1、分子生物学 Molecular Biology,参考教材,英文原版,中文译本,课程内容,绪论 基因的转录 蛋白质翻译 基因组复制 突变与重组 病毒 分子生物学实验技术,绪论,引言 分子生物学简史 分子生物学的研究内容 分子生物学进展 分子生物学展望,一、引言,1859年，达尔文（Charles Darwin）发表物种起源，确立了进化论的概念，打破了创世说； 17世纪末，Leeuwenhoek（荷）成功制作世界第一架光学显微镜，发现微动物（animalule）；Looke第一次提出“细胞”这个概念； 19世纪，德国植物学家Schleiden和动物学家Schwann创立了细胞学说。,进化论与细胞学
2、相结合，产生了现代生物学。遗传学与生物化学是这门学科的两大支柱。,19世纪中叶，科学家发现蛋白质物质； 随后又证明蛋白质是生活细胞中化学反应的执行者和催化剂； 19世纪到20世纪，20种氨基酸被相继发现；生物学家Fisher论证了相邻氨基酸之间的“肽键”； 脂类、糖类、核酸也相继被认识和纯化。,1865年奥地利遗传学家孟德尔（Gregor Mendel）发现并提出遗传定律，被公认是经典遗传学的奠基人； 1910年美国遗传学家Morgan提出基因学说并提出“基因”的概念；,分离定律 自由组合定律 遗传因子学说,Thomas Hunt Morgan18661945 1910年创立遗传的染色体理论,
3、1928年英国科学家Griffith证实肺炎链球菌荚膜中的多糖是致病原； 1944年Avery提出基因就是DNA； 1952年美国Hershey、Chase进一步证实了Avery的论点；,二、发展简史,定义从分子水平研究生命本质的一门边缘学科 主要任务阐明生物大分子的结构及结构与功能的关系 研究对象核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用,1910年，德国科学家Kossel第一个分离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸。, 1959年，美国科学家Uchoa第一次合成了核糖核酸，实现了将基因内 的遗传信息通过RNA翻译成蛋白质的过程。同年，Kornberg实现了试 管内细菌细胞中
4、DNA的复制。, 1962年，Watson（美）和Crick（英）因为在1953年提出DNA的反向 平行双螺旋模型而与Wilkins共获Noble生理医学奖，富兰克林也通过X射 线衍射证实了Watson-Crick模型而做出巨大贡献。, Griffith（1928）及Avery（1944）等人关于致病力强的光滑型（S型） 肺炎链球菌DNA导致致病力弱的粗糙型（R型）细菌发生遗传转化的 实验；, Hershey和Chase（1952）关于DNA是遗传物质的实验；, Crick于1954年所提出的遗传信息传递规律（即中心法则）。, Meselson和Stahl（1958）关于DNA半保留复制的实验
5、, Yanofsky和Brener（1961）年关于遗传密码三联子的设想。, 1988年，McClintock由于在50年代提出并发现了可移动遗传因子（jumping gene或称mobile element）而获得Nobel奖。, 1993年，美国科学家Roberts和Sharp因发现断裂基因（introns）而获得Nobel奖。Mullis由于发明PCR仪而与加拿大学者Smith（第一个设计基因定点突变）共享Nobel化学奖。, 1965年，法国科学家Jacob和Monod提出并证实了操纵子（operon）作为调节细菌细胞代谢的分子机制。此外，他们还首次推测存在一种与DNA序列相互补、能将
6、它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所细胞质并翻译产生蛋白质的mRNA（信使核糖核酸）。, 1972年，Paul Berg（美）第一次进行了DNA重组。, 1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次进行了DNA序列分析。,1994年，Gilman（美）、Rodbell发现G蛋白在细胞中的转导作用分享Nobel生理医学奖；,1995年，Lewis（美）、Wieschaus、NussleinVolhard（德）鉴定了果蝇体节发育基因而分享Nobel生理医学奖；,1996年，Doherty（澳）、Zinkernagel（瑞）阐明了T淋巴细胞的免疫机制而分享当年Nobel生理医学奖；,1997
7、年，Prusiner（美）发现朊病毒（Prions）而获得Nobel生理医学奖；,1998年，Furchgott、Ignarro和Murad（美）独立发现了NO作用信号分子的作用机制而分享Nobel生理医学奖；,1999年，Blobel（美）明确了信号肽及信号识别复合物（SRPS）获得Nobel生理医学奖；,2000年，Carlsson（德）、Greengard、Kandel（美）由于在细胞信号转导、神经系统及记忆系统发育等方面的工作而分享Nobel生理医学奖；,2001年，Harwell（美）、Hunt和Nurse（英）对细胞周期调控因子的研究而分享Nobel生理医学奖；,三、主要研究内容,
