【精品课件】生物信息学中的生物学、分子生物学
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生物信息学概述(共59张PPT)精选全文完整版
蛋白质 结构
蛋白质 功能
最基本的 生物信息
2024/11/11
生命体系千姿百 态的变化
维持生命活 动的机器
9
第一部遗传密码已被破译，但对密码的转录过程还不清楚，对大多
数DNA非编码区域的功能还知之甚少
对于第二部密码，目前则只能用统计学的方法进行分析。破译“第
二遗传密码”：即折叠密码（folding code），从蛋白质的一级结构
Rickettsia prowazekii
Helicobacter pylori
Buchnerasp. APS
Escherichia coli大南芥
Thermotoga maritima
Thermoplasma acidophilum
mouse
Caenorhabitis elegans
以基因组计划的实施为标志的基因组时代（1990年至2001年）是生
物信息学成为一个较完整的新兴学科并得到高速发展的时期。这一 时期生物信息学确立了自身的研究领域和学科特征，成为生命科学 的热点学科和重要前沿领域之一。
这一阶段的主要成就包括大分子序列以及表达序列标签 （ expressed sequence tag，EST）数据库的高速发展、BLAST（ basic local alignment search tool）和FASTA（fast alignment）等工具软件的研制和相应新算法的提出、基因的寻 找与识别、电子克隆（in silico cloning）技术等，大大提高
细胞质（线粒体、叶绿体） 基因组DNA
人类基因组：3.2×109 bp 18
人类自然科学史上的 3 大计划
曼哈顿原子 弹计划
阿波罗登月 计划
人类基因组计划
生物信息学课堂ppt课件
它是一门理论概念与实践应用并重的学科 ❖ bioinformatics这一名词在1991年左右才在文献中出现，还
只是出现在电子出版物的文本中。
5
产生 生物信息学的
❖ ２０世纪后期，生物科学技术迅猛发展，无论从数量上还是从质量上都 极大地丰富了生物科学的数据资源。数据资源的急剧膨胀迫使人们寻求 一种强有力的工具去组织这些数据，以利于储存、加工和进一步利用。 而海量的生物学数据中必然蕴含着重要的生物学规律，这些规律将是解 释生命之谜的关键，人们同样需要一种强有力的工具来协助人脑完成对 这些数据的分析工作。
❖ 基因组时代--基因寻找和识别、网络数据库系统的 建立、交互界面的开发；
❖ 后基因组时代--大规模基因组分析、蛋白质组分析。
8
重要性 生物信息学的
❖ 生物信息学不仅是一门学科，更是一种重要的研究开发工具。 ❖ 从科学的角度来讲，生物信息学是一门研究生物和生物相关
系统中信息内容与信息流向的综合系统科学。只有通过生物 信息学的计算处理，人们才能从众多分散的生物学观测数据 中获得对生命运行机制的系统理解。 ❖ 从工具的角度来讲，生物信息学几乎是今后所有生物（医药） 研究开发所必需的工具。只有根据生物信息学对大量数据资 料进行分析后，人们才能选择该领域正确的研发方向。 ❖ 生物信息学不仅具有重大的科学意义，而且具有巨大的经济 效益。它的许多研究成果可以较快地产业化，成为价值很高 的产品。
分析(主要研究内容) 应用(多个领域)
主要由数据库、计算机网络和应用软件三大部分构成
2
定义
❖ 收集、维护、传播、分析以及利用在分子生物学研究中获得的大量数据。
生物信息学（bioinformatics）是生物学与计算机科学以及应用数学等学
只是出现在电子出版物的文本中。
5
产生 生物信息学的
❖ ２０世纪后期，生物科学技术迅猛发展，无论从数量上还是从质量上都 极大地丰富了生物科学的数据资源。数据资源的急剧膨胀迫使人们寻求 一种强有力的工具去组织这些数据，以利于储存、加工和进一步利用。 而海量的生物学数据中必然蕴含着重要的生物学规律，这些规律将是解 释生命之谜的关键，人们同样需要一种强有力的工具来协助人脑完成对 这些数据的分析工作。
❖ 基因组时代--基因寻找和识别、网络数据库系统的 建立、交互界面的开发；
❖ 后基因组时代--大规模基因组分析、蛋白质组分析。
8
重要性 生物信息学的
❖ 生物信息学不仅是一门学科，更是一种重要的研究开发工具。 ❖ 从科学的角度来讲，生物信息学是一门研究生物和生物相关
