4_生物大分子相互作用分析技术(基础医学与医学实验技术)
现代基础医学概论(分子生物学与现代医学篇)
四、基因治疗中的病毒载体：
如逆转录病毒、腺相关病毒等，经 过改造，对人体无害。
五、基因治疗的临床应用： 目前还刚刚起步，对单基因病较易 1、恶性肿瘤：抑癌基因；反义RNA； 2、心血管疾病： 3、遗传性疾病： 4、艾滋病： 5、其他：
复习思考题
1、分子病、基因病、基因组学、蛋白 质组学、基因诊断、基因工程药物 、基因治疗的概念。
1、核酸操作层面的技术： 核酸分子杂交、PCR、DNA测序等 2、基因转移技术： 基因转导、基因转染等 3、蛋白质操作层面的技术： 蛋白质电泳、 4、细胞层面的技术： 流式细胞仪，等等 5、其他：图像分析仪，等等
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
蛋白质电泳图
第三节 分子生物学在疾病 诊断中的应用
一、基因诊断的概念： 通过分子生物学技术从基因（DNA
好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午6时24分25秒 下午6时24分18:24:2520.10.19
一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10.1920.10.1918:2418:24:2518:24:25Oc t-20
牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。2020年10月19日 星期一6时24分 25秒M onday, October 19, 2020
、亚单位疫苗
2、基因工程疫苗：用DNA重组技术 3、传统生物制品：如胎盘球蛋白 4、基因工程药物：细胞因子、蛋白质
激素、抗体、其他活性蛋白质类
四、基因工程药物与疫苗的发展趋势 ：
一是发展快： 二是范围广： 三是竞争激烈：
第五节 基因治疗
概念：指将正常基因或具有治疗作 用的DNA片段导入人体靶细胞以矫 正或置换致病基因的治疗方法。
生物信息-名词解释
逐个克隆法：对连续克隆系中排定的BAC克隆逐个进行亚克隆测序并进行组装（公共领域测序计划）。
全基因组鸟枪法：在一定作图信息基础上，绕过大片段连续克隆系的构建而直接将基因组分解成小片段随机测序，利用超级计算机进行组装。
单核苷酸多态性(SNP),主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。
遗传图谱又称连锁图谱，它是以具有遗传多态性（在一个遗传位点上具有一个以上的等位基因，在群体中的出现频率皆高于1%）的遗传标记为“路标”，以遗传学距离（在减数分裂事件中两个位点之间进行交换、重组的百分率，1%的重组率称为1cM）为图距的基因组图。
遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件。
物理图谱是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息，它是通过对构成基因组的DNA分子进行测定而绘制的。
绘制物理图谱的目的是把有关基因的遗传信息及其在每条染色体上的相对位置线性而系统地排列出来。
转录图谱是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱。
比较基因组学：全基因组核苷酸序列的整体比较的研究。
特点是在整个基因组的层次上比较基因组的大小及基因数目、位置、顺序、特定基因的缺失等。
环境基因组学：研究基因多态性与环境之间的关系，建立环境反应基因多态性的目录，确定引起人类疾病的环境因素的科学。
宏基因组是特定环境全部生物遗传物质总和，决定生物群体生命现象。
转录组即一个活细胞所能转录出来的所有mRNA。
研究转录组的一个重要方法就是利用DNA芯片技术检测有机体基因组中基因的表达。
而研究生物细胞中转录组的发生和变化规律的科学就称为转录组学。
