分子课件 分子生物学 第一讲

1、课课 程程 大大 纲纲 第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 DNA的结构的结构 第三章第三章 有机体、染色体和基因有机体、染色体和基因 第四章第四章 DNA的复制的复制 第五章第五章 DNA的损伤、修复和突变的损伤、修复和突变 第六章第六章 RNA转录转录 第七章第七章 蛋白质翻译蛋白质翻译 第八章第八章 原核生物基因表达调控原核生物基因表达调控 第九章第九章 真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控 第十章第十章 遗传重组遗传重组 考试课考试课 课堂讲授进度实行互动，每章尽量体现课堂讲授进度实行互动，每章尽量体现 其在本门课程中的整体性其在本门课程中的整体性 每章给出复习题（问答、名词）每

2、章给出复习题（问答、名词）朱玉贤等朱玉贤等.现代分子生物学现代分子生物学，第二版，第二版， 高等教育出版社，高等教育出版社，2002孙乃恩等孙乃恩等.分子遗传学分子遗传学，南京大学出版社，南京大学出版社，1990张玉静等张玉静等.分子遗传学分子遗传学，科学出版社，科学出版社， 2000Lewin.B. Gene ， Benjamin Lewin . 科学出版社，科学出版社，2005 引言引言 分子生物学发展历程分子生物学发展历程 分子生物学的定义分子生物学的定义 分子生物学的主要研究内容分子生物学的主要研究内容 分子生物学展望分子生物学展望 分子生物学的应用分子生物学的应用1.1 进化论进化论

3、 19世纪初叶以前世纪初叶以前 生命是如何起源的？生命是如何起源的？ 为什么为什么”种瓜得瓜，种豆得豆种瓜得瓜，种豆得豆”，“有其父必有其子有其父必有其子”? 植物和动物是如何发育而来的，如何变化的？植物和动物是如何发育而来的，如何变化的？ 宗教、迷信，如上帝造人、造万物；亚当夏娃的故事宗教、迷信，如上帝造人、造万物；亚当夏娃的故事 1859 年年 伟大英国生物学家伟大英国生物学家达尔文达尔文 物种进化物种进化 “物竞天择，适者生存物竞天择，适者生存” 提出提出“一切生物都是可变的一切生物都是可变的” 否定否定“上帝造人上帝造人”的说法的说法; 推翻推翻“物物 种不变种不变”的神话的神话 使生

4、物学真正迈入实证自然科学使生物学真正迈入实证自然科学1.2 1.2 细胞学说细胞学说 十七世纪末页十七世纪末页 荷兰荷兰 显微镜专家显微镜专家 LeeuwenhoekLeeuwenhoek 制作了世界第一架显微镜制作了世界第一架显微镜 观察并命名观察并命名“微生物微生物”，发现其有完整的生命史，发现其有完整的生命史 HookeHooke 第一次用第一次用“细胞细胞”这个概念来形容组成软木的基本单这个概念来形容组成软木的基本单元元 19 世纪世纪 德国德国 植物学家植物学家 Schleiden 研究被子植物的胚囊研究被子植物的胚囊 德国德国 动物学家动物学家 Schwann 研究蛙类的胚胎组织研

5、究蛙类的胚胎组织 共同创立了生物科学的基础理论共同创立了生物科学的基础理论细胞学细胞学 1.3 现代生物学现代生物学进化论研究动植物的遗传规律分离、纯化、鉴定细胞内含物质 遗传学遗传学19世纪中叶世纪中叶 奥地利科学家、经典遗传学创奥地利科学家、经典遗传学创始人始人 Mendel提出生物遗传的两条基本原则：提出生物遗传的两条基本原则： 统一定律统一定律 分离定律分离定律1910年年 美国美国 Morgan 提出连锁遗传规律：提出连锁遗传规律： 第一次并将代表某一特定性状的基因，同某一特定的染色体联系起来第一次并将代表某一特定性状的基因，同某一特定的染色体联系起来 指出种质必须由某些独立的要素组

6、成，并把这些要素称为遗传因子，或简指出种质必须由某些独立的要素组成，并把这些要素称为遗传因子，或简单称为基因单称为基因 生物化学生物化学19世纪中叶世纪中叶20世纪初世纪初20 种基本氨基酸相继发现种基本氨基酸相继发现Fisher 论证了连接相邻氨基酸的论证了连接相邻氨基酸的“肽键肽键”的形成的形成脂类、糖类和核酸相继被认识和部分纯化脂类、糖类和核酸相继被认识和部分纯化 2. 2. 发展历程发展历程 1910 1910 A. KosselA. Kossel （德）（德）蛋白质、细胞及细胞核化学的蛋白质、细胞及细胞核化学的研究（研究（首先分离到首先分离到A、T和组氨酸和组氨酸） DNA 的发现的

