分子生物学本1-绪论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,考核方式,平时成绩：55%,1.作业 10%（缺一次扣2.5分）,2.考勤 10%（旷课一次扣2分，迟到一次扣1分）,3.课堂表现，回答问题 0（正确全面回答一次问题或发言2分，提问1分。其他情况酌情给分。违纪酌情扣分）,4.课程网站访问 5%（,e-0（据资料的全面，PPT制作，深度与见地，讲述大方，清楚，脱稿等方面评分）,期末考成绩：45%,学校规定,以下情况取消考试资格：,作业未交,缺课课时（抽点次当次）,网上资源,专业网站,生物通,生物谷,丁香园,Nature,science,数据库,中国期刊网,Elsevier Sciencer,搜索引擎,Google,Baidu,你所知道的分子生物学？,内容？,做什么？,分子生物学发展史中的一些事件？,一、分子生物学定义与内容,定义：指对生物大分子结构和功能的研究,广义：蛋白质、酶、核酸,狭义：核酸（基因）,分子生物学的相关学科：,1.生物化学,生物化学是分子生物学的基础，学好生化便于分子生物学的基本原理和方法的理解。,2.微生物学,作为分子生物学研究的模型生物 分子生物学操作的一部分（基因扩增、克隆、表达）,3.遗传学,研究生物的遗传及变异规律，遗传变异的本质DNA,4.细胞生物学,细胞是生命的基本功能单位，基因功能必须通过细胞来表现，离开细胞，就没有生命。,研究内容：,DNA重组技术,生物大分子的结构功能研究,基因组、功能基因组与生物信息学研究,基因表达调控研究,目标：了解生命本质，揭示生命运动的规律,研究内容之二：,基因表达调控机理（一）,分子遗传学基本理论建立者,Jacob,和,Monod,最早提出的操纵子学说,打开了人类认识基因表达调控的窗口,在分子遗传学基本理论建立的60年代，人们主要认识了原核生物基因表达调控的一些规律,大肠杆菌乳糖操纵子调控示意图,操纵子调控模型,研究内容之二：,基因表达调控机理（二）,70年代以后，才逐渐认识了真核基因组结构和调控的复杂性,1977年，最先发现猴SV,40,和腺病毒中编码蛋白质的基因序列是不连续的,这种基因内部的间隔区（内含子）在真核基因组中是普遍存在的，揭开了认识真核基因组结构和调控的序幕,研究内容之二：,基因表达调控机理（三）,80-90年代，人们逐步认识到真核基因的表达调控方式：,顺式调控元件（cis acting element）,反式作用因子（trans acting factor）,核酸与蛋白质间的分子识别与相互作用是基因表达调控根本所在,TranscriptionFactor,研究内容之三：,结构分子生物学,生物的功能由结构所决定,生物大分子的生物活性依赖于其特定的空间结构（三维立体结构）,核酸分子结构阈（domain）本身的结构特点和形态及其所处的大分子的空间结构形态将直接影响其功能的发挥,蛋白质的空间结构对其功能的影响更为直接,蛋白质的空间结构与功能的关系的研究是结构分子生物学研究的主体,研究内容之四：,基因组研究的发展（一）,目前分子生物学已经从研究单个基因发展到研究生物整个基因组的结构与功能,1977年，Sanger测定了X174-DNA全部5375个核苷酸的序列；,1978年，Fiers等测出SV40 DNA全部5224对碱基序列,研究内容之四：,基因组研究的发展（二）,80年代，噬菌体DNA序列全部测出（48,502 bp）,一些小的病毒包括乙型肝炎病毒、艾滋病毒等基因组的全序列也陆续被测定,1996年底，测出了大肠杆菌基因组DNA的全序列4,10,6,bp）,测定一个生物基因组核酸的全序列无疑对理解这一生物的生命信息及其功能有极大的意义,E.coli genome,研究内容之四：,基因组研究的发展（三）,1990年，人类基因组计划（Human