医学分子生物学基础培训课件

1、医学分子生物学基础医学分子生物学基础 认识生命现象的二大标志性突破: (1) 确定了蛋白质是生命的主要物质- 19世纪末 Bucher兄弟: 酶是生物催化剂 糖 发酵洒精 酵母 20世纪30-40年代: 酶的本质是蛋白质 许多生命现象(生命代谢活动) 与酶有关,可 用纯酶或蛋白质在体外重复 (2) 确定生物遗传基础物质是DNA- 1944年O.T.Avey 证明肺炎球菌转化因子是DNA 1952年A.D.Hershey 和M.Chase进一步证明DNA 是遗传物质医学分子生物学基础2 认识生命现象的二大标志性突破: 医学分子生2. 现代分子生物学的建立和发展(50-70年代) 里程碑:1953

2、年Watson & Crick DNA双螺旋链。 DNA双螺旋链发现的价值: 确立了核酸作为信息分子的结构基础, 提出了碱基 配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式 确定了核酸是遗传的物质基础 为认识核酸与蛋白 质的关系及基在生命中的作用打下最重要的基础 本阶段的标志性进展： 遗传信息传递中心法则的建立 DNA 复制将信息传 给子代, RNA在遗传信息传到蛋白质过程中起着中 介作用; mRNA与DNA序列互补。 认识到蛋白质是接受RNA 的遗传信息而合成 破译 了RNA上编码合成蛋白质的遗传密码 ，认识了蛋白医学分子生物学基础32. 现代分子生物学的建立和发展(50-70年代)医学分子生 质翻

3、译过程中的基本过程。 HIV (Human Immuno-deficiency Virus) 属RNA病毒, 是AIDS (Acquired Immuno-deficiency Syndrom)病源二、分子生物学主要研究内容 1. 核酸的分子生物学 -研究核酸的结构及功能 (包括核酸/基因组的结 构、 遗传信息的复制、转录一翻译、核酸储存的信息修 复与突变、基因表达调控和基 因工程技术的发展等) 2. 蛋白质的分子生物学 -研究执行各种生命功能的主要大分子-蛋白质的结 构与功能医学分子生物学基础4 质翻译过程中的基本过程。医学分子生物学基 3. 细胞信息转导的分子生物学 研究细胞内 / 细胞间

4、信息传递的分子基础。 外源信号 细胞 （转为一系列生物化学变化 如蛋白质构象转变、 蛋白质分子磷酸化、蛋白相互间的变化等） 细胞增殖/ 分化/ 分泌 （适应环境需要） 研究的目标是阐明每一种信号转导与传递的途径 /参与该途径的所有分子的作用和调节方式 / 各途 径间的网络调控系统。医学分子生物学基础5 3. 细胞信息转导的分子生物学医学分子生物学基础5 第二节 基因与基因工程 一、基因与基因组 基因 ( 1909年丹麦W.L.Johannsen) -基因是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷 酸序列，是遗传物质的最小功能单位。 对于编码蛋 白质结构基因来说，基因是决定一条多肽链的 DNA 功

5、能片段。 -基因分子位于细胞核的染色体上 ; 其通过复制把 遗传信息传递给下一代, 从而使后代表现出与亲代相 似的性状。 -正常人体有23对染色体, 长度总和约1600亿公里; 其中的性染色体X-Y是决定性别的。医学分子生物学基础6 第二节 -基因分三类： 编码蛋白质基因（具有转录和翻译功能） 只有转录功能但无翻译功能的基因 不转录基因（调控基因） 基因组 指细胞或生物体一条完整单体的全部染色体物质 遗传物质的总和。包括全部基因与调控元件, 具体来 说，基因组主要指不同的DNA功能区域在整个DNA 分子中的分布情况，即总体DNA核苷酸顺序。 人类细胞基因组 通常指包括X-Y染色体在内的23 对

