分子生物學(xué)課件 第一章 緒論

1、1、緒論緒論2 2、染色體與、染色體與DNA DNA 3 3、生物信息的傳遞（上）、生物信息的傳遞（上）從從DNADNA到到RNARNA4 4、生物信息的傳遞（下）、生物信息的傳遞（下）從從mRNAmRNA到蛋白質(zhì)到蛋白質(zhì)5 5、分子生物學(xué)研究方法（上）、分子生物學(xué)研究方法（上） DNA DNA、RNARNA及蛋白操作及蛋白操作技術(shù)技術(shù)6 6、分子生物學(xué)研究方法（下）、分子生物學(xué)研究方法（下） 基因功能研究技術(shù)基因功能研究技術(shù)7 7、基因的表達(dá)與調(diào)控（上）、基因的表達(dá)與調(diào)控（上）原核原核8 8、基因的表達(dá)與調(diào)控（下）、基因的表達(dá)與調(diào)控（下）真核真核1111、基因組與比較基因組學(xué)、基因組與比較基

2、因組學(xué)第一章 緒論 回顧所學(xué)知識(shí)點(diǎn)回顧所學(xué)知識(shí)點(diǎn) 分子生物學(xué)定義分子生物學(xué)定義 分子生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史分子生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 分子生物學(xué)研究?jī)?nèi)容分子生物學(xué)研究?jī)?nèi)容 分子生物學(xué)展望分子生物學(xué)展望一、回顧所學(xué)知識(shí)點(diǎn)回顧所學(xué)知識(shí)點(diǎn)1、創(chuàng)世說(shuō)與進(jìn)化論達(dá)爾文、1859年物種起源，確立了進(jìn)化論的概念2、細(xì)胞學(xué)說(shuō)（1847）德國(guó)德國(guó) SchleidenSchleiden(19(19世紀(jì)）世紀(jì)）德國(guó)德國(guó) SchwannSchwann（1919世紀(jì)）世紀(jì)）荷蘭荷蘭 Leeuwenhoek（17世紀(jì)）世紀(jì)）列文虎克列文虎克細(xì)胞學(xué)說(shuō)的主要內(nèi)容有： 細(xì)胞是有機(jī)體， 一切動(dòng)植物都是由單細(xì)胞發(fā)育而來(lái)， 即生物是由細(xì)胞和細(xì)胞的產(chǎn)物

3、所組成； 所有細(xì)胞在結(jié)構(gòu)和組成上基本相似； 新細(xì)胞是由已存在的細(xì)胞分裂而來(lái)； 生物的疾病是因?yàn)槠浼?xì)胞機(jī)能失常。3、經(jīng)典的生物化學(xué)和遺傳學(xué) 19世紀(jì)中葉，蛋白質(zhì)19世紀(jì)中葉到20世紀(jì)初，組成蛋白質(zhì)的20種基本氨基酸被相繼發(fā)現(xiàn)（ 1935年，蘇氨酸）著名生物化學(xué)家Fisher還論證了連接相鄰氨基酸的“肽鍵”的形成。 孟德?tīng)柮系聽(tīng)朑regor Mendel (1822-1884),奧地利科學(xué)家，經(jīng)典遺傳學(xué)的奠基人1857-1864的7年中，進(jìn)行了豌豆的雜交研究，1865 年發(fā)表了他的劃時(shí)代的論文植物雜交試驗(yàn)在論文中提出了“遺傳因子”的概念，并得出了二條規(guī)律：統(tǒng)一律（統(tǒng)一律（P5）：）：F1=3：1分

4、離分離規(guī)律：F2=9：3：3：1的分離在孟德?tīng)栠z傳學(xué)的基礎(chǔ)上，美國(guó)著名的遺傳學(xué)家Morgan又提出了基因?qū)W說(shuō)。連鎖遺傳規(guī)律F1F24、DNA的發(fā)現(xiàn)1944年， 美國(guó)著名微生物學(xué)家 Avery證明 gene就是DNA分子，DNA才是遺傳信息的載體，蛋白質(zhì)不是。Avery的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)Hershey和和Chase的的噬菌體侵染細(xì)菌試驗(yàn)噬菌體侵染細(xì)菌試驗(yàn)第一章 緒論 回顧所學(xué)知識(shí)點(diǎn)回顧所學(xué)知識(shí)點(diǎn) 分子生物學(xué)定義分子生物學(xué)定義 分子生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史分子生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 分子生物學(xué)研究?jī)?nèi)容分子生物學(xué)研究?jī)?nèi)容 分子生物學(xué)展望分子生物學(xué)展望二、分子生物學(xué)定義二、分子生物學(xué)定義 從從分子

