CHAPTER 3 Transcription
3.1 Outline of Transcription
3.2 Transcription in Prokaryotes 3.3 Transcription in Eukaryotes 3.4 RNA Splicing and Processing
Central Dogma
3.1 Outline of Transcription
Key Terms
?Transcription: a DNA segment that constitutes a gene is read and transcribed into a single stranded sequence of RNA.
?The sense strand(coding strand)of DNA has the same sequence as the mRNA and is related by the genetic code to the protein sequence that it represents.
?The antisense strand(Template strand)of DNA is complementary to the sense strand, and is the one that acts as the template for synthesis of mRNA.
?A promoter
is a region of DNA where RNA polymerase binds to
initiate transcription.
?Startpoint (startsite) refers to
the position on DNA
corresponding to the first base
incorporated into RNA.
?A terminator is a sequence of
DNA that causes RNA
polymerase to terminate
transcription.Key Terms
Transcription unit
Enzymatic synthesis of RNA
DNA template
rN′TP+n rNTP rN′TP-(rNMP)n +nPPi
RNA-P, Mg2+
RNA合成:
前体为4种5′-核苷三磷酸(rNTP) —ATP,GTP,CTP和UTP;
模板为DNA双链分子中的一条链;
催化合成的酶为RNA polymerase;
不需要引物,直接开始新生RNA链的延伸;
碱基配对原则:A-U(T), C-G;
聚合反应中生成磷酸二酯键,释放出PPi;
新生RNA链的延伸方向: 5′→3′
3.2 Transcription in Prokaryotes
3.2.1 RNA polymerases
3.2.2 Promoter recognition
3.2.3 Initiation and elongation of transcription 3.2.4 Two types of terminators in E.coli
3.2.1 RNA polymerase
RNA聚合酶核心酶：
α2ββ′
RNA聚合酶全酶：
α2ββ′σ
RNA聚合酶各亚基的
功能（见左图）
Sigma factor changes the DNA-
binding properties of RNA
polymerase so that its affinity for
general DNA is reduced and its
affinity for promoters is increased.
E.coli has several sigma factors,
each of which causes RNA
polymerase to initiate at a set of
promoters defined by specific –35
and –10 sequences.
The sigma subunit is required only for
transcription initiation
3.2.2 Promoter recognition
The promoter has three components
1）-10区, 又称Pribnow Box
保守序列为T
80A
95
T
45
A
60
A
50
T
96
。在RNA聚合酶的作用下，富含
AT的Pribnow框内的DNA双螺旋首先发生解链，与RNA聚合酶形成开放性启动子复合物。
2）-35区：保守序列为T
82T
84
G
78
A
65
C
54
A
45,
。
3）转录启始点：多数为A或G
3.2.3 Initiation of transcription
?Closed binary complex:
holoenzyme·DNA duplex
?Opened binary complex: holoenzyme·separated DNA duplex
?Ternary complex: holoenzyme·separated
DNA duplex ·nascent RNA(up to 9 nucleotides)?Sigma factor is released from RNA polymerase
when the nascent RNA chain reaches 8-9 bases in length, forming the elongation ternary complex
of core polymerase·DNA ·nascent RNA.
3.2.4 Elongation of transcription
The Elongating RNA Polymerase:
Unwind the DNA in front;
Re-anneal the DNA behind,
Synthesize and proofread RNA;
Dissociate the growing RNA chain from the template Proofreading function of RNA polymerase: Pyrophosphorolytic editing: remove an incorrectly
inserted ribonucleotide Hydrolytic editing: remove the error-containing sequence
Gre factor enhances hydrolytic editing
3.2.4 Two types of terminators in E. coli
Intrinsic terminators are able
to terminate transcription by
bacterial RNA polymerase in
the absence of any additional
factors.
Intrinsic terminators consist of
a G·C-rich hairpin in the RNA
product followed by a U-rich
region
.
Rho-independent terminators:
Rho-dependent terminators
Rho factor: N-terminal RNA-binding
domain C-terminal ATPase domain.
Rho factor binds to a rut site on nascent
RNA.
The rut site has a sequence rich in C
and poor in G preceding the actual
site(s) of termination.
Rho factor binds to a rut
site on nascent RNA and translocates along the RNA to release it from the RNA-DNA hybrid structure at the RNA polymerase.
Rho factor fails to bind any transcript that is being translated.
3.3 Transcription in Eukaryotes
3.3.1 Eukaryotic RNA polymerases
3.3.2 Promoter and enhancer
3.3.3 Initiation of transcription
3.3.4 Elongation of transcription
3.3.4 Termination of transcription
3.3.1 Eukaryotic RNA polymerases
RNA polymerase I synthesizes rRNA in the nucleolus.
RNA polymerase II synthesizes heterogeneous nuclear RNA (hnRNA), the precursor for mRNA, in the nucleoplasm.
RNA polymerase III synthesizes tRNAs, 5S rRNA and other small RNAs in the nucleoplasm.
