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第五章现代生物学与生物技术浏览数296doc

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一、内容提要

本章内容从结构上看分为两大块,第一、第二节是现代生物学的一些基础知识,第三、第四节是生物技术及其应用的介绍。前者是后者的理论基础,应该有意识地将前后的相关内容联系起来学习。第四节的内容与社会结合紧密,学习时可将视野打开,注意从社会中观察和搜集相关资料,加深理解。

二、重点与难点

本章重难点是:蛋白质的组成与结构;核酸的种类、DNA的结构;基因工程、细胞工程;生物技术的应用及其伦理和安全性问题。

三、教学辅导

20世纪以前,生物学的研究成果以描述和定性为主要特征,因而常常受到缺乏精确性的批评。进入20世纪特别是50年代以后,生物学同化学、物理学和数学相互交叉渗透,借鉴了物理等精确学科的研究思想,引入了新的研究方法和技术装备,取得了一系列划时代的科学成就。现在的生物学常被称为“生命科学”,不仅因为它更深入到生命本质问题,还因为它是多学科的共同产物。现代生物学已经跻身精确科学,成为当代成果最多和最吸引人的基础学科之一。在微观方面,生物学已经从细胞水平进入到分子水平去探索生命的本质。在宏观方面,生态学的发展已经成为综合探讨全球问题的环境科学的主要组成部分。下面我们将本章内容分解为12个问题进行学习。

1.细胞的亚显微结构

细胞的亚显微结构又称为超微结构,指在普通光学显微镜下观察不能分辨清楚的细胞内各种微细结构。

20世纪50年代起,随着电子显微镜的广泛应用,细胞学家对细胞膜、细胞器和细胞核的内部结构进行了深入的研究。1959年,多位科学家各自用电子显微镜作的研究指出,多数细胞膜是由暗-明-暗,即蛋白-磷脂-蛋白三层组成的“三合板”式结构。这种膜的模型有相当普遍性,故称单位膜。单位膜模型未能反映细胞膜的动态结构和膜功能的多样性与专一性。

到20世纪70年代,又先后有人提出“流体镶嵌膜”模型、“晶格镶嵌膜”模型,反映了膜的流动性,但仍无定论。大量研究工作表明,把细胞与外界环境分隔开来的细胞膜的功能十分复杂,具有物质转运、能量转换、信息传递、细胞和分子识别等多项重要功能。

由于核糖体与蛋白质合成的密切关系,在细胞器的研究工作中,对核糖体的研究比较多。1953年,核糖体在电子显微镜下被发现。核糖体的主要成分是RNA和蛋白质。核糖体是细胞中合成蛋白质的唯一场所。附着核糖体,主要合成外输性蛋白质;游离核糖体,合成细胞本身生长所需的蛋白质。

由于细胞核与遗传的密切关系,对它的研究也非常深入。细胞核的遗传功能由海克尔在1866年首先提出,以后这方面的研究越来越深入,由完整的细胞核转向其主要结构成分及其功能。现在,我们知道,除哺乳类动物的红细胞和高等植物的成熟筛管外,所有真核细胞都有细胞核,细胞核贮存了该种生物的绝大部分遗传信息,在一定程度上控制着细胞的代谢、分化和繁殖。

细胞核的大小和形态在不同细胞里,或在同一细胞的不同时期会有所变化,但其基本结构包括核膜、核仁、染色质和核液四个组成部分。

核膜是包围细胞核的膜,由内外两层膜组成,膜上有规则地分布着许多直径50.0~100.0纳米的核孔。核孔并不是简单的空洞,而是由细微的颗粒和细丝构成的动态结构,它们在与细胞质物质交换中起控制作用。此外,细胞核内外的物质,也能直接通过核膜进出核内外,实现核内外物质的交换。

核仁是细胞核内周期性出现的致密区,一般呈球形或卵圆形。每个细胞有一个到几个核仁,在细胞分裂的前期、中期和后期,核仁往往消失,到末期又会重新出现。核仁主要由RNA和蛋白质组成,也含有DNA。核仁是合成核糖体RNA和装配核糖体亚基的场所。

染色质是细胞核里易被碱性染料染色的部分,呈细丝状并具有一定的结构,主要由DNA 和蛋白质组成。在高分辨率的电子显微镜下,染色质是一长串念珠状的结构。核小体是构成染色质的基本单位,它的核心由组蛋白构成,外绕DNA分子。核小体靠DNA互相连接形成串珠结构。DNA是遗传物质,有遗传效应的DNA片段就是基因。

在细胞分裂过程中,染色质丝螺旋或折叠构建成染色体。每种生物细胞内染色体数目是恒定的,而且成对存在。例如,人有46条(23对)染色体,牛有38条(19对)染色体,水稻有24条(12对)染色体。同一物种染色体恒定的特性,目前已作为分类学上区别物种的重要依据之一。

核液是细胞核内的无定形基质,其中存在多种酶类、无机盐和水等,核仁和染色质也都悬浮于其中。核液提供了细胞核进行各种功能活动的有利的内环境。

?何谓细胞的全能性?

细胞的全能性指已经分化的细胞,仍然具有发育的潜能。

早在1902年,一位德国植物学家指出,植物的体细胞具有母体全部的遗传信息,并具有发育成为完整个体的潜能,因而每个植物细胞都可像胚胎细胞那样,经离体培养再生成为完整植株。许多科学家为证实植物细胞的全能性作出了不懈的努力。1958年,有科学家成功地将一个胡萝卜细胞试管培养,长成了一株具有根、茎、叶等器官的完整植株。这样,植物细胞全能性获得了充分的论证。

植物细胞具有的全能性,动物细胞是否也具有?每个动物细胞,包括体细胞都具有该物种的全套基因是不容怀疑的,为了证明动物细胞也具有全能性,生物学家进行了大量的细胞核移植试验。1996年,英国爱丁堡罗斯林研究所伊恩·维尔穆特研究小组成功地利用细胞核移植的方法培养出一只克隆羊。他们把芬兰多塞特母绵羊乳腺细胞的细胞核移植进苏格兰黑面母绵羊的去核卵细胞中,形成融合细胞,融合细胞也能象受精卵一样进行细胞分裂、分化,从而形成胚胎细胞;将胚胎细胞转移到另一只苏格兰黑面母绵羊的子宫内,胚胎细胞进一步分化和发育,最后形成一只小绵羊。克隆羊的诞生,在世界各国引起了震惊。它的难能可贵之处在于换进去的是体细胞的核,而不是胚胎细胞核。这个结果证明:动物体中执行特殊功能、具有特定形态的所谓高度分化的细胞与受精卵一样具有发育成完整个体的潜在能力。动物体细胞中的细胞核,只要有合适的条件,原来只执行某一种功能的细胞核照样也能控制发育长成一个完整的个体,也就是说,动物细胞(准确的说是细胞核)与植物细胞一样,也具有全能性。

3.蛋白质是如何组成的?

对蛋白质的研究大约从19世纪上半叶开始。1838年荷兰鹿特丹医学校的一位教师发表意见认为,生物机体基本上由他称之为蛋白质组成,英文为protein,来自希腊文的“proteus”,原意为是占主要的;到1842年德国化学家李比希写《动物化学》一书时,蛋白质已被视为生命系统中所发现的最重要的物质了。

新技术的诞生使蛋白质的化学组成和分子结构的研究在20世纪有了突破性的进展。1955年,英国生物化学家桑格等测定了第一个蛋白质——牛胰岛素的一级结构,为此桑格于1958年获得诺贝尔化学奖;1960年英国生物化学家肯德鲁等首次测定了肌红蛋白的晶体结构,揭示了蛋白质的三维空间结构,为此肯德鲁于1962年获得诺贝尔化学奖。现在,我们对蛋白质的组成和结构已经有了比较深入的了解,并且已经能够人工合成蛋白质。

蛋白质是主要的生命基础物质之一。蛋白质约占生物体干物质重量的50%,它们的种类很多,功能多样,在生命活动中起着极其重要的作用。

蛋白质是结构复杂的生物大分子。通常,蛋白质的分子量为6000~1000000,有的甚至更大。

蛋白质的基本结构单位是氨基酸,常见的氨基酸有20种。

氨基酸按一定顺序以肽键形式首尾缩合,形成多肽链。多肽链中氨基酸的排列顺序称作蛋白质的一级结构。

蛋白质的种类和结构是复杂多样的。通常,蛋白质含有成百个氨基酸,常见的20种氨基酸按各种顺序排列组合(一级结构),可以组成无限多样的多肽链。

我国科学工作者在蛋白质研究中作出了重要贡献。1965年,我国在世界上首先成功地人工合成了有生物活性的牛胰岛素。

4.何谓酶的本质?它有何种作用?

酶是一类由活细胞产生的具有催化功能的特殊蛋白质。酶催化化学反应的能力叫酶活性。酶催化的化学反应叫酶促反应。酶催化的反应物质叫底物。生物体内几乎所有的化学反应都是酶催化的。如果离开了酶,生物体的新陈代谢就不能进行,生命就会停止,因此,酶在生命活动中具有重要作用。

人类对酶的科学认识首先是从19世纪研究酒精发酵开始的。1897年,一位德国生化学家证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精,第一次提出酶(enzyme)的名称,并确定酶是生物催化剂。但是酶究竟是大分子还是小分子,在20世纪20年代前半期还在争论不休。1926年,一位美国生物化学家成功地从刀豆中提取出能分解尿素的尿素酶结晶,并证明这个结晶是蛋白质。4年后,另一位美国生物化学家又得到胃蛋白酶和胰蛋白酶的结晶,并证明它们也是蛋白质。从此,酶是蛋白质的概念才被肯定。

酶是催化剂,因而具有一般催化剂的性质。如酶能加快反应的速度;少量的酶能催化大量的物质发生反应;反应前后酶的化学性质和数量不变;等等。

但酶与一般化学催化剂相比,还具有另外一些特性,即高度专一性、高效性和高度敏感性。

5.何谓分子生物学?

分子生物学是从分子水平研究生命现象、本质和发展的一门新兴生物学科。它通过对生物体的主要物质基础,特别是蛋白质、酶和核酸等大分子结构、运动规律的研究,来揭示生命现象的本质。分子生物学有分子遗传学、分子细胞学、分子人类学、分子病理学、分子药理学等分支学科。

6.分子生物学诞生的标志性事件是什么?