系统中信息内容与信息流向的综合系统科学。只有通过生物 信息学的计算处理，人们才能从众多分散的生物学观测数据 中获得对生命运行机制的系统理解。 ❖ 从工具的角度来讲，生物信息学几乎是今后所有生物（医药） 研究开发所必需的工具。只有根据生物信息学对大量数据资 料进行分析后，人们才能选择该领域正确的研发方向。 ❖ 生物信息学不仅具有重大的科学意义，而且具有巨大的经济 效益。它的许多研究成果可以较快地产业化，成为价值很高 的产品。
分析(主要研究内容) 应用(多个领域)
主要由数据库、计算机网络和应用软件三大部分构成
2
定义
❖ 收集、维护、传播、分析以及利用在分子生物学研究中获得的大量数据。
生物信息学（bioinformatics）是生物学与计算机科学以及应用数学等学
分子生物学 PPT课件
• 使细胞生物学、遗传学、发育生物学、神经 生物学和生态学由原来的经典学科变成了生命科 学的真正前沿科学，形成了一系列交叉学科，如 分子遗传学、分子生态学、分子免疫学、分子病 毒学、分子病理学、分子肿瘤学和分子药理学等。 分子生物学是生命科学的核心前沿。
• 不同种属生物的表现形式多种多样和千姿百 态，但是，生命活动的本质却是高度一致的。例 如绝大多数生物遗传取决于DNA；除少数例外， 遗传密码在整个生命世界中都是一致的。又如核 酸一级结构和蛋白质一级结构的对应关系以及蛋 白质的有序合成，也表现出高度一致性。
• （五）小分子RNA研究进展
• 1993年，Lee RC等发现线虫(C.elegans) lin-4基 因编码的小分子RNA，其长度为22～61个核苷 酸——反义RNA。
• 反义RNA能与lin-14 mRNA的3ˊ非翻译区 （untranslated region，UTR）反义互补结合，阻 断lin-14的翻译，降低线虫早期发育阶段lin-14 蛋白的水平。
• 因此，分子生物学技术已成为推动生物 科学的各个领域向分子水平发展的重要 工具或手段，也是服务于人类和社会， 推动医药和工、农业发展的强大动力。
二、分子生物学的研究内容
• 分子生物学的研究内容主要包括以下三个方面。 • 1、核酸分子生物学： • 主要研究核酸的结构及其功能。 • 2、蛋白质分子生物学：
• 例如DNA及RNA的印迹转移、核酸分子杂 交、DNA克隆或重组DNA、基因体外扩增、 DNA 测序等等，以及研究蛋白质一级结构、 二级结构和三维结构与功能的分析技术。
• 其中重组DNA(recombinant DNA)技术是现代分 子生物学技术的核心。
• 重组DNA技术又称为基因操作(gene manipulation )、分子克隆(molecular cloning)、基 因克隆(gene cloning) 或基因工程（gene engineering）等。
分子生物学课件ppt
转基因技术
转基因技术是将外源基因导入生物体，实现基因的过 表达或补充。转基因技术的关键在于选择合适的载体 和导入方法。
THANKS
感谢观看
基因编辑技术的应用
基因编辑技术在许多领域都有广泛的应用，如罕见病治疗、癌症免疫治疗、农业育种等。 通过基因编辑技术，可以实现对特定基因的敲除、敲入或修饰，以达到治疗或改良的目的 。
基因编辑技术的伦理问题
虽然基因编辑技术具有巨大的潜力，但也引发了伦理和法律等方面的争议。在应用基因编 辑技术时，需要充分考虑伦理和法律问题，确保技术的合理应用和规范发展。
发展趋势
基因组学、蛋白质组学、代谢组学等 多组学研究，跨学科交叉融合，生物 信息学和计算生物学的发展等。
02
分生物学基本概念
基因与DNA
基因
基因是生物体内携带遗传信息的最小 单位，负责编码蛋白质或RNA分子 。
DNA
DNA是生物体的主要遗传物质，由四 种不同的脱氧核苷酸组成，通过特定 的序列排列储存遗传信息。
高通量测序
高通量测序是指一次可以对大量DNA或RNA分子进行序列测定的技术。高通量测序技术极大地提高了 基因组学和转录组学研究的效率，为生物医学研究提供了强大的工具。
04
分子生物学应用
生物医药研究
01
02
03
药物设计与开发
利用分子生物学技术，研 究药物与靶点的相互作用 ，提高药物的疗效和降低 副作用。
分子生物学前沿研究
表观遗传学研究
01
表观遗传学研究
表观遗传学是研究基因表达的调控机制，通过研究DNA甲基化、组蛋
白修饰等机制，揭示基因表达的调控规律，以及环境因素对基因表达的
影响。
02
分子生物学ppt课件
基因组大小(Mb)
0.58 1.83 4.20 4.60 13.50 12.50 466 165 97 2700 3000
基因数
470 1743 4100 4288 6034 4929 30000 13601 18424 30000 25000
染色体数*
无 无 无 无 16 16 21 4 6 20 23
包括：
结构基因组学
功能基因组学
三个亚领域.
