現(xiàn)代分子生物學(xué)PPT課件

1、目 錄第一章 緒論第二章 染色體與DNA第三章 生物信息的傳遞 （上） 從DNA到RNA第四章 生物信息的傳遞 （下） 從mDNA到蛋白質(zhì)第五章 分子生物學(xué)研究法 （上） DNA、RNA及蛋白質(zhì)操作技術(shù)第1頁(yè)/共51頁(yè)第六章 分子生物學(xué)研究法 （下） 基因功能研究技術(shù)第七章 基因表達(dá)與調(diào)控 （上） 原核基因表達(dá)調(diào)控模式第八講 基因表達(dá)與調(diào)控（下） 真核基因表達(dá)調(diào)控的一般規(guī)律第十一講 基因組與比較基因組學(xué)第2頁(yè)/共51頁(yè)第一章 緒論 1 分子生物學(xué)的含義和研究?jī)?nèi)容 2 分子生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 3 分子生物學(xué)的現(xiàn)狀和展望第3頁(yè)/共51頁(yè) 二十一世紀(jì)是現(xiàn)代生物科學(xué)的世紀(jì) 統(tǒng)計(jì)美國(guó)“科學(xué)引文索引（SCIS

2、CI）”收錄的45004500余種學(xué)術(shù)刊物，發(fā)現(xiàn)有23502350種左右為生物科學(xué)相關(guān)雜志！統(tǒng)計(jì)全世界引用指數(shù)（Impact factorImpact factor）在1010以上的超一流學(xué)術(shù)刊物，也發(fā)現(xiàn)80%80%左右是生物科學(xué)相關(guān)刊物。第4頁(yè)/共51頁(yè)第5頁(yè)/共51頁(yè)分析98年SCI收錄的4500種期刊的影響因子發(fā)現(xiàn): Cell （細(xì)胞） 44.0Nature （自然） 28.4Science （科學(xué)） 24.1第6頁(yè)/共51頁(yè)第一節(jié) 分子生物學(xué)的含義和研究?jī)?nèi)容 分子生物學(xué)的含義 廣義概念:從分子水平闡明生命現(xiàn)象和生物學(xué)規(guī)律。 狹義概念:基因的分子生物學(xué)，主要研究基因或DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、

3、表達(dá)和調(diào)節(jié)控制。 分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容 生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能 基因表達(dá)的調(diào)節(jié)控制 基因組、功能基因組與生物信息學(xué)研究 DNA重組技術(shù) (基因工程) 第7頁(yè)/共51頁(yè)分子生物學(xué)的三條基本原理： (1) 構(gòu)成生物體各類(lèi)有機(jī)大分子的單體在不同生物中都是相同的。 (2) 生物體內(nèi)一切有機(jī)大分子的構(gòu)成都遵循共同的規(guī)則。 (3) 某一特定生物體所擁有的核酸及蛋白質(zhì)分子決定了它的屬性。第8頁(yè)/共51頁(yè)生物大分子的結(jié)構(gòu)功能研究 是研究生物大分子特定的空間結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)變化與其生物學(xué)功能關(guān)系的科學(xué)。 研究三維結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的手段主要是X射線衍射的晶體學(xué)（又稱(chēng)蛋白質(zhì)晶體學(xué)），其次是用二維核磁共振和多維核磁研

4、究液相結(jié)構(gòu)，也有人用電鏡三維重組、電子衍射、中子衍射和各種頻譜學(xué)方法研究生物高分子的空間結(jié)構(gòu)。 第9頁(yè)/共51頁(yè)基因表達(dá)調(diào)控研究 因?yàn)榈鞍踪|(zhì)分子參與并控制了細(xì)胞的一切代謝活動(dòng)，而決定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和合成時(shí)序的信息都由核酸（主要是脫氧核糖核酸）分子編碼，表現(xiàn)為特定的核苷酸序列，所以基因表達(dá)實(shí)質(zhì)上就是遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。 第10頁(yè)/共51頁(yè) 在個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，生物遺傳信息的表達(dá)按一定的時(shí)序發(fā)生變化（時(shí)序調(diào)節(jié)），并隨內(nèi)外環(huán)境的變化而不斷加以修正（環(huán)境調(diào)控）。 基因表達(dá)調(diào)控主要表現(xiàn)在信號(hào)傳導(dǎo)研究、轉(zhuǎn)錄因子研究及RNA剪輯3個(gè)方面。第11頁(yè)/共51頁(yè) 基因組、 功能基因組、 生物信息學(xué)研究第12頁(yè)/共

