分子生物学绪论 教案

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1、分子生物学,班级：生物系,教师： 杨东英,教学大纲,绪论 DNA的结构 DNA的生物合成 RNA的生物合成 蛋白质的生物合成 原核生物的基因表达调控 真核生物的基因表达调控 分子生物学基本技术,第一章 绪 论,一、分子生物学的基本含义,二、分子生物学的主要研究内容,三、分子生物学发展简史,四、分子生物学与其他学科的关系,1、分子生物学含义的理解,教学重点：,1、分子生物学的含义,2、分子生物学的主要研究内容,教学难点：,2、主要任务阐明生物大分子的结构及结构与功能的关系,3、研究对象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,1、定义从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘

2、学科,一、分子生物学的基本含义,4、分子生物学的主要研究内容,核酸的分子生物学分离克隆基因 （clone）确定基因的结构 (structure)基因的功能研究 (function)生化功能生理功能基因表达调控研究 (express control) 蛋白质的分子生物学 细胞信号转导的分子生物学,二、分子生物学发展简史,1.准备和酝酿阶段 蛋白质DNA 2.建立和发展阶段中心法则蛋白质结构与功能 3.深入发展阶段重组DNA技术基因组研究基因表达调控 细胞信号转导,(1822- 1884),分离定律 自由组合定律 遗传因子学说,孟德尔分离律图示,德弗里斯荷兰,柯灵斯德国,契马克 澳大利亚,“重新发

3、现”孟德尔遗传定律,1879年 德国生物学家弗莱明发现细胞核内的染色体,1903年 美国细胞学家萨顿提出了遗传的染色体学说,Friedrich Miescher(1844-1895),1869年 法国的米歇尔从白细胞核中分离出DNA,Wilhelm Ludwig Johannsen18571927,1909年 丹麦生物学家约翰逊创造了基因（gene）一词,Thomas Hunt Morgan18661945 1910年创立遗传的染色体理论,2,1913年 A.H.Stutervant提出以交换值作为染色体上基因相对距离的想法,1927年美国遗传学家缪勒发现X射线照射可人工诱使遗传基因发生突变,

4、1931 Barbara McClintock和 Harriet Creighton : 染色体重组,1902-1992,1941 George Beadle 和E. L. Tatum：一基因一酶学说,1944 Oswald Avery 1953 James Watson and Francis Crick 1958 Matthew Meselson and Franklin Stahl 1961 Sidney Brenner, Franois Jacob & Matthew Meselson,1966 Marshall Nirenberg & Har Gobind Khorana 1970

5、Hamilton Smith 1972 Paul Berg 1973 Herbert Boyer & Stanley Cohen 1977 Walter Gilbert and Frederick Sanger 1977 Phillip Sharp, Richard Roberts,三十三年来有关分子生物学诺贝尔获奖名单,年份 获奖者 内容 所获的诺贝尔奖1962年 J.D.Wasten， DNA双螺旋结构 诺贝尔生理和医学奖H.C.Click 1965年 F.Jacob 基因调控乳糖操纵子 诺贝尔生理和医学奖J.L.Monod 1966年 F.P.Rous 病毒致癌学说 诺贝尔生理和医学奖

6、1968年 R.W.Holley 核糖核酸中心法则 诺贝尔生理和医学奖H.G.KhoranaM.W.Nurenberg 1969年 M.Delbruck 噬菌体基因研究 诺贝尔生理和医学奖A.D.HersheyS.E.Luria 1972年 S.Moore 核糖核酸三维结构 诺贝尔化学奖W.H.Stein 1974年 A.Claude 分离细胞发现RNA病毒 诺贝尔生理和医学奖G.E.Palade,1975年 D.Baltimore 逆转录酶，DNA病毒 诺贝尔生理和医学奖H.M.TeminR.Dolbeco 1978年 W.Arber DNA限制性内切酶 诺贝尔生理和医学奖D.Nathens

7、H.O.Smith 1980年 P.Berg 重组 DNA 诺贝尔化学奖W.Gilbert DNA顺序分析 1982年 A.Klug 核酸蛋白复合体 诺贝尔化学奖 1986年 R.L.Montalcini 生长因子 诺贝尔生理和医学奖S.Cohen 1988年 G.Eline 抗DNA合成类药物 诺贝尔生理和医学奖G.Hitchigns 1989年 J.M.Bishop 癌基因学说 诺贝尔生理和医学奖H.E.armansT.CachRNA 酶催化活性 诺贝尔化学奖S.Altman(Ribozyme),1993年 R.Roberts， 断裂基因 诺贝尔生理和医学奖P.sharpK.B.Mulli

8、s PCR仪 诺贝尔化学奖M.Smith 寡聚核苷酸介导基因突变法 诺贝尔化学奖 1994年 A.Gliman 信号传导和G-蛋白 诺贝尔生理和医学奖M.Rodbell 1995年 E.B.Lewis, C基因和果蝇突变关系探讨 诺贝尔生理和医学奖Nusslein-Volhard，E.Wieschaus,（一）理论上的三大发现,40年代，发现了生物遗传物质的化学本质是DNA 50年代，Walson-crick提出了DNA结构的双螺旋模型，搞清楚了生物遗传的分子机制 3. 60年代，确定了遗传信息的传递方式： DNARNAprotein,1.DNAis the genetic material,

