人工合成细胞Science 2010年

创建由化学合成的基因组控制的细菌细胞

摘要：我们报道了根据基因组测序结果来设计、合成并装配一个1.08MMb的支原体Mycoplasma mycoides JCV1syn1.0 的基因组，然后把这个基因组移植进入一个支原体M. capricolum受体细胞中，产生了一个仅由合成的基因组控制的新的Mycoplasma mycoides细胞。在这个细胞中唯一的DNA就是我们设计合成的DNA序列，上面包括“水印序列”（Watermark）和其他一些设计进去的基因缺失和多态性以及在基因组构建过程中带进去的突变。这个新的细胞已经呈现出我们预期的表型，而且能够进行连续的复制（增殖）。

1977年，Sanger和同事测定了噬菌体?X174的完整的遗传序列【1】，这是第一个被完全测序的DNA基因组。18年后，也就是在1995年，我们团队解读了第一个完整的自我复制的细菌流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae）的遗传序列【2】。在这些最初的研究的基础上，对多物种的基因组序列进行解读已经成指数般快速发展起来。在过去的25年中，快速对基因组测序的能力已经增长了逾8个数量级【3】。随着对所有这些新的基因组信息的理解和探究，催生了大量新的计算机模拟以及实验研究方面的范例（指著名的研究成果），但是我们对基因组的了解仍然是十分有限。就生物学功能而言，还没有任何一个细胞系统中的基因能够被我们全部理解。即便是在一个单细胞细菌中，它的染色体就包含了遗传需要的所有信息吗？如果这样，一个完整的遗传系统能够通过化学合成的方法根据计算机中测定好的DNA序列信息来起始合成吗？

我们对大DNA分子和染色体的合成的兴趣萌生于我们在过去的15年中努力去构建一个仅含有必须基因的最小细胞。这项工作在1995年就已经开展，当时我们测序了生殖支原体Mycoplasm genitalium的基因组。M. genitalium是一种目前已知的能够在实验室独立生长的拥有最小基因组的细菌。当我们一次失活一个基因进行研究，发现在该M. genitalium的485个编码蛋白质的基因中有超过100个基因都是非必须的【4-6】。

我们发展了一种通过把病毒粒子大小的片段组装成大分子DNA的策略，这样使我们能够在4个阶段把化学合成的平均6kb大小的一些DNA区段（cassette)组装成人工合成的M. genitalium基因组。这是通过体外酶学以及酵母菌体内重组相结合的方法来完成的。这个完全人工合成的基因组（含582970碱基对）作为一个酵母着丝粒质粒（YCp）可以稳定地在酵母细胞中生长【7】。

在移植一个化学合成基因组进入受体细胞并进行表达的过程中遇到的一些难题已经被我们克服了。我们现在需要改进从酵母体内提取完整的基因组的方法，同时需要掌握如何把这些基因组转入受体菌细胞来构建一个完全由合成基因组控制的细胞。基于M. genitalium 生长速率过慢，我们想到了两种快速生长的支原体，即M. mycoides的亚种capri (GM12)作为供体（提供基因组信息），而M.capricolum的亚种capricolum (CK)作为受体（去除自身基因组后，接收合成的基因组）。

为从酵母体内移植出合成基因组创造条件和流程，我们发展出把作为酵母菌着丝粒质粒的整个细菌染色体进行克隆的方法，包括克隆了M.mycoides天然的基因组【8，9】。然而，起先将M. mycoides的基因组从酵母中提取出来进而移植入M. capricolum的尝试失败了。我们发现供体和受体支原体利用相同一套限制系统。供体细胞基因组在天然的M. mycoides细胞中被甲基化，所以在从这个供体细胞中提取基因组并进行移植入受体的过程中，移植的基因组因甲基化保护免遭受体细胞限制性酶系的破环【10】。但是，生长于酵母中的细菌基因组没有被甲基化，因此在遭遇受体细胞中的限制系统的限制时不会受到保护。我们就用纯化

的甲基化酶或M. mycoides提取物亦或M. capricolum提取物使供体DNA基因组先甲基化，或者干脆破坏掉受体细胞的限制系统以克服这一限制系障【8】。

我们现在已经把原先建立起来的程序进行了组合，在这里报道我们通过合成、组装、克隆一个1.08-Mb的基因组（命名为M.mycoides JCVI-syn1.0基因组）并进行成功移植，从而创造了一个由合成基因组所控制的新细胞。

1合成基因组的设计

M. Mycoides JCVI-syn1.0基因组的设计是在M. mycoides亚种capri GM12【8，9，11】的两种试验用菌株基因组序列被高度精确测定的基础上进行的：一个是被Lartigue et al.运用的供体基因组（GenBank序列号：CP001621）【10】；另一个是在酵母中克隆和经遗传改造过的基因组YCpMmyc1.1-DtypeIIIres(GenBank序列号：CP001668)【8】通过移植后创造的菌株【8】。我们这项工程的关键依赖于这些序列的精确程度。尽管我们相信这两套已经测序完成的M. mycoides基因组序列都很可靠，但它们之间在95个位点仍存在差别。在两套基因组序列测序完成之前，我们就开始了设计合成基因组的工程。所以，设计合成的大部分DNA区段（cassette)的序列是来自于CP001621的序列【11】。当这两套基因组序列的测序工作完成后，我们就选择了从酵母中成功移植出的基因组序列（序列号CP001668）作为我们的设计参考（我们保留的typeIIIres完整基因是例外）。所有存在于CP001668序列和之前我们合成的DNA区段之间的显著生物学差异被一一修正，使两者精确地匹配【11】。在我们合成的DNA区段序列和CP001668序列之间仍有19处位点序列差异，但因对生物是无害的，所以没有被修正。因而这样在我们合成的基因组（JCVI-syn1.0）和克隆自酵母的天然基因组（YCpMmyc1.1，作为基因组移植标准或对照）序列之间就存在19个序列多态性差异【8】。为了进一步区别合成基因组和天然基因组，我们设计了4种水印序列，用它们去替换一个或多个DNA区段中被预测的（水印序列3<1109bp >和水印序列4<1222bp>）或已经试验证明的（水印序列1 <1246>和水印序列2<1081bp>）位置，但这些位置不会影响到细胞的生存。这些水印序列可编码成特定的识别标签，而不会被翻译成多肽。表格S1列出了合成基因组和天然基因组之间的区别。图S2展示了一张M. mycoide s的JCVI-syn1.0基因组图。DNA 区段和组装片段中间体的边界、水印序列、缺失、插入，以及M. mycoides中JCVI-syn1.0基因组的基因在图S2中都标示出来，而移植得到的支原体克隆sMmYCp235-1的序列已经被提交至GenBank（序列号CP002027）。

2合成基因组的组装策略

我们设计的起始的DNA片段一般大小为1080bp，与相邻的DNA片段有80bp的重叠序列【11】。这些DNA片段是由Blue Heron公司（Bothell，Washington）通过把化学合成的寡核苷酸进行组装形成的，每个DNA片段是单独合成并由厂商经过测序校对过的。为了有助于后面的构建过程，这些DNA片段和装配中间体的末端被设计成含有Not I 限制性酶切位点，在载体存在情况下，在酵母中可以发生重组，并进行生长和筛选【7，11】。我们设计了一个分级策略，来分三步，从1.07kbDNA片段开始，通过转化及在酵母中同源重组，把整个基因组组装起来【12，13】。

图1 在酵母菌中进行M. mycoides化学

合成合成基因组的组装。M. mycoides

合成基因组是由1078个重叠DNA区段

（cassette)经过3步组装而成。第一步，

每10个由重叠的合成的寡核苷酸生成

的1080-bp区段（橘黄色箭头）重组在

一起，共生成109个约10-kb的组装序

列（assemble蓝色箭头）；每10个这样

10-kb的组装序列重组在一起，共生产

11个100-kb的组装序列（绿色箭头）；

在组装的最后阶段，这11个组装序列进

一步重组生成完整的基因组（红色环）。

除了两个片段结构（27）（白色箭头）

是在体外通过酶促反应重组外，其他的

组装序列都是通过体内同源重组在酵

母中完成。在这个合成基因组中区别于

天然基因组的绝大多数突变区域用黄

色圈表示。这些突变区域包括4个水印

区域（WM1~WM4），一个被有意切除

的4-kb区域（94D），以及促进酵母生长及基因组移植的有关因子的区域。另外，在20个位点上存在核苷酸多态性（如星形所示）。基因组上的坐标是相对于天然M. mycoides基因组中序列上第一个核苷酸，设计的序列共是1，077，947bp。Asc I和Bss H II的限制酶切位点如图所示。DNA片段1号和800-810号都不重要,所以从组装策略中去掉【11】。DNA片段2号和区段1104号重叠，DNA片段799号和区段811号存在重叠。

2.1 10 kb人工合成中间序列的组装

第一阶段，DNA区段cassette和载体在酵母菌中重组，然后被转移到大肠杆菌。质粒DNA 随后从大肠杆菌单个克隆中分离出，这些质粒DNA被酶切来检测含有载体上携带有10-kb 长的组装片段assemble的细胞。成功重组的10-kb组装片段如图2A所示。总体上，每检测10个酵母菌细胞后至少有一个细胞含有10-kb组装片段，然而成功率在10%-100%间变化。所有的第一阶段中间组装片段都被测序，111个组装片段有19个含有错误。又筛选了一些克隆，经测序验证无误后，进入下一个组装阶段【11】。