比较基因组学
28
29
一、病毒基因组 二、原核生物基因组 三、真核生物基因组
30
一、病毒基因组
基因组（genome） 1个配（精子或卵子），1个单倍 体细胞或1个病毒所包含的全套遗传物质的总和。病毒核酸 或为DNA或为RNA，可以统称为病毒染色体。
完整的病毒颗粒具有蛋白质外壳，以保护病毒核酸不 受核酸酶的破坏，并能识别和侵袭特定的宿主。
分子生物学
Molecular Biology
1
What is Molecular Biology?
分子生物学是从分子水平研究生命现象、生命规律和生命本质 的学科。
核心内容是从分子水平研究基因和基因的活动，这些活动主要 通过核酸和蛋白质的活动来实现。
医学分子生物学主要研究人体生物大分子和大分子体系的结构、 功能、相互作用及其与疾病发生、发展的关系。
16
三、基因的结构特点和分类
基因的结构
结构基因：编码区序列（coding region sequence ）
在细胞内表达为蛋白质或功能RNA的DNA序列
转录调控序列：非编码序列（non-coding sequence）
基因表达需要的调控区（regulatory region）序列， 包括启动子（promoter）、增强子（enhancer）等。
分子生物学课件(共51张PPT)
二级结构
蛋白质局部主链的空间结构， 包括α-螺旋、β-折叠等。
三级结构
整条肽链中全部氨基酸残基的 相对空间位置Байду номын сангаас即整条肽链每 一原子的相对空间位置。
四级结构
由两条或两条以上的多肽链组 成的一类结构，每一条多肽链
都有完整的三级结构。
蛋白质的功能与分类
结构蛋白：作为细胞的结构，如膜蛋白，染色体蛋白等 。 酶：催化生物体内的化学反应。
分子生物学是生物学的重要分支
01
分子生物学以生物大分子为研究对象，揭示生命现象的分子基
础，是生物学的重要分支之一。
分子生物学推动生物学的发展
02
分子生物学的发展推动了生物学的研究从细胞水平向分子水平
深入，为生物学的发展提供了新的理论和技术支持。
分子生物学与其他学科的交叉融合
03
分子生物学与遗传学、生物化学、微生物学、免疫学等学科存
。
表观遗传学调控
通过改变染色质结构和DNA 甲基化等方式来调控基因表达
。
05
蛋白质的结构与功能
蛋白质的分子组成
氨基酸
蛋白质的基本组成单元，共有20 种标准氨基酸。
肽键
连接氨基酸之间的主要化学键。
辅基与辅酶
某些蛋白质还包含辅基或辅酶， 以辅助其功能的发挥。
蛋白质的结构层次
一级结构
指蛋白质中氨基酸的排列顺序 。
重组DNA分子的构建和 筛选
PCR技术及其应用
01
02
PCR技术的基本原理和步骤
引物的设计和选择
03
04
PCR反应体系和条件优化
PCR技术在DNA扩增、突变 分析、基因分型等领域的应用
基因克隆与基因工程
蛋白质局部主链的空间结构， 包括α-螺旋、β-折叠等。
三级结构
整条肽链中全部氨基酸残基的 相对空间位置Байду номын сангаас即整条肽链每 一原子的相对空间位置。
四级结构
由两条或两条以上的多肽链组 成的一类结构，每一条多肽链
都有完整的三级结构。
蛋白质的功能与分类
结构蛋白：作为细胞的结构，如膜蛋白，染色体蛋白等 。 酶：催化生物体内的化学反应。
分子生物学是生物学的重要分支
01
分子生物学以生物大分子为研究对象，揭示生命现象的分子基
础，是生物学的重要分支之一。
分子生物学推动生物学的发展
02
分子生物学的发展推动了生物学的研究从细胞水平向分子水平
深入，为生物学的发展提供了新的理论和技术支持。
分子生物学与其他学科的交叉融合
03
分子生物学与遗传学、生物化学、微生物学、免疫学等学科存
。
表观遗传学调控
通过改变染色质结构和DNA 甲基化等方式来调控基因表达
