新編生物信息學(xué)中的生物學(xué)、分子生物學(xué)課件

1、生物信息學(xué)中的生物學(xué)分子生物學(xué)7/27/20221內(nèi)容生物信息學(xué)中的生物學(xué)、分子生物學(xué)基礎(chǔ)基因工程和核酸研究技術(shù)簡(jiǎn)介7/27/20222生物信息學(xué)中的生物學(xué)、分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)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(yáng)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(xì)胞生物7億年前：演化出各種多細(xì)胞生物，無(wú)脊椎動(dòng)物7/27/202245億年前：寒武紀(jì)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(jì)大爆發(fā)，O2, 生命進(jìn)入陸地350萬(wàn)年前：古脊椎動(dòng)物中出現(xiàn)猩猩科和人科50萬(wàn)年前：直立人出現(xiàn)，“北京猿人”3.5萬(wàn)年前：

2、早期智人出現(xiàn)2萬(wàn)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(xì)菌（Archaea）真細(xì)菌（Eubacteria)真核生物（Eurokaryote）生物的進(jìn)化和親緣關(guān)系：遺傳密碼統(tǒng)一性基本生物化學(xué)過(guò)程一致性共同祖先演化而來(lái)7/27/20227EubacteriaArchaeaEucarya7/27/20228 噬菌體 病毒 大腸桿菌 釀酒酵母 秀麗線蟲(chóng) 果蠅模式生物 擬南芥 水稻 非洲

3、爪蛙 斑馬魚(yú) 家鼠 人7/27/20229 糖：?jiǎn)翁?、雙糖、多糖作用：儲(chǔ)存能量、結(jié)構(gòu)材料、分子識(shí)別 脂肪酸：儲(chǔ)存能量、參與代謝 核苷酸和核酸： A、C、G、TDNA、RNA 氨基酸蛋白質(zhì) 構(gòu)成生物的四類分子7/27/202210 DNA復(fù)制DNA聚合酶DNA單鏈5 3復(fù)制 mRNA轉(zhuǎn)錄：mRNA前體剪接 蛋白質(zhì)翻譯 mRNA反轉(zhuǎn)錄cDNA 蛋白質(zhì)折疊 分子生物學(xué)的中心法則7/27/202211中心法則DNADNADNAcDNA結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)/酶mRNA轉(zhuǎn)錄翻譯折疊相互利用復(fù)制轉(zhuǎn)錄表現(xiàn)型基因型7/27/202212基因工程和核酸研究技術(shù)簡(jiǎn)介7/27/202213 限制性內(nèi)切酶（Restriction

4、 Endonuclease）限制性內(nèi)切酶 + 甲基化酶 載體：質(zhì)粒、噬菌體、酵母 分子克?。?聚合酶鏈反應(yīng)（PCR） 超速離心 凝膠電泳 印跡法 DNA測(cè)序方法7/27/202214阿爾伯Wemer Arber瑞士生物學(xué)家巴塞爾Biozentrum大學(xué)1929內(nèi)森斯Danien Nathans美國(guó)微生物學(xué)家霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院1931史密斯Hamilton OSmith美國(guó)微生物學(xué)家霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院1931限制性核酸內(nèi)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(chǎng)電泳 梯度電泳（DGGE/TGGE） 二維凝膠電泳：蛋白質(zhì)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(chǎng)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(shù)結(jié)合了等電聚焦技術(shù)（根據(jù)蛋白質(zhì)等電點(diǎn)進(jìn)行分離）以及SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)（根據(jù)蛋白質(zhì)的大小進(jìn)行分離）。這兩項(xiàng)技術(shù)結(jié)合形成的二維電泳是分離分

6、析蛋白質(zhì)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(zhì)印跡法(Western Blotting)7/27/202222Southern印跡雜交（Southern blot）是1975年由英國(guó)人southern創(chuàng)建，是研究DNA圖譜的基本技術(shù)，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(jià)值。Southern Blotting7/27/202223Northern Blotting1979年，J.C.Alwine等提出：將電泳凝膠中

7、的RNA轉(zhuǎn)移到疊氮化的或其他化學(xué)修飾的活性濾紙上，通過(guò)共價(jià)交聯(lián)作用使它們結(jié)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(cè)物是蛋白質(zhì)，“探針”是抗體，“顯色”用標(biāo)記的二抗。經(jīng)過(guò)PAGE分離的蛋白質(zhì)樣品，轉(zhuǎn)移到固相載體（例如硝酸纖維素薄膜）上，固相載體以非共價(jià)鍵形式吸附蛋白質(zhì)，且能保持電泳分離的多肽類型及其生物學(xué)活性不變。以固相載體上的蛋白質(zhì)或多肽作為抗原，與對(duì)應(yīng)的抗體起免疫反應(yīng)，再與酶或同位素標(biāo)記的第二抗

8、體起反應(yīng)，經(jīng)過(guò)底物顯色或放射自顯影以檢測(cè)電泳分離的特異性目的基因表達(dá)的蛋白成分。該技術(shù)也廣泛應(yīng)用于檢測(cè)蛋白水平的表達(dá)。7/27/202225 DNA測(cè)序方法 末端終止(Sanger)法：dNTPddNTP 化學(xué)降解 (Maxam-Gilbert)法： 焦磷酸測(cè)序技術(shù)(pyrosequencing)： 7/27/202226 是由4種酶催化的同一反應(yīng)體系中的酶級(jí)聯(lián)化學(xué)發(fā)光反應(yīng)焦磷酸測(cè)序技術(shù)。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(gè)dNTP 的聚合與一次熒光信號(hào)的釋放偶聯(lián)起來(lái)通過(guò)檢測(cè)熒光的釋放和強(qiáng)度達(dá)到實(shí)時(shí)測(cè)定DNA 序列的目的。 焦磷酸測(cè)序技術(shù)(pyrosequencing)： 7/27/202227焦磷酸測(cè)序技術(shù)的反應(yīng)體系：反應(yīng)底物、待測(cè)單鏈、測(cè)序引物和4種酶。反應(yīng)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(duì)，就會(huì)釋放一個(gè)焦磷酸。這個(gè)焦磷酸在ATP硫酸化酶和螢光素酶的作用下，經(jīng)過(guò)一個(gè)合成反應(yīng)和一個(gè)化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，最終將螢光素氧化成氧化螢光素，同時(shí)釋放出光信號(hào)。此反應(yīng)釋放出的光信號(hào)實(shí)時(shí)被儀器配置的高靈敏度CCD（Charge-coupled Device）捕獲到。有一個(gè)堿基和測(cè)序模板進(jìn)行配對(duì)，就會(huì)捕獲到一分子的光信號(hào)；由此一一對(duì)應(yīng)，就可以準(zhǔn)確、快速地確定待測(cè)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(xì)菌克隆與挑選，將DNA打斷成隨機(jī)片段，并尋找到乳液PCR這種方法來(lái)克隆每個(gè)片段。（將DNA