分子生物学这一名词的出现,可以追溯到1938年。这一年美国洛克菲勒基金会的韦弗,在他的一份“自然科学”的报告中说:“基金会支持了一系列相当新的,可以被称为分子生物学的领域。在那里,精密的现代技术被用来观测某些生命过程中非常小的细节。”

分子生物学的诞生,是科学家探索基因的化学实体的必然结果。1900年,孟德尔遗传定律的再发现,标志着遗传学的诞生,同时也开辟了现代生物学的新纪元。与此同时,"细胞中有什么结构能够和孟德尔的遗传因子相对应"这一问题随即被提到议事日程上来。1903年,有两位科学家提出了染色体是遗传物质载体的假说。1909年,丹麦学者约翰逊,使用"基因"一词来代替孟德尔的"遗传因子"。三四十年代生物化学的成就及其与遗传学相结合的研究,对分子生物学从遗传学打开突破口产生了重要的作用。

20世纪40年代至50年代初被认为是分子生物学的孕育时期。1944年,美国细菌学家O.T.埃弗里,第一次证明染色体中的脱氧核糖核酸(DNA)携带着遗传信息,这一成就刺激了人们对DNA化学组成和晶体结构的研究。同年,奥地利物理学家、量子力学的奠基人之一E.薛定谔在英国出版了名为《生命是什么?》的小册子,其中对生命问题提出的一些发人深思的见解。他认为,生物学的真正问题是信息传递问题:信息如何被编码?在从一代细胞到另一代细胞的大量传递中它如何保持稳定?这些思想启发了人们用物理学的思想和方法去探讨生命物质的运动,因而这本书被誉为“从思想上唤起生物学革命的小册子”。1948年至1952年,一些科学家进行了核酸中四种碱基含量的重新测定,并研究了核酸是如何连接成一条长链。总之,40年代,围绕着基因的物质基础(包括DNA的结构)和基因的自我复制这两个中心问题,以核酸的遗传功能为突破点,进行了多路探索,学术思想活跃,研究硕果累累,预示着重大突破的来临。

1953年,美国的沃森和英国的克里克,利用X射线衍射技术确立了DNA双螺旋结构的分子模型,这一成就后来被誉为20世纪以来生物学方面最伟大的发现,也被认为是分子生物学诞生的标志。此后,分子生物学取得了举世瞩目的成就,解决了生物学中许多重大问题,如核酸复制、遗传密码、遗传的中心法则等,病毒逆转录酶的发现,更加速了基因工程技术的现实可行性。20世纪50年代以来,几乎每年的诺贝尔生理学或医学奖以及若干诺贝尔化学奖都颁给了从事生物化学与分子生物学的科学家。因此,可以说分子生物学已成为现代生物学的主导学科。

?核酸是如何组成的?

核酸是生物的遗传物质,它和蛋白质一样,是巨大而复杂的生物大分子。早在1869年,核酸已被发现。因为这种物质是从细胞核中得到,并且呈酸性,所以命名为核酸。

生物体内存在两大类核酸。一类是脱氧核糖核酸,简称DNA,是染色体的主要成分,主要存在于细胞核中;另一类是核糖核酸,简称RNA,主要存在于细胞质中。

核苷酸是组成核酸的基本单位,把DNA和RNA放在酸或碱的环境中,或在酶的作用下水解,都各可以得到4种核苷酸。

8.DNA的结构

DNA的一级结构是由4种脱氧核糖核苷酸彼此相连而成的多核苷酸链。DNA的二级结构为双螺旋结构,“双螺旋结构”是由美国的沃森和英国的克里克在1953年提出的。

双螺旋结构有以下主要特点:

1、双螺旋由两条多核苷酸链组成,两条链以右旋方式围绕同一中心轴盘旋,两条链的走向相反。

2、两条多核苷酸链中所含的碱基,在双螺旋的内侧,通过氢键配对。配对原则是:A-T、G-C对应,称为“互补原则”。

3、每个碱基对中的两个对应碱基处于同一平面,且与中心轴垂直,各碱基对平面平行,且保持0.34纳米(nm)的相等距离。

4、螺旋每旋转一圈的螺距为3.4纳米,直径2纳米,每个旋距内有10个碱基对。

目前,从一些病毒、线粒体、叶绿体分离出的DNA,发现它们的双螺旋二级结构还可以进一步紧缩或缠绕形成超螺旋,这就是DNA的三级结构。

9.RNA的结构是怎样的?

RNA在细胞核内形成,通过运输,主要存在于各种细胞的细胞质中。RNA有三种类型:核糖体RNA(rRNA)、转运RNA(tRNA)和信使RNA(mRNA),它们与DNA一起在细胞的蛋白质合成过程中起作用。

RNA的一级结构也是很长的多核苷酸链,与DNA一级结构不同的是,其基本组成单位是4种核糖核苷酸。

绝大多数RNA是以单链的多核苷酸存在,但在一些RNA中,多核苷酸链的某些部位能进行折叠,形成二级结构。

RNA的三级结构中,研究得最清楚的是tRNA。1974年,利用X射线晶体衍射法测出第一个tRNA——酵母苯丙氨酸tRNA的三级结构,它是在二级结构基础上进一步折叠形成的,外形类似于倒写的英文字母L(图4-2-7)。

10.什么是基因的本质?

在生物学家探寻基因的化学实体的过程中,1944年,美国细菌学家O.T.埃弗里首先证明染色体中的DNA携带着遗传信息,第一次把基因与DNA联系在一起。研究表明,基因是含特定遗传信息的核苷酸序列,是遗传物质的最小功能单位。除某些病毒的基因由RNA构成以外,多数生物的基因由DNA构成。

那么,核苷酸序列为什么可以含有遗传信息呢?这是与核酸分子的多样性分不开的。组成DNA和RNA的核苷酸虽然都各只有4种,但在多核苷酸链中,四种核苷酸的组合不同、排列顺序不同,使DNA和RNA分子具有极大的多样性。DNA和RNA分子中核苷酸的排列组合变化几乎是无穷的。据此,生物学家认为,DNA和RNA分子中的核苷酸序列包含着丰富的遗传信息。由于在DNA或RNA分子中,4种核苷酸在结构上的唯一区别是碱基不同,因此可以认为,遗传信息是由核酸分子中的碱基序列表示的。

DNA分子上的碱基序列储存着遗传信息,前一代细胞的遗传信息通过DNA的自我复制忠实地传给下一代细胞,从而使一个物种的遗传信息保持稳定。

DNA分子在细胞有丝分裂的间期进行复制。首先,在解旋酶的作用下,把两条扭成螺旋的双链逐步解开,这个过程叫解旋;然后以解开的每一段链(母链)为模板,按照碱基互补配对原则,在聚合酶催化下各自与周围环境中互补的核苷酸配对,形成两段子链;同时新合成的子链不断延伸,与相应的母链互相盘绕成双螺旋结构。这样一来,一个DNA分子就复制成两个DNA 分子,它们在结构上是完全相同的。由于每个子代DNA分子中的一条链来自亲代DNA分子,另一条链则是新合成的,这种复制方式称为半保留复制(图4-2-8)。DNA分子通过半保留复制的方式把遗传信息一代一代地传下去。

11.什么是基因表达?基因表达的步骤是怎样的?

遗传信息表现为生物性状的过程称为基因表达。基因是DNA中有遗传效应的片段,DNA 的碱基序列包含着遗传信息,由DNA的碱基序列决定RNA的碱基序列,再由RNA的碱基序列决定蛋白质分子中的氨基酸序列,从而通过特异性的蛋白质决定了生物的性状。

基因表达包括转录和转译两个步骤。转录是遗传信息从DNA到RNA的转移。转译也叫翻译,是生物按照从DNA转录得到的mRNA上的遗传信息合成蛋白质的过程。

12.什么是分子遗传学“中心法则”?

生物体内遗传信息的传递,主要包括DNA的复制和蛋白质的合成两种行为,即遗传信息可以通过半保留复制从亲代DNA传递给子代DNA,还可以通过基因表达从DNA传递给RNA再传递给蛋白质。生物学家把遗传信息的传递归纳为“中心法则”(图4-2-10),它是分子遗传学上的一个基本规律。

13.什么是生物技术?

生物技术是应用自然科学及工程学的原理,依靠微生物、动物、植物细胞及其产生的活性物质,作为某种化学反应的执行者,将原料进行加工成某种产品来为社会服务的技术。通俗地说,生物技术就是利用生物(动物、植物或微生物)或其产物,来生产对人类有用的物质或生物。

生物技术并不完全是一门完全新兴的技术,按历史发展和使用方法的不同,生物技术可分为传统生物技术和现代生物技术两大类。

传统生物技术是应用发酵、杂交育种等传统的方法来获得需要的产品。

现代生物技术是以生物化学或分子生物学方法改变细胞或分子的性质而获得需要的产品。这也是我们一般所认为的生物技术。随着显微镜的发明和微生物的发现,二战期间抗生素的特殊需求,DNA双螺旋结构的发现,现代生物技术的雏形逐步形成,20世纪70年代DNA 体外重组的成功,标志着现代生物技术的正式诞生。

根据操作的对象和技术,现代生物工程一般包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程,其中,基因工程技术是现代生物技术的核心技术。

14.什么是基因工程?

基因工程是指在基因水平上,采用与工程设计十分类似的方法,按照人类的需要进行设计,然后按设计方案创建出具有某种新的性状的生物新品系,并能使之稳定地遗传给后代。

随着DNA的内部结构和遗传机制的秘密一点一滴地呈现在人们眼前,特别是了解到遗传密码是由信使RNA转录表达以后,生物学家不再仅仅满足于探索、揭示生物遗传的秘密,而开始跃跃欲试,想从分子的水平去干预生物的遗传。1973年,美国斯坦福大学的科恩(S.Cohen)教授,从大肠杆菌里取出了两种不同的质粒,它们各自具有一个抗药的基因。科恩把两种质粒上不同的抗药基因"裁剪"下来,再把这两种基因"拼接"在同一个质粒中。当这种杂合质粒进入大肠杆菌体后,这些大肠杆菌就能抵抗两种药物,而且这种大肠杆菌的后代都具备双重抗菌性。科恩的重组实验拉开了基因工程的大幕。科恩本人也以DNA重组技术发明人的身份向美国专利局申报了世界上第一个基因工程的技术专利。

DNA重组技术是基因工程的核心技术。重组,顾名思义,就是重新组合,即利用供体生物的遗传物质,或人工合成的基因,经过体外切割后与适当的载体连接起来形成重组DNA

分子,然后将重组DNA分子导入到受体细胞或受体生物构建转基因生物,该种生物就可以按人类事先设计好的蓝图表现出另外一种生物的某种性状。

12.DNA重组技术的物质基础有哪几类?

