现代分子生物学第一章绪论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,级,*,二十一世纪是现代生物科学的世纪,统计美国“科学引文索引（,Science Citation Index,SCI,）”,收录的,6080,余种学术刊物，发现有,4000,种左右为生物科学相关杂志！（,2006,）,统计全世界引用指数（,Impact factor,）在,10,以上的超一流学术刊物，也发现,80%,左右是生物科学相关刊物。,Rank,Abbreviated Journal Title(linked to journal information),Total Cites,Impact Factor,1,CA-CANCER J CLIN,9801,94.262,2,ACTA CRYSTALLOGR A,13944,54.333,3,NEW ENGL J MED,227674,53.484,4,REV MOD PHYS,29868,51.695,5,ANNU REV IMMUNOL,16100,49.271,6,NAT REV MOL CELL BIO,26837,38.650,7,NAT REV CANCER,26727,37.178,8,NAT GENET,76301,36.377,9,NATURE,511145,36.101,10,NAT REV IMMUNOL,21080,35.196,2011年SCI期刊影响因子,考 核,考核方式考试,。,平时成绩（考查迟到、早退，课堂提问、讨论，遵守课堂纪律等方面）占10%，实验成绩占30%，期末考试成绩占60%。,朱玉贤 现代分子生物学，高等教育出版社,孙乃恩,分子遗传学，南京大学出版社。,阎隆飞 分子生物学，中国农业大学出版社，,李振刚 分子遗传学，科学出版社,沈羽非,真核基因表达调控,，,北京高等教育出版社,Lewin,B,Genes,Oxford University Press,Turner P.C.et al.Molecular Biology.科学出版社,Weaver R.Molecular Biology.科学出版社,参 考 书 目,2005年2月出版,198,2004年2月出版,260,课程讲授的内容介绍：,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、分子生物学研究方法(上)DNA、RNA及蛋白操作技术,6、分子生物学研究方法（下）基因功能研究技术,7、基因的表达与调控（上）原核,8、基因的表达与调控（下）真核,9、疾病与人类健康（癌症、病毒和基因治疗）,10、基因与发育,11、基因组与比较基因组学,第一章 绪论,1.1 引言,1.2 分子生物学简史,1.3 分子生物学研究内容,1.4 分子生物学展望,1.1,引言,1.1.1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,18311836年，以博物学家的身份，乘“贝格尔”号参加了,英国,派遣的环球航行,达尔文从小就喜欢观察各种小动物的习惯。,1.1.2 细胞学说（1847）,17世纪荷兰,Leeuwenhoek制作了第一架光学显微镜，观察到了“微动物”（animalcule）。,Hooke，第一次用“细胞”这个概念来形容组成软木的基本单元。,1.1.2 细胞学说（1847）,Schleiden,研究被子植物的胚囊,19世纪，德国的Schleiden和Schwann共同创立了生命科学的基础理论,细胞学说,。认为：细胞的发生和形成是生物学界普遍和永久的规律。,1.1.2 细胞学说（1847）,今天的细胞学和分子细胞学就是在这个基础上发展起来的。,Schwann,研究蛙类的胚胎组织,1.1.2 细胞学说（1847）,19世纪建立的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。,1.1.3 经典的生物化学和遗传学,19世纪中叶，植物细胞提取液得到蛋白质,实现了用酵母无细胞提取物和葡萄糖进行氧化反应，生成乙醇，证明化学物质转换并不需要完整的细胞而仅仅需要细胞中的某些成分。蛋白质是生活细胞中所有化学反应的执行者和催化剂。,Buchner,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）。Fisher还论证了连接相邻氨基酸的“肽键”的形成。,1.1.3 经典的生物化学和遗传学,细胞的其它成分，如脂类、糖类和核酸也相继在这一阶段被认识和纯化。当仍无法解释细胞内最重要的生命活动，,细,胞成分是如何进行世代相传的？,1.1.3 经典的生物化学和遗传学,孟德尔,Gregor Mendel（1822-1884）,奥地利科学家，经典遗传学的奠基人，发现并提出遗传学定律。,1.1.3 经典的生物化学和遗传学,1857-1864的7年中，进行了豌豆的杂交研究，1865 年发表了他的划时代的论文植物杂交试验，1884年逝世；1900年他的理论被重新发现。,在论文中提出了“,遗传因子,”的概念，并得出了两条规律：,a.,统一规律,：两种不同植物杂交时，它们的下一代可能与亲本之一完全相同。,b.,分离规律,：不同植物品种杂交后的F1代种子再进行杂交或自交时，下一代就会按照一定的比例发生分离，因而具有不同形式。,在孟德尔遗传学的基础上，美国著名的遗传学家Morgan用实验证明,基因学说，,又提出了,连锁遗传规律。,尽管基因学说得到普遍承认，但人们对基因的理解仍然是抽象的、概念的，缺乏准确的物质内容。,a.Avery 肺炎链球菌实验,b.