第1章 分子生物学绪论.ppt

分子生物学MolecularBiology 主讲 马生健 博士 Tel674188 QQ 182240898E mail mashengjian1 Whatismolecularbiology 分子生物学简单的讲就是在分子水平研究生命现象的一门前沿学科 更具体的定义则不同的专家有不同的说法 分子生物学是揭示生物大分子结构与功能的学科 既是当前生命科学领域中最重要的基础学科和分支学科 也是该领域中属于最前沿的领军学科 正在强有力地推动着生物学及其相关领域许多学科的飞速发展 分子生物学与其它学科的关系 分子生物学与现代化学与物理学相对独立 又有交叉 分子生物学与生化 细胞学 遗传学关系密切 分子生物学已渗透到生物学的各个领域 成为生命科学的带头学科 生物学 研究生命现象与活动规律的科学 分类 非细胞生物具细胞形态生物 原核 古核 真核生物多样性 一定范围内不同的生物有规律地构成稳定的生态综合体 生物学 生物分类和生物多样性 化学 生物化学与化学生物学 化学 在原子 分子层次上研究物质的组成 结构 性质及其规律的科学 生物化学 研究生物的化学组成及其在生命活动中变化规律的一门学科 物理学 生物物理学 物理学 研究物质的结构 相互作用及其运动规律的学科 生物物理学 物理学与生物学相结合的一门边缘学科 应用物理学的概念和方法研究生物各层次与功能的关系 分析生命活动的物过程和物质在生命活动过程中表现的物理特性 遗传学 细胞生物学 发育生物学 遗传学 研究生物遗传和变异的科学 细胞生物学 在显微 亚显微和分子水平三层次研究细胞的结构 功能和生命规律的科学 干细胞 一类具有自我复制能力的多潜能细胞 在一定条件下 可分化成多种功能细胞 分子生物学的主要内容 本书从构成生物体的大分子开始 沿着遗传信息流向的中心法则 阐述生物大分子及其在复制 修复 重组 转录 翻译 信号转导 基因表达与调控等主要环节中的相互作用与功能 共分12章 主要包括生物大分子 基因与基因组 DNA的复制 DNA的损伤 修复与突变 转录 翻译 原核生物基因的表达调控 真核生物基因的表达调控 基因重组 基因工程和分子生物学常用的研究技术 结构分子生物学 任务 通过阐明生物大分子的三维结构来解释细胞的生理功能 遗传信息的传递规律 中心法则 图1 1 基因 基因组和蛋白质组 基因 DNA片段 断裂基因 重叠基因 假基因 移动基因基因组 单倍体细胞中全套染色体或病毒粒子所含的全部DNA或RNA分子 蛋白质组 全部基因表达的全部蛋白质及其存在方式 基因的表达调控 基因工程 持家基因奢侈基因基因工程基因诊断与治疗 Thehistoryofmolecularbiology分子生物学的历史 丛书序 一 萌芽阶段 Theembryostage 1950年前 1871年 Miescher发现核素 1900年 Mendel创立了分离规律和自由组合规律 提出了遗传因子的概念 1910年 Morgan 基因学说 二十年代 Levene研究了核酸的结构 并提出了四核苷酸假说 1944年 Avery证实DNA携带遗传信息 1948 1953年Chargaff等 DNA碱基组成A T G C的Chargaff规则 Theestablishstage创立阶段 1950 1970年 1953年 Watson和CrickDNA双螺旋 doublehelix 1958年 Crick中心法则 Centraldogma 1958年 Meselson和Stahl DNA半保留复制 semiconservativereplication 1958年Weiss及Hurwitz等发现依赖于DNA的RNA聚合酶 1968年 Okazaki 冈畸 提出DNA不连续复制模型 semi continuousreplication 1961年Hall和Spiege lman用RNA DNA杂交证明mRNA与DNA序列互补 逐步阐明了RNA转录合成的机理 1961年 Jacob和Monod操纵子学说 60年代 Nirenberg Ochoa以及Khorana等几组科学家的共同努力破译了RNA上编码合成蛋白质的遗传密码 Geneticalcodon Thedevelopmentstage发展阶段 1970年后 1970年 Temin和Baltimore发现逆转录酶阿尔伯 Arber 史密斯 Smith 和内森斯 Nathans 发现限制性内切酶 获1978年诺贝尔生理学和医学奖Sanger设计测定DNA分子内核苷酸序列 1980年与伯格 Berg 重组DNA技术 分享Nobel生理医学奖1983年 Mullis发明了PCR技术1989年Altman Cech发现核酶共享Nobel化学奖 转基因动物的研究 转基因植物的诞生 基因治疗技术 基因组时代 人类基因组计划 后基因组时代 基因功能与蛋白质组 分子生物学常用参考书目 1 MolecularBiologyoftheCell 4thEditionbyBAlberts 2 MolecularCellBiology 