有以下三类:

1〕目的基因

基因工程的原料就是目的基因。所谓目的基因,是指通过人工方法获得的符合设计者要求的DNA片段,在适当条件下,目的基因将会以蛋白质的形式表达,从而实现设计者改造生物性状的目标。

2〕载体

目的基因一般都不能直接进入另一种生物细胞,即使人工注入,也将受到受体细胞内核酸酶的分解而被消灭掉,目的基因需要与特定的载体结合,才能安全地进入到受体细胞中。目前常用的载体有质粒、噬菌体和病毒。

质粒、噬菌体和病毒的相似之处在于,它们都能把自己的DNA分子注入到宿主细胞中并保持DNA分子的完整,因而它们成为运载目的基因的合适载体。作为目的基因的DNA片段可以镶嵌在质粒、噬菌体和病毒的DNA分子中,被一同注入到受体细胞中。因此,基因工程中的载体实质上是一些特殊的DNA分子。

?工具酶

基因工程需要有一套工具,以便从生物体中分离目的基因,然后选择适合的载体,将目的基因与载体连接起来。DNA分子很小,其直径只有20埃(10-10米),约相当于五百万分之一厘米,在它们身上进行“手术”是非常困难的,因此基因工程实际上是一种“超级显微工程”,对DNA的切割、缝合与转运,必须有特殊的工具。

1968年,科学家第一次从大肠杆菌中提取出了限制性内切酶。限制性内切酶最大的特点是专一性强,能够在DNA上识别特定的核苷酸序列,并在特定切点上切割DNA分子,人们把这种限制性内切酶称为“分子剪刀”。这种“分子剪刀”可以完整地切下个别基因。自

70年代以来,人们已经分离提取了400多种限制性内切酶,有了形形色色的“分子剪刀”,人们就可以随心所欲地进行DNA分子长链的切割了。

1976年,5个实验室的科学家几乎同时发现并提取出一种酶,这种酶可以将两个DNA

片段连接起来,修复好DNA链的断裂口,这种酶被叫作DNA连接酶。从此,DNA连接酶就成了“粘合”基因的“分子粘合剂”。

12.DNA重组技术的一般操作步骤

一个典型的DNA重组技术主要包括五个步骤:目的基因的获取;DNA分子的体外重组;DNA重组体的导入;受体细胞的筛选;基因表达。

1〕目的基因的获取

我们知道,DNA是十分庞大的生物分子。病毒含有几千到几十万个核苷酸,原核生物的DNA分子平均为106个碱基对,真核生物的DNA分子可达l09个碱基对。我们熟知的一些目的基因,例如乙型肝炎病毒抗原基因、生长激素基因和干扰素基因等等,都是仅有几千个、几百个甚至更少碱基对的DNA片段,人生长激素释放抑制素基因只有42个碱基对。要从数以万计的核苷酸序列中选出这样小的目的基因,真可谓是"大海捞针"。经过科学家艰苦细致的探索研究,人们现在已经掌握了分离和制造目的基因的一些有效方法。一般来说,目前获取目的基因的方法主要有三种:反向转录法、从细胞基因组直接分离法和人工合成法。

2〕DNA分子的体外重组

体外重组是把载体与目的基因进行连接。例如,以质粒作为载体时,首先要选择出合适的限制性内切酶,对目的基因和载体进行切割,由于切割质粒和切割目的基因使用相同的限制性内切酶,因此,它们各自的首尾两端均带有互补的碱基单链,能对应配合连接,然后再以DNA连接酶使切口两端的脱氧核苷酸连接,于是目的基因被镶嵌进质粒DNA,重组形成了一个新的环状DNA分子(杂种DNA分子)。

3〕DNA重组体的导入

把目的基因装在载体上后,就需要把它引入到受体细胞中。一般情况下,导入成功率为百分之一。这样低的成功率实在难以满足要求。为此,科学家们创造了一些化学和物理方法来提高导入率。导入的方式有多种,主要包括转化、转导、显微注射、微粒轰击和电击穿孔等方式。

4〕受体细胞的筛选

即使采用了提高转化率的一些方法,DNA重组体的转化成功率仍然不是太高,因此,需要在众多的细胞中把成功转入DNA重组体的细胞挑选出来。导入过程是我们肉眼看不到的,因此,要知道导入是否成功,事先应找到特定的标志。例如我们用一种经过改造的抗四环素质粒PSC100作载体,将DNA重组体导入自身无抗性的大肠杆菌时,如果重组体导入后,大肠杆菌不能被四环素杀死,就说明导入成功了。

5)基因表达

目的基因在成功导入受体细胞后,它所携带的遗传信息必须要通过合成新的蛋白质才能表现出来,从而改变受体细胞的遗传性状。目的基因在受体细胞中要表达,需要满足一些条件。例如,目的基因是利用受体细胞的核糖体来合成蛋白质,因此目的基因上必须含有能启动受体细胞核糖体工作的功能片段。

以上五个步骤代表了基因工程的一般操作流程(图4-3-5)。

图4-3-5基因工程的操作流程

?何谓细胞工程?

关于细胞工程的定义和范围还没有一个统一的说法,一般认为,细胞工程是根据细胞生物学和分子生物学原理,采用细胞培养技术,在细胞水平进行的遗传操作。

14.细胞工程包括哪几种技术?

对细胞的遗传操作可以在细胞结构的不同层次上进行,将体外重组的基因导入细胞,实际上是和基因工程交叉的领域,除此以外,按遗传操作对象的结构层次,细胞工程大体可分染色体工程、细胞质工程和细胞融合工程。

(1)细胞培养技术

细胞培养技术是细胞工程的基础技术。所谓细胞培养,就是将生物有机体的某一部分组织取出一小块,在体外经过表面消毒处理后,使其由于生物体的一种组织,往往包含有两种或两种以上的细胞,在培养过程中不易分开,所以细胞培养有时又叫组织培养,或统称为细胞与组织培养。近二十年来细胞生物学的一些重要理论研究的进展,例如细胞全能性的揭示,细胞周期及其调控,癌变机理与细胞衰老的研究,基因表达与调控等,都是与细胞培养技术分不开的。分散成单个游离的细胞,并放置在人工配制的培养基中进行培养,使之生长、分裂的技术。

(2)细胞核移植技术

细胞核移植技术属于细胞质工程。所谓细胞核移植技术,是指用机械的办法把一个被称为“供体细胞”的细胞核(含遗传物质)移入另一个被称为“受体”的除去了细胞核的细胞中,然后这一重组细胞进一步发育、分化。核移植的原理是基于动物细胞的细胞核的全能性。

1996年,英国爱丁堡罗斯林研究所伊恩·维尔穆特研究小组成功地利用细胞核移植的方法培养出一只克隆羊——多利,这是世界上首次利用成年哺乳动物的体细胞进行细胞核移植而

培养出的克隆动物。这些研究证明了动物已分化的体细胞的细胞核可被逆转,而回复到全能性。

(3)细胞融合技术

细胞融合技术属于细胞融合工程。细胞融合技术是一种新的获得杂交细胞以改变细胞性能的技术,它是指在离体条件下,利用融合诱导剂,把同种或不同物种的体细胞人为地融合,形成杂合细胞的过程。

从20世纪70年代开始,已经有许多种细胞融合成功,有植物间、动物间、动植物间甚至人体细胞与动植物间的成功融合,特别是植物间的体细胞融合所得到的杂交细胞,有些已达到了完整的植株水平,获得了新的杂交植物(图4-3-12),如“西红柿马铃薯”、“拟南芥油菜”和“蘑菇白菜”等。从目前的技术水平来看,人们还不能把许多远缘的细胞融合后培养成杂种个体,尤其是动物细胞难度更大。

图4-3-12利用细胞融合培育杂交植物

细胞工程突破了只有同种生物才能进行杂交的限制,为改良生物品种或创造新品种开创了宽广的前景。一般来说,用细胞工程的技术来改造和创造新生物,比起用基因工程技术来稍为容易些,它毕竟是细胞水平的技术(基因工程是分子水平的技术)。

15.何谓酶工程?

酶工程是指利用酶、细胞或细胞器等具有的特异催化功能,借助生物反应装置和通过一定的工艺手段生产出人类所需要的产品。它是酶学理论与化工技术相结合而形成的一种新技术。

16.何谓发酵工程?

生物技术起源于传统的食品发酵,而传统的发酵技术已发展为现代的发酵工程。发酵工程又叫微生物工程,是大规模发酵生产工艺的总称,指采用现代生物工程技术手段,利用微生物的某些特定的功能,为人类生产有用的产品,或直接把微生物应用于工业生产过程。发酵工程是在发酵工艺基础上吸收基因工程、细胞工程和酶工程以及其他技术的成果而形成的。

17.何谓蛋白质工程?

在现代生物技术中,蛋白质工程出现得最晚,是在20世纪80年代初期出现的。1983年“蛋白质工程”这个名词出现后,随即被广泛接受和采用。蛋白质工程是指在深入了解蛋白质空间结构以及结构与功能的关系,并在掌握基因操作技术的基础上,用人工合成生产自然界原来没有的、具有新的结构与功能的、对人类生活有用的蛋白质分子。

18.目前生物技术的应用主要在哪几个方面?

伴随着生命科学的新突破,现代生物技术已经广泛地应用于工业、农牧业、医药、环保等众多领域,产生了巨大的经济和社会效益。

19.生物技术在工业方面的应用

生物技术在工业领域的应用非常广泛,下面选取一些有代表性的方面作简要介绍。

(1)食品方面

食品生产是世界上最大的工业之一,食品生物技术包含的内容很广,如提高食品产量和质量、开拓食品种类等。

首先,生物技术被用来提高生产效率,从而提高食品产量。例如,现代发酵工程可以认为是从传统的酿造业脱胎而来,然而,现代发酵工程与传统的酿造业已经是不可同日而语的两回事了。作为人们的重要调味品之一的酱油,世界上不少地方至今仍用传统的酿造工艺进行生产,但那可是一个很繁琐、很费时的过程,从发酵、晒酱、泡酱,直到取得成品酱油,需要半年到一年的时间。在20世纪80年代,日本的一家公司用现代的发酵工程取而代之。他们的做法是将一种耐乳酸细菌和一种酵母菌一起固定在海藻酸钙凝胶上,再装入制造酱油的发酵罐。从原料到成品的周期还不满3天!