All eukaryotic RNA polymerases have ~12 subunits and are aggregates of >500kD. Some subunits are common to all three RNA polymerases.
3.3.2Promoter and Enhancer The RNA polymerase
I promoter consists of
a core promoter and an
upstream promoter
element (UPE).
A core promoter is the
shortest sequence at
which an RNA
polymerase can initiate
transcription.
a. RNA polymerase I promoter
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。
(gene) RNA DNA --(exon) --(intron) 5'-3'-(UTR) () (split-gene) (genome) () DNA 3X1 09(30bp)10 DNA C(C-value Paradox) human genome project, HGP genomics,structural genomics functional genomics proteome proteomics DNA (2--3) DNA• ()(>lO5) DNA(Satellite DNA) () 1 DNA () 2 (long interspersed repeated segments) LINES (Short interspersed repeated segments) SINES SINES<500bp>105Alu LINEs>1000bp(7Kb),104-105LINEl ()(Unique Sequence)
(gene family) (ancestral gene)(duplication) (gene cluster)(tandemly repeated genes)rRNA tRNA (Pseudogene) a1a1 (processed pseudogene) 1tRNA 1300tRNA tRNA 2rRNA >l00copy rRNA(28S18S 5.8s-rRNA) 3 30-40copy7q32-q36 (H1H2A H2B H3H4) intron Poly(A)- RNA 4 16p13(24Kb)5'------1--2--1--3' 11p15(60Kb)5'----Gr--Ar--------3' (Supergene family Superfamily) 1A1u 50-1003-6Kb Alu A1u300bp 2X130bp +31bp() 7-21bp(direct repeats)? Alu90%Alu Alu 2• • Variable number tamdem repeat VNTR DNA(minisatellite DNA) (6-40bp)(6-100) VNTR----DNA fingerprint. DNA H-Ras 3short tandem repeat,STR DNA microstallite DNA 2-6(10-60), l0kb
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
分子生物学笔记 ? ?第一章基因的结构第一节基因和基因组 一、基因(gene) 是合成一种功能蛋白或RNA分子所必须的全部DNA序列． 一个典型的真核基因包括 ①编码序列—外显子(exon) ②插入外显子之间的非编码序列—内合子(intron) ③5'-端和3'-端非翻译区(UTR) ④调控序列(可位于上述三种序列中) 绝大多数真核基因是断裂基因(split-gene)，外显子不连续。 二、基因组(genome) 一特定生物体的整套(单倍体)遗传物质的总和， 基因组的大小用全部DNA的碱基对总数表示。 人基因组3X1 09(30亿bp)，共编码约10万个基因。 每种真核生物的单倍体基因组中的全部DNA量称为C值，与进化的复杂性并不一致(C-value Paradox)。 人类基因组计划（human genome project, HGP） 基因组学（genomics）,结构基因组学（structural genomics）和功能基因组学（functional genomics）。蛋白质组（proteome）和蛋白质组学（proteomics）