4thEditionbyHLodish 3 MolecularBiology 2ndEditionbyRWeaver 4 MolecularBiology InstantNotesinMolecularBiology 2ndEditionbyPTurner 5 AdvancedMolecularBiology byRTwyman 6 现代分子生物学 朱玉贤等 北京大学 分子生物学 郜金荣等 武汉大学 分子生物学 杨歧山 浙江大学 分子生物学 王曼莹 高等师范院校新世纪教材 基础分子生物学教程 赵亚华 十一五 国家级规划教材 分子生物学实验参考书目 1 分子克隆实验指南 Thebible 2 精编分子生物学实验指南3 分子生物学实验基础4 现代分子生物学实验原理与方法5 分子生物学实验技术6 现代分子生物学实验技术7 分子生物学基础技术8 PCR技术实验指南 分子生物学主要参考杂志 Cell37 297Science24 676Nature27 368NatureMedicine28 114NewEnglandJofMedicine27 766FASEBJ 14 629JofExperimentalMedicine14 384JofNaturalProducts1 432JofPharmacologicalScience1 543PlantaMedica1 430ChineseMedicalJ 0 127 SectionA细胞与大分子 原核细胞 真核细胞 Protein DNA RNA 其它大分子unrelatedtoMBcourse 多糖 脂类 Complexmacromoleculesincludingthesemolecules A1细胞分类 Prokaryoticcell Eukaryoticcell 根据细胞类型划分有机体 典型原核细胞示意图 类核 纤毛 鞭毛 A1Cellularclassification back 核糖体 Cellwall 细胞壁 保护细胞 菌 受低渗溶液裂解Plasmamembrane 质膜 双脂层与嵌入蛋白组成 可进行的交换Geneticmaterials 类核 单一环形染色体 质粒Ribosmes 核糖体 蛋白合成场所Pili 纤毛 细胞与其它细胞接触Flagella 鞭毛 细胞移动 典型真核细胞示意图 A1Cellularclassification back CytoskeletalFiber细胞骨架纤维 控制细胞的形状与运动组织一些代谢功能 Definition 细胞在分裂后生成的子细胞改变了它的基因表达模式 产生了功能上不同于母细胞的一种现象 Themainmolecularreason 基因转录改变了 但DNA本身没有变细胞分化受发育调控基因控制 此类基因的突变将导致异常个体出现 A1Cellularclassification back Cellulardifferentiation 细胞分化 Forexample原核生物与低等真核生物孢子形成 Sporeformation Fig S3 高等真核生物体细胞胚 Embryoniccell 分化成高度特异化的细胞 Fig S4 EmbryoniccelldifferentiationinXenopus 爪蟾属 fromasinglecelltoanadult tadpole Differentiationisregulatedbydevelopmentalcontrolgenes A1Cellularclassification Fig S4 back 蝌蚪 空间特异性 spatialspecificity 在个体生长全过程 某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现同形异位现象 homeosis 果蝇头部长触角部位长出脚来同形异位盒基因 homeobox 高度保守的一段核苷酸序列 180bp 控制胚胎发育的基因 PhylogenetictreedeterminedbyrRNAsequencecomparisons rRNA序列比较得到的系统发育树 A1Cellularclassification Fig S2 back A2亚细胞器 subcellularorganelles 细胞核Nuclei线粒体Mitochondria 叶绿体chloroplasts 内质网Endoplasmicreticulum 微体Microbodies 细胞器的分离 Organelleisolation CrosswithCellBiology 核 DNA复制 replication RNA转录 transcription 加工 processing 核糖体的组装 Ribosomeassembly A2Subcellularorganelles 线粒体 Mainfunction cellularrespiration ATPproductionviaoxidativephosphorylation DNAreplication RNAtranscription