分子生物学绪论课件

《分子生物学绪论课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分子生物学绪论课件（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、Molecular Biology 分 子 生 物 学,顾玉超 中国海洋大学 医药学院糖生物学研究室 Tel: 0532-82032067 E-mail: ,什么是分子生物学？ 分子生物学发展简史 分子生物学的研究内容 为什么要研究分子生物学？ 分子生物学的教学大纲 如何学好分子生物学 分子生物学考试,课堂内容,生物化学是从化学角度研究生命现象的科学，它着重研究生物体内各种生物分子的结构、转变与新陈代谢。传统生物化学的中心内容是代谢，包括糖、脂类、氨基酸、核苷酸、以及能量代谢等与生理功能的联系。 分子生物学则着重阐明生命的本质主要研究生物大分子核酸与蛋白质的结构与功能、生命信息的传递和调控。,

2、生物化学与分子生物学的区别,（广义）从分子水平上研究生命现象、阐明生物学规律的科学，其核心内容是通过生物的物质基础核酸、蛋白质等生物大分子的结构、功能及其相互作用等运动规律的研究来阐明生命分子基础，从而探索生命的奥秘。 （狭义）偏重于核酸的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、翻译及其调节控制的过程，当然也涉及与这些过程相关的蛋白质、酶的结构与功能的研究。也叫分子遗传学,一、什么是“分子生物学”？,二、分子生物学的发展简史,孕育阶段（18201950年代）； 创立阶段（19501970年代）； 发展阶段（1970年代以后）；,孕育阶段 （18201950年代）,1、创世说与进化论,上帝

3、是创造主，一切生物均为上帝所创造，地球上的各种生物从造物主那里获得永恒不变的构造与功能，包括生活习性； 达尔文、1859年物种起源，确立了进化论的概念。,假说？真理？ 证据是什么？,孟德尔Gregor Mendel (1822-1884),奥地利科学家，经典遗传学的奠基人。他在圣汤玛斯修道院后院开始进行长达8年的豌豆杂交实验。1865年，孟德尔根据豌豆杂交实验的结果，发表了著名的论文植物杂交试验，阐述了他所发现的显性、隐性遗传现象和两个重要遗传学规律-分离定律和自由组合定律。 但是，是什么东西在生物体内决定了这些遗传规律呢？孟德尔提出了一种假说：生物的遗传性状是通过被他称为“遗传因子”的物质进

4、行传递的。,2、遗传学规律的诞生,3、遗传因子在哪里？,4、生命的遗传物质是DNA,格里菲思之谜,艾弗里,5、RNA也是重要的遗传物质,1957年，Heinz Fraenkel-Conrat和B. Singre 的杂合病毒实验：,创立阶段（19501970年代）,DNA双螺旋结构的确立,人们已普遍承认DNA是最重要的遗传物质，遗传信息就存储在DNA分子多核苷酸链上的4种碱基的特定序列上；,在三组DNA结构研究人员中，沃森和克里克资历最浅，知识与经验最缺乏，也没有进行过相关的实验，而且DNA结构不是他们的本职研究课题，但他们却在这场科学竞赛中赢得了胜利。 克里克与沃森认为：当时的X射线晶体衍射技

5、术水平尚不足以清晰显示生物大分子较为复杂的三维图像，仅靠数学计算，难以确定大分子中所有原子的准确位置。如果设想DNA分子呈螺旋状，则不妨依据X射线衍射图上的几组数据，先构建出分子模型的大模样，再不断调整其中原子排列的细节，直到其与真实分子的衍射图十分接近为止，此时得到的即应是DNA的实际立体结构。 不久，克里克、沃森得知美国化学家鲍林正是依据结构化学的简单原理，通过构建分子模型的途径，发现了蛋白质多肽链的螺旋结构。这更使他们确信：解决DNA分子结构之路在于构建模型。,1953年4月25日，Nature发表了沃森、克里克的一篇“核酸分子结构 ”的精炼论文，宣告了DNA分子双螺旋结构模型的诞生。这

