分子生物学第一章绪论

分子生物学第一章绪论第一章绪论分子生物学发展简述分子生物学主要内容如何学好分子生物学分子生物学发展简述人类对生命现象的认识过程生命是怎样起源的？为什么“有其父必有其子”？动植物个体是怎样从一个受精卵发育而来的？种瓜得瓜，种豆得豆?？细胞学说的确立1702Leeuwenhoek（荷兰）自制显微镜观察到雨水中的“微生物”同时代Hooke用“细胞”来形容软木的最基本单元细胞学说的建立（Thecelltheory）

德国植物学家施莱登（Schleiden）和德国动物学家施旺（Schwann）共同提出著名的“细胞学说”。MatthiasJacobSchleiden1804～1881

TheodarSchwann1810～1882

Recognizingthebeautyofscience:Mendel’sdiscovery遗传因子在生物性状世代间传递遵循分离和独立分配两个基本规律。“遗传学的奠基人”大致分为三个阶段：准备和酝酿阶段：人类对DNA和遗传信息传递的认识阶段现代分子生物学的建立和发展阶段：重组DNA技术的建立和发展初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段：重组DNA技术的应用和分子生物学的迅猛发展阶段准备和酝酿阶段—19世纪后期到20世纪50年代初1944年，著名微生物学家Avery证实DNA是遗传信息载体的理论；1952年，Hershey用搅拌实验最终确定核酸是遗传物质TheDoubleHelix(1953)DNA双螺旋结构

遗传信息传递的中心法则（1954）1944年，著名微生物学家Avery证实DNA是遗传信息载体的理论；确定DNA是遗传物质是分子生物学发展的重大里程碑，DNA双螺旋结构模型的建立是分子生物学发展的又一重大里程碑（分子生物学诞生的标志）DNARNAJamesD.WatsonFrancisH.CrickReplicationTranscriptionDNARNAProteinTranslationTheCentralDogma(1953-1956)reversetranscription基因的两个基本属性基因的自我复制能力基因控制性状表达的能力从此核酸的分子生物学得到了飞速发展广义的分子生物学：蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能的研究都属于分子生物学的范畴，即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，当然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基因的分子生物学（核酸生物学）MolecularBiologyMolecularbiologyseekstoexplaintherelationshipsbetweenthestructureandfunctionofbiologicalmoleculesandhowtheserelationshipscontributetotheoperationandcontrolofbiochemicalprocesses.---Turneretal.WhatisMolecularBiology?

Molecularbiology

isthestudyofgenesandtheiractivitiesatthemolecularlevel,includingtranscription,translation,DNAreplication,recombinationandtranslocation.---RobertWeaver构成生物大分子的单体是相同的核酸蛋白质脂质糖类

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生物大分子单体的排列（核苷酸、氨基酸）的不同不同的物种特性不同的高级结构不同的生物大分子之间的互作现代分子生物学的建立和发展阶段1967-1970年R.Yuan和等发现的限制性核酸内切酶为基因工程提供了有力的工具；1972年Berg等将SV-40病毒DNA与噬菌体P22DNA在体外重组成功，转化大肠杆菌，使本来在真核细胞中合成的蛋白质能在细菌中合成,打破了种属界限（完成了第一个细菌克隆，开创了基因工程新纪元）；1975-1977年，Sanger、Maxam和Gilbert发明了DNA序列测定技术；近半个世纪以来医学，化学中重大突破与成就者NobelPrize分子生物学发展的里程碑与主要内容分子生物学中重大成就与突破者－－－NobelPrize的获得者－－－构成了分子生物学发展的主要内容－－－里程碑了解具有卓越成就的科学家，了解分子生物学发展的发展历程1910，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）A.Kossel（德）

1958JoshuaLederberg（美）PhagetransductionBeadle&Tatum（美）Onegene-oneenzyme红色面包霉突变体GeorgeWellsBeadleEdwardLawrieTatum

