分子生物学课件

分子生物学

（MolecularBiology）郑用琏

华中农业大学生命科学技术学院

zhyl@

Tellab)国家级精品教材建设项目分子生物学

（MolecularBiol11.1.二十世纪生命科学的回顾1.2.分子生物学的概念1.3.二十一世纪分子生物学展望1.5.主要参考书

1.4.二十一世纪—生命科学世纪1.1.二十世纪生命科学的回顾1.2.分子生物学的概2中国步入世界生命科学强国1859-2002第１章引言1.1.二十世纪生命科学的回顾中国步入世界生命科学强国1859-2002第１章引言1.13还原论20世纪人类对生命现象的认识个体染色体基因DNAdNt基因的概念基因的本质基因的功能逐步深刻认识还原论20世纪人类对生命现象的认识个体4人类对生命现象的认识还原论20世纪生命科学的飞跃了解整个生命现象的本质仍然是零敲碎打研究策略（piecemeal

）人类对生命现象的认识还原论20世纪生命科学的飞跃了解整个生命5人类对生命现象的认识

整体论揭示生命的奥秘21世纪GenomicsStructuralGenomicsFunctionalGenomics人类对生命现象的认识整体论揭示生命的奥秘21世纪Ge6数、理、化相关学科生物学实验技术渗透交叉近代生物学生物学个性共性宏观生物学（生态学为核心）微观生物学（分子生物学为核心）细胞水平分子水平结构生物学，发育生物学，神经生物学等新兴学科发展生物多样性研究资源保护与利用人类生态环境的保护工农业生产持续发展现代生物学的发展数、理、化相关学科生物学实验技术渗透交叉近代生物学生物7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…………….分子生物学的延伸分子生物学已经渗透到生物学的几乎所有领域分子生物学已经成为生命科学领域的带头学科分子生物学分子结构生物学分子细胞生物学分子遗传学分子生物学的821世纪生命科学发展的重要态势对生命现象的认识从单基因水平

向全基因组整体水平发展现代生命科学研究的理论与技术

从较长期的积累走向应用21世纪生命科学发展的重要态势对生命现象的认识从单基因水9Defineinbroadly;understandbiologicalphenomenainmolecularterms(difficulttodistinguishfrombiochemistry)Defineinrestrictively;thestudyofgenestructureandtheiractivitiesinmolecularlevel1.2.分子生物学的概念ThetermhasmorethanonedefinitionDefineinbroadly;Defineinr10GeneconceptGenestructureGenereplicationGeneexpressionGenerecombinationGenemutationMolecularBiologyofGeneGeneconceptMolecularBiology11Whatisthegene?BasicpropertyReplicationExpressionMutation

DNADoubleHelixModel1952J.WatsonandF.Crick

Whatisthegene?Basicpro12分子生物学诞生分子生物学诞生13分子生物学研究领域共同遵循三大基本原则分子生物学研究领域共同遵循三大基本原则14Crick：….我本人的思想是基于两个基本原理，我称之为序列假说（sequencehypothesis）

和中心法则（centraldogma)…sequencehypothesis：核酸片段的特异性完全由其碱基序列所决定，而且这种序列是某一蛋白质氨基酸序列的密码。centraldogma：

信息一旦进入蛋白质，它就不可能再输出Crick：….我本人的思想是基于两个基本原理，我称15★构成生物大分子的单体是相同的★生物遗传信息的表达的中心法则相同DNARNApolypeptidesproteincharacter高级结构生物大分子之间的互作个性分子生物学的三大原则共同的核酸语言共同的蛋白质语言★生物大分子单体的排列（核苷酸，氨基酸）★构成生物大分子的单体是相同的★生物遗传信息的表达的中心16分子生物学研究领域的三大主要领域分子生物学研究领域的三大主要领域17结构生物学基因分子生物学生物技术理论与应用分子生物学研究的三大主要领域生物大分子的结构与功能生物大分子之间的互作DNA—proteinHormone—receptorEnzyme—substrate基因的概念基因的结构基因的复制基因的表达基因的重组基因的突变基因工程细胞工程酶工程发酵工程蛋白质工程狭义的分子生物学结构生物学基因分子生物学生物技术理论分子生物学研究的三大主要18分子生物学发展的三大支持学科分子生物学发展的三大支持学科191839-1847年MatthiasSchleiden&TheodorSchwann细胞的化学组成，细胞器的结构，细胞骨架，生物大分子在细胞中的定位及功能分子生物学发展的三大支撑学科生物体由细胞组成所有组织的最基本单元----形状相似，高度分化的细胞细胞的发生与形成是生物界普遍和永久的规律MolecularCellbiologyCytology1839-1847年MatthiasSchleiden20GregorMendel1864年GeneticsMolecularGeneticsGenestructureGeneduplicationGeneexpressionGenerecombinationGenemutation

