分子生物学基本概念

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现代分子生物学课件

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。

分子生物学第一章绪 论

分子生物学第一章绪 论

Avery 在1944年更精密的实验设计
• 提取可能的转化因子:DNA、RNA、蛋白质、荚膜进行试 验
• 分别用降解DNA、RNA、蛋白质的酶作用于S型菌细胞抽 提物
• 组分提纯试验结果:DNA组分纯度越高,转化效率越高。
结论:使R型菌变为S型菌的物质是S型菌的DNA
• Avery在1944年的报告中这样写道:当溶 液中酒精的体积达到9/10时,有纤维状物 质析出;如稍加搅动,这种物质便会像棉 线绕在线轴上一样绕在硬棒上,溶液中的 其他成分则以颗粒状沉淀留在下面。溶解 纤维状物质并重复沉淀数次,可提高其纯 度。这一物质具有很强的生物学活性,初 步实验证实它很可能就是DNA。
4.假基因 不能合成出功能蛋白质的失活基因 。
5.重叠基因 不同基因的核苷酸序列有时是可以共用的 即重叠 的。
1983年,McClintock由于在50年代提出并发 现了可移动遗传因子(jumping gene或称 mobile element)而获得Nobel奖。
Barbra McClintock
• 阐明这些复杂的结构及结构与功能的关系是分子生 物学的主要任务。
一、基因的发展
1. Mendel的遗传因子阶段 2. 摩尔根的基因阶段 3. 顺反子阶段 4. 现代基因阶段
Mendel的遗传因子阶段
• Mendel提出:生物的某种 性状是由遗传因子负责传 递的。是颗粒性的,体细 胞内成双存在,生殖细胞 内成单存在。遗传因子是 决定性状的抽象符号。
T2噬菌体感染试验 (1952年,Hershey & Chase)
病毒重建试验
杂种病毒的感染 特征和蛋白质外 壳的特性是由其 中的RNA决定的, 而不是蛋白质决
定的
结论

分子生物学概述

分子生物学概述

传信息传递的基本方式,最终确
定了核酸是遗传的物质基础。
5’
2、遗传信息传递中心法则的建立
1956年,Kornber在大肠杆菌的无细胞提取液中实
现了DNA的合成,并从E.col中分离出DNA聚合酶;
1958年,Meselson与Stahl的实验证明,DNA复制 时 DNA分子的两条链先行分开。他们用15N重同位 素及密度梯度超速离心证明了DNA的复制是一种半 保 留复制。
三、分子生物学的主要研究内容
1、重组技术的建立和发展 2、基因组研究的发展 3、功能基因组研究的发展 4、基因表达调控机理的研究
基因组、功能基因组及生物信息学研究
基因组:指某种生物单倍体染色体中所含有基因的总数, 也就是包含个体生长、发育等一切生命活动所需的全部 遗传信息的整套核酸。
功能基因组:又称后基因组,是在基因组计划的基础上 建立起来的,它主要研究基因及其所编码蛋白质的结构 和功能,指导人们充分准确地利用这些基因的产物。
人类基因组计划(human genome project, HGP)
美国科学家、诺贝尔奖获得者Dulbecco R于1986年在美国 《 Science 》杂志上发表的短文中率先提出,并认为这是加快 癌症研究进程的一条有效途径。
主要的目标是绘制遗传连锁图、物理图、转录图,并完成人类 基因组全部核苷酸序列测定。测出人体细胞中24条染色体上全 部30亿对核苷酸的序列,把所有人类基因都明确定位在染色体 上,破译人类的全部遗传信息。
里程碑的发现
Watson 和 Crick 在前人的基础 上,提出了DNA双螺旋结构的 模型。
1962年诺贝尔医学与生理学奖
Watson JD和Crick FHC的“双
5’