5、分子水平水平研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能從而闡明生研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能從而闡明生命現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué)命現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué) ，主要指，主要指遺傳信息遺傳信息的的傳遞傳遞（復(fù)制）、（復(fù)制）、保保持持（損傷和修復(fù)）、（損傷和修復(fù)）、基因的表達(dá)基因的表達(dá)（轉(zhuǎn)錄和翻譯）與（轉(zhuǎn)錄和翻譯）與調(diào)控調(diào)控。強(qiáng)調(diào)強(qiáng)調(diào)以上各種生命活動(dòng)（以上各種生命活動(dòng)（Biochemical processes） ：1是什么（是什么（what，生物學(xué)生物學(xué)重要性重要性和和具體過(guò)程具體過(guò)程），）， 2所涉及的所涉及的生物大分子（生物大分子（DNA、RNA、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)) 是如何相互作用使之是如何相互作用使之發(fā)生的（發(fā)生的（how）。）。第

6、一章 緒論 回顧所學(xué)知識(shí)點(diǎn)回顧所學(xué)知識(shí)點(diǎn) 分子生物學(xué)定義分子生物學(xué)定義 分子生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史分子生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 分子生物學(xué)研究?jī)?nèi)容分子生物學(xué)研究?jī)?nèi)容 分子生物學(xué)展望分子生物學(xué)展望近近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)半個(gè)世紀(jì)以來(lái) 醫(yī)學(xué)，化學(xué)中重大突破與成就者醫(yī)學(xué)，化學(xué)中重大突破與成就者 Nobel Prize分子生物學(xué)發(fā)展的分子生物學(xué)發(fā)展的里程碑與主要內(nèi)容里程碑與主要內(nèi)容現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史三、分子生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史三、分子生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史1、孕育階段（、孕育階段（18201950年代）年代） 1865年，孟德?tīng)柊l(fā)表了他的年，孟德?tīng)柊l(fā)表了他的植物雜交實(shí)驗(yàn)植物雜交實(shí)驗(yàn)一一文，首次闡述了生物界有規(guī)律

7、的遺傳現(xiàn)象。文，首次闡述了生物界有規(guī)律的遺傳現(xiàn)象。“遺遺傳因子傳因子 ” 1900年，孟德?tīng)栠z傳規(guī)律被證實(shí)，成為近代遺傳年，孟德?tīng)栠z傳規(guī)律被證實(shí)，成為近代遺傳學(xué)基礎(chǔ)。學(xué)基礎(chǔ)。 1910年，年，MorganMorgan的染色體的染色體基因遺傳理論基因遺傳理論 ， GeneGene 存在于染色體上。存在于染色體上。進(jìn)一步將“性狀”與“基因”相耦聯(lián)，成為現(xiàn)代遺傳學(xué)的奠基石。 1944年，美國(guó)微生物學(xué)家年，美國(guó)微生物學(xué)家Avery證明基因就是證明基因就是DNA分子，提出分子，提出 DNA是遺傳信息的載體。是遺傳信息的載體。2、創(chuàng)立階段（、創(chuàng)立階段（19501970年代）年代） 1953年，年， 美國(guó)科

8、學(xué)家美國(guó)科學(xué)家Watson 和英國(guó)科和英國(guó)科學(xué)家學(xué)家Crick提出提出 DNA Double Helix model 1962年WatsonWatson、 CrickCrick與Wilkins共享諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)通過(guò)對(duì)DNA分子的X射線衍射研究證實(shí)了前兩者提出的DNA的模型 1958年年Crick提出中心法則。（提出中心法則。（P463）DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制 1958年，年，Meselson 和和Stahl證明證明 DNA半保留半保留復(fù)制。復(fù)制。半保留復(fù)制（半保留復(fù)制（Semiconservative replication）是描述是描述DNA的復(fù)制方式，目前已知的所

9、有細(xì)胞的復(fù)制方式，目前已知的所有細(xì)胞皆以此方式進(jìn)行皆以此方式進(jìn)行復(fù)制復(fù)制。也是唯一確認(rèn)存在于自。也是唯一確認(rèn)存在于自然界中的模型。然界中的模型。StahlMeselson19591959年，美籍西班牙裔科學(xué)家年，美籍西班牙裔科學(xué)家UchoaUchoa和美國(guó)和美國(guó)KornbergKornberg發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了DNADNA和和RNARNA的生物合成機(jī)理的生物合成機(jī)理而分享了諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。而分享了諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 1961年，法國(guó)科學(xué)家年，法國(guó)科學(xué)家Jacob（雅各布）（雅各布） 和和Monod（莫諾）提出操縱子學(xué)說(shuō)（第七（莫諾）提出操縱子學(xué)說(shuō)（第七章）章） 并首次提出了并首次提出了mRNA的概

