现代分子生物学
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现代分子生物学1、DNA重组技术:又称基因工程,是将DNA片段或基因在体外经人工剪接后,按照人们的设计与克隆载体定向连接起来,在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达,产生影响受体细胞的新的遗传性状。
2、基因组:指某种生物单倍染色体中所含有的基因总数,也就是包含个体生长、发育等一切生命活动所需的遗传信息的整套核酸。
3、功能基因组:又称后基因组,是在基因组计划的基础上建立起来的,它主要研究基因及其所编码蛋白质的结构与功能,指导人们充分准确地利用这些基因的产物。
1、简述分子生物学的基本含义:从广义来讲:分子生物学是从分子水平阐明生命现象和生物学规律的一门新兴的边缘学科。
它主要对蛋白质和核酸等生物大分子结构和功能以及遗传信息的传递过程进行研究。
从狭义来讲:分子生物学的范畴偏重于核酸(或基因)的分子生物学,主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调节控制等过程,当然其中也涉及到与这些过程有关的蛋白质与酶的结构和功能的研究2、早期主要有那些实验证实DNA是遗传物质?写出这些实验的主要步骤主要是两个实验:肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验步骤:肺炎链球菌转化实验首先将光滑型致病菌(S型)烧煮杀灭活性以后再侵染小鼠,发现这些死细菌自然丧失了治病能力,再用活的粗糙型细菌(R型)来侵染小鼠,也不能使之发病,因为粗糙型细菌天然无治病能力。
讲经烧煮杀死的S型细菌和活的R型细菌混合在感染小鼠时,实验小鼠都死了,解剖小鼠,发现有大量活的S型(而不是R型)细菌,推测死细菌的中的某一成分转化源将无治病力的细菌转化成病原细菌。
噬菌体侵染细菌的实验:用分别带有S标记的氨基酸和P标记的核苷酸的细菌培养基培养噬菌体,自带噬菌体中就相应的含有S标记的蛋白质或P标记的核酸,分别用这些噬菌体感染没有被放射性标记的细菌,经过1~2个噬菌体DNA复制周期后发现,子代噬菌体中几乎不含带S标记的蛋白质,但含有30%以上的P标记,这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。
现代分子生物学复习重点现代分子生物学复习资料第一章绪论分子生物学:是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、结构及其重要性、规律性和相互关系的科学分子生物学的主要研究内容1、DNA重组技术2、基因表达调控研究3、生物大分子的结构功能研究——结构分子生物学4、基因组、功能基因组与生物信息学研究5、DNA的复制转录和翻译第二章染色体与DNA半保留复制:DNA在复制过程中碱基间的氢键首先断裂;双螺旋解旋并被分开;每条链分别作为模板合成新链;产生互补的两条链..这样新形成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样;因此;每个子代分子的一条链来自亲代DNA;另一条链则是新合成的;所以这种复制方式被称为DNA 半保留复制DNA半不连续复制:DNA双螺旋的两条链反向平行;复制时;前导链DNA的合成以5′-3′方向;随着亲本双链体的解开而连续进行复制;后随链在合成过程中;一段亲本DNA单链首先暴露出来;然后以与复制叉移动相反的方向、按照5′-3′方向合成一系列的冈崎片段;然后再把它们连接成完整的后随链;这种前导链的连续复制和后随链的不连续复制称为DNA的半不连续复制原核生物基因组结构特点:1、基因组很小;大多只有一条染色体2、结构简练3、存在转录单元;多顺反子4、有重叠基因真核生物基因组的结构特点:1、真核基因组庞大;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;该特点是真核生物与细菌和病毒之间最主要区别4、真核基因组的转录产物为单顺反子5、真核基因是断裂基因;有内含子结构6、真核基因组存在大量的顺式作用元件;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DNA转座移位是由可移位因子介导的遗传物质重排现象DNA转座的遗传学效应:1、转座引入插入突变2、转座产生新的基因3、转座产生的染色体畸变4、转座引起生物进化转座子分为插入序列和复合型转座子两大类环状DNA复制方式:θ型、滚环型和D-环型第三章生物信息的传递上从DNA到RNA转录:指拷贝出一条与DNA链序列完全相同的RNA单链的过程启动子:是一段位于结构基因5′段上游区的DNA序列;能活化RNA聚合酶;使之与模板DNA准确地结合并具有转录起始的特异性原核生物启动子结构:存在位于-10bp处的TATA区和-35bp处的TTGACA 