中南大学生物科学与技术学院
分子生物学研究中心
教案
授课科目: 医学分子生物学
授课内容:疾病产生的分子基础
授课对象：临床医学七年制、八年制
授课时数：4 学时
授课教师：
授课地点：湘雅医学院新教学区
授课时间：
授课教材：医学分子生物学（21世纪高等院校教材），胡维新主编，
北京：科学出版社，2007年2月，第一版；
医学分子生物学（卫生部8年制规划教材），冯作化主编，北京：
人民卫生出版社，2005，第一版
第十一章疾病产生的分子基础
一、目的求：
掌握：基因突变的概念、类型及特点。
熟悉：基因突变的发生机制；疾病相关基因的研究策略。
了解：基因突变与疾病发生；血红蛋白病等常见单基因病的发病分子机制。
二、讲授重点：
基因突变的类型及特点。
三、讲授难点：
基因突变的分子机制。
四、教学方法：多媒体教学、板书
五、教具：多媒体课件、多媒体设备、电子光标笔、粉笔、黑板、教材
六、讲授内容：
第一节基因结构改变引起疾病
一、基因结构改变:在基因的特定DNA序列中，其碱基组成及排列顺序可因机体内外因素的作用发生改变，导致DNA一级结构发生改变，改变基因结构，形成基因突变（mutation）。如果基因突变使蛋白质发生了质的改变，即理化性质、生物化学性质、免疫学性质及生物学功能的改变，或使蛋白质量的改变超过了生理范围，就会导致疾病的发生。
基因突变的多种类型：
点突变是单个碱基的改变；可分为转换（transition）和颠换（transversion）两种。转换指同类型碱基之间的取代，即一种嘧啶碱基被另一种嘧啶碱基取代或一种嘌呤碱基被另一种嘌呤碱基取代形成的点突变。颠换指不同类型碱基之间的取代，即一种嘧啶碱基被一种嘌呤碱基取代或一种嘌呤碱基被一种嘧啶碱基取代形成的点突变。
缺失（deletion）是一个或多个核苷酸的丢失；插入（insertion）是一个或多个核苷酸的增加；
倒位是一段核苷酸序列方向倒转：基因内部的DNA序列可发生重组，使一段DNA序列的方向反置，如由原来的5ˊ→3ˊ方向排列整段倒置为3ˊ→5ˊ方向排列，或一段DNA序列在基因内部位置迁移，使基因结构发生改变，形成的突变称为倒位。
基因突变还分为配子突变与体细胞突变；动态突变指串联重复拷贝数随世代的传递而改变。
二、基因突变的遗传效应
不同的基因突变引起不同的遗传效应。
(1)碱基置换突变(substitution mutation)
a. 同义突变(consense mutation or silent mutation)
b. 错义突变(missense mutation)
c. 无义突变(nonsense mutation)
d. 终止密码子突变或延长突变
(terminator codon mutation or elongation mutation)
e. 起始密码子突变(initiation codon mutation)
f. 非编码序列点突变(point mutation in noncoding sequence)
例如：无义突变是突变后产生缩短的多肽键使它所编码的蛋白质发生改变；错义突变：由于一对或几对碱基对的改变而使决定某一氨基酸的密码子变为决定另一种氨基酸的密码子的基因突变叫错义突变。这种基因突变有可能使它所编码的蛋白质部分或完全失活，例如人血红蛋白β链的基因如果将决定第6位氨基酸（谷氨酸）的密码子由CTT变为CAT，就会使它合成出的β链多肽的第6位氨基酸由谷氨酸变为缬氨酸，从而引起镰刀形细胞贫血病。
(2) 缺失或插入突变(deletion or insertion mutation)
a. 密码子缺失或插入(codon deletion or codon insertion)
b. 移码突变(frame-shift mutation)
c. 整基因或大片段缺失
(deletion of a whole gene or a large segment)
(3) 融合突变(fusion mutation)
细胞减数分裂时同源染色体不等交换而致基因间错位配对，
产生两种含不同等位基因的染色体。
(4) 基因突变影响 hnRNA 的剪接
基因突变发生在 hnRNA 的一级结构上特定的剪接位点上，导致 hnRNA 的剪接错误，产生异常的 mRNA，最终产生异常的蛋白表达产物，改变生物性状。
三、结构基因改变导致蛋白质变化引起疾病：
血红蛋白病的类型、特点与结构基因的变化关系、珠蛋白(globin)基因的时、空特异性表达。
血红蛋白结构：
1. 血红蛋白是由4条肽链（两个α和两个β链）组成的。每条肽链都类似于肌红蛋白的肽
链，都结合一个血红素。
2.血红蛋白的脱氧（T）和氧合（R）构象在氧的亲和性方面有很大区别。由于结构上的
相互作用是与它的三级和四级结构有关，所以血红蛋白在结合氧的过程中显示出别构效应和协同性。
3. 人类珠蛋白基因有典型的真核基因结构特点。珠蛋白基因包括已鉴定的8个功能基因、
3个假基因及一个新发现的基因。它们在染色体上成簇排列。珠蛋白基因的表达在时空上受到遗传因素的精确调控。
血红蛋白分子一级结构上的轻微差别就可能导致功能上的很大不同，正常成年人血红蛋白中的β链的第六位的谷氨酸残基被缬氨酸取代就会导致镰刀形细胞贫血病的异常血红蛋白HbS 的生成。
(1) 人α-珠蛋白基因簇及α珠蛋白基因结构
(2) 人β-珠蛋白基因簇及β珠蛋白基因结构(按图例讲解)
血红蛋白病类型：
异常血红蛋白: 珠蛋白结构(质)变异，导致贫血。
地中海贫血: 珠蛋白合成(量)减少，又称珠蛋白合成障碍性贫血。
镰状红细胞贫血症是一种常染色体退化遗传病。引起镰状红细胞贫血症的原因就是β珠蛋白基因的第6位密码子点突变，即编码血红蛋白β链上一个决定谷氨酸的密码子GAG 变成了GTG，使得β链上的谷氨酸变成了缬氨酸，引起血红蛋白的结构和功能发生了根本的改变（图11-1）。与正常血红蛋白相比，该病患者的红细胞由正常的圆盘形变成了镰刀形。血红蛋白基因上单个核苷酸的替换（A→T），恰好使该基因片段丢失了可被限制性内切酶Mst II酶切开的一个位点CCTNAGG序列（N代表四个碱基中的任意一个）。由于基因突变改变了限制性酶切的结果，可用Southern印迹杂交分析方法和限制性片段长度多态性(简称RFLP)分析方法，对镰状红细胞贫血症胎儿进行产前诊断，或对发病家族成员的基因型进行分析。
图11-1 镰状红细胞贫血症β珠蛋白基因突变方框内突变的核苷酸
另常见单基因病如囊性纤维化病(cystic fibrosis, CF)举例。
囊性纤维化跨膜传导调节蛋白(CFTCR)的基因突变所致，产生缺陷型蛋白，致使使氯离子的转运障碍，黏液在呼吸道黏膜内淤滞，黏膜形成囊性增生，造成呼吸道堵塞；因反复感染，导致患者呼吸衰竭而死亡。
发病频率(0.4 ‰)，常染色体隐性遗传；致病基因CFTR；典型症状：进行性肺损伤及其他。
Gene therapy of CF：将重组CFTCR基因cDNA-病毒载体，用涂布鼻腔、或喷雾吸入气管及肺部等方法，转入患者呼吸道上皮细胞中，获得正常CFTCR基因的表达，纠正Cl＋转运缺陷，减少黏液分泌。
病理生理变化过程：（如图）
四、调控序列变异导致基因表达水平变化
基因调控序列也称顺式作用元件，是基因的重要组成部分，虽然其遗传信息不会被表达传递到蛋白质的肽链中去，基因调控序列的突变也不会改变蛋白质的一级结构，但调控序列的突变会改变基因的表达强度，引起蛋白质生物合成量的改变。这种量的改变超过一定的范围，同样会导致蛋白质功能的紊乱，引起相应的疾病。
β珠蛋白基因转录起始位点上游30（-30）处有TATA盒、-90及-105处有CACACCC序列，它们都是β珠蛋白基因的转录调控序列，如TATA盒调控正常的转录起始及其效率。这些调控序
列如果发生基因突变，就会使β珠蛋白基因的转录效率降低，β珠蛋白合成减少，引起β＋-地贫。不仅是调控序列变异能影响基因的表达，使相应蛋白质的合成减少，一些内含子的变异也会影响蛋白质的合成，使体内相应蛋白质含量减少或缺失。
第二节细胞间异常信号导致基因表达异常
