分子生物学1绪论
分子生物学李玉龙
2020 生物技术专业-分子生物学第一章：绪论1.基因表达的实质是遗传信息的转录和翻译。
2.基因的表达调控主要发生在转录水平和翻译水平上。
3.分子生物学发展过程概括为三个阶段：人类对DNA和遗传信息传递的认识阶段、重组DNA技术的建立和发展阶段、重组DNA技术的应用和分子生物学的迅猛发展阶段。
第二章：核酸的结构与功能1、判断、填空与选择考点：1.DNA 是主要的遗传物质。
2.核苷酸之间通过3’，5’磷酸二酯键连接形成核酸。
3.核苷酸是核酸的基本结构单位。
4.染色体分为常染色质和异染色质两类。
5.染色质分为组成型异染色质和兼性异染色质两类。
6.核酸是多核苷酸，核苷酸由含氮碱基、戊糖、磷酸构成。
核苷酸可以分解为核苷和磷酸，核苷可以分解为含氮碱基和戊糖。
7.稳定双螺旋结构的因素：碱基对之间形成的氢键、碱基堆积力、正负电荷的作用。
8.提出双螺旋模型有三个证据：X射线衍射法、DNA碱基等比例规律、DNA分子密度9.B-DNA是大多数DNA在细胞中的构象。
10.B-型螺旋就是Watson和Crick双螺旋√11.DNA每旋转一周，大约10个碱基对。
√12.染色质由最基本的结构单元核小体组成。
13.所有mRNA的3’端都有poly（A）结构。
×组蛋白mRNA的3’端无poly（A）结构14.检测DNA变性最简单的定性和定量方法是紫外吸收光谱变化。
15.Tm主要和DNA均一性、G-C碱基对含量、介质中离子强度有关。
16.DNA复性的两个必要条件是离子强度和较高的温度。
17.测定复性程度的3种方法：①减色效应②抗S1核酸酶水解DNA的量③羟基磷灰石柱层析。
18.分子杂交的类型与区分：①鉴定 DNA： Southern 印迹法；②鉴定 RNA： Northern 印迹法；③鉴定蛋白质：Western 印迹法。
第三章：基因与基因组的结构与功能1、判断、填空与选择考点：1.基因是遗传的基本单位，突变单位以及控制性状的功能单位。
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
分子生物学绪论
引言概述正文内容一、基因调控1.转录调控转录因子的作用原理和分类转录因子与启动子结合的调控机制三维基因组结构对转录调控的影响2.翻译调控起始子的识别和选择性剪接对翻译的调控作用转运RNA在翻译调控中的作用翻译后修饰对蛋白质功能的影响3.表观遗传调控DNA甲基化的作用原理和调控组蛋白修饰与染色质结构的调控关系非编码RNA在表观遗传调控中的角色二、遗传变异1.突变类型和突变机制点突变和缺失突变的形成机制重排突变对基因功能的影响突变的遗传传递和遗传性疾病2.基因组变异染色体重排的种类和遗传机制序列重复和插入序列导致的基因组变异基因组变异与进化的关系3.突变的检测技术基于PCR的突变检测方法下一代测序技术在突变检测中的应用突变检测在遗传疾病诊断和治疗中的意义三、DNA修复1.DNA损伤的类型和原因化学物质和辐射对DNA的损伤氧化应激和DNA氧化损伤的产生机制DNA复制过程中的错误修复2.DNA修复机制直接修复和间接修复的原理和区别错误配对修复机制单链断裂和双链断裂的修复机制3.DNA修复与人类疾病遗传性DNA修复缺陷疾病的常见类型DNA修复缺陷与肿瘤形成的关系DNA修复在药物研发和个体化治疗中的应用四、人类疾病与分子生物学1.疾病基因的发现和功能研究基于全基因组关联分析的疾病基因发现功能研究的方法和策略疾病基因的功能解析和路径相关性分析2.分子诊断和治疗遗传疾病的分子诊断方法基于基因编辑的治疗策略基于RNA干扰技术的治疗研究3.新兴领域与前沿技术CRISPRCas9基因编辑技术及其应用前景单细胞测序技术在研究和诊断中的应用在分子生物学研究中的潜在作用总结分子生物学作为现代生物学的重要分支，通过研究生物体内分子的结构和功能，揭示了生命的基本原理和机制。