第二节真核生物基因组 一、真核生物基因组的特点：， ①真核基因组DNA在细胞核内处于以核小体为基本单位的染色体结构中． ②真核基因组中，编码序列只占整个基因组的很小部分(2—3％)， 二、真核基因组中DNA序列的分类？ (一)高度重复序列(重复次数>lO5) 卫星DNA(Satellite DNA) (二)中度重复序列 1．中度重复序列的特点 ①重复单位序列相似，但不完全一样， ②散在分布于基因组中． ③序列的长度和拷贝数非常不均一， ④中度重复序列一般具有种属特异性，可作为DNA标记． ⑤中度重复序列可能是转座元件(返座子)， 2．中度重复序列的分类 ①长散在重复序列(long interspersed repeated segments．)LINES ②短散在重复序列(Short interspersed repeated segments)SINES SINES：长度<500bp，拷贝数>105．如人Alu序列 LINEs：长度>1000bp(可达7Kb),拷贝数104-105，如人LINEl (三)单拷贝序列(Unique Sequence) 包括大多数编码蛋白质的结构基因和基因间间隔序列， 三、基因家族(gene family)
（生物科技行业）分子生物学中英文对照
acetylCoA/乙酰辅酶A一种小分子的水溶性代谢产物,由与辅酶A相连的乙酰基组成,产生于丙酮酸、脂肪酸及氨基酸的氧化过程;其乙酰基在柠檬酸循环中被转移到柠檬酸。 actin/肌动蛋白,肌纤蛋白富含于真核细胞中的结构蛋白,与许多其他蛋白相互作用。其球形单体(G2肌动蛋白)聚合形成肌动蛋白纤丝(F2肌动蛋白)。在肌肉细胞收缩时F2肌动蛋白与肌球蛋白相互作用。activationenergy/活化能(克服障碍以)启动化学反应所需的能量投入。降低活化能,可增加酶的反应速率。activesite/活性中心,活性部位酶分子上与底物结合及进行催化反应的区域。 activetransport/主动转运离子或小分子逆浓度梯度或电化学梯度的耗能跨膜运动。由ATP耦联水解或另一分子顺其电化学梯度的转运提供能量。 adenylylcyclase/酰苷酸环化酶催化由ATP生成环化腺苷酸(cAMP)的膜附着酶。特定配体与细胞表面的相应受体结合引发该酶的激活并使胞内的cAMP升高。 allele/等位基因位于同源染色体上对应部位的基因的两种或多种可能形式之一。allosterictransition/变构转换小分子与蛋白质上特定调节部位相结合所引起的蛋白质之三级及(或)四级结构的改变,其活性随之发生变化。多亚单位酶的变构调节很普遍。 alpha(α)helix/α螺旋常见的蛋白质二级结构,其氨基酸线性序列叠为右旋螺旋,借助主链上的羧基与酰胺基间的氢键维持稳定。 aminoacyl2tRNA/氨酰转移核糖核酸用于蛋白合成的氨基酸的激活形式,含有借高能酯键与tRNA分子上3’2羟基相结合的氨基酸。 amphipathic/两亲的,兼性的指既有亲水性部分又有疏水性部分的分子或结构。 anaphase/(细胞分裂)后期姐妹染色体(或有丝分裂期的成对同源物)裂开并分别(分离)朝纺锤体两极移动的有丝分裂期。 anticodon/反密码子与mRNA的密码子互补的tRNA中三个核苷酸的序列,蛋白合成过程中,密码子与反密码子之间的碱基配对使携带增长肽链的新增对等氨基酸的tRNA排齐。 antiport/反向转运协同转运的一种形式,膜蛋白(反向转运子)向相反的方向转运两种不同的分子或离子跨越细胞膜。 antisenseRNA/反义核糖核酸具有与某种特异性RNA转录物或mRNA互补序列的核糖核酸,其结合可阻止mRNA转录或翻译过程。 apoptosis/编程性细胞死亡,细胞程序死亡通过一系列很鲜明的形态学改变而导致细胞死亡的受调节过程。aster/星体由微管组成的星形结构(称星状纤维),它在有丝分裂期自中心体呈放射状向外延伸。ATPsynthase/ATP合酶附着在线粒体内膜、叶绿体的类囊体膜及细菌浆膜的多聚体蛋白复合物,它在氧化磷酸化及光合作用过程中催化ATP的合成。也叫F0F1复合体。 ATPase/ATP酶催化ATP水解成ADP与无机磷酸并释放自由能的一大族酶中的一种。autonomouslyreplicatingsequence(ARS)/自主复制序列可使酵母菌DNA分子复制的序列;酵母菌DNA 复制的一个起源。 autoradiography/放射自显影术让照相底片或胶片暴露于样本,使样本(如组织切片或电泳凝胶)中的放射活性分子显影的技术。片子叫作放射自显影图或放射自显影片。 auxotroph/营养缺陷体只有培养基内含有不为野生型所需的某种特定养分或代谢物时才能够生长的一种突变细胞或微生物。 axoneme/轴丝存在于纤毛及鞭毛、由微管及相连蛋白构成的束,它负责其运动功能。 basalbody/基体纤毛及鞭毛基底部的结构,微管自该处形成轴丝放射,构造上与中心粒相似。basallamina(pl.basallaminae)/基底层细胞外基质成分组成的薄片网状物,位于大多数动物上皮层及其他形成组织的细胞(如肌肉)的结构之下,使其与结缔组织分隔开来。 base/碱基通常含有氮,可以接受一个质子(H+)的化合物。一般在DNA和RNA中表示嘌呤与嘧啶。basepair/碱基对DNA或RNA分子上两个互补核苷酸的结合,靠彼此碱基成分间的氢键来固定。
