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分子生物学讲稿

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第二章 核酸的结构和功能
一 DNA的一级结构
DNA－脱氧核糖核酸，由dNTPs（脱氧核苷酸，N＝A/C/G/T）通过3’,5’-磷酸
二酯键连接组成的线性大分子:
5’-actgtgggaattggccttaattggcccatatcatactagacgga-3’
DNA－主要的遗传物质：结构稳定，自我复制，携带遗传信息，突变；DNA结构
多样性：物种多样性；

二DNA的二级结构
DNA双螺旋：Watson & Click(1953)；
主链－两条脱氧核糖与磷酸基由3’,5’-磷酸二酯键连接而成的反平行螺旋链，
直径2nm；碱基对－在双螺旋主链内侧以氢键配对，GC及AT对；
大沟与小沟－两条主链偏离螺旋中心形成宽度不同的沟；螺距－10对碱基绕轴
一周，3.4nm；稳定DNA双螺旋作用力氢键－碱基对GC间形成3个氢键，AT对
形成2个氢键；疏水作用(碱基堆积)－同一条链碱基之间碱基平面π电子形成强
烈疏水作用；
van der Vaals力－碱基平面之间距离0.34nm符合范德化作用力半径范围
(0.17nm) 静电斥力(磷酸基)－双链磷酸基斥力使得两条链分开，Na＋离子中和
磷酸基(屏蔽作用)，增加疏水作用；
碱基内能－碱基分子内能增加(温度等)影响碱基定向排列；
DNA双螺旋
DNA双螺旋的多样性
反向重复顺序
双链DNA分子中方向相反的相同顺序(包括回文结构)，也有正向重复顺序。反向
重复顺序可形成十字形或发夹结构，限制酶切点回文结构可能与其识别有关；碱
基排列顺序相邻碱基排列顺序影响其稳定性，与其堆积力不同有关，TATA box
是RNA聚合酶结合位点；
二级结构多态性
DNA在相对湿度下表现不同构象，细胞内是B型(92%)；
左手螺旋DNA
Rich(1979)发现人工合成CGCGCG寡核苷酸晶体为左手双螺旋结构；GC甲基化使
得poly(GC)转变为Z构象，阳离子中和磷酸基，结合蛋白可将B型DNA转变为Z
型；
三DNA变性与复性动力学
DNA变性－双螺旋解开为单链，氢键处于断裂和再生状态称呼吸作用。释放的自
由碱基上的-H和-NH2可以参与介质中的反应。
增色效应(hyperchromic shift)－DNA变性后碱基的紫外吸收增加，因此A260：
游离核苷酸>单链DNA>双链DNA. Tm－融点温度，即增色效应达到一半值的温度，
DNA 50%碱基对发生变性。变性过程表现为S形曲线。
DNA中的GC含量物种间是不同的(从22~73%)因而其Tm值亦有明显差异, 其密度
亦不同。
DNA变性(denaturation)
加热、极端pH(pH<3、pH>10)破坏弱非共价键作用，易使DNA变性。
GC含量－GC含量升高，Tm增加:
Tm＝69.3 ＋ 0.41(G + C)%
离子强度－离子强度(盐浓度)增加，中和了磷酸基的斥力作用，双螺旋较稳定，
因而Tm升高;
化学因素－尿素、甲酰胺、二甲亚砜可以与碱基形成氢键，破坏双螺旋的氢键配
对，因而降低Tm值。(尿素和甲酰胺常用来保持DNA的变性状态)
DNA组成－没有其他DNA分子掺杂的均一组成DNA分子其变性范围较小;
DNA复性(annealing or renauration)
DNA复性－在合适条件下变性的DNA双链重新配对(退火)；
温度－一般为T-25ºC，不会使DNA变性，足以使DNA迅速扩散并减弱错配及链
内部配对。因而快速冷却可以防止复性，如变性后直接至于冰上(淬火
-quenching);
DNA浓度－浓度高易使DNA分子互补链接触复性；
复性时间－复性程度随着时间延长而增加；
离子强度－消除磷酸基的斥力利于双螺旋稳定；
DNA组成－简单分子如poly(C/G)易复性，含重复顺序较多则复性较慢；
DNA大小－大分子单链扩散受影响，小分子复性较快；
四DNA超螺旋结构
环状DNA超螺旋(supercoil)
B-DNA每一螺旋内碱基数和长度是很少改变的，但当施加正向或反向的扭转力时
DNA会卷成超螺旋以补偿产生的张力。每一完全螺旋可形成一个超螺旋。B-DNA
受到相反方向扭力时产生负超螺旋。
共价闭合环状DNA(cccDNA)
碱性pH下的沉降－原核生物DNA常常形成cccDNA, 易形成超螺旋结构。cccDNA
沉降系数S较大，而开链环状和线性单链DNA较小；
电泳行为－泳动速率最快，线性和环状DNA次之；
溴化乙锭-CsCl平衡离心－cccDNA比松弛环状和线性DNA密度大，结合的溴化乙
锭(插入碱基对之间)少(破坏超螺旋)；
拓扑异构酶
拓扑异构酶I
切开双链DNA的一条链并将切口连接，不需要ATP水解供能，一般是使超螺旋变
为松弛型。E.Coli拓扑异构酶I(ω蛋白)对单链DNA亲和性较高易识别负超螺旋。
拓扑异构酶I序列特异性很差；
拓扑异构酶II
可同时切断DNA的两条链，需要ATP水解供能。分为两个亚类，作用分别是引入
负超螺旋和解开超螺旋。E.Coli的旋转酶(gyrase)可从松弛型DNA和正超螺旋
中引入负超螺旋，需要ATP，当缺乏ATP时可松弛正、负超螺旋。
原核生物DNA超螺旋由拓扑异构酶诱导形成，其首先断开其中一条（酶I）或两
条（酶II）链然后将DNA链旋转或扭转再连合缺口，由ATP水解提供能量（一
个ATP可用于形成一个超螺旋）。拓扑异构酶亦解除超螺旋但不需能。
真核生中拓扑异构酶参与DNA复制及重组过程DNA解链而不是维持负超螺旋。负
超螺旋是由DNA与组蛋白结合形成核小体达到的，DNA以左手螺旋方向缠绕在核
小体上。
负超螺旋有利于DNA螺旋解旋暴露不配对的核苷酸以进行转录，复制及遗传重
组。同时负超螺旋利于B型转化为Z-DNA，提高或抑制蛋白-DNA的结合，或参与
原核生物基因的调控。
DNA超螺旋原核生物DNA超螺旋由拓扑异构酶诱导形成，其首先断开其中一条（酶
I）或两条（酶II）链然后将DNA链旋转或扭转再连合缺口，由ATP水解提供能
量（一个ATP可用于形成一个超螺旋）。拓扑异构酶亦解除超螺旋但不需能。
真核生中拓扑异构酶参与DNA复制及重组过程DNA解链而不是维持负超螺旋。负
超螺旋是由DNA与组蛋白结合形成核小体达到的，DNA以左手螺旋方向缠绕在核
小体上。
负超螺旋有利于DNA螺旋解旋暴露不配对的核苷酸以进行转录，复制及遗传重
组。同时负超螺旋利于B型转化为Z-DNA，提高或抑制蛋白-DNA的结合，或参与
原核生物基因的调控。

