们对性状遗传产生了理性认识，而的基因学说则进一步将"性状"及"基因"相耦联，成为分子遗传学的奠基石。

和所提出的脱氧核糖酸双螺旋模型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路。

在蛋白质化学方面，继在1936年证实酶是蛋白质之后，利用纸电泳及层析技术于1953年首次阐明胰岛素的一级结构，开创了蛋白质序列分析的先河。

而和利用X射线衍射技术解析了肌红蛋白（）及血红蛋白（）的三维结构，论证了这些蛋白质在输送分子氧过程中的特殊作用，成为研究生物大分子空间立体构型的先驱。

1910年，德国科学家第一个分离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸。

1959年，美国科学家第一次合成了核糖核酸，实现了将基因内的遗传信息通过翻译成蛋白质的过程。

同年，实现了试管内细菌细胞中的复制。

1962年，（美）和（英）因为在1953年提出的反向平行双螺旋模型而及共获生理医学奖，后者通过X射线衍射证实了模型。

1965年，法国科学家和提出并证实了操纵子（）作为调节细菌细胞代谢的分子机制。

此外，他们还首次推测存在一种及序列相互补、能将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所（细胞质）并翻译产生蛋白质的（信使核糖核酸）。

2024版朱玉贤现代分子生物学第四版

朱玉贤现代分子生物学第四版•绪论•基因与基因组•DNA复制与修复•转录与转录后加工•蛋白质翻译与翻译后加工•基因表达的调控•基因工程与基因组学01绪论分子生物学的定义与发展分子生物学的定义分子生物学是研究生物大分子，特别是蛋白质和核酸的结构、功能及其相互作用的一门科学。

分子生物学的发展自20世纪50年代以来，随着DNA双螺旋结构的发现、遗传密码的破译、基因工程技术的建立等，分子生物学得到了迅速的发展，并在医学、农业、工业等领域产生了广泛的应用。

基因与基因组的结构与功能研究基因的结构、表达调控及其在生物体发育和进化中的作用。

DNA复制、转录与翻译的过程与调控研究DNA的复制、转录和翻译等过程及其调控机制，揭示生物体遗传信息传递的规律。

蛋白质的结构与功能研究蛋白质的结构、功能及其与生物体代谢和生理功能的关系。

基因表达的调控研究基因表达的时空特异性及其调控机制，揭示生物体发育和适应环境的分子基础。

包括DNA 重组技术、基因克隆技术、核酸序列分析技术等，用于研究基因的结构和功能。

分子生物学实验技术生物信息学方法细胞生物学和遗传学方法结构生物学方法利用计算机科学和数学的方法对生物大分子数据进行处理和分析，揭示生物大分子的结构和功能。

通过细胞培养和遗传学手段研究基因在细胞和组织中的表达和功能。

利用X 射线晶体学、核磁共振等技术解析生物大分子的三维结构，揭示其结构与功能的关系。

02基因与基因组基因的概念与结构基因是遗传信息的基本单位，控制生物性状的基本因子。

基因的结构包括编码区和非编码区，编码区又可分为外显子和内含子。

基因通过DNA序列的特异性来实现其遗传信息的传递和表达。

基因组的组成与特点基因组是一个生物体所有基因的总和，包括核基因组和细胞器基因组。

基因组具有高度的复杂性和多样性，不同生物体的基因组大小和基因数量差异巨大。

基因组中存在着大量的重复序列和非编码序列，这些序列在生物进化、基因表达和调控等方面发挥着重要作用。

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。
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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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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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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。

北大分子生物学课件朱玉贤优秀ppt文档-2024鲜版

分子生物学研究生物大分子的结构和功能，是揭示生命现象本质的基础科学，对生物学的发展具有重要推动作用。
分子生物学与其他生物学科的交叉融合
分子生物学与遗传学、细胞生物学、发育生物学等生物学科相互渗透、交叉融合，共同推动着生命科学的发展。
2024/3/27
分子生物学在医学、农业等领域的应用
分子生物学的研究成果在医学、农业等领域得到广泛应用，为疾病的诊断、治疗和农作物的改良等提供了有力支持。
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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，如碱基错配或脱落，可通过特定的酶
直接进行修复。
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切除修复
对于较复杂的DNA损伤，如嘧啶二聚体等，需要先将损伤部位切除，然后通过DNA聚合酶和连接酶的作用进行修复。
重组修复
在某些情况下，DNA损伤过于严重，无法直接修复，此时可通过DNA重组的方式，利用未损伤的同源序列进行修复。
基因克隆技术应用
用于基因功能研究、基因工程疫苗研制、基因治疗等。
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DNA测序技术及应用
DNA测序技术
通过特定的方法和技术，对DNA序列进行测定和分析。
DNA测序技术应用
用于基因组学研究、疾病相关基因鉴定、个性化医疗等。
2024/3/27
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分子生物学在医学、农业等领域的应用
医学领域应用
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RNA的二级结构
01 02
A型RNA双螺旋
RNA的二级结构大多数都是单链，但是可以形成局部双链结构，这些双链结构是由于碱基配对形成的，常见的A型RNA双螺旋结构中的碱基对是A-U和G-C。