其次,生物技术可以提高食品质量。例如,由于人体吸收过量的砂糖会增加脂肪的积累,引起肥胖、高血压、糖尿病、心血管等疾病,因此许多甜味食品中使用高果糖浆来代替蔗糖。高果糖浆以淀粉为原料,生产过程中先后使用了α-淀粉酶、糖化酶和异构化酶,随着固定化酶的研究和应用的发展,从1973年起,便开始采用固定化酶(或含酶菌体)生产高果糖浆。目前世界上每年淀粉糖的用量与日俱增,其中70%是高果糖浆,而砂糖用量逐年下降。可以说高果糖浆的生产是食糖工业的一场革命,又是酶工程在工业生产中最成功、规模最大的应用。

第三,生物技术还用于开拓食品种类。例如,蛋白质是构成人体组织的主要材料,每个人在一生中要吃下约1.6吨蛋白质。然而,蛋白质是地球上最为缺乏的食品,按全世界人口的实际需要计算,每年缺少蛋白质的数量达3000~4000万吨。利用生物技术生产单细胞蛋白为解决这一问题提供了一条可行之路。所谓单细胞蛋白,是指由单细胞的微生物生产出来的蛋白质。微生物体内含有丰富的蛋白质,按干重计算,酵母菌的蛋白质含量为45%~55%,细菌的蛋白质含量更是高达60%~80%,而农作物中含蛋白质量最高的是大豆,它的蛋白质含量也不过是40%左右,另外,微生物的繁殖速度很快,因此,通过微生物获取蛋白质比种植业和养殖业快得多。以发酵工程来生产单细胞蛋白是不太复杂的事,关键是选育出性能优良的酵母菌或细菌。这些微生物迅速繁殖,一天里要繁殖十几代甚至几十代。每一代新生的微

生物又会拼命吞噬“食物”,合成蛋白质,并繁殖下一代……当然,这些过程都是在发酵罐里完成的。人们通过电脑严密地控制着发酵罐内的发酵过程,不断加入水和营养物(甲醇、甲烷、纤维素……),不时取出高浓度的发酵液,用快速干燥法制取成品——单细胞蛋白。20世纪60年代,英国率先实现了单细胞蛋白的工业化生产。此后,日本、美国、法国、前苏联、德国相继建立了生产单细胞蛋白的工厂。目前,全世界单细胞蛋白的产量已经超过3000万吨,质量也有了重大突破,从主要用作饲料发展到走上人们的餐桌。

20.生物技术在材料方面的应用

材料是一个社会经济建设的重要支柱之一,通过生物技术构建新型生物材料,是现代新材料发展的重要途径之一。

首先,生物技术使一些废弃的生物材料变废为宝。例如,虾、蟹等甲壳类动物被食用后甲壳往往丢弃一边,利用生物技术可以从中获取甲壳素,其用途非常广泛。日本旭化成工业公司将其制成一种抗菌剂,掺入到纤维中,开发出能抑制细菌、霉菌生长的无纺布料;美国杜邦化学公司发现,甲壳素是制造手术缝合线的极好材料,这种缝合线比人工纤维柔软,易打结,并且不过敏,可加速伤口愈合,还可被人体吸收而免于拆线。我国已建成多家甲壳素工厂,为甲壳素材料广泛利用展现了良好的开发前景。

其次,生物技术为大规模生产一些稀缺生物材料提供了可能。例如,蜘蛛丝是一种特殊的蛋白质,其强度大约是钢材的5倍,而可塑性比钢材高30%,可用于生产防弹背心、降落伞等轻而坚固的用品,但是我们无法像养蚕一样饲养蜘蛛而获得大量的蜘蛛丝。美国怀俄明大学的一个研究小组将编码蛛丝蛋白的基因转入细菌获得表达,产生的蛛丝蛋白与蜘蛛丝中的蛋白质相同,有可能通过发酵途径大量生产。而加拿大研究人员将蛛丝蛋白的基因在山羊的乳腺细胞中成功表达,这种转基因山羊产出的奶便含有了能制造蜘蛛丝的蛋白质,然后利用特殊的溶剂,就可以从羊奶中“抽出”连续不断的纤维,这种纤维在机械强度上可以和真正的蜘蛛丝媲美。因此,用这种“活体生物反应器”同样有可能大量生产优质的“蛛丝蛋白”。据报道,我国也正在试验大量生产蛛丝蛋白的方法。

第三,利用生物技术可开发出新的材料类型。例如,化工塑料废弃后很难降解,从而造成环境污染,有“白色污染”之称。一些微生物却能生产出可降解塑料,如生产聚羟基丁酸

酯(PHB)塑料物质的微生物有产碱杆菌、固氮菌、根瘤菌、假单胞菌、球衣菌等。这些生物塑料不仅安全无毒害,而且在土壤中降解后还能为作物提供营养,正因为如此,生物塑料的研制是塑料工业发展的新方向。韩国在用生物技术生产可降解塑料方面发展较快,他们用3个发酵罐培养“工程菌”40小时,可产出80公斤的塑料,其生产效率目前是世界上最高的。

21.生物技术在能源方面的应用

能源是人类生存的物质基础之一,是社会经济发展的原动力。能源分为不可再生能源(如石油、天然气、煤)和可再生能源(如太阳能、风能、生物质能等),生物技术一方面能提高不可再生能源的开采率,另一方面能开发更多可再生能源,因而生物技术与能源的研究及开发备受世界各国的重视。

首先,生物技术提高了石油开采的效率。在石油开采过程中,石油通过油层的压力自发地沿着油井的管道向上喷出,但通过这种方式开采到的油量只有油田总储量的1/3左右。二次采油常用的方法是强化注水以提高油层的压力,此外,也利用微生物进行二次采油。微生物在油层中发酵产生大量酸性物质,降低了原油的粘度,使其容易流动,微生物还可产生气体,增加地层压力,这两方面都提高了采油率。美国德克萨斯州一口40年井龄的油井中,加入蜜糖和微生物混合物,然后封闭,经细菌发酵后,井内压力增加,出油量提高近5倍。

其次,生物技术为新能源的利用开辟了道路。地球上每年生产出的纤维物质,也就是那些稻草、麦秆、玉米秸、灌木、干草、树叶等等,只要拿出5%来,加以合理的利用,就足够满足全球对能源的需求量了,这就是生物质能的利用。完成这一使命的是发酵工程。这些纤维物质,都是由纤维素、半纤维素、木质素这三种成分组成的,除了木质素另有用途之外,纤维素和半纤维素可以分别进入发酵罐,采用不同的微生物来进行发酵。它们的发酵过程都分为两个阶段:第一阶段的产物是糖类,即碳水化合物,第二阶段的产物主要是乙醇。日本科学家培养出一种先进的菌株,能将纤维素百分之百地转化为葡萄糖,而2吨葡萄糖可以生产出1吨乙醇。酒精是一种新颖的能源,汽油中掺入10%的酒精,在略加改装的汽车上即可使用。另外,直接以酒精为燃料的发动机也已经诞生了。目前,在领先一步的20多个国家里,酒精替代汽油作燃料的比例已达到5%~10%。

遗传学发展历史及研究进展(黄佳玲)

遗传学发展历史及研究进展 湛江师范学院 09生本3班黄佳玲 2009574310 摘要:自从孟德尔发现遗传定律的一个多世纪以来,人们对生物的遗传特性锲而不舍地深入研究。从假设到实验,从宏观到微观,遗传学的羽翼日渐丰满。从遗传因子到基因,从基因的概念到基因的本质、功能,基因的概念逐渐扩展,人们对基因的认识逐渐深化。可以说,基因概念的发展史,就是人们对基因认识的发展史,就是遗传学的发展史。而分子遗传学则主要研究基因的本质、基因的功能以及基因的变化等问题。 关键词:遗传学分子遗传学重组DNA技术 几千年来,人类对生物及人类自身的生殖、变异、遗传等现象的认识不断深入和发展。人类从古代就注意到遗传和变异的现象,并通过人工选择获得所需要的新品种。从19世纪起就对遗传和变异开始作系统的研究。按照不同历史时期的学术水平和工作特点,遗传学的研究进程大体上可以划分为经典遗传学、生化遗传学、分子遗传学、基因工程学、基因组学和表观遗传学等数个既彼此相对独立,又前后互相交融的不同发展阶段[1]。这当中,分子遗传学的地位无疑是相当重要的,它起到了承上启下的作用。它的早期研究都用微生物为材料,其形成和发展与微生物遗传学和生物化学也有密切关系。 分子遗传学的主要研究方向集中在核酸与蛋白质大分子的遗传作为上,重点是从DNA水平探索基因的分子结构与功能的关系,以及表达和调节的分子机理等诸多问题。 早在1927年马勒和1928年斯塔德勒就用 X射线等诱发了果蝇和玉米的基因突变,但是在此后一段时间中对基因突变机制的研究进展很慢。直到1944年,美国学者埃弗里等首先在肺炎双球菌中证实了转化因子是脱氧核糖核酸(DNA),从而阐明了遗传的物质基础。1953年,美国分子遗传学家沃森和英国分子生物学家克里克提出了DNA分子结构的双螺旋模型,这一发现常被认为是分子遗传学的真正开端,它为有关的科学工作者着手研究构成分子遗传学两大理论支柱,即维系遗传现象分子本质的DNA自我复制和基因与蛋白质之间的关系,提供了正确的思路,奠定了成功的基础。1955年,美国分子生物学家本泽用基因重组分析方法,研究大肠杆菌的T4噬菌体中的基因精细结构[2],其剖析重组的精细程度达到DNA多核苷酸链上相隔仅三个核苷酸的水平。这一工作在概念上沟通了分子遗传学和经典遗传学。 应该说二十世纪50年代初期至70年代初期,是分子遗传学迅猛发展快速进步的年代。在这短短的二十余年间,许多有关分子遗传学的基本原理[3]相继提出,大量的重要发现不断涌现。其中比较重要的有:1956年,美国科学家科恩伯格在大肠杆菌中发现了DNA聚合酶Ⅰ,这是可以在试管中合成DNA链的头一种核酸酶,从此拉开了DNA合成研究的序幕;1957年,弗伦克尔-康拉特和辛格证实,烟草花叶病毒TMV的遗传物质是RNA,进一步表明RNA同样具有重要的生物学意义;1958年梅塞尔森和斯塔尔发

现代生物学实验技术实验报告

现代生物学实验技术实验报告 实验一、超薄切片 一、实验目的 学习掌握常规生物样品前处理技术及样品包埋块的制备技术。 二、实验材料 植物幼嫩叶片、小鼠肝脏细胞 三、实验试剂 2.5%戊二醛、PBS、1%锇酸、30%丙酮、100%丙酮、 Epon812包埋液、蜡油 四、实验器材 离心管、玻璃棒、滴管、移液枪、刀片、镊子、牙签、烘箱、切片机、 五、实验步骤 1、取材固定:从植株上取叶片或者取小鼠肝脏细胞,切取 1mm3左右大小的组织块,立即放入PBS(pH7.2)配制 的2.5%戊二醛中固定1小时。 2、用0.1molPBS缓冲液冲洗三次每次3~5分钟。 3、1%锇酸固定1小时,然后用缓冲液冲洗三次每次3~5 分钟。 4、丙酮脱水:30%-50%-70%-80%-90%-100%- 100%每级5~10分钟

