現(xiàn)代分子生物學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 分子生物學研究法 （上） DNA、RNA及蛋白質(zhì)操作技術(shù)第1頁/共51頁第六章 分子生物學研究法 （下） 基因功能研究技術(shù)第七章 基因表達與調(diào)控 （上） 原核基因表達調(diào)控模式第八講 基因表達與調(diào)控（下） 真核基因表達調(diào)控的一般規(guī)律第十一講 基因組與比較基因組學第2頁/共51頁第一章 緒論 1 分子生物學的含義和研究內(nèi)容 2 分子生物學發(fā)展簡史 3 分子生物學的現(xiàn)狀和展望第3頁/共51頁 二十一世紀是現(xiàn)代生物科學的世紀 統(tǒng)計美國“科學引文索引（SCIS

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

3、表達和調(diào)節(jié)控制。 分子生物學的研究內(nèi)容 生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能 基因表達的調(diào)節(jié)控制 基因組、功能基因組與生物信息學研究 DNA重組技術(shù) (基因工程) 第7頁/共51頁分子生物學的三條基本原理： (1) 構(gòu)成生物體各類有機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/共51頁生物大分子的結(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)的運動變化與其生物學功能關(guān)系的科學。 研究三維結(jié)構(gòu)及其運動規(guī)律的手段主要是X射線衍射的晶體學（又稱蛋白質(zhì)晶體學），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方法研究生物高分子的空間結(jié)構(gòu)。 第9頁/共51頁基因表達調(diào)控研究 因為蛋白質(zhì)分子參與并控制了細胞的一切代謝活動，而決定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和合成時序的信息都由核酸（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，所以基因表達實質(zhì)上就是遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。 第10頁/共51頁 在個體生長發(fā)育過程中，生物遺傳信息的表達按一定的時序發(fā)生變化（時序調(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）。 基因表達調(diào)控主要表現(xiàn)在信號傳導研究、轉(zhuǎn)錄因子研究及RNA剪輯3個方面。第11頁/共51頁 基因組、 功能基因組、 生物信息學研究第12頁/共

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

6、過RNA中間體翻譯成蛋白質(zhì)。DNA分子在細菌細胞和試管內(nèi)的復制諾貝爾生理醫(yī)學獎1962WatsonCrick美國英國DNA雙螺旋模型諾貝爾生理醫(yī)學獎用X射線衍射證實了DNA雙螺旋模型 1962Kendrew Peruts諾貝爾化學獎1965基因表達調(diào)控的操縱子系統(tǒng)諾貝爾生理醫(yī)學獎1969NirenbergHollyKhorana美國破譯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)學獎科學家國籍KosselWilkins美國德國UchoaKornberg法國英國第二節(jié) 分子生物學簡史第15頁/共51頁研究內(nèi)容獲獎情況發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶建立DNA測序方法Ko

7、hlerMilsteinJerne德國美國丹麥建立和發(fā)展了單克隆抗體技術(shù)發(fā)現(xiàn)可移動因子美國發(fā)現(xiàn)核酶發(fā)現(xiàn)正常細胞帶有原癌基因G蛋白在細胞內(nèi)信息傳導中的作用美國德國美國發(fā)現(xiàn)了控制果蠅體節(jié)發(fā)育的基因年份科學家國籍1975198019841988199319941995Temin BaltimoreSanger GilbertMeclintockAltman CechBishop VarmusGilman RodbellLewisNusslein-VolhardWieschaus美國美國美國美國諾貝爾生理醫(yī)學獎諾貝爾生理醫(yī)學獎諾貝爾生理醫(yī)學獎諾貝爾生理醫(yī)學獎諾貝爾化學獎諾貝爾生理醫(yī)學獎諾貝爾生理醫(yī)學獎

8、諾貝爾生理醫(yī)學獎第16頁/共51頁T-淋巴細胞的免疫機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胞中繁殖傳播美NO作為信號分子的作用機制美蛋白質(zhì)在細胞間的轉(zhuǎn)運機制，明確了信號肽及信號識別復合物在蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運過程中的的主導作用德美美細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導、帕金森綜合治療、神經(jīng)傳導及記憶系統(tǒng)發(fā)育等美英對細胞周期調(diào)控因子的研究年份科學家國籍研究內(nèi)容獲獎情況199619971998199920002001DohertyZinkernagelPrusinerFurchgottIgnarro MuradBlobelCarlssonGreengardKandelHartwellH u n t 、Nur

