分子生物学
分子生物学 细胞生物学 蛋白生物学
分子生物学、细胞生物学和蛋白生物学是生物学领域中极为重要的三大学科，它们相辅相成，共同构成了生命科学的重要组成部分。
本文将依次介绍这三个学科的基本概念和研究内容，旨在帮助读者更深入地了解这些学科的研究方向和发展趋势。
一、分子生物学1. 概念分子生物学是研究生物分子结构、功能及其相互作用的学科。
它主要研究生物分子的组成、性质、功能以及遗传信息的转移和表达等基本问题。
2. 研究内容分子生物学的研究内容包括DNA、RNA、蛋白质等生物分子的结构和功能、基因表达调控机制、遗传信息的传递和变异等。
在实际应用中，分子生物学还涉及到基因工程、DNA克隆、PCR技术等领域。
3. 发展趋势随着生物技术的不断发展和进步，分子生物学在新药研发、疾病诊断、农业生物技术等方面均有广泛的应用。
未来，分子生物学将继续在生物科学领域发挥重要作用，为人类健康和生存提供更多的帮助。
二、细胞生物学1. 概念细胞生物学是研究细胞结构、功能及其活动规律的学科。
它主要研究生物体内细胞的起源、结构、功能、代谢、增殖和分化等基本问题。
2. 研究内容细胞生物学的研究内容涉及细胞的形态学、生物化学、分子生物学等多个方面，主要包括细胞器的结构和功能、细胞信号传导、细胞增殖和凋亡等。
细胞生物学也与组织学、生理学等学科有着密切的关联。
3. 发展趋势细胞生物学在生物医学、生物工程、再生医学等领域有着广泛的应用，特别是在细胞治疗、干细胞技术、肿瘤治疗等方面具有重要意义。
未来，细胞生物学将继续深入研究细胞活动的机理及应用，为生物医学领域的发展做出更多贡献。
三、蛋白生物学1. 概念蛋白生物学是研究蛋白质结构、功能及其在生命活动中作用的学科。
它主要研究蛋白质的合成、折叠、修饰以及与其他生物分子的相互作用等基本问题。
2. 研究内容蛋白生物学的研究内容包括蛋白质的结构与功能关系、蛋白质质量控制、蛋白质在细胞内外的运输和定位等。
蛋白生物学还涉及蛋白质工程、蛋白质药物研发等应用领域。
名词解释：分子生物学
名词解释：分子生物学
分子生物学是一门研究生物体及其组织、细胞和分子层面上的
生物学现象和机制的学科。
它探究生物体的结构、功能和相互作用，以及这些过程背后的分子机制。
在分子生物学中，研究者关注的是生命的基本单位——分子。
他们研究DNA、RNA和蛋白质等生物分子的结构和功能，以及它
们在细胞内的相互关系。
分子生物学的研究领域非常广泛。
它包括基因结构和功能的研究，以及基因的表达、转录和翻译过程。
此外，分子生物学也涉及
到进化、遗传学、生物工程和药物研发等领域。
分子生物学的研究方法多样且不断发展。
常用的方法包括
DNA测序、PCR、蛋白质电泳和基因工程技术等。
这些方法使得
研究者能够深入研究生物分子的结构和功能，揭示它们对生物体的
影响。
总体而言，分子生物学对于我们理解生命的奥秘、解决疾病和推动生物技术和医学的发展具有重要意义。
通过研究生物分子的组成和相互作用，我们能够更好地理解生命的起源、进化和机制，为人类的健康和科学研究做出贡献。
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
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。
分子生物学名词解释
分子生物学名词解释分子生物学考试重点一、名词解释1、分子生物学(molecular biology)：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。
2、C值(C value)：一种生物单倍体基因组DNA的总量。
在真核生物中，C值一般是随生物进化而增加的，高等生物的C值一般大于低等生物。
3、DNA多态性(DNA polymorphism)：DNA多态性是指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异。
4、端粒(telomere)：端粒是真核生物线性基因组DNA末端的一种特殊结构，它是一段DNA序列和蛋白质形成的复合体。
5、半保留复制(semi-conservative replication)：DNA 在复制过程中碱基间的氢键首先断裂，双螺旋解旋并被分开，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。
这样形成的两个DNA分子与原来DNA 分子的碱基顺序完全一样。
