第31卷第4期黄牛杂志VO1.31NO.4 2005年7月JOurnal Of yellOW Cattle Science Jul.2005文章编号:1001-9111(2005D04-0062-04
分子生物学技术在反刍动物营养中的应用
韩爱云黄仁录李建国
(河北农业大学动物科技学院河北保定071001D
摘要:本文对利用分子生物学技术改造或生产动物性营养物质;在分子水平上研究营养与基
因表达~调控的关系以从根本上阐明营养对机体的作用机制;利用基因工程技术开发饲料资源
等三个方面进行了综述O最后探讨了分子生物学在动物营养中的存在问题及应用前景O
关键词:分子生物学;基因表达;分子营养;微量元素
中图分类号:S813.3文献标识码:A
近几十年来随着分子生物学理论及实验技术在生命科学领域各学科的渗透及应用产生了许多新兴学科其中分子生物学原理和技术与动物营养学的有机结合产生了分子营养学O虽然分子营养学的提法颇有争议但动物营养的诸多方面研究确实已经进入到分子水平[1]O分子生物学技术在动物营养学中的应用主要包括:利用分子生物学技术改造或生产动物性营养物质;在分子水平上研究营养与基因表达~调控的关系以从根本上阐明营养对机体的作用机制;利用基因工程技术开发饲料资源等O 本文就以上三个方面进行简要介绍O
1利用分子生物技术改造或生产动物性营养物质
1.1促进动物生长
自Palmiter(1982D等获得超级巨鼠以后大大鼓舞了科学家利用转基因技术探索改良畜禽品种的热情O对家畜的转基因研究最早是向家畜体内导入生长激素(G~D基因人们以此期望提高家畜的生长速度改善饲料报酬O目前已有不同结构的G~基因序列已经在羊上进行了移植但还没有比金属硫蛋白启动子调控的G~基因序列更成功的O在金属硫蛋白基因启动子调控的G~基因中OMTSG~-10是在绵羊上应用的很有前景的一种结构形式O
Ward和BrOWn等报道OMTSG~-10转基因羊经历了3个繁殖周期动物的健康状况良好并且还发现转基因羊在4个月以后生长速度与对照组相比快15%~20%胴体瘦肉率也得到显著提高O
1.2改善畜产品质量
外源基因不仅能在转基因动物中得到整合和表达而且能获得组织特异性(乳腺组织D和发育特异性表达O因此只要转入相关的基因不仅可以提高产乳~肉~皮~毛等畜产品的产量而且也可以改变畜产品的质量这是常规育种和突变方法所不能完成的O 1.2.1改善产乳性状外源基因在乳腺中的表达可改变乳汁的成分它的应用有两个方面:一是提高乳汁的营养价值如导入乳铁蛋白基因提高乳铁蛋白在乳中的含量弥补牛奶中铁含量的相对不足;导入溶菌酶基因可以降低乳中细菌的含量O英国培育出一只转基因绵羊其乳中含人G
1-
抗凝蛋白酶含量高达30mg/mL O对于乳用家畜天然乳汁中的溶菌酶水平较低可能是导致乳房炎高发病率的主要原因而人乳中溶菌酶含量比牛~绵羊和山羊乳中含量高出1500~4000倍O Murray等将人乳溶菌酶基因导入小鼠获得了有活性的乳腺专一性表达通过这一途径有可能实现对乳用家畜乳用成分的改良乳汁成份中溶菌酶含量的提高不仅可以减少乳畜乳房炎的发生还能延长奶的保鲜期O另外研究证明牛奶常使人感染结核杆菌而马乳脂具有抗牛型结核杆菌的作用肉用马乳腺细胞基因改造牛奶品质即可起到治疗结核病的作用O二是生产药用蛋白[2 3]O胰岛素牛奶~生长激素山羊奶可治疗血友病的凝血因子IX的山羊奶以及带有疟疾裂殖体表面蛋白(MSP-1D的疫苗山羊奶均已取得成功O
收稿日期:2004-08-02
作者简介:韩爱云(1981-D女河北石家庄人河北农业大学在读硕士研究生研究方向为动物营养与饲料科学O
1998年10月我国上海医学遗传所与复旦大学合作由曾溢滔~黄淑帧[4]教授主持成功培育出5只<3只公2只母)有目的基因<人凝血因子IX)整合的转基因羊其中一只母羊已于1997年9月产羔开始泌乳其乳汁中有活性凝血因子IX表达可治疗血友病,
1.2.2改善肉质许多研究都已证实G 具有明显抑制脂肪生成的作用而且还有一定的催乳特性转有G 基因的家畜体脂减少瘦肉率明显提高,肌肉抑制素基因与双肌动物肌肉抑制素 1.2.3提高产毛性能通过一定的导入途径将 G 基因导入产毛家畜可提高产毛家畜的生长速度并增大其体型进而提高产毛量,除此之外还可以导入一些与产毛性能有关的基因如半胱氨酸是羊毛合成的限制性氨基酸由于半胱氨酸在羊瘤胃内降解故在饲料中添加半胱氨酸并不能提高其在血清中的水平,如果羊自身能合成半胱氨酸将会提高羊毛产量,Ward等将大肠杆菌中编码丝氨酸转乙酰酶 毛这无疑对羊毛生产及纺织业带来巨大影响, 1.1.3动物生物反应器动物生物反应器 可供人类疾病治疗和保健使用的药用蛋白的生物高 技术,1991年,Wright等人在羊的乳房中成功地表达了人抗胰蛋白酶基因 研究的兴奋点转向乳房生物反应器大量的风险资 金也投向开发动物乳房生物反应器目前全球有20多家公司在利用动物乳房生物反应器技术进行产业化开发 1.1.4其它加拿大的科学家利用将蜘蛛的基因注入一只特殊培育的褐色山羊体内后使山羊产下 的羊奶变成了含有比钢铁强度高10倍~但却保持柔韧特性的物质,科学家们给这种物质起了一个名字叫生物钢,它比医学上用于手术的手术线还要坚固~柔韧许多同时生物钢还可用于导弹防御和航空航天[6], 2日粮营养与基因表达~调控的关系 机体从受孕~细胞分裂~分化到生长发育从健康状态~疾病状态到死亡等一切生命现象无一不是对基因表达调控的结果,而环境因素尤其是营养或营养素对基因表达会产生直接或间接作用从而对上述生命现象产生重要影响,从精子与卵细胞结合的一刹那就决定了一个个体的遗传学命运,营养素虽然在短时间内不能改变这种遗传学命运但可通过营养素修饰这些基因的表达从而改变这些遗传学命运出现的时间进程,目前从分子水平研究日粮营养对动物代谢调控的研究多集中在日粮营养与基因表达调控的关系它表现在以下两个方面:一是养分摄入量和种类影响基因表达及蛋白质的合成;二是基因表达结果影响养分代谢途径和代谢效率并决定动物需要量,以下主要从第一方面进行简要介绍, 2.1营养对基因表达调控的方式及途径 基因表达是指编码某种蛋白质的基因从转录~ mRNA的加工与成熟~RNA的翻译~蛋白质的加工到活性<功能)蛋白质的形成的过程 1994),基因表达受到严格的调控这些调控包括转 36 第4期韩爱云等:分子生物学技术在反刍动物营养中的应用 录调控~RNA加工调控~RNA转运调控~翻译调控~ mRNA稳定性调控及翻译后的调控G每一个调控点都与养分直接或间接有关G研究表明营养对基因表达的作用主要发生在转录或翻译前水平上对翻译后的影响较小[7]G其调控的关键控制点包括,对mRNA5/和3/非翻译区(UTR)的调节[8]核内mRNA加工的调节[9]mRNA的翻译[10]mRNA的稳定性[8]mRNA的定位[8 9]等G 营养对基因表达的调节方式有2种,即直接作 用和间接作用G首先直接调控就是营养素可与细胞 内组分通常为调节蛋白(包括转录因子)作用从而 影响基因的转录速度及mRNA的丰度和翻译G第二 种方式即为间接作用特殊营养物质摄入可诱导次级介质(Secondary mediator)的出现其中包括许多信号传导系统~激素和细胞分裂素等G 2.2几种营养素对基因表达的调控 2.2.1碳水化合物高碳水化合物饲粮促进脂肪的合成其作用涉及基因转录~mRNA的加工和稳定性[11]G肝细胞的基因转录的诱导速度很快G大鼠肝细胞在蔗糖介质中培养2h脂肪酸合成酶及S14 mRNA水平增加10~15倍;绝食大鼠饲喂高碳水化合物饲粮后肝中磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶mRNA量在4~6小时内提高7倍G此外碳水化合物对ATP-柠檬酸裂解酶~甘油-3-磷酸乙酰转移酶~硬脂酞oA脱饱和酶等基因表达的促进作用也是发生在转录调节环节G碳水化合物中起调节作用的关键成分是葡萄糖目前已鉴别出了L-PK. S14和A 