分子生物学 第十章基因与发育
分子生物学基础PPT课件
RNA的种类与结构
• rRNA（核糖体RNA）：与蛋白质结合形成核糖体，参与 蛋白质合成
RNA的种类与结构
RNA的结构特点
单链结构，局部存在双链区域
存在多种修饰和二级结构，如茎环结构、 假结等 不同种类的RNA具有不同的结构和功能 域
RNA的合成与加工
转录
以DNA为模板，通过RNA聚合酶 催化合成RNA
蛋白质的结构与功能
研究蛋白质的结构、功能及其相互作 用，以及蛋白质在生命过程中的作用 机制和调控。
基因表达的调控
研究基因表达的时空特异性及其调控 机制，包括转录因子、表观遗传学修 饰等。
分子生物学与其他学科的关系
与遗传学的关系
与生物化学的关系
分子生物学是遗传学的重要分支，遗传学 为分子生物学提供了研究基础和理论框架 。
DNA的复制与修复
01
DNA复制的过程：起始、延伸和 终止。
02
DNA复制的酶：DNA聚合酶、解 旋酶、连接酶等。
03
DNA复制的特点：半保留复制、 边解旋边复制。
04
DNA修复的类型：直接修复、切 除修复、重组修复和SOS修复等 。
DNA的转录与表达
DNA转录的过程：起始、延伸和终止。
转录的酶：RNA聚合酶。
microRNA的调控作用
microRNA通过与mRNA的3’端非编码区结合，抑制mRNA的翻译 或促进其降解，从而调节基因表达。
信号转导与基因表达的关联
细胞外的信号分子通过信号转导途径，激活或抑制细胞内的转录因子 ，从而调节基因表达。
06
分子生物学技术与应用
DNA重组技术
DNA限制性内切酶
识别特定DNA序列，切割双链DNA。
分子生物学-绪论
DNA
胰岛素基因 1
限制酶
人体细胞
胰岛素 DNA 质粒 2 限制酶
细菌细胞
利用生物工程获得胰岛素
基因工程药品 —— 干扰素 从人血中提取干扰素， 从人血中提取干扰素， 300L血才提取1mg！ 血才提取1mg 300L血才提取1mg！ 人 造 血 液 及 其 生 产
通过基因工程 的方式创造了能合 成人干扰素的大肠 杆菌， 1Kg的培 杆菌，每1Kg的培 养液可提取20 20— 养液可提取20 40mg干扰素 40mg干扰素
基因工程药品 —— 胰岛素
胰岛素从猪、 胰岛素从猪、牛等动物的胰 腺中提取，100Kg胰腺只能提取 腺中提取，100Kg胰腺只能提取 4-5g的胰岛素，其产量之低和价 5g的胰岛素， 的胰岛素 格之高可想而知。 格之高可想而知。
将合成的胰岛素 基因导入大肠杆菌， 基因导入大肠杆菌， 每2000L培养液就能产 2000L培养液就能产 100g胰岛素 胰岛素！ 生100g胰岛素！使其 价格降低了30% 30%价格降低了30%-50%!
引言
1.1.3 经典的生物化学和遗传学
相邻氨基酸肽键的形成
19世纪中叶到20世纪初， 19世纪中叶到20世纪初，组成蛋白 世纪中叶到20世纪初 质的20种基本氨基酸被相继发现。 20种基本氨基酸被相继发现 质的20种基本氨基酸被相继发现。 Fisher
1.1
a.生物化学 a.生物化学
引言
1.1.3 经典的生物化学和遗传学
细胞成分是如何进行 世代相传的？ 世代相传的？
1.1
b. 遗传学
引言
1.1.3 经典的生物化学和遗传学
Gregor Mendel 经典遗传学创始人孟德尔发现并提 经典遗传学创始人孟德尔发现并提 孟德尔 出了遗传学定律 出了遗传学定律 a.统一规律 统一规律： a.统一规律：两种不同植物杂交 时，它们的下一代可能与亲本之一 完全相同。 完全相同。 b.分离规律 分离规律： b.分离规律：不同植物品种杂交 后的F1代种子再进行杂交或自交时， F1代种子再进行杂交或自交时 后的F1代种子再进行杂交或自交时， 下一代就会按照一定的比例发生分 离。
现代分子生物学课后习题及答案(共10 章) 第一章绪论1 你对现代分子
现代分子生物学课后习题及答案（共 10 章）第一章绪论 1. 你对现代分子生物学的含义和包括的研究范围是怎么理解的？ 2. 分子生物学研究内容有哪些方面？ 3. 分子生物学发展前景如何？ 4. 人类基因组计划完成的社会意义和科学意义是什么？答案： 1. 分子生物学是从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。
狭义：偏重于核酸的分子生物学，主要研究基因或 DNA 的复制、转录、表达和调节控制等过程，其中也涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。
分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会，也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。
所谓在分子水平上研究生命的本质主要是指对遗传、生殖、生长和发育等生命基本特征的分子机理的阐明，从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新的手段。
这里的分子水平指的是那些携带遗传信息的核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。
