分子生物學(xué)課件第一章緒論

課程介紹課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課（必修課）學(xué)時分配：理論36學(xué)時主要內(nèi)容：基本理論考核方式：1：平時成績40%（綜述20%PPT匯報10%，平時10%）2：考試成績60%第一頁，共四十七頁。1.盛祖嘉沈仁權(quán)分子遺傳學(xué)2.孫乃恩孫東旭朱德煦分子遺傳學(xué)3.劉永明，分子生物學(xué)簡明教程4.吳乃虎編著基因工程原理5.BenjaminLewinGenesⅦ參考書目第二頁，共四十七頁。1分子生物學(xué)的概念2分子生物學(xué)研究內(nèi)容3分子生物學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系4分子生物學(xué)的發(fā)展簡史5分子生物學(xué)應(yīng)用及發(fā)展趨勢第1章緒論第三頁，共四十七頁。

1.1什么是分子生物學(xué)分子生物學(xué)是從分子水平對生物學(xué)進(jìn)行研究的科學(xué)，實質(zhì)上是研究生命的分子機(jī)理的學(xué)科。

1950年Astbury首先提出“分子生物學(xué)”這一術(shù)語，意指“生物大分子的化學(xué)和物理結(jié)構(gòu)研究”。1分子生物學(xué)的概念1.2

分子生物學(xué)的基本含義

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從分子水平研究生命的本質(zhì)

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核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能

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人類主動地改造和重組自然界的基礎(chǔ)學(xué)科第四頁，共四十七頁。1分子生物學(xué)的概念1.3分子生物學(xué)三大基石

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一基因一酶學(xué)說

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雙螺旋模型

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操縱子模型1.4分子生物學(xué)的基本原理

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構(gòu)成生物體的分子在不同生物中都是相同的

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生物體內(nèi)分子的構(gòu)建都遵循共同的規(guī)則

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核酸、蛋白質(zhì)決定了生物體的屬性分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的區(qū)別：分子遺傳學(xué)主要側(cè)重于研究核酸的結(jié)構(gòu)與功能第五頁，共四十七頁。2分子生物學(xué)研究內(nèi)容2.1結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)?結(jié)構(gòu)的測定?結(jié)構(gòu)運(yùn)動變化規(guī)律的探索?結(jié)構(gòu)與功能相互關(guān)系的建立方法：X-射線衍射、核磁共振、電子衍射、中子衍射及頻譜學(xué)方法等。2.2生物大分子的合成DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)合成均是遺傳信息傳遞表達(dá)過程。合成過程也是生物大分子相互作用的過程，這種作用調(diào)節(jié)著生命過程——生長、發(fā)育、適應(yīng)環(huán)境。第六頁，共四十七頁。2分子生物學(xué)研究內(nèi)容2.3基因表達(dá)調(diào)控研究基因表達(dá)即遺傳信息的傳遞具有時空特異性。信號傳導(dǎo)：指外部信號通過細(xì)胞膜上的受體蛋白傳到細(xì)胞內(nèi)部，并激發(fā)諸如離子通透性、細(xì)胞形狀或其他細(xì)胞功能方面的應(yīng)答。轉(zhuǎn)錄因子：是一群能與基因5’鍛上游特定序列專一結(jié)合，從而保證目的基因以特定的強(qiáng)度在特定的時間和空間表達(dá)的蛋白質(zhì)分子。RNA編輯：5’加帽、3’加尾、RNA選擇性剪接等。第七頁，共四十七頁。2分子生物學(xué)研究內(nèi)容2.4DNA重組技術(shù)（基因工程）

