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1、主讲人：薛 慧 良主要参考书目：分子生物学分子生物学 阎隆飞主编阎隆飞主编 中国农业大学出版社中国农业大学出版社 1997现代分子生物学（第现代分子生物学（第1版）版）朱玉贤、李毅朱玉贤、李毅 编著编著 高等教高等教 育出版社育出版社 1997现代分子生物学（第现代分子生物学（第2版）版）朱玉贤、李毅朱玉贤、李毅 编著编著 高等教高等教 育出版社育出版社 2002生物化学与分子生物学高级教程生物化学与分子生物学高级教程 周虹主编周虹主编 科学出版科学出版 社出社出 版版 20021/18/20232第一章 绪论 一、分子生物学的基本含义 二、分子生物学的发展简史 三、分子生物学的主要研究内容四
2、、分子生物学的现状和展望1/18/20233一、分子生物学的基本含义 从广义来讲，分子生物学是从从广义来讲，分子生物学是从分子水平分子水平阐阐明生命现象和生物学规律的一门新兴的边缘学明生命现象和生物学规律的一门新兴的边缘学科。它主要对科。它主要对 蛋白质蛋白质及及核酸核酸等生物大分子结构等生物大分子结构和功能以及遗传信息的传递过程进行研究。和功能以及遗传信息的传递过程进行研究。1/18/20234 从狭义来讲，分子生物学的范畴偏重于从狭义来讲，分子生物学的范畴偏重于核酸核酸（或（或基因基因）的分子生物学，主要研究基）的分子生物学，主要研究基因或因或DNA的复制、转录、表达和调节控制等的复制、转
3、录、表达和调节控制等过程，当然其中也涉及与这些过程有关的蛋过程，当然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。白质和酶的结构与功能的研究。1/18/20235二、分子生物学的发展简史第一阶段：分子生物学发展的萌芽阶段 第二阶段：分子生物学的建立和发展阶段第三阶段：分子生物学的深入发展和应用阶段1/18/20236一、创世说与进化论一、创世说与进化论创世说创世说:上帝创造了亚当、夏娃，婚配产上帝创造了亚当、夏娃，婚配产生了人类。生了人类。进化论进化论：达尔文的：达尔文的物种起源物种起源，确立了，确立了进化论的观点。物竞天择，自然生存。进化论的观点。物竞天择，自然生存。第一阶段：分子
4、生物学发展的萌芽阶段1/18/20237二、细胞学说二、细胞学说17 世纪末，世纪末，荷兰籍显微镜学家荷兰籍显微镜学家Leeuwenhoek制制造了世界上第一台光学显微镜；造了世界上第一台光学显微镜；19世纪，德国世纪，德国植物学家植物学家Schleiden和和动物学家动物学家Schwann建立了细胞学说。动、植物的基本建立了细胞学说。动、植物的基本单元是细胞。单元是细胞。1/18/20238三、经典生物化学与遗传学三、经典生物化学与遗传学进化论进化论细胞学说细胞学说结合结合产生产生现代生物学现代生物学遗传学遗传学生物化学生物化学1/18/20239 1871年，瑞士医生Miescher从死的
5、白细胞核中分离出脱氧核糖核酸（DNA）；四、DNA的发现The discovery of DNA J.F.Miescher(1868)1/18/202310转化实验 1928年，Griffith做了脑炎链球菌转化实验，发现肺炎链球菌（Pneumococcus）的无毒菌株与其被杀死的有毒菌株混合，即变成致病菌株；1/18/202311 1944年，Avery等人发现从致病力强的光滑型（S型）肺炎提取的DNA能使致病力弱的粗糙型（R型）转化成S型。1/18/2023121952年，Hershey和Chase噬菌体浸染细菌的实验 1/18/2023131、DNA结构的研究1949年，Chargaff
6、规律：A=T,G=C；A+T/G+C 19501952年，Wilkins用X射线衍射技术测定了DNA纤维的结构，它的衍射图像表明DNA具有典型的螺旋结构，并且由两条以上的多核苷酸链构成；1953年，Pauling曾经提出DNA分子具有双股螺旋的设想；同年，Watson和Crick提出了DNA的双螺旋模型。第二阶段：分子生物学的建立和发展阶段1/18/202314WatsonCrickWilkinsX射线衍射双双螺螺旋旋结结构构1/18/202315James Watson and Francis Crick,and the model they built of the structure o