蛋白质组学：研究不同时相细胞内蛋白质的变化，揭示正常和疾病状态下，蛋白质表达的规律，从而研究疾病发生机理并发现新药。
蛋白组：基因组表达的全部蛋白质，是一个动态的概念，指的是某种细胞或组织中，基因组表达的所有蛋白质。
代谢组是指是指某个时间点上一个细胞所有代谢物的集合，尤其指在不同代谢过程中充当底物和产物的小分子物质，如脂质，糖，氨基酸等，可以揭示取样时该细胞的生理状态。
基础医学院《生物化学与分子生物学》考试试卷(1155)
基础医学院《生物化学与分子生物学》课程试卷（含答案）__________学年第___学期考试类型：（闭卷）考试考试时间：90 分钟年级专业_____________学号_____________ 姓名_____________1、A型题（41分，每题1分）1. 对mRNA的转录后加工的描述，错误的是（）。
A． mRNA前体需进行甲基化修饰B． mRNA前体需在5′端加m7GpppNmp的帽子C． mRNA前体需在3′端加多聚U的尾D． mRNA前体需进行剪接作用答案：C解析：mRN前体合成后的加工是产生有功能的成熟mRN的重要步骤。
所加的poly尾巴有维持mRN稳定性及其翻译模板活性的作用。
2. 根据乳糖操纵子学说，对基因活性调节起作用的是（）。
A．转录因子B． DNA聚合酶C． G蛋白D．阻遏蛋白答案：D解析：阻遏蛋白是乳糖操纵子调节基因Ⅰ所编码的蛋白质，它与操纵序列O结合，阻碍RN聚合酶与启动序列P结合，关闭操纵子转录。
当有诱导剂半乳糖或其类似物异丙基硫代半乳糖苷（IPTG），阻遏蛋白与之结合而构象改变，从操纵序列O上解离，RN聚合酶可与启动序列结合，开始转录。
阻遏蛋白对操纵子起着负性调节作用。
3. 体内氧化磷酸化速率主要受哪个因素的调节？（）A． ADPATPB． ADPC． AMPD． ATP答案：A解析：PTP比值增高促进氧化磷酸化；PTP比值降低抑制氧化磷酸化。
4. 调节氧化磷酸化的重要激素是（）。
A．胰岛素B．甲状腺素C．肾上腺素D．肾皮质素答案：B解析：甲状腺激素是调节氧化磷酸化的重要因素之一，可诱导细胞膜上Na＋K＋TP酶的生成，使TP加速分解为P和Pi，P增多，TPP比值下降，促进氧化磷酸化，TP合成和分解速度均增加。
甲状腺激素（T3）还可诱导解偶联蛋白基因表达。
5. 不通过胞内受体发挥作用的是（）。
A．维生素DB．雌激素C．甲状腺激素D．肾上腺素答案：D解析：项，肾上腺素与质膜受体结合，通过cMP蛋白激酶途径转导信息；E四项，是脂溶性激素，均可通过细胞膜与胞内受体作用。
基础医学院《生物化学与分子生物学》考试试卷(2291)
基础医学院《生物化学与分子生物学》课程试卷（含答案）__________学年第___学期考试类型：（闭卷）考试考试时间：90 分钟年级专业_____________学号_____________ 姓名_____________1、A型题（41分，每题1分）1. 长期饥饿时脑组织的主要能源是（）。
A．葡萄糖B．氨基酸C．脂肪酸D．核苷酸答案：解析：长期饥饿时血糖下降，脂肪动员，大量乙酰o在肝合成酮体，后者可通过血脑屏障，成为脑组织的主要能源。
2. DNA复制时所需的核苷酸原料是（）。
[武汉科技大学2013研]A． dATP、dGTP、dCTP、dTTPB． dADP、dGDP、dCDP、dTDPC． ATP、GTP、CTP、TTPD． dAMP、dGMP、dCMP、dTMP答案：A解析：N复制条件：①原料：四种游离的脱氧核苷酸（dTP、dGTP、dTP、dTTP）；②模板：N的两条母链；③酶：解旋酶、聚合酶、N 连接酶；④能量：TP。
3. 嘧啶核苷酸生物合成途径的反馈抑制所控制的酶是（）。
A．二氢乳清酸酶B．乳清酸磷酸核糖转移酶C．天冬氨酸氨基甲酰转移酶D．二氢乳清酸脱氢酶答案：C解析：嘧啶核苷酸从头合成的关键酶是氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ和天冬氨酸转氨甲酰酶，受反应产物的反馈抑制。
4. 肝中富含的LDH同工酶是（）。
