分子生物学 绪论

1、讲授的内容介绍：1、绪论2、染色体与DNA 3、生物信息的传递（上）从DNA到RNA4、生物信息的传递（下）从mRNA到蛋白质5、分子生物学研究方法（上） DNA、RNA及蛋白操作技术6、分子生物学研究方法（下） 基因功能研究技术7、基因的表达与调控（上）原核8、基因的表达与调控（下）真核11、基因组与比较基因组学第一章 绪论回顾所学知识点分子生物学定义分子生物学发展简史分子生物学研究内容分子生物学展望一、回顾所学知识点1、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2、细胞学说（1847）德国 Schleiden(19世纪）德国 Schwann（19世纪）荷兰 Leeuwen

2、hoek（17世纪）列文虎克细胞学说的主要内容有： 细胞是有机体， 一切动植物都是由单细胞发育而来， 即生物是由细胞和细胞的产物所组成； 所有细胞在结构和组成上基本相似； 新细胞是由已存在的细胞分裂而来； 生物的疾病是因为其细胞机能失常。3、经典的生物化学和遗传学 19世纪中叶，蛋白质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。 孟德尔Gregor Mendel (1822-1884),奥地利科学家，经典遗传学的奠基人1857-1864的7年中，进行了豌豆的杂交研究，1865 年发表了

3、他的划时代的论文植物杂交试验在论文中提出了“遗传因子”的概念，并得出了二条规律：统一律（P5）：F1=3：1分离分离规律：F2=9：3：3：1的分离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F1F24、DNA的发现1944年， 美国著名微生物学家 Avery证明 gene就是DNA分子，DNA才是遗传信息的载体，蛋白质不是。Avery的肺炎双球菌转化实验Hershey和Chase的噬菌体侵染细菌试验第一章 绪论回顾所学知识点分子生物学定义分子生物学发展简史分子生物学研究内容分子生物学展望二、分子生物学定义 从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生

4、命现象本质的科学 ，主要指遗传信息的传递（复制）、保持（损伤和修复）、基因的表达（转录和翻译）与调控。强调以上各种生命活动（Biochemical processes） ：1是什么（what，生物学重要性和具体过程）， 2所涉及的生物大分子（DNA、RNA、蛋白质) 是如何相互作用使之发生的（how）。第一章 绪论回顾所学知识点分子生物学定义分子生物学发展简史分子生物学研究内容分子生物学展望近半个世纪以来 医学，化学中重大突破与成就者 Nobel Prize分子生物学发展的里程碑与主要内容现代分子生物学的发展简史三、分子生物学发展简史1、孕育阶段（18201950年代） 1865年，孟德尔发表

5、了他的植物杂交实验一文，首次阐述了生物界有规律的遗传现象。“遗传因子 ” 1900年，孟德尔遗传规律被证实，成为近代遗传学基础。 1910年，Morgan的染色体基因遗传理论 ， Gene 存在于染色体上。进一步将“性状”与“基因”相耦联，成为现代遗传学的奠基石。 1944年，美国微生物学家Avery证明基因就是DNA分子，提出 DNA是遗传信息的载体。2、创立阶段（19501970年代） 1953年， 美国科学家Watson 和英国科学家Crick提出 DNA Double Helix model 1962年Watson、 Crick与Wilkins共享诺贝尔生理医学奖通过对DNA分子的X射

6、线衍射研究证实了前两者提出的DNA的模型 1958年Crick提出中心法则。（P463） 1958年，Meselson 和Stahl证明 DNA半保留复制。半保留复制（Semiconservative replication）是描述DNA的复制方式，目前已知的所有细胞皆以此方式进行复制。也是唯一确认存在于自然界中的模型。StahlMeselson1959年，美籍西班牙裔科学家Uchoa和美国Kornberg发现了DNA和RNA的生物合成机理而分享了诺贝尔生理医学奖。 1961年，法国科学家Jacob（雅各布） 和Monod（莫诺）提出操纵子学说（第七章） 并首次提出了mRNA的概念1965年获