7、f DNA1/18/202316双链反向平行双链反向平行以以53为正方向，为正方向，从两端看结构相同从两端看结构相同。1/18/202317第二阶段：分子生物学的建立和发展阶段2、遗传信息传递中心法则的建立 1958年，Meselson与Stahl的实验证明，DNA复制时 DNA分子的两条链先行分开。他们用15N重同位素 及密度梯度超速离心证明了DNA的复制是一种半保 留复制。1956年，Kornber在大肠杆菌的无细胞提取液中实现 了DNA的合成，并从E.col中分离出DNA聚合酶；1/18/202318三种可能的方式：三种可能的方式：全保留复制全保留复制（conservative repl
8、ication）半保留复制半保留复制（semiconservative replication）弥散复制弥散复制（dispersive replication）DNA复制的半保留性复制的半保留性1/18/202319实验结果表明：实验结果表明：DNA复制是以复制是以半保半保留方式留方式进行的。进行的。母链中的全部置换母链中的全部置换为为 15N，然后让然后让E.coli在仅含有在仅含有 14N的的培养基上进行复制培养基上进行复制.(Meselson&Stahl,1958)1/18/2023201954年，Crick提出了中心法则 1/18/202321 1961年，Yanofsky和Brene
9、r提出了三联体（triplet）的设想，即三种碱基编码一种氨基酸；1963年，Nirenberg及Matthai的努力研究，编码氨基酸的遗传密码终于得到破译；1/18/2023221963年，年，Nirenberg发展了大肠杆菌无细胞蛋白质合成体系。发展了大肠杆菌无细胞蛋白质合成体系。ButIn vitro Poly(U)poly(Phe)peptide Poly(C)poly(Pro)peptide Poly(A)poly(Lys)peptide Poly(G)poly(Gly)peptidepoly(UCUCUC)poly(Ser-Leu-Ser-Leu)UCU/CUC Ser/Leu?密
10、码子的破译密码子的破译1/18/202323核糖体结合实验核糖体结合实验 核糖体结合试验核糖体结合试验破译密码子的核苷破译密码子的核苷酸顺序。酸顺序。人工合成的三核人工合成的三核苷酸与对应的氨酰苷酸与对应的氨酰-tRNA分子及核糖体分子及核糖体复合物可以保留在复合物可以保留在硝酸纤维膜上。硝酸纤维膜上。1/18/202324密码表1/18/202325 1953年，Zamecnik及其同事就开始在无细胞系统中利用放射性同位素标记的氨基酸研究蛋白质合成过程。1965年，法国科学家Jacob和Monod提出并证实了操纵子作为调节细菌细胞代谢的分子机 制，同时还首次提出了mRNA分子。1/18/20
11、2326 1970年,Smith从E.coli中分离出第一个能切割DNA的酶，由于它能在DNA核苷酸序列的专一位点上切割DNA分子，他将这种酶称为限制性酶（restrition enzyme）。1970年，Temin 和Baltimore首次分别发现反转录酶（reverse transcriptase），该酶以RNA为模板催化DNA的合成。1/18/202327 1972年Berg首次将用限制性内切酶切割的不同DNA片段用连接酶连接起来，并将这个重组的DNA分子有效地插入到细菌细胞中，重组的DNA进行繁殖，于是产生了重组DNA的克隆（Clone）。1/18/202328 1977年，Sange
12、r及Gilbert分别解决了DNA分子中碱基序列（DNA sequence）的复杂问题。Sanger采用的是酶法，Gilbert采用化学法。他们将DNA分子中碱基的序列准确地测定出来，使我们对基因甚至基因组的结构得到了解。1/18/202329中中 心心 法法 则则1/18/202330第三阶段：分子生物学的深入发展和应用阶段1、重组技术的建立和发展2、基因组研究的发展3、功能基因组研究的发展4、基因表达调控机理的研究1/18/202331三、分子生物学的主要研究内容q DNA重组技术q 基因表达调控研究q 生物大分子结构与功能的研究q 基因组、功能基因组与生物信息学研究1/18/202332
