分子生物学课件-绪论

,Springsemester,2009,MolecularBiology,绪论什么是分子生物学?分子生物学是研究生物大分子结构与功能的一门学科。即在分子水平上阐述细胞在生长、发育、分化过程中，生物大分子的相互作用、细胞传导、基因表达及调控的机制。广义的讲，一切从分子水平研究生命现象及规律的学科。,分子生物学的基本原理：1.构成生物体的有机大分子的单体在不同生物体内都是相同的；2.生物体内一切有机大分子的建成都遵循共同的规律；3.某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质决定了生物的属性。,GENETICINFORMATIONDNARNAPROTEINDNA1.REPLICATION(DNASYNTHESIS)2.TRANSCRIPTION(RNASYNTHESIS)3.TRANSLATION(PROTEINSYNTHESIS),研究对象：核酸遗传信息的载体，决定生物性状；稳定遗传，保证种的延续，母代子代；易于保存，易于操作。蛋白质遗传物质的控制产物，功能的执行者，生物性状的表现形式。,分子生物学与生物化学之间的关系与区别：分子生物学研究生物大分子的结构、功能及信息传递过程，从分子水平研究生命现象。生物化学生物体内的化学运动，包括化学组成、变化、结构与功能，生物分子间的物质与能量转换过程。现在通常将研究DNA的结构及其表达，了解生命现象的工作算作分子生物学的内容，将生命物质的组成及变化（代谢规律）归为生物化学的范畴。分子生物学生物化学,分子生物学的相关学科：1.生物化学生物化学是分子生物学的基础，学好生化便于分子生物学的基本原理和方法的理解。2.微生物学作为分子生物学研究的模型生物，分子生物学操作的一部分（基因扩增、克隆、表达）。3.遗传学研究生物的遗传及变异规律，遗传变异的本质DNA。4.细胞生物学细胞是生命的基本功能单位，基因功能必须通过细胞来表现，离开细胞，就没有生命。,分子生物学的学科特征是生命科学的一门基础学科,它服务于生命科学的任何一门学科,它可为基础研究服务,同时也是极有应用前景的学科。是一种方法、技术和手段,目的是了解生命的本质,揭示生命规律,最终解决人类生存和发展问题。,分子生物学的目标及任务目标：了解生命本质，揭示生命运动的规律任务：1.分离克隆基因；（clone）基因克隆把确定某一性状的基因（DNA片段）从整个基因组中找出来。,克隆（clone）这个单词在英文中源于kln,希腊语里“twig”的意思。克隆就是独立细胞繁殖系,指后代完全由一个细胞复制,具有完全相同的遗传物质。在生物学上，克隆通常用于两个方面：克隆一个基因克隆一个物种，一个个体,克隆一个基因是指从一个个体中获取一段基因（例如通过PCR的方法），然后将其插入另外一个个体(通常是通过载体)，再加以研究或利用。克隆有时候是指成功地鉴定出某种表现型的基因。所以当某个生物学家说某某疾病的基因被成功地克隆了，就是说这个基因的位置和DNA序列被确定。,2.确定基因的结构；(structure)结构基因一级结构调控基因高级结构,3.基因的功能研究；(function)生化功能：基因的直接活性及蛋白产物的活性（例如与DNA的结合，信号因子，受体，运输蛋白，酶活性等）生理功能：基因表现出来的性状，与生物个体的生存的关系。,生化功能是单个分子（基因）的作用或活性，生理功能是分子群的“集体”行为，是多个基因及环境共同作用的行为。生化功能是生理功能的基础，生理功能是表现，由于生物体基因表达的组织和发育阶段的特异性等，生化功能相同生理功能并不一定相同。（同工酶就是生化功能相同，而生理功能不同）,血红蛋白生化功能：与O2和CO2结合；生理功能：将O2从肺组织细胞，将CO2从组织细胞肺；P53基因生化功能：DNA结合蛋白，与特异的DNA序列结合；生理功能：调节基因表达，阻止细胞过度增殖，抑制肿瘤发生。,p53signalingpathway,4.基因表达调控研究(expresscontrol)生物体内的基因是按一定程序、有序的表达，才有了生物的生长、发育、衰老、死亡。表达程序不同不同的性状，病变。基因表达存在时空差异，调控多彩的世界。一个受精卵一个植株、个体分化出根、茎、叶、花。