分子生物学-绪论课件

1、聊城大学农学院园艺工程系 吕山花 现代分子生物学（Modern molecular biology）聊城大学农学院园艺工程系 吕山花 现代分子生物学（Mode吕山花联系方式：lvshanhualvshanhua吕山花现代分子生物学Modern molecular biology朱玉贤李毅现代分子生物学Modern molecular biolo现代分子生物学Modern molecular biology第一章 绪论 第二章 染色体与DNA第三章 生物信息传递(上)从DNA到RNA 第四章 生物信息传递(下)从mRNA到蛋白质 第五章 分子生物学的研究方法现代分子生物学Modern molec

2、ular biolo第六章 基因的表达与调控（上）-原核基因表达调控模式第七章 基因的表达与调控（下）-真核生物基因表达调控的一般规律 第八章 基因与人类健康（自学）第九章 基因与发育（自学）第十章 基因组与比较基因组学 现代分子生物学Modern molecular biology第六章 基因的表达与调控（上）-原核基因表达调控模式现代分第一章 绪 论1.1 引言1.2 分子生物学简史1.3 分子生物学研究内容1.4 分子生物学展望第一章 绪 论1.1 引言1.1.1 创世说与进化论 1.1 引言A.生命是怎样起源的？B.为什么“有其父必有其子”？C.动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而来的

3、？1.1.1 创世说与进化论 1.1 引言A.生命是怎样起源1.1 引言1.1.1 创世说与进化论创世说:1.1 引言1.1.1 创世说与进化论1.1 引言1859年，达尔文发表物种起源，提出进化论学说。1.1.1 创世说与进化论 进化论:达尔文从小就喜欢观察各种小动物的习惯。著名科学家达尔文与达尔文学说的创立。1.1 引言1859年，达尔文发表物种起源，提出进化论1.1.2 细胞学说1.1 引言1. Leeuwenhoek制作了第一架光学显微镜。 观察到了“微动物”（animalcule）1.1.2 细胞学说1.1 引言1. Leeuwenhoe1.1.2 细胞学说1.1 引言2. Hook

4、e,第一次用“细胞”这个概念来形容组成软木的基本单元。1.1.2 细胞学说1.1 引言2. Hooke,第一次用1.1.2 细胞学说1.1 引言3. 19世纪，Schleiden和Schwann创立了细胞学说。 认为：细胞的发生和形成是生物学界普遍和永久的规律。Schleiden1.1.2 细胞学说1.1 引言3. 19世纪，Schle1.1.2 细胞学说1.1 引言3. 19世纪，Schleiden和Schwann创立了细胞学说。 认为：细胞的发生和形成是生物学界普遍和永久的规律。今天的细胞学和分子细胞学就是在这个基础上发展起来的。Schwann1.1.2 细胞学说1.1 引言3. 19世纪

5、，Schle1.1 引言1.1.3 经典的生物化学和遗传学a.生物化学Buchner实现了用酵母无细胞提取物和葡萄糖进行氧化反应，生成乙醇，证明化学物质转换并不需要完整的细胞而仅仅需要细胞中的某些成分。1.1 引言1.1.3 经典的生物化学和遗传学a.生物化学1.1 引言1.1.3 经典的生物化学和遗传学a.生物化学 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。Fisher相邻氨基酸肽键的形成1.1 引言1.1.3 经典的生物化学和遗传学a.生物化学1.1 引言1.1.3 经典的生物化学和遗传学a.生物化学细胞成分是如何进行世代相传的？1.1 引言1.1.3 经典的生物化

6、学和遗传学a.生物化学1.1 引言1.1.3 经典的生物化学和遗传学b. 遗传学经典遗传学创始人孟德尔发现并提出了遗传学定律 a.统一规律：两种不同植物杂交时，它们的下一代可能与亲本之一完全相同。 b.分离规律：不同植物品种杂交后的F1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。Gregor Mendel1.1 引言1.1.3 经典的生物化学和遗传学b. 遗传学1.1 引言1.1.3 经典的生物化学和遗传学b. 遗传学Morgan提出连锁遗传规律1.1 引言1.1.3 经典的生物化学和遗传学b. 遗传学1.1 引言1.1.4 DNA的发现 a. Avery 肺炎链球菌实验 b.

