基礎醫學院生物學教研室朱金玲教授主講分子生物學技術基礎理論

1.相關概念：分子生物學(molecularbiology)

2.生物大分子(核酸、蛋白質)的結構、功能

實驗技術（分子生物學技術）1.重組DNA技術（基因工程）2.核酸、蛋白質的提取3.基因體外擴增（PCR技術）4.分子雜交5.凝膠電泳

第一章緒論

Chapter1Introduction一、

分子生物學的概念和定義二、分子生物學發展與應用三、分子生物學在中藥研究中的作用四、中藥研究常使的用分子生物學

技術一、分子生物學的概念和定義廣義：在分子水平上研究生命現象的科學。通過研究生物大分子(核酸、蛋白質)的結構、功能和生物合成等方面來闡明各種生命現象的本質。從分子水平闡明生命現象和生物學規律是當前生命科學中發展最快并正與其他學科廣泛交叉與滲透的重要前沿領域。狹義：偏重于核酸（基因）的分子生物學，主要研究基因（DNA）的復制、轉錄、表達和調控等過程，當然也涉及與這些過程相關的蛋白質和酶的結構與功能的研究。分子生物學所關心的主要是核酸在細胞生命過程中的作用，包括核酸本身的復制、保存以及基因的表達與調控規律，因此一般來說分子生物學是一門了解和認識基因的課程。

生命科學的發展過程：分子水平細胞水平整體水平

分子生物學技術：

例如：DNA及RNA的印跡轉移、核酸分子雜交、基因克隆、基因體外擴增、DNA測序等，形成了獨特的重組DNA技術及其相關技術。

由生物化學、生物物理學、細胞生物學、遺傳學、應用微生物學及免疫學等各專業技術的滲透、綜合而成，并在此基礎上發明和創造了一系列新的技術。分子克隆(molecularcloning)

重組DNA(binantDNA)技術是近代分子生物學技術的核心?；虿僮?genemanipulation)

基因克隆(genecloning)基因工程(geneengineering)1.準備和醞釀階段

19世紀后期到20世紀50年代，產生了兩點對生命本質的認識上的重大突破。蛋白質是生命的主要基礎物質生物遺傳的物質基礎是DNA二、分子生物學的發展與應用2.建立和發展階段

從50年代初到70年代，以1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結構模型作為現代分子生物學誕生的里程碑，開創了分子遺傳學基本理論建立和發展的黃金時代。遺傳信息傳遞中心法則的建立對蛋白質結構與功能的進一步認識3.深入發展階段70年代后，以基因工程技術的出現作為新的里程碑，標志著人類深入認識生命本質并能改造生命的新時期開始。重組DNA技術的建立和發展基因組研究的發展三、分子生物學在中藥研究中的作用四、中藥研究常使的用分子生物學

技術第二章分子生物學理論基礎分子生物學的主要研究內容：

生物大分子的結構、功能，生物大分子之間的相互作用及其與疾病發生、發展的關系。核酸和蛋白質

核酸的分子生物學主要研究核酸的結構及其功能。核酸的主要作用是攜帶和傳遞遺傳信息，因此形成了分子遺傳學。一、核酸分子生物學：

分子遺傳學：形成了比較完整的理論體系和研究技術，它是目前分子生物學中內容最豐富、研究最活躍的一個領域。遺傳的分子基礎——基因(一)基因的結構1.基因的概念2.DNA的分子結構與化學組成3.基因的結構(二)基因功能——復制與表達(三)基因的人工合成1、基因的概念隨著遺傳學、分子生物學、生物化學等領域的發展而不斷完善。從遺傳學的角度看，基因是生物的遺傳物質，是遺傳的基本單位——突變單位、重組單位和功能單位；從分子生物學的角度看，基因是負載特定遺傳信息的DNA分子片段，在一定條件下能夠表達這種遺傳信息，變成特定的生理功能。有的生物基因為RNA。(一)基因的結構2、DNA的分子結構和組成StructureofDNA脫氧核糖核酸

bpPATGCDeoxyribose單核苷酸腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)StructureofDNADNA的一級結構DNA的二級結構StructureofDNA3、基因的結構基因：是具有生物學功能的核酸分子片段，是遺傳物質突變、重組和具有特定遺傳功能的基本單位，是遺傳信息傳遞、表達和生物性狀形成的基礎。大多數真核生物基因的編碼序列不是連續排列的，被非編碼序列隔開，因此，稱為斷裂基因（splitgene）。斷裂基因

