现代分子生物学

1、主要参考书主要参考书1现代分子生物学现代分子生物学 朱玉贤、李毅第三版（朱玉贤、李毅第三版（2007） 2. Genes VIII (IX). Benjamin Lewin 3. Molecular Biology of the Gene James D. Watson, et al. 2004 第五版第五版 4.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，20015. Lehninger Principles of Biochemistry, 2005 第五版第五版 第一章第一章 绪绪 论论一、二十一世纪是现代生物科学的世纪一、二十一世纪是现代生物科学的世纪 统

2、计美国统计美国“科学引文索引（科学引文索引（Science Citation Index, SCI）”收录的收录的6080余种学术刊物，发现有余种学术刊物，发现有4000种种左右为生物科学相关杂志！左右为生物科学相关杂志！ 统计全世界引用指数（统计全世界引用指数（Impact factor）在）在10以上以上的超一流学术刊物，也发现的超一流学术刊物，也发现80%左右是生物科学左右是生物科学相关刊物。相关刊物。表表 1.引用指数在引用指数在 10 以上的自然科学刊物分科比较以上的自然科学刊物分科比较 学学 科科 杂志总数杂志总数 平均引用指数平均引用指数 30 杂志杂志数数 总总 论论 3 17

3、8 0 化化 学学 2 118 0 物物 理理 5 220 2 数数 学学 1 182 0 生生 物物 38 191 8 2006年年SCI收录的收录的6000余种期刊的影响因子中余种期刊的影响因子中CA-CANCER J CLIN 63.342ANNU REV IMMUNOL 47.237NEW ENGL J MED 44.016ANNU REV BIOCHEM 36.525NAT REV CANCER 31.583NAT REV MOL CELL BIO 31.354SCIENCE 30.028CELL 29.194 NAT REV IMMUNOL 28.697NATURE 26.681分

4、子生物学分子生物学 是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学；征及其重要性、规律性和相互关系的科学； 是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。基础学科。二、分子生物学发展的三个阶段二、分子生物学发展的三个阶段(一一) 准备和酝酿阶段准备和酝酿阶段(二二) 现代分子生物学的建立和发展阶段现代分子生物学的建立和发展阶段(三三) 初步认识生命本质并改造生命的深初步认识生命本

5、质并改造生命的深 入发展阶段入发展阶段二、分子生物学发展的三个阶段二、分子生物学发展的三个阶段(一一) 准备和酝酿阶段准备和酝酿阶段（19世纪后期到世纪后期到20世纪世纪50年代初）年代初）1、确定了蛋白质是生命的主要物质基础、确定了蛋白质是生命的主要物质基础;2、确定了生物遗传物质基础是、确定了生物遗传物质基础是DNA(二二) 现代分子生物学的建立和发展阶段现代分子生物学的建立和发展阶段（ 20世纪世纪50年代初到年代初到70年代初）年代初） 1、DNA双螺旋结构模型（双螺旋结构模型（1953） (现代分子生物学诞生的里程碑现代分子生物学诞生的里程碑) 2、遗传信息传递中心法则的建立、遗传信

6、息传递中心法则的建立 3、对蛋白质结构与功能的进一步认识、对蛋白质结构与功能的进一步认识(三三)现代分子生物学深入发展的阶段现代分子生物学深入发展的阶段 1、重组、重组DNA技术的建立和发展技术的建立和发展; 2、基因组研究、基因组研究; 3、单克隆抗体及基因工程抗体技术、单克隆抗体及基因工程抗体技术; 4、基因表达调控机理、基因表达调控机理; 5、细胞信号转导机理研究、细胞信号转导机理研究。三、现代分子生物学发展中的主要里程碑三、现代分子生物学发展中的主要里程碑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

7、先使人们对最先使人们对性状遗传性状遗传产生了理性认识产生了理性认识 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

8、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。Watson和和Crick所提出的脱氧核糖酸双螺旋所提出的脱氧核糖酸双螺旋模型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平模型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路。了道路。Rosalind E. Franklin1920-19581953, 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

