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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,*,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。谢谢,当代分子生物学,朱玉贤 李毅 编,第1页,第一章 绪论,第2页,一、分子生物学产生及概念,二、分子生物学发展历程,三、分子生物学实际应用现实状况和展望,四、基因概念演变与发展,附注：课程说明及参考书目,第3页,一、分子生物学概念,1、,历史背景：生物学发展经历了一个漫长研究历程,（1）进化论确实立,生命是怎样起源？,？,为何“有其父必有其子”,动、植物个体是怎样由一个受精卵发育而来？,第4页,19世纪初叶以前 宗教或迷信基督教 上帝,1859 Charles Darwin （英）,物种起源,“,进化论”生物科学史上最伟大创举,“贝格尔号”历时五年,达尔文学说,（2）细胞学说确实立,1702 Leeuwenhoek（荷兰）,自制显微镜观察到雨水中“微生物”,同时代Hooke 用,“细胞”,来形容软木最基本单元,第5页,1847,Schleiden,和,Schwann,（德 动、植物）,建立了“细胞学说”内容,成为,Cytology、Molecular Cell Biology,基础,（3）遗传学发展,Gregor Mendel,（奥）经典遗传学创始人,豌豆后代性状有一定分离规律,独立分离规律 “遗传因子”,（3：1 9：3：3：1）,1865,植物杂交试验,1900,“遗传学奠基人”,第6页,基因学说提出,（4）生物化学发展,从开始就执行着双重使命,分析细胞组成成份,搞清这些物质与细胞内生命现象联络,1920,世纪,20,种氨基酸 肽键,脂类、糖类和,核酸,20,世纪初,Morgon,及其助手（美）果蝇,第一次将代表某一特定性状基因同某一特定染色,体联络起来连锁遗传规律,种质必须由独立要素组成遗传因子,或,基因,第7页,2、分子生物学兴起,1953 Watson Crick,DNA Double Helix Model,解释了基因两个基本属性,基因自我复制能力,基因控制形状表示能力,从此,核酸分子生物学得到了异乎寻常发展,广义分子生物学：,蛋白质及核酸等生物大分子结构和功效,研究都属于分子生物学范围，即从分,子水平说明生命现象和生物学规律,及随即 Crick提出,Central Dogma 中心法则,第8页,狭义分子生物学：,偏重于核酸（基因）分子生物学，,主要研究基因或DNA复制、转录、,表示和调控等过程，当然也包括与这,些过程相关蛋白质和酶结构与功,能研究,基因分子生物学,Molecular Biology,第9页,Molecular biology,seeks to explain the relationships between the structure and function of biological molecules and how these relationships contribute to the operation and control of biochemical processes.,-,Turner et al,.,What is Molecular Biology?,Molecular biology,is the study of genes and their activities at the molecular level,including transcription,translation,DNA replication,recombination and translocation.,-,Robert Weaver,第10页,3、分子生物学三大标准,*组成生物大分子单体是相同,共同核酸语言 共同蛋白质语言,*生物遗传信息表示,中心法则,相同,DNA,RNA,polypeptides,protein,character,*生物大分子单体排列（核苷酸、氨基酸）不一样,不一样高级结构、不一样生物大分子之间互作,不一样物种特征,第11页,4、分子生物学研究三大领域,*基因分子生物学：基因概念、结构、复制、,表示,、重组、交换,（狭义分子生物学）,*结构生物学：,生物大分子结构与功效,生物大分子之间互作,DNA蛋白质,激素和受体,酶和底物,*生物技术理论与应用,基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、,蛋白质工程,第12页,二、分子生物学发展简史,1、,DNA,发觉,*,1928 Griffith,（英）,肺炎链球菌,（Pneumococcus）,S型,R型,结论：抽提液中含有一个转化因子,第13页,*转化因子证实,1944 Avery,（美 微生物学家）,从S抽提液纯化转化因子,所以：,Avery,是首先用试验证实基因化学本质就是,DNA,科学家,第14页,*,1952,D.Hershery,和,M.Chase,再,次用噬菌体标,记试验证实了,DNA是遗传物质,本质,第15页,2、主要机制发觉,*,1949 Chargaff,测定出不一样起源,A、T、G、C,四种核酸碱基,*,1950 Chargaff Markham A=T G=C,*,1953 Watson Crick,DNA Double Helix