1、分子生物学,张振霞 韩山师范学院生物系 ,教材： 分子遗传学 张玉静 科学出版社，2000 参考教材： 现代分子生物学，朱玉贤等，高等教育出版社，2002 分子生物学（第二版）阎龙飞等主编，北京农业大学出版社，1997 Molecular Biology， Robert F.Weaver, 科学出版社，2002，影印版,教学计划,考核方法 平时考核 5 课程作业 课堂纪律、考勤 实验成绩 25 课程考试 70闭卷,绪 论,第一节 分子生物学的基本含义及主要研究内容 第二节 分子生物学发展简史 第三节 分子生物学实际应用的现状和展望 第四节 分子生物学与其他学科的关系,第一节 分子生物学的基本含
2、义及主要研究内容,1 分子生物学Molecular Biology的基本含义 广义的分子生物学：以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为研究对象，从分子水平阐明生命现象和生物学规律。 狭义的分子生物学：偏重于核酸（基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调控等过程，也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。,1.1 分子生物学的三大原则,1) 构成生物大分子的单体是相同的 共同的核酸语言 共同的蛋白质语言,2) 生物遗传信息表达的中心法则相同,DNA,RNA,3) 生物大分子单体的排列（核苷酸、氨基酸）的不同,不同的高级结构 不同的生
3、物大分子之间的互作,不同的物种特性,1.2 分子生物学研究的三大领域,* 基因的分子生物学： 基因的概念、结构、复制、表达、重组、交换,（狭义的分子生物学）,* 结构分子生物学：生物大分子的结构与功能生物大分子之间的互作,DNA蛋白质 激素和受体 酶和底物,* 生物技术理论与应用基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程,绪 论,第一节 分子生物学的基本含义及主要研究内容 第二节 分子生物学发展简史 第三节 分子生物学实际应用的现状和展望 第四节 分子生物学与其他学科的关系,第二节 分子生物学发展简史,1 准备和酝酿阶段 2 现代分子生物学的建立和发展阶段 3 初步认识生命本质并开始改造
4、生命的深入发展阶段,1 准备和酝酿阶段时间：19世纪后期到20世纪50年代初。 两点重大突破： 确定了蛋白质是生命的主要基础物质； 确定了生物遗传的物质基础是DNA。,2 现代分子生物学的建立和发展阶段,时间：从50年代初到70年代初， 1953年Watson和Crick的DNA双螺旋结构模型作为现代分子生物学诞生的里程碑。 主要进展包括： 遗传信息传递中心法则的建立 对蛋白质结构与功能的进一步认识,3 初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段,时间： 70年代后至今 基因工程技术作为新的里程碑，标志着人类深入认识生命本质并能动改造生命的新时期开始。,其间的重大成就包括： 重组DNA技术的
5、建立和发展 基因组研究的发展 单克隆抗体及基因工程抗体的建立和发展 基因表达调控机理 细胞信号转导机理研究成为新的前沿领域,发展历程,分子生物学中重大成就与突破者Nobel Prize 的获得者构成了分子生物学发展的主要内容 里程碑,1910 科赛尔 Kossel （德）,蛋白质、细胞及细胞核化学的 研究（首先分离到A、T和组氨酸）,1958 莱德伯格 Lederberg（美） 噬菌体转导,比德尔 Beadle &泰特姆 Tatum（美） One gene-one enzyme 红色面包霉突变体,Lederberg,1959 奥乔亚 Ochoa(美籍西班牙裔) 科恩伯格 Kornberg（美）
6、,Ochoa,Kornberg,细菌的多核苷酸磷酸化酶，成功地合成了RNA，基因（DNA）RNA蛋白质,实现了DNA分子在试管内（细菌无细胞提取液）的复制,1962 Watson（美） Crick（英）Wilkins（新西兰）,通过DNA分子的X射线衍射研究证实 DNA Double Helix Model,1962 肯德鲁 Kendrew 佩鲁茨 Perutz（英国）,Kendrew,Perutz,测定了肌红蛋白及血红蛋白的高级结构（三级）,成为研究生物大分子结构的先驱,1965 雅各布 Jacob 莫诺 Monod （法国）,提出并证实了Operon作为调节细菌细胞代谢的分子机制 首次提出
7、mRNA分子的存在,1969 Nirenberg（美） Holly Khorana,尼伦伯格 Nirenberg,克拉纳 Khorana,霍利 Holley,破译了遗传密码,酵母phetRNA的核苷酸序列并证明了所有tRNA三级结构的相似性,第一个合成了核酸分子，并人工复制了酵母基因,1975 Temin，Baltimore(美) & Dulbecco,特明 Temin,巴尔的摩 Baltimore,发现了逆转录酶（以RNA为模板，逆转录生成DNA RNA肿瘤病毒）,杜尔贝克 Dulbecco,桑格 Sanger,吉尔伯特 Gilbert,伯格 Berg,1980 Sanger （英） Gil
