本教材包括16個專題, 每一專題介紹一項技術, 并配有相應實驗, 使學生在系統(tǒng)了解有關技術的同時, 通過動手實驗而得以強化。本教材所介紹的技術包括: 大分子制備技術、分光光度技術、層析技術、電泳技術、離心技術、分子雜交技術、PCR技術、測序技術、轉(zhuǎn)基因技術、基因敲除技術、蛋白質(zhì)組學技術、EMSA和ChIP技術、酵母雙雜交等技術。同時還介紹了實驗技術的發(fā)展簡史、技術創(chuàng)新、實驗室管理等內(nèi)容。
按照人體認知的“逐級探索模式”，從人體—系統(tǒng)—器官，到組織—細胞—分子，分子處于最基礎的層次，因此也是最觸及生命本質(zhì)的層次。隨著學科間的交叉融合，生物化學與分子生物學的理論和技術已經(jīng)成為生命科學和醫(yī)學的通用理論和技術。作為一名現(xiàn)代醫(yī)學生，學習掌握生物化學與分子生物學的理論和技術，對于研究疾病的發(fā)病機制，提出疾病的診療方案至關重要。
近年來，生物化學與分子生物學實驗技術發(fā)展很快，使得該領域不斷有新的發(fā)現(xiàn)。實驗課也普遍受到重視，不僅增加了學時，而且單獨開課，單獨計算學分。實驗課已不再是理論課的附屬品，而是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的有效途徑。為了幫助醫(yī)學生更好地學習掌握生物化學與分子生物學實驗技術，我們編寫了這本實驗教材。全書共計 16章，以實驗技術為主線編寫，主要介紹大分子制備技術、分光光度技術、層析技術、電泳技術、離心技術、分子雜交技術、 PCR技術、測序技術、轉(zhuǎn)基因技術、基因敲除技術、蛋白質(zhì)組學技術、 EMSA和 ChIP技術、酵母雙雜交等技術，另外還介紹有關技術創(chuàng)新和實驗室管理等內(nèi)容。這些內(nèi)容基本反映了生物化學與分子生物學實驗技術的大體面貌。在介紹實驗技術的同時，還編寫了一些實驗項目，以方便學生通過實驗練習更好地理解掌握有關技術。
來自 14所院校的老師參加了本書的編寫，他們長期奮戰(zhàn)在教學一線，不僅從事常規(guī)的實驗教學，而且還要指導學生開展“創(chuàng)新性、設計性、綜合性”實驗，指導學生畢業(yè)論文，因此都有自己的經(jīng)驗和體會，在書中也或多或少有所反映。盡管如此，錯漏之處仍不可避免，歡迎讀者批評指正。
王玉明
2016年 10月于成都
生物化學與分子生物學是在分子水平上研究生命的科學，是人類探索生命的知識結晶和有力武器。生物化學與分子生物學的完整體系不僅包括其理論體系，還包括其技術體系。該學科的快速發(fā)展在很大程度上得益于一系列實驗技術的創(chuàng)新和儀器設備的發(fā)明，如DNA重組技術、核酸分子雜交技術、PCR技術、轉(zhuǎn)基因技術、基因打靶技術、DNA芯片技術、基因測序技術、蛋白質(zhì)組學技術等，這些技術本身構成了生物化學與分子生物學的重要內(nèi)容。生物化學與分子生物學實驗技術以生物分子為研究對象，通過各種手段對其理化性質(zhì)、組成結構、功能活性以及在生命活動中的作用進行研究，因此也稱分子實驗技術（experimentaltechniquesofthemolecular）。
分子實驗技術簡史
早在19世紀30年代，李比希（J.vonLiebig）就將定量分析技術用于生物體的研究。20世紀20年代，微量分析技術用于生物分子的研究，促進了維生素、激素和輔酶的發(fā)現(xiàn)。30年代，福林（J.A.Folin）和吳憲先后建立了血糖分析、蛋白質(zhì)含量分析、氨基酸測定等方法，這些方法至今仍在使用。
1923年，斯維貝格（T.Svedberg）制成了世界上第一臺相對離心力（relativecentrifugalforce，RCF）5000g的新型離心機，他用這臺離心機準確測定了血紅蛋白等復雜蛋白質(zhì)的分子量，開啟了用離心機分離生物大分子的先河，為此，他獲得了1926年的諾貝爾化學獎。為了紀念這位超離心技術的奠基人，人們將大分子沉降系數(shù)（sedimentationcoef.cient，S）的基數(shù)（10.13s）命名為1個Svedberg單位（1S＝1×10.13s）。