7、发现英国微生物学家英国微生物学家 Frederrick Griffith 1928发现肺炎双球菌发现肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae)美国微生物学家美国微生物学家 Avery等等 1944年用实验证明了年用实验证明了DNA是遗传物质。是遗传物质。1928 by Frederick Griffith 其它证据其它证据DNA只存在于染色体中，且在细胞中的含量也稳定只存在于染色体中，且在细胞中的含量也稳定 。1952年年Hershey和和Chase等，冷泉港等，冷泉港(Cold spring Hardor) ， T2噬菌体，噬菌体，35S和和32P标记标记 DNA结构的发现结

8、构的发现 1953 Watson and Crick提出提出DNA双螺旋结构双螺旋结构 DNA 的合成的合成 1956 Kornberg 等，在大等，在大肠杆菌的无细胞提取液中实现肠杆菌的无细胞提取液中实现了了DNA的合成。这一工作获的合成。这一工作获得了得了1959年的年的Nobel奖。奖。Arthur Kornberg Crick，1956 遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则 DNA RNA蛋白质蛋白质 转录转录 翻译翻译 Meselson和和Stahl，1958 DNA的复制是半保留的的复制是半保留的(semiconservative replication )1959 195

9、9 OchoaOchoa( (美籍西班牙裔美籍西班牙裔) )Severo Ochoa 发现了细菌的多核苷酸磷酸化酶，成功地合发现了细菌的多核苷酸磷酸化酶，成功地合成了成了RNA；重建了遗传信息的传递过程：重建了遗传信息的传递过程：基因（基因（DNA）RNA蛋白质蛋白质1962年年 Wilkins X射线衍射法射线衍射法 证实证实DNA的模型的模型 1962 Kendrew Perutz（英国）（英国）John C. Kendrew Max F. Perutz 测定了肌红蛋白及血红蛋白的高级结构（三级）测定了肌红蛋白及血红蛋白的高级结构（三级） 成为研究生物大分子结构的先驱成为研究生物大分子结构

10、的先驱 Nirenberg ，1963 完成了密码子的破译完成了密码子的破译Marshall W. Nirenberg 1965 Jacob Monod （法国）（法国）Francis Jacob Jacques Monod 提出并证实了提出并证实了Operon（操纵子）（操纵子）作为调节细菌细胞代谢的分子机制作为调节细菌细胞代谢的分子机制首次提出首次提出mRNAmRNA分子的存在分子的存在 1968 Robert Holley，阐明了酵母丙氨酸，阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列，证明所的核苷酸序列，证明所有有tRNA的结构相似性的结构相似性 Khorana，第一个合成了核酸分子，并人工复

11、制了酵母基因，第一个合成了核酸分子，并人工复制了酵母基因Robert W. Holley Har Gobind Khorana Temin 和和Baltimore，1970 反转录酶，反转录酶，1975年的诺贝尔奖年的诺贝尔奖Howard M. Temin David Baltimore 发现了逆转录酶（发现了逆转录酶（ RNARNA肿瘤病毒中，以肿瘤病毒中，以RNARNA为模板，逆转录生成为模板，逆转录生成DNADNA的逆转的逆转录酶录酶 ） Berg 等，等，1972 第一个人工重组第一个人工重组DNA分子，获分子，获1980年诺贝尔奖年诺贝尔奖Paul Berg DNA重组，在细菌中表达

12、胰岛素重组，在细菌中表达胰岛素DNA重组技术的元老重组技术的元老 Gilbert，1977；Sanger，1977的序列测定，的序列测定，1980年的诺贝尔奖。年的诺贝尔奖。Frederick Sanger Walter Gilbert 酶法双脱氧核苷酸测序的设计者酶法双脱氧核苷酸测序的设计者化学测序法的设计者化学测序法的设计者 Sharp, 1977 发现基因中有内含子（发现基因中有内含子（intron）断裂基因）断裂基因 Altman 和和 Cech等，等，1981 发现核酶发现核酶(Ribozyme)，获，获1989年诺贝尔化年诺贝尔化学奖。学奖。 核酶，即核糖核酸质酶核酶，即核糖核酸质