概念：真核生物的結構基因的DNA序列由編碼序列（外顯子）和非編碼序列（內含子）兩部分構成，編碼序列是不連續的，被非編碼序列分隔開來，稱為斷裂基因。

組成：側翼序列：啟動子，增強子，終止子編碼序列：內含子，外顯子(GT-AG)真核基因結構模式圖啟動子增強子終止子RNA蛋白質復制翻譯轉錄DNA逆轉錄（二）、基因的復制和表達中心法則的建立1958年，Crick提出了分子生物學的中心法則（centraldogma）。

中心法則是分子遺傳學基本理論體系。

DNA復制的特點1、多起點、非同步、雙向復制：2、半保留復制（Semi–conservativereplication）3、半不連續復制（Semi–discontinuousreplication）：5’→3’，RNA作為引物1、DNA的復制（DNAReplication）Semi–conservativereplicationSemi–discontinuousreplication基因表達基因表達指基因組中某基因在細胞中轉錄為mRNA和翻譯成蛋白質的過程。基因表達的改變預示著細胞在分子水平上的變化。它往往是細胞形態功能變化之前的變化。DNARNAProtein轉錄翻譯2.DNA轉錄轉錄(Transcription)從基因上游的啟動子處開始轉錄以DNA雙鏈中3’在上游的單鏈（反義鏈）為模板原始轉錄本稱為異質核RNA(hnRNA)，含有全部內含子和5’與3’部分非翻譯區原始轉錄本通過不同加工方式形成多種指導蛋白質合成的轉錄本mRNA的轉錄由RNA聚合酶II催化,rRNA由RNA聚合酶I催化,tRNA由RNA聚合酶III催化異質核RNA的加工1、剪接(Splicing):剪掉內含子，拼接外顯子，被剪內含子的序列為GU----AG2、戴帽(Capping):在5’端連接一個7甲基鳥苷酸，免受RNA酶消化；利于RNA的轉運；便于剪接；有助于核糖體識別。3、加尾(Tailing):在3’端加PolyA(~200mer)。加尾信號為AAUAAA，加尾點位于信號下游幾十個核苷酸后。利于RNA的轉運；有助于核糖體識別；穩定RNA。3.翻譯在細胞質中，以mRNA為模板，tRNA為運載工具，將活化氨基酸在核糖體上裝配成多肽鏈的過程，多肽鏈經過修飾加工成為有生物學活性的蛋白質。人類基因表達調控：1、轉錄前調控：組蛋白與DNA結合后，可以抑制基因表達。非組蛋白可以解除組蛋白對DNA轉錄的抑制，促進DNA轉錄，是轉錄前調控的重要方式。2、轉錄水平調控：是人類基因表達調控的關鍵，可以通過啟動子、增強子等特異序列與相應的蛋白質結合激活或抑制轉錄過程而到達調控基因表達的目的。3、轉錄后調控：主要是初級RNA加工過程受到調控。通過不同的加工可以由一個基因的轉錄產物產生出不同的成熟mRNA，從而翻譯出不同的蛋白質。4、翻譯水平調控：核糖體數量、mRNA的成熟度、啟動因子、延伸因子、釋放因子和各種酶等均能影響蛋白質合成。5、翻譯后調控：多肽鏈合成后要通過修飾、加工，才能成為具有一定生物活性的蛋白質。1978年體外首次成功地人工合成第一個完整基因。直接證實了MendelG在1865年發現的遺傳因子(基因)的化學本質，就是DNA分子。

DNA分子是多種多樣生命現象的物質基礎。（三）.基因的人工合成二、蛋白質分子生物學：

DNA→儲存生命活動的各種信息。

蛋白質→生命活動的執行者。蛋白質的分子生物學主要研究蛋白質的結構與功能。

蛋白質結構與功能的研究進展

1956年，Anfinsen和White根據對酶蛋白的變性和復性實驗，提出蛋白質的三維空間結構是由其氨基酸序列來確定的。1958年，Ingram證明正常的血紅蛋白與鐮狀細胞溶血癥病人的血紅蛋白之間，在其亞基的肽鏈上僅有一個氨基酸殘基的差別。1969年，Weber開始應用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳測定蛋白質分子量；20世紀60年代先后分析了血紅蛋白、核糖核酸酶A等一批蛋白質的一級結構。

中國科學家在1965年人工合成了牛胰島素；1973年又用1.8AX射線衍射分析法測定了牛胰島素的空間結構。謝謝！生物技術的定義：

按照美國生物技術產業組織下的定義，生物技術(biotechnology)是指“利用細胞和分子過程來解決問題或制造產品的技術”。分子生物學技術古代生物技術

釀酒、制醋、制酪、面包發酵；人畜排泄物循環利用；動、植物雜交育種，嫁接等。

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