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现代分子生物学ppt课件

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现代分子生物学ppt课件

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目录
• 分子生物学概述 • 基因与基因组 • DNA复制与修复 • RNA转录与加工 • 蛋白质翻译与修饰 • 基因表达调控 • 分子生物学技术与应用
01 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
在分子水平上研究生物大分子的 结构和功能，以揭示生命现象本 质的科学。
重组DNA技术的应用
阐述重组DNA技术在基因克隆、基因表达、基因治疗等领域的应 用。
重组DNA技术的优缺点
分析重组DNA技术的优点，如高效、精确等，同时也指出其存在 的缺点，如安全性问题等。
PCR技术原理，包括引物设计、DNA聚合酶的作用 等。
PCR技术的应用
基因表达的调控
研究基因表达在时间和空间上的调控机制， 包括转录因子、表观遗传学等。
分子生物学与生物学的关系
分子生物学是生物学的重要分支
01
分子生物学研究生物大分子的结构和功能，是揭示生命现象本
质的基础科学。
分子生物学推动生物学的发展
02
随着分子生物学理论和技术的不断发展，生物学的研究领域不
断拓宽，研究水平不断提高。
microRNA调控
一类非编码小RNA分子，通过与靶mRNA结合抑制其翻译或促进 其降解来调节基因表达。
基因表达调控的生物学意义
适应环境变化
细胞分化和发育
能量代谢平衡
响应生物和非生物胁迫
基因表达调控使生物能够根据 不同环境条件调整其生理和代 谢状态，以维持生存和繁殖。
在细胞分化和发育过程中，基 因表达调控确保不同类型细胞 具有独特的表型和功能。
列举PCR技术在DNA片段扩增、基因突变分析、基因表达分析等领 域的应用。

分子生物学(共19张PPT)

分子生物学(共19张PPT)

04
蛋白质的结构与功能
蛋白质的分子组成与结构
氨基酸通过肽键连 接形成多肽链，即 蛋白质的一级结构 。
多条多肽链组合在 一起，形成蛋白质 的三级结构。
蛋白质的基本组成 单位是氨基酸，共 有20种常见氨基酸 。
多肽链经过盘绕、 折叠形成二级结构 ，主要形式包括α螺旋和β-折叠等。
在特定条件下，蛋 白质可形成四级结 构，由多个亚基组 成。
发展历程
从20世纪50年代DNA双螺旋结构 的发现开始，分子生物学经历了 飞速的发展，成为现代生命科学 中最为活跃和前沿的领域之一。
分子生物学的研究对象与任务
研究对象
主要包括DNA、RNA、蛋白质Байду номын сангаас生 物大分子，以及它们之间的相互作用 和调控机制。
研究任务
揭示生物大分子的结构、功能及其相 互作用机制；阐明基因表达调控的分 子机制；探索生物大分子在生命过程 中的作用和意义。
转录因子
01
真核生物中存在大量转录因子，它们与DNA特定序列结合，激
活或抑制基因转录。
表观遗传学调控
02
通过DNA甲基化、组蛋白修饰等方式，改变染色质结构，影响
基因表达。
microRNA调控
03
microRNA是一类小分子RNA，通过与mRNA结合，抑制其翻
译或促进其降解，从而调节基因表达。
基因表达调控的分子机制
发育生物学研究生物体的发育过程，而分子 生物学则揭示了发育过程中基因表达和调控 的分子机制。
02
DNA的结构与功能
DNA的分子组成与结构
DNA的基本组成单位
脱氧核糖核苷酸，由磷酸、脱氧核糖 和碱基组成。
DNA的碱基
DNA的双螺旋结构

现代分子生物学与环境科学PPT.

现代分子生物学与环境科学PPT.