。
05
蛋白质的结构与功能
蛋白质的分子组成
氨基酸
蛋白质的基本组成单元，共有20 种标准氨基酸。
肽键
连接氨基酸之间的主要化学键。
辅基与辅酶
某些蛋白质还包含辅基或辅酶， 以辅助其功能的发挥。
蛋白质的结构层次
一级结构
指蛋白质中氨基酸的排列顺序 。
重组DNA分子的构建和 筛选
PCR技术及其应用
01
02
PCR技术的基本原理和步骤
引物的设计和选择
03
04
PCR反应体系和条件优化
PCR技术在DNA扩增、突变 分析、基因分型等领域的应用
基因克隆与基因工程
2024《分子生物学全套》ppt课件
ppt课件contents •分子生物学概述•基因与基因组结构•DNA复制与修复机制•转录与翻译过程调控•蛋白质组学与代谢组学研究方法•现代分子生物学技术应用•生物信息学在分子生物学中应用•分子生物学前沿领域及未来发展趋势目录分子生物学概述分子生物学定义与特点分子生物学定义分子生物学特点以分子为研究对象，阐明生命现象的本质；与多学科交叉融合，推动生命科学的发展；实验技术手段不断更新，提高研究效率和准确性。
分子生物学发展历程早期发展阶段现代分子生物学阶段分子生物学研究内容及方法研究内容研究方法基因与基因组结构基因概念及功能基因功能基因定义基因通过编码蛋白质或参与生物体的各种生理和生化过程，从而控制生物的性状和表现。
基因分类基因组组成与结构特点基因组定义基因组是指一个生物体内所有基因的总和。
基因组组成基因组包括编码区和非编码区，其中编码区包含结构基因和调控基因，非编码区则包含一些重要的调控元件和重复序列。
基因组结构特点不同生物的基因组具有不同的结构特点，如原核生物基因组较小且连续，真核生物基因组较大且存在大量的重复序列和间隔区。
转录后水平调控转录后水平调控主要涉及mRNA 的加工、剪接、运输和降解等过程，通过这些过程可以影响mRNA 的稳定性和翻译效率。
基因表达概念基因表达是指基因转录成mRNA ，再翻译成蛋白质的过程。
基因表达调控机制生物体通过多种机制对基因表达进行调控，包括转录水平调控、转录后水平调控、翻译水平调控和表观遗传调控等。
转录水平调控转录水平调控是最主要的基因表达调控机制，包括启动子、增强子、沉默子等顺式作用元件和反式作用因子的相互作用。
基因表达调控机制DNA复制与修复机制DNA复制过程及影响因素DNA复制过程影响因素DNA损伤类型及修复方式损伤类型包括碱基错配、单链断裂、双链断裂、碱基修饰等，这些损伤可能导致遗传信息的改变或丢失。
修复方式包括直接修复、切除修复、重组修复和跨损伤修复等，这些修复方式能够识别和修复DNA损伤，维护基因组的稳定性。
《分子生物学》课件
介绍CRISPR-Cas9系统的原理 及在基因编辑中的应用。
基因编辑实验室
展示现代基因编辑实验室的设 备和技术。
基因治疗
探讨基因编辑技术在治疗遗传 病和癌症中的潜力。
生物信息学与计算生物学
大数据分析
使用生物信息学和计算生物学的工具来分析 海量生物数据。
蛋白质结构预测
通过模拟和计算来预测和研究蛋白质的结构 和功能。
3 基因修复与修复机
制
探讨基因损伤修复和细 胞保护机制在环境暴露 中的作用。
生物多样性与保护
生物多样性
解释生物多样性的重要性和全球生物多样性状 况。
保护生物多样性
讨论保护生物多样性的 分子标记物
液体活检
通过PCR和测序技术检测基因突变和遗传病。
《分子生物学》PPT课件
《分子生物学》PPT课件大纲： 1. 介绍分子生物学概念 2. DNA和RNA结构与功能 3. 蛋白质的合成与结构 4. DNA复制和细胞分裂 5. 基因表达与转录 6. RNA加工修饰 7. 蛋白质翻译和折叠 8. 基因调控及表观遗传学
基因编辑与CRISPR技术
CRISPR Cas9
