绪论3课时课件

MolecularBiology4/18/20232生命科学学院对同学们的几点要求：1、认真听讲，勤做笔记课堂纪律2、举一反三，温故知新做好预习、复习。3、勤学多问，孜孜不倦善于勤学多问，与老师、同学多交流探讨。4、跟踪前沿，引申思维经常查阅相关文献，关注有关科技新闻。4/18/20233生命科学学院转基因超级鼠(supermouse)4/18/20235生命科学学院绿色荧光蛋白(greenfluorescentprotein,GFP)4/18/20236生命科学学院4/18/20237生命科学学院抗除草剂作物4/18/20238生命科学学院GMcottonGM,geneticallymodified4/18/202310生命科学学院4/18/202311生命科学学院指从分子水平研究蛋白质、核酸等生物大分子的结构与功能，从而阐明生命现象本质的科学。ThedefinitionofMolecularBiology1、广义上的定义4/18/202313生命科学学院Biomacromolecule(生物大分子)核酸（Nucleicacid）

、蛋白质（Protein）、多糖(Saccharide)等具有重要功能的较大分子量物质。molecularweight(mw)104-1012p152、研究对象NucleicacidProteinSaccharide4/18/202314生命科学学院3、狭义上的定义UniversityofKansasRobertF.WeaverMolecularbiologyisthestudyofgenesandtheiractivitiesatthemolecularlevel,includingDNAreplication,transcription,translation,recombinationandtranslocation.偏重于核酸方面的研究，指研究DNA的复制、转录、翻译、重组和易位等过程。4/18/202315生命科学学院1.准备和酝酿阶段（19世纪后期－20世纪50年代）2.现代分子生物学的建立和发展阶段（20世纪50年代－70年代）3.初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段（20世纪70年代后）Thedevelopmenthistoryofmolecularbiology4/18/202317生命科学学院1.准备和酝酿阶段确定了蛋白质是生命的主要基础物质19世纪末证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精，第一次提出酶（enzyme）的名称，酶是生物催化剂。20世纪20-40年代提纯和结晶了一些酶（包括尿素酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、黄酶、细胞色素C、肌动蛋白等），证明酶的本质是蛋白质。1902年EmilFisher证明蛋白质结构是多肽；40年代末，Sanger创立二硝基氟苯（DNFB）法、Edman发展异硫氰酸苯酯法分析肽链N端氨基酸；1953年Sanger和Thompson完成了第一个多肽分子--胰岛素A链和B链的氨基全序列分析。4/18/202318生命科学学院确定了生物遗传的物质基础是DNA1868年F.Miescher就发现了核素（nuclein），但是在此后的半个多世纪中并未引起重视。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DNA35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和核酸，感染大肠杆菌的实验进一步证明了是遗传物质。1949-1952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，提出了DNA硷基组成A=T、G=C的Chargaff规则，为碱基配对的DNA结构认识打下了基础。4/18/202319生命科学学院对蛋白质结构与功能的进一步认识1956-58年Anfinsen和White根据对酶蛋白的变性和复性实验，提出蛋白质的三维空间结构是由其氨基酸序列来确定的。1958年Ingram证明正常的血红蛋白与镰刀状细胞溶血症病人的血红蛋白之间，亚基的肽链上仅有一个氨基酸残基的差别，使人们对蛋白质一级结构影响功能有了深刻的印象。4/18/202321生命科学学院3.初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段1967-1970年R.Yuan和H.O.Smith等发现的限制性核酸内切酶为基因工程提供了有力的工具；1972年Berg等将SV-40病毒DNA与噬菌体P22DNA在体外重组成功，转化大肠杆菌，使本来在真核细胞中合成的蛋白质能在细菌中合成,打破了种属界限；1977年Boyer等首先将人工重组入质粒，成功地在大肠杆菌中合成得到这14肽；1978年Itakura（板仓）等使人生长激素191肽在大肠杆菌中表达成功；1979年美国基因技术公司用人工合成的人胰岛素基因重组转入大肠杆菌中合成人胰岛素。至今我国已有人干扰素、人白介素2、人集落刺激因子、重组人乙型肝炎疫苗、基因工程幼畜腹泻疫苗等多种基因工程药物和疫苗进入生产或临床试用，世界上还有几百种基因工程药物及其它基因工程产品在研制中，成为当今农业和医药业发展的重要方向，将对医学和工农业发展作出新贡献。4/18/202322生命科学学院1944,AveryOT,etal——GeneticMaterialisDNA,notproteinAveryOTMacLeodCMMcCartyM4/18/202323生命科学学院DNAX-raydiffractionfromFranklinPaulingLinusWatson&Crick4/18/202325生命科学学院TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine19681966