三. 分子生物学的研究内容
3. 细胞信号转导的分子生物学 ❖ 信号转导研究的目标是阐明这些变化的分子机理，
明确每一种信号转导与传递的途径及参与该途径的 所有分子的作用和调节方式以及认识各种途径间的 网络控制系统。信号转导机理的研究在理论和技术 方面与上述核酸及蛋白质分子有着紧密的联系，是 当前分子生物学发展最迅速的领域之一。
现代分子生物学与环境科学
现代分子生物学与环境科学
第一部分 绪论
一. 分子生物学的定义 二. 分子生物学的发展历程 三. 分子生物学的研究内容 四. 分子生物学展望
一. 分子生物学的定义
一. 分子生物学的定义
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。
二. 分子生物学的发展历程
2.现代分子生物学的建立和发展阶段 这一阶段是从50年代初到70年代初，以1953年
Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型作为现 代分子生物学诞生的里程碑开创了分子遗传学基本 理论建立和发展的黄金时代。在此期间的主要进展 包括： ❖ 遗传信息传递中心法则的建立 ❖ 对蛋白质结构与功能的进一步认识
四. 分子生物学展望
例如：在地球上千姿万态的生物携带庞大的生命信息，迄今 人类所了解的只是极少的一部分，还未认识核酸、蛋白质组 成生命的许多基本规律；又如即使到2005年我们已经获得人 类基因组DNA3x109bp的全序列，确定了人的5-10万个基因 的一级结构，但是要彻底搞清楚这些基因产物的功能、调控、 基因间的相互关系和协调，要理解80%以上不为蛋白质编码 的序列的作用等等，都还要经历漫长的研究道路。可以说分 子生物学的发展前景光辉灿烂，道路还会艰难曲折。

现代分子生物学(课堂PPT)

现代分子生物学(课堂PPT)
基因表达与疾病的关系
基因表达的异常与多种疾病的发生和发展密切相关，如癌症、遗传病等。因此，研究基因 表达的调控机制对于理解疾病的发生和治疗具有重要意义。
PART 03
DNA复制与修复
REPORTING
DNA复制的过程与特点
DNA复制的过程
起始、延伸、终止三个阶段，涉及多种蛋白质和酶的参与，确保 DNA的准确复制。
维持内环境稳定
基因表达调控有助于维持生物 体内环境的稳定，如血糖、血 压和免疫系统等。
响应生物信号
基因表达调控可以响应来自生 物体内部的信号，如激素和神 经递质等，从而调节生物体的
生理活动。
PART 06
分子生物学技术与应用
REPORTING
DNA重组技术
重组DNA技术的基本步骤
获取目的基因、构建基因表达载体、将目的基因导入受体细胞、 目的基因的检测与鉴定。
基因芯片技术及其应用
基因芯片技术的原理
将大量已知序列的基因片段固定在固相支持物上，与待测 样品进行杂交，通过检测杂交信号实现对基因表达的定量 分析。
常用的基因芯片技术
cDNA微阵列、寡核苷酸微阵列、蛋白质微阵列等。
基因芯片技术的应用
基因表达谱分析、基因突变检测、疾病诊断、药物筛选等 。
THANKS
表观遗传学调控
真核生物中还存在表观遗传学调控，如 DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA的 调控等。
基因表达调控的生物学意义
适应环境变化
基因表达调控使生物体能够适 应不同的环境条件，如温度、
光照、营养状况等。
细胞分化与发育
基因表达调控在细胞分化和发 育过程中起着关键作用，使不 同细胞具有不同的形态和功能 。
分子生物学发展

现代分子生物学ppt课件

现代分子生物学ppt课件

1
220
3453
2
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2954
3
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2427
4
186
1861
5
182
2136
6
172
2257
7
146
1831
8
146
1560
9
113
1537
10
130
1653
11
132
2185
4
染色体编号 长度（Mbp) 估计的基因数
12
134
1861
13
99
1032
14
87
1283
15
80
1198
16
75
1421
129
125
135
102
分离难 易度
易
保守性 不保守
染色质 中比例
0.5
染色质 中位置
接头
较难 较保守 1
核心
较难 较保守 1
核心
最难 最保守 1
核心
最难 最保守 1
核心
27
表2-6 不同组蛋白分子中所含的碱性氨基酸比较 （占氨基酸总数的%）
碱性氨 H1
H2A
H2B
H3
H4
基酸
赖氨酸 29.5 10.9 16.0
24
组蛋白具有如下特性：
1、进化上的极端保守性。不同种生物组蛋白的氨基 酸组成十分相似。牛、猪、大鼠的H4氨基酸序列完全 相同，与豌豆序列相比也只有两个氨基酸的差异。 2、无组织特异性。只有鸟类、鱼类 及两栖类红细 胞染色体不含H1而带有H5，精细胞染色体的组蛋白是 鱼精蛋白。
25
3、肽链上氨基酸分布的不对称性。碱性氨基酸集 中分布在N端的半条链上，而大部分疏水基团都分 布在C端。碱性的半条链易与DNA的负电荷区结合， 而另外半条链与其他组蛋白、非组蛋白结合。

