朱玉贤现代分子生物学第四版-第一章绪论.ppt

1、现代分子生物学现代分子生物学课程基本要求课程基本要求熟知核酸的基本生物化学特性；熟知核酸的基本生物化学特性；熟知生物信息的储存与表达过程；熟知生物信息的储存与表达过程；掌握掌握DNA、RNA和蛋白质的基本代谢过程，特别和蛋白质的基本代谢过程，特别是基因的一般结构与生物功能，基因活性的修饰是基因的一般结构与生物功能，基因活性的修饰与调节；与调节；掌握分子克隆与掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原理，了重组的基本技术与原理，了解现代分子生物学基本研究方法，了解基因治疗解现代分子生物学基本研究方法，了解基因治疗与基因组学的新成果，新进展。与基因组学的新成果，新进展。生物学：研究生命现象、生命本质、

2、生命活动生物学：研究生命现象、生命本质、生命活动及其规律的科学。及其规律的科学。细胞水平细胞水平整体水平整体水平分子水平分子水平分子生物学是生物学研究的一个分支分子生物学是生物学研究的一个分支细胞生物学细胞生物学：从细胞水平理解生命活动遗传学遗传学：从遗传角度理解生命活动 生物化学生物化学：从化学组成角度来理解生物大分子和生物代谢。普通生物学（动物普通生物学（动物&植物）植物）&微生物学微生物学：不同生物类型的特点分子生物学分子生物学：从分子水平理解生命活动4 4通过研究通过研究“基因敲基因敲除除”的小鼠将帮助研究的小鼠将帮助研究人类的癌症、糖尿病和人类的癌症、糖尿病和高血压等慢性疾病与遗高血

3、压等慢性疾病与遗传的关系。传的关系。转基因羊转基因羊具有生长快、毛具有生长快、毛质、肉质好、疾病少质、肉质好、疾病少及耐粗饲料等优点。及耐粗饲料等优点。在猴子的未受精卵中加入在猴子的未受精卵中加入附加基因，并利用它成功培育附加基因，并利用它成功培育出健康活泼的小猴出健康活泼的小猴“安迪安迪”。通过对通过对“安迪安迪”的研究我的研究我们可以简单地引进如老年性痴们可以简单地引进如老年性痴呆病的基因、帕金森病基因等，呆病的基因、帕金森病基因等，加快针对这类疾病疫苗的开发加快针对这类疾病疫苗的开发研究。研究。教材教材:朱玉贤等，现代分子生物学朱玉贤等，现代分子生物学，第四版，第四版 Reference

4、s:Sambrook J,et al.Molecular cloning-A Laboratory manual.3rd ed.2001,Cold Spring Harbor Laboratory Press Technology Press 此书被誉为分子生物学的此书被誉为分子生物学的“圣经圣经”7 7主要参考书主要参考书1.GenesVIII(IX).BenjaminLewin2.MolecularBiologyoftheGeneJamesD.Watson,etal.2004第五版第五版3.现代遗传学原理现代遗传学原理徐晋麟等，科学出版社，徐晋麟等，科学出版社，20014.Lehninge

5、rPrinciplesofBiochemistry,2005第五版第五版第一章第一章 绪论绪论 多少年来，人们反复提出的几个与一切生命多少年来，人们反复提出的几个与一切生命现象有关的问题：现象有关的问题：1.生命是怎样起源的？生命是怎样起源的？2.为什么为什么“有其父必有其子有其父必有其子”？3.动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而来的？来的？1.1 1.1 引言引言1.1.1 1.1.1 创世说与进化论创世说与进化论达尔文 1859年物种起源，确立了进化论的概念分子进化论1.1.2 1.1.2 细胞学说（细胞学说（18471847）德国 植物学家Schle

6、iden德国 动物学家Schwann早期生物学家的另一大贡献是提出了细胞理论。动植物的基本单元是细胞，这是细胞学说的核心。1.1.3 1.1.3 经典的生物化学和遗传学经典的生物化学和遗传学 19世纪中叶，蛋白质（发现动植物细胞提取液中主要是一些能受热或酸变性形成纤维状沉淀的物质）19世纪中叶到20世纪初，组成蛋白质的20种基本氨基酸被相继发现（1935年，苏氨酸）著名生物化学家Fisher还论证了连接相邻氨基酸的“肽键”的形成。Gregor Mendel(1822-1884).The Father of Genetics孟德尔孟德尔的的遗传学规律遗传学规律最先使人们对最先使人们对性状遗传性状