2.2 人工合成的100kb中间组装片段的组装

以上这些制备好的10-kb组装片段和它们各自的载体按照上面的方法转化入酵母中以生产100-kb人工合成中间组装片段。我们的试验结果表明这些产物在大肠杆菌体内不能够稳定的存在，因此重组的DNA不得不从酵母中提取。我们用复式PCR来对选择的酵母菌克隆进行筛选（图S3和表格S2）。因为在这个PCR分析中，每个10-kb中间组装片段都对应一对引物，那么如果所有扩增子（用每对引物进行PCR得到的扩增产物）都存在就可以代表一个100-kb中间组装片段已经产生。总体上，25%甚至更多的被检测的酵母菌克隆都能扩增出所有的扩增子（预期是一个完整装配片段扩增所需要的扩增子）。这些克隆中有一个被选出进行进一步筛选。环状的质粒DNA被提取后和超螺旋标记物一起进行琼脂糖凝胶电泳检测大小。第二阶段中，一个成功的装配片段加上载体长度在105kb（如图2B）左右。当所有的扩增子经过复式PCR生成后，而大小也合适的第二阶段装配片段中间体（中间组

装片段）也就得到了。但在一些情况下，会发生小的序列缺失；在另一些情况下，多个10-kb 片段会被组装起来会生成一个比预期更大的第二阶段中间组装片段。有幸的是，这些差别在完整的基因组组装之前可以在琼脂凝胶电泳时被轻易的检测出来。

2.3完整基因组的组装

在准备组装的最后阶段时，必须分离到微克量的11个第二阶段组装片段（中间组装片段）【11】。据报道【14】，像我们试验中得到的第二阶段组装片段大小的环状质粒可以通过碱裂解法将其从酵母原生质体中分离。为了进一步纯化这11个中间组装片段，我们将其用外切酶处理（去除线性酵母染色体），并通过阴离子交换柱。在全部质粒DNA中取一小部分被Not I消化，并经过倒转电场凝胶电泳(FIGE)分析（图2C）。以上方法可以在400 ml的酵母培养基中（约10的11次方个细胞）生产出含有1微克DNA的单个第二阶段组装片段（环形形式，在载体上）。

而以上方法并不能完全的去除酵母线性染色体DNA，而酵母的线性染色体DNA的存在在很大程度上会降低下一步酵母转化和DNA组装的效率。为了进一步富集这11个环形中间组装片段，我们把含有200ng样品的单个组装片段富集并且和熔融的琼脂混合。当琼脂凝固的时候，纤维穿过琼脂并“困住”环状DNA【15】，没有被“困住”的线性DNA便可以通过电泳从琼脂块中分离出来，这样达到富集环形DNA分子的目的。这11个环状中间组装序列用Not I消化使得其中的插入片段可以释放出来；随后，将插入片段从琼脂块中提取出来，通过倒转电场凝胶电泳（FIGE）分析（图2D），并转入酵母的原生质体中。在组装的第三和最后阶段，不需要附加载体序列，因为酵母克隆因子已经存在于811-900号组装片段中（可以让重组后的合成基因组稳定在酵母中复制）。

为了筛选一个完整的基因组，我们用11对引物进行了复合PCR反应，每对引物扩增的是相邻两个中间装配片段的连接位置（表格S3）。在筛选过的48个菌落中，来自一个克隆（sMmYCp235）中提取的DNA可以扩增生成所有的11个扩增子；在野生型（YCpMmyc1.1）阳性对照组的PCR中，也产生了一套与之难以区分的11个扩增子（图3A）。为了深入证实我们已经完整地组装一个M. mycoides合成基因组，完整的DNA用琼脂块法从酵母分离出来，用两个限制性内切酶进行酶切分析：Asc I和BssH II【11】。因为这些限制性内切酶的切割位点存在于4个水印序列中的3个序列中，所以选择这样的酶分别去切合成基因组和天然基因组，产生的酶切片段是不同的（图1和3B）。sMmYCp235克隆产生的限制性酶切片段模式符合我们预期的一个完全组装合成基因组的酶切结果（图3C）。

2.4 合成基因组的移植

在以上电泳试验中用到的琼脂块方法（图3c）在基因组的移植试验中也被用到【11】。来自sMmYCp235酵母克隆体中的完整的M. mycoides合成基因组，如所述【8】，被移植入无限制系统的M. capricolum受体细胞中，在含有四环素和X-gal的SP4培养基中在37摄氏度培养，选择蓝色菌落就可以得到结果。

从该酵母sMmYCp235克隆中分离的基因组进行移植，对应每个琼脂块可以产生了5-15个抗四环素的蓝色菌落，这个数目和阳性对照YCpMmyc1.1产生的蓝色抗性菌落数目差不多。在所有的移植试验中，菌落的出现主要依赖于M. capricolum受体细胞和M. mycoides 基因组这两者要共同存在。

图2. 中间组装片段的分析

（A）Not I和Sbf I双酶切分析从大肠杆菌（E. coli）中纯化的组装片段341-350号。这些限制性酶从10-kb插入片段中释放出载体片段（5.5kb和3.4kb）。插入片段DNA在0.8%的E-凝胶中（Invitrogen公司）与载体DNA分开。M是1-kb Marker（NEB公司)。（B）自酵母菌纯化的501-600号组装片段的分析。105-kb的环型DNA（5-kb载体加上100-kb插入序列）在1%琼脂凝胶和外加电压4.5V/cm条件下电泳3小时将其与线性酵母染色体DNA分开。S指示BAC-Tracker DNA 超螺旋Marker（Epicentre 公司）。（C）Not I酶切分析纯化自酵母菌的11个100kb组装片段。这些DNA片段在1%的琼脂凝胶上经反转凝胶电泳分析。每个组装序列的插入序列的大小如图示。λ指示lambda分子量Marker（NEB）。（D）经过如图（C）中所示通过拓扑捕获和Not I酶切分析的11个组装片段集中富集转化酵母菌，C为用来转化酵母菌的DNA的40分之一的用量。

图3. 从酵母中分离的合成基因组的分析。（A）含有完全组装合成基因组的酵母克隆通过复合PCR（利用可生成11种扩增子的一套引物，其中每对引物扩增的是11个组装片段彼此连接处的区域）来进行筛选。从酵母克隆sMmYCp235(235)提取的DNA 为模板扩增生成了用于完整基因组组装的11个组装片段对应的11个PCR产物。作为比较，从酵母（WT，野生型）中提取的天然基因组也被分析。PCR产物在2%的电泳胶（Invitrgen公司）电泳分开。L指示100-bp 分子量Marker（NEB）。（B）预期的天然野生型M. mycoides基因组和合成基因组经过Asc I和BssH II酶切后的限制性片段的大小。（C）天然（野生型）和合成（235）M. mycoides基因组利用琼脂块法从酵母体内分离。另外，DNA从宿主株（H）中纯化。含DNA的琼脂块被Asc I或者BssH II 消化后得到的DNA片段则通过CHEE电泳得到分离。，所对应的正确尺寸大小的限制性片段由片段的编号（如图B中）指示。

3.半合成基因组的组装与移植

为了帮助测试每个100-kb合成的组装片段的功能，我们构建半合成基因组并进行了移植，通过把天然片段和合成片段混合，每个成功构建的100-kb合成组装片段不需要测序其中间片段就可以得到核实。按照之前所描述的方法，我们在酵母中克隆了100-kb的11个重叠天然组装序列【16】：在11个平行反应中，选择平均长度100-kb的片段（将M. Mycoides 天然基因组DNA（YCpMmyc1.1）片段化得到）和为其设计的与100-kb插入序列末端重叠的PCR扩增载体在酵母中进行共转化。PCR扩增载体末端含有40-bp序列与100-kb合成组装片段重叠，可用来克隆100-kb合成组装片段，这样在确保有适当的重叠的条件下促进天然片段与合成片段的重组。构建的半合成基因组中含有2到10个中间组装序列是属于11个100-kb的人工合成的组装序列（表格1）。移植之后产生的可繁殖菌落证明了在每个基因组中的部分合成序列没有发生致死突变，在这些100-kb的中间组装片段中只有含811-900号片段的基因组不能进行繁殖。

起初，包含有错误的组装片段（811-820）号的酵母克隆用来生成一个合成基因组，发现不能进行移植，这结果是可以预期的，因为该错误是由于单个碱基缺失导致dnaA中发生移码突变（dnaA是染色体复制中的关键基因）。在这之前我们并没有意识到会存在这个突变。通过构建半合成基因组，我们明确的指出811-900号组装片段才是导致合成移植试验失败的罪魁祸首。因此，我们开始重新组装了一个无误的（811-900）号组装序列，并进一步生成sMmYCp235酵母菌株。在dnaA突变基因组中和sMmYCp235合成基因组中仅仅有一个核苷酸的差别，我们把突变基因组作为我们移植实验的阴性对照实验组。我们利用基因组工程在811-900号组装片段上对dnaA突变进行了修复（17），这样在组装的最后阶段一个修复的811-900号组装片段被用来生成一个含有修复基因组的酵母克隆。这个酵母克隆被命名为sMmYCP142并且可以移植。由11片段组装起来的并可以成功移植的所有基因组如表格1所示。