[西医综合2006研]A． LDH3B． LDH4C． LDH1D． LDH2答案：解析：LH即乳酸脱氢酶，有5种同工酶：即LH1～LH5。
LH1主要存在于心肌（占67），LH5主要存在于肝（占56）。
5. 血浆中运输胆红素的载体是（）。
A． Z蛋白B． Y蛋白C．清蛋白D．α球蛋白答案：C解析：胆红素在单核吞噬系统细胞生成以后释放入血。
在血浆中主要以胆红素清蛋白复合体形式存在和运输。
6. 关于细胞癌基因的叙述，正确的是（）。
A．存在于RNA病毒中B．存在于正常生物基因组中C．又称为病毒癌基因D．存在于DNA病毒中答案：B解析：癌基因是一类编码关键性调控蛋白质的正常细胞基因。
某大学生物工程学院《细胞生物学》考试试卷(1500)
某大学生物工程学院《细胞生物学》课程试卷（含答案）__________学年第___学期考试类型：（闭卷）考试考试时间：90 分钟年级专业_____________学号_____________ 姓名_____________1、判断题（50分，每题5分）1. 胶原分子的基本结构为两条肽链构成的双螺旋结构。
（）答案：错误解析：胶原分子的基本单位是原胶原，原胶原是由三条肽链盘绕而成的三股螺旋结构。
2. 因为DNA的两条链是互补的，所以给定基因的mRNA能以任一链为模板合成。
（）答案：错误解析：转录起始子的位置决定了转录进行的方向和以哪条DNA链作为模板链。
按相反方向进行转录会产生序列完全不同的（很可能是无意义的）mRNA链。
3. 磷脂极性头部是带正电荷的，因此它可以直接与带负电荷的氨基酸残基直接相互作用。
（）答案：错误解析：磷脂极性头部是带负电荷的，它可以直接与带正电荷的氨基酸残基直接相互作用，与带负电荷的氨基酸残基作用时，需通过Ca2＋、Mg2＋等阳离子为中介。
4. 淋巴细胞在体外培养时是以贴壁的方式进行生长。
（） [中山大学2009研]答案：错误解析：淋巴细胞体外培养时悬浮生长。
5. 中心粒的复制是在细胞周期S期全部完成的。
（）答案：错误解析：中心粒在G1期末复制，在S期由一对中心体连接在一起，到G2期一对中心体开始分离并逐渐向细胞两极移动。
6. 溶酶体发挥活性的最pH范围是5～6。
（）[北京师范大学2007研]答案：错误解析：溶酶体发挥活性的最pH范围是5左右。
7. 氯霉素是一种蛋白质合成抑制剂，可抑制细胞质核糖体上的蛋白质合成。
（）答案：错误解析：氯霉素只能抑制70S核糖体进行蛋白质合成，而不能抑制80S核糖体进行蛋白质合成。
8. 细胞核是关键的细胞器之一，没有细胞核的细胞是不能存活的。
（）答案：错误解析：哺乳动物成熟的红细胞不存在细胞核，但能行使正常的生理功能。
9. 肠上皮细胞微绒毛的轴心成分是微丝，具有收缩的功能。
《分子分析》课件
利用生物信息学的方法和技术，对分子数据 进行处理、分析和挖掘，揭示生命活动的规 律和机制。
生物信息学与分子分析的 交叉融合
通过生物信息学的手段，对分子数据进行深 入挖掘和多维度分析，为疾病诊断、药物研
发和个性化医疗提供有力支持。
纳米技术与分子分析的结合
纳米技术在分子分析中的应用
02
分子分析的基本原理
分子结构与性质
分子结构
分子中的原子通过化学键相互连接，形成特定的空间排列，决定 了分子的性质。
分子性质
分子的性质由其化学键和分子构型决定，包括稳定性、反应活性、 物理性质和化学性质等。
分子结构与性质的关系
了解分子的结构有助于预测其性质，从而为分子设计和合成提供指 导。
分子光谱分析
基因组学与蛋白质组学研究
总结词
分子分析技术是基因组学和蛋白质组学研究的重要手段，有助于深入了解生物体的生命 活动和疾病发生机制。
详细描述
基因组学和蛋白质组学研究需要大规模地分析基因和蛋白质的表达、结构和功能。分子 分析技术如高通量测序、质谱分析等，能够快速、准确地获取这些信息，为生物医学研
究提供有力支持。
05
分子分析的未来发展
高通量与高灵敏度分析技术
高通量分析技术
通过自动化和高效率的检测系统，实现 大规模样本的同时检测和分析，提高分 析速度和效率。