6、一期杂志还发表了富兰克琳和威尔金斯的两篇论文，以实验报告和数据分析支持了沃森、克里克的论文。 这一年，沃森年仅25岁，克里克也只有37岁，尚未获得博士学位。这两个年轻人之所以超越了其他看似更具实力的竞争者，赢得了这场科学赛跑的胜利，是由于他们具有清醒的宏观洞察力、非凡的科学想像力和严密的逻辑思维能力，选择了正确的研究路线，广泛借鉴他人的研究成果并加以综合性的科学思考。 1962年，沃森、克里克与威尔金斯因研究DNA双螺旋结构模型的成果，共同荣获了诺贝尔生理学或医学奖。,DNA双螺旋结构模型标志现代分子生物学诞生。DNA双螺旋发现的最深刻意义在于：确立了核酸作为信息分子的结构基础；提出了碱基配对

7、是核酸复制、遗传信息传递的基本方式；从而最后确定了核酸是遗传的物质基础，为认识核酸与蛋白质的关系及其在生命中的作用打下了最重要的基础。,遗传信息传递-中心法则,1957年，克里克首次提出了蛋白质合成的“中心法则”，即遗传信息的走向是由DNA传递给RNA（核糖核酸），再由RNA传递给蛋白质。, 1958年，梅塞尔森（MMeselson）和斯塔尔（FWStahl）证明 DNA半保留复制。 半保留复制是遗传消息能准确传代的保证。是物质稳性的分子基础。,DNA半保留复制,1961年，法国科学家Jacob（雅各布） 和Monod（莫诺）提出操纵子学说 （基因表达的调控机制）,操纵子学说,破译生命遗传的密

8、码,4种不同的碱基怎样排列组合才能编码出20种不同的氨基酸。 三个碱基组成密码有43=64种，比较合适 1969年64种遗传密码的含意全部得到了解答，至此，“遗传密码辞典”问世了。,发展阶段（1970年代以后）,逆转录酶的发现,1970年，Temin 和Baltimore在RNA肿瘤病毒中发现逆转录酶。,DNA测序技术的诞生,1975年，英国生物化学家桑格（F. Sanger）建立DNA测序的“加减法”技术； 1977年他发明了双脱氧测序法； 近30年来，DNA测序由半自动化发展到全部由仪器自动测序。桑格因建立DNA测序方法而获得1980年诺贝尔化学奖。,PCR技术的诞生,1985年，美国生物

9、化学家马利斯（K.B. Mullis）建立了“聚合酶链反应”（polymerase chain reaction, PCR）技术。 最初使用DNA多聚酶不耐热，在90以上即失活。因此，反应过程中要不断添加新的DNA多聚酶，不利于实现反应的自动化。 1969年，从美国黄石国家公园温泉中的水生栖热菌体内分离纯化出了耐热的DNA多聚酶，后来的商品名叫Taq酶。 成为基因克隆、基因定位、DNA测序、DNA重组与表达、基因结构分析和功能检测、古DNA分析、法医DNA鉴定等等领域中应用最为广泛的分子遗传学实验技术。 马利斯也因此获得1993年诺贝尔化学奖。,基因工程的诞生,1973年，美国斯坦福大学的科恩

10、和加利福尼亚大学的博耶将两个不同的质粒（一个是抗四环素质粒，另一个是抗链霉素质粒）拼接在一起，组成嵌合质粒，并将其导入大肠杆菌。当该重组质粒进入大肠杆菌体内后，这些大肠杆菌能抵抗两种药物，而且这种大肠杆菌的后代都具有双重抗药性。这表明“杂合质粒”在大肠杆菌的细胞分裂时也能自我复制。科恩向美国专利局申报了世界上第一个基因工程的技术专利。这标志着自然界不同物种间在亿万年中形成的天然屏障被打破了，人类可以根据自己的意愿定向地改造生物的遗传特性，甚至创造新的生命类型。,人类基因组计划,美、英、日、中、德、法等国参加进行了人体基因作图，测定人体23对染色体由3109核苷酸组成的全部DNA序列，于2000

11、年完成了人类基因组“工作框架图”。2001年公布了人类基因组图谱及初步分析结果。 破译生命密码的人类基因组计划有助于人们对基因的表达调控有更深入的了解；获得人类全部基因序列将有助于人类认识许多遗传疾病以及癌症等疾病的致病机理，为分子诊断、基因治疗等新方法提供理论依据。,克隆技术的旋风,1986年英国科学家魏拉德森首次利用细胞核移植法克隆出一只羊，以后又有人相继克隆出牛、羊、鼠、兔、猴等。 但在多利诞生前，所有的克隆动物都是用胚胎细胞作为供体细胞进行细胞核移植而获得成功的。,An udder way of making lambs,诱导性多能干细胞（IPS）,转基因动物、植物,microRNA,