基因中的葡萄糖作用区G 2.2.2胆固醇胆固醇可抑制合成其本身过程中的酶(羟甲基戊二酸单酰OA合成酶)或它从外界被吸收时发挥作用的酶-LDL受体(低密度脂蛋白受体)基因的表达G在胆固醇缺乏时这些酶可被称为固醇调控元件结合蛋白的转录因子(SREBP)所激活G SREBP通常存在于内质网上在适当的条件下可被蛋白酶切下而后进入核从而激活有关基因的转录G而在高胆固醇存在条件下这种蛋白酶被钝化SREBP不再进入核从而不能激活有关的基因的转录G 2.2.3蛋白质和氨基酸日粮蛋白质是以特定的单个氨基酸的形式通过调节IGF-I mRNA的基因表达而对GHR mRNA没有明显的直接影响[12]G Ogawa等[13]和Oka等[14]研究证实组氨酸酶和白蛋白mRNA在肝脏的表达随着日粮蛋白质或氨基酸供给的增加而提高G 2.2.4维生素脂溶性维生素主要是对mRNA在转录水平上进行调控而水溶性维生素特别是B族维生素是动物体内许多代谢酶的辅酶参与广泛的营养代谢调节作用G在翻译后生物素蛋白连接酶(BLP)通过两步反应以酰胺键连接到新合成的羧化酶的特定赖氨酸残基上G BLP缺乏导致4种生物素羧化酶水平都降低[15]BLP前导序列决定其在翻译后的定位[16]G 2.2.5脂肪酸降低动物肌肉中脂肪比例的另一方法是通过配合日粮减少胰岛素的分泌G研究证明牛的胰岛素可提高脂肪酸合成基因的活性G在胰岛素分泌过程中丙酸盐是一个主要的调节因子而乙酸盐却是非胰岛素刺激能量的物质所以通过在日粮中添加缬氨酸或富含缬氨酸的蛋白质以增加乙酸盐的相对比例有可能降低胰岛素的分泌从而降低脂肪酸合成基因的表达G 2.2.6微量元素 2.2.6.1铁铁的吸收与转运需要运铁蛋白及其受体的参与而铁蛋白是铁在体内的贮备形式和高剂量铁的解毒形式两种蛋白的表达均受翻译后调节机制的调控G运铁蛋白受体mRNA的3 UTR上含有铁调节区(IRE)G缺铁时铁调节蛋白(IRP)就与IRE结合保护mRNA使其不被RNA裂解酶降解从而提高运铁蛋白受体的水平G当有铁存在时IRP就脱离mRNA分子失去保护的mRNA不稳定其翻译率下降从而导致运铁蛋白受体的合成量减少铁的吸收率下降G铁的状况并不影响运铁蛋白受体基因的转录G但Zakin的综述指出虽然很多组织都含有运铁蛋白基因但不同组织的基因含有不同的转录调节因子使运铁蛋白基因的表达具有明显的组织特异性G 2.2.6.2锌金属硫蛋白(metallo thionein MT)可以结合多种金属元素是元素转运~维持细胞中的元素平衡~防止重金属中毒所必需的蛋白质G ui用大鼠试验表明饲粮缺锌可明显降低肝脏~肾脏和小肠MT-1mRNA水平但给大鼠注射白细胞介素-I后MT-1mRNA明显升高且缺锌组的MT-1 mRNA水平显著高于加锌组G在不同生理状态下锌对MT-1的调控性质完全不同G 尽管认为MT是金属元素转运的必需蛋白质但Davis(1998)的研究表明MT过度表达(用转基因技术)的小鼠锌的吸收率下降G Andrews(1999)报道妊娠小鼠日粮缺锌时提高MT-1MT-2的表达可以改善母鼠的繁殖成绩G因此MT的作用与表达及其与锌代谢的关系尚需深入研究G 2.2.6.3硒 46黄牛杂志第31卷 硒以半胱氨酸硒的形式参与硒蛋白(如GS~- Px,碘化甲状腺氨酸一5-脱碘酶)的组成O在硒蛋白翻译过程中,UGA密码子不再作为终止信号,而是作为半胱氨酸硒的编码信号,从而在蛋白中插入半胱氨酸硒O Burk,Bermano[17]研究表明,日粮硒水平不但能够调节硒蛋白的含量与活性,而且可以调节相应的mRNA的量O但对不同组织,不同硒蛋白及其m RNA对不同硒水平的敏感程度存在差异O 如,在硒耗竭时,磷脂过氧化氢GS~一Px mRNA 的降解率不受影响,但胞液GS~-Px mRNA的降解率下降O因此,缺硒时,二种酶的活性不同O不同硒蛋白mRNA的3UTR结构的差异是决定mRNA翻译程度及对硒缺乏的敏感性的关键因素O 2.2.6.4其它 添加一定量的铜可诱导肝内脂肪酸合成酶以及线粒体RNA转录因子基因的表达;同时铜可通过提高G~的表达量来促进生长O另外铬可影响多种酶的表达,同时它还能提高生长激素基因的表达从而降低胭体的脂肪;铬同样可以通过提高葡萄糖乳酸盐循环的基因表达来降低血浆乳酸水平O在实际生产中给产奶的青年母牛饲喂铬添加剂,产奶量比对照组增加13%O镉可提高金属巯基基因的转录的速率\铁通过控制mRNA的稳定性,翻译调节转铁蛋白和铁蛋白的水平O 3利用基因工程技术开发饲料资源 应用生物技术调控动物代谢还可通过对动物肠道内的微生物(主要是反刍动物瘤胃微生物)进行改造,赋予细菌以新的代谢能力,从而使动物获得利用原来不能利用物质的能力O目前,国外已有实验室在进行将白蚁中编码分解木质素的有关酶基因克隆并转给瘤胃微生物的工作,如果获得成功,那么反刍动物对秸秆类饲料的利用效率将大幅度提高,这对于提高饲料资源的利用效率具有重要意义O 许多研究成功地将内切葡聚糖苷酶和木聚糖酶等瘤胃微生物基因克隆到其它表达系统中,为将来这些基因插入瘤胃原生的微生物种类中发挥效应作了准备O选择高效的外源基因转化方法和构建良好的表达载体系统,就可能使许多人工设计的基因能插入瘤胃微生物中并得到表达O 未来利用基因工程技术开发饲料资源的研究可能侧重以下几个方面加以考虑:研究作物大量表达修饰蛋自的机制,分离克隆富含某种必需氨基酸(如赖氨酸\蛋氨酸)的基因,充分利用反义技术等基因工程技术手段改良饲粮作物蛋白质\脂类\糖类的品质;分离克隆重要饲用酶类的基因,并转入玉米\大豆等大众饲料作物中,利用植物基因工程技术生产出可直接形成配方的饲用酶类;利用酵母基因工程技术开发生物活性肽类\饲用酶类添加剂;利用基因工程技术通过对发酵工程菌的代谢调控来提高饲用抗生素\氨基酸\有机酸\色素的产量;开发可作用疫苗用的饲料作物\工程菌株O 4分子生物学在动物营养中的应用前景及存在问题 分子生物学在动物营养中的应用还处于初级阶段,还存在着很多暨待解决的问题: (1)转基因动物在获得提高生产性状的同时,也留下一些后遗症,如在G 代转基因动物中,死胎和畸形率高,患关节病,胃溃疡\肾病和生殖力丧失症等较为普遍; (2)营养对基因表达影响的研究,绝大多数是以大鼠为试验动物,以家畜为试验动物的研究较少\大鼠的试验结果不一定能适用于家畜O (3)目前营养对基因表达调控的研究是为了阐明营养物质的代谢机理,而肉品性状的相关功能基因表达的营养调控尚未见报道O 随着对动物营养和功能的深层了解以及分子生物技术的发展,分子生物技术与传统的营养研究方法相结合研究营养物质分子作用机制,将是未来营养研究的重要领域,必将为畜牧业高效\持续\稳定发展开辟新的广阔前景O 参考文献: [1]李德发.营养调控肉品质量的研究现状及发展趋势 [A].动物营养研究进展[C].北京:中国农业科学出 版社,7-14. 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(下转第83页) 56 第4期韩爱云等:分子生物学技术在反刍动物营养中的应用 2.2.9其它葡萄球菌食物中毒和副溶血弧菌感 染的病程短暂自限 很少有应用抗菌药物的特征 严重亲水气单胞菌 空肠弯曲菌 结肠炎耶尔森菌等感染 特别具有并发症如败血症者宜根据药敏试验 选用氨基糖苷类 红霉素 四环素 多西环素 复方SM TMP 等药物进行治疗 水袋纤毛虫病可采用甲硝唑 替硝唑等进行治疗 噻苯咪唑是治疗粪类圆线虫病的首先药物 毛圆线虫病的治疗同钩虫病 隐孢子虫病可选用红霉素治疗 球虫病可选用地克珠利等抗球虫药物进行治疗 8 O] 参考文献 ]戴自英.急性感染性腹泻的病因 发病原理和治疗 J ].临床医学杂志 985 (3 43-45. 2] 吴清民.兽医传染病学 M ].北京 中国农业大学出版社 2OO2 239-5O8. 3]彭文伟.感染性腹泻的发病机制与防治 J ].中华内科杂志 982 (2 496. 