第1讲绪论.ppt

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1、分子生物学（依据朱玉贤的现代分子生物学课件改变）历年考研课程 中国科学院各相关研究所：生命科学、农业科 学和医药科学大部分专业 北京大学：生命科学和医药科学 清华大学：生命科学等 南开大学：部分生命科学 复旦大学：几乎所有涉及生命科学的领域 天津科技大学：微生物与生化药学、生物化学与分子生物学等专业分子生物学教学核心考研试题选（1）中国科学院发育生物学所分子生物学中国科学院发育生物学所分子生物学2000年年（一、二、三题为必答题，（一、二、三题为必答题，五和六可任选一题）五和六可任选一题）一、请解释下列名词，并写出它们的英文术词:1 基因家族 2 持家基因 3 同形异位盒 4 基因沉默5 功能

2、基因组学 6 信号肽 7 信号传递 8 细胞编程性死亡 二、限制性内切酶是如何发现的？限制性内切酶可分成几类？如何使用限制内切酶进行分子生物学的研究？三、请分别列出用于蛋白质和核酸的电泳分析和分离的技术，并说明这些技术与蛋白质和核酸的性质的关系。四、请比较植物和动物基因工程的异同，并在你所熟悉的生物（植物或动物）的范围内探讨基因工程的前沿和瓶颈问题。五、获得一个功能未知的基因克隆后，怎样才能阐明该基因的功能？请你根据自己熟悉的某种真核生物提出具体的研究方案。六、在真核生物基因的DNA序列中，哪些部分的核苷酸序列的变异会影响其编码的蛋白质的结构和功能？为什么？考研试题选（2）北大北大2002年分

3、子生物学试题年分子生物学试题一 综合概念题（20个，每题3分）（1）在混合实验中为什么使用P32和S35而不使用其他放射性同位素？（2）为什么RNA分子的稳定性不如DNA分子？（3）DNA聚合酶和DNA聚合酶在功能上的至少三个不同点？（4）在大肠杆菌的复制过程中，如果gyrase活性突然全部丧失，会不会导致突然停止？（5）RNA聚合酶没有校正功能而DNA聚合酶有，这种功能对DNA聚合有什么重要意义？（6）请提出一种测量新合成的RNA分子其寿命的方法？（7）请简述多顺反子mRNA优缺点各两条？（8）为什么真核生物中转录与翻译无法偶联？（9）对于一个蛋白质而言，什么类型的AA变化不太可能使该蛋白质

4、功能受到影响？（10）何时会发生“姊妹链互换”（sister-strand exchange）（11）在细菌lac和Trp操纵子上，为什么阻遏蛋白编码的基因不一定要和结构基因连在一起？（12）假设大肠杆菌中cAMP环化酶基因突变，其乳糖操纵子基因调控会有什么影响？（13）有什么实验证据真核启动子和增强子之间功能的相似性？（14）在T4噬菌体的生活史中dctpase作用是什么？（15）蛋白质磷酸化如何改变酶的活性？（16）为什么人们怀疑甲基化对基因失活的意义重大？（17）生产限制性内切酶的细菌如何保护自己的DNA不被降解？（18）IgG各亚基之间由什么键连接？（19）动物转基因为什么要使用胚胎干

5、细胞?（20）RFLP的中英文名？二 简答题（1）请设计一个实验证明RNA聚合酶在完成转录后是否还会重新结合上先前转录后解聚同一SIGMA亚基？（2）在细菌中表达融合蛋白和非融合蛋白各有什么优缺点？（3）请简单说明ex vivo和in vivo 基因治疗之间的不同点？（4）请简单说明数量感测是怎么会事？三 问答题（1）Bt毒蛋白可用来杀害虫，但该类蛋白的种类很多，杀虫谱也不同据你所知，人们普遍采用什么办法来扩大杀虫的范围？针对害虫产生抗性的问题，人们采用什么措施？（2）你已获得一套制作基因芯片及研究分析的仪器，你觉得在肿瘤分子生物学或植物抗旱等方面如何工作？（3）目前植物分子遗传学中确定某一基

6、因功能的办法有哪几个？各有什么优缺点？四 附加题（1）对于转基因产品的安全性评估，据你所知，现在有哪些最新的研究方法？（2）对于植物的转录因子方面的研究，你知道些什么？第一章绪论现代分子生物学的基本要求 熟知核酸的基本生物化学特性；熟知生物信息的储存与表达过程；掌握DNADNA、RNARNA和蛋白质的基本代谢过程，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；掌握分子克隆与DNADNA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，了解基因治疗与基因组学的新成果，新进展。教材与主要参考书 朱玉贤、李毅现代分子生物学 第二版（2002）或第三版（20092009）Benjamin

7、Lewin-Genes VII Benjamin Lewin-Genes VII Brown-Genomes(1999)Brown-Genomes(1999)Lehninger Lehninger：Principles of Biochem.Principles of Biochem.(2000)(2000)1.1现代分子生物学史中的主要里程碑 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MorganMorgan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。19101910年，德国科学家KosselKossel第一个分离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸。19531

8、953年，年，WatsonWatson和CrickCrick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。19591959年，美国科学家UchoaUchoa第一次合成了核糖核酸，实现了将基因内的遗传信息通过RNARNA翻译成蛋白质的过程。同年，KornbergKornberg实现了试管内细菌细胞中DNADNA的复制。19621962年，WatsonWatson和CrickCrick因为在19531953年提出DNADNA的反向平行双螺旋模型而与WilkinsWilkins共获NobleNoble生理医学奖，后者通过X X射线衍射证实了Watson-CrickWatson

