分子生物学---第一章-绪论.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,级,*,短信：,经分子生物学检验后,发现你多了一段幸福基因启动子,将在你收到短信时启动,并在元旦遇到增强子,由于未发现终止子,你注定永远转录幸福,翻译快乐!,参 考 书 目,1朱玉贤 现代分子生物学，高等教育出版社,2里查德 M.特怀曼著 陈 淳 徐 沁 等译徐晋麟 校 高级分子生物学要义,科学出版社 2000,3孙乃恩 孙东旭 朱德煦 分子遗传学,4.张玉静主编：分子遗传学，科学出版社，2000年,5美D.弗雷费尔德著 蔡武城等译：分子生物学(上，下)科学出版社 1991,6.卢圣栋主编：现代分子生物学实验技术，高等教育出版社，1993,7.美 J。萨姆布鲁克，E.F.弗理奇,T.曼 尼阿蒂斯著,金冬雁,黎孟枫等译,候云德等校:分子克隆实验指南,第二版,科学出社,1993,参考书目,8.美F.奥斯伯,著,颜子颍,王海林译,金冬雁校:精编分子生物学实验指南,科学出版社,1998,9.Robert F.Weaver：分子生物学(影印版)，科学出版社，2000，,10.J.D.Watson (刘望夷等译):双螺旋发现DNA结构的故事,科学出版社，1984,11.保罗.拉比诺（朱玉贤译）：PCR传奇 一个生物技术的故事，上海科技出版社，1998,12.Genes VIII,作者：Benjamin Lewin 出版时间：2003-12-15,13.创世纪的第八天：20世纪分子生物学革命,2005年2月出版,198,2004年2月出版,260,讲授的内容介绍：,1、,绪论,2、染色体与DNA,3、生物信息的传递（上）从DNA到RNA,4、生物信息的传递（下）从mRNA到蛋白质,5、,基因与基因组学,6、基因的表达与调控（上）原核,7、基因的表达与调控（下）真核,8、,PCR技术,9、,基因克隆载体.,10、,重组体的筛选鉴定,第一章 绪论,回顾所学知识点,分子生物学定义,分子生物学发展简史,分子生物学研究内容,分子生物学展望,一、,回顾所学知识点,1、创世说与进化论,达尔文、1859年物种起源，确立了进化论的概念,细胞学说创始人,2、细胞学说（1847）,德国 Schleiden,德国 Schwann,细胞学说的主要内容有：,细胞是有机体，一切动植物都是由单细胞发育而来，即生物是由细胞和细胞的产物所组成；,所有细胞在结构和组成上基本相似；,新细胞是由已存在的细胞分裂而来；,生物的疾病是因为其细胞机能失常。,3、经典的生物化学,19世纪中叶，蛋白质,19世纪中叶到20世纪初，组成蛋白质的20种基本氨基酸被相继发现（1935年，苏氨酸）,著名生物化学家Fisher还论证了连接相邻氨基酸的“肽键”的形成。,第一章 绪论,回顾所学知识点,分子生物学定义,分子生物学发展简史,分子生物学研究内容,分子生物学展望,二、分子生物学定义,从,分子,水平,研究生物,大分子,的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学,，主要指,遗传信息,的,传递,（复制）、,保持,（损伤和修复）、,基因的表达,（转录和翻译）与,调控,。,什么是分子生物学？,1938年,洛克非勒基金会主席Warren Weaver在理事会年终报告里提到：,渐渐地，又产生了一门新的学科分子生物学，这是揭开许多生命细胞基本单元奥秘的开端基金会正在给予资助的这些研究属于一系列新的领域(可以称之为分子生物学)。日前，正采用精密的现代技术研究某些生命进程中更微妙细节。,1938年，Astburu,W.T.和Bell,F.D.首次发表脱氧核糖核酸的X光衍射研究。,分子生物学的概念,广义：,分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子形态、结构与功能及其重要性、规律性和相互关系的科学，是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地认识和改造自然界的基础学科；,狭义：,分子生物学研究的范畴略偏于核酸，主要研究基因和DNA复制、转录表达和调控等过程，其中也涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。,第一章 绪论,回顾所学知识点,分子生物学定义,分子生物学发展简史,分子生物学研究内容,分子生物学展望,三、分子生物学发展简史,1、孕育阶段（,18201950年代）,1865年，孟德尔发表了他的植物杂交实验一文，首次阐述了生物界有规律的遗传现象。,“遗传因子,”,1900年，孟德尔遗传规律被证实，成为近代遗传学基础。