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1、1.3.分子生物学分子生物学发展的历程发展的历程MILESTONE近半个世近半个世纪以来纪以来NobelmedalHalfapoundof23-karalgold.2.5inchesacross近半个世近半个世纪以来纪以来1.3.1.分子生物学支分子生物学支撑学科的崛起撑学科的崛起进化论物竟天择适者生存从根基上动摇了上帝创造万物的“创世说”1859CharlesDarwin”物种起源”自然选择生存斗争 生物体由细胞组成生物体由细胞组成 所有组织的最基本单元所有组织的最基本单元-形状相似，高度分化的细胞形状相似，高度分化的细胞 细胞的发生与形成是生物界普遍和永久的规律细胞的发生与形成是生物界普遍
2、和永久的规律Cytology1839-1847MatthiasSchleidenTheodorSchwann 身世不同身世不同 志同道合志同道合“进化论进化论”“细胞学细胞学”实验性的生命科学实验性的生命科学观察、比较、鉴定观察、比较、鉴定的描述性生物学的描述性生物学遗传因子假说遗传因子假说(HypothesisoftheinheritedfactorG. J. Mendel 1866. )生物性状由遗传因子控制生物性状由遗传因子控制 亲代传给子代的是遗传因子亲代传给子代的是遗传因子亲代传给子代的是遗传因子亲代传给子代的是遗传因子( (A,aA,a.).) 遗传因子在体细胞内成双遗传因子在体细
3、胞内成双遗传因子在体细胞内成双遗传因子在体细胞内成双( (AA,aaAA,aa) )在生殖细胞内为单（在生殖细胞内为单（在生殖细胞内为单（在生殖细胞内为单（A,aA,a） 杂合子体细胞内具有成双的遗传因子杂合子体细胞内具有成双的遗传因子杂合子体细胞内具有成双的遗传因子杂合子体细胞内具有成双的遗传因子( (AaAa) ) 等位的遗传因子独立分离等位的遗传因子独立分离等位的遗传因子独立分离等位的遗传因子独立分离 非等位遗传因子间自由组合地分配到配子中非等位遗传因子间自由组合地分配到配子中非等位遗传因子间自由组合地分配到配子中非等位遗传因子间自由组合地分配到配子中Mendel临终前说；临终前说；Gr
4、egor Mendel 1822-1884 等着瞧吧，等着瞧吧，我的时代总有一天会来临我的时代总有一天会来临forhisdiscoveriesconcerningtheroleplayedbytheChromosomeinheredity,demonstratedthatgenesareonthechromosomeThomasHuntMorgan1933分析突变体在世代间的传递规律研究基因的特性和染色体的定位描述基因突变和染色体变异效应早期的遗传学家们研究基因早期的遗传学家们研究基因ForwardGenetics在不知基因化学本质的前提下遗传学是依靠逻辑分析的推理性科学二十世纪中叶二十世纪中
5、叶的遗传学家们不再的遗传学家们不再满足于基因的满足于基因的抽象观念抽象观念!将研究的前沿聚焦到揭示基因的将研究的前沿聚焦到揭示基因的本质本质和它们的作用和它们的作用机制机制!Biochemistry的双重使命：的双重使命：分析细胞的组成成分（静态生化）分析细胞的组成成分（静态生化）研究物质的代谢规律（动态生化）研究物质的代谢规律（动态生化）组成蛋白质的组成蛋白质的20种基本氨基酸被揭示种基本氨基酸被揭示蛋白质中连接氨基酸的蛋白质中连接氨基酸的“肽键肽键”被证实被证实糖酵解途径、尿素循环、三羧酸循环的发现糖酵解途径、尿素循环、三羧酸循环的发现“pH”概念，概念，“缓冲缓冲”系统，系统，“胶体胶体
