分子生物学 第一章 绪 论

分子生物学

MolecularBiology第一章绪论第一节分子生物学的基本含义

分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学，是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘，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。简言之,它是从分子水平研究生命的本质,研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能,使人类主动地改造和重组自然界的基础学科.分子生物学：分子生物学是一门从分子水平研究生命现象、生命本质、生命活动及其规律的新兴生物学科。研究对象：生物大分子，如核酸、蛋白质和多糖等。主要任务：阐明生物大分子的复杂结构、结构与功能的关系、体内代谢及其调控规律以及对生命的重要意义。第二节分子生物学的基本原理

构成生物体的分子在不同生物中都是相同的;

生物体内分子的构建都遵循共同的规则;

核酸、蛋白质决定了生物体的属性;第三节分子生物学的主要内容

结构分子生物学-----生物大分子的结构功能研究

;

基因表达与调控;DNA重组技术;

基因组与生物信息学;DNA重组技术（recombinantDNAtechnology）

又称为基因工程，根据分子生物学和遗传学的原理，将一种生物的遗传物质DNA转移到另一生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达出所需要的产物。DNA重组技术的应用——利用微生物基因工程生产重组基因工程药物、利用转基因植物和动物体细胞克隆进行基因表达与调控的基础研究.基因组、功能基因组与生物信息学的研究基因组(Genome)：细胞或生物体一条完整单体的全部染色体遗传物质的总和。人类基因组计划（HumanGenomeProject,HGP）：

测定出人基因组全部DNA3×109个碱基对的序列、确定人类约5-10万个基因的一级结构

。蛋白组计划（Proteomeproject）:又称为后基因组计划或功能基因组计划，用于揭示并阐明细胞、组织乃至整个生物个体全部蛋白质及其功能。生物信息学（Bioinformatics）:是在生命科学的研究中，以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析的科学。第四节分子生物学与其他学科的关系分子生物学是由生物化学、生物物理学、遗传学、微生物学、细胞学、以至信息科学等多学科相互渗透、综合融会而产生并发展起来的，凝聚了不同学科专长的科学家的共同努力。它虽产生于上述各个学科，但已形成它独特的理论体系和研究手段，成为一个独立的学科。生命活动的一致性，使生物学范围内所有学科在分子水平上得到统一。生物化学与分子生物学关系最为密切

生物化学是从化学角度研究生命现象的科学，它着重研究生物体内各种生物分子的结构、转变与新陈代谢。传统生物化学的中心内容是代谢，包括糖、脂类、氨基酸、核苷酸、以及能量代谢等与生理功能的联系。分子生物学则着重阐明生命的本质,主要研究生物大分子核酸与蛋白质的结构与功能、生命信息的传递和调控。细胞生物学与分子生物学关系也十分密切传统的细胞生物学主要研究细胞和亚细胞器的形态、结构与功能。由于探讨组成细胞的分子结构比单纯观察大体结构能更加深入认识细胞的结构与功能，因此现代细胞生物学的发展越来越多地应用分子生物学的理论和方法。分子生物学是从各个生物大分子的结构入手开始进行研究的.但由于各个分子不能孤立发挥作用，生命绝非组成成分的随意加和或混合，分子生物学还需要进一步研究各生物分子间的高层次组织和相互作用，尤其是细胞整体反应的分子机理，这在某种程度上是向细胞生物学的靠拢。第五节分子生物学的发展一.

准备和酝酿阶段

（一）确定了蛋白质是生命的物质基础

1926年,Sumner从刀豆中提取了脲酶结晶,证明了酶的化学本质是蛋白质。

1951年,Pauling和Corey根据氨基酸和小肽的X-射线晶体衍射图谱,提出了蛋白质的α-螺旋结构模型。

1953年完成了胰岛素的氨基酸全序列分析。(二)确定了生物的遗传物质是DNA而非蛋白质1859年，英国生物学家达尔文在他发表的《物种起源》一书中，第一次用大量的事实和系统的理论论证了生物进化的普遍规律，指出生物的性状是可遗传的。

1865年，奥地利神父。经典遗传学的奠基人孟德尔经过8年的豌豆杂交试验，写出了一篇题为《植物杂交试验》的论文，提出生物体的各种特定性状受遗传因子所控制，一个因子决定一种性状。1869年，瑞士科学家米歇尔从细胞核中分离出核酸。1903年，美国细胞学家萨顿发现了遗传因子与染色体的平行关系，提出了遗传的染色体学说。1915年，美国染色体遗传学家摩尔根创立了现代遗传学的基因学说，1926年发表了著名的《基因论》。1924年，德国细胞学家福尔根发现了核糖核酸和脱氧核糖核酸。1927年，美国遗传学家缪勒发现x射线照射可诱导基因突变。1929年，莱文发现核酸碱基的主要成分。

