分子生物学-第1章 绪论

第一章绪论一.基本含义

一.分子生物学的基本含义是人类从分子水平上研究细胞活动的规律，揭开生命本质的一门基础学科。

第一章绪论一.基本含义

-分子水平是指携带遗传信息的核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。-分子水平上研究生命的本质主要是指对遗传、生殖、生长和发育等生命基本特征的分子机理的阐明,从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新的手段。第一章绪论一.基本含义

分子生物学：是研究核酸等生物大分子的功能、形态结构特征及其重要性和规律性的学科，是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘，由被动适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。分子生物学是目前现代生物学领域里最具有活力和发展最为迅速的学科之一。第一章绪论二.分子生物学发展简史

二.分子生物学发展简史分子生物学的发展大致可分为两个阶段1.准备和酝酿阶段19世纪后期--20世纪50年代产生了两点对生命本质的认识上的重大突破:

确定了生物遗传的物质基础是核酸,解决了遗传的物质基础问题。

确定了蛋白质是生命的主要基础物质。第一章绪论一.基本含义

多少年来，人们反复提出的几个与一切生命现象有关的问题：1.生命是怎样起源的？2.为什么“有其父必有其子”？3.动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而来的？证明DNA就是遗传物质的主要历史事件第一章绪论一.基本含义

物竞天择，适者生存达尔文的进化论达尔文的进化论是生物科学史上最伟大的创举之一，具有不可磨灭的贡献。第一章绪论一.基本含义

Leeuwenhoek:世界上第一架显微镜德国植物学家Schleiden,动物学家Schwann:细胞学说所有组织的最基本单元都是形状非常相似而又高度分化的细胞细胞学说第一章绪论一.基本含义

经典生物化学和遗传学3:19:3:3:1第一章绪论一.基本含义

孟德尔总结出生物遗传的两条基本规律：第一，当两种不同植物杂交时，它们的下一代可能与亲本之一完全相同，他把这一现象称为统一律。孟德尔认为，生物的每一种性状都是由遗传因子控制的，这些因子可以从亲代到子代，代代相传。第二，将不同植物品种杂交后的F1代种子再进行杂交或自交时，下一代就会按照一定的比例发生分离，因而具有不同的形式，他把这一现象称为分离规律。第一章绪论一.基本含义

遗传性状的连锁规律：托马斯.摩尔根白眼雄果蝇第一章绪论二.分子生物学发展简史

DNA是遗传信息的载体1：Griffith:肺炎链球菌实验，1928。P4th-p0072：Avery:DNA是转化源实验.3:Hershey:噬菌体侵染细菌实验，19521928年，英国科学家Griffith等人发现，具有光滑外表的S型肺炎链球菌能使小鼠发病，具有粗糙外表的R型细菌没有致病力。荚膜多糖能保护细菌免受动物白细胞的攻击。首先用实验证明基因就是DNA分子的是美国著名的微生物学家Avery。他首先将光滑型致病菌（S型）烧煮杀灭活性以后再侵染小鼠，发现这些死细菌自然丧失了致病能力。美国冷泉港卡内基遗传学实验室科学家Hershey和他的学生Chase在1952年从事噬菌体侵染细菌的实验。噬菌体专门寄生在细菌体内，它的头、尾外部都是由蛋白质组成的外壳，头内主要是DNA。第一章绪论二.分子生物学发展简史

2.分子生物学的建立和发展阶段

主要进展:50年代提出了DNA分子的双螺旋结构模型和半保留复制机制,解决了遗传物质的自我复制和世代交替问题;50年代末至60年代,提出了“中心法则”和操纵子学说,成功地破译了遗传密码,阐明了遗传信息的流动与表达机制。P.12第一章绪论一.基本含义

DNA双螺旋结构模型Watson和Crick所提出的脱氧核糖酸双螺旋模型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路。第一章绪论二.分子生物学发展简史

1957年,A.Kornberg在大肠杆菌中发现了DNA聚合酶;1965年,证明了细菌的抗药性通常由“质粒”DNA所决定；1967年,第一次发现DNA连接酶;

1970年,Smith,Wilcox和Kelley分离出第一种限制性核酸内切酶,Temin和Baltimore从RNA肿瘤病毒中发现反转录酶。1972-73年,Boyer,Berg等人发明了DNA重组技术,1972年获得第一个重组DNA分子；