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。
分子生物学笔记第一章基因的结构 第一节基因和基因组 一、基因(gene)是合成一种功能蛋白或RNA分子所必须的全部DNA序列. 一个典型的真核基因包括 ①编码序列—外显子(exon)②插入外显子之间的非编码序列—内合子(intron)③5'-端和3'-端非翻译区(UTR) ④调控 序列(可位于上述三种序列中) 绝大多数真核基因是断裂基因(split-gene) ，外显子不连续。 二、基因组(genome) 一特定生物体的整套(单倍体)遗传物质的总和，基因组的大小用全部DNA的碱基对总数表示。人基因组3X1 09(30亿bp)，共编码约10万个基因。 每种真核生物的单倍体基因组中的全部DNA量称为C值，与进化的复杂性并不一致(C-value Paradox)。 人类基因组计划( human genome project, HGP ) 基因组学( genomics ),结构基因组学( structural genomics )和功能基因组学( functional genomics )。 蛋白质组( proteome )和蛋白质组学( proteomics ) 第二节真核生物基因组 一、真核生物基因组的特点：， ①真核基因组DNA在细胞核内处于以核小体为基本单位的染色体结构中. ②真核基因组中，编码序列只占整个基因组的很小部分(2 —>% ), 三、基因家族(gene family) 一组功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因. 可能由某一共同祖先基因(ancestral gene) 经重复(duplication) 和突变产生。 基因家族的特点： ①基因家族的成员可以串联排列在一起，形成基因簇(gene cluster)或串联重复基因(tandemly repeated genes)，如 rRNA、tRNA和组蛋白的基因；②有些基因家族的成员也可位于不同的染色体上，如珠蛋白基因；③有些成员不产生 有功能的基因产物，这种基因称为假基因(Pseudogene) . ￥ a1表示与a1相似的假基因. 四、超基因家族(Supergene family ，Superfamily) 由基因家族和单基因组成的大基因家族，结构上有程度不等的同源性，但功能不同． 第四节细菌和病毒基因组 一、细菌基因组的特点。 1 ．功能相关的几个结构基因往往串联在—起，受它们上游的共同调控区控制，形成操纵子结构，2．结构基因中没有内含子，也无重叠现象。 3 .细菌DNA大部分为编码序列。 二、病毒基因组的特点 1 .每种病毒只有一种核酸，或者DNA，或者RNA ; 2 .病毒核酸大小差别很大，3X10 3 一3X106bp ; 3.除逆病毒外，所有病毒基因都是单拷贝的。 4 .大部份病毒核酸是由一条双链或单链分子(RNA或DNA)，仅少数RNA病毒由几个核酸片段组成. 5. 真核病毒基因有内含子，而噬菌体(感染细菌的病毒)基因中无内含子. 6. 有重叠基因. 第五节染色质和染色体 (二)组蛋白(histone): 一类小的带有丰富正电荷<富含Lys，Arg)的核蛋白，与DNA有高亲和力. (二).端粒(telomere) ：真核生物线状染色体分子末端的DNA 区域端粒DNA的特点： 1、由富含G的简单串联重复序列组成(长达数kb). 人的端粒DNA重复序列：TTAGGC。
Northern blot：是DNA/RNA的杂交，它是一项用于检测特异性RNA的技术，RNA混合物首先按照它们的大小和相对分子量通过变性琼脂糖凝胶电泳加以分离，凝胶分离后的RNA 通过southern印迹转移到尼龙膜或硝酸纤维素膜上，再与标记的探针进行杂交反应，通过杂交结果分析可以对转录表达进行定量或定性。它是研究基因表达的有效手段。与Southern blot 相比，它的条件更严格些，特别是RNA容易降解，前期制备和转膜要防止Rnase的污染。实验步骤：1.用具的准备2．用RNAZaP去除用具表面的RNase酶污染3．制胶4. RNA样品的制备5.电泳6.转膜7.探针的制备8.探针的纯化及比活性测定9．预杂交10．探针变性11．杂交12．洗膜13．曝光14．去除膜上的探针15．杂交结果 半定量PCR要求比普通PCR更严格一些，另外往往通过转膜后的同位素杂交检测或凝胶成像后的灰度测定比较样品间的差异。 半定量RT-PCR一般是在没有条件做实时PCR 的情况下使用，用于测定体内目的基因的表达增加减少与否，即通过目的基因跑出来的电泳带与管家基因（如β-actin）的电泳带的相对含量比较，观测目的基因表达增减，另外还要做一个β-actin的内参照对照。 实时荧光定量PCR技术，是指在PCR反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。 1．