2024版《现代分子生物学》朱玉贤第五版北大课件

2024版《现代分子生物学》朱玉贤第五版北大课件
翻译后加工
新生肽链经过加工修饰，如剪切、 折叠、修饰等，成为具有生物活性 的蛋白质。
20
蛋白质翻译后加工修饰类型举例
2024/1/28
N-端fMet或Met的切除
新生肽链N-端的甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸通常被切 除。
二硫键的形成
半胱氨酸残基之间可以形成二硫键，对蛋白质的稳 定性和活性有重要作用。
化学修饰
生物工程
表观遗传学机制可以影响细胞的分化和发育，因此通过表观遗传学手段来改造细胞或生物体可能成为一种新 的生物工程技术。例如，利用表观遗传学手段来实现细胞重编程和再生医学应用。
26
06
现代分子生物学技术应用与 发展趋势
2024/1/28
27
DNA测序技术原理及应用领域拓展
DNA测序技术原理
通过特定的生物化学方法，将 DNA片段化并逐一测定其碱基序 列，从而获得完整的基因序列信
组修复等。
DNA损伤修复对于维持细胞基 因组稳定性和防止突变具有重要
意义。
2024/1/28
11
基因突变与遗传多样性
基因突变是指DNA序列中碱基的替换、 插入或缺失。
基因突变是生物进化的原材料，对于 生物适应环境和进化具有重要意义。
2024/1/28
基因突变可以产生新的等位基因，增 加遗传多样性。
序列比对与注释
01
利用生物信息学方法对基因序列进行比对和注释，揭示基因功
能和进化关系。
基因表达谱分析
02
通过高通量测序技术，研究基因在不同条件下的表达谱变化，
解析基因调控网络。
蛋白质结构与功能预测
03
利用生物信息学方法预测蛋白质的三维结构和功能，为药物设
计和蛋白质工程提供理论支持。

《分子生物学全套》ppt课件

分子生物学定义
分子生物学是一门从子水平研究生 物大分子的结构和功能的科学，主要 关注DNA、RNA和蛋白质等生物大 分子的复制、转录、翻译和调控等过 程。
分子生物学特点
以分子为研究对象，阐明生命现象的 本质；与多学科交叉融合，推动生命 科学的发展；实验技术手段不断更新 ，提高研究效率和准确性。
分子生物学发展历程
分子生物学研究内容及方法
研究内容
包括基因和基因组的结构与功能、DNA损伤与修复、基因表达的调控、蛋白质 组学的研究以及疾病产生的分子基础等。
研究方法
包括基因克隆与表达、蛋白质分离与纯化、PCR技术、基因敲除与敲入、高通 量测序技术、生物信息学分析等。这些方法的应用使得分子生物学研究更加深 入和广泛。
阔前景。
下一代测序技术在分子生物学中应用
下一代测序技术原理
基于大规模并行测序的原理，一次可对数百万至数十亿个DNA分 子进行测序。
测序数据分析
包括序列比对、变异检测、基因表达量分析等，以揭示基因组的结 构和功能。
下一代测序技术的应用
在疾病诊断、个性化医疗、物种鉴定和进化生物学等领域发挥重要 作用。
非编码RNA与疾病关系
非编码RNA异常表达与多种疾病相关，如肿瘤、心血管疾 病等，可作为疾病诊断和治疗的新靶点。
非编码RNA研究前景
随着高通量测序技术和生物信息学发展，非编码RNA研究 将更加深入，为疾病防治提供新思路和新方法。
合成生物学在分子生物学中应用前景
合成生物学概念及研究范畴
合成生物学是一门新兴交叉学科，旨在通过设计和构造新的生物部件、系统和机器来理解 和操控自然生物系统。
RNA产物。
影响因素
包括DNA模板的序列和 结构、RNA聚合酶的活 性和选择性、转录因子

