分子生物学(绪论)

1、分子生物学 (Molecular Biology) 李洋 湖北大学生命科学学院 yangyang_orchid Tel材：分子生物学 特纳等著，刘进元等译； 科学出版社，2001，第二版参考教材：现代分子生物学，朱玉贤等，高等教育出版社，2002分子生物学（第二版）阎龙飞等主编，北京农业大学出版社，1997 Molecular Biology， Robert F.Weaver, 科学出版社，2002，影印版分子生物学教学安排 内容 学时 分子生物学简介 1 核酸的性质 3 染色体与DNA 3 DNA复制、损伤、重组和修复 8 基因转录 10 蛋白质的翻译 10 基因表

2、达的调控 6 分子生物学常用研究方法 5 复习答疑 2 共48学时 绪 论第一节 分子生物学的基本含义及主要研究内容第二节 分子生物学发展简史 第三节 分子生物学实际应用的现状和展望第四节 分子生物学与其他学科的关系第一节 分子生物学的基本含义及主要研究内容分子生物学Molecular Biology的概念广义的分子生物学：以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为研究对象，从分子水平阐明生命现象和生物学规律。狭义的分子生物学：偏重于核酸（基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调控等过程，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。分子

3、生物学的三大原则1) 构成生物大分子的单体是相同的共同的核酸语言 共同的蛋白质语言2) 生物遗传信息表达的中心法则相同 3) 生物大分子单体的排列（核苷酸、氨基酸）的不同 不同的高级结构 不同的生物大分子之间的互作不同的物种特性DNARNAproteincharacter1.2 分子生物学研究的三大领域 * 基因的分子生物学： 基因的概念、结构、复制、 表达、重组、交换（狭义的分子生物学） * 结构分子生物学： 生物大分子的结构与功能 生物大分子之间的互作DNA蛋白质激素和受体酶和底物 * 生物技术理论与应用 基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程研究对象： 核酸 遗传信息的载体，决

4、定生物性状； 稳定遗传，保证种的延续，母代 子代； 蛋白质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

5、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。第二节 分子生物学发展简史 1 准备和酝酿阶段 2 现代分子生物学的建立和发展阶段 3 初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段1 准备和酝酿阶段 时间：19世纪后期到20世纪50年代初。两点重大突破：确定了蛋白质是生命的主要基础物质；确定了生物遗传的物质基础是DNA。 2 现代分子生物学的建立和发展阶段时间：从50年代初到70年代初，1953年Watson和Crick的DNA双螺旋结构模型作为现代分子生

6、物学诞生的里程碑。主要进展包括：遗传信息传递中心法则的建立对蛋白质结构与功能的进一步认识3 初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段时间： 20世纪70年代后至今基因工程技术作为新的里程碑，标志着人类深入认识生命本质并能动改造生命的新时期开始。其间的重大成就包括：重组DNA技术的建立和发展基因组研究的发展单克隆抗体及基因工程抗体的建立和发展基因表达调控机理细胞信号转导机理研究成为新的前沿领域发展历程分子生物学中重大成就与突破者Nobel Prize的获得者构成了分子生物学发展的主要内容里程碑 1910 科赛尔 Kossel （德）蛋白质、细胞及细胞核化学的研究（首先分离到A、T和组氨酸）

7、1958 莱德伯格 Lederberg（美） 噬菌体转导比德尔 Beadle &泰特姆 Tatum（美）One gene-one enzyme红色面包霉突变体Beadle Tatum Lederberg 1959 奥乔亚 Ochoa(美籍西班牙裔) 科恩伯格 Kornberg（美）Ochoa Kornberg 细菌的多核苷酸磷酸化酶，成功地合 成了RNA，基因（DNA）RNA蛋白质 实现了DNA分子在试管内（细菌无细 胞提取液）的复制 1962 Watson（美） Crick（英） Wilkins（新西兰）通过DNA分子的X射线衍射研究证实 DNA Double Helix Model 196

8、2 肯德鲁 Kendrew 佩鲁茨 Perutz（英国）Kendrew Perutz 测定了肌红蛋白及血红蛋白的高级结构（三级） 成为研究生物大分子结构的先驱 1965 雅各布 Jacob 莫诺 Monod （法国）Jacob Monod 提出并证实了Operon作为调节细菌细胞代谢的分子机制首次提出mRNA分子的存在 1969 Nirenberg（美） Holly Khorana尼伦伯格 Nirenberg 克拉纳 Khorana 霍利 Holley 破译了遗传密码酵母phetRNA的核苷酸序列并证明了所有tRNA三级结构的相似性第一个合成了核酸分子，并人工复制了酵母基因 1975 Temi

9、n，Baltimore(美) & Dulbecco特明 Temin 巴尔的摩 Baltimore 发现了逆转录酶（以RNA为模板，逆转录生成DNA RNA肿瘤病毒）杜尔贝克 Dulbecco桑格 Sanger 吉尔伯特 Gilbert 伯格 Berg 1980 Sanger （英） Gilbert & Berg（英）酶法核苷酸测序的设计者化学测序法的设计者DNA重组，在细菌中表达胰岛素DNA重组技术的元老Sanger还由于测定了牛胰岛素的一级结构而获得1958年诺贝尔化学奖。 1984 Kohler（德） Milstein（美） Jerne（丹麦）科莱尔Kohler米尔斯坦Milstein杰尼

