分子生物学：第一章 绪论(2学时).

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1、 第一章第一章 绪论绪论 本章我们讨论本章我们讨论4 4个问题：个问题： 一、现代科学技术发展的基本特点。一、现代科学技术发展的基本特点。 二、现代生物学面临的挑战和机遇。二、现代生物学面临的挑战和机遇。 三、分子生物学和医学的关系三、分子生物学和医学的关系 四、分子生物学回顾、发展现状与展望四、分子生物学回顾、发展现状与展望 1 第一节第一节 现代科学技术发展的基本特点现代科学技术发展的基本特点 一、科学技术加速发展和急剧变革一、科学技术加速发展和急剧变革 （一）当代科技发展呈指数增长趋势，（一）当代科技发展呈指数增长趋势，全世界每天发表科全世界每天发表科 技论文技论文60006000800

2、08000篇，平均篇篇，平均篇/10.8/10.8秒问世。秒问世。 （二）人类科技知识，（二）人类科技知识，1919世纪是每世纪是每5050年增加年增加1 1倍，当前是倍，当前是 每每3 35 5年增加年增加1 1倍。工程师知识半衰期是倍。工程师知识半衰期是5 5年。年。 （三）三）19731973年，年，Cohen GroupCohen Group利用重组利用重组DNADNA技术第一次技术第一次 实现了细菌遗传性状转移（实现了细菌遗传性状转移（terter r r +Ne+Ne s s terter r r NeNe r r ）, ,导致导致 了基因工程技术诞生。至今不到了基因工程技术诞生。

3、至今不到3030年，人类已拥有克隆羊、年，人类已拥有克隆羊、 克隆猪克隆猪的技术，可以复制的技术，可以复制1 1个生命体。个生命体。 2 二、科学技术发展的综合化二、科学技术发展的综合化 （一）（一）1919世纪中叶以前，科学技术是分离的，它们各自独立发挥社会作世纪中叶以前，科学技术是分离的，它们各自独立发挥社会作 用,它们都有自己独特的文化传统，它们的发展往往是脱节的。 （二）科学回答的（二）科学回答的“ “是什么是什么” ”，“ “为什么为什么” ”，技术回答的是，技术回答的是“ “做什么做什么” ”、“ “怎么怎么 做做” ”。当今科技发展已经密不可分，科学里面有技术，技术里有科学。当今

4、科技发展已经密不可分，科学里面有技术，技术里有科学。 （三）当代科学技发展有（三）当代科学技发展有2 2种形式：一是突破，二是融合。突破是线性种形式：一是突破，二是融合。突破是线性 的，即从研究开发新一代科技成果取代原有一代的科技成果。融融 合是非线性的，合是非线性的，即混合原有不同领域科技，进而发展新产品，造 成革命性市场，它们是互补和合作的结果。 （四）基因工程技术既是突破，也是融合，既是科学，也是技术。（四）基因工程技术既是突破，也是融合，既是科学，也是技术。它们 是分子生物学，生物化学，遗传学、细胞生物学和组织学等相关 学科科学技术突破和融合的结果。 3 三、科学发展必须和人文社会科学

5、发展相结合三、科学发展必须和人文社会科学发展相结合 （一）当代各种全球性问题的出现，从一定意义上来说，是由于（一）当代各种全球性问题的出现，从一定意义上来说，是由于 科学技术广泛应用于社会而引发的，如科学技术广泛应用于社会而引发的，如NMD NMD ，TMDTMD。 （二）科学技术是第一生产力，二）科学技术是第一生产力，是提高劳动生产率的最重要的 手段和社会生产力发展的主要力量，而文化水平是是衡 量人类发展的一个特殊尺度，也是标志人类的把握科学技 术的一个程度。 （三）科学技术是一把双刃剑。原子核技术（三）科学技术是一把双刃剑。原子核技术可以给人类带来福 音，也可以给人类带来灾难。原子能发电站

