分子生物学课件-第一章-绪论1

分子生物学

化学与生命科学系

姚飞虹课程通过课堂讲授和实验使同学们掌握有关分子生物学的基本知识，并对该科学有一个基本的整体的认识。了解核酸的基本生物化学特性；熟知生物信息的储存与表达过程；掌握DNA、RNA和蛋白质的基本代谢过程，特别是基因的一般结构与生物功能，基因活性的修饰与调节以及基因与发育的有关基础知识；掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原理，了解现代分子生物学基本研究方法，了解基因治疗等的新成果、新进展。目的是使同学们对该学科产生兴趣，为今后投身到生命科学的研究奠定基础。讲授的内容介绍：1、绪论2、染色体与DNA3、生物信息的传递（上）——从DNA到RNA4、生物信息的传递（下）——从mRNA到蛋白质5、分子生物学研究方法（上）——DNA、RNA及蛋白操作技术6、分子生物学研究方法（下）——基因功能研究技术7、基因的表达与调控（上）——原核8、基因的表达与调控（下）——真核9、疾病与人类健康10、基因与发育11、基因组与比较基因组学第一章绪论引言分子生物学定义分子生物学发展简史分子生物学研究内容分子生物学展望一、引言1、创世说与进化论达尔文、1859年《物种起源》，确立了进化论的概念2、细胞学说（1847）德国Schleiden(19世纪）德国Schwann（19世纪）荷兰Leeuwenhoek（17世纪）列文虎克细胞学说的主要内容有：①细胞是有机体，一切动植物都是由单细胞发育而来，即生物是由细胞和细胞的产物所组成；②所有细胞在结构和组成上基本相似；③新细胞是由已存在的细胞分裂而来；④生物的疾病是因为其细胞机能失常。3、经典的生物化学和遗传学经典生物化学●

19世纪中叶，蛋白质的发现●Buchner证明蛋白质是生活细胞中所有化学反应的执行者和催化剂●19世纪中叶到20世纪初，组成蛋白质的20种基本氨基酸被相继发现（1935年，苏氨酸）●著名生物化学家Fisher还论证了连接相邻氨基酸的“肽键”的形成。经典遗传学

孟德尔GregorMendel(1822-1884),奥地利科学家，经典遗传学的奠基人1857-1864的7年中，进行了豌豆的杂交研究，1865年发表了他的划时代的论文《植物杂交试验》在论文中提出了“遗传因子”的概念，并得出了二条规律：●统一律（P5）：F1=3：1分离●分离规律：F2=9：3：3：1的分离在孟德尔遗传学的基础上，美国著名的遗传学家Morgan又提出了基因学说。连锁遗传规律F1F24、DNA的发现1944年，美国著名微生物学家Avery证明gene就是DNA分子，DNA才是遗传信息的载体，蛋白质不是。Avery的肺炎双球菌转化实验Hershey和Chase的噬菌体侵染细菌试验第一章绪论引言分子生物学定义分子生物学发展简史分子生物学研究内容分子生物学展望二、分子生物学定义

从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学

，主要指遗传信息的传递（复制）、保持（损伤和修复）、基因的表达（转录和翻译）与调控。强调以上各种生命活动（Biochemicalprocesses）：1是什么（what，生物学重要性和具体过程），2所涉及的生物大分子（DNA、RNA、蛋白质)是如何相互作用使之发生的（how）。第一章绪论引言分子生物学定义分子生物学发展简史分子生物学研究内容分子生物学展望近半个多世纪以来医学，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现代分子生物学的发展简史三、分子生物学发展简史1、孕育阶段（1820~1950年代）●1865年，孟德尔发表了他的《植物杂交实验》一文，首次阐述了生物界有规律的遗传现象。●

1900年，孟德尔遗传规律被证实，成为近代遗传学基础。●

1910年，Morgan的染色体—基因遗传理论，Gene

存在于染色体上。进一步将“性状”与“基因”相耦联，成为现代遗传学的奠基石。●

1944年，美国微生物学家Avery证明基因就是DNA分子，提出DNA是遗传信息的载体。2、创立阶段（1950~1970年代）●1953年，美国科学家Watson和英国科学家Crick提出DNADoubleHelixmodel1962年Watson、Crick与Wilkins共享诺贝尔生理医学奖通过对DNA分子的X射线衍射研究证实了前两者提出的DNA的模型●1958年Crick提出中心法则。●1958年，Meselson和Stahl证明DNA半保留复制。半保留复制（Semiconservativereplication）是描述DNA的复制方式，目前已知的所有细胞皆以此方式进行复制。也是唯一确认存在于自然界中的模型。StahlMeselson●1959年，美籍西班牙裔科学家Uchoa和美国Kornberg发现了DNA和RNA的生物合成机理而分享了诺贝尔生理医学奖。●1961年，法国科学家Jacob（雅各布）

和Monod（莫诺）提出操纵子学说（第七章）●并首次提出了mRNA的概念1965年获得诺贝尔生理医学奖1968年获得诺贝尔生理医学奖3、发展阶段（1970年代以后）●