將不同的DNA片斷按照人們的設(shè)計定向連接起來，在特定的受體細(xì)胞中與載體同時復(fù)制并得到表達(dá)，產(chǎn)生影響受體細(xì)胞的新的遺傳性狀。應(yīng)用：⑴生產(chǎn)多肽，如激素、抗生素、酶類及抗體等。⑵定向改造某些生物的基因組結(jié)構(gòu)，如“超級細(xì)菌”、轉(zhuǎn)基因動植物等；⑶進(jìn)行基礎(chǔ)研究，如基因表達(dá)調(diào)控模式、啟動子和增強(qiáng)子的研究、轉(zhuǎn)錄因子的克隆和分析等。第八頁，共四十七頁。分子生物學(xué)：從分子水平理解生命活動細(xì)胞生物學(xué)：從細(xì)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。普通生物學(xué)（動物&植物）&微生物學(xué)：不同生物類型的特點。生物物理學(xué)：從物理學(xué)角度理解生物大分子結(jié)構(gòu)和功能。3分子生物學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系

分子生物學(xué)是生物化學(xué)、生物物理學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等多學(xué)科相互滲透、綜合融會而產(chǎn)生并發(fā)展起來的。生命活動的一致性，是生物學(xué)范圍內(nèi)所有學(xué)科在分子水平上的統(tǒng)一。第九頁，共四十七頁。4分子生物學(xué)的發(fā)展簡史分子生物學(xué)發(fā)展經(jīng)歷了五個階段經(jīng)典遺傳：十八世紀(jì)70年代～1938年微生物遺傳：1938年～

1953年分子遺傳：1953年到1972年重組時代：1972年到－1990年后基因組和蛋白質(zhì)學(xué)時代：1990年至今第十頁，共四十七頁。經(jīng)典遺傳：十八世紀(jì)70年代～1938年1865

Mendel,G.發(fā)表了《植物雜交實驗》的論文，開創(chuàng)了遺傳學(xué)。第十一頁，共四十七頁。1869年F.Miescher從膿細(xì)胞中提取到一種富含磷元素的酸性化合物，稱核質(zhì)(nuclin)經(jīng)典遺傳：十八世紀(jì)70年代～1938年第十二頁，共四十七頁。1885—1900年間Kossel、Levene證實核酸由不同的堿基組成。其最簡單的單體結(jié)構(gòu)是堿基-核糖-磷酸構(gòu)成的核苷酸。1929年又確定了核酸有兩種，一種是脫氧核糖核酸(DNA)，另一種是核糖核酸(RNA)。經(jīng)典遺傳：十八世紀(jì)70年代～1938年第十三頁，共四十七頁。1910年MorganT.H.發(fā)現(xiàn)連鎖定律,奠定了遺傳的染色體學(xué)說。經(jīng)典遺傳：十八世紀(jì)70年代～1938年第十四頁，共四十七頁。1928年Griffith

肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化經(jīng)典遺傳：十八世紀(jì)70年代～1938年第十五頁，共四十七頁。1941年BeadlrG.W和TatumE.L.建立“一個基因------一種酶”學(xué)說用X射線誘導(dǎo)處理紅色面包霉，篩選出被誘導(dǎo)的突變體來進(jìn)行實驗。根據(jù)遺傳分析和大量研究，他們認(rèn)為基因發(fā)生突變，就可能導(dǎo)致酶活性的喪失。微生物遺傳：1938年～

1953年第十六頁，共四十七頁。1944年

Avery在離體條件下完成化。微生物遺傳：1938年～

1953年第十七頁，共四十七頁。微生物遺傳：1938年～

1953年1950年Chargaff

指出DNA中四種堿基的比例關(guān)系為A/T=G/C=1；第十八頁，共四十七頁。微生物遺傳：1938年～

1953年1951年P(guān)auling和Corey提出了蛋白質(zhì)的α-螺旋結(jié)構(gòu)。第十九頁，共四十七頁。1951年McClintockB.發(fā)現(xiàn)跳躍基因或稱轉(zhuǎn)座微生物遺傳：1938年～

