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1、分子生物学Molecular Biology,教材：现代分子生物学朱玉贤等著 参考书：基因的分子生物学沃森等著 关于我： 王 瑶 教授，博导 87092087 理科大楼D304,分子生物学是从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科。 以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，从分子水平上阐明生物遗传信息的传递、加工及基因表达调控的科学。 当前生命科学中发展最快、最活跃、并与其它学科广泛交叉与渗透的前沿科学。,课 程 简 介,一、课程性质,使同学们从分子水平了解遗传信息从DNARNA Protein传递的分子机制。 使同学们掌握原核生物和真核生物基因表达调控
2、的基本方式和策略。 使同学们了解分子生物学发展状态和最新研究成果，激发学生探索生物大分子奥秘的求知欲望 为将来从事相关研究工作打下分子生物学理论基础。,二、教学目标和任务,掌握分子生物学的基本概念、基本理论、遗传信息传递和基因表达调控的分子基础，为将来从事生物学相关工作奠定分子生物学理论基础。 了解分子生物学研究发展现状和最新进展。 了解分子生物学研究方法及其进展。,三、教学要求,教材 现代分子生物学（第4版）朱玉贤、李毅、郑晓峰编著，高等教育出版社 ，2013年； 主要参考书 分子生物学（第五版） Weaver等，郑用琏等译，2013； Gene X Benjamin Lewin等，江松敏等
3、译，2013年。 基因的分子生物学（第六版），Waston 等著，杨焕明等译，科学出版社，2009年,四、教材和主要参考书,1. 绪论 2. 染色体与DNA 3. 转录（ RNA合成） 4. 翻译（蛋白质合成） 5. 原核生物基因表达调控 6. 真核生物基因表达调控 7. 分子生物学研究方法,五、 教学主要内容,采用多媒体结合网络教学的手段。以课件为主，辅助以媒体动画；将抽象复杂的过程和理论用生动的图像和动画表现出来，使学生可直观地理解教学内容。 以讲授为主，结合课堂讨论。形成互动教学，以提高教学效果。 充分发挥学生学习的积极能动性。要求学生在掌握课堂教学内容的基础上，广泛阅读有关分子生物学的
4、教材和文献，认真完成课后作业。,六、教学方式,该课程为考试课，采取100分制。 课堂讨论及随堂测试20% 平时占10% 期末考试占70%,考核方式,1 绪论,1.1 什么是分子生物学?,1938年数学家Warren Weaver博士在写给洛克菲勒基金会的年度报告中，第一次使用了“分子生物学”这一术语。他说：“在基金会给予支持的研究中，有一系列属于比较新的领域，可称之为分子生物学”。,（Warren Weaver是当时洛克菲勒基金会自然科学方面的主持人，他相信由于在X射线晶体学等方面的发展，生物学正在进入一个大的转变期，他也因此建议将基金会的资金用于资助生物领域的研究。）,1950年，英国物理学
5、家William Astbury以“分子生物学”为题在美国的哈佛大学作了公开讲演，这被认为是分子生物学的首次提出。,Molecular biology seeks to explain the relationships between the structure and function of biological molecules and how these relationships contribute to the operation and control of biochemical processes. Instant Notes in Molecular Biology,I
6、 consider molecular biology to be the study of genes and their activities at the molecular level, including transcription, translation, DNA replication, recombination and translocation. Robert Weaver Molecular Biology,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
7、造和重组自然界的基础学科。 朱玉贤现代分子生物学,分子生物学是遗传学和生物化学发展而产生的一门新的交叉学科。它是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。,分子生物学是从分子水平研究生命本质的科学。即是研究生命分子机理的科学。首先注重于研究生命本质的共性方面：分子结构、分子遗传、分子结构与功能及表型的关系。 目前常把基因结构和表达产物功能的研究称为分子生物学。,分子生物学的研究范畴,生物大分子（核酸、蛋白质）结构，以及大分子之间的相互作用。 生物大分子在细胞中的组织方式，生物大分子的结构与功能的关系。, 在活细胞中核酸、蛋白质的合成过程，以及生物学现象的分子生物学过程
8、。 生物信息传递和基因表达调控的方式。,分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会，也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。,分子生物学的作用,1.2 分子生物学发展简史,分子生物学史前阶段（遗传学的历史） 分子生物学的奠基阶段（遗传物质的确定） 现代分子生物学的建立和发展,问题：生命是怎样起源的？ 圣经旧约起初，神创造天地。 神说：地要发生青草和结种子的菜蔬事就这样成了。 地藏菩萨本愿经此界坏时，寄生他界。他界次坏，转寄他方。他方坏时，展转相寄。此界成后，还复而来。 道德经天下万物生于有，有生于无。道生一，一生二，二生三，三生万物。,进化论,查尔斯罗伯特达尔文(Charles
