第11章 现代分子生物学及其技术

现代分子生物学第一章1.分子生物学研究内容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2 分子生物学：是研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能，并从分子水平上阐明蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸之间的互作及其基因表达调控机理的学科。

第二章1.真核细胞染色体的组成1 化学成分蛋白质组蛋白非组蛋白DNA约占30%，每条染色体含一个双链DNA分子，是遗传信息的载体，也就是所谓的遗传物质。

蛋白质和DNA完全融合在一起另外，可能存在少量的RNA2.组蛋白是染色体的结构蛋白，与DNA大约等量，它与DNA组成核小体，是一类小的碱性蛋白。

3.C-值（C-value）:一种生物单倍体基因组DNA的总量。

4.核小体：是染色质的基本结构单位，包含有大约200bp的DNA，组蛋白H2A、H2B、H3、H4各两个分子组成的八聚体及外围的H1组蛋白。

5.高度重复序列——卫星DNA：占10－60%，重复达数百万次，不转录，多位于着丝粒处，是异染色质组分，可能与染色体稳定有关。

（填空）6.真核基因组结构特点归纳：1、基因组庞大；2、大量重复序列的存在；3、大部分序列为非编码序列；4、转录产物为单顺反子；5、真核基因是断裂基因；6、真核基因存在大量的顺式作用元件；7、DNA存在多态性；8、具有端粒结构。

7.1.通常DNA在细胞中以右旋B-DNA形式存在，2. 但可能发生改变，转录时，DNA-RNA杂交分子呈右旋A-DNA型。

3. Z-DNA为左旋，Z-DNA可能与基因的调控有关。

8.正超螺旋（positive supercoil）：由于双链紧缠而引起的超螺旋。

负超螺旋（negaive supercoil）：由于双链松缠而引起的超螺旋。

9.研究发现，所有的DNA超螺旋都是由DNA拓扑异构酶产生的。

10.DNA的半保留复制：DNA在复制过程中，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。

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。

第一章绪论分子生物学分子生物学的基本含义 (p8分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学，是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。

分子生物学与其它学科的关系分子生物学是由生物化学、生物物理学、遗传学、微生物学、细胞学、以至信息科学等多学科相互渗透、综合融会而产生并发展起来的，凝聚了不同学科专长的科学家的共同努力。

它虽产生于上述各个学科，但已形成它独特的理论体系和研究手段，成为一个独立的学科。

生物化学与分子生物学关系最为密切 :生物化学是从化学角度研究生命现象的科学，它着重研究生物体内各种生物分子的结构、转变与新陈代谢。

传统生物化学的中心内容是代谢，包括糖、脂类、氨基酸、核苷酸、以及能量代谢等与生理功能的联系。

分子生物学则着重阐明生命的本质----主要研究生物大分子核酸与蛋白质的结构与功能、生命信息的传递和调控。

细胞生物学与分子生物学关系也十分密切:传统的细胞生物学主要研究细胞和亚细胞器的形态、结构与功能。

探讨组成细胞的分子结构比单纯观察大体结构能更加深入认识细胞的结构与功能，因此现代细胞生物学的发展越来越多地应用分子生物学的理论和方法。

分子生物学则是从研究各个生物大分子的结构入手，但各个分子不能孤立发挥作用，生命绝非组成成分的随意加和或混合，分子生物学还需要进一步研究各生物分子间的高层次组织和相互作用，尤其是细胞整体反应的分子机理，这在某种程度上是向细胞生物学的靠拢。

第一章序论1859年发表了《物种起源》，用事实证明“物竞天择，适者生存”的进化论思想。

指出：物种的变异是由于大自然的环境和生物群体的生存竞争造成的，彻底否定了“创世说”。

达尔文第一个认识到生物世界的不连续性。

意义：达尔文关于生物进化的学说及其唯物主义的物种起源理论，是生物科学史上最伟大的创举之一，具有不可磨灭的贡献。

细胞学说细胞学说的建立及其意义德国植物学家施莱登和德国动物学家施旺共同提出：一切植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一切动植物的基本单位。

