现代分子生物第一章绪论.ppt

1、绪论染色体与DNA生物信息的传递（上）从DNA到RNA生物信息的传递（下）从mRNA到蛋白质基因的表达与调控（上）原核基因表达调控模式基因的表达与调控（下）真核基因表达调控的一般规律分子生物学研究方法疾病与人类健康教学内容教学内容 熟知核酸的基本生物化学特性，熟知生物信息的熟知核酸的基本生物化学特性，熟知生物信息的储存存与表达与表达过程，掌握程，掌握DNADNA、RNARNA和蛋白和蛋白质的基本代的基本代谢过程，特程，特别是基因的一般是基因的一般结构与生物功能，基因活性的修构与生物功能，基因活性的修饰与与调节，了，了解解现代分子生物学基本研究方法，了解基因治代分子生物学基本研究方法，了解基因治

2、疗与基因与基因组学的新成果，新学的新成果，新进展。展。基本要求基本要求分子生物学的发展基础分子生物学发展简史分子生物学的研究内容分子生物学展望第一章第一章绪论绪论n 分子生物学的发展基础分子生物学的发展基础一、创世说与进化论生命是怎样起源的？为什么“有其父必有其子”？动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而来的？创世说达尔文与进化论1859年Charles Darwin发表了Origin of Species确定了进化论的概念。提出“物竞天择，适者生存”二、二、细胞学胞学说的建立的建立17世纪末，荷兰Leeuwenhoek用自制显微镜观察到活的生命现象微生物。大约同时代的RobertHooke第一

3、次提出“cell”概念。十九世纪，德国植物学家Schleiden和动物学家Schwann建立了生物科学的理论基础细胞学说。他们认为：所有组织的最基本单元是形状非常相似而又高度分化的细胞。细胞的发生和形成是生物界普遍和永久的规律。n分子生物学的发展基础分子生物学的发展基础三、经典的生物化学和遗传学进化论和细胞学说的结合，产生了现代生物学。以研究动、植物遗传变异规律为目标的遗传学。以分离纯化、鉴定细胞内含物质为目标的生物化学。n分子生物学的发展基础分子生物学的发展基础十九世纪，人们就已经发现了蛋白质。证明蛋白质是生活细胞中所有化学反应的执行者和催化剂1869年，Misescher首次从莱茵河鲑鱼精

4、子中分离到DNA。二十世纪初，组成蛋白质的20种氨基酸被相继发现。细胞的其他成分，如脂类、糖类和核酸也相继被认识和部分纯化。1910年，德国科学家Kossel首先分离得到了腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸。（一）经典的生物化学（一）经典的生物化学GregorMendel:1822-1883年年,奥地利遗传学家奥地利遗传学家 1843年，年，大学毕业，修道院传教士大学毕业，修道院传教士 豌豆杂交实验（豌豆杂交实验（1857-1865），），28000株株 1865年年2月月，在奥地利布尔诺自然科学会议上宣读，在奥地利布尔诺自然科学会议上宣读 研研 究成果和他的理论解释。究成果和他的理论解释。1865年，

5、年，发表发表植物杂交实验植物杂交实验论文论文,布尔诺自然科布尔诺自然科学学 会杂志会杂志第第4卷卷,论文中他将控制性状的遗传论文中他将控制性状的遗传 因素称为遗传因子，已经形成了基因的雏形。因素称为遗传因子，已经形成了基因的雏形。（二）经典遗传学的建立和发展（二）经典遗传学的建立和发展1900年年 春天春天，荷兰的德弗里斯，荷兰的德弗里斯，德国的科伦斯，德国的科伦斯，奥地利的切马克，奥地利的切马克，u 1909,1909,丹麦丹麦 W.Johannsen(W.Johannsen(约翰约翰逊逊)根据希腊文根据希腊文 “给予生命给予生命”之之义创造了义创造了基因（基因（genegene）一词一词