JoshuaLederberg

1959Ochoa(美籍西班牙裔)Kornberg（美）SeveroOchoa

ArthurKornberg

细菌的多核苷酸磷酸化酶，成功地合成了RNA，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

1962Watson（美）＆Crick（英）Wilkins（新西兰）

其中Crick于1954年提出了中心法则

1962Kendrew＆Perutz（英国）JohnC.Kendrew

MaxF.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

1965Jacob＆Monod（法国）FrancisJacob

JacquesMonod

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

1969Nirenberg（美）Holly＆KhoranaMarshallW.NirenbergHarGobindKhorana

RobertW.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

1975Temin&Baltimore(美)HowardM.TeminDavidBaltimore发现了逆转录酶（以RNA为模板，逆转录生成DNARNA肿瘤病毒）FrederickSangerWalterGilbertPaulBerg

1980Sanger（英）Gilbert&Berg（英）酶法核苷酸测序的设计者测定了牛胰岛素的化学结构而获1958年的Nobel化学奖化学测序法的设计者DNA重组技术的元老

1984Kohler（德）Milstein（美）Jerne（丹麦）GeorgesJ.F.KohlerCesarMilsteinNielsK.Jerne发展了单克隆抗体(MonoclonalAntibodiesMcAb)技术，完善了极微量蛋白质的检测技术

1989Altman＆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）SidneyAltman

ThomasR.Cech

1989Bishop＆Varmus（美）正常细胞同样带有原癌基因MichaelBishop

HaroldE.Varmus

1993Roberts＆Sharp（美）RichardJ.RobertsPhillipA.Sharp断裂基因（splittinggene）的发现

KaryMullisMichaelSmithPCR仪的发明者基因定点突变1994Gilman＆Rodbell发现G蛋白在细胞信号传导中的作用AlfredG.GilmanMartinRodbell

1998年，美国药理学家Ｒ.Ｆ.Furchgott（1916-）、Ｌ.Ｊ.Ignrro（1941-）和Ｆ.Murad（1936-）因发现“ＮＯ作为信号传递分子”而获奖。他们的研究首次表明气体分子可以穿过细胞膜而发挥信使作用，提出了生物信号传递的新理论。1999年度诺贝尔生理学奖授予给了GunterBolbdl,因为他的重大成果-----发现蛋白质有内部信号决定蛋白质在细胞内的转移和定位。2000年度诺贝尔生理学或医学奖颁发给瑞典人阿尔维德-卡尔森、美国人保罗-格林加德和埃里克-坎德尔，以表彰他们三人在人类“神经系统信号传递”领域做出的突出贡献。2001年诺贝尔生理或医学奖授予美国的利兰·哈特韦尔、英国的保罗·纳斯和蒂莫西·亨特，三名科学家所作出的重大贡献在于发现了具有调节包括酵母、植物、动物和人类等所有真核有机体中控制细胞周期的关键分子，这些基础性研究对研究细胞发育具有重要意义。2002年，英国人悉尼·布雷诺尔、美国人罗伯特·霍维茨和英国人约翰·苏尔斯顿，因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究，获诺贝尔生理与医学奖。2004年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家理查德·阿克塞尔和琳达·巴克，以表彰两人在气味受体和嗅觉系统组织方式研究中作出的杰出贡献。2005年诺贝尔生理学或医学奖授予两名澳大利亚科学家罗宾·沃伦和巴里·马歇尔。,以表彰他们发现了导致人类罹患胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡的罪魁———幽门螺杆菌。以上图片文字均摘自TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2006"fortheirdiscoveryofRNAinterference-genesilencingbydouble-strandedRNA"2007年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家马里奥·卡佩基（MarioR.Capecchiand）和奥利弗·史密斯（OliverSmithies）、英国科学家马丁·埃文斯（MartinJ.Evans），以表彰他们在干细胞研究方面所作的贡献。2008年10月6日,诺贝尔生理学或医学奖授予了德国科学家哈拉尔德·楚尔·豪森、法国科学家弗朗索瓦丝·巴尔西诺西和吕克·蒙塔尼,以表彰他们对揭示病毒感染在肿瘤、传染病等人类重大疾病中的致病机制所做出的突出贡献.2009,三位美国科学家伊丽莎白·布兰克波恩(ElizabethH.Blackburn)、卡罗尔·格雷德(CarolW.Greider)以及杰克·绍斯塔克(JackW.Szostak)共同获得该奖项。他们发现了由染色体根冠制造的端粒酶(telomerase)，这种染色体的自然脱落物将引发衰老和癌症。

