分子生物学发展史课件

分子生物学发展史2010级研究生张海军一、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、分子生物学的发展趋势

主要内容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2、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递中的作用分子水平？分子量大由简单的小分子组成复杂的空间结构3、主要任务阐明生物大分子的结构及结构与功能的关系生命是怎样起源的？为什么“有其父必有其子”？动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而来的？施旺和施莱登的细胞学说达尔文的进化论孟德尔遗传定律摩根的染色体学说

细胞的发现和细胞学说（1665—1875）1665年，英国物理学家罗伯特·胡克(RobertHooke)发现细胞1677年，荷兰科学家列文·虎克(Leeuwenhoek)发现活的细胞列文·虎克观察到了血细胞、水生原生动物、人类和哺乳类动物的精子，这是人类第一次观察到完整的活细胞。1838–1839年，德国植物学家施莱登(Schleiden)和动物学家施旺(Schwann)提出细胞学说（celltheory）。德国植物学家施莱登(Schleiden)德国动物学家施旺(Schwann)人物主要著作及成就孟德尔(1822-1884)1857年开始做豌豆杂交遗传实验，1866年出版《植物杂交的试验》，提出生物形状是可以遗传的，并且这些性状在后代可以自由组合。孟德尔的遗传定律为什么用豌豆做遗传实验易成功?1.豌豆{自花传粉闭花受粉自然状态下，一般是纯种2.具有易区分的性状豌豆花大，易于做人工异花传粉实验子房柱头花柱雌蕊花药花丝雄蕊相对性状:一种生物的同一性状的不同表现类型。性状

：指生物体的形态特征或生理特征。孟德尔在1857年到1864年间，用产生圆形种子的豌豆同产生皱皮种子的植株杂交，得到几百粒全是圆形的F1代种子。第二年，他种植了253粒F1圆形种子并进行自交，得到7324粒F2种子，其中5474粒圆形，1850粒皱皮，圆皱比为3:1。孟德尔的遗传定律用黄色圆形豌豆与绿色皱皮豌豆做杂交，发现F1种子全是黄色圆形的。自交产生556粒F2代种子中，黄色圆形315粒，黄色皱皮121，绿色圆形108，绿色皱皮32。四种类型接近于9:3:3:1。绿黄圆皱F2代=9:3:3:1孟德尔总结出生物遗传的两条基本规律：第一，当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，他把这一现象称为统一律。孟德尔认为，生物的每一种性状都是由遗传因子控制的，这些因子可以从亲代到子代，代代相传。遗传因子在体细胞内是成对存在的，一个来自父本，一个来自母本，只有在形成配子时单独存在。有些遗传因子以显性（dominant）形式存在，能在杂种一代得到表达；有些因子呈隐性（recessive）状态，只有当父、母本同时含有这一因子时，才得到表现。科学的实验程序—“假说-演绎法”归纳综合，总结规律分析问题，提出假说观察实验，发现问题设计实验，验证假说年代人物主要著作及成就1915摩尔根(1866-1945)与他的学生等人发表《孟德尔遗传机理》，后又发表《遗传的物质基础》和《基因论》，系统地阐述基因学说和染色体理论，论证了基因是染色体上分立的遗传单位。在孟德尔遗传学基础上，Morgan又提出了基因学说。

1910年，Morgan和他的助手们发现了第一只白眼雄果蝇，称为突变型。正常情况下，果蝇都是红眼的，称为野生型。Morgan将白眼雄果蝇与红眼雌果蝇交配，所产生的F1代不论雌雄，全为红眼果蝇（孟德尔的统一规律！）。这些F1果蝇互相交配所产生的F2有红眼也有白眼，但所有白眼果蝇都是雄性的，说明该性状与性别有联系。Morgan的这一连锁遗传规律与孟德尔的遗传性状独立分离规律是“背道而驰”的！达尔文的进化论，施旺和施莱登的细胞学说以及孟德尔遗传定律和摩根的染色体学说奠定了当代生物学的基础，但是他们都只是从纯生物学的角度来阐述生命现象，而不能说明它的根本机理和原因。(2)确定了生物遗传的物质基础是DNA1、准备和酝酿阶段(1)确定了蛋白质是生命的主要基础物质2、现代分子生物学的建立和发展阶段(1)1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型(2)遗传信息传递中心法则的建立DNA复制机理RNA的转录(3)对蛋白质结构与功能的进一步认识蛋白质的翻译三、分子生物学发展简史3、初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段(1)重组DNA技术的建立和发展转基因动物:转基因植物基因诊断与基因治疗(2)基因组研究的发展(3)单克隆抗体及基因工程抗体的建立和发展(4)基因表达调控机理(5)细胞信号转导机理研究成为新的前沿领域生物遗传的物质基础是DNA1868年F.Miescher就发现了核素（nuclein）20世纪20-30年代已确认自然界有DNA和RNA两类核酸并阐明了核苷酸的组成。1944年O.T.Avery等证明了肺炎球菌转化因子是DNA；1952年A.D.Hershey和M.Chase用T2噬菌体感染大肠杆菌；Griffith,1928DNAis

theGeneticMaterialMiceinjectedwithSstrainpneumococcusdieMiceinjectedwithRstrainliveExtractsfromSstraintransformtheRstrainintovirulentSstrainObservationgivesapotentialassayforthegeneticmaterialAvery,MacLeod,andMcCarty,1944PurifiedSstrainextractstocharacterizethetransformingprinciple.Materialwasresistanttoproteases;itcontainednolipidorcarbohydrate.IfDNAintheextractisdestroyed,thetransformingprincipleislost.PureDNAisolatedfromtheSstrainextracttransformsRstrain.AverycautiouslysuggestedthatDNAwasthegeneticmaterial.DNA是细菌的遗传物质HersheyandChase1952