4]郑德联 戴自英.消化道感染研究进展 J ].临床医学杂志 987 (4 2O6-2O8. 5]宣长和.猪病学 M ].北京 中国农业科技出版社 996 368-379. 6]邝荣禄.禽病学 M ].北京 中国农业出版社 998 98-2O . 7]赵德明.奶牛疾病学 M ].北京 中国农业大学出版社 999 2 3-298. 8]孔繁瑶.家畜寄生虫病学 M ].北京 中国农业出版社 98 374-4 8. 9] Fekety R .Recent advances in management of becterial diarrhea J ].Rev Infect Dis 983 (5 246. O]朱模中.兽药手册 M ].北京 化学工业出版社 2OO2 zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz 95-2 7. 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The application of molecular biology Technology in ru m inant N utrition ~An Ai -yun ~UAnG Ren -lu LI Jian -guo (Co ege of f nzma Sczence and Tec no ogy Hebez f glzc~ t~la unzuelszty Baodzng Hebez O7 OO C zna a bS tract This paper summarizes the application of molecular biology techni g ue in ruminant nutrition such as modifying or producing the nutritional material from animal with molecular biology technology studying the relation between nutrition and gene expression regulation on molecular level in order to illustrate the mechanism of nutrition on animal develop feedstuff resources with gene engineer .A promising future for the molecular biology technology in animal nutrition was also predicted in the paper . K ey w or dS Molecular biology Gene expression Molecular nutrition Trace mineral 3 8第4期胡先春等 动物急性感染性腹泻的病原 发病机制和治疗 《植物营养分子生物学基础》教学大纲 一、基本信息 课程名称植物营养分子生物学基础 课程编 号 ARGE4208 英文名称 Molecular biology for plant nutrition 课程类 型 专业选修课 总学时36 其中：理论学 时36 实验学 时 实践学 时 学分 2 预修课 程生物化学，植物营养学 适用对 象 农业资源与环境 专业 课程简介（200字左 右） 《植物营养分子生物学基础》课程内容（1）讲解植物分子生物学基本理论和基础知识（2）讲解植物分子生物学领域的基本研究方法和技术，其中包括植物转基因所需的植物组织培养技术（3）介绍植物分子生物学基础知识和基本技能在植物养分吸收利用机理研究的应用，包括其必要性、研究现状以及取得的研究成果。目的是为学生进一步利用分子生物学手段深入研究植物养分吸收利用机理打下坚实基础。 二、教学目标及任务 通过本课程的教学，使学生掌握植物分子生物学的基础知识和基本理论，了解植物分子生物学的基本研究方法与手段，为学生进一步利用分子生物学手段深入研究植物养分吸收利用机理打下坚实基础。 三、学时分配 教学课时分配 章节章节内容讲课实验实践合计绪论一、引言 二、植物分子生物学与植物营养分 子生物学简史 三、植物营养分子生物学基础课程 内容及特点 四、植物营养分子生物学展望 2 2 第一章基础分子生物学知识 第一节植物基因组的特点及多 样性 (2学时) 2 2 第二节 DNA的复制、转录、修复 和重组（6学时） 一、染色体与DNA的结构 二、DNA的复制 三、DNA的重组 四、RNA的转录 五、启动子与转录起始 六、原核生物与真核生物mRNA的 特征比较 七、终止与终止子 八、内含子的剪接、编辑及化学 修饰 6 6 第三节蛋白质的生物合成（4学 时） 一、mRNA及遗传密码---三联子 二、tRNA 三、核糖体 四、蛋白质的合成 五、蛋白质的运转 4 4 第四节基因表达的调控（4学 时） 一、原核基因表达调控 二、真核细胞的基因结构 三、顺式作用元件与基因调控 四、反式作用因子对转录调控 五、其他水平的基因调控 4 4 第二章植物分子生物学研究方法第一节重组DNA技术发展史上的 重大事件 第二节 DNA操作技术 第三节基因克隆的主要载体系统 第四节基因的分离与鉴定 第五节植物组培及转基因技术。 8 8 现代分子生物学 复习提纲 第一章绪论 第一节分子生物学的基本含义及主要研究内容 1 分子生物学Molecular Biology的基本含义 ?广义的分子生物学：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，从分子水平阐明生命现象和生物学规律。 ?狭义的分子生物学：偏重于核酸（基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调控 等过程，也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。 1.1 分子生物学的三大原则 1) 构成生物大分子的单体是相同的 2) 生物遗传信息表达的中心法则相同 3) 生物大分子单体的排列（核苷酸、氨基酸）的不同 1.3 分子生物学的研究内容 ●DNA重组技术（基因工程） ●基因的表达调控 ●生物大分子的结构和功能研究(结构分子生物学） ●基因组、功能基因组与生物信息学研究 第二节分子生物学发展简史 1 准备和酝酿阶段 ?时间：19世纪后期到20世纪50年代初。 ?确定了生物遗传的物质基础是DNA。 DNA是遗传物质的证明实验一：肺炎双球菌转化实验 DNA是遗传物质的证明实验二：噬菌体感染大肠杆菌实验 RNA也是重要的遗传物质-----烟草花叶病毒的感染和繁殖过程 2 建立和发展阶段 ?1953年Watson和Crick的DNA双螺旋结构模型作为现代分子生物学诞生的里程碑。 ?主要进展包括： ?遗传信息传递中心法则的建立 3 发展阶段 ?基因工程技术作为新的里程碑，标志着人类深入认识生命本质并能动改造生命的新时期开始。 ? 第三节分子生物学与其他学科的关系 思考 ?证明DNA是遗传物质的实验有哪些？ ?分子生物学的主要研究内容。 ?列举5～10位获诺贝尔奖的科学家，简要说明其贡献。 植物钾离子通道的分子生物学研究进展 闵水珠 (浙江大学生命科学学院，浙江杭州，310029) 摘 要：钾离子通道是植物钾离子吸收的重要途径之一。近年来，已从多种植物或同种植物的不同组织器官 中分离到多种钾离子通道基因，包括内向整流型钾离子通道基因( 如OsAKT1，DKT1，Ktrrl ，KIl l ，KZM1，ZMK2 等) 和外向整流型钾离子通道基因(如CORK ，PTOR K ，STOR K 等) 。文章分别从结构、功能以及相关基因等三 方面综述了关于植物钾离子通道的分子生物学研究进展，并对应用生物工程技术改良植物的钾营养性状进 行了讨论。 