第一次課《分子生物學》理論課件

課程講授主要內(nèi)容與學時分配緒論(共2學時)第一部分原核生物遺傳信息傳遞分子機制（共10學時）第一章原核生物基因組DNA構(gòu)成（2學時）第二章原核生物中心法則（4學時）第三章原核生物基因表達與調(diào)控（4學時）第二部分真核生物遺傳信息傳遞分子機制（共10學時）第一章真核生物基因組DNA構(gòu)成（2學時）第二章真核生物中心法則（4學時）第三章真核生物基因表達與調(diào)控（4學時）第三部分遺傳信息保持與生物性狀異變分子機制（共4學時）第一章基因突變和修復(fù)（2學時）第二章基因組重組和轉(zhuǎn)坐（2學時）第四部分部分分子生物學技術(shù)（共8學時）第一章目標基因克隆與表達分析（2學時）第二章分子標記（2學時）第三章高通量測序與生物信息分析（2學時）第四章基因工程（2學時）第五部分結(jié)尾(共2學時)基因表達調(diào)控基因工程本文檔共23頁；當前第1頁；編輯于星期三\8點52分教材、參考書籍和部分相關(guān)外文期刊教材：《分子生物學》，陳啟民和耿運琪編著，高等教育出版社，2010參考書籍（暫定）：《現(xiàn)代分子生物學》（第三版），朱玉賢、李毅編著，高等教育出版社，2007《生物化學簡明教程》（第三版），羅紀盛等編著，高等教育出版社，1999部分相關(guān)外文期刊：NatureTheoreticalandGeneticsApplicationScienceBMCGeneticsNatureGeneticsBMCBiologyNuclearAcidResearchMolecularbreeding本文檔共23頁；當前第2頁；編輯于星期三\8點52分考核方式學習態(tài)度（滿分100）

基準分80分。加分情況:按時按質(zhì)完成作業(yè)、無遲到/早退/曠課記錄、能積極和老師溝通學習問題，則加分20分。減分情況：遲到、早退、曠課、上課打擾他人學習（包括上課說悄悄話和手機響等）、作業(yè)未交，每出現(xiàn)一次，則減去一個10分，直至減完80分為止。提醒：只要無故出現(xiàn)減分情況一次，學習態(tài)度成績最多只能是70分。對我講課內(nèi)容厭倦，可以睡覺

閉卷考核(滿分100)試題形式和分數(shù)構(gòu)成：名詞解釋（12題選10題，滿分30分）、簡答題（7題選5題，滿分45分）和論述題（3題選1題，滿分25分）。

上報學校成績（滿分100）=閉卷考核卷面成績（滿分100）×0.7+學習態(tài)度成績（滿分100）×0.3。本文檔共23頁；當前第3頁；編輯于星期三\8點52分緒論1分子生物學概念1.1“MolecularBiology”一詞來源1938年,Weaver在寫給一個科學基金會(洛克菲勒基金會)的報告中，首次使用了分子生物學“MolecularBiology”一詞。1941年，研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的W.Astbury使用了這一名詞，當時他開始用X—射線分析纖維DNA的結(jié)構(gòu)，并稱自己是分子生物學家。1.2分子生物學概念

廣義概念：從分子水平研究生命現(xiàn)象及其規(guī)律的一門新興學科狹義概念：是研究細胞內(nèi)生物大分子（主要就是核酸和蛋白質(zhì)）的結(jié)構(gòu)和其在生物遺傳信息保存、維護和傳遞過程中所行使的功能以及這些生物大分子物質(zhì)相互作用特點和規(guī)律進而來研究生命現(xiàn)象的一門新興科學。

本文檔共23頁；當前第4頁；編輯于星期三\8點52分2分子生物學產(chǎn)生和發(fā)展過程2.1分子生物學產(chǎn)生和發(fā)展過程階段大致劃分經(jīng)典遺傳學研究