,1910年，,Morgan,的染色体基因遗传理论，,Gene,存在于染色体上。,进一步将“性状”与“基因”相耦联，成为现代遗传学的奠基石。,1928年，,Griffith,肺炎双球菌的转化,1944年，美国微生物学家Avery证明基因就是DNA分子，提出 DNA是遗传信息的载体。,1957年，,Heinz Fraenkel-Conrat,和,B.Singre,的,杂合病毒实验：,烟草花叶病毒的感染和繁殖过程,证实RNA,也是重要的遗传物质。,2、创立阶段（19501970年代）,1953年，美国科学家Watson 和英国科学家Crick提出,DNA Double Helix model,1952年，,Wilkins,和,Franklin,用高度定向的DNA纤维作出高质量的X-光衍射照片,通过对DNA分子的X射线衍射研究证实了前两者提出的DNA的模型。,1962年,Watson、Crick,与Wilkins共享诺贝尔生理医学奖,DNA双螺旋模型的诞生背景,Watson&Crick建立双螺旋模型主要是受到4个方面的影响：,（1）1938年W.T.Astbury&Bell用x衍射技术研,究DNA。1947年拍摄了第一张DNA的衍射,照片，并推断DNA分子的结构是：,柱状；,多核苷酸是一叠扁平的核苷酸；,核酸残基取向和分子长轴垂直,间距为3.4。,（2）1951年Pauling和Corey运用化学的定律来推理，而不做具体的实验，建立了蛋白质的-螺旋模型；,（3）晶体学者美J.Donoh&Chargaff的指点。,（4）R.Franklin&Wilkins在1952年底拍得了DNA结晶X衍射照片。,1951年，,Pauling,提出了蛋白质的,-,螺旋,结构。,1962年，,Wilkins,、,Watson,和,Crick,共获诺贝尔化学奖。,1958年Crick提出中心法则。,中国科学院2001年硕士入学考试分子生物学试题:,何谓中心法则？如何基于该法则来解释生物形状的遗传和变异？（10分）,双螺旋模型特点：,(1)DNA分子由两条反向平行的多核苷酸链组成，形成右手双螺旋。,(2)两条链反向平行，即两条链的方向相反；,(3)糖一磷酸键是在双螺旋的外侧，碱基对与轴线垂直。,(4)糖与附着在糖上的碱基近于垂直。,(5)碱基配对时，必须一个是嘌呤，另一个是嘧啶。,(6)DNA双螺旋有大沟（major or wide groove）和小沟（minor or narrow groove）的存在。,5,3,3,5,a.DNA是自身复制的模板；,b.DNA通过转录作用将遗传信息传递给中间物质RNA；,c.RNA通过翻译作用将遗传信息表达成蛋白质。,中心法则揭示了遗传信息的传递方向，反映了DNA、RNA和蛋白质之间的相互关系。,1958年，Meselson 和Stahl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。,Stahl,Meselson,1959年，美籍西班牙裔科学家Uchoa和美国Kornberg发现了DNA和RNA的生物合成机理而分享了诺贝尔生理医学奖。,1961年，法国科学家Jacob（雅各布）,和Monod（莫诺）提出操纵子学说（第六章）,1965年获得诺贝尔生理医学奖,1968年，Nirenberg、Holley和Khorana解读了遗传密码及其在蛋白质合成方面的技能而分享诺贝尔生理医学奖。,3、发展阶段（1970年代以后）,1970年，Temin 和Baltimore在RNA肿瘤病毒中发现逆转录酶。,1975年，获诺贝尔生理医学奖,1977年，Sanger等人发明了一种测定DNA分子内核苷酸序列的方法（双脱氧链终止法，第十章）。,桑格(Sanger）,吉尔伯特(Gilbert）,伯格（Berg）,1980年，与Gilbert和Berg共享诺贝尔化学奖,Sanger还由于测定了牛胰岛素的一级结构而获得1958年诺贝尔化学奖。,1983年，美国遗传学家McClintoc因发现可移动的遗传因子而获得诺贝尔生理医学奖。,1983.,Barbara McClintock(86y),DNA transposable elememt,皇家卡罗林医学研究院,1989年Altman、Cech发现核酶（,Ribozyme,某些RNA具有酶的功能）获Nobel化学奖。