5、51頁(yè)DNA重組技術(shù) 是20世紀(jì)70年代初興起的技術(shù)科學(xué)，目的是將不同DNA片段（如某個(gè)基因或基因的一部分）按照人們的設(shè)計(jì)定向連接起來(lái)，在特定的受體細(xì)胞中與載體同時(shí)復(fù)制并得到表達(dá)，產(chǎn)生影響受體細(xì)胞的新的遺傳性狀。 第13頁(yè)/共51頁(yè) DNA重組技術(shù)是核酸化學(xué)、蛋白質(zhì)化學(xué)、酶工程及微生物學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)長(zhǎng)期深入研究的結(jié)晶，而限制性?xún)?nèi)切酶DNA連接酶及其他工具酶的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用則是這一技術(shù)得以建立的關(guān)鍵。第14頁(yè)/共51頁(yè) J acob Monod測(cè)定了肌紅蛋白及血紅蛋白的高級(jí)結(jié)構(gòu)年份 研究?jī)?nèi)容獲獎(jiǎng)情況1910分離出腺嘌呤、胸腺嘧啶和組氨酸諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)1959美國(guó)研究并重建了將基因內(nèi)的遺傳信息通

6、過(guò)RNA中間體翻譯成蛋白質(zhì)。DNA分子在細(xì)菌細(xì)胞和試管內(nèi)的復(fù)制諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)1962WatsonCrick美國(guó)英國(guó)DNA雙螺旋模型諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)用X射線衍射證實(shí)了DNA雙螺旋模型 1962Kendrew Peruts諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1965基因表達(dá)調(diào)控的操縱子系統(tǒng)諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)1969NirenbergHollyKhorana美國(guó)破譯DNA遺傳密碼闡明了酵母丙氨酸t(yī)RNA的核苷酸序列人工合成了核酸分子和酵母基因諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)科學(xué)家國(guó)籍KosselWilkins美國(guó)德國(guó)UchoaKornberg法國(guó)英國(guó)第二節(jié) 分子生物學(xué)簡(jiǎn)史第15頁(yè)/共51頁(yè)研究?jī)?nèi)容獲獎(jiǎng)情況發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶建立DNA測(cè)序方法Ko

7、hlerMilsteinJerne德國(guó)美國(guó)丹麥建立和發(fā)展了單克隆抗體技術(shù)發(fā)現(xiàn)可移動(dòng)因子美國(guó)發(fā)現(xiàn)核酶發(fā)現(xiàn)正常細(xì)胞帶有原癌基因G蛋白在細(xì)胞內(nèi)信息傳導(dǎo)中的作用美國(guó)德國(guó)美國(guó)發(fā)現(xiàn)了控制果蠅體節(jié)發(fā)育的基因年份科學(xué)家國(guó)籍1975198019841988199319941995Temin BaltimoreSanger GilbertMeclintockAltman CechBishop VarmusGilman RodbellLewisNusslein-VolhardWieschaus美國(guó)美國(guó)美國(guó)美國(guó)諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

8、諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)第16頁(yè)/共51頁(yè)T-淋巴細(xì)胞的免疫機(jī)制美朊病毒作為早老性癡呆癥等疾病的病原并能直接在寄主細(xì)胞中繁殖傳播美NO作為信號(hào)分子的作用機(jī)制美蛋白質(zhì)在細(xì)胞間的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，明確了信號(hào)肽及信號(hào)識(shí)別復(fù)合物在蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的的主導(dǎo)作用德美美細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、帕金森綜合治療、神經(jīng)傳導(dǎo)及記憶系統(tǒng)發(fā)育等美英對(duì)細(xì)胞周期調(diào)控因子的研究年份科學(xué)家國(guó)籍研究?jī)?nèi)容獲獎(jiǎng)情況199619971998199920002001DohertyZinkernagelPrusinerFurchgottIgnarro MuradBlobelCarlssonGreengardKandelHartwellH u n t 、Nur