12、miRNAs起源于内源性表达转录本，是长约21-25nt的双链RNA分子，其典型特征是具有发卡结构。 1993年，Lee，Feinbaum和Ambros等人发现在线虫体内存在一种RNA（lin-4） miRNA参与基因的表达调控，在发育和疾病的发生过程中发挥重要作用,芯片技术,基因芯片（寡核苷酸芯片、cDNA芯片、microRNA芯片等）； 蛋白质芯片（抗体芯片）； 组织芯片； 糖芯片；,分子生物学领域获得诺贝尔生理学或医学奖情况,1946年 H.J.马勒(美国人)用X 射线使基因人工诱变 1958年 G.W.比德尔，E.L.塔特姆(美国人)发现一切生物体内的生化反应都是由基因逐步控制的，J.

13、莱德伯格(美国人)从事基因重组以及细菌遗传物质方面的研究 1959年 S.奥乔亚，A.科恩伯格（美国人)从事合成RNA和DNA 的研究 1962年 J.D.沃森(美国人)，F.H.C.克里克，M.H.F.威尔金斯(英国人)发现核酸的分子结构及其对信息传递的重要性 1965年 F.雅各布，J.L.莫诺，A.M.雷沃夫(法国人)研究有关酶和细菌合成中的遗传调节机构 1968年 R.W.霍利，H.G.霍拉纳，M.W.尼伦伯格（美国人)研究遗传信息的破译及其在蛋白质合成中的作用 1969年 M.德尔布吕克，A.D.赫尔希，S.E.卢里亚(美国人)发现病毒的复制机制、遗传结构 1975年 H.Temin

14、，D.Baltimore 发现反转录酶,1978年 W.阿尔伯(瑞士人)，H.O.史密斯，D.内森斯(美国人)发现限制性内切酶以及在分子遗传学方面的应用 1980年 P.Berg，W.Gilbet，F.Sanger DNA重组和DNA序列分析 1983年 B.麦克林托克(美国人)发现移动的基因 1989年 J.M.毕晓普，H.E.瓦慕斯(美国人)发现了动物肿瘤病毒的致癌基因源 出于细胞基因 1993年 P.A.夏普，R.J.罗伯茨(美国人)发现断裂基因 2001年 里兰德哈特维尔（美国人）、蒂姆亨特（英国人）及保罗尼尔斯 （英国人）在肿瘤诊断方面做出了卓有成效的工作，有望对癌症治疗起到长期指

15、导作用.他们发现了导致细胞分裂的关键性调节机制，这一发现为研究治疗癌症 的新方法开辟了途径。 2002年，英国科学家悉尼布雷内、约翰苏尔斯顿和美国科学家罗伯特霍 维茨。他们为研究器官发育和程序性细胞死亡过程中的基因调节作用作出了重大 贡献。,2004年 理查德阿克塞尔，琳达巴克（美国人） 发现了包括约1000种不同基因的一个基因大家族，以及这些基因对应着的相同数目的气味受体种类，从分子层面到细胞组织层面清楚地阐明了嗅觉系统的工作原理。 2006年 安德鲁法尔，克雷格梅洛（美国人） 发现 RNA干扰机制 罗杰科恩伯格（美国人） 揭示真核生物转录过程 （化学奖）,2007年 Mario R. Ca

16、pecchi（美国） Oliver Smithies（美国） Martin J. Evans （英国） 胚胎干细胞和哺乳动物的DNA重组 ，产生了基因打靶技术。,2008年 生理学或医学奖 哈拉尔德-楚尔-豪森 （德国） 发现人类乳头瘤病毒(HPV)引发子宫颈癌 弗朗索瓦丝-巴尔-西诺西和吕克-蒙塔尼 （法国） 发现人类免疫缺陷病毒(HIV) 2008 年化学奖 钱永健（美国）、马丁沙尔菲（美国）、下村修（日本） 发现和改造绿色荧光蛋白,2009年 生理学或医学奖 Elizabeth Blackburn （美国） Carol Greider（美国） Jack Szostak（美国） 发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的，解决了生物学上的一个重大问题。 2009 年化学奖 Venkatraman Ramakrishnan（美国） Thomas A. Steitz （美国） Ada E. Yonath（以色列） 他们都用光晶体学展示了核糖体的结构以及它们是怎样在原子水平上发挥作用的。