VS
高灵敏度分析技术
利用新型的信号放大技术和高灵敏度检测 器，实现对低浓度样本的精准检测，有助 于发现早期病变和微量污染。
生物信息学与分子分析的结合
利用纳米材料的独特性质和功能，开发新型的分子检 测技术和器件，提高检测的灵敏度和特异性。
纳米技术与分子分析的交叉融合
分子生物学 常用分子生物学技术的原理及应用
（三）基因突变
利用PCR技术可以随意设计引物在体外对目的 基因片段进行嵌和、缺失、点突变等改造。
T G C
（四）DNA序列测定
将PCR技术引入DNA序列测定，使测序工 作大为简化，也提高了测序的速度；
待测DNA片段既可克隆到特定的载体后进 行序列测定，也可直接测定。
（五）基因突变分析
PCR与其他技术的结合可以大大提高基 因突变检测的敏感性 。
▪ 分子杂交： 不同来源的单链核苷酸链根据碱基互补原则形成
杂种双链的过程。
▪ 分子杂交的目的： 检测DNA和RNA
▪ 探针： 分子杂交中和待测核苷酸链碱基互补的被标记的
核苷酸链。
待测DNA或RNA
探针
碱基对间氢键
增色效应： DNA变性伴随260nm吸收值增高
减色效应： DNA复性伴随260nm吸收值降低
Taq
5’
Taq
5’
R
R
R Taq
R
Taq
R
l
R
3’
Extension Step
1. Strand Displacement
3’
5’
2. Cleavage
3’
5’ 3. Polymerization
3’
Complete
4. Detection
5’ 3’
PCR衍生技术
▪ 反向PCR ▪ 逆转录PCR ▪ 原位PCR ▪ 重组PCR ▪ 不对称PCR ▪ 多重PCR
酵母双杂交系统的建立基于对真核生物转录激 活因子结构与功能的认识
真核生物转录激活因子
DNA结合结构域 转录激活结构域
BD
AD
组件式：结构可互相分开 功能互相独立 空间较近时表现活性 中间序列对活性无影响
基础医学院《生物化学与分子生物学》考试试卷(2635)
基础医学院《生物化学与分子生物学》课程试卷（含答案）__________学年第___学期考试类型：（闭卷）考试考试时间：90 分钟年级专业_____________学号_____________ 姓名_____________1、A型题（41分，每题1分）1. 真核生物经转录作用生成的mRNA是（）。
A．间隔区序列B．多顺反子C．内含子D．单顺反子答案：D解析：真核基因转录的一条mRN分子对应编码一种蛋白质，称为单顺反子。
原核生物转录后产生的mRN分子可串连多个相关蛋白质的编码序列，称为多顺反子。
2. 下列哪类物质对ALA合成酶起反馈抑制作用？（）A．尿卟啉原ⅢB．胆色素原C．线状四吡咯D．血红素答案：D解析：L合酶是血红素合成途径的关键酶，其活性可受到酶结构及酶含量的双重调节。
当血红素的合成速度大于珠蛋白的合成速度时，过多的游离血红素既可对L合酶具有别构抑制作用，过量的血红素又可被氧化成高铁血红素，后者是L合酶的强烈抑制剂，而且可作为辅阻遏因子结合并激活阻遏蛋白，从而阻遏L合酶的合成。
3. 下列哪种组织不能氧化酮体？（）A．脑B．肾C．心肌D．肝答案：D解析：因肝脏缺乏氧化酮体所需的琥珀酰o转硫酶和乙酰乙酸硫激酶，所以不能氧化酮体。
4. 紫外线照射引起DNA最常见的损伤形式是生成胸腺嘧啶二聚体，在下列关于DNA分子结构这种变化的叙述中，哪项是正确的？（）A．不会终止DNA复制B．是由胸腺嘧啶二聚体酶催化生成的C．可由包括连接酶在内的有关酶系统进行修复D．可看作是一种移码突变答案：C解析：5. 对大多数基因来说，CpG序列高度甲基化（）。
A．抑制基因转录B．促进基因转录C．与基因转录无关D．对基因转录影响不大答案：A解析：pG岛甲基化范围与基因表达程度呈反比关系。
处于转录活化状态的基因pG序列一般是低甲基化的；不表达或处于低表达水平的基因pG序列高度甲基化。
6. 下列哪个不是酵母双杂交系统的应用范围？（）A．分析蛋白质之间的相互作用B．筛选相互作用的DNA分子C．分析蛋白质功能域D．新药设计答案：B解析：7. 启动子是（）。