9、了该衍射研究证实了该模型。模型。 1961年，法国科学家年，法国科学家Jacob和和Monod提出提出并证实了并证实了操纵子（操纵子（operon）作为调节细菌细作为调节细菌细胞代谢的分子机制。胞代谢的分子机制。他们还推测存在一种与他们还推测存在一种与DNA序列相互补、能序列相互补、能将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所并将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所并翻译产生蛋白质的翻译产生蛋白质的mRNA（信使核糖核酸）。（信使核糖核酸）。对分子生物学的发展产生了极其重要的对分子生物学的发展产生了极其重要的指导作用。指导作用。Francois Jacob (Left), Jacques Mono

10、d (Center) & Andre Lwoff (Right),1965分享了诺贝尔生理医学奖分享了诺贝尔生理医学奖 1968年，年，Nirenberg，Holley和和Khorana共享诺贝尔共享诺贝尔生理医学奖生理医学奖 Nirenberg：破译：破译DNA遗传密码；遗传密码； Holley：阐明了酵母丙氨酸：阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列，的核苷酸序列，并证实了所有并证实了所有tRNA具有结构上的相似性；具有结构上的相似性； Khorana：第一个合成了核酸分子，并且人工复制：第一个合成了核酸分子，并且人工复制了酵母基因。了酵母基因。 1972年，年，Paul Berg（美）第一

11、次进行了（美）第一次进行了DNA重组。重组。 1977年，年，Sanger和和Gilbert（英）第一次进（英）第一次进行了行了DNA序列分析。序列分析。1980年，获诺贝尔化学奖年，获诺贝尔化学奖 1983年，年，McClintock由于在由于在50年代提出并发年代提出并发现了现了可移动遗传因子可移动遗传因子（jumping gene或称或称mobile element）而获得）而获得Nobel奖。奖。Barbra McClintock 1975年，美国人年，美国人Temin、Dulbecco和和Baltimore由于发现在由于发现在RNA肿瘤病毒中存在以肿瘤病毒中存在以RNA为模板，逆转录

12、生成为模板，逆转录生成DNA的的逆转录酶逆转录酶而而共享诺贝尔生理医学奖共享诺贝尔生理医学奖; 1989年，（美）年，（美）Altman和和Cech发现某些发现某些RNA具有酶的功能具有酶的功能而共享而共享Nobel化学奖；化学奖； 1993年，英国科学家年，英国科学家Roberts和和Sharp因因发现断裂基因（发现断裂基因（introns）而获得）而获得Nobel奖；奖； 1993年，（美）年，（美）Mullis由于发明由于发明PCR仪而仪而与加拿大学者与加拿大学者Smith（第一个设计基因定（第一个设计基因定点突变）共享点突变）共享Nobel化学奖。化学奖。 1994年，年，Gilman

13、和和Rodbell（美）由于发现了（美）由于发现了G蛋蛋白在细胞内信号转导中的作用白在细胞内信号转导中的作用而分享而分享Nobel生理医生理医学奖；学奖； 1999年，年，Blobel（美）由于阐述了（美）由于阐述了蛋白质在细胞蛋白质在细胞间的运转机制间的运转机制而获而获Nobel生理医学奖；生理医学奖； 2001年，年，Hartwell(美美)Hunt & Nurse(英英)因对因对细胞细胞周期调控因子周期调控因子的研究分享的研究分享Nobel生理医学奖生理医学奖; 2006年年,美国科学家美国科学家Kornberg由于在揭示由于在揭示真核细胞真核细胞转录机制转录机制方面的杰出贡献获得诺贝尔