7、遗传产生了理性认识产生了理性认识在孟德尔遗传学的基础上，美国著名的遗传学家Morgan又提出了基因学说。连锁遗传规律1515摩尔根(T.H.Morgan,1866-1945)孟德尔孟德尔（奥地利）的（奥地利）的遗传学规律遗传学规律最先使人们最先使人们对性状遗传产生了理性认识；对性状遗传产生了理性认识；Morgan（美）的（美）的基因学说基因学说则进一步将则进一步将“性性状状”与与“基因基因”相耦联，成为分子遗传学的相耦联，成为分子遗传学的奠基石。奠基石。1910年，德国科学家年，德国科学家Kossel第一个第一个分离了分离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸,获诺贝尔生理医获诺贝

8、尔生理医学奖。学奖。1959年，美国科学家年，美国科学家Uchoa第一次第一次合成了合成了核糖核酸核糖核酸，实现了将基因内的遗传信息通过，实现了将基因内的遗传信息通过RNA翻译成蛋白质的过程。翻译成蛋白质的过程。1959年，年，Kornberg实现了实现了试管内细菌细胞试管内细菌细胞中中DNA的复制的复制。1.1.4 DNA1.1.4 DNA的发现与基因学说的创立的发现与基因学说的创立证明证明DNA就是遗传物质的就是遗传物质的具有重要意义的实验具有重要意义的实验Griffith（1928）及）及Avery（1944）等人关）等人关于致病力强的光滑型（于致病力强的光滑型（S型）肺炎链球菌型）肺炎

9、链球菌DNA导致致病力弱的粗糙型（导致致病力弱的粗糙型（R型）细菌型）细菌发生遗传转化的实验发生遗传转化的实验;Hershey和和Chase（1952）关于）关于DNA是遗是遗传物质的实验传物质的实验;DNA是细菌的遗传物质是细菌的遗传物质.解解剖剖死死鼠鼠，发发现现有有大大量量活活的的S型型细细菌菌。他他们们推推测测，死死细细菌菌中中的的某某一一成成分分转转化化源源(transforming principle）将将无无致致病病力力的的细细菌菌转转化化成成病病原细菌。原细菌。10年年后后的的实实验验表表明明，DNA就就是是转转化化源源。死死细细菌菌DNA指指导导了了这这一一可可遗遗传传的的转

10、转化化，从而导致了小鼠死亡。从而导致了小鼠死亡。DNA是细菌的遗传物质是细菌的遗传物质Avery等人的工作树立了遗传学理论上全新的观点等人的工作树立了遗传学理论上全新的观点DNA是遗传信息的载体。是遗传信息的载体。美美国国冷冷泉泉港港卡卡内内基基遗遗传传学学实实验验室室科科学学家家Hershey和和他他的的学学生生Chase在在1952年年从从事事噬噬菌菌体侵染细菌的实验。体侵染细菌的实验。噬噬菌菌体体专专门门寄寄生生在在细细菌菌体体内内，其其头头、尾尾外外部部都都是由蛋白质组成的外壳，头内主要是是由蛋白质组成的外壳，头内主要是DNA。DNA也是病毒的遗传物质也是病毒的遗传物质DNA是动物细胞

11、的遗传物质是动物细胞的遗传物质当当DNA加入到某种在培养加入到某种在培养基中培养的真核单细胞生基中培养的真核单细胞生物群落中，核酸就会进入物群落中，核酸就会进入到细胞中去，其中有一部到细胞中去，其中有一部分就会合成出一些新的蛋分就会合成出一些新的蛋白质。白质。导入导入DNA的表达将使细胞的表达将使细胞产生一些新的特性。产生一些新的特性。图图.胸腺嘧啶核苷激酶的合成胸腺嘧啶核苷激酶的合成DNA到底是什么样的呢？到底是什么样的呢？Avery在在1944年的报告中这样写道：当溶液中年的报告中这样写道：当溶液中酒精的体积达到酒精的体积达到9/10时，有纤维状物质析出；如时，有纤维状物质析出；如稍加搅动