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第二节 生物大分子相互作用分析技术
1. 研究思路
2. 分类
3. 技术介绍
生物大分子相互作用分析研究思路
鉴定与目标分子相 互作用的所有可能 大分子
详细描述其生物功能 及相互作用对其功能 的影响
鉴定出相互作用且在生理 状态下得到了验证和合理 的解释
生物大分子相互作用分析技术
GST 融合蛋白技术(GST pull-down) 免疫共沉淀(Immunoprecipitation, Co-IP ) 串联亲和纯化(Tandem Affinity Purification，TAP) 酵母双杂交系统(Yeast two-hybrid) 噬菌体展示(Phage display)
Bait:
已知蛋白 + activation domain
Transformation
Screening
DNA extraction
转入同一个酵母菌中
DNA sequencing
Target 与Bait可互换
Yeast Two-Hybrid Assay
HIS
his- leu- trp-
DBDbait
2. 免疫共沉淀
（ immunoprecipitation，Co-IP ）
——非常有效地用于鉴定细胞内生理上的蛋白质
相互作用的分析技术
免疫共沉淀（Co-Immunoprecipitation）：是以
抗体和抗原之间的专一性作用为基础的用于研究蛋白 质相互作用的经典方法。是确定两种蛋白质在完整细 胞内生理性相互作用的有效方法。
trp
lacZ
AD fish
leu
reporter
his
nucleus
Measurable product
酵母双杂交方法的优势及缺陷
优势：
采用酵母菌株 敏感度高 蛋白折叠 易于筛选 应用范围广
缺陷：
核内作用 假阳性 假阴性 转化率
酵母双杂交方法的应用
第六章 生物大分子相互作用
分析技术
基础医学院
刘 芸
主要内容
第一节 生物大分子相互作用分析的意义 第二节 常见的生物大分子相互作用分析方法 第三节 生物大分子相互作用分析新进展
（FRET、SPR）
引言
细胞结构 cell
真核生物细胞 原核生物细胞
eukaryotic cell
prokaryotic cell
Bait
Controls
R
Wash
Prey
R
Add prey
R
Add prey S C
R
Wash
R
Wash
R
Elution
R
Elution SDS-PAGE gel Analysis Analysis
实验流程
GST融合蛋白 + X GST 谷胱甘肽-琼脂糖微珠
Y
细胞裂解物 tube X GST Y 4℃下孵育2h
相应的目的蛋白,“诱饵蛋白”和“捕获
蛋白”均可通过细胞裂解物、纯化的蛋 白、表达系统以及体外转录翻译系统等 方法获得。
GST：谷胱甘肽巯基转移酶(glutathione S-transferase)
GST pull-down assay
Purification of protein
GST fusion protein
蛋白质多聚体(polymer)
蛋白质-DNA复合物(protein-DNA complex) 蛋白质-脂质复合物(protein-lipid complex) 蛋白质-RNA复合物(protein-RNA complex) DNA-DNA复合物(DNA-DNA complex)
……
引言
原核生物细胞结构
质膜 肽聚糖
被膜
引言
真核生物细胞结构
植物细胞
动物细胞
细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核
引言
细胞中的大分子
Macromolecules in Cells
The approximate composition of a bacterial cell.
第一节 生物大分子相互作用分析的意义
分子水平
DNA sequence
?
