新編生物信息學中的生物學、分子生物學課件

1、生物信息學中的生物學分子生物學7/27/20221內容生物信息學中的生物學、分子生物學基礎基因工程和核酸研究技術簡介7/27/20222生物信息學中的生物學、分子生物學基礎知識7/27/20223 地球上的生命史120億年前：第一次大爆炸，宇宙產(chǎn)生50億年前：太陽系誕生40億年前：海洋里出現(xiàn)了類似藻類的原始生物30億年前：出現(xiàn)原核細胞生物7億年前：演化出各種多細胞生物，無脊椎動物7/27/202245億年前：寒武紀大爆發(fā)，海洋中出現(xiàn)大量物 種，大氣中氧含量劇增4億年前：至留紀大爆發(fā)，O2, 生命進入陸地350萬年前：古脊椎動物中出現(xiàn)猩猩科和人科50萬年前：直立人出現(xiàn)，“北京猿人”3.5萬年前：

2、早期智人出現(xiàn)2萬年前：早期人類出現(xiàn)，“山頂洞人”7/27/20225 生物的分類生物分類體系：界（Kingdom）門（Phyla）綱（Class)目（Order）科（Family）屬（Genus）種（Species） 7/27/20226原核生物（Prokaryote）：古細菌（Archaea）真細菌（Eubacteria)真核生物（Eurokaryote）生物的進化和親緣關系：遺傳密碼統(tǒng)一性基本生物化學過程一致性共同祖先演化而來7/27/20227EubacteriaArchaeaEucarya7/27/20228 噬菌體 病毒 大腸桿菌 釀酒酵母 秀麗線蟲 果蠅模式生物 擬南芥 水稻 非洲

3、爪蛙 斑馬魚 家鼠 人7/27/20229 糖：單糖、雙糖、多糖作用：儲存能量、結構材料、分子識別 脂肪酸：儲存能量、參與代謝 核苷酸和核酸： A、C、G、TDNA、RNA 氨基酸蛋白質 構成生物的四類分子7/27/202210 DNA復制DNA聚合酶DNA單鏈5 3復制 mRNA轉錄：mRNA前體剪接 蛋白質翻譯 mRNA反轉錄cDNA 蛋白質折疊 分子生物學的中心法則7/27/202211中心法則DNADNADNAcDNA結構蛋白質/酶mRNA轉錄翻譯折疊相互利用復制轉錄表現(xiàn)型基因型7/27/202212基因工程和核酸研究技術簡介7/27/202213 限制性內切酶（Restriction

4、 Endonuclease）限制性內切酶 + 甲基化酶 載體：質粒、噬菌體、酵母 分子克?。?聚合酶鏈反應（PCR） 超速離心 凝膠電泳 印跡法 DNA測序方法7/27/202214阿爾伯Wemer Arber瑞士生物學家巴塞爾Biozentrum大學1929內森斯Danien Nathans美國微生物學家霍普金斯大學醫(yī)學院1931史密斯Hamilton OSmith美國微生物學家霍普金斯大學醫(yī)學院1931限制性核酸內切酶的發(fā)現(xiàn)者7/27/202215 凝膠電泳 瓊脂糖電泳 聚丙烯胺凝膠電泳 脈沖場電泳 梯度電泳（DGGE/TGGE） 二維凝膠電泳：蛋白質電泳7/27/20221616S rR

5、NA gene PCR16S-23S rRNA gene PCR M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 117/27/202217聚丙烯胺凝膠電泳7/27/202218分離大分子DNA的方法。 脈沖場凝膠電泳 （PFGE，Pulsed Field Gel Electrophoresis） 7/27/202219 1 2 3 4 5 6 7 8 9變性梯度電泳DGGE溫度梯度電泳TGGE7/27/202220二維凝膠電泳二維聚丙烯酰胺凝膠電泳技術結合了等電聚焦技術（根據(jù)蛋白質等電點進行分離）以及SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳技術（根據(jù)蛋白質的大小進行分離）。這兩項技術結合形成的二維電泳是分離分

6、析蛋白質最有效的一種電泳手段。 7/27/202221 印跡法凝膠硝酸纖維膜DNA探針(32P) DNA印跡法(Southern Blotting) RNA印跡法(Northern Blotting) 蛋白質印跡法(Western Blotting)7/27/202222Southern印跡雜交（Southern blot）是1975年由英國人southern創(chuàng)建，是研究DNA圖譜的基本技術，在遺傳病診斷、DNA圖譜分析及PCR產(chǎn)物分析等方面有重要價值。Southern Blotting7/27/202223Northern Blotting1979年，J.C.Alwine等提出：將電泳凝膠中

7、的RNA轉移到疊氮化的或其他化學修飾的活性濾紙上，通過共價交聯(lián)作用使它們結合，因其方法同Southern雜交十分相似，故稱之為Northern雜交。 7/27/202224Western Blotting與Southern或Northern雜交方法類似，但Western Blot采用的是聚丙烯酰胺凝膠電泳，被檢測物是蛋白質，“探針”是抗體，“顯色”用標記的二抗。經(jīng)過PAGE分離的蛋白質樣品，轉移到固相載體（例如硝酸纖維素薄膜）上，固相載體以非共價鍵形式吸附蛋白質，且能保持電泳分離的多肽類型及其生物學活性不變。以固相載體上的蛋白質或多肽作為抗原，與對應的抗體起免疫反應，再與酶或同位素標記的第二抗

8、體起反應，經(jīng)過底物顯色或放射自顯影以檢測電泳分離的特異性目的基因表達的蛋白成分。該技術也廣泛應用于檢測蛋白水平的表達。7/27/202225 DNA測序方法 末端終止(Sanger)法：dNTPddNTP 化學降解 (Maxam-Gilbert)法： 焦磷酸測序技術(pyrosequencing)： 7/27/202226 是由4種酶催化的同一反應體系中的酶級聯(lián)化學發(fā)光反應焦磷酸測序技術。其原理是:引物與模板DNA 退火后在DNA 聚合酶(DNA polymerase) ATP 硫酸化酶(ATP sulfurylase) 熒光素酶(luciferase) 和三磷酸腺苷雙磷酸酶(Apyrase)

9、 4 種酶的協(xié)同作用下將引物上每一個dNTP 的聚合與一次熒光信號的釋放偶聯(lián)起來通過檢測熒光的釋放和強度達到實時測定DNA 序列的目的。 焦磷酸測序技術(pyrosequencing)： 7/27/202227焦磷酸測序技術的反應體系：反應底物、待測單鏈、測序引物和4種酶。反應底物: 5-磷酰硫酸(adenosine- 5-phosphosulfat，APS)、熒光素(Luciferin)。7/27/202228 如果發(fā)生堿基配對，就會釋放一個焦磷酸。這個焦磷酸在ATP硫酸化酶和螢光素酶的作用下，經(jīng)過一個合成反應和一個化學發(fā)光反應，最終將螢光素氧化成氧化螢光素，同時釋放出光信號。此反應釋放出的光信號實時被儀器配置的高靈敏度CCD（Charge-coupled Device）捕獲到。有一個堿基和測序模板進行配對，就會捕獲到一分子的光信號；由此一一對應，就可以準確、快速地確定待測模板的堿基序列。7/27/2022297/27/202230GS FLX Titanium系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的細菌克隆與挑選，將DNA打斷成隨機片段，并尋找到乳液PCR這種方法來克隆每個片段。（將DNA