医学分子生物学第一章 绪论基础知识

医 学 分 子 生 物 学,Medical Molecular Biology,主要参考书目：现代分子生物学（第4版） 朱玉贤、李毅 编著 高等教育出版社 2013分子生物学 陈启民、耿运琪著 高等教育出版社 2010医学分子生物学 周春燕等主编 人民卫生出版社 2014,第一章 绪论,一、分子生物学的基本含义,二、分子生物学的发展简史,三、分子生物学的主要研究内容,四、分子生物学与医学,从整体水平到分子水平示意图,分子水平,细胞水平,整体水平,生命科学的发展过程：,一、分子生物学的基本含义,从广义来讲，分子生物学是从分子水平阐明生命现象和生物学规律的一门新兴的边缘学科。它主要对 蛋白质尤其是核酸等生物大分子结构和功能以及遗传信息的传递过程进行研究。,从狭义来讲，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有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。,医学分子生物学是分子生物学的一个重要分支，是从分子水平研究人体在正常和疾病状态下生命活动及其规律的一门科学。它主要研究人体生物大分子和大分子体系的结构、功能、相互作用及其同疾病发生、发展的关系。,1871年，瑞士医生Miescher从死亡的白细胞核中分离出脱氧核糖核酸（DNA）；,The discovery of DNA Miescher,二、分子生物学的发展简史,转化实验,1928年，Griffith做了肺炎链球菌转化实验，发现肺炎链球菌（Pneumococcus）的无毒菌株与其被杀死的有毒菌株混合，即变成致病菌株 ；,1944年，Avery等人发现从致病力强的光滑型（S型）肺炎提取的DNA能使致病力弱的粗糙型（R型）转化成S型。,1952年，Hershey和Chase噬菌体浸染细菌的实验,1、DNA结构的研究,1949年，Chargaff规律：A=T, G=C；A+T/G+C 19501952年，Wilkins用X射线衍射技术测定DNA纤维的结构，它的衍射图像表明DNA具有典型的螺旋结构，并且由两条以上的多核苷酸链构成； 1953年Pauling曾经提出DNA分子具有双股螺旋的设想；同年，Watson和Crick提出了DNA的双螺旋模型。,分子生物学的建立和发展阶段,Watson,Crick,双螺旋结构,DNA的X光衍射照片1952年5月拍摄,罗沙琳德弗兰克林（Rosalind Franklin，19201958）英国,DNA双螺旋结构模型的建立,DNA双螺旋结构模型的建立,诺贝尔医学与生理学奖 1962年,Watson JD和Crick FHC的“双螺旋结构模型” 启动了分子生物学及重组DNA技术的发展。确立了核酸作为信息分子的结构基础；提出了碱基配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式，最终确定了核酸是遗传的物质基础。,双链反向平行以53为正方向，从两端看结构相同。,2、遗传信息传递中心法则的建立,1956年，Kornber在大肠杆菌的无细胞提取液中实现 了DNA的合成，并从E.col中分离出DNA聚合酶；1958年，Meselson与Stahl的实验证明，DNA复制时 DNA分子的两条链先行分开。他们用15N重同位素及密度梯度超速离心证明了DNA的复制是一种半保 留复制。,1954年，Crick提出了中心法则,1961年，Yanofsky和Brener提出了三联体（triplet）的设想，即三种碱基编码一种氨基酸； 1963年，Nirenberg及Matthai的努力研究，编码氨基酸的遗传密码终于得到破译；,密码表,1965年，法国科学家Jacob和Monod提出并证实了操纵子作为调节细菌细胞代谢的分子机 制，同时还首次提出了mRNA分子。,1970年,Smith从E.coli中分离出第一个能切割DNA的酶，由于它能在DNA核苷酸序列的专一位点上切割DNA分子，他将这种酶称为限制性酶（restrition enzyme）。,1970年，Temin 和Baltimore首次分别发现反转录酶（reverse transcriptase），该酶以RNA为模板催化DNA的合成。,1972年Berg首次将用限制性内切酶切割的不同DNA片段用连接酶连接起来，并将这个重组的DNA分子有效地插入到细菌细胞中，重组的DNA进行繁殖，于是产生了重组DNA的克隆（Clone）。,分子生物学的深入发展和应用阶段,1、重组技术的建立和发展2、基因组研究的发展3、功能基因组研究的发展4、基因表达调控机理的研究,基因组、功能基因组及生物信息学研究,基因组：指某种生物单倍体染色体中所含有基因的总数，也就是包含个体生长、发育等一切生命活动所需的全部遗传信息的整套核酸。,功能基因组：又称后基因组，是在基因组计划的基础上建立起来的，它主要研究基因及其所编码蛋白质的结构和功能，指导人们充分准确地利用这些基因的产物。,人类基因组计划（human genome project, HGP） 美国科学家、诺贝尔奖获得者Dulbecco R于1986年在美国 Science 杂志上发表的短文中率先提出，并认为这是加快癌症研究进程的一条有效途径。 主要的目标是绘制遗传连锁图、物理图、转录图，并完成人类基因组全部核苷酸序列测定。测出人体细胞中24条染色体上全部30亿对核苷酸的序列，把所有人类基因都明确定位在染色体上，破译人类的全部遗传信息。 HGP是人类自然科学史上与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划相媲美的伟大科学工程。,研究结果表明，人类基因数量仅有3万个左右，比此前估计的要少得多。通过研究还发现男女可能存在巨大遗传差异，男性染色体减数分裂的突变率是女性的两倍。在已经分析的序列中，找到很多与遗传病有关的基因，包括乳腺癌、遗传性耳聋、中风、癫痫症、糖尿病和各种骨骼异常的基因。,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