Proteins Structure Function
All Cell
基因表达的调控层次
Inactive mRNA
mRNA degradation control translation control
DNA
Primary transcript
mRNA
mRNA
Transcriptional control
诱饵 蛋白质
Protein A/G Sepharose
离心
离心
SDS-PAGE
基础：细胞在非变性条件下裂解时，完整细胞内许多蛋
白质之间的结合保持下来。
要求：在一系列操作过程中保持蛋白质复合体不变
缺点：可能检测不到细胞内处于动态平衡中的低亲和与
瞬间的相互作用,存在着免疫球蛋白的污染，需要培养大 量的细胞
局限：仅应用于从细胞中溶解出来仍存在于生理复合物
中的蛋白质
Co-IP 应用
鉴定已知蛋白质相互作用的检测 鉴定新蛋白质间的相互作用
举例
免疫共沉淀验证两种已知蛋白质的 相互作用
+X-HA
Y-GFP Y-GFP
IP:
Y-GFP
HA
control IgG
Anti-GFP Anti-HA Anti-GFP
基本原理：当细胞在非变性条件下被裂解时，完整
细胞内存在的许多蛋白质－蛋白质间的相互作用被保留 了下来。如果用蛋白质X的抗体免疫沉淀X，那么与X在 体内结合的蛋白质Y也能沉淀下来。
Y X
agarose
G
agarose
G
agarose
G
实验设计思路
实验流程
传统方法 交联方法
诱饵 蛋白质
＋
＋
抗体
Protein A/G Sepharose
Glutathione column
Glutathione bead
Tags Pull-Down
Resin——树脂
方法的组成
Bait——诱饵蛋白 Prey——捕获蛋白 Tags ——标签（GST, His, Flag, HA, MBP）
R
tag bait
prey
实验设计思路
Pull-down experiment
GST pull-down 应用
鉴定未知相互作用的蛋白 鉴定预测的或已知的相互作用
举例
GST pull down验证两种已知蛋白质 （X-Y）的相互作用
Y-GST
input
X-GST
input
Y-GFP
105kD
GST
GST +
+
+ Y-GFP
X-GFP +
nti-GFP
Anti-GFP
3. 一个或多个报告基因（如控制氨基
酸合成的基因、大肠杆菌的lacZ基因 等），位于DNA结合结构域识别的调 控区的下游。
+
reporter
Measurable product
实验设计思路
Construct target plasmid and bait plasmid
Target:
未知蛋白或将研究對象 + DNA binding domain
充分洗涤后，加入EGTA洗 脱结合物
用EGTA 洗脱
4. 酵母双杂交（ yeast two-hybrid system ）
——基于在转录水平上的直接在酵母细胞内检测蛋 白质之间相互作用的遗传学方法
基本原理： 基于对真核生物调控转录起始过程的认识。
典型的真核生长转录因子， 如GAL4都含有二个不同的结构域： DNA结合结构域（DNA-binding domain，BD）和转录激活结构域 （transcription-activating domain，AD）。 前者可识别DNA上的特异序列， 并使转录激活结构域定位于所调 节的基因的上游， 转录激活结构 域可同转录复合体的其他成分作 用， 启动它所调节的基因的转录。 二个结构域不但可在其连接区适 当部位打开， 仍具有各自的功能。 而且不同两结构域可重建发挥转 录激活作用。酵母双杂交系统利 用杂交基因通过激活报道基因的 表达探测蛋白－蛋白的相互作用。
酵母双杂交（ yeast two-hybrid system ）
三个基本组成部分
DBD
AD
+
gene
1. 表达诱饵蛋白的载体，诱饵即我们
感兴趣的蛋白，它和DNA结合结构域 融合。
DBD bait AD prey
2. 表达靶蛋白的载体，靶蛋白可以是
一。
assay）
——基于重组蛋白表达纯化技术的体外分析系统
基本原理：是将靶蛋白-GST融合蛋
白亲和固化在谷胱甘肽亲和树脂上,作为 与目的蛋白亲和的支撑物,充当一种“诱
饵蛋白”,目的蛋白溶液过柱,可从中捕获
与之相互作用的“捕获蛋白”(目的蛋白), 洗脱结合物后通过SDS-PAGE电泳分析, 从而证实两种蛋白间的相互作用或筛选
Post-transcriptional control
protein
active protein
Post-translation control
nucleus
cytoplasm
生命机制
Protein complex
Signaling net work