5、浸透:脱水剂:包埋剂=3:1 1小时 脱水剂:包埋剂=1:3 过夜 6、聚合:45 ℃12h 60 ℃24h 磷酸缓冲液0.2molL-1 PBS 配制 A液:Na2HPO4 .2H2O 35.61g 加DDW 至1000ml B液:NaH2PO4 .H2O 27.6g 加DDW 至1000ml 不同pH磷酸缓冲液的配制 pH 6.6 6.8 7.0 7.2 7.4 7.6 A液(ml) 18.8 24.5 30.5 36.0 40.5 43.5 B液(ml) 31.2 25.5 19.5 14.0 9.5 6.5 Epon812包埋液的配制 Epon812树脂20ml DDSA 4.6ml MNA 15.3ml DMP-30 0.8ml

2、支持膜的制备 将一个干净的载玻片垂直放入含有0.3~0.5%氯仿配制的聚乙烯醇缩甲醛制模剂中,放置两三秒后将载玻片垂直取出。用刀片在含有膜的载玻片上划出所需要的正方形,然后将载玻片45度倾斜放入水溶液中,使膜飘在水面上,选取厚薄合适的膜,将膜放在载网上,以备后面用。 3、切片 首先制刀,将玻璃片制成梯形的刀片,以备切片时使用。将包埋块置于显微镜下进行修整,将其修为最上端为正方体。在切片机上进行切片操作,使切下来的样品片漂浮在水槽中。对切下来的样品块进行染色并观察。 六、注意事项 1、取材的时候动作要迅速,组织离体后应将其快速放入 固定液中。并且要尽量减少损伤,减少牵拉或挤压组 织。组织块的大小一般为1mm3。 2、用固定液固定的样品若漂浮在溶液表面,应通过抽真 空的方法让样品沉入溶液中。 3、饿酸为剧毒、极易挥发的试剂,使用时要注意安全。 4、脱水时要逐级脱水,而不能急剧脱水,更换液体时动 作要快,不要让组织离开溶液,否则会在组织内外产 生气泡。

《分子生物学大(综合)实验》课程介绍(精)

《分子生物学大(综合)实验》课程介绍 课程代码(学校统一编制) 课程名称分子生物学大(综合)实验 英文名称MolecularBiologyBigExperiment 学分:3修读期:第七学期 授课对象:生物科学、生物技术 课程主任:姓名、职称、学位 关洪斌,副教授,博士 课程简介 21世记是生命科学的世记,而分子生物学是带动生命科学的前沿科学。分子生物学是在生物大分子水平上研究细胞的结构、功能及调控的学科,在现代生物学学科发展中的重要性与不容置疑的带头作用是众所周知的。许多重大的理论和技术问题都将依赖于分子生物学的突破。随着分子生物学研究工作的不断深入,相关实验技术方法和技术日新月异的发展。为了适应分子生物学研究工作日益发展的需要,满足培养从事现代生物学研究,尤其是进行分子生物学研究的人才的需要,特设置分子生物学大(综合)实验课程。本课程的教学目标和基本要求是使学习者基本掌握分子生物学实验技术的基本原理和方法,教学内容包括TRIZOL试剂盒提取RNA、RNA质量的检测、RT-PCR和变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测cDNA。通过本实验可提高学生的动手能力和创造性思维能力,较好地掌握分子生物学实验操作和技能,为今后独立进行科研工作打下坚实基础。 实践教学环节(如果有) 实验内容包括TRIZOL试剂盒提取RNA、RNA质量的检测、RT-PCR和变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测cDNA。 课程考核 实验报告 指定教材 自编 参考书目 1.分子生物学实验指导高等教育出版社施普林格出版社,1999 2.彭秀玲,袁汉英等.基因工程实验技术.湖南科学技术出版社,1997 3.吴乃虎.基因工程原理(上下册).科学出版社,1998 4.F.奥斯伯等著:颜子颖,王海林译.分子克隆实验指南(第二版).科学出版社,1998 5.J.萨姆布鲁克等著:金冬雁,黎孟枫等译.精编分子生物学实验指南.科学出版社,1993

遗传学发展历史及研究进展(综述)

遗传学发展历史及研究进展 湛江师范学院09生本一班徐意媚2009574111 摘要:遗传学是一门探索生命起源和进化历程的学科,起源于人类的育种实践,于1910年进入现代遗传学阶段,并依次经历个体遗传学时期、细胞遗传学时期、数量遗传学和群体遗传学时期、细胞水平向分子水平过渡时期、分子遗传学时期。目前遗传学在医学、农牧业等领域取得重大突破,如表遗传学在肿瘤的治疗方面。21世纪将是遗传学迅猛发展的世纪,在经济、微生物、工业、制造业等许多领域都将有重大的突破。 关键词:遗传学发展历史研究现状发展前景 1 现代遗传学发展前 1.1遗传学起源于育种实践 人类在新石器时代就已经驯养动物和栽培植物,渐渐地人们学会了改良动植物品种的方法。写于公元60年左右的《论农作物》和533~544年间中国学者贾思勰在所著的《齐民要术》中均记载了嫁接技术,后者还特别记载了果树的嫁接,树苗的繁殖,家禽、家畜的阉割等技术。[1] 1.2 18世纪下半叶和19世纪上半叶期间 许多人都无法阐明亲代与子代性状之间的遗传规律,直到18世纪下半叶之后,拉马克和达尔文对生物界遗传和变异进行了系统的研究。拉马克通过长颈鹿的颈、家鸡的翅膀等认为环境条件的改变是生物变异的根本原因,并提出用进废退学说和获得性状遗传学说。达尔文达尔文以博物学家的身份进行了五年的考察工作,广泛研究遗传变异与生物进化关系,终于在1859年发表著作《物种起源》,书中提出自然选择和人工选择的进化学说,认为生物是由简单到复杂、低级再到高级逐渐进化的。除此之外,达尔文承认获得性状遗传的一些论点,并提出了“泛生论”假说,但至今未获得科学的证实。 1.3 新达尔文主义 以魏斯曼(Weismann A.,1834-1914) 为代表的等人支持达尔文选择理论否定获得性遗传,魏斯曼等人提出种质连续论,认为种质是世代连续不绝的。他们还通过对老鼠22代的割尾巴试验,否定后天获得性遗传,明确地区分种质和体质,认为种质可以影响体质,而体质不能影响种质,在理论上为遗传学的发展开辟了道路。[2] 2.现代遗传学的发展阶段

分子生物学实验技术考试题库

一、名词解释 1.分配常数:又称分配系数,是指一种分析物在两种不相混合溶剂中的平衡常数。 2.多肽链的末端分析:确定多肽链的两末端可作为整条多肽链一级结构测定的标志,分为氨基端分析和羧基端分析。 3.连接酶:指能将双链DNA中一条单链上相邻两核苷酸连接成一条完整的分子的酶。 4.预杂交:在分子杂交实验之前对杂交膜上非样品区域进行封闭,用以降低探针在膜上的非特异性结合。 5.反转录PCR:是将反转录RNA与PCR结合起来建立的一种PCR技术。首先进行反转录产生cDNA,然后进行常规的PCR反应。 6.稳定表达:外源基因转染真核细胞并整合入基因组后的表达。 7.基因敲除:是指对一个结构已知但功能未知或未完全知道的基因,从分子水平上设计实验,将该基因从动物的原基因组中去除,或用其它无功能的DNA片断取代,然后从整体观察实验动物表型,推测相应基因的功能。 8.物理图谱:人类基因组的物理图是指以已知核苷酸序列的DNA片段为“路标”,以碱基对(bp,kb,Mb)作为基本测量单位(图距)的基因组图。 9.质谱图:不同质荷比的离子经质量分析器分开后,到检测器被检测并记录下来,经计算机处理后所表示出的图形。 10.侧向散射光:激光束照射细胞时,光以90度角散射的讯号,用于检测细胞内部结构属性。

11.离子交换层析:是以离子交换剂为固定相,液体为流动相的系统中进行的层析。 12.Edman降解:从多肽链游离的N末端测定氨基酸残基的序列的过程。 13.又称为限制性核酸内切酶(restriction endonuclease):是能够特异识别双链DNA序列并进行切割的一类酶。 14.电转移:用电泳技术将凝胶中的蛋白质,DNA或RNA条带按原位转移到固体支持物,形成印迹。 15.多重PCR:是在一次反应中加入多对引物,同时扩增一份模板样品中不同序列的PCR 过程。 16.融合表达: 在表达载体的多克隆位点上连有一段融合表达标签(Tag),表达产物为融合蛋白(有分N端或者C端融合表达),方便后继的纯化步骤或者检测。 17.同源重组:发生在DNA同源序列之间,有相同或近似碱基序列的DNA分子之间的遗传交换。 18.遗传图谱又称连锁图谱(linkage map),它是以具有遗传多态性的遗传标记为“路标”,以遗传学距离为图距的基因组图。 19.碎片离子:广义的碎片离子为由分子离子裂解产生的所有离子。 20.前向散射光:激光束照射细胞时,光以相对轴较小角度向前方散射的讯号用于检测细胞等离子的表面属性,信号强弱与细胞体积大小成正比。 21.亲和层析:利用共价连接有特异配体的层析介质分离蛋白质混合物中能特异结合配体的目的蛋白或其他分子的一种层析法。(利用分子与其配体间特殊的、可逆性的亲和结合

分子遗传学

第一章
公元前4000年,伊拉克 的古代巴比伦石刻上记 载了马头部性状在5个 世代的遗传。
浙江大学


第一节 遗传学研究的对象 和任务
遗传学第一章
1
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遗传学第一章
2
1.遗传学的研究内容: 1.遗传学的研究内容:
(1).是研究生物遗传和变异的科学: 遗传学与生命起源和生物进化有关。 (2).是研究生物体遗传信息和表达规律的科学: 解决问题:物种 代代相传; 性状 遗传。 (3).是研究和了解基因本质的科学: 遗传物质是什么? 遗传物质 性状?
浙江大学 遗传学第一章 3
∴ 遗传学是一门涉及生命起源和生物进化的理论科学, 同时也是一门密切联系生产实际的基础科学,直接指导 医学研究和植物、动物、微生物育种。
浙江大学
遗传学第一章
4
2.遗传和变异的概念: 2.遗传和变异的概念:
(1).遗传(heredity):亲子间的相似现象。 “种瓜得瓜、种豆得豆” (2).变异(variation):个体之间的差异。 “母生九子,九子各别” (3).遗传和变异是一对矛盾。 (4).遗传、变异和选择是生物进化和新品种选育的 三大因素: 遗传 + 变异 + 自然选择 遗传 + 变异 + 人工选择 形成物种 动、植物品种
自然选择
人工选择
(5).遗传和变异的表现与环境不可分割。
浙江大学 遗传学第一章 5 浙江大学 遗传学第一章 6