正常的细胞间信号，能保证基因表达的正常时间特异性、空间特异性以及正常的表达水平。相反，错误的细胞间信号，会破坏基因表达的时间特异性和空间特异性，使胚胎后细胞合成胚胎型蛋白质、或使一种细胞合成另一种细胞特有的蛋白质，还会使基因表达水平过高或过低，这些都会导致疾病的发生。
细胞间信号异常导致基因表达异常从而引起疾病：
人体各细胞间通过激素、神经递质、旁分泌信号等保持细胞间的联系，调节彼此的代谢。基因表达也受到细胞间信号的调控。
例如AFP接受异常的细胞增殖信号成为肝癌发生的重要因素。甲胎蛋白（AFP）是一种具有胚胎时间表达特异性的蛋白质，胚胎发育过程中，AFP的增强子始终处于激活状态,而沉寂子处于抑制状态,因此增强子的信号可以顺利到达启动子启动AFP基因，AFP基因大量表达。AFP 具有免疫抑制作用,可以保护胎儿免受母体的免疫攻击。胎儿出生后,沉寂子活化,阻碍了增强子的启动效应,使AFP表达受到抑制。但在异常细胞增殖信号的作用下，c-myc、c-fos和c-jun等癌基因表达异常增加，其表达产物与AFP基因顺式作用元件相结合，激活AFP基因的表达，重新大量合成AFP。大量合成的AFP通过细胞膜上AFP受体介导,影响淋巴细胞或肝癌细胞的肿瘤坏死因子（TNF）家族及其受体的表达,导致肝癌细胞逃避机体免疫监视,同时又能促进癌基因表达,引起肝癌细胞大量生长。可见，由于肝细胞接受了异常的细胞增殖信号，破坏了AFP 表达的时间特异性，使AFP在胚胎后肝脏异常表达，在肝癌的发生发展中起着十分重要的作用。
再如粉尘刺激的细胞间信号异常导致基因表达异常引起矽肺发生：
粉尘刺激→肺支气管上皮、肺泡巨噬细胞→分泌TGF-β1→成纤维细胞→促细胞分裂和ECM 蛋白基因表达→ ECM 增加→矽肺发生
可见，矽肺发生的重要分子机制是成纤维细胞获得了异常的细胞间信号，使多种ECM蛋白质基因的表达增强，相应的蛋白质合成和分泌增加，造成ECM在肺组织病理性蓄积，最终形成矽肺。
第三节细胞内因素导致基因表达异常引起的疾病
基因的表达不仅受基因本身结构和细胞间信号的影响，也受一些细胞内因素的影响，这些影响达到一定的强度或超过一定的范围，或破坏基因表达的时间特异性和空间特异性，或使基因表达水平过高或过低，均可导致疾病的发生。
细胞内因素导致基因表达异常引起疾病：
①异常的细胞内信号导致基因表达异常引起疾病
高血糖→ DAG↑→激活PKC →激活 ACE → AngⅡ↑
②异常的DNA甲基化导致基因表达异常引起疾病
DNA甲基化导致基因表达变化是肿瘤形成的重要原因。肿瘤细胞与正常细胞比较，DNA 甲基化模式显著不同。不同的DNA甲基化模式，会产生不同的基因表达谱。基因表达谱失去平衡，就会导致疾病发生，如原癌基因过度扩增、表达异常增强，或/和抑癌基因的“沉寂”，相应表达产物减少甚至消失，都会使细胞增殖平衡受到破坏而引起恶性肿瘤的发生。
hCG5' 转录起始区低甲基化→非滋养层细胞hCG ↑→受体结合→激活胞内cAMP信号传导途径→调节肿瘤细胞的其他“生长因子、细胞因子”的产生，Tumor ↑
③病原生物基因的体内表达导致疾病的三种方式
第四节翻译后加工运输障碍引起疾病
在机体细胞内，通过mRNA指导的蛋白质生物合成将基因DNA序列中所含的遗传信息表达于蛋白质中，并通过蛋白质的生物功能体现机体的生命活动。但是，即使没有任何突变、所含遗传信息完全正确，刚刚合成的、未成熟的蛋白质没有生物活性，不能正确地完成其生物学功能。要使新合成的蛋白质具有完整的生物学活性，还需对其进行翻译后加工，其方式包括：除去信号肽、基团修饰、蛋白质的折叠、亚基聚合、运输至发挥功能的靶部位等。其中任何一个环节的障碍，都会使蛋白质功能紊乱，导致疾病的发生。
酪氨酸酶是黑色素细胞中催化黑色素生成的限速酶,在黑色素的生成过程中起着关键的作用。酪氨酸酶肽链合成后，需先在内质网进行折叠，再从内质网运输至高尔基体进行糖基化加工,然后由运转囊泡将其转运至黑色素体发挥作用。多种蛋白质（包括酶蛋白）参与了酪氨酸酶的这一成熟及转运过程。所以，不仅酪氨酸酶本身的基因变异会使酪氨酸酶功能紊乱，参与酪氨酸酶成熟和转运的蛋白质基因变异，也可以导致酪氨酸酶不能成熟或不能运输至靶部位，使酪氨酸酶功能紊乱，黑色素合成障碍，导致一些色素病的发生。
I型泛发性白化病就是一种色素病,主要表现为眼、毛发、皮肤的色素缺失,易发生皮肤及眼部的肿瘤,由先天性酪氨酸酶基因缺陷引起。变异的酪氨酸酶蛋白在内质网的折叠障碍是I型泛发性白化病的一种重要的分子机制。
在酪氨酸酶的成熟及转运过程中，一种被称为P蛋白的蛋白质起着重要的作用。P蛋白是一种含12跨膜结构域的膜蛋白，参与酪氨酸酶蛋白从高尔基体到黑色素体的运输。P蛋白基因突变，会使P蛋白的功能障碍，酪氨酸酶不能正确地转运至黑色素体，导致酪氨酸酶功能紊乱，黑色素合成障碍，引起Ⅱ型泛发性白化病。
第五节蛋白质降解异常引起疾病
基因表达及蛋白质合成是影响体内蛋白质含量的重要因素，但不是唯一的因素。蛋白质的降解也是调节体内蛋白质含量的一个重要因素，事实上，是蛋白质的合成及降解之间的相对速度大小或量的多少决定体内蛋白质含量。某蛋白质合成大于降解、则该蛋白在体内的含量增加，反之亦然。
一、哺乳动物体内蛋白质降解有两条基本途径：
①一是溶酶体，主要降解细胞吞入的胞外蛋白质。
②另一条是泛素-蛋白酶体途径（ubiquitin proteasome pathway；UPP），主要降解细胞内泛
素化的蛋白质，是细胞质和细胞核内依赖于ATP、非溶酶体途径的蛋白质降解通路,能高效并高度选择性进行细胞内蛋白质降解,尤其降解半衰期短的功能蛋白、癌基因产物和变性、变构蛋白等,应急状态下也降解细胞内结构蛋白。
二、泛素-蛋白酶体途径由泛素(ubiquitin，Ub)、特异性泛素激活酶(ubiquitin- activating enzyme，
E1)、泛素结合酶( ubiquitin-conjugating enzyme，E2)、泛素连接酶( ubiquitin ligase，E3) 、蛋白酶体(proteasome) 组成，泛素-蛋白酶体途径是在这些酶的顺序作用下的底物蛋白泛素化过程及泛素化蛋白最后被降解为小肽。
三、在某些有害的环境，如氧化应激、内质网应激和老化过程中，蛋白质会受到损害而发生折
叠错误；即使新合成的蛋白质，在翻译后修饰加工过程中，会发生异常裂解。
①泛素-蛋白酶体系统受损，蛋白质从细胞内降解清除，就会使其在细胞内积聚，造成细
胞功能障碍、甚至死亡，引起相应的疾病。
②如果该系统功能异常增强，就会使一些正常功能或结构蛋白被降解、导致蛋白质的功能
紊乱或细胞结构破坏，引起疾病。一些蛋白质，特别是调节蛋白质，它们在完成功能后，需及时被降解清除，以适应机体代谢或其它功能调节的需要。这些调节蛋白的降解清除，
也主要靠泛素-蛋白酶体系统来完成。如果该系统的功能异常，不能及时地降解清除这些调节蛋白，就会使这些调节蛋白持续地发挥作用，失去调节意义，导致机体功能紊乱，引起疾病。
举例1：泛素-蛋白酶体系统在维持正常载脂蛋白含量中起着重要的作用，该系统功能障碍，会导致载脂蛋白含量异常。Apo B100内源性甘油三酯及胆固醇代谢中起着重要的作用，并直接参与了血浆LDL 的清除，对维持正常的血浆LDL及LDL-胆固醇（LDL-C）水平具有十分重要的意义。用培养的仓鼠原代肝细胞建立肝脂质代谢模型，发现大约40%新合成的apo B被泛素化并降解；在人的脂蛋白代谢模型中，脂质核心再循环受到限制，原因是部分apo B 通过泛素-蛋白酶体系统被迅速降解。给予蛋白酶体抑制剂ALLN或MG132, apo B的多聚泛素化及降解都受到剂量依赖性抑制，提示蛋白酶体抑制剂可能抑制泛素化的apo B被降解。血浆apo E水平与动脉粥样硬化的敏感性相关,巨噬细胞源性的apo E可清除动脉壁的胆固醇而发挥抗动脉粥样硬化作用。在RAW264.7单核巨噬细胞及HepG2细胞转入泛素使其过表达，结果发现apo E 明显泛素化并降解, 而蛋白酶体抑制剂乳胱素可使apo E降解速率减慢，导致apo E聚集。