关键词：钾离子通道；结构；基因 中图分类号：Q945；Q735 文献标识码：A 文章编号：1 004 —1 524(2005)03—01 63—07 T he progress on the m olecular biology of t h e K channels in plants M G Shui— zhu ( Co／e ge o f Li fe Science ， 慨 Un ive rsity ，Ha．~ hou 310029 ，China ) A bstract ：Tif s review summar i zed recent progresses on molecular biology of K channels in plants ，including structure and their elevant genes in specialty．The latter is d i v i ded into inward-rectifying K channel(K in) genes(OsAKT 1，DKT1， KFrl ，KDC1，KZM1，ZMK2，etc．) and o utward-~ tifyin g K channel(K out) gene s (C O R K ，FIDR K ，STOR K ，etc．) ．The possibilit y of impr o v i n g potassium nutr i tion of pla n t by bioengineerin g is also d i scussed in this paper． K ey words ：K channel；structure ；gene 离子通道(ion channe1) 是跨膜蛋白，每个蛋 白分子能以高达l08个／秒的速度进行离子的被 动跨膜运输，离子在跨膜电化学势梯度的作用下 进行的运输，不需要加入任何的自由能。一般来 讲，离子通道具有两个显著特征：一是离子通道 是门控的，即离子通道的活性由通道开或关两种 构象所调节，并通过开关应答相应的信号。根据 门控机制，离子通道可分为电压门控、配体门控、 中科院研究生院硕士研究生入学考试 《生物化学与分子生物学》考试大纲 一、考试内容 1.蛋白质化学 考试内容 ●蛋白质的化学组成，20种氨基酸的简写符号 ●氨基酸的理化性质及化学反应 ●蛋白质分子的结构（一级、二级、高级结构的概念及形式） ●蛋白质一级结构测定的一般步骤 ●蛋白质的理化性质及分离纯化和纯度鉴定的方法 ●蛋白质的变性作用 ●蛋白质结构与功能的关系 考试要求 ●了解氨基酸、肽的分类 ●掌握氨基酸与蛋白质的物理性质和化学性质 ●了解蛋白质一级结构的测定方法（目前关于蛋白质一级结构测定的新方法和新思路很多，而教科书和教学中 涉及的可能不够广泛，建议只让学生了解即可） ●理解氨基酸的通式与结构 ●理解蛋白质二级和三级结构的类型及特点，四级结构的概念及亚基 ●掌握肽键的特点 ●掌握蛋白质的变性作用 ●掌握蛋白质结构与功能的关系 2.核酸化学 考试内容 ●核酸的基本化学组成及分类 ●核苷酸的结构 ●DNA和RNA一级结构的概念和二级结构要特点；DNA的三级结构 ●RNA的分类及各类RNA的生物学功能 ●核酸的主要理化特性 ●核酸的研究方法 考试要求 ●全面了解核酸的组成、结构、结构单位以及掌握核酸的性质 ●全面了解核苷酸组成、结构、结构单位以及掌握核苷酸的性质 ●掌握DNA的二级结构模型和核酸杂交技术 ●了解microRNA的序列和结构特点（近年来针对非编码RNA的研究越来越深入，建议增加相关考核） 3. 糖类结构与功能 考试内容 ●糖的主要分类及其各自的代表 ●糖聚合物及其代表和它们的生物学功能 ●糖链和糖蛋白的生物活性 考试要求 ●掌握糖的概念及其分类 ●掌握糖类的元素组成、化学本质及生物学功用 ●理解旋光异构 ●掌握单糖、二糖、寡糖和多糖的结构和性质 ●掌握糖的鉴定原理 4. 脂质与生物膜 考试内容 一、植物组织培养：狭义指对植物体组织或由植物器官培养产生的愈伤组织进行培养直至生成完整植株。广义：无菌操作分离植物体一部分(即外植体)接种到培养基，在人工条件下培养直至生成完整植株。生物技术中的一个基本技术。 MS：MS培养基是Murashige和Skoog于1962年为烟草细胞培养设计的，特点是无机盐和离子浓度较高，是较稳定的离子平衡溶液，它的硝酸盐含量高，其营养丰富，养分的数量和比例合适，不需要添加更多的有机附加物，能满足植物细胞的营养和生理需要,因而适用范围比较广，多数植物组织培养快速繁殖用它作为培养基的基本培养基。 愈伤组织愈伤组织callus在离体培养过程中形成的具有分生能力的一团不规则细胞，多在植物体切面上产生。 cDNA文库：包含细胞全部的mRNA信息的反转录所得到的cDNA的集合体。 胚状体：是指植物在离体培养条件下，非合子细胞经过胚胎发生和发育的过程形成的胚状结构，又称体细胞胚。 体细胞杂交：体细胞杂交又称体细胞融合，指将两个GT不同的体细胞融合成一个体细胞的过程。融合形成的杂种细胞，兼有两个细胞的染色体。 分子标记：是指在分子水平上DNA序列的差异所能够明确显示遗传多态性的一类遗传标记。 基因工程原称遗传工程，亦称重组DNA技术，是指采用分子生物学手段，将不同来源的基因，按照人类的愿望，在体外进行重组，然后将重组的基因导人受体细胞，使原有生物产生新的遗传特性，获得新品种，生产新产品的技术科学。 细胞培养指动物、植物和微生物细胞在体外无菌条件下的保存和生长。过程：①取材和除菌；②培养基的配制；③接种与培养。 生物反应器是适用于林木细胞规模化培养的装置。 生物技术biotechmlogy：也称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的工程技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。 外植体explant：从植物体上分离下来的用于离体培养的材料。 植物细胞的全能性：植物每一个具有完整细胞核的体细胞，都含有植物体的全部遗传信息，在适当条件下，具有发育成完整植株的潜在能力。 再分化：脱分化的分生细胞（愈伤组织）在一定的条件下，重新分化为各种类型的细胞，并进一步发育成完整植株的过程。 器官发生organogenesis：亦称器官形成，一般指脊椎动物个体发育中，由器官原基进而演变为器官的过程。各种器官形成的时间有早有晚，通过器官发生阶段，各种器官经过形态发生和组织分化，逐渐获得了特定的形态并执行一定的生理功能 体细胞胚胎发生：单细胞或一群细胞被诱导，不断再生非合子胚，并萌发形成完整植株的过程。 PCR：聚合酶链式反应是利用DNA在体外摄氏95°高温时变性会变成单链，低温（经常是60°C左右）时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度（72°C左右），DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互补链。Recombinant DNA重组DNA：是指采用分子生物学手段，将不同来源的基因，按照人类的愿望，在体外进行重组，然后将重组的基因导人受体细胞，使原有生物产生新的遗传特性，获得新品种，生产新产品的技术科学。 细胞融合：两个或多个细胞相互接触后，其细胞膜发生分子重排，导致细胞合并、染色体等遗传物质重组的过程称为细胞融合。 悬浮培养：悬浮培养是细胞培养的基本方法，不仅为研究细胞的生长和分化提供了一个 机体是如何维持血糖平衡的（说明血糖的来源、去路及调节过程）？ 血液中的葡萄糖称为血糖，机体血糖平衡是糖、脂肪、氨基酸代谢协调的结果，也是肝、肌、脂肪组织等器官代谢协调的结果（由于血糖的来源与去路保持动态平衡，血糖是组织、中枢神经、脑能量来源的主要保证）。 