6、”理论理论大分子之间以氢键和离子键互作重要性的揭示大分子之间以氢键和离子键互作重要性的揭示十九世纪末到二十世纪初十九世纪末到二十世纪初生物化学的重要发展时期生物化学的重要发展时期 for their preparation of enzymes and virus proteins in a pure formJamesBatchellerSumnerJohnHowardNorthropWendellMeredithStanleyCornellUniversityRockefellerInstituteUSARockefellerInstituteUSATheNobelPrizeinChemi
7、stry1946for his discovery that enzymes can be crystallizedThe Nobel Prize in Chemistry 19581958 J. Lederberg(33y)Phagetransductionforhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulinFrederick Sanger RichphosphatebondsofATP-EnergyS.Ochoa(54y)A.Kornberg(41y)IsolationofDNApolymeraseITheNobelPrize
8、1959遗传学和生物化学是遗传学和生物化学是分子生物学分子生物学发展的根基发展的根基分子生物学分子生物学是遗传学和是遗传学和生物化学融合的结果生物化学融合的结果研究遗传物质基因的本质研究遗传物质基因的本质理解基因调控生化代谢过程理解基因调控生化代谢过程进进入入1.3.2.分子生物学史的分子生物学史的第一个重要发现第一个重要发现OnegeneOneenzyme1941年，年，GeorgeBeadle和和EdwardTatumNeurospora crassa （粉色面包霉菌）（粉色面包霉菌）提出的提出的“onegeneoneenzyme”的假说的假说（获得获得1958年年Nobel奖奖）说明了基
9、因的生化作用本质是控制酶的合成说明了基因的生化作用本质是控制酶的合成G.Beadle&E.Tatum 生物化学和遗传生物化学和遗传学之间的学之间的联合迈联合迈出的第一步出的第一步，也，也是分子生物学的是分子生物学的第一个重要发现第一个重要发现1.3.3.奥斯瓦德奥斯瓦德埃弗里埃弗里OswaldAvery的历史贡献的历史贡献1948.retired,TheNobelcommitteehasbeencriticizedfornotrecognizingAverysachievementbeforehisdeath(1877-1955)分子生物学领分子生物学领域里的孟德尔域里的孟德尔1928-194
10、4进行进行16年的肺炎链球菌遗传转化研究年的肺炎链球菌遗传转化研究证明证明DNA是转化因子是转化因子Thelifelongpitywasdueto.科学家对核酸的了解还知之甚少科学家对核酸的了解还知之甚少DNA分子的功能也就更不为人知分子的功能也就更不为人知蛋白质可能是遗传专一性的决定分子蛋白质可能是遗传专一性的决定分子DNase失活实验中未能完全排除对蛋白酶的失活失活实验中未能完全排除对蛋白酶的失活第一个动摇了第一个动摇了“蛋白质是基因蛋白质是基因”的理的理念奠定了念奠定了“DNA是遗传物质是遗传物质”的理论基的理论基础础1952年（年（8年后）年后）M.Delbruck，S.E.Luria
11、，A.Hershey对噬菌体繁殖过程开展了深入的研究对噬菌体繁殖过程开展了深入的研究证明了证明了DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质尽管尽管Avery的实验的实验未引起概念的革命未引起概念的革命但他的研究工作引起了但他的研究工作引起了ErwinChargaff的极大兴趣的极大兴趣为提出为提出DNA双螺旋结构模型起到了非常重要的作用双螺旋结构模型起到了非常重要的作用medalDelbruck Delbruck 1969NobelHersheyHersheyLuria Luria D.H.L成功的因素成功的因素人们已经认识到人们已经认识到DNA可能在遗传过程中重要作用可能在遗传过程中重要作用他们
