分子生物学教学课件

分子生物学,教师：樊宝良,联系方式：E-mail:fanbl119,主要学习内容,绪论DNA的结构DNA的生物合成RNA的生物合成蛋白质的生物合成原核生物的基因表达调控真核生物的基因表达调控,BenjaminLewin.GenesVI,OxfordUni.Press,1997WeaverR.MolecularBiology.科学出版社2001TurnerP.C.etal.MolecularBiology.科学出版社2001阎隆飞张玉麟。分子生物学，中国农业大学出版社，1997朱玉贤李毅。现代分子生物学，高等教育出版社，1997李振刚。分子遗传学，科学出版社，2000,主要参考书目和重要网址,参考教材,英文原版,中文译本,Lodish/berketal.,STRYERetalVersion5,中国生物信息：/分子生物学信息网：生命科学商务网：生物软件网http:/www.bio-,分子生物学实验参考书目,1.分子克隆实验指南2.精编分子生物学实验指南3.PCR技术实验指南4.分子生物学实验基础5.现代分生物学实验技术7.分子生物学实验技术8.分子生物学基础技术,第一章绪论,一、分子生物学的基本含义二、分子生物学的主要研究内容三、分子生物学发展简史四、分子生物学与其他学科的关系,3、主要任务阐明生物大分子的结构及结构与功能的关系,2、研究对象核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用,1、定义从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科,一、分子生物学的基本含义,二、分子生物学的主要研究内容,核酸的分子生物学分离克隆基因（clone）确定基因的结构(structure)基因的功能研究(function)生化功能生理功能基因表达调控研究(expresscontrol)蛋白质的分子生物学细胞信号转导的分子生物学,三、分子生物学发展简史,1.准备和酝酿阶段(1865-1953)蛋白质DNA2.初步建立和发展阶段(1953-1970)中心法则蛋白质结构与功能3.深入发展阶段(1970-今）重组DNA技术基因组研究基因表达调控细胞信号转导,1.准备和酝酿阶段,(1822-1884),分离定律自由组合定律遗传因子学说,孟德尔分离律图示,布尔诺（Brno）自然科学学会,德弗里斯荷兰,柯灵斯德国,契马克澳大利亚,“重新发现”孟德尔遗传定律,FriedrichMiescher(1844-1895),1869年法国的米歇尔从白细胞核中分离出DNA1879年德国生物学家弗莱明发现细胞核内的染色体1903年美国细胞学家萨顿提出了遗传的染色体学说1909年丹麦生物学家约翰逊创造了基因（gene）一词,WilhelmLudwigJohannsen18571927,ThomasHuntMorgan186619451910年创立遗传的染色体理论,2,1913年A.H.Stutervant提出以交换值作为染色体上基因相对距离的想法,1927年美国遗传学家缪勒发现X射线照射可人工诱使遗传基因发生突变,1931BarbaraMcClintock和HarrietCreighton:转座子假说,1902-1992,1941GeorgeBeadle和E.L.Tatum：一基因一酶学说,DNA是遗传物质1928年FrederickGriffith,1944年Avery,MacLeod,andMcCarty,噬菌体转染实验,1952年AlfredHersheyandMarthaChase,2、建立和发展阶段,1953JamesWatsonandFrancisCrickDNA双螺旋结构模型的建立,1958MatthewMeselsonandFranklinStahl（DNA半保留复制）1961SidneyBrenner,FranoisJacob&MatthewMeselson1966MarshallNirenberg&HarGobindKhorana（遗传密码破译）1970HamiltonSmith（DNA限制酶）1972PaulBerg（DNA连接）,Thecentraldogma,1970年，Baltimore和Temin等同时各自发现了逆转录酶,定向基因改造设想,设想一,能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？,能否让细菌“吐出”蚕丝？,设想二,能否让牛产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？,设想三,经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术基因工程。,3、深入发展阶段,（二）技术上的四大发明,基因的剪刀限制性内切酶,基因的针线DNA连接酶,基因的车子载体,逆转录酶,限制性内切酶,能识别双链DNA中特定碱基顺序的核酸水解酶大都从原核生物中发现提取的以内切方式水解核酸链中磷酸二酯键5-P3-OH分类：型:复合功能酶,兼有修饰、切割两种特性，识别位点和切割位点不一致，不能形成特异片段。型：与型相似。型：通常所说的限制性内切酶，识别序列为46个bp。,DNA连接酶,将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。连接的部位：磷酸二酯键，不是氢键,载体,是携带靶DNA片段进入宿主细胞进行扩增和表达的工具。质粒（plasmid)为最常用的载体。