Genome Project，HGP）开始实施，这是生命科学领域有史以来全球性最庞大的研究计划,2001年2月，人类基因组（3.16,10,9,bp）全部DNA序列已完成,后基因组（post-genome）计划、已经启动,研究内容之四：,基因组研究,人类基因组,水稻基因组,细菌基因组,其它模式生物基因组,研究内容之四：,基因组研究,人类基因组计划（human genome project,HG）,是人类认识自我的伟大科学工程,1990年首先在美国启动，英国、法国、德国、日本、中国（1999年）等国家先后加入了人类基因组计划的,大规模测序,的国际合作,2000年5月9日，,国际人类基因组研究组宣布完成了第一阶段工作,（,人类基因组序列“工作框架图”的构建）,原定：2005年完成，实际：2001年完成,大规模测序,中国：,与人类基因组计划（一）,1987年，国家高新技术发展计划（863 计划）开始就注意资助研究基因组的有关技术,1994年，中华民族基因组若干位点基因结构的研究重大项目由国家自然科学基金委员会、863 计划和国家重点基础研究计划（973）所共同资助，标志着我国的人类基因组计划正式启动,中国：,与人类基因组计划（二）,1998年8月，中科院遗传研究所人类基因组中心在京成立；随后，国家人类基因组南方和北方研究中心相继成立,1999年7月，我国在国际人类基因组HGSI 注册,1999年9月，我国科学家应邀出席在英国剑桥召开的第五次人类基因组大规模测序战略研讨会，商定我们的“包干区域”,中国：,与人类基因组计划（三）,中科院遗传所人类基因组中心,国家人类基因组研究南方中心,国家人类基因组研究北方中心,共同承担了国际人类基因组大规模测序任务的 1%，即,3 号染色体,短臂从D3S3610至端粒的,30Mb,区域上3000万个碱基对的测序任务,中国：,与人类基因组计划（四）,2000年4月，我国完成了1%人类基因组测序“工作框架图”（覆盖率90%）的构建,我国人类基因组测序与世界同步进入了第二阶段：,完全解析人类基因组 30 亿 碱基的顺序，制作出一张“完整序列图”，把人类基因组整体序列的准确率提高到 99.99%,陈竺,中科院院士,国家人类基因组南方研究中心主任,我国科学界共同努力组织了一批高水平的医学中心和遗传学领域内的国家和部门重点实验室，建立了全国性的遗传资源收集、保存网络，引进和建立了包括遗传和物理作图、大规模 DNA 测序、基因定位、克隆、突变检测和生物信息学等在内的较完整的基因组研究体系，同时也获得了一批重要研究成果。特别是承担并完成国际 1%人类基因组测序任务，这一事件向世界表明，作为参与该任务的唯一的发展中国家，我国人类基因组大规模测序工作已经开始，并具有相当的实力,杨焕明,教授，中科院人类基因组中心主任 华大基因组研究中心主任,不要小看这 1%，它代表着中国科学家在未来的基因工程产业中占有一席之地。在这个划时代的里程碑上，已经刻上了中国人的名字。通过参与这一计划，我们可以分享数据、资源、技术与发言权，最终来开发我国自己的基因资源。,上课内容,1.绪论,2.染色体及DNA结构,3.基因及基因组学的特征,4.DNA的复制与修复,5.生物信息的传递,6.基因的表达与调控,7.疾病与人类健康,8.基因与发育,9.