噬菌体侵染细菌实验,1.1.4 DNA的发现,证明DNA就是遗传物质的,具有重要意义的实验,证明DNA是细菌的遗传物质.,Avery 肺炎链球菌实验,解剖死鼠，发现有大量活的,S,型细菌。他们推测，死细菌中的某一成分,转化源,(transforming principle,）,将无致病力的细菌转化成病原细菌。,10,年后的实验表明，,DNA,就是转化源。死细菌,DNA,指导了这一可遗传的转化，从而导致了小鼠死亡。,DNA是细菌的遗传物质,Avery等人的工作树立了遗传学理论上全新的观点DNA是遗传信息的载体。,美国冷泉港卡内基遗传学实验室科学家Hershey和他的学生Chase在1952年从事噬菌体侵染细菌的实验。,噬菌体专门寄生在细菌体内，其头、尾外部都是由蛋白质组成的外壳，头内主要是DNA。,DNA也是病毒的遗传物质,DNA到底是什么样的呢？,Avery在1944年的报告中这样写道：当溶液中酒精的体积达到9/10时，有纤维状物质析出；如稍加搅动，这种物质便会像棉线绕在线轴上一样绕在硬棒上，溶液中的其他成分则以颗粒状沉淀留在下面。溶解纤维状物质并重复沉淀数次，可提高其纯度。这一物质具有很强的生物学活性，初步实验证实它很可能就是DNA。,第一章 绪论,1.1 引言,1.2 分子生物学简史,1.3 分子生物学研究内容,1.4 分子生物学展望,分子生物学定义,(1)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；,(2)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。,1.2 分子生物学发展简史,以诺贝尔生理学或医学奖和化学奖作为纽带的分子生物学发展简史：,1910年，德国科学家Kossel第一个,分离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸,获诺贝尔生理医学奖。,1959年，美国科学家Uchoa第一次,合成了核糖核酸,，实现了将基因内的遗传信息通过RNA翻译成蛋白质的过程。,1959年，Kornberg实现了,试管内细菌细胞中DNA的复制,。,Watson和Crick所提出的脱氧核糖酸双螺旋模型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路。,Rosalind E.Franklin,1920-1958,1953,Watson&Crick,提出DNA的反向平行双螺旋模型;Wilkins通过对DNA分子的X射线衍射研究证实了该模型。,1,DNA,RNA,蛋白质,转录,翻译,复制,遗传信息传递的中心法则：,1958年 F.Crick,1961,年，法国科学家,Jacob,和,Monod,提出并证实了,操纵子（,operon,）,作为调节细菌细胞代谢的分子机制。他们还推测存在一种与,DNA,序列相互补、能将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所并翻译产生蛋白质的,mRNA,（,信使核糖核酸）。,对分子生物学的发展产生了极其重要的指导作用,1968年，Nirenberg，Holley和Khorana共享诺贝尔生理医学奖,Nirenberg,：,破译,DNA,遗传密码；,Holley,：,阐明了酵母丙氨酸,tRNA,的核苷酸序列，并证实了所有,tRNA,具有结构上的相似性；,Khorana,：,第一个合成了核酸分子，并且人工复制了酵母基因。,1972,年，,Paul Berg,（美）第一次进行了,DNA,重组。,1977,年，,Sanger,和,Gilbert,（英）第一次进行了,DNA,序列分析。,1980年，获诺贝尔化学奖,1983年，McClintock由于在50年代提出并发现了,可移动遗传因子,（jumping gene或称mobile element）而获得Nobel奖。,1975,年，美国人,Temin,、,Dulbecco,和,Baltimore,由于发现在,RNA,肿瘤病毒中存在以,RNA,为模板，逆转录生成,DNA,的,逆转录酶,而共享诺贝尔生理医学奖,;,1989,年，（美）,Altman,和,Cech,发现某些,RNA,具有酶的功能,而共享,Nobel,化学奖；,1993,年，英国科学家,Roberts,和,Sharp,因发现断裂基因（,introns,）而获得,Nobel,奖；,1993,年，（美）,Mullis,由于,发明,PCR,仪,而与加拿大学者,Smith,（第一个设计基因定点突变）共享,Nobel,化学奖。,1994,年Gilman,和,Rodbell,（,美）由于发现了,G,蛋白在细胞内信号转导中的作用,而分享,Nobel,生理医学奖；,1999,年，,Blobel,（,美）由于阐述了,蛋白质在细胞间的运转机制,而获,Nobel,生理医学奖；,2001,年，,Hartwell(,美,)Hunt&Nurse(,英,),因对,细胞周期调控因子,的研究分享,Nobel,生理医学奖,;,1997年，P,rusinaer发现,朊病毒（prion）,，获得诺贝尔生理学或医学奖。,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,2006,年,美国科学家Kornberg,由于在揭示,真核细胞转录机制,方面的杰出贡献获得诺贝尔化学奖。,美国科学家,Fire,和,Mello,由于在揭示控制遗传信息流动的基本机制,RNA,干扰,方面的杰出贡献而获得诺贝尔生理医学奖。