基因调控、遗传变异、DNA修复和人类疾病是分子生物学的重要研究方向。
了解这些方面的知识对于理解生命的本质，以及疾病的发生和治疗具有重要意义。
随着技术的发展和人类对生物学问题的更深入探索，分子生物学将持续为人类健康和科学进步做出贡献。
《现代分子生物学》朱玉贤第四版 第1章 绪论
关于诺贝尔奖
• 1962年沃森、克里克和威尔金斯获得诺贝尔生理学或医学 奖的时候，富兰克林已经在4年前因为卵巢癌而去世。按 照惯例，诺贝尔奖不授予已经去世的人。此外，同一奖项 至多只能由3个人分享，假如富兰克林活着，她会得奖吗？ 性别差异是否会成为公平竞争的障碍？后人为了这个永远 不能有答案的问题进行过许多猜测与争论。
1.3.4基因组、功能基因组与生物信息学研究
• 后基因组时代生物信息学的作用将更加举足轻重， 要读懂“天书”，仅仅依靠传统的实验观察手段 无济于事，必须借助高性能计算机和高效数据处 理的算法语言。只有如此，“天书”才能发挥它 应有的价值。
• 生命科学的革命性巨变已把生物信息学推到了前 台，生物信息技术已成为后基因时代的核心技术 之一，在蛋白质组学、功能基因组学、药物基因 组学等领域必将更有用武之地，从而对生命科学 (尤其是医学)的发展产生无法估计的巨大影响。
通过DNA连接酶把不同的DNA片段连接成一个整体。a. DNA
的粘性末端; b. DNA的平末端; c. 化学合成的具有EcoRI粘性末 端的DNA片段。
重组DNA操作过程示意图
根 癌 土 壤 农 杆 菌 （ Agrobaoterium ห้องสมุดไป่ตู้umefaciens） 侵 染 植 物 细 胞 后 能 将 其 Ti （tumor inducing）质粒上的一段DNA（TDNA）插入到被侵染细胞的基因组，并能稳定 地遗传给后代，植物的遗传转化(植物基因工 程)技术随之得到迅速发展。
2、基因表达调控研究
蛋白质分子控制了细胞的一切代谢活动，而决 定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸（主 要是脱氧核糖核酸）分子编码，所以，基因表 达实质上就是遗传信息的转录和翻译过程。
3、结构分子生物学
1.分子生物学绪论(蛋白质、蛋白组、蛋白组学)
一、蛋白质组研究的开端及蛋白质组含义
（一）1.人类基因 组计划由美国科学 家于1985年率先提 出，1990年正式启 动，美国、英国、 法国、德国、日本 和中国科学家共同 参与。
26 june 2000
1990--2001年，人类基因组序列草图的完成，宣告了
“后基因组时代”的到来，其主体是功能基因组学
直肠癌：
Sanchez等对15例结肠癌和13例正常人的结 肠上皮进行2-DE。建立了包括882和861个斑点 的结肠癌及正常人结肠粘膜的标准胶图。结果 发现在分子量为13kD和pI值为5.6处的蛋白质仅 出现在结肠癌的组织中。经鉴定为：钙粒蛋白B （calgranulin B）及钙卫蛋白（calprotectin）。
/Web/Search/index.htm
ldbESTCSITE 序列模体 http://www.expasy.ch/sport/prosite.html BLOCKS 保守序列 / ProDom蛋白质域http://protein.toulouse.inra.fr/prodom.html SBASE蛋白质域http://base.icgeb.trieste.it/sbase/ 二维电泳(2DPAGE): WORLD-2DPAGE国际2DPAGE库的完整索引
国内研究现状： 国家自然科学基金委于1997年设立了重大项目 “蛋白质组学技术体系的建立”.
中国科学院生物化学研究所、军事医学科学院 与湖南师范大学已启动蛋白质组研究.
中国科学院上海生命科学研究院、军事医学科 学院与复旦大学相继成立了专门的蛋白质组学 研究中心.