这些生物大分子均具有较大的分子量，由简单的小分子核苷酸或氨基酸排列组合以蕴藏各种信息，并且具有复杂的空间结构以形成精确的相互作用系统，由此构成生物的多样化和生物个体精确的生长发育和代谢调节控制系统。
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。
2. 分子生物学主要包含以下三部分研究内容：A.核酸的分子生物学，核酸的分子生物学研究核酸的结构及其功能。
由于核酸的主要作用是携带和传递遗传信息，因此分子遗传学（moleculargenetics）是其主要组成部分。
由于 50 年代以来的迅速发展，该领域已形成了比较完整的理论体系和研究技术，是目前分子生物学内容最丰富的一个领域。
研究内容包括核酸/基因组的结构、遗传信息的复制、转录与翻译，核酸存储的信息修复与突变，基因表达调控和基因工程技术的发展和应用等。
名词解释-分子生物学
1、转录（Transcription）：以某一DNA链为模板，按照碱基互补原则形成一条新的RNA链的过程，是基因表达的第一步。
2、编码链：与mRNA 有相同序列的DNA 链3、下游：沿着表达方向的序列。
例如，编码区是在起始区的下游。
4、上游：转录起点之前的序列，例如，细菌启动子在转录单位的上游，起始密码在编码区上游。
5、启动子：结合RNA 聚合酶并起始转录的DNA 区域。
6、RNA聚合酶：使用DNA作为模板合成RNA的酶(正式应为DNA-依赖性RNA 聚合酶)7、终止子：是给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列。
DNA分子中终止转录的核苷酸序列。
8、转录单位：指RNA聚合酶起始位点和终止位点间的距离，可能包括不止一个基因。
9、初级转录本：与一个转录单位相对应的未修饰的RNA 产物。
10、组成型表达constitutive expression：个体发育的任一阶段，在所有细胞中都持续进行的表达。
一般是生命过程必需的基因。
11、负调控：在没有任何调节蛋白或其失活的情况下，基因表达；存在repressor的时候基因表达受阻。
12、正调控：在没有任何调节蛋白或其失活的情况下，基因关闭；存在activator的时候基因表达开启。
一般原核生物偏向负调控，原核生物的DNA裸露无保护，很容易启动转录，并翻译。
因此其细胞内的基因可以说是基本全部默认开启，因此在正常情况下原核细胞内存在大量不同的reressor阻遏着大量基因的转录。
细胞必须根据不同的条件，对一些被阻遏的基因进行去阻遏的调控，或对一些基因的表达进行阻止。
13、顺式作用元件cis-acting element DNA分子上的一些与基因转录调控相关的特定序列。
14、反式作用因子trans-acting factor一些与基因表达调控有关的蛋白因子。
15、顺式调控cis-acting regulation 一段非编码DNA序列对基因转录的调控作用，顺式正调控（启动子、增强子）；顺式负调控（沉默子）16、反式调控trans-acting regulation 转录因子作用于顺式作用元件对基因转录的调控。
2024年度-朱玉贤现代分子生物学第四版
蛋白质翻译后加工的意义
对于蛋白质的成熟、定位和功能发挥具有重要作用。例如，信号肽的去除可以使蛋白质从细胞内分泌 到细胞外或定位到细胞膜上；化学修饰可以调控蛋白质的活性和稳定性，从而影响细胞的生理功能； 剪切可以产生具有不同功能的蛋白质片段，增加蛋白质的多样性。
17
转录与转录后加工的调控
转录的调控主要通过转录 因子与DNA的结合来实 现，可以影响RNA聚合酶 的活性和选择性。
转录和转录后加工的调控 具有协同作用，可以共同 调节基因的表达水平和蛋 白质的功能。
ABCD
转录后加工的调控涉及多 种蛋白质和RNA的相互作 用，可以影响RNA的加工 效率和产物种类。
29
基因工程与基因组学的应用前景
农牧业领域
通过基因工程改良作物和畜禽品种， 提高产量和品质，增强抗逆性；应用 基因组学解析重要农艺性状形成的分 子机制，指导新品种选育。
工业领域
利用基因工程生产工业酶、生物燃料 和生物材料等；应用基因组学优化工 业生产过程和开发新产品。
医学领域
基因工程可用于生产重组蛋白药物、 基因诊断和基因治疗等；基因组学可 用于解析人类疾病的遗传基础，发现 新的治疗靶点和药物。
异常的转录和转录后加工 调控可能导致疾病的发生 ，如癌症、遗传性疾病等 。
18
05
蛋白质翻译与翻译后加工
19
蛋白质翻译的过程与特点
蛋白质翻译的过程
起始、延长和终止三个阶段。起始阶段，核糖体与mRNA结合，形成起始复合物；延长阶段，tRNA携带氨基酸 进入核糖体，进行肽链的延伸；终止阶段，释放完成翻译的蛋白质。
基因的分子生物学PPT课件
▪半 ▪不 ▪连 ▪续 ▪复 ▪制
▪ 半不连续复制
前导链(leading strand) ：
新合成的DNA的一条链是按5′→ 3′方向 （与复制叉移动的方向一致）连续合成的。
滞后链(lagging strand ):
新合成的DNA中的另一条链的合成则是不 连续的，先合成许多短片段 ，再通过DNA连接 酶（DNA ligase）的作用将这些短片段连成一 条完整的链 。