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。

分子生物学课件重点整理__朱玉贤

分子生物学课件重点整理__朱玉贤一, 名词解释冈崎片段：在DNA复制过程中，前导链能连续合成，而滞后链只能是断续的合成5→'3 '的多个短片段，这些不连续的小片段称为冈崎片段。

复制子：从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子复制叉：复制时，解链酶等先将DNA的一段双链解开，形成复制点，这个复制点的形状象一个叉子，故称为复制叉前导链：在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链为前导链；滞后链：合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的DNA链为滞后链。

编码链：与mRNA 序列相同的那条DNA链称为编码链；模板链：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。

结构基因：DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因转录单元：一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。

启动子：指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。

TATA区：酶的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）TTGACA区：提供了RNA聚合酶全酶识别的信号终止子：位于基因的末端，在转录终止点之前有一段回文序列（反向重复序列）约6-20bp。

顺式作用元件：影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。

例：启动子、增强子、弱化子增强子：在启动区存在的能增强或促进转录的起始的DNA序列。

转录因子：能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质翻译：指将mRNA链上的核甘酸从一个特定的起始位点开始，按每三个核甘酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。

沉默子Silencer：某些基因含有负性调节元件——沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用 . 绝缘子insulator：通常位于启动子与正调控元件（增强子）或负调控因子（为异染色质）之间的一种调控序列。

其明显特征是能够绝缘或保护启动子免受上游增强子的影响。

负调控:在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入某种调节蛋白质后基因活性就被关闭，这样的控制系统就叫做负控系统。

分子生物学课件重点整理朱玉贤

第二章染色体与DNA染色体（chromosome）是细胞在有丝分裂时遗传物质存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密包装的结果。

真核生物的染色体在细胞生活周期的大部分时间里都是以染色质(chromatin)的形式存在的。

染色质是一种纤维状结构，叫做染色质丝，它是由最基本的单位—核小体(nucleosome)成串排列而成的。

原核生物(prokaryote) ：DNA形成一系列的环状附着在非组蛋白上形成类核。

染色体由DNA和蛋白质组成。

蛋白质由非组蛋白和组蛋白（H1,H2A,H2B,H3,H4）DNA和组蛋白构成核小体。

组蛋白的一般特性：P24①进化上的保守性②无组织特异性③肽链氨基酸分布的不对称性：碱性氨基酸集中分布在N端的半条链上。

④组蛋白的可修饰性:甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等。

⑤H5组蛋白的特殊性：富含赖氨酸（24%）(鸟类、鱼类及两栖类红细胞染色体不含H1而带有H5)组蛋白的可修饰性在细胞周期特定时间可发生甲基化、乙酰化、磷酸化和ADP核糖基化等。

H3、H4修饰作用较普遍，H2B有乙酰化作用、H1有磷酸化作用。

所有这些修饰作用都有一个共同的特点，即降低组蛋白所携带的正电荷。

这些组蛋白修饰的意义：一是改变染色体的结构，直接影响转录活性；二是核小体表面发生改变，使其他调控蛋白易于和染色质相互接触，从而间接影响转录活性。

2、DNA1) DNA的变性和复性■变性（Denaturation) DNA双链的氢键断裂，最后完全变成单链的过程称为变性。

■增色效应(Hyperchromatic effect)在变性过程中，260nm紫外线吸收值先缓慢上升，当达到某一温度时骤然上升，称为增色效应。

■融解温度（Melting temperature ，Tm ) 变性过程紫外线吸收值增加的中点称为融解温度。

生理条件下为85-95℃影响因素：G+C含量，pH值，离子强度，尿素，甲酰胺等■复性（Renaturation)热变性的DNA缓慢冷却，单链恢复成双链。

现代分子生物学(课堂PPT)

Frederick Sanger
酶法核苷酸测序的设计者
Walter Gilbert 化学测序法的设计者
Paul Berg
DNA重组，在细菌中表达胰岛素
DNA重组技术的元老
测定了牛胰岛素的化学结构而获 1958 年的 Nobel 化学奖
25
1984 Kohler（德） Milstein（美） Jerne（丹麦）
15
2、重要机制的发现 * 1949 Chargaff 测定出不同来源的A、T、G、 C 四种核酸碱基 * 1950 Chargaff Markham A=T G=C * 1953 Watson ＆Crick DNA Double Helix Model
随着DNA双螺旋结构的提出和蛋白质空间结构的解析开始了分子生物学时代,此后对遗传信息的载体DNA和生物功能的体现者蛋白质的研究的研究也成为生命科学研究的主要内容
Francis Jacob Jacques Monod 提出并证实了Operon作为调节细菌细胞代谢的分子机制首次提出mRNA分子的存在
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1969 Nirenberg（美） Holly ＆ Khorana
Marshall W. Nirenberg
破译了遗传密码
Robert W. Holley 酵母Ala-tRNA的核苷酸序列并证明了所有tRNA三级结构的相似性
断裂基因（splitting gene） PCR仪的发明者基因定点突变
1994 Gilman ＆ Rodbell 发现G蛋白在细胞信号传导中的作用
1995 Lewis（美）、Nusslein－Volhard（德）、Wieschaus（美） 20世纪40～70年代先后独立鉴定了控制果蝇（ Drosophila ）体节发育基因