6、给人类带来 了光明，原子弹可以把长崎，广岛夷为平地。 克隆技术可以挽克隆技术可以挽救濒临灭绝动物，也可动摇人类自然以性 爱为基础生育方式等。 4 第二节第二节 分子生物学分子生物学带动生命科学的前沿学科 带动生命科学的前沿学科 一子生物学的定义一子生物学的定义 分子生物学的诞生可以与细胞的发现，进化论的奠 定媲美，它是20世纪自然科学伟大成就之一。经典观念认 为，狭义的分子生物学是指分子遗传学，广义的包括分子狭义的分子生物学是指分子遗传学，广义的包括分子 遗传、细胞膜结构、代谢的调节机制，蛋白质与核酸结构遗传、细胞膜结构、代谢的调节机制，蛋白质与核酸结构 分析与功能测定，生物大分子人工合成，遗

7、传物质的重组分析与功能测定，生物大分子人工合成，遗传物质的重组 等。等。 5 二分子生物学和医学的关系二分子生物学和医学的关系 基础医学是整个医学的基石，而分子生物学在整个而分子生物学在整个 医学中起到纽带作用，将基础医学各分枝学科及基础医学医学中起到纽带作用，将基础医学各分枝学科及基础医学 与临床医学联系起来，成为浑然一体。与临床医学联系起来，成为浑然一体。由此可见分子生物 学在现代医学研究中的重要性，它代表了人们对生命现象 认识层次的深入，理所当然成为现代医学和生命科学的前 沿学科和领域，在一定程度上起到牵动全局的作用。不论 分子生物学，临床医学家或生物学家，在谈论现代医学和 生命科学时，

8、无不对分子生物学所取得的成就及发展动态 予以特别的关注的重视。 6 未来的医学将把研究层次深入到量子水平，分子生分子生 物学则可能把自己的物学则可能把自己的“ “血液血液” ”熔化到医学的躯体之中，熔化到医学的躯体之中，“ “化化 己为他己为他” ”，“ “化整为零化整为零” ”，渗透到各个相关学科中，成为科，渗透到各个相关学科中，成为科 学上的学上的“ “蜡烛蜡烛” ”，燃烧自己，照亮别人。分子生物学在医，燃烧自己，照亮别人。分子生物学在医 学上的价值和学上的价值和“ “灵魂灵魂” ”将永存。分子生物学将成为现代生将永存。分子生物学将成为现代生 命科学的命科学的“ “共同语言共同语言” ”。

9、 7 生命过程是一个多层次、连续的整合过程。基因和分 子研究是认识生命过程的深入层次，这个层次的研究结果 对于基因后生命现象如生理表现，病理表现，病生理表现 ，具有重要意义。 生命科学中一些最重要的课题需要分子生物学渗入 ，如细胞生长、分化、衰老，凋亡，个体发育和神经活动 等研究。分子生物学与这些研究活动结合在一起，形成新 的生长点和新的边缘学科，较为突出的者有： 8 （一）分子细胞生物学（一）分子细胞生物学 细胞是一切生命活动结构和功能的基本单位。因 此细胞生物学的研究应是全方位的，但概括起来有但概括起来有2 2个基个基 本点：一是基因与基因产物如何控制细胞的重要生命活动本点：一是基因与基因

10、产物如何控制细胞的重要生命活动 ，如生长、分化、衰老等，在此涉及与信号传递的关系；，如生长、分化、衰老等，在此涉及与信号传递的关系； 二是基因产物与其他生物分子如何构建与装配成细胞高度二是基因产物与其他生物分子如何构建与装配成细胞高度 组织化的结构如染色体，细胞核、细胞器、生物膜、细胞组织化的结构如染色体，细胞核、细胞器、生物膜、细胞 骨架，并行使其在序的细胞生命活动。骨架，并行使其在序的细胞生命活动。通过上述两方面的 结合，可把分子生物学和细胞生物学连接起来。 9 （二）发育分子生物学（二）发育分子生物学 受精卵如何发育成结构和功能复杂的个体是未解 决的发育生物学重大难题。分子生物学为解决这