实时荧光定量PCR无需内标 2．内标对实时荧光定量PCR的影响 Sybr green（荧光染料掺入法）和Taqman probe（探针法） 检测两种蛋白质相互作用方法 1共纯化、共沉淀，在不同基质上进行色谱层析 2蛋白质亲和色谱基本原理是将一种蛋白质固定于某种基质上（如Sepharose），当细胞抽提液经过改基质时，可与改固定蛋白相互作用的配体蛋白被吸附，而没有吸附的非目标蛋白则随洗脱液流出。被吸附的蛋白可以通过改变洗脱液或者洗脱条件而回收下来。 3免疫共沉淀免疫共沉淀是以抗体和抗原之间的专一性作用为基础的用于研究蛋白质相互作用的经典方法。改法的优点是蛋白处于天然状态，蛋白的相互作用可以在天然状态下进行，可以避免认为影响；可以分离得到天然状态下相互作用的蛋白复合体。缺点：免疫共沉淀同样不能保证沉淀的蛋白复合物时候为直接相互作用的两种蛋白。另外灵敏度不如亲和色谱高4 Far-Western 又叫做亲和印记。将PAGE胶上分离好的凡百样品转移到硝酸纤维膜上，然后检测哪种蛋白能与标记了同位素的诱饵蛋白发生作用，最后显影。缺点是转膜前需要将蛋白复性。 1.酵母双杂交 2.GSTpull-down实验 3.免疫共沉淀 4.蛋白质细胞内定位 RACE是基于PCR技术基础上由已知的一段cDNA片段，通过往两端延伸扩增从而获得完整的3'端和5'端的方法 1.此方法是通过PCR技术实现的，无须建立cDNA文库，可以在很短的时间内获得有 利用价值的信息 2.节约了实验所花费的经费和时间。 3.只要引物设计正确，在初级产物的基础上可以获得大量的感兴趣基因的全长 基因特异性引物（GSPs）应该是： 23－28nt 50－70％GC Tm值≥65度，Tm值≥70度可以获得好的结果 注意事项 1.cDNA的合成起始于polyA+RNA。如果使用其它的基因组DNA或总RNA，背景会很高
分子生物学常见名词解释完全版(中英文对照) A Abundance (mRNA 丰度)：指每个细胞中mRNA 分子的数目。 Abundant mRNA(高丰度mRNA)：由少量不同种类mRNA组成，每一种在细胞中出现大量 拷贝。 Acceptor splicing site (受体剪切位点)：内含子右末端和相邻外显子左末端的边界。Acentric fragment(无着丝粒片段)：(由打断产生的)染色体无着丝粒片段缺少中心粒，从而 在细胞分化中被丢失。 Active site(活性位点)：蛋白质上一个底物结合的有限区域。 Allele(等位基因)：在染色体上占据给定位点基因的不同形式。 Allelic exclusion(等位基因排斥)：形容在特殊淋巴细胞中只有一个等位基因来表达编码的 免疫球蛋白质。 Allosteric control(别构调控)：指蛋白质一个位点上的反应能够影响另一个位点活性的能力。Alu-equivalent family(Alu 相当序列基因)：哺乳动物基因组上一组序列，它们与人类Alu 家族相关。 Alu family (Alu家族)：人类基因组中一系列分散的相关序列，每个约300bp长。每个成员 其两端有Alu 切割位点(名字的由来)。 α-Amanitin(鹅膏覃碱)：是来自毒蘑菇Amanita phalloides 二环八肽，能抑制真核RNA聚 合酶，特别是聚合酶II 转录。 Amber codon (琥珀密码子)：核苷酸三联体UAG，引起蛋白质合成终止的三个密码子之一。Amber mutation (琥珀突变)：指代表蛋白质中氨基酸密码子占据的位点上突变成琥珀密码 子的任何DNA 改变。 Amber suppressors (琥珀抑制子)：编码tRNA的基因突变使其反密码子被改变，从而能识 别UAG 密码子和之前的密码子。 Aminoacyl-tRNA (氨酰-tRNA)：是携带氨基酸的转运RNA，共价连接位在氨基酸的NH2 基团和tRNA 终止碱基的3￠或者2￠－OH 基团上。 Aminoacyl-tRNA synthetases (氨酰-tRNA 合成酶)：催化氨基酸与tRNA 3￠或者2￠－OH基团共价连接的酶。 Amphipathic structure(两亲结构)：具有两个表面，一个亲水，一个疏水。脂类是两亲结构，一个蛋白质结构域能够形成两亲螺旋，拥有一个带电的表面和中性表面。 Amplification (扩增)：指产生一个染色体序列额外拷贝，以染色体内或者染色体外DNA形 式簇存在。 Anchorage dependence (贴壁依赖)：指正常的真核细胞需要吸附表面才能在培养基上生长。Aneuploid (非整倍体)：组成与通常的多倍体结构不同，染色体或者染色体片段或成倍丢失。Annealing (退火)：两条互补单链配对形成双螺旋结构。 Anterograde (顺式转运)：蛋白质质从内质网沿着高尔基体向质膜转运。 Antibody (抗体)：由B 淋巴细胞产生的蛋白质(免疫球蛋白质)，它能识别特殊的外源“抗 2 原”，从而引起免疫应答。 Anticoding strand (反编码链)：DNA 双链中作为膜板指导与之互补的RNA 合成的链。Antigen (抗原)：进入基体后能引起抗体(免疫球蛋白质)合成的分子。 Antiparallel (反式平行)：DNA双螺旋以相反的方向组织，因此一条链的5￠端与另一条链的3￠端相连。
