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分子生物学(全套课件396P)pdf目录•分子生物学概述•DNA的结构与功能•RNA的结构与功能•蛋白质的结构与功能•基因表达的调控•分子生物学技术与应用PART01分子生物学概述分子生物学的定义与发展分子生物学的定义分子生物学是研究生物大分子，特别是蛋白质和核酸的结构、功能、相互作用及其在生命过程中的作用机制和调控规律的科学。
分子生物学的发展自20世纪50年代以来，随着DNA双螺旋结构的发现、遗传密码的破译、基因工程技术的建立等一系列重大科学事件的发生，分子生物学迅速崛起并渗透到生命科学的各个领域，推动了整个生物科学的飞速发展。
分子生物学的研究对象与任务分子生物学的研究对象主要包括蛋白质、核酸、糖类等生物大分子，以及由这些大分子所组成的各种亚细胞结构和细胞器。
分子生物学的研究任务揭示生物大分子的结构、功能及其相互作用机制；阐明生物大分子在生命过程中的作用机制和调控规律；探索生物大分子的进化与起源等问题。
分子生物学是在遗传学的基础上发展起来的，遗传学为分子生物学提供了研究对象和研究方法。
同时，分子生物学的发展也推动了遗传学的深入研究，使得遗传学从传统的表型遗传学向分子遗传学转变。
生物化学是研究生物体内化学过程的科学，而分子生物学则是研究生物大分子的结构和功能的科学。
两者在研究对象和研究方法上有一定的重叠和交叉，但侧重点不同。
生物化学更注重生物体内化学过程的动态变化，而分子生物学则更注重生物大分子的静态结构和功能。
细胞生物学是研究细胞结构和功能的科学，而分子生物学则是研究细胞内生物大分子的结构和功能的科学。
两者在研究对象和研究方法上相互补充，共同揭示细胞的生命活动规律。
细胞生物学为分子生物学提供了研究对象和研究背景，而分子生物学则为细胞生物学提供了更深入的研究手段和视角。
与遗传学的关系与生物化学的关系与细胞生物学的关系分子生物学与其他学科的关系PART02DNA的结构与功能1 2 3脱氧核糖核苷酸，由磷酸、脱氧核糖和含氮碱基组成。
分子生物学（全套课件557P）简介分子生物学是研究生物分子结构、功能和相互作用的学科。
它涉及到核酸、蛋白质和其他生物分子的研究，以及它们在细胞和生物体中的功能。
本文档是一套全面的分子生物学课件，共有557页。
本课件旨在帮助读者系统地了解分子生物学的各个方面，包括基本的分子生物学原理、实验技术、研究方法以及应用等。
目录1.第一章：分子生物学概述2.第二章：DNA结构与功能3.第三章：RNA结构与功能4.第四章：蛋白质结构与功能5.第五章：基因表达调控6.第六章：基因突变与遗传变异7.第七章：分子生物学实验技术8.第八章：分子生物学研究方法9.第九章：分子生物学的应用领域第一章：分子生物学概述1.1 什么是分子生物学分子生物学是研究生物体内分子的结构、功能以及相互作用的学科。
它涉及到DNA、RNA、蛋白质等生物分子的研究，以及它们在细胞和生物体中的功能。
1.2 分子生物学的历史与发展分子生物学起源于20世纪50年代，当时发现DNA是物质遗传信息的携带者后，科学家们开始研究DNA的结构和功能，从而奠定了现代分子生物学的基础。
1.3 分子生物学的重要性分子生物学的研究对于了解生命的本质和机理至关重要。
它不仅有助于解释遗传现象，还可以揭示细胞的结构、功能和调控机制，甚至为疾病的诊断和治疗提供理论基础。
2.1 DNA的组成与结构DNA是由基因序列组成的生物分子，它由核苷酸组成。
本节将介绍DNA的基本结构、双螺旋结构和碱基对的配对方式。
2.2 DNA复制与遗传信息传递DNA复制是细胞分裂过程中最重要的事件之一，它确保了遗传信息的传递和稳定性。
本节将介绍DNA复制的过程和机制。
2.3 DNA修复与突变DNA在生物体内容易受到各种外界因素的损伤，因此细胞拥有多种修复机制来修复DNA损伤。
本节将介绍DNA修复的方式和维护基因组稳定性的重要性。
3.1 RNA的种类与功能RNA是DNA转录的产物，它在细胞内发挥着多种功能，包括mRNA的编码信息传递、tRNA的氨基酸运载和rRNA的构建核糖体等。
武汉大学《分子生物学》课程教学大纲课程英文名称：Molecular Biology 课程类别：必修课程学分数：3 课程学时数：54授课对象：本院生物类所有本科生本课程的前导课程：生物化学一、教学目的.本课程主要是从生物大分子的角度来阐述基因组的复制和基因组的表达机制（DNA→ RNA→蛋白质），以及基因调控机制。
