遺傳學與分子生物學系

遺傳學與分子生物學系MolucularBiologyLuShermin(呂社民)Tel:82657764Email:第一頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系LectureI:IntroductionOfMolecularBiologyDefinition,GoalandScopeFundamentalsAbriefhistoryMethodologyofMolecularBiologyRoleinMedicalsciencesprospective第二頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系DefinitionAnelusiveterm,Morethanonedefinition Studylife(biology)inmolecularlevel Studygenestructureandfunctionatthe

molecularlevel.

Grewoutofthedisciplines

ofgeneticsand

biochemistry.

Hybriddiscipline

Biochemistry

Genetics

MolecularBiology

Biophysics

第三頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系GoalTounderstandthefivebasiccellbehaviorpatterns(growth,division,specialization,movement,andinteraction)intermsofvariousmoleculesthatareresponsibleforthem第四頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系ScopeStructureandfunctionofNucleotidesandproteinStructureandfunctionofgenomeGeneproliferation,expression,regulationandbiologicalfunctionInteractionbetweenbiologicalmacromoleculesIntraandintermolecularsignaltransductionTechnologyofmolecularbiology第五頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系ScopeofMedicalMolecularBiologyMolecularmechanismofcellulargrowth,differentiationandSenescenceinhumanbeingMolecularbasisofproliferationanditsregulationofhumancellsMolecularBiologyofthreeregulatorysystems(nervous,endocrineandimmunesystems)inhumanbodyRelationshipbetweenabnormalityofgenestructure,regulationwithetiopathogenesisofhumandiseasesGenediagnosisandgenetherapyintermsoftheoryandtechnologyofmolecularbiologyDrugdiscoveryandhealthcareintermsoftheoryandtechnologyofmolecularbiology第六頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系LectureI:IntroductionOfMolecularBiologyDefinition,GoalandScopeFundamentalsAbriefhistoryMethodologyofMolecularBiologyRoleinMedicalsciencesprospective第七頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系第八頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系“Weak”InteractionsChemicalbonds(covalent)haveenergiesof~101->2kcal/mole.STRONGWeakinteractionsHydrogenbonds~5kcal/moleVanderWaalsinteractions~1kcal/mole“Hydrophobic”interactionsLessclassifiable,aconsequenceofotherforces第九頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系HydrophobicinteractionsPolarmaterials(water)onbalancehaveattractiveintermolecularforces.Nonpolarmaterialshavenoparticulartendencytoassociate.Result:Nonpolarmaterialswithinanaqueouscompartmentassociatebecausetheyareexcludedbythemutuallyattractiveforcesbetweenthemoleculesofthemedium第十頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系NucleotidesBaseSugar(Base+Sugar=Nucleoside)Phosphate(Nucleoside+phosphate=Nucleotide)第十一頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系第十二頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系第十三頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系第十四頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系第十五頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系第十六頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系第十七頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系第十八頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系第十九頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系LectureI:IntroductionOfMolecularBiologyDefinition,GoalandScopeFundamentalsAbriefhistoryMethodologyofMolecularBiologyRoleinMedicalsciencesprospective第二十頁，共五十四頁。GregorMendel(1822-1884)

第二十一頁，共五十四頁。第二十二頁，共五十四頁。MAURICEH.F.WILKINS(1916-)ROSALINDE.FRANKLIN(1920-1958)第二十三頁，共五十四頁。LinusCarlPauling(1901-1994)OswaldTheodoreAvery(1877-1955)第二十四頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系Abriefhistory(timeline)

1839Schleiden&SchwannCelltheory

1859

Darwin: <<OriginofSpecies>>

1865

Mendel: Genetics

1869

Miescher: discoveredDNA

1902Sutten Chromosome1910,1916Morgan: geneareonchromosomes

1944Avery: identifiedDNAasthematerialgenesaremadeof

1953WatsonCrick： DNAstructure

1958Meselson&Stahl: semiconservativereplicationofDNA

1961Jacobetal: discoveredmRNA

1972Berg: recombinantDNAinvitro

1973Cohen: firstusedplasmidtocloneDNA

1977Gilbert&Sanger: sequence1986Mullis: PCR

1990Watsonetal: LauchedtheHGP

1997Wilmut: Dolly1998- Bioinformatics,Proteomes(ome)第二十五頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系MajorAchievementsofMolecularBiologyafter70sDNApolymerasedependentonRNA(Reversetranscription)Toolenzymes(restrictiveendonuclease,DNAligase,etc)SplitgeneDNASequencingMAbRibozymesPCRGeneregulationTransgenicorganismDNArecombinationinintroandinvivo(genetherapy)HGPiRNAProteomicsHapmap(SNPs)BioinformaticsSystemsbiology第二十六頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系LectureI:IntroductionOfMolecularBiologyDefinition,GoalandScopeFundamentalsAbriefhistoryMethodologyofMolecularBiologyRoleinMedicalsciencesprospective第二十七頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系Physicalandchemicalapproaches_________________________________________________________Ultracentrifuge* 20s Sizeandshapeofmoleculein centrifugalfieldElectrophoresis* 30s separationofproteinandnucleic acidsbasedonsizeand/orcharge inelectricfieldElectronMicroscope 30s directlyvisualizationofcellarultra- structure,includingDNARadioisotopetracers* 40s trackingflowofmoleculethrougha metabolicpathwayX-raydiffraction* 50s providesprecisemeasurementof3- Dstructureofproteinandnucleic acidAminoacidanalysis* 50s determinationoforderofamino acidinproteinNucleicacidhybridization 60s quantitativeassessmentof similarityofRNAsorDNAsRecombinantDNA* 70s geneticengineeringofnovelgenes------------------------------------------------------------------------------------------------*DenotesassociatedwithNobelPrize第二十八頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系GeneticMethodsMutantorganismsrecoginizeaNovelprocessunravelacomlexmetabolicpathwayestablisharelationshipbetweenanidentifiedgeneanditspreviousunknownfunctionPuregenespin-pointsubstitutionordeletionreversegenetics

