分子生物学 课件

MolecularBiology2021/5/911.1二十世纪生命科学的回顾2021/5/92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2021/5/93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…………….分子生物学的延伸2021/5/9421世纪生命科学发展的重要态势

对生命现象的认识从单基因水平向全基因组整体水平发展现代生命科学研究的理论与技术从较长期的积累走向应用

2021/5/95Defineinbroadly:understandbiologicalphenomenainmolecularterms(difficulttodistinguishfrombiochemistry)Defineinrestrictively:

studyofgenestructureandtheiractivitiesinmolecularlevel1.2分子生物学的概念2021/5/96GeneconceptGenestructureGenereplicationGeneexpressionGenerecombinationGenemutationMolecularBiologyofGene2021/5/97Whatisthegene?Basicproperty

ReplicationExpressionMutation

DNADoubleHelixmodel1952J.WatsonandF.Crick

2021/5/98分子生物学诞生2021/5/99Crick：….我本人的思想是基于两个基本原理，我称之为序列假说（sequencehypothesis）和中心法则（centraldogma)…Sequencehypothesis

：

核酸片段的特异性完全由其碱基序列所决定，且这种序列是某一蛋白质氨基酸序列的密码.Centraldogma

：

信息一旦进入蛋白质，它就不可能再输出.2021/5/910

构成生物大分子的单体相同

生物遗传信息的表达的中心法则相同DNARNApolypeptidesproteincharacter高级结构生物大分子之间的互作个性核酸语言(Nt)蛋白质语言(aa)生物大分子单体的排列（核苷酸，氨基酸）分子生物学研究领域共同遵循的三大原则2021/5/911结构生物学基因分子生物学生物技术理论与应用分子生物学研究的三大主要领域生物大分子的结构与功能生物大分子之间的互作DNA—proteinHormone-receptorEnzyme-substrate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2021/5/912

分子生物学的三大支持学科

细胞生物学

遗传学

生物化学2021/5/9131839-1847年MatthiasSchleiden&TheodorSchwann细胞的化学组成，细胞器的结构，细胞骨架，生物大分子在细胞中的定位及功能，细胞的信号传导等

生物体由细胞组成

所有组织的最基本单元----形状相似，高度分化的细胞

细胞的发生与形成是生物界普遍和永久的规律MolecularCellbiologyCytology2021/5/914GregorMendel1864年GeneticsMolecularGeneticsGenestructureGeneduplicationGeneexpressionGenerecombinationGenemutation

遗传因子假说Genetics2021/5/915NucleicAcidChemistryProteinChemistry(1936年JamesSumner)

NobelPrizeinChemistry1946EnzymaticnatureofcrystallineProteinWhatgenesare&Howtheyact?2021/5/916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2021/5/917分子生物学：从分子水平理解生命活动，主要指遗传信息的传递（复制）、保持（损伤和修复）、基因的表达（转录和翻译）与调控。强调以上各种生命活动（Biochemicalprocesses）：1是什么（what，生物学重要性和具体过程），2所涉及的生物大分子（DNA、RNA、蛋白质)是如何相互作用使之发生的（how）。2021/5/918分子生物学：注重生物体在分子水平上的一些特征和现象。分子遗传学：侧重的是从分子水平对生物遗传规律和遗传现象的研究。2021/5/9191.3分子生物学的发展历程2021/5/920NobelmedalHalfapoundof23-karalgold.2.5inchesacross

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2021/5/921

"forhisdiscoveriesconcerningtheroleplayedbytheChromosomeinheredity,demonstratedthatgenesareonthechromosome"ThomasHuntMorganinPhysiologyorMedicine1933NobelPrize

2021/5/922

"forhisdiscoverythatenzymescanbecrystallized""fortheirpreparationofenzymesandvirusproteinsinapureform"

JamesBatchellerSumnerJohnHowardNorthropWendellMeredithStanley

CornellUniversity

RockefellerInstituteUSARockefellerInstituteUSA1887-19551891-19871904-1971TheNobelPrizeinChemistry19462021/5/9231958J.Lederberg(33y)PhagetransductionTheNobelPrizeinChemistry1958"forhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulin"FrederickSangerCambridgeUniversity

1918-G.Beadle&E.TatumOnegene--oneenzyme2021/5/924SeveroOchoa(54y)SpainRichphosphatebondsofATP-------EnergyArthurKornberg(41y)DNAreplicationIsolationofDNApolymeraseIBrooklyn19592021/5/925分子生物学的重要里程碑1951.JamesWatson