一次，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，所以这种复制方式被称为DNA 的半保留复制。
6、复制子(replicon)：复制子是指生物体的复制单位。
一个复制子只含一个复制起点。
7、半不连续复制(semi-discontinuous replication)：DNA 复制过程中，一条链的合成是连续的，另一条链的合成是中断的、不连续的，因此称为半不连续复制。
8、前导链(leading strand)：与复制叉移动的方向一致，通过连续的5W聚合合成的新的DNA链。
9、后随链(lagging strand)：与复制叉移动的方向相反，通过不连续的5\T聚合合成的新的DNA链。
10、AP位点(AP site)：所有细胞中都带有不同类型、能识别受损核酸位点的糖昔水解酶，它能特异性切除受损核昔酸上N-B糖昔键，在DNA链上形成去嘌吟或去嘧啶位点，统称为AP位点。
11、cDNA(complementary DNA)：在体外以mRNA 为模板，利用反转录酶和DNA聚合酶合成的一段双链DNA。
完整版)分子生物学总结完整版
完整版)分子生物学总结完整版分子生物学是研究生命体系中分子结构和功能的学科。
它包括结构分子生物学、基因表达的调节与控制、DNA重组技术及其应用、结构基因组学、功能基因组学、生物信息学和系统生物学等方面。
在DNA和染色体方面，我们可以了解到DNA的变性和复性过程，其中Tm是指DNA双链结构被解开成单链分子时的温度。
热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，称为退火。
此外，假基因是指基因组中存在的一段与正常基因非常相似但不能表达的DNA序列，以Ψ来表示。
C值矛盾或C值悖论是指C值的大小与生物的复杂度和进化的地位并不一致。
转座是可移动因子介导的遗传物质的重排现象，而转座子则是染色体、质粒或噬菌体上可以转移位置的遗传成分。
DNA的二级结构特点包括由两条相互平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成，碱基排列在外侧，两条链间存在碱基互补，通过氢键连系，且A=T、G≡C（碱基互补原则）。
真核生物基因组结构包括编码蛋白质或RNA的编码序列和非编码序列，包括编码区两侧的调控序列和编码序列间的间隔序列，具有庞大的结构和含有大量重复序列。
Histon(组蛋白)具有极端保守性、无组织特异性、氨基酸分布的不对称性、可修饰作用、富含Lys的H5等特点。
核小体由组蛋白和200bp DNA组成。
转座机制是一种基因组重排的方式。
在转座时，插入的转座子会位于两个重复的靶序列之间，而受体分子中的靶序列会被复制。
根据复制方式的不同，转座可以分为复制型和非复制型转座。
DNA生物合成时，采用半保留复制的方式。
这种方式下，母链DNA会解开为两股单链，各自作为模板合成与之互补的子链。
其中一股单链从亲代完整地接受过来，而另一股则是全新合成的。
这样，两个子细胞的DNA都与亲代DNA的碱基序列一致。
复制子是生物体内能够独立进行复制的单位。
在DNA复制中，有前导链和滞后链两种链。
前导链是以3'→5'方向为标准的模板链，而滞后链则是以5'→3'方向为标准的模板链。
分子生物学完整版
非编码的中度重复序列，在进化中起着重要的作用。
SINE--Alu家族
人类基因组中存在最广泛的中度重复序列，平均长度约300bp，拷贝数30～50万，均匀地散布在整个基因组中。
低度重复序列（2-10次）每一种在基因组中的重复次数为2～10，多为编码蛋白质的基因
存在复杂的RNA加工反应，包括切割，顺式-，反式-剪接，RNA的编辑和降解。
某些重复序列的核苷酸顺序不完全相同
单拷贝序列(single copy sequence)
在基因组中只存在一个拷贝，复性最慢。
编码真核生物绝大部分蛋白，表达具有时空特异性。
基因家族（gene family）：一组功能类似、结构具有同源性的基因。
细胞器基因组
1950s,为了解释某些表型特殊的遗传方式，提出了extra-chromosomal genes。1960s早期（1962年〕，Ris and Plant通过电镜首次证明叶绿体中含有DNA，用DNA酶处理，超薄切片的2.5~3.0m的纤丝消失，进一步在电镜下观察到环状DNA分子。几乎所有的真核生物有线粒体基因组；所有的光合真核生物含有叶绿体基因组；一般来讲，细胞器基因组DNA呈环状，也有线状（一些真核微生物酵母等的线粒体基因组都呈线状；有的环状和线状并存，叶绿体中还有小环DNA分子存在.
