分子生物学第一章
2. 核糖核酸 (ribonucleic acid, RNA) 功能：传递遗传信息，指导蛋白质的生物合成
原核细胞 RNA 存在于细胞质中 真核细胞 RNA 75% 在细胞质中 15% 在线粒体及叶绿体中 10% 在细胞核中
核苷酸 (nucleotide)
原核细胞的特点
真核细胞的特点
原核生物与真核生物的比较
原核细胞 细胞大小 细胞核 细胞质 细胞壁 代表生物 较小 较大 真核细胞
无细胞核结构，基因组 DNA不 与蛋白质结合，基因组 DNA 存 在在于细胞质。
除核糖体外，无其他细胞器。 有；主要由肽聚糖构成。 放线菌、细菌、蓝藻、衣原体
有细胞核结构，有核膜，有 核仁。DNA与蛋白质形成染 色体。
糖苷键 C1- N9 (嘌呤)
糖苷键 C1- N1 (嘧啶)
腺苷
胞苷
(四) 核苷酸的形成 核苷或脱氧核苷和磷酸通过磷酸酯键连接形成核苷酸 (ribonucleotide) 或脱氧核苷酸 (deoxy-ribonucleotide)。 磷酸酯键
Cytidine 5’-monophosphate, 5’-CMP
核苷酸由碱基、核糖或脱氧核糖及磷酸三种成分通过 共价键连接而成。 嘌呤 碱基 核苷 或脱氧核苷 核酸 核苷酸 磷酸 元素组成： C, H, O, N, P
嘧啶
核糖 或脱氧核糖
(一) 碱基 (base) 1. 嘌呤 (purine)： A, G 2. 嘧啶 (pyrimidine)： C, T, U
核小体由 DNA 和组蛋白 (histone) 构成。 各 2 分子的 H2A, H2B, H3 和 H4 组蛋白形成八聚体 (octamer)，DNA 分子 (约 140 - 160 bp) 在其表面缠绕 1.75 圈， 构成核小体的核心颗粒 (core particle)，相邻的核心颗粒由 连接 DNA (linker DNA, 约 60 bp) 相连。
第十四章 基因结构和表达变化与疾病的关系 第十五章 可遗传的基因组变异与人类疾病易感性 第十六章 感染性疾病相关基因 第十七章 信号转导异常与细胞增殖和凋亡相关性 第十八章 细胞间通讯与 T 细胞应答调控 第十九章 在基因水平诊断疾病 第二十章 基因治疗研究 第二十一章 药物相关的分子生物学研究 第二十二章 分子生物学的新兴研究领域 第二十三章 生物信息学在基因和蛋白质研究中的应用
腺嘌呤 (adenine, A) 鸟嘌呤 (guanine, G) 胞嘧啶 (cytosine, C) 胸腺嘧啶 (thymine, T)
(五) 体内重要的游离核苷酸及其衍生物
多磷酸核苷酸： NDP, NTP 环化核苷酸： cAMP, cGMP 含核苷的生物活性物质： NAD+, NADP+, CoA-SH, FAD 等都含有 AMP
核中。
(一) 原核细胞中 DNA 的高级 结构
原核生物的基因组 DNA 及质粒 DNA 是共价闭环双螺 旋分子，它们以超螺旋结构形 式存在于细胞质中。
正超螺旋 超螺旋结构
共价闭环 DNA 超螺旋 结构
负超螺旋
(二) 真核细胞中 DNA 的组装 真核细胞的 DNA 与蛋白质结合，以染色质 (chromatin) 的形式存在于细胞核内。 在细胞分裂期，染色质进一步压缩折叠，形成在光学显 微镜下可见的染色体 (chromosome)。 染色质与染色体都是 DNA 的高级结构形式，其基本单 位是核小体 (nucleosome)。
2 nm
小沟
大沟
2. DNA 是右手螺旋结构， 螺旋直径为 2 nm，螺距为 3.4 nm。碱基平面垂直于 螺旋轴，相邻碱基平面距 离为 0.34 nm，螺旋一圈包 含 10 对碱基。 3. 氢键维持 DNA 双链横 向稳定性，疏水性碱基堆 积力维持双链纵向稳定性。
氢键
碱基平面
(二) DNA 二级结构的多样性
嘌呤环和嘧啶环含有共轭双键， 有吸收紫外光的性质，吸收高峰 在 260 nm 处。
