分子生物学第一章绪论课件

1、2014级生物制药专业基础课分 子 生 物 学Molecular biology生物化学教研室 郝军莉电话程介绍课程性质：专业基础课（必修课）学时分配：理论36学时主要内容：基本理论考核方式：1：平时成绩40%（综述20% PPT汇报10%，平时10%） 2：考试成绩60%1.盛祖嘉 沈仁权 分子遗传学 2.孙乃恩 孙东旭 朱德煦 分子遗传学3.刘永明，分子生物学简明教程4.吴乃虎编著 基因工程原理5. Benjamin Lewin Genes 参考书目1 分子生物学的概念2 分子生物学研究内容3 分子生物学与其他学科的关系4 分子生物学的发展简史5 分子生物学应用及

2、发展趋势第1章 绪 论 1.1 什么是分子生物学 分子生物学是从分子水平对生物学进行研究的科学，实质上是研究生命的分子机理的学科。 1950年Astbury首先提出“分子生物学”这一术语，意指“生物大分子的化学和物理结构研究”。1 分子生物学的概念1.2 分子生物学的基本含义 从分子水平研究生命的本质 核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能 人类主动地改造和重组自然界的基础学科2 分子生物学研究内容2.1 结构分子生物学 结构的测定 结构运动变化规律的探索 结构与功能相互关系的建立方法：X-射线衍射、核磁共振、电子衍射、中子衍射及频谱学方法等。2.2 生物大分子的合成 DNA复制、转录、蛋白质合

3、成均是遗传信息传递表达过程。 合成过程也是生物大分子相互作用的过程，这种作用调节着生命过程生长、发育、适应环境。2 分子生物学研究内容2.3 基因表达调控研究基因表达即遗传信息的传递具有时空特异性。信号传导：指外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状或其他细胞功能方面的应答。转录因子：是一群能与基因5锻上游特定序列专一结合，从而保证目的基因以特定的强度在特定的时间和空间表达的蛋白质分子。RNA编辑：5加帽、3加尾、RNA选择性剪接等。分子生物学：从分子水平理解生命活动细胞生物学：从细胞水平理解生命活动遗传学：从遗传角度理解生命活动 生物化学：从化学组成角度来理

4、解生物大分子和生物代谢。普通生物学（动物&植物）& 微生物学：不同生物类型的特点。生物物理学：从物理学角度理解生物大分子结构和功能。3 分子生物学与其他学科的关系 分子生物学是生物化学、生物物理学、遗传学、微生物学、细胞生物学等多学科相互渗透、综合融会而产生并发展起来的。生命活动的一致性，是生物学范围内所有学科在分子水平上的统一。4 分子生物学的发展简史分子生物学发展经历了五个阶段经典遗传：十八世纪70年代1938年微生物遗传：1938年 1953年分子遗传：1953年到1972年重组时代：1972年到1990年后基因组和蛋白质学时代：1990年至今经典遗传：十八世纪70年代1938年1865

5、 Mendel,G.发表了植物杂交实验的论文，开创了遗传学。 18851900年间Kossel、Levene证实核酸由不同的碱基组成。其最简单的单体结构是碱基-核糖-磷酸构成的核苷酸。1929年又确定了核酸有两种，一种是脱氧核糖核酸(DNA)，另一种是核糖核酸(RNA)。经典遗传：十八世纪70年代1938年1910年Morgan T.H.发现连锁定律,奠定了遗传的染色体学说。 经典遗传：十八世纪70年代1938年1941年Beadlr G.W和Tatum E.L. 建立“ 一个基因- 一种酶”学说用X射线诱导处理红色面包霉，筛选出被诱导的突变体来进行实验。根据遗传分析和大量研究 ，他们认为基因

6、发生突变，就可能导致酶活性的丧失。 微生物遗传：1938年 1953年 1944年 Avery在离体条 件下完成化。微生物遗传：1938年 1953年微生物遗传：1938年 1953年1950年Chargaff 指出DNA中四种碱基的比例关系为A/T=G/C=1；微生物遗传：1938年 1953年1951年Pauling和Corey提出了蛋白质的-螺旋结构。1951年McClintock B.发现跳跃基因或称转座微生物遗传：1938年 1953年微生物遗传：1938年 1953年1952年Hershey和Chase 噬菌体感染实验分子遗传：1953年到1972年1953年，Watson和Cri

7、ck提出DNA的反向平行双螺旋模型。1962年， Wilkins、 Watson和Crick共获诺贝尔化学奖。分子遗传：1953年到1972年1957年Crick提出中心法则。1957年Kornberg用E.coli 无细胞提取液合成DNA ，证明DNA是模板式合成，并发现了DNA polymerase。 分子遗传：1953年到1972年1961 Jacob, F.和Monod, J.提出了操纵子模型1961年Brewner, S.，Jacob, F. 和Meselson, M. 发现细菌的mRNA。分子遗传：1953年到1972年1961年 Nivenberg等人破译出第一批遗传密码。196

8、2年 Arber, W.，Dussoix, D. 发现了DNA的限制与修饰。1963Monod, J.，Changeus, J-P和Jaconb, F提出蛋白变构理论。1964 Nirenberg等通过三联体结合实验破译全部有义密码子。Holliday,R. 提出了DNA重组模型。1965 Holley, R.W. 等发表酵母丙氨酸tRNA的完整序列。分子遗传：1953年到1972年重组时代：1972年到1990年1972 Berg和Boyer等人建立DNA重组技术，完成第一个细菌基因的克隆1973 Cohor, S.R, Chang, A,C.Y, Boyer, H.W和Holling, R

