分子生物學(xué)第一章緒論

分子生物學(xué)第一章緒論第1頁/共75頁

教學(xué)大綱緒論DNA的結(jié)構(gòu)DNA的生物合成RNA的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成原核生物的基因表達(dá)調(diào)控真核生物的基因表達(dá)調(diào)控分子生物學(xué)基本技術(shù)第2頁/共75頁第一章緒論一、分子生物學(xué)的基本含義

二、分子生物學(xué)的主要研究內(nèi)容三、分子生物學(xué)發(fā)展簡史

四、分子生物學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系第3頁/共75頁1、分子生物學(xué)含義的理解

教學(xué)重點(diǎn)：1、分子生物學(xué)的含義2、分子生物學(xué)的主要研究內(nèi)容

教學(xué)難點(diǎn)：第4頁/共75頁2、主要任務(wù)闡明生物大分子的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系3、研究對(duì)象核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)及其在遺傳信息和細(xì)胞信息傳遞中的作用1、定義從分子水平研究生命本質(zhì)的一門新興邊緣學(xué)科一、分子生物學(xué)的基本含義第5頁/共75頁4、分子生物學(xué)的主要研究內(nèi)容核酸的分子生物學(xué)

分離克隆基因（clone）確定基因的結(jié)構(gòu)(structure)

基因的功能研究(function)

生化功能生理功能基因表達(dá)調(diào)控研究(expresscontrol)蛋白質(zhì)的分子生物學(xué)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子生物學(xué)第6頁/共75頁二、分子生物學(xué)發(fā)展簡史1.準(zhǔn)備和醞釀階段

蛋白質(zhì)

DNA

2.建立和發(fā)展階段中心法則蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能3.深入發(fā)展階段重組DNA技術(shù)基因組研究基因表達(dá)調(diào)控細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)第7頁/共75頁(1822-1884)分離定律自由組合定律遺傳因子學(xué)說第8頁/共75頁孟德爾分離律圖示第9頁/共75頁第10頁/共75頁德弗里斯

荷蘭柯靈斯德國

契馬克澳大利亞“重新發(fā)現(xiàn)”孟德爾遺傳定律第11頁/共75頁1879年

德國生物學(xué)家弗萊明發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核內(nèi)的染色體1903年

美國細(xì)胞學(xué)家薩頓提出了遺傳的染色體學(xué)說FriedrichMiescher(1844-1895)1869年法國的米歇爾從白細(xì)胞核中分離出DNAWilhelmLudwigJohannsen1857～19271909年丹麥生物學(xué)家約翰遜創(chuàng)造了基因（gene）一詞第12頁/共75頁ThomasHuntMorgan1866～19451910年創(chuàng)立遺傳的染色體理論2第13頁/共75頁1913年A.H.Stutervant提出以交換值作為染色體上基因相對(duì)距離的想法1927年美國遺傳學(xué)家繆勒發(fā)現(xiàn)X射線照射可人工誘使遺傳基因發(fā)生突變1931BarbaraMcClintock和HarrietCreighton:染色體重組1902-1992第14頁/共75頁1941

GeorgeBeadle和E.L.Tatum：一基因一酶學(xué)說1944

OswaldAvery1953JamesWatsonandFrancisCrick1958

MatthewMeselsonandFranklinStahl1961

SidneyBrenner,Fran?oisJacob&MatthewMeselson第15頁/共75頁1966

MarshallNirenberg&HarGobindKhorana1970HamiltonSmith1972

PaulBerg

1973

HerbertBoyer&StanleyCohen1977

WalterGilbertandFrederickSanger1977

PhillipSharp,RichardRoberts

……第16頁/共75頁三十三年來有關(guān)分子生物學(xué)諾貝爾獲獎(jiǎng)名單年份獲獎(jiǎng)?wù)邇?nèi)容所獲的諾貝爾獎(jiǎng)1962年J.D.Wasten，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

H.C.Click1965年F.Jacob基因調(diào)控乳糖操縱子諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

J.L.Monod1966年F.P.Rous病毒致癌學(xué)說諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)1968年R.W.Holley核糖核酸中心法則諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

H.G.KhoranaM.W.Nurenberg1969年M.Delbruck噬菌體基因研究諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

A.D.HersheyS.E.Luria1972年S.Moore核糖核酸三維結(jié)構(gòu)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

W.H.Stein1974年A.Claude分離細(xì)胞發(fā)現(xiàn)RNA病毒諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

G.E.Palade第17頁/共75頁1975年D.Baltimore逆轉(zhuǎn)錄酶，DNA病毒諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

H.M.TeminR.Dolbeco1978年W.ArberDNA限制性內(nèi)切酶諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

D.NathensH.O.Smith1980年P(guān).Berg重組DNA諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

W.GilbertDNA順序分析1982年A.Klug核酸蛋白復(fù)合體諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1986年R.L.Montalcini生長因子諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

S.Cohen1988年G.Eline抗DNA合成類藥物諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

G.Hitchigns1989年J.M.Bishop癌基因?qū)W說諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

H.E.armansT.CachRNA酶催化活性諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

S.Altman(Ribozyme)