Model,伴随DNA双螺旋结构提出和蛋白质空间结构解析开始了,分子生物课时代,今后对,遗传信息载体DNA和生物功效表达者蛋白质,研究研究也成为生命科学研究主要内容,第16页,3、发展历程,分子生物学中重大成就与突破者,Nobel Prize,取得者,组成了分子生物学发展主要内容,里程碑,1910 A.Kossel（德）,蛋白质、细胞及细胞核化学,研究（,首先分离到,A、T,和组氨酸,）,第17页,1958,（美）,Beadle&Tatum,（美）,One gene-one enzyme,红色面包霉突变体,George Wells Beadle,Edward Lawrie Tatum,Joshua Lederberg,Frederick Sanger,Joshua Lederberg,Phage transduction,Frederick Sanger,测定了牛胰岛素结构,第18页,1959 Ochoa,(美籍西班牙裔),Kornberg,（美）,Severo Ochoa,Arthur Kornberg,细菌多核苷酸磷酸化酶，成功地合,成了RNA，基因（DNA）RNA蛋白质,实现了DNA分子在试管内（细菌无细,胞提取液）复制,第19页,1962 Watson,（美）,Crick,（英）,Wilkins,（新西兰）,经过对DNA分子X射线衍射研究证实了,DNA Double Helix Model,其中 Crick于1954年提出了中心法则,第20页,1962 Kendrew Perutz,（英国）,John C.Kendrew,Max F.Perutz,测定了肌红蛋白及血红蛋白高级结构（三级）,成为硕士物大分子结构先驱,第21页,1965 Jacob Monod,（法国）,Francis Jacob,Jacques Monod,提出并证实了,Operon,作为调整细菌细,胞代谢分子机制,首次提出mRNA分子存在,另外，,1953,年，,Zamecnik,发觉蛋白质合成场所是核糖体（,无细胞系统 放射性同位素标识氨基酸,）,第22页,1969 Nirenberg,（美）,Holly Khorana,Marshall W.Nirenberg,Har Gobind Khorana,Robert W.Holley,破译了遗传密码,酵母Ala-tRNA核苷酸序列并证实了全部tRNA三级结构相同性,第一个合成了核酸分子，并人工复制了酵母基因,第23页,1975 Temin&Baltimore,(美),Howard M.Temin,David Baltimore,发觉了逆转录酶（RNA肿瘤病毒中，以RNA为模板，逆转录生成DNA）,第24页,Frederick Sanger,Walter Gilbert,Paul Berg,1980,Sanger（英）Gilbert&Berg（英）,酶法核苷酸测序设计者,测定了牛胰岛素化学结构而获,1958,年,Nobel,化学奖,化学测序法设计者,DNA重组，在细菌中表,达胰岛素,DNA重组技术元老,第25页,1984 Kohler,（德）,Milstein,（美）,Jerne,（丹麦）,Georges J.F.Kohler,Cesar Milstein,Niels K.Jerne,发展了单克隆抗体(,Mono,clonal Antibodies McAb)技术，完善了极微量蛋白质检测技术,第26页,1988 McClintock,(美),可移动遗传因子,（jumping gene or,mobile element）,Barbara McClintock,50年代初发觉,88年获奖,第27页,1989 Altman Cech,（美）,核酶即核糖核酸质酶,（Ribozyme）,发觉者（即一些RNA含有酶功效）,Sidney Altman,Thomas R.Cech,第28页,1989 BishopVarmus,（美）正常细胞一样带有原癌基因,1993 Roberts Sharp,（美）断裂基因,（splitting gene）,Mullis,（美）,PCR,仪创造者,Smith,基因定点突变,1994 Gilman Rodbell,发觉G蛋白在细胞信号传导中作用,1995 Lewis,（美）、,NussleinVolhard,（德）、,Wieschaus,（美）,20世纪4070年代先后独立判定了控制果蝇（,Drosophila,）,体节发育基因,第29页,三、分子生物学实际应用现实状况和展望,促进了以基因工程为关键生物技术发展，从而,影响经济发展很多领域,1、农业方面,生物品种改良速度更加快、目标更准确，甚至创造,新物种,转基因动物猪、牛、羊、鱼等,植物抗虫棉（Bt毒素蛋白基因）、,耐贮藏番茄等,第30页,2、医药方面,利用重组DNA产生工程菌来大量高效地合成人体,活性多肽（疾病诊疗、预防和治疗），,基因工程疫苗（细菌疫苗、病毒疫苗、寄生虫疫苗）,以及正在研制癌症疫苗,第31页,3、工业方面,*酶制剂工业用酶生产、酶定向改造,第32页,*环境保护工业上：工程菌 提升降解效率,扩大可降解污染物种类,第33页,*化学与能源工业上：,重组DNA技术生产丁醇，及用基因工程技术改进微生,物发酵生产丙酮、酒精、醋酸等转化效率,基因工程修饰过淀粉及重组DNA技术生产酒精等石,油替换品,*食品工业上：谷氨酸、调味剂、酒类和油类,例：不含软脂酸大豆色拉油,生物技术必将在世界人口问题、疾病问题、人寿命问题、营,养保健问题、农业连续发展问题、资源再利用问题、大气污染问,题、世界公害问题、洁净新能源问题等各方面问题处理中起重,要作用,第34页,生物大分子高级三维结构与功效统一,生物大分子之间互作 基因社会学,(Nature 杂志94年增设 