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分子生物学PPT课件

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04 蛋白质的结构与功能
蛋白质的化学组成与结构
蛋白质的基本组成单 位
氨基酸，具有氨基和羧
基的有机化合物。
氨基酸的种类
20种常见氨基酸，根据 侧链R基的不同进行分 类。
蛋白质的一级结构
氨基酸的线性排列顺序 ，包括肽键和二硫键的 连接。
蛋白质的高级结构
二级结构（α-螺旋、β折叠等）、三级结构和 四级结构。
01
其他RNA
如miRNA、snRNA等，在基因表达调控、 RNA加工等方面发挥作用。
04
03
RNA的合成与加工
01
02
03
转录
以DNA为模板，通过RNA 聚合酶的作用，合成RNA 的过程。
加工
新合成的RNA需要经过一 系列加工过程，如剪接、 修饰等，才能成为成熟的 RNA分子。
转录后调控
通过RNA干扰、RNA编辑 等方式对RNA进行转录后 水平的调控，影响基因的 表达。
03
DNA连接酶的种类和应用
04
重组DNA分子的构建和筛选
PCR技术及其应用
01
PCR技术的原理及步骤
02
03
04
引物的设计与优化
PCR反应体系的组成及优化
PCR技术的应用举例
基因克隆与基因工程
基因克隆的定义和原理 基因表达载体的构建和选择
基因工程的基本步骤 基因工程的应用举例
分子生物学在医学、农业等领域的应用
医学领域的应用
基因诊断、基因治疗、药物研 发等
工业领域的应用
酶工程、发酵工程、生物制药 等
农业领域的应用
转基因作物、基因编辑育种、 农业生物技术等
环境领域的应用
环境监测、污染治理、生态修 复等
《现代分子生物学》课件