可自主复制有遗传标记和筛选标记具多克隆位点,X-Gal(5-溴-4-氯-3-吲哚-D-半乳糖苷),IPTG（异丙基-D-硫代半乳糖苷）,-半乳糖苷酶（309个氨基酸）前146个氨基酸构成一个短的片段称为片段，其余的称为片段,逆转录酶,1970年，Baltimore和Temin等同时各自发现了逆转录酶，打破了遗传学的中心法则，使真核基因的制备成为可能,1973年Cohen完成第一个基因工程实验,经体外重组获得杂合DNA杂合子转化入大肠杆菌,所需元件：限制性内切酶连接酶载体受体细胞,1977年WalterGilbertandFrederickSanger（DNA测序技术）,基因工程过程示意图,从细胞中分离出DNA,限制酶截取DNA片断,分离大肠杆菌中的质粒,DNA重组,用重组质粒转化大肠杆菌,培养大肠杆菌克隆大量基因,TwoMethodsforDeliveringDNAintoPlantCells,1994Transgenictomatoessoldintheshops,制备抗虫转基因植物。,分离毒素蛋白基因,将毒素基因插入到Ti质粒中,Twomethodsofproducingtransgenicmice,转基因动物的一般制备过程。,转基因动物的一般制备过程（续）。,带有人生长激素基因的转基因小鼠,正常小鼠,1988Transgenicsheep,抗胰蛋白酶,1989atransgenicpig,人生长激素基因,ProducingEnviropigs,Transgenicpig,Microinjectionofgenesintopigegg,克隆技术,猪、牛、马、骡、猴、猫、水牛、大鼠、小鼠,体细胞克隆技术的应用转基因动物的制作,转基因食品安全性问题及对策,1942年1945年,1961年1969年,1990年2003年,1969年7月16日发射成功载人登月的阿波罗11号飞船,1945年8月6日上午8時15分17秒美国向广岛投放了称为小男孩的原子弹,2003年4月14日，中、美、日、德、法、英等6国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现。,25000,基因组,一个生物的所有基因一套完整单体的遗传物质总和人类基因组计划HumanGenomeProject,HGP于1990年正式启动识别人类DNA中所有基因测定人类DNA的30亿碱基对的序列将这些信息储存到数据库中开发出有关数据分析工具解决可能引发的伦理,法律和社会问题,物种DNA数量HBV3.2kb噬菌体49kb大肠杆4000kb酵母17000kb果蝇164000kb人3000000kb,对人类而言：22+X+Y+mtDNA,人类基因组,100-200kb克隆片段,基因组测序的一般流程,分级鸟枪测序法,基因组DNA,细菌人工染色体文库,DNA克隆的排序（物理作图）,分段测序,随机打断后克隆,DNA测序,DNA序列的组装,2001年为止已经测定了599种病毒与类病毒205种自然存在的质粒185种细胞器31种真细菌7种古细菌1种真菌2种动物1种植物2001年10月中国杂交水稻（籼稻）基因组工作框架图完成2003年4月人类基因组序列图绘制成功2003年11月家蚕基因组“框架图”绘制完成2004年3月完成红原鸡基因组序列图的测序和组装工作2004年10月21日Mimivirus病毒的基因组图谱绘制2005年1月木瓜全基因组测序启动。,截至到2005年有关分子生物学诺贝尔获奖名单,年份获奖者内容所获的诺贝尔奖1962年J.D.Wasten，DNA双螺旋结构诺贝尔生理和医学奖H.C.Click1965年F.Jacob基因调控乳糖操纵子诺贝尔生理和医学奖J.L.Monod1966年F.P.Rous病毒致癌学说诺贝尔生理和医学奖1968年R.W.Holley核糖核酸中心法则诺贝尔生理和医学奖H.G.KhoranaM.W.Nurenberg1969年M.Delbruck噬菌体基因研究诺贝尔生理和医学奖A.D.HersheyS.E.Luria1972年S.Moore核糖核酸三维结构诺贝尔化学奖W.H.Stein1974年A.Claude分离细胞发现RNA病毒诺贝尔生理和医学奖G.E.Palade,1975年D.Baltimore逆转录酶，DNA病毒诺贝尔生理和医学奖H.M.TeminR.Dolbeco1978年W.ArberDNA限制性内切酶诺贝尔生理和医学奖D.NathensH.O.Smith1980年P.Berg重组DNA诺贝尔化学奖W.GilbertDNA顺序分析1982年A.Klug核酸蛋白复合体诺贝尔化学奖1986年R.L.Montalcini生长因子诺贝尔生理和医学奖S.Cohen1988年G.Eline抗DNA合成类药物诺贝尔生理和医学奖G.Hitchigns1989年J.M.Bishop癌基因学说诺贝尔生理和医学奖H.E.armansT.CachRNA酶催化活性诺贝尔化学奖S.Altman(Ribozyme),1993年R.Roberts，断裂基因诺贝尔生理和医学奖P.sharpK.B.MullisPCR仪诺贝尔化学奖M.Smith寡聚核苷酸介导基因突变法诺贝尔化学奖1994年A.Gliman信号传导和G-蛋白诺贝尔生理和医学奖M.Rodbell1995年E.B.Lewis,C基因和果蝇突变关系探讨诺贝尔生理和医学奖Nusslein-Volhard，E.Wieschaus,（三）分子生物学的发展趋势,进一步完善相关技术微量化自动化产业化高通量学科的交叉、融合,2、细胞生物学与分子生物学关系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。人工生命：美国洛克菲勒J.Cra