現(xiàn)代分子生物學(xué)第1章概念

1、現(xiàn)代分子生物學(xué)第1章概念第一節(jié) 分子生物學(xué)的概念一、廣義的概念： 研究蛋白質(zhì)及核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，即從分子水平闡明生命現(xiàn)象和生物學(xué)規(guī)律。二、狹義的概念： 核酸(或基因)的生物學(xué)，主要研究基因或DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯和表達調(diào)控等過程，當(dāng)然其中也涉及與這些過程有關(guān)的蛋白質(zhì)和酶的結(jié)構(gòu)與功能的研究。 從基因出發(fā)來闡明生命現(xiàn)象和生物學(xué)規(guī)律。一、基因與基因組的結(jié)構(gòu)與功能基因的研究一直是分子生物學(xué)發(fā)展的主線細胞染色體水平DNA大分子水平反向生物學(xué)階段第二節(jié) 分子生物學(xué)的研究內(nèi)容二、DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯三、基因表達調(diào)控的研究四、結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)五、DNA重組技術(shù)第三節(jié) 分子生物學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系

2、分子生物學(xué)：從分子水平理解生命活動細胞生物學(xué)：從細胞水平 理解生命活動遺傳學(xué)：從遺傳角度理解生命活動 生物化學(xué)：從化學(xué)組成角度來理解生物大分子和生物代謝。第四節(jié) 分子生物學(xué)發(fā)展的歷程一、對DNA和遺傳信息傳遞的認識階段1944 Avery: DNA是遺傳信息的載體；1952 Hershey和Chase：進一步證實1953 Watson & Crick：DNA 雙螺旋模型1958 Meselson & Stahl: DNA半保留復(fù)制模型 1968年Okazaki：DNA半不連續(xù)復(fù)制模型1958年Crick：中心法則60年代Nirenberg、Ochoa & Khorana等: 破譯了RNA上編碼

3、合成蛋白質(zhì)的遺傳密碼 1961年, Jacob和Monod提出調(diào)節(jié)基因表達的操縱子學(xué)說Central dogmaproteinDNARNAreplicationtranscriptionReverse transcription RNA editingRNA replication translation二、重組DNA技術(shù)的建立和發(fā)展階段1967 Gellert：DNA連接酶1970 Smith 和 Wilcox：限制性內(nèi)切酶1972 Berg: recombinant DNA in vitro1973 Cohen: first used plasmid to clone DNA1977 Gi

4、lbert & Sanger: sequence1986 Mullis: PCR三、重組DNA技術(shù)的應(yīng)用和分子生物學(xué)的迅猛發(fā)展階段第五節(jié) 分子生物學(xué)研究進展一、基因組學(xué)(Genomics) ： 基因組作圖、測序及分析的科學(xué)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)功能基因組學(xué)（一）結(jié)構(gòu)基因組學(xué)(structural genomics)1、模式生物基因組研究：1996年，完成酵母菌基因組測序。1998年12月，宣告完成線蟲完整基因組序列的測定工作， 這是第一次繪出多細胞動物的基因組圖譜。2000年3月，已完成了果蠅的基因組測序2001年12月14日，美、英等國科學(xué)家宣布繪制出擬南芥基因組的完整圖譜。為人類的基因組研究提供重要

5、的依據(jù)2、人類基因組計劃 (human genome project) 1990 人類基因組計劃開始實施 2000 公布人類基因組草圖 2003 獲得更詳細的草圖 2006 人類基因組計劃徹底完成（二 ）功能基因組學(xué) (functional genomics)模式生物的功能基因組學(xué)線蟲、果蠅、酵母、擬南芥、水稻二、蛋白質(zhì)組學(xué) (proteomics) 在特定的時間和特定的空間研究一個完整的生物體（或細胞）所表達的全體蛋白質(zhì)的特征，包括蛋白質(zhì)的表達水平，翻譯后的修飾，蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用等，從而在蛋白質(zhì)水平上獲得對于有關(guān)生物體生理、病理等過程的全面認識。 賀福初- 中國人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃 三

6、、基因表達調(diào)控機理 非編碼 RNA siRNA and microRNA2002年世界十大科學(xué)進展2006年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎Fire and Mello，RNA干擾四、結(jié)構(gòu)分子生物學(xué) 研究生物大分子特定的空間結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)的運動變化與其生物學(xué)功能的科學(xué)五、DNA重組技術(shù) 1、基因工程 2、作為基礎(chǔ)研究的手段一、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)人類基因組2001年2月12日中、美、日、德、法、英等6國科學(xué)家和美國塞萊拉公司聯(lián)合公布人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果。2003年4月14日，6國科學(xué)家宣布人類基因組序列圖率先繪制成功，全部實現(xiàn)HGP的所有目標，并公開研究數(shù)據(jù)和結(jié)果。六、 我國分子生物學(xué)研究的進展2002.4