第18頁/共75頁1993年R.Roberts，斷裂基因諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

P.sharpK.B.MullisPCR儀諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

M.Smith寡聚核苷酸介導(dǎo)基因突變法諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1994年A.Gliman信號(hào)傳導(dǎo)和G-蛋白諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

M.Rodbell1995年E.B.Lewis,C基因和果蠅突變關(guān)系探討諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

Nusslein-Volhard，

E.Wieschaus第19頁/共75頁（一）理論上的三大發(fā)現(xiàn)40年代，發(fā)現(xiàn)了生物遺傳物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)是DNA50年代，Walson-crick提出了DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型，搞清楚了生物遺傳的分子機(jī)制3.60年代，確定了遺傳信息的傳遞方式：DNA→RNA→protein第20頁/共75頁1.DNAisthegeneticmaterial第21頁/共75頁ThegeneticmaterialofphageT2isDNA.DNAisthegeneticmaterial第22頁/共75頁第23頁/共75頁2.DNAisadoublehelix第24頁/共75頁DNAisadoublehelix第25頁/共75頁3.Thecentraldogma第26頁/共75頁定向基因改造設(shè)想

設(shè)想一能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的氮？能否讓細(xì)菌“吐出”蠶絲？設(shè)想二能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物？設(shè)想三經(jīng)過多年的努力，科學(xué)家于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術(shù)——基因工程。第27頁/共75頁（二）技術(shù)上的四大發(fā)明基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶基因的針線——DNA連接酶基因的車子——載體逆轉(zhuǎn)錄酶第28頁/共75頁限制性內(nèi)切酶能識(shí)別雙鏈DNA中特定堿基順序的核酸水解酶大都從原核生物中發(fā)現(xiàn)提取的以內(nèi)切方式水解核酸鏈中磷酸二酯鍵5’-P3’-OH分類：

Ⅰ型:復(fù)合功能酶,兼有修飾、切割兩種特性，識(shí)別位點(diǎn)和切割位點(diǎn)不一致，不能形成特異片段。

Ⅲ型：與Ⅰ型相似。

Ⅱ型：通常所說的限制性內(nèi)切酶，識(shí)別序列為4～6個(gè)bp。第29頁/共75頁第30頁/共75頁DNA連接酶將互補(bǔ)配對(duì)的兩個(gè)黏性末端連接起來，使之成為一個(gè)完整的DNA分子。連接的部位：磷酸二酯鍵，不是氫鍵第31頁/共75頁載體是攜帶靶DNA片段進(jìn)入宿主細(xì)胞進(jìn)行擴(kuò)增和表達(dá)的工具。質(zhì)粒（plasmid)為最常用的載體?？勺灾鲝?fù)制有遺傳標(biāo)記和篩選標(biāo)記具多克隆位點(diǎn)第32頁/共75頁逆轉(zhuǎn)錄酶1970年，Baltimore和Temin等同時(shí)各自發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶，打破了遺傳學(xué)的中心法則，使真核基因的制備成為可能第33頁/共75頁1973年Cohen完成第一個(gè)基因工程實(shí)驗(yàn)經(jīng)體外重組獲得雜合DNA雜合子轉(zhuǎn)化入大腸桿菌所需元件：限制性內(nèi)切酶連接酶載體受體細(xì)胞第34頁/共75頁第35頁/共75頁基因工程過程示意圖①從細(xì)胞中分離出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片斷③分離大腸桿菌中的質(zhì)粒④DNA重組⑤用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌⑥培養(yǎng)大腸桿菌克隆大量基因第36頁/共75頁TwoMethodsforDeliveringDNAintoPlantCells第37頁/共75頁制備抗蟲轉(zhuǎn)基因植物。分離毒素蛋白基因?qū)⒍舅鼗虿迦氲絋i質(zhì)粒中第38頁/共75頁1994Transgenictomatoessoldintheshops第39頁/共75頁Twomethodsofproducingtransgenicmice第40頁/共75頁轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的一般制備過程。第41頁/共75頁轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的一般制備過程（續(xù)）。第42頁/共75頁1988Transgenicsheep第43頁/共75頁1989atransgenicpig第44頁/共75頁帶有人生長激素基因的轉(zhuǎn)基因小鼠正常小鼠第45頁/共75頁P(yáng)roducingEnviropigsTransgenicpigMicroinjectionofgenesintopigegg第46頁/共75頁轉(zhuǎn)基因食品