2010年，英国生理学家罗伯特·爱德华兹因为在试管婴儿方面的研究获得2010年诺贝尔生理学或医学奖。初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段数、理、化相关学科生物学实验技术渗透交叉近代生物学生物学个性共性宏观生物学（生态学为核心）微观生物学（分子生物学为核心）细胞水平分子水平结构生物学，发育生物学，神经生物学等新兴学科发展生物多样性研究资源保护与利用人类生态环境的保护工农业生产持续发展分子生物学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遗传学分子数量遗传学分子生态学分子进化学…………….分子生物学渗透到生物学几乎所有学科分子生物学成为现代生命科学的共同语言综合分子生物学发展历程：20世纪以核酸为研究核心，带动分子生物学向纵深发展。20世纪50年代的双螺旋结构，60年代的操纵子学说，70年代的DNA重组，80年代的PCR技术，90年代的DNA测序都是分子生物学发展的里程碑，将生命科学带向一个由宏观到微观，再到宏观的过程。

分子生物学的主要内容

分子生物学概念：

Molecularbiologyisthestudyofgenesandtheiractivitiesatthemolecularlevel,includingtranscription,translation,DNAreplication,recombinationandtranslocation.《MolecularBiology》--RobertF.Weaver(Version2)

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。

《现代分子生物学》--朱玉贤、李毅（第二版）分子生物学研究的三大主要领域结构生物学基因分子生物学生物技术理论与应用生物大分子的结构与功能生物大分子之间的互作基因的概念基因的结构基因的复制基因的表达基因的重组基因的突变基因工程细胞工程酶工程发酵工程蛋白质工程狭义的分子生物学——分子遗传学DNA—protein

Hormone—receptor

Enzyme--substrate21世纪分子生物学展望未来生物学形成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（StructuralBiology）分子发育生物学（MolecularDevelopingBiology）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(MolecularCellBiology)分子神经生物学（MolecularNeurobiology）计算机语言

分辨，提取，分析，比较，预测生物信息生物大分子的结构与功能信息基因的识别与鉴定基因功能信息的提取与证实基因表达谱的绘制(microarray)蛋白质水平上基因互作的探测

功能基因组学(FunctionalGenomicsorpost—Genomics)

生物信息学(Bioinformatics)应用生物学发展

生物技术诊断试剂治疗药物植物品种环境工程食品加工生物塑料废物处理再生能源……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、鱼等植物－－－－－抗虫棉（Bt毒素蛋白基因）、耐贮藏番茄等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工业方面

*酶制剂工业用酶的生产、酶的定向改造环保工业上：工程菌提高降解效率扩大可降解污染物的种类

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化学与能源工业上：重组DNA技术生产丁醇，及用基因工程技术改善微生物发酵生产丙酮、酒精、醋酸等的转化效率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*食品工业上：谷氨酸、调味剂、酒类和油类

例：不含软脂酸的大豆色拉油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21世纪——生命科学的世纪分子生物学理论的突破生物技术的有效应用新旧技术的有机结合人口与粮食能源与资源健康与疾病更加深刻更为明确

阐明生物大系统

生长发育遗传变异繁殖死亡生命本质更加主动更为有效

利用生物技术改造生物创造生物新兴产业推动工，农，医的发展学习分子生物学的意义人类基因组计划（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)Comparativegenomics(molecula