第二十九頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系ModelBiologicalsystemVirusBacteriaBacteriophageYeastWorm(C.elegant)Plant(Arabidopsis)FlyMouseRathuman

第三十頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系LogicofmolecularbiologyTheefficiencyargumentPhylogenetichistoryQuantitativeassessmentModelbuildingParallelismStronginferenceOptimism第三十一頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系LectureI:IntroductionOfMolecularBiologyDefinition,GoalandScopeFundamentalsAbriefhistoryMethodologyofMolecularBiologyRoleinMedicalsciencesprospective第三十二頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系Molecularmedicine

Molecularimmunology

Molecularpharmacology

Molecularpathology

Molecularentomology

MolucularMicrobiology

Moleculartaxanomy

Molecularbiomathmatics

Bioinformatics

第三十三頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系發(fā)育、分化與衰老細胞增殖調控神徑、內分泌和免疫調控致病基因和易感基因的鑒定和克隆第三十四頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系

腦和神經生物學

神經系統(tǒng)發(fā)育、信號傳遞：最富挑戰(zhàn)性、最復

雜的問題之一。

腦約有3萬個基因處于表達狀態(tài)

分子水平揭示腦的思維、記憶和學習等功能

治療精神病

第三十五頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系基因診斷特異性強、靈敏度高、簡便快速。

遺傳?。▋?yōu)生優(yōu)育）傳染病(包括HIV)現(xiàn)已發(fā)展到對一些常見病(如糖尿病、動脈粥樣硬化及精神分裂癥等)的診斷，還應用于結核病、肝炎、傳染病及惡性腫瘤的診斷及法醫(yī)學鑒定。主要限制是造成疾病的基因突變多樣性，妨礙針對所有疾病進行分子診斷試驗的設計。第三十六頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系基因診斷技術PCR技術核酸探針雜交技術基因芯片(genechip)技術限制性片段長度多態(tài)性(RFLP)單核苷酸多態(tài)性(SNP)發(fā)展趨勢：“自動化”、“程序化”、“非標記技術”和“多病種”等特色。第三十七頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系基因治療1、基因替代(genereplacement)2、基因修正(genecorrection)3、基因增強(geneaugmentation)4、基因抑制(geneconstraint)和/或基因失活(geneinactivation)5、反義療法第三十八頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系基因治療希望與局限（1）基因治療癌癥未獲進展（2）僅限于治療少數(shù)疾病，費用昂貴（3）導入人體的目的基因表達水平（4）獲得長期表達效果難

第三十九頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系在中藥學中的應用蛋白質或酶技術核酸技術：藥用植物鑒別、RFLP、RAPD、DNAfootprinting、biochip藥用植物育種藥用植物次生代謝產物第四十頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系生物制藥按生物化學性質分為：氨基酸類、有機酸、醇酮類、維生素、酶及輔酶類、脂類、多肽和蛋白質類、核酸類及其衍生物、多糖等。按生物工程學科分為：基因工程制藥(上百種多肽藥物)、細胞工程制藥、微生物工程制藥和酶工程制藥四大類。轉基因的動植物

第四十一頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系生物制藥發(fā)展趨勢1、動物細胞高效表達和細胞大量培養(yǎng)。2、蛋白質工程和蛋白質雜交研究。3、藥物劑型研究。4、藥物配伍研究。5、基礎醫(yī)學的生物技術研究。6、研究開發(fā)第二代生物技術藥物，即核酸、糖、脂類三類藥物。

第四十二頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系疫苗研制

1、亞基疫苗2、多肽疫苗3、活體重組疫苗4、多價疫苗5、DNA疫苗:流感DNA、狂犬病DNA疫苗、乙肝DNA疫苗、結核病DNA疫苗、瘧疾DNA疫苗

第四十三頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系環(huán)境監(jiān)測與凈化

基因探針：飲用水，6000兒童/天死

“超級菌”、“超級質粒”：辛烷、已烷和癸烷、二甲苯和甲苯、樟腦、萘，

石油中的烴類化合物

重金屬、致癌物、農藥和殺蟲劑

第四十四頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系LectureI:IntroductionOfMolecularBiologyDefinition,GoalandScopeFundamentalsAbriefhistoryMethodologyofMolecularBiologyRoleinMedicalsciencesprospective第四十五頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系人類重大疾病蛋白質組學建立國際水平的技術平臺選擇與人類重要生命活動相關的系統(tǒng)、器官、細胞，確立或發(fā)現(xiàn)500種人類新型蛋白質并探索其表達規(guī)律和作用網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)重大疾病如肝炎、肝癌、心血管病相關的蛋白質群，為防治提供新的預警、診斷標志和藥物靶標。第四十六頁，共五十四頁。遺傳學與分子生物學系人類蛋白質組正式啟動2001年成立國際人類蛋白質組組織（HUPO），2003.12.15啟動兩個首批行動計劃。人類肝臟蛋白質組計劃（HLPP）由中國軍事醫(yī)學科學