部分稀有碱基
DNA
嘌呤
RNA
N6-甲基腺嘌呤 (m6A) N 6, N 6-二甲基腺嘌呤 7-甲基鸟嘌呤 假尿嘧啶 () 双氢尿嘧啶 (DHU)
7-甲基鸟嘌呤 (m7G) N6-甲基腺嘌呤 (m6A) 5-甲基胞嘧啶 (m5C) 5-羟甲基胞嘧啶 (hm5C)
NMP 核苷一磷酸 NDP 核苷二磷酸 NTP 核苷三磷酸
核苷酸的连接方式
核苷酸或脱氧核苷酸之间以磷酸二酯键形成寡核苷酸 (oligonucleotide) 或核酸。
多核苷酸链中核苷 酸或碱基的排列顺序 称为核酸的一级结构 (primary structure) 。
DNA 和 RNA 的书写方式： 5’ 3’ 方向
James Watson 和 Francis Crick 于 1953 年提出 DNA 双螺旋 结构模型。
直径
(一) DNA 双螺旋结构模型 1. DNA 分子由两条反向 平行的脱氧核糖核苷酸链 组成，脱氧核糖-磷酸骨架 位于双链的外侧，碱基位 于内侧，双链的碱基之间 以氢键相结合。 碱基互补配对的方式： A T； GC
嘧啶
(二) 戊糖 (pentose) 构成核苷酸的戊糖有两种， RNA 分子中的戊糖为 D-核糖，DNA 分子中含有 -D-2 脱氧核糖，均为呋喃糖。
H
核糖 (ribose) 脱氧核糖 (deoxyribose)
(三) 核苷 碱基和核糖或脱氧核糖通过 -N-糖苷键 (-Nglycosidic bond) 连接形成核苷 (ribonucleoside) 或脱氧 核苷 (deoxyribonucleoside)。
利用分子生物学技术解决以下问题： • 致病机理的研究 • 药物作用靶点 (标) 及药物研发
• 基因诊断
• 基因治疗
• 蛋白质药物
授课内容
• • • 生物大分子 (核酸、蛋白质) 的结构与功能 基因结构及基因组结构 遗传信息传递 DNA 复制和修复；RNA 转录；蛋白质生物合成 (翻译)
•
• •
基因表达与调控
第一部分
核酸分子的组成、结构及功能
核酸的分类与功能
核酸 (nucleic acid) 是以核苷酸为基本组成单位的生物 大分子，即高分子量的多核苷酸。
1. 脱氧核糖核酸 (deoxyribonucleic acid, DNA) 功能：储存遗传信息
原核细胞 基因组 DNA 存在与类 (拟) 核中； 质粒 DNA 存在于细菌胞质中。 真核细胞 DNA 主要以染色质形式存在于细胞核中； 少量 DNA 存在于线粒体、叶绿体 (植物细胞) 中。
H1 组蛋白结合到 DNA 双螺旋分子进入和离 开八聚体的位点。
真核细胞 RNA 的分类和功能
种类 细胞定位 功能
信使 RNA (mRNA)
转运 RNA (tRNA) 核糖体 RNA (rRNA) 小核 RNA (snRNA) 小胞质 RNA (scRNA)
胞质及细胞核
胞质及细胞核 胞质及细胞核 胞质及细胞核 胞质及粗面内 质网
蛋白质合成的模板
转运氨基酸 与蛋白质构成核糖体 成熟 mRNA 参与 hnRNA的剪接、转运 rRNA的加工与修饰 信号识别颗粒的组成成分，选 择分泌蛋白
不均一核 RNA (hnRNA) 胞质及细胞核 小核仁 RNA (snoRNA) 胞质及细胞核
small RNA subfamily: small interfering RNAs (siRNAs) microRNAs (miRNAs) small nucleolar RNAs (snoRNAs) small nuclear RNAs (snRNAs)
5’ pApCpGpTpA-OH 3’
5’ ACGTA 3’
DNA 的一级结构
DNA 的结构
DNA 的二级结构 DNA 的高级结构
DNA 的一级结构
四种脱氧核糖核苷酸或四种 碱基的排列顺序称为 DNA 的一 级结构。
DNA 的二级结构