Natural developing biology分册),基因表示，基因互作,器官发生,胚胎形成,个体发育,结构生物学（Structural Biology）,分子发育生物学（Molecular Developing Biology）,4、分子生物学发展造成未来生物学新热点及领域,PCD（program cell death）细胞凋亡,第35页,个体,细胞,分子,还原论,整体论,细胞中定位,细胞分化,神经基质,神经通道,信息传递,大分子克隆,一级结构分析,三维结构重建,思维,感情,记忆,科学解释,脑科学 +计算机,智能革命,分子细胞生物学(Molecular Cell Biology),分子神经生物学（Molecular Neurobiology）,第36页,1986.,Friend,RB1第一个抑制癌基因被克隆,(Tumor Suppressor gene),11个抑癌基因被证实,（P53,P21,ERBA,WT1,NF1 等）,1975.,Bishop M,.,Src(Sarcoma肉瘤),癌基因证实,分子肿瘤学（Molecular Tumorology）,第37页,人类基因组计划（HGP）,遗传图,物理图,序列图,表示图,基因定位,基因克隆,基因转移,基因分子生物学,比较基因组研究,水稻等作物基因组计划,猪，牛等家畜基因组计划,中心法则深入研究与发展-基因组学（Genomics),第38页,Comparative genomics,(molecular marker),(DNA sequence),进化理论研究 同源基因克隆,第39页,人与大鼠基因90%是相同,第40页,SARS基因组研究：,加拿大、美国、中国科学家分别完成SARS病毒全基因组测序，长度约为3万碱基。,4月12日，4月14日，4月16日,第41页,Characterization of a Novel Coronavirus Associated with Severe Acute Respiratory Syndrome,Paul A.Rota,M.Steven Oberste,Stephan S.Monroe,W.Allan Nix,Ray Campagnoli,Joseph P.Icenogle,Silvia Pearanda,Bettina Bankamp,Kaija Maher,Min-hsin Chen,Suxiong Tong,Azaibi Tamin,Luis Lowe,Michael Frace,Joseph L.DeRisi,Qi Chen,David Wang,Dean D.Erdman,Teresa C.T.Peret,Cara Burns,Thomas G.Ksiazek,Pierre E.Rollin,Anthony Sanchez,Stephanie Liffick,Brian Holloway,Josef Limor,Karen McCaustland,Melissa Olsen-Rasmussen,Ron Fouchier,Stephan Gnther,Albert D.M.E.Osterhaus,Christian Drosten,Mark A.Pallansch,Larry J.Anderson,and William J.Bellini,Science,300:1394-1399.(in Research Articles),Abstract,Full Text,The Genome Sequence of the SARS-Associated Coronavirus,Marco A.Marra,Steven J.M.Jones,Caroline R.Astell,Robert A.Holt,Angela Brooks-Wilson,Yaron S.N.Butterfield,Jaswinder Khattra,Jennifer K.Asano,Sarah A.Barber,Susanna YChan,Alison Cloutier,Shaun M.Coughlin,Doug Freeman,Noreen Girn,Obi L.Griffith,Stephen R.Leach,Michael Mayo,Helen McDonald,Stephen B.Montgomery,Pawan K.Pandoh,Anca S.Petrescu,A.Gordon Robertson,Jacqueline E.Schein,Asim Siddiqui,Duane E.Smailus,Jeff M.Stott,George S.Yang,Francis Plummer,Anton AndonovHarvey Artsob,Nathalie Bastien,Kathy Bernard,Timothy F.Booth,Donnie Bowness,Martin Czub,Michael Drebot,Lisa Fernando,Ramon Flick,Michael Garbutt,Michael Gray,Allen Grolla,Steven Jones,Heinz Feldmann,Adrienne Meyers,Amin Kabani,Yan Li,Susan Normand,Ute Stroher,Graham A.Tipples,Shaun Tyler,Robert Vogrig,Diane Ward,Brynn Watson,Robert C.Brunham,Mel Krajden,Martin Petric,Danuta M.Skowronski,Chris Upton,and Rachel L.Roper,Science,300:1399-1404.