分子生物学第一章绪论教学课件

1、分子生物学 班级：生物系 教师： 杨东英第1页，共74页。 教学大纲绪论DNA的结构DNA的生物合成RNA的生物合成蛋白质的生物合成原核生物的基因表达调控真核生物的基因表达调控分子生物学基本技术第2页，共74页。第一章 绪 论一、分子生物学的基本含义 二、分子生物学的主要研究内容 三、分子生物学发展简史 四、分子生物学与其他学科的关系 第3页，共74页。 1、分子生物学含义的理解 教学重点： 1、分子生物学的含义 2、分子生物学的主要研究内容 教学难点：第4页，共74页。2、主要任务 阐明生物大分子的结构及结构与功能的关系3、研究对象 核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传 信息和细胞信息传

2、递中的作用1、定义 从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科一、分子生物学的基本含义第5页，共74页。4、分子生物学的主要研究内容核酸的分子生物学 分离克隆基因 （clone） 确定基因的结构 (structure) 基因的功能研究 (function) 生化功能 生理功能 基因表达调控研究 (express control)蛋白质的分子生物学细胞信号转导的分子生物学第6页，共74页。二、分子生物学发展简史1.准备和酝酿阶段 蛋白质 DNA 2.建立和发展阶段 中心法则 蛋白质结构与功能3.深入发展阶段 重组DNA技术 基因组研究 基因表达调控 细胞信号转导 第7页，共74页。(1822 -

3、1884)分离定律自由组合定律遗传因子学说 第8页，共74页。孟德尔分离律图示第9页，共74页。第10页，共74页。德弗里斯 荷兰柯灵斯 德国 契马克澳大利亚“重新发现”孟德尔遗传定律第11页，共74页。1879年德国生物学家弗莱明发现细胞核内的染色体 1903年美国细胞学家萨顿提出了遗传的染色体学说 Friedrich Miescher (1844-1895) 1869年法国的米歇尔从白细胞核中分离出DNAWilhelm Ludwig Johannsen 185719271909年丹麦生物学家约翰逊创造了基因（gene）一词第12页，共74页。 Thomas Hunt Morgan 1866

4、19451910年创立遗传的染色体理论2第13页，共74页。1913年A.H.Stutervant提出以交换值作为染色体上基因相对距离的想法1927年 美国遗传学家缪勒发现X射线照射可人工诱使遗传基因发生突变1931Barbara McClintock和 Harriet Creighton : 染色体重组1902-1992 第14页，共74页。1941George Beadle 和E. L. Tatum：一基因一酶学说1944Oswald Avery1953James Watson and Francis Crick1958Matthew Meselson and Franklin Stahl

5、1961Sidney Brenner, Franois Jacob & Matthew Meselson第15页，共74页。1966Marshall Nirenberg & Har Gobind Khorana1970Hamilton Smith1972Paul Berg 1973Herbert Boyer & Stanley Cohen 1977Walter Gilbert and Frederick Sanger1977Phillip Sharp, Richard Roberts 第16页，共74页。三十三年来有关分子生物学诺贝尔获奖名单年份 获奖者 内容 所获的诺贝尔奖1962年 J.D

6、.Wasten， DNA双螺旋结构 诺贝尔生理和医学奖 H.C.Click1965年 F.Jacob 基因调控乳糖操纵子 诺贝尔生理和医学奖 J.L.Monod1966年 F.P.Rous 病毒致癌学说 诺贝尔生理和医学奖1968年 R.W.Holley 核糖核酸中心法则 诺贝尔生理和医学奖 H.G.Khorana M.W.Nurenberg1969年 M.Delbruck 噬菌体基因研究 诺贝尔生理和医学奖 A.D.Hershey S.E.Luria1972年 S.Moore 核糖核酸三维结构 诺贝尔化学奖 W.H.Stein1974年 A.Claude 分离细胞发现RNA病毒 诺贝尔生理和

7、医学奖 G.E.Palade第17页，共74页。1975年 D.Baltimore 逆转录酶，DNA病毒 诺贝尔生理和医学奖 H.M.Temin R.Dolbeco1978年 W.Arber DNA限制性内切酶 诺贝尔生理和医学奖 D.Nathens H.O.Smith1980年 P.Berg 重组 DNA 诺贝尔化学奖 W.Gilbert DNA顺序分析1982年 A.Klug 核酸蛋白复合体 诺贝尔化学奖1986年 R.L.Montalcini 生长因子 诺贝尔生理和医学奖 S.Cohen1988年 G.Eline 抗DNA合成类药物 诺贝尔生理和医学奖 G.Hitchigns1989年