9、 Robert Darwin, 1809 -1882) 1831年他以博物学家的身份，参加了英国派遣的环球航行，做了五年的科学考察。在动植物和地质方面进行了大量的观察和采集，经过综合探讨，形成了生物进化的概念。 1859年出版了震动当时学术界的物种起源。,达尔文的核心理论,演化学说：生物随着时间渐渐演化。 共同起源学说：所有生物源自一个共同祖先。 物种发生学说：物种数目随着时间而增加。 渐进学说：演化是藉由族群的逐渐变化而发生。 天择学说：演化的机制是环境压力导致的生存与繁殖的差异。 没有回答“生物的变异是如何发生和遗传的？”,*达尔文提出“泛生说”(pangenesis)，认为遗传单位由体细
10、胞产生，经血液流到配子。达尔文还喜欢当时的“搅拌遗传理论”，亦即双亲的特征会在子代混合。他的表弟用兔子做输血试验，并没有得到预期结果。,细胞理论,Hooke, 第一次提出“细胞”概念,Schleiden与曼哈顿的原子弹计划和阿波罗登月计划并称为三大科学计划 。 在人类基因组计划中，还包括对五种生物基因组的研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠，称之为人类的五种“模式生物”。 2005年测定出人基因组全部DNA 3109碱基对的序列、确定人类约22.5万个基因（有报道是19599个）的一级结构。,2000年底美国已测定出了模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)DNA的全部碱基
11、序列。阿拉伯芥有2.7万个基因，小利线虫有1.95万个基因。 2001年初，美国测定出了水稻的基因组图谱；完成了人类基因组草图框架。,随着模式生物基因组结构的揭晓，基因组学研究开始转向以筛选和鉴定功能基因为主要目标的功能基因组研究。,1.3.3 单克隆抗体及基因工程抗体的建立和发展,1975年Kohler和Milstein首次用B淋巴细胞杂交瘤技术制备出单克隆抗体以来，人们利用这一细胞工程技术研制出多种单克隆抗体，为许多疾病的诊断和治疗提供了有效的手段。,80年代以后随着基因工程抗体技术的发展，相继出现嵌合抗体、重组抗体、双功能抗体等，为广泛和有效的应用单克隆抗体提供了广阔的前景。,1.3.4
12、 细胞信号转导机理研究成为新的领域,1957年Sutherland发现cAMP、1965年提出第二信使学说，是认识受体介导的细胞信号转导的第一个里程碑。 1977年Ross等用重组实验证实G蛋白的存在和功能，将G蛋白与腺苷环化酶的作用相联系起来，深化了对G蛋白偶联信号转导途径的认识。,70年代中期以后，癌基因和抑癌基因的发现、蛋白酪氨酸激酶的发现及其结构与功能的研究、各种受体蛋白基因的克隆和结构功能的探索等。 目前对某些细胞中的一些信号转导途径已经有初步认识，尤其是在免疫活性细胞对抗原的识别及其活化信号的传递途径方面和细胞增殖控制方面等都形成了一些基本的概念。,1.3.5 基因表达调控机理,分
13、子遗传学基本理论建立者Jacob和Monod最早提出的操纵元学说，在分子遗传学基本理论建立的60年代，主要认识了原核生物基因表达调控的一些规律，70年代后逐渐认识了真核基因组结构和调控的复杂性。,1977年最先发现猴SV40病毒和腺病毒中编码蛋白质的基因序列是不连续的，这种基因内部的间隔区（内含子）在真核基因组中是普遍存在的，揭开了认识真核基因组结构和调控的序幕。 1981年Cech等发现四膜虫rRNA的自我剪接，从而发现核酶（ribozyme）。,80-90年代，使人们逐步认识到真核基因的顺式调控元件与反式转录因子、核酸与蛋白质间的分子识别与相互作用是基因表达调控根本所在。 1990年Jor
14、gensen通过转基因影响牵牛花颜色时发现了一个不能解释的现象。1998年Andrew Fire发现dsRNA可阻断基因表达，提出了RNAi。 2004-2006年，许多研究者发现microRNAs在生物体内参与异染色质的转录沉默和转录后mRNA的降解，而使基因沉默。,分子生物学方面获诺贝尔奖主要成就,分子生物学方面获诺贝尔奖（生理学和医学奖化学奖）从1910年2006年就有30多项。,1910年 A .Kossel（德）确定核酸组成成份的结构性质，获生理学或医学奖。 1953年M. H .F .Wilkins（英）：发表了DNA-X射线衍射图谱；J. D .Watson (美)和 F .H
15、.C .Crick （英）两人同年确立了DNA双螺旋结构；三人共享1962年生理学或医学奖。 1961年 F . Jacob（法）和 J . L. Monod ( 法 ) ：提出了操纵子学说并假设了mRNA 的功能；两人共享1965年生理学或医学奖 1997年Prusiner由于发现朊病毒及其繁殖传播机制获得诺贝尔生理学或医学奖。,2006年Andrew Fire和Craig Mello获诺贝尔生理学或医学奖，以表彰他们发现了“RNA干扰机制双链RNA沉默基因”。 2008年，美国华裔科学家钱永健以及日裔美国科学家下村修、美国科学家马丁查尔菲及因为发现绿色荧光蛋白方面做出突出成就分享诺贝尔化学
16、奖。他是中国导弹之父钱学森的堂侄，美国华裔化学家。 2009年，E. Blackburn和她早期的博士生C.Greider &J.Szostak共同获诺贝尔生理学或医学奖，第一次两个女科学家同时获奖。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。,1.3.6 分子生物学的发展前景,分子生物学是生命科学范围发展最为迅速的一个前沿领域，并推动着整个生命科学的发展。,分子生物学已建立的基本规律给人们认识生命的本质指出了光明的前景，但分子生物学的发展还要经历漫长的研究道路。在地球上千姿百态的生物携带庞大的生命信息，迄今人类所了解的只是极少的一部分。,即使我们已经获得人类基因组的全序列，确定了人基因的一级结构，但是要彻底搞清楚这些基因产物的功能、调控、基因间的相互关系和协调，要理解80%以上不为蛋白质编码的序列的作用等等，都还要经历艰辛的研究道路。,随着分子生物学的发展和人类对生命的认识，分子生物学的发展将进入一个新时代。功能基因组学、蛋白质组学、生物信息学相继建