7、得诺贝尔生理医学奖3、发展阶段（1970年代以后） 1970年，Temin 和Baltimore在RNA肿瘤病毒中发现逆转录酶。1975年，获诺贝尔生理医学奖 1977年，Sanger等人发明了一种测定DNA分子内核苷酸序列的方法。 桑格 (Sanger） 吉尔伯特( Gilbert） 伯格（Berg） 1980年，与Gilbert和Berg共享诺贝尔化学奖Sanger还由于测定了牛胰岛素的一级结构而获得1958年诺贝尔化学奖。1983. Barbara McClintock (86y)DNA transposable elememt1983年，美国遗传学家McClintock因发现可移动的遗

8、传因子而获得诺贝尔生理医学奖。she is the only woman to receive an unshared Nobel Prize in that category 1997年，美国科学家 Prusiner 发现朊病毒是阿尔次海默病（早老性痴呆症）等疾病的病原获得诺贝尔生理医学奖第一章 绪论回顾所学知识点分子生物学定义分子生物学发展简史分子生物学研究内容分子生物学展望四 、分子生物学研究内容 DNA重组技术（基因工程） 基因的表达调控 生物大分子的结构和功能研究(结构分子生物学） 基因组、功能基因组与生物信息学研究所有生物体中的有机大分子都是以C为核心以共价键的形式与H、O、N、P

9、以不同的方式构成的一切生命体中的各类有机大分子都是由完全相同的单体，如 Pr （20aa）、DNA/RNA中的8种碱基所组成的，由此产生了分子生物学的三条基本原理：1. 构成生物体各类有机大分子的单体在不同生物中都是相同的（无物种特异性）;2. 生物体内一切有机大分子的建成都遵循共同的规则;3. 某一特定生物体所拥有的核酸和蛋白质分子决定了它的属性.分子生物学的三条基本原理 DNA重组技术将不同的DNA片段（如某个基因or 基因的一部分）按照人们的设计方向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。 DNA重组技术有着广阔的应用前景（P13）1、可被用

10、于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低的多肽 ;2、可用于定向改造某些生物的基因组结构 ;3、可被用来进行基础研究 基因的表达调控（第7&8章） 基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。在个体生长发育过程中生物遗传信息的表达按一定时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）。原核生物的基因组和染色体结构都比较简单，转录和翻译在同一时间和空间内发生，基因表达的调控主要发生在转录水平。（第7章） 真核生物转录和翻译过程在时间和空间上都被分隔开，且在转录和翻译后都有复杂的信息加工过程，其基因表达的调控可以发生在各种不同的水平上。其基因表达调控主要表现在信号传导研究、转录因

11、子研究及RNA剪辑3个方面。（第8章）一个生物大分子，无论是核酸、蛋白质或多糖，在发挥生物学功能时，必须具备两个前提：拥有特定的空间结构（三维结构）；发挥生物学功能的过程中必定存在着结构和构象的变化。结构分子生物学就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。它包括3个主要研究方向：结构的测定结构运动变化规律的探索结构与功能相互关系结构分子生物学基因组、功能基因组与生物信息学研究2001年，Nature和Science同时发表人类基因组全序列。功能基因组学又往往被称为后基因组学，它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质得研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。生物信息学从事对基因组研究相关生物信息的获取、加工、储存、分配、分析和解释。包括了两层含义，一是对海量数据的收集、整理与服务，也就是管好这些数据；另一个是从中发现新的规律，也就是用好这些数据。第一章 绪论回顾所学知识点分子生物学定义分子生物学发展简史分子生物学研究内容分子生物学展望五、分子生物学展望分子生物学的发展揭示了生命本质的高度有序性和一致性，是人类认识论上的重大飞跃。生命活动的一致性，决定了二十一世纪的生物学将是真正的系统生物学，是生物学范围内所有学科在分子水