分子生物学第一章绪论36538ppt课件

分子生物学Molecularbiology 本章主要内容 0 1分子生物学的概念0 2分子生物学的研究内容0 3分子生物学与生物化学之间的关系0 4分子生物学发展的历程0 521世纪分子生物学发展的趋势 0 1分子生物学的概念 1 广义的概念 蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能的研究都属于分子生物学的范畴 也就是从分子水平阐明生命现象和生物学规律 例如 蛋白质的结构 运动和功能 酶的作用机理和动力学 膜蛋白结构功能和跨膜运输都属于分子生物学的研究内容 狭义的概念 将分子生物学的范畴偏重于核酸 或基因 的分子生物学 主要研究基因或DNA的复制 转录 表达和调节控制等过程 当然其中也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶的结构与功能的研究 0 2分子生物学的研究内容 1 基因与基因组的结构与功能2 DNA的复制 转录和翻译3 基因表达调控的研究4 DNA重组技术5 结构分子生物学 1 基因与基因组的结构与功能 基因的研究一直是影响整个分子生物学发展的主线 正向生物学 生物性状基因结构反向生物学 基因结构生物性状 2 DNA的复制 转录和翻译 DNA或基因怎样在各组相关的酶与蛋白因子的作用下 按照中心法则的规定进行自我复制 转录和反转录以及翻译 对mRNA分子剪接 加工 编辑以及对新生多肽链折叠成为有功能的结构的研究 3 基因表达调控的研究 生物个体遗传信息的表达具有时序性 基因表达的调控主要发生在转录和翻译水平上 4 DNA重组技术 1 用于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低的多肽 提高产量 降低成本 使许多有价值的多肽类物质得到广泛的应用 2 用于定向改造某些生物的基因组结构 使它们所具备的特殊功能更符合人类生存和生活的需要 3 重组DNA技术还被用来进行基础研究 5 结构分子生物学 结构分子生物学就是研究生物大分子特定的空间结构以及结构的运动变化与其生物学功能相互关系的科学 它包括结构的测定 结构运动变化规律的探索和结构与功能相互关系三个方向的研究 0 3分子生物学与生物化学之间的关系 0 3 1分子生物学与生物化学之间密不可分 分子生物学从分子水平研究生命现象 生物化学从分子水平研究生命现象的化学本质 从学科范畴讲 分子生物学包括了生物化学 但从研究的内容上 许多内容又属于生物化学的范畴 0 3分子生物学与生物化学之间的关系 0 3 2两者在研究方向和研究方法与手段上有明显的区别研究方向 分子生物学的重点是大分子的结构与功能 而生物化学则是分子的代谢转化 研究方法 分子生物学以化学和物理的方法研究大分子结构 采用生物化学与遗传学相结合的方法探索其功能 解决大分子结构与功能及其代谢调节的关系 生物化学主要采用生物化学与化学以及生理学的方法 探索生命的化学过程 解决分子转化与能量转换的问题 0 4分子生物学发展简史 1 早在1871年MiesCher从死的白细胞核中分离出脱氧核糖核酸 DNA 迄今已有120年的历史 2 1944年著名微生物学家Avery等人在对肺炎双球菌的转化实验中证实了DNA是生物的遗传物质 3 hargaff 1949 从不同来源DNA测定出4种核酸碱基 即胸腺嘧啶 thymidine T 胞嘧啶 cytocinhC 腺嘌呤 adenine A 和鸟嘌呤 guanine G 同时G CA T这个规律称为Chargaff规律 4 Watson和Crick于1953年在Nature杂志 171 737 738 上提出了DNA双股螺旋模型 DNA以磷酸糖链形成了双股螺旋 脱氧核糖上的碱基按Chargaff规律构成双股磷酸糖链之间的碱基对 5 Kornberg于1956年在大肠杆菌的无细胞提取液中分离出DNA聚合酶I能使4种dNTP 即dATP dGTP dCTP和dTTP 连接成DNA 6 Meseison与Stahl用精彩的实验证明 DNA复制时DNA分子的两条链先行分元 他们用15N重同位素及密度梯度超速离心 证明DNA复制是一种半保留复制 7 Crick于1954年提出了遗传信息传递的规律 DNA是合成RNA的模板 emplate RNA又是合成蛋白质的模板 称之为中心法则 8 Yanofsky和Brener 1961 提出了三联体 triplet 的设想 即3个碱基编码一种氨基酸 经过Nirenberg和Matthai的努力研究 编码氨基酸的遗传密码终于得到了破译 horana 1966 用实验证实了Nirenberg提出的遗传密码 9 蛋白质合成是分子生物学的重要课题 它的研究经历了很长的过程 早在1953年Zamkecni及其同事就开始在无细胞系统中利用放射性同位素标记的氨基酸研究蛋白质合成过程 