Table 1. 由这11个片段组装成并成功移植的基因组。组装片段2-100号，1；组装片段101-200，2；组装片段201-300，3；

组装片段301-400，4；组装片段401-500，5；组装片段501-600，6；组装片段601-700，7；组装片段701-799，8；组装片

段811-900，9；组装片段901-1000，10；组装片段1001-1104，11。WM，指水印序列（watermark）。

4.合成并移植的基因组的性状研究

为了快速区分M.capricolum的合成移植细胞和M.mycoides的天然细胞，我们引入了两步分析方法。第一步，设计4对引物，对应与4种水印序列中的每一个水印序列，在一次复合PCR能产生4种扩增子（如表格S4），所有的这4种扩增子由sMmYCp235的移植株产生，

而不是YCpMmyc1.1（如图4A）。第二步，如上所述（如图3C）基因组用AscI和BssHII 酶切，进行电泳分析，得到的限制性酶切片度模式与由M.mycoides合成基因组产生的移植细胞相一致。

Fig.4. 移植细胞的分析（A）含有合成基因组的移植细胞通过复合PCR筛选，利用该PCR所用引物对可以对应扩增生成4个扩增子，每个扩增子内有一个水印标记。我们对源自酵母克隆体sMmYCp235的移植体（syn1.0）和酵母中的天然非合成基因组（WT即野生型）一同进行了分析。含有合成基因组的移植体生成了4种PCR产物，而WT（野生型）基因组没有生成任何产物。PCR产物在2%的Ｅ凝胶（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）中分离。（B）天然的（WT）基因组和人工合成的M. mycoides基因组用琼脂块法从M. mycoides移植细胞中分离。琼脂快被Asc1或者BssH11消化，基因组片段则通过CHEF电泳分离。如图3B，所对应的正确尺寸大小的酶切限制性片段由片段的数字编号指示。

来源于sMmYCp235合成基因组的单个移植细胞被测序，我们命名该移细胞为M.mycoides JCVI-syn1.0。测得的序列与我们预想的设计几乎吻合，仅在已知的核苷酸多态性、8个新的单核苷酸的多态性、大肠杆菌转座子插入序列以及85-bp重复区（二倍体化）上有差别（表格S1）。转座子插入序列和IS1（一种大肠杆菌体内的转座子）在大小和序列上精确的吻合，似乎是合成基因组过程中在移入大肠杆菌阶段时IS 1进入10-kb组装片段中。IS 1的两侧是来自于M.mycoides的正向重复序列，这暗示IS1是通过转座子机制插入的。85-kb重复区（二倍体化）是非同源性末端连接的结果，这是在我们之前的10-kb组装阶段的测序中没有被检测到的。这两个插入序列所影响的是不重要的基因区域。目前我们没有发现任何合成基因组的序列能被证明是属于受体细胞M.capricolum，这暗示在移植过程中我们的合成基因组完全取代了M.capricolum的基因组。

只含有合成基因组的细胞能进行自我复制且能够呈对数扩增。扫描和透射电子显微镜（EMs）下的M.mycoides JCVI-syn1.0细胞呈现为细小卵形，由细胞浆包裹的细胞（图5，图C,图F）。蛋白质组学分析：同时对M.mycoides JCVI-syn1.0基因组和野生对照组进行双向电泳分析，两者都显示相同的蛋白质点分布模式，这与之前报告的关于受体M.capricolum 【10】的蛋白质点分布有所不同（图S4）。M.mycoides JCVI-syn1.0基因组中的14个基因被切除或受影响，然而，在琼脂糖平板上培养出现的菌落百分率和菌落形态与含天然基因组MmcyYCp1.1YCp1.1的M.mycoides很相似（比较图5，图A，图B）。在颜色变化单元分析中我们确实观察到了二者生长率上的轻微差别，JCVI-syn1.0移植株细胞比M.capricolum MmcyYCp1.1对照株生长稍微快些（图S6）。

Fig.5M.mycoides JCVI-syn1.0和WT M.mycoide s的图片。为了比较JCVI-syn1.0和non-YCpWT株的表型，我们通过将细胞涂布在含有x-gal的sp4琼脂板上培养，观察菌落的形态。在培养三天后，JCVI-syn1.0的菌落因为其细胞中含有lacZ基因可以合成β-galactosidase（β-半乳糖苷酶）而表现蓝色，这种酶可以将X-gal转化为蓝色化合物。（A）野生型细胞不含有lacZ 基因而保持白色。（B）两种细胞类型均有为大多数支原体所特有的煎鸡蛋似的菌落形态。我们使用两种方法对JCVI-syn1.0分离物进行了电子显微观察。(C)为了电子显微观察，样品被四氧化锇预先固定，脱水并用二氧化碳临界点干燥，最后在2千电子伏的条件下用HitachiSU6600 扫瞄式电子显微镜下观察。(D)用1%的醋酸铀在纯碳源培养基上对分裂细胞进行透射电子显微镜观察前负染，在80千电子伏条件下用JEOL 1200EX透射电子显微镜观察。为了检查细胞的形态，我们比较了用醋酸铀染色后的M. mycoides JCVI-syn1.0细胞的电子显微图像（E）及用电子显微镜观察在2006年培养的曾用钼酸铵染色的野生型细胞（F）。两种细胞都显现同样的卵形形态和一般外形。电子显微镜（EM）是由圣地亚哥加里福利亚大学国家显微成像研究中心的T.Deerinck和M.Ellisman提供。

５.讨论

在1995年，基因测序的质量水平大概是10000bp中出现一个错误，而测序一个微生物的基因组需要数月。今天，基因测序的精确性大大的提高了。覆盖30到50倍基因组的测序已经常见，而且测序只需要几天的时间。然而，对一个能够移植入受体细胞的没有错误的基因组，且该基因组能够创造一个仅有其控制的新细胞，获得这样一个基因组是很复杂的，同时还需要很多严格控制质量的阶段。我们的成功由于在必需基因dnaA中一个碱基的缺失而被阻扰了数个星期。在含多于100万个碱基对的基因组中的一个必需基因中的一个碱基的错误致使整个基因组失活，而在基因组的非必须基因中所发生的大的基因组的插入和删除并没有观察到任何对生长繁殖的影响。试验证实合成基因组生成的移植细胞具有M. mycoidesde 细胞的特性，暗示了一个活体细胞的DNA序列要足够准确，才能根据DNA序列去了解该细胞的合适的功能特点。

我们合成的基因组的策略和其他基因组工程策略有明显区别，后者是对自天然基因进行多重插入、代替，删除等修饰【18-22】。这项工作为我们是可以通过电脑设计基因组来生成细胞的这样一个原则（事实）提供证明。细胞基因组的DNA序列的测定允许我们将遗传信息做成数字文件的形式来储存生命细胞。这里提到的合成基因组与天然的M. mycoides基因组仅仅存在有限的修饰上差别。然而，我们的研究所建立的方法应该随着基因组合成设计的发展可以运用到更多新颖的不同细胞基因组的合成与移植中去（23）。

我们将这种由化学合成DNA组装成的基因组所控制的细胞称为“合成细胞”，即便受体细胞的细胞质并不是合成的。原来的受体细胞的细胞质带来的表型特征会由于随着蛋白质合成倍增以及随着细胞合成基因组复制而被稀释（消失）。通过在平板上移植和复制后形成一个菌落（>30代，或者>稀释倍数10的9次方），后代细胞将不会包含任何原始受体细胞中存在的蛋白质分子【10，24】。这在我们第一次描述基因组的移植时已经阐明【10】。这种

由组装基因组控制的细胞的特性应该与一个完全合成的细胞相同（就好比通过DNA软件构建其自身的硬件）。

具备生成合成细胞的能力后，使得研究人员在构造合成DNA结构和细胞时有必要对其工作对象进行水印标记，以便将合成DNA及细胞与天然DNA及细胞进行区分。我们在这次的研究和以前的研究都对合成染色体进行了水印标记（7）。

如果我们所描述的这种方法能得到了推广利用，那么设计、合成、装配和移植人工合成的染色体在合成生物学的发展进程中将不再是一个障碍。我们希望这种对于DNA合成的花费随着DNA的测序技术发展而并持续成对数下降。低成本合成和自动化的结合将会使人工合成基因组得到广泛应用。

我们从工作的初期，就考虑去推动人们进行关于合成生命方面的伦理道德方面的讨论【25，26】。随着合成基因组应用的推广，我们预感这项工作引起的哲学的讨论会更加有社会学和伦理学意义。我们鼓励支持后继的相关话题出现。