现代分子生物学教程第一章引言现代分子生物学是研究生物体分子层面结构、功能和相互关系的学科，是生物学发展的重要分支之一。

本教程将从分子生物学的基本概念和实验技术入手，介绍分子生物学的发展历程、研究方法和应用领域。

第二章 DNA的结构与功能DNA是生物体中存储遗传信息的分子，其结构和功能是分子生物学研究的核心内容之一。

本章将介绍DNA的化学结构、双螺旋结构的发现和意义，以及DNA在遗传信息传递和基因表达中的重要作用。

第三章 RNA的结构与功能RNA是DNA的转录产物，具有多样的结构和功能。

本章将介绍RNA的结构类型及其功能，包括mRNA、rRNA、tRNA等不同种类RNA在蛋白质合成中的作用，以及RNA在基因调控中的重要性。

第四章蛋白质的结构与功能蛋白质是生物体内功能最为多样和复杂的分子，参与细胞的各种生物学过程。

本章将介绍蛋白质的结构层级、折叠方式和功能，以及蛋白质在代谢调控、信号传导和酶催化等方面的重要作用。

第五章基因组学与基因组分析基因组学是研究生物体基因组结构和功能的学科，是现代分子生物学的前沿领域之一。

本章将介绍基因组的组成、结构和功能，以及基因组分析的方法和应用，如基因定位、基因表达谱分析和基因功能注释等。

第六章分子遗传学与基因调控分子遗传学研究分子水平上的遗传现象和遗传变异，揭示基因在遗传传递和表达过程中的分子机制。

本章将介绍基因突变、基因重组和基因表达调控等方面的内容，以及相关实验技术和研究方法。

第七章分子进化与系统生物学分子进化是研究生物种群基因组演化和物种起源关系的学科，系统生物学是通过分析基因组信息和构建系统进化树来研究生物分类和进化。

本章将介绍分子进化的基本原理和方法，以及系统生物学的应用和发展趋势。

第八章分子生物学的应用分子生物学的研究成果在医学、农业、生物工程等领域有着广泛的应用价值。

本章将介绍分子诊断、基因工程、转基因技术等方面的应用，并探讨分子生物学在未来的发展方向和挑战。

现代分子生物学课件一、引言分子生物学是研究生物大分子（如DNA、RNA和蛋白质）的结构、功能和相互作用的科学。

随着科学技术的飞速发展，现代分子生物学已经取得了许多重要的突破，为生命科学、医学、农业等领域的研究和应用提供了强大的理论和技术支持。

本课件旨在介绍现代分子生物学的基本原理、技术方法和研究进展，以帮助学生更好地理解分子生物学的基本概念，掌握相关实验技术，并为未来的科研工作打下坚实的基础。

二、DNA的结构与功能DNA是生物体内携带遗传信息的分子，其双螺旋结构由两条互相缠绕的链组成。

DNA分子由四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鳞状细胞素）组成，它们通过氢键相互配对，形成碱基对。

DNA 的主要功能是存储和传递遗传信息，指导蛋白质的合成，从而调控生物体的生长、发育和代谢等生命活动。

三、基因的表达与调控基因的表达是指DNA序列转化为功能蛋白质的过程，包括转录和翻译两个阶段。

转录是指DNA模板上的信息被复制成RNA分子的过程，翻译是指RNA分子被翻译成蛋白质的过程。

基因的表达受到多种因素的调控，包括转录因子、染色质结构、DNA甲基化等。

这些调控机制确保了基因在适当的时空条件下表达，从而维持生物体的正常生理功能。

四、分子生物学技术1.PCR（聚合酶链反应）：一种在体外扩增DNA片段的技术，具有高灵敏度、高特异性和操作简便等特点。

2.克隆技术：将DNA片段插入到载体中，使其在宿主细胞中复制和表达的技术。

3.基因敲除和敲入：通过基因编辑技术（如CRISPR/Cas9）对生物体的基因进行精确修改，以研究基因的功能。

4.蛋白质组学：研究生物体内所有蛋白质的表达、修饰和相互作用的技术。

5.代谢组学：研究生物体内所有代谢物的种类、含量和变化的技术。

五、现代分子生物学研究进展1.基因组学：人类基因组计划的完成，揭示了人类基因组的整体结构和功能。

2.系统生物学：通过整合生物学数据，研究生物系统的整体行为和调控机制。

《现代分子生物学》教学大纲课程名称：现代分子生物学课程类别：专业必修课学时：48 学时学分：3学分考核方式：考试适用专业：生物技术开课学期：第5或6学期一、课程性质、目的任务分子生物学是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。

自20世纪50年代以来，分子生物学一直是生物学的前沿与生长点，其主要研究领域包括蛋白质体系、蛋白质-核酸体系和蛋白质-脂质体系。

生物大分子，特别是蛋白质和核酸结构功能的研究，是分子生物学的基础。

现代化学和物理学理论、技术和方法的应用推动了生物大分子结构功能的研究，从而出现了分子生物学的蓬勃发展。

本课程是研究核酸等生物大分子的功能、形态结构特征及其重要性和规律性的学科，也是生物专业的主干课程，分子生物学已成为生物类各专业教学计划中重要的核心课程，因此它是十分重要的一门必修课程，也是培养造就生物技术和生命科学高层次专门人才所需基本素质的重要课程。