国内研究现状：在“重大疾病的功能蛋白质组学” 方面取得了良好的起步:
heidelberg.de/Services/PeptideSearch/PeptideSearchIntro.html
分子生物学chapter1绪论
定向改造某些生物的基因组结构、使它们所具 有的特殊经济价值或功能得以成百上千倍地提 高。
进行基础研究。
2、基因表达调控研究
蛋白质分子控制了细胞的一切代谢活动，而 决定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸 （主要是脱氧核糖核酸）分子编码，所以， 基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译 过程。
基本定理：
1.构成生物体有机大分子的单体在不同生物 中都是相同的；
2.生物体内一切有机大分子的建成都遵循着 各自特定的规则；
3.某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分 子决定了它的属性。
1、DNA重组技术
是20世纪70年代初兴起的技术科学，目的是将 不同DNA片段（基因或基因的一部分）按照人 们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中 与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细 胞的新的遗传性状。
DNA重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶工 程及微生物学、遗传学、细胞学长期深入研究 的结晶，而限制性内切酶DNA连接酶及其他工 具酶的发现与应用则是这一技术得以建立的关 键。
通过DNA连接酶把不同的DNA片段连接成一个整体。a. DNA的 粘性末端; b. DNA的平末端; c. 化学合成的具有EcoRI粘性末端的 DNA片段。
1．拥有特定的空间结构（三维结构）；
2．在它发挥生物学功能的过程中必定存在着 结构和构象的变化。
4、基因组、功能基因组与生物信息学研究
2001年2月，Nature 和Science同时发表了人类基因组 全序列。
已有数十种生物基因组被基本破译。
测定基因组序列只是了解基因的第一步，在基因组计 划的基础上提出了蛋白质组计划（又称后基因组计划 或功能基因组计划），旨在快速、高效、大规模鉴定 基因的产物和功能。
分子生物学(1)
第一章（绪论）1.目前临床分子生物学检验最常用的分子靶标是( )（本题1分）A.基因组DNAB.cDNAC.RNAD.蛋白质E.代谢物[解析]正确答案：A2. 某DNA片段与5＇-ATCGT的互补片段是( )（本题1分）A.5＇-TAGCAB.5＇-ACGATC.5＇-ACGAUD.5＇-UAGCAE.5＇-ATCGT[解析]正确答案：B3.真核mRNA的特点不包括( )（本题1分）A.有5＇-m7GpppG帽B.有3＇-polyA尾C.含量多，更新慢D.包含有遗传密码E.为单顺反子结构[解析]正确答案：C4.关于microRNA（miRNA）的特征描述不正确的是( )（本题1分）A.大小长约20~25ntB.主要发挥基因录后水平的调控C.在血清中稳定存在D.不具有组织特异性E.初始产物具有帽子结构和多聚腺苷酸尾巴[解析]正确答案：D5. 下列关于原核生物基因结构的说法错误的是( )（本题1分）A.一般以操纵子形式存在B.由编码区和非编码区组成成C.编码区可能含多种蛋白遗传信息D.编码区通常是不连续的，分外显子和内含子E.启动子、终止子、操纵元件均位于非编码区[解析] 正确答案：D6. 下列关于真核生物基因结构的描述，不正确的是( )（本题1分）A.真核生物的基因大多数是由非编码序列隔开的断裂基因B.编码区能够转录为相应的RNA，经加工参与蛋白质的生物合成C.非编码区对基因的表达起调控作用D.启动子、侧翼序列均位于非编码区E.只有内含子序列是不能编码蛋白质的序列[解析]正确答案：E7. 下列哪种情况不属于表观遗传现象？( )（本题1分）A.DNA插入/缺失突变B.组蛋白乙酰化修饰C.DNA甲基化修饰D.RNA干扰E.miRNA调控[解析] 正确答案：A8. 在人类基因组DNA序列中，DNA甲基化主要发生在( )（本题1分）A.腺嘌呤的N-6位B.胞嘧啶的N-4位C.鸟嘌呤的N-7位D.胞嘧啶的C-5位E.鸟嘌呤的C-5位[解析] 正确答案：D9.下列不属于原核生物基因组结构特点的是( )（本题1分）A.