初中浙教版科学七年级上册2.2细胞 教案

教学目标 1.了解细胞发现的过程； 2.掌握细胞学说的内容； 3.知道细胞是生物体结构及功能的基本单位； 4.掌握动植物细胞的结构及其功能； 5.识别动植物细胞； 2学情分析 在学习本节内容之前，学生已经初步了解了动植物细胞的基本结构，但对于细胞如何维持正常的生活、细胞的结构与功能相适应这些微观的话题，学生一时难以理解。通过本节课的学习使学生对动植物的细胞的结构和各结构对应的功能有一个深入的认识，建立起结构与功能相适应的理念。 3教学重难点 教学重点： 动植物细胞的结构及其功能； 动植物细胞的区别； 教学难点： 动植物细胞的结构及其功能； 4教学过程 4.1第一学时 4.1.1教学活动 活动1【导入】1、创设情境导入新课 【故事开篇】从前有座山，山中有座庙，庙里有个小和尚很爱思考科学的问题。那么现在他有几个科学的问题请同学们帮忙解答一下。他看到身边的石头、树木、还有他这个人，他就在想三者石头、树、人有什么区别？ 【学生可能回答】石头是非生物，树和人是生物，树是植物，人是动物··· 【教师升华问题】那么请你说出生物有哪些特征。 【学生回答生物的一些基本特征】····· 【教师总结】我们能够用生物的特征来区别生物与非生物 【教师继续提问】人是动物，树是植物，那么动物和植物形态各异，但是它们所表现出来生命活动的特征都大同小异。为什么千差万别的生物会表现出相似的生命活动特征呢？ 【教师提示】我们可以从结构上思考来下动物和植物有什么共同的联系。 【学生回答】···· 【教师总结】动物和植物属于生物，生物基本特征中的一点：具有严谨的结构，一般都有构成。 活动2【讲授】2、深入学习探索新知 【教师导入】这节课我们就来深入的学习——细胞，首先是细胞的发现和细胞学说。 【教师讲解】人类很早之前就对动物和植物进行观察和研究了。在十七世纪之前人们试图回答动物和植物到底是由什么组成的，但是受到观察条件和工具的限制，研究主要集中在动植物的形态、内部结构和生活方式等方面。 【教师提问】同学们可以查阅下课文，最早用工具发现了细胞。 【教师结合多媒体讲解】1655年英国科学家胡克最先用自制的显微镜观察了软木塞的切片，发现了蜂窝状的小室，并把它绘制成这张显微图，他把这些小室成为“细胞”，后来科学家们发现这些所谓的细胞其实只是细胞壁。 在胡克发现细胞后的两百年间，科学家用显微镜广泛观察和研究了各种生物。

七年级科学[新教材]第二单元知识点

第1节生物与非生物 一、生物与非生物 1、根本区别：有无生命；有生命的是生物，无生命的是非生物. 2、生物的七大特征： 1.能新陈代谢（需要营养，需要排泄废物）（最基本的特征）; 2. 对刺激有反应（应激性）； 3. 具有严整的生物结构（除病毒外由细胞结构）； 4.能适应并影响环境； 5.会遗传和变异； 6.能够生长（使生物能长大）； 7.可以繁殖后代（使生物不会灭绝） 3、动物与植物：动物和植物都属于生物两者最大的区别是：营养方式不同。 动物：由于细胞中无叶绿体，自身不能制造养料，要摄取食物来获得营养。 植物：细胞内有叶绿体，能利用阳光、水、二氧化碳进行光合作用制造养料。 二、观察蜗牛 1.蜗牛的外形特征 （1）体外有一个螺旋形的外壳，它具有保护的作用。 （2）头部触角：有两对，前一对较长，后一对较短，具有触觉的作用。 眼：着生在长的一对触角的顶部，具有视觉的功能。 口：着生在触角的下方，具有味觉的作用。 （3）腹部是肥大的足，是运动的器官，足内有足腺，能分泌黏液，所以蜗牛在爬行过的地方会留下痕迹。粘液的作用：可以减小地面摩擦和传递信息 2.蜗牛的生活习性 陆生，有冬眠和夏眠的习性，常栖息于阴暗潮湿的环境中，喜欢夜间活动，主要食物是一些植物的叶和嫩的叶芽，对农作物有一定的危害，是一种农业害虫，因此农民不太喜欢它。 3.蜗牛的生理特征：具有触觉，嗅觉，视觉，味觉；但没有听觉。 第2节细胞 一、细胞学说创立的历史 （1）1665年英国科学家罗伯特·胡克首先利用自制的显微镜观察到了木栓的细胞壁结构，提出了“细胞”这个名词。 （2）1831年英国科学家布朗发现了植物细胞内的细胞核。 （3）19世纪40年代，德国科学家施莱登和施旺在总结前有经验基础上，共同提出了“细胞学说” （4）20年后，德国科学家魏尔啸进一步提出：一切细胞来自于细胞。 细胞学说的内容：细胞是生物体结构和功能的基本单位；病毒没有细胞结构。 二、细胞的结构 （1）动物细胞和植物细胞相同结构：细胞膜（保护和控制细胞物质的进出） 细胞质（细胞内生命活动的主要场所） 细胞核（内含遗传物质，与繁殖后代有关） （2）植物细胞特有的结构： 细胞壁（具保护和支持作用，主要成分为纤维素）

七年级初一科学上册 2. 2.2显微镜的使用 观察细胞-含答案2020

七年级科学上册2. 2.2显微镜的使用观察细胞 基础闯关全练 1．（2019浙江杭州一中期中）下列关于显微镜的操作，其中属于“对光”环节的是( ) A B C D 2．（2018福建龙岩中考）显微镜下观察到洋葱根尖不同分裂阶段的细胞后，要使看到的物像更清晰，可略微转动( ) A．反光镜B．遮光器 C．细准焦螺旋D．粗准焦螺旋 3．（2018浙江温州中考）用如图所示的显微镜进行对光时，低倍镜正对通光孔，若要改变视野亮度，可调节( ) 图2-2-5 A．物镜转换器B．细准焦螺旋 C．粗准焦螺旋D．反光镜 4．（2018浙江温州四中期中）小科在显微镜下看到了“上”，实际在载玻片上的是( ) A B C D 5．（2018北京中考）关于“观察人口腔上皮细胞”实验的叙述，不正确的是( ) A．在载玻片中央滴加生理盐水 B．碘液染色有利于观察 C．应先用低倍镜进行观察 D．能观察到细胞壁 6．某同学用显微镜观察了洋葱鳞片叶内表皮细胞和人的口腔上皮细胞，作了如下记录，其中正确的是( ) ①洋葱鳞片叶内表皮细胞中央有较大的液泡 ②口腔上皮细胞主要由细胞膜、细胞质、细胞核组成 ③洋葱鳞片叶内表皮细胞中有叶绿体 ④视野中有气泡可能是盖盖玻片时操作不当造成的 ⑤视野中光线过强时，应调节反光镜和光圈 ⑥要想看到更多的细胞应换用放大倍数更大的目镜或物镜 A．①②④⑤B．②③④⑥ C．①③⑤⑥D．②③④⑤ 7.观察口腔上皮细胞，应在载玻片中央滴一滴_______。如果把口腔上皮细胞放在______中，细胞会因吸水膨胀而破裂。为了更清晰地看到细胞各部分的结构，应用______染色。

能力提升全练 1．（2018山东滨州中考）显微镜是生物学研究中常用的观察仪器，下列有关光学显微镜使用的叙述，正确的是( ) 图2-2-6 A．对光时，转动①使②对准通光孔 B．视野过暗，应调节③和⑦ C．使视野中的物像更清晰，应调节④ D．若要将位于视野右上方的物像移到中央，应向左下方移动玻片 2．（2018四川达州中考）图一至图四是某同学制作并观察“人体口腔上皮细胞”临时装片的部分图片。据图判断，错误的是( ) 一 二三四 图2-2-7 A．图一中制作临时装片正确的操作顺序是c→a→d→b B．图二中③将细胞内部与外界环境分隔开来，使细胞有一个比较稳定的内部环境 C．若该同学在显微镜下看到如图三所示的视野，则说明在制作临时装片时，图一中步骤d 操作不当 D．若该同学在显微镜视野中看到图四甲，要从图四甲变成图四乙，需先将临时装片向右上方移动，再转动转换器，选择高倍物镜 3.( 2018浙江嵊州期中)制作洋葱表皮细胞临时装片的操作步骤为：①盖上盖玻片；②用滴管在载玻片中央滴上一滴清水；③用镊子撕下一小块洋葱表皮；④用镊子把洋葱表皮展平，操作顺序排列正确的是( ) A．②④①③B．②③④① C.③②④①D．④②③① 4．（2019浙江宁波质检二）小科在实验室进行“制作洋葱表皮细胞临时装片并用显微镜观察”的实验。请你一起完成以下问题： (1)实验桌上摆放有以下四瓶试剂：①清水、②生理盐水、③稀碘液。制作洋葱表皮细胞临时装片时，小科需要用到的试剂有________（填序号）。

七年级科学细胞教学设计

学科：科学（七年级上） 教学内容：细胞（第1课时） 教材版本：浙教版，第三版 学习任务分析 我们认识物质世界是从宏观到微观，前几节已经认识了生物和生物的分类，本节内容是进一步从微观来了解生物的结构和功能的基本单位——细胞。教学重难点：细胞的基本结构和功能，动物和植物细胞的区别。 学习者分析 学生听到过细胞，但一般没有实际观察过细胞，对微观的细胞了解甚少，七年级学生通过前面的学习对生命的奥秘充满了兴趣，有探究未知世界的欲望。利用学生的探究热情，将有利于知识的掌握和应用。教学目标 1、 知识与技能 （1）简述细胞的发现史 （2）知道细胞的基本结构和各结构的功能 （3）比较动物细胞和植物细胞的区别 （4）知道细胞学说的内容 2、过程与方法 （1）学会自学、合作学习的方法 （2）养成获取信息的能力、利用所学知识解决问题的能力 3、情感、态度、价值观 （1）体验合作的重要性 （2）感受科学的发展往往需要付出几代人的共同努力，是一个长期的过程 教学过程 新课导入： 我们知道生物是由细胞构成的（除病毒外），细胞很小，一般只有一到几十微米，那么细胞是怎么被发现的呢？ 1． 细胞的发现 学生阅读课本后，由学生介绍细胞的发现。 课件展示：罗伯特·胡克发现的木栓的细胞