,Kohler&Milstein,Monocloning antibody,Roberts&Sharp,Splitting gene,Mullis&Smith,PCR technique&gene mutation in locus,Gilman&,Rodball,G-protein as a signal molecular in cell,Lewis,&,Nusslein-Volhard,&,Wieschaus,Control gene of body developing in Drosophila,1997年，普鲁西纳朊病毒,prion,试题,什么是遗传学中心法则?为什么说朊病毒的发现是对此法则提出了挑战?(5分),北师大2000年硕士研究生生物化学试题,第一章 绪论,回顾所学知识点,分子生物学定义,分子生物学发展简史,分子生物学研究内容,分子生物学展望,四、分子生物学研究内容,DNA重组技术（基因工程）,基因的表达调控,生物大分子的结构和功能研究(结构分子生物学）,基因组、功能基因组与生物信息学研究,应用,DNA重组技术,1、可被用于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低的多肽,;,2、可用于定向改造某些生物的基因组结构;,3、可被用来进行基础研究,1972年,Boyer,获得第一个重组DNA分子,1972-Berg,Eco,RI recognition sites,phage DNA,Eco,RI cuts DNA into fragments,Sticky end,SV40 DNA,The two fragments stick together by base pairing,DNA ligase,Recombinant DNA,基因的表达调控,信号转导研究,转录因子研究,RAN剪接,生物大分子的结构和功能研究(结构分子生物学）,结构分子生物学就是研究生物大分子特定的空间结构以及结构的动态变化与其生物学功能的关系的科学，它包括结构的测定、结构动态变化规律的探索以及结构与功能的相互关系。,基因组、功能基因组与生物信息学研究,基因与基因组的结构与功能,基因的研究一直是影响整个生物学发展的主线，在不同的历史时期对基因的研究有不同的内容：,20世纪50年代以前,基因的染色体学内容,（细胞、染色体水平）；,20世纪50年代之后,基因的分子生物学阶段,（DNA大分子水平）；,近20多年来,基因的反向生物学阶段,：,直接从克隆目的基因出发研究基因的功能及其与表型的关系。在这个历程中，对基因与基因组的微细的、高级的结构与功能的研究始终是分子生物学研究内容中最基础、最重要的部分。,第一章 绪论,回顾所学知识点,分子生物学定义,分子生物学发展简史,分子生物学研究内容,分子生物学展望,五、分子生物学展望,21世纪是生命科学世纪，生物经济时代 结构基因组学、功能基因组学、蛋白质组学、生物信息学、,信号,跨膜转导成为新的热门领域。,基因工程的概念及发展概况,一、基因工程的概念,（一）基因工程技术,基因工程,（genetic engineering),也叫基因操作、遗传工程或重组DNA技术，它是一项将生物的某个基因通过载体运送到另一种生物的活细胞中，并使之无性繁殖（称为“克隆”）和行使正常功能（称为“表达”），从而创造生物新品种或新物种的遗传学技术。,（二）基因克隆和表达的操作步骤,1、基因克隆的操作步骤,分离目的基因（酶切消化或PCR扩增）；,重组DNA(目的基因+载体分子）；,将重组分子导入宿主细胞；,筛选出获得重组DNA分子的宿主细胞并克隆；,提取已得到扩增的目的基因，以供研究使用。,2、基因表达的操作步骤：,分离目的基因重组DNA导入宿主细胞表达,（三）基因工程的研究内容,1、基因工程克隆载体的研究,基因工程的发展与克隆载体的构建是密切相关的：最早构建和发展了原核生物的克隆载体，以致原核生物的基因工程首先得到迅速发展；随着Ti质粒衍生的克隆载体的构建，植物基因工程也随之迅速发展起来；动物病毒克隆载体的构建成功，使动物基因工程研究也有一定的进展。可以认为构建克隆载体是基因工程技术路线中的核心环节。目前，我们已经构建了数以千计的克隆载体，但是适合于高等动植物转基因的表达载体和定位整合载体还需大力发展。,、基因工程宿主系统的研究,基因工程的宿主与载体是一个系统的两个方面。,宿主是克隆载体的宿主。是外源目的基因的表达场所。,宿主可以是单个细胞，也可以是组织、器官、甚至是个体。,3、目的基因的研究,目的基因：,就是人们欲表达和欲开发的基因。,种 类：,1、与医药相关的基因；,2、抗病、虫害和恶劣环境的基因；,3、编码有特殊营养价值的蛋白质或多肽的基因。,4、基因工程新技术的研究,除了基因工程工具酶的研究外，同时发展了用于不同类型的宿主细胞的DNA转化方法和病毒转导方法。除常规PCR技术外,还发展了多种特殊的PCR技术：反转录PCR技术,免疫PCR技术,不对称PCR技术,定量PCR技术、重组PCR技术、加端PCR技术等。,