9、se澳瑞士 諾貝爾生理醫(yī)學獎 諾貝爾生理醫(yī)學獎 諾貝爾生理醫(yī)學獎 諾貝爾生理醫(yī)學獎 諾貝爾生理醫(yī)學獎 諾貝爾生理醫(yī)學獎第17頁/共51頁研究內(nèi)容獲獎情況揭示真核細胞轉(zhuǎn)錄機制RNA干擾基本機制年份科學家國籍20062006Kornberg Fire Mello美國美國諾貝爾化學獎諾貝爾生理醫(yī)學獎第18頁/共51頁 孟德爾的遺傳學規(guī)律最先使人們對性狀遺傳產(chǎn)生了理性認識，而MorganMorgan的基因?qū)W說則進一步將“性狀”與“基因”相耦聯(lián)，成為分子遺傳學的奠基石。 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/共51

10、頁 19101910年，德國科學家KosselKossel第一個分離了腺嘌呤，胸腺嘧啶和組氨酸。19591959年，美國科學家UchoaUchoa第一次合成了核糖核酸，實現(xiàn)了將基因內(nèi)的遺傳信息通過RNARNA翻譯成蛋白質(zhì)的過程。同年，KornbergKornberg實現(xiàn)了試管內(nèi)細菌細胞中DNADNA的復制。第20頁/共51頁 1962年，Watson（美）和Crick（英）因為在1953年提出DNA的反向平行雙螺旋模型而與Wilkins共獲Noble生理醫(yī)學獎，后者通過X射線衍射證實了Watson-Crick模型。第21頁/共51頁 1965年，法國科學家Jacob和Monod提出并證實了操縱

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

12、ons）而獲得Nobel獎；Mullis由于發(fā)明PCR儀而與加拿大學者Smith（第一個設計基因定點突變）共享Nobel化學獎第25頁/共51頁此外，Griffith（1928）及Avery（1944）等人關(guān)于致病力強的光滑型（S型）肺炎鏈球菌DNA導致致病力弱的粗糙型（R型）細菌發(fā)生遺傳轉(zhuǎn)化的實驗;Hershey和Chase（1952）關(guān)于DNA是遺傳物質(zhì)的實驗;第26頁/共51頁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半保留復制的實驗;Yanofsky和Brener（1961）年關(guān)于遺傳密碼三聯(lián)子的設想都為分子生物學的

13、發(fā)展做出了重大貢獻。第27頁/共51頁第28頁/共51頁 中國生物科學家吳憲20世紀20年代與汪猷、張昌穎等人一道完成了蛋白質(zhì)變性理論、血液生化檢測和免疫化學等一系列有重大影響的研究。第29頁/共51頁 20世紀中下葉，我國科學家相繼實現(xiàn)了人工全合成有生物學活性的結(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/共51頁第31頁/共51頁第32頁/共51頁第33頁/共51頁第34頁/共51頁第35頁/共51頁第36頁/共51頁第37頁/共51頁第38頁/共51頁第39頁/共51頁第40頁/共51頁第三節(jié) 分子生物學

14、的現(xiàn)狀和展望 基因組學與后基因組學 生命科學與非生命科學之間的相互交叉 和滲透 分子生物學對生物科學的貢獻和展望 分子生物學在實際應用方面的誘人前景 第41頁/共51頁二二000000年六月二十六日克林頓宣布年六月二十六日克林頓宣布 人類基因組草圖繪制完成人類基因組草圖繪制完成第42頁/共51頁人類基因組計劃人類基因組計劃1%1%測序中國實驗室測序中國實驗室第43頁/共51頁 1800 1850 1900 1950 2000 （年） 金屬 蒸汽 電力 紡織 火車 汽車 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：美國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會第44頁/共51頁 21世紀是生命科學的

15、世紀 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 (Bioeconomy, BE)第45頁/共51頁現(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 生物服務第46頁/共51頁 預計到2020年，生物醫(yī)藥占全球藥品的比重將超過1/ /3，生物質(zhì)能源占世界能源消費的比重將達5%左右，生物基材料將替代10%-20%的化學材料。 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)世界市場規(guī)模將達到 134億美元、327億美元、288億美元。第47頁/共51頁 預測2010年 生物技術(shù)藥物市場和疫苗市場達1500億美元，占世界藥物市場的25%；到2020年基因工程新藥可能達到3000種. 2007年 組織工程和再生治療市場 1600億美元 臨床診斷試劑和芯片市場 157億美元第48頁/共51頁基本要求 1. 熟知核酸的基本生物化學特性； 2. 熟知生物信息的儲存與表達過程； 3. 掌握DNA、RNA和蛋白質(zhì)的基本代謝過程，特別是基因的一般結(jié)構(gòu)與