8、J.M.Bishop 癌基因学说 诺贝尔生理和医学奖 H.E.armans T.CachRNA 酶催化活性 诺贝尔化学奖 S.Altman(Ribozyme) 第18页，共74页。1993年 R.Roberts， 断裂基因 诺贝尔生理和医学奖 P.sharp K.B.Mullis PCR仪 诺贝尔化学奖 M.Smith 寡聚核苷酸介导基因突变法 诺贝尔化学奖1994年 A.Gliman 信号传导和G-蛋白 诺贝尔生理和医学奖 M.Rodbell2019年 E.B.Lewis, C基因和果蝇突变关系探讨 诺贝尔生理和医学奖 Nusslein-Volhard， E.Wieschaus第19页，共7

9、4页。（一）理论上的三大发现40年代，发现了生物遗传物质的化学本质是DNA50年代，Walson-crick提出了DNA结构的双螺旋模 型，搞清楚了生物遗传的分子机制3. 60年代，确定了遗传信息的传递方式： DNARNAprotein第20页，共74页。 1.DNA is the genetic material第21页，共74页。The genetic material of phage T2 is DNA. DNA is the genetic material第22页，共74页。第23页，共74页。 2.DNA is a double helix第24页，共74页。DNA is a d

10、ouble helix第25页，共74页。3.The central dogma第26页，共74页。定向基因改造设想 设想一能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？能否让细菌“吐出”蚕丝？设想二能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？设想三经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术基因工程。第27页，共74页。（二）技术上的四大发明基因的剪刀限制性内切酶基因的针线DNA连接酶基因的车子载体逆转录酶第28页，共74页。限制性内切酶能识别双链DNA中特定碱基顺序的核酸水解酶大都从原核生物中发现提取的以内切方式水解核酸链中磷酸二酯键 5-P 3-OH分类： 型:

11、复合功能酶,兼有修饰、切割两种特性，识别位点 和切割位点不一致，不能形成特异片段。 型：与型相似。 型：通常所说的限制性内切酶，识别序列为46个bp。第29页，共74页。第30页，共74页。DNA连接酶将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。连接的部位：磷酸二酯键，不是氢键第31页，共74页。载体是携带靶DNA片段进入宿主细胞进行扩增和表达的工具。质粒（plasmid)为最常用的载体。 可自主复制 有遗传标记和筛选标记 具多克隆位点第32页，共74页。逆转录酶1970年， Baltimore和 Temin等同时各自发现了逆转录酶，打破了遗传学的中心法则，使真核基因的制备

12、成为可能第33页，共74页。1973年Cohen完成第一个基因工程实验经体外重组获得杂合DNA杂合子转化入大肠杆菌所需元件： 限制性内切酶 连接酶 载体 受体细胞第34页，共74页。第35页，共74页。基因工程过程示意图从细胞中分离出DNA限制酶截取DNA片断分离大肠杆菌中的质粒 DNA重组用重组质粒转化大肠杆菌培养大肠杆菌克隆大量基因第36页，共74页。Two Methods for Delivering DNA into Plant Cells第37页，共74页。制备抗虫转基因植物。分离毒素蛋白基因将毒素基因插入到Ti质粒中第38页，共74页。1994Transgenic tomatoes

13、 sold in the shops第39页，共74页。Two methods of producing transgenic mice第40页，共74页。转基因动物的一般制备过程。第41页，共74页。转基因动物的一般制备过程（续）。第42页，共74页。1988Transgenic sheep第43页，共74页。1989a transgenic pig第44页，共74页。带有人生长激素基因的转基因小鼠正常小鼠第45页，共74页。Producing EnviropigsTransgenic pigMicroinjection of genes into pig egg第46页，共74页。转基因食

14、品 想说爱你不容易第47页，共74页。克隆技术第48页，共74页。第49页，共74页。第50页，共74页。第51页，共74页。克隆技术大事记 1938年:德国科学家首次提出克隆设想。 1952年:科学家开始用青蛙进行克隆实验。1970年:克隆青蛙实验取得突破,青蛙卵发育成了蝌蚪1981年:科学家进行克隆鼠实验,据称用鼠胚胎细胞培育出了正 常的鼠1984年:第一只胚胎克隆羊诞生。2019年2月24日:英国罗斯林研究所宣布克隆羊培育成功2019年2月23日:英国PPL医疗公司宣布，该公司克隆出一头牛犊“ 杰弗逊先生”。2019年7月5日:日本科学家宣布，他们利用成年动物体细胞克隆 的两头牛犊诞生。