多核苷酸链骨架的 3-D 构型为 DNA 二级结 构 (secondary structure)，即 DNA 双螺旋结构模 型 (The DNA double helix model)。 双螺旋结构发现的基础： 碱基组成分析 Chargaff 规则：[A] = [T], [C] = [G] 碱基的理化数据分析 A-T, C-G 以氢键配对较合理 DNA 纤维的 X-射线衍射图谱分析
构成 RNA 的碱基、核苷和核苷酸
碱基 (base) 腺嘌呤 (adenine, A) 核苷 (ribonucleoside) 腺苷 (adenosine) 核苷酸 (nucleoside monophosphate, NMP 或 ribonucleotide) 腺苷酸 (adenosine monophosphate 或 adenylate) AMP 鸟苷酸 (guanosine monophosphate 或 guanylate) GMP 胞苷酸 (cytidine monophosphate 或 cytidylate) CMP 尿苷酸 (uridine monophosphate 或 uridylate) UMP
医学分子生物学
马郁芳 大连医科大学生物化学教研室
分子生物学是研究核酸和蛋白质的结构与功
能的学科。
在分子水平上阐述基因的结构、基因的复制、
基因的表达和调节、蛋白质与核酸的相互作用、
蛋白质与蛋白质的相互作用。
医学分子生物学是从分子水平研究人体在正
常和疾病状态下的生命活动及其规律，包括研究
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。
信使 RNA (messenger RNA, mRNA)
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
分子生物学教案
分子生物学教案(整理版)第一章：分子生物学概述1.1 分子生物学的定义和发展历程介绍分子生物学的定义和研究范围回顾分子生物学的发展历程，如DNA双螺旋结构的发现等1.2 分子生物学的重要性和应用领域强调分子生物学在生物科学和生物技术领域的重要性介绍分子生物学在医学、农业、环境保护等领域的应用实例第二章：DNA与基因2.1 DNA的结构和功能详细描述DNA的双螺旋结构和特点解释DNA在遗传信息和基因表达中的作用2.2 基因的概念和分类介绍基因的定义和基本特征区分编码基因和非编码基因，以及原核生物和真核生物基因的区别第三章：基因表达与调控3.1 转录和翻译的过程详细解释DNA转录为mRNA的过程，包括启动子、转录因子等介绍mRNA翻译为蛋白质的过程，包括核糖体、tRNA等的作用3.2 基因表达调控机制介绍原核生物和真核生物中基因表达调控的机制和差异讨论转录因子、启动子、增强子等在基因表达调控中的作用第四章：分子克隆与基因工程4.1 分子克隆的基本原理和技术解释分子克隆的概念和基本步骤介绍PCR扩增、DNA连接、转化等分子克隆相关技术4.2 基因工程的应用和伦理问题讨论基因工程在生物制药、基因治疗等领域的应用探讨基因工程在伦理、安全、生态等方面的争议和问题第五章：蛋白质结构与功能5.1 蛋白质的结构层次介绍蛋白质的一、二、三级结构及其决定因素解释蛋白质结构与功能之间的关系5.2 蛋白质功能的多样性讨论蛋白质在生物体内承担的各种功能，如酶、结构蛋白、信号转导等介绍蛋白质工程在药物设计和疾病治疗中的应用第六章：酶学与酶工程6.1 酶的概述和特性介绍酶的定义、命名和分类解释酶的催化机制和酶活性的影响因素6.2 酶工程的应用和发展讨论酶在工业、医药、生物检测等领域的应用探讨定向进化、重组酶等技术在酶工程中的应用和发展第七章：RNA与非编码RNA7.1 RNA的结构和功能介绍RNA的种类、结构和功能解释mRNA、tRNA、rRNA等在蛋白质合成中的作用7.2 