7、 噬菌体侵染细菌实验1.1 引言1.1.4 DNA的发现1.1 引言1.1.4 DNA的发现 a. Avery 肺炎链球菌实验 1.1 引言1.1.4 DNA的发现 a. Avery 肺炎链球菌实验a. Avery 肺炎链球菌实验1.1 引言1.1.4 DNA的发现b. 噬菌体侵染细菌实验噬菌体结构1.1 引言1.1.4 DNA的发现噬菌体结构噬菌体侵染细菌过程1.1 引言噬菌体侵染细菌过程1.1 引言1.1 引言1.1.4 DNA的发现b. 噬菌体侵染细菌实验1.1 引言1.1.4 DNA的发现1.1 引言1.1.4 DNA的发现 a. Avery 肺炎链球菌实验 b. 噬菌体侵染细菌实验结

8、论：DNA是遗传信息的载体1.1 引言1.1.4 DNA的发现结论：DNA是遗传信息1.2 分子生物学简史 分子生物学定义：分子生物学-绪论课件1.2 分子生物学简史 1. 准备和酝酿阶段2. 建立和发展阶段1. 准备和酝酿阶段1.2 分子生物学简史 1. 准备和酝酿阶段1. 准备和酝酿阶段1.2 分子生物学简史 为充分揭示遗传信息的传递铺平了道路1. 1953年Watson和Crick DNA双螺旋结构模型为充分揭示遗传信息的传递铺平了道路1. 1953年Watso1.2 分子生物学简史 2. Sumner在1936年证实酶是蛋白质 2. Sumner在1936年证实酶是蛋白质 1.2 分子

9、生物学简史 3. 1953年Sanger利用纸电泳及层析技术首次阐明胰岛素的一级结构，开创了蛋白质序列分析的先河 3. 1953年Sanger利用纸电泳及层析技术首次阐明胰岛1.2 分子生物学简史 4. 1910年，德国科学家Kossel第一个分离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸。 4. 1910年，德国科学家Kossel第一个分离了腺嘌呤，1.2 分子生物学简史 5. 1959年，美国科学家Uchoa第一次合成了核糖核酸，实现了将基因内的遗传信息通过RNA翻译成蛋白质的过程。 5. 1959年，美国科学家Uchoa第一次合成了核糖核酸，1.2 分子生物学简史 6. 1965年，法国科学家Jacob

10、和Monod提出并证实了操纵子（operon）作为调节细菌细胞代谢的分子机制。此外，他们还首次推测存在一种与DNA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（细胞质）并翻译产生蛋白质的mRNA（信使核糖核酸）。 JacobMonod6. 1965年，法国科学家Jacob和Monod提出并证实1.2 分子生物学简史 7. 1968年Nirenberg破译DNA遗传密码7. 1968年Nirenberg破译DNA遗传密码1.2 分子生物学简史 8. 1980年Sanger设计出测定DNA分子序列的方法8. 1980年Sanger设计出测定DNA分子序列的方法1.2 分子生物学简史 9.

11、1983年McClintock提出并发现了转座子9. 1983年McClintock提出并发现了转座子1.2 分子生物学简史 1989年Altman和Cech发现核酶Cech1989年Altman和Cech发现核酶Cech1.2 分子生物学简史 2. 建立和发展阶段2. 建立和发展阶段1.2 分子生物学简史 1993年Roberts和Sharp发现断裂基因1993年Roberts和Sharp发现断裂基因1.2 分子生物学简史 1993年Mullis发明PCR仪1993年Mullis发明PCR仪1.2 分子生物学简史 1995年Lewis、Nsslein-Volhard和Wieschaus鉴定了

12、控制果蝇体节发育的基因1995年Lewis、Nsslein-Volhard和Wi1.2 分子生物学简史 1998年Furchgott、Ignarro和Murad发现NO作为信号分子的作用机制1998年Furchgott、Ignarro和Murad发现1.2 分子生物学简史 2006年9月，诺贝尔生理与医学奖授予了美国科学家安德鲁法尔（Andrew Z. Fire）和克雷格梅洛（Craig C. Mello），以表彰他们发现了RNAi机制 2006年9月，诺贝尔生理与医学奖授予了美国科学家安德鲁法1.3 分子生物学研究内容 1.DNA重组技术2.基因表达调控研究3.生物大分子的结构功能研究4.基