现代分子生物学(第四版)朱玉贤课件 PPT 第1章 绪论

特别是基因的一般结构与生物功能，基因活 性的修饰与调节； 4. 掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原 理，了解现代分子生物学基本研究方法； 5.了解基因组与比较基因组学的新成果， 新进展。
主要教材与参考书
1.《现代分子生物学》 第3版（2007）朱玉贤、李毅、郑晓峰
2. 现代生物学精要(Instant Notes)系列 《分子生物学》第二版（2002）刘进元 《Molecular Biology》2e P.C.turner,et al 3. Principles of Biochemistry
1994 Gilman Rodbell 美国
1995
Lewis Nusslein-Volhard Wieschaus
美国 德国 美国
建立DNA测序方法
诺贝尔生理医学奖
建立和发展了单克隆抗体技术
诺贝尔生理医学奖
发现可移动癌基因
诺贝尔化学奖 诺贝尔生理医学奖
G蛋白在细胞内信息传导中的作用 诺贝尔生理医学奖
发现了控制果蝇体节发育的基因
诺贝尔生理医学奖
年份
科学家
Doherty 1996 Zinkernagel
国籍
澳 瑞士
1997 Prusiner
美
Furchgott
美
1998
Ignarro Murad
1999 Blobel
美
Carlsson
德
2000 Greengard
预计到2020年，生物医药占全球药品的比重 将超过1/3，生物质能源占世界能源消费的比 重将达5%左右，生物基材料将替代10%-20%的 化学材料。
生物制造、生物能源、生物环保等一 批新兴产业正在快速形成。
据Ernst＆Young研究报告，2010年生 物环境、生物工业处理、生物海洋技术世界市 场规模将达到 134亿美元、327亿美元、288 亿美元。

现代分子生物学与环境科学ppt课件


生态系统恢复与重建
通过分子生物学技术解析生态系统结 构与功能，为生态系统恢复与重建提 供技术支持。
现代分子生物学对环境科学
04
挑战和机遇
新型污染物对生态系统影响研究
新型污染物种类及来源
包括持久性有机污染物、重金属、纳米材料等，来源于工业、农 业、生活等各个领域。
对生态系统影响机制
通过食物链传递、生物放大等作用，对生态系统结构和功能造成破 坏，影响生物多样性。
案例一
利用基因工程技术治理重金属污染。通过克隆重金属抗性基因，构 建工程菌，提高微生物对重金属的耐受性和降解能力。
案例二
应用微生物群落分析技术监测水质变化。通过高通量测序技术分析 水样中微生物群落结构，评估水质状况及污染来源。
案例三
利用分子标记技术研究生物入侵机制。通过分子标记技术追踪入侵生 物的扩散路径和遗传变异情况，为制定防控策略提供依据。
培养实验设计与分析能力
能够独立设计实验方案，分析实验数据并得出结论。
环境科学领域相关实验设计思路
针对环境问题选择合适的分子生物学技术
如基因克隆、基因表达调控、微生物群落分析等。
设计合理的实验方案
包括实验目的、实验原理、操作步骤、预期结果等。
注意实验的可重复性和可比性
确保实验结果的可靠性和准确性。
案例分析
宏基因组学在解析环境微生物群落结构和 功能方面的潜力；
人工智能和机器学习在环境组学数据分析 中的应用。
未来挑战及应对策略探讨
如何提高现代分子生 物学技术的灵敏度和 准确性，以应对环境 样本的复杂性和多样
性；
如何整合多组学数据 ，以更全面地揭示环 境生境科学 其他领域的交叉融合 ，以推动环境科学的