举例2：阿尔茨海默病（AD）是一种以进行性痴呆为主要临床表现的大脑变性疾病。其病理特征包括老年斑、神经原纤维缠结、海马锥体细胞中颗粒空泡变性及血管壁淀粉样蛋白沉积。研究发现, AD患者脑组织蛋白酶体活性的下降,尤其是在海马、海马旁回、颞上回、颞中回及顶下小叶,且蛋白酶体活性下降与其表达下降不一致,因此认为AD患者脑细胞蛋白酶体活性可能受到抑制。淀粉样蛋白(amyloid proteinβ，Αβ)是细胞外淀粉样斑的主要成分,并存在于神经元内的神经原纤维缠结内,研究发现，Αβ可选择性地抑制20S蛋白酶体糜蛋白酶样活性,且在病理状态下可通过抑制26S蛋白酶体活性来影响泛素依赖性蛋白的降解。可见，泛素-蛋白酶体系统的功能紊乱在AD的发生发展中起着重要的作用。
第六节病原生物基因引起的疾病
人体疾病可以由外源性基因，也就是病原生物的感染引起。由于不同的外源性基因各有特点，相应病原生物的生活特性也各不相同，不同的病原生物基因引起人类疾病的机理也各有特点。
①外源性基因通过病原生物的感染进入体内，在人体的特定组织器官表达，病原生物
得以生成、繁殖，引起机械或生物学损伤。
②病原生物基因在人体内大量表达，病原生物大量繁殖，与人体争夺营养物质，造成
人体营养物质缺乏，引起疾病。
③病原生物基因在人体表达，可产生生物毒素作用于人体细胞，使细胞的一些生理功
能或代谢异常，引起疾病。
④病原生物的基因还可以整合到人体基因组中，改变一些基因的结构，或改变机体原
有基因表达产物的结构和功能、或改变机体原有基因的表达水平、或引起新的异常
蛋白的表达，引起疾病的发生。
第七节疾病分子机制的研究策略
针对如此复杂的疾病发生分子机制，对不同的疾病就要采取不同的研究策略。
一、通过结构分析确定基因变异在疾病发生中的作用
基因结构改变即基因突变是人类疾病发生的重要原因之一。对于由基因结构改变引起的疾病，弄清其发病机制的基本策略是突变基因的结构分析，并通过对突变基因的结构分析找到致病突变。主要方法有：核糖核酸酶切分析、杂合双链分析、化学切割错配、酶促切割错配等。（讲解课件上的图例）
1.核糖核酸酶切分析
①基本原理: 在一定条件下，异源双链核酸分子RNA：RNA或RNA：DNA中错配碱基可被
核糖核酸酶RNase识别并切割，通过凝胶电泳分析酶切片段的大小，即可确定错配的位置。
② Watterson et al., J Clin Microbiol (1998)
– Mutation scanning ；
③ Cleave with RNase 1 and T1 (not RNase A)；Inner promoter primers – SP6 and
T7；
④ Gel detection; could include isotope incorporation
⑤缺点：
?当RNA探针上错配的碱基为嘌呤时，核糖核酸酶切割效率低甚至不切割；
?分析DNA的一条链，突变检出率为 30%；同时分析DNA的两条链，突变检出率为 70%；?需要制备特异性的RNA探针
2.杂合双链分析法（heteroduplex analgsis, HA）
直接在非变性凝胶上分离杂交的突变型-野生型DNA双链。由于突变型和野生型DNA形成的异源杂合双链DNA在其错配处会形成单链环形突起，在非变性凝胶中电泳时，会产生与相应同源双链DNA不同的迁移率。
化学切割错配法（Chemical cleavage of mismatch, CCM）
基本原理：将待测含DNA片段与相应的野生型DNA片段或RNA片段混合变性杂交，在异源杂合的双链核酸分子中，错配的C能被羟胺和哌啶切割，错配的T能被四氧化锇切割，经变性凝胶电泳可确定是否存在突变。
特点：
?突变检出率高；
?如使用荧光检测系统，灵敏度较高；
?可检测长度达 2Kb的核酸片段；
?步骤多、费时、有毒；
?碳化二亚胺检测法
3.酶促切割错配 (enzyme mismatch cleavage )
① polymorphisms can be identified by EMC in DNA–DNA heteroduplexes.
② T4 Endo nuclease VII
③ Enzymes cleave adjacent to the mismatch and products are resolved via gel or
capillary electrophoresis.
④the cleavage enzymes often nick complementary regions of DNA as well. ( increases
background noise, lowers specificity, reduces the pooling capacity of the assay)
二、基因表达水平分析
基因表达分析的主要方法包括Northern印迹杂交法、消减杂交技术、差异显示法、定量RT-PCR、基因表达芯片、基因表达系列分析技术等，在这里主要讨论差异显示法、消减杂交技
术和基因表达系列分析技术。
1. 差异显示技术(mRNA differential display reverse transcription chain reaction, DDRT-PCR)
指在不同的生长时期、在个体的发育与分化的不同阶段、在生物体对疾病的反应以及不同的环境下调控基因的表达是不同的，这就是基因的差别表达（differential expression）。
原理：利用两组特殊的引物对差别表达的基因进行扩增。3’端引物：利用mRNA的poly A尾巴设计。根据mRNA结构分析知道，poly A尾巴之前的两个碱基只有12种可能的排列组合：根据这12种排列组合，设计12种不同的引物，这样就将所有mRNA分成了12组。这些引物由11~12个T及两个其它的碱基组成，用通式5’-T11MN或5’-T12MN 表示，M为A、G、C的任一种，N为A、G、C、T的任一种。这种引物称锚定引物。
5’端引物：5’端为10个碱基（10-mer）组成的随机引物。每一个随机引物都可能与总mRNA 中的某一些分子发生杂交，杂交位点也可能在mRNA的不同位点上。
用一种3’锚定引物和一种5’随机引物进行扩增，可获得50~100条100~500bp的DNA扩增带。为了要寻找更多的DNA差异带，应使用全部的12种锚定引物以及尽可能多的5’随机引物。
2. 抑制性差减杂交(suppressive subtractive hybridization, SSH)
基本原理：SSH是差减杂交与PCR结合的快速分离差异基因的方法。运用杂交动力学原理，丰度高的单链DNA退火时产生同源杂交的速度快于丰度低的单链DNA，使不同丰度的单链DNA得到均衡；抑制PCR利用链内退火优于链间退火的优点，使非目的基因片段两端反向重复序列在退火时产生类似发卡的互补结构, 无法作为模板与引物配对，选择性地抑制了非目的基因片段的扩增，从而使目的基因得到富集、分离。
方法：提取实验组和对照组mRNA合成双链cDNA，经识别 4 碱基的限制性内切酶切割；实验组cDNA平均分为2份，分别连接2个接头；进行2轮差减杂交和抑制性PCR；获得富集的目的基因。
?优点采用两次差减杂交和PCR，保证了高特异性(假阳性率可降至
?6％); 在杂交过程中可使不同丰度基因均衡化，获得低丰度差异
?表达基因;操作相对简便，是目前分离新基因的主要方法。
?缺点起始材料需要 g 级量mRNA; SSH差减克隆片段较小，获取
?cDNA全长序列有一定难度。
3. 基因表达系列分析(Serial Analysis of Gene Expression, SAGE)
是一种用于定量、高通量基因表达分析的实验方法(Velculescu et al., 1995)。SAGE原理: 分离每个转录本的特定位置的较短的单一的序列标签（约9-14个碱基对），这些短的序列被连接、克隆和测序，特定的序列标签的出现次数就反应了对应基因的表达丰度。
三、基因功能研究以确定基因在疾病中的作用