分子生物学
The Coming of Wisdom With Time
Though leaves are many, the root is one
Through all the lying days of my youth
I swayed my leaves and flowers in the sun;
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（1）真核生物基因组中存在大量非编码序列,如重复序列 和内含子，从而导致C值偏大。这是C值远小于c值的主要 原因； （2）真核生物中还存在大量可能编码蛋白的基因，但由于 突变等改变阅读框，导致不再编码蛋白质，如假基因。还 有一些不编码蛋白质，但可以编码rRNA, tRNA, microRNA 等。这些现象的存在会导致c值计算偏小。 （3）非编码序列不是垃圾DNA,许多都具有重要的生物学 功能。比如有些非编码的序列不编码蛋白质，但却能编码 microRNA，是基因转录后表达调控的重要方式。随着人们 认识的加深，这些非编码DNA的功能也会逐渐为人们所了 解。
复制起点到复制终点的DNA区段，称为一个复制 子（replicon）。
复制起点：DNA上的一个 相对固定的位点，是复制 起始的位置。 从复制起点到复制终点是 有方向性的。
概念：复制过程中各以双螺旋 DNA的其中一条链为模板， 合成互补链，新生的互补链与 母链构成子代DNA分子
全保留复制：两条DNA母链保留在一起，作 为子链合成的模板。
3、扩大遗传信息储量：外显子与内含子区分的相对
性(mRNA的选择性剪接)
4、利用内含子进行基因表达调节（有些内含 子编码小RNA）。
芭芭拉· 麦克林托克(Barbara McClintock)
转座子（ Transposon， Transposable element）： 一段可以在基因组的不同 位置之间进行位移的DNA 片段(1951)。
1、功能基因累积突变型（基因的DNA序列发生突变 引起）： a. 消除起始转录的信号（启动子突变） b. 阻止在外显子与内含子的连接点进行剪接（内含子 剪接位点突变） c. 过早地终止翻译（终止突变）。
2、加工假基因： 与RNA转录物相似的失活基因称为加工假基 因。最初是由RNA的反转录物以某种随机 方式插入基因组中产生。
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(1)在真核生物基因组中, 非编码DNA有哪些 类型, 各占的比例有多大？ (2)这些非编码DNA来自哪里, 并随着时间的 推移非编码DNA是怎样在基因组中扩张或 丢失的, 从而导致物种基因组进化？ (3)非编码DNA对染色体、细胞核、细胞及 生物体本身有何作用和影响？ (4)不同的生物体中, 为什么非编码DNA有多 有少？据
内含子后生论（Intron late） 原始基因的编码区无间隔DNA序列，内含子是在后期进 化的过程中随机插入到基因组中，形成间隔基因。
黑曲霉
玉米 鸡
证据：果蝇Cyt C基因：无 intron 人Cyt C基因：有intron
既有原始存在的内含子，后来随着进化而 丢失；
也有早期不存在内含子，随着进化和演化， 编码区中插入一段非编码的序列，称为内 含子。
转座子间的同源重组，导致染色体DNA重排 A B
A
B
B
A
2、切除效应(抗性基因丢失)：
IS IS
染色体片断的丢失 (遗传的不稳定性)
3、外显子改组（Exon Shuffling）
Gene A
Gene B
4、位置效应：
带增强子的转座子：增强靶位点基因表达 带启动子的转座子：启动靶位点基因表达（假 基因复活）
第一部分：原核生物DNA复制 第二部分：真核生物DNA复制
一、DNA复制的基本特征(重点) 1. DNA的半保留复制 2. DNA复制的方向性 3. DNA的半不连续复制
半保留复制
DNA复制时亲代双链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。
由两个插入序列IS夹着一个或多个结构基因组成。
Tn3
转座酶
37bp IR
调节蛋白
Lactamase
内酰胺酶
37bp IR
组成： 两端为ITR，而不是IS 中间编码区含转座酶编码基因，及 抗生素抗性和解离酶等基因。
降解青霉素：Ampr
Tn3转座子的基本结构
一、非复制转座：转座因子作为一个整 体直接从原始位点插入转座到新的靶 位点，而供体原来的位点已没有转座 因子了。
1、增加变异概率，有利于进化
a. 内含子不受选择压力，有利于累积突变，增加 总变异量 b. 内含子较长，易于进行基因间重组，增加外显 子重新组合的概率
2、有利于物种的稳定性
外显子变异，蛋白质序列、结构变异，受到选 择压力，易被淘汰； 内含子变异，不影响蛋白质功能，不影响物种遗 传稳定性，不被清除而易被保留下来。
5'
O C 模 T 板 链
OH
RNA引物被 G 引物 3' 水解掉
P
5'
OH
3'
O A
3'
OH
5'
P
P
P
5' 5' O O 3' 3'
T T
A
OH OH
dNTP：deoxy-nucleotide- tri-phosphate
常见的核苷酸为一磷酸单核苷酸（如AMP）。一磷酸核苷酸 可与一分子磷酸结合成二磷酸核苷酸（ADP）；二磷酸核 苷酸再与一分子磷酸结合成三磷酸核苷酸，如ATP。
随机分散复制：前两种方式同时或交替出现。
说明什么？
N14
N15
半保留 复制
热变性后离心
复制叉移动的方向性 DNA链延伸的方向性 5’ 3’ ? 3’ 5’ ?