提问：1665年，英国科学家罗伯特·胡克最早发现了细胞，但后来知道胡克当时看到的只是木栓的细胞壁，细胞到底是怎样的呢？ 2． 细胞的形态 课件展示各种形态的细胞，学生谈观察后的感受。 小结：细胞的形态是多种多样的。 3． 细胞的结构和功能 1．动物细胞的结构和功能 课件展示动物细胞的结构图，介绍各部分结构。 小结：动物细胞的形态是多样的，但都有相同的结构：细胞膜、细胞核、细胞质。 结构与功能是相适应，每个结构都有相对应的功能。 提问：细胞的这些结构分别有哪些功能？ 学生活动：以同桌两人为一小组进行讨论交流动物细胞各个结构的功能，并把结果记下。 实物投影展示几组结果进行交流 交流后得出：细胞膜——保护细胞并控制细胞与外界之间物质交换细胞核——内含遗传物质 细胞质——许多生命活动进行的场所 2．植物细胞的结构和功能 认识了动物细胞，让我们接着来认识植物细胞。 课件展示植物细胞结构图，学生观察思考：植物细胞与动物细胞的结构有哪些异同点？ 学生活动：前后两桌四个同学为一组进行讨论交流，写下讨论结果。 实物投影展示几组讨论结果 归纳得出 相同点：都有细胞膜、细胞核、细胞质结构 不同点：植物细胞具有细胞壁、大的液泡、叶绿体，而动物细胞不具有这些结构。 从比较的结果我们看到，植物细胞具有它特有的结构，这些结构分别又具有哪些功能？ 学生回答后教师总结介绍： 细胞壁——保护、支持作用（纤维素组成） 液泡——充满细胞液（吃水果时流出的汁液就是细胞液） 叶绿体——内含叶绿素，是光合作用的场所 结合植物细胞结构思考回答：

中国科学院大学611生物化学(甲)2015年考研真题答案解析

中国科学院大学 2015年招收攻读硕士学位研究生入学统一考试试题答案 科目名称：611生物化学（甲） 智从教育独家编辑整理 考生须知： 1.本试卷总分为150分，全部考试时间总计180分钟。 2.所有答案必须写在答题纸上，写在试题纸上或草稿纸上一律无效。 一．名词解释(每题2分，共20分) 1.半保留复制：（semiconservative replication）DNA复制的一种方式。每条链都可用作合成互补链的模板，合成出两分子的双链DNA，每个分子都是由一条亲代链和一条新合成的链组成。 2.蛋白质二级结构：在蛋白质分子中的局布区域内氨基酸残基的有规则的排列。常见的有二级结构有α-螺旋和β-折叠。二级结构是通过骨架上的羰基和酰胺基团之间形成的氢键维持的。 3.糖苷：糖苷(glycoside)单糖的半缩醛羟基很容易与醇或酚的羟基反应，失水而形成缩醛式衍生物，称糖苷。非糖部分叫配糖体。糖苷有α、β两种形式。 五、简答题（每题6分，共30分） 1.转录的过程 答：分为起始、延长和终止三个阶段。起始包括对双链DNA特定部位的识别、局部（17bp）解链以及在最初两个核苷酸间形成磷酸二酯键。第一个核苷酸掺入的位置称为转录起点。

起始后起始因子离开，核心酶构象改变，沿模板移动，转录生成杂交双链(12bp)，随后DNA 互补链取代RNA链，恢复DNA双螺旋结构。延伸速度为50nt/s，酶移动17nm。错误几率为10-5 2.真核生物细胞作为宿主表达系统具有许多优点： （1）该体系能识别和除去外源基因的内含子，剪接加工成熟的mRNA。 （2）能对翻译后的蛋白质进行加工修饰，使表达产物具有生物活性。 （3）用作受体的哺乳动物细胞易被重组DNA转染，其有遗传稳定性和可重复性。真核生物基因转移载体都附有标记基因，以便于转染外源基因的细胞的筛选。外源DNA导入真核细胞的方法，常用的由磷酸钙转染法，电穿孔转染，脂质体包裹转染，显微注射及DEAE－葡聚糖转染技术。基因表达产物的检测可采用免疫荧光抗体，免疫沉淀及免疫印迹等方法进行。例如,抗虫棉,外源基因是杀虫的。例如,转基因奶牛,外源基因表达产生胰岛素,治疗糖尿病。 3.答：乳酸循环的形成的是由肝脏和肌肉中的酶的特点所致。肝内糖异生活跃，又有葡萄糖-6-磷酸酶可水解6-磷酸葡萄糖生成葡萄糖；而肌肉中糖异生作用很低，而且缺乏葡萄糖-6-磷酸酶，所以肌肉中生成的乳酸不能异生成葡萄糖。但肌肉中生成的乳酸可经细胞膜弥散入血，经血液运送到肝脏，在肝内异生为葡萄糖释放入血，为肌肉摄取利用，这样就构成了乳酸循环。其生理意义是避免损失乳酸以及防止因乳酸堆积而引起的酸中毒。 4.糖代谢和蛋白质代谢的关系。 1）.代谢都经过三羧酸循环

浙教版-科学-七年级上册-细胞 教案

细胞 教学目标 1.了解细胞发现的过程； 2.掌握细胞学说的内容； 3.知道细胞是生物体结构及功能的基本单位； 4.掌握动植物细胞的结构及其功能； 5.识别动植物细胞； 2学情分析 在学习本节内容之前，学生已经初步了解了动植物细胞的基本结构，但对于细胞如何维持正常的生活、细胞的结构与功能相适应这些微观的话题，学生一时难以理解。通过本节课的学习使学生对动植物的细胞的结构和各结构对应的功能有一个深入的认识，建立起结构与功能相适应的理念。 3教学重难点 教学重点： 动植物细胞的结构及其功能； 动植物细胞的区别； 教学难点： 动植物细胞的结构及其功能； 4教学过程 4.1第一学时 4.1.1教学活动 活动1【导入】1、创设情境导入新课 【故事开篇】从前有座山，山中有座庙，庙里有个小和尚很爱思考科学的问题。那么现在他有几个科学的问题请同学们帮忙解答一下。他看到身边的石头、树木、还有他这个人，他就在想三者石头、树、人有什么区别？ 【学生可能回答】石头是非生物，树和人是生物，树是植物，人是动物··· 【教师升华问题】那么请你说出生物有哪些特征。 【学生回答生物的一些基本特征】····· 【教师总结】我们能够用生物的特征来区别生物与非生物 【教师继续提问】人是动物，树是植物，那么动物和植物形态各异，但是它们所表现出来生命活动的特征都大同小异。为什么千差万别的生物会表现出相似的生命活动特征呢？ 【教师提示】我们可以从结构上思考来下动物和植物有什么共同的联系。 【学生回答】···· 【教师总结】动物和植物属于生物，生物基本特征中的一点：具有严谨的结构，一般都有构成。 活动2【讲授】2、深入学习探索新知 【教师导入】这节课我们就来深入的学习——细胞，首先是细胞的发现和细胞学说。 【教师讲解】人类很早之前就对动物和植物进行观察和研究了。在十七世纪之前人们试图回答动物和植物到底是由什么组成的，但是受到观察条件和工具的限制，研究主要集中在动植物的形态、内部结构和生活方式等方面。 【教师提问】同学们可以查阅下课文，最早用工具发现了细胞。 【教师结合多媒体讲解】1655年英国科学家胡克最先用自制的显微镜观察了软木塞的切片，发现了蜂窝状的小室，并把它绘制成这张显微图，他把这些小室成为“细胞”，后来科学家

中科院生物化学甲

中国科学院大学硕士研究生入学考试 《生物化学（甲）》考试大纲 生物化学研究生入学考试是为所招收与生物化学有关专业硕士研究生而实施的具有选拔功能的水平考试。要求学生比较系统地理解和掌握生物化学的基本概念和基本理论；掌握各类生化物质的结构、性质、功能及其合成代谢和分解代谢的基本途径和调控方法；理解基因表达、调控和基因工程的基本理论；能综合运用所学的知识分析问题和解决问题。 一、考试内容 1.蛋白质化学 考试内容 ●蛋白质的化学组成，20种氨基酸的简写符号 ●氨基酸的理化性质及化学反应 ●蛋白质分子的结构（一级、二级、高级结构的概念及形式） ●蛋白质一级结构测定的一般步骤 ●蛋白质的理化性质及分离纯化和纯度鉴定的方法 ●蛋白质的变性作用 ●蛋白质结构与功能的关系 考试要求 ●了解氨基酸、肽的分类 ●掌握氨基酸与蛋白质的物理性质和化学性质 ●掌握蛋白质一级结构的测定方法 ●理解氨基酸的通式与结构 ●理解蛋白质二级和三级结构的类型及特点，四级结构的概念及亚基 ●掌握肽键的特点 ●掌握蛋白质的变性作用 ●掌握蛋白质结构与功能的关系 2.核酸化学 考试内容 ●核酸的基本化学组成及分类 ●核苷酸的结构 ●DNA和RNA一级结构的概念和二级结构要特点；DNA的三级结构 ●RNA的分类及各类RNA的生物学功能 ●核酸的主要理化特性