非编码RNA的研究进展讨论非编码RNA（如miRNA、siRNA、lncRNA等）的发现和功能探讨非编码RNA在疾病诊断、治疗和调控中的潜在应用第八章：蛋白质相互作用与信号转导8.1 蛋白质相互作用的基本概念介绍蛋白质相互作用的特点和机制解释生物信息学方法在蛋白质相互作用研究中的应用8.2 信号转导通路及其调控介绍细胞内主要的信号转导通路（如MAPK、Wnt、Notch等）讨论信号转导通路在细胞生长、分化、死亡等过程中的作用和调控机制第九章：基因组学与遗传变异9.1 基因组学的基本概念和技术介绍基因组学的研究内容、方法和进展解释基因组测序、基因组编辑等技术的原理和应用9.2 遗传变异与疾病讨论遗传变异在疾病发生中的作用和机制探讨遗传变异的检测、预测和疾病风险评估方法第十章：分子生物学实验技术10.1 分子生物学实验基本技术介绍PCR、电泳、免疫印迹等分子生物学实验技术解释实验操作步骤、条件和注意事项10.2 分子生物学实验设计与应用讨论分子生物学实验设计的原则和方法探讨实验结果的解读、数据分析和实验应用重点和难点解析一、分子生物学的定义和发展历程解析：了解分子生物学的概念和其发展历程对于理解后续内容至关重要。
分子生物学考试重点
分子生物学分子生物学 第一章第一章1分子生物学的定义：从分子水平上研究生命现象的物质基础的学科。
研究细胞的成分的物理，化学的性质和变化以及这些性质和变化与生命现象的关系，如遗传信息的传递，基因的结构，复制转录，翻译，表达调控和表达产物的生理功能，以及细胞信号的转导。
功能，以及细胞信号的转导。
2分子生物学研究的三条原理：a 构成生物体各类有机大分子的单体在不同的生物体中是相同的同的 b 生物体一切有机大分子的构成都遵循共同的规则生物体一切有机大分子的构成都遵循共同的规则 c 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。
及蛋白质分子决定了它的属性。
3分子生物学研究的主要内容：a a DNA DNA 重组技术；b 基因表达调控的研究；c 生物大分子的结构功能研究——结构分子生物学；d 基因组，功能基因组与生物信息学研究；基因组，功能基因组与生物信息学研究；4 DNA 的英文全称：Deoxyribonucleic acid RNA 的英文全称：ribonucleic acid 5染色体的定义：由脱氧核糖核酸、蛋白质和少量核糖核酸组成的线状或棒状物，蛋白质和少量核糖核酸组成的线状或棒状物，是生物主是生物主要遗传物质的载体要遗传物质的载体6生物大分子无论是核酸，蛋白质或者多糖，在发挥生物学功能时的两个前提是：a 拥有特定的空间结构；b 在发挥生物学功能的工程中必定存在结构和构象的变化；在发挥生物学功能的工程中必定存在结构和构象的变化；第二章第二章1 染色体的结构：染色体位于真核生物细胞核仁内，是遗传信息的载体，真核细胞染色体中，NDA, 和非组蛋白及部分RNA 组成了染色体；组成了染色体；2染色体的特征：a 分子结构相对稳定；b 能够自我复制，使亲代之间保持连续性；c 能够指导蛋白质的合成，进而控制整个生命过程；d 能够产生可遗传的变异；能够产生可遗传的变异；3蛋白质分为组蛋白和分组蛋白，组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNA 组成核小体（H H2A H2B H3及H4）组蛋白包括RNA 聚合酶；聚合酶；4组蛋白的特性：a 进化上极端保守；b 无组织特异性；c 肽链上氨基酸分布的不对称性；d 组蛋白的修饰作用；e 富含赖氨酸的组蛋白Ｈ５；富含赖氨酸的组蛋白Ｈ５；５非组蛋白包括：高速泳动蛋白；ＤＮＡ结合蛋白；Ａ２４非组蛋白；收缩蛋白；骨架蛋白；核孔复合蛋白；肌动蛋白；肌球蛋白；微管蛋白；原肌蛋白；核孔复合蛋白；肌动蛋白；肌球蛋白；微管蛋白；原肌蛋白；６真核细胞的ＤＮＡ序列分：ａ不重复序列；ｂ中度重复序列；ｃ高度重复序列；６真核细胞的ＤＮＡ序列分：ａ不重复序列；ｂ中度重复序列；ｃ高度重复序列；７ＤＮＡ的一级结构：所谓的DNA的一级结构，就是指4种核苷酸的链接及排列顺序，表示了该DNA分子的化学构成。