E. coli 低剂量的3T-dTTP的培养基 数分钟 高剂量的3T-dTTP的培养基 数分钟 提取E.coli DNA E.coli DNA 放射自显影
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一、基因概念的演变：
早期的基因概念(融合遗传理论”， “获得性遗传理论”，“泛生论” “种质论”)
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经典的基因概念（“基因像串珠一样固定在染色体上”，“基因的表 达受染色体状态的影响”，“拟等位基因”、“顺反子”）
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二、基因的分子结构：
DNA双螺旋结构（重点） DNA分子的空间结构
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1、使基因进化(假基因无选择压力，积累 突变快) 2、部分解释生物进化的C值矛盾（由于假 基因的存在，使得c值偏小。）
1. 什么是C值？什么是c值？ 2. 生物进化的C值规律是什么？ 3. 进化C值矛盾表现在哪里？ （1）有些生物的C值不随生物的进化程度 和复杂性而增加。有些低等生物的C值比高 等生物还有大。比如有些两栖类C值比哺乳 类还大。 （2）真核生物中C远大于c值。如人的染色 体组中只有1/10的序列用于表达蛋白。
三、基因概念的多样性：
生物进化的C值矛盾 重叠基因 重复基因
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第一章节剩余内容（1-2节）： 学生讲解 老师讲解 讨论(进化C值矛盾) 第二章节部分内容（3节）： DNA复制的基本特征(重点) 1. DNA的半保留复制 2. DNA复制的方向性 3. DNA的半不连续复制
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间隔基因 跳跃基因 假基因
外显子： 内含子： 结构基因中不转录的核苷 酸区段。
DNA上与成熟mRNA上对应 的核苷酸区段
结构基因的编码区
非编码区 间隔区
非间隔区
1、间隔基因在不同组织细胞中的内含子成分一致
2、基因上的外显子排列顺序与成熟mRNA上的排列 顺序一致
Exon 1
Exon 2 Exon 3
Gene
1. C值矛盾仅存在于真核生物中。原核生物中绝大多数 DNA是编码蛋白质的。真核生物基因组DNA存在许多不 编码蛋白质的序列。 2. C值矛盾主要是由于非编码的DNA大量存在而造成的。 其实编码的基因数大体还是随着生物的进化而逐渐增加。 这些非编码的序列主要是重复序列、转座子、内含子等。 3. 基因组大小进化主要由基因组扩增或删减共同作用而造 成。例如，绝大多数植物的基因组都经历过基因组加倍。 基因组多倍体化是导致基因组迅速扩张的重要机制。 4. 个别物种基因组增大，非编码序列激增，可能是对环境 的一种适应性。如两栖动物基因组明显大于其它物种。
插入序列（Insertion Sequence，IS）
复合转座子
复杂转座子：转座因子A家族（TnA)
Initiation codon
Terminus codon
Inverted repeat 反向重复
ORF,open reading frame 如：转座酶
Inverted repeat 反向重复
（2）插入位点并非完全随机，有一定的偏好性（偏好 核酸重复序列的位点）； （3）某些转座因子（Tn3）对同类转座因子的插入具 有排他性。 （4）转座事件发生后，靶序列在转座因子两侧会形成 正向重复； （5）原核生物的转座事件具有极性突变效应（当转座 子插入到某个操纵子中时，不但被插入的结构基因 功能丧失，还会使该操纵子中位于靶位点下游的基 因表达水平下降。）
间隔基因的发现（Sharp &Roberts，1977）
A
C D B E
F G
腺病毒2中的Hexon cp基因的 mRNA分子是由长而不连续的 DNA转录而来，其5’端来自基因 上的几个小片段的转录！（RNADNA杂交图）
间隔基因: 某些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，这种基因称为 间隔基因。间隔基因主要存在于真核生物中。
(mediating self-transposition ) 介导自我转座
① 两个分离的末端反向重复序列 (inverted terminal repeats, ITR) ② 一个转座酶（transposase)编码基因