基因表达调控的主要控制点基因转录（表达的第一步，转录已否及转录水平）,分子生物学的逻辑学方法：1.效率论（能量节省原理，存在即有用）2.模型分析3.强烈推理,分子生物学的发展和方向：1.进一步完善相关技术（分离、分析微量化、自动化、高通量）2.技术的产业化3.学科的交叉4.生物信息学,StudyContent1.DNAStructureandChemistry2.GenomicDNAandGenes3.DNAReplication,Mutation,Repair4.GeneTranscriptionandPosttranscriptionalProcesses5.ProteinSynthesisandProteinProcessing6.RegulationofGeneExpression7.DNARecombinantTechnology,Therevisedcentraldogma,RNAprocessing,Generegulation,DNArepairandrecombination,基因组的保持,基因组的表达,主要参考书：1.MolecularBiology，RobertF.Weaver,McGraw-HillCompanies,Inc.，2000（北京：科学出版社）2.分子生物学，杨岐生编著，浙江大学出版社，20043.现代分子生物学（第二版），朱玉贤、李毅编著，高等教育出版社，20024.分子生物学，武汉大学出版社5.分子生物学，南开大学出版社6.分子遗传学，孙乃恩等编著，南京大学出版社,Iconsidermolecularbiologytobethestudyofgenesandtheiractivitiesatthemolecularlevel,includingtranscription,translation,DNAreplication,recombinationandtranslocation.,MolecularBiology(McGraw-Hill)-RobertWeaver,现代分子生物学-朱玉贤、李毅2/E(2002),分子生物学是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学，是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。,考试特点多元化考核,平时成绩（10）：考勤，作业，课间提问。文献阅读及报告（20）期末考试（70）：知识掌握和综合运用能力。,文献阅读及报告,每人精读一篇研究论文（英文），写出中文提纲（摘要，实验方法，实验结果，讨论，结论）（需附结果图）文献报告培养自信和交流能力提高阅读文献的能力,知识架构（framework）基本知识融会贯通知识应用与综合,课程知识体系要求,70,30,Examscannotreflectallyourabilities,butcanhelpyoutobecomemorecompatible.,从大到小先：先抓西瓜后抓芝麻从整体到个体：Cellorganellemolecularmachinery-molecularevents-moleculestructureandfunction/interactionwiththeothers。即见点（深刻）又见面（系统）。从共性到个性，从一般到特殊。,学习小巧门,分子生物学发展史：1869Miescher第一次分离了DNA；1941Astbury获得了第一张DNAX衍射图谱；1944Avery细菌转化实验成功，证实了DNA是遗传物质的载体；1953WatsonCrick提出DNA双螺旋结构模型；1958Crick提出遗传信息传递的中心法则；1961Jacob和Monod提出操纵子学说遗传调节机理；1962Arber证明限制性内切酶存在；1967Gellert发现DNA连接酶；1970发现反转录酶；,19721973创建了DNA克隆技术，DNA重组实验成功开创了基因工程新纪元；1982Prusiner在仓鼠脑中发现了“朊病毒”（prion）；1985Saiki发明了聚合酶链式反应（PCR技术）；1990人类基因组计划（HGP）全面正式启动；1994日本科学家发表了水稻基因组遗传图，Wilson完成了线虫3号染色体连续2.2Mb的测定；DNA序列测定时代到来1997Wilmut成功获得克隆羊Dolly诞生；1998Renard克隆牛诞生（体细胞个体）；2003人类基因组DNA测序完成；,二十世纪是以核酸为研究核心，带动分子生物学向纵深发展：50年代双螺旋结构60年代操纵子学说70年代DNA重组80年代PCR技术90年代DNA测序生命科学从宏观微观宏观；由分析综合的时代。