第一篇 分子生物学基本原理(共57张PPT)
第二节 真核生物基因组
一、真核生物染色质DNA的高级结构 • DNA高级结构中的蛋白质
组蛋白与非组蛋白
• DNA与蛋白质的结 合与染色体的组装
二、真核生物核基因组结构和功能特点
• 基因组大，编码蛋白质多，一般编码蛋白都 超过1万个以上。在DNA复制时，有多个复制 起始点。 • 真核生物的结构基因都是单顺反子。 • 真核生物的基因组中含有大量的重复序列 (45%)。 • 真核生物的基因组中存在大量的非编码区。
⒑含有多种功能的识别区域，如复制起始区、复制终止区、 转录起动区和终止区等。
大肠杆菌染色体基因组的结构和功能
大肠杆菌染色体基因组是研究最清楚的基因组。估计
大肠杆菌基因组含有3500个基因，已被定位的有900个左
右。在这900个基因中，有260个基因已查明具有操纵子结
构，定位于75个操纵子中。在已知的基因中8％的序列具
• 真核基因为断裂基因，在它的结构基 因中含有外显子和内含子。
• 真核生物的基因组中存在着各种基因 家族。
• 真核生物基因组中也存在移动基因。
•基因组中结构基因所占区域远小于非 编码区。
三、真核生物基因组的结构
㈠结构基因
• 断裂基因(split gene)：真核生物的结构基 因是不连续的编码氨基酸的序列被非编码 序列所打断，因此被称为断裂基因。
是指一组由多基因家族及单基因组成的更大基因 家族。其代表为免疫球蛋白基因超家族
㈣重复序列(repeat sequence):
在真核生物基因组存在着的大量的碱基序列重复出 现的情况。
重复序列中，除了编码RNA、RNA和组蛋白的结构基 因外，大部分是非编码序列。但对它们的功能还不十分清楚。
《分子生物学导论》笔记_学习笔记
《分子生物学导论》笔记第一章：分子生物学概述1.1分子生物学的定义与发展1.2分子生物学的研究对象1.3分子生物学与其他学科的关系1.4分子生物学的重要性第二章：DNA的结构与功能2.1DNA的双螺旋结构2.2DNA的复制机制2.3DNA的修复与重组2.4DNA的功能与基因表达第三章：RNA的类型与作用3.1信使RNA（mRNA）3.2转运RNA（tRNA）3.3核糖体RNA（rRNA）3.4小RNA及其功能第四章：蛋白质的合成与功能4.1转录与翻译过程4.2蛋白质的结构层次4.3蛋白质的折叠与修饰4.4蛋白质的功能与作用机制第五章：基因调控机制5.1基因表达调控的基本概念5.2转录因子与增强子5.3表观遗传学与基因表达5.4RNA干扰与基因沉默第六章：分子生物学的应用6.1分子生物学在医学中的应用6.2分子生物学在农业中的应用6.3分子生物学在生物技术中的应用6.4未来发展与挑战第1章：分子生物学概述分子生物学的定义与发展分子生物学是研究生命现象的分子基础的科学，主要关注生物大分子的结构、功能及其相互作用。
其核心内容包括DNA、RNA和蛋白质的相互关系。
分子生物学的起源可以追溯到20世纪初，随着显微镜技术的发展，科学家们对细胞组成的认识逐渐深入。
1940年代，随着DNA的双螺旋结构被发现，分子生物学开始正式形成。
关键概念包括：DNA（脱氧核糖核酸）：遗传信息的载体，结构为双螺旋。
RNA（核糖核酸）：在基因表达中起到中介作用，主要类型有信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）和核糖体RNA（rRNA）。
蛋白质：由氨基酸构成，承担细胞内外的多种功能。
重要发展里程碑：1953年，沃森和克里克提出DNA双螺旋结构。
1961年，霍普金斯等人发现RNA的转译机制。