9、The genetic material of phage T2 is DNA.,DNA is the genetic material,2.DNA is a double helix,DNA is a double helix,3.The central dogma,定向基因改造设想,设想一,能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？,能否让细菌“吐出”蚕丝？,设想二,能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？,设想三,经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术基因工程。,（二）技术上的四大发明,基因的剪刀限制性内切酶,基因的针线DNA连接酶,基因的车子载体

10、,逆转录酶,限制性内切酶,能识别双链DNA中特定碱基顺序的核酸水解酶 大都从原核生物中发现提取的 以内切方式水解核酸链中磷酸二酯键 5-P 3-OH 分类：型:复合功能酶,兼有修饰、切割两种特性，识别位点 和切割位点不一致，不能形成特异片段。型：与型相似。型：通常所说的限制性内切酶，识别序列为46个bp。,DNA连接酶,将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。 连接的部位：磷酸二酯键，不是氢键,载体,是携带靶DNA片段进入宿主细胞进行扩增和表达的工具。 质粒（plasmid)为最常用的载体。可自主复制有遗传标记和筛选标记具多克隆位点,逆转录酶,1970年， Baltim

11、ore和 Temin等同时各自发现了逆转录酶，打破了遗传学的中心法则，使真核基因的制备成为可能,1973年Cohen完成第一个基因工程实验,经体外重组获得杂合DNA 杂合子转化入大肠杆菌,所需元件：限制性内切酶连接酶载体受体细胞,基因工程过程示意图,从细胞中分离出DNA,限制酶截取DNA片断,分离大肠杆菌中的质粒, DNA重组,用重组质粒转化大肠杆菌,培养大肠杆菌克隆大量基因,Two Methods for Delivering DNA into Plant Cells,制备抗虫 转基因植 物。,分离毒素蛋白基因,将毒素基因插入 到Ti质粒中,1994 Transgenic tomatoes

12、sold in the shops,Two methods of producing transgenic mice,转基因 动物的 一般制 备过 程。,转基因动 物的一般 制备过程 （续）。,1988 Transgenic sheep,1989 a transgenic pig,带有人生长激素基因的 转基因小鼠,正常小鼠,Producing Enviropigs,Transgenic pig,Microinjection of genes into pig egg,转基因食品 -想说爱你不容易,克隆技术,克隆技术大事记,1938年:德国科学家首次提出克隆设想。 1952年:科学家开始用青蛙进

13、行克隆实验。 1970年:克隆青蛙实验取得突破,青蛙卵发育成了蝌蚪 1981年:科学家进行克隆鼠实验,据称用鼠胚胎细胞培育出了正 常的鼠 1984年:第一只胚胎克隆羊诞生。 1997年2月24日:英国罗斯林研究所宣布克隆羊培育成功 1998年2月23日:英国PPL医疗公司宣布，该公司克隆出一头牛犊“ 杰弗逊先生”。 1998年7月5日:日本科学家宣布，他们利用成年动物体细胞克隆 的两头牛犊诞生。 1998年7月22日:用成年鼠的体细 胞成功地培育出了第三代共50多只克隆鼠 1999年5月31日:美国夏威夷大学的科学家,利用成年体细胞克 隆出第一只雄性老鼠 1999年6月17日:美藉华人科学家杨

14、向中克隆出小牛 2000年1月3日:美国著名华人杨向东克隆出6头牛犊。 2000年1月:美国科学家宣布克隆猴成功，这只恒河猴被命名“ 泰特拉”。 2000年3月14日:曾参与克隆小羊“多利”的英国PPL公司宣布成功培育出5头克隆猪。,基因组,一个生物的所有基因 一套完整单体的遗传物质总和 人类基因组计划Human Genome Project,HGP于1990年正式启动识别人类DNA中所有基因测定人类DNA的30亿碱基对的序列将这些信息储存到数据库中开发出有关数据分析工具解决可能引发的伦理,法律和社会问题,物种 DNA数量 HBV 3.2kb 噬菌体 49kb 大肠杆 4000kb 酵母 17

15、000kb 果蝇 164000kb 人 3000000kb,对人类而言： 22+X+Y+mtDNA,人类基因组,100-200 kb 克隆片段,基因组测序 的一般流程,分级鸟枪测序法,基因组DNA,细菌人工染色体文库,DNA克隆的排序（物理作图）,分段测序,随机打断后克隆,DNA测序,DNA序列的组装,2001年为止已经测定了599种病毒与类病毒205种自然存在的质粒185种细胞器31种真细菌7种古细菌1种真菌2种动物1种植物 2001年10月中国杂交水稻（籼稻）基因组工作框架图完成 2003年11月家蚕基因组“框架图”绘制完成 2004年3月完成红原鸡基因组序列图的测序和组装工作 2004年10月21日Mimivirus病毒的基因组图谱绘制 2005年 1月木瓜全基因组测序启动。,