本门课程的主要内容包括：染色体与DNA、基因和基因组、现代分子生物学的研究方法与技术、转录、翻译、原核生物基因表达与调控、真核生物基因表达调控、发育与分子调控等，此外，还包括各种讲座。

总之，通过分子生物学知识的传授，培养学生从分子水平上去分析、理解生命现象与过程，提高学生思考与探索生命奥秘的能力，从而为生物技术的分子生物学实验提供详实的理论基础。

二、课程基本要求该课程要求学生掌握现代分子生物学基本理论和基本技术，为其它专业课的学习和今后的发展奠定基础。

在课程学习的同时，要求学生提高思想道德修养、自学能力、专业英语能力、应用知识能力、表达能力、创新能力和科研能力。

三、学时分配四、教学方法与考核(一) 教学方法1．以学科体系为主体，以应用为目的，教学过程加强针对性和实用性。

2．本课程以讲授为主、自学和讨论为辅的方式组织教学，并通过阅读主要参考书目、网上查询、资料整理和专题讨论，加深对细胞生物学了解，并掌握该学科的实验技能和操作。

现代分子生物学课后习题及答案（共 10 章）第一章绪论1.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？答：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。

2.分子生物学研究内容有哪些方面？答：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 年代以来的迅速发展，该领域已形成了比较完整的理论体系和研究技术，是目前分子生物学内容最丰富的一个领域。

研究内容包括核酸/基因组的结构、遗传信息的复制、转录与翻译，核酸存储的信息修复与突变，基因表达调控和基因工程技术的发展和应用等。

遗传信息传递的中心法则（centraldogma）是其理论体系的核心。

弱化子:原核生物操纵子中能显著减弱甚至终止转录作用的一段核苷酸序列单顺反子:只编码一个蛋白质的mRNA多顺反子:编码多个蛋白质的mRNA基因簇:基因家族中的各成员紧密成簇排列成大串的重复单位，位于染色体的特殊区域断裂基因:在一个结构基因中，编码某一蛋白质不同区域的各个外显子被长度不等的内含子隔离，形成镶嵌排列的断裂方式外显子:基因中编码的序列称为外显子内含子:基因中非编码序列称为内含子组成性剪接:编码蛋白质的不连续基因通过RNA剪接将内含子从mRNA前体中依次除去，将外显子剪接成成熟的mRNA选择性剪接:用不同的剪接方式从一个mRNA前体产生不同的mRNA剪接异构体的过程基因重排:将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录的方式增强子:能使和它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列反式作用因子:能够结合在顺式作用元件上调控基因表达的蛋白质或者RNA电泳迁移率:带电粒子在单位时间内移动的距离PCR(聚合酶链式反应):通过模拟体内DNA复制方式在体外选择性的将DNA某个特定区域扩增出来的技术变性:DNA双链氢键断裂，最后完全变成单链的过程。

退火:引物与模板DNA按照碱基互补配对原则相结合基因组文库:把某种生物基因组的全部遗传信息通过克隆载体贮存在一个受体菌克隆子群体中，这个群体即这种生物的基因组文库。

cDNA:在体外以mRNA为模板，利用反转录酶和DNA聚合酶合成的一段双链DNA。

cDNA文库:某种生物基因组转录的全部mRNA经反转录产生的cDNA片段分别与克隆载体重组，并将其引入到相应的宿主细胞中繁殖和扩增，理论上此群体就包含有该物种的全部mRNA信息，称该生物基因组的cDNA文库SNP:单核苷酸多态性，指基因组DNA序列中由于单个核苷酸的突变而引起的物种多态性。

RNA剪接:从DNA模板链转录出的最初转录产物中除去内含子，并将外显子连接起来形成一个连续的RNA分子的过程。

基因芯片技术:通过优化芯片杂交程序，使探针只与完全互补的序列杂交而不与含有单个错配碱基的序列杂交原位杂交:是用标记的核酸探针，经放射自显影或非放射检测体系，在组织、细胞、及染色体水平上对核酸进行定位和相对定量研究的一种手段,分为RNA原位杂交和染色体原位杂交基因组:一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因，包括每一条染色体和所有亚细胞器的DNA序列信息。