1809年，列依斯（Peйce）首次發(fā)現(xiàn)電泳現(xiàn)象。1909年，米凱利斯（L.Michaelis）首次將膠體顆粒在電場中的移動現(xiàn)象稱為電泳（electrophoresis）。1937年，提塞留斯（A.W.K.Tiselius）對電泳儀器做了改進，制成“提塞留斯電泳儀”，建立了研究蛋白質(zhì)的移動界面電泳方法，并首次證明血清蛋白包括白蛋白及α、β、γ球蛋白。由于在電泳技術方面做出的開拓性貢獻，提塞留斯獲得了1948年的諾貝爾化學獎。1948年，維蘭德（H.Wieland）和費舍爾（H.Fischer）發(fā)展了以
濾紙作為支持介質(zhì)的電泳方法，對氨基酸進行分離。1949年，鮑林（L.C.Pauling）等用電泳法證
明鐮形紅細胞貧血是因為有異常血紅蛋白的存在，據(jù)此引入分子病（moleculardisease）的概念。
1950年，杜若姆（E.L.Durrum）用紙電泳（paperelectrophoresis）進行各種蛋白質(zhì)的分離，開創(chuàng)
了利用各種固體物質(zhì)（如濾紙、醋酸纖維素薄膜、瓊脂凝膠、淀粉凝膠等）作為支持介質(zhì)的區(qū)帶
電泳方法。1959年，雷蒙德（S.Raymond）和溫特勞布（L.Weintraub）利用人工合成的凝膠作
為支持介質(zhì)，創(chuàng)建了聚丙烯酰胺凝膠電泳方法，極大提高了電泳的分辨率，開創(chuàng)了電泳技術的新
時代。至今聚丙烯酰胺凝膠電泳仍是對蛋白質(zhì)、多肽、核酸等生物大分子使用最普遍、分辨率最
高的分析鑒定技術，是檢驗生化物質(zhì)純度的標準分析鑒定方法，被看作是對生物大分子進行分析
鑒定最準確也是最后的手段（lastcheck）。1969年，韋伯（K.Weber）應用SDS-聚丙烯酰胺凝膠
電泳測定了蛋白質(zhì)的分子量。1981年，喬根森（J.W.Jorgenson）和盧卡奇（K.D.Lukacs）首先
在75μm內(nèi)徑毛細管柱內(nèi)用高電壓進行電泳，建立了高效毛細管電泳（highperformancecapillary
electrophoresis，HPCE）技術。1984年，寺部清毅（S.Terabe）等建立了膠束毛細管電動力學色
譜方法。1987年，赫爾特（S.Hjerten）建立了毛細管等電聚焦電泳（capillaryisoelectricfocusing，
CIEF），寇恩（A.Cohen）和卡爾格（B.Karger）建立了毛細管凝膠電泳。1988年出現(xiàn)了第一批
毛細管電泳儀器。由于HPCE高效、快速、經(jīng)濟，適用于多肽、蛋白質(zhì)（包括酶和抗體）、核苷
酸以及DNA的分離分析，短短幾年內(nèi)得到了迅速發(fā)展。HPCE是經(jīng)典電泳技術和現(xiàn)代微柱分離技
術相結合的產(chǎn)物，是一種可以自動化操作的高效分離技術。
1961年，霍爾（B.D.Hall）和施皮格爾曼（S.Spiegelman）建立DNA-RNA分子雜交法。
分子雜交技術與電泳技術相結合，形成了新的實驗技術——印跡（blotting）技術。1975年，薩
瑟恩（E.M.Southern）利用凝膠電泳分離DNA片段，然后將DNA片段轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素膜
上，利用DNA-RNA雜交檢測特定的DNA片段，創(chuàng)立“Southern印跡法”。爾后人們用類似的
方法，對RNA和蛋白質(zhì)進行印跡分析，對RNA的印跡分析稱為“Northern印跡法”，對單向電
泳后的蛋白質(zhì)進行印跡分析稱為“Western印跡法”，對雙向電泳后的蛋白質(zhì)進行印跡分析稱為“Eastern印跡法”。
1935年，赫維西（G.Hevesy）制得人工放射性磷，奠定了放射性同位素示蹤技術的基
礎，這使他獲得1943年的諾貝爾化學獎。同年，舍恩海默（R.Schoenheimer）和瑞頓伯格（D.
