分子生物学 第一讲课件

1、分 子 生 物 学molecular biology课 程 大 纲第一章 绪论第二章 DNA的结构第三章 有机体、染色体和基因第四章 DNA的复制第五章 DNA的损伤、修复和突变第六章 RNA转录第七章 蛋白质翻译第八章 原核生物基因表达调控第九章 真核生物基因表达调控第十章 遗传重组课 程 要 求考试课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每章给出复习题（问答、名词）第一章 绪 论本章主要内容引言分子生物学发展历程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展望分子生物学的应用1.引言1.1 进化论19世纪初叶以前 生命是如何起源的？ 为什么”种瓜得瓜，种豆得豆”，

2、“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？ 宗教、迷信，如上帝造人、造万物；亚当夏娃的故事1859 年 伟大英国生物学家达尔文 物种进化 “物竞天择，适者生存” 提出“一切生物都是可变的” 否定“上帝造人”的说法; 推翻“物 种不变”的神话 使生物学真正迈入实证自然科学19 世纪 德国 植物学家 Schleiden 研究被子植物的胚囊 德国 动物学家 Schwann 研究蛙类的胚胎组织 共同创立了生物科学的基础理论细胞学遗传学19世纪中叶 奥地利科学家、经典遗传学创始人 Mendel提出生物遗传的两条基本原则： 统一定律 分离定律生物化学19世纪中叶20世纪初20 种基本氨

3、基酸相继发现Fisher 论证了连接相邻氨基酸的“肽键”的形成脂类、糖类和核酸相继被认识和部分纯化 2. 分子生物学发展历程 1910 A. Kossel （德）蛋白质、细胞及细胞核化学的研究（首先分离到A、T和组氨酸）DNA 的发现英国微生物学家 Frederrick Griffith 1928发现肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae)美国微生物学家 Avery等 1944年用实验证明了DNA是遗传物质。1928 by Frederick Griffith DNA结构的发现 1953 Watson and Crick提出DNA双螺旋结构Crick，1956 遗传信息传递的

4、中心法则 DNA RNA蛋白质 转录 翻译Meselson和Stahl，1958 DNA的复制是半保留的(semiconservative replication )1959 Ochoa(美籍西班牙裔)Severo Ochoa 发现了细菌的多核苷酸磷酸化酶，成功地合成了RNA；重建了遗传信息的传递过程：基因（DNA）RNA蛋白质 1962 Kendrew Perutz（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） 成为研究生物大分子结构的先驱Nirenberg ，1963 完成了密码子的破译Marshall W. Nirenber

5、g 1965 Jacob Monod （法国）Francis Jacob Jacques Monod 提出并证实了Operon（操纵子）作为调节细菌细胞代谢的分子机制首次提出mRNA分子的存在Temin 和Baltimore，1970 反转录酶，1975年的诺贝尔奖Howard M. Temin David Baltimore 发现了逆转录酶（ RNA肿瘤病毒中，以RNA为模板，逆转录生成DNA的逆转录酶 ）Berg 等，1972 第一个人工重组DNA分子，获1980年诺贝尔奖Paul Berg DNA重组，在细菌中表达胰岛素DNA重组技术的元老Gilbert，1977；Sanger，1977

6、的序列测定，1980年的诺贝尔奖。Frederick Sanger Walter Gilbert 酶法双脱氧核苷酸测序的设计者化学测序法的设计者Sharp, 1977 发现基因中有内含子（intron）断裂基因Altman 和 Cech等，1981 发现核酶(Ribozyme)，获1989年诺贝尔化学奖。 核酶，即核糖核酸质酶（Ribozyme），即某些RNA具有酶的功能）Sidney Altman Thomas R. Cech McClintock (美)可移动的遗传因子（jumping gene or mobile element）Barbara McClintock 1944年代初发现，

7、1983年获诺贝尔奖 1984 Kohler（德） Milstein（美） Jerne（丹麦）Georges J.F.KohlerCesar MilsteinNiels K. Jerne 发展了单克隆抗体(Monoclonal Antibodies McAb)技术，完善了极微量蛋白质的检测技术 分享了诺贝尔生理医学奖Mullins，1990发明PCR技术 1993年与第一个设计基因定点突变的Smith共享诺贝尔化学奖1994 ，吉尔曼（Alfred G. Gilman，美国），罗德贝尔（Martin Rodbell，美国），发现G-蛋白及其在细胞信号传导中的作用 ，分享了诺贝尔生理医学奖吉尔曼

