生物信息学中的生物学、分子生物学

《生物信息学中的生物学、分子生物学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物信息学中的生物学、分子生物学（34页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、生物信息学中的生物学分子生物学 生 物 信 息 学 中 的 生 物 学 、 分 子生 物 学 基 础 基 因 工 程 和 核 酸 研 究 技 术 简 介 生物信息学中的生物学、分子生物学基础知识 120亿 年 前 ： 第 一 次 大 爆 炸 ， 宇 宙 产 生 50亿 年 前 ： 太 阳 系 诞 生 40亿 年 前 ： 海 洋 里 出 现 了 类 似 藻 类 的 原 始 生 物 30亿 年 前 ： 出 现 原 核 细 胞 生 物 7亿 年 前 ： 演 化 出 各 种 多 细 胞 生 物 ， 无 脊 椎 动 物 5亿 年 前 ： 寒 武 纪 大 爆 发 ， 海 洋 中 出 现 大 量 物 种 ，

2、 大 气 中 氧 含 量 剧 增 4亿 年 前 ： 至 留 纪 大 爆 发 ， O2 , 生 命 进 入 陆 地 350万 年 前 ： 古 脊 椎 动 物 中 出 现 猩 猩 科 和 人 科 50万 年 前 ： 直 立 人 出 现 ， “ 北 京 猿 人 ” 3.5万 年 前 ： 早 期 智 人 出 现 2万 年 前 ： 早 期 人 类 出 现 ， “ 山 顶 洞 人 ” 生 物 分 类 体 系 ： 界 （ Kingdom） 门 （ Phyla） 纲 （ Class) 目 （ Order） 科 （ Family） 属 （ Genus） 种 （ Species） 原 核 生 物 （ Prokar

3、yote） ： 古 细 菌 （ Archaea） 真 细 菌 （ Eubacteria) 真 核 生 物 （ Eurokaryote） 生 物 的 进 化 和 亲 缘 关 系 ： 遗 传 密 码 统 一 性 基 本 生 物 化 学 过 程 一 致 性 共 同 祖 先 演 化 而 来 Eubacteria ArchaeaEucarya 噬 菌 体 病 毒 大 肠 杆 菌 酿 酒 酵 母 秀 丽 线 虫 果 蝇模式生物 拟 南 芥 水 稻 非 洲 爪 蛙 斑 马 鱼 家 鼠 人 糖 ： 单 糖 、 双 糖 、 多 糖作 用 ： 储 存 能 量 、 结 构 材 料 、 分 子 识 别 脂 肪 酸 ：

4、 储 存 能 量 、 参 与 代 谢 核 苷 酸 和 核 酸 ： A、 C、 G、 TDNA、 RNA 氨 基 酸 蛋 白 质 构成生物的四类分子 DNA复 制DNA聚 合 酶 DNA单 链 5 3复 制 mRNA转 录 ： mRNA前 体 剪 接 蛋 白 质 翻 译 mRNA反 转 录 cDNA 蛋 白 质 折 叠 分子生物学的中心法则 中 心 法 则DNA DNADNAcDNA 结 构蛋 白 质 /酶mRNA转 录翻 译折 叠相 互 利 用复 制转 录表 现 型基 因 型 基因工程和核酸研究技术简介 限 制 性 内 切 酶 （ Restriction Endonuclease） 限 制 性

5、 内 切 酶 + 甲 基 化 酶 载 体 ： 质 粒 、 噬 菌 体 、 酵 母 分 子 克 隆 ： 聚 合 酶 链 反 应 （ PCR） 超 速 离 心 凝 胶 电 泳 印 迹 法 DNA测 序 方 法 阿 尔 伯Wemer Arber瑞 士 生 物 学 家巴 塞 尔 Biozentrum大 学1929 内 森 斯Danien Nathans美 国 微 生 物 学 家霍 普 金 斯 大 学 医 学 院1931 史 密 斯Hamilton O Smith美 国 微 生 物 学 家霍 普 金 斯 大 学 医 学 院1931限 制 性 核 酸 内 切 酶 的 发 现 者 凝 胶 电 泳 琼 脂 糖

6、 电 泳 聚 丙 烯 胺 凝 胶 电 泳 脉 冲 场 电 泳 梯 度 电 泳 （ DGGE/TGGE） 二 维 凝 胶 电 泳 ： 蛋 白 质 电 泳 M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12PSL-XB4 XB1-PSR16S rRNA gene PCR M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 a bc de f 聚 丙 烯 胺 凝 胶 电 泳 分 离 大 分 子 DNA的 方 法 。 脉 冲 场 凝 胶 电 泳 （ PFGE， Pulsed Field Gel Electrophoresis） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 变 性 梯 度 电 泳DGGE温

7、 度 梯 度 电 泳TGGE 二 维 凝 胶 电 泳 二 维 聚 丙 烯 酰 胺 凝 胶 电泳 技 术 结 合 了 等 电 聚 焦技 术 （ 根 据 蛋 白 质 等 电点 进 行 分 离 ） 以 及 SDS 聚 丙 烯 酰 胺 凝 胶 电 泳技 术 （ 根 据 蛋 白 质 的 大小 进 行 分 离 ） 。 这 两 项技 术 结 合 形 成 的 二 维 电泳 是 分 离 分 析 蛋 白 质 最有 效 的 一 种 电 泳 手 段 。 印 迹 法凝 胶 硝 酸 纤 维 膜 DNA探 针 (32P) DNA印 迹 法 (Southern Blotting) RNA印 迹 法 (Northern Blo

