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1、基础分子生物学基础分子生物学第一章 绪论第一章 绪论朱玉贤朱玉贤网站网站 特别是基因的一般结构与生物功能，基因活 性的修饰与调节；和蛋白质的基本代谢过程， 特别是基因的一般结构与生物功能，基因活 性的修饰与调节；掌握分子克隆与掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原 理，了解现代分子生物学基本研究方法，了 解基因治疗与基因组学的新成果，新进展。重组的基本技术与原 理，了解现代分子生物学基本研究方法，了 解基因治疗与基因组学的新成果，新进展。主要参考书主要参考书1、朱玉贤、李毅现代分子生物学、朱玉贤、李毅现代分子生物学第二版（第二版（2002）2、Benjamin Lewin -Genes VII
2、3、Brown -Genomes (1999)4、Lehninger：Principles of Biochem. (2000)一、现代分子生物学史中的主要里程碑一、现代分子生物学史中的主要里程碑孟德尔的遗传学规律最先使人们对性状遗传产 生了理性认识，而孟德尔的遗传学规律最先使人们对性状遗传产 生了理性认识，而Morgan的基因学说则进一 步将的基因学说则进一 步将“性状性状”与与“基因基因”相耦联，成为分子遗传学 的奠基石。相耦联，成为分子遗传学 的奠基石。Gregor Mendel(1822-1884).The Father of Genetics1910年，德国科学家年，德国科学家Kos
3、sel第一个分离了腺 嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸。第一个分离了腺 嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸。1959年，美国科学家年，美国科学家Uchoa第一次合成了核糖 核酸，实现了将基因内的遗传信息通过第一次合成了核糖 核酸，实现了将基因内的遗传信息通过RNA 翻译成蛋白质的过程。翻译成蛋白质的过程。同年，同年，Kornberg实现了试管内细菌细胞中实现了试管内细菌细胞中 DNA的复制。的复制。1962年，年，Watson和和Crick因为在因为在1953年提出年提出 DNA的反向平行双螺旋模型而与的反向平行双螺旋模型而与Wilkins共获共获 Noble生理医学奖，后者通过生理医学奖，后者通过X射线衍射证实
4、了射线衍射证实 了Watson-Crick模型。模型。Rosalind E. Franklin1920-1958Watson和和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。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。1965年，法国科学家年，法国科学家Jacob和和Monod提出并 证实了操纵子（提出并 证实了操纵子（operon）作为调节细菌细胞代 谢的分子机制）作为调节细菌细胞代 谢的分子机制.他们还推测存在一种与他们还推测存在一种与DNA序列相互补、能 将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所并 翻译产生蛋白质的序列相互
5、补、能 将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所并 翻译产生蛋白质的mRNA（信使核糖核酸）（信使核糖核酸）.1972年，Paul Berg（美）第一次进行了DNA 重组.1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次进行 了DNA序列分析.1972年，Paul Berg（美）第一次进行了DNA 重组.1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次进行 了DNA序列分析.1987年，年，McClintock由于在由于在50年代提出并 发现了可移动遗传因子（年代提出并 发现了可移动遗传因子（jumping gene或称或称 mobile element）而获得）而获得Nobel奖。奖。
6、Barbra McClintock1993年，美国科学家年，美国科学家Roberts和和Sharp因发 现 断 裂 基 因 （因发 现 断 裂 基 因 （ introns） 而 获 得） 而 获 得 Nobel奖；奖； Mullis由于发明由于发明PCR仪而与加拿大学者仪而与加拿大学者Smith （第一个设计基因定点突变）共享（第一个设计基因定点突变）共享Nobel化学 奖。此外，化学 奖。此外，Griffith（1928）及）及Avery（1944） 等人关于致病力强的光滑型（） 等人关于致病力强的光滑型（S型）肺炎链球 菌型）肺炎链球 菌DNA导致致病力弱的粗糙型（导致致病力弱的粗糙型（R
7、型）细菌发 生遗传转化的实验型）细菌发 生遗传转化的实验;Hershey和和Chase（1952）关于）关于DNA是 遗传物质的实验是 遗传物质的实验; Crick于于1954年所提出的遗传信息传递 规律（即中心法则）；年所提出的遗传信息传递 规律（即中心法则）； Meselson和和Stahl（1958）关于）关于DNA半 保留复制的实验半 保留复制的实验; Yanofsky和和Brener（1961）年关于遗 传密码三联子的设想都为分子生物学的发 展做出了重大贡献。）年关于遗 传密码三联子的设想都为分子生物学的发 展做出了重大贡献。我国生物科学家吴宪我国生物科学家吴宪20世纪世纪20年代与
8、汪猷、 张昌颖等人一道完成了蛋白质变性理论、血 液生化检测和免疫化学等一系列有重大影响 的研究。年代与汪猷、 张昌颖等人一道完成了蛋白质变性理论、血 液生化检测和免疫化学等一系列有重大影响 的研究。20世纪中下叶，我国科学家相继实现了人工 全合成有生物学活性的结晶牛胰岛素，解出 了三方二锌猪胰岛素的晶体结构，采用有机 合成与酶促相结合的方法完成了酵母丙氨酸 转移核糖核酸的人工全合成。世纪中下叶，我国科学家相继实现了人工 全合成有生物学活性的结晶牛胰岛素，解出 了三方二锌猪胰岛素的晶体结构，采用有机 合成与酶促相结合的方法完成了酵母丙氨酸 转移核糖核酸的人工全合成。二、分子生物学的主要研究内容与