（1866到1928）微生物遺傳研究

（1928到1953）分子遺傳研究

（1953到1972）基因重組研究

（1972到1990）基因組和蛋白質(zhì)組學研究

（1990—）本文檔共23頁；當前第5頁；編輯于星期三\8點52分

2.2經(jīng)典遺傳學階段相關(guān)重大研究進展1866年，G.Mendel提出生物性狀由“遺傳因子”控制結(jié)論和兩大遺傳定律（分離規(guī)律和自由組合規(guī)律）。（下左1圖和左2圖）1868-1872年，F(xiàn).Miechescher（下左3圖）提取出核酸（Nuclearacid）1885-1900年，證實核酸是由帶有不同堿基的核苷酸組成，單個核苷酸是由堿基-核糖-磷酸構(gòu)成。1929年，確定脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）是核酸的兩種類型1909年，“遺傳因子”被改命名為“基因”1910年，Morgan（下右1圖）證實基因就在染色體上，并提出第三條遺傳定律（連鎖遺傳規(guī)律）本文檔共23頁；當前第6頁；編輯于星期三\8點52分2.3微生物遺傳階段相關(guān)重大研究進展2.3.1DNA是遺傳信息的主要載體1944年，O.Avery利用F.Griffith1928年所發(fā)現(xiàn)肺炎球菌使小鼠致病機制，提出了“DNA是遺傳信息的載體”這一學說1952年，A.D.Hershey和M.Chase用35S和32p分別標記T2噬菌體的蛋白質(zhì)和核酸，感染大腸桿菌,確認了“DNA是遺傳信息的載體”這一學說1956年，A.Gierer和G.Schramm發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNAO.Avery本文檔共23頁；當前第7頁；編輯于星期三\8點52分2.3.2DNA雙螺旋模型建立1941年，W.Astbury獲得了第一張DNAX—衍射圖譜1950年，Chargoff提出DNA堿基配對原則（A與T和G與C分別嚴格配對）1952年，R.Franklin和M.Wilkins制出高質(zhì)量的DNAX-光衍射照片（左下圖）1953年，Watson和F.H.C.Crick（中間圖）建立DNA雙螺旋模型（右下圖）。該年，也通常被認為分子生物學的誕生年。1979年，A.H.J.Wang和A.Rich提出Z-DNA模型本文檔共23頁；當前第8頁；編輯于星期三\8點52分2.4分子遺傳研究階段相關(guān)重大研究進展

中心法則提出與修正1958年，F(xiàn).H.C.Crick提出遺傳信息傳遞的中心法則1956年，E.VolKin和L.Astrachan發(fā)現(xiàn)T2噬菌體的mRNA1958年，M.Meselson和F.W.Stahl用同位素標記法證實DNA的半保留復(fù)制。（1953年，Watson和F.H.C.Crick建立DNA雙螺旋模型后，又預(yù)測DNA復(fù)制具有半保留特點）。同年，F(xiàn).H.C.Crick等證實了遺傳密碼為三聯(lián)體密碼。1964年，M.W.Nirenberg破譯全部有義密碼子1966年，F(xiàn).H.C.Crick提出反密碼子的擺動學說約1971年，發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶1982年，倉鼠腦中發(fā)現(xiàn)朊病毒（Prion）,其具有遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)而非核酸1981年，發(fā)現(xiàn)核酶本文檔共23頁；當前第9頁；編輯于星期三\8點52分本文檔共23頁；當前第10頁；編輯于星期三\8點52分2.5DNA重組研究階段相關(guān)重大研究進展1962年，Arber證明限制性內(nèi)切酶(Restrictionenzyme)存在1967年，Gellert發(fā)現(xiàn)DNA連接酶（DNALigase）1968年，S.Cohen發(fā)現(xiàn)質(zhì)粒（Plasmid）1970年，H.Boyer發(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶1972年，P.Berg創(chuàng)建了重組DNA（RecombinantDNA）技術(shù)1978年，A.C.Y.Chang等首次將真核基因組（dhfr）在細菌中發(fā)表1994年，在某少數(shù)幾個國家，轉(zhuǎn)基因番茄（下圖）開始進入超市2.5.1DNA重組技術(shù)建立與應(yīng)用研究本文檔共23頁；當前第11頁；編輯于星期三\8點52分2.5.2基因表達與調(diào)控研究1961年，Jacob和Monod提出操縱子學說

（原核生物遺傳信息表達一種調(diào)控機理）1977年，發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子1981年，發(fā)現(xiàn)增強子1998年，RNAi技術(shù)（右圖）

出現(xiàn)基因功能研究重要技術(shù)：過量表達、轉(zhuǎn)基因、Q-PCR、基因沉默、基因敲出、瞬時表達等。SpindleandcytokinesisdefectsafterRNAinterference本文檔共23頁；當前第12頁；編輯于星期三\8點52分

2.6.1DNA測序技術(shù)及發(fā)展1977年，F(xiàn).Sanger（右圖）建立雙脫氧末端終止DNA測序方法，并測定出了ΦX174DNA全部5375bp核苷酸序列同年，W.Gilbert和A.Maxam建立化學裂解DNA測序方法1978年，F(xiàn)iers等測出環(huán)狀SV40DNA全部5243bp核苷酸序列1989年，人類基因組工程（HGP）啟動1996年底，大腸桿菌基因組DNA的全部序列長4×106堿基對1996年底，完成了真核生物酵母的基因組全序列測定1998年底，長達100Mb的線蟲的基因組序列測定1999年，鳥槍法測序（Shotgunsequencing）2000年，繪出擬南芥基因組的完整圖譜2001年，

國際兩大最著名期刊《Nature》和《Science》同時公布人類基因組圖譜草圖2002年，以楊煥明為首的中國科學家在Science發(fā)表了水稻全基因組框架序列近五六年，高通量測序技術(shù)迅猛發(fā)展，掀起分子生物學更大的研究熱潮2.6基因組和蛋白質(zhì)組學研究階段相關(guān)研究重大發(fā)展