3.遗传学研究的对象: 3.遗传学研究的对象:
以微生物(细菌、真菌、病毒)、
植物和动物以及人类为对象,研究其 遗传变异规律。
4.遗传学研究的任务: 4.遗传学研究的任务:
(1).阐明:生物遗传和变异现象 (2).探索:遗传和变异原因 (3).指导:动植物和微生物育种 表现规律; 物质基础 内在规律;
提高医学水平。
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第二节
遗传学的发展
一、现代遗传学发展前
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1.遗传学起源于育种实践:
人类 生产实践 遗传和变异 选择
2. 18世纪下半叶和19世纪上半叶期间,拉马克和达尔文对
生物界遗传和变异进行了系统的研究: (1).拉马克(Lamarck J. B., 1744~1829): ①.环境条件改变是生物变异的根本原因; ②.用进废退学说和 获得性状遗传学说 如长颈鹿、家鸡翅膀。
育成优良品种。
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分子生物学实验技术全攻略

分子生物学实验技术 目录 实验一细菌的培养 2 实验二质粒DNA的提取 3 实验三紫外吸收法测定核酸浓度与纯度 4 实验四水平式琼脂糖凝胶电泳法检测DNA 5 实验五质粒DNA酶切及琼脂糖电泳分析鉴定 7 实验六植物基因组DNA提取、酶切及电泳分析 8 实验七聚合酶链反应(PCR)技术体外扩增DNA 9 实验八 RNA提取与纯化 11 实验九 RT-PCR扩增目的基因cDNA 13 实验十质粒载体和外源DNA的连接反应 15 实验十一感受态细胞的制备及转化 16 实验十二克隆的筛选和快速鉴定 18 实验十三 DNA分析——Southern杂交 19 一基本操作 实验一、细菌培养 实验二、质粒DNA提取 实验三、紫外吸收法测定核酸浓度与纯度 实验四、水平式琼脂糖凝胶电泳法检测DNA 实验五、质粒DNA酶切及琼脂糖电泳分析鉴定 实验六、植物基因组DNA提取、定量、酶切及电泳分析实验八、植物RNA提取及纯化 二、目的基因获取

实验七、聚合酶链式反应(PCR)技术体外扩增DNA 实验九、RT-PCR扩增目的基因cDNA 三、目的基因的克隆和表达 实验十、质粒载体和外源DNA的连接反应 实验十一、感受态细胞的制备及转化 实验十二、克隆的筛选和快速鉴定 实验十三、DNA分析——Southern杂交 实验一细菌的培养 一、目的 学习细菌的培养方法及培养基的配置。 二、原理 在基因工程实验和分子生物学实验中,细菌是不可缺少的实验材料。质粒的保存、增殖和转化;基因文库的建立等都离不开细菌。特别是常用的大肠杆菌。 大肠杆菌是含有长约3000kb的环状染色体的棒状细胞。它能在仅含碳水化合物和提供氮、磷和微量元素的无机盐的培养基上快速生长。当大肠杆菌在培养基中培养时,其开始裂殖前,先进入一个滞后期。然后进入对数生长期,以20~30min复制一代的速度增殖。最后,当培养基中的营养成分和氧耗尽或当培养基中废物的含量达到抑制细菌的快速生长的浓度时,菌体密度就达到一个比较恒定的值,这一时期叫做细菌生长的饱和期。此时菌体密度可达到 1×109~2×109/mL。 培养基可以是固体的培养基,也可以是液体培养基。实验室中最常用的是LB培养 基。 三、实验材料、试剂与主要仪器 (一)实验材料 大肠杆菌 (二)试剂 1、胰蛋白胨 2、酵母提取物

分子遗传学要点整理

Chapter 1: Genomes, Transcriptomes and Proteomes 1. 概述 基因组(Genome):指生物的整套染色体所含有的全部DNA或RNA 序列。基因组是地球上每一物种具有的生物学信息的存储库。 基因组学(Genomics):指研究生物的整个基因组,涉及基因组作图、测序和功能分析的一门学科。 基因组所包含的生物信息的利用需要酶及其他参与基因组表达过程中一系列复杂生化反应的蛋白质的协同活性。 基因组表达的最初产物是转录组,即那些含有细胞在特定时间所需生物信息、编码蛋白质的基因衍生而来的RNA分子的集合。转录组由转录过程来维持。 基因组表达的第二个产物是蛋白质组,即细胞中那些决定细胞能够进行生化反应的所有蛋白质组分。这是通过翻译过程来完成的。 2.1 Genes are made of DNA 奥地利神父孟德尔1865年根据7个碗豆性状的实验提出了遗传因子假说,认为每个性状由遗传因子控制,并提出了遗传因子的分离与自由组合两大遗传规律。 证明基因由核酸 (DNA或RNA) 组成的3个著名实验: ①肺炎双球菌的转化试验;DNA是遗传物质 ②噬菌体感染实验;只有DNA是联系亲代和子代的物质 ③烟草花叶病毒的感染实验。RNA也是遗传物质 2.2 The structure of DNA A. Nucleotides and polynucleotides B. The model of double helix DNA 晶体X射线衍射图谱?为揭示DNA分子的二级结构提供了重要实验证据 a. Watson and Crick (1953) 提出的 DNA双螺旋结构模型: "?DNA分子通常以右手双螺旋形式存在,两条核苷酸链反向平行,且互为互补链。 "?戊糖-磷酸骨架在分子的外铡,在分子表面形成大沟和小沟,碱基堆积于螺旋内部。 "?碱基间通过氢键相互连接,A 和T 以2个氢键配对, G和C 以3个氢键配对。"?螺旋中相邻碱基间相隔0.34nm ,每10个碱基对螺旋上升一圈,螺距为 3.4nm ,直径为2.37 nm 。 b. DNA双螺旋结构的稳定力: ??碱基间形成的氢键/ ??相邻碱基间的疏水堆积力/ ??碱基相互作用的范德华力 尽管氢键使得双链中的碱基间的配对具有特异性(只有互补的两条链之间才能形成DNA双链),但其对于双螺旋的总体上的稳定性并无太大贡献。 核酸分子的稳定性的根源在于碱基对之间的疏水堆积力。作为芳香族化合物,

分子遗传学复习题及答案-

分子遗传学复习题 1.名词解释: DNA甲基化(DNA methylation):是指由DNA甲基化转移酶介导,催化甲基基团从S-腺苷甲硫氨酸向胞嘧啶的C-5位点转移的过程。 ENCODE计划(The Encyclopedia of DNA Elements Project):即“DNA元件百科全书计划”,简称ENCODE计划,是在完成人类基因组全序列测定后的2003年9月由美国国立人类基因组研究所(National Human Genome Research Institute,NHGRI)组织的又一个重大的国际合作计划,其目的是解码基因组的蓝图,鉴定人类基因组中已知的和还不知功能的多个物种的保守序列等在内的所有功能元件。ENCODE计划的实施分为3个阶段:试点阶段(a pilot phase)、技术发展阶段(a technology development phase)和生产阶段(a producttion phase)。 gRNA (guide RNA):既指导”RNA(gRNA,guide RNA),能通过正常的碱基配对途径,或通过G—U配对方式与mRNA上的互补序列配对,指导编辑的进行。 GT--AG规律(GT-AG rule):真核生物所有编码蛋白质的结构基因,其RNA前体在内含子和外显子交界处有两个较短的保守序列,内含子的左端均为GT,右端均为AG,此规律称GT-AG规律。 miRNA:即小RNA,长度为22nt左右,5′端为磷酸基团、3′端为羟基。miRNA广泛存在于真核生物中,不具有开放阅读框架,不编码蛋白质,其基因的转录产物是发夹状结构,在RNaseⅢ酶切后以双链形式存在,是近几年在真核生物中发现的一类具有调控功能的非编码RNA,它们主要参与基因转录后水平的调控。 RNA编辑(RNA editing) :是指通过碱基修饰、核苷酸插入或删除以及核苷酸替换等方式改变RNA的碱基序列的转录后修饰方式。 RNA诱导的沉默复合体(RNA Induced Silencing Complex,RISC):与siRNA结合后可识别并切断mRNA。 RNA指导的DNA甲基化(RNA Directed DNA Methylation RDDM):活性RISC进入核内,指导基因发生DNA的甲基化。 密码子摆动假说(wobble hypothesis):密码子的第1,2位核苷酸(5’→3’)与反密码子的第2,3核苷酸正常配对;密码子的的第3位与反密码子的第1位配对并不严谨,当反密码子的第1位为U时可识别密码子第3位的A或G,而G则可识别U或C,I(次黄嘌呤)可识别U或C或A。 比较基因组学(comparative genomics):是一门通过运用数理理论和相应计算机程序,对不同物种的基因组进行比较分析来研究基因组大小和基因数量、基因排列顺序、编码序列与非编码序列的长度、数量及特征以及物种进化关系等生物学问题的学科。 表观遗传变异(epigenetic variation):基因的碱基序列未发生改变,而是由于DNA甲基化,组蛋白的乙酰化和RNA编辑等修饰导致基因活性发生了变化,使基因决定的表型发生变化,且可遗传少数世代,但这种变化是可逆的。 超基因家族(supergene family):是DNA序列相似,但功能不一定相关的若干个单拷贝基因或若干组基因家族的总称。 沉默子(silencer):一种转录负调控元件,当其结合特异蛋白因子时,对基因转录起阻遏作用。特点很象增强子,但不增强转录,而是减弱转录,故称负增强子。 代谢组学(metabolomics):是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新学科。 端粒(telomere):是由独特的DNA序列及相关蛋白质组成的线性真核染色体的末端结构,它具有防止末端基因降解、染色体末端间的粘连和稳定染色体末端及其精确复制等功能。

