分子生物学简述

1、Molecular Biology textbooks陈启民等 2001分子生物学 南开大学出版社德伟、李艳利 2001 生物化学与分子生物学 科学出版社黄翠芬 1987 遗传工程理论和方法 科学出版社金冬雁 黎孟枫等译 1992 分子克隆实验指南 科学出版社金冬雁 1996 英汉分子生物学与生物工程词汇 科学出版社金冬雁、金奇、侯云德 1996 核酸和蛋白的化学合成与序列 分析 科学出版社科学出版社名词室 1997 英汉生物学词汇 科学出版社李育阳 2001 基因表达技术 科学出版社李德葆 徐平 1994 重组DNA原理和方法 浙江科学技术出版社李衍达等译 2000 生物信息学，基因和蛋白质

2、分析实用指南 清华大学出版社林万明等，1995 PCR技术操作和应用指南 人民军医出版社卢圣栋 1993 现代分子生物学实验技术 高等教育出版社瞿礼嘉等, 1998. 现代生物技术导论 高等教育出版社齐义鹏 1989 基因工程原理和方法 武汉大学出版社 1998 基因及其操作原理 武汉大学出版社盛祖嘉等, 1988 分子遗传学 复旦大学出版社孙志贤 1995 现代生物化学理论与研究技术 军事医学科学出版社沈倍奋 2001 分子文库 科学出版社谭天伟等译 2003 分子生物学与生物技术 化学工业出版社王联结 2002 生物化学与分子生物学原理 科学出版社王金发 2001 分子生物学与基因工程习题

3、集 科学出版社王哲 2002 生物信息学概论 第四军医大学出版社吴乃虎 1991 基因工程原理 高等教育出版社 1998 基因工程原理(第二版) 科学出版社谢友菊 1992 遗传工程概论 北京农业大学出版社夏其昌 1997 蛋白质化学研究技术与进展 科学出版社徐洵、刘震乾 1993 DNA重组技术 科学出版社阎隆飞等 1993 分子生物学 北京农业大学出版社阎隆飞等 1997 分子生物学(第二版)北京农业大学出版社朱玉贤等，1997.现代分子生物学 高等教育出版社赵国屏等，2002.生物信息学 科学出版社George M.Malacinski, David Freifelder,2002.Es

4、sentials of Molecular Biology(Third Edition) 科学出版社Martin J. Bishop,1999.Genetics Databases Academic PressRobert.F.Weaver,2000.分子生物学(in English) 科学出版社Sambrook J.等, 1982 Molecular Cloning 1989(2nd edition) 2000(3rd edition) Turner等,1999.分子生物学(in English) 科学出版社Introduction A brief history Its role in l

5、ife sciences The molecular nature of genes An introduction to gene function Overview prospects1.Introductory What is molecular biology?An elusive term, More than one definition-the study of gene structure and function at the molecular level.-Grew out of the disciplines of genetics and biochemistry.B

6、iochemistryGeneticsMolecular BiologyBiophysics Hybrid discipline 基因工程 遗传工程(狭义,广义) 细胞工程、染色体工程、细胞器工程等 基因工程、物理化学诱变、细胞融合、花粉培育、常规育种、性杂交等。 生物工程： 遗传工程、基因工程、发酵工程、蛋白质工程、酶工程、生化工程、胚胎工程、发育工程等。 2. A brief history(time line) 1859 Darwin:1865 Mendel: Genetics1869 Miescher: discovered DNA1910,1916 Morgan: gene are

7、on chromosomes1944 Avery:identified DNA as the material genes are made of 1953 Watson & Crick：DNA structure1958 Meselson & Stahl:semiconservative replication of DNA 1961 Jacob et al: discovered mRNA1972 Berg: recombinant DNA in vitro1973 Cohen: first used plasmid to clone DNA1977 Gilbert &am

8、p; Sanger: sequence1986 Mullis: PCR1990 Watson et al: Lauched the HGP1997 Wilmut and collegues:Dolly1998- Bioinformatics,Proteomes(ome)3.Its roles in life sciences Molecular immunicity Molecular pharmanucity Molecular pathology Molecular entomology Molecular taxanomy Molecular biomathmatics Bioinfor