8、tting) 蛋 白 质 印 迹 法 (Western Blotting) Southern印 迹 杂 交 （ Southern blot） 是 1975年 由 英 国 人 southern创 建 ， 是 研 究 DNA图 谱 的 基本 技 术 ， 在 遗 传 病 诊 断 、 DNA图 谱 分 析 及 PCR产物 分 析 等 方 面 有 重 要 价 值 。Southern Blotting Northern Blotting1979年 ， J.C.Alwine等 提 出 ： 将 电 泳 凝 胶中 的 RNA转 移 到 叠 氮 化 的 或 其 他 化 学 修 饰 的 活性 滤 纸 上 ， 通 过

9、 共 价 交 联 作 用 使 它 们 结 合 ， 因其 方 法 同 Southern杂 交 十 分 相 似 ， 故 称 之 为Northern杂 交 。 Western Blotting与 Southern或 Northern杂 交 方 法 类 似 ， 但 Western Blot采 用 的 是 聚 丙 烯 酰 胺 凝 胶 电 泳 ， 被 检 测 物 是 蛋 白 质 ， “ 探 针 ”是 抗 体 ， “ 显 色 ” 用 标 记 的 二 抗 。 经 过 PAGE分 离 的 蛋 白 质样 品 ， 转 移 到 固 相 载 体 （ 例 如 硝 酸 纤 维 素 薄 膜 ） 上 ， 固 相 载体 以 非

10、共 价 键 形 式 吸 附 蛋 白 质 ， 且 能 保 持 电 泳 分 离 的 多 肽 类型 及 其 生 物 学 活 性 不 变 。 以 固 相 载 体 上 的 蛋 白 质 或 多 肽 作 为抗 原 ， 与 对 应 的 抗 体 起 免 疫 反 应 ， 再 与 酶 或 同 位 素 标 记 的 第二 抗 体 起 反 应 ， 经 过 底 物 显 色 或 放 射 自 显 影 以 检 测 电 泳 分 离的 特 异 性 目 的 基 因 表 达 的 蛋 白 成 分 。 该 技 术 也 广 泛 应 用 于 检测 蛋 白 水 平 的 表 达 。 DNA测 序 方 法 末 端 终 止 (Sanger)法 ： dN

11、TPddNTP 化 学 降 解 (Maxam-Gilbert)法 ： 焦 磷 酸 测 序 技 术 (pyrosequencing)： 是 由 4种 酶 催 化 的 同 一 反 应 体 系 中 的 酶 级 联 化学 发 光 反 应 焦 磷 酸 测 序 技 术 。 其 原 理 是 :引 物 与 模板 DNA 退 火 后 在 DNA 聚 合 酶 (DNA polymerase) ATP 硫 酸 化 酶 (ATP sulfurylase) 荧 光 素 酶(luciferase) 和 三 磷 酸 腺 苷 双 磷 酸 酶 (Apyrase) 4 种酶 的 协 同 作 用 下 将 引 物 上 每 一 个 d

12、NTP 的 聚 合 与 一次 荧 光 信 号 的 释 放 偶 联 起 来 通 过 检 测 荧 光 的 释 放和 强 度 达 到 实 时 测 定 DNA 序 列 的 目 的 。 焦 磷 酸 测 序 技 术 (pyrosequencing)： 焦 磷 酸 测 序 技 术 的 反 应 体 系 ：反 应 底 物 、 待 测 单 链 、 测 序 引 物 和 4种 酶 。反 应 底 物 : 5 -磷 酰 硫 酸 (adenosine- 5 -phosphosulfat，APS)、 荧 光 素 (Luciferin)。 如 果 发 生 碱 基 配 对 ， 就 会 释 放 一 个 焦 磷 酸 。 这 个焦 磷

13、 酸 在 ATP硫 酸 化 酶 和 萤 光 素 酶 的 作 用 下 ， 经 过 一个 合 成 反 应 和 一 个 化 学 发 光 反 应 ， 最 终 将 萤 光 素 氧 化成 氧 化 萤 光 素 ， 同 时 释 放 出 光 信 号 。 此 反 应 释 放 出 的光 信 号 实 时 被 仪 器 配 置 的 高 灵 敏 度 CCD（ Charge-coupled Device） 捕 获 到 。 有 一 个 碱 基 和 测 序 模 板 进行 配 对 ， 就 会 捕 获 到 一 分 子 的 光 信 号 ； 由 此 一 一 对 应 ，就 可 以 准 确 、 快 速 地 确 定 待 测 模 板 的 碱 基 序 列 。 GS FLX Titanium系 统 摒 弃 了 传 统 的 细 菌 克 隆 与挑 选 ， 将 DNA打 断 成 随 机 片 段 ， 并 寻 找 到 乳 液PCR这 种 方 法 来 克 隆 每 个 片 段 。 （ 将 DNA放 入 油包 水 的 乳 液 中 ， 这 样 就 省 去 了 反 应 管 ， 并 利 用 表面 活 性 剂 来 维 持 乳 液 的 热 稳 定 性 。 ） 一 个 片 段 = 一 个 磁 珠 = 一 条 读 长 One fragment = One bead = One read454 GS FLX测 序 仪 谢 谢 ！