通过与实验课结合，将系统介绍基本的分子生物学技术，包括后基因组技术。
本课程是英语教学试验课，旨在使学生习惯使用英语进行“听、想、叙述”分子生物学相关内容，为学生进入研究生学习和进入日趋国际化的工作岗位奠定基础。
二、教学要求1．重点掌握“原核生物和真核生物复制和表达其遗传信息，以及基因表达调控的分子机制：包括发生过程，主导和参与各过程的酶和因子（反式作用因子和顺式作用元件）”。
2.掌握“常规分子生物学技术，包括基因克隆和表达的技术，研究生物大分子相互作用的技术，模式生物和后基因组分子生物学技术。
”3.熟悉“在基因组保持，表达和基因调控中主要酶和蛋白质的结构和作用机制；以及基因调控与发育和疾病的关系。
分子生物学技术在鉴定、诊断和治疗中的作用。
”三．课程内容与学时分配第一章课程简介与分子生物学发展史（教材第1至第5章）第一节课程介绍－教学目标和方法第二节课程介绍－教学内容和安排第三节分子生物学发展史1－蒙德尔的生物观重点：从名人的研究经历学法则、长智慧第四节分子生物学发展史2－核酸承载遗传信息重点：从重大发现学法则、开思路第五节化学弱相互作用与强相互作用决定大分子的结构第二章核酸结构（教材第6章）第一节 DNA的结构与拓扑异构酶重点：DNA的双螺旋结构与DNA的功能和复制之间的关系，以及DNA拓扑异构酶在解决细胞中DNA拓扑结构中的重要性第二节 RNA的结构与核酶重点：RNA可以折叠成高级结构的机制，不同核酶的结构与功能第三章 DNA复制（教材第8章）第一节 DNA复制的化学本质和DNA聚合酶的催化机制重点：DNA复制的化学反应，聚合酶的结构与催化第二节 DNA复制的过程－原核重点：不同蛋白因子是如何顺序性在复制过程中起作用的，先导链和滞后链复制的异同，不同DNA聚合酶的作用第三节 DNA复制的过程－真核重点：不同蛋白因子和聚合酶是如何顺序性在复制过程中起作用的，先导链和滞后链复制的异同第四节同一复制叉中先导链和滞后链同时被复制的机制重点：Sliding clamps和Clamp loader的作用，Trombone复制模型第五节 DNA复制起始的调控－普遍机制和原核机制重点：Replicator-initiator互作模型；E. coli的OriC，DnaA-ATP 水平，SeqA蛋白的作用第六节 DNA复制起始的调控－真核重点：Pre-RC (复制前复合物)的形成和调控第七节 DNA复制起始的结束重点：原核－II型拓扑异构酶的作用；真核－染色体复制的末端问题以及端粒酶的作用第四章基因表达1－转录（教材第12章）第一节 RNA聚合酶与转录循环内容：RNA聚合酶的种类和特征，RNA聚合酶催化的转录步骤，转录复合物在转录过程中的结构改变第二节细菌的转录循环1－启动子和因子第三节细菌的转录循环2－转录的起始，延伸和终止第四节真核转录1－RNA聚合酶II及其介导的前体mRNA转录起始重点：核心启动子的结构，以及普通转录因子组装起始复合物的过程其他内容：因为染色体高级结构的原因，体内转录需要Mediator复合物的作用第五节真核转录2－RNA聚合酶II转录的延伸重点：RNA聚合酶II CTD结构域所结合蛋白因子的顺序置换与前体mRNA的5'加帽，内含子剪接，3'加尾和转录终止第六节真核转录3－RNA聚合酶I和III转录rRNA和tRNA，小RNA的机制第五章基因组表达2－RNA剪接（教材第13章）第一节不同类型内含子分布和RNA剪接的化学性质第二节 I型和II型内含子核酶的剪接机制重点：结构和催化的化学反应第三节真核生物蛋白编码基因内含子的剪接－剪接体的组装，重排和催化重点：剪接体的组分（snRNPs）；剪接体的组装、重派和催化之间的关系第四节可变剪接重点：生物学意义，调控机制第五节其他加工过程内容：选择性剪接体包含不同的snRNPs，RNA编辑，mRNA转运第六章基因组表达3－翻译与遗传密码（教材第14－15章）第一节 mRNA的功能内容：开放阅读框决定多肽序列，原核和真核mRNA上的翻译元件第二节转运RNA的功能，结构，以及氨基酸装载过程重点：氨基酸装载的识别功能第三节核糖内容：核糖体（翻译机器）组装与循环，翻译的化学特性，核糖体的催化功能。
第一章绪论1.分子生物学（Molecular Biology）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，是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，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。