1953年第二十頁，共四十七頁。微生物遺傳：1938年～

1953年1952年Hershey和Chase

噬菌體感染實驗第二十一頁，共四十七頁。微生物遺傳：1938年～

1953年1952年Wilkins和Franklin用高度定向的DNA纖維作出高質(zhì)量的X-光衍射照片第二十二頁，共四十七頁。分子遺傳：1953年到1972年1953年，Watson和Crick提出DNA的反向平行雙螺旋模型。1962年，Wilkins、Watson和Crick共獲諾貝爾化學(xué)獎。第二十三頁，共四十七頁。分子遺傳：1953年到1972年1957年Crick提出中心法則。1957年Kornberg用E.coli無細(xì)胞提取液合成DNA，證明DNA是模板式合成，并發(fā)現(xiàn)了DNApolymeraseⅠ。第二十四頁，共四十七頁。分子遺傳：1953年到1972年1958年Meselson和Stahl證實DNA半保留復(fù)制第二十五頁，共四十七頁。分子遺傳：1953年到1972年1961Jacob,F.和Monod,J.提出了操縱子模型1961年Brewner,S.，Jacob,F.

和Meselson,M.發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的mRNA。第二十六頁，共四十七頁。分子遺傳：1953年到1972年1961年Nivenberg等人破譯出第一批遺傳密碼。1962年Arber,W.，Dussoix,D.發(fā)現(xiàn)了DNA的限制與修飾。第二十七頁，共四十七頁。1963Monod,J.，Changeus,J-P和Jaconb,F提出蛋白變構(gòu)理論。1964Nirenberg等通過三聯(lián)體結(jié)合實驗破譯全部有義密碼子。Holliday,R.提出了DNA重組模型。1965Holley,R.W.等發(fā)表酵母丙氨酸t(yī)RNA的完整序列。分子遺傳：1953年到1972年第二十八頁，共四十七頁。重組時代：1972年到－1990年1972Berg和Boyer等人建立DNA重組技術(shù)，完成第一個細(xì)菌基因的克隆1973Cohor,S.R,Chang,A,C.Y,Boyer,H.W和Holling,R.B首次在體外構(gòu)建具有功能的細(xì)菌質(zhì)粒1975Temin發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶1977Sanger,Gilbert建立測序方法第二十九頁，共四十七頁。1980Botstein,D.,White,R.L.,Skolnick,M.和Davis,R.W.用限制性片段長度的多態(tài)性構(gòu)建人類遺傳學(xué)連鎖圖。1978Chang,A.C.Y.,Nunberg,T.H.,Kanfaman,R.F.首次將真核基因（dhfr）在細(xì)菌中進(jìn)行表達(dá)。1979Wang,A.H-J和Rich,A.提出Z-DNA模型。1980Botstein,D.,White,R.L.,Skolnick,M.和Davis,R.W.用限制性片段長度的多態(tài)性構(gòu)造人類遺傳學(xué)連鎖圖。重組時代：1972年到－1990年第三十頁，共四十七頁。重組時代：1972年到－1990年1986Benne,R等發(fā)現(xiàn)RNA編輯的現(xiàn)1981Cech和Altman發(fā)現(xiàn)核酶Banerji,S等發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)子。1984SmithM.建立定點突變技術(shù)1985MullisK.建立PCR技術(shù)第三十一頁，共四十七頁。后基因組和蛋白質(zhì)學(xué)時代：1990年至今19904月美國宣布人類基因組測序工作的5年計劃。1996DNA芯片進(jìn)入商業(yè)化1996Dietrich,W.F等繪制了小鼠基因組的完整遺傳圖譜。

Dib,C等繪制了人類的完整遺傳圖譜。199610月完成了酵母基因組的測序1997Wilmut克隆羊誕生1998SangerF.等完成了線蟲的基因組測序。1999國際人類基因組計劃聯(lián)合研究小組完整地破譯出人類第22號染色體的遺傳密碼。第三十二頁，共四十七頁。20006月26中、美、日、德、法、英6國宣布人類基因組草圖發(fā)表。200010月科學(xué)家宣布將于2001年3月完成河豚魚的基因組測序。200012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

1月12日中、美、日、德、法、英等國科學(xué)(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3萬基因后基因組和蛋白質(zhì)學(xué)時代：1990年至今第三十三頁，共四十七頁。5分子生物學(xué)應(yīng)用及發(fā)展趨勢?

