醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)-緒論 課件

醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)MedicalMolecularBiology

主編：馮作化人民衛(wèi)生出版社任課教師：藍(lán)秀萬醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)1

第一章緒論生物學(xué)：研究生命現(xiàn)象、生命的本質(zhì)、生命活動(dòng)及其規(guī)律的科學(xué)。研究生物學(xué)的三個(gè)層次：1、整體水平2、細(xì)胞水平3、分子水平

第一章緒論2分子生物學(xué):從分子水平研究生命現(xiàn)象、生命本質(zhì)、生命活動(dòng)及其規(guī)律所形成的理論和技術(shù)體系。分子生物學(xué):從分子水平研究生命現(xiàn)象、生命本質(zhì)、生命活動(dòng)及其規(guī)3分子生物學(xué)分子結(jié)構(gòu)生物學(xué)分子發(fā)育生物學(xué)分子神經(jīng)生物學(xué)分子育種學(xué)分子腫瘤學(xué)分子細(xì)胞生物學(xué)分子免疫學(xué)分子病毒學(xué)分子生理學(xué)分子考古學(xué)分子遺傳學(xué)分子數(shù)量遺傳學(xué)分子生態(tài)學(xué)分子進(jìn)化學(xué)…………….分子生物學(xué)的延伸分子生物學(xué)已經(jīng)滲透到生物學(xué)的幾乎所有領(lǐng)域分子生物學(xué)已經(jīng)成為生命科學(xué)領(lǐng)域的帶頭學(xué)科分子生物學(xué)分子結(jié)構(gòu)生物學(xué)分子細(xì)胞生物學(xué)分子遺傳學(xué)分子生物學(xué)的4醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)：從分子水平研究人體和疾病相關(guān)生物在正常和疾病狀態(tài)下生命活動(dòng)及規(guī)律，從分子水平開展人類疾病的預(yù)防、診斷和治療研究的科學(xué)。醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)--緒論課件5第一節(jié)分子生物學(xué)是從分子水平探討生命活動(dòng)的本質(zhì)一、分子生物學(xué)的歷史回顧（孕育時(shí)期）：遺傳方面：1859年，達(dá)爾文----Ontheoriginofspecies生物性狀的可遺傳性生物性狀在自然選擇壓力下可變性生物性狀在不同物種之間的相關(guān)性

第一節(jié)分子生物學(xué)是從分子水平探討生命活動(dòng)的本質(zhì)一、分子生6開始觸及生命本質(zhì)最核心問題：生命的特征和生物性狀為什么能代代相傳？代代相傳的性狀為什么可以改變？是什么在控制生物的性狀？開始觸及生命本質(zhì)最核心問題：7Mendel----豌豆性狀遺傳雜交實(shí)驗(yàn)Mendel----豌豆性狀遺傳雜交實(shí)驗(yàn)8

"forhisdiscoveriesconcerningtheroleplayedbytheChromosomeinheredity,demonstratedthatgenesareonthechromosome"ThomasHuntMorganinPhysiologyorMedicine1933NobelPrize1910年，Huntmorgan證明基因存在于染色體上NobelmedalHalfapoundof23-karalgold.2.5inchesacross

9細(xì)胞學(xué)方面：1879年，Walterflemming研究細(xì)胞分裂時(shí)觀察到染色體1902年，Waltersutton提出：遺傳因子是染色體的一部分細(xì)胞學(xué)方面：10化學(xué)方面：1869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?；瘜W(xué)方面：111944年，O.T.Avery等證明了肺炎球菌轉(zhuǎn)化因子是DNA。1944年，O.T.Avery等證明了肺炎球菌轉(zhuǎn)化因子是D12人們?nèi)圆幌嘈臘NA是遺傳物質(zhì),這是由于：（1）因認(rèn)為蛋白分子量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，二十種氨基酸的排列組合將是個(gè)天文數(shù)字，可作為一種遺傳信息。而DNA分子量小，只含4種不同的堿基，人們一度認(rèn)為不同種的有機(jī)體的核酸只有微小的差異。（2）認(rèn)為轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中DNA并未能提得很純，還附有其它物質(zhì)。（3）即使轉(zhuǎn)化因子確實(shí)是DNA，但也可能DNA只是對莢膜形成起著直接的化學(xué)效應(yīng)，而不是充當(dāng)遺傳信息的載體。人們?nèi)圆幌嘈臘NA是遺傳物質(zhì),這是由于：（1）因認(rèn)為蛋白分子131952年，A.D.Hershey和M.Chase用35S和32P分別標(biāo)記T2噬菌體的蛋白質(zhì)和核酸，感染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了核酸是遺傳物質(zhì)。1952年，A.D.Hershey和M.Chase用3514在對DNA結(jié)構(gòu)的研究上1949-1952年，Wilkins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的堿基和核苷酸量，積累了大量的數(shù)據(jù)，提出了DNA堿基組成A=T、G=C的Chargaff規(guī)則，為堿基配對的DNA結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)打下了基礎(chǔ)在對DNA結(jié)構(gòu)的研究上1949-1952年，Wilkins15醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)--緒論課件16醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)--緒論課件17克里克(1916～)英國生物物理學(xué)家