Rittenberg）將同位素示蹤用于糖類及脂類物質(zhì)的中間代謝的研究。1942年，舍恩海默出版《身體
成分的動態(tài)》，該書大量采用2H、15N、18O、14C等重同位素示蹤的方法追蹤代謝途徑，從而得出
體內(nèi)物質(zhì)不斷變化更新的動態(tài)概念。放射性同位素示蹤技術在20世紀50年代有了很大發(fā)展，為
闡明各種生物分子的代謝過程起了關鍵作用。
1940年，馬丁（A.J.P.Martin）和辛格（R.L.M.Synge）建立色層析法，后來又發(fā)展為紙
層析及分配層析，并應用于分析氨基酸，他們因此獲得1952年的諾貝爾化學獎。1949年，斯坦（W.H.Stein）和穆爾（S.Moore）報告了用淀粉柱區(qū)帶層析測定β-乳球蛋白的全部氨基酸組成。40年代，層析技術有了很大發(fā)展，成為分離生物分子的關鍵技術；60年代，層析技術又有了重大進展。1968—1972年，安芬森（C.B.An.nsen）建立了親和層析（af.nitychromatography，AC）技術，開辟了層析技術的新領域。
1949—1950年，桑格（F.Sanger）發(fā)展了2,4-二硝基氟苯法，埃德曼（P.Edman）發(fā)展了異
硫氰酸苯酯法鑒定肽鏈的N-末端。1953年，桑格研究出蛋白質(zhì)序列的測定方法。1958年，斯坦、
穆爾和斯帕克曼（D.H.Spackman）設計出氨基酸自動分析儀，加快了蛋白質(zhì)的分析工作。1967
年，埃德曼和貝格（G.Begg）建成多肽氨基酸序列分析儀。1973年，穆爾和斯坦又設計出氨基
酸序列自動測定儀，大大加快了多肽一級結構的測定。
1975年，桑格建立DNA堿基序列的分析方法并不斷加以改進，1977年完成了Φ-Χ174噬菌體全部5400個堿基序列的分析。1976年，馬克薩姆（A.M.Mexam）和吉爾伯特（W.Gilbert）建立了快速測定大片段DNA序列的化學法。1977年，桑格提出應用鏈終止抑制法測定DNA序列。隨后，DNA序列測定儀、DNA合成儀等相繼問世。1985年，史密斯（M.Smith）等報道了DNA測序中應用熒光標記取代同位素標記的方法。桑格在大分子測序方面做出了杰出貢獻，他曾經(jīng)兩次榮獲諾貝爾化學獎，1958年因為確定了胰島素的分子結構獲獎，1980年又因為設計出測定DNA核苷酸排列順序的方法而與吉爾伯特和伯格（P.Berg）共同獲獎。
研究大分子的空間結構離不開電子顯微鏡技術和X射線衍射技術。1932年，克諾爾（M.Knoll）和魯斯卡（E.Ruska）制成世界上第一臺電子顯微鏡模型，后來魯斯卡對模型做了改進，這就是現(xiàn)代電子顯微鏡的原型，電子顯微鏡打開了人類觀察微觀世界的窗口。1938年，阿斯伯里
（W.T.Asbury）等對核酸進行了X射線研究；伯納爾（J.D.Bernal）等對糜蛋白酶進行了X射線研究。以后，肯德魯（J.C.Kendrew）利用X射線衍射技術測定了肌紅蛋白的結構，佩魯茲（M.
F.Perutz）分析了血紅蛋白的結構，他們二人因此獲得1962年的諾貝爾化學獎。同年，威爾金斯（M.H.F.Wilkins）用X射線衍射技術證實了DNA的雙螺旋模型，與沃森（J.D.Watson）和
……
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