分子生物学发展的三大支撑学科遗传因子假说GeneticsGregorMendelGeneticsMolecular21NucleicAcidChemistryProteinChemistry(1936年JamesSumner)

NobelPrizeinChemistry1946分子生物学发展的三大支撑学科EnzymaticnatureofcrystallineProteinBiochemistryWhatgenesare&Howtheyact?NucleicAcidChemistryProtein22分子生物学发展的历程分子生物学发展的历程23NobelmedalHalfapoundof23-karalgold.2.5inchesacross近半个世纪以来医学，化学中重大突破与成就者NobelPrize分子生物学发展的里程碑与主要内容Nobelmedal近半个世纪以来NobelP24

TheNobelPrizeinChemistry1946

"forhisdiscoverythatenzymescanbecrystallized""fortheirpreparationofenzymesandvirusproteinsinapureform"

JamesBatchellerSumnerJohnHowardNorthropWendellMeredithStanley

CornellUniversity

RockefellerInstituteUSARockefellerInstituteUSA1887-19551891-19871904-1971

TheNob251958J.Lederberg(33y)PhagetransductionTheNobelPrizeinChemistry1958"forhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulin"FrederickSangerCambridgeUniversity

1918-Beadle&TatumOnegene--oneenzyme1958J.Lederberg(33y)Phage26SeveroOchoa(54y)SpainRichphosphatebondsofATP-------EnergyArthurKornberg(41y)DNAreplicationIsolationofDNApolymeraseIBrooklyn1959SeveroOchoa(54y)SpainRichp27FrancisCrick(35y)1951分子生物学的重要里程碑JamesWatson(23y)丹麦哥本哈根剑桥大学CavendishLab.FrancisCrick(35y)1951分子生物学的28M.H.F.Wilkins&RosalindFranklin

X~rayphotographofDNAwithhighquality(核糖与磷酸连接成的扭曲绳子，每一节上都有配对的碱基)1951.King’sLab.LondonUniversityUKM.H.F.Wilkins&Ro29JamesWatson(34y)FrancisCrick(46y)MauriceWilkins(46y)DNADoubleHelixmodel19531962JamesWatson(34y)DNADoubleH30FrancoisJacob(44y)JacquesMonod(55y)(French)Lac.OperonTheory1965ConceptofmRNAFrancoisJacob(44y)Lac.Oper311968R.HolleyH.G.KhoranaM.Nirenberg

PakistanH.GobindKhorana(46y)HowtosynthesizetripletRNAMarshallNirenberg(41y)GeneticcodonRobertHolley(46y)tRNAphecloverleafstructure1968R.HolleyH.G.Kh321969MaxDelbruck(63y)AlfredHershey(61y)PhagegroupPhageinfectioncycleDNAasgeneticmaterialM.DelbruckA.Hershey1969MaxDelbruck(63y)Phagegr33

HowardTemin(41y)DavidBaltimore(37y)Reversetranscription（引发癌症的内因）HowardTemin(41y)DavidBa34

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1978"forthediscoveryofrestrictionenzymesandtheirapplicationtoproblemsofmoleculargenetics"WernerArberDanielNathansHamiltonO.Smith

