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1、,Spring semester, 2009,Molecular Biology,绪 论 什么是分子生物学 ? 分子生物学是研究生物大分子结构与功能的一门学科。即在分子水平上阐述细胞在生长、发育、分化过程中，生物大分子的相互作用、细胞传导、基因表达及调控的机制。 广义的讲，一切从分子水平研究生命现象及规律的学科。, 分子生物学的基本原理： 1. 构成生物体的有机大分子的单体在不同生物体内都是相同的； 2. 生物体内一切有机大分子的建成都遵循共同的规律； 3. 某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质决定了生物的属性。,GENETIC INFORMATION DNA RNA PROTEIN DNA 1
2、. REPLICATION (DNA SYNTHESIS) 2. TRANSCRIPTION (RNA SYNTHESIS) 3. TRANSLATION (PROTEIN SYNTHESIS),研究对象： 核酸 遗传信息的载体，决定生物性状； 稳定遗传，保证种的延续， 母代子代； 易于保存，易于操作。 蛋白质 遗传物质的控制产物，功能的执 行者，生物性状的表现形式。,分子生物学与生物化学之间的关系与区别： 分子生物学研究生物大分子的结构、功能及信息传递过程，从分子水平研究生命现象。 生物化学生物体内的化学运动，包括化学组成、变化、结构与功能，生物分子间的物质与能量转换过程。 现在通常将研究D
3、NA的结构及其表达，了解生命现象的工作算作分子生物学的内容，将生命物质的组成及变化（代谢规律）归为生物化学的范畴。 分子生物学生物化学,分子生物学的相关学科： 1.生物化学 生物化学是分子生物学的基础，学好生化便于分子生物学 的基本原理和方法的理解。 2. 微生物学 作为分子生物学研究的模型生物， 分子生物学操作的一部分（基因扩增、克隆、表达）。 3. 遗传学 研究生物的遗传及变异规律，遗传变异的本质DNA。 4. 细胞生物学 细胞是生命的基本功能单位，基因功能必须通过细胞来表 现，离开细胞，就没有生命。, 分子生物学的学科特征 是生命科学的一门基础学科, 它服务于生命科学的任何一门学科,它可
4、为基础研究服务, 同时也是极有应用前景的学科。 是一种方法、技术和手段, 目的是了解生命的本质, 揭示生命规律, 最终解决人类生存和发展问题。,分子生物学的目标及任务 目标：了解生命本质，揭示生命运动的规律 任务： 1.分离克隆基因 ；（clone） 基因克隆 把确定某一性状的基因（DNA片段）从整个基因组中找出来。,克隆（clone）这个单词在英文中源于kln,希腊语里“twig”的意思。克隆就是独立细胞繁殖系,指后代完全由一个细胞复制,具有完全相同的遗传物质。 在生物学上，克隆通常用于两个方面： 克隆一个基因 克隆一个物种，一个个体,克隆一个基因是指从一个个体中获取一段基因（例如通过PCR
5、的方法），然后将其插入另外一个个体(通常是通过载体)，再加以研究或利用。 克隆有时候是指成功地鉴定出某种表现型的基因。所以当某个生物学家说某某疾病的基因被成功地克隆了，就是说这个基因的位置和DNA序列被确定。,2.确定基因的结构；(structure) 结构基因 一级结构 调控基因 高级结构,3. 基因的功能研究 ；(function) 生化功能：基因的直接活性及蛋白产物的活性 （例如与DNA的结合，信号因子，受体，运输蛋白，酶活性等） 生理功能：基因表现出来的性状，与生物个体的生 存的关系。,生化功能是单个分子（基因）的作用或活性，生理功能是分子群的“集体”行为，是多个基因及环境共同作用的行
6、为。 生化功能是生理功能的基础，生理功能是表现，由于生物体基因表达的组织和发育阶段的特异性等，生化功能相同生理功能并不一定相同。（同工酶就是生化功能相同，而生理功能不同）,血红蛋白 生化功能：与O2和CO2结合； 生理功能：将O2从肺组织细胞， 将CO2从组织细胞肺； P53基因 生化功能：DNA结合蛋白，与特异的DNA序列结合； 生理功能：调节基因表达，阻止细胞过度增殖，抑制肿瘤发生。,p53 signaling pathway,4.基因表达调控研究 (express control) 生物体内的基因是按一定程序、有序的表达，才有了生物的生长、发育、衰老、死亡。表达程序不同不同的性状，病变。
7、基因表达存在时空差异，调控多彩的世界。 一个受精卵一个植株、个体分化出根、茎、叶、花。 基因表达调控的主要控制点基因转录（表达的第一步，转录已否及转录水平）,分子生物学的逻辑学方法： 1. 效率论（能量节省原理，存在即有用） 2. 模型分析 3. 强烈推理,分子生物学的发展和方向： 1. 进一步完善相关技术（分离、分析微量化、自动化、高通量） 2. 技术的产业化 3. 学科的交叉 4. 生物信息学,Study Content 1. DNA Structure and Chemistry 2. Genomic DNA and Genes 3. DNA Replication, Mutation,
8、 Repair 4. Gene Transcription and Posttranscriptional Processes 5. Protein Synthesis and Protein Processing 6. Regulation of Gene Expression 7. DNA Recombinant Technology,The revised central dogma,RNA processing,Gene regulation,DNA repair and recombination,基因组的保持,基因组的表达,主要参考书： 1. Molecular Biology，
