现代分子生物学课件-第一章

1、现代分子生物学,苏州大学基础医学与生物科学学院,朱 江 2008.8,目 录,第一章 绪论 第二章 染色体与DNA 第三章 生物信息的传递 （上） 从DNA到RNA 第四章 生物信息的传递 （下） 从mDNA到蛋白质 第五章 分子生物学研究法 （上） DNA、RNA及蛋白质操作技术,第六章 分子生物学研究法 （下） 基因功能研究技术 第七章 基因表达与调控 （上） 原核基因表达调控模式 第八讲 基因表达与调控（下） 真核基因表达调控的一般规律 第十一讲 基因组与比较基因组学,第一章 绪论,1 分子生物学的含义和研究内容 2 分子生物学发展简史 3 分子生物学的现状和展望,二十一世纪是现代生物科

2、学的世纪 统计美国“科学引文索引（SCI）”收录的4500余种学术刊物，发现有2350种左右为生物科学相关杂志！统计全世界引用指数（Impact factor）在10以上的超一流学术刊物，也发现80%左右是生物科学相关刊物。,分析98年SCI收录的4500种期刊的 影响因子发现: Cell （细胞） 44.0 Nature （自然） 28.4 Science （科学） 24.1,第一节 分子生物学的含义和研究内容,分子生物学的含义 广义概念:从分子水平阐明生命现象和生物学规律。 狭义概念:基因的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调节控制。 分子生物学的研究内容 生物大分子的结

3、构和功能 基因表达的调节控制 基因组、功能基因组与生物信息学研究 DNA重组技术 (基因工程),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。 (2) 生物体内一切有机大分子的构成都遵循共同的规则。 (3) 某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性。,生物大分子的结构功能研究 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。 研究三维结构及其运动规律的手段主要是X射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学），其次是用二维核磁共振和多维核磁研究液相结构，也有人用电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各种频谱学方法研究生物高分子的

4、空间结构。,基因表达调控研究 因为蛋白质分子参与并控制了细胞的一切代谢活动，而决定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸（主要是脱氧核糖核酸）分子编码，表现为特定的核苷酸序列，所以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的时序发生变化（时序调节），并随内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）。 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。,基因组、 功能基因组、 生物信息学研究,DNA重组技术 是20世纪70年代初兴起的技术科学，目的是将不同DNA片段（如某个基因或基因的一部分）按照人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中

5、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。,DNA重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶工程及微生物学、遗传学、细胞学长期深入研究的结晶，而限制性内切酶DNA连接酶及其他工具酶的发现与应用则是这一技术得以建立的关键。,J acob Monod,测定了肌红蛋白及血红蛋白的高级结构,第二节 分子生物学简史,年份,科学家,国籍,研究内容,获奖情况,1996,1997,1998,1999,2000,2001,Doherty Zinkernagel,Prusiner,Furchgott Ignarro Murad,Blobel,Carlsson Greengard Kandel,Hartwe

6、ll Hunt、Nurse,澳 瑞士,诺贝尔生理医学奖,诺贝尔生理医学奖,诺贝尔生理医学奖,诺贝尔生理医学奖,诺贝尔生理医学奖,诺贝尔生理医学奖,孟德尔的遗传学规律最先使人们对性状遗传产生了理性认识，而Morgan的基因学说则进一步将“性状”与“基因”相耦联，成为分子遗传学的奠基石。 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。,1910年，德国科学家Kossel第一个分离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸。 1959年，美国科学家Uchoa第一次合成了核糖核酸，实现了将基因内的遗传信息通过RNA翻译成蛋白质的过程。同年，Kornberg实现了试管内细

7、菌细胞中DNA的复制。,1962年，Watson（美）和Crick（英）因为在1953年提出DNA的反向平行双螺旋模型而与Wilkins共获Noble生理医学奖，后者通过X射线衍射证实了Watson-Crick模型。,1965年，法国科学家Jacob和Monod提出并证实了操纵子（operon）作为调节细菌细胞代谢的分子机制。此外，他们还推测存在一种与DNA序列相互补、能将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所并翻译产生蛋白质的mRNA（信使核糖核）。,1972年，Paul Berg（美）第一次进行了DNA重组。 1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次进行了DNA序列分析。,198

8、8年，McClintock由于在50年代提出并发现了可移动遗传因子（jumping gene或称mobile element）而获得Nobel奖。,1993年，美国科学家Roberts 和Sharp因发现断裂基因（ introns）而获得Nobel奖；Mullis由于发明PCR仪而与加拿大学者Smith（第一个设计基因定点突变）共享Nobel化学奖,此外，Griffith（1928）及Avery（1944）等人关于致病力强的光滑型（S型）肺炎链球菌DNA导致致病力弱的粗糙型（R型）细菌发生遗传转化的实验; Hershey和Chase（1952）关于DNA是遗传物质的实验;,Crick于1954

9、年所提出的遗传信息传递规律（即中心法则）； Meselson和Stahl（1958）关于DNA半保留复制的实验; Yanofsky和Brener（1961）年关于遗传密码三联子的设想都为分子生物学的发展做出了重大贡献。,中国生物科学家吴宪20世纪20年代与汪猷、张昌颖等人一道完成了蛋白质变性理论、血液生化检测和免疫化学等一系列有重大影响的研究。,20世纪中下叶，我国科学家相继实现了人工全合成有生物学活性的结晶牛胰岛素，解出了三方二锌猪胰岛素的晶体结构，采用有机合成与酶促相结合的方法完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成。,第三节 分子生物学的现状和展望,基因组学与后基因组学 生命科学与非生命

10、科学之间的相互交叉 和渗透 分子生物学对生物科学的贡献和展望 分子生物学在实际应用方面的诱人前景,二000年六月二十六日克林顿宣布 人类基因组草图绘制完成,人类基因组计划1%测序中国实验室,生物高新技术之崛起,引自：美国生物技术产业协会,21世纪是生命科学的世纪 3B将成为科技革命和产业革命重要内容 生物技术（Biotechnology，BT） 生物产业（Bioindustry，BI） 生物经济 (Bioeconomy, BE),现代生物技术产业包括:,生物医药 生物农业 生物能源 生物制造 生物环保 生物芯片 生物服务,预计到2020年，生物医药占全球药品的比重将超过1/3，生物质能源占世界

11、能源消费的比重将达5%左右，生物基材料将替代10%-20%的化学材料。 生物制造、生物能源、生物环保等一批新兴产业正在快速形成。 据ErnstYoung研究报告，2010年生物环境、生物工业处理、生物海洋技术世界市场规模将达到 134亿美元、327亿美元、288亿美元。,预测2010年 生物技术药物市场和疫苗市场达1500亿美元，占世界药物市场的25%；到2020年基因工程新药可能达到3000种. 2007年 组织工程和再生治疗市场 1600亿美元 临床诊断试剂和芯片市场 157亿美元,基本要求,1. 熟知核酸的基本生物化学特性； 2. 熟知生物信息的储存与表达过程； 3. 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； 4. 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； 5.了解基因组与比较基因组学的新