介绍分子标记物在疾病诊断和治疗中的应用， 如肿瘤标志物。
探讨液体活检在肿瘤诊断和监测中的潜力。
分子生物学的社会影响
1 伦理和法律问题
讨论基因编辑和遗传修 复等技术引发的伦理和 法律问题。
2 公众教育和意识
强调公众了解分子生物 学的重要性和科学素养 的培养。
3 医疗与健康
探讨分子生物学在医疗 和健康领域的革命性发 展。
基因组学研究
利用计算方法研究基因组结构、功能和进化。
网络生物学
通过构建和分析生物网络来揭示生物体内的 复杂关系。
基因编辑实验室
展示现代基因编辑实验室的设 备和技术。
基因治疗
探讨基因编辑技术在治疗遗传 病和癌症中的潜力。
生物信息学与计算生物学
大数据分析
使用生物信息学和计算生物学的工具来分析 海量生物数据。
蛋白质结构预测
通过模拟和计算来预测和研究蛋白质的结构 和功能。
3 基因修复与修复机
制
探讨基因损伤修复和细 胞保护机制在环境暴露 中的作用。
生物多样性与保护
生物多样性
解释生物多样性的重要性和全球生物多样性状 况。
保护生物多样性
讨论保护生物多样性的 分子标记物
液体活检
通过PCR和测序技术检测基因突变和遗传病。
《分子生物学》PPT课件
《分子生物学》PPT课件大纲： 1. 介绍分子生物学概念 2. DNA和RNA结构与功能 3. 蛋白质的合成与结构 4. DNA复制和细胞分裂 5. 基因表达与转录 6. RNA加工修饰 7. 蛋白质翻译和折叠 8. 基因调控及表观遗传学
基因编辑与CRISPR技术
CRISPR Cas9
介绍分子标记物在疾病诊断和治疗中的应用， 如肿瘤标志物。
探讨液体活检在肿瘤诊断和监测中的潜力。
分子生物学的社会影响
1 伦理和法律问题
讨论基因编辑和遗传修 复等技术引发的伦理和 法律问题。
2 公众教育和意识
强调公众了解分子生物 学的重要性和科学素养 的培养。
3 医疗与健康
探讨分子生物学在医疗 和健康领域的革命性发 展。
基因组学研究
利用计算方法研究基因组结构、功能和进化。
网络生物学
通过构建和分析生物网络来揭示生物体内的 复杂关系。
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Southern Blotting
Northern Blotting
1979年，J.C.Alwine等提出：将电泳凝胶 中的RNA转移到叠氮化的或其他化学修饰的活 性滤纸上，通过共价交联作用使它们结合，因 其方法同Southern杂交十分相似，故称之为 Northern杂交。
Western Blotting
拟南芥 水稻 非洲爪蛙 斑马鱼 家鼠 人
构成生物的四类分子
糖：单糖、双糖、多糖
作用：储存能量、结构材料、分子识别
脂肪酸：储存能量、参与代谢 核苷酸和核酸：
A、C、G、T→DNA、RNA
氨基酸→蛋白质
分子生物学的中心法则
DNA复制
DNA聚合酶→DNA单链5’ →3’复制
mRNA转录：mRNA前体→剪接 蛋白质翻译 mRNA反转录→cDNA 蛋白质折叠
分离大分子DNA的方法。
123456789
变性梯度电泳 DGGE
温度梯度电泳 TGGE
二维凝胶电泳
二维聚丙烯酰胺凝胶电 泳技术结合了等电聚焦 技术（根据蛋白质等电 点进行分离）以及SDS －聚丙烯酰胺凝胶电泳 技术（根据蛋白质的大 小进行分离）。这两项 技术结合形成的二维电 泳是分离分析蛋白质最 有效的一种电泳手段。
5亿年前：寒武纪大爆发，海洋中出现大量物 种，大气中氧含量剧增
4亿年前：至留纪大爆发，O2↑, 生命进入陆地 350万年前：古脊椎动物中出现猩猩科和人科 50万年前：直立人出现，“北京猿人” 3.5万年前：早期智人出现 2万年前：早期人类出现，“山顶洞人”
生物的分类
生物分类体系：