A.血糖来源（3分） 糖类消化吸收：食物中的糖类经消化吸收入血，这是血糖最主要的来源；肝糖原分解：短期饥饿后，肝中储存的糖原分解成葡萄糖进入血液；糖异生作用：在较长时间饥饿后，氨基酸、甘油等非糖物质在肝内异生合成葡萄糖；其他单糖转化成葡萄糖。 B.血糖去路（4分） 氧化供能：葡萄糖在组织细胞中通过有氧氧化和无氧酵解产生ATP，为细胞供给能量，此为血糖的主要去路。合成糖原：进食后，肝和肌肉等组织将葡萄糖合成糖原以储存。转化成非糖物质：可转化为甘油、脂肪酸以合成脂肪；可转化为氨基酸、合成蛋白质。转变成其他糖或糖衍生物（戊糖磷酸途径），如核糖、脱氧核糖、氨基多糖等。血糖浓度高于肾阈时可随尿排出一部分。 C.血糖的调节（2分） 胰岛素是体内唯一降低血糖的激素，但胰岛素分泌受机体血糖的控制（机体血糖升高胰岛素分泌减少）。胰岛素分泌增加，糖原合酶活性提高、糖原磷酸化酶活性降低，糖原分解降低、糖原合成提高，血糖降低。否则相反（胰岛素分泌减少，糖原合酶活性降低、糖原磷酸化酶活性提高，糖原分解提高、糖原合成降低，血糖提高）。胰高血糖素、肾上腺素作用是升高机体血糖。胰高血糖素、肾上腺素分泌增加，糖原合酶活性降低、糖原磷酸化酶活性提高，糖原分解提高、糖原合成降低，血糖提高。否则相反。 老师，丙酮酸被还原为乳酸后，乳酸的去路是什么 这个问题很重要。 肌组织产生的乳酸的去向包括：大量乳酸透过肌细胞膜进入血液，在肝脏进行糖异生转变为葡萄糖。大量乳酸进入血液，在心肌中经LDH1催化生成丙酮酸氧化供能；部分乳酸在肌肉内脱氢生成丙酮酸而进入到有氧氧化供能。大量乳酸透过肌细胞膜进入血液，在肾脏异生为糖或经尿排出体外。 下面问题你能回答出来不 1说明脂肪氧化供能的过程 （1）脂肪动员：脂肪组织中的甘油三酯在HSL的作用下水解释放脂酸和甘油。 （2）脂酸氧化：经脂肪酸活化、脂酰CoA进入线粒体、β-氧化、乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化成H2O 和CO2并释放能量。 （3）甘油氧化：经磷酸化、脱氢、异构转变成3-磷酸甘油醛，3-磷酸甘油醛循糖氧化分解途径彻底分解生成H2O 和CO2并释放能量。 1．丙氨酸异生形成葡萄糖的过程 答：（1）丙氨酸经GPT催化生成丙酮酸。（2）丙酮酸在线粒体内经丙酮酸羧化酶催化生成草酰乙酸，后者经苹果酸脱氢酶催化生成苹果酸出线粒体，在胞液中经苹果酸脱氢酶催化生成草酰乙酸，后者在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶作用下生成磷酸烯醇式丙酮酸。（3）磷酸烯醇式丙酮酸循糖酵解途径至1，6-双磷酸果糖。1，6-双磷酸果糖经果糖双磷酸酶催化生成6-磷酸果糖，再异构成6-磷酸葡萄糖。6-磷酸葡萄糖在葡萄糖-6-磷酸酶作用下生成葡萄糖。 现代分子生物学总结(朱玉贤、最新版) 一、绪论 两个经典实验 1、肺炎球菌在老鼠体内的毒性实验：先将光滑型致病菌（S型）烧煮杀活性以后、以及活的粗糙型细菌（R型）分别侵染小鼠发现这些细菌自然丧失了治病能力；当他们将经烧煮杀死的S型细菌和活的R型细菌混合再感染小鼠时，实验小鼠每次都死亡。解剖死鼠，发现有大量活的S型细菌。实验表明，死细菌DNA 进行了可遗传的转化，从而导致小鼠死亡。 2、T2噬菌体感染大肠杆菌：当细菌培养基中分别带有35S或32P标记的氨基酸或核苷酸，子代噬菌体就相应含有35S标记的蛋白质或32P标记的核酸。分别用这些噬菌体感染没有放射性标记的细菌，经过1~2个噬菌体DNA 复制周期后进行检测，子代噬菌体中几乎不含带35S标记的蛋白质，但含30%以上的32P 标记。说明在噬菌体传代过程中发挥作用的可能是DNA而不是蛋白质。 基因的概念：基因是产生一条多肽链或功能RNA分子所必需的全部核苷酸序列。 二、染色体与DNA 嘌呤嘧啶 腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶 染色体 性质：1、分子结构相对稳定；2、能够自我复制，使亲、子代之间保持连续性；3、能指导蛋白质的合成，从而控制生命过程；4、能产生可遗传的变异。 组蛋白一般特性：1、进化上极端保守，特别是H3、H4；2、无组织特异性；3、肽链上氨基酸分布的不对称性；4、存在较普遍的修饰作用；5、富含赖氨酸的组蛋白H5 非组蛋白：HMG蛋白；DNA结合蛋白；A24非组蛋白 真核生物基因组DNA 真核细胞基因组最大特点是它含有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能蛋白质所隔开。人们把一种生物单倍体基因组DNA的总量称为C值，在真核生物中C 值一般是随着生物进化而增加的，高等生物的C 值一般大于低等动物，但某些两栖类的C值甚至比哺乳动物还大，这就是著名的C值反常现象。真核细胞DNA序列可被分为3类：不重复序列、中度重复序列、高度重复序列。 真核生物基因组的特点：1、真核生物基因组庞大，一般都远大于原核生物的基因组；2、真核基因组存在大量的的重复序列；3、真核基因组的大部分为非编码序列，占整个基因组序列的90%以上，这是真核生物与细菌和病毒之间的最主要的区别；4、真核基因组的转录产物为单顺反之；5、真核基因组是断裂基因，有内含子结构；6、真核基因组存在大量的顺式元件，包括启动子、增强子、沉默子等；7、真核基因组中存在大量的DNA多态性；8、真核基因组具有端粒结构。 ?评 述?一个科技里程碑:分子生物学的中心法则 王志珍(中国科学院生物物理研究所,北京100101) 编者按 王志珍院士的这篇评述,从历史的角度简述了“分子生物学的中心法则”的发展过程。正如作者指出的“中心法则所包含的划时代的生物学意义在于它揭示了生命最本质的规律,今天和昨天的生命科学都是建立在分子生物学的中心法则上”。文中也提到了蛋白质空间结构的“第二遗传密码”在本世纪的研究前景。本文想必会受到读者的欢迎。本刊希望今后能收到更多的这类评述。 一、分子生物学中心法则的提出 分子生物学的中心法则最早是由英国剑桥大学的物理学家佛郎西斯.克里克(Francis H. C.Crick)在1958年提出的,在英国的实验生物学会第12届讨论会“大分子的生物复制”会议录(Sym p.S oc. Exp.Biol.XII,138,1958)发表。中心法则是在前人工作的基础上,特别是在克里克本人和杰姆斯.沃森(James Wats on)一起揭示了DNA分子的双螺旋结构的基础上,总结出来的生命遗传信息的流动方向或传递规律。但是由于当时对转录、翻译、遗传密码、肽链折叠等都还了解不多,在那个时候与其说中心法则是一种准确的科学原理,不如说是一种强烈的科学信念。这个科学信念在以后分子生物学的发展过程中越来越成为多数人的坚定信念,因为它的正确性得到越来越多的实验证明,为越来越丰富的内容所充实、延伸、发展而变得越来越完善。 二、早期对中心法则的认识 克里克在1958年描绘的中心法则,如图1所示,箭头表示在三大类生物大分子脱氧核糖核酸DNA、核糖核酸RNA和蛋白质之间信息传递或流动所有可能的方向。这里的信息是指这些大分子的组成单元的序列所赋予的信息,即组成DNA的脱氧核糖核苷酸的序列,组成RNA的核糖核苷酸的序列,以及组成蛋白质的氨基酸的序列所赋予的信息。他做了进一步的分析,如图2所示,这些可能的信息传递大体上可以分成三大类:实线箭头表示很有可能的(probable)信息流动,而虚线箭头表示有可能发生的(possible)信息流动,从蛋白质流向蛋白质或DNA 或RNA的三条途径被认为是不可能的(im possible),因而应该取消 。 图1 1958年克里克最初提出的 分子生物学中心法则 图2 克里克对中心法则进行的分析 分子生物学的应用及发展 摘要：本文在文献检索的基础上，对分子生物学的发展简史，基本原理，研究领域等作了简单介绍，阐述了分子生物学在人们日常生活中的应用并结合药学专业着重讨论了其在药学及中药开发发面的应用，并进一步对分子生物学未来的研究技术、方向和前景做了展望。 