6、染色体中的所有基因。 人类基因组计划 (Human Genome Project, HGP) 旨在阐明人类基因组30亿个碱基对的序列, 发现所有医学分子生物学基础7 -基因分三类：医学分子生物学基础7医学分子生物学基础培训课件 基因工程分5个步骤 (下图): 待插入的外源DNA 质粒载体 (连接) 重组体DNA (转化) 宿主染色体 (筛选) (克隆) DNA重组体的构建与克隆示意图 医学分子生物学基础9 基因工程分5个步骤 (下图):医学分子生物学基 (1)获取符合要求的DNA片段 ( 目的基因 ) - (2)用特异限切酶切割 目的基因 和载体DNA- (3)重组DNA (将目的基因与质粒或

7、病毒DNA连接 )- (4)将重组DNA 引入某种细胞 (5)把能表达的目的基因受体细胞挑选出来- -从20世纪80年代始, 基因工程药品 疫苗等产品广泛 应用于医药领域; 基因工程技术在农 林 牧 渔等行业 也大显身手,培育出许多高产质优抗性强的新品种。三、基因芯片 基因芯片概念（定义） 基因芯片技术-是一种大规模集成的固相杂交， 即在医学分子生物学基础10 (1)获取符合要求的DNA片段 ( 目的基因 固相支持物上原位合成寡核苷酸 或 直接将多种预先 制备DNA探针 以显微打印方式有序的 固定于支持物 表面，然后与标记的样品杂交。通过对杂交信号的检 测分析，得出样品的遗传信息（基因序列与表

8、达的信 息），由于常用计算机硅芯片作因相支持物，所以称 为DNA芯片。 基因芯片的应用： 生物医学、分子生物学基础研究 - 利用基因芯片技术 可寻找基因与疾病（Ca. / 遗传病/ 传染病等）的相关性进而发展相关药物 / 疫苗治疗 医学临床诊断 - 一旦弄清疾病与基因的相关性,基因芯片即可提供高 效简便诊断。现代基因芯片诊断技术优势突显： 医学分子生物学基础11 固相支持物上原位合成寡核苷酸 或 直接将多 基因诊断速度加快 一般可在30 min完成- 检测效率高 每次可同时检测上千个基因序列- 基因诊断成本- 自动化程度- 由于是全封闭 避免了交义感染 假阳/阴性率 HGP的研究 - 基因芯片

9、技术既是HGP研究成果的重要应用,又 是促进人类基因组学、后基因组学、功能基因组学 研究的崭新手段； 开展基因表达活性和大规模的基因变异多态性研 究时,就用定制的DNA芯片可同时监测千百个基因, 甚至全部基因。 医学分子生物学基础12 基因诊断速度加快 一般可在30 mi 第三节 基因与疾病一、基因结构变异 基因突变的定义 ： 基因突变是指: 基因的核苷酸碱基或顺序发生改变。 仅涉及DNA分子中单个碱基改变者称点突变; 涉及多 个碱基的不有缺失、 重复、和 插入等形式。 基因突变的种类（4种）： 碱基置换突变（图6-2 ，P230） 一个碱基被另一个碱基取代的突变称碱基置换突变。 一个嘌呤(-

10、嘧啶)被另一个嘌呤 (-嘧啶)取代称 转换; 一个嘌呤 (-嘧啶) 被另一个嘧啶(-嘌呤) 取代称 颠换; 医学分子生物学基础13 碱基置换会导致蛋白质一级结构氨基酸组成的改变 而影响蛋白质生物酶的功能。 因碱基置换导致核苷酸顺序改变，对多肽链中氨基 酸顺序的影响有下列几种类型（详见 P229-231）： 同义突变- 错义突变- 无义突变- 终止密码突变 抑制基因突变 （2）移码突变 指DNA链上插上或丢失1个、2个甚至多个碱基（但 不是三联子密码子及其倍数）。在读码时,由于原来 的密码子移位,导致在插入或丢失碱基部位以后的编 码子都发生了相应的改变。 医学分子生物学基础14 碱基置换会导致蛋