,二十一世纪是分子生物学发展的世纪，生命科学将进入一个新的时代后基因组时代post-genomics二十一世纪分子生物学发展的趋势：1.功能基因组学functionalgenomics依附于对DNA序列的了解，应用基因组学的知识和工具去了解影响发育和整个生物体的特征序列表达谱。,酿酒酵母16条染色体的全部序列于1996年完成。5885个编码Protein基因组全长12，086Kb140个编码rRNA6340个基因40个编码snRNA275个编码tRNA功能基因组学研究这6000个基因，在一定条件下（如孢子形成期）同时有多少基因协同表达（基因表达谱）。,2.蛋白质组学以蛋白质组为研究对象，研究细胞内所有蛋白质及其动态变化规律的科学。,蛋白质组与蛋白质组学,蛋白质组（PROTEOME：PROTEinsexpressedbyagenOME）：基因组表达的全部蛋白质在一种细胞/组织/机体内存在的全部蛋白质,蛋白质组学（PROTEOMICS：Thestudyoftheproteome）：研究全部蛋白质的存在及存在形式的一门学科,“图谱”的建立（蛋白质组学方法学）,功能性研究,表达差异分析,功能体或功能复合物,相互作用网络关系,蛋白质组学的研究内容,功能蛋白质组学functionproteome在特定时间、特定环境和实验条件下基因活跃表达的蛋白质。（细胞内与某种功能有关的或在某种条件下的一群蛋白质）,功能蛋白质组学,发育过程中细胞内蛋白质的差异性表达正常细胞与病理细胞内蛋白质的差异性表达药物处理前后细胞内蛋白质的差异性表达翻译后修饰蛋白质相互作用网络、复合物/功能体的动态变化等等,特定时间特定空间特定生理条件,相互作用蛋白质复合体蛋白质网络翻译后修饰,蛋白质组学的研究内容,NatureGenetics(2003)33,311-323,3.生物信息学Bioinformatics定义：对DNA和蛋白质序列资料中各种类型信息进行识别、存储、分析、模拟和传输。由数据库、计算机网络、应用软件三大部分组成。,美国生物工程信息中心GenBank美国基因组序列数据库GSDB欧洲分子生物学研究所EMBL(TheEuropeanMolecularBiologyLaboratory)日本DNA数据库DDBJ,目前，国际上有三大生物信息中心：,可进行DNA分析、RNA分析、多序列比较、同源序列检索、蛋白质结构预测等分析。,通讯作者所在单位杂志名称年份研究内容1夏家辉中南大学NatureGenetics1998疾病基因克隆2沈岩中国医科院NatureGenetics2001疾病基因克隆3孔祥银中国科学院NatureGenetics2001疾病基因克隆4贺林上海交通大学NatureGenetics2001疾病基因克隆5曾益新中山大学NatureGenetics2002肿瘤基因定位6孔祥银中国科学院NatureGenetics2002疾病基因克隆7韩斌中国科学院Nature2002染色体精细图8杨焕明中国科学院Science2002基因组测序9赵国屏中国科学院Nature2003基因组测序10李家洋中国科学院Nature2003分蘖基因克隆11陈义汉同济大学Science2003疾病基因克隆12韩泽广南方基因中心NatureGenetics2003基因组测序13杨焕明中国科学院Science2004基因组测序14孟安明清华大学Science2004基因功能鉴定,Pleasedonotwasteyourtime.加强专业背景注意培养自己的学习能力（发现问题，解决问题，辨别和总结提升等）提高自己的英文水平（读，说，写）,BiologyCourse,Provideanenvironmenttoenhanceyourlanguagecapabil