“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
列〃一个典型的真核基因包括 ①编码序列—外显子(exon) ②插入外显子之间的非编码序列—内合子(intron) ③5'-端和 3'-端非翻译区(UTR) ④调控序列(可位于上述三种序列中) 绝大多数真核基因是断 裂基因(split-gene)，外显子不连续。二、基因组(genome) 一 特定生物体的整套(单倍体)遗传物质的总和，基因组的大小 用全部 DNA 的碱基对总数表示。 人基因组 3X1 09(30 亿 bp)，共编码约 10 万个基因。 每种真核生物的单倍体基因组中的全部 DNA 量称为 C 值，与进化的复杂性并不一致(C-value Paradox)。 人类基因组计划（human genome project, HGP）基因组学（genomics）,结构基因组学（structural genomics）和功能基因组学（functional genomics）。 蛋白质组（proteome）和蛋白质组学（proteomics） 第二节真核生物基因组一、真核生物基因组的特 点：， ①真核基因组 DNA 在细胞核内处于以核小体为基本单位的染色体结构中〃 ②真核基因组中，编码序列只占整个基因组的很小部分(2—3％)， 二、真核基因组中 DNA 序列的分类 • (一)高度重复序列(重复次数>lO5) 卫星 DNA(Satellite DNA) (二)中度重复序列 1〃中度重复序列的特点
①重复单位序列相似，但不完全一样， ②散在分布于基因组中〃 ③序列的长度和拷贝数非常不均一， ④中度重复序列一般具有种属特异性，可作为 DNA 标记〃 ⑤中度重复序列可能是转座元件(返座子)， 2〃中度重复序列的分类 ①长散在重复序列(long interspersed repeated segments〃) LINES ②短散在重复序列(Short interspersed repeated segments) SINES SINES：长度<500bp，拷贝数>105〃如人 Alu 序列 LINEs：长
分子生物学 1．DNA的一级结构：指DNA分子中核苷酸的排列顺序。 2．DNA的二级结构：指两条DNA单链形成的双螺旋结构、三股螺旋结构以及四股螺旋结构。3．DNA的三级结构：双链DNA进一步扭曲盘旋形成的超螺旋结构。 4．DNA的甲基化：DNA的一级结构中，有一些碱基可以通过加上一个甲基而被修饰，称为DNA的甲基化。甲基化修饰在原核生物DNA中多为对一些酶切位点的修饰，其作用是对自身DNA产生保护作用。真核生物中的DNA甲基化则在基因表达调控中有重要作用。真核生物DNA中，几乎所有的甲基化都发生于二核苷酸序列5’-CG-3’的C上，即5’-mCG-3’. 5．CG岛：基因组DNA中大部分CG二核苷酸是高度甲基化的,但有些成簇的、稳定的非甲基化的CG小片段,称为CG岛,存在于整个基因组中。“CG”岛特点是G+C含量高以及大部分CG二核苷酸缺乏甲基化。 6．DNA双螺旋结构模型要点： （1）DNA是反向平行的互补双链结构。 （2）DNA双链是右手螺旋结构。螺旋每旋转一周包含了10对碱基，螺距为3.4nm. DNA 双链说形成的螺旋直径为2 nm。每个碱基旋转角度为36度。DNA双螺旋分子表面 存在一个大沟和一个小沟，目前认为这些沟状结构与蛋白质和DNA间的识别有关。（3）疏水力和氢键维系DNA双螺旋结构的稳定。DNA双链结构的稳定横向依靠两条链互补碱基间的氢键维系，纵向则靠碱基平面间的疏水性堆积力维持。 7．核小体的组成： 染色质的基本组成单位被称为核小体，由DNA和5种组蛋白H1,H2A,H2B,H3和H4共同构成。各两分子的H2A,H2B,H3和H4共同构成八聚体的核心组蛋白，DNA双螺旋缠绕在这一核心上形成核小体的核心颗粒。核小体的核心颗粒之间再由DNA和组蛋白H1构成的连接区连接起来形成串珠样结构。 8．顺反子（Cistron）：由结构基因转录生成的RNA序列亦称为顺反子。 9．单顺反子（monocistron）：真核生物的一个结构基因与相应的调控区组成一个完整的基因，即一个表达单位，转录物为一个单顺反子。从一条mRNA只能翻译出一条多肽链。10．多顺反子(polycistron): 原核生物具有操纵子结构，几个结构基因转录在一条mRNA 链上，因而转录物为多顺反子。每个顺反子分别翻译出各自的蛋白质。 11．原核生物mRNA结构的特点: (1) 原核生物mRNA往往是多顺反子的，即每分子mRNA带有几种蛋白质的遗传信息。 （2）mRNA 5‘端无帽子结构，3‘端无多聚A尾。 （3）mRNA一般没有修饰碱基。 12．真核生物mRNA结构的特点： （1）5‘端有帽子结构。即7－甲基鸟嘌呤－三磷酸鸟苷m7GpppN。 （2）3‘端大多数带有多聚腺苷酸尾巴。 （3）分子中可能有修饰碱基，主要有甲基化。 （4）分子中有编码区和非编码区。 14．tRNA的结构特点 （1）tRNA是单链小分子。 （2）tRNA含有很多稀有碱基。 （3）tRNA的5‘端总是磷酸化，5’末端核苷酸往往是pG. （4）tRNA的3‘端是CCA－OH序列。是氨基酸的结合部位。 （5）tRNA的二级结构形状类似于三叶草，含二氢尿嘧啶环（D环）、T环和反密码子环。