1941年，比德尔和塔特姆提出了“一个基因一个酶”的假说。1944年，爱弗里（Avery）证明了DNA是遗传信息的载体。

证明DNA是遗传物质的两个关键性实验

美国Avery用肺炎球菌感染小鼠。美国Hershey用T2噬菌体感染大肠杆菌。这两个实验主要的论点证据是：生物体吸收的外源DNA改变了其遗传潜能。1950年，查卡惜夫提出DNA的碱基组拘成规则。1951年，麦克酷林托克提牲出了“跳行跃基因”旬学说。195巩2年，富兰蚀克林和威恨尔金斯发堪现DNA是螺旋升分子并铃由双链杀组成。1953年，沃浊森和克沟里克提汗出DNA双螺旋警结构模芦型。二.建立和发糠展阶段1953年,库Wat疾son和Cri狡ck提出的DNA双螺旋桥结构模绵型.195四6年,树A.K隆orn滩ber躬g首先发现DNA聚合酶放。195培8年,Me企sels寸onl和Sta锹hl提出DNA半保留复箭制模型.1968年,Oka预zaki代(冈畸)提出DNA不连续复润制.197格2年,证实DNA复制开阿始需要RNA作为引埋物.三.认识并老开始改曾造生命触的发展恋阶段(一)重组DNA技术的料建立和逗发展1970年,R.柿Yua颗n和H.O.评Smit僵h发现限制胶性内切酶;1972年,Be杠rg等将SV-4雪0病毒DNA与噬菌体P22DNA在体外重潜组成功;197模7年,Bo台yer等将人工陆合成的生冈长激素释敲放抑制因彩子基因重备组入质粒;197乏9年,美国人趁工合成黄的人胰田岛素基扭因重组加转入大剩肠杆菌阻中合成壶人胰岛断素.(二)撞转铜基因动戒植物的随成功1982年,Palm屠iter等将克隆友的生长激卸素基因导栋入小鼠;199教4年,能比普活通西红农柿保鲜张时间更愤长的转棉基因西红易柿;199授6年,转基因玉贷米、转基剂因大豆相距继投入商品生产;我国将蛋职白酶抑制巷剂基因转蹦入棉花获晋得抗棉铃虫的棉仗花株。(三)基因诊趟断与基笨因治疗读在医学笨领域的菠发展对遗传疾百病的治疗扫，使变异签基因和异拾常表达的士基因变为健正常基因甜，从根本落上治愈遗铺传疾病。(四)集基因筋组研究单的发展197味7年,San联ger测定了ΦX174全部537腊5个核苷酸的序波列；197献8年,Fie要rs等测出SV-4煤0全部5224对碱基摘序列；198夏0年,λ噬菌体48,求502碱基对的貌序列全部柿测出；1996年,测出了大泻肠杆菌4x1罗06碱基对悄序列；199肿0年,人类基中因组计白划（Hum南anG靠eno顽meP袭roj舍ect）开始实施，币测定出人蹲基因组全挠部3x109碱基对患的序列任、确定人类约5-1树0万个基雕因的一甜级结构镇。(五)单克隆抗忧体及基因馅工程抗体呼的建立和昏发展1975年,Koh瞧ler和Mil系ste向in首次用B淋巴细胞杂交瘤肆技术制备葛出单克隆崇抗体。198市0年代以磁后,随着基因董工程抗体助技术而相继出现明的单域抗延体、单链杰抗体、嵌甚合抗体、重构奴抗体、双史功能抗体酒等为许多逃疾病的诊断和绑治疗提供济了有效的矿手段。(六)细胞信基号转导口机理研尘究成为豆新的前坚沿领域Sut块her园lan农d于195改7年发现cAMP逮,并于1965年提出第妻二信使学料说。1977年,Ros驰s等用重建组实验夸证实G蛋白的存帐在和功能，崇将G蛋白与cAM倡P的作用至相联系直起来，对G蛋白偶关联信号寺转导途辜径有了续新的认骗识。随后蛋剂白酪氨植酸激酶漆途径的爬发现、士各种受铲体蛋白基因承的克隆和棕结构功能认的探索等答，使近10年来细胞欺信号转龟导的研搅究有了抢长足的贯进步。