8、分子生物学的3条基本原理：,构成生物体有机大分子的单体在不同生物中都是相同的； 生物体内一切有机大分子的建成都遵循着各自特定的规则； 某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性。,分子生物学研究内容:,3.DNA重组技术基因工程,2.基因表达调控核酸生物学,1.生物大分子结构功能结构分子生物学,4.基因组、功能基因组与生物信息学,1.结构分子生物学,结构分子生物学就是研究生物大分子特定的 空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系 的科学。,它包括 ：,结构的测定,结构变化规律的探索,结构与功能相互关系的建立,常见的研究三维结构及其运动规律的手段：,X射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体
9、学）；,核磁共振研究液相结构 ；,电镜、电子衍射、中子衍射和 各种频谱学方法研究生物高分子的空间 结构 。,2.基因表达调控研究,因为蛋白质分子参与并控制了细胞的一切代谢活动，而决定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸（主要是脱氧核糖核酸）分子编码，表现为特定的核苷酸序列，所以基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。在个体生长发育过程中生物遗传信息的表达按一定的时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）。,（1）原核生物的基因组和染色体结构都比真核生物简单，转录和翻译在同一时间和空间内发生，基因表达的调控主要发生在转录水平。,（2）真核生物有细胞核结构，转录和翻译过
10、 程在时间和空间上都被分隔开，且在转录和翻译后 都有复杂的信息加工过程，其基因表达的调控可以 发生在各种不同的水平上。基因表达调控主要表现在信号传导研究，转录 因子研究及RNA剪辑3个方面。,DNA重组技术（又称基因工程）是20世纪70年代初兴起的技术科学，目的是将不同DNA片段（如某个基因或基因的一部分）按照人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。,3.DNA重组技术（又称基因工程）,严格地说，DNA重组技术并不完全等于基因工程，因为后者还包括其他可能使生物细胞基因组结构得到改造的体系。,基因的剪刀限制性内切酶,基因的针线DNA连接
11、酶,基因的车子载体,其他工具酶,基因工程过程示意图,从细胞中分离出DNA,限制酶截取DNA片断,分离大肠杆菌中的质粒, DNA重组,用重组质粒转化大肠杆菌,培养大肠杆菌克隆大量基因,DNA重组技术有着广阔的应用:,可以大量生产细胞代谢过程产量很低的多肽，如激素、抗生素等；可用于定向改造某些生物基因组结构，使它们所具备的特殊经济价值或功能得以成百上千倍的地提高。还被用来进行基础研究。,4.基因组、功能基因组与生物信息学,人类基因组全序列、数十种原核生物、酵母、高等植物等真核生物的基因组被破译； “蛋白组计划”即“后基因组计划”或“功能基因组计划 数据的大量产生导致生物信息学的产生。,人类基因组
12、对人类而言： 22+X+Y+mtDNA,人类基因组计划Human Genome Project,HGP于1990年正式启动识别人类DNA中所有基因测定人类DNA的30亿碱基对的序列将这些信息储存到数据库中开发出有关数据分析工具,物种 DNA数量 HBV 3.2kb 噬菌体 49kb 大肠杆 4000kb 酵母 17000kb 果蝇 164000kb 人 3000000kb,2001年为止已经测定了599种病毒与类病毒205种自然存在的质粒185种细胞器31种真细菌7种古细菌2000 ,6.26 中、美、日、德、法、英6国，宣布人类基因组草图发表。2000 ,10月 科学家宣布将于2001年3月
13、完 成河豚鱼的基因组测序。 2000,12月14日英美等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱。 2001,1,12 中、美、日、德、法、英等国科学家（Nature,15日)和美国塞莱拉公司(Science,16日) 各自公布人类基因组图谱和初步分析结果。约3万基因。,2002,4,5:以杨焕明为首的中国科学家在Science发表了水稻全基因组框架序列图。 2002,12,12以韩斌为首的中国科学家在Nature发表了水稻第四号染色体测序图。 2003年4月14日六国科学家完成了人类基因组序列图的绘制，实现了人类基因组计划的所有目标。 2003年11月家蚕基因组“框架图”绘制完成 2004年3
14、月完成红原鸡基因组序列图的测序和组装工作 2004年10月21日Mimivirus病毒的基因组图谱绘制 2005年 1月木瓜全基因组测序启动。,四、进展,1.基因工程的研究成就 植物基因工程：抗除草剂作物、改良蛋白贮存的种子、抗虫作物、改良的药用植物等等； 动物基因工程：主要是转基因动物及其发展； 基因工程多肽药物与疫苗：胰岛素、干扰素等； 基因诊断与基因治疗：如血友病等； 环境监测与净化,2.分子生物学研究成就 关于原核生物：致力于绘制大肠杆菌等的基因图谱； 疾病：基因调控同蛋白代谢障碍的关系； 脑和神经的生物学 人类基因组,五、分子生物学展望,在各学科之间广泛渗透、相互促进，不断深入和发展；,全面渗透推动了细胞生物学和神经生物学的发展；,分子遗传学已成为人类了解、阐明和改造自然界的重要武器；,分类和进化研究也由于分子生物学的渗透得到了发展；,对发育生物学研究也产生了巨大的影响。,分子生物学实验参考书目,1 . 分子克隆实验指南 2. 精编分子生物学实验指南 3. PCR技术实验指南 4. 分子生物学实验基础 5. 现代分子生物学实验技术 6. 分子生物学实验技术 7. 分子生物学基础技术,