分子生物学常见名词解释完全版(中英文对照） A Abuｎdancｅ（mRNA丰度）：指每个细胞中mRNＡ分子得数目。?AbｕndanｔmＲNA（高丰度mRNA):由少量不同种类mＲNＡ组成,每一种在细胞中出现大量 拷贝。?Acceptor ｓｐliｃing sｉte (受体剪切位点）:内含子右末端与相邻外显子左末端得边界。?A ｃｅｎｔrｉc fragment（无着丝粒片段）：（由打断产生得)染色体无着丝粒片段缺少中心粒，从而?在细胞分化中被丢失. ?Activｅｓitｅ（活性位点)：蛋白质上一个底物结合得有限区域。 Alｌｅle(等位基因）：在染色体上占据给定位点基因得不同形式. ?Aｌｌelｉc excluｓioｎ（等位基因排斥）：形容在特殊淋巴细胞中只有一个等位基因来表达编码得 免疫球蛋白质。?Allｏｓteｒic coｎtｒol(别构调控）:指蛋白质一个位点上得反应能够影响另一个位点活性得能力。 Alu—ｅqｕiｖalｅｎｔｆamily（Ａlu 相当序列基因）：哺乳动物基因组上一组序列,它们与人类Aｌｕ家族相关. Ａｌuｆamｉly (Ａlu家族）：人类基因组中一系列分散得相关序列，每个约3０0bｐ长。每个成员?其两端有Aｌu切割位点（名字得由来）. ?α-Amanitｉn(鹅膏覃碱)：就是来自毒蘑菇Aｍaｎitａphal ｌｏｉdes二环八肽,能抑制真核ＲNA聚 合酶，特别就是聚合酶II 转录. Ａmber codon （琥珀密码子)：核苷酸三联体ＵAＧ，引起蛋白质合成终止得三个密码子之一.?Ａm ｂer mutatioｎ(琥珀突变）:指代表蛋白质中氨基酸密码子占据得位点上突变成琥珀密码 子得任何DNA 改变。?Aｍber supｐｒessors (琥珀抑制子）:编码tRNA得基因突变使其反密码子被改变，从而能识 别UAＧ密码子与之前得密码子。 Aｍinoａcyl—tRNA (氨酰—tRＮA)：就是携带氨基酸得转运ＲＮA，共价连接位在氨基酸得NH2 基团与tRNA终止碱基得３￠或者2￠—OH 基团上。?Aｍinoａcyl-tRNA syntｈetaｓeｓ（氨酰－tRNA 合成酶）：催化氨基酸与tRＮA 3￠或者2￠-ＯＨ基团?共价连接得酶。?Amｐｈｉｐａthic strｕｃtuｒｅ(两亲结构）：具有两个表面，一个亲水,一个疏水。脂类就是两亲结构, ?一个蛋白质结构域能够形成两亲螺旋,拥有一个带电得表面与中性表面。 Ampliｆicaｔion (扩增）：指产生一个染色体序列额外拷贝,以染色体内或者染色体外DNＡ形?式簇存在。?Ａnchoraｇe deｐeｎｄenｃｅ（贴壁依赖)：指正常得真核细胞需要吸附表面才能在培养基上生长。?Anｅuplｏid （非整倍体)：组成与通常得多倍体结构不同,染色体或者染色体片段或成倍丢失。?Annealｉnｇ（退火)：两条互补单链配对形成双螺旋结构。 Ａntｅrｏｇｒadｅ(顺式转运):蛋白质质从内质网沿着高尔基体向质膜转运。 2 ? Antiboｄy（抗体):由Ｂ淋巴细胞产生得蛋白质（免疫球蛋白质），它能识别特殊得外源“抗??原"，从而引起免疫应答。 Antｉｃoｄｉng ｓtrand (反编码链）：ＤNA 双链中作为膜板指导与之互补得RNA 合成得链。?Ａntigeｎ（抗原)：进入基体后能引起抗体(免疫球蛋白质）合成得分子。?Ａntipaｒaｌleｌ(反式平行)：DNA双螺旋以相反得方向组织,因此一条链得5￠端与另一条链得 ３￠端相连。 Anｔｉteｒmiｎatｉｏn pｒotｅｉn (抗终止蛋白质）：能够使RNＡ聚合酶通过一定得终止位点得蛋白质?质. ?AP endonuclｅaｓes （AP核酸内切酶）：剪切掉DNA 5￠端脱嘌呤与脱嘧啶位点得酶?Apoptｏsis （细胞凋亡)：细胞进行程序性死亡得能力;对刺激应答使通过一系列特定反应摧?毁细胞得途径发生. Aｒchｅae（古细菌）：进化中与原核与真核不同得一个分支. ?Asｃuｅ(子囊)：真菌得子囊包含四个或八个（单一得)孢子，表示一次减数分裂得产物。
分子生物学Ⅱ 专题一细胞通讯与细胞信号转导（一）名词解释 （1）信号分子(signal molecule)：是指在细胞间或细胞内进行信息传递的化学物质。 （2）受体（receptor）：是指细胞中能识别信息分子，并与之特异结合、引起相应生物效应的蛋白质。 （3）蛋白激酶（protein kinase）：是指使蛋白质磷酸化的酶。 （二）简答分析 （1）细胞通讯的方式及每种作用方式的特点。 答： （2）膜受体介导的信息传递途径的基本规律。