狭义的概念偏重于核酸（基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA结构与功能、复制、转录、表达和调节控制过程。
也涉及与这些过程相关的蛋白质与酶的结构与功能的研究2.功能基因组学(Functional Genomics or post—Genomics)基因的识别与鉴定基因功能信息的提取与证实基因表达谱的绘制 (microarray)蛋白质水平上基因互作的探测3.蛋白质组学(Proteome)1994年由Wilkins等提出蛋白质组的概念：一个基因组所表达的全部蛋白质。
基因组----固定蛋白质组----动态4.生物信息学(Bioinformatics) 生物大分子的结构与功能信息通过计算机语言到分辨，提取，分析，比较，预测生物信息。
第三章核酸的结构与功能1.DNA 的一级结构：DNA分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（3´-5´磷酸二酯键）和排列顺序叫做DNA 的一级结构，简称为碱基序列。
一级结构的走向的规定为5´→3´。
不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列顺序，因此携带有不同的遗传信息。
Chargaff首先注意到DNA碱基组成的某些规律性，在1950年总结出DNA碱基组成的规律：·腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即 A=T。
·鸟嘌呤和胞腺嘧啶的摩尔数也相等，即G=C。
·含氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数，即A+C=G+T。
·嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即A+G=C+T。
2.DNA的双螺旋模型特点：a. 两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋相互盘绕而形成。
b. 磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，链间碱基按A—T，G—C配对（碱基配对原则，Chargaff定律）c.右手反平行双螺旋,d.主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧两条链e.间存在碱基互补f.螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm,g.螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力3.DNA的双螺旋结构稳定因素：·氢键·碱基堆集力·正负电荷的作用发夹(hairpin)：当同一个核酸分子中一段碱基序列附近紧接着一段它的互补序列时，核酸连有可能自身回折配对产生一个反平行的双螺旋结构4.凸环(bulge loop)：当互补序列在分子中距离较远时，形成双链区域时产生较大的单链环，如果两个可能的互补序列中的一个包含一段不配对的多余序列时产生凸环。
分子生物学“95%疾病产生的原因源自基因的无序表达。
”分子生物学的意义，就是消除疾病。
第一章绪论分子生物学研究：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。
1861年，孟德尔的豌豆杂交试验揭示遗传的物质性（性状表征）1909年,Wilhelm Ludvig Johannsen使用"基因"代表遗传学最基本单位。
1910年，Morgan （美）通过果蝇实验证明：基因遗传性状分离，基因连锁交换现象。
1928年，Griffith （英）肺炎双球菌转化实验。
10年后，Avery （美）证明DNA分子是遗传信息的有效载体。
即标记核昔酸，％标记氨基酸。
噬菌体侵染过程：1尾端吸附，2 DNA注入，3利用细菌生命过程合成自身物质，4合成新 DNA和蛋白质，并组装为新子代噬菌体，5细菌裂解，噬菌体释放。
1953年，Watson和Crick提出脫氧核糖核昔酸的双螺旋膜型。
1958年,Crick提出中心法则。
基因表达调控主要表现：信号转导、转录因子、RNA剪辑。
基因组：人体全部基因总和。
蛋白组：人体全部蛋白总和基因组计划：人体全部基因序列测序。
蛋口组计划（后基因组计划）：鉴定基因产物和功能。