分子遗传学综述

分子遗传学综述 【摘要】:分子遗传学是在分子水平上研究生物遗传和变异机制的遗传学分支学科。经典遗传学的研究课题主要是基因在亲代和子代之间的传递问题;分子遗传学则主要研究基因的本质、基因的功能以及基因的变化等问题。 关键词:医学分子遗传学发展内容研究方法 分子遗传学是遗传学中的一门新兴分支学科。分子生物学的重要组成部分。广义地说,分子遗传学是研究分子水平描述的遗传体系或其组分的情形。狭义地说,它是研究遗传机理的分子基础以及受遗传物质控制的代谢过程。从分子水平研究遗传和变异的物质基础,是在遗传物质脱氧核糖核酸(DNA)的分子结构确认后迅速发展起来的。20世纪以来,随着对大分子化合物的研究不断取得突破,特别是脱氧核糖核酸分子双螺旋结构模型的建立,人们能够从主要生命物质结构的分予层次上得以合理地解释基因复制的机理、信息传递的途径、阐明生物遗传变异的运动形态,从而使整个遗传学的研究由形态描述、逻辑推理为主,转变为以物质结构与功能相统一为分析着眼点的新的发展阶段。分子遗传学的目的在于阐明脱氧核糖核酸的复制机理,脱氧核糖核酸、核糖核酸与蛋白质之间的关系,基因的本质、表达、传递及其调节机制,基因突变的分子基础,核外遗传的分子机制,以及细胞核质之间的关系等等.可从分子层次为探索生物发育、分化和进化等重大问题提供新的理论说明和实验手段.分子遗传学是遗传学发展的一个重要方向,遗传工程是分子遗传学的应用。

一、发展简史 1944年,美国学者埃弗里等首先在肺炎双球菌中证实了转化因子是脱氧核糖核酸(DNA),从而阐明了遗传的物质基础。1953年,美国分子遗传学家沃森和英国分子生物学家克里克提出了DNA分子结构的双螺旋模型,这一发现常被认为是分子遗传学的真正开端。1955年,美国分子生物学家本泽用基因重组分析方法,研究大肠杆菌的T4噬菌体中的基因精细结构,其剖析重组的精细程度达到DNA 多核苷酸链上相隔仅三个核苷酸的水平。这一工作在概念上沟通了分子遗传学和经典遗传学。 关于基因突变方面,早在1927年马勒和1928年斯塔德勒就用X射线等诱发了果蝇和玉米的基因突变,但是在此后一段时间中对基因突变机制的研究进展很慢,直到以微生物为材料广泛开展突变机制研究和提出DNA分子双螺旋模型以后才取得显著成果。例如碱基置换理论便是在T4噬菌体的诱变研究中提出的,它的根据便是DNA复制中的碱基配对原理。 美国遗传学家比德尔和美国生物化学家塔特姆根据对粗糙脉孢菌的营养缺陷型的研究,在40年代初提出了一个基因一种酶假设,它沟通了遗传学中对基因的功能的研究和生物化学中对蛋白质生物合成的研究。 按照一个基因一种酶假设,蛋白质生物合成的中心问题是蛋白质分子中氨基酸排列顺序的信息究竟以什么形式储存在DNA分子结构中,这些信息又通过什么过程从DNA向蛋白质分子转移.前一问题是

中科院分子遗传学试题1997-2003(精)

中国科学院遗传与发育生物学研究所博士研究生入学考试分子遗传学2003年 一、今年是DNA双螺旋模型发表五十周年。请回答以下问题(20分): 1、在双链DNA分子中A+T/G+C是否等于A+C/G+T ?(4分) 2、DNA双链的两条链中是否含有相同的遗传信息?为什么?(4分) 3、大肠杆菌的基因组DNA的长度约为1100微米。请根据DNA模型估计其基因组的碱基对数目。(4分) 4、如果两种生物基因组DNA在四种碱基的比率上有显著差异,那么预期在它们编码的tRNA、rRNA和mRNA上是否也会在四种碱基的比率上呈现同样的差异?(8分) 二、在一牛群中,外观正常的双亲产生一头矮生的雄犊。请你提出可能导致这种矮生的各种原因,并根据每种原因提出相应的调查研究的提纲(注意整个调查研究工作必须在两个月内完成)。(20分) 三、请给出以下6种分子标记的中文全称、定义、检测方法及其在遗传分析中的特征。(20分) RFLP , microsatellite , STR , SSLP , SNP , InDeL . 四、在普通遗传学中,非等位基因间的相互作用有哪几种?请举例说明其中的两种相互作用?请从分子遗传学和分子生物学的角度对非等位基因间的相互作用的分子机制进行阐述,并举例说明。(20分) 五、有哪些诱变剂可以诱发基因突变?基于突变被辨认的方法,可以将突变分为哪几种类型?哪些类型的突变对功能基因组的研究最有意义?为什么?对一个已完成基因组测序的真核生物,如何构建一个突变体库,以揭示基因组中预测基因的功能?(20分) 中国科学院遗传与发育生物学研究所博士研究生入学考试分子遗传学2002 年 注:1、A卷考生必须回答下列5题,每题20分。 B、卷考生任选四题回答,每题25分。 一、请举出细胞中的各种RNA分子的名称、特征和功能。如何从RNA出发开展功能基因组的研究。 二、真和生物的基因表达控制(control of gene expression)和信号传导(signal transduction)有密切的关系,请举出一个你熟悉的例子分别说明这两个概念的含义及其联系。 三、目前已经有一些现成的软件用来预测基因组全序列中的基因。为了设计这些软件,你觉得哪些关于基因和基因组的分子遗传学知识是必须的?请说明理由。 四、在真核生物中转座子可以分为几种类型?请分述每种类型的结构和特征。如何利用转座子进行分子遗传学的研究和功能基因组的研究。 五、自从克隆的多利羊诞生以来,报界经常传播所谓克隆动物的缺陷,有一种说法是克隆动物会早衰,有人推测早衰的原因可能是:(1)被克隆的体细胞核的染色体端粒变短或(2)被克隆的体细胞核的基因表达程序已经处在发育上成熟的阶段。现在请你从染色体DNA复制的角度作支持第(1)种可能的阐述,并从基因表达调控的角度做反对第(2)中可能的阐述。 中国科学院遗传与发育生物学研究所博士研究生入学考试分子遗传学2001 年 (A卷考生必须回答下列五题,每题20分;B卷考生任选四题回答,每题25分)

细胞和分子细胞遗传学技术

细胞和分子细胞遗传学技术 发表时间:2012-08-10T08:14:01.827Z 来源:《中外健康文摘》2012年第19期供稿作者:张亚丽[导读] 经典的细胞遗传学技术是指通过制备染色体标本,分析染色体数目和结构改变与人类疾病之间的关系。张亚丽(黑龙江省森工总医院 150040)【中图分类号】R394.2【文献标识码】A【文章编号】1672-5085(2012)19-0151-02 经典的细胞遗传学技术是指通过制备染色体标本,分析染色体数目和结构改变与人类疾病之间的关系。近代分子生物学技术与细胞遗传学技术相结合,形成了细胞和分子遗传学技术。其中比较成熟、具有实用价值的技术是:①荧光原位杂交;②比较基因组杂交。 1 人外周血淋巴细胞染色体检测技术 人外周血淋巴细胞染色体检测属于经典的细胞遗传学技术。用作染色体分析的标本包括外周血、脐带血、羊水、胎盘绒毛组织和肿瘤组织等。外周血是应用最多的材料。其他组织样本染色体制备方法与制备人外周血淋巴细胞的方法基本类同,只是标本的处理和培养条件有所调整。 1.1 基本原理 体外培养的外周血淋巴细胞,在植物凝集素(PHA)的刺激下转化成为能进行有丝分裂的淋巴母细胞;在秋水仙素(纺锤体抑制剂)作用下,淋巴母细胞有丝分裂停滞,从而获得处于有丝分裂中期的淋巴细胞染色体标本。 1.2 基本操作程序 (1)取血3ml(空针用0.1~0.2ml肝素抗凝)。 (2)用7号针头向每瓶培养液(内装有5ml培养液)接种血液标本15~16滴,摇匀后,静置于37℃的隔水式恒温培养箱中培养72h。 (3)终止培养前3h,用7号针头向培养瓶中加入秋水仙素3滴(浓度为20μg/ml)并混匀。 (4)按以下程序制片。 ①收集细胞:由培养瓶中吸取培养物10ml置于离心管中,离,l~,10min(1 500~2 000r/min)离心后,弃上清液,留下沉淀物。 ②低渗处理沉淀物:向沉淀物中加入已预温(37℃)的KCI(0.075mol/L)8ml,充分吹打,以使细胞分散,并将离心管置于37℃水浴中20~30min。 ③固定沉淀物:向每只离心管中加入新鲜配制的甲醇一冰醋酸(3:1)固定液1~2ml(预固定),轻轻混匀后离心10min(2 500r/min),去上清液,留沉淀物;向每只离心管中再加上述固定液8ml,轻轻混匀后静置30min以上,离心10min(2500r/min);然后,再重复固定、离心1次。 ④制作标本片:尽量弃去离心管中的上清液,用吸管轻轻吹打其中的沉淀物,再加入6~7滴新鲜的固定液并混匀,然后,将该沉淀物滴加于已经预冷的载玻片上(预冷载玻片:将清洁载玻片放在盛有蒸馏水的小搪瓷盆中置于4℃冰箱中数小时以上);将标本片晾干后,置于75℃烤箱中烘烤2.5h,然后自然冷却,也可将标本片吹干后用火焰烘干。 ⑤标本片染色:用Giemsa染液(以pH7.4的磷酸缓冲液配制,1.10)染色10min,自来水冲净并晾干。 ⑥显微镜观察:低倍镜下,选择标本片中染色体分散好、无细胞质背景、处于中期核分裂的培养细胞;然后,在高倍镜、油镜下观察染色体形态,进行计数、分组和性别鉴定;拍摄照片以进行正确的核型分析,并将典型图片存档。可根据需要进行染色体的Q显带、G显带、C显带、R显带和T显带。 1.3 注意事项 PHA是体外细胞培养成败的关键因素,其应用浓度应根据各批号PHA的效价作适当调整。秋水仙素的浓度和作用时间影响标本的分析。浓度低或作用时间短,会使标本中的分裂细胞减少;浓度高或作用时间长,会使染色体过于缩短,以致形态特征模糊。采血和接种培养时,不要加入过多肝素,肝素过多可抑制淋巴细胞转化。显带检测,以存放3d左右的标本片效果较好。观察G显带时,检材要用胰酶液消化。消化液的配制和消化条件的控制要认真探索,以获得最佳结果。 2 荧光原位杂交技术(FISH) 2.1 基本原理 2.1.1 原位杂交是用标记了已知序列的核苷酸片段作为探针,通过核酸杂交,直接在组织切片(冷冻切片或石蜡切片)、细胞涂片、染色体制备标本或培养细胞爬片上,检测或定位某一特定的目的DNA或目的RNA的存在。 2.1.2 FISH是以荧光素标记已知序列的核苷酸片段(探针),通过检测荧光来定性和定位目的核酸片段,具有敏感、快速、能同时显示多种颜色等优点,不但能显示中期核分裂象的染色体,还能检测间期细胞核的DNA。 (1)FISH的直接法:以荧光素直接标记DNA探针,特异性强,方法简便。随着荧光标记技术的改进,直接法的敏感性不断提高,是目前常用的方法。 (2)FISH的间接法:以非荧光素标记物标记DNA探针,再桥连一个荧光标记抗体。 2.2 基本方法 2.2.1 探针和试剂。用于FISH的探针有不同类型。已有商品化的探针用于 FISH。avidin-FITC、anti-avidin和PI等检测试剂均可购得。 2.2.2 原位杂交。杂交前标本和探针应经变性处理。 2.2.3 检测。杂交后的标本除去封胶,置2×SSC中洗去盖片。经多步骤漂洗后依次在亲和素一荧光素、抗亲和素抗体和亲和素一荧光素中各孵育20min(生物素标记探针),其间及其后各用1×PBD洗3次,每次2min。若用直接法FISH进行检测,后续免疫结合反应可省略,最后应加抗荧光衰变剂和DNA复染剂后封片。 2.3 注意事项 实验室必须优化FISH操作过程的各项条件。整个杂交和杂交后检测过程要始终保持标本片的湿润,以防载玻片干燥后引起非特异性染色。复染时要避光。根据荧光染料的不同选择相关的荧光显微镜滤色片。 3 比较基因组杂交(CGH)

