分子生物学.doc
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1、华南农业大学生命科学学院 小熊猫制作 分子生物学The Coming of Wisdom With TimeThough leaves are many, the root is oneThrough all the lying days of my youthI swayed my leaves and flowers in the sun;Now I may wither into the truth.- William Butler Yeats (1916)47*绪论进化论与细胞学说结合-现代生物学1859 ,物种起源-Charles Darwin “物竞天择,适者生存” 物种发生变异
2、将生物学归于自然科学的行列19世纪中叶,细胞学说动植物的基本单元是细胞细胞成为生物学研究的首要对象分子生物学在遗传学和生物化学的基础上诞生和发展1857-1864,Gregor Mendel奥地利的修道士,1865发表植物杂交实验 ,1884去世,到1900年他的理论才被重新发现。遗传学的奠基人,对性状遗传产生了理性认识。1910-1915, T.H.Morgan创立了遗传的染色体理论以果蝇为材料。发现了遗传性状的连锁定律。将代表某一特定性状的基因,同某一特定的染色体联系起来。对核酸的化学研究1869年,瑞典的F.Miescher提取了细胞核中的中复合物,不溶于稀酸,可溶于稀碱,含磷的酸性物质
3、,但由于在技术上未能进一步提纯,受到嘲讽,而最终放弃。核酸的化学研究在这之后的50年停滞,直到Avery的研究才有了突破。 18851900年间,Kossel、Johnew、Levine证实核酸最简单的单体结构是碱基-核糖-磷酸构成的核苷酸,有四种类型的碱基A T(U) C G。1929年又确定了核酸有两种,一种是脱氧核糖核酸(DNA),另一种是核糖核酸(RNA)。1928年,Griffith 肺炎双球菌的转化英国人,为揭示DNA是遗传物质奠定了基础第一个以令人信服的实验证明-基因的化学本质是DNA1935-1944年,Oswald Avery 以肺炎链球菌为材料证明,DNA分子是遗传信息的载
4、体。诱导肺炎球菌类型转化的物质 的化学特性研究 19441952年,Hershey和Chase 噬菌体感染实验获1969年诺贝尔奖1956年,A.Gierer和G.Schraman发现 烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus,TMV),其遗传物质是RNA。1957年,美国的Heinz Fraenkel-Conrat和B.Singre用重建实验证实了这一结论。分子生物学的概念广义:研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的结构、功能及其相互作用的规律,从分子水平上揭示生命现象的本质及生物学规律的科学。狭义:基因分子生物学/核酸分子生物学。在分子水平上研究基因的结构和功能。主要研究基因的复
5、制、转录、表达和调节控制等过程。*遗传物质的分子本质 朊病毒1982年加州大学Stanley B.Prusiner 提出这种病由蛋白质侵染颗粒proteinaceous infectious particle(朊病毒)造成的;1991年Science提出唯蛋白学说,1997年获诺贝尔奖), 核酸病毒的繁殖一向是核酸作为遗传物质的重要证据,而朊病毒是不含核酸的蛋白质 病原体 朊病毒蛋白颗粒进入宿主细胞的“自我复制”繁殖,表明生物大分子的构型也是一种 可以传递的信息。 实验证明朊病毒的繁殖是将自身PrPsc的分子结构信息通过与正常膜蛋白PrPc的结 合,在分子伴侣的辅助下,传递给PrPc并将其转化
6、为PrPsc 信息大分子的构型也是一种信息DNA双螺旋二级结构的多态性B型:正常生理条件,或92%相对湿度,一圈10个碱基,大沟宽,小沟窄。BDNA是细胞内DNA的主要存在形式。A型: 75%相对湿度或低温,一圈11个碱基,相对B型来说,大沟窄而深,小沟宽而浅。RNA局部双螺旋区均呈A构象,RNA-DNA杂交分子呈A构象。Z型:左手螺旋,结构比B型细,只有一个沟槽。Z型构象与基因的表达调控有关。a.增色效应(hyperchromic shift)双链DNA缓慢加热,其溶液对紫外光的吸收值增加,该现象称。DNA溶液(50mg/ml)在260nm的吸光值: 双链DNA A260=1.00 单链DN
7、A A2601.37 自由碱基 A2601.6b.熔链温度(melting temperature,Tm)DNA加热变性时,其紫外吸收光密度值达到最大值的一半时的温度,称熔链温度。c. 影响Tm的因素-破坏DNA双螺旋的条件:DNA的均一性( Tm范围)DNA的GC含量 (Tm0.41 x X% 69.3)溶液的pH溶液的离子强度(离子强度高, Tm高)中和磷酸骨架的负电性。有机溶剂:尿素、甲酰胺、甲醇、甲醛(使Tm下降)一切减弱氢键, 碱基堆积力的因素均将使Tm 值降低影响复性速度的因素a DNA分子的复杂性(复杂性高,复性慢) 表示核酸分子非重复碱基对的数目。b DNA浓度(浓度高,复性快
8、)c DNA片段的大小(片段越大,复性慢)d 温度的影响 Tm - 25 (60-65) e 溶液的离子强度 消除polydNt 间的静电斥力C0t值: 复性单链DNA起始浓度和经过的复性时间的乘积。 C0t曲线:当DNA初始浓度、温度、离子强度、DNA片段大小确定后,以C/C0对logC0t 作图,得C0t曲线。C0t1/2:复性程度达到一半时的 C0t值。从C0t曲线上可以求得C0t1/2。 C0t1/2直接反应DNA顺序的复杂性。COt1/2 有什么用处?(1) 通过COt1/2值可测原核生物基因组的大小; 已知大肠杆菌的基因组为4.2x106bp, COt1/2 = 9M.Sec CO
9、t1/2 (任何基因组DNA)/9M.sec = 任何基因组大小/4.2X106bp(2)原核生物基因组大小不同,复性曲线也不同;(3) 可用以区分真核生物和原核生物基因组。*基因,基因组和基因组学转座因子:基因组上不必借助于同源序列就可以移动的DNA片段,它们可以直接从基因组内的一个位点移到另一个位点。需要转座酶的帮助Pseudogenes假基因:核苷酸序列与相应的正常功能基因基本相同,但不能合成出功能蛋白,这些失活的基因称为假基因。 C值 (C-value): 一个单倍体基因组的DNA的总量,通常称为该物种的C值(大C值)。小c值: 编码结构基因DNA的核苷酸数.拿每一类生物中的最小基因组
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