分子生物学绪论

Molecular Biology,分子生物学,2017/11/9,1,特点,分子生物学理论性强分子生物学与生活密切相关如：药物减肥，转基因细菌生产燃料,2222017/11/9,2,分子生物学研究的主要内容 分子生物学的历史分子生物学与其他学科的关系,2017/11/9,3,分子生物学的主要内容,分子水平研究生命现象、生命本质、生命活动及规律。包括生物大分子、基因组的结构与功能；基因的复制、表达、调控；基因工程的各种技术体系。,2017/11/9,4,医学分子生物学主要内容,生物大分子的结构与功能基因组的结构与功能基因的复制、表达、调控基因工程的各种技术体系（克隆、测序、杂交、PCR、转基因、DNA芯片）基因与疾病基因诊断与基因治疗,2017/11/9,5,分子生物学的历史,2017/11/9,6,分子生物学重要的进展,一、DNA的复制二、基因与蛋白质的关系三、中心法则四、基因工程五、分子生物学的其它进展,2017/11/9,7,一、DNA的复制,同位素标记实验证明DNA的半保留复制机制,2017/11/9,8,二、基因与蛋白质的关系,1902年，Archibald Garrod在研究“尿黑酸症”时发现这种疾病符合孟德尔隐性遗传规律，因此推测这种疾病很可能是由一个基因变异失效而引起的。病人的主要症状是尿液中黑色素的积累，Garrod据此认为该病是由某条生化代谢途径中的某种中间产物的异常积累而引起的，他假设这种异常积累是因为转化该中间产物的酶失效。在此基础上Garrod提出了“一个失效的基因产生一种失效的酶”的假设，即：一个基因一种酶假说（one-gene/one-enzyme hypothesis）。,2017/11/9,9,George Beadle和E.L.Tatum通过研究红色链孢霉菌实验证明了这一假说。红色链孢霉菌能在含 无机盐、蔗糖和生物素的“最低培养基”上正常生长，并能利用这些简单的化合物合成各种核苷酸、氨基酸、维生素等自身生长和系列所需要的物质。这种红色链孢霉菌周期短，在实验室易于保存，运用照射技术，极易产生突变，又容易鉴别代谢的（即生化的）突变体。,2017/11/9,10,在正常情况下，每个性状都是由一个基因，而不是两个基因决定的，因而不存在显性掩盖隐性基因的问题。这样就使突变的基因都表现出它们的表现型。,2017/11/9,11,比德尔和塔特姆用X射线或紫外线处理链包霉的孢子，结果使某些孢子不能在最低培养基上生长，若培养基中增加某种氨基酸，或核苷酸，维生素，它们就能继续生长。这表明因照射使某些个体失去合成某种物质的能力。这种性状的变化证明是可以遗传的。这种突变体称为生化突变体。,2017/11/9,12,在突变菌株中找到了使某一代谢反应失效的酶，并证明在突变菌株中只有一个基因发生了突变。也就是说，一个失效的基因产生一种失效的酶，或者干脆不产生产物。这就是一个基因一种酶假说。实际上这个假说并不完全正确：,2017/11/9,13,1、酶分子可以由数条多肽链组成，而一个基因只能产生一条多肽链。2、许多基因负责产生非酶蛋白质。3、一些基因的产物并不是蛋白质，而是RNA。一个基因一种酶假说因此修正为：大多数基因含有产生一条多肽链的信息。,2017/11/9,14,编码蛋白质的基因中所蕴含的信息通过转录（transcription）和翻译（translation）两个相关联的过程得到表达。具体过程：RNA聚合酶（RNA polymerase）以DNA中的一条链为模板合成互补的一条RNA单链，将DNA中所蕴含的遗传信息以mRNA的形式带到蛋白质工厂核糖体中，在核糖体中作为多肽链合成的直接模板指导蛋白质的合成。,2017/11/9,15,因为核糖体本身就含有RNA（rRNA），Crick最初认为是这种存在于核糖体上的RNA指导蛋白质的合成。按照这种学说，每个核糖体只能合成由该核糖体上的rRNA编码的蛋白质。Francois Jacob和Sydney Brenner提出了另一种看法：核糖体只是一种非特异性的翻译机器，可以按照进入核糖体的mRNA上的信息指导合成不同的蛋白质，实验证明这种看法是正确的。,2017/11/9,16,美国生化学家Marshall Nirenberg，Gobind Khorana和Robert W. Holley在20世纪60年代从不同的途径破译了遗传密码。他们发现三个连续的碱基组成一个编码单位，称为密码子（codon），代表一种氨基酸。在64种密码子中，有61种编码氨基酸，其它的三个是终止信号。他们因为共同阐明了遗传密码及其在蛋白质合成中的作用而分获了1968年的Nobel医学奖。,2017/11/9,17,三、中心法则,2017/11/9,18,2017/11/9,19,四、基因工程,发展阶段。,2017/11/9,20,五、分子生物学的其它进展,1983年美国细胞遗传学家Barbara McClintock因为提出并发现可转座因子（transposable elememt）而获得了Nobel生理医学奖。她在1940到1950的10年间，一直致力于玉米的细胞遗传学研究，发现了大量具有修饰与控制活性的“控制因子”。,2017/11/9,21,2017/11/9,22,1982年Cech发现四膜虫细胞26SrRNA前体具有自我剪接功能，并于1986年证明其内含子L-19IVS具有多种催化功能；1984年Altman发现RNaseP的核酸组分M1RNA具有催化活性，而该酶的蛋白质部分C5蛋白并无酶活性；这一发现改变了生物催化剂的传统概念，具有催化活性的RNA被称为核酶（ribozyme）。1989年美国科学家Sidney Altman和Thomas R.Cech因为各自独立地发现某些RNA也具有生物催化功能而分享了Nobel化学奖。,2017/11/9,23,1997年美国生化学家Stanley Prusiner因为发现朊病毒（prion）以及在朊病毒致病机理方面的研究而获得生理医学奖。朊病毒是一种蛋白质侵染因子，可导致人和动物的多种神经系统退行性疾病，如库鲁病（Kuru）、克-雅氏综合症（CJD）或者称早老性痴呆症以及动物中的羊搔痒病(Scrapie)、牛海绵状脑病(BSE或称疯牛病)等。,2017/11/9,24,2001年美国科学家Leland H. Hartwell和英国科学家Timothy Hunt以及Paul Nurse因为在细胞周期调控研究中做出的突出贡献而分享了Nobel生理医学奖。2002年英国科学家SydneyBrenner、John E.Sulston、美国科学家H.Robert Horvitz因为在细胞程序性死亡（PCD）和器官发育方面的贡献而分获了Nobel生理医学奖。,2017/11/9,25,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。,2017/11/9,26,生物化学与分子生物学关系最为密切。两者同在我国教委和科委颁布的一个二级学科中，称为“生物化学与分子生物学”，但两者还是有区别的。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。国际生物化学学会和中国生物化学学会现均已改名为国际生物化学与分子生物学学会和中国生物化学与分子生物学学会。,2017/11/9,27,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。细胞作为生物体基本的构成单位是由许多分子组成的复杂体系，光学显微镜和电子显微镜下所见到的规则结构是各种分子有序结合而形成的。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。分子生物学则是从研究各个生物大分子的结构入手，但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。分子细胞学或细胞分子生物学就因此而产生，成为人们认识