13、因组、功能基因组与生物信息学研究分子生物学-绪论课件1.4 分子生物学展望 自学自学 A.农业 B.医学1.5 分子生物技术应用 A.农业(1) 医学a. 制药基因工程药品 生长激素(1) 医学a. 制药基因工程药品 生长激素 治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。 现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。 治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激 在传统的药品生产中，某

14、些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？ 药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。 传统生产方法的缺点 由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。 可利用什么方法来解决上述问题？ 利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。 在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!基因工程药品 胰岛素胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提

15、取2DNA质粒细菌细胞DNA人体细胞胰岛素基因限制酶限制酶胰岛素利用生物工程获得胰岛素12DNA质粒细菌细胞DNA人体细胞胰岛素基因限制酶限制酶胰岛从人血中提取干扰素，300L血才提取1mg！通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取2040mg干扰素人造血液及其生产基因工程药品 干扰素从人血中提取干扰素，300L血才提取1mg！通过基因用转基因的动物生产药物优点： 产量高、质量好、 成本低、易提取方法： 乳腺生物反应器 用转基因的动物生产药物优点：方法：为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的

16、生理代谢反应。从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。 为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？过程：1、重组药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子2、用显微注射法导入到受精卵3、将受精卵送入母体生长发育4、转基因动物进入泌乳期后，提取乳汁产物：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、-抗胰蛋白酶过程：产物：显微注射系统显微注射显微注射系统显微注射珠蛋白的DNA探针 镰刀状细胞贫血症b.基因诊断： 珠蛋白的DNA探针 镰刀状细胞贫血症b.基因诊断：c. 基因治疗： 是指是把健康的外

17、源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。 c. 基因治疗： 是指是把健康的外源基因导入有基因缺 患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖苷转移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。 1971年，美国科学家在体外做了试验，用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传病是可能的。分子生物学-绪论课件取患者骨髓分离干细胞病毒正常基因并入正常基因的干细胞注入患者体内取患者骨髓分离干细胞病毒正常基因并入正常基因的干细胞注入患者P53基因病毒P53蛋白膜瘤细胞变小P53基因

18、病毒P53蛋白膜瘤细胞变小d.用转基因的动物作器官移植的供体d.用转基因的动物作器官移植的供体(2) 农业(2) 农业a.植物基因工程 转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。1、抗虫转基因植物2、抗病转基因植物3、抗逆转基因植物4、利用转基因改良植物的品质a.植物基因工程 转基因工程技术主要用于提高农作物的抗1.抗虫转基因植物优点：减少环境污染、减低生产成本、提高产量例子：棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄等等主要杀虫基因： Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、 淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等典型例子：转基因抗虫棉Bt毒蛋白基因1.抗虫转基因植

19、物优点：减少环境污染、减低生产成本、提高产量2.抗病转基因植物抗病基因： 病毒外壳蛋白基因、 病毒的复制酶基因.抗真菌基因： 几丁质酶基因、 抗毒素合成基因.2.抗病转基因植物抗病基因：3.抗逆转基因植物转黄瓜抗青枯病基因的甜椒3.抗逆转基因植物转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯特点： 导入另一种生物的优良性状基因，获得新性状抵抗恶劣环境因素，从根本上改变作物的特性转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯特点：4.利用转基因改良植物的品质不会引起过敏的转基因大豆优点： 改善粮食作物的营养成分含量，如氨基酸、蛋白质4.利用转基因改良植物的品质不会引起过敏的转基因大豆优点：转基因蓝玫瑰优点： 提

20、高花卉的观赏价值转基因蓝玫瑰优点：b.动物基因工程前景广阔特点：发展较迟，应用方面广1、提高生长速度2、改善畜产品的品质3、生产药物4、作为器官移植的供体b.动物基因工程前景广阔特点：发展较迟，应用方面广1、提高生1.用于提高动物生长速度原因：外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快转基因鲤鱼1.用于提高动物生长速度原因：外源生长激素基因的表达可以使转2.用于改善畜产品的品质优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适转基因牛的乳汁，降低乳糖含量2.用于改善畜产品的品质优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适分子生物学分子结构生物学分子发育生物学分子神经生物学分子育种学分子肿瘤学分子细胞生物学分子免疫学分子病毒学分子生理学分子考古学分子遗传学分子数量遗传学分子生态学分子进化学.分子生物学渗透到生物学