品種選育：抗逆性、增產(chǎn)、提高營養(yǎng)價值等?

作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)人們所需產(chǎn)品?

植物的組織培養(yǎng)快速繁殖脫毒等?

轉(zhuǎn)基因植物5.1在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用第三十四頁，共四十七頁。5分子生物學(xué)應(yīng)用及發(fā)展趨勢5.1在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用染色體組工程三倍體鮑魚三倍體珍珠無籽西瓜第三十五頁，共四十七頁。細(xì)胞的組織培養(yǎng)5分子生物學(xué)應(yīng)用及發(fā)展趨勢5.1在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用第三十六頁，共四十七頁。轉(zhuǎn)基因鼠?建立人類疾病模型，模擬疾病的起因。?老年性癡呆癥?自毀容綜合征?基因敲除試驗?培養(yǎng)人的器官5分子生物學(xué)應(yīng)用及發(fā)展趨勢5.1在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用第三十七頁，共四十七頁。轉(zhuǎn)基因牛?作為生物反應(yīng)器?改善牛奶的品質(zhì)，提高酪蛋白含量?轉(zhuǎn)入生長激素基因，提高產(chǎn)奶量5分子生物學(xué)應(yīng)用及發(fā)展趨勢5.1在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因羊?獲得人的凝血酶原激活劑、凝血因子、尿激酶等。?改變羊毛的顏色第三十八頁，共四十七頁。?人類的基因組計劃?基因治療（遺傳疾?。?疾病的診斷?單克隆抗體（生物導(dǎo)彈）?疾病的防治（基因工程疫苗）5分子生物學(xué)應(yīng)用及發(fā)展趨勢5.2在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用第三十九頁，共四十七頁。?

對人的基因組3×109

個堿基全部序列的測定。?

闡明人體中全部基因的位置、結(jié)構(gòu)、功能、表達(dá)調(diào)控方式及致病突變的全部信息。

人類的基因組計劃（HumanGenomeProgram，HGP）?

根據(jù)染色體數(shù)進(jìn)行基因組分組?

每條染色體確定出DNA序列標(biāo)志?

對基因組DNA進(jìn)行排序?

克隆并測定基因組的全部序列?

研究每一個基因的結(jié)構(gòu)、功能、表達(dá)調(diào)控等性質(zhì)。HGP的研究過程第四十頁，共四十七頁。?

加深人類對自身的了解?

對基因表達(dá)調(diào)控深入研究?

認(rèn)識遺傳疾病以及癌癥等的致病機(jī)理?

了解人的發(fā)育過程有利于人類的健康?

了解人類的發(fā)展、進(jìn)化歷史。HGP的意義

人類的基因組計劃（HumanGenomeProgram，HGP）人類后基因組計劃的挑戰(zhàn)?

基因?qū)＠褐匾暱寺∽约旱幕颉?

基因工程產(chǎn)業(yè)?

基因診斷、治療、蛋白質(zhì)和細(xì)胞計劃等需要基因。第四十一頁，共四十七頁。遺傳病及基因治療?

體外原位治療從患者體內(nèi)取出帶有缺陷的細(xì)胞，通過基因轉(zhuǎn)移進(jìn)行遺傳修正。將經(jīng)過遺傳修正后的細(xì)胞轉(zhuǎn)入患者的體內(nèi)。人類現(xiàn)有3000多種遺傳病，已找到了200與遺傳病有關(guān)的基因。人類中的遺傳病大致分為單基因、多基因和染色