界（Kingdom） 门（Phyla） 纲（Class) 目（Order） 科（Family） 属（Genus） 种（Species）
与Southern或Northern杂交方法类似，但Western Blot 采用的是聚丙烯酰胺凝胶电泳，被检测物是蛋白质，“探针” 是抗体，“显色”用标记的二抗。经过PAGE分离的蛋白质 样品，转移到固相载体（例如硝酸纤维素薄膜）上，固相载 体以非共价键形式吸附蛋白质，且能保持电泳分离的多肽类 型及其生物学活性不变。以固相载体上的蛋白质或多肽作为 抗原，与对应的抗体起免疫反应，再与酶或同位素标记的第 二抗体起反应，经过底物显色或放射自显影以检测电泳分离 的特异性目的基因表达的蛋白成分。该技术也广泛应用于检 测蛋白水平的表达。
中心法则
基因型
DNA 利用
DNA
转录
mRNA
翻译
蛋白质/酶
折叠
结构
基因工程和核酸研究 技术简介
限制性内切酶（Restriction Endonuclease）
限制性内切酶 + 甲基化酶
载体：质粒、噬菌体、酵母
分子克隆： 聚合酶链反应（PCR） 超速离心
凝胶电泳 印迹法 DNA测序方法
原核生物（Prokaryote）：
古细菌（Archaea）
真细菌（Eubacteria)
真核生物（Eurokaryote）
生物的进化和亲缘关系：
遗传密码统一性
共同祖先演化而来
基本生物化学过程一致性
Eubacteria Eucarya
Archaea
模式生物
噬菌体 病毒 大肠杆菌 酿酒酵母 秀丽线虫 果蝇
M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
PSL-XB4
XB1-PSR
16S rRNA gene PCR
M
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
16S-23S rRNA gene PCR
聚丙烯胺凝胶电泳
bd
ac
ef
脉冲场凝胶电泳
（PFGE，Pulsed Field Gel Electrophoresis）
限制性核酸内切酶的发现者
阿尔伯
Wemer Arber 瑞士生物学家 巴塞尔Biozentrum大学
1929～
内森斯
Danien Nathans 美国微生物学家 霍普金斯大学医学院
1931～
史密斯 Hamilton O．Smith
美国微生物学家 霍普金斯大学医学院
1931～
凝胶电泳 琼脂糖电泳 聚丙烯胺凝胶电泳 脉冲场电泳 梯度电泳（DGGE/TGGE） 二维凝胶电泳：蛋白质电泳
DNA测序方法 末端终止(Sanger)法： dNTP→ddNTP 化学降解 (Maxam-Gilbert)法： 焦磷酸测序技术(pyrosequencing)：
焦磷酸测序技术(pyrosequencing)：
是由4种酶催化的同一反应体系中的酶级联化 学发光反应焦磷酸测序技术。其原理是:引物与模 板DNA 退火后在DNA 聚合酶(DNA polymerase) ATP 硫酸化酶(ATP sulfurylase) 荧光素酶 (luciferase) 和三磷酸腺苷双磷酸酶(Apyrase) 4 种 酶的协同作用下将引物上每一个dNTP 的聚合与一 次荧光信号的释放偶联起来通过检测荧光的释放 和强度达到实时测定DNA 序列的目的。
焦磷酸测序技术的反应体系： 反应底物、待测单链、测序引物和4种酶。
反应底物: 5’-磷酰硫酸(adenosine- 5’-phosphosulfat，
APS)、荧光素(Luciferin)。