分子遗传学复习题

分子遗传学复习题 名词解释: DNA甲基化(DNA methylation):是指由DNA甲基化转移酶介导,催化甲基基团从S-腺苷甲硫氨酸向胞嘧啶的C-5位点转移的过程。 ENCODE计划(The Encyclopedia of DNA Elements Project):即“DNA元件百科全书计划”,简称ENCODE计划,是在完成人类基因组全序列测定后的2003年9月由美国国立人类基因组研究所(National Human Genome Research Institute,NHGRI)组织的又一个重大的国际合作计划,其目的是解码基因组的蓝图,鉴定人类基因组中已知的和还不知功能的多个物种的保守序列等在内的所有功能元件。ENCODE计划的实施分为3个阶段:试点阶段(a pilot phase)、技术发展阶段(a technology development phase)和生产阶段(a producttion phase)。 gRNA (guide RNA):既指导”RNA(gRNA,guide RNA),能通过正常的碱基配对途径,或通过G—U配对方式与mRNA上的互补序列配对,指导编辑的进行。 GT--AG规律(GT-AG rule):真核生物所有编码蛋白质的结构基因,其RNA前体在内含子和外显子交界处有两个较短的保守序列,内含子的左端均为GT,右端均为AG,此规律称GT-AG规律。 miRNA:即小RNA,长度为22nt左右,5′端为磷酸基团、3′端为羟基。miRNA广泛存在于真核生物中,不具有开放阅读框架,不编码蛋白质,其基因的转录产物是发夹状结构,在RNaseⅢ酶切后以双链形式存在,是近几年在真核生物中发现的一类具有调控功能的非编码RNA,它们主要参与基因转录后水平的调控。 RNA编辑(RNA editing) :是指通过碱基修饰、核苷酸插入或删除以及核苷酸替换等方式改变RNA的碱基序列的转录后修饰方式。 RNA诱导的沉默复合体(RNA Induced Silencing Complex,RISC):与siRNA结合后可识别并切断mRNA。 RNA指导的DNA甲基化(RNA Directed DNA Methylation RDDM):活性RISC进入核内,指导基因发生DNA的甲基化。 密码子摆动假说(wobble hypothesis):密码子的第1,2位核苷酸(5’→3’)与反密码子的第2,3核苷酸正常配对;密码子的的第3位与反密码子的第1位配对并不严谨,当反密码子的第1位为U时可识别密码子第3位的A或G,而G则可识别U或C,I(次黄嘌呤)可识别U或C或A。 比较基因组学(comparative genomics):是一门通过运用数理理论和相应计算机程序,对不同物种的基因组进行比较分析来研究基因组大小和基因数量、基因排列顺序、编码序列与非编码序列的长度、数量及特征以及物种进化关系等生物学问题的学科。 表观遗传变异(epigenetic variation):基因的碱基序列未发生改变,而是由于DNA甲基化,组蛋白的乙酰化和RNA编辑等修饰导致基因活性发生了变化,使基因决定的表型发生变化,且可遗传少数世代,但这种变化是可逆的。 超基因家族(supergene family):是DNA序列相似,但功能不一定相关的若干个单拷贝基因或若干组基因家族的总称。 沉默子(silencer):一种转录负调控元件,当其结合特异蛋白因子时,对基因转录起阻遏作用。特点很象增强子,但不增强转录,而是减弱转录,故称负增强子。 代谢组学(metabolomics):是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新学科。 端粒(telomere):是由独特的DNA序列及相关蛋白质组成的线性真核染色体的末端结构,它具有防止末端基因降解、染色体末端间的粘连和稳定染色体末端及其精确复制等功能。 反向遗传学(reverse genetics):是从改变某个感兴趣的基因或蛋白质入手,然后去寻找相关的表型变化。 反转座子(retroposon)或“反转录转座子(retrotransposon)”:先转录为RNA再反转录成DNA 而进行转座的遗传元件。 核酶(ribozyme):具有催化活性的RNA, 即化学本质是核糖核酸(RNA), 却具有酶的催化功能。核酶的作用底物可以是不同的分子, 有些作用底物就是同一RNA分子中的某些部位。 核心启动子(core promoter):是指在体外测定到的由RNA polⅡ进行精确转录起始所要求的最低限度的一套DNA序列元件。 化学基因组学(chemogenomics):它是作为后基因组时代的新技术,是联系基因组和新药研究的桥梁和纽带。它指的是使用对确定的靶标蛋白高度专一的小分子

分子遗传学技术新进展

分子遗传学技术新进展 摘要:分子遗传学是研究遗传信息大分子的结构与功能的科学,它的研究范畴是在中心法则基础上的进一步深入,研究对象是分子水平上的生物学过程,即遗传变异的过程。近年来,分子遗传学技术发展极为迅速,并对其他生物学领域产生了巨大的影响。通过简要综述基因重组技术以及人类基因组计划来阐述分子遗传学技术的新进展。 关键词:分子遗传学;DNA; 基因重组技术;人类基因组计划 引言 分子遗传学是研究遗传信息大分子的结构与功能的科学[1],它不同于一般的遗传学,传统的遗传学主要研究遗传单元在各世代的分布情况[2],而分子遗传学则着重研究遗传信息大分子在生命系统中的储存、复制、表达及调控过程。它的研究范畴是在中心法则基础上的进一步深入,由肽链到功能蛋白质,再由功能蛋白质到性状的研究,分子遗传学不等于中心法则的演绎,也不是核酸及其衍生物的生物化学,它的研究对象是分子水平上的生物学过程,即遗传变异的过程[1],它研究的是动态的生命过程,而不是在试管里或电泳仪上孤立地研究生物大分子的结构与功能的简单的因果关系。近年来,分子遗传学技术发展极为迅速,并对其他生物学领域产生了巨大的影响。21世纪,DNA测序方法建立,核酶的发现,PCR技术建立等等都是分子遗传学的最新进展。基因重组技术发展、基因治疗技术发展,人类基因组计划实施都标志着分子遗传学进入了一个崭新的阶段。本文将通过对分子遗传学发展史,分子遗传学主要研究内容,分子遗传学最新研究进展做一个简要综述,简明的阐述一下分子遗传学技术的新进展。 1 分子遗传学发展史 分子生物学的崛起的标志是分子遗传学的产生,同时分子遗传学又是微生物学、遗传学、化学、物理等学科相互交叉、相互渗透的产物,所以要研究分子遗传学的发展史,错综复杂。 1944年,美国学者埃弗里等首先在肺炎双球菌实验中证实转化因子为脱氧核糖核酸DNA,从而阐明遗传的物质基础[3]。1953年,美国分子遗传学家沃森和英国分子生物学家克里克提出DNA分子结构的双螺旋模型,这一发现基本被认为是分子遗传学的真正开端[4]。

分子遗传学要点总结

第一章 1.理解Genomes, Transcriptomes 和Proteomes三个名词,并阐明它们在基因组表达过程中是如何联系在一起的; Genomes:基因组(Genome):由德国汉堡大学威克勒教授于1920年首创,指生物的整套染色体所含有的全部DNA或RNA序列。基因组是地球上每一物种具有的生物学信息的存储库。 基因组学(Genomics):由罗德里克于1986年首创,指研究生物的整个基因组,涉及基因组作图、测序和功能分析的一门学科。 Transcriptomes:基因组表达的最初产物是转录组,即那些含有细胞在特定时间所需生物信息、编码蛋白质的基因衍生而来的RNA分子的集合。 ?转录组中的RNA分子以及其他来自非编码基因的RNA都由转录过程产生。 ?Proteomes:基因组表达的第二个产物是蛋白质组,即细胞中那些决定细胞能够进行生化反应的所有蛋白质组分。 ?这些蛋白质是通过翻译那些组成转录组的mRNA分子而合成的。 ?蛋白质组包括了在特定时间存在于细胞中的所有蛋白质。 阐明三者在基因组表达过程中是如何联系在一起的? ?基因组所包含的生物信息的利用需要酶及其他参与基因组表达过程中一系列复杂生化反应的蛋白质的协同活性。 ?基因组表达的最初产物是转录组,即那些含有细胞在特定时间所需生物信息、编码蛋白质的基因衍生而来的RNA分子的集合。转录组由转录过程来维持。 ?基因组表达的第二个产物是蛋白质组,即细胞中那些决定细胞能够进行生化反应的所有蛋白质组分。这是通过翻译过程来完成的。 ?The genome tells you what could be happened theoretically in the cell. ?Transcriptome tells you what might be happened. ?And the proteome tells you what is happening. 2.掌握双螺旋结构的关键特征; Watson and Crick (1953) 提出的DNA双螺旋结构模型: DNA分子通常以右手双螺旋形式存在,两条核苷酸链反向平行,且互为互补链; 戊糖-磷酸骨架在分子的外铡,在分子表面形成大沟和小沟,碱基堆积于螺旋内部; 碱基间通过氢键相互连接,A和T以2个氢键配对,G和C以3个氢键配对; 螺旋中相邻碱基间相隔0.34nm,每10个碱基对螺旋上升一圈,螺距为3.4nm,直径为2.37 nm。 3.正确区分编码RNA和功能性RNA;

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