弄清基因的生物学功能，才能明确基因在疾病发生中的具体作用、弄清疾病发生的分子机制。常用的基因功能分析策略包括转基因技术、基因敲除技术、反义技术、基因诱导超表达技术和RNA干扰技术等。
（一）转基因技术确定基因在疾病中的作用
转基因技术是将人工分离和修饰过的外源基因导入培养细胞和/或生物体内，通过导入基因的表达改变细胞或生物体的性状，形成性状的可遗传性修饰。通过对这些性状改变的分析，就能了解导入基因的生物学功能。
举例:如有人用大鼠弹力蛋白酶I基因的增强子与激活的H-ras基因重组成融合基因并导入小鼠，制备的转基因小鼠几乎100%都产生胰腺癌。用这种方法直接证明了原癌基因的突变是肿瘤发生的重要原因。
用转基因技术研究基因的功能或确定基因在疾病中的作用可以在细胞水平进行，也可以通过转基因动物在整体水平进行，基本策略都是细胞的基因转染。
转染基因包括质粒DNA、RNA和寡核苷酸。转染分为瞬时转染和稳定转染，瞬时转染将外源基因导入宿主细胞核内但不整合到染色体中；稳定转染不仅将外源基因导入宿主细胞核内，还将其整合到宿主细胞的染色体中或形成附加体。转染的方法有物理方法(如电穿孔法)、化学方法(如磷酸钙法、阳离子脂质体法、非脂质体脂类法)和生物学方法(如逆转录病毒等病毒介导法)。非脂质体脂类转染试剂对一些细胞的毒性比一般阳离子脂质体的要小,可提高转染效率和扩大使用细胞的范围。影响转染效率的因素较多，如培养细胞的密度、核酸（外源基因）的用量、核酸与转染试剂的比例、转染时间、转染后培养时间等；所以，要获得理想的转染效率，通常要对这些转染条件进行优化。
影响转染的因素：
①细胞培养物，如细胞培养代数、培养基种类、培养基中血清的含量等；
②载体，包括载体大小及形式(超螺旋或线性)；
③导入基因，包括其核酸的纯度、杂质的种类及含量；
④转染方法，不同的转染方法在不同的细胞有不同的转染效率。
（二）基因敲除技术确定基因在疾病中的作用
基因敲除(gene knockout)又被称为基因打靶(gene targeting)，是一种通过外源DNA与染色体DNA之间的同源重组、精细地定点修饰和改造染色体基因片段的技术。基因敲除是在胚胎干细胞技术和同源重组技术基础上发展起来的一门新兴生物技术,具有位点专一性强、打靶后目的片段可以与染色体DNA共同稳定遗传的特点,不仅是一种较理想的改造生物遗传物质的实验方法，也是研究基因的功能、确定基因在疾病发生中的作用最直接和最有效的方法之一。
基因敲除最常使用的细胞是小鼠胚胎干细胞(embryonic stem cells，ES细胞),因为ES细胞在体外有白血病抑制因子(LIF)的条件下培养,可增殖并维持多潜能未分化状态,具备发育成胚系各种组织的能力。
用转染的方法将重组载体导入ES细胞中，使之与ES细胞染色体上的靶基因发生同源重组,把突变或缺失的外源基因置换到ES细胞中,从而使内源性目的基因的转录子中断,阻断ES细胞中目标基因的表达,从表达的角度讲，这个目标基因就被剔除了。转染ES细胞后，通过外源基因上的筛选标记筛选出发生同源重组的ES细胞并将其在体外扩增，再将带有此ES细胞的囊胚移植到假孕鼠的子宫内,使之发育成一个嵌合体。然后将这些ES细胞植入假孕小鼠的子宫内，产生F1代嵌合鼠，F1代小鼠互相交配就可能产生杂合子和纯合子基因敲除小鼠。研究杂合子和纯合子基因敲除小鼠的表型改变,就能了解敲除的目的基因的功能、确定目的基因在疾病发生中的作用。如小鼠是一种对动脉粥样硬化有抗性的动物，当把小鼠的载脂蛋白（apo E）基因敲除后，纯合子apo E基因敲除小鼠在普通饲料或脂肪含量稍高的饲料喂养2～3月，血浆残粒脂蛋白胆固醇含量大大升高，主动脉和冠状动脉出现明显的动脉粥样硬化板块，从而证实了apo E
促进残粒脂蛋白代谢、抗动脉粥样硬化的作用。
基因敲除技术的不足：
①操作复杂,实验周期长,费用昂贵；
②存在基因不完全敲除(incomplete knockout)而导致泄漏突变(leaky mutation)。在基因敲除过程中,被阻断表达的只是染色体中靶基因的某一个或几个外显子而不是该基因的全部编码区,残留的编码序列可能获得新的未知功能,给表型分析带来麻烦；
③基因敲除过程中的染色体片段破坏会导致其它基因的编码区或调控元件破坏,造成多基因删除或死表型；
④基因的冗余和代偿机制也会给表型分析带来很大困难；
⑤同一个打靶载体在不同遗传背景下进行基因敲除获得的表型会有很大差异。
（三）反义技术确定基因在疾病中的作用
反义技术(antisense technique)是根据碱基互补原理,用人工或生物合成特异的互补DNA 或RNA片段(反义核酸)，使之能特异地与目的核酸片段互补结合，从而特异地抑制甚至阻断目的基因的表达的一种技术。根据所采用的反义核酸的不同，反义技术又可分为反义寡核苷酸技术、反义RNA 技术和核酶技术等。
1.用反义寡核苷酸技术确定基因在疾病中的作用
反义寡核苷酸(antisense oligonuleotides，ASON)技术根据碱基互补结合原理、人工或生物合成与目的DNA或RNA互补的寡核苷酸,将其导入细胞后与胞内目的DNA或RNA特异地结合，从而抑制甚至阻断目的基因的表达或目的RNA的翻译,达到人工调控表达基因的目的。目的基因被抑制后会发生表型的变化，通过表型改变的分析，就能了解被抑制基因的功能、确定其在相关疾病发生中的作用。
ASON主要通过以下几种机理抑制或阻断目的基因的表达：
①通过与染色体DNA的互补结合，ASON掺入基因组特异区域并形成三股螺旋DNA(triplex
DNA)或D环(D-loop)结构、或通过对转录因子的套圈作用,封闭目的基因，使目的基因不能被复制，也不能被转录成RNA。
②ASON进入细胞后，与细胞内目的mRNA互补结合，形成DNA·RNA具有双链结构的异源杂交体。
③ASON能与核内不均一RNA（hnRNA）互补结合，使其不能被正确地被剪切，阻断mRNA 的成熟，相应的基因在转录后不能被翻译成蛋白质，基因的表达被阻断。
④ASON能与核糖体rRNA的mRNA结合位点互补结合，阻止mRNA与rRNA结合，进而阻止蛋白质翻译的正确启动，相应基因的表达就会被阻断。
⑤真核细胞RNA转录完成后需经过转录后修饰并移至胞浆的特定部位才能被翻译。特异的ASON与mRNA互补结合后能阻止其进入正确的翻译部位，mRNA不能被翻译成蛋白质，相应基因的表达被阻断。
由于ASON进入机体或细胞后很容易被降解,为提高其稳定性、延长其半寿期，在实际运用过程中往往要对ASON进行修饰。如将ASON磷酸骨架上的氧用硫原子或乙基、甲基代替，形成硫化、乙基化、甲基化的反义寡核苷酸，是第一代修饰方式，其中以硫代修饰使用最多。修饰后的ASON虽然增加了稳定性、延长了其半寿期，但也同时增加了其细胞毒性、还降低了其细胞吸收率。
近年来发现，以2-氨基乙基甘氨酸为基本骨架的多肽链是一种核酸类似物，每个氨基酸残基间由酰胺键连接到多肽骨架上,碱基通过亚甲基羰基连接到多肽骨架上。与核酸不同的是,这种多肽链不含任何戊糖或磷酸成分,而是以酰胺键连接骨架取代核酸中以磷酸二酯键连接骨架。由于这种多肽链能与RNA或DNA互补结合形成稳定的多肽链:DNA或RNA杂合链，所以这种多肽链被称为肽核酸(peptide nucleic acid, PNA)。PNA具有较强的蛋白酶、核酸酶抗性，在机体内或细胞中具有较强的稳定性，当它与DNA或RNA结合后，能阻止其转录或翻译，从而阻断相应基因的表达，是较好的反义抑制剂,被称为第三代反义核酸。
2．反义RNA技术确定基因在疾病中的作用
反义RNA（antisense RNA）是一类自身没有编码功能,但能通过配对碱基间氢键与目的RNA、特别是mRNA的特定区域互补结合，抑制目的RNA功能、调控相应基因表达的小分子RNA。
反义RNA技术就是采用反义RNA抑制目的基因表达，然后通过表型改变的分析，探讨目的基因的功能及其在疾病发生中的作用的一种研究手段。反义RNA的作用机理比较复杂，它对基因表达在多水平、多作用点发挥抑制作用。