11、白质一级结构氨基 整码突变 在DNA链的密码子之间插入或丢失一个或几个密码 子,则合成的肽链将增加或减少一个或几个氨基酸， 但插入或丢失部位的前后的氨基酸顺序不变。 染色体错误配对不等交换 染色体错误配对不等交换减数分裂期间，同源染色 体间的同源部份发生联会和交换，如果联会时配对 时不精确，会发生不等交换，造成一部分基因缺失 和部分基因重复。 医学分子生物学基础15 整码突变 医学分子生物学基础15二、癌基因和抑癌基因（一）癌基因癌基因的定义: 可在体外引起细胞转化、在体内引起癌瘤的一类 基因称为癌基因。 病毒中存在癌基因，统称病毒癌基因；各种动物 细胞基因组中，普遍存在与病毒癌基因相似的序列

12、 统称为细胞癌基因； 由于细胞癌基因在正常细胞中以非激活形式存在 故又称为原癌基因。 原癌基因的特点: 广泛存在于生物界中,从酵母到人细胞普遍存在;医学分子生物学基础16二、癌基因和抑癌基因医学分子生物学基础16 在进化过程中,基因系列呈高度保守性; 其作用通过其表达产物蛋白质来体现。它们的存在 对正常细胞不仅无害,而且对维持正常生理功能/调 控细胞生长和分化起重要作用，是细胞发育、组织 再生、创伤愈合等所必需； 在某些因素作用（如射线、化学物质等)下,原癌基 因的结构和数量发生改变而被激活 癌C转化基因 常见的癌基因家族(P232) src家族 - ras家族 myc家族 sis 家族 my

13、b 家族 医学分子生物学基础17 在进化过程中,基因系列呈高度保守性;医学分子生物 原癌基因激活的机制 (详见P232): 获得启动子与增强子 - 基因易位-染色体易位重排 原癌基因扩增 点突变 原癌基因的产物与功能 (表6-1, P232) 癌基因表达产物可按其在细胞信号传递系统中的作 用分为4类: C外生长因子 C外信号含生长因子/激素/N递质等 跨膜生长因子受体- 信号传递因子- 核内转录因子医学分子生物学基础18 原癌基因激活的机制 (详见P232):医学分子生物(二)抑癌基因 - 抑癌基因是一类抑制C过度生长、增殖, 从而遏制 肿瘤形成的基因。 -对于正常C, 原癌基因和抑癌基因的协

14、调表达 是调 控C生长的重要分子机制之一。两者相互制约维持相 对稳定。原癌基因激活或过量表达 (或抑癌基因的丢 失或失活)，均可导致肿瘤的发生。 常见的抑癌基因（P234， 表6-2）： 基因 染色体定位 相关肿瘤 基因产物及功能 RB 13q14 RB 胃癌 乳癌 P105 抑制生长 WT 11P13 WT 肺癌 肝癌 WT-ZFP NF-1 17P12 N纤维瘤(/肉瘤) GAP p53 17p13 乳癌 结肠癌 p53 控制生长医学分子生物学基础19(二)抑癌基因医学分子生物学基础19 抑癌基因作用机理 目前只对Rb（视网膜母C瘤基 因）和P53基因的作用机理了解比较清楚。三、基因诊断

15、基因诊断的概念 利用基因探针、PCR等技术直接探查基因的存在和 缺陷, 对人体疾病和状态作出判断- 即称基因诊断。 基因诊断的常用技术: 核酸分子杂交 - 聚合酶链式反应(PCR) - 限制酶谱分析 - DNA序列测定 - 单链构象多态性分析 - 医学分子生物学基础20 抑癌基因作用机理 目前只对Rb（视网膜 基因诊断的途径和方法 异常基因的直接检测 - 间接的基因诊断-多态性连锁分析 四、基因治疗 基因治疗的概念 -试图从基因水平 调控C中缺陷基因的表达，或以正 常基因矫正、代替缺陷的基因，以此治疗基因缺陷所 致的遗传病、免疫缺陷、或治疗因癌基因激活/或抑癌 基因失活所致的肿瘤。 -要实现基因治疗，须先了解该病在DNA水平上的发 病机制，并能获得用于弥补缺陷基因的外源正常基因 (目的基因), 然后以适当方式将目的基因转入体内, 并 能在体内表达。医学分子生物学基础21 基因诊断的途