13、酶（Ribozyme），即某些，即某些RNARNA具有酶的功能）具有酶的功能）Sidney Altman Thomas R. Cech McClintock ( (美美) )可移动的遗传因子可移动的遗传因子（jumping gene or mobile element）Barbara McClintock 1944年代初发现，年代初发现，1983年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖 1984 Kohler（德）（德） Milstein（美）（美） Jerne（丹麦）（丹麦）Georges J.F.KohlerCesar MilsteinNiels K. Jerne 发展了单克隆抗体发展了单克隆抗体(Mon

14、oclonal Antibodies McAb)(Monoclonal Antibodies McAb)技术，完善了极微量蛋白质的技术，完善了极微量蛋白质的检测技术检测技术 分享了诺贝尔生理医学奖分享了诺贝尔生理医学奖Mullins，1990发明发明PCR技术技术 1993年与第一个设计基因定点突变的年与第一个设计基因定点突变的Smith共享诺贝尔化学奖共享诺贝尔化学奖1994 ，吉尔曼（吉尔曼（Alfred G. Gilman，美国），罗德贝尔（，美国），罗德贝尔（Martin Rodbell，美国），美国），发现发现G-蛋白及其在细胞信号传导中的作用蛋白及其在细胞信号传导中的作用 ，分享了

15、诺，分享了诺贝尔生理医学奖贝尔生理医学奖吉尔曼罗德贝尔 1995，美国科学家爱德华美国科学家爱德华刘易斯刘易斯(Edward B. Lewis)和埃里克和埃里克维斯乔斯维斯乔斯 (Eric F. Wieschaus) 德国科学家沃尔哈德德国科学家沃尔哈德(Christiane Nsslein-Volhard 发现早期胚胎发育中的遗传调控机理发现早期胚胎发育中的遗传调控机理 ，分享了诺贝尔生理医学奖，分享了诺贝尔生理医学奖刘易斯刘易斯 沃尔哈德沃尔哈德 维斯乔斯维斯乔斯 1996 ，杜赫提（杜赫提（Peter C. Doherty，澳大利亚），辛克纳吉，澳大利亚），辛克纳吉（Rolf M. Zi

16、nkernagel，瑞士），瑞士）， 阐明了阐明了T-淋巴细胞的免疫淋巴细胞的免疫机制，分享了诺贝尔生理医学奖机制，分享了诺贝尔生理医学奖杜赫堤 辛克纳吉 1998罗伯罗伯佛契哥特（佛契哥特（Robert F. Furchgott，美国），伊格纳洛（，美国），伊格纳洛（Louis J. Ignarro，美国），费瑞，美国），费瑞慕拉德（慕拉德（Ferid Murad，美国），美国），发现在心脏血管发现在心脏血管中的信号传递功能，分享了诺贝尔生理医学奖。中的信号传递功能，分享了诺贝尔生理医学奖。Louis J. Ignarro Ferid Murad 1999京特京特布洛贝尔（布洛贝尔（Gnte

17、r Blobel，美国），美国）阐述了蛋白质在细胞间阐述了蛋白质在细胞间的运转机制，明确了信号肽及信号识别复合物在蛋白质跨膜运转过程中的主导的运转机制，明确了信号肽及信号识别复合物在蛋白质跨膜运转过程中的主导作用，获得诺贝尔生理医学奖。作用，获得诺贝尔生理医学奖。Gnter Blobel 2001利兰利兰哈特韦尔（哈特韦尔（Leland H. Hartwell，美国）提莫希，美国）提莫希亨特（亨特（R. Timothy Hunt，英国），保罗，英国），保罗纳斯（纳斯（Paul M. Nurse，英国），英国）研究细胞研究细胞周期调控因子，周期调控因子，即细胞周期依赖性蛋白激酶（CDK）和周期蛋

18、白（cyclin）,分分享了诺贝尔生理医学奖。享了诺贝尔生理医学奖。利兰哈特韦尔 提莫西亨特 保罗纳斯 2002年，年，悉尼悉尼布雷内（布雷内（Sydney Brenner，英国），罗伯特，英国），罗伯特霍维茨（霍维茨（H. Robert Horvitz，美国），约翰，美国），约翰苏尔斯顿（苏尔斯顿（John E. Sulston，英国），英国），发现器官发育和细胞程序性细胞死亡（细胞程序化凋亡）的遗传调控机理发现器官发育和细胞程序性细胞死亡（细胞程序化凋亡）的遗传调控机理 。悉尼悉尼-布雷内布雷内 罗伯特-霍维茨 约翰-苏尔斯顿 2003年，年，劳特伯（劳特伯（Paul Lauterbur，