9、se澳瑞士 諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)第17頁(yè)/共51頁(yè)研究?jī)?nèi)容獲獎(jiǎng)情況揭示真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄機(jī)制RNA干擾基本機(jī)制年份科學(xué)家國(guó)籍20062006Kornberg Fire Mello美國(guó)美國(guó)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)第18頁(yè)/共51頁(yè) 孟德?tīng)柕倪z傳學(xué)規(guī)律最先使人們對(duì)性狀遺傳產(chǎn)生了理性認(rèn)識(shí)，而MorganMorgan的基因?qū)W說(shuō)則進(jìn)一步將“性狀”與“基因”相耦聯(lián)，成為分子遺傳學(xué)的奠基石。 WatsonWatson和CrickCrick所提出的脫氧核糖酸雙螺旋模型，為充分揭示遺傳信息的傳遞規(guī)律鋪平了道路。 第19頁(yè)/共51

10、頁(yè) 19101910年，德國(guó)科學(xué)家KosselKossel第一個(gè)分離了腺嘌呤，胸腺嘧啶和組氨酸。19591959年，美國(guó)科學(xué)家UchoaUchoa第一次合成了核糖核酸，實(shí)現(xiàn)了將基因內(nèi)的遺傳信息通過(guò)RNARNA翻譯成蛋白質(zhì)的過(guò)程。同年，KornbergKornberg實(shí)現(xiàn)了試管內(nèi)細(xì)菌細(xì)胞中DNADNA的復(fù)制。第20頁(yè)/共51頁(yè) 1962年，Watson（美）和Crick（英）因?yàn)樵?953年提出DNA的反向平行雙螺旋模型而與Wilkins共獲Noble生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，后者通過(guò)X射線衍射證實(shí)了Watson-Crick模型。第21頁(yè)/共51頁(yè) 1965年，法國(guó)科學(xué)家Jacob和Monod提出并證實(shí)了操縱

11、子（operon）作為調(diào)節(jié)細(xì)菌細(xì)胞代謝的分子機(jī)制。此外，他們還推測(cè)存在一種與DNA序列相互補(bǔ)、能將它所編碼的遺傳信息帶到蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所并翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)的mRNA（信使核糖核）。第22頁(yè)/共51頁(yè) 1972年，Paul Berg（美）第一次進(jìn)行了DNA重組。 1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次進(jìn)行了DNA序列分析。第23頁(yè)/共51頁(yè) 1988年，McClintock由于在50年代提出并發(fā)現(xiàn)了可移動(dòng)遺傳因子（jumping gene或稱(chēng)mobile element）而獲得Nobel獎(jiǎng)。第24頁(yè)/共51頁(yè) 1993年，美國(guó)科學(xué)家Roberts 和Sharp因發(fā)現(xiàn)斷裂基因（ intr

12、ons）而獲得Nobel獎(jiǎng)；Mullis由于發(fā)明PCR儀而與加拿大學(xué)者Smith（第一個(gè)設(shè)計(jì)基因定點(diǎn)突變）共享Nobel化學(xué)獎(jiǎng)第25頁(yè)/共51頁(yè)此外，Griffith（1928）及Avery（1944）等人關(guān)于致病力強(qiáng)的光滑型（S型）肺炎鏈球菌DNA導(dǎo)致致病力弱的粗糙型（R型）細(xì)菌發(fā)生遺傳轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn);Hershey和Chase（1952）關(guān)于DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn);第26頁(yè)/共51頁(yè)Crick于1954年所提出的遺傳信息傳遞規(guī)律（即中心法則）；Meselson和Stahl（1958）關(guān)于DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn);Yanofsky和Brener（1961）年關(guān)于遺傳密碼三聯(lián)子的設(shè)想都為分子生物學(xué)的