9、matics 21世纪-生命科学的世纪左右一个国家经济前途的命运重大问题-饥饿、疾病、能源、污染 等提供切实的解决办法。21世纪将是整体细胞生物学（Holistic cellular biology)的时代，DNA+RNA+Protein=完整的细胞分子生物学 4. Overview 大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、蜡质芽 孢杆菌、 等全序列，对虾病毒、 反转录病毒、SARS病毒、HIV猪、牛等多种动物基因组测序拟南芥、水稻等多种植物基因组 生物制药 按生物化学性质分为：氨基酸类、有机酸、醇酮类、维生素、酶及辅酶类、脂类、多肽和蛋白质类、核酸类及其衍生物、多糖等。 按生物工程学科分为：基因工程制药、细

10、胞工程制药、微生物工程制药和酶工程制药四大类。 生物制药发展趋势1、动物细胞高效表达和细胞大量培养。 2、蛋白质工程和蛋白质杂交研究。 3、药物剂型研究。 4、药物配伍研究。 5、基础医学的生物技术研究。 6、研究开发第二代生物技术药物，即核 酸、糖、脂类三类药物。 疫苗研制 1、亚基疫苗 2、肽疫苗 3、活体重组疫苗 4、多价疫苗 流感DNA疫苗 、狂犬病DNA疫苗 、乙肝DNA疫苗 、结核病DNA疫苗 、疟疾DNA疫苗 基因诊断 特异性强、灵敏度高、简便快速。遗传病（优生优育）传染病(包括HIV) 现已发展到对一些常见病 (如糖尿病、动脉粥样硬化及精神分裂症等)的诊断，还应用于结核病、肝炎

11、、传染病及恶性肿瘤的诊断及法医学鉴定。 主要限制是造成疾病的基因突变多样性，妨碍针对所有疾病进行分子诊断试验的设计。 基因诊断技术 PCR技术 核酸探针杂交技术 基因芯片(gene chip)技术 限制性片段长度多态性(RFLP) 发展趋势发展趋势 ：“自动化”、“程序化”、“非标记技术”和“多病种”等特色 。基因治疗1、基因替代(gene replacement) 2、基因修正(gene correction) 3、基因增强(gene augmentation) 4、基因抑制(gene constraint)和/或基因 失活(gene inactivation) 5、反义疗法 基因治疗希望与

12、局限（1）基因治疗癌症未获进展（2）仅限于治疗少数疾病，费用昂贵（3）导入人体的目的基因表达水平（4）获得长期表达效果难肿瘤发生 癌基因：大约有100个 抑癌基因(tumor suppressor gene)： P53基因 P16基因：也控制细胞衰老 阻止癌扩散的基因： TIMP-2基因 NM-23RDCC基因 艾滋病-狼在吃人81年6月在美发现，反转录病毒，HIV-1和HIV-2。HIV：9749bp，极易变异。已明确的基因有9个。 世界6800万人 感染，2200万人死亡。全球每年感染500万，每天1.5万。非洲：占世界人口1/10，感染者占70%以上， 2005 - 2110，非洲人平均

13、45岁。印度：1000万人感染中国：2003年100万人，将增至1000万。 疫苗主要有8种。反义技术、基因治疗、单抗。浙江大学于晓方等2004.1.发现一组使HIV避过人体细胞天然防御系统而在人体内大量复制的蛋白，阐明了HIV突破寄主机制，治疗有了新靶点。 爱滋病-灾难 劳动人口急剧减少，人才严重损失“一战”死亡的2倍，等于“二战”死亡 人口比例严重失衡，人均寿命降低老年人将多于中青年人 直接影响经济发展 防治费用将加重国家负担 脑和神经生物学神经系统发育、信号传递：最富挑战性、最复 杂的问题之一。脑约有3万个基因处于表达状态 分子水平揭示脑的思维、记忆和学习等功能治疗精神病 衰老老年病百病

14、之源 第四号染色体D4S1565位点 P16基因在中医学中的应用 阴阳学说的分子生物学解释 脉象学说分子生物学解释 活血化瘀理论的分子生物学解释 滋阴泻火理论的分子生物学解释 针灸的分子生物学解释 抗衰老的分子生物学解释在中药学中的应用 蛋白质或酶技术 核酸技术：药用植物鉴别、RFLP、RAPD、DNA footprinting、biochip 药用植物育种 药用植物次生代谢产物 （Human Genome Project,HGP)Human Genome Project,HGP)1985提出、1990启动 3109 bp，破译全部信息, 全面认识自我 10万个基因-3、4万个基因 数、理、化