第六节毛在农业批上的应填用品种选育国：抗逆性天、增产、衣提高营养哨价值等;作为生软物反应占器生产途人们所窃需产品;植物的墓组织培欢养快速这繁殖脱拾毒等;转基因植浩物.第七节感在医学伯方面的塑应用人类的知基因组珍计划基因治疗豆（遗传疾追病）疾病的诊典断单克隆抗杯体（生物余导弹）疾病的岭防治（陆基因工让程疫苗加）人类后基机因组计划基因克隆剩计划：克隆仅占2.5%序列的5万个基减因的位盯置。基因组脏多样性全计划：对群体基曲因多样性冰和个体基介因组特异档性的研究琴。每个人悄将有一份“先天隐私”的详尽翠资料，依个体基焦因组遗需传信息肚。cDNA计划——建立不同着组织、不饰同基因在桨不同时期恭的表达序似列的文库应。蛋白组计戏划——从单一棕的蛋白肤质转向昂大规模璃的种类躬、结构耍和功能畏的研究霞。细胞计杏划——阐明信号积传导途径竖认识生命更奥秘。当前要伟做的事运情挖掘我国碧宝贵的遗例传病资源狐，克隆我承们自己的相关基毅因；建立膛基因组分鉴析与基因喘克隆能力毛。中国的HGP指导思帅想参与分享塞，重点是迅以自己的呈资源，依播靠自己的力量，孔为子孙后符代克隆我房诚们自己的归基因。遗传病人类现礼有300锯0多种遗传瓜病，已找糕到了200多个与遗增传病有关同的基因。人类中的株遗传病大器致可分为禾单基因、男多基因和染元色体病三跳大类。单基因朱遗传病：只与沟一对基摄因有关乱，它主要克是由基姑因突变拿引起的换，如白减化病、血友病、废色盲等;多基因遗木传病：是指议由几对靠基因的双变化引起的红疾病，例巩如，高血令压、糖尿矛病、神经病等法。染色体病：是由于水染色体畸摩变所致的俗遗传病，如性先天愚翻型、猫恰叫综合杂征、性辟腺发育港不全症等。约25％的生理景缺陷、30％的儿此童死亡漆和60％的成年人交疾病都是潜由遗传疾泼病引起的克。基因治巷疗体外原贯位治疗——从患者够体内取略出带有缺陷翼的细胞，摸通过基因切转移进行各遗传修正。将晴经过遗传够修正后的趴细胞转入叔患者的体内雄。体内基因泥治疗——是指将具罚有治疗功厉能的基因摘直接转入洽病人的某衫一特定组车织中，并既且能正常惯表达。反义疗始法引入与目浮的mRN袄A相补的RNA（反义RNA），用外于阻遏裂或降低仆某个基肠因的表达，达到怖治疗目的胸。基因诊蠢断基因诊断青是在DNA重组技油术的基贩础上发展起稳来的新丛技术。DNA诊断关键扇是筛选出何特异性的DNA探针对病原被微生物肥染色体DNA限制性酶边切建立基梨因文库盗筛选出稀特异性DNA探针通过DNA分子杂小交鉴定葱该种病掘原微生飘物目前已扮分离出100多种病猴原菌的隆特异性束探针PCR诊断关键是猪设计合瓣成待鉴蹄定病原凯菌特异南序列的引些物对细菌性升疾病的诊贩断可以防坦止抗生素矛的滥用能检测出揭病原菌是租否带有抗伞药性基因利用待业测菌不区同特异甘片段设矛计多对技引物即套扛式PCR能够增大挣检测的准猛确性。PCR揪-酶解鉴定诊断遗福传疾病如β珠蛋白基阻因突变造钳成的镰刀予形细胞贫君血病突变恰好拨是在Cvn乔I限制性型酶切位莲点正常CCTG泽AGG突变成CCTG侧TGG在Cvn挣I酶位点先两端设饲计引物PCR扩增后联酶切由于酶切微位点突变秒扩增的产事物电泳发德生变化基因工程峡疫苗用基因工购程的方法吨表达出病估原物的一段基因序裕列，将表袍达产物用祥作疫苗。表达产搅物无毒厚性、无重感染力惰、强的递免疫性.目前多碑数的乙抖肝疫苗透是基因老工程苗第八节索现休代生物技油术的社会裤伦理问题人体实稿验新的医疗免技术或新吩医药产品翻，首先要物进行动物实验，领然后还必贤须临床实绑验。公众反对冲滥用健康葬人、病人身、犯人等帽做人体实验。科学