现代分子生物学-蛋白质ppt课件


动态
与其它分子结合: 信号转导
蛋白质相互作用: 结构, 最具挑战性
分子水平：
基因组DNA：基因重排，Ig多样性 基因序列多样性（Science. 2004，305:251-254 ），抵抗 不同病原（低等动物）等作用 DNA修饰，甲基化（epigenomics），S修饰等
mRNA：启动子，ChIP，EMSA 非编码小RNA（siRNA，miRNA，piRNA）（epigenomics）
Erica Golemis et al, Protein-protein Interaction—A Molecular Cloning Manual
papers
1.蛋白质互作研究的意义(Importance)
生命活动
基因表达调控
转录
翻译
细胞活动: 基因是关键
蛋白质:修饰
单个蛋白: 较少
蛋白作用
蛋白复合体
细胞吞噬 Ran
NP
VP466
Ranmyosin actin
小分子siRNA
细胞吞噬
RNAi
overexpression
小G蛋白（Rab，Ran）与骨架 蛋白直接作用调控吞噬
病毒双功能蛋白
蛋白质复合体标记
病毒感染
Rhodamine-Phalloidin
3.细胞内蛋白质标记 （protein labeling in vivo）
解决荧光染料的缺点：构建双光子显微镜（two-photon microscope） 采用脉冲近红外线激光，发出比激发光能量高 的光
该文：采用第二次谐波产生技术 发现barium titanate (BaTiO3)晶体（纳米颗粒），30 nm 比核糖体的直径大2倍 有望代替荧光染料的材料：量子点和纳米颗粒
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• 翻译后的转运机制：细胞膜受体 • 核定位蛋白的转运机制：核定位序列 • 蛋白质的降解：蛋白酶水解、N端氨基酸影
响半衰期
第五章 分子生物学研究方法
知识要点
• 分子克隆技术的过程 • 分子杂交的概念 • PCR反应步骤
分子克隆RE、ligase • 重组DNA分子导入寄主细胞：细菌转化 • 重组体克隆的筛选：蓝白斑筛选、抗生素
第四章 生物信息的传递（下）
知识要点
• 三联体遗传密码 • tRNA的结构与功能 • 核糖体的结构与功能
• 蛋白质合成机制 • 蛋白质转运机制
遗传密码
• 遗传密码的破译 • 遗传密码的特性：无逗号、不重叠、通用
性、简并性、起始密码和终止密码
tRNA的结构与功能
• tRNA的二级结构：三叶草型——四环四臂 • tRNA的三级结构：倒L型 • tRNA的功能：密码子与反密码子的配对 • tRNA种类：起始tRNA与延伸tRNA、同工
C值矛盾
DNA结构
• DNA的一级结构 • DNA的二级结构——双螺旋模型
影响DNA二级结构稳定的因素 • DNA的高级结构——正超螺旋和负超螺旋
DNA复制
• 半保留复制 • 半不连续复制 • 复制的起点、方向和速度 • DNA聚合酶：原核 真核 • 原核生物和真核生物DNA复制的差别
第三章 生物信息的传递（上）
知识要点
• RNA转录过程和转录后加工 • 启动子与增强子、终止与抗终止 • 原核生物与真核生物mRNA的特征比较
RNA转录过程
• 不对称转录 • 原核生物RNA聚合酶：核心酶＋因子 • 真核生物RNA聚合酶：分类、特征、转录
产物 • 起始（启动子）、延伸、终止（终止信号）
原核与真核启动子的特征 增强子的概念和作用特点 终止和抗终止
第一章 绪论
知识要点
• 分子生物学发展历史 • 分子生物学研究范围
重要名词
• 分子生物学Βιβλιοθήκη • 基因 • 中心法则第二章 染色体与DNA
知识要点
• 染色体 • DNA结构 • DNA复制 • DNA修复 • DNA转座
染色体
• 染色体是遗传物质的载体，DNA是遗传物 质