第二章染色体与DNA真核细胞染色体蛋白质组成：组蛋片（染色体结构蛋白，组成核小体）、非组蛋白（RNA聚合酶、肌动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白）组蛋白特点：1进化上的极端保守性。
2无组织特异性。
3肽链上氨基酸分布不对称。
4具有修饰作用：甲基化、磷酸化5富含赖氨酸的组蛋白H5真核生物基因组DNA分类：1不重复序列：结构基因基本为单拷贝基因2中都重复序列：3髙度重复序列：只在真核生物内出现，不转录。
包含：卫星DNA.反相重叠序列（互补序列重复）、较攵杂单位的重攵（灵长类特有）DNA包装步骤：1核小体的组成：组蛋白+200bp DNAo•核小体组蛋白:H2A S H2B、出、出各两分子生成的八聚体，并伴有Hi在核小体在外边, 直径lOnmo2将200bp的DNA分子（2nm）缠绕在核小体外,从68nm压缩到10nm中，压缩率1/73六个核小体形成一个螺线管，压缩率1/6,直径30血4螺线管形成超螺线管，压缩率1/40,直径4000nni5超螺线管形成染色单体，压缩率1/5原核生物基因组特点：1结构简单2存在转录单元3有重壳基因DNA的一级结构：四种核昔酸的连接排列顺序。
（武汉大学）分子生物学1~3章（一般不考）●孟德尔学派的世界观●解释遗传性状如何从亲代传递给子代●law of segregation 独立分离定律（孟德尔第一定律）F2代中中显隐性性状的比率是3:1●在F1代表现的性状称为dominant 显性，而在F1代不表现的性状称为recessive隐性●不同的性状是由不同对遗传因子控制的（gene 基因）●law of independent 自由组合定律（孟德尔第二定律）F2 代中显性、两种杂合、隐性性状的比率是 9:3:3:1●当对多个性状进行检测时，子代中出现了具有重组性状的豌豆●homozygous 纯种——孟德尔成功的一个关键因素杂种：heterozygous●核酸承载遗传信息●DNA能够携带遗传物质——Avery发现●Griffith的肺炎双球菌转化实验——DNA可能是关键的遗传物质S细胞加热灭活之后与R细胞混合，生成了S细胞●Avery的实验——证明了DNA是遗传物质转化活性：脱氧核糖核酸酶(-) 核酸酶(+) 各种蛋白酶(+) 用核酸酶和蛋白酶处理：排除了RNA和蛋白质的污染●双螺旋——Watson & Crick●DNA半保留复制的证明●技术：放射性同位素标记、密度梯度离心、微量密度检测仪●过程：将大肠杆菌在只含有N15的培养基中培养若干代→ 后续的培养中，每代加入10倍的N14 → 利用E.coli的菌落数确定何时取样→ 进行密度定量检测●结果：N15-N15的条带转变为N15-N15的条带，最后转变为N14-N14和N15-N14条带能说明DNA复制不是全保留复制，但还不能排除分散复制的可能●附加实验：热变性处理实验——排除了分散复制的可能，确定了DNA半保留复制●原理：加热能使DNA解离变性●将培养一代的E.coli进行热处理并对N的同位素进行密度检测，如果密度峰值只有2个，即说明是半保留复制对照组：仅用15N培养基和仅用14N培养基培养的E.coli●中心法则——遗传信息的流向●包括DNA的复制、DNA的转录、RNA的翻译●修正补充：RNA的逆转录、RNA的复制、RNA的加工●蛋白质合成方向的确定通过三个实验完全证明了①肽链是顺序合成的、●实验一——证明肽链合成是顺序的●假设（原理）在加入放射性同位素标记的氨基酸之后，短时间内将溶液中已经合成完毕的球蛋白取出并酶解，测定每一个片段的放射性强度●核糖体合成●短时间标记：核糖体上有不同长度的肽链，加上的放射性氨基酸较少，酶切后测定出的每个肽链放射性强度差不多（没有明显放射性强度梯度）●长时间标记：越来越多的放射性氨基酸被掺入肽链，进行酶切处理时，越接近合成起始端，所带有的放射性氨基酸数目越多，放射性强度越强（放射性强度出现，并形成了起始端到末端逐渐减弱的梯度）●体外合成●短时间标记：位于肽链合成末端的放射性强度是最高的，越接近起始端放射性强度越低（从合成末端到起始端逐渐减弱的放射性强度梯度）●长时间标记：越接近合成的起始端，含有放射性氨基酸肽段的数目越多（削减肽链所产生的梯度）●过程●获得标记的球蛋白（细胞：兔网织红细胞，球蛋白：血红蛋白）兔网织红细胞中只合成血红蛋白，避免了杂蛋白的干扰 H3亮氨酸对球蛋白进行短时间标记，C14亮氨酸进行长时间标记●分离溶液中的球蛋白和核糖体上正在合成的球蛋白细胞破碎、离心，获得上清液和沉淀物。