如果发生碱基配对，就会释放一个焦磷酸。这个 焦磷酸在ATP硫酸化酶和萤光素酶的作用下，经过一 个合成反应和一个化学发光反应，最终将萤光素氧化 成氧化萤光素，同时释放出光信号。此反应释放出的 光信号实时被仪器配置的高灵敏度CCD（Chargecoupled Device）捕获到。有一个碱基和测序模板进 行配对，就会捕获到一分子的光信号；由此一一对应， 就可以准确、快速地确定待测模板的碱基序列。
生物信息学中的 生物学
分子生物学
内容
• 生物信息学中的生物学、分子 生物学基础
• 基因工程和核酸研究技术简介
生物信息学中的生物学、 分子生物学基础知识
地球上的生命史
120亿年前：第一次大爆炸，宇宙产生 50亿年前：太阳系诞生 40亿年前：海洋里出现了类似藻类的原始生物 30亿年前：出现原核细胞生物 7亿年前：演化出各种多细胞生物，无脊椎动物
印迹法 凝胶→硝酸纤维膜→DNA探针(32P)
DNA印迹法(Southern Blotting) RNA印迹法(Northern Blotting) 蛋白质印迹法(Western Blotting)
Southern印迹杂交（Southern blot）是1975 年由英国人southern创建，是研究DNA图谱的基 本技术，在遗传病诊断、DNA图谱分析及PCR产 物分析等方面有重要价值。
Northern Blotting
1979年，J.C.Alwine等提出：将电泳凝胶 中的RNA转移到叠氮化的或其他化学修饰的活 性滤纸上，通过共价交联作用使它们结合，因 其方法同Southern杂交十分相似，故称之为 Northern杂交。
Western Blotting
拟南芥 水稻 非洲爪蛙 斑马鱼 家鼠 人
构成生物的四类分子
糖：单糖、双糖、多糖
作用：储存能量、结构材料、分子识别
脂肪酸：储存能量、参与代谢 核苷酸和核酸：
A、C、G、T→DNA、RNA
氨基酸→蛋白质
分子生物学的中心法则
DNA复制
DNA聚合酶→DNA单链5’ →3’复制
mRNA转录：mRNA前体→剪接 蛋白质翻译 mRNA反转录→cDNA 蛋白质折叠
分离大分子DNA的方法。
123456789
变性梯度电泳 DGGE
温度梯度电泳 TGGE
二维凝胶电泳
二维聚丙烯酰胺凝胶电 泳技术结合了等电聚焦 技术（根据蛋白质等电 点进行分离）以及SDS －聚丙烯酰胺凝胶电泳 技术（根据蛋白质的大 小进行分离）。这两项 技术结合形成的二维电 泳是分离分析蛋白质最 有效的一种电泳手段。
5亿年前：寒武纪大爆发，海洋中出现大量物 种，大气中氧含量剧增
4亿年前：至留纪大爆发，O2↑, 生命进入陆地 350万年前：古脊椎动物中出现猩猩科和人科 50万年前：直立人出现，“北京猿人” 3.5万年前：早期智人出现 2万年前：早期人类出现，“山顶洞人”
生物的分类
生物分类体系：
界（Kingdom） 门（Phyla） 纲（Class) 目（Order） 科（Family） 属（Genus） 种（Species）
与Southern或Northern杂交方法类似，但Western Blot 采用的是聚丙烯酰胺凝胶电泳，被检测物是蛋白质，“探针” 是抗体，“显色”用标记的二抗。经过PAGE分离的蛋白质 样品，转移到固相载体（例如硝酸纤维素薄膜）上，固相载 体以非共价键形式吸附蛋白质，且能保持电泳分离的多肽类 型及其生物学活性不变。以固相载体上的蛋白质或多肽作为 抗原，与对应的抗体起免疫反应，再与酶或同位素标记的第 二抗体起反应，经过底物显色或放射自显影以检测电泳分离 的特异性目的基因表达的蛋白成分。该技术也广泛应用于检 测蛋白水平的表达。
中心法则
基因型
DNA 利用
DNA
转录
mRNA
翻译
蛋白质/酶
折叠
结构
基因工程和核酸研究 技术简介
限制性内切酶（Restriction Endonuclease）
限制性内切酶 + 甲基化酶
载体：质粒、噬菌体、酵母
分子克隆： 聚合酶链反应（PCR） 超速离心
凝胶电泳 印迹法 DNA测序方法