分子生物学研究方法,分子生物学发展史,准备和酝酿阶段,(,19世纪后期到20世纪50年代初),现代分子生物学的建立和发展阶段,（50年代初到70年代初）,初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段,（70年代 ）,生物,生物,*,1952年，Hershey-Chase噬菌体实验,肺炎双球菌感染小老鼠实验,由图可以清楚的看出事先加熱殺死的S型菌+活的R型菌混合注射到老鼠体內，會使得老鼠死亡，這就代表著活著的R型菌已經转型变成S型菌了,体外实验的证据：Avery-McCarty实验,由上图可知，只有DNA可以使R型菌转型成為S型菌，所以DNA为遗传物质,Hershey-Chase实验：证明DNA是遗传物质的重要证据,噬菌体结构,DNA,双螺旋的发现,F.Crick J.Watson,50年代世界上研究DNA主要有3种类型,1,结构学派主要以伦敦皇家学院的威尔金斯和富兰克林（R.Franklin，1920-1958）为代表,2,生物化学学派则以美国加州理工学院的鲍林为代表,3,信息学派则以剑桥的沃森克里克为代表（严格地说沃,森更多的属于信息学派）。,结构学派主要是通过X-衍射弄清DNA的分子结构；生化学派则研究DNA，研究生物大分子在细胞代谢和遗传中如何相互影响及其化学构成；信息学派则研究信息如何在机体世代间传递及信息如何被翻译成特定的生物分子。,沃森1928年生于美国芝加哥，少年时期聪颖勤奋，学习成绩优秀。16岁中学毕业升大学，不幸未被哈佛大学和加州理工学院录取，只能进入印第安纳州立大学。他开始学动物学，并对鸟类极感兴趣，1947年参加了密执安大学高级鸟类和植物系统学习班。,据大学时他的胚胎学和无脊椎,动物学老师韦斯(P.Weiss)回忆：“,他从来不作笔记,但在课程结束时，,他的成绩在班上总是名列前茅。”,沃森偶然读到薛定锷(E.Schrodinger,1887-1961)著名的小册子生命是什么？后，进入分子病毒学家卢里亚(S.E.Luria,1912-)教授的实验室，因为萌发“发现基因的秘密”的想法。,卢里亚和德布吕克(M.Deblbruck,1906-1981)猜想，“假定病毒是一些分子，那么要实现基因复制，研究病毒复制看来是关键性的”，所以正在从事噬菌体的研究。1942年赫希尔(A.D.Hershey,1908-)也参加了进去，组成了有名的“噬菌体研究小组”。,沃森当时求学的系主任是穆勒(H.J.Muller,1890-1967)教授，摩尔根门下的杰出学生、诺贝尔奖得主，曾用X射线诱发果蝇基因突变而大鼎鼎。因为沃森具有很强的独立思考能力与科学鉴别力，他没有师从穆勒，去作果蝇的研究，“果蝇的黄金时代已经过去了，相反许多最优秀的比较年轻的遗传学家都在从事微生物的研究”。,聆听德布吕克和卢里亚畅谈通过噬菌体研究去捕捉遗传信息的目标和方法，沃森完全被这种思想“钩住了”。1948年夏他赴冷泉港参加了噬菌体的暑假学校；22岁时他以X射线对噬菌体产生突变的影响研究获得博士学位。,1944年 艾弗里（O.T.Avery，1872-1955）等人发表了的关于“转化因子”的重要论文（证明,肺炎双球菌转化实验,中的,DNA是遗传物质）。沃森的导师卢里亚有天才的的直觉“DNA闻起来象遗传物质”，所以强烈意识到“进一步实验将表明一切基因都由DNA组成”，而了解DNA的化学结构可能是了解基因如何复制的关键一步。为了进一步揭示DNA的结构与复制基因的关系，他被送往丹麦哥本哈根去进修生物化学。,然而到那里以后，他发现该地的研究目标不明确、任务泛泛很难做出成绩。,1951年5月，他赴意大利参加生物学讨论会，听到了英国生物物理学家威尔金斯（M.H.F.Wilkins，1916-）关于DNA的X-衍射报告，第一次看到了DNA结晶的衍射照片，又得知英国剑桥大学卡文迪许实验室正在做蛋白质结构的X-衍射分析，便决定赶赴英国生物科学中心去闯一闯。正是这种抱负和学术上的独立判断能力，以及求新的思想，促使沃森敢于去叩开世界科学殿堂的大门。,克里克1916年生于英国北安普敦（Northampton）一个富有的靴鞋资本家的家庭。1934年中学毕业时数学物理成绩都名列前茅。由于他对科学的偏爱，对其他事物兴趣淡漠，家人称他为“胡桃荚”，比喻他兴趣狭窄。1937年，他又以优异的成绩毕业于伦敦大学物理系，开始在安德雷德教授（E.N.Andrade）指导下作博士论文。