（生物科技行业）北大生命科学院分子生物学课程教学讲义朱玉贤

分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大性、规律性和相互关系的科学，是人类从分子水平秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基识到同一生物不同世代之间的连续性是由生物体自身所的，科学家为揭示这些遗传密码所进行的努力就成为人而以生物大分子为研究对像的分子生物学就迅速成为现学。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，成为研究生体构型的先驱。补、能将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所（细胞为分子生物学的发展做出了重大贡献。张昌颖等人一道完成了蛋白质变性理论、血液生化检测和免年代，我国科学家相继实现了人工全合成有生物学活性的结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母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成，在酶学研究、蛋白质与功能等方面都有世所瞩目的建树。所有生物体中的有机大分子都是以碳原子为核心，并以共价键的形式与氢、氧、氮及磷以不同方式构成的。不仅如此，一切生物3．某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了分子生物学研究内容:基因表达调控-------核酸生物学生物大分子结构功能----结构分子生物学或基因的一部分）按照人们的设计定向连接技术并不完全等于基因工程，因为后者还包括其他可能使生酶的发现与应用则是这一技术得以建立的关键。技术还被用来进行基础研究。如果说，分子生物学研究的核全过程，也即基因的表达与调控。在这里，无论是对启动子术的应用。时序的信息都由核酸（主要是脱氧核糖核酸）分子编码，序列，所以基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。原核生物的基因组和染色体结构都比真核生物简单，转录空间内发生，基因表达的调控主要发生在转录水平。真核生转录和翻译过程在时间和空间上都被分隔开，且在转录和翻转录因子是一群能与基因5'端上游特定序列专一结合，从而保证目的基因以特定的强度在特定的时间与空间表达的蛋白质分子。究发现，有许多基因不是将它们的内含子全部剪去，子。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:首先，它拥有结构和构象的变化。结构分子生物学就是研究生物大分子特定的空间结构及物学功能关系的科学。它包括结构的测定、结构运动变化），多维核磁研究液相结构，也有人用电镜三维重组、电子衍频谱学方法研究生物高分子的空间结构。义维状物质析出。如稍加搅拌，它就会象棉线在线轴上的其它成份则呈颗粒状沉淀。溶解纤维状物质并重复Theaccuracyoftranslationreliesonthespecificityofbasepairing.Theactualeither(orboth)oftwostages:platebase;forexample,byspecifices.Thiswouldbeapresyntheticerror早在1928年英国科学家Griffith等人就发现肺炎链球菌使小鼠残废的原因是引起肺炎。细菌的毒性（致病力）是由细胞表面荚膜中的（transformingprinciple）将无致病力的细菌转化成病原细菌。事噬菌体侵染细菌的实验。噬菌体专门寄生在细菌体内。它任何一条染色体上都带有许多基因，一条高等生物的染色物体细胞内的全部遗传物质)。可观察到的物理或生理现象)。度。单拷贝基因通过基因扩增仍可合成大量的蛋白质，如一个蚕蛋白分子。组成。染色体上的蛋白质包括组蛋白和非组蛋白。组蛋白两者之间。端。属专一性。(3)几类常见的非组蛋白原核生物中一般只有一条染色体且大都带有单拷贝基因，几乎每个基因序列都与它所编码的蛋白质序列呈线性对应状态。ViralDNAmoleculesarerelaEucaryoticcells）＝一.基因与基因表达的一般概念基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，其生理学功能strandednucleicacidisduplicatedtogiveidenticalcopies.基因表达包括转录（transcription）和翻译（translation）两个阶段。转录密码翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程，是基因表达的最终目的。个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。实验2:→3’的方向连续阅读直到终止密码子，生成基酸注射到大鼠体内，经过一段时间后收获其肝脏，进行蔗糖各种细胞成份中的放射性蛋白质。