14、化学奖。方面的杰出贡献获得诺贝尔化学奖。 美国科学家美国科学家Fire和和Mello由于在揭示控制遗传信息由于在揭示控制遗传信息流动的基本机制流动的基本机制RNA干扰干扰方面的杰出贡献而方面的杰出贡献而获得诺贝尔生理医学奖。获得诺贝尔生理医学奖。四、证明四、证明DNA就是遗传物质的就是遗传物质的主要历史事件主要历史事件 多少年来，人们反复提出的几个与一切生多少年来，人们反复提出的几个与一切生命现象有关的问题：命现象有关的问题：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动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而来的？

15、而来的？ 17世纪末叶，荷兰藉显微镜专家世纪末叶，荷兰藉显微镜专家Leeuwenhoek制作成功了世界第一架光学显微镜。制作成功了世界第一架光学显微镜。 Hooke，第一次用，第一次用“细胞细胞”这个概念来形容组成这个概念来形容组成软木的最基本单元。软木的最基本单元。 1847年，年，Schleiden和和Schwann提出提出“细胞学细胞学说说”，证明动、植物都由细胞组成。，证明动、植物都由细胞组成。细胞学说细胞学说 分析细胞的组成成分；分析细胞的组成成分； 弄清楚这些物质与细胞内生命现象的联系。弄清楚这些物质与细胞内生命现象的联系。 19世纪中叶到世纪中叶到20世纪初，是早期生物化学的世纪

16、初，是早期生物化学的大发展阶段，组成蛋白质的大发展阶段，组成蛋白质的20种基本氨基酸种基本氨基酸被相继发现，著名生物化学家被相继发现，著名生物化学家Fisher还论证还论证了连接相邻氨基酸的了连接相邻氨基酸的“肽键肽键”的形成。的形成。 经典生物化学经典生物化学 孟德尔在孟德尔在1857年到年到1864年间，用产生圆形年间，用产生圆形种子的豌豆同产生皱皮种子的植株杂交，得到种子的豌豆同产生皱皮种子的植株杂交，得到几百粒全是圆形的几百粒全是圆形的F1代种子。代种子。 第二年，他种植了第二年，他种植了253粒粒F1圆形种子并进圆形种子并进行自交，得到行自交，得到7324粒粒F2种子，其中种子，其中

17、5474粒圆形粒圆形，1850粒皱皮，圆皱比为粒皱皮，圆皱比为3:1。经典遗传学经典遗传学 用黄色圆形豌豆与绿色皱皮豌豆做杂交，发用黄色圆形豌豆与绿色皱皮豌豆做杂交，发现现F1种子全是黄色圆形的。种子全是黄色圆形的。 自交产生自交产生556粒粒F2代种子中，黄色圆形代种子中，黄色圆形315粒，黄色皱皮粒，黄色皱皮121，绿色圆形，绿色圆形108，绿色皱皮，绿色皱皮32。 四种类型接近于四种类型接近于9:3:3:1。绿绿 黄黄 圆圆 皱皱F2代代=9:3:3:1孟德尔总结出孟德尔总结出生物遗传生物遗传的两条的两条基本规律基本规律:第一，当两种不同植物杂交时，它们的下一代可能第一，当两种不同植物杂

18、交时，它们的下一代可能与亲本之一完全相同，他把这一现象称为与亲本之一完全相同，他把这一现象称为统一律统一律。他。他认为，生物的每一种性状都是由遗传因子控制的，这认为，生物的每一种性状都是由遗传因子控制的，这些因子可以从亲代到子代，代代相传。些因子可以从亲代到子代，代代相传。第二，将不同植物品种杂交后的第二，将不同植物品种杂交后的F1代种子再进行杂代种子再进行杂交或自交时，下一代就会按照一定的比例发生分离，交或自交时，下一代就会按照一定的比例发生分离，因而具有不同的形式，他把这一现象称为因而具有不同的形式，他把这一现象称为分离规律分离规律。在孟德尔遗传学基础上，在孟德尔遗传学基础上，Morgan