,二次大战爆发，克里克进入英军海军部，研究侦破和破坏德军水雷的电路系统，因工作受到赏识，战后仍留在海军部工作。,一次偶然的机会，他读到薛定锷的生命是什么？，书中提到研究生物现象可能会导致新物理学定律的发现。他受到极大的鼓舞，书中留给他最深的印象是“对生物学的基本问题可以用物理和化学的概念，以精确的措词进行思考”，“伟大的东西就藏在屋角旮旯里”。,他决心到陌生领域去闯荡一番。他认为当时的伟大东西之一就是贝尔纳（J.D.Bernall，1901-1971）新近作出的蛋白质和核酸的X射线结晶学研究。1946年他申请去伦敦贝尔拜克学院从师贝尔纳，但被拒绝了。最后靠英国医药研究会的资助在剑桥大学“奇妙方法实验室”找到安身之处。,他在这里作了各种准备，两年后采取迂回的方法达到了目的，转入医学科学研究会的生物学小组，与佩鲁茨（M.F.Perutz，1914-）、肯德鲁（J.C.Kendrew，1917-）和布拉格（W.L.Bragg，1890-1971）合作研究血红蛋白和肌红蛋白的分子结构。,他毫无畏惧，披荆斩棘，从头学起，他自学了X-衍射学与生物学，读遍了有关课题的各类著作。他富有创见，一年之后接受了肯德鲁的意见，在剑桥开设了“多么狂热的追求”研究生提高课程。在课程中，他指出了肯德鲁、佩鲁茨和布拉格在X结晶学方面一直遵循的基本技术和模型有错误，指出血红蛋白分子要比他们根据现有资料设想的复杂的多。,已有的X-衍射方法无法精确表明蛋白分子的小纽结、短链、直链以及其他弯弯曲曲的多肽，所揭示的图像过于简化，许多地方失真。他指出：“这是目前结晶学的职业危险之一。在结晶学中，人们的确不能在短期内得到结果，那些在这方面工作的人有点儿倾向于欺骗自己，他们死抱住一种想法和解释，除非某个人在那儿给他们猛击一掌，否则他们将继续沿着这条路走下去。我认为，这就是我到卡文迪许实验室后这门科学的状况。”,克里克对血红蛋白的帽盒模型大胆提出了异议，无疑太岁头上动土！布拉格是开辟X结晶衍射的鼻祖之一，又是诺贝尔奖的最年轻获得者，还是他的导师，他这样做势必造成关系紧张。克里克不管这些，他以初生牛犊不怕虎的精神，他针对血红蛋白结构的复杂性，采用多种途径进行试验，打破了卡文迪许生物小组思考生物分子结构的一些旧思路，推进了生物大分子X-衍射的研究。,克里克勤于思考，有极优秀的科学判断能力及富于创造性的实践能力，对权威敢于提出挑战，佩鲁茨称赞他“具有一个异常清醒的分析头脑和迅速掌握任何问题本质的才能”。他30多岁了，还完全没有集中到博士论文上来，他孜孜不倦地去追求新的科学、新的创造。,沃森在1951年12月给德布吕克的信中，称克里克“无疑是我曾与之合作过的人中最生气勃勃的一个，而且极接近我曾见过的鲍林（L.C.Pauling，1901-），事实上他看上去很象鲍林。他从未停止过谈论或思考”。共同的理想，共同的思路把这两个国籍不同、背景有别、年龄悬殊、性格各异、专业径庭的人紧紧连系在一起，向20世纪生物学的高峰发动了冲击。,1951年沃森到卡文迪许实验室遇到了克里克。他们两人性格完全相左，克里克性格开朗，大声说笑，谈论科学问题滔滔不绝，沃森则孤独文静，腼腆内向，遇事不轻易开口。但是克里克富于独立思考，敢于向权威挑战的精神一下子就吸引了沃森，再加上两人都受到薛定锷的影响，向往探索遗传信息的秘密，都认为DNA的分子结构与功能可能是揭示这个密码的关键，克里克也认为沃森是所“遇到的以同我一样方式思考生物学问题的第一人”。,无论威尔金斯、富兰克林，还是鲍林，当时都已经是经验丰富、学有成就的学者了。沃森、克里克没有任何优势，然而他们后来居上，在18个月时间内创造了DNA大分子的双螺旋模型，完成了本世纪生物学中最伟大的发现。他们是怎样迅速取得这个划时代的突破而成为科学殿堂中的佼佼者呢？,生物,生物,生物,生物,生物,生物,生物,生物,生物,生物,生物,生物,