如果注射后经数小时（或数天）收获肝脏，所有细胞的蛋白质;如果注射后几分钟内即收获肝脏，那么，放射性标记的细胞质成份中。的蛋白质序列，实现遗传信息的表达。实验1:用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或丢失）处理T4噬菌体rII位点上的两个基质。实验3:的模板来决定。氨酸和多聚赖氨酸。实验4:实验5:实验6:上同源密码子的配对问题。Crick碱基配对。三个密码子。联子密码翻译成氨基酸提供了接合体，还为准确无误地将所（dihydrouracil）命名的。近部位出现的频率最高，且大多为嘌呤核苷酸。这对于维持反性及密码子、反密码子之间的配对是很重要的。相配对，所以两个不同的功能基团最大限度分离。转移到结构极不相同的蛋白质分子，信息是以能被翻译成单密码形式存在的，在这里起作用的是解码机制。成酶识别。在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个意义的多肽，这种突变就称为无义突变。第一步是氨基酸活化生成酶-氨基酰腺苷酸复合物。酶所识别，困难的是这些酶如何识别结构上非常相似的氨基酸。有两道关口:ThefirstfilteristheinitialbindingoftheaminoacidtotheenzymeanditsactivThesecondfilteristhebindingofincorrectaminoacyl-1.核糖体的组成子。3.核糖体的功能上。糖体。七.信使核糖核酸的。酶参与蛋白质合成和加工过程。③Translocation.2.与蛋白质合成有关的因子起始因子Initiationfactor（IF）延伸因子Elongationfactor（EF）终止因蛋白质合成的起始复合物:合成的起始可分为三步:基结合。放三个起始因子。体，形成翻译起始复合物。形成肽键。本反应可能由peptidyltransferase催化。成肽键，这个反应的产物是一条3'羧基端挂了一嘌呤霉素。青霉素、四环素和红霉素只与原核细胞核糖体发白质的合成，抑制细菌生长。氯霉素和嘌呤霉素又能与真核生物核糖体结合，妨碍细胞内蛋白质制了细胞内全部有效成份的生产、运转和功能发挥。贮藏在任何基因中的转移遗传信息的功能，又能作为核酶直接在细胞内发挥代谢功能。蛋白质是生物信息通路上的终产物，一个活细胞在任不同的蛋白质。因此，活细胞内时刻进行着各种蛋降解反应。使。第五，脱水环化形成咪唑环。上。第八-九，由天门冬酰胺把另一个氨基加到第2.嘌呤核苷酸合成中的反馈调节核苷二磷酸可通过一个公用的核苷二磷酸激酶被进一步酸。上。催化该反应的酶是核糖核苷酸还原酶。大肠杆菌核苷酸还原酶有两大特征，它的生物学活酶活性消失。1.还原酶R2亚基处于氧化态-X˙,向核糖3'位碳原子上的H发起攻击，生成3'位自由基。tetrahydrofolate。第一步是在5'-核苷酸酶（5'-nucleotidase）的作用下消去磷酸基团，由嘌呤代谢突变会引起重要疾病。1.铵通过谷氨酸→谷氨酰胺被结合到有机物质中。因此，谷氨酰胺合成酶是氮代谢中的主要调控位点。2.氨基酸的生物合成高等动物不能合成大约一半氨基酸，只能从食物（Essential）。表18-1人体必需氨基酸(*.哺乳期至幼儿期必需)3.氨基酸脱羧基化后生成有机胺。许多重要的神经递质都是胺或其次生代谢产4.精氨酸降解产生NO˙(NitricOxide)。凝血和血压调控等一系列生理反应。虽然它是气体，极易蛋白质在细胞中的精确定位。3.特定氨基酸的修饰。4.氨基酸的糖苷化6.有些蛋白质还要与辅基(prostheticgroups)相结合；酶常与Biotin分子相结合。有些蛋白质必须经蛋白酶切割后才有功能。有些蛋白质只有在形成二硫键之后才有功能。有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个分别送到各个亚细胞位点。6.蛋白质中的核定位序列一般不被切除。蛋白质的核定位是通过多个蛋白的共同作用来实现的。Importin(α,β亚基)的细菌细胞内也存在类似的蛋白质运转系统。来实现的。当细胞中存在有错误或半衰期很短的蛋无论是只含有一对染色体的原核细胞还是带有多对染色起始，标志了细胞进入一个新的周期。个染色体上一般只有一个复制起始位点。位点中都是保守的。主要包括两个不同但相互有联系的事件，即能主要是由Ter-Tus复合物（terutilizationsubstance）来完成的。真核生物的originofreplication被称为ARS-个replicators分布于酵母的17条染色体中。被修正，充分反映了母链的重要性。2.碱基切除修复（Base-ExcisionRepair）切除细胞中的去氨基胞嘧啶。3.核苷酸切除修复（nucleotide-excisionrepair）酸切除修复系统负责进行修复。并不十分准确，因为在转座过程中，可移位因子的复制。a.简单转座子位。造成该基因突变。IS序列都是可以独立存在的单元，带有介导自身移动的蛋白。宿主基因）的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列，表明IS序列插入到某个功能基因两端时就可能产生复合转座子动。