12、，这种物质便会像棉线绕在线轴上一样稍加搅动，这种物质便会像棉线绕在线轴上一样绕在硬棒上，溶液中的其他成分则以颗粒状沉淀绕在硬棒上，溶液中的其他成分则以颗粒状沉淀留在下面。溶解纤维状物质并重复沉淀数次，可留在下面。溶解纤维状物质并重复沉淀数次，可提高其纯度。这一物质具有很强的生物学活性，提高其纯度。这一物质具有很强的生物学活性，初步实验证实它很可能就是初步实验证实它很可能就是DNA。Watson和和Crick所所提提出出的的脱脱氧氧核核糖糖酸酸双双螺螺旋旋模模型型，为为充充分分揭揭示示遗遗传传信信息息的的传传递递规规律律铺铺平平了道路。了道路。Rosalind E.Franklin1920-19

13、581953,Watson&Crick提出提出DNA的反向平的反向平行双螺旋模型行双螺旋模型;Wilkins通过对通过对DNA分子的分子的X射线射线衍射研究证实了该衍射研究证实了该模型。模型。1.2 1.2 分子生物学简史分子生物学简史一、一、1944196619441966年，人类对年，人类对DNADNA和遗传信息传和遗传信息传递的认识阶段递的认识阶段二、二、1967197819671978年，重组年，重组DNADNA技术的建立和发技术的建立和发展阶段展阶段三、三、19791979年至今，重组年至今，重组DNADNA技术的应用和分技术的应用和分子生物学迅速发展阶段子生物学迅速发展阶段一、认识

14、阶段一、认识阶段19441944年，年，Avery Avery 证明证明DNADNA是遗传物质是遗传物质19501950年，年，Chargaff Chargaff 提出提出ChargaffChargaff定则定则19531953年，年，Watson&Crick Watson&Crick 成功解析了成功解析了DNADNA分子二级分子二级结构结构19581958年，年，DNADNA半保留复制半保留复制19611961年，年，Jacob&Monod Jacob&Monod 提出了调节基因表达的操提出了调节基因表达的操纵子模型纵子模型突然之间，一切都变得很清楚冥思苦想3030二、建立和发展阶段二、建立

15、和发展阶段19701970年，年，Smith&Wilcox Smith&Wilcox 分离到第一种限制性分离到第一种限制性核酸内切酶核酸内切酶1972197319721973年，年，Boyer&Berg Boyer&Berg 发展了重组发展了重组DNADNA技术，并完成了第一个细菌基因的克隆，开创技术，并完成了第一个细菌基因的克隆，开创基因工程的新纪元基因工程的新纪元19751975年，年，Southern Southern 发明了发明了DNADNA片段的印迹法片段的印迹法19771977年，年，SangerSanger双脱氧链终止法双脱氧链终止法中心法则中心法则Crick于于1954年所提出

16、的遗传信息传递规律年所提出的遗传信息传递规律1954年首次年首次提出的提出的“中心法则中心法则”1970-1980年年的的“中心法则中心法则”21世纪后修正世纪后修正的的“中心法则中心法则”三、快速发展阶段三、快速发展阶段19811981年，年，CechCech 发现了发现了ribozymeribozyme19821982年，年，PrusinerPrusiner 发现了朊病毒发现了朊病毒prionprion19851985年，年，KarryKarry Mullis Mullis 发明了发明了PCRPCR反应反应19901990年，人类基因组计划正式启动年，人类基因组计划正式启动19971997年，克隆羊多利诞生，同年年，克隆羊多利诞生，同年GenBankGenBank 公布公布了最新的人类基因图谱了最新的人类基因图谱20012001年，人类基因组计划草图公布年，人类基因组计划草图公布中国科学家的贡献中国科学家的贡献吴宪吴宪20世纪世纪20年代与汪猷、张昌颖等人一道完年代与汪猷、张昌颖等人一道完成了蛋白质变性理论、血液生化检测和免疫化成了蛋白质变性理论、血液生化检测和免疫化学等一系列有重