噬菌体侵染细菌的主要过程噬菌体尾部的末端（基片、尾丝）吸附在细菌表面；噬菌体通过尾轴把DNA全部注入细菌细胞内，噬菌体的蛋白质外壳则留在细胞外面；利用细菌的生命过程合成噬菌体自身的DNA和蛋白质；用新合成的DNA和蛋白质组装成与亲代完全相同的子噬菌体；细菌解体，释放子代噬菌体，侵染其他细菌。DNAwasthehereditarymaterialProteinwasNOTthehereditarymaterialDNA是病毒的遗传物质DNA是动物细胞的遗传物质当DNA加入到某种在培养基中培养的真核单细胞生物群落中，核酸就会进入到细胞中去，其中有一部分就会合成出一些新的蛋白质。导入DNA的表达将使细胞产生一些新的特性。图.胸腺嘧啶核苷激酶的合成1949-52年S.Furbery等的X-线衍射分析阐明了核苷酸并非平面的空间构像，提出了DNA是螺旋结构；1948-1953年Chargaff等用新的层析和电泳技术分析组成DNA的硷基和核苷酸量，积累了大量的数据同一生物的不同组织的DNA碱基组成相同一种生物DNA碱基组成不随生物体的年龄、营养状态或者环境变化而改变；A=T，G=C，A＋G=C＋T不同生物来源A＋T/G＋C比值不同同一生物的不同组织的DNA碱基组成相同一种生物DNA碱基组成不随生物体的年龄、营养状态或者环境变化而改变；A=T，G=C，A＋G=C＋T不同生物来源A＋T/G＋C比值不同RosalindE.Franklin1920-1958衍射照片表明：DNA是由两条长链组成的双螺旋，宽度为20埃。Watson和Crick所提出的脱氧核糖酸双螺旋模型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路。双螺旋DNA的结构特点右手反平行双螺旋主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧两条链间存在碱基互补螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力1962年，Watson和Crick与Wilkins共获Noble生理医学奖。DNA的复制Conservativereplication

Semiconservativereplication

Dispersivereplication

semi-conservativereplicationMeselsonandStahlin1957Conclusion-aspredictedbyWatsonandCrick,DNAstrandsserveastemplatesfortheirownreplication.Resultsshowthatafteronegeneration,thedoublestrandedDNAis1/2heavy(fromtheparent)and1/2light(newlysynthesized).Thisresultispredictedby

semiconservativereplication.中心法则

Crick于1954年所提出的遗传信息传递规律1954年首次提出的“中心法则”1970-1980年的“中心法则”21世纪后修正的“中心法则”分子遗传中心法则(centraldogma)基因工程是其中最富生命力的核心技术基因工程是根据人们的意愿对不同生物的基因在体外进行切割、拼接和重新组合，然后再导入受体细胞内进行繁殖，使重组基因再受体细胞内表达，产生出人们所希望的基因产物，或创造出具有新的遗传特征的生物类型。一个完整的DNA重组过程应包括：①目的基因的获取；②基因载体的选择与构建；③目的基因与载体的拼接；④重组DNA分子导入受体细胞；⑤筛选并无性繁殖含重组分子的受体细胞。TwoMethodsforDeliveringDNAintoPlantCellsTransgenicplantproducingthebiodegradableplasticpolyhydroxybutyrate(PHB).ThePHBgranulesarevisualisedbyepifluorescencemicroscopyasfociofredfluorescence.改变花色的转基因矮牵牛花转入荧光素酶蛋白基因的发荧光烟草转基因甜椒转基因西红柿蓝色玫瑰TwomethodsofproducingtransgenicmiceProducingEnviropigsTransgenicpigMicroinjectionofgenesintopigeggTransgenicMiceDollysheepborninRoslinInstitute,Scottland.1996年7月5日，世界上第一只克隆羊“多利”在英国苏格兰卢斯林研究所的

试验基地诞生。成为世纪末的重大新闻。克隆羊“多莉伊斯维姆.穆特

A羊B羊从雌性成年绵羊从B羊取出卵子用电击乳腺组织抽取细胞法将细胞核除去殖入载有A绵羊遗传信息的细胞核卵子C绵羊遗传特性上完全与A相同的小绵羊

“多莉”

二十世纪人类的“三大计划”曼哈顿原子弹计划阿波罗登月计划人类基因组计划1990年，人类基因组计划启动2000,6.26中、美、日、德、法、英6国，宣布人类基因组草图发表。2000,10月科学家宣布将于2001年3月完成河豚鱼的基因组测序。2000,12月14日英美等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱。2001,1,12中、美、日、德、法、英等国科学家Nature,15日)和美国塞莱拉公司(Science,16日)各自公布人类基因组图谱和初步分析结果。约3万基因。六国科学家公布人类基因组细节研究成果2001年2月11日人类基因组计划、美国塞莱拉遗传信息公司、美国《科学》杂志和英国《自然》杂志联合宣布，继科学家去年绘制成功人类基因组工作框架图之后，他们又绘制出了更加准确、清晰、完整的人类基因组图谱，对人类基因的面貌有了新的发现。基因数量少得惊人

一些研究人员曾经预测人类约有14万个基因，但塞莱拉公司将人类基因总数定在2.6383万到3.9114万个之间。如果最终确定出的基因数在这个范围内，比如3万个左右，那么，人类只比果蝇多大约1.3万个基因。塞莱拉公司的科学家测出的序列准确地覆盖了基因组的95%，并已经确定了所有基因的2／3，平均测序精度为99.96%。人类基因组中存在“热点”和大片“荒漠”

人类基因组序列中所谓的“荒漠”就是包含极少或根本不包含基因的部分，基因组上大约1／4的区域是长长的、没有基因的片段。基因密度在第17、第19和第2