●核酸的研究方法 考试要求 ●全面了解核酸的组成、结构、结构单位以及掌握核酸的性质 ●全面了解核苷酸组成、结构、结构单位以及掌握核苷酸的性质 ●掌握DNA的二级结构模型和核酸杂交技术 3. 糖类结构与功能 考试内容 ●糖的主要分类及其各自的代表 ●糖聚合物及其代表和它们的生物学功能 ●糖链和糖蛋白的生物活性 考试要求 ●掌握糖的概念及其分类 ●掌握糖类的元素组成、化学本质及生物学功用 ●理解旋光异构 ●掌握单糖、二糖、寡糖和多糖的结构和性质 ●掌握糖的鉴定原理 4. 脂质与生物膜 考试内容 ●生物体内脂质的分类，其代表脂及各自特点 ●甘油脂、磷脂以及脂肪酸特性。油脂和甘油磷脂的结构与性质 ●生物膜的化学组成和结构，“流体镶嵌模型”的要点 考试要求 ●了解脂质的类别、功能 ●熟悉重要脂肪酸、重要磷脂的结构 ●掌握甘油脂、磷脂的通式以及脂肪酸的特性 ●掌握油脂和甘油磷脂的结构与性质 5. 酶学 考试内容 ●酶的作用特点 ●酶的作用机理 ●影响酶促反应的因素（米氏方程的推导） ●酶的提纯与活力鉴定的基本方法 ●熟悉酶的国际分类和命名 ●了解抗体酶、核酶和固定化酶的基本概念和应用

中科院--生物化学试题(96-03)

中国科学院遗传与发育生物学研究所博士研究生生物化学入学试题 1996年 1.请根据功能对蛋白质分类，并举例说明。（10分） 2.DNA的变性与蛋白质变性有何不同，理由是什么？（10分） 3.列出你所知道的具有DNA外切酶活性的酶及它们在分子生物 学研究中的应用。（10分） 4.举例说明蛋白质天然构象的信息存在于氨基酸顺序中。（12分） 5.以图示说明：（22分） a.真核生物基因表达的调节，指出哪些在细胞核中进行，哪些在胞质中进行。 b.哺乳动物的ATP循环，请解释为什么说ATP是“自然界的货币”。 6. 如何运用DNA序列分析方法确定DNA序列中与蛋白质结合的区域？（12分） 7. 生物膜的不对称的拓扑结构是由什么维持的？它对生物膜的哪些功能是必需的？（12分） 8. C3植物和C4植物有何差别？有人提出用基因工程手段将C3植物改造成

C4植物，你觉得是否可行？为什么？（12分） 1997年 一、名词解释：（40分） 1、蛋白质的去折叠与再折叠5、RNA－酶 2、差向异构体6、抗体酶 3、冈崎片段7、Z－DNA 4、信号肽8、酮体 二、何谓同工酶？试述同工酶分析的原理及应用。（12分） 三、简述生物膜流体镶嵌模型的要点。什么是膜脂的多形性，非双脂层结构的生理意义是什么。（12分） 四、什么是反义RNA？举例说明它的理论和实践意义。（12分） 五、列举四种不同类型的PCR技术的原理及应用。（12分） 六、影响DNA变性和复性的条件是什么？如何根据DNA复性和反应动力学分离基因组中重复频率不同的序列？（12分） 1998年

一、名词解释：（40分） 1.糖蛋白和蛋白聚糖 2.多酶体系 3.共价催化 4.A、B和ZDNA 5.糖异生 6.非蛋白质性氨基酸 7.蛋白质的四级结构 8.离子泵 9.逆转录转座子（retrotransposon） 10.亲和层析 二、哪种类型的蛋白质适用于系统学研究？为什么？比较在系统学研究中的依据蛋白质分析的技术和依据DNA分析的技术。（15分） 三、阐明核酸变性的特点及此特点为分子生物学研究提供的实验方法及可能解决的问题。（12分） 四、图示多肽合成后的空间输送中信号肽的识别过程。（9分） 五、什么是酶活性中心？如何判明酶活性中心？（12分） 六、请阐明基因组和蛋白质组概念及两者的关系，如果已知某物种的基因组全序列是否表示该物种的蛋白质组也已破译?（12分） 1999年

浙教版科学七年级上册《细胞》教案

浙教版科学七年级上册《细胞》教案 【教学目标】 知识目标：掌握显微镜的机构及其使用；认识细胞的基本结构及各部分作用，能区分动植物细胞；了解细胞的分裂、生长和分化及其意义。 技能目标：学习使用显微镜；学会制作临时装片；绘制细胞结构简图。 情感目标：感受工具的发展及使用对生命科学微观领域研究的意义，从而领会科学和技术是相互促进的；体验到科学技术的发展往往是几代人共同努力的结果，从而培 养协作的精神。 【教学重、难点】 重点：认识显微镜的构造及操作；临时装片的制作；细胞的结构；动植物细胞的区别；细胞的分裂、生长和分化及其对生物的作用。 难点：显微镜的操作；临时装片的制作；细胞各部分结构的作用；区分细胞的分裂和分化；对染色体会平均分配到两个子细胞的理解。 【教学过程】 第1课时 一、情境讨论引入 师：国际上长度的基本单位是什么？ 生：米 师：质量的基本单位呢？ 生：千克 师：生物分类的基本单位？ 生：种 师：那构成动物与植物的基本单位是什么呢？ 生：细胞 二、学习过程 师：细胞很小，小到只有一至几十微米，一毫米等于多少微米呢？ 生：1000微米 师：我们的课本中一张纸厚度约为0.1mm，因此一张纸的厚度上就可以排列约100个细胞。(让学生感受一下细胞的小) 师：细胞如此的微小，我们可以凭借肉眼直接观察吗？ 生：不可以 师：那需要借助什么仪器？ 生：显微镜 师：借助显微镜，我们可以看到细胞的哪些方面？ 生：形态，结构，大小，颜色…… 师：其实在我们地球上有两个世界，一个用肉眼可以观察到得世界，称为宏观世界，另一个必须借助一定的仪器才可以看到，称为微观世界。这时候，我们就要借助工具——显微镜来进行观察。 1、显微镜的发明过程 A第一台显微镜是1590年荷兰人用两块透镜制造的 B1665年，罗伯特.胡克（英）用自制的显微镜发现了细胞 C先进的显微镜 2、显微镜的结构 师：观察都要有一定的顺序，是怎样进行的？

中国及中国科学院干细胞与再生医学研究概述_周琪

第28卷 第8期2016年8月V ol. 28, No. 8Aug., 2016 生命科学 Chinese Bulletin of Life Sciences 文章编号：1004-0374(2016)08-0833-06 DOI: 10.13376/j.cbls/2016109 收稿日期：2016-07-01 基金项目：中国科学院“干细胞与再生医学研究”战略性先导科技专项(XDA01020101)*通信作者：E-mail: zhouqi@https://www.wendangku.net/doc/cf16557197.html, 中国及中国科学院干细胞与再生医学研究概述 周　琪 (中国科学院动物研究所，北京 100101) 摘　要：干细胞与再生医学研究已成为当今生命科学研究领域的前沿和热点，日益表现出巨大的临床应用前景和产业潜力，有望解决人类面临的重大医学难题。近年来，我国干细胞与再生医学研究获得了突飞猛进的发展，取得了多项重大成果，已成为世界干细胞研究领域中的重要力量。概述了我国干细胞与再生医学研究的发展现状，介绍了中国科学院“干细胞与再生医学研究”战略性先导科技专项的实施进展情况，并为我国干细胞研究领域的发展提出了建议。 关键词：干细胞；再生医学；中国科学院战略性先导科技专项 中图分类号：Q813 文献标志码： A An overview of stem cell and regenerative medicine in China and at Chinese Academy of Sciences ZHOU Qi (Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China) Abstract: Stem cell and regenerative medicine represents one of the most important areas that is advancing life sciences. Stem cell research and its clinical application have promised a successful cure of a variety of serious human diseases such as neural degenerative diseases and injuries. Over the past decades, a blossom is appearing in 周琪，中国科学院动物研究所研究员，干细胞与生殖生物学国家重点实验室主任，中国科学院院士。中国科学院干细胞与再生医学战略性科技先导专项首席科学家。主要从事细胞重编程机制和命运调控、干细胞多能性获得与维持等研究工作，并致力于推动再生医学的发展和干细胞的转化应用。国际首次获得体细胞克隆大鼠、诱导多能干细胞来源的小鼠；建立了孤雌胚胎干细胞、单倍体胚胎干细胞等多种新型多能性干细胞系，获得单倍体胚胎干细胞来源的转基因小鼠和大鼠；首次创建了新型的异种杂合二倍体胚胎干细胞；利用经过基因组印记修饰的孤雌单倍体干细胞建立了“同性生殖”的新方法；发现可以判断干细胞多能性水平的分子标识并揭示其调控机制；建立了包括灵长类动物在内的多种人类疾病动物模型；合作在体外获得功能性精子等。推动建立了国际干细胞临床标准和临床级胚胎干细胞库；建立了多株临床级干细胞，开展了细胞治疗及药物筛选等临床前基础研究及安全性评估等工作。现已在Cell 、Nature 、Science 、Nature Biotechnology 、Cell Stem Cell 等多家刊物发表SCI 论文一百余篇。获得国家自然科学奖二等奖、中科院杰出科技成就奖、何梁何利基金科学与技术进步奖等多项奖励。 网络出版时间：2016-08-24 11:37:48 网络出版地址：https://www.wendangku.net/doc/cf16557197.html,/kcms/detail/31.1600.Q.20160824.1137.020.html