沃森(1928～)美國生物學(xué)家1953年沃森、克里克在英國生物學(xué)家富蘭克林(女)等人研究成果的基礎(chǔ)上，首先提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，于1962年獲獎(jiǎng)?，F(xiàn)代分子生物學(xué)誕生的里程碑?？死锟?1916～)沃森(1928～)1953年沃森、克里18M.H.F.Wilkins&RosalindFrankin

X~rayphotographofDNAwithhighquality(核糖與磷酸連接成的扭曲繩子，每一節(jié)上都有配對的堿基)1951.King’sLab.LondonUniversityUKM.H.F.Wilkins&Ro19DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)示意圖DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)示意圖20二、分子生物學(xué)早期理論形成期1953，DNA雙螺旋模型建立－－－－1970年，JamesWatson第二版《Molecularbiologyofthegene》標(biāo)志分子生物學(xué)開始有了較完整的理論體系。這期間的主要內(nèi)容：

mRNA的發(fā)現(xiàn)、DNA聚合酶、RNA聚合酶DNA半保復(fù)制留機(jī)制、操縱子學(xué)說、遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)和破譯、生物遺傳的中心法則二、分子生物學(xué)早期理論形成期21分子生物學(xué)發(fā)展史上的重要進(jìn)展1943Avery證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)1951Sanger測定胰島素氨基酸序列1953WatsonCrick創(chuàng)建DNA雙螺旋模型1958MeselsonStahl證明了DNA半保留復(fù)制Kornberg分離出DNA聚合酶ICrick提出了遺傳信息傳遞的中心法則1960發(fā)現(xiàn)可形成DNA-RNA雜交分子1961JacobMonod提出操縱子學(xué)說Nirenberg破譯第一個(gè)遺傳密碼1965發(fā)現(xiàn)終止密碼UAGUGA中國人工合成牛胰島素19675實(shí)驗(yàn)室同時(shí)發(fā)現(xiàn)DNA連接酶分子生物學(xué)發(fā)展史上的重要進(jìn)展1943Avery221969Crick-Nirenberg確定全部遺傳密碼1970Smith限制性核酸內(nèi)切酶Temin逆轉(zhuǎn)錄酶1973Cohen體外構(gòu)建質(zhì)?！盎蚬こ獭卑被嵝蛄凶詣?dòng)測序儀1977Berget發(fā)現(xiàn)了斷裂基因Sanger創(chuàng)立了DNA測序方法1978真核基因在原核生物中表達(dá)1983Sanger測定噬菌體4850bp序列1984Shampay發(fā)現(xiàn)端粒酶1985KaryMullis發(fā)明了PCR技術(shù)1989ABIDNA自動(dòng)測序儀1990美國政府30億美元HGP1996Walmat首例克隆羊“多莉”問世2001HGP完成1969Crick-Nirenberg確定全部遺傳密碼23子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式

全保留式半保留式混合式1958MeselsonStahl證明了DNA半保留復(fù)制子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式全保留式24密度梯度實(shí)驗(yàn)