区;其是RNA聚合酶与启动子的结合位点;能与σ因子相互识别而具有很高的亲和力终止子:是给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列促进转录终止的DNA 序列终止子的类型:不依赖于ρ因子和依赖于ρ因子增强子:能增强或促进转录起始的序列增强子的特点:1、远距离效应2、无方向性3、顺式调节4、无物种和基因的特异性5、具有组织特异性6、有相位性7、有的增强子可以对外部信号产生反应上升突变:增加Pribnow区共同序列的同一性;将Pribnow区从TATGTT变成TATATT的启动子突变;会提高启动子的效率;提高乳糖操纵子基因的转录水平下降突变:把Pribnow区从TATAAT变成AATAAT的启动子突变;会大大降低其结构基因的转录水平RNA编辑及其生物学意义:RNA的编辑是某些RNA;特别是mRNA前体的一种加工方式;如插入、删除或取代一些核苷酸残基;导致DNA所编码的遗传信息的改变生物学意义:1、校正作用2、调控翻译3、扩充遗传信息RNA的再编码:mRNA在某些情况下不是以固定的方式被翻译;而可以改变原来的编码信息;以不同的方式进行翻译;科学上把RNA编码和读码方式的改变称为RNA的再编码比较原核和真核基因转录起始位点上游区的结构:1、原核基因启动区范围较小;一般情况下;TATAAT的中心位于-10——-7;上游-70——-30区为正调控因子结合序列;-20——+1区为负调控因子结合序列;真核基因调控区较大;TATAA/TA区位于-30——-20;而-110——-40区为上游激活区-2、除Pribnow区之外;原核基因启动子上游只有TTGACA区作为RNA聚合酶的主要结合位点;参与转录调控;而真核基因除了含有可与之相对应的CAAT区之外;大多数基因还拥有GC区和增强子区第四章翻译:所谓翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始;按每3个核苷酸代表一个核苷酸的原则;依次合成一条多肽链的过程..遗传密码:mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸就称为密码;也叫三联子密码..遗传密码的性质:1.密码的连续性 2.密码的简并性 3.密码的通用性与特殊性 4.密码子与反密码子的相互作用简并性:同一种氨基酸有两组或更多密码子的现象称为密码子的简并性..无义突变:在蛋白质的结构基因中;一个氨基酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子;使蛋白质合成提前终止;合成无功能的多肽;这种突变称为无义突变..错义突变:是由于结构基因中某个氨基酸的变化使一种氨基酸的密码变成另一种氨基酸的密码..真核生物与原核生物在翻译的起始过程中有哪些区别1. 核糖体大小及组成不同:真核核糖体为80S;比原核70S核糖体更复杂2. 真核生物的起始因子较多3. 真核生物起始tRNA是Met-tRNA Met原核生物为fMet-tRNA fMet4. 真核生物mRNA具有m7GpppNp帽子结构;Met-tRNA Met不甲酰化5. mRNA分子5‘端的“帽子”与3’端的多聚A都参与形成翻译起始复合物SD序列:mRNA中用于结合原核生物核糖体的序列..信号肽:能启动蛋白质运转的任何一段多肽..信号肽的特点:1.一般带有10~15个疏水氨基酸 2.在靠近该序列N端常常有一个或数个带正电荷的氨基酸 3.在其C端靠近蛋白酶切割位点处常常有数个极性氨基酸;离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链丙氨酸或甘氨酸..