9、-Crick模型。19651965年，法国科学家JacobJacob和MonodMonod提出并证实了操纵子（operonoperon）作为调节细菌细胞代谢的分子机制.他们还推测存在一种与DNADNA序列相互补、能将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所并翻译产生蛋白质的mRNAmRNA（信使核糖核酸）.1972年，Paul Berg（美）第一次进行了DNA重组.1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次进行了DNA序列分析.19871987年，McClintockMcClintock由于在5050年代提出并发现了可移动遗传因子（jumping genejumping gene或称mo

10、bile mobile elementelement）而获得NobelNobel奖。19931993年，美国科学家RobertsRoberts和SharpSharp因发现断裂基因而获得NobelNobel奖；MullisMullis由于发明PCRPCR仪而与加拿大学者SmithSmith（第一个设计基因定点突变）共享NobelNobel化学奖。此外，GriffithGriffith（19281928）及AveryAvery（19441944）等人关于致病力强的光滑型（S S型）肺炎链球菌DNADNA导致致病力弱的粗糙型（R R型）细菌发生遗传转化的实验;1952;1952年，年，Hershey

11、 Hershey和ChaseChase：关于DNADNA是遗传物质的实验;Crick;Crick于19541954年所提出的遗传信息传递规律（即中心法则）；MeselsonMeselson和StahlStahl（19581958）关于DNADNA半保留复制的实验;Yanofsky;Yanofsky和BrenerBrener（19611961）年关于遗传密码三联子的设想都为分子生物学的发展做出了重大贡献。我国生物科学家吴宪2020世纪2020年代与汪猷、张昌颖等人一道完成了蛋白质变性理论、血液生化检测和免疫化学等一系列有重大影响的研究。2020世纪中下叶，我国科学家相继实现了人工全合成有生物学活

12、性的结晶牛胰岛素，解出了三方二锌猪胰岛素的晶体结构，采用有机合成与酶促相结合的方法完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成。1.2 分子生物学的主要研究内容与基本定理主要研究内容：一切生物体中的各类有机大分子都是由完全相同的单体，如蛋白质分子中的20种氨基酸、DNA及RNA中的8种碱基所组合而成的。DNA重组技术(基因工程)基因表达调控(核酸生物学)生物大分子结构功能(结构分子生物学)基本定理：1.1.构成生物体有机大分子的单体在不同生物中都是相同的；2.2.生物体内一切有机大分子的建成都遵循着各自特定的规则；3.某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性。研究技术1 1）DNADN

13、A重组技术 是2020世纪7070年代初兴起的技术科学，目的是将不同DNADNA片段（基因或基因的一部分）按照人们的设计定向连接起来，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。DNADNA重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶工程及微生物学、遗传学、细胞学长期深入研究的结晶，而限制性内切酶DNADNA连接酶及其他工具酶的发现与应用则是这一技术得以建立的关键。2）基因表达调控研究 蛋白质分子控制了细胞的一切代谢活动，而决定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸（主要是脱氧核糖核酸）分子编码，所以，基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译过程。3）结构分子生物学研究 三维结

14、构及其运动规律，研究生物大分子特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学功能的关系。X射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学）二维和多维核磁共振法液相结构电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各种频谱学方法研究生物高分子的空间结构。一个生物大分子，无论是核酸、蛋白质或多糖，在发挥生物学功能时，必须具备两个前提：拥有特定的空间结构（三维结构）；在它发挥生物学功能的过程中必定存在着结构和构象的变化。1.3 证明DNA就是遗传物质的主要历史事件 多少年来，人们反复提出的几个与一切生命现象有关的问题：1 1）生命是怎样起源的？2 2）为什么“有其父必有其子”？3）动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而来的？184

15、71847年，SchleidenSchleiden和SchwannSchwann提出“细胞学说”，证明动、植物都由细胞组成。孟德尔在18571857年到18641864年间，用豌豆做杂交试验，孟德尔总结出生物遗传的两条基本规律：第一，当两种不同植物杂交时，它们的下一代可能与亲本之一完全相同，他把这一现象称为统一律。孟德尔认为，生物的每一种性状都是由遗传因子控制的，这些因子可以从亲代到子代，代代相传。遗传因子在体细胞内是成对存在的，一个来自父本，一个来自母本，只有在形成配子时单独存在。有些遗传因子以显性（dominantdominant）形式存在，能在杂种一代得到表达；有些因子呈隐性（reces

16、siverecessive）状态，只有当父、母本同时含有这一因子时，才得到表现。第二，将不同植物品种杂交后的F1F1代种子再进行杂交或自交时，下一代就会按照一定的比例发生分离，因而具有不同的形式，他把这一现象称为分离规律。在孟德尔遗传学基础上，MorganMorgan又提出了基因学说。19101910年，MorganMorgan和他的助手们发现了第一只白眼雄果蝇，称为突变型。正常情况下，果蝇都是红眼的，称为野生型。MorganMorgan将白眼雄果蝇与红眼雌果蝇交配，所产生的F1F1代不论雌雄，全为红眼果蝇（孟德尔的统一规律！）这些F1F1果蝇互相交配所产生的F2F2有红眼也有白眼，但所有白眼果蝇都是雄性的，说明该性状与性别有联系。MorganMorgan的这一连锁遗传规律与孟德尔的遗传性状独立分离规律是背道而驰的！当所研究的两个基因位于同一染色体上而又距离较近时，MorganMorgan的连锁遗传规律起主导作用。当所研究的两个基因位于不同染色体上时，孟德尔的独立分离规律起主导作用。19281928年，英国科学家GriffithGriffith等人发现，具有光滑外表的S S型肺炎链球菌