1973年完成第一例细菌基因克隆。1978年,首次在大肠杆菌中生产由人工合成基因表达的人脑激素和人胰岛素。第一章绪论二.分子生物学发展简史

1981年,Palmiter和Brinster

获得转基小鼠,

Spradliing和Rubin得到转基因果蝇。1982年,美、英批准使用第一例基因工程药物—胰岛素。1983年,获得第一例转基因植物。1994年,第一批基因工程西红柿在美国上市。1996年,完成了酵母基因组(1.25107bp)全序列测定。1997年,英国爱丁堡罗斯林研究所获得克隆羊。2000年,完成第一个高等植物拟南芥的全序列测定

(3.2108bp)。2001年,完成人类基因组全序列测定(3.5109bp)。第一章绪论二.分子生物学发展简史

2002年,英、美、德等国的上百位科学家在《Nature》

杂志上联合宣布他们成功破译了小鼠的基因组。

2004年，《科学》杂志发表了中国科学家的《家蚕基因组框架图》。

2005年，2005年8月11日中、美、日、法等10个国家和地区的科学家在Nature杂志发表了水稻基因组“精细图”，覆盖率达95.3％。我国对国际水稻基因组计划的贡献率达20％。共定位了37,500个基因，还率先在动植物中完成了对着丝粒的测序。第一章绪论二.分子生物学发展简史

2009年，由中国农科院蔬菜花卉研究所和深圳华大基因研究院领衔、14国科学家组成的国际马铃薯基因组测序协作组，分别在北京、阿姆斯特丹、伦敦、纽约、利马等地同时宣布：

马铃薯基因组序列框架图完成

马铃薯基因组有12条染色体、8.4亿个碱基对该框架图覆盖了:马铃薯95％以上的基因共发现3.5万多个基因第一章绪论二.分子生物学发展简史

2009年，中国颁发了具有自主知识产权的:

一个转植酸酶基因玉米品种生产应用安全证书两个转抗虫基因水稻品种

第一章绪论二.分子生物学发展简史

转植酸酶基因玉米:可以提高饲料的利用效率，减少饲料中磷酸氢钙的添加量，降低饲养成本；减少动物粪、尿中植酸磷的排泄，减轻环境污染，有利于环境保护.此外，利用农业种植方式生产植酸酶，还具有节能、环保、低成本的优势。植酸酶:是催化植酸及其盐类水解为肌醇与磷酸（盐）的一类酶的总称

第一章绪论二.分子生物学发展简史

转抗虫基因水稻:能有效控制螟虫等鳞翅目害虫危害，保障水稻增产，还能减少80%的化学农药用量。

专基因水稻面面观第一章绪论三.分子生物学的主要研究内容

分子生物学的基本原理（p11)

构成生物体各类有机大分子的单体在不同生物中都是相同的。(2)生物体内一切有机大分子的建成都遵循共同的规则。

(3)某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性。第一章绪论三.主要研究内容

2.主要研究内容

(1）DNA重组技术（2）基因表达调控研究（3）结构分子生物学（4）基因组、功基因组与生物信息学研究

分子生物学的研究内容DNA重组技术

（1）DNA重组技术（基因工程/遗传工程/基因操作/基因克隆/分子克隆）

在体外将不同的DNA片段(整个基因或基因的一个部分)按照人们的设计定向连接起来后，转入特定的受体细胞，使重组基因在受体细胞中与载体同时复制并得到表达，从而赋予生物体新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

基因（gene）：产生一条多肽链或功能RNA所需要的全部DNA序列.GAATTCCTTAAGSV40GAATTCCTTAAGSV40病毒DNA噬菌体DNAEcoRIDNAligase连接SV40GAATTCCTTAAGSV40

DNAGAATTCCTTAAGDNAVS40GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGSV405’3’5’3’切割图:SV40病毒DNA和噬菌体DNA的重组例1:例2:分子生物学的研究内容DNA重组技术

DNA重组操作主要包括:

DNA(基因组和质粒DNA)提取和纯化

PCR(聚合酶链反应)基因扩增DNA聚合酶

DNA分子切割限制性内切酶

DNA片段与载体连接DNA连接酶

DNA凝胶电泳细胞转化及重组子的筛选与鉴定等分子生物学的研究内容DNA重组技术

三大基本工具:“分子手术刀”限制性核酸内切酶“分子缝合针”DNA连接酶“分子运输车