简述蛋白质跨膜运转的信号肽假说及其运输过程:1. 蛋白质合成起始首先合成信号肽2. SRP与信号肽结合;翻译暂停3.4.5.6. SRP与SRP受体相结合;核糖体与膜结合;翻译重新开始信号肽进入膜结构蛋白质过膜;信号肽被切除;翻译继续进行蛋白质完全过膜;核糖体解离第五章SNP是指基因组DNA序列中由于单个核苷酸的突变而引起的多肽性..RACE技术是一项在已知cDNA序列的基础上克隆5′端或3′端缺失序列的技术;在很大程度上依赖于RNA连接酶连接和寡聚帽子的快速扩增核酸凝胶电泳技术原理:PCR原理:首先将双链DNA分子在临近沸点的温度下加热分离成两条单链DNA分子;DNA聚合酶以单链DNA为模板并利用反应混合物中的四种脱氧核苷三磷酸合成新生的DNA互补链..基因组文库:把某种生物的基因组DNA切成适当大小;分别与载体组合;导入微生物细胞;形成克隆..这些存在于所有重组体内的基因组DNA片段集合即基因组DNA文库.. cDNA文库:以组织细胞中mRNA为模板;反转录合成的双链cDNA..第七章基因表达:从DNA到蛋白质或功能RNA的过程称为基因表达..基因表达调控:对从DNA到蛋白质或功能RNA的过程的调节就称为基因表达调控.. 乳糖操纵子模型的主要内容:1.Z;Y;A基因的产物是由同一条多顺反子的mRNA分子所编码的..2.该mRNA分子的启动区P为于遏制基因I与操纵区O之间;不能单独起始半乳糖苷酶和透过酶基因的高效表达..3.操纵区是DNA上的一小段序列;是遏制物的结合位点..4.当阻遏物与操纵区相结合时;lac mRNA的转录起始受到抑制..5.诱导物通过与阻遏物结合;改变它的三维构象;使之不能与操纵区相结合;从而激发lac mRNA的合成..色氨酸操纵子:trp操纵子色氨酸合成分五步完成;有七个基因参与整个合成过程;trpE和trpG编码邻氨基苯甲酸合酶;trpD编码邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶;trpF编码异构酶;trpC编码吲哚甘油磷酸合酶;trpA和trpB 则分别编码色氨酸合酶的α和β亚基;在许多细菌中;trpE和trpG融合成一个功能基因;trpC和trpB也融合成一个基因;产生具有双重功能的蛋白质;trpE基因是第一个被翻译的基因;和trpE紧邻的是启动子区和操纵区第八章基因家族:真核细胞中许多相关的基因常按功能成套组合;被称为基因家族..简述真核细胞与原核细胞在基因转录;翻译及DNA的空间结构方面存在的差异一、基因转录1、原核生物的RNA聚合酶是一种多聚体蛋白质真核生物的RNA聚合酶有三种RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ;分别转录不同种类的RNA 2、原核生物转录全过程均需RNA聚合酶催化;起始过程需核心酶;由σ亚基辨认起始点;被辨认的DNA区段是-35区;延长过程的核苷酸聚合仅需核心酶催化;终止分依赖ρ因子的和不依赖ρ因子的转录终止;真核生物转录过程:转录起始前的-25bp区段多有典型的TATA序列;称为TATA box;通常认为这就是启动子的核心序列..此外DNA分子上还具有其他可影响转录的顺式作用元件;以及能直接、间接辨认和结合转录上游区段的蛋白质——反式作用因子;其中直接或间接结合RNA聚合酶的为转录因子..真核生物RNA聚合酶不与DNA分子直接结合;而需依靠众多的转录因子;真核生物mRNA有polyA 尾巴结构;是转录后才加进去的二、翻译:.原核生物与真核生物核蛋白体的组成不同;真核生物肽链合成起始过程与原核生物相似但更复杂..真核生物有不同的翻译起始成分;起始因子种类更多;成熟的真核mRNA有5'帽子和3'polyA尾结构DNA的空间结构:绝大部分原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋分子..在细胞内进一步盘绕;并形成类核结构;以保证其以较致密的形式存在于细胞内..在细菌基因组中;超螺旋可以相互独立存在;在真核生物;DNA以非常致密的形式存在于细胞核中..在细胞周期的大部分时间里以分散的染色质形式出现在细胞分裂期形成高度组织有序的染色体..。
现代分子生物学第一篇:现代分子生物学的发展历程及意义现代分子生物学是指研究生命现象及其分子机制的一门学科,具有重要的科研、医学及工业应用价值。