1970年，Temin和Baltimore在RNA肿瘤病毒中发现逆转录酶。1975年，获诺贝尔生理医学奖 ●1977年，Sanger等人发明了一种测定DNA分子内核苷酸序列的方法。

桑格(Sanger）

吉尔伯特(Gilbert）

伯格（Berg）1980年，与Gilbert和Berg共享诺贝尔化学奖Sanger还由于测定了牛胰岛素的一级结构而获得1958年诺贝尔化学奖。1983.BarbaraMcClintock(86y)DNAtransposableelememt●1983年，美国遗传学家McClintock因发现可移动的遗传因子而获得诺贝尔生理医学奖。sheistheonlywomantoreceiveanunsharedNobelPrizeinthatcategory1997年，美国科学家Prusiner(普鲁希内尔)发现朊病毒是阿尔次海默病（早老性痴呆症）等疾病的病原获得诺贝尔生理医学奖1999年,美国科学家Blobel发现蛋白质有内部信号决定蛋白质在细胞内的转移和定位.信号肽和信号识别复合物(SRPS)在蛋白质跨膜运转过程中的主导作用.1999年，诺贝尔生理医学奖

。LelandH.Hartwell,R.Timothy(Tim)Hunt以及PaulM.Nurse等三人，多年的研究发现细胞周期的关键因子与调控机制，细胞周期蛋白依赖激酶(CDK)与细胞周期蛋白（cyclins）--调节CDK功能的蛋白质,促进世人对细胞周期的了解，进而开启癌症的生成与不正常细胞周期调控的研究方向。

2001年，获诺贝尔生理医学奖

罗杰·科恩伯格真核生物如果想应用存储在基因里的信息，必须先将信息备份并传送至细胞外层，细胞再利用这些信息生产蛋白质，这个备份过程被称作转录。美国科学家罗杰·科恩伯格正是因为揭示了这一过程而获得了本年度诺贝尔化学奖。2006年，诺贝尔化学奖

2006年诺贝尔生理医学奖RNA干扰现象--控制遗传信息流动的基本机制安德鲁·法尔

AndrewZ.Fire

美国

美国麻省理工学院

1959～

雷格·梅洛

CraigC.Mello

美国

哈佛大学

1960～2007年诺贝尔生理医学奖在涉及胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组方面的一系列突破性发现—基因打靶技术2009年诺贝尔生理医学奖2009年诺贝尔化学奖

我国参与第3号染色体研究，计3000万个碱基对，约占人类基因组全部序列1%（中科院遗传所人类基因组中心杨焕明教授负责，1999年9月加入这一研究计划）。人类基因组“工作框架图”在2000年6月26日宣布完成绘制，

2003年4月14日美英日法德中等国的科学家宣布完成人类基因组的测序工作国际水稻（粳稻）基因组计划始于1998年，日美中法等10个国家和地区参加，我国的贡献率为20%。

2005年8月10日，《Nature》宣布历时6年半的水稻全基因组测序完成

明确12条染色体上37544个基因的精确位置，误差率<0.01%

第一个完成着丝点测序高等植物。第一章绪论回顾所学知识点分子生物学定义分子生物学发展简史分子生物学研究内容分子生物学展望四、分子生物学研究内容●DNA重组技术（基因工程）●基因的表达调控●生物大分子的结构和功能研究(结构分子生物学）●基因组、功能基因组与生物信息学研究所有生物体中的有机大分子都是以C为核心以共价键的形式与H、O、N、P以不同的方式构成的一切生命体中的各类有机大分子都是由完全相同的单体，如Pr（20aa）、DNA/RNA中的8种碱基所组成的，由此产生了分子生物学的三条基本原理：1.构成生物体各类有机大分子的单体在不同生物中都是相同的（无物种特异性）;2.生物体内一切有机大分子的建成都遵循共同的规则;3.某一特定生物体所拥有的核酸和蛋白质分子决定了它的属性.分子生物学的三条基本原理●DNA重组技术将不同的DNA片段（如某个基因or基因的一部分）按照人们的设计方向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。(首创者P.伯格)●DNA重组技术有着广阔的应用前景1、可被用于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低的多肽

;2、可用于定向改造某些生物的基因组结构;3、可被用来进行基础研究

●基因的表达调控（第7&8章）◆基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。在个体生长发育过程中生物遗传信息的表达按一定时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）。◆原核生物的基因组和染色体结构都比较简单，转录和翻译在同一时间和空间内发生，基因表达的调控主要发生在转录水平。（第7章）◆真核生物转录和翻译过程在时间和空间上都被分隔开，且在转录和翻译后都有复杂的信息加工过程，其基因表达的调控可以发生在各种不同的水平上。其基因表达调控主要表现在信号传导研究、转录因子研究及RNA剪辑3个方面。（第8章）一个生物大分子，无论是核酸、蛋白质或多糖，在发挥生物学功能时，必须具备两个前提：拥有特定的空间结构（三维结构）；发挥生物学功能的过程中必定存在着结构和构象的变化。结构分子生物学就是研究生物大分子特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。它包括3个主要研究方向：结构的测定结构运动变化规律的探索结构与功能相互关系结构分子生物学基因组、功能基因组与生物