在反义RNA技术中，针对目的mRNA设计并合成人工反义RNA是其关键环节之一，选择目的mRNA特异靶序列是设计高效、特异反义RNA的第一步。一般认为，在原核细胞中，反义RNA 针对目的mRNA的SD序列和AUG区域比针对编码区有更强的抑制作用；而针对编码序列不同区域的反义RNA，其抑制程度的差别比较大。在真核系统中，靶序列的选择较复杂，可根据目的mRNA的特点，选择针对其不同区域的反义RNA。针对mRNA前体5ˊ末端的反义RNA 能阻止加“帽”反应及翻译；针对外显子-内含子交界区域的反义RNA能阻止剪接；针对3ˊ末端的反义RNA能阻止mRNA的加尾作用，并阻止mRNA由胞核内向胞浆转运；针对编码区的反义RNA能直接阻止核糖体与mRNA的结合与翻译的延伸过程。通过这些反义RNA能抑制目的mRNA的基因表达、翻译成蛋白质。蛋白质合成被阻断后，就会产生相应的表型改变。分析这些表型改变，就能确定被抑制基因在疾病发生中的作用。
3．核酶技术确定基因在疾病中的作用
核酶就是具有生物催化活性的RNA，能按碱基互补原理识别特定核苷酸序列并特异地剪切底物RNA分子。
根据分子大小可以分成大分子核酶和小分子核酶两类。大分子核酶包括第一型内含子(group I intron), 第二型内含子(group II intron)和核糖核酸酶P的RNA亚基,它们都是由几百到几千个核苷酸组成的结构复杂的大分子。小分子核酶可按结构分为多种,其中包括锤头型(hammerhead)、发夹型(hairpin)、肝炎病毒 D (hepatitis delta virus)和VS核酶(V arkud
第一章 1、简述细胞的遗传物质，怎样证明DNA是遗传物质？ 答：核酸是细胞内的遗传物质，包括脱氧核糖核酸(|DNA)和核糖核酸（RNA）两类，DNA是主要的遗传物质，具有储存遗传信息，将遗传信息传递给子代，物理化学性质稳定，有遗传变异能力适合作为遗传信息的特性，T2噬菌体侵染实验证明了DNA是遗传物质，将蛋白质被35S标记和DNA被32P 标记的T2噬菌体分别侵染E.coli后，发现进入宿主细胞的只有32P标记的DNA，而无35S标记物，所产生的子代噬菌体只含有32P标记的DNA，无S标记的蛋白质，因此证明DNA是遗传物质。 2、研究DNA的一级结构有什么重要的生物学意义？ 答：DNA的一级结构是指DNA分子中的核苷酸排列顺序，它反映了生物界物种的多样性和复杂性，任何一段DNA序列都可以反映出它的高度的个体性和种族特异性，另外DNA一级结构决定其高级结构，研究DNA一级结构对阐明遗传物质结构、功能及表达调控都极其重要。 3、简述DNA双螺旋结构与现在分子生物学发展的关系。 答：DNA双螺旋结构具有碱基互补配对原则具有极其重要的生物学意义，它是DNA复制、转录、逆转录等基因复制与表达的分子基础。DNA为双链，维持了遗传物质的稳定性。 4、DNA双螺旋结构有哪些形式？说明其主要特点和区别。 答：主要有B-DNA，A-DNA,E-DNA形式 B-DNA：每一螺周含有10个碱基对，两个核苷酸之间夹角为36度 A-DNA：碱基对与中心倾角为19度，螺旋夹角为32.7度 E-DNA：左手螺旋，每圈螺旋含12对碱基，G=C碱基对非对称地位于螺旋轴附近。 第二章 1、简述DNA分子的高级结构。 答：1、单链核酸形成的二级结构（发夹结构）2、反向重复序列（十字架结构，每条链从5'--3'方向阅读）3、三股螺旋的DNA（一条链为全嘌呤核苷酸链，另一条链为全嘧啶核苷酸链）4、DNA的四链结构5、DNA结构的动态性与精细结构6、DNA的超螺旋结构与拓扑学性质。 2、什么是DNA的拓扑异构体，它们之间的相互转变依赖于什么？ 答：DNA不同的空间分子构象又称拓扑异构体它们之间转换依赖于连环数L。连环数是指双螺旋DNA中两条链相互缠绕交叉的总次数。 3、简述真核生物染色体的组成，它们是如何组装的？ 答：真核生物的染色体在间期表现为染色质，染色质是以双链DNA作为骨架与组蛋白和非组蛋白及少量各种RNA等共同组成的丝状结构的大分子物质、 组装的顺序：DNA—核小体链—纤丝—突环—玫瑰花结—螺旋圈—染色体 4、简述细胞内RNA的分布结构特点 答：成熟的RNA主要分布在细胞质中，无论是真核或原核细胞质中，成千上万种的RNA都分为三大类：1、转运RNA 2、信使RNA 3、核蛋白体RNA。细胞核内的RNA统称为nRNA. 5、简述细胞内RNA的结构特点以及与DNA的区别。 答：1、碱基组成不同，RNA分子主要是A G C U 而DNA以T代替U。 2、RNA分子中的核糖都是D-核糖，而DNA则是D-2-脱氧核糖。 3、RNA分子中有许多稀有，微量碱基，而DNA除个别外，不含有稀有碱基 4、RNA分子中嘌呤碱基与嘧啶碱基不一定相等。 5、RNA分子具有逆转录作用，RNA翻译成蛋白质是遗传物质，是遗传信息的传递结合表达者。 6、RNA分子具有催化功能。 6、引起DNA变性的主要因素有哪些？核酸变性后分子结构和性质发生了哪些变化？ 答：①加热②极端PH值③有机溶剂，尿素和酰胺等 核酸变性后氢键被破坏而断裂，双链变为单链，而磷酸二酯键并未锻裂在A260nm 处呈现增色效应。DNA溶液的黏度大大下降、沉淀速度增加、浮力密度上升。紫外吸收光谱升高。酸碱滴定曲线改变，生物活性丧失等。 7、检测核酸变性的定性和定量方法是什么？具体参数如何？ 答：在DNA变性过程中，紫外吸收光谱的变化时检测变性最简单的定性和定量方法。核酸在260nm 处具有特征的吸收峰，便是为A260nm。以50ug/ml DNA溶液在A260下测定，三者的A260数值为：
高中生物中心法则知识点 高中生物中心法则基础知识点 1.提出者：克里克。 2.中心法则图解 3.不同生物的遗传信息传递途径不同 (1)以DNA力遗传物质的生物遗传信息的传递 (2)以RNA为遗传物质的生物遗传信息的传递 4.中心法则体现了DNA的两大基本功能 (1)遗传信息的传递主要是通过DNA复制完成的，发生于亲代产生子代的生殖过程或细胞增殖过程中。 (2)遗传信息的表达是通过转录和翻译完成的，发生在个体发育过程中。 病毒进行逆转录将遗传信息进行传递。 反转录病毒的最基本特征是在生命过程活动中，有一个从RNA到DNA的复制过程，即反转录过程——病毒在反转录酶的作用下，以病毒RNA为模板，合成互补的负链DNA后，形成RNA：DNA中间体。中间体的RNA酶H水解，在DNA聚合酶的作用下，由DNA复制成双链DNA。 高中生物中心法则重要知识点 1 内容 中心法则是指遗传信息从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。这是所有细胞结构的生物所遵循的法则。在某些病毒中的RNA自我复制(如烟草花叶病毒等)和在某些病毒中能以RNA为模板逆转录成DNA的过程(某些致癌病毒)是对中心法则的补充和发展。 2 图解 从图解看出，遗传信息的转移分为两类： 一类是以DNA为遗传物质的生物(包括具有细胞结构的真核生物和原核生物以及DNA病毒)遗传信息传递。用实线箭头表示，包括DNA复制、RNA转录和蛋白质的翻译。 另一类以RNA为遗传物质的生物遗传信息传递。包括虚线箭头表示过程，即RNA复制、RNA逆转录。RNA的自我复制和逆转录过程，在病毒单独存在时是不能进行的，只有寄生到寄主细胞中后才发生。 ①RNA病毒(如烟草花叶病毒)遗传信息传递过程： ②逆转录病毒(如某些致癌病毒)遗传信息传递过程。 3 含义 包括五个方面，而且均遵循碱基互补配对原则。 过程 模板 原料 碱基互补 产物