下面将介绍现代分子生物学的发展历程及其意义。
1. 发展历程20世纪40年代至50年代,分子生物学在双螺旋DNA模型的发现以及重要的DNA复制研究中迅速发展。
60年代至70年代,分子生物学继续扩展,逐渐涉及了基因组、病毒学、RNA及基因表达等领域。
80年代至90年代,随着PCR技术及基因编辑技术的发明,使分子生物学突飞猛进,应用范围迅速扩大,其中包括基因治疗、药物研发、疾病诊断与治疗等。
21世纪以来,随着现代高通量技术(NGS),人们对分子生物学的研究更加深入细致,尤其是在基因表达、组学、代谢组等方面,为现代分子生物学的发展提供了新的动力。
2. 意义现代分子生物学的意义主要体现在以下几个方面:1) 更深入的理解生命基础现代分子生物学研究细胞分子结构、生物大分子功能及其分子机制等方面,能够更全面、更深入地理解生命基础。
如利用PCR技术及基因编辑技术可以深入了解DNA序列和基因功能,而高通量技术有助于研究多个生物大分子,更全面地了解生物体内代谢和基因表达等机制。
2) 生物医学领域的应用现代分子生物学的应用在医学领域得到广泛关注,如基因治疗、药物研发、疾病的诊断及治疗等。
利用分子生物学技术,人们可以研究和治疗许多疾病,例如癌症、家族性疾病、自身免疫疾病等。
3) 植物农业领域的应用现代分子生物学为提高农业产量、改善作物品质等方面提供了全新思路。
如转基因技术能够将有益的基因从一个物种转移到另一个不同物种,以提高农作物的产量和耐病性。
4) 工业生产的应用分子生物学技术在工业生产中的应用包括提高酵母菌发酵工艺的效率、生产合成维生素等。
综上所述,现代分子生物学是目前发展最快、最具前景的学科之一,并且具有重要的科研、医学及工业应用价值。
第二篇:现代分子生物学技术及应用现代分子生物学中的技术以及它们的应用,是使得这门学科能够得到迅猛发展的重要因素。
现代分子生物学现代分子生物学现代分子生物学是一门研究生命的分子基础的学科,是现代生物学的重要分支。
它以计算生物学、基因工程、生物信息学为工具,研究生命体的分子结构、功能和调控,涉及到分子生物学、遗传学、细胞生物学、生物化学等多个领域。
现代分子生物学以干细胞研究、蛋白质研究、基因修饰、新药研发等方面的应用为重点,是生物技术、新医药研究等领域的基础。
分子基础分子是生命的基础,分子生物学研究分子在生命过程中的作用,从分子水平深入了解生物现象。
参与生命过程的物质主要分为两类:生物大分子和小分子。
生物大分子包括核酸、蛋白质、多糖和脂质等;小分子包括氨基酸、核苷酸、糖和脂类等。
分子生物学主要研究大分子的结构、功能及其相互作用。
核酸是生物体内的遗传物质,由核苷酸组成。
一个核苷酸分子一般由一个五碳糖、一个氮碱基和一个磷酸基团构成。
核酸通过氢键等作用力使互补氮碱基配对,形成双螺旋结构。
其中DNA(脱氧核糖核酸)是遗传信息的主要承载体,RNA(核糖核酸)参与到生物信息的传递和表达。
蛋白质是功能最多、最广泛的生物大分子。
它们是由氨基酸以特定序列组成的线性聚合物,通过特殊结构的折叠和化学反应展示出各种特殊的生物功能。
蛋白质在细胞代谢、信号传导、运输、酶催化等方面起着重要作用。
生物多糖是由单糖或多种糖基单元以化学键逐级形成的大分子多聚体,包括淀粉、糖原、纤维素、果胶、壳聚糖等。
分子生物学的发展分子生物学诞生的历史可以追溯到20世纪40年代。
20世纪50年代,James Watson和Francis Crick根据X射线衍射数据提出了著名的DNA双螺旋结构模型,揭示了DNA的遗传机制。
20世纪60年代,蛋白质的研究方兴未艾,克隆技术的发明为蛋白质的研究提供了新的手段。
20世纪70年代,分子生物学进入到了高峰期,分子克隆研究和核酸杂交等技术的出现,推动了分子生物学的飞速发展。
20世纪80年代,生物基因工程技术的发展,使得分子生物学进一步振兴。
现代分子生物学简介现代分子生物学是研究生物体分子级别的组成和功能的学科。
它集合了生物学、化学、物理学和计算机科学等多个学科的知识,在20世纪中叶出现并迅猛发展。
现代分子生物学的研究对象包括DNA、RNA、蛋白质等生物分子,其目标是理解生物分子之间的相互作用以及它们在生命过程中的功能。
DNA的结构和功能DNA是分子生物学中最重要的分子之一,它是遗传信息的存储介质。