什么是分子生物学

什么是分子生物学

什么是分子生物学分子生物学是一门崭新的科学,由于它是20世纪发展起来的新兴学科,它在未来也将产生重大的影响。

下面将介绍分子生物学的几个基本概念并阐述它的重要性:一、什么是分子生物学?分子生物学是一门研究分子水平生命现象和自然关系的新科学。

它使用分子生物学手段,利用化学、物理和生物技术,探讨以分子和最小细胞为基础的生物学过程。

分子生物学以DNA、RNA、蛋白质和其他分子结构为框架,结合生物信息学,解析各种生物过程及其分子机制。

二、分子生物学的方法分子生物学有许多研究方法和工具,主要包括基因测序、分子标记、克隆技术、蛋白质分析、遗传学和定量PCR的技术。

(1)基因测序:基因测序是分子生物学研究最常用的技术,它是一种可以分析DNA片段顺序和检测DNA表达状态的技术。

(2)分子标记:分子标记是将一种活性体与另一种它可能与之具有共同性质的生物活性体混合,以产生一种可检测的化学反应的技术。

(3)克隆技术:克隆技术是指利用可重组DNA技术在一个宿主上复制目标DNA片段、克隆它们作为载体的技术。

(4)蛋白质分析:蛋白质分析是指利用紫外分光光度计、流式细胞仪等分析仪器,研究蛋白质结构、凝胶电泳分析、质谱分析以及免疫学方法等技术来检测蛋白质结构和性质的方法。

(5)遗传学:遗传学是指研究基因在细胞中的表达、基因间相互作用及其在不同生物间的进化变异,以及它们在适应性演化中的作用的学科。

(6)定量PCR:定量PCR是指使用定量PCR技术研究DNA序列,利用荧光基因特异性引物和特异序列来检测、建库和定量分析DNA。

三、分子生物学的重要性(1)分子生物学能够探究生命的奥秘;(2)通过分子生物学,我们可以更好地了解遗传基因是如何影响人类生理和心理行为;(3)分子生物学可以帮助我们更好地理解疾病的发展机制,进行疾病的预防和治疗;(4)分子生物学也是真核细胞和原核细胞的比较研究的基础,从而有助于我们更好地利用微生物培养;(5)分子生物学还可以帮助我们更好地利用基因工程技术实现转基因动物生物学研究和创新生物材料研究。

分子生物学基础教学

分子生物学基础教学

生物能源:利用生物质能进行发电、供热等
生物燃料:利用生物质能生产燃料,如乙醇、生物柴油等
环境保护:利用分子生物学技术进行污染治理、生态修复等
生物多样性保护:利用分子生物学技术进行物种保护、生态监测等
生物信息学:利用计算机技术处理和分析生物数据
系统生物学:研究生物系统的整体结构和功能
应用领域:药物设计、基因测序、疾病诊断等
分子生物学基础知识
DNA:双螺旋结构,包含遗传信息
添加标题
RNA:单链结构,参与基因表达和调控
添加标题
蛋白质:执行生物功能的主要分子
添加标题
基因:DNA上的遗传信息片段,控制生物性状
添加标题
染色体:DNA和蛋白质组成的结构,携带遗传信息
添加标题
细胞核:遗传物质的主要储存场所
添加标题
遗传信息的传递:DNA复制、转录和翻译是遗传信息在细胞内传递的关键过程
汇报人:XX
分子生物学基础教学
目录
分子生物学基本概念
分子生物学基础知识
分子生物学实验技术
分子生物学应用领域
分子生物学前沿进展
分子生物学基本概念
分子生物学是研究生物大分子(如DNA、RNA、蛋白质等)的结构、功能、相互作用和调控的科学。
分子生物学的研究对象包括基因、基因组、转录组、蛋白质组等。
分子生物学的研究方法包括分子克隆、基因表达分析、蛋白质结构分析等。
添加标题
基因表达调控的调控过程
蛋白质的合成过程:转录、翻译、折叠、修饰
蛋白质的结构和功能:一级结构、二级结构、三级结构、四级结构
蛋白质的功能:酶、结构蛋白、信号蛋白、运输蛋白等
蛋白质的降解和再利用:蛋白酶、自噬、溶酶体等