想說愛你不容易第47頁/共75頁克隆技術(shù)第48頁/共75頁第49頁/共75頁第50頁/共75頁第51頁/共75頁克隆技術(shù)大事記1938年:德國科學(xué)家首次提出克隆設(shè)想。1952年:科學(xué)家開始用青蛙進(jìn)行克隆實(shí)驗(yàn)。1970年:克隆青蛙實(shí)驗(yàn)取得突破,青蛙卵發(fā)育成了蝌蚪1981年:科學(xué)家進(jìn)行克隆鼠實(shí)驗(yàn),據(jù)稱用鼠胚胎細(xì)胞培育出了正常的鼠1984年:第一只胚胎克隆羊誕生。1997年2月24日:英國羅斯林研究所宣布克隆羊培育成功1998年2月23日:英國PPL醫(yī)療公司宣布，該公司克隆出一頭牛犢“杰弗遜先生”。1998年7月5日:日本科學(xué)家宣布，他們利用成年動(dòng)物體細(xì)胞克隆的兩頭牛犢誕生。1998年7月22日:用成年鼠的體細(xì)胞成功地培育出了第三代共50多只克隆鼠1999年5月31日:美國夏威夷大學(xué)的科學(xué)家,利用成年體細(xì)胞克隆出第一只雄性老鼠1999年6月17日:美藉華人科學(xué)家楊向中克隆出小牛2000年1月3日:美國著名華人楊向東克隆出6頭牛犢。2000年1月:美國科學(xué)家宣布克隆猴成功，這只恒河猴被命名“泰特拉”。2000年3月14日:曾參與克隆小羊“多利”的英國PPL公司宣布成功培育出5頭克隆豬。第52頁/共75頁第53頁/共75頁

第54頁/共75頁基因組一個(gè)生物的所有基因一套完整單體的遺傳物質(zhì)總和人類基因組計(jì)劃

Human

Genome

Project,HGP

于1990年正式啟動(dòng)識(shí)別人類DNA中所有基因測(cè)定人類DNA的30億堿基對(duì)的序列將這些信息儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫中開發(fā)出有關(guān)數(shù)據(jù)分析工具解決可能引發(fā)的倫理,法律和社會(huì)問題物種DNA數(shù)量HBV3.2kb噬菌體49kb大腸桿4000kb酵母17000kb果蠅164000kb人3000000kb對(duì)人類而言：22+X+Y+mtDNA人類基因組第55頁/共75頁100-200kb克隆片段基因組測(cè)序的一般流程分級(jí)鳥槍測(cè)序法基因組DNA細(xì)菌人工染色體文庫DNA克隆的排序

（物理作圖）

分段測(cè)序隨機(jī)打斷后克隆DNA測(cè)序DNA序列的組裝第56頁/共75頁2001年為止已經(jīng)測(cè)定了

599種病毒與類病毒

205種自然存在的質(zhì)粒

185種細(xì)胞器

31種真細(xì)菌

7種古細(xì)菌

1種真菌

2種動(dòng)物

1種植物2001年10月中國雜交水稻（秈稻）基因組工作框架圖完成2003年11月家蠶基因組“框架圖”繪制完成2004年3月完成紅原雞基因組序列圖的測(cè)序和組裝工作2004年10月21日Mimivirus病毒的基因組圖譜繪制2005年1月木瓜全基因組測(cè)序啟動(dòng)。第57頁/共75頁（三）分子生物學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)一步完善相關(guān)技術(shù)微量化自動(dòng)化

產(chǎn)業(yè)化高通量學(xué)科的交叉、融合第58頁/共75頁2、細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)關(guān)系

細(xì)胞是生命的基本功能單位，基因功能必須通過細(xì)胞來表現(xiàn)，離開細(xì)胞，就沒有生命。四、分子生物學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系1、生物化學(xué)與分子生物學(xué)關(guān)系分子生物學(xué)：信息傳遞過程生物化學(xué)：物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)換過程生物化學(xué)是分子生物學(xué)的基礎(chǔ)；分子生物學(xué)≠生物化學(xué)第59頁/共75頁4、遺傳學(xué)與分子生物學(xué)關(guān)系

研究生物的遺傳及變異規(guī)律遺傳變異的本質(zhì)—DNA3、微生物學(xué)與分子生物學(xué)關(guān)系作為分子生物學(xué)研究的模型生物分子生物學(xué)操作的一部分（基因擴(kuò)增、克隆、表達(dá)）

第60頁/共75頁１、你對(duì)現(xiàn)代分子生物學(xué)的含義和包括的研究范圍是怎么理解的？復(fù)習(xí)思考題２、你對(duì)分子生物學(xué)的現(xiàn)況和今后的發(fā)展有何看法？

第61頁/共75頁參考文獻(xiàn)和網(wǎng)頁網(wǎng)址TurnerP.C.etal.MolecularBiology.科學(xué)出版社2001WeaverR.MolecularBiology.科學(xué)出版社2001BenjaminLewin.GenesVI,OxfordUni.Press,1997閻隆飛張玉麟。《分子生物學(xué)》，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1997朱玉賢李毅?！冬F(xiàn)代分子生物學(xué)》，高等教育出版社，1997李振剛?！斗肿舆z傳學(xué)》，科學(xué)出版社，2000第62頁/共75頁作者：朱玉賢，李毅，鄭曉峰編著出版社：高等教育出版社出版時(shí)間：2007-11-1印刷時(shí)間：2007/11/01ISBN：9787040222142第63頁/共75頁參考教材第64頁/共75頁英文原版中文譯本第65頁/共75頁第66頁/共75頁第67頁/共75頁第68頁/共75頁【作者】（美）J.D.沃森[同作者作品][作譯者介紹]【譯者】吳家睿[同譯者作品]【出版社】科學(xué)出版社【書號(hào)】703015651X第69頁/共75頁【作者】保羅·拉比諾[同