"fortheirinterpretationofthegeneticcodeanditsfunctioninproteinsynthesis"HolleyRWKhoranaHGNirenbergMW4/18/202326生命科学学院theNobelPrizeinchemistry1980BoyerHBergP1972"forhisfundamentalstudiesofthebiochemistryofnucleicacids,withparticularregardtorecombinant-DNA"4/18/202329生命科学学院TheNobelPrizeinChemistry1980SangerF1977"fortheircontributionsconcerningthedeterminationofbasesequencesinnucleicacids"4/18/202330生命科学学院TheNobelPrizeinChemistry1993MullisF1985"forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)method"4/18/202331生命科学学院1996,WilmutcreatedthefirstsomaticclonedsheepWilmutIandDolly4/18/202332生命科学学院4/18/202333生命科学学院Humangenomeproject54%

1%7%33%

2%

3%4/18/202334生命科学学院杨焕明4/18/202335生命科学学院WhatisModelorganismTheorganismchosenforunderstandbroadbiologicalprinciplesiscalledamodelorganism.模式生物的选择主要是根据研究的目的、取材的方便、实验方法的可行、生物周期的长短、遗传背景情况、是否具有遗传改造和表型分析手段、是否有利于国际同行的交流等因素而决定的。

4/18/202336生命科学学院TheCharacteristicsofGood

ModelOrganisms

rapiddevelopmentwithshortlifecycles,smalladultsize,readyavailability,tractability（温顺的）(Bolker,1995).4/18/202337生命科学学院CommonModelOrganismsDrosophilaMelanogaster(FruitFly,果蝇)CaenorhabditisElegans(Nematode,线虫)MusMusculus(Mouse,小鼠)DanioRerio(Zebrafish,斑马鱼)ArabidopsisThamana(CommonWallCress,拟南芥)Escherichiacoli

（大肠杆菌）……4/18/202338生命科学学院4/18/202339生命科学学院EscherichiacoliAprokaryoticorganismwithoutanuclearmembrane.easytomanipulateinrecombinantDNA.asinglechromosomeashortgenerationtimeconvenienttostudygeneticallycanbegrowinliquidoronsolid(agar)medium.4/18/202340生命科学学院Thefruitflyissmallandeasilygrowninthelaboratory.Ithasagenerationtimeofonlytwoweeksandproducesmanyoffspring.Embryosdevelopoutsidethemother’sbody.SequencingofDrosophila

genomewascompletedin2000.Drosophilamelanogaster

thefirstmodelorganism4/18/202341生命科学学院normallylivesinthesoilbutiseasilygrowninpetridishes(培养皿).millimeterlong,transparentbodywithonlyafewcelltypesandgrowsfromzygotetomatureadultinonlythreeandahalfdays.genomesequenced.GeneticBackgroundareclearCaenorhabditiselegans4/18/202342生命科学学院Themouse

hasalonghistoryasa

mammalianmodelofdevelopment.Genomeandgenesroughlythesameashuman.Researchersareadeptsatmanipulatingmousegenestomaketransgenicmiceandmiceinwhichparticulargenesare“knockedout”bymutation.Generationtimeof9weeks,butembryodevelopmentinsidemotherisdisadvantagesforstudies.Mus

musculus4/18/202343生命科学学院Asecondvertebratemodel,thezebrafish

Danio

rerio,hassomeuniqueadvantages.Thesesmallfish(2-4cmlong)areeasytobreedinthelaboratoryinlargenumbers.Transparentembryosdevelopoutsidethemother’s

body.Althoughgenerationtimeistwotofourmonths,theearlystagesofdevelopmentproceedquickly.By24hoursafterfertilization,mosttissuesandearlyversionsoftheorganshaveformed.Aftertwodays,thefishhatchesoutoftheeggcase.4/18/202344生命科学学院Oneplantcangrowandproducethousandsofprogenyaftereighttotenweeks.Ahermaphrodite（雌雄同体的）,eachflowermakesovaandsperm.Easyforgenemanipulationresearch(genetictransformation)Itsrelativelysmallgenome,completelysequenced.Arabidopsis

thaliana4/18/202345生命科学学院噬菌体（Phage）：细菌病毒酵母，真核生物4/18/202346生命科学学院MethodologyofMolecularBiologyTheNobelPrizeinChemistry1926"forhisworkondispersesystems"Svedberg

Ultracentrifuge4/18/202347生命科学学院Separationthebiologicalmaterials4/18/202348生命科学学院TheNobelPrizeinChemistry1948"forhisresearchonelectrophoresisandadsorptionanalysis,especiallyforhisdiscoveriesconcerningthecomplexnatureoftheserumproteins"ArneWilhelmKaurinTiseliusElectrophoresis4/18/202349生命科学学院Separationofproteinsornucleicacidsbasedonsizeand/orchargeinelectricfield4/18/202350生命科学学院电泳（electrophoresis）：通过电场作用，不同分子量的带电物质被分离。4/18/202351生命科学学院ElectronmicroscopeDirectvisualizationofcellultra-structure,includingnucleicacids4/18/202352生命科学学院RadioisotopetracersTrackingflowofmolecularthroughametabolicpathway4/18/202353生命科学学院TheNobelPrizeinChemistry1952"fortheirinventionofpartitionChromatography"

ArcherJohnPorter