——實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想。含重氮-DNA的細(xì)菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第一代繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液第二代梯度離心結(jié)果密度梯度實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想。含重氮-D25DNA半保留復(fù)制模型DNA半保留復(fù)制模型26DNA-polⅠ（109kD）1958Kornberg分離出DNA聚合酶IDNA-polⅠ（109kD）1958Kornbe27DNA-polⅢ(250kD)DNA-polⅢ28`1DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄1970年H.Temin復(fù)制遺傳信息傳遞的中心法則：1958年F.Crick`1DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄1970年H.Tem291961-1969Nirenberg破譯遺傳密碼遺傳密碼表1961-1969Nirenberg破譯遺傳密碼遺30FrancoisJacob(44y)JacquesMonod(55y)(French)Lac.OperonTheory（1961）1965FrancoisJacob(44y)Lac.Oper31醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)--緒論課件32tRNA結(jié)構(gòu)tRNA結(jié)構(gòu)33三、現(xiàn)代分子生物學(xué)研究主要涉及三個(gè)領(lǐng)域1、從核酸和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能、基因組的結(jié)構(gòu)與功能到基因的復(fù)制、表達(dá)、調(diào)控及其生物學(xué)效應(yīng)2、從生物大分子之間的相互作用到這些相互作用構(gòu)成的細(xì)胞間通訊和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)3、從基因的結(jié)構(gòu)、功能、表達(dá)調(diào)控的分析到基因的制備、改造、調(diào)控、應(yīng)用所需的各種技術(shù)體系三、現(xiàn)代分子生物學(xué)研究主要涉及三個(gè)領(lǐng)域34四、20世紀(jì)70年代以來分子生物學(xué)飛速發(fā)展1、逆轉(zhuǎn)錄酶2、限制性內(nèi)切酶、連接酶基因重組3、斷裂基因4、DNA測序5、核酶6、PCR發(fā)明7、增強(qiáng)子等調(diào)控序列8、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物9、基因治療10、人類基因組計(jì)劃四、20世紀(jì)70年代以來分子生物學(xué)飛速發(fā)展1、逆轉(zhuǎn)錄酶352003年4月14日，國際人類基因組測序組隆重宣布：美、英、日、法、德和中國科學(xué)家歷經(jīng)13年的共同努力，人類基因組序列圖亦稱“完成圖”，提前繪制成功。為此，參與研究國6國政府首腦發(fā)表聯(lián)合聲明表示祝賀。從現(xiàn)在起，生物學(xué)被重新劃分為前基因組和后基因組兩部分，人類正生活在后基因組時(shí)代。2003年4月14日，國際人類基因組測序組隆重宣布：美、英、36美國的《Ｓｃｉｅｎｃｅ》（2005，309：78-102）雜志今年7月列出了今后有待解決的125個(gè)（25大，100較小）重大科學(xué)問題，其中65個(gè)（15大，50較?。┦巧飳W(xué)問題。人類的未解之謎，主要就在生命科學(xué)領(lǐng)域了。”《生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展》2005,32(8):691-697美國的《Ｓｃｉｅｎｃｅ》（2005，309：78-102）雜371為什么人類只有如此少的基因?2意識(shí)的生物學(xué)依據(jù)是什么?3遺傳變異和個(gè)人健康的聯(lián)系有多大?4人壽命能延長多少?5地球上的生命是何時(shí)何地產(chǎn)生的?6器官再生是由什么控制的?7怎樣使皮膚細(xì)胞變成神經(jīng)細(xì)胞?8合作行為是如何進(jìn)化的?9是什么決定了物種的多樣性?10是什么遺傳變化使我們成為獨(dú)特的人類?11記憶是如何儲(chǔ)存和提取的?12一個(gè)體細(xì)胞如何發(fā)育成為整個(gè)植株?13如何從海量的生物學(xué)數(shù)據(jù)中得出全面的結(jié)論?14我們能否選擇地關(guān)閉免疫反應(yīng)?15制造有效的HIV疫苗是否可能?1為什么人類只有如此少的基因?38第二節(jié)醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)主要是在分子水平進(jìn)行疾病相關(guān)研究第二節(jié)醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)主要是在分子水平進(jìn)行疾病相關(guān)研究39一、醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)的發(fā)展1940年，Pauling發(fā)現(xiàn)鐮刀狀紅細(xì)胞貧血的病因－－－－血紅蛋白結(jié)構(gòu)改變1959－－Down綜合癥－－21染色體1972－－重組DNA1976－－發(fā)現(xiàn)癌基因1978－－DNA多態(tài)與疾病相關(guān)1981－－構(gòu)建轉(zhuǎn)基因小鼠1982－－人工胰島素問世1986－－慢性肉芽腫?。–GD）定位克隆1987－－繪制出第一張遺傳圖譜1990－－第一例基因治療1995－－流感病毒基因組測序一、醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)的發(fā)展40例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·th