分子生物学绪论部分

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1、 C 分子生物学MOLECULARBIOLOGY G G 第一章绪论 生物学 研究生命现象 生命本质 生命活动及其规律的科学 细胞水平 整体水平 分子水平 一 分子生物学是生物学研究的一个分支 二 分子生物学的定义 Molecularbiologyisthestudyofgenesandtheiractivitiesatthemolecularlevel includingtranscription translation DNAreplication recombinationandtranslocation MolecularBiology RobertF Weaver Version2

2、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 二 分子生物学的研究内容 1 基因及基因组的结构与功能2 DNA复制基因表达3 基因表达调控的研究4 DNA重组技术5 生物大分子结构功能研究 结构分子生物学 三 分子生物学发展历史 1 分子生物学诞生的准备和酝酿阶段19世纪后期至20世纪50年代 是分子生物学诞生的准备和酝酿阶段 这一时期产生了对生命本质的两点认识上的重大突破 确定了蛋白质是生命的主要基础物质 19世纪末Buchner兄弟证明了酵母细胞提

3、取液能使糖发酵产生酒精 第一次提出了酶的名称 酶是催化剂 20世纪40年代 提纯和结晶了一些酶如 尿素酶 胃蛋白酶 胰蛋白酶等 通过X射线衍射技术 从而证明了酶是蛋白质 随后陆续发现生命的许多现象都与酶和蛋白质相联系 确定了生物遗传的物质基础是DNA1868年F 米歇尔发现了核素 20世纪20 30年代确认了自然界有DNA和RNA两类核酸 并阐明了核苷酸组成 1944年Avery通过肺炎球菌转化实验证明了DNA是遗传物质 1952年Hershey等人用同位素示踪技术标记T2噬菌体的蛋白质和核酸 感染大肠杆菌的实验进一步证明了DNA是遗传物质 2 现代分子生物学建立1953年Watson和Cri

4、ck提出的DNA双螺旋结构模型是现代分子生物学诞生的里程碑 开创了分子遗传学基本理论建立和发展的黄金时期 遗传信息传递中心法则建立 1956年发现DNA聚合酶 1958年用同位素标记和超速离心实验为DNA半保留复制模型提供证据 1968年冈畸提出不连续复制模型 1972年证实了DNA复制开始需要RNA作为引物 从而逐步完善了对DNA复制机理认识 同时先后发现依赖于DNA的RNA聚合酶及RNA DNA杂交实验证明了mRNA与DNA序列互补 逐步阐明RNA转录合成的机理 与此同时认识到蛋白质是接受RNA遗传信息而合成 50年代发现微粒体是蛋白质合成场所 57年首先分离出tRNA 并提出了其在蛋白质

5、合成中转运氨基酸功能的假说 61年观察到蛋白质合成过程中mRNA与核糖体结合 同期科学工作者还破译了合成蛋白质的遗传密码 并在随后研究发现遗传密码具有通用性 从而认识了蛋白质翻译合成的基本过程 通过上述重要发现 共同建立了以 中心法则 为基础的遗传学基本理论体系 70年代发现以RNA为模板合成DNA的反转录酶 进一步补充和完善了 中心法则 3 20世纪70年代以来分子生物学飞速发展 逆转录酶的发现 一些工具酶的先后发现 断裂基因的发现 DNA测序方法建立 核酶的发现 PCR技术建立 基因的上游调控序列发现 显微注射技术运用 基因重组技术发展 基因治疗技术发展 人类基因组计划实施 三 分子生物学

6、研究的内容 1 DNA重组技术DNA重组技术是20世纪70年代初兴起的技术科学 目的是将不同的DNA片段按照人们的设计定向连接起来 在特定受体细胞中与载体同时复制 表达 产生影响受体细胞的新的遗传性状 DNA重组技术主要应用 用于大量生产某些细胞代谢中产量很低的多肽 可以用于定向改造某些生物的基因结构 使它们所具备的特殊经济价值或功能得以成百上千倍提高 还可用于进行基础研究 2 基因表达调控研究基因的表达实质上就是遗传信息的转录和翻译 在个体生长发育过程中 生物遗传信息表达具有时序调节 环境调控 基因表达调控研究主要表现在三个方面 信号转导研究 转录因子研究 RNA剪接研究 3 生物大分子结构

7、功能研究 结构分子生物学 结构分子生物学就是研究生物大分子特定空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学 结构分子生物学研究内容主要有 生物大分子结构测定 结构运动变化规律探索 结构与功能相互关系建立 4 基因组 功能基因组与生物信息学研究 本世纪初人类基因组计划草图已向世界公布 但基因组计划不可能直接阐明基因的功能 更不能预测该基因所编码的蛋白质的功能与活性 所以并不能准确指导人们充分准确地利用这些基因的产物 于是在基因组计划基础上 又提出了 蛋白组计划 后基因组计划或功能基因组计划 目的是快速 高效 大规模鉴定基因的产物和功能 四 医学分子生物学 医学分子生物学是分子生物学的一个重要