一前言 生物以能够复制自己而区别于非生物。生命现象最基本的特征是进行“自我更新”。进行“自我更新”体现了一种最高级和最复杂的运动状态。这种运动就是生物机体从环境中摄取物质和能量，以更新本身的物质组成，而山现生长、繁殖，在这样的过程中保证了将自身的特征传给历代；同时也不断地向环境输送一些物质和释放能量。在生物机体的组成物质中，防水分外，有各种无机盐类和各种有机化合物。其中生物大分子——核酸和蛋白质在进行自我更新运动中，以其功能的重要性占第一位。为探索生命现象的本质问题，产生了分子生物学这一学科[1]。 分子生物学(molecular biology)是从分子水平研究生命本质为目的的一门新兴边缘学科，它是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学，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[2]。 分子生物学的最终目标是远大的，从产生基本细胞行为类型的各种分子的角度，来理解这五类行为类型：生长、分裂、分化、运动和相互作用。即分子生物学力图完整地描述细胞大分子的结构、功能和相互联系，从而理解细胞为什么要采取这种方式[3]。 分子生物学作为一门新兴的边缘学科。它的迅速发展及其在整个生命科学领域的广泛渗透和应用，促使人们对生物学等生命科学的认识从细胞水平进入分子水平。在农业、畜牧、林业、微生物学等领域发展十分迅速，如转基因动植物等。在医学领域，为医学诊断、治疗及新的疫苗、新药物研制等开辟了新的途径，使医学科学中原有的学科发生分化组合，医学分子生物学等新的学科分支不断产生，使医学科学发生了深刻的变革，不认识到这一点就很难跟上科学发展的步伐。 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。 二分子生物学发展简史 分子生物学的发展大致可分为三个阶段[4-7]： “生物化学与分子生物学” 题库 第二军医大学基础医学部 生物化学与分子生物学教研室编制 2004年7月 第一篇生物大分子的结构与功能 第一章蛋白质的结构与功能 一、单项选择题（A型题） 1.蛋白质的一级结构是指下面的哪一种情况？( ) A、氨基酸种类的数量 B、分子中的各种化学键 C、氨基酸残基的排列顺序 D、多肽链的形态和大小 E、氨基酸的连接方式 2.关于蛋白质分子三级结构的描述，其中错误的是:( ) A、天然蛋白质分子均有这种结构 B、具有三级结构的多肽链都有生物学活性 C、三级结构的稳定性主要是次级键维系 D、亲水基团多聚集在三级结构的表面 E、骨架链原子的空间排布 3、学习“蛋白质结构与功能”的理论后，我们认识到错误概念是（）。 A、蛋白质变性是肽键断裂所致 B、蛋白质的一级结构决定其空间结构 C、肽键的键长较单键短，但较双键长 D、四级结构蛋白质必定由二条或二条以上多肽链组成 E、蛋白质活性不仅取决于其一级结构，还依赖于高级结构的正确 4、通过“蛋白质、核酸的结构与功能”的学习，认为错误的概念是（）。 A、氢键是维系多肽链β-折叠的主要化学键 B、DNA分子的二级结构是双螺旋，维系其稳定的重要因素是碱基堆积力 C、蛋白质变性后可以恢复，但DNA变性后则不能恢复 D、谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸三者组成GSH E、蛋白质亚基具有三级结构，而tRNA三级结构呈倒L形 5、“蛋白质分子结构与功能”一章学习，告之我们以下概念不对的是（）。 A、氢键不仅是维系β-折叠的作用力，也是稳定β-转角结构的化学键 B、活性蛋白质均具有四级结构 C、α-螺旋的每一圈包含3.6个氨基酸残基 D、亚基独立存在时，不呈现生物学活性的 E、肽键是不可以自由旋转的 6、关于蛋白质分子中α-螺旋的下列描述，哪一项是错误的？（） A、蛋白质的一种二级结构 B、呈右手螺旋 分子生物学课程论文 PCR技术发展与应用的研究进展 王亚纯 09120103 摘要：聚合酶链式反应(polymerase chain reaction，PCR)是最常用的分子生物学技术之一，通过变性、退火和延伸的循环来完成核酸分子的大量扩增．定量PCR技术是克服了原有的PCR技术存在的不足，能准确敏感地测定模板浓度及检测基因变异等，快速PCR技术快速PCR在保证PCR反应特异性、灵敏性和保真度的前提下，在更短时间内完成对核酸分子的扩增．mRNA 差异显示PCR技术是在基因转录水平上研究差异表达和性状差异的有效方法之一．近年来已经开展了许多这三方面的研究工作，本文就定量PCR技术、快速PCR技术、mRNA差异显示PCR技术作一综述，以便更好地理解及应用这项技术。 关键字：定量PCR；荧光PCR；快速PCR；DNA聚合酶；mRNA差异显示PCR 0 前言 聚合酶链反应(polymerase chain reaction，PCR)技术由于PCR简便易行、灵敏度 高等优点，该技术被广泛应用于基础研究。但是，由于传统的PCR技术不能准确定量，且操作过程中易污染而使得假阳性率高等缺点，使其在临床上的应用受到限制[1]。鉴于此，对PCR产物进行准确定量便成为迫切的需要。几经探索，先后出现了多种定量PCR (quantitative PCR，Q-PCR)方法，其中结果较为可靠的是竞争性PCR和荧光定量PCR(fluorescence quantitative PCR，FQ-PCR)。 随着生命科学和医学检测的不断发展，人们越来越希望在保证PCR反应特异性、灵敏性、保真度的同时，能够尽量缩短反应的时间，即实现快速PCR(Rapid PCR or Fast PCR)。快速PCR 技术不仅可使样品在有限的时间内可以尽快得到扩增，而且可以显著增加可检测的样品数量，显然，在大批量样本检测和传染病快速诊断等方面将会有重要的应用前景。例如，快速PCR在临床检测中可大大加快疾病的诊断效率；在生物恐怖袭击时能有效帮助快速鉴定可疑物中有害生物的存在与否；同时，由于PCR已经渗入到现代生物学研究的各个方面，快速PCR的实现必然可以使许多科学研究工作的进展显著加快，最终影 第0章绪论 一、名词解释 1.分子生物学 2.单克隆抗体 二、填空 1．分子生物学的研究内容主要包含（）、（）、（）三部分。 三、是非题 1、20世纪60年代，Nirenberg建立了大肠杆菌无细胞蛋白合成体系。研究结果发现poly(U)指导了多聚苯丙氨酸的合成，poly(G)指导甘氨酸的合成。（×） 四、简答题 1. 分子生物学的概念是什么？ 2. 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？ 3. 分子生物学研究内容有哪些方面？ 4. 分子生物学发展前景如何？ 5. 人类基因组计划完成的社会意义和科学意义是什么？ 6．简述分子生物学发展史中的三大理论发现和三大技术发明。 7. 简述分子生物学的发展历程。 8. 二十一世纪生物学的新热点及领域是什么？ 9. 21世纪是生命科学的世纪。20世纪后叶分子生物学的突破性成就，使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化。试阐述分子生物学研究领域的三大基本原则，三大支撑学科和研究的三大主要领域？ 答案： 一、名词解释 1.分子生物学：分子生物学就是研究生物大分子之间相互关系和作用的一门学科，而生物大分子主要是指基因和蛋白质两大类；分子生物学以遗传学、生物化学、细胞生物学等学科为基础，从分子水平上对生物体的多种生命现象进行研究。 2.单克隆抗体：只针对单一抗原决定簇起作用的抗体。 二、填空 1.