(in Research Articles),Abstract,Full Text,同时发表冠状病毒测序文章,第42页,中科院北京基因组研究所发表测序文章（中国科学）,第43页,基因识别与判定,基因功效信息提取与证实,基因表示谱绘制(microarray),基因功效改变（基因敲出 knock out）,蛋白质水平上基因互作探测,功效基因组学,(Functional Genomics or postGenomics),第44页,蛋白质组（proteome）,一词，源于蛋白质（protein）与 基因组（genome）两个词杂合，意指,“一个基因组所表示全套蛋白质”,即包含一个细胞乃至一个生物所表示全部蛋白质。,蛋白质组研究不但能为生命活动规律提供物质基础，也能为众各种疾病机理说明及攻克提供理论依据和处理路径。经过对正常个体及病理个体间蛋白质组比较分析，我们能够找到一些“疾病特异性蛋白质分子”，它们可成为新药品设计分子靶点，或者也会为疾病早期诊疗提供分子标志。,Proteome,is the total number of proteins produced by,an organism.,第45页,SARS蛋白质组研究进展,第46页,S,N,M,E,酵母系统表示SARS蛋白或肽段,H4,29736,0,RNA polymerase A/B,101,102,1056,108,109,107,110,104,103,B6,B5,B3,B9,B10,35,36,37,38,B12,80,B1,B13,55,B8,B4,B7,H7,B14,3Cl-pro,RdRp,第47页,计算计语言,分辨，提取，分析，比较，预测生物信息,生物大分子结构与功效信息,生物信息学,(Bioinformatics),生物芯片 DNA芯片 蛋白质芯片,检测SARS病人,筛选药品,研究蛋白质与蛋白质、核酸及小分子物质相互作用,研究病人受体蛋白,SARS 病毒全蛋白组芯片制备及用途,第48页,四、基因概念演变与发展,1、早期基因概念（遗传认识）,a、融合遗传理论,Blending inheritance,母本体液,父本体液,子代含有父母双亲性状,b、取得性遗传（,Iheritance of acquired characters）,取得性状是由环境影响,新性状一旦取得，便能遗传给后代,第49页,c、遗传因子假说（,Hypothesis of the inherited factor,）,Mendel 1866,生物性状由遗传因子控制,亲代传给子代是遗传因子(A.a;B.b),遗传因子在体细胞内成双(AA.aa)，在生殖细胞内为单,杂合子后代体细胞内含有成双遗传因子,等位遗传因子独立分离，非等位遗传因子间自由组,合地分配到配子中,该假说彻地否定了泛生论、取得性遗传理论、融合遗传理论,第50页,d、代表遗传性状符号,基因（gene）,提出,1909,W.L.Johannsen（丹麦）,但并不代表物质实体，还没有包括到基因物质概念,2、经典基因概念（,Theory of the gene,）,1926 T.H.Morgan,1910年始做果蝇杂交试验，发觉“,连锁遗传规律,”,并概括提出“,基因论,”,基因是染色体上实体（第一次把基因和染色体联络起来）,基因象链珠（bead）一样，孤立地成线状排列在染色体上,第51页,基因是集功效、突变、交换三位一体最小、不可割基本单位,（Three in one）,3、基因概念发展,a、顺反子理论（Theory of cistron）,1955 S.Benzer,其主要理论基础：,“一个基因一个酶”假说 1941 Beadle&Tatum,红色面包酶 Ingram修正为“一个基因一条多肽”,对经典基因概念第一次主要修正与发展,基因化学本质就是DNA分子 1944 Avery.O.T,第52页,互补试验,Mut.T4 rII:rII107,rII105,rII51,rII47(400),T4,Phage,E.coli B E.coli k12,噬菌斑（Plaque）,W.t T4,Mut.T4 rII,白,小,边缘含糊,白,小,边缘含糊,大,园,边缘清楚,第53页,rII47,0,0,rII102,0,0,rII47,rII104,E.coli B,plane,E.coli B,印迹转移 plane,E.coli K12,Three,in one!,RII region,RII 47 104 101 103 105 106 51 102,重组分析,How many genes?,第54页,0,0,rII,47,rII,106,0,0,rII,106,rII,51,互补分析,plane,E.coli K12,recombination?!,功效互补,function complementary,rII,47,rII,106,rII,106,rII,51,difficult,繁殖,propagation,重组,recombination,Why?,How?,第55页,A b1,A b2,a1 B,A b2,相 依 为 命！,依据；One gene,one enzyme,Mutant,Wild type,无 能 为 力！,第56页,不一样,非等位基因,同一等位基因,功效互补效应,测验体系,含有,不含有,突变,位点,处于,杂合二倍体内，野生型基因对突变型等位基因，,能够发生功效赔偿.