8、分支 它是一门新兴交叉学科 是从分子水平研究人体和疾病相关生物在正常和疾病状态下生命活动及其规律 从分子水平开展人类疾病的预防 诊断和治疗研究的科学 医学分子生物学研究内容 1 研究人体发育 分化和衰老的分子生物学基础2 细胞增殖调控的分子基础3 人体三大调控系统 神经 内分泌 免疫 的分子生物学基础4 基因的结构异常或调控异常与疾病发生发展之间关系5 应用分子生物学理论和技术体系开展疾病的基因诊断和基因治疗 生物制药及卫生防疫 人类基因组计划 HumanGenomeProgram HGP 对人的基因组3 109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

9、的全部信息 弗朗西斯 柯林斯 美国国立卫生研究院院长 1993年到2008年间 曾任国家人类基因组研究中心主任 1 HGP的研究过程 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 2 HGP的意义 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 3 人类后基因组计划 基因克隆计划 克隆仅占2 5 序列的5万个基因的位置 基因组多样性计划 对群体基因多样性和个体基因组特异性的研究 每个人将有一份

10、先天隐私 的详尽资料 个体基因组遗传信息 cDNA计划 建立不同组织 不同基因在不同时期的表达 蛋白组计划 从单一的蛋白质转向大规模的种类 结构和功能的研究 细胞计划 阐明信号传导途径认识生命奥秘 4 HGP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 当前要做的事情挖掘我国宝贵的遗传病资源 克隆我们自己的相关基因 建立基因组分析与基因克隆能力 中国的HGP指导思想参与分享 重点是以自己的资源 依靠自己的力量 为子孙后代克隆我们自己的基因 遗传病 人类现有3000多种遗传病 已找到了200多个与遗传病有关的基因 人类中的遗传病大致可分为单基因 多

11、基因和染色体病三大类 单基因遗传病 只与一对基因有关 它主要是由基因突变引起的 如白化病 血友病 色盲等 多基因遗传病 是指由几对基因的变化引起的疾病 例如 高血压 糖尿病 神经病等 染色体病 是由于染色体畸变所致的遗传病 如先天愚型 猫叫综合征 性腺发育不全症等 约25 的生理缺陷 30 的儿童死亡和60 的成年人疾病都是由遗传疾病引起的 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 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

12、遏或降低某个基因的表达 达到治疗目的 基因诊断 DNA诊断PCR诊断PCR 酶解鉴定 基因诊断是在DNA重组技术的基础上发展起来的新技术 DNA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 PCR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 酶解鉴定诊断遗传疾病如 珠蛋白基因突变造成的镰刀形细胞贫血病突变恰好是在CvnI

13、限制性酶切位点正常CCTGAGG突变成CCTGTGG在CvnI酶位点两端设计引物PCR扩增后酶切由于酶切位点突变扩增的产物电泳发生变化 限制性酶解片段长度多态性也可以用于亲子鉴定 基因工程疫苗 用基因工程的方法表达出病原物的一段基因序列 将表达产物用作疫苗 表达产物无毒性 无感染力 强的免疫性目前多数的乙肝疫苗是基因工程疫苗 8 现代生物技术的社会伦理问题 新物种的产生受到素食者的反对种族歧视的借口性别检测与克隆人 安乐死本人意愿来选择死亡状态 赞成 每个人都有主宰自己身体权利和选择死权利 反对 安乐死是一种伦理道德的扭曲 是对人权的侵犯 任何人都不应该人为地结束他人的生命 荷兰已经成为世界上

14、第一个安乐死合法化国家 人体实验 新的医疗技术或新医药产品 首先要进行动物实验 然后还必须临床实验 公众反对滥用健康人 病人 犯人等做人体实验 科学家认为 对人体实验的过分限制 无异于对人类获取生物医学知识设置阻碍 人体实验中的种种问题仍然不可避免的存在着 试管婴儿 人类生育中的难题 不孕不育为解决这个问题 试管婴儿技术出现了 反对 种族延续和遗传受到某些人的利用和操纵 侵害了婚姻关系价值 威胁家庭和社会稳定 用这种手段去满足某些人的生育的欲望是不道德的 试管婴儿不是在试管中培育出婴儿来 实质 体外受精 胚胎移植技术 基因操作会打乱生态系统的自然演化生物物种间的界限被打破了 这将打乱自然进化的

15、历程 新的转基因生物如大量释放到大自然 它们可能会影响到生态系统中能量的流动和物质循环改变生态系统的结构 这对人类来说是祸还是福 人们对基因产品心存顾虑 人类使用转基因药物和食品是否会影响到身体的健康 这一点目前还没有确凿证据 受到宗教界的谴责基因垄断的后果将是所有基因的发现都只归利于几家捷足先登的大公司 这将不利于人类的生活改善 基因组是全人类的 基因组计划因当造福全人类 克隆的理性思考 培植人类胚胎细胞的计划会最终导致大量地复制人类吗 当人类的繁衍不是靠自然的生育 却是靠高科技手段 以流水线作定型复制 那么人类还能叫自然人类吗 到那时 地球又该用怎样的方式来接纳这批人类的复制品呢 以前接触过与之类似的课程吗 你怎么看待这门课 以后的目标是什么 想通过该门课的学习获得什么样的知识 Thankyou