SwitzerlandBiozentrumderUniversität

JohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicine

Baltimore,USAJohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicine

Baltimore,USA1929-1928-19991931-TheNobelPrizeinPhysiolog35TheNobelPrizeinChemistry1980WalterGilbertBiologicalLaboratories

Cambridge,MA,1932-"fortheircontributionsconcerningthedeterminationofbasesequencesinnucleicacids"FrederickSangerMRCLaboratoryofMolecularBiology

Cambridge,GreatBritain1918-TheNobelPrizeinChemistry136TheNobelPrizeinChemistry1980"forhisfundamentalstudiesofthebiochemistryofnucleicacids,withparticularregardtorecombinant-DNA"PaulBerg

StanfordUniversity

1926-TheNobelPrizeinChemistry1371983.BarbaraMcClintock(86y)DNAtransposableelement1983.DNAtransposableelement38

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TheNobelPrizeinChemistry1989"fortheirdiscoveryofcatalyticpropertiesofRNARibozyme"

SidneyAltmanThomasR.Cech

YaleUniversity

NewHaven,CT,USAUniversityofColorado

Boulder,CO,USA1939-1947

39TheNobelPrizeinChemistry1993"forcontributionstothedevelopmentsofmethodswithinDNA-basedchemistry""forhisfundamentalcontributionstotheestablishmentofoligonucleiotide-based,site-directedmutagenesisanditsdevelopmentforproteinstudies"MichaelSmithUniversityofBritishColumbia

Vancouver,Canada1932-2000TheNobelPrizeinChemistry140TheNobelPrizeinChemistry1993"forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)method"KaryB.Mullis1944-TheNobelPrizeinChemistry141Gilman&Rodball→G-proteinasasignalmolecularincellLewis&Nusslein-Volhard→ControlgeneofbodydevelopinginDrosophilaGilman&Rodball→G-protein42ProgrammedCellDeath(PCD)anddevelopment2002NobelPrizeJohnSulstonUSA

SydneyBrennerH.RobertHorvitzSwitzerland

ProgrammedCellDeath(PCD)2431.3.

二十一世纪生物学的新热点及领域1.3.44生物大分子的高级三维结构与功能的统一生物大分子之间的互作→基因的社会学

(Nature杂志增设Naturaldevelopingbiology分册)基因表达，基因互作器官发生胚胎形成个体发育结构生物学（StructuralBiology）

分子发育生物学（MolecularDevelopingBiology）生物大分子的高级三维结构与功能的统一45个体细胞分子还原论整体论细胞中的定位细胞分化分子细胞生物学

(MolecularCellBiology)个体细胞分子还原论整体论细胞中的定位细胞分化分子细胞生物学46Genomics

Structuralgenomics

FunctionalgenomicsGenomicsStructural47Structuralgenomics基因组的全序列高密度的分子标记图谱高精度的物理图谱转录水平上的表达图谱大规模的蛋白质构型模拟Structuralgenomics48Functionalgenomics

利用结构基因组提供的信息大规模地分析基因的功能不仅提供基因功能的简单列表最终要阐释基因如何工作细胞组织个体Functionalgenomics49计算机语言

分辨，提取，分析，比较，预测生物信息

生物大分子的结构与功能信息

生物信息学(Bioinformatics)计算机语言分辨，提取，分析，比较，预测生物信息生物大50神经基质神经通道信息传递大分子克隆一级结构分析三维结构重建思维感情记忆科学解释分子神经生物学（MolecularNeurobiology）继人类基因组后脑计划即将启动神经基质大分子克隆思维科学解释分子神经生物学继人类基因组后51199470个Scr,PCD原癌基因（生长因子，细胞周期等癌症相关基因）1986.FriendRB1第一个抑癌基因被克隆

(TumorSuppressorgene)11个抑癌基因被证实

（P53,P21,ERBA,WT1,NF1等）

1975.BishopM.Src(Sarcoma肉瘤)癌基因的证实分子肿瘤学（MolecularTumorology）199452

应用生物学发展

生物技术

诊断试剂治疗药物植物品种畜用制品食品加工环境工程废物处理生物塑料民用制品再生能源

生命科