19、又提出又提出了了基因学说基因学说。 1910年，年，Morgan和他的助手们发现了第一和他的助手们发现了第一只白眼雄果蝇，称为只白眼雄果蝇，称为突变型突变型。正常情况下，。正常情况下，果蝇都是红眼的，称为果蝇都是红眼的，称为野生型野生型。Morgan将白将白眼雄果蝇与红眼雌果蝇交配，所产生的眼雄果蝇与红眼雌果蝇交配，所产生的F1代代不论雌雄，全为红眼果蝇（孟德尔的统一规不论雌雄，全为红眼果蝇（孟德尔的统一规律！）。律！）。 这些这些F1果蝇互相交配所产生的果蝇互相交配所产生的F2有红眼也有红眼也有白眼，但所有白眼果蝇都是雄性的，说有白眼，但所有白眼果蝇都是雄性的，说明该性状与性别有联系。明该性

20、状与性别有联系。 Morgan的这一的这一连锁遗传规律连锁遗传规律与孟德尔的遗与孟德尔的遗传性状独立分离规律是传性状独立分离规律是“背道而驰背道而驰”的！的！ 当所研究的当所研究的两个基因位于同一染色体上两个基因位于同一染色体上而又而又距离较近时，距离较近时，Morgan的的连锁遗传规律连锁遗传规律起主导起主导作用。作用。 当所研究的当所研究的两个基因位于不同染色体上两个基因位于不同染色体上时，时，孟德尔的孟德尔的独立分离规律独立分离规律起主导作用。起主导作用。 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（194

21、4）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. 英国科学家英国科学家Griffith等人发现，具有光滑外表的等人发现，具有光滑外表的S型肺炎链球菌能使小鼠发病，具有粗糙外表的型肺炎链球菌能使小鼠发病，具有粗糙外表的R型型细菌没有致病力。荚膜多糖能保护细菌免受动物细菌没有致病力。荚膜多糖能保护细菌免受动物白细胞的攻击。白

22、细胞的攻击。 首先用实验证明基因就是首先用实验证明基因就是DNA分子的是美国的微分子的是美国的微生物学家生物学家Avery。他首先将光滑型致病菌（。他首先将光滑型致病菌（S型）型）烧煮杀灭活性以后再侵染小鼠，发现这些死细菌烧煮杀灭活性以后再侵染小鼠，发现这些死细菌自然丧失了致病能力。自然丧失了致病能力。 解剖死鼠，发现有大量活的解剖死鼠，发现有大量活的S型细菌。他们推测，死细型细菌。他们推测，死细菌中的某一成分菌中的某一成分转化源转化源(transforming principle）将）将无致病力的细菌转化成病原无致病力的细菌转化成病原细菌。细菌。 10年后的实验表明，年后的实验表明，DNA就

23、是转化源。死细菌就是转化源。死细菌DNA指导了这一可遗传的转化，指导了这一可遗传的转化，从而导致了小鼠死亡。从而导致了小鼠死亡。DNA是细菌的是细菌的遗传物质遗传物质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。美国冷泉港卡内基遗传 学 实 验 室 科 学 家美国冷泉港卡内基遗传 学 实 验 室 科 学 家Hershey和他的学生和他的学生Chase在在1952年从事噬菌年从事噬菌体侵染细菌的实验。体侵染细菌的实验。噬菌体专门寄生在细菌体内，其头、尾外部都噬菌体专门寄生在细菌体内，其头、尾外部都是由蛋白质组成的外

24、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 噬菌体侵染细菌的主要过程如下：噬菌体侵染细菌的主要过程如下：噬菌体尾部的末端（基片、尾丝）吸附在细菌表噬菌体尾部的末端（基片、尾丝）吸附在细菌表面；面；噬菌体通过尾轴把噬菌体通过尾轴把DNA全部注入细菌细胞内，噬全部注入细菌细胞内，噬菌体的蛋白质外壳则留在细胞外面；菌体的蛋白质外壳则留在细胞外面；利用细菌的生命过程合成噬菌体自身的利用细菌的生命过程合成噬菌体自身的DNA和蛋和蛋白质；白质；用新合成的用新合成的DNA和蛋白质组装成与亲代完全相同和蛋白质组装成与亲代完全相同的子噬菌体；的子噬菌体；细菌