12、的科学论文几乎与他们的科学论文几乎与Watson,Crick的论文同时的论文同时发表，从而得到了媒体的广泛宣传发表，从而得到了媒体的广泛宣传O.Avery是孤立的研究者，较少参加学术交流与是孤立的研究者，较少参加学术交流与科学讨论，研究结果未能引起人们的注意科学讨论，研究结果未能引起人们的注意D.H.L.的结果通过的结果通过“噬菌体研究组噬菌体研究组”的学术关系的学术关系和网络得到了迅速的传播和广泛的理解和网络得到了迅速的传播和广泛的理解1.3.4.DNA双螺旋结构的揭示双螺旋结构的揭示分子生物学的重要里程碑分子生物学的重要里程碑1951.JamesWatson（Luria的第一个研究生的第一
13、个研究生 23y)丹麦丹麦哥本哈根哥本哈根KalckarLab.Post-Do访问意大利的那不勒斯动物研究所时访问意大利的那不勒斯动物研究所时访问意大利的那不勒斯动物研究所时访问意大利的那不勒斯动物研究所时KingsLab.LondonUniv.MauriceWilkinsMauriceWilkins35yFrancisCrick23yJamesWatson1951CavendishLab.Cambridge University UK性格不同，专业互补性格不同，专业互补紧密合作，锁定目标紧密合作，锁定目标开创了一种研究风格开创了一种研究风格“对文章和实验进行讨对文章和实验进行讨论交流是重中之
14、重，论交流是重中之重，理论和讨论比实验和理论和讨论比实验和观察更为重要观察更为重要”。在确定在确定DNA分子结构的研究分子结构的研究中，没有用中，没有用DNA分子做任何分子做任何一个实验！一个实验！“研究与讨论，分析与研究与讨论，分析与推论是建立在大量实推论是建立在大量实验数据和科学论文的验数据和科学论文的基础上的基础上的”性格不同，专业互补性格不同，专业互补紧密合作，锁定目标紧密合作，锁定目标在确定在确定DNA分子结构的研分子结构的研究中，没有用究中，没有用DNA分子做分子做任何任何一个实验！一个实验！Imaginationismoreimportantthanknowledge海阔天空的想
15、海阔天空的想脚踏实地的干脚踏实地的干“DNADNA双螺旋结构双螺旋结构”故事如果缺少了对故事如果缺少了对Rosalind Franklin悲剧命运的描述悲剧命运的描述 那么这个故事将是不完整的那么这个故事将是不完整的! ! KingsLab.LondonUniversityUKRosalind Franklin 核糖与磷酸连接成的扭曲绳子，每核糖与磷酸连接成的扭曲绳子，每一节上都有配对的碱基一节上都有配对的碱基优秀女科学家优秀女科学家在双螺旋结构发现几年后，因癌症而病逝，在双螺旋结构发现几年后，因癌症而病逝，对揭示对揭示DNA双螺旋结构作出过重要贡献，但却受到双螺旋结构作出过重要贡献，但却受到
16、歧视和不公待遇歧视和不公待遇助手！待遇！助手！待遇！背景！交流！背景！交流！XrayphotographofDNAwithhighquality JamesWatson(34y)FrancisCrick(46y)MauriceWilkins(46y)DNADoubleHelixmodel195319621.3.5.遗传密码的破译遗传密码的破译破解遗传密码破解遗传密码DNA双螺旋结构揭示之后的又一研究热点双螺旋结构揭示之后的又一研究热点遗传学家：遗传学家：根据根据DNA的结构和基因在细胞中的的结构和基因在细胞中的作用进行推断作用进行推断生物化学家：生物化学家：建立体外的蛋白质合成系统建立体外的蛋白质合成系统生物化学家在破解遗传密码中所作出的贡生物化学家在破解遗传密码中所作出的贡献成为分子生物学中最卓越的发现之一献成为分子生物学中最卓越的发现之一同在美国华盛顿国家关节炎和同在美国华盛顿国家关节炎和代谢疾病研究所工作的两位名代谢疾病研究所工作的两位名不见经传的德国生物学家不见经传的德国生物学家约翰约翰马太马太(JohannHeinrichMatthaei）和马歇尔和马歇尔尼伦伯格尼伦伯格(M