4、终止密码突变（termination codon mutation）：
当DNA分子中一个终止密码发 生突变，成为编码氨基酸的密码子 时，多肽链的合成将继续进行下去， 肽链延长直到遇到下一个终止密码 子时方停止，因而形成了延长的异 常肽链。也称延长突变（elongtion mutation）
二、移码突变
戴帽的意义:
（1）帽子结构是核糖体小亚基的 识别信号，促进mRNA与核糖体结 合；
（2）帽子结构还能有效地封闭 mRNA5′端，防止核酸外切酶的降 解作用，保证了mRNA的稳定性。
3)加尾
加尾的作用： （1）保持mRNA的3’末端的 稳定，不受酶的破坏。 （2）可促使mRNA由细胞核 转运到细胞质中。
冈崎片段(Okazaki fragment) :
滞后链合成过程中，先合成的较短的DNA片 段。
三、 基因的表达
基因表达(gene expression)：
指基因的遗传信息通 过转录(transcription)和翻 译(translation)的过程成为 具有生物功能的多肽和蛋白 质。
(一)基因的转录
DNA
RNA
功 储存、复制 指导蛋白质 能 递遗传信 的生物合成
息
二、DNA复制
（一）复制的过程
分子生物学全套课件
蛋白质的合成与加工
蛋白质的生物合成包括转录和翻译两 个过程，其中转录是以DNA为模板合 成RNA的过程，翻译则是以mRNA为 模板合成蛋白质的过程。
在蛋白质合成过程中，还需要进行一系 列的加工和修饰，如剪切、磷酸化、糖 基化等，以确保蛋白质的正确折叠和功 能。
蛋白质在细胞中的作用
蛋白质可以作为酶催化生物体内 的化学反应，维持生命活动的正 常进行。
表观遗传学调控 通过DNA甲基化、组蛋白修饰等方式影响基因表 达。
3
microRNA调控 microRNA与mRNA结合，抑制其翻译或促进其 降解。
基因表达调控的分子机制
DNA结合蛋白的作用
识别并结合特定DNA序列，影响基因转录。
染色质结构与基因表达
染色质结构的变化可影响基因的可及性和转 录活性。
分子生物学全套课 件
contents
目录
• 分子生物学概述 • DNA的结构与功能 • RNA的结构与功能 • 蛋白质的结构与功能 • 基因表达的调控 • 分子生物学技术与应用
01
分子生物学概述
分子生物学的定义与发展
分子生物学的定义
分子生物学是研究生物大分子，特别 是蛋白质和核酸的结构、功能、相互 作用及其在生命过程中的作用机制和 调控的科学。
重组噬菌体。
目
的
基
通过蓝白斑筛选、PCR
因
鉴定等方法筛选并鉴定
与
含有目的基因的重组子。 载 体
连
基
接
因
表 达
将重组质粒或重组噬菌
系
体导入表达宿主细胞，
统
建立基因表达系统。
建
立
通过Western blot等方
法检测目的蛋白的表达
现代分子生物学第三版课后习题及答案(共10章)
现代分子生物学课后习题及答案共10章第一章绪论1. 你对现代分子生物学的含义和包括的研究范围是怎么理解的2. 分子生物学研究内容有哪些方面3. 分子生物学发展前景如何4. 人类基因组计划完成的社会意义和科学意义是什么答案1. 分子生物学是从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。
狭义偏重于核酸的分子生物学主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调节控制等过程其中也涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。
分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。
所谓在分子水平上研究生命的本质主要是指对遗传、生殖、生长和发育等生命基本特征的分子机理的阐明从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新的手段。
这里的分子水平指的是那些携带遗传信息的核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。
这些生物大分子均具有较大的分子量由简单的小分子核苷酸或氨基酸排列组合以蕴藏各种信息并且具有复杂的空间结构以形成精确的相互作用系统由此构成生物的多样化和生物个体精确的生长发育和代谢调节控制系统。
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。
2. 分子生物学主要包含以下三部分研究内容A.核酸的分子生物学核酸的分子生物学研究核酸的结构及其功能。
由于核酸的主要作用是携带和传递遗传信息因此分子遗传学moleculargenetics是其主要组成部分。
由于50年代以来的迅速发展该领域已形成了比较完整的理论体系和研究技术是目前分子生物学内容最丰富的一个领域。
研究内容包括核酸/基因组的结构、遗传信息的复制、转录与翻译核酸存储的信息修复与突变基因表达调控和基因工程技术的发展和应用等。
遗传信息传递的中心法则centraldogma是其理论体系的核心。