10、念的概念1965年獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)3、發(fā)展階段（、發(fā)展階段（1970年代以后）年代以后） 1970年，年，Temin 和和Baltimore在在RNA腫瘤腫瘤病毒中發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶。病毒中發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶。DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制1975年，獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)年，獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 1977年，年，Sanger等人發(fā)明了一種測(cè)定等人發(fā)明了一種測(cè)定DNA分子內(nèi)核苷酸序列的方法。分子內(nèi)核苷酸序列的方法。 桑格 (Sanger） 吉爾伯特( Gilbert） 伯格（Berg） 1980年，與Gilbert和Berg共享諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)Sanger還由于測(cè)定了牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)而獲得19

11、58年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1983. Barbara McClintock (86y)DNA transposable elememt1983年，美國(guó)遺傳學(xué)家McClintock因發(fā)現(xiàn)可移動(dòng)的遺傳因子而獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。she is the only woman to receive an unshared Nobel Prize in that category 19971997年，美國(guó)科學(xué)家年，美國(guó)科學(xué)家 PrusinerPrusiner 發(fā)現(xiàn)朊病毒是阿爾次海默?。ㄔ绨l(fā)現(xiàn)朊病毒是阿爾次海默?。ㄔ缋闲园V呆癥）等疾病的病原老性癡呆癥）等疾病的病原獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)第一章 緒

12、論 回顧所學(xué)知識(shí)點(diǎn)回顧所學(xué)知識(shí)點(diǎn) 分子生物學(xué)定義分子生物學(xué)定義 分子生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史分子生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 分子生物學(xué)研究?jī)?nèi)容分子生物學(xué)研究?jī)?nèi)容 分子生物學(xué)展望分子生物學(xué)展望四四 、分子生物學(xué)研究?jī)?nèi)容、分子生物學(xué)研究?jī)?nèi)容 DNA重組技術(shù)（基因工程） 基因的表達(dá)調(diào)控 生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能研究(結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)） 基因組、功能基因組與生物信息學(xué)研究 所有生物體中的有機(jī)大分子都是以所有生物體中的有機(jī)大分子都是以C C為核心以共價(jià)鍵為核心以共價(jià)鍵的形式與的形式與H H、O O、N N、P P以不同的方式構(gòu)成的以不同的方式構(gòu)成的 一切生命體中的各類有機(jī)大分子都是由完全相同的單一切生命體中的各類有機(jī)大分子都是由

13、完全相同的單體，如體，如 Pr Pr （20aa20aa）、）、DNA/RNADNA/RNA中的中的8 8種堿基所組成的，種堿基所組成的，由此產(chǎn)生了分子生物學(xué)的由此產(chǎn)生了分子生物學(xué)的三條基本原理三條基本原理：1. 構(gòu)成生物體各類有機(jī)大分子的單體在不同生物中都是構(gòu)成生物體各類有機(jī)大分子的單體在不同生物中都是相同的（無(wú)物種特異性）相同的（無(wú)物種特異性）;2. 生物體內(nèi)一切有機(jī)大分子的建成都遵循共同的規(guī)則生物體內(nèi)一切有機(jī)大分子的建成都遵循共同的規(guī)則;3. 某一特定生物體所擁有的核酸和蛋白質(zhì)分子決定了它某一特定生物體所擁有的核酸和蛋白質(zhì)分子決定了它的屬性的屬性.分子生物學(xué)的三條基本原理分子生物學(xué)的三條

14、基本原理 DNA重組技術(shù)重組技術(shù)將不同的將不同的DNA片段片段（如某個(gè)基因（如某個(gè)基因or 基基因的一部分）按照因的一部分）按照人們的設(shè)計(jì)方向連人們的設(shè)計(jì)方向連接起來(lái)，在特定的接起來(lái)，在特定的受體細(xì)胞中與載體受體細(xì)胞中與載體同時(shí)復(fù)制并得到表同時(shí)復(fù)制并得到表達(dá)，產(chǎn)生影響受體達(dá)，產(chǎn)生影響受體細(xì)胞的新的遺傳性細(xì)胞的新的遺傳性狀。狀。 DNA重組技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景（P13）1、可被用于大量生產(chǎn)某些在正常細(xì)胞代謝中產(chǎn)量很低的多肽 ; ;2、可用于定向改造某些生物的基因組結(jié)構(gòu) ;3、可被用來(lái)進(jìn)行基礎(chǔ)研究 基因的表達(dá)調(diào)控（第7&8章） 基因表達(dá)實(shí)質(zhì)上就是基因表達(dá)實(shí)質(zhì)上就是遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。遺

