分子生物學(xué)發(fā)展史課件

分子生物學(xué)發(fā)展史2010級研究生張海軍一、分子生物學(xué)的基本含義

二、分子生物學(xué)的主要研究內(nèi)容

三、分子生物學(xué)發(fā)展簡史

四、分子生物學(xué)的發(fā)展趨勢

主要內(nèi)容1、定義從分子水平研究生命本質(zhì)的一門新興邊緣學(xué)科一、分子生物學(xué)的基本含義2、研究對象核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)及其在遺傳信息和細(xì)胞信息傳遞中的作用分子水平？分子量大由簡單的小分子組成復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)3、主要任務(wù)闡明生物大分子的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系生命是怎樣起源的？為什么“有其父必有其子”？動、植物個體是怎樣從一個受精卵發(fā)育而來的？施旺和施萊登的細(xì)胞學(xué)說達(dá)爾文的進(jìn)化論孟德爾遺傳定律摩根的染色體學(xué)說

細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)和細(xì)胞學(xué)說（1665—1875）1665年，英國物理學(xué)家羅伯特·胡克(RobertHooke)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞1677年，荷蘭科學(xué)家列文·虎克(Leeuwenhoek)發(fā)現(xiàn)活的細(xì)胞列文·虎克觀察到了血細(xì)胞、水生原生動物、人類和哺乳類動物的精子，這是人類第一次觀察到完整的活細(xì)胞。1838–1839年，德國植物學(xué)家施萊登(Schleiden)和動物學(xué)家施旺(Schwann)提出細(xì)胞學(xué)說（celltheory）。德國植物學(xué)家施萊登(Schleiden)德國動物學(xué)家施旺(Schwann)人物主要著作及成就孟德爾(1822-1884)1857年開始做豌豆雜交遺傳實驗，1866年出版《植物雜交的試驗》，提出生物形狀是可以遺傳的，并且這些性狀在后代可以自由組合。孟德爾的遺傳定律為什么用豌豆做遺傳實驗易成功?1.豌豆{自花傳粉閉花受粉自然狀態(tài)下，一般是純種2.具有易區(qū)分的性狀豌豆花大，易于做人工異花傳粉實驗子房柱頭花柱雌蕊花藥花絲雄蕊相對性狀:一種生物的同一性狀的不同表現(xiàn)類型。性狀

：指生物體的形態(tài)特征或生理特征。孟德爾在1857年到1864年間，用產(chǎn)生圓形種子的豌豆同產(chǎn)生皺皮種子的植株雜交，得到幾百粒全是圓形的F1代種子。第二年，他種植了253粒F1圓形種子并進(jìn)行自交，得到7324粒F2種子，其中5474粒圓形，1850粒皺皮，圓皺比為3:1。孟德爾的遺傳定律用黃色圓形豌豆與綠色皺皮豌豆做雜交，發(fā)現(xiàn)F1種子全是黃色圓形的。自交產(chǎn)生556粒F2代種子中，黃色圓形315粒，黃色皺皮121，綠色圓形108，綠色皺皮32。四種類型接近于9:3:3:1。綠黃圓皺F2代=9:3:3:1孟德爾總結(jié)出生物遺傳的兩條基本規(guī)律：第一，當(dāng)兩種不同植物雜交時，它們的下一代可能與親本之一完全相同，他把這一現(xiàn)象稱為統(tǒng)一律。孟德爾認(rèn)為，生物的每一種性狀都是由遺傳因子控制的，這些因子可以從親代到子代，代代相傳。遺傳因子在體細(xì)胞內(nèi)是成對存在的，一個來自父本，一個來自母本，只有在形成配子時單獨存在。有些遺傳因子以顯性（dominant）形式存在，能在雜種一代得到表達(dá)；有些因子呈隱性（recessive）狀態(tài)，只有當(dāng)父、母本同時含有這一因子時，才得到表現(xiàn)?？茖W(xué)的實驗程序—“假說-演繹法”歸納綜合，總結(jié)規(guī)律分析問題，提出假說觀察實驗，發(fā)現(xiàn)問題設(shè)計實驗，驗證假說年代人物主要著作及成就1915摩爾根(1866-1945)與他的學(xué)生等人發(fā)表《孟德爾遺傳機理》，后又發(fā)表《遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)》和《基因論》，系統(tǒng)地闡述基因?qū)W說和染色體理論，論證了基因是染色體上分立的遺傳單位。在孟德爾遺傳學(xué)基礎(chǔ)上，Morgan又提出了基因?qū)W說。