13、發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。第27頁(yè)/共51頁(yè)第28頁(yè)/共51頁(yè) 中國(guó)生物科學(xué)家吳憲20世紀(jì)20年代與汪猷、張昌穎等人一道完成了蛋白質(zhì)變性理論、血液生化檢測(cè)和免疫化學(xué)等一系列有重大影響的研究。第29頁(yè)/共51頁(yè) 20世紀(jì)中下葉，我國(guó)科學(xué)家相繼實(shí)現(xiàn)了人工全合成有生物學(xué)活性的結(jié)晶牛胰島素，解出了三方二鋅豬胰島素的晶體結(jié)構(gòu)，采用有機(jī)合成與酶促相結(jié)合的方法完成了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸的人工全合成。第30頁(yè)/共51頁(yè)第31頁(yè)/共51頁(yè)第32頁(yè)/共51頁(yè)第33頁(yè)/共51頁(yè)第34頁(yè)/共51頁(yè)第35頁(yè)/共51頁(yè)第36頁(yè)/共51頁(yè)第37頁(yè)/共51頁(yè)第38頁(yè)/共51頁(yè)第39頁(yè)/共51頁(yè)第40頁(yè)/共51頁(yè)第三節(jié) 分子生物學(xué)

14、的現(xiàn)狀和展望 基因組學(xué)與后基因組學(xué) 生命科學(xué)與非生命科學(xué)之間的相互交叉 和滲透 分子生物學(xué)對(duì)生物科學(xué)的貢獻(xiàn)和展望 分子生物學(xué)在實(shí)際應(yīng)用方面的誘人前景 第41頁(yè)/共51頁(yè)二二000000年六月二十六日克林頓宣布年六月二十六日克林頓宣布 人類(lèi)基因組草圖繪制完成人類(lèi)基因組草圖繪制完成第42頁(yè)/共51頁(yè)人類(lèi)基因組計(jì)劃人類(lèi)基因組計(jì)劃1%1%測(cè)序中國(guó)實(shí)驗(yàn)室測(cè)序中國(guó)實(shí)驗(yàn)室第43頁(yè)/共51頁(yè) 1800 1850 1900 1950 2000 （年） 金屬 蒸汽 電力 紡織 火車(chē) 汽車(chē) 電子產(chǎn)品 航空 石化品 微電子 生物技術(shù)生物高新技術(shù)之崛起 引自：美國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)第44頁(yè)/共51頁(yè) 21世紀(jì)是生命科學(xué)的

15、世紀(jì) 3B將成為科技革命和產(chǎn)業(yè)革命重要內(nèi)容 生物技術(shù)（Biotechnology，BT） 生物產(chǎn)業(yè)（Bioindustry，BI） 生物經(jīng)濟(jì) (Bioeconomy, BE)第45頁(yè)/共51頁(yè)現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)包括: : 生物醫(yī)藥 生物農(nóng)業(yè) 生物能源 生物制造 生物環(huán)保 生物芯片 生物服務(wù)第46頁(yè)/共51頁(yè) 預(yù)計(jì)到2020年，生物醫(yī)藥占全球藥品的比重將超過(guò)1/ /3，生物質(zhì)能源占世界能源消費(fèi)的比重將達(dá)5%左右，生物基材料將替代10%-20%的化學(xué)材料。 生物制造、生物能源、生物環(huán)保等一批新興產(chǎn)業(yè)正在快速形成。 據(jù)ErnstYoung研究報(bào)告，2010年生物環(huán)境、生物工業(yè)處理、生物海洋技術(shù)世界市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 134億美元、327億美元、288億美元。第47頁(yè)/共51頁(yè) 預(yù)測(cè)2010年 生物技術(shù)藥物市場(chǎng)和疫苗市場(chǎng)達(dá)1500億美元，占世界藥物市場(chǎng)的25%；到2020年基因工程新藥可能達(dá)到3000種. 2007年 組織工程和再生治療市場(chǎng) 1600億美元 臨床診斷試劑和芯片市場(chǎng) 157億美元第48頁(yè)/共51頁(yè)基本要求 1. 熟知核酸的基本生物化學(xué)特性； 2. 熟知生物信息的儲(chǔ)存與表達(dá)過(guò)程； 3. 掌握DNA、RNA和蛋白質(zhì)的基本代謝過(guò)程，特別是基因的一般結(jié)構(gòu)與