DNA由四种碱基(腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、鳞氨酸)组成,以双螺旋结构存在。
DNA 的双螺旋结构由两个互补的链组成,其中一个链以5’-3’方向排列,另一个链以3’-5’方向排列。
DNA的结构决定了其功能,包括遗传信息的复制、转录和翻译等。
RNA的结构和功能RNA是DNA的转录产物,也是调控基因表达的重要分子。
与DNA类似,RNA 也由四种碱基(腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、尿嘧啶)组成。
RNA的基本结构包括信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)等。
mRNA携带着从DNA转录而来的遗传信息,tRNA参与蛋白质合成,rRNA则是组成核糖体的主要成分。
蛋白质的结构和功能蛋白质是分子生物学中最重要的功能性分子,它们参与几乎所有生命过程。
蛋白质的结构分为四个层次:一级结构是氨基酸的线性排列,二级结构是氢键形成的α螺旋和β折叠,三级结构是二级结构的空间排布,四级结构是多个亚基相互结合形成的复合物。
蛋白质的功能包括催化反应、结构支持、信号传导等。
基因调控基因调控是生物体在不同发育阶段和环境条件下合理利用基因资源的重要机制。
分子生物学研究揭示了基因调控的分子机制,其中包括转录因子、启动子、转录因子结合位点等。
这些分子间的相互作用构成了复杂的基因调控网络,决定了基因表达的时空特异性。
基因工程基因工程是通过改变生物体的基因组来创造具有特定性状的生物体的技术。
分子生物学为基因工程提供了理论和方法支持。
其中包括基因克隆、基因转导和基因编辑等技术。
分子生物学整理名词解释1.聚合酶链反应(PCR):是指通过模拟体内DNA复制方式在体外选择性地将DNA某个特定区域扩增出来的技术。
2.c-DNA文库:把一个细胞中某以时刻所有mRNA为模板,反转录合成它们的互补DNA(cDNA)。
然后所有的cDNA克隆至大量载体上导入大量细菌,而得到的一个cDNA集合体,就称为cDNA文库。
3.基因文库:用DNA重组技术将某种生物的总DNA用特定的限制性内切酶切割成一个个片段,然后将这些片段随机地连接在某些质粒或其他载体上,再将它们转移到适当的宿主细胞中,通过细胞的增殖而构成各个片段的无性繁殖系(克隆),当这些克隆多到可以包括某种生物的全部基因时,这一批克隆的总体就称为该种生物的基因文库。
4.单核苷酸多态性(SNP):指基因组内特定核苷酸位置上存在两种(或以上)不同核苷酸且出现频率大于1%的现象,并起始特定基因转录的一段DNA序列。
5.RACE技术:快速分离基因的方法,在已知cDNA序列的基础上克隆出5‘端或3'端缺失序列的技术。
6.DNA印记法Southern blotting:Southern印迹杂交是进行基因组DNA特定序列定位的通用方法。
一般利用琼脂糖凝胶电泳分离经限制性内切酶消化的DNA片段,将胶上的DNA变性并在原位将单链DNA片段转移至尼龙膜或其他固相支持物上,经干烤或者紫外线照射固定,再与相对应结构的标记探针进行杂交,用放射自显影或酶反应显色,从而检测特定DNA分子的含量。
7.RNA印迹杂交(Northern blotting):这是一种将RNA从琼脂糖凝胶中转印到硝酸纤维素膜上的方法。
DNA印迹技术由Southern于1975年创建,称为Southern印迹技术,RNA印迹技术正好与DNA相对应,故被称为Northern印迹杂交,与此原理相似的蛋白质印迹技术则被称为Western blot。
8.蛋白质印记法(Western blotting):Western Blot采用的是聚丙烯酰胺凝胶电泳,被检测物是蛋白质,“探针”是抗体,“显色”用标记的二抗。
分子生物学笔记完全版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.) LINES②短散在重复序列(Short interspersed repeated segments) SINESSINES: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)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。