原核生物（Prokaryote）：
古细菌（Archaea）
真细菌（Eubacteria)
真核生物（Eurokaryote）
生物的进化和亲缘关系：
遗传密码统一性
共同祖先演化而来
基本生物化学过程一致性
Eubacteria Eucarya
Archaea
模式生物
噬菌体 病毒 大肠杆菌 酿酒酵母 秀丽线虫 果蝇
M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
PSL-XB4
XB1-PSR
16S rRNA gene PCR
M
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
16S-23S rRNA gene PCR
聚丙烯胺凝胶电泳
bd
ac
ef
脉冲场凝胶电泳
（PFGE，Pulsed Field Gel Electrophoresis）
限制性核酸内切酶的发现者
阿尔伯
Wemer Arber 瑞士生物学家 巴塞尔Biozentrum大学
1929～
内森斯
Danien Nathans 美国微生物学家 霍普金斯大学医学院
1931～
史密斯 Hamilton O．Smith
美国微生物学家 霍普金斯大学医学院
1931～
凝胶电泳 琼脂糖电泳 聚丙烯胺凝胶电泳 脉冲场电泳 梯度电泳（DGGE/TGGE） 二维凝胶电泳：蛋白质电泳
DNA测序方法 末端终止(Sanger)法： dNTP→ddNTP 化学降解 (Maxam-Gilbert)法： 焦磷酸测序技术(pyrosequencing)：
焦磷酸测序技术(pyrosequencing)：
是由4种酶催化的同一反应体系中的酶级联化 学发光反应焦磷酸测序技术。其原理是:引物与模 板DNA 退火后在DNA 聚合酶(DNA polymerase) ATP 硫酸化酶(ATP sulfurylase) 荧光素酶 (luciferase) 和三磷酸腺苷双磷酸酶(Apyrase) 4 种 酶的协同作用下将引物上每一个dNTP 的聚合与一 次荧光信号的释放偶联起来通过检测荧光的释放 和强度达到实时测定DNA 序列的目的。
焦磷酸测序技术的反应体系： 反应底物、待测单链、测序引物和4种酶。
反应底物: 5’-磷酰硫酸(adenosine- 5’-phosphosulfat，
APS)、荧光素(Luciferin)。
如果发生碱基配对，就会释放一个焦磷酸。这个 焦磷酸在ATP硫酸化酶和萤光素酶的作用下，经过一 个合成反应和一个化学发光反应，最终将萤光素氧化 成氧化萤光素，同时释放出光信号。此反应释放出的 光信号实时被仪器配置的高灵敏度CCD（Chargecoupled Device）捕获到。有一个碱基和测序模板进 行配对，就会捕获到一分子的光信号；由此一一对应， 就可以准确、快速地确定待测模板的碱基序列。
生物信息学中的 生物学
分子生物学
内容
• 生物信息学中的生物学、分子 生物学基础
• 基因工程和核酸研究技术简介
生物信息学中的生物学、 分子生物学基础知识
地球上的生命史
120亿年前：第一次大爆炸，宇宙产生 50亿年前：太阳系诞生 40亿年前：海洋里出现了类似藻类的原始生物 30亿年前：出现原核细胞生物 7亿年前：演化出各种多细胞生物，无脊椎动物
印迹法 凝胶→硝酸纤维膜→DNA探针(32P)
DNA印迹法(Southern Blotting) RNA印迹法(Northern Blotting) 蛋白质印迹法(Western Blotting)
Southern印迹杂交（Southern blot）是1975 年由英国人southern创建，是研究DNA图谱的基 本技术，在遗传病诊断、DNA图谱分析及PCR产 物分析等方面有重要价值。