proteinsynthesis Nuclear encodedMitochonrialproteins synthesisandtransportation A2Subcellularorganelles 类囊体 基粒 Photosynthesis thelight dependentassimilationofCO2andH2OtoformcarbohydratesandO2 DNAreplication RNAtranscription proteinsynthesis Aplantspecificorganelle A2Subcellularorganelles 叶绿体 Nuclear encodedchloroplastproteins synthesisandtransportation drugoxidationanddetoxificatin 内质网 Proteinsynthesis蛋白质合成 酯类代谢 药物的氧化和解毒 A2Subcellularorganelles Microbodies lysosomes peroxisomesandglycoxysomes 溶酶体 过氧化物酶体 醛氧化酶体 Glyoxysomes 乙醛酸循环体 A2Subcellularorganelles 细胞器 Organelle 分离 centrifugation 离心 DensitygradientcentrifugationRatezonal velocity centrifugation 速度区带离心 Equilibriumcentrifugation 平衡离心 等密度离心 Differential speed centrifugation A2Subcellularorganelles Sedimentationcoefficient 沉降系数 s Densitygradients topreventconvectivemixingofthecomponentsafterseparationandtoensurelinearsedimentationratesofthecomponentsSupportingmaterials sucrose 蔗糖 Ficoll 一种合成多糖 cesdiumchloride 氯化铯 A3生物大分子Protein蛋白质 SectionB Nucleicacids核酸 SectionC Polysaccharides 多糖 Lipids 脂类 Complexmacromolecules复合大分子 MBcourse X Biochemistry Immunology A3Macromolecules 多糖是由单糖通过糖苷键共价结合的聚合物Polysaccharidesarepolymersofsimplesugarscovalentlylinkedbyglycosidicbonds 糖苷键 共价地 A3Macromolecules 脂类 单一脂Lipids individuallipidsarenotstrictlymacromolecules largelipidmoleculesarebuiltupfromsmallmonomericunitsandinvolvedinmanymacromoleculeassembly Triglycerides 甘油三酯 back Complexmacromolecules 复杂大分子 是一类生物大分子共价或非共价的结合 这种结合能显著提高复合物的结构与功能 Covalent 共价 ornoncovalentassociationsofmorethanonemajorclassesoflargebiomoleculeswhichgreatlyincreasesthefunctionalityorstructuralcapabilitiesofthecomplex 核蛋白Nulceoprotein nucleicacids protein SectionA4 A3Macromolecules 糖蛋白Glycoprotein carbohydrate protein 脂蛋白Lipoprotein Lipid protein A4大分子的组装Proteincomplexes 蛋白质复合体 Nucleoprotein 核蛋白 Membranes 膜 Noncovalentinteractions非共价相互作用 proteincomplexes蛋白质复合体 Longpolymersoftubulin维管蛋白 Fig 1 Schematicdiagramshowingthe a cross sectionaland b surfacepatternoftubulinaandbsubunitsinamicrotubule microfilament actinandmyosin componentsofmusclefibersaswell keratin cilia纤毛andflagella鞭毛 A4Largemacromol