25、解体，释放子代噬菌体，侵染其他细菌。细菌解体，释放子代噬菌体，侵染其他细菌。 侵染细菌后立即收集噬菌体，可得到侵染细菌后立即收集噬菌体，可得到70%32P标记的标记的DNA，但只能得到，但只能得到20%标标记的蛋白质。如果侵染细菌后让噬菌体复记的蛋白质。如果侵染细菌后让噬菌体复制一代，那么，新生代噬菌体中制一代，那么，新生代噬菌体中30%的的DNA链上带有链上带有32P标记，而噬菌体总蛋白标记，而噬菌体总蛋白中只有不到中只有不到1%仍带有仍带有35S标记。标记。DNA是动物细胞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

26、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，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

27、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。中心法则中心法则Crick于于1954年所提出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” Meselson和和Stahl（1958）关于）关于DNA半半保留复制保留复制的实验的实

28、验; Yanofsky和和Brener（1961）年关于）年关于遗遗传密码三联子传密码三联子的设想都为分子生物学的的设想都为分子生物学的发展做出了重大贡献。发展做出了重大贡献。中国科学家的贡中国科学家的贡献献 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大影响的研究。学等一系列有重大影响的研究。 20世纪中下叶，我国科学家相继实现了人工全世纪中下叶，我国科学家相继实现了人工全合成有生物学活性的结晶牛胰岛素，解出了三合成有生物学活性的结晶牛胰岛素，解出了三方二锌猪胰岛

29、素的晶体结构，采用有机合成与方二锌猪胰岛素的晶体结构，采用有机合成与酶促相结合的方法完成了酵母丙氨酸转移核糖酶促相结合的方法完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成。核酸的人工全合成。五、分子生物学的主要研究内容五、分子生物学的主要研究内容 一切生物体中的各类有机大分子都是一切生物体中的各类有机大分子都是由完全相同的单体，如蛋白质分子中的由完全相同的单体，如蛋白质分子中的20种氨基酸、种氨基酸、DNA及及RNA中的中的8种碱基所组合种碱基所组合而成的。而成的。分子生物学研究的基本定理分子生物学研究的基本定理：1.构成生物体有机大分子的单体在不同生物构成生物体有机大分子的单体在不同生物中都是相同

30、的；中都是相同的；2.生物体内一切有机大分子的构成都遵循共生物体内一切有机大分子的构成都遵循共同的规则同的规则 ；3.某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分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。子决定了它的属性。 生物体内各种大分子、亚细胞结构的大小生物体内各种大分子、亚细胞结构的大小 DNA重组技术重组技术 (基因工程基因工程) 基因表达调控基因表达调控 生物大分子结构功能生物大分子结构功能 (结构分子生物学结构分子生物学) 基因组、功能基因组与生物信息学基因组、功能基因组与生物信息学分子生物学研究主要包括：分子生物学研究主要包括： 是是20世纪世纪70年代初兴起的技术科学，目

31、的是将年代初兴起的技术科学，目的是将不同不同DNA片段按照人们的设计定向连接起来，片段按照人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。 DNA重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶工程及微生物学、遗传学、细胞学长期深入研工程及微生物学、遗传学、细胞学长期深入研究的结晶，而限制性内切酶、究的结晶，而限制性内切酶、DNA连接酶及其连接酶及其他工具酶的发现与应用则是这一技术得以建立他工具酶的发现与应用则是这一技术得以建立的关键。的关键。DN