（Luria的第一个研究生

23y)丹麦哥本哈根KalckarLab.Post-DoFrancisCrick(35y)剑桥大学CavendishLab.意大利那不勒斯动物研究所

King’sLab.LondonUniv.MauriceWilkins2021/5/926M.H.F.Wilkins&RosalindFrankin

X~rayphotographofDNAwithhighquality

(核糖与磷酸连接成的扭曲绳子，每一节上都有配对的碱基)1951.King’sLab.LondonUniversityUK2021/5/927JamesWatson(34y)FrancisCrick(46y)MauriceWilkins(46y)DNADoubleHelixmodel195319622021/5/928FrancoisJacob(44y)JacquesMonod(55y)(French)Lac.OperonTheory1965ConceptofmRNA2021/5/9291968R.HolleyH.G.KhoranaM.NirenbergH.GobindKhorana(46y)HowtosynthesizetripletRNAMarshallNirenberg(41y)GeneticcodenRobertHolley(46y)tRNAphecloverleafstructure2021/5/9301969MaxDelbruck(63y)AlfredHershey(61y)PhagegroupPhageinfectioncycleDNAasgeneticmaterialM.DelbruckA.Hershey2021/5/931

HowardTemin(41y)DavidBaltimore(37y)Reversetranscription（引发癌症的内因）2021/5/932

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1978"forthediscoveryofrestrictionenzymesandtheirapplicationtoproblemsofmoleculargenetics"WernerArberDanielNathansHamiltonO.Smith

SwitzerlandBiozentrumderUniversität

JohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicine

Baltimore,USAJohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicine

Baltimore,USA1929-1928-19991931-2021/5/933TheNobelPrizeinChemistry1980WalterGilbertBiologicalLaboratories

Cambridge,MA,1932-"fortheircontributionsconcerningthedeterminationofbasesequencesinnucleicacids"FrederickSangerMRCLaboratoryofMolecularBiology

Cambridge,GreatBritain1918-2021/5/934TheNobelPrizeinChemistry1980"forhisfundamentalstudiesofthebiochemistryofnucleicacids,withparticularregardtorecombinant-DNA"PaulBerg

StanfordUniversity

1926-基因工程诞生2021/5/9351983.BarbaraMcClintock(86y)DNAtransposableelement2021/5/936

TheNobelPrizeinChemistry1989

TheRoyalSwedishAcademyofScienceshasawardedthisyear's

NobelPrizeinChemistryjointlyto

SidneyAltmanandThomasR.Cech

fortheirdiscoveryofcatalyticpropertiesofRNA

SidneyAltman

YaleUniversity

NewHaven,CT,USAThomasR.Cech

UniversityofColorado

atBoulder,USA

Contents:

Introduction

Thechemistryoflifeanditscentraldogma

Enzymes–biologicalcatalysts

Ribonucleicacid(RNA)–thebiomoleculewhichcandoitall

Thehistoryofbiocatalysis

Whathappensnext?

Furtherreading

Basedonmaterialsfromthe1989NobelPosterforChemistry.

Creditsandreferencesfortheposter

LastmodifiedMay10,2001

Copyright?2001TheNobelFoundationTheOfficialWebSiteofTheNobelFoundation

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TheNobelPrizeinChemistry1989"fortheirdiscoveryofcatalyticpropertiesofRNARibozyme"SidneyAltmanThomasR.Cech

YaleUniversity

NewHaven,CT,USAUniversityofColorado

Boulder,CO,USA1939-1947-2021/5/937TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1993

“fortheirdiscoveryofsplitgenesIn1978”RichardJ.Roberts

PhillipA.Sharp2021/5/938TheNobelPrizeinChemistry1993"forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)method"KaryB.Mullis1944-2021/5/939discoveredGeneticcontrolofearlydevelopmentinDrosophilaEdwardB.LewisChristianeNüsslein-Volhard

EricF.WieschausTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine19952021/5/940StanleyB.PrusinerUniversityofCalifornia,SchoolofMedicine

USA1942-

forhisdiscoveryofPrions–---anewbiologicalprincipleofinfection

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine19972021/5/941discoveredkeyregulatorsofthecellcycleLelandH.HartwellR.Timothy(