答：配体→膜受体→第二信使→效应蛋白→效应。（3）试以肾上腺素、干扰素、胰岛素、心纳素为例，阐述其信息转导过程。 答：①肾上腺素：cAMP-PKA途径； 过程：首先肾上腺素与其受体结合，使G蛋白被激活；然后G蛋白与膜上的腺苷酸环化酶相互作用，后者将ATP转化为cAMP；最后cAMP磷酸化PKA，从而产生一系列生物学效应。 ②胰岛素：受体型TPK途径； 过程：胰岛素与其靶细胞上的受体结合后，可使其受体中的TPK激活，随后通过下游的Ras途径继续传递信号，直至发生相应的生物学效应。 ③干扰素：Jak-STAT途径； 过程：首先干扰素与受体结合导致受体二聚化，然后受体使JAK（细胞内TPK）激活，接着JAK将下游的STAT磷酸化形成二聚体，暴露出入核信号，最后STAT进入核内，调节基因表达，产生生物学效应。 ④心钠素：cGMP-PKG途径； 过程：心钠素与其受体结合，由于该受体属于GC型酶偶联受体，具有鸟苷酸环化酶的的活性，因此结合后可直接将GTP转化为cGMP，进而激活下游的PKG，最终产生一系列的生物学效应。
（4）类固醇激素是如何调控基因表达的？ 答：类固醇激素穿膜后与细胞内（或核内）受体结合，使受体变构形成激素受体活性复合物并进入细胞核中，然后以TF的形式作用于特异的DNA序列，从而调控基因表达。 专题二基因分析的策略 （一）名词解释 （1）分子杂交（molecular hybridization）：是指具有一定同源序列的两条核酸单链（DNA或RNA）在一定条件下，按碱基互补配对原则经退火处理，形成异质双链的过程。（2）核酸分子杂交技术：是指采用杂交的手段（方式），用一已知序列的DNA或RNA片段（探针）来测检样品中未知核苷酸顺序。 （3）探针（Probe）：是指用来检测某特定核苷酸序列的标记DNA或RNA片段。 （4）增色效应：是指DNA变性时260nm紫外吸收值增加的现象。 （5）解链温度（Tm）：是指加热DNA溶液，使其对260nm 紫外光的吸光度达到其最大值一半时的温度，即50%DNA 分子发生变性的温度。 （6）转基因：是指是借助基因工程将确定的外源基因导入
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。
分子生物学实验基础知识 分子生物学是在生物化学基础上发展起来的，以研究核酸和蛋白质结构、功能等生命本质的学科，在核酸、蛋白质分子水平研究发病、诊断、治疗和预后的机制。其中基因工程（基因技术，基因重组）是目前分子生物学研究热点，这些技术可以改造或扩增基因和基因产物，使微量的研究对象达到分析水平，是研究基因调控和表达的方法，也是分子水平研究疾病发生机制、基因诊断和基因治疗的方法。转化（trans formation）、转染、转导、转位等是自然界基因重组存在的方式，也是人工基因重组常采用的手段。基因重组的目的之一是基因克隆（gene clone），基因克隆可理解为以一分子基因为模板扩增得到的与模板分子结构完全相同的基因。使需要分析研究的微量、混杂的目的基因易于纯化，得以增量，便于分析。 外来基因引起细胞生物性状改变的过程叫转化（transformation），以噬菌体把外源基因导入细菌的过程叫转染（transfection）。利用载体（噬菌体或病毒）把遗传物质从一种宿主传给另一种宿主的过程叫转导（transduction）。一个或一组基因从一处转移到基因组另一处的过程叫转位（transposition），这些游动的基因叫转位子。 一、基因工程的常用工具 （一）载体 载体（Vector）是把外源DNA（目的基因）导入宿主细胞，使之传代、扩增、表达的工具。载体有质粒（plasmid）、噬菌体、单链丝状噬菌体和粘性末端质粒（粘粒）、病毒等。载体具有能自我复制；有可选择的，便于筛选、鉴定的遗传标记；有供外源DNA插入的位点；本身体积小等特征。 质粒存在于多种细菌，是染色体（核）以外的独立遗传因子，由双链环状DNA组成，几乎完全裸露，很少有蛋白质结合。质粒有严紧型和松弛型之分。严紧型由DNA多聚酶Ⅲ复制，一个细胞可复制1-5个质粒。而松弛型由DNA多聚酶Ⅰ复制，一个细胞可复制30-50个质粒，如果用氯霉素可阻止蛋白质合成，使质粒有效利用原料，复制更多的质粒。质粒经过改造品种繁多，常用的有pBR322、pUC系列等。这些质粒都含有多个基本基因，如复制起动区（复制原点Ori），便于复制扩增；抗抗生素标记（抗氨芐青霉素Ap r、抗四环素Tc r等）或大肠埃希菌部分乳糖操纵子（E.coli LacZ）等，便于基因重组体的筛选；基因发动子（乳糖操纵子Lac、色氨酸操纵子Trp等）和转录终止序列，便于插入的外源基因转录、翻译表达。质粒上还有许多限制性内切酶的切点，即基因插入位点，又叫基因重组位点，基因克隆位点。 常用噬菌体载体有单链噬菌体M13系统；双链噬菌体系统。噬菌体应和相应的宿主细胞配合使用。以上载体各有特点，便于选择，灵活应用。 （二）工具酶