1 绪论 1.1 分子生物学的基本概念 ①分子生物学---广义：在分子水平上研究生命现象，或用分子的术语描述生物现象的学科。 狭义：核酸与蛋白质水平上研究基因的复制，基因的表达（包括RNA转录、蛋白质翻译），基因表达的调控以及基因的突变与交换的分子机 制。 ②序列假说：核酸片段的特异性，完全由其碱基序列决定，而且这种序列是一种蛋白质氨 基酸的密码 ③中心法则：DNA的遗传信息经RNA一旦进入蛋白质，也就不可能再行输出。 ④三大原则：Ⅰ、构成生物大分子的单体是相同的； Ⅱ、生物大分子单体的排列决定了不同生物性状的差异和个体特征； Ⅲ、所有生物遗传信息表达的中心法则是相同的 ⑤分子生物学是研究细胞内大分子的结构、功能和相互作用特点和规律，并通过这些规律认识生命现象的一门科学。 1.2 分子生物学的发展简史 ①细胞学说： （1）以下3点是必修一上的内容： a细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所组成。 b细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。 c新细胞可以从老细胞中产生。 （2）以下7点是百度到的内容： a.细胞是有机体，一切动植物都是由单细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成； b.所有细胞在结构和组成上基本相似； c.新细胞是由已存在的细胞分裂而来； d. 生物的疾病是因为其细胞机能失常； e. 细胞是生物体结构和功能的基本单位； f 生物体是通过细胞的活动来反映其功能的； g. 细胞是一个相对独立的单位，既有他自己的生命，又对于其他细胞共同组成的整体的生命起作用。 ②正向遗传学：在不知道基因化学本质的前提下，仅依靠表型突变体在世代间的传递规律来研究基因的特征和染色体上的位置，描述基因突变和染色体的改变，分析它们对生物形态和生理特征所产生的效应。 ③反向遗传学：通过转基因办法来确定某一基因的功能。 ④George Beadle和Edward Tatum提出“一个基因一个酶”假说 Avery围绕肺炎链球菌的成就第一个动摇了“基因是蛋白质”的理念，为“DNA是遗传物质”的理论建立奠定了基础 Chargaff 法则：A+C=T+G Nirenberg在一周内破解了第一个遗传密码：UUU——苯丙氨酸 Jacob和Monod发现乳糖操纵子模型 Pardee，Jacob，Monod命名的“Pa-Ja-Mo”实验结果证明：基因通过一种RNA严格地控制着蛋白质的合成。这种RNA被命名为“信使RNA”
细鳞斜颌鲴种群的遗传分化及系统发生生物地理学研究 武震M100102115水生生物学 摘要：细鳞斜颌鲴（Xenocypris microlepis）属鲤形目，鲤科，鲴亚科，鲴属。俗称：沙姑子、黄片。我们将以中国各水系细鳞斜颌鲴种群为研究对象，以基因组微卫星标记和线粒体D-loop标记为线索，研究细鳞斜颌鲴种群的遗传分化及系统发生生物地理学特征，探讨相互间的遗传结构、亲缘关系和系统进化关系，为进一步开发和利用细鳞斜颌鲴资源奠定基础。 关键字：细鳞斜颌鲴，线粒体D-loop标记，微卫星标记，遗传分化, 亲缘关系, 系统进化 1．研究背景 细鳞斜颌鲴属中下层鱼类，平时喜生活于江河干支流水域，到了产卵季节，有一定的短距离洄游现象，上溯至适合条件的产卵场进行集群产卵。产后，亲鱼分散游动，离开产卵场，至秋季有一部分群体进入干流附属的湖泊或支流中进行索饵、育肥，冬季则又返回干流水深的潭穴中越冬。细鳞斜颌鲴的食性很杂，自全长2厘米以上的夏花鱼种开始，除摄食少量浮游生物外，主要是腐屑、底泥以及底生硅藻和摇蚊幼虫等底生生物。它在不同类型的水体中，均以腐殖质有机碎屑、腐泥及着生藻类为主要食物。其生长在头两年速度较快，2龄鱼的平均体重可达479克。细鳞斜颌鲴通常2冬龄性成熟，生殖季节在华中和华南地区为4―6月。成熟雌鱼的体重变化在415―1100克以上。平均每千克体重的鱼怀卵量为20万粒左右。产粘性卵，呈浅黄色。产出时卵径为0.8―1.2毫米。雄鱼在生殖季节，有珠星出现。广泛存在于东部各水系之中。故各水系之间的种群长期存在地理隔离，基因交流困难，是一个良好的进化生态学研究材料。国内对此鱼的研究也不多，且多为形态学方面的资料，研究其分子进化和群体遗传，有助于了解该种的资源状况，同时能够为生态学相关理论提供依据。 2．方法 2.1采样 分别采钱塘江，长江，珠江水系细鳞斜颌鲴，每条水系定5—7个点，如钱
?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
生物必修2复习知识点 第二章基因和染色体的关系 第一节减数分裂 一、减数分裂的概念 减数分裂(meiosis)是进行有性生殖的生物形成生殖细胞过程中所特有的细胞分裂方式。在减数分裂过程中，染色体只复制一次，而细胞连续分裂两次，新产生的生殖细胞中的染色体数目比体细胞减少一半。 （注：体细胞主要通过有丝分裂产生，有丝分裂过程中，染色体复制一次，细胞分裂一次，新产生的细胞中的染色体数目与体细胞相同。） 二、减数分裂的过程 1、精子的形成过程：精巢（哺乳动物称睾丸） ●减数第一次分裂1、精子的形成过程：精巢（哺乳动物称睾丸）间期：染色体复制(包括DNA复制和蛋白质的合成)。 前期：同源染色体两两配对（称联会）， 形成四分体。四分体中的非姐妹染色单 体之间常常交叉互换。 中期：同源染色体成对排列在赤道板上 （两侧）。 后期：同源染色体分离；非同源染色体 自由组合。 末期：细胞质分裂，形成2个子细胞。 ●减数第二次分裂（无同源染色体 ．．．．．．） 前期：染色体排列散乱。 中期：每条染色体的着丝粒都排列在细胞中央的赤道板上。 后期：姐妹染色单体分开，成为两条子染色体。并分别移向细胞两极。 末期：细胞质分裂，每个细胞形成2个子细胞，最终共形成4个子细胞。
2、卵细胞的形成过程：卵巢 附：减数分裂过程中染色体和DNA 的变化规律 三、精子与卵细胞的形成过程的比较 精子的形成 卵细胞的形成 不 同点 形成部位 精巢（哺乳动物称睾丸） 卵巢 过 程 有变形期 无变形期 子细胞数 一个精原细胞形成4个精子 一个卵原细胞形成1个卵细胞+3个极体 相同点 精子和卵细胞中染色体数目都是体细胞的一半
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]：
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
高中生物教案基因详解
第四章第2节基因对性状的控制 学校：*****高中学科：生物 一、教材分析： 本节包括“中心法则的提出及其发展”和“基因、蛋白质与性状的关系”两部分内容。中心法则是生物学的核心规律，“基因、蛋白质与性状的关系”是对三者关系的总结。 二、教学目标 1、知识目标： ⑴解释中心法则的基本内容 ⑵举例说明基因与性状的关系 2、能力目标 ⑴锻炼学生根据实验证据得出结论的能力 ⑵理解结构与功能相适应的生物学原理。 3、情感、态度和价值观目标 通过中心法则的修改，基因、蛋白质与性状三者关系的确立，让学生认识到科学是一个逐步完善的过程，同时科学发展是永无止境的。 三、教学重难点 重点：（1）中心法则的理解 （2）基因、蛋白质与性状的关系。 难点：基因、蛋白质与性状的关系。 四、学情分析 在初中生物课以及前三章的学习中，阐述的都是基因与性状的关系，学生对蛋白质在其中的作用并不很明确。教材中的几个实例也都是着眼与此，与前面的遗传因子等遥相呼应，是学生从整体上把握三者的关系。 五、教学方法 1、教师讲述、举例、演示、启发与学生阅读、思考、讨论探索相结合。 2、学案导学 六、课前准备 1、学生的学习准备：完成课前预习学案，提出疑惑 2、教师的教学准备：课前预习学案、课内探究学案、课后训练与提高、 七．课时安排：1课时 八．教学过程 ㈠预习检查、总结疑惑 ㈡情境导入、展示目标 〖问〗水中的叶比空气中的叶要狭小细长一些，这两种形态的叶，其细胞的基因组成应是一样的。为什么叶片细胞的基因组成相同，而叶片却表现出明显不同的形态？