9、Robert F.Weaver, McGraw-Hill Companies, Inc. ，2000（北京：科学出版社） 2. 分子生物学，杨岐生编著，浙江大学出版社，2004 3. 现代分子生物学（第二版），朱玉贤、李毅编著，高等教育出版社，2002 4. 分子生物学，武汉大学出版社 5. 分子生物学，南开大学出版社 6. 分子遗传学，孙乃恩等编著，南京大学出版社,I consider molecular biology to be the study of genes and their activities at the molecular level, including transc
10、ription, translation, DNA replication, recombination and translocation.,Molecular Biology (McGraw-Hill) - Robert Weaver,现代分子生物学 - 朱玉贤、李毅 2/E (2002),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。,考试特点多元化考核,平时成绩（10）：考勤，作业，课间提问。 文献阅读及报告（20） 期末考试（70）：知识掌握
11、和综合运用能力。,文献阅读及报告,每人精读一篇研究论文（英文），写出中文提纲（摘要，实验方法，实验结果，讨论，结论）（需附结果图） 文献报告 培养自信和交流能力 提高阅读文献的能力,知识架构（framework） 基本知识 融会贯通 知识应用与综合,课程知识体系要求,70,30,Exams cannot reflect all your abilities, but can help you to become more compatible.,从大到小先：先抓西瓜后抓芝麻 从整体到个体：Cellorganellemolecular machinery-molecular events-mol
12、ecule structure and function/interaction with the others。 即见点（深刻）又见面（系统）。 从共性到个性，从一般到特殊。,学习小巧门,分子生物学发展史： 1869 Miescher 第一次分离了DNA； 1941 Astbury 获得了第一张DNA X衍射图谱； 1944 Avery 细菌转化实验成功，证实了DNA是遗传物质的 载体； 1953 Watson Crick 提出DNA双螺旋结构模型； 1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则； 1961 Jacob和Monod 提出操纵子学说遗传调节机理；1962 Arber证明限制性
13、内切酶存在； 1967 Gellert 发现DNA连接酶； 1970 发现反转录酶； ,19721973 创建了DNA克隆技术，DNA重组实验成功开创了基因工程新纪元； 1982 Prusiner 在仓鼠脑中发现了“朊病毒”（prion）； 1985 Saiki 发明了聚合酶链式反应（PCR技术）； 1990 人类基因组计划（HGP）全面正式启动； 1994 日本科学家发表了水稻基因组遗传图，Wilson完成了线虫3号染色体连续2.2Mb的测定；DNA序列测定时代到来 1997 Wilmut成功获得克隆羊Dolly诞生； 1998 Renard 克隆牛诞生（体细胞个体）； 2003 人类基因组
14、DNA测序完成；,二十世纪是以核酸为研究核心，带动分子生物学向纵深发展： 50年代双螺旋结构 60年代操纵子学说 70年代DNA重组 80年代PCR技术 90年代DNA测序 生命科学从宏观微观宏观；由分析综合的时代。,二十一世纪是分子生物学发展的世纪，生命科学将进入一个新的时代后基因组时代 post-genomics 二十一世纪分子生物学发展的趋势： 1.功能基因组学 functional genomics 依附于对DNA序列的了解，应用基因组学的知识和工具去了解影响发育和整个生物体的特征序列表达谱。,酿酒酵母16条染色体的全部序列于1996年完成。 5885个编码Protein 基因组全长1
15、2，086Kb 140个编码 rRNA 6340个基因 40个编码snRNA 275个编码tRNA 功能基因组学研究这6000个基因，在一定条件下（如孢子形成期） 同时有多少基因协同表达（基因表达谱）。,2.蛋白质组学 以蛋白质组为研究对象，研究细胞内所有蛋白质及其动态变化规律的科学。,蛋白质组与蛋白质组学,蛋白质组（PROTEOME：PROTEins expressed by a genOME）： 基因组表达的全部蛋白质 在一种细胞/组织/机体内存在的全部蛋白质,蛋白质组学（PROTEOMICS：The study of the proteome）： 研究全部蛋白质的存在及存在形式的一门学科
16、,“图谱”的建立 （ 蛋白质组学方法学）,功能性研究,表达差异分析,功能体或功能复合物,相互作用网络关系,蛋白质组学的研究内容,功能蛋白质组学 function proteome 在特定时间、特定环境和实验条件下基因活跃表达的蛋白质。（细胞内与某种功能有关的或在某种条件下的一群蛋白质）,功能蛋白质组学,发育过程中细胞内蛋白质的差异性表达 正常细胞与病理细胞内蛋白质的差异性表达 药物处理前后细胞内蛋白质的差异性表达 翻译后修饰 蛋白质相互作用网络、复合物/功能体的动态变化 等等,特定时间 特定空间 特定生理条件,相互作用 蛋白质复合体 蛋白质网络 翻译后修饰,蛋白质组学的研究内容,Nature Genetics (2003) 33, 311-323,3.生物信息学 Bioinformatics 定义：对DNA和蛋白质序列