分子生物学基本概念

分子生物学基本概念

分子生物学基本概念分子生物学是研究生物活动及其调控机制的学科,通过对生物分子进行研究,揭示生命现象的本质和规律。

本文将从DNA、RNA、蛋白质、基因表达、分子遗传学等角度,介绍分子生物学的基本概念。

一、DNA的结构和功能DNA(脱氧核糖核酸)是生物体内包含遗传信息的分子。

它由一系列称为核苷酸的单元组成,核苷酸由磷酸基团、五碳糖(脱氧核糖)和碱基组成。

DNA的结构是双螺旋结构,由两条互补的链通过碱基间的氢键相互连接而成。

DNA的功能包括存储和传递遗传信息,指导蛋白质合成。

二、RNA的种类和功能RNA(核糖核酸)是DNA的转录产物,通过转录和翻译过程参与蛋白质的合成。

根据功能和结构的不同,RNA可以分为信使RNA (mRNA)、转运RNA(tRNA)、核糖体RNA(rRNA)等多种类型。

mRNA是DNA的模板,在蛋白质合成中起到携带遗传信息的作用;tRNA具有适配功能,将氨基酸带到核糖体,在翻译过程中与mRNA配对;rRNA是核糖体的组成部分,参与蛋白质的合成。

三、蛋白质的合成和功能蛋白质是生物体内重要的功能性分子,参与包括代谢、结构、传导等多种生物过程。

蛋白质的合成包括转录和翻译两个过程。

转录是指DNA模板上的信息被转录成mRNA的过程,发生在细胞核中;翻译是指mRNA上的遗传信息被翻译成蛋白质的过程,发生在核糖体中。

蛋白质的功能由其氨基酸序列和三维结构所决定。

四、基因表达的调控基因表达是指基因信息被转录和翻译成蛋白质的过程。

基因表达的调控包括转录调控和转录后调控两个层面。

转录调控是指在转录过程中对基因的调控,包括启动子结构、转录因子结合和染色质结构等因素;转录后调控是指在转录后对mRNA和蛋白质的调控,包括剪接、RNA降解和翻译后修饰等过程。

五、分子遗传学的研究分子遗传学是研究基因及其在遗传过程中的作用机制的学科。

通过分子遗传学的研究,可以揭示基因与表型之间的关系,探究基因突变与遗传病的关联,并对基因工程和基因治疗等领域提供理论基础。

生物课教案:分子生物学的基本概念

生物课教案:分子生物学的基本概念

生物课教案:分子生物学的基本概念一、引言分子生物学是现代生物学的重要分支之一,其研究对象为生物体内分子层面的结构、功能和相互作用方式。

分子生物学研究所取得的成果不仅促进了生命科学的发展,也为医学、农业和生物工程领域的发展提供了重要支持。

本教案将围绕分子生物学的基本概念展开,包括基本概念、分子结构与功能、分子遗传与表达等几个方面。

二、基本概念1. 分子:分子是物质最基本的组成单位,由原子通过共价键连接而成。

生物体内包含了大量的生物分子,如蛋白质、核酸、多糖和脂质等。

2. 分子结构:分子的结构决定了其功能和性质。

蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的线性多肽链,核酸是由核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的聚合物,多糖是由单糖通过糖苷键连接而成的聚合物,脂质由甘油与脂肪酸通过酯键连接而成。

3. 分子功能:不同类型的生物分子具有不同的功能。

蛋白质在生物体中担任着结构支持、酶催化、运输传递、调节和防御等多种功能;核酸是生物体内的遗传信息载体,参与了基因表达和遗传变异等重要过程;多糖参与细胞识别和黏附、能量储存和结构支持等功能;脂质在细胞膜的结构和功能中起着重要作用。

4. 分子相互作用:不同的生物分子通过相互作用形成生物体内复杂的结构和功能网络。

蛋白质与其他分子通过氢键、离子键、范德华力和疏水相互作用等形成复杂的蛋白质结构;核酸通过碱基配对和骨架相互作用形成DNA的双螺旋结构;蛋白质与核酸之间通过酶作用实现基因的转录和翻译等过程。