本文檔共23頁；當前第13頁；編輯于星期三\8點52分2.6.2PCR技術(shù)發(fā)明與分子標記1980年，D.Bostein等RFLP構(gòu)建人類遺傳學連鎖圖譜1986年，K.Mullis（右下圖）建立聚合酶鏈式反應(yīng)（PolymeraseChainReaction,PCR）技術(shù)1989年，SSR被發(fā)現(xiàn)并開始分子標記應(yīng)用研究1990年，Williams等和Welsh等同時分別創(chuàng)建了RAPD標記技術(shù)1993年，Paran和Michelmore創(chuàng)建了SCAR標記技術(shù)1993年，Konieczny和Ausubel創(chuàng)建了CAPS標記技術(shù)1994年，Zietkiewiez等創(chuàng)建了ISSR標記技術(shù)1995年，P.Vos等報道了AFLP標記技術(shù)1997年，Waugh等創(chuàng)建了SSAP標記技術(shù)2000年，Drenkard等創(chuàng)建了SNAP標記技術(shù)（即將SNP轉(zhuǎn)化SCAR標記的技術(shù)）……本文檔共23頁；當前第14頁；編輯于星期三\8點52分2.6.3基因組和蛋白質(zhì)組學研究階段其他相關(guān)研究重大發(fā)展

1990年，人類疾病第一例基因治療（Genetherapy）4歲的琳達患有ADA缺陷綜合癥ADA：adenosinedeaminase

腺苷脫氨酶癥狀：T型白血球功能損傷

會導(dǎo)致致命的病菌感染本文檔共23頁；當前第15頁；編輯于星期三\8點52分1996年，DNA芯片（右上圖）進入商業(yè)化1997年，動物克隆技術(shù)

（下左圖）1997年，第一例人工創(chuàng)造的人類染色體（下中圖）

1998年，干細胞研究重大突破本文檔共23頁；當前第16頁；編輯于星期三\8點52分

近些年，生物信息學、功能基因組學及蛋白質(zhì)學等多種新型相關(guān)技術(shù)體系也應(yīng)運而生…生物信息學：以計算機為工具對生物信息（主要是指DNA、RNA和蛋白質(zhì)的序列、結(jié)構(gòu)和功能信息）進行儲存、檢索（收集和篩選）、處理（編輯、整理、管理和顯示）及利用（計算、模擬）的一種技術(shù)體系。它是當今生命科學和自然科學的重大前沿領(lǐng)域之一，同時也將是21世紀自然科學的核心領(lǐng)域之一。該研究工具主要由數(shù)據(jù)庫、計算機網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用軟件三大部分組成。功能基因組學：通過對單個或多個生物全基因組上所有基因表達進行分析和比較，以此研究基因組的多樣性和進化規(guī)律、全基因組基因的表達及其調(diào)控模式等相關(guān)問題的一種技術(shù)體系。蛋白質(zhì)組學：是以蛋白質(zhì)組為研究對象，研究細胞內(nèi)所有蛋白質(zhì)及其動態(tài)規(guī)律的一種技術(shù)體系。

本文檔共23頁；當前第17頁；編輯于星期三\8點52分2.7分子生物學發(fā)展總結(jié)二十世紀是以核酸為研究核心，帶動分子生物學向縱深發(fā)展：50年代雙螺旋結(jié)構(gòu)60年代操縱子學說70年代DNA重組80年代PCR技術(shù)90年代DNA測序生命科學從宏觀→微觀→宏觀；由分析→綜合的時代。本文檔共23頁；當前第18頁；編輯于星期三\8點52分3分子生物學主要研究內(nèi)容與主要研究方法3.1基本原理1.構(gòu)成生物體的有機大分子的單體在不同生物體內(nèi)都是相同的；2.生物體內(nèi)一切有機大分子的建成都遵循共同的規(guī)律；3.某一特定生物體所擁有的核酸及蛋白質(zhì)決定了生物的屬性。3.2主要研究內(nèi)容1基因組DNA重組2基因表達與調(diào)控3生物大分子結(jié)構(gòu)與功能4生物信息學與生物組學本文檔共23頁；當前第19頁；編輯于星期三\8點52分3.3主要研究方法3.3.1研究方向：（思維視角）衍生于其他相關(guān)生物學科，并用相應(yīng)技術(shù)方法進入分子生物學相關(guān)問題研究，獲得結(jié)果可以為本學科和其他相關(guān)生物學科服務(wù)；由宏觀進入微觀，再由微觀拓展到宏觀。（研究對象）由生物性狀到核酸與蛋白結(jié)構(gòu)到其功能再到其功能調(diào)控。3.3.2采用的邏輯學方法：模型分析、強烈推理和物質(zhì)能量節(jié)省原則3.3.3常采用的物理和生物化學方法：物質(zhì)分離純化、離心、電泳、層析、X-衍射、同位素標記等。3.3.4常用的分子生物學技術(shù)方法：基因克隆、基因表達、分子標記、基因重組、分子雜交、定點突變等。本文檔共23頁；當前第20頁