9、.B首次在体外构建具有功能的细菌质粒1975 Temin 发现反转录酶1977Sanger, Gilbert 建立测序方法1980 Botstein,D., White,R.L., Skolnick,M. 和Davis,R.W. 用限制性片段长度的多态性构建人类遗传学连锁图。1978 Chang,A.C.Y.,Nunberg,T.H.,Kanfaman,R.F.首次将真核基因（dhfr）在细菌中进 行表达。1979 Wang,A.H-J和 Rich,A. 提出Z-DNA模型。1980Botstein,D.,White,R.L.,Skolnick,M.和 Davis,R.W.用限制性片段长度的多

10、态性构造人类遗传学连锁图。重组时代：1972年到1990年重组时代：1972年到1990年1986 Benne, R等发现RNA编辑的现1981Cech和Altman 发现核酶Banerji,S等发现增强子。1984 Smith M. 建立定点突变技术1985 Mullis K.建立PCR技术后基因组和蛋白质学时代：1990年至今1990 4月 美国宣布人类基因组测序工作的5年计划。1996 DNA芯片进入商业化1996 Dietrich, W.F等绘制了小鼠基因组的完整遗传图谱。 Dib, C等绘制了人类的完整遗传图谱。1996 10月完成了酵母基因组的测序1997 Wilmut 克隆羊诞生

11、1998 Sanger F. 等完成了线虫的基因组测序。1999 国际人类基因组计划联合研究小组 完整地破译出人类第22号染色体的遗传密码。2000 6月26 中、美、日、德、法、英6国 宣布人类基因组草图发表。2000 10月 科学家宣布将于2001年3月 完 成河豚鱼的基因组测序。2000 12月14日英美等国科学家宣布 绘出拟南芥基因组的完整图谱 1月12日中、美、日、德、法、英等国科学 (Nature,15日)和美国塞莱拉公司(Science,16日) 各自公布人类基因组图谱和初步分析结果。 约3万基因后基因组和蛋白质学时代：1990年至今5 分子生物学应用及发展趋势 品种选育：抗逆性

12、、增产、提高营养价值等 作为生物反应器生产人们所需产品 植物的组织培养快速繁殖脱毒等 转基因植物5.1在农业上的应用5 分子生物学应用及发展趋势5.1在农业上的应用染色体组工程三倍体鲍鱼三倍体珍珠无籽西瓜细胞的组织培养5 分子生物学应用及发展趋势5.1在农业上的应用转基因鼠 建立人类疾病模 型，模拟疾病的起因。 老年性痴呆症 自毁容综合征 基因敲除试验 培养人的器官5 分子生物学应用及发展趋势5.1在农业上的应用转基因牛 作为生物反应器 改善牛奶的品质，提高酪蛋白含量 转入生长激素基因，提高产奶量5 分子生物学应用及发展趋势5.1在农业上的应用转基因羊 获得人的凝血酶原激活剂、凝血因子、尿激酶

13、等。 改变羊毛的颜色 人类的基因组计划 基因治疗（遗传疾病） 疾病的诊断 单克隆抗体（生物导弹） 疾病的防治（基因工程疫苗）5 分子生物学应用及发展趋势5.2 在医学方面的应用 对人的基因组3109 个碱基全部序列的测定。 阐明人体中全部基因的位置、结构、功能、表达调控方式及致病突变的全部信息。 人类的基因组计划（Human Genome Program，HGP） 根据染色体数进行基因组分组 每条染色体确定出DNA序列标志 对基因组DNA进行排序 克隆并测定基因组的全部序列 研究每一个基因的结构、功能、表达调控等性质。HGP的研究过程 加深人类对自身的了解 对基因表达调控深入研究 认识遗传疾病

14、以及癌症等的致病机理 了解人的发育过程有利于人类的健康 了解人类的发展、进化历史。HGP的意义 人类的基因组计划（Human Genome Program，HGP）人类后基因组计划的挑战 基因专利化：重视克隆自己的基因。 基因工程产业 基因诊断、治疗、蛋白质和细胞计划等需要基因。遗传病及基因治疗 体外原位治疗从患者体内取出带有缺陷的细胞，通过基因转移进行遗传修正。将经过遗传修正后的细胞转入患者的体内。人类现有3000多种遗传病，已找到了200与遗传病有关的基因。人类中的遗传病大致分为单基因、多基因和染色体病三大类。如染色体病（由于染色体畸变所致的遗传病）先天愚型、猫叫综合征、性腺发育不全症等。

15、遗传病基因治疗遗传病及基因治疗基因治疗 体内基因治疗是指将具有治疗功能的基因直接转入病人的某一特定组织中，并且能正常表达。 反义疗法引入与目的mRNA相补的RNA（反义RNA），用于阻遏或降低某个基因的表达，达到治疗目的。 基因诊断是在DNA重组技术的基础上发展起来的新技术。基因诊断 关键是筛选出特异性的DNA探针 对病原微生物染色体DNA限制性酶切 建立基因文库筛选出特异性DNA探针 通过DNA分子杂交鉴定该种病原微生物 目前已分离出100多种病原菌的特异性探针DNA诊断 关键是设计合成待鉴定病原菌特异序列的引物 对细菌性疾病的诊断可以防止抗生素的滥用 能检测出病原菌是否带有抗药性基因 利用待测菌不同特异片段设计多对引物即套式PCR能够增大检测的准确性。PCR诊断基因诊断 诊断遗传疾病 如珠蛋白基因突变造成的