㈢合作探究，精讲点拨 探究活动一：中心法则的提出及发展 引导学生阅读P69资料分析，小组内讨论交流，尝试根据提供的实验证据，分析最初的中心法则的不足，并作出适当的修改；鼓励学生展示小组讨论结果；最后阐述中心法则的基本内容。 〖提示〗1.没有。实验证据指出了原有的中心法则所没有包含的遗传信息的可能传递途径，是对原有中心法则的补充而非否定。 2.遗传信息从RNA流向DNA、从RNA流向RNA的结论是确信无疑的，而从蛋白质流向蛋白质的途径是有可能存在的。 3.尝试归纳中心法则与基因表达的关系，如图： 引导学生阅读教材P69-70， 〖问〗1、如何用中心法则来解释豌豆的圆粒和皱粒这一对相对性状？与人的白化病的形成有何相似之处？两个例子中的蛋白质都属于哪一类物质？并尝试用基因、蛋白质、性状画出概念图。 2、囊性纤维病的形成中，基因控制合成的蛋白质也是酶吗？能否再举一个相似的例子？（可提示这种蛋白质叫做结构蛋白）也用概念图画出三者的关系。 3、对比两个概念图，进行归纳。 学生思考问题，小组内交流，教师要适时与学生互动，及时发现、解决学生产生的疑问，并引导学生得出正确结论。然后教师进行归纳总结： 基因控制性状是通过控制蛋白质合成来实现的，一类是类似豌豆的圆粒与皱粒、白化病和侏儒症等实例，说明基因通过控制酶或激素的合成来控制细胞代谢过程，从而控制生物性状；另一类是类似囊性纤维病、镰刀型贫血症等实例，说明基因通过控制结构蛋白的合成，从而直接控制性状。以上分析综合如下图。由此可见，基因控制性状是通过控制蛋白质的合成来实现的。） 探究活动三：基因控制生物性状的影响因素 教师可演示果蝇翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因指导下合成的，酶的活性受温度、pH等条件的影响等资料，对人身高的研究资料，并组织学生讨论影响人身高的因素还有那些；学生阅读P70的细胞质基因的资料，来丰富对基因控制性状的认识；教师最后进行归纳： (1)一个基因能决定一种性状，但有的性状受多对基因的控制(如人的身高)。多因一效与一因多效 (2)基因控制性状还受到环境的影响
细胞和分子生物学实验重点知识点汇总 Experiment1细胞有丝分裂 间期：有明显的细胞核，染色质分布较均均，由于染色质易与碱性染料结合，故细胞核的染色比细胞质深。核中可见1～3个染色较浅的呈球状的核仁 前期：细胞核膨大，染色质逐渐螺旋化为丝状的染色丝，其后染色丝进一步缩短变粗，形成一定形态和书目的染色体（这时候的每条染色体由两条染色单体组成，但在光镜下一般不易看清），核膜、核仁逐渐消失 中期：每条染色体中的成对染色单体逐渐分开（但着丝粒仍未分离）全部染色体（2n=16）移向细胞中央的赤道面上，形成赤道板。在赤道板到两面有许多纺锤丝连接细胞两极和染色体的着丝点，成为纺锤体，但不易观察到，此时染色体形态最典型 后期：着丝粒纵裂为二。这是，每条染色体的两条染色单体已完全分开，由于纺锤丝的牵引，分别向细胞的两极移动，形成了数目相等的两组染色体（这是所观察到的染色体数目比原来增加1倍，是由于S期内DNA含量倍增的结果） 末期：染色体移到两极并解旋为染色质，细胞中部出现细胞板，并逐渐向边缘发展。当染色质构成核网时，核膜、核仁重新出现。细胞板达到两边，分裂结束，形成两个子细胞，细胞又进入间期状态。 Experiment2动物染色体的制备 原理：染色体只有在分裂期的细胞，特别是中期细胞中表现出典型形态便于观察和计数，所以必须采取特殊的技术方法，从发生有丝分裂的组织和细胞悬液中得到。最常用的途径是从骨髓细胞、血淋巴细胞和组织培养的细胞中制备。骨髓细胞数量多、分裂旺盛，不需体外培养和无菌操作，便于取材。 秋水仙素的作用：抑制纺锤体的形成，使细胞停留在分裂中期 KCl低渗溶液：使细胞膨胀，促使中期染色体散开 固定液：有固定作用，对染色体还有一定的分散作用 Giemsa染色液：染色 结果：低倍镜下，可见到许多大笑不等被染成紫红色呈圆形的间期细胞核以及分散在它们之间的中期分裂象。小鼠染色体一般呈“U”形，染色体2n=40
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。
, 内膜系统的膜结构破裂后自己重新封闭起来的小囊泡(主要 是内质网和高尔基体), 是异质性的集合体, 形态、大小及功能常因生物种类和细胞类型不同而异。据微体内含有的酶的不同可分为过氧化物酶体、糖酵解酶体和乙醛酸循环体。在蛋白质合成过程中,同一条mRNA分子能够同多个核糖体结合，同时合成若干条蛋白质多肽链，结合在同一条mRNA上的核糖 叠的多肽链相互作用的蛋白质，能够加速正确折叠的进行或提供折叠发生所需要的微环境。动物体细胞在体外可传代的次数，与物种的寿命有关，它们的增殖能力不是无限的， DNA在核小体连接处断裂成核小体片 色体末端的特殊结构，即染色体末端DNA 序列的多个重复，其作用是保护和稳定染色 RNA 依赖性DNA 聚合酶，为一种核糖核蛋白酶，是合成端粒必需的酶。在双线期中,交叉数目逐渐减少,在着丝粒两侧的交叉向两端移动.这个现象称为 成染色体联会的两条同源染色体互相紧靠，进而缠绕在一起，基质开始附着到染色丝上，成为一条短而粗的染色体。据染色体被拉向两极所受到的力的不同，后期可分为后期A 和后期B,此时的染色体 启动DNA复制的关键因子,是真核细胞DNA M期促进因子。
能够促使染色体凝集，使细胞由G2期进入M 物质多肽的形式合成，其N末端含有作为通过膜时之信号的氨基酸序列。引导前体多肽 是指具有摄取、处理及提呈抗原能力的细胞，能摄取病原体蛋白并将其加工将成短肽段，呈递给T细胞。 ,从中 于高等真核细胞中，是内层核被膜下纤维蛋白片层，纤维纵横排列整齐呈纤维网络状。 成串排列在一起，主要集中在染色体的着丝 DNA和组蛋白构成，是染色质的基本结构 在一定时期的特种细胞的细胞核内, 它由不表达的DNA序列组成， 分裂过程中,核仁出现周期性变化。一般在分裂前期逐渐消失，其纤丝和颗粒成分散失于核质之中；在分裂末期又重新出现。核仁的形成常与特定染色体的一定区域密切相关。 色体片段, 通过次缢痕与染色体主要部分相连。 指染色体组在有丝分裂中期的表型, 是染色体数目、大小、 是卵母细胞进行第一次减数分裂时, 停留在双线期的染色体。含4条染色单体,形似灯刷。 由核内有丝分裂产生的多股染色单体平行排列而成。
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
第三章细胞的分子基础 一、名词解释 1、原生质 2、biological macromolecules 3、核酸 4、磷酸二酯键 5、peptide bond 二、选择题 【A1型题】 1、细胞中的下列化合物，哪些属于生物小分子( ) A．蛋白质B．糖类C．酶D．核E．以上都不对 2、原生质是指( ) A．人细胞内的所有生命物质B．蛋白质C．糖类D．无机化合物E．有机化合物3、细胞内结构最简单，含量最多的化合物是( ) A．葡萄糖B．氨基酸C．甘油D．H2O E．磷酸 4、构成蛋白质分子和酶分子的基本单位是( ) A．氨基酸D．核苷酸C．脂肪酸D．核酸E．磷酸 5、维持蛋白质一级结构的主要化学键是( ) A．氢键B．离子键C．疏水键D．肽键E．二硫键 6、组成核酸的基本结构单位是( ) A．核苷酸B．氨基酸C．碱基D．戊糖E．磷酸 7、维持多核苷酸链的化学键主要是( ) A．酯键B．糖苷键C．磷酸二酷键D．肽键E．离子键 8、核苷与磷酸之间，通过什么键连接成单核苷酸( ) A．糖苷键B．酯键C．氢键D．肽键E．离子键 9、由含氮碱基、戊糖、磷酸3种分子构成的化合物是( ) A．氨基酸B．核苷酸C．脂肪酸D．葡萄糖E．核酸 10、关于核酸，下列哪项叙述是正确的( ) A．核酸最初是从细胞核中分离出来，因具酸性，故称为核酸 B．核酸最初是从细胞质中分离出来，因具酸性，故称为核酸 C．核酸最初是从细胞核中分离出来，因具碱性，故称为核酸 D．核酸最初是从核仁中分离出来，因具酸性，故称为核酸 E．以上全错 11、下列哪种元素被称为生命物质的分子结构中心元素，即细胞中最重要的元素( ) A．氢(H) B．氧(O) C．碳(C) D．氮(N) E．钙(Cn) 12、细胞中的下列哪种化合物属生物小分子( ) A．蛋白质B．酶C．核酸D．糖E．胆固醇 13、细胞中的下列化合物中，哪项属于生物大分子( ) A．无机盐B．游离水C．过氧化氢酶D．胆固醇E．葡萄糖 14、核糖与脱氧核糖的主要区别是在于其分子的哪一 位碳原子所连羟基上脱去了一个氧原子( ) A．第一位B．第二位C．第三位D．第四位E．第五位 15、DNA和RNA彻底水解后的产物相比较( ) A．碱基相同，核糖不同B．碱基不同，核糖相同