基因组相对较小，基因数目少B.结构基因多以操纵子形式存在，不含内含子C.转录产物为多顺反子D.具有编码同工酶的基因E.基因组序列不可移动[解析]正确答案：E10. 下列哪项不能被列入可移动基因的范畴( )（本题1分）A.插入序列B.质粒C.染色体DNAD.转座子E.可转座噬菌体[解析]正确答案：C11. 病毒的遗传物质是( )（本题1分）A.DNAB.DNA和蛋白质C.RNA和蛋白质D.RNA和DNAE.DNA或RNA[解析] 正确答案：E12. 在人类基因组中指导蛋白质合成的结构基因大多数为( )（本题1分）A.单一序列B.散在重复序列C.串联重复序列D.多基因家族成员E.回文结构[解析] 正确答案：A第二章1. 一种标记核酸与另一种核酸单链进行配对形成异源核酸分子双链，这一过程称为( )（本题1分）A.变性B.复性C.复杂性D.杂交E.探针[解析]正确答案：D2.硝酸纤维素膜的最大优点是( )(本题1分）A.脆性大B.本底低C.共价键结合D.非共价键结合E.吸附核酸能力强[解析]正确答案：B3.以等位基因特异的寡核苷酸探针杂交法诊断某常染色体隐性遗传病时，若能与突变探针及正常探针结合，则该样本为( )（本题1分）A.正常人B.杂合体患者C.纯合体患者D.携带者E.不能确定[解析]正确答案：D4.最常用的DNA探针标记方法是( )（本题1分）A.随机引物标记B.DNA缺口平移标记C.全程RNA探针标记D.PCR法标记E.末端标记[解析]正确答案：A5.下列关于Southern印迹杂交的描述正确的是( )（本题1分）A.不仅可以检测DNA样品中是否存在某一特定基因，而且还可以获得基因片段大小及酶切位点的分布信息B.检测目标是RNAC.常用于基因定位分析D.可用于阳性菌落的筛选E.可用于蛋白水平的检测[解析]正确答案：A6.荧光原位杂交可以用于( )（本题1分）A.快速确定是否存在目的基因B.检测目标是RNAC.常用于基因定位分析D.常用于阳性菌落的筛选E.常用于蛋白水平的检测[解析]正确答案：C7.下列关于核酸探针的描述正确的是( )（多选题）A.可以是DNAB.可以是RNAC.可用放射性标记D.可用非放射性标记E.必须是单链核酸[解析]正确答案：A,B,C,D8. 关于RNA探针的优点描述正确的是( )（本题1分）A.制备方法简便B.不易被降解C.标记方法比较成熟D.杂交效率和杂交体的稳定性高E.非特异性杂交较少[解析]正确答案：D,E9. DNA分子中A-T含量越高，Tm值越高。
分子生物学
对蛋白质结构与功能的进一步认识
1956-58年Anfinsen和White根据对酶 蛋白的变性和复性实验，提出蛋白质的 三维空间结构是由其氨基酸序列来确定 的。1958年Ingram证明正常的血红蛋白 与镰刀状细胞溶血症病人的血红蛋白之 间，亚基的肽链上仅有一个氨基酸残基 的差别，使人们对蛋白质一级结构影响 功能有了深刻的印象。与此同时，对蛋 白质研究的手段也有改进，1969年Weber 开始应用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测定 蛋白质分子量；
(二)、现代分子生物学的建立和发展阶段
这一阶段是从50年代初到70年代初， 以1953年Watson和Crick提出的DNA双螺 旋结构模型作为现代分子生物学诞生的 里程碑开创了分子遗传学基本理论建立 和发展的黄金时代。DNA双螺旋发现的最 深刻意义在于：确立了核酸作为信息分 子的结构基础;提出了碱基配对是核酸复 制、遗传信息传递的基本方式；从而最 后确定了核酸是遗传的物质基础，为认 识核酸与
蛋白质的关系及其在生命中的作用打下了 最重要的基础。在此期间的主要进展包 括：
遗传信息传递中心法则的建立
在发现DNA双螺旋结构同时，Watson 和Crick就提出DNA复制的可能模型。其 后在1956年A.Kornbery首先发现DNA聚合 酶；1958年Meselson及Stahl用同位素标 记和超速离心分离实验为DNA半保留模型 提出了证明；1968年Okazaki（冈畸）提 出DNA不连续复制模型；1972年证实了 DNA复制
S.Furbery等的X-线衍射分析阐明了核苷酸 并非平面的空间构像，提出了DNA是螺旋 结构；1948-1953年Chargaff等用新的层 析和电泳技术分析组成DNA的碱基和核苷 酸量，积累了大量的数据，提出了DNA碱 基组成A=T、G=C的Chargaff规则，为碱 基配对的DNA结构认识打下了基础。