《现代分子生物学》课件


02
当G蛋白偶联受体与信号分子结合后，会导致G蛋白的活化，进而触发一系列级 联反应，包括磷脂酶C的激活、Ca2+的释放和K+通道的调节等。
03
G蛋白偶联受体介导的信号转导在神经、心血管、内分泌和免疫等多个系统中 发挥重要作用。
酶联受体介导的信号转导
酶联受体是一类能够识别并结合信号分子的跨膜蛋白 ，这些信号分子通常是肽类生长因子或细胞因子。
分子生物学的重要性
分子生物学是现代生物学和医学研究 的基础，它为疾病诊断、预防和治疗 提供了重要的理论基础和技术手段， 对人类健康和生物产业发展具有重要 意义。
分子生物学的发展历程
19世纪末至20世纪初
科学家开始研究生物大分子的结构和 功能，如蛋白质、核酸和糖类的研究 。
1953年
DNA双螺旋结构被发现，开启了分 子生物学时代。
DNA的组成与结构
总结词
DNA由四种不同的脱氧核糖核苷酸组成，它们以特定的序列排列，形成双螺旋 结构。
详细描述
DNA由腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）四种碱基 组成，它们以特定的序列排列，形成双螺旋结构。DNA的双螺旋结构具有稳定 性和遗传信息的存储能力。
DNA的复制、转录和翻译过程
基因组学是研究生物体基因组的学科，通过全基因组测序等技术，可以揭示基因组的序列、结构和功能，为疾病诊断 和治疗提供新的思路和方法。
蛋白质组学研究
蛋白质组学是研究生物体蛋白质组的学科，通过蛋白质组学的研究，可以深入了解蛋白质的结构、功能和相互作用， 为药物研发和疾病治疗提供新的策略和技术。
基因组学与蛋白质组学的技术进展
表观遗传学的研究方法
表观遗传学的研究方法包括基因组测序、甲基化测序、染色质免疫沉淀 等技术，这些技术可以用来检测基因表达的调控变化，为表观遗传学的 研究提供有力支持。
分子生物学课程教学讲义 朱玉贤

分子生物学课程教学讲义 朱玉贤

分子生物学课程教学讲义朱玉贤第一讲序论二、现代分子生物学中的主要里程碑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。

当人们意识到同一生物不同世代之间的连续性是由生物体自身所携带的遗传物质所决定的，科学家为揭示这些遗传密码所进行的努力就成为人类征服自然的一部分，而以生物大分子为研究对像的分子生物学就迅速成为现代社会中最具活力的科学。

从1847年Schleiden和Schwann提出\细胞学说\，证明动、植物都是由细胞组成的到今天，虽然不过短短一百多年时间，我们对生物大分子--细胞的化学组成却有了深刻的认识。

孟德尔的遗传学规律最先使人们对性状遗传产生了理性认识，而Morgan的基因学说则进一步将\性状\与\基因\相耦联，成为分子遗传学的奠基石。

Watson和Crick所提出的脱氧核糖酸双螺旋模型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路。

在蛋白质化学方面，继Sumner在1936年证实酶是蛋白质之后，Sanger利用纸电泳及层析技术于1953年首次阐明胰岛素的一级结构，开创了蛋白质序列分析的先河。

而Kendrew和Perutz利用X 射线衍射技术解析了肌红蛋白（myoglobin）及血红蛋白（hemoglobin）的三维结构，论证了这些蛋白质在输送分子氧过程中的特殊作用，成为研究生物大分子空间立体构型的先驱。

1910年，德国科学家Kossel第一个分离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸。

1959年，美国科学家Uchoa第一次合成了核糖核酸，实现了将基因内的遗传信息通过RNA翻译成蛋白质的过程。

同年，Kornberg实现了试管内细菌细胞中DNA的复制。

1962年，Watson（美）和Crick（英）因为在1953年提出DNA的反向平行双螺旋模型而与Wilkins共获Noble生理医学奖，后者通过X射线衍射证实了Watson-Crick模型。

分子生物学(全套课件557P)

分子生物学(全套课件557P)

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。