产生,功效互补效应,带有不一样突变位点噬菌体同时感染一个,E.coli,，构,成双突变杂合二倍体，组成,互补测验体系,，以测定,各突变位点所在基因,等位性,。,第57页,rII47 104 101 103 105 106 51 102,A gene,B gene,T4噬菌体r区域包含两个基因,rII of T4 phage including two genes,第58页,顺反子假说,（Theory of cistron）,Cistron,是基因同义词,Cistron,is the genetic unit defined by the,cis/transtest;equivalent to gene.,在一个顺反子内，有若干个交换单位 交换子（,recon,）,基因是一个含有特定功效，完整，不可分割,最小遗传单位,基因内能够较低频率发生基因内重组，交换,three in one one in one,第59页,pseudo alleles,(假基因)是基因内突变体,mut1 X mut2,W.t,是基因内发生交换结果,cistron,概念提出,是对经典基因概念动摇,是对,pseudo alleles概念,修正,b、等位基因,（Allele,Allomorph）,概念发展,位于一对同源染色体相同位置上控制某一性状不一样,形态基因,Allele同一,座位,存在两个以上,不一样状态,基因,其总和称,之为复等位基因（,multiple alleles,）（A,a1,a2.）,第60页,位点（site,）,Gene locus,Mut a1,Mut a2,W.t A,Mut a1,Mut a2,ATTC,T,GAGCT,ATTC,G,GAGCT,ATTC,A,GAGCT,ATTC,G,GAGCT,ATTC,A,GAGCT,(mut2),ATTC,A,GAGCT,ATTC,G,GAGCT,(mut1),全同等位基因,在同一基因座位,(,locus,),中，同一突变位点,（,site,）向不一样方向发生突变所形成等位基因,(,homoallele,),第61页,非全同等位基因,；在同一基因座位（,locus,）中，不一样突变位,点（,site,）发生突变所形成等位基因。(,heteroallele,),site,Gene locus,Mut a1,Mut a2,site,W.t A,Mut a1,Mut a2,ATTCTGAGCT,ATTC,G,GAGCT,ATTCTGAG,A,T,ATTC,G,GAGCT,ATTC,G,GAG,A,T,(mut),ATTCTGAG,A,T,ATTCTGAGCT,(W.t),第62页,one gene one function (,Ribozyme,Abzyme,rDNA,tDNA,.),o,ne gene one enzyme,Lac.Operon,诱导物,C、操纵子理论(,Lactose operon,1961.,Jacob,Monod,),基因功效表现是若干基因组成信息表示整体行为,I P O Z Y A,z,one gene one peptide,y,a,第63页,可转录、可翻译（transcriptable,translatable,gene,Z,Y,A,),可转录但不翻译(transcriptable but nontranslatable,gene,tDNA,rDNA,),不转录、不翻译(nontranscriptable,nontranslatable,gene,)promoter,operator,),基因类型,Gene(cistron),is the segment of DNA involved in producing,a polypeptide chain as well as a functional RNA,第64页,cis action factor,Affects the activity only of DNA sequences on its own,molecular of DNA,this property usually implies that,the factor does not code for protein,经过核苷酸本身特异二级结构控制与它紧密连锁结构基因表示，,普通不编码蛋白质。(无基因产物DNA功效区),第65页,trans action factor,Affects the activity of any gene located on genome by its translated product.,经过扩散本身表示产物（酶，调整蛋白）控制其它基因表示,可转录，可翻译调整蛋白DNA功效区,可经过互补测验体系确定其功效区域,第66页,d、新发觉,概念,断裂基因、,重合基因、,跳跃基因,主要参考书目：,孙乃恩等.,分子遗传学,南京大学出版社.1990,第67页,张玉静等.,分子遗传学,科学出版社.,第68页,朱玉贤等.,当代分子生物学,科学出版社.,第69页,Robert F.Weaver,Molecular Biology,科学出版社 影印版,第70页,Lewin.B.Gene Oxford University Press 1999,Turner.PC et al 分子生物学精要速览影印版.,科学出版社,第71页,第72页,复习题,1、名词,广义分子生物学 狭义分子生物学 复等位基因,全同等位基因 非全同等位基因,2、问答题,列举510位获诺贝尔奖科学家，简明说明其贡献,一个基因一个酶说法是否准确,为何,？,简明回顾人类对基因研究与认识过程并依据你看法,给基因下一个定义,顺反子理论提出者是谁？该理论对基因概念发展有,何贡献,第73页,