32、A重组技术重组技术 通过通过DNA连接酶把不同的连接酶把不同的DNA片段连接成一个整体。片段连接成一个整体。a. DNA的粘性末端的粘性末端; b. DNA的平末端的平末端; c. 化学合成的具有化学合成的具有EcoRI粘性粘性末端的末端的DNA片段。片段。重组重组DNA操作过程示意图操作过程示意图 可被用于大量生产某些在正常细胞代谢中产可被用于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低的多肽；量很低的多肽； 可用于定向改造某些生物的基因组结构，使可用于定向改造某些生物的基因组结构，使它们所具备的特殊经济价值或功能得以成百它们所具备的特殊经济价值或功能得以成百上千倍地提高；上千倍地提高； 可被用于进

33、行基础研究。可被用于进行基础研究。DNA重组技术具有广阔的应用前景重组技术具有广阔的应用前景基因表达调控研究基因表达调控研究 蛋白质分子控制了细胞的一切代谢活动，蛋白质分子控制了细胞的一切代谢活动，而决定蛋白质结构和合成时序的信息都由而决定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸分子编码。核酸分子编码。 基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译过程。过程。基因表达调控研究基因表达调控研究的主要内容的主要内容 信号转导研究信号转导研究 转录因子研究转录因子研究 RNA剪接研究剪接研究1. 信号转导信号转导 信号转导指外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传信号转导指外部信号

34、通过细胞膜上的受体蛋白传到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状或其他细胞功能方面的应答过程。或其他细胞功能方面的应答过程。 信号转导之所以能引起细胞功能的改变，主要是信号转导之所以能引起细胞功能的改变，主要是由于信号最后活化了某些蛋白质分子，使之发生由于信号最后活化了某些蛋白质分子，使之发生构型变化，从而直接作用于靶位点，打开或关闭构型变化，从而直接作用于靶位点，打开或关闭某些基因。某些基因。2. 转录因子转录因子 转录因子是一群能与基因转录因子是一群能与基因5端上游特定序列端上游特定序列专一结合，从而保证目的基因以特定的强度专一结合，从而保证目的

35、基因以特定的强度在特定的时间与空间表达的蛋白质分子。在特定的时间与空间表达的蛋白质分子。3. RNA剪接剪接 当真核基因转录成当真核基因转录成pre-mRNA后，除了在后，除了在5端加帽及端加帽及3端加多聚端加多聚A(poly(A)之外，还要之外，还要切去隔开各个相邻编码区的内含子，使外显切去隔开各个相邻编码区的内含子，使外显子相连后成为成熟子相连后成为成熟mRNA。生物大分子的结构功能研究生物大分子的结构功能研究(结构分子生物学结构分子生物学)是研究生物大分子特定的空间结构及结构的运是研究生物大分子特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学动变化与其生物学功能关系的科学,主要研究

36、主要研究方向方向: (1)结构的测定结构的测定; (2)结构运动变化规律的探索结构运动变化规律的探索; (3)结构与功能相互关系的建立。结构与功能相互关系的建立。 研究三维结构的主要方法研究三维结构的主要方法 X射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学）射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学） 二维和多维核磁共振法液相结构二维和多维核磁共振法液相结构 电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各种电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各种频谱学方法研究生物高分子的空间结构。频谱学方法研究生物高分子的空间结构。 基因组、功能基因组与生物信息学基因组、功能基因组与生物信息学 对人类等基因组全序列测序的完成，为确定基因对

37、对人类等基因组全序列测序的完成，为确定基因对人类生长发育和疾病的预防治疗提供了一个前所未人类生长发育和疾病的预防治疗提供了一个前所未有的大舞台；有的大舞台； 蛋白组计划（功能基因组计划）的提出和实施，将蛋白组计划（功能基因组计划）的提出和实施，将快速、高效、大规模鉴定基因的产物和功能；快速、高效、大规模鉴定基因的产物和功能； 依靠计算机快速高效运算并进行统计分类和结构功依靠计算机快速高效运算并进行统计分类和结构功能预测的生物信息学将最大限度地开发和运用基因能预测的生物信息学将最大限度地开发和运用基因组学所产生的庞大数据。组学所产生的庞大数据。Francois Jacob (Left), Jacques Monod (Center) & Andre Lwoff (Right),1965