结构分子生物学，基因表达与调控，DNA重组技术 三、是非题 四、简答题 1. 分子生物学的概念是什么？ 答案： 有人把它定义得很广：从分子的形式来研究生物现象的学科。但是这个定义使分子生物学难以和生物化学区分开来。另一个定义要严格一些，因此更加有用：从分子水平来研究基因结构和功能。从分子角度来解释基因的结构和活性是本书的主要内容。 2. 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？ 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。 3. 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 现代分子生物学 第一章 DNA的发现： 1928年，英国Griffith的体内转化实验 1944年，Avery的体外转化实验 1952年，Hershey和Chase的噬菌体转导实验 分子生物学主要研究内容（p11） DNA的重组技术 基因表达调控研究 生物大分子的结构功能研究——结构分子生物学 基因组，功能基因组与生物信息学研究 第二章 DNA RNA组成 脱氧核糖核酸 A T G C 核糖核酸 A U G C 原核生物DNA的主要特征 ①一般只有一条染色体且带有单拷贝基因； ②整个染色体DNA几乎全部由功能基因与调控序列组成； ③几乎每个基因序列都与它所编码的蛋白质序列呈线性对应状态。 染色体作为遗传物质的特点： （1）分子结构相对稳定（贮存遗传信息） （2）通过自我复制使前后代保持连续性（传递遗传信息） （3）通过指导蛋白质合成控制生物状态（表达遗传信息） （4）引起生物遗传的变异（改变遗传信息） C值以及C值反常 C值单倍体基因组DNA的总量 C值反常C值往往与种系进化的复杂程度不一致，某些低等生物却有较大的C值。如果这些DNA 都是编码蛋白质的功能基因，那么，很难想象在两个相近的物种中，他们的基因数目会 相差100倍，由此推断，许多DNA序列可能不编码蛋白质，是没有生理功能的。 DNA的中度重复序列，高度重复序列 中度各种rRNA，tRNA以及某些结构基因如组蛋白基因都属于这一类 高度卫星DNA 核小体 是由H2A H2B H3 H4 各2分子生成的八聚体和约200bp的DNA构成的，H1在核小体外面。 真核生物基因组的结构特点 ①基因组庞大； ②大量重复序列； ③大部分为非编码序列，90％以上； ④转录产物为单顺反子； ⑤断裂基因； ⑥大量的顺式作用元件； ⑦DNA多态性：SNP和串联重复序列多态性； ⑧端粒（telomere）结构。 DNA的一级结构，二级结构 一级机构 指构成核酸的四种基本组成单位--脱氧核糖核苷酸(核苷酸)的连接和排列顺序，表示了该DNA分子 简答题 6．为什么利用RNAi抑制一个基因的表达较利用反义RNA技术更为彻底。 答：RNAi是外源或内源性的双链RNA 进入细胞后引起与其同源的mRNA特异性降解.dsRNA进入细胞后，在Dicer作用下，分解为21－22bp的SiRNA.SiRNA结合相关 酶，形成RNA介导的沉默复合物RISC.RISC在ATP作用下，将双链SiRNA变成单链 SiRNA,进而成为有活性的RISC,又称为slicer.slicer与靶mRNA结合，导致其断裂，进 而导致其彻底降解。 反义RNA是与靶mRNA互补的RNA，它通过与靶mRNA特异结合而抑制其翻译表达，反义RNA是与靶mRNA是随机碰撞并通过碱基互补配对，所以，mRNA不一定完全 被抑制。 8．简述真核基因表达的调控机制。 答：（1）DNA和染色质结构对转录的调控： ①DNA甲基化，②组蛋白对基因表达的抑制，③染色质结构对基因表达的调控作 用，④基因重排，⑤染色质的丢失，⑥基因扩增； （2）转录起始调控： ①反式作用因子活性调节，包括表达调节、共价调节，配体调节等蛋白质相互作用 调节），②反式作用因子与顺式作用原件结合对转录过程进行调控； （3）转录后调控： ①5’端加帽和3’端多核苷酸化调控，②选择剪接调控，③mRNA运输调控，④mRNA 稳定性调控； （4）翻译起始的调控： ①阻遏蛋白的调控，②对翻译因子的调控，③对AUG的调控，④mRNA 5’端非编 码区的调控，⑤小分子RNA； （5）翻译后加工调控： ①新生肽链的水解，②肽链中氨基酸的共价修饰，③信号肽调控。 9．简述mRNA加工过程。 答：（1）5′端加帽（由加帽酶催化5′端加入7-甲苷乌苷酸，形成帽子结构m7GpppmNP-）。（2）3′端加入Poly(A)尾（A、组蛋白的成熟mRNA无需加polyA尾；B、加尾信号包括AAUAAA和富含GU的序列；C、加尾不需模板；D剪切过程需要多种蛋白质因 子的辅助）。 （3）mRNA前体的剪接（剪接加工以除去内含子序列，并将外显子序列连接成为成熟的有功能的mRNA分子。内含子两端的结构通常是5′-GU……AG-3′。选择性剪接的作 用机制包括；A使用不同的剪接位点，B选择使用外显子，C、反式剪接，D、使用 不同的启动子，E、使用不同的多腺苷酸化位点）。 （4）RNA的编辑（发生于转录后水平，改编mRNA序列，C→U或A→G，增加遗传信息容量）。 10．简述生物的中心法则。 答：中心法则(genetic central dogma)，是指遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译的过程。也可以从DNA传递给DNA，即完成DNA的复制过程。 生物化学与分子生物学名词解释 生化名解 1、肽单元（peptide unit）:参与肽键的6个原子Ca1、C、O、N、H、Ca2位于同一平面,Ca1和Ca2在平面上所处的位置为反式构型，此同一平面上的6个原子构成了肽单元，它是蛋白质分子构象的结构单元。Ca是两个肽平面的连接点，两个肽平面可经Ca的单键进行旋转，N—Ca、Ca—C是单键，可自由旋转。 2、结构域（domain）:分子量大的蛋白质三级结构常可分割成1个和数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，具有独立的生物学功能，大多数结构域含有序列上连续的100—200个氨基酸残基，若用限制性蛋白酶水解，含多个结构域的蛋白质常分成数个结构域，但各结构域的构象基本不变。 3、模体（motif)：在许多蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象。一个模序总有其特征性的氨基酸序列，并发挥特殊功能，如锌指结构。 4、蛋白质变性(denaturation)：在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失。主要发生二硫键与非共价键的破坏，不涉及一级结构中氨基酸序列的改变，变性的蛋白质易沉淀，沉淀的蛋白质不一定变性。 5、蛋白质的等电点( isoelectric point, pI)：当蛋白质溶液处于某一pH时， 而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。主要包括：磷酸化—去磷酸化；乙酰化—脱乙酰化；甲基化—去甲基化；腺苷化—脱腺苷化；—SH与—S—S—互变等；磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。 10、酶原和酶原激活(zymogen and zymogen activation)：有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，必须在一定的条件下水解开一个或几个特定的肽键，使构象发生改变，表现出酶的活性，此前体物质称为酶 原。由无活性的酶原向有活性酶转化的过程称为酶原激活。酶原的激活，实际是酶的活性中心形成或暴露的过程。 