1970年代，基因工程技术的引入，推动了分子生物学的应用。
考点：分子生物学定义的准确描述DNA、RNA和蛋白质的基本功能和相互关系重要历史事件及其影响分子生物学的研究对象分子生物学的研究对象主要包括核酸（DNA和RNA）、蛋白质、酶及其相互作用。
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。
分子生物学基础第一章绪论 第二节分子生物学发展简史
第二节 分子生物学发展简史
4．生物分类学与分子生物学
分类和进化研究是生物学中最古老的领域，它们同样由于分子生物 学的渗透而获得了新生。过去研究分类和进化，主要依靠生物体的形态， 并辅以生理特征，来探讨生物间亲缘关系的远近。现在，反映不同生命 活动中更为本质的核酸、蛋白质序列间的比较，已被大量用于分类和进 化的研究。由于核酸技术的进步，科学家已经可能从已灭绝的化石里提 取极为微量的DNA分子，并进行深入的研究，以此确证这些生物在进化 树上的地位。
从学科范畴上讲，分子生物学包括生物化学；从研究的 基本内容讲，遗传信息从DNA到蛋白质的过程，其许多内容 又属于生物化学的范畴。
第二节 分子生物学发展简史
2．分子生物学与细胞生物学 细胞生物学是在细胞、细胞超微结构和分子水平等不同 层次上，以研究细胞结构、功能及生命活动为主的基础学科。 分子生物学是细胞生物学的主要发展方向，也就是说，在分 子水平上探索细胞的基本生命规律，把细胞看成是物质、能 量、信息过程的结合，而且着重研究细胞中的遗传物质的结 构、功能以及遗传信息的传递和调节等过程。 3．遗传学与分子生物学 遗传学是分子生物学发展以来受影响最大的学科。孟德 尔著名的皱皮豌豆和圆粒豌豆子代分离实验以及由此得到的 遗传规律，纷纷在近20年内得到分子水平上的解释。越来越 多的遗传学原理正在被分子水平的实验所证实或摈弃，许多 遗传病已经得到控制或矫正，许多经典遗传学无法解决的问 题和无法破译的奥秘，也相继被攻克，分子遗传学已成为人 类了解、阐明和改造自然界的重要武器。
第二节 分子生物学发Hale Waihona Puke 简史三、分子生物学的现状与展望
1．功能基因组学 2．蛋白质组学 3．生物信息学
分子生物学基础
第一章 绪 论
分子生物学-第一章-第五节
分子克隆技术
1973年，Cohen等人首次在体外将重组的DNA分子导入 大肠杆菌中，成功地进行了无性繁殖，从而完成了DNA 分子体外重组和扩增的全过程，这是基因工程发展史上 第一个克隆转化并取得成功的例子。
5
基因工程技术
基因工程技术经历了安全问题的争论和改造载体阶段， 当前已将突破点集中于外源基因在宿主细胞内的表达问 题上，确切地说，更集中于真核基因在原核细胞表达的 基因工程技术。
10
PCR技术
PCR技术传统的应用领域：医学、农业、生物工程学。 随着PCR诞生而直接出现的新兴学科中的三个：生物分子 考古学，分子生态学以及DNA法医学。
11
8
PCR技术
Kary Mullis 1990年在《科学美国人》上的一篇文章，及1998 年的自传《心灵裸舞》(Dancing Naked in the Mind Field) ， 都曾提到PCR这个构想的起源。
PCR技术
1985年某一天晚上，Kary Mullis在驾车沿着California海岸 线兜风时，灵机一动，发明了聚合酶链反应 （polymerase chain reaction，PCR）。这一灵感所带来的 结果就是：这项非常简单的技术，作为基因克隆的完美补 充，在分子生物学的发展上发挥了关键的作用，引起了分 子生物学研究的一场革命。
第一章 前 言
1
第一章 前 言
第五节 现代分子生物学技术
2
生命科学实验技术概况
生命科学是实验的科学，分子生物学的飞速发展不仅 渗透和影响着生命科学的各个分支，也全面推动着生 命科学实验技术的纵深发展。