中国科学院2007生物化学与分子生物学试题

中国科学院研究生院 2007年招收攻读硕士学位研究生入学统一考试试题 科目名称：生物化学与分子生物学 考生须知：1．本试卷满分为150分，全部考试时间总计180分钟。 2．所有答案必须写在答题纸上，写在试题纸上或草稿纸上一律无效。 一、名词解释(每题4分，共20分) 重组修复转座子C4途径正前馈作用和正反馈作用RNA剪接和可变剪接 二、单项选择题(每题1分，共20分，请在答题纸上标清题号，并将答案写在题号后) 1. 下列各项中，不属于细胞代谢的中间产物的是： A. 葡萄糖-6-磷酸 B. 丙酮酸 C. 胆固醇 D. 乙酰辅酶A 2. 在真核生物细胞周期的四个时相中，用于准备DNA合成的是： A. M期 B. G1期 C. S期 D. G2期 3. 下列各项中，不属于真核生物基因表达转录前水平调节的过程是： A. RNA编辑 B. 染色质丢失 C. 染色体DNA的修饰和异染色质化 D. 基因重排 4. 下列各项中，尚未获得诺贝尔奖的是： A. DNA双螺旋模型 B. PCR仪的发明 C. RNA干扰技术 D. 抑癌基因的发现 5. 下列事件中，不属于表观遗传调控的是： A. DNA甲基化 B. 组蛋白乙酰化 C. mRNA 加尾 D. RNA干扰 6. 大肠杆菌中，参与转录终止调控的是： A. TATA box B. ρ 因子 C. snoRNA D. RNaseP 7. 在正转录调控系统中，调节基因的产物被称为： A. 阻遏蛋白 B. 诱导因子 C. 激活蛋白 D. 增强子 8. 既可利用上游启动子，又可利用下游启动子的RNA聚合酶是： A. RNA聚合酶I B. RNA聚合酶II C. RNA聚合酶III D. RNA聚合酶IV 9. 用来研究蛋白质-蛋白质间相互作用的实验技术是： A. 酵母双杂交技术 B. 原位杂交技术 C. RACE技术 D. SAGE 技术 10. 能够引起细胞内蛋白降解的反应是： A. 泛素化 B. 去泛素化 C. 磷酸化 D. 去磷酸化 11．双缩脲发应用来测定： A. 肽 B. 糖 C. RNA D. DNA 12. 抗霉素A对呼吸链（电子传递链）抑制的作用点在： A. NADH脱氢酶附近 B. 琥珀酸脱氢酶 C. 细胞色素氧化酶 D. 细胞色素b附近 13. 氨基酸在掺入肽链前必须活化，氨基酸的活化部位是： A. 内质网的核糖体 B. 可溶的细胞质 C. 高尔基体 D. 线粒体 14. T4 DNA连接酶催化的连接反应需要能量，其能量来源是： A. ATP B. NAD C. GTP D. 乙酰CoA 15.组蛋白的修饰可引起核小体的解离，这种修饰是： A. 糖基化 B. 腺苷化 C. 磷酸化 D. 乙酰化 16.磷酸化酶激酶活性的发挥依赖于： A. 镁离子 B. 钙离子 C. 氯离子 D. 锌离子 17．胰岛素的功能单位是： A. 单体 B. 二体 C. 四体 D. 六体 18．DNA合成仪合成DNA片段时用的原料是：

新浙教版七年级科学上册第二单元复习提纲

七年级上册科学知识点总结姓名： 第二章观察生物 1、我们根据物体是否具有新陈代谢现象将物体分为生物和非生物。生物的特征：能呼吸、能生长、对外界刺激有反应、能繁殖后代、能遗传和变异、能进化、有严整的细胞结构（除病毒以外）。 2、植物与动物的主要区别：获取营养的方式不同（能否进行光合作用） 动物——直接摄取食物； 植物——利用阳光、二氧化碳和水进行光合作用制造养料。 3、蜗牛头部有2对触角，期中长触角上端有一对眼，在触角下方有一张口_,壳具有保护、防止水分散失_的作用， 腹足在爬行时能分泌粘液。 4、蜗牛具有视觉、嗅觉、味觉、触觉四种感觉，但没有听觉。 5、施莱登和施旺提出了细胞学说，主要内容是动物和植物都是由相同的基本单位-细胞所构成。 6、德国科学家魏尔啸提出，一切细胞来自于细胞。 7、三位科学家的发现形成了较为完善的细胞学说的内容：所有的动物和植物都是由细胞构成的； 细胞是生物体结构和功能的单位；细胞是由细胞分裂产生的。 8、罗伯特。胡克发现细胞，他发现的其实是细胞的细胞壁，它的大小一般是一到几十微米。 9、动物细胞的结构细胞膜、细胞核、细胞质 细胞质：生命活动的场所 细胞膜：保护细胞，并控制细胞与外界之间物质交换，保持细胞的相对独立性 细胞核：含有遗传物质，是细胞生命活动的控制中心 10、植物细胞的结构：细胞膜、细胞核、细胞质、细胞壁、液泡、叶绿体 细胞壁：由纤维素组成，有保护和支持细胞的作用，使植物细胞具有一定的形状 液泡：内含有细胞液 叶绿体：内含叶绿素，是光合作用的场所。 11、（1）握显微镜应握显微镜的哪一部分结构？镜臂 （2）载物台是用来放置装片的地方，中间有通光孔 （3）在做实验时要用_压片夹固定载玻片。 （4）遮光器上大小不等的圆孔称为光圈 （5）转动粗准焦螺旋时镜筒升降范围较大，转动时细准焦螺旋镜筒升降范围较小。粗准焦螺旋向前调镜筒下降（“上升”或“下降”）。 （6）显微镜的放大倍数等于目镜的放大倍数×物镜的放大倍数。目镜中长的放大倍数高，物镜则刚好相反。 12、显微镜的使用过程 第一步安放：将显微镜放在接近光源、靠体前略偏左的地方，镜筒在前，镜臂在后。 取放显微镜时，左手托镜座，右手握镜臂；轻拿轻放。 第二步对光：（1）转动物镜转换器，使低倍物镜正对通光孔 （2）再转动遮光器，让较大光圈对准通光孔 （3）左眼通过目镜观察，右眼必须张开，同时调节反光镜，直到看到一个明亮的圆形。反光镜的使用：光线强的时候用平面镜，光线暗的时候用凹面镜 第三步放片：将“上”字载玻片放在载物台上，两端用压片夹压住，使被观察的物体正对通光孔。 第四步调焦：（1）眼睛盯住物镜镜头，向外转动粗准焦螺旋，使镜筒慢慢下降，物镜靠近载玻片，但是不要碰到载玻片。 （2）左眼朝目镜内注视，同时右眼张开，慢慢向后调节粗准焦螺旋，使镜筒慢慢上升，当看到“上”字物像时，停止调节粗准焦螺旋，轻微转动粗准焦螺旋，直到物像清晰为止。 第五步观察：慢慢将载玻片向上移动，所看到物像往下方向移动。慢慢将载玻片向左移动，所看到物像往右方向移动。可发现目镜中的物像移动方向跟载玻片的移动方向相反（相同、相反），这 说明显微镜中看到的物像是原物的倒像。（正像、倒像） 13、观察洋葱表皮细胞，步骤：

中国科学院生物化学与分子生物学XX

中科院研究生院2010年硕士研究生入学考试612《生物化学与分子生物学》考试大纲 一、考试内容 1?蛋白质化学 考试内容 蛋白质的化学组成，20种氨基酸的简写符号 氨基酸的理化性质及化学反应 （一级、二级、高级结构的概念及形式） 蛋白质分子的结构 蛋白质一级结构测定的一般步骤 蛋白质的变性作用 考试要求蛋白质的理化性质及分离纯化和纯度鉴定的方法 蛋白质结构与功能的关系 了解氨基酸、肽的分类 掌握氨基酸与蛋白质的物理性质和化学性质 （目前关于蛋白质一级结构测定的新方了解蛋白质一级结构的测定方法 法和新思路很多，而教科书和教学中涉及的可能不够广泛，建议只让学生了解即可） 理解氨基酸的通式与结构 四级结构的概念及亚基理解蛋白质二级和三级结构的类型及特点，掌握肽键的特点

掌握蛋白质的变性作用 2?核酸化学 考试内容掌握蛋白质结构与功能的关系 核酸的基本化学组成及分类 核苷酸的结构 DNA的三级结构 DNA和RNA一级结构的概念和二级结构要特点； RNA的分类及各类RNA的生物学功能 核酸的主要理化特性 核酸的研究方法 考试要求 结构、结构单位以及掌握核酸的性质 全面了解核酸的组成、 全面了解核苷酸组成、结构、结构单位以及掌握核苷酸的性质 DNA的二级结构模型和核酸杂交技术 深入，建议增加相关考核） 3?糖类结构与功能 考试内容了解microRNA的序列和结构特点（近年来针对非编码研究越来越糖的主要分类及其各自的代表 糖链和糖蛋白的生物活性 考试要求糖聚合物及其代表和它们的生物学功能 掌握糖的概念及其分类理解旋光异构掌握RNA的

掌握糖类的元素组成、化学本质及生物学功用 掌握单糖、二糖、寡糖和多糖的结构和性质 掌握糖的鉴定原理 4?脂质与生物膜 考试内容 生物体内脂质的分类，其代表脂及各自特点 甘油脂、磷脂以及脂肪酸特性。油脂和甘油磷脂的结构与性质流体镶嵌模型”的要点 生物膜的化学组成和结构， 考试要求 了解脂质的类别、功能 熟悉重要脂肪酸、重要磷脂的结构 掌握油脂和甘油磷脂的结构与性质 掌握甘油脂、磷脂的通式以及脂肪酸的特性 5?酶学 考试内容 酶的作用特点 酶的作用机理 影响酶促反应的因素（XX方程的推导） 酶的提纯与活力鉴定的基本方法