发现蛋白质合成的场所为核糖体 ribosome 10 Monod和Jacob于50年代末对此问题做了详细研究 提出了操纵子学说 operontheory 11 Temin和Balimore 1970 首次发现反转录酶 reversetranscriptase RTase 我们可以利用反转录酶以分离得到的mRNA为模板合成cDNA 从而进行基因结构及其表达的研究 12 Smith于1970年从E coli中分离出第一个能切割DNA的酶 由于它能在DNA核苷酸序列的专一性位点上切割DNA分子 他将这种酶称为限制性酶 restrictionenzyme 13 Sanger 1977 及Gilbert 1977 分别用酶法和Glibert化学法将DNA分子中碱基的序列准确地测定出来 使我们对基因甚至基因组的结构得到了解 14 1972年Berg首次将不同的DNA片段连接起来 并且将这个重组的DNA分子有效地插入到细菌细胞之中 重组的DNA进行繁殖 于是产生了重组DNA的克隆 clone Berg是重组DNA或基因工程技术的创始人 于1980年获得了Nobel奖 15 Cech于1986年发现核酶 ribozyme 16 1985年 Saiki等发明了聚合酶链式反应 PCR 17 1990年7月 美国将人类基因组计划 HumanGenomeProject HGP 正式列入国家重大项目 美国国会还通过了30亿美元的研究经费正式启动这个计划 预计用15年的时间 在2005年绘出人类基因图谱 继美国之后 英国 曰本 法国 德国 中国等18个国家相继参与这个计划 成为重大国际合作计划 18 1994年 日本科学家在NatureGenetics上发表了水稻基因组遗传图 19 1997年 Wilmut等首次不经过受惊 用成年母羊体细胞的遗传物质 成功地获得克隆羊 多莉 现代分子生物学的研究成就 1 人类基因组计划的实施取得了重大成果 2 微生物基因组 噬菌体 大肠杆菌 酵母等的基因组计划 3 动物基因组 果蝇 线虫 小鼠的基因组计划 4 植物基因组 水稻 拟南芥等基因组计划 5 对肿瘤 艾滋病 心血管疾病 高血压 糖尿病等的防治已取得可喜的成就 6 农作物抗病虫害 品种改良 抗病毒病等方面已逐步走向实用阶段 20世纪以核酸研究为核心 带动着分子生物学向纵深发展 50年代的双螺旋结构 60年代的操纵子学说 70年代的DNA重组 80年代的PCR技术 90年代的DNA测序都是分子生物学发展的里程碑 将生命科学带向一个由宏观到微观 再到宏观的时代 0 521世纪分子生物学发展趋势 当前 人类基因组研究的重点正在由结构向功能转移 一个以基因组功能研究为主要研究内容的 后基因组 post genome 时代已经到来 0 5 1功能基因组学 功能基因组学是指在全基因组序列测定的基础上 从整体基因水平研究基因及其产物在不同时间 空间 条件的结构与功能的关系及活动规律的学科 0 5 1功能基因组学 功能基因组学的任务 是对成千上万的基因表达进行分析和比较 从基因组整体水平上阐述基因活动的规律 0 5 2蛋白质组学 蛋白质组学是指从整体角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成成分 表达水平与修饰状态 进而了解蛋白质之间的相互作用与联系 揭示蛋白质功能与细胞生命活动规律的一个新的研究领域 0 5 3生物信息学 广义的概念是指应用信息科学研究生物体系和生物过程中信息的存贮 信息的内涵和信息的传递 研究和分析生物体细胞 组织 器官的生理 病理 药理过程的中各种生物信息 或者说是生命科学中的信息科学 狭义的概念是指应用信息科学的理论 方法和技术 管理 分析和利用生物分子数据 一般提到的 生物信息学 是指这个狭义的概念 更准确地说 应该是分子生物信息 MolecularBioinformatics 国际上四大生物信息中心 即美国生物工程信息中心 GenBank 基因组序列数据库 GSDB 欧洲分子生物学研究所 EMBL 和日本DNA数据库 DDBJ 分子生物学教学大纲 绪论第一章DNA结构第二章DNA的复制第三章DNA重组第四章RNA的合成第五章遗传密码第六章蛋白质的合成第七章原核生物基因表达第八章真核生物基因组第九章真核生物基因表达与调控 分子生物学常用参考书目 1 MolecularBiologyoftheCell 4thEditionbyBAlberts 2 MolecularCellBiology 4thEditionbyHLodish 3 MolecularBiology 2ndEditionbyRWeaver 4 分子生物学 InstantNotesinMolecularBiology 2ndEditionbyPTurner 5 AdvancedMolecularBiol