15、傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。在個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中生物遺傳信息的表達(dá)按一在個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中生物遺傳信息的表達(dá)按一定時(shí)序發(fā)生變化（定時(shí)序發(fā)生變化（時(shí)序調(diào)節(jié)時(shí)序調(diào)節(jié)），并隨著內(nèi)外環(huán)境），并隨著內(nèi)外環(huán)境的變化而不斷加以修正（的變化而不斷加以修正（環(huán)境調(diào)控環(huán)境調(diào)控）。）。原核生物原核生物的基因組和染色體結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，的基因組和染色體結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)錄和翻譯在轉(zhuǎn)錄和翻譯在同一時(shí)間和空間內(nèi)發(fā)生同一時(shí)間和空間內(nèi)發(fā)生，基因表，基因表達(dá)的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平達(dá)的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。（第。（第7章）章） 真核生物真核生物轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程在轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程在時(shí)間和空間上都時(shí)間和空間上都被分隔開(kāi)被分隔開(kāi)，且在轉(zhuǎn)錄和翻譯

16、后都有復(fù)雜的信息，且在轉(zhuǎn)錄和翻譯后都有復(fù)雜的信息加工過(guò)程，其基因表達(dá)的調(diào)控可以發(fā)生在各種加工過(guò)程，其基因表達(dá)的調(diào)控可以發(fā)生在各種不同的水平上。其基因表達(dá)調(diào)控主要表現(xiàn)在信不同的水平上。其基因表達(dá)調(diào)控主要表現(xiàn)在信號(hào)傳導(dǎo)研究、轉(zhuǎn)錄因子研究及號(hào)傳導(dǎo)研究、轉(zhuǎn)錄因子研究及RNA剪輯剪輯3個(gè)方個(gè)方面面。（第。（第8章）章）DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制 一個(gè)生物大分子，無(wú)論是核酸、蛋白質(zhì)或多糖，在發(fā)揮一個(gè)生物大分子，無(wú)論是核酸、蛋白質(zhì)或多糖，在發(fā)揮生物學(xué)功能時(shí)，必須具備兩個(gè)前提：生物學(xué)功能時(shí)，必須具備兩個(gè)前提： 擁有特定的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)）；擁有特定的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)）； 發(fā)揮生物學(xué)功能

17、的過(guò)程中必定存在著結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的變發(fā)揮生物學(xué)功能的過(guò)程中必定存在著結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的變化?；?結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)就是研究生物大分子特定的空間結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)就是研究生物大分子特定的空間結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)變化與其生物學(xué)功能關(guān)系的科學(xué)。它包括結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)變化與其生物學(xué)功能關(guān)系的科學(xué)。它包括3個(gè)個(gè)主要研究方向：主要研究方向： 結(jié)構(gòu)的測(cè)定結(jié)構(gòu)的測(cè)定 結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的探索結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的探索 結(jié)構(gòu)與功能相互關(guān)系結(jié)構(gòu)與功能相互關(guān)系結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)基因組、功能基因組與生物信息學(xué)研究基因組、功能基因組與生物信息學(xué)研究 2001年，年，Nature和和Science同時(shí)發(fā)表人類基因組全序同時(shí)發(fā)表人類基因組

18、全序列。列。 功能基因組學(xué)功能基因組學(xué)又往往被稱為后基因組學(xué)，它利用結(jié)構(gòu)基又往往被稱為后基因組學(xué)，它利用結(jié)構(gòu)基因組所提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應(yīng)用新的實(shí)驗(yàn)手段，因組所提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應(yīng)用新的實(shí)驗(yàn)手段，通過(guò)在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能，使得通過(guò)在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能，使得生物學(xué)研究從對(duì)單一基因或蛋白質(zhì)得研究轉(zhuǎn)向多個(gè)基因生物學(xué)研究從對(duì)單一基因或蛋白質(zhì)得研究轉(zhuǎn)向多個(gè)基因或蛋白質(zhì)同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的研究?；虻鞍踪|(zhì)同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。 生物信息學(xué)生物信息學(xué)從事對(duì)基因組研究相關(guān)生物信息的獲取、加從事對(duì)基因組研究相關(guān)生物信息的獲取、加工、儲(chǔ)存、分配、分析和解釋。包括了兩層含義，一是工、儲(chǔ)存、分配、分析和解釋。包括了兩層含義，一是對(duì)海量數(shù)據(jù)的收集、整理與服務(wù)，也就是管好這些數(shù)據(jù)；對(duì)海量數(shù)據(jù)的收集、整理與服務(wù)，也就是管好這些數(shù)據(jù)；另一個(gè)是從中發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律，也就是用好這些數(shù)據(jù)。另一個(gè)是從中發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律，也就是用好這些數(shù)據(jù)。第一章 緒論 回顧所學(xué)知識(shí)點(diǎn)回顧所學(xué)知識(shí)點(diǎn) 分子生物學(xué)定義分子生物學(xué)定義 分子生物學(xué)