15、、信息、材料等学科渗透 生命科学第一项大科学工程 中国参加1%（唯一的发展中国家）“后基因组计划”(post-genome project) 功能基因组(functional genomics) “蛋白质组”(proteomics) “环境基因组学(environmental genomics) 人类蛋白质组正式启动 2001年成立国际人类蛋白质组组织（HUPO），2003.12.15启动两个首批行动计划。 人类肝脏蛋白质组计划（HLPP）由中国军事医学科学院副院长贺福初院士领导，16国80多个实验室参加。中国第一次领导重大国际协作计划。 人类血浆蛋白质组计划（HPPP）由美国科学家牵头，13

16、国47个实验室参加。 第三届国际人类蛋白质组大会今年在北京举行。主题：蛋白质组-生命真谛的诠释。蛋白质组研究技术 MS 酵母双杂交系统 噬菌体展示技术 蛋白质微阵列 大规模数据处理的计算机系统和软件蛋白质组研究步骤 2-D电泳 双向高效柱层析分离蛋白质 氨基酸组成分析、C-端或N-端氨基酸序列分析及MS鉴定所分离的蛋白质 生物信息学数据库对鉴定结果进行存储、处理、对比和分析。 工 业 纤维素的开发利用 植物重要组成部分，是地球上数量最丰富的有机物质。 产物葡萄糖，是食品、燃料和化学原料的重要来源。 从细菌、真菌中克隆出分解酶基因-导入酿酒酵母-将纤维素降解成葡萄糖-发酵成酒精。 酿酒工业 优质

17、啤酒 改良啤酒的质量 保持啤酒的清晰度。 食品工业 干酪生产 燃料酒精 饮用酒精和生物饮料 凝乳酶 血清蛋白等 环境保护 环境监测与净化基因探针：饮用水，6000儿童/天死“超级菌”、 “超级质粒”：辛烷、已烷和癸烷、二甲苯和甲苯、樟脑、萘，石油中的烃类化合物重金属、致癌物、农药和杀虫剂 生物传感器生物传感器 1、环境监测 （1）水和废水监测 BOD生物传感器、检测有害物质的生物传感器 、水体富营养化监测传感器 （2） 空气和废气监测 2. 农药残留量检测 2、生物修复技术 3、生物可降解塑料 4、生物表面活性剂5、生物絮凝剂 6、生物农药 7、藻类与环境保护 农林牧副渔业 光合作用 光合产物

18、约占植物干重95，生命源泉作物产量还不到转变为生物量的太阳能的5转能效率达到最佳水平。固氮作用每年微生物固N2总量约200Mt如果禾谷类、非豆科能固氮，节省化肥把豆科植物的固氮基因转移到其它植物transgenic plants total:5260 0000 ha(2002) USA: 3030 0000 ha(68%)Agentina:1000 0000 ha(23%)Canada: 300 0000ha(7%)China: 50 0000 ha(1%)Fujian : Mar.20,2002GMFOOD知情权 抗病抗菌肽基因抗真菌：几丁质酶基因、葡聚糖酶基因抗虫 Bt Rice,Bt c

19、otton,Bt corn抗盐 品质改良必需氨基酸高含硫氨酸植物生物反应器 作物 大豆 58% 玉米 23% 棉花 12% 油菜 7%抗病虫草 抗除草剂 74% Bt 19% 双抗（Bt）除草剂 7%态 度 趋利避害 贯彻法规 风险性研究 环境监测 公众监督法规 1975.2.美国加州Asilomor会议（世界第一次转基因生物安全性会-里程碑 1996.7.农业部农业生物基因工程安全管理实施办法1997.3正式受理 2001.5.国务院农业转基因生物安全管理条例 2002.1.农业部三个配套管理办法 农业转基因生物安全评价管理办法 农业转基因生物进口安全管理办法 农业转基因生物标识管理办法 t

20、ransgenic animals 1982年: “超级鼠” 转基因昆虫、猪、鱼、兔、 羊和牛等 生物反应器动物克隆-Dolly 1996.7.5 出生 1997.2.23 报导 2003.2.14 安乐死，肺病，保存于苏格兰国家博物馆 已克隆奶牛、猪、老鼠、猫、羊、兔等转基因：“宠儿”还是“孽种”？ 摆脱自然对传统作业的限制 培养人体器官，解决器官移植供体短缺 药品副作用远远大于转基因食品 莫衷一是 欧洲：不能否定危险，就该限制； 美国：不能证明危险，就不该限制 优生：多个世纪追求；一旦实现又无法消受问题与挑战 克隆动物细胞实际年龄老于正常受精胚胎细胞。克隆人？ “双刃剑”：保持优良种性；增加珍稀濒危动物数量；利用克隆动物相同的基因背景进行医学和生物学研究等等。 对生物多样性提出挑战，并使人类面临