1910年，Morgan和他的助手們發(fā)現(xiàn)了第一只白眼雄果蠅，稱為突變型。正常情況下，果蠅都是紅眼的，稱為野生型。Morgan將白眼雄果蠅與紅眼雌果蠅交配，所產(chǎn)生的F1代不論雌雄，全為紅眼果蠅（孟德爾的統(tǒng)一規(guī)律！）。這些F1果蠅互相交配所產(chǎn)生的F2有紅眼也有白眼，但所有白眼果蠅都是雄性的，說明該性狀與性別有聯(lián)系。Morgan的這一連鎖遺傳規(guī)律與孟德爾的遺傳性狀獨立分離規(guī)律是“背道而馳”的！達(dá)爾文的進(jìn)化論，施旺和施萊登的細(xì)胞學(xué)說以及孟德爾遺傳定律和摩根的染色體學(xué)說奠定了當(dāng)代生物學(xué)的基礎(chǔ)，但是他們都只是從純生物學(xué)的角度來闡述生命現(xiàn)象，而不能說明它的根本機理和原因。(2)確定了生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA1、準(zhǔn)備和醞釀階段(1)確定了蛋白質(zhì)是生命的主要基礎(chǔ)物質(zhì)2、現(xiàn)代分子生物學(xué)的建立和發(fā)展階段(1)1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(2)遺傳信息傳遞中心法則的建立DNA復(fù)制機理RNA的轉(zhuǎn)錄(3)對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的進(jìn)一步認(rèn)識蛋白質(zhì)的翻譯三、分子生物學(xué)發(fā)展簡史3、初步認(rèn)識生命本質(zhì)并開始改造生命的深入發(fā)展階段(1)重組DNA技術(shù)的建立和發(fā)展轉(zhuǎn)基因動物:轉(zhuǎn)基因植物基因診斷與基因治療(2)基因組研究的發(fā)展(3)單克隆抗體及基因工程抗體的建立和發(fā)展(4)基因表達(dá)調(diào)控機理(5)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機理研究成為新的前沿領(lǐng)域生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA1868年F.Miescher就發(fā)現(xiàn)了核素（nuclein）20世紀(jì)20-30年代已確認(rèn)自然界有DNA和RNA兩類核酸并闡明了核苷酸的組成。1944年O.T.Avery等證明了肺炎球菌轉(zhuǎn)化因子是DNA；1952年A.D.Hershey和M.Chase用T2噬菌體感染大腸桿菌；Griffith,1928DNAis

theGeneticMaterialMiceinjectedwithSstrainpneumococcusdieMiceinjectedwithRstrainliveExtractsfromSstraintransformtheRstrainintovirulentSstrainObservationgivesapotentialassayforthegeneticmaterialAvery,MacLeod,andMcCarty,1944PurifiedSstrainextractstocharacterizethetransformingprinciple.Materialwasresistanttoproteases;itcontainednolipidorcarbohydrate.IfDNAintheextractisdestroyed,thetransformingprincipleislost.PureDNAisolatedfromtheSstrainextracttransformsRstrain.AverycautiouslysuggestedthatDNAwasthegeneticmaterial.DNA是細(xì)菌的遺傳物質(zhì)HersheyandChase1952

噬菌體侵染細(xì)菌的主要過程噬菌體尾部的末端（基片、尾絲）吸附在細(xì)菌表面；噬菌體通過尾軸把DNA全部注入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，噬菌體的蛋白質(zhì)外殼則留在細(xì)胞外面；利用細(xì)菌的生命過程合成噬菌體自身的DNA和蛋白質(zhì)；用新合成的DNA和蛋白質(zhì)組裝成與親代完全相同的子噬菌體；細(xì)菌解體，釋放子代噬菌體，侵染其他細(xì)菌。DNAwasthehereditarymaterialProteinwasNOTthehereditarymaterialDNA是病毒的遺傳物質(zhì)DNA是動物細(xì)胞的遺傳物質(zhì)當(dāng)DNA加入到某種在培養(yǎng)基中培養(yǎng)的真核單細(xì)胞生物群落中，核酸就會進(jìn)入到細(xì)胞中去，其中有一部分就會合成出一些新的蛋白質(zhì)。導(dǎo)入DNA的表達(dá)將使細(xì)胞產(chǎn)生一些新的特性。圖.胸腺嘧啶核苷激酶的合成1949-52年S.Furbery等的X-線衍射分析闡明了核苷酸并非平面的空間構(gòu)像，提出了DNA是螺旋結(jié)構(gòu)；1948-1953年Chargaff等用新的層析和電泳技術(shù)分析組成DNA的鹼基和核苷酸量，積累了大量的數(shù)據(jù)同一生物的不同組織的DNA堿基組成相同一種生物DNA堿基組成不隨生物體的年齡、營養(yǎng)狀態(tài)或者環(huán)境變化而改變；A=T，G=C，A＋G=C＋T不同生物來源A＋T/G＋C比值不同同一生物的不同組織的DNA堿基組成相同一種生物DNA堿基組成不隨生物體的年齡、營養(yǎng)狀態(tài)或者環(huán)境變化而改變；A=T，G=C，A＋G=C＋T不同生物來源A＋T/G＋C比值不同RosalindE.Franklin1920-1958衍射照片表明：DNA是由兩條長鏈組成的雙螺旋，寬度為20埃。Watson和Crick所提出的脫氧核糖酸雙螺旋模型，為充分揭示遺傳信息的傳遞規(guī)律鋪平了道路。雙螺旋DNA的結(jié)構(gòu)特點右手反平行雙螺旋主鏈位于螺旋外側(cè)，堿基位于內(nèi)側(cè)兩條鏈間存在堿基互補螺旋的螺距為3.4nm，直徑為2nm螺旋的穩(wěn)定因素為氫鍵和堿基堆砌力1962年，Watson和Crick與Wilkins共獲Noble生理醫(yī)學(xué)獎。DNA的復(fù)制Conservativereplication