7、楊煥明 Science 水稻全基因組框架序列圖 2002.12 韓斌 Nature 水稻第四號染色體測序圖 2004.12 向仲懷、夏慶友 Science 家蠶基因組 框架圖2009.10 向仲懷、王俊 Science 桑蠶大規(guī)?；蚪M重測序2009.7 陳竺、王升躍、韓澤廣Nature 日本血吸蟲基因組測序和基因功能分析工作2009.12 汪建、王俊 Nature 大熊貓的基因組測序工作二、功能基因組學(xué)2003年，李家洋，Nature 闡明了水稻分蘗調(diào)控的分子機理張啟發(fā) 主持的“十五”重大專項“水稻功能基因組”課題1、獲得了27萬多個獨立轉(zhuǎn)化子的突變體；2、分離了9萬多條全長cDNA片段并進

8、行序列測定；3、分離出了1200多個新基因并推測了其功能；4、分離出了107個具有重要性狀的功能基因并申請了專利；5、分離出了18個具有明顯育種前景的功能基因 植物生理生態(tài)研究所：國家863計劃課題：棉花功能基因組研究-棉纖維發(fā)育詣在從基因的角度破解提高棉纖維品質(zhì)的奧秘。課題組的研究人員分離了棉花MYB基因GaMYB2/FIF1 2005，許田 ，Cell PB 轉(zhuǎn)座子在哺乳動物細胞和小鼠中的高效轉(zhuǎn)座 在世界上首次創(chuàng)立了一個高效實用的哺乳動物轉(zhuǎn)座因子系統(tǒng)，為大規(guī)模研究哺乳動物基因功能提供了嶄新途徑。 三、結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)2004年，常文瑞， Nature 菠菜主要捕光復(fù)合物(LHC-II) 2.

9、72分辨率的晶體結(jié)構(gòu)2005，饒子和，Cell 線粒體膜蛋白復(fù)合物II的精細結(jié)構(gòu) 率先在世界上解析了線粒體膜蛋白復(fù)合物II的精細結(jié)構(gòu)，填補了線粒體結(jié)構(gòu)生物學(xué)和細胞生物學(xué)領(lǐng)域的空白，成為線粒體呼吸鏈研究領(lǐng)域的一個新的里程碑。 四、神經(jīng)生物學(xué) 2005，饒毅 ， Cell GSK蛋白質(zhì)的活性對確定神經(jīng)細胞極性起關(guān)鍵作用2005，張旭，Cell（神經(jīng)所） 調(diào)控阿片類物質(zhì)鎮(zhèn)痛作用的新機制 2005，馬蘭，Cell（復(fù)旦大學(xué)） 藥物成癮的分子神經(jīng)學(xué)機制 2005，袁小兵，Nature （神經(jīng)所） 神經(jīng)纖維最前端生長錐的細胞膜TRPC的陽離子通道具有傳遞“方向指令”的關(guān)鍵作用 2005，郭愛克，Scien

10、ce 果蠅跨模態(tài)學(xué)習(xí)的相互作用 五、其他2005，劉金華，Science（中國農(nóng)大）高致病性禽流感H5N1對候鳥的感染2005，尚永豐，Nature（北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院） 雌激素和三苯氧胺誘發(fā)子宮內(nèi)膜癌的分子機理2005，鄧子新， Molecular Microbiology DNA大分子上一種新的硫修飾2006. 6.3 0, 武維華 , Cell 發(fā)現(xiàn)蛋白激酶CIPK23在K+低濃度情況下可以調(diào)控K+運輸，并且也證明編碼CIPK23蛋白的基因LKS1受到損傷將極大的降低K+的吸收，從而引起葉子萎黃病(chlorosis)和生長抑制 2004,薛勇彪，Plant cell（2篇） 在植物有性

11、生殖自交不親和的分子機理研究取得突破性進展 上海植物生理生態(tài)所：關(guān)于miRNA的研究 2004 ，陳曉亞，Plant cell 發(fā)現(xiàn)生長素反應(yīng)因子ARF10和ARF16是控制根冠發(fā)育的關(guān)鍵因子，miRNA160通過調(diào)控這兩個基因的表達水平影響根冠和側(cè)根的發(fā)育。2004 ，黃海，Plant cell 發(fā)現(xiàn)擬南芥RNA-依賴的RNA聚合酶(RdRPs)與轉(zhuǎn)錄因子AS1和AS2共同調(diào)控葉的發(fā)育，植物RDR6-相關(guān)的表觀遺傳途徑和AS1-AS2途徑協(xié)同調(diào)控植物的正常發(fā)育。這兩項成果都說明miRNA對植物的器官發(fā)育起重要的調(diào)控作用。 分子生物學(xué)不僅是目前自然科學(xué)中發(fā)展最迅速、最具活力的領(lǐng)域，也是新世紀的帶頭學(xué)科創(chuàng)新性思維、思路清晰、動手能力、英語、理論基礎(chǔ)、視野、興趣、持之以恒、抗擊失