8、罗德贝尔1995，美国科学家爱德华刘易斯(Edward B. Lewis)和埃里克维斯乔斯 (Eric F. Wieschaus) 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 ，分享了诺贝尔生理医学奖刘易斯 沃尔哈德 维斯乔斯 1996 ，杜赫提（Peter C. Doherty，澳大利亚），辛克纳吉（Rolf M. Zinkernagel，瑞士）， 阐明了T-淋巴细胞的免疫机制，分享了诺贝尔生理医学奖杜赫堤 辛克纳吉 1998罗伯佛契哥特（Robert F. Furchgott，美国），伊格纳洛（Louis J. Ignarro

9、，美国），费瑞慕拉德（Ferid Murad，美国），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。Louis J. Ignarro Ferid Murad 1999京特布洛贝尔（Gnter Blobel，美国）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作用，获得诺贝尔生理医学奖。Gnter Blobel 2001利兰哈特韦尔（Leland H. Hartwell，美国）提莫希亨特（R. Timothy Hunt，英国），保罗纳斯（Paul M. Nurse，英国）研究细胞周期调控因子，即细胞周期依赖性蛋白激酶（CDK）和周期蛋白（cyc

10、lin）,分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，悉尼布雷内（Sydney Brenner，英国），罗伯特霍维茨（H. Robert Horvitz，美国），约翰苏尔斯顿（John E. Sulston，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 。悉尼-布雷内 罗伯特-霍维茨 约翰-苏尔斯顿 2003年，劳特伯（Paul Lauterbur，美国），曼斯菲尔德（Peter Mansfield，英国），关于核磁共振成像的研究。 2005, 澳大利亚科学家巴里马歇尔和罗宾沃伦。他们发现了导致人类罹患胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡的罪魁幽门

11、螺杆菌. 巴里-马歇尔(右)与罗宾-沃伦(左)2006年，安德鲁法尔(美国)和克雷格梅洛(美国) ，发现了RNA(核糖核酸)干扰机制。 Andrew Z. Fire andCraig C. Mello2007年 诺贝尔生理学或医学奖分别授予两名美国人马里奥卡佩基、奥利弗史密斯和一名英国人马丁埃文斯 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。2008年诺贝尔生理学或医学奖 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

12、蒙塔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 研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的学科，是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。 -朱玉贤，李毅4. 分子生物学的研究内容结构分子生物学基因的表达与调控 DNA重组技术基因组和功能基因组学生物信息学蛋白质组学 5. 分子生物学展望 遗传学 分

13、类、进化 发育生物学 细胞生物学、神经生物学 数学、物理学、化学、工程等 6. 分子生物学的应用6.1 在农业上的应用 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 植物的组织培养快速繁殖脱毒等 转基因植物6.2 在医学方面的应用 人类的基因组计划 疾病的诊断 基因治疗（遗传疾病） 单克隆抗体（生物导弹） 疾病的防治（基因工程疫苗）生物制药基因诊断 基因诊断是在DNA重组技术的基础上发展起来的新技术。 病原物、突变位点PCR-酶解鉴定 诊断遗传疾病 如珠蛋白基因突变造成的镰刀形细胞贫血病 突变恰好是在CvnI限制性酶切位点 正常CCTGAGG突变成CCTGTGG 在C

14、vnI酶位点两端设计引物PCR扩增后酶切 由于酶切位点突变扩增的产物电泳发生变化遗传病*人类现有3000多种遗传病，已找到了200 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、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、神经病等。*染色体病：是由于染色体畸变所致的遗传病，如先天愚型、猫叫综合征、性腺发育不全症等。 约25的生理缺陷、30的儿童死亡和60的成年人疾病都是由遗传疾病引起的。基因治疗*体外原位治疗 从患者体内取出带有缺陷的细胞，通过基因转移进行遗传修正。将经过遗传修正后的细胞转入患者的体内。腺苷脱氨酶(ADA)缺乏的严重联合免疫缺陷(SCID)病因:淋巴细胞缺乏ADA酶 腺苷、dATP堆积 破坏免疫功能 患儿很少活到成年第一个基因临床治疗的方案(1990.9.14,NIH)治疗策略：淋巴细胞ADA酶 恢复至正常水平的 5%-10% 维持免疫系统功能 改善病人症状治疗基本步骤:AD