Semiconservativereplication

Dispersivereplication

semi-conservativereplicationMeselsonandStahlin1957Conclusion-aspredictedbyWatsonandCrick,DNAstrandsserveastemplatesfortheirownreplication.Resultsshowthatafteronegeneration,thedoublestrandedDNAis1/2heavy(fromtheparent)and1/2light(newlysynthesized).Thisresultispredictedby

semiconservativereplication.中心法則

Crick于1954年所提出的遺傳信息傳遞規(guī)律1954年首次提出的“中心法則”1970-1980年的“中心法則”21世紀(jì)后修正的“中心法則”分子遺傳中心法則(centraldogma)基因工程是其中最富生命力的核心技術(shù)基因工程是根據(jù)人們的意愿對不同生物的基因在體外進(jìn)行切割、拼接和重新組合，然后再導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行繁殖，使重組基因再受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人們所希望的基因產(chǎn)物，或創(chuàng)造出具有新的遺傳特征的生物類型。一個完整的DNA重組過程應(yīng)包括：①目的基因的獲??；②基因載體的選擇與構(gòu)建；③目的基因與載體的拼接；④重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞；⑤篩選并無性繁殖含重組分子的受體細(xì)胞。TwoMethodsforDeliveringDNAintoPlantCellsTransgenicplantproducingthebiodegradableplasticpolyhydroxybutyrate(PHB).ThePHBgranulesarevisualisedbyepifluorescencemicroscopyasfociofredfluorescence.改變花色的轉(zhuǎn)基因矮牽?；ㄞD(zhuǎn)入熒光素酶蛋白基因的發(fā)熒光煙草轉(zhuǎn)基因甜椒轉(zhuǎn)基因西紅柿藍(lán)色玫瑰TwomethodsofproducingtransgenicmiceProducingEnviropigsTransgenicpigMicroinjectionofgenesintopigeggTransgenicMiceDollysheepborninRoslinInstitute,Scottland.1996年7月5日，世界上第一只克隆羊“多利”在英國蘇格蘭盧斯林研究所的

試驗基地誕生。成為世紀(jì)末的重大新聞?？寺⊙颉岸嗬蛞了咕S姆.穆特

A羊B羊從雌性成年綿羊從B羊取出卵子用電擊乳腺組織抽取細(xì)胞法將細(xì)胞核除去殖入載有A綿羊遺傳信息的細(xì)胞核卵子C綿羊遺傳特性上完全與A相同的小綿羊

“多莉”

二十世紀(jì)人類的“三大計劃”曼哈頓原子彈計劃阿波羅登月計劃人類基因組計劃1990年，人類基因組計劃啟動2000,6.26中、美、日、德、法、英6國，宣布人類基因組草圖發(fā)表。2000,10月科學(xué)家宣布將于2001年3月完成河豚魚的基因組測序。2000,12月14日英美等國科學(xué)家宣布繪出擬南芥基因組的完整圖譜。2001,1,12中、美、日、德、法、英等國科學(xué)家Nature,15日)和美國塞萊拉公司(Science,16日)各自公布人類基因組圖譜和初步分析結(jié)果。約3萬基因。六國科學(xué)家公布人類基因組細(xì)節(jié)研究成果2001年2月11日人類基因組計劃、美國塞萊拉遺傳信息公司、美國《科學(xué)》雜志和英國《自然》雜志聯(lián)合宣布，繼科學(xué)家去年繪制成功人類基因組工作框架圖之后，他們又繪制出了更加準(zhǔn)確、清晰、完整的人類基因組圖譜，對人類基因的面貌有了新的發(fā)現(xiàn)?；驍?shù)量少得驚人

一些研究人員曾經(jīng)預(yù)測人類約有14萬個基因，但塞萊拉公司將人類基因總數(shù)定在2.6383萬到3.9114萬個之間。如果最終確定出的基因數(shù)在這個范圍內(nèi)，比如3萬個左右，那么，人類只比果蠅多大約1.3萬個基因。塞萊拉公司的科學(xué)家測出的序列準(zhǔn)確地覆蓋了基因組的95%，并已經(jīng)確定了所有基因的2／3，平均測序精度為99.96%。人類基因組中存在“熱點”和大片“荒漠”

人類基因組序列中所謂的“荒漠”就是包含極少或根本不包含基因的部分，基因組上大約1／4的區(qū)域是長長的、沒有基因的片段。基因密度在第17、第19和第2