13、q DNA重组技术概念：DNA重组技术（又称基因工程）是将DNA片段或基因在体外经人工剪接后，按照人们的设计与克隆用载体定向连接起来，转入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。1/18/202333DNA重组技术的应用前景:1、可用于大量生产某些在正常细胞代谢过程中产量很低的多肽 2、DNA重组技术可以改变某些生物的基因组结构 3、DNA重组技术还被用来进行基础研究 1/18/202334q 基因表达调控研究q 信号转导是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、细胞形状或其它细胞功能方面的应答过程。q转录因子是指一群能与基因5端上
14、游特定序列专一结合，从而保证目的基因以特定强度在特定时间和空间表达的蛋白质分子。1/18/202335qRNA的选择性剪切是指所有基因中的内含子并不是一次全部切去，而是在不同的细胞或不同的发育阶段选择性剪切部分内含子，生成不同的mRNA及蛋白质分子。1/18/202336q 生物大分子结构与功能的研究 结构分子生物学就是研究生物大分子特定空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。研究三维结构及其运动规律的手段：1、X射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学）射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学）2、二维或多维核磁共振研究液相结构、二维或多维核磁共振研究液相结构3、电子衍射、中子衍射和各种频谱学
15、方法、电子衍射、中子衍射和各种频谱学方法1/18/202337q 基因组、功能基因组及生物信息学研究基因组：指某种生物单倍体染色体中所含有基因的总数，也就是包含个体生长、发育等一切生命活动所需的全部遗传信息的整套核酸。功能基因组：又称后基因组，是在基因组计划的基础上建立起来的，它主要研究基因及其所编码蛋白质的结构和功能，指导人们充分准确地利用这些基因的产物。1/18/202338生物信息学：是生物科学和信息科学重大交叉的前沿学科，它依靠计算机对所获得数据进行快速高效计算、统计分类以及生物大分子结构功能的预测。1/18/202339分子生物学分子生物学分子结构生物学分子结构生物学分子发育生物学分
16、子发育生物学分子神经生物学分子神经生物学分子育种学分子育种学分子肿瘤学分子肿瘤学分子细胞生物学分子细胞生物学分子免疫学分子免疫学分子病毒学分子病毒学分子生理学分子生理学分子考古学分子考古学分子遗传学分子遗传学分子数量遗传学分子数量遗传学分子生态学分子生态学分子进化学分子进化学.分子生物学的延伸分子生物学的延伸分子生物学已经渗透到生物学的几乎所有领域分子生物学已经渗透到生物学的几乎所有领域分子生物学已经成为生命科学领域的带头学科分子生物学已经成为生命科学领域的带头学科四、分子生物学的现状和展望1/18/202340本 章 要 点基本含义 广义狭义基因组研究的发展发展简史萌芽阶段：DNA是遗传物质
17、的证实建立和发展阶段深入发展和应用阶段DNA双螺旋模型中心法则的建立重组技术的建立和发展功能基因组研究的发展基因表达调控机理的研究1/18/202341分子生物学的现状和展望主要研究内容DNA重组技术基因表达调控研究生物大分子结构与功能的研究基因组、功能基因组与生物信息学研究1/18/202342DNA重组技术重组技术基因组基因组功能基因组功能基因组一、名词解释一、名词解释二、问答题二、问答题2、早期主要由哪些实验证实、早期主要由哪些实验证实DNA是遗传物质是遗传物质?写写出这些实验的主要步骤。出这些实验的主要步骤。3 3、试述试述“有其父必有其子有其父必有其子”的生物学本质？的生物学本质？4、简述孟德尔、摩尔根、和沃森等人对分子生物学、简述孟德尔、摩尔根、和沃森等人对分子生物学发展的主要贡献。发展的主要贡献。作 业1、简述分子生物学的基本含义。、简述分子生物学的基本含义。1/18/202343