• 染色体上的蛋白质包括组蛋白和非组蛋白 • 染色体的基本结构单元是核小体 • 组蛋白的类别和特性 • 原核生 • 反转录生成cDNA • 与载体分子相连接 • 转入寄主细胞
酵母双杂交系统
• 用于分离能与已知靶蛋白质互作的基因 • 基本原理：真核生物的转录因子大多有两
个结构分开、功能上独立的结构域组成： DNA结合域（BD）和转录激活域（AD）， 只有两者在空间上相互靠近才能起始转录。
• 激素调节、热激蛋白调节、金属蛋白调节
第八章 疾病与人类健康
知识要点
• 癌症发病机制 • 癌基因概念和分类 • 基因治疗的概念
癌基因的概念和分类
• 癌基因：体外引起细胞转化，体内诱发肿 瘤。分为v-onc（HIV和HBV）和c-onc两类
• 诱发癌症的因素：物理、化学、生物（点 突变、启动子插入、甲基化程度降低、基 因扩增与高表达、基因易位或重排）
真核生物基因组的特点
• 单顺反子 • DNA与蛋白质结合 • 存在大量的非转录和非翻译序列 • 转录的调节区较大 • RNA转录与蛋白质合成存在空间间隔 • 须经过成熟和剪切过程才能翻译成蛋白质
真核生物基因表达调控层次
• DNA水平：染色质结构变化、甲基化 • 转录水平：顺式因子和反式因子互作 • 转录后水平：剪切 • 翻译水平：5‘帽子结构的识别等 • 翻译后水平：切割、水解、化学修饰
RNA转录后加工
• 前体mRNA5’加帽子（m7G），3’端加尾 （polyA）
• RNA剪切：intron和exon的交界序列、选择 性剪切
• RNA编辑
原核与真核mRNA的比较
• 原核生物mRNA：半衰期短、多顺反子形式 存在、无帽子和尾巴
• 真核生物mRNA：有帽子和尾巴、单顺反子 帽子和尾巴的功能
tRNA、校正tRNA、氨酰tRNA合成酶
核糖体结构与功能
• 核糖体组成 rRNA序列特征：SD序列
• 原核与真核核糖体结构的差异 • 活性中心
蛋白质合成
• 氨基酸的活化 • 肽链的起始 • 肽链的延伸：进位、转位、移位 • 肽链合成的终止 • 蛋白质合成抑制剂
蛋白质转运机制
• 翻译——转运同步机制：信号肽的结构特 征
原核生物转录后调控
• 翻译起始调控：mRNA二级结构 • 稀有密码子对翻译的影响 • 重叠基因对翻译的影响 • Poly(A)对翻译的影响 • 翻译的阻遏 • 魔斑核苷酸水平对翻译的影响：严禁反应
第七章 基因的表达与调控（下）
知识要点
• 真核生物基因组的特点和表达调控特点 • 真核生物基因表达调控的多个层次 • 顺式因子和反式因子
• 抑癌基因：存在与正常细胞中的可抑制细 胞生长并具有潜在抑癌作用的基因
基因治疗
• 将正常基因或有治疗作用的基因通过一定 方式导入靶细胞以纠正基因缺陷或发挥治 疗作用，从而达到治疗疾病目的。
• 载体：病毒载体、非病毒载体
第九章 基因与发育
知识要点
• 免疫球蛋白的合成机制 • 果蝇胚胎的模式发育 • 高等植物花发育的分子机理
第六章 基因的表达与调控（上）
知识要点
• 基因表达调控的基本概念 • 操纵子模型
• 原核生物的转录后调控
基因表达调控的基本概念
• 组成性表达、诱导和阻遏表达 • 顺式作用元件、反式作用元件
操纵子模型
• 操纵子概念 • Lac operon：负调控和正调控 • Trp operon：弱化调节 • Ara operon：自身反馈调节
顺式因子和反式因子
• 顺式因子：启动子、增强子、沉默子 • 反式因子：转录因子 • 转录因子分为BD和AD两个区域 • BD：HTH、zinc finger、bZIP、bHLH等
蛋白质磷酸化与基因表达
• 受cAMP调控的A激酶 • 受Ca2+调控的C激酶 • CaM激酶和MAP激酶酪氨酸蛋白激酶
免疫球蛋白
• 免疫系统：体液免疫和细胞免疫 • B细胞的分化过程 • 免疫球蛋白的结构 • 免疫球蛋白基因重排产生多样性