三、分子结构与功能1. 蛋白质结构与功能:蛋白质结构包括了四个层次,即原始结构、二级结构、三级结构和四级结构。

原始结构由氨基酸的序列决定,二级结构由氢键作用形成α-螺旋和β-折叠等结构,三级结构由氢键、离子键和疏水力等作用形成立体空间结构,四级结构由多个蛋白质亚基通过非共价键结合而成。

不同的蛋白结构决定了其特定的功能,如酶活性、结构支持或信号传导。

2. 核酸结构与功能:核酸包括DNA和RNA两种类型,它们的基本结构由核苷酸单元组成。

分子生物学基本含义

分子生物学基本含义

分子生物学分子生物学的基本含义(p8)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。

分子生物学与其它学科的关系分子生物学是由生物化学、生物物理学、遗传学、微生物学、细胞学、以至信息科学等多学科相互渗透、综合融会而产生并发展起来的,凝聚了不同学科专长的科学家的共同努力。

它虽产生于上述各个学科,但已形成它独特的理论体系和研究手段,成为一个独立的学科。

生物化学与分子生物学关系最为密切:生物化学是从化学角度研究生命现象的科学,它着重研究生物体内各种生物分子的结构、转变与新陈代谢。

传统生物化学的中心内容是代谢,包括糖、脂类、氨基酸、核苷酸、以及能量代谢等与生理功能的联系。

分子生物学则着重阐明生命的本质----主要研究生物大分子核酸与蛋白质的结构与功能、生命信息的传递和调控。

细胞生物学与分子生物学关系也十分密切:传统的细胞生物学主要研究细胞和亚细胞器的形态、结构与功能。

探讨组成细胞的分子结构比单纯观察大体结构能更加深入认识细胞的结构与功能,因此现代细胞生物学的发展越来越多地应用分子生物学的理论和方法。

分子生物学则是从研究各个生物大分子的结构入手,但各个分子不能孤立发挥作用,生命绝非组成成分的随意加和或混合,分子生物学还需要进一步研究各生物分子间的高层次组织和相互作用,尤其是细胞整体反应的分子机理,这在某种程度上是向细胞生物学的靠拢。

第一章序论1859年发表了《物种起源》,用事实证明“物竞天择,适者生存”的进化论思想。

指出:物种的变异是由于大自然的环境和生物群体的生存竞争造成的,彻底否定了“创世说”。

达尔文第一个认识到生物世界的不连续性。

意义:达尔文关于生物进化的学说及其唯物主义的物种起源理论,是生物科学史上最伟大的创举之一,具有不可磨灭的贡献。

细胞学说细胞学说的建立及其意义德国植物学家施莱登和德国动物学家施旺共同提出:一切植物、动物都是由细胞组成的,细胞是一切动植物的基本单位。

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[1]The Shine-Dalgarno sequence(AGGAGG), proposed by Australianscientists John Shine and Lynn Dalgarno,[1] is a ribosomal binding site located upstream of the start codon AUG. It is a consensus sequence that helps recruit the ribosome to the mRNA to initiate protein synthesis by aligning it with the start codon. The complementary sequence (CCUCCU), is called the anti-Shine-Dalgarno sequence and is located at the 3' end of the 16S rRNA in the ribosome.Mutations in the Shine-Dalgarno sequence can reduce translation. This reduction is due to a reduced mRNA-ribosome pairing efficiency, as evidenced by the fact that complementary mutations in the anti-Shine-Dalgarno sequence can restore translation.When the Shine-Dalgarno sequence and the anti-Shine-Dalgarno sequence pair, the translation initiation factors IF2-GTP, IF1, IF3, as well as the initiator tRNA fMet-tRNA(fMET) are recruited to the ribosome.Shine-Dalgarno sequence vs. ribosomal S1 protein in Gram-negative bacteria, however, Shine-Dalgarno sequence presence is not obligatory for ribosome to locate initiator codon, since deletion of anti-Shine-Dalgarno sequence from 16S rRNA doesn't lead to translation initiation at non-authentic sites.Moreover, numerous prokaryotic mRNAs don't possess Shine-Dalgarno sequences at all. What principally attracts ribosome to mRNA initiation region is apparently ribosomal protein S1, which binds to AU-rich sequences found in many prokaryotic mRNAs 15-30 nucleotides upstream of start-codon. It should be noted, that S1 is only present in Gram-negative bacteria, being absent from Gram-positive species.SD序列(16S互补区)是位于原核生物mRNA 起始密码子(AUG)上游5~10个核苷酸处,一段富含嘌呤的序列。