8、bert & Berg（英）,酶法核苷酸测序的设计者,化学测序法的设计者,DNA重组，在细菌中表 达胰岛素 DNA重组技术的元老,Sanger还由于测定了牛胰岛素的一级结构而获得1958年诺贝尔化学奖。,1984 Kohler（德） Milstein（美） Jerne（丹麦）,科莱尔Kohler,米尔斯坦Milstein,杰尼 Jerne,发展了单克隆抗体(Monoclonal Antibodies McAb)技术，完善了极微量蛋白质的检测技术,1988 麦克林托克 McClintock (美),可移动的遗传因子 （jumping gene or mobile element）,McClint
9、ock,50年代初发现 88年获奖,1989 奥尔特曼 Altman （加） 切赫 Cech（美）,核酶即核糖核酸质酶（Ribozyme）的发现者（即某些RNA具有酶的功能）,1989 BishopVarmus（美） 正常细胞同样带有原癌基因,1993 Roberts Sharp（美） 断裂基因（splitting gene）,Mullis（美） PCR仪的发明者Smith 基因定点突变,1994 Gilman Rodbell 发现G蛋白在细胞信号传导中的作用,1995 Lewis（美）、NussleinVolhard（德）、Wieschaus（美）20世纪4070年代先后独立鉴定了控制果蝇体
10、节发育基因,绪 论,第一节 分子生物学的基本含义及主要研究内容 第二节 分子生物学发展简史 第三节 分子生物学实际应用的现状和展望 第四节 分子生物学与其他学科的关系,第三节 分子生物学实际应用的现状和展望, 促进了以基因工程为核心的生物技术的发展，从而影响经济发展的诸多领域,1 农业方面 医药方面 工业方面 分子生物学的发展导致未来生物学的新热点及领域,1 农业方面生物品种的改良速度更快、目标更准确，甚至创造新物种转基因动物猪、牛、羊、鱼等转基因植物抗虫棉、耐贮藏番茄等,重组DNA技术的应用,抗棉铃虫棉花,抗虫水稻,全球转基因农作物销售额及预测,2 医药方面利用重组DNA产生的工程菌来大量高
11、效地合成人体活性多肽（疾病的诊断、预防和治疗），,基因工程疫苗（细菌疫苗、病毒疫苗、寄生虫疫苗）以及正在研制的癌症疫苗,3 工业方面3.1 酶制剂工业用酶的生产、酶的定向改造,3.3 环境保护 生物传感器-环境监测 生物修复,3.2 食品工业上：氨基酸，助鲜剂，甜味剂，食品添加剂淀粉酶，纤维素酶。,喷洒工程菌清除石油污染,美国 GE 公司构造成功具有巨大烃类分解能力的工程菌，并获专利，用于清除石油污染。,3.4 化学与能源工业上：基因工程修饰过的淀粉及重组DNA技术生产酒精等石油替代品,生物技术必将在世界人口问题、 疾病问题、人的寿命问题、营 养保健问题、农业持续发展问题、资源再利用问题、大气
12、污染问 题、世界公害问题、洁净新能源问题等各方面问题的解决中起重 要作用,第三节 分子生物学实际应用的现状和展望,1 农业方面 医药方面 工业方面 分子生物学的发展导致未来生物学的新热点及领域,生物大分子的高级三维结构与功能的统一,生物大分子之间的互作 基因的社会学,4 分子生物学的发展导致未来生物学的新热点及领域,个体,细胞,分子,还原论,整体论,细胞中的定位,细胞分化,神经基质 神经通道 信息传递,11个抑癌基因被证实（P53, P21, ERBA, WT1,NF1 等）,人类基因组计划（HGP）,遗传图 物理图 序列图 表达图,基因定位,比较基因组研究,中心法则的深入研究与发展-基因组学
13、（Genomics ),人与大鼠的基因90%是相同的,研究内容包括基因功能发现、基因表达分析及突变检测。,大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与蛋白相互等，由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生，细胞代谢等过程的整体而全面的认识。,蛋白质组学（Proteome）,绪 论,第一节 分子生物学的基本含义及主要研究内容 第二节 分子生物学发展简史 第三节 分子生物学实际应用的现状和展望 第四节 分子生物学与其他学科的关系,1 生物化学与分子生物学关系最为密切 生物化学是从化学角度研究生命现象，着重研究生物体内各种生物分子的结构、转变与新陈代谢。分子生物学着重阐明生命的本质-主要研究生物大分子核酸与蛋白质的结构与功能、生命信息的传递和调控。,第四节 分子生物学与其他学科的关系,2 细胞生物学与分子生物学关系也十分密切 传统的细胞生物学主要研究细胞和亚细胞器的形态、结构与功能。分子生物学则是从各个生物大分子的结构入手，进一步研究各生物分子间的高层次组织和相互作用，尤其是细胞整体反应的分子机理。,3 医学与分子生物学的关系,分子生物学的延伸,分子生物学已经渗透到生物学的几乎所有领域 分子生物学已经成为生命科学领域的带头学科,