转座时发生的插入作用有一个普遍的特征，那就是受体分序列之间。不同转座子的靶序列长度不同，但对于一个特转座可被分为复制性和非复制性两大类。在复制性转座中，式进行转座。3.转座作用的遗传学效应①转座引起插入突变;②转座产生新的基因;③转座产生的染色体畸变;④转座引起的生物进化.a.依赖于ρ因子的终止链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。程。终止过程需要消耗能量，所以，ρ因子具有终止转录和核苷三磷酸酶功能。域。的磷酸二酯键发起进攻。传密码，充分认识了遗传信息的流动和表达。达的操纵子模型。核苷酸序列存在着共线性关系。传密码。1981R.D.Palmiter和R.L.Brinster获得转基因小鼠；A.C.Spradling和基因工程中常见的名词:基因工程的主要内容或步骤:出已经得到扩增的目的基因。5.将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景下实现功能表达，产生出人类所需要的物质。将某种分子放到特定的电场中，它就会以一定的速度向适质在电场作用下的迁移速度叫作电泳的速率，它与电场强所携带的净电荷数成正比，而与分子的磨擦系数成反比（极移动。之前，通过毛细管作用或电导作用按其在凝胶中的位置原封不动地"吸印"转移到滤膜上的。常用的滤膜有尼龙滤膜、硝酸纤维素滤将核酸样品转移到固体支持物滤膜上，这个过(nucleicacidblotting)转移，主要有电泳凝胶核酸印迹法、斑点和狭线印迹法交。所以有时也称这类核酸杂交为印迹杂交。子。2'，3'--双脱氧核苷三磷酸作底物并将其聚合到新生寡核苷酸链的3'-末端，从片段，无5'→3'外切酶活性。专门用来对核苷酸作化学修饰，并打断磷酸二酯键(dimethylsulphate)和肼(hydrazine)。特异性切割。交，形成完全互补的双链分子。度。寡核苷酸探针越短，碱基错配造成的去稳定效应越明显，较④可用于检验传统测序技术的准确性。过程叫作基因的定点诱变，是基因工程和蛋白质工程的重要手段。a.盒式诱变(cassettemutagenesis)，包括盒式取代诱变和混合寡核苷酸诱变两种方式。免受消化或降解作用。在电泳凝胶的放射自显影图片上，相应部位不产生放射性标记的条带。c．甲基化干扰试验(Methylationinterferenceassay)应选用活性较高的反转录酶（Reversetranscriptase（2）差式杂交(differentialscreen)和扣除杂交(subtractivehybridization)于同一克隆。细胞学上，克隆是指由同一个祖细胞（progenitorcell）分裂而隆。文库筛选与基因丰度有关。高丰度基因，如蚕丝A.差式杂交或扣除杂交克隆技术端，都带有一段多聚的腺苷酸结构，即通常所说的poly(A)尾巴。式。C.cDNA差式分析法(Representat象（Tester）和供试探针（Driver）在接受差式分析前均经一个4起来的分离基因的新方法，可用于分离能与已知靶蛋白质（targetprotein）相互作用的基因。真核生物的转录因子大多是由两个结构上分开、功能上独立的结构域组成的。成一个功能基因。作用的杂种蛋白的阳性菌落。E.基因的图位克隆法具有某种表现型的基因都可以通过该方法克隆得到。首先二、利用与目的基因最紧密连锁的一对分子标记作探针，将位于这两个标记之间的基因片段克隆并分离出来。三、理鉴定目的基因。通过对许多不同的生态型及大量限制性内切酶和杂交探研究细胞中任意时期特异表达的基因；若把某一生物体内全部了解某些基因对特定生长发育阶段的重要性；基因芯片还可断，可建立正常人特定组织、器官的基因芯片，原核生物和单细胞真核生物直接暴露在变幻莫测的环境中负责糖酵解系统的蛋白质数量也很大。而象半乳糖一个体系在需要时被打开，不需要时被关闭。这种"开-关"（on-off）活性是通统处于"off"状态时，也有本底水平的基因表达，常常是每世代每个细胞只合成检测。动、植物生长发育的规律、形态结构特征和生物学功能，达调控的时间和空间概念，掌握了基因表达调控的秘密，我揭示生物学奥妙的金钥匙。①转录水平上的调控(transcriptionalregulation)；③翻译水平上的调控(differentialtranslationofmRNA).原核生物中，营养状况(nutritionalstatus)和环境因素(environmentalfactor)对基因表达起着举足轻重的影响。在真核生物尤其是高等手段，营养和环境因素的影响力大为下降。操纵区进行的。Z编码β-半乳糖苷酶；Y编码β-半乳糖苷透过酶；A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶。β-半乳糖苷酶是一种β-半乳糖苷键的专一性酶，除能将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖外，还能水解其他β-半乳糖苷（如苯基半乳糖苷）。β-半乳糖苷透过酶的作用是使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。β-半乳糖苷乙酰基转移酶的作用是把乙酰辅基转到β-半