6、18571927（18661945）u1922,1922,美国美国T TH HMorgan(Morgan(摩尔根摩尔根)创立了遗传的染色体理论创立了遗传的染色体理论谈家桢谈家桢u肺炎球菌实验肺炎球菌实验1944年年 Avery，确定，确定了遗传物质的基础是了遗传物质的基础是DNA，而不是蛋白质，而不是蛋白质19281928年年年年，英国，英国，英国，英国 GriffithGriffith S S S S型肺炎球菌：有荚膜，型肺炎球菌：有荚膜，型肺炎球菌：有荚膜，型肺炎球菌：有荚膜，菌落表面光滑菌落表面光滑菌落表面光滑菌落表面光滑 R R R R型肺炎球菌：无荚膜，型肺炎球菌：无荚膜，型肺炎球菌

7、：无荚膜，型肺炎球菌：无荚膜，菌落表面粗糙菌落表面粗糙菌落表面粗糙菌落表面粗糙（三）（三）DNA的发现的发现1952年年Alfred Hershy （赫尔希）（赫尔希）和和Marsha Chase（蔡斯）进一（蔡斯）进一 步证明遗传物质是步证明遗传物质是DNA T2T2噬菌体的遗传物质被噬菌体的遗传物质被噬菌体的遗传物质被噬菌体的遗传物质被 证明是证明是证明是证明是DNA(DNA(捣碎实验捣碎实验捣碎实验捣碎实验)u噬菌体转染实验噬菌体转染实验 1953年2月28日中午，剑桥大学的两位年轻的科学家弗朗西斯克里克和詹姆斯沃森步入老鹰酒吧，宣布他们的发现：DNA是由两条核苷酸链组成的双螺旋结构。1

8、953年4月25日英国自然杂志发表了这一成果。1953年年2月月28日日,Waterson和和Crick用金属线又制出用金属线又制出了新的了新的DNA模型模型,他们为他们为自然科学树立了一座闪自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑闪发光的里程碑.1962年，沃森和克里克与莫里斯威尔金斯一起因为发现DNA双螺旋结构赢得了诺贝尔奖。n DNADNA双螺旋结构双螺旋结构的发现的发现LikeCrick,NewZealand-bornWilkinstrainedasaphysicist,andwasinvolvedwiththeManhattanprojecttobuildthenuclearbomb.Wi

9、lkinsworkedonX-raycrystallographyofDNAwithFranklinatKingsCollegeLondon,althoughtheirrelationshipwasstrained.HehelpedtoverifyWatsonandCricksmodel,andsharedthe1962Nobelwiththem.Maurice Wilkins(1916-)Franklin,trainedasachemist,wasexpertindeducingthestructureofmoleculesbyfiringX-raysthroughthem.Herimage

10、sofDNA-disclosedwithoutherknowledge-putWatsonandCrickonthetracktowardstherightstructure.Rosalind Franklin(1920-1958)下面收下面收录了了对基因基因的五个定的五个定义l基因是存在于基因是存在于细胞内有自我繁殖能力的胞内有自我繁殖能力的遗传单位。位。l基因是一个具有基因是一个具有遗传功能的特定核苷酸序列的功能的特定核苷酸序列的DNADNA片段。片段。l编码一个一个RNARNA或一条多或一条多肽链的的DNADNA片段称片段称为一个基因。一个基因。l基因是生物体基因是生物体遗传的基本的基本

11、单位位,存在于存在于细胞的染色体上胞的染色体上,作作直直线排列。排列。l基因是生物体内一切具有自主复制能力的最小基因是生物体内一切具有自主复制能力的最小遗传功能功能单位位,其物其物质基基础是一条以直是一条以直线排列具有特定核苷酸序列的核排列具有特定核苷酸序列的核酸片段。酸片段。含重氮含重氮-DNA的细菌的细菌培养于普培养于普通培养液通培养液 第一代第一代继续培养于继续培养于普通培养液普通培养液 第二代第二代梯度离心结果梯度离心结果n分子生物学发展简史分子生物学发展简史1958年，年，Meselson和和Stahl提出了提出了DNA的半保留复制的半保留复制1953年Sanger首次阐明了胰岛素的