华师大版科学七年级上册知识点汇总

七年级上册科学知识点汇总(第5,8章不考) 第0章走近科学 1、科学是一门研究各种自然现象，并寻找它们相应答案的学问。 2、学习科学的方法有观察、实验、思考。其中观察和实验是探索自然的重要方法。 3、科学探究的一般步骤：①观察，收集和处理事实依据②提出问题③作出假设④实验， 调查，收集证据⑤检验假设⑥合作交流 4、测量长度的常用工具刻度尺。长度的国际制单位为米，符号m ，常用的单位还有 千米(km)，分米(dm)，厘米(cm)，毫米(mm)，微米(μm)，纳米(nm)。单位之间的换算1km=1000m 1m=10dm=100cm=1000mm 1mm=1000μm 1μm=1000nm 长度测量的步骤： （1）观察刻度尺：①零刻度线②最小刻度值③量程④单位 （2）选：选择适当量程和最小刻度值的刻度尺。 （3）放：零刻度线对准被测物体的一端，刻度尺的刻度要紧贴被测物体。 （4）读：视线应与刻度尺尺面垂直。 （5）记：估读到最小刻度的后一位，测量结果=准确值+估计值+单位。 ※误差：误差是测量值与真实值之间的差异。误差不可避免，减小误差的方法有：①选择精密的测量工具②改进实验方法③多次测量取平均值 ※长度的特殊测量方法： （1）积累取平均值法：利用积少成多，测多求少的方法来间接地测量。如：测量一张纸的厚度，一枚邮票的质量，细铁丝的直径等。 （2）滚轮法：测较长曲线的长度时，可以先测出一个轮子的周长，然后让轮子沿着曲线滚

动，最后记下轮子滚动的圈数，则曲线长度=轮的周长×圈数。如：测操场周长，环形跑道周长 （3）化曲为直法：测量一段较短曲线的长度，可用一根没有弹性的棉线一端放在曲线的一端处，逐步沿着曲线放置，让它与曲线完全重合，在棉线上做出终点记号，最后用刻度尺量出两点间的距离，即为曲线的长度。如：测理硬币的周长、地图上两点间的距离。 （4）组合法：用直尺和三角尺测量物体直径。如：硬币的直径，乒乓球直径等。 5、温度表示物体的冷热程度，单位是摄氏度，符号℃。测量温度的常用工具温度计，测量 体温的温度计为体温计，两者的原理都是液体的热胀冷缩。 温度计的使用注意事项： ①使用前,要先观察温度计的量程和最小刻度 ②测量时,玻璃泡充分接触被测液体 ③待温度稳定后读数，不得拿出读数。④读数不需估读。 ※体温计的构造特点：体温计最小刻度为0.1℃，测量范围为35℃-42℃ ①下端玻璃泡的容积比细管容积大得多。 ②玻璃泡与玻璃管之间有一段特别细的弯曲玻璃管 6、心率：心脏或脉搏每分钟跳动的次数。常用的计时工具为秒表，时间的国际制单位 为秒，符号s ，常用的时间单位有年(y)，月，天(d)，小时(h)，分钟(min)，毫秒(ms)。 单位换算：1天=24小时1小时=60分 1分=60秒1秒=100毫秒 7、质量：物体所含物质的多少。质量是物体本身的属性，与物体的形状、状态、温度和空间位置无关。质量的国际制单位为千克，符号kg，常用的单位有吨(t)，克(g)，毫克(mg)

协和考研复试班-北京协和医学院医学生物学研究所(昆明)生物化学与分子生物学考研复试经验分享

协和考研复试班-北京协和医学院医学生物学研究所（昆明）生物化学与分 子生物学考研复试经验分享 中国医学科学院（下称院）成立于1956年，是我国唯一的国家级医学科学学术中心和综合性医学科学研究机构。北京协和医学院（下称校）由美国洛克菲勒基金会于1917年创办，是我国最早设有八年制临床医学专业和护理本科教育的重点医学院校。党中央、国务院和国家历届领导人对院校的发展十分关心支持。江泽民主席1997年亲笔为院校题写了“严谨、博精、创新、奉献”的院校训；胡锦涛主席和温家宝总理对院校发展寄予了深切关注和殷切期望，温家宝总理指出：“协和具有办学的有利条件和优良的教学传统，应该办好，也一定能够办好，办出协和的特色，为国家培养高质量的医学人才。” 研究所建于1958年，集医学科学研究和生物制品研制生产为一体。主要从事医学病毒学、免疫学、分子生物学技术、医学遗传学、分子流行病学及以灵长类动物为主的实验动物及动物实验技术的基础和应用研究，进行疫苗、免疫制品和基因工程产品的规模化生产;是“世界卫生组织肠道病毒参考研究合作中心”;是北京协和医学院(清华大学医学部)硕士和博士学位授予点。研究所具有悠久的生物制品生产历史，是我国最大的口服脊髓灰质炎减毒活疫苗研制生产基地。疫苗自年代上市至今，已生产并向全国儿童计划免疫累计提供多亿人份。疫苗的使用使我国脊髓灰质炎的发病率自六十年代末的万下降到年后不再有野毒株引起的病例报告，为中国控制和消灭脊髓灰质炎并保持无脊灰状态做出了巨大贡献。研究所还是我国最大的系列化甲型肝炎疫苗研制生产基地。疫苗自年上市以来，已生产并向全国累计提供亿多人份，为中国控制甲型肝炎的爆发流行、降低发病率发挥了重要作用。研究所在五十年的发展历程中，得到了党和国家领导人的多次亲切关怀，经历了四个重要层面的技术提升，形成了目前支撑各项工作发展的研究、技术和管理体系。长期发展过程中形成的医学科学研究积淀，奠定了坚实宽广的应用基础研究和产品开发研究基础，培养了一支实力雄厚的人才队伍;悠久的生物制品生产和营销历史，积累了丰富的生产和质量管理经验，建立了专业规范的市场营销管理体系;超过万平方米的科研大楼和先进的仪器、设备、设施，为基础研究和生物制品研制奠定了良好的硬件基础;按照欧洲标准设计建造的主要生产厂房，为生产达到国际先进水平的高质量生物制品提供了有利的保证。 启道考研复试班根据历年辅导经验，编辑整理以下关于考研复试相关内容，希望能对广大复试学子有所帮助，提前预祝大家复试金榜题名！ 专业介绍

中国科学院生物化学与分子生物学XX年考研试题

中国科学院生物化学与分子生物学XX年考研试题612《生物化学与分子生物学》考试大纲 一、考试内容 1.蛋白质化学 考试内容 ●蛋白质的化学组成，20种氨基酸的简写符号 ●氨基酸的理化性质及化学反应 ●蛋白质分子的结构（一级、二级、高级结构的概念及形式） ●蛋白质一级结构测定的一样步骤 ●蛋白质的理化性质及分离纯化和纯度鉴定的方法 ●蛋白质的变性作用 ●蛋白质结构与功能的关系 考试要求 ●了解氨基酸、肽的分类 ●把握氨基酸与蛋白质的物理性质和化学性质 ●了解蛋白质一级结构的测定方法（目前关于蛋白质一级结构测定的新方 法和新思路专门多，而教科书和教学中涉及的可能不够广泛，建议只让 学生了解即可） ●明白得氨基酸的通式与结构 ●明白得蛋白质二级和三级结构的类型及特点，四级结构的概念及亚基 ●把握肽键的特点 ●把握蛋白质的变性作用 ●把握蛋白质结构与功能的关系 2.核酸化学 考试内容 ●核酸的差不多化学组成及分类 ●核苷酸的结构 ●DNA和RNA一级结构的概念和二级结构要特点；DNA的三级结构 ●RNA的分类及各类RNA的生物学功能 ●核酸的要紧理化特性 ●核酸的研究方法 考试要求 ●全面了解核酸的组成、结构、结构单位以及把握核酸的性质

●全面了解核苷酸组成、结构、结构单位以及把握核苷酸的性质 ●把握DNA的二级结构模型和核酸杂交技术 ●了解microRNA的序列和结构特点（近年来针对非编码RNA的研究越来越 深入，建议增加相关考核） 3. 糖类结构与功能 考试内容 ●糖的要紧分类及其各自的代表 ●糖聚合物及其代表和它们的生物学功能 ●糖链和糖蛋白的生物活性 考试要求 ●把握糖的概念及其分类 ●把握糖类的元素组成、化学本质及生物学功用 ●明白得旋光异构 ●把握单糖、二糖、寡糖和多糖的结构和性质 ●把握糖的鉴定原理 4. 脂质与生物膜 考试内容 ●生物体内脂质的分类，其代表脂及各自特点 ●甘油脂、磷脂以及脂肪酸特性。油脂和甘油磷脂的结构与性质 ●生物膜的化学组成和结构，“流体镶嵌模型”的要点 考试要求 ●了解脂质的类不、功能 ●熟悉重要脂肪酸、重要磷脂的结构 ●把握甘油脂、磷脂的通式以及脂肪酸的特性 ●把握油脂和甘油磷脂的结构与性质 5. 酶学 考试内容 ●酶的作用特点 ●酶的作用机理 ●阻碍酶促反应的因素（米氏方程的推导） ●酶的提纯与活力鉴定的差不多方法 ●熟悉酶的国际分类和命名 ●了解抗体酶、核酶和固定化酶的差不多概念和应用