3
第一个体外重组的人工DNA分子
1972年，美国斯坦福大学（Stanford University）的Berg等首 次用限制性核酸内切酶EcoR Ⅰ切割猴子身上的病毒SV40 DNA 和噬菌体λDNA，又将两者连接在一起，成功地构建了第一个 体外重组的人工DNA分子。
分子生物学第一章基因
第八页，共五十六页。
DNA序列测定 即核酸DNA分子一级结构的测定，是现代分子生物学一项重要技术。
序列分析的目的有二：
1）确证性测序
通过测序对突变进行定位和鉴定，应用时测定野生型基因上 同源区和突变体的相应序列，直接在一张胶片上比较二者序 列差异（已知基因序列）。
基因的研究简史:
➢1909年,Johannsen首先使用基因(gene)一词;
➢1926年,Morgan发表了基因论; ➢20世纪40年代,Bendle和Tatum提出了一个基因,一个酶的学
说; ➢20世纪50年代,Benzer提出了顺反子的概念; ➢20世纪60年代,遗传密码的破译使人们对基因表达的机 理有了更多的了解; ➢20世纪90年代,形成了基因的现代概念;
第七页，共五十六页。
（一）DNA的一级结构与功能 1.DNA一级结构中贮存的生物遗传信息
DNA是双螺旋的生物大分子。生物信息绝大部分都 贮存在DNA分子中。
这些信息以核苷酸不同的排列顺序编码在DNA分子
上，核苷酸排列顺序变了，它的生物学含义也就不 同了。
DNA的一级结构就是指核苷酸在DNA分子中的排列
第一页，共五十六页。
本章要点:
➢基因的基本概念及基因的结构特点;
➢结构基因中储存的遗传信息; ➢基因结构变异及其与疾病的关系;
第二页，共五十六页。
基因的基本概念:
➢基因的现代生物学概念:基因决定遗传性状的表达,基 因存在于染色体及线粒体DNA上,呈直线排列,并世代相 传; ➢基因的现代分子生物学概念:基因是核酸分子中储存 遗传信息的遗传单位,是RNA和蛋白质相关遗传信息的基 本存在形式;是指储存RNA序列信息和有功能的蛋白质多 肽链序列信息以及表达这些信息所必须的全部核苷酸序 列;
分子生物学 第一章 基因的结构与功能
二、基因的化学本质
（一）基因的化学组成 基因的化学本质是核酸（nucleic acid）。核酸 是由许多核苷酸聚合成的生物大分子。根据化 学组成不同，核酸可分为核糖核酸（简称RNA） 和脱氧核糖核酸（简称DNA）。
基因的化学本质
生物体的全部遗传信息储存在DNA链的核苷 酸排列顺序中。
DNA的一级结构不仅决定了其自身的高级结 构，而且还决定了基因表达过程及相应蛋白 质的一级结构。
基因的概念演化
1865年，奥地利生物学家孟德尔（Gregor Johann Mendel，1822-1884）在大量豌豆杂交实验数据的基 础上，提出了“遗传因子”的概念，这就是基因概念 的雏形。
是在“一个基因一个性状”层次上对基因的概念作了 明确的界定。
基因的概念演化
1910年，美国遗传学家摩尔根（Thomas Hunt Morgan，1866-1945）对白眼果蝇的遗传规律进行 了研究，提出了遗传学第三定律——基因的连锁交 换定律，创立了，没有蛋白质外壳，仅有裸露的共价闭合 的单链RNA分子，类病毒自身不编码任何蛋白质， 但感染宿主细胞后能直接复制，不需要逆转录即 可整合到宿主细胞的染色体上。
DNA是遗传物质的证明
1928年，英国细菌学家Fred Griffith 进行的肺 炎双球菌转化实验，有力地证明了DNA才是 真正的遗传物质。
④ DNA双螺旋结构的表面形成了大沟和小沟； ⑤ 维持DNA双螺旋的横向力量为氢键，纵向力量为碱基堆积力
（碱基的疏水作用与范德华氏力的合力）。
双螺旋结构的多样性
沃森、克里克提出的DNA双螺旋结构是基于92%相对 湿度下得到的DNA的X衍射图像的分析结果。
双螺旋结构的实验基础
查伽夫（Chargaff）规则