12、一级结构，开创了蛋白质序列分析的先河，他于1958年获诺贝尔化学奖。http:/www.ysbl.york.ac.uk/mgwt/thesis-tth/chapter1.htmln分子生物学发展简史分子生物学发展简史1962年Kendrew和Perutz利用X射线解析了肌红蛋白和血红蛋白的三维结构，论证了蛋白质在输送分子氧过程中的特殊作用，成为研究生物大分子空间立体构型的先驱。1966年破译了全部年破译了全部64个遗传密码：个遗传密码：以上研究成果为基因工程的问世提供了以上研究成果为基因工程的问世提供了理论依据理论依据。图图1-3 遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则1954年年 20

13、世纪世纪7080年代年代 21世纪世纪分子生物学研究方法的确立分子生物学研究方法的确立1967年发现了可将DNA连接起来的DNA连接酶。1970年Smith、Qilcox及Kelley分离到第一种可以在DNA特定位点将DNA分子切开的限制性核酸内切酶。同年，美国人Temin和Baltimore发现RNA肿瘤病毒中存在逆转录酶，他们于1975年共享诺贝尔生理学奖。1972年，Berg、Boyer等人第一次成功地完成了DNA重组实验。1974年，首次实现了异源真核生物的基因在大肠杆菌中的表达。1975-1977年，美国人Sanger和Gilbert发明了快速DNA序列测定技术，并于1977年完成了

14、噬菌体X174基因组的序列测定。1980年Sanger和Gilbert与Berg分享了诺贝尔化学奖。1986年，Mullis发明了PCR技术。1994年Gilman和Rodbell由于发现G蛋白在细胞信号转导中的作用获得诺贝尔生理医学奖。1995年Lewis，Volhard和Wieschaus由于在40-70年代鉴定了果蝇体节发育基因分享诺贝尔奖。1999年Blobel由于阐述蛋白质在细胞间的运转机制，明确了SRPS在蛋白质跨膜转运过程中的主导作用获得诺贝尔奖。2001年Hartwell、Hunt和Nurse因为对细胞周期调控因子而获诺贝尔生理医学奖。2007年诺贝尔生理学或医学奖授予Mari

15、oR.Capecchi、MartinJ.Evans和OliverSmithies因胚胎干细胞研究获该奖项。信号传递信号传递1989年Bishop和Varmus发现正常细胞中带有原癌基因分享了诺贝尔生理医学奖2008年度诺贝尔生理学或医学奖授予了德国HaraldzurHausen，法国FranoiseBarr-Sinoussi和LucMontagnier，前者由于其在人乳头瘤病毒（HPV）研究方面的成就获奖，后两者则因发现人类免疫缺陷病毒而获奖。2009年诺贝尔生理学或医学奖授予ElizabethBlackburn、CarolGreider和JackSzostak以表彰他们发现了端粒和端粒酶保护

16、染色体的机理。疾病与健康疾病与健康人类基因组计划1988年Waston出任“人类基因组计划”首席科学家，举世瞩目的人类基因组测序工作开始启动。1996年，酵母基因组DNA的全部序列测定工作完成。2000年6月26日，人类基因组工作框架图绘制完成。1999年9月，我国获准参加国际人类基因组计划研究，成为继美、英、日、德法之后的第六个参与国，承担了1%的测序工作。分子生物学的基本原理构成生物体各类有机大分子的单体在生物中都是相同的生物体内一切有机大分子的建成都遵循共同的规则某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性DNA重组技术基因表达调控研究生物大分子的结构功能研究基因组、功能基因组与生物信息学研究n分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容DNA重组技术指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其他载体分子，构成遗传物质的新组合，并将之导入到原先没有这类分子的寄主细胞内，从而使接受者产生新的遗传性状的技术。DNA重组技术建立的关键限制性内切酶、DNA连接酶及其他工具酶的发现和应用。DNA重组技术的应用可用于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低的多肽可用于定向改造某些生物基因组结构可用于