,2009年的诺贝尔奖生理学奖或医学奖端粒酶,杰克绍斯塔克,（Jack W.Szostak）,卡罗尔格雷德,（Carol W.Greider）,伊丽莎白布赖克本,（Elizabeth H.Blackburn）,“携带基因信息的DNA线状长分子折叠压缩形成染色体，端粒就像一顶高帽子置于染色体头上。伊丽莎白-布莱克本和杰克-绍斯塔克发现端粒的一种独特DNA序列能保护染色体免于退化。卡罗尔-格雷德和伊丽莎白-布莱克本确定了端粒酶，端粒酶是形成端粒DNA的成分。这些发现解释了染色体的末端是如何受到端粒的保护的，而且端粒是由端粒酶形成的。”,“如果端粒缩短了，细胞就会老化。相反，如果端粒酶的活动显著，端粒长度也就能得以保持，并且细胞衰老也将延后。癌细胞就是一个例子，癌细胞被认为是具有永久生命力的。相反，某些特定的遗传疾病，会出现一些有缺陷的端粒酶这样的特征，导致损害细胞。,中心法则,1954年首次,提出的“中心法则”,1970-1980年,的“中心法则”,21世纪后修正的“中心法则”,Meselson,和,Stahl,（,1958,）关于,DNA,半保留复制,的实验,;,Yanofsky,和,Brener,（,1961,）年关于,遗传密码三联子,的设想都为分子生物学的发展做出了重大贡献。,第一章 绪论,1.1 引言,1.2 分子生物学简史,1.3 分子生物学研究内容,1.4 分子生物学展望,1.3 分子生物学主要研究内容,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,目的是将不同,DNA,片段按照人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。,DNA重组技术,通过DNA连接酶把不同的DNA片段连接成一个整体。a.DNA的粘性末端;b.DNA的平末端;c.化学合成的具有EcoRI粘性末端的DNA片段。,重组DNA操作过程示意图,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、可被用于进行基础研究。,DNA重组技术具有广阔的应用前景,基因表达调控研究,蛋白质分子控制了细胞的一切代谢活动，而决定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸分子编码。,基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译过程,基因表达调控研究的主要内容,信号转导研究,转录因子研究,RNA,剪接研究,信号转导研究,信号转导指外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状或其他细胞功能方面的应答过程信号转导之所以能引起细胞功能的改变，主要是由于信号最后活化了某些蛋白质分子，使之发生构型变化，从而直接作用于靶位点，打开或关闭某些基因。,转录因子研究,转录因子是一群能与基因,5,端上游特定序列专一结合，从而保证目的基因以特定的强度在特定的时间与空间表达的蛋白质分子。,RNA,剪辑,当真核基因转录成,pre-mRNA,后，除了在,5,端加帽及,3,端加多聚,A(poly(A),之外，还要切去隔开各个相邻编码区的内含子，使外显子相连后成为成熟,mRNA,。,生物大分子的结构功能研究(结构分子生物学),是研究生物大分子特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学,主要研究方向:,(1)结构的测定;,(2)结构运动变化规律的探索;,(3)结构与功能相互关系的建立。,研究三维结构的主要方法,X,射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学）,二维和多维核磁共振法液相结构,电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各种频谱学方法研究生物高分子的空间结构。,基因组、功能基因组与生物信息学,对人类等基因组全序列测序的完成，为确定基因对人类生长发育和疾病的预防治疗提供了一个前所未有的大舞台；,蛋白组计划（功能基因组计划）的提出和实施，将快速、高效、大规模鉴定基因的产物和功能；,生物信息学（Bioinformatics）,是在,生命科学,的研究中，以,计算机,为工具对生物信息进行储存、检索和分析的科学。它是当今生命科学和自然科学的重大前沿领域之一，同时也将是21世纪自然科学的核心领域之一。其研究重点主要体现在,基因组学,(Genomics)和蛋白学(Proteomics)两方面，具体说就是从核酸和蛋白质序列出发，分析序列中表达的结构功能的生物信息。,第一章 绪论,1.1 引言,1.2 分子生物学简史,1.3 分子生物学研究内容,1.4 分子生物学展望,1.4 分子生物学展望,21世纪是生命科学世纪，生物经济时代。,分子生物学、细胞生物学和神经生物学被认为是当代生物学研究的三大主题，分子生物学的全面渗透推动了细胞生物学和神经生物学的发展。,遗传学是分子生物学发展以来受影响最大的学科。,分类和进化研究是生物学中最古老的领域，它们同样由于分子生物学的渗透而获得了新生。,分子生物学还对发育生物学研究产生了巨大的影响。,分子生物学的发展解释了生命本质的高度有序性和一致性，是人类在认识论上的重大飞跃。,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,。,If you have any questions,dont hesitate to contact me:,E-mail:,liujing_1205,Office：,实验楼5层西头能源植物实验室,Coming soon:,Chapter 1:,Chromosome and DNA,