11、同工酶（isoenzyme isozyme）：催化同一化学反应而酶蛋白的分子结构，理化性质，以及免疫学性质都不同的一组酶。它们彼此在氨基酸序列，底物的亲和性等方面都存在着差异。由同一基因或不同基因编码，同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。 12、糖酵解(glycolysis)：在机体缺氧条件下，葡萄糖经一系列酶促反应生成丙酮酸进而还原生成乳酸的过程称为糖酵解（糖的无氧氧化）。糖酵解的反应部位在胞浆。主要包括由葡萄糖分解成丙酮酸的糖酵解途径和由丙酮酸转变成乳酸两个阶段，1分子葡萄糖经历4次底物水平磷酸化，净生成2分子ATP。关键酶主要有己糖激酶，6-磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶。它的意义是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式；某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。 生物小论文：进化理论的确立 达尔文的进化论已经创立140余年了，在其诞生之初，是作为一种假说被提出来的。除达尔文本人从对一些植物，动物形态的观察得出的推论外，并没有什么化石证据。达尔文在《物种起源》书中论及化石时，标题为“不完美的地质记录”。他承认在当时的化石研究中并未有证据显示有物种间过渡类型的存在，并指出这可能是最易于检验而又具有杀伤力的反进化论的理由。他看到了进化论的先天缺陷，并希望后人能予以验证。但是时至今日，进化论已成为一个公理；一个信仰；甚至一个宗教。不能讨论，更不能批判，只能无条件接受，否则就将招致无情的围剿，甚至被贴上“伪科学”，“反科学”的标签而断送自己的研究前程。在当今任何一本生物学杂志上，已经找不到任何质疑进化论的论文了。SCOTT和COLE在八十年代初，检索了当时的4000多种学术刊物，未发现任何一篇反进化论的论文，在68种与生物起源有关的学术期刊中，也未发现任何一篇是质疑进化论的。GEORGE W. GILCHRIST在1997年调查了世界上最大的五种期刊数据索引，也未发现反进化论或非进化论的论文。进化论者自豪地宣称，进化论对神创论已取得了决定性的胜利。似乎进化论的合理性及不言自明性又得到了一次证明。事实真的如此吗？进化论已是绝对的真理了吗？其实不然，SCOTT和COLE的工作还发现，在1985年提交的135000篇论文中，确有18篇论文是反进化论的和非进化论的。而这18篇论文无一例外地遭到拒绝发表。进化论并非无懈可击，而是它的维护者不允许任何针对它的挑战。这更加给人一种印象：进化论并非确立于自身学说的科学性和完美程度，而是确立于众多崇拜者的信仰。进化论并非KARL POPPER意义上的“经验科学”(EMPIRICAL SCIENCE)，而是一个假说，信仰和并不完美的证据的杂合体。事实上，我们今天科学研究所发现的东西，已经足以让人们重新考虑进化论的正确性了。但这些事实要么被回避，要么被抹杀，人们在思维定式的驱使下，自觉或不自觉地成为盛行理论的卫道士，而丧失了独立思考的能力。这是不符合理性的科学精神的。一个真正的科学家，应正视旧理论的缺陷及其面临的挑战，并勇于摆脱束缚。只有这样，科学才能向前发展，人类才能向前推动。 一、达尔文主义自身的缺陷(一)比较解剖进化论者通过动物的器官在形态和功能方面的类比，定了所谓的同源器官，并由此说明在进化树中某一谱系的动物该器官在进化中发生的形态与功能的变化是自然选择的结果。首先，同源器官的定义就非常牵强，你必须首先承认动物是进化的，才能找到同源器官。因此这绝不能算做进化论中的一个证据，而只能是一个推论。即我们只能说因为进化论正确，所以进化树中某一谱系中的动物存在同源器官，而不能说同源器官的存在证明进化的存在。现代基因学和遗传学诞生后，对生物体形态与功能的关系在更本质的层次－－基因及分子水平有了崭新的认识。形态和功能只是表相，它们是由基因决定的，相同的形态可能对映于完全不同的基因。如果认为从鸟类的翅到哺乳动物的前肢是进化的话，那么它们的基因也应表现为对映于形态相同程度的进化。但实际上并非如此，如果现在仍有人试图从表面现象说明问题，只能被认为是肤浅的。(二)古生物学1. 凌乱的化石证据无论是进化论者还是反进化论者，都希望古生物化石能辅证自己的观点。如果说达尔文时代缺少化石记录的话，那么到今天为止，人类已收集了数以万吨记的化石，是否已证明进化论的正确了呢？事实上依然不能。CHICAGO的FIELD MUSEUM OF NATRURAL HISTORY的古生物学家RAUP本是进化论者，但后来不得不放弃自然选择学说，而支持幸运者生存说。他说该馆拥有现有已知化石物种的近五分之一，可是已经确证的中间过渡类型的化石比达尔文时代还少。现有化石记录混乱不堪，人为按进化论组成的谱系漏洞百出，根本不能说明问题。进化论者们所使用的分类方法及标准又不同，因此对某一化石的断代也经常争论不休，得不到一个统一的结论。进化论者常用的一个较为完备的进化 植物抗低温机理的分子生物学研究进展 摘要：笔者从不同的方面综述了植物低温抗性的分子生物学研究进展，对低温抗性的机理做了阐释，并且给出以后的研究方向和重点。 关键词：低温抗性细胞膜透性不饱和脂肪酸丙二醛保护酶系统 脱落酸钙调素低温诱导蛋白 温度在植物营养生长、生殖生长的过程中都具有重要的作用。对于温度的调控是改善植物生长环境，调节植物生长状态的一项重要措施。在自然环境下，植物对于低温的抗性，体现了植物在温度方面的适应性，体现植物物种、品种的生态位的广度。也影响着植物产品的质量和产量。植物的低温胁迫根据温度的不同范围分为两种类型：冷害，是指零上低温对于植物生理机制的影响所造成的伤害；冻害，是指零下低温对于植物生理机制的影响所造成的伤害。目前，对于植物影响较大的是冷害。【1~4】冷害的影响程度不仅取决于温度低的程度，也取决于植物受低温影响的时间的长度。温度越低，时间越长则冷害对于植物的影响越大。由于温度这一自然因素存在于植物体的整个生命周期中，因此，对于温度的调控，抗低温机制的研究就显得至关重要。以往的研究中，有对于低温敏感植物和低温驯化植物的对比研究，说明了对植物的低温驯化可以在一定程度上提高植物的抗低温能力。也有从水分的平衡，蛋白质，碳水化合物，氨基酸，核酸水平上的研究；还有从细胞壁的特性，细胞膜的结构的研究以及生长调节物质的影响。前面的这些的研究，都说明了植物对于低温的反应和这些条件对于植物抗低温机制的一些影响。然而所有这些因素都不是某一种因素的单独作用，而是多种因素共同作用，相互影响的结果，不同因素之间存在着互作、制约等的作用。上面的这些研究也只是停留在膜保护系统、冷调节蛋白的生理调节的水平。随着生物分子工程、基因工程方面的研究水平的不断提高，给植物抗低温的研究有提出了一个新的方向。特别是低温信号转导的研究，分子标记的应用，将进一步揭示低温适应性的调控机理。 1、通过影响植物细胞膜透性影响植物低温抗性 20世纪70年代，Lyons等提出细胞膜是低温冷害的首要部位，在低温条件下，植物细胞膜由液晶态转变为凝胶态，膜收缩，导致细胞膜透 性改变，膜酶和膜功能系统代谢改变，功能紊乱。【5】 膜脂中不饱和脂肪酸的含量，和植物的低温抗性呈正相关。膜脂的不饱和脂肪酸含量越高，膜脂的相变温度越低，膜脂的结构对于低温的 忍耐性越强。低温敏感植物和低温抗性植物相比，膜脂中的不饱和脂肪 酸含量低，在抗低温驯化过程中，膜脂中的不饱和脂肪酸的含量增加， 低温抗性增强。 在生物技术方面，近年来对于膜脂结构对植物低温抗性影响研究有了新的进展。Los等发现蓝细菌的desA基因与低温抗性有关。研究发现，植物营养分子生物学基础教学大纲南京农业大学资源与环境科学学院
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