1．某种RNA病毒在增殖过程中，其遗传物质需要经过某种转变后整合到真核宿主的基因组中。物质Y与脱氧核苷酸结构相似，可抑制该病毒的增殖，但不抑制宿主细胞的增殖，那么Y抑制该病毒增殖的机制是( ) A．抑制该病毒RNA的转录过程 B．抑制该病毒蛋白质的翻译过程 C．抑制该RNA病毒的逆转录过程 D．抑制该病毒RNA的自我复制过程 2．人们通过对青霉素、链霉素、四环素、氯霉素等抗生素研究发现，抗生素能够杀死细菌等病原体而对人体无害，其原因是抗生素能够有效地阻断细菌细胞内的蛋白质合成，而不影响人体内蛋白质的合成。人们对此现象提出了许多假设，其中最不合理的是( ) A．抗生素能阻断细菌DNA的转录过程，而不影响人体DNA的转录过程 B．抗生素能阻断细菌转运RNA的功能，而不影响人体转运RNA的功能 C．抗生素能阻断细菌内核糖体的功能，而不影响人体内核糖体的功能 D．抗生素能阻断细菌线粒体的功能，而不影响人体线粒体的功能 3．人体未成熟红细胞中的PK基因编码丙酮酸激酶(PK)。如果PK基因突变会导致PK活性降低，红细胞中ATP生成量减少使Na＋累积而成球形，最终破裂导致溶血性贫血。以下说法正确的是( ) A．该病说明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状 B．人体正常成熟的红细胞排出Na＋所需能量主要由线粒体提供 C．RNA聚合酶读取到突变PK基因上的终止密码子时停止转录 D．翻译时，遗传信息借助mRNA表达为蛋白质的氨基酸序列 4.如图表示有关遗传信息传递的模拟实验，相关叙述合理的是( ) A．若X是mRNA，Y是多肽，则管内必须加入氨基酸 B．若X是DNA一条链，Y含有U，则管内必须加入逆转录酶
分子生物学知识点总结 1.蛋白质组(proteome)：proteins expressed by a genome, 即基因组表达的 全套蛋白质。蛋白质组学（Protemics）则是以蛋白质组为研究对象，从整体角度，分析细胞或组织内蛋白质构成的动态变化和活动规律的科学。（相互作用网络PPI） 2.表达蛋白质组学研究的基本流程：蛋白样品的制备及定量-总蛋白的双向凝 胶电泳（染色）-凝胶分析软件分析-胶内酶解（胰肽酶）-质谱分析（肽质量指纹图谱）-数据库搜索鉴定蛋白性质 3.双向凝胶电泳：相互垂直的两个方向上，分别基于蛋白质不同的等电点和分 子量，先经等电聚焦电泳(isoelectric focusing， IEF)，再经变性聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）把复杂的蛋白质成分分离。 4.比较蛋白质组学：通过比较同一个体肿瘤细胞（组织）与正常细胞（组织） 之间蛋白质在表达数量、表达位置和修饰状态上的差异，发现与肿瘤发病或者发展有关的分子标记，用来作为肿瘤诊断的肿瘤相关蛋白。 5.软电离：所谓“软电离”是指样品分子电离时保留整个分子的完整性，不会 形成碎片离子。 6.肿瘤血清蛋白质分析方法（tumor serologic proteome analysis， SERPA）： 是从肿瘤免疫学观点出发建立的一种蛋白质组学和肿瘤免疫学相结合的方法。 SERPA其实验过程如下： ①双向电泳分离肿瘤组织（细胞）总蛋白质； ②转膜； ③建立western blotting蛋白质印迹反应图谱（与患者或正常人血清反应）； ④软件分析确定差异反应的蛋白质斑点； ⑤质谱鉴定和生物信息对肿瘤组织平行胶(replica gel)中相应的差异蛋白 质点进行鉴定，筛选出肿瘤分子标志物； ⑥用ELISA、免疫组化等方法对该分子标志物进行原位验证，或者进一步分 析该蛋白功能，研究其在肿瘤进展中发挥的作用。 7.蛋白质芯片：是将大量蛋白质分子按预先设置的排列固定于一种载体表面， 形成微阵列，根据蛋白质分子间特异性结合的原理，构建微流体生物化学分析系统，以实现对生物分子的准确、快速、大信息量的检测。 8.功能蛋白质组学：是指对蛋白质间、蛋白质与DNA/RNA间的相互作用的研究。 以细胞内与某个功能有关或某种条件下的一群蛋白质为主要研究内容，由此建立细胞内外信号传递的复杂网络。研究方法主要有： ●蛋白质芯片技术 目前常用蛋白质芯片有： 1. SELDI-TOF-MS蛋白质芯片 2. 抗体芯片 3. 靶蛋白质芯片 4. 液相蛋白质芯片 ●噬菌体展示技术 ●酵母双杂交系统 ●免疫共沉淀
分子生物学的产生与发展 分子生物学是指从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学。不同于传统的生物物理学和生物化学，研究某一特定生物体或某一种生物体内的某一特定器官的小分子物质在生物体内的物理、化学变化，分子生物学着重在大分子研究水平上，主要是蛋白质、核酸、直至体系以及部分多糖及其复合体系，阐明整个生物界所共同具有的基本特征。1953年沃森、克里克提出DNA分子的双螺旋结构模型是分子生物学诞生的标志。而在DNA分子的双螺旋结构模型发现以前，对蛋白质、核酸的发现和认识为后来分子生物学的发展奠定基础，整个分子生物学发展的准备阶段可以追溯到19世纪中期。 一、蛋白质的发现和认识 19时期前半世纪，法国化学家盖·吕萨克发现酵母可以将糖转化为酒精。1833年，帕耶恩和珀索兹从麦芽提取液中得到一种对热不稳定的物质，它可以使淀粉水解为可溶性糖，这种物质是历史上发现的第一个酶——淀粉糖化酶。1835年伯齐利厄斯提出了催化作用概念，生化现象中起催化作用的物质被称为酵素或者生物催化剂。1878年费德里克·威廉·库恩指出，发酵现象中不是酵母本身，而是酵母中的某种物质催化了酵解反映，被给这种物质取名为酶。1897年爱德华?毕希纳发现一种离体酵母提取物可以使酒精发酵，即酵母细胞产生一种酶，这种酶引起发酵，他们证明离体酵母提取物可以象活体酵母细胞一样将葡萄糖转变为酒精和二氧化碳。也就是说，这一转变并不依赖于酵母细胞，而是依赖于无生命的酶。由此奠定了现代生物化学的基石。德国化学家费歇尔，生物化学的创始人，1899年开始对氨基酸、多肽及蛋白质的研究，发展和改进了许多分析方法，认识了19种氨基酸，并认为蛋白质都是由20种氨基酸以不同数量比例和不同排列方式结合而成的。 经过一个半世纪的摸索，人们从酵母中率先认识到能对生物产生催化作用的酶，进而继续研究开始对蛋白质的认识。直到19世纪末期，费谢尔发现蛋白质是由20种氨基酸按不同比例组合而成的。根据不同的排列组合，形成我们机体形形色色的蛋白质物质，成为构成细胞的基本有机物，它们生命活动的主要承担者，至此，对蛋白质的认识开启了人们进一步研究生命的大门，同时也奠定了生物化学的基础。 二、核酸的发现和认识 1869年瑞士生物化学家约翰?米歇尔在蒂宾根研究脓细胞的时候获得了十分重要的发现。当时人们认为脓细胞主要是由蛋白质构成，然而米歇尔注意到某种不属于迄今已知的任何蛋白质物质的存在。事实上，他证明了这种物质完全不是蛋白质并且不受消化蛋白酶——胃蛋白酶的影响。他同时还证明这种新物质仅仅来自细胞核，因此取名为“核素”，1889年，阿尔特曼命名了“核酸”一词。德国生物化学家科塞尔，细胞化学的奠基人，他在著作《细胞核的化学成分》中提到：核物质也是这种组成，化学分析表明，首先在许多情况下核物质分解成两部分，其中之一有蛋白质特性。这部分除正常的蛋白质外，不具有其他原子团。然而，另一部分有特殊的结构，已给它命名为核酸。他又进一步提出，核酸包含4种含氮基团：胞嘧啶、胸腺嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤。1910年因其对蛋白质和核酸的研究荣获诺贝尔生理学与医学奖。至此，核酸进入到研究领域，在接下来的时间里，人们开始对核酸及其性质进行研究。 1909年，俄裔美国生物化学家莱文和雅各布斯通过鉴定存在于酵母核酸中的碳水化合