10、 Jerne 发展了单克隆抗体(Monoclonal Antibodies McAb)技术，完善了极微量蛋白质的检测技术 1988 麦克林托克 McClintock (美)可移动的遗传因子（jumping gene or mobile element）McClintock 50年代初发现88年获奖 1989 奥尔特曼 Altman （加） 切赫 Cech（美）核酶即核糖核酸质酶（Ribozyme）的发现者（即某些RNA具有酶的功能）Sidney Altman Thomas R. Cech 1989 BishopVarmus（美） 正常细胞同样带有原癌基因 1993 Roberts Sharp（

11、美） 断裂基因（splitting gene） Mullis（美） PCR仪的发明者 Smith 基因定点突变 1994 Gilman Rodbell 发现G蛋白在细胞信号传导中的作用 1995 Lewis（美）、NussleinVolhard（德）、Wieschaus（美） 20世纪4070年代先后独立鉴定了控制果蝇体节发育基因第三节 分子生物学实际应用的现状和展望 促进了以基因工程为核心的生物技术的发展，从而影响经济发展的诸多领域1 农业方面医药方面工业方面分子生物学的发展导致未来生物学的新热点及领域1 农业方面 生物品种的改良速度更快、目标更准确，甚至创造 新物种 转基因动物猪、牛、羊、

12、鱼等 转基因植物抗虫棉、耐贮藏番茄等重组DNA技术的应用1 2 1 2野生型转基因抗真菌病的转基因草坪草抗棉铃虫棉花抗虫水稻全球转基因农作物销售额及预测2 医药方面 利用重组DNA产生的工程菌来大量高效地合成人体活性多肽（疾病的诊断、预防和治疗）， 基因工程疫苗（细菌疫苗、病毒疫苗、寄生虫疫苗）以及正在研制的癌症疫苗3 工业方面 3.1 酶制剂工业用酶的生产、酶的定向改造3.3 环境保护生物传感器-环境监测 生物修复3.2 食品工业上：氨基酸，助鲜剂，甜味剂，食品添加剂 淀粉酶，纤维素酶。喷洒工程菌清除石油污染 美国 GE 公司构造成功具有巨大烃类分解能力的工程菌，并获专利，用于清除石油污染。

13、3.4 化学与能源工业上： 基因工程修饰过的淀粉及重组DNA技术生产酒精等石 油替代品生物技术必将在世界人口问题、 疾病问题、人的寿命问题、营养保健问题、农业持续发展问题、资源再利用问题、大气污染问题、世界公害问题、洁净新能源问题等各方面问题的解决中起重要作用第三节 分子生物学实际应用的现状和展望1 农业方面医药方面工业方面分子生物学的发展导致未来生物学的新热点及领域生物大分子的高级三维结构与功能的统一 生物大分子之间的互作 基因的社会学 基因表达，基因互作 器官发生胚胎形成个体发育 结构生物学（Structural Biology） 分子发育生物学（Molecular Developing

14、Biology） 4 分子生物学的发展导致未来生物学的新热点及领域个体细胞分子还原论整体论细胞中的定位细胞分化神经基质神经通道信息传递大分子克隆一级结构分析三维结构重建思维感情记忆科学解释分子细胞生物学 (Molecular Cell Biology)分子神经生物学（Molecular Neurobiology）1986. Friend RB1第一个抑制癌基因被克隆 (Tumor Suppressor gene) 11个抑癌基因被证实 （P53, P21, ERBA, WT1,NF1 等） 1975. Bishop M. Src (Sarcoma肉瘤)癌基因的证实 分子肿瘤学（Molecula

15、r Tumorology）人类基因组计划（HGP）遗传图物理图序列图表达图基因定位 基因克隆 基因转移 基因的分子生物学 比较基因组研究水稻等作物基因组计划猪，牛等家畜基因组计划中心法则的深入研究与发展-基因组学（Genomics )人与大鼠的基因90%是相同的 功能基因组学(Functional Genomics or postGenomics) 研究内容包括基因功能发现、基因表达分析及突变检测。 大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与蛋白相互等，由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生，细胞代谢等过程的整体而全面的认识。蛋白质组学（Proteome）1 生物化学

16、与分子生物学关系最为密切生物化学是从化学角度研究生命现象，着重研究生物体内各种生物分子的结构、转变与新陈代谢。分子生物学着重阐明生命的本质-主要研究生物大分子核酸与蛋白质的结构与功能、生命信息的传递和调控。第四节 分子生物学与其他学科的关系2 细胞生物学与分子生物学关系也十分密切传统的细胞生物学主要研究细胞和亚细胞器的形态、结构与功能。分子生物学则是从各个生物大分子的结构入手，进一步研究各生物分子间的高层次组织和相互作用，尤其是细胞整体反应的分子机理。3 医学与分子生物学的关系分子结构生物学分子发育生物学分子神经生物学分子育种学分子肿瘤学分子细胞生物学分子免疫学分子病毒学分子生理学分子考古学分子数量遗传学分子生态学分子进