15、2019年7月22日:用成年鼠的体细 胞成功地培育出了第三代共50多只克隆鼠2019年5月31日:美国夏威夷大学的科学家,利用成年体细胞克 隆出第一只雄性老鼠 2019年6月17日:美藉华人科学家杨向中克隆出小牛 2000年1月3日:美国著名华人杨向东克隆出6头牛犊。 2000年1月:美国科学家宣布克隆猴成功，这只恒河猴被命名“ 泰特拉”。 2000年3月14日:曾参与克隆小羊“多利”的英国PPL公司宣布成功培育出5头克隆猪。 第52页，共74页。第53页，共74页。 第54页，共74页。基因组一个生物的所有基因一套完整单体的遗传物质总和人类基因组计划 HumanGenomeProject,H

16、GP 于1990年正式启动 识别人类DNA中所有基因 测定人类DNA的30亿碱基对的序列 将这些信息储存到数据库中 开发出有关数据分析工具 解决可能引发的伦理,法律和社会问题 物种 DNA数量HBV 3.2kb噬菌体 49kb大肠杆 4000kb酵母 17000kb果蝇 164000kb人 3000000kb对人类而言：22+X+Y+mtDNA人类基因组第55页，共74页。100-200 kb克隆片段基因组测序的一般流程分级鸟枪测序法 基因组DNA细菌人工染色体文库DNA克隆的排序 （物理作图） 分段测序随机打断后克隆DNA测序DNA序列的组装第56页，共74页。2019年为止已经测定了 59

17、9种病毒与类病毒 205种自然存在的质粒 185种细胞器 31种真细菌 7种古细菌 1种真菌 2种动物 1种植物 2019年10月中国杂交水稻（籼稻）基因组工作框架图完成2019年11月家蚕基因组“框架图”绘制完成2019年3月完成红原鸡基因组序列图的测序和组装工作2019年10月21日Mimivirus病毒的基因组图谱绘制2019年 1月木瓜全基因组测序启动。 第57页，共74页。（三）分子生物学的发展趋势进一步完善相关技术 微量化 自动化 产业化 高通量学科的交叉、融合第58页，共74页。2、细胞生物学与分子生物学关系 细胞是生命的基本功能单位， 基因功能必须通过细胞来表现， 离开细胞，就

18、没有生命。四、分子生物学与其他学科的关系1、生物化学与分子生物学关系分子生物学：信息传递过程生 物 化 学：物质与能量转换过程生物化学是分子生物学的基础；分子生物学生物化学 第59页，共74页。4、遗传学与分子生物学关系 研究生物的遗传及变异规律 遗传变异的本质DNA3、微生物学与分子生物学关系作为分子生物学研究的模型生物分子生物学操作的一部分（基因扩增、克隆、表达） 第60页，共74页。、你对现代分子生物学的含义和包括的研究范围是怎 么理解的？复习思考题、你对分子生物学的现况和今后的发展有何看法？ 第61页，共74页。参考文献和网页网址Turner P.C. et al. Molecular

19、 Biology. 科学出版社 2019Weaver R. Molecular Biology. 科学出版社 2019Benjamin Lewin. Genes VI, Oxford Uni. Press, 2019阎隆飞 张玉麟。 分子生物学，中国农业大学出版社，2019朱玉贤 李毅。现代分子生物学，高等教育出版社，2019李振刚。分子遗传学，科学出版社，2000第62页，共74页。作者：朱玉贤，李毅，郑晓峰编著出 版 社：高等教育出版社出版时间： 2019-11-1印刷时间： 2019/11/01I S B N ： 9787040222142第63页，共74页。参考教材第64页，共74页。英文原版中文译本第65页，共74页。第66页，共74页。第67页，共74页。第68页，共74页。【作者】（美）J.D.沃森 同作者作品 作译者介绍 【译者】 吴家睿同译者作品 【出 版 社】 科学出版社 【书 号】 703015651X 第69页，共74页。【作者】保罗拉比诺 同作者作品 作译者介绍 【译者】 朱玉贤同译者作品 【丛 书 名】 哲人石丛书当代科普名著系列 【出 版 社】 上海科技教育出版社 【书 号】 7542818805 第70页，共74页。中国生物信息： /分子生物学信息网 ：37c生命科学商务网： e800