19、美国），曼斯菲尔德（，美国），曼斯菲尔德（Peter Mansfield，英国），英国），关于核磁共振成像的研究。关于核磁共振成像的研究。 巴里-马歇尔(右)与罗宾-沃伦(左) 2006年，年，安德鲁安德鲁法尔法尔(美国美国)和克雷格和克雷格梅洛梅洛(美国美国) ，发现了，发现了RNA(核糖核酸核糖核酸)干扰机制。干扰机制。 马里奥卡佩基 马丁埃文斯 奥利弗史密斯 三位科学家“在涉及胚胎干细胞和哺乳动物重组方面有着一系列突破性发现”，为“基因靶向”技术的发展奠定了基础。德国科学家豪森的获奖成就是发现了人乳头状瘤病毒（），这种病毒是导致女性第二常见癌症宫颈癌的罪魁祸首。法国科学家巴尔西诺西和蒙塔

20、尼的获奖成就是发现了人类免疫缺陷病毒（），也就是人们常说的艾滋病病毒。哈拉尔德楚尔豪森（Harald zur Hausen） 巴尔-西诺西（Franoise Barr-Sinoussi） 吕克-蒙塔尼（Luc Montagnier） 3.分子生物学的定义分子生物学的定义 研究研究核酸、蛋白质等生物大分子核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重要的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的学科，性、规律性和相互关系的学科，是人类从是人类从分子水平上分子水平上真正揭示生真正揭示生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组主动地改造和重组自然自然

21、界的基础学科。界的基础学科。 -朱玉贤，李毅4. 分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容结构分子生物学结构分子生物学基因的表达与调控基因的表达与调控 DNA重组技术重组技术基因组和功能基因组学基因组和功能基因组学生物信息学生物信息学蛋白质组学蛋白质组学 5. 分子生物学展望分子生物学展望 遗传学遗传学 分类、进化分类、进化 发育生物学发育生物学 细胞生物学、神经生物学细胞生物学、神经生物学 数学、物理学、化学、工程等数学、物理学、化学、工程等 6.1 在农业上的应用在农业上的应用 品种选育：抗逆性、增产、提高营养价值等品种选育：抗逆性、增产、提高营养价值等 作为生物反应器生产人们所需产品作为

22、生物反应器生产人们所需产品 植物的组织培养快速繁殖脱毒等植物的组织培养快速繁殖脱毒等 转基因植物转基因植物6.2 在医学方面的应用在医学方面的应用 人类的基因组计划人类的基因组计划 疾病的诊断疾病的诊断 基因治疗（遗传疾病）基因治疗（遗传疾病） 单克隆抗体（生物导弹）单克隆抗体（生物导弹） 疾病的防治（基因工程疫苗）疾病的防治（基因工程疫苗） 生物制药生物制药 基因诊断基因诊断 基因诊断是在基因诊断是在DNA重组技术的基础上发展起来的新技术。重组技术的基础上发展起来的新技术。 病原物、突变位点病原物、突变位点PCR-酶解鉴定酶解鉴定 诊断遗传疾病诊断遗传疾病 如如珠蛋白基因突变造成的镰刀形细胞

23、贫血病珠蛋白基因突变造成的镰刀形细胞贫血病 突变恰好是在突变恰好是在CvnI限制性酶切位点限制性酶切位点 正常正常CCTGAGG突变成突变成CCTGTGG 在在CvnI酶位点两端设计引物酶位点两端设计引物PCR扩增后酶切扩增后酶切 由于酶切位点突变扩增的产物电泳发生变化由于酶切位点突变扩增的产物电泳发生变化遗传病遗传病*人类现有人类现有3000多种遗传病，已找到了多种遗传病，已找到了200 多个多个*与遗传病有关的基因。人类中的遗传病大致可分为单基因、多基因与遗传病有关的基因。人类中的遗传病大致可分为单基因、多基因和染色体病三大类。和染色体病三大类。*单基因遗传病：只与一对基因有关，它主要是由基因突变引起的，如白化病、单基因遗传病：只与一对基因有关，它主要是由基因突变引起的，如白化病、血友病、色盲等血友病、色盲等*多基因遗传病：是指由几对基因的变化引起的疾病，例如，高血压、糖尿病、多基因遗传病：是指由几对基因的变化引起的疾病，例如，高血压、