11、一难题 提供了条件，并产生了发育分子生物学。发育分子生物发育分子生物 学要解决的基本问题是基因如何按一定的时空关系选择学要解决的基本问题是基因如何按一定的时空关系选择 性地表达而控制细胞的分化和个体发育。性地表达而控制细胞的分化和个体发育。发育程序是通 过相关基因系统间一系列相互作用而逐次展开的，这是 多基因在多层次上的联系和配合所形成的调控结果。基 因选择性表达的时间取决于定时的信号和生物学时间的 刺激，而其空间控制取决于细胞所处的位置（环境）和 细胞间的相互作用，形态发生可能有细胞连接、识别、 运动、生长的彼此配合来控制。 10 （三）分子神经科学三）分子神经科学 神经科学研究神经系统（主

12、要是脑）的结构和功能 ，其研究层次包括分子水平、神经网络水平、整体水平 和行为水平。分子神经科学为在分子水平研究神经系统 的结构和功能，它的研究方向有研究方向有： 1 1、神经细胞的分化和神经系统发育的分子机理；、神经细胞的分化和神经系统发育的分子机理； 2 2、神经活动的基本过程（如神经冲动、信息处理、神、神经活动的基本过程（如神经冲动、信息处理、神 经递质和神经回路等）中离子通道，突触通讯，受经递质和神经回路等）中离子通道，突触通讯，受 体及信号传导的变化和相关基因表达的变化。体及信号传导的变化和相关基因表达的变化。 11 3 3参入学习、记忆、行为过程的基因及其产物。参入学习、记忆、行为

13、过程的基因及其产物。 4 4一系列神经精神性疾病的分子基础，分离和鉴定其相关基一系列神经精神性疾病的分子基础，分离和鉴定其相关基 因，为其治疗和预防服务。因，为其治疗和预防服务。 科学家们一直遗憾，人脑可以指导自己去制造电脑和作任 何 精细的工作，都不能用以窥视自身的奥秘。由于神经科学极 端重 要性和特殊地位，近年来受到了极大重视。科学家们预言， 进入 下个世纪后神经科学将走在分子生物学前面，并将给医学带 来新 的光辉。 12 三、三、 分子生物学的历史回顾分子生物学的历史回顾 遗传和变异是生物的一对重要概念。遗传赋于生物 种的稳定，保证生物种的延锦不断；变异则赋于生物种的 进化，保证生物种对

14、环境的适应。遗传和变异这一对矛盾 在一个生物体内统一起来。 遗传学要解决问题是生命科学和医学中极为关键的 问题。 分子水平技术手段一旦与遗传学研究相结合，就 可在分子水平上解释遗传学的问题，促使分子遗传学的形 成和发展。分子生物学的形成和掘起，归功能数十年无数 科学家智慧的结晶，成果的融汇，从40年代起，在理论 和技术方面奠定了雄厚的基础。 13 （一）理论上的三大发现一）理论上的三大发现 1. 1. 4040年代，年代，AveryAvery发现了生物遗传物质的化学本质是发现了生物遗传物质的化学本质是 DNADNA 2. 2. 5050年代，年代，WalsonWalsoncrickcrick提

15、出了提出了DNADNA结构的双螺旋模结构的双螺旋模 型，搞清楚了生物遗传的分子机制型，搞清楚了生物遗传的分子机制 3. 3. 6060年代，确定了遗传信息的传递方式：年代，确定了遗传信息的传递方式： DNARNAproteinDNARNAprotein 14 （二）技术上的3大发明 1. “1. “基因剪刀基因剪刀” ” 限制性核酸内切酶发明限制性核酸内切酶发明 从4060年代，科学家们就为基因工程设计好了美丽的 蓝图，但是而对庞大ds DNA，束手无策，无从下手把它切成 单个的基因片段，当时酶学知识已有相当的发展，但没有1个已 发现的酶能够完成这样的使命。19701970年年，Smith Wilcox在 流感嗜血杆菌 (Haemophilus influenzae)中分离纯化了中分离纯化了 Hind IIHind II，取得了突破，打破了基因工程的禁固，迎来了改造生取得了突破，打破了基因工程的禁固，迎来了改造生 物，