9、基本定理二、分子生物学的主要研究内容与基本定理主要研究内容：主要研究内容：一切生物体中的各类有机大分子都是由完全 相同的单体，如蛋白质分子中的20种氨基 酸、DNA及RNA中的8种碱基所组合而成的。一切生物体中的各类有机大分子都是由完全 相同的单体，如蛋白质分子中的20种氨基 酸、DNA及RNA中的8种碱基所组合而成的。DNA重组技术 (基因工程)DNA重组技术 (基因工程)基因表达调控 (核酸生物学)基因表达调控 (核酸生物学)生物大分子结构功能 (结构分子生物学) 生物大分子结构功能 (结构分子生物学) 基本定理：基本定理： 1.构成生物体有机大分子的单体在不同生 物中都是相同的；构成生物
10、体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着 各自特定的规则；生物体内一切有机大分子的建成都遵循着 各自特定的规则；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。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。1、DNA重组技术重组技术是是20世纪世纪70年代初兴起的技术科学，目的是 将不同年代初兴起的技术科学，目的是 将不同DNA片段（基因或基因的一部分）按 照人们的设计定向连接起来，在特定的受体 细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影 响受体细胞的新的遗传性状。片段（基因或基因的一部分）按 照人们的设计定向连接起来，在特定的
11、受体 细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影 响受体细胞的新的遗传性状。DNA重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶 工程及微生物学、遗传学、细胞学长期深入 研究的结晶，而限制性内切酶重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶 工程及微生物学、遗传学、细胞学长期深入 研究的结晶，而限制性内切酶DNA连接酶及 其他工具酶的发现与应用则是这一技术得以 建立的关键。连接酶及 其他工具酶的发现与应用则是这一技术得以 建立的关键。通过通过DNA连接酶把不同的连接酶把不同的DNA片段连接成一个整体。片段连接成一个整体。a. DNA 的粘性末端的粘性末端; b. DNA的平末端的平末端; c. 化学合成的具有化学合成的
12、具有EcoRI粘性末 端的粘性末 端的DNA片段。片段。重组DNA操作过程示意图重组DNA操作过程示意图根 癌 土 壤 农 杆 菌 （根 癌 土 壤 农 杆 菌 （ Agrobaoterium tumefaciens） 侵 染 植 物 细 胞 后 能 将 其） 侵 染 植 物 细 胞 后 能 将 其 Ti （tumor inducing）质粒上的一段）质粒上的一段DNA（T- DNA）插入到被侵染细胞的基因组，并能稳定 地遗传给后代，植物的遗传转化）插入到被侵染细胞的基因组，并能稳定 地遗传给后代，植物的遗传转化(植物基因工 程植物基因工 程)技术随之得到迅速发展。技术随之得到迅速发展。2、基
13、因表达调控研究蛋白质分子控制了细胞的一切代谢活动，而决 定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸（主 要是脱氧核糖核酸）分子编码，所以，基因表 达实质上就是遗传信息的转录和翻译过程。2、基因表达调控研究蛋白质分子控制了细胞的一切代谢活动，而决 定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸（主 要是脱氧核糖核酸）分子编码，所以，基因表 达实质上就是遗传信息的转录和翻译过程。3、结构分子生物学研究三维结构及其运动规律，研究生物大分子 特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学 功能的关系。X射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学）二维和多维核磁共振法液相结构电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各种频谱学方法研究生物高
14、分子的空间结构。3、结构分子生物学研究三维结构及其运动规律，研究生物大分子 特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学 功能的关系。X射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学）二维和多维核磁共振法液相结构电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各种频谱学方法研究生物高分子的空间结构。一个生物大分子，无论是核酸、蛋白质或多 糖，在发挥生物学功能时，必须具备两个前 提：一个生物大分子，无论是核酸、蛋白质或多 糖，在发挥生物学功能时，必须具备两个前 提：1拥有特定的空间结构（三维结构）；1拥有特定的空间结构（三维结构）； 2在它发挥生物学功能的过程中必定存在着 结构和构象的变化。2在它发挥生物学功能的过程中必定存
15、在着 结构和构象的变化。三、证明DNA就是遗传物质的主要历史事件多少年来，人们反复提出的几个与一切生命 现象有关的问题：三、证明DNA就是遗传物质的主要历史事件多少年来，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？生命是怎样起源的？ 2.为什么为什么“有其父必有其子有其父必有其子”？ 3.动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而 来的？ 3.动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而 来的？1847年，年，Schleiden和和Schwann提出提出“细胞 学说细胞 学说”，证明动、植物都由细胞组成。，证明动、植物都由细胞组成。孟德尔在孟德尔在1857年到年到1864年间，用产生
16、圆形 种子的豌豆同产生皱皮种子的植株杂交，得到 几百粒全是圆形的年间，用产生圆形 种子的豌豆同产生皱皮种子的植株杂交，得到 几百粒全是圆形的F1代种子。代种子。第二年，他种植了第二年，他种植了253粒粒F1圆形种子并进行自 交，得到圆形种子并进行自 交，得到7324粒粒F2种子，其中种子，其中5474粒圆形，粒圆形， 1850粒皱皮，圆皱比为粒皱皮，圆皱比为3:1。用黄色圆形豌豆与绿色皱皮豌豆做杂交，发 现F用黄色圆形豌豆与绿色皱皮豌豆做杂交，发 现F1 1种子全是黄色圆形的。 自交产生556粒F种子全是黄色圆形的。 自交产生556粒F2 2代种子中，黄色圆形315粒 ，黄色皱皮121，绿色圆形108，绿色皱皮32。 四种类型接近于9:3:3