其与核糖体小亚基中的16S rRNA的3’末端互补配对,促进mRNA 的翻译。

[2]ORF:An open reading frame (ORF) is a portion of a gene’s sequencethat contains a sequence of bases, uninterrupted by stop sequences, that could potentially encode a protein. When a new gene is identified and its DNA sequence deciphered, it is still unclear what its corresponding protein sequence is. This is because, in the absence ofany other knowledge, the DNA sequence can be translated or read in six possible reading frames (three for each strand,corresponding to three different start positions for the first codon). ORF identification involves scanning each of the six reading frames and determining which one(s) contains a stretch of DNA sequence bounded by a start and stop codon, yet containing no start or stop codons within it; a sequence meeting these conditions could correspond to the actual single product of the gene. The identification of an ORF provides the first evidence that a new sequence of DNA is part or all of a gene encoding for a particular protein.开放性阅读框架是结构基因上一段从起始密码子至终止密码子的核苷酸序列,其编码一个多肽或蛋白质。

通过ORF的检测识别可以判断一条新克隆的DNA序列是否是一个完整的基因。

[3]The blue-white screen is a screening technique that allows for thedetection of successful ligations in vector-based gene cloning. DNA of interest is ligated into a vector. The vector is then transformed into competent cell (bacteria). The competent cells are grown in the presence of X-gal. If the ligation was successful, the bacterial colony will be white; if not, the colony will be blue. This technique allows for the quick and easy detection of successful ligation. β-galactosidase is a protein encoded by the lacZ gene of the lac operon, and it exists as a homotetramer in its active state. However, a mutant β-galactosidase derived from the M15 strain of E. coli has its N-terminal residues 11—41 deleted and this mutant, the ω-peptide, is unable to form a tetramer and is inactive. This mutant form of protein however may return fully to its active tetrameric state in the presence of an N-terminal fragment of the protein, the α-peptide.The rescue of function of the mutant β-galactosidase by the α-peptide is called α-complementation.In this method of screening, the host E. coli strain carries the lacZ deletion mutant (lacZΔM15} which contains the ω-peptide, while the plasmids used carry the lacZα sequence which encodes the first 59 residues of β-galactosidase, the α-peptide. Neither are functional by themselves.However, when the two peptides are expressed together, as when aplasmid containing the lacZα sequence is transformed int o a lacZΔM15 cells, they form a functional β-galactosidase enzyme.The blue/white screening method works by disrupting this α-complementation process. The plasmid carries within the lacZα sequence an internal multiple cloning site (MCS). This MCS within the lacZα sequence can be cut by restriction enzymes so that the foreign DNA may be inserted within the lacZα gene, thereby disrupting the gene and thus production of α-peptide. Consequently, in cells containing the plasmid with an insert, no functional β-galactosidase may be formed.The presence of an active β-galactosidase can be detected by X-gal, a colourless analog of lactose that may be cleaved by β-galactosidase to form 5-bromo-4-chloro-indoxyl, which then spontaneously dimerizes and oxidizes to form a bright blue insoluble pigment 5,5'-dibromo-4,4'-dichloro-indigo. This results in a characteristic blue colour in cells containing a functional β-galactosidase. Blue colonies therefore show that they may contain a vector with an uninterrupted lacZα (therefor e no insert), while white colonies, where X-gal is not hydrolyzed, indicate the presence of an insert in lacZα which disrupts the formation of an active β-galactosidase.蓝白斑筛选是一种基因工程常用的重组菌筛选方法。

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