分子生物學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論

1、1分子生物學(xué)分子生物學(xué)2一一. 基因與基因組基因與基因組1、與基因組有關(guān)的知識(shí)、與基因組有關(guān)的知識(shí) 生命的最小功能單位生命的最小功能單位細(xì)胞細(xì)胞 遺傳物質(zhì)的載體遺傳物質(zhì)的載體染色體染色體 遺傳信息的載體遺傳信息的載體DNA 遺傳信息的基本單位遺傳信息的基本單位基因基因(gene) 遺傳信息的總和遺傳信息的總和基因組基因組 遺傳信息的表達(dá)遺傳信息的表達(dá)蛋白質(zhì)組蛋白質(zhì)組 遺傳信息傳遞的傳遞規(guī)律遺傳信息傳遞的傳遞規(guī)律中心法則中心法則生命的最小功能單位生命的最小功能單位細(xì)胞細(xì)胞人類染色體圖示人類染色體圖示 遺傳信息的基本單位遺傳信息的基本單位基因（基因（genegene）基因是基因是DNA分子中含有特

2、定遺傳信息的一段核苷酸序列分子中含有特定遺傳信息的一段核苷酸序列,是遺傳物質(zhì)的最是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。其儲(chǔ)存有遺傳信息，可以準(zhǔn)確的復(fù)制，也可發(fā)生突變，并可小功能單位。其儲(chǔ)存有遺傳信息，可以準(zhǔn)確的復(fù)制，也可發(fā)生突變，并可經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯控制蛋白質(zhì)的合成，從而表達(dá)各種遺傳性狀。經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯控制蛋白質(zhì)的合成，從而表達(dá)各種遺傳性狀。 在一種細(xì)胞內(nèi)存在的全部蛋白質(zhì)稱為蛋白質(zhì)組。在特定時(shí)間、特定環(huán)在一種細(xì)胞內(nèi)存在的全部蛋白質(zhì)稱為蛋白質(zhì)組。在特定時(shí)間、特定環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件下基因組活躍表達(dá)的蛋白質(zhì)為功能蛋白質(zhì)組境和實(shí)驗(yàn)條件下基因組活躍表達(dá)的蛋白質(zhì)為功能蛋白質(zhì)組(Functiond Proteome)，蛋白質(zhì)

3、組和功能蛋白質(zhì)組是生命科學(xué)的新的研究內(nèi)容，蛋白質(zhì)組和功能蛋白質(zhì)組是生命科學(xué)的新的研究內(nèi)容(對象對象)?；蚪M基因組(genemo(genemo) )蛋白質(zhì)組（蛋白質(zhì)組（proteomeproteome） 基因組是指人體所有遺傳信息的總和，指細(xì)胞或生物機(jī)體一整套遺傳基因組是指人體所有遺傳信息的總和，指細(xì)胞或生物機(jī)體一整套遺傳指令的核酸量。指令的核酸量。8人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃9HGP大事記大事記 1985年年：美國能源部：美國能源部(Department of Energy，DOE)在加州大學(xué)圣克魯滋會(huì)議在加州大學(xué)圣克魯滋會(huì)議上第一次對人類基因組全部測序進(jìn)行可行性論證形成上第一次對人類基因

4、組全部測序進(jìn)行可行性論證形成“人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃”草案草案 1986年年： 著名的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者著名的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Dulbecco在在Science上發(fā)表文章，高瞻遠(yuǎn)矚地上發(fā)表文章，高瞻遠(yuǎn)矚地率先向世界公開提出人類基因組計(jì)劃，并倡導(dǎo)全世界有能力的科學(xué)家共同完成率先向世界公開提出人類基因組計(jì)劃，并倡導(dǎo)全世界有能力的科學(xué)家共同完成這一國際性大課題。這一國際性大課題。 1990年年：NRC（美國國家科學(xué)研究委員會(huì)）和（美國國家科學(xué)研究委員會(huì)）和DOE宣布這年的宣布這年的10月月1日為人日為人類基因組計(jì)劃正式啟動(dòng)時(shí)間。類基因組計(jì)劃正式啟動(dòng)時(shí)間。 1992年年：美國和法國的兩支研究隊(duì)伍分別完

5、成了人類染色體和第：美國和法國的兩支研究隊(duì)伍分別完成了人類染色體和第21條染色條染色體的第一張物理圖譜；隨后又分別完成了鼠和人的遺傳圖譜。體的第一張物理圖譜；隨后又分別完成了鼠和人的遺傳圖譜。 1993年年： 位于英國劍橋的位于英國劍橋的Sanger中心加入人類基因組計(jì)劃，并成為一個(gè)重要中心加入人類基因組計(jì)劃，并成為一個(gè)重要的測序中心。的測序中心。 1994年年：美國與法國完成了人類基因組中的第一個(gè)完整遺傳連接圖譜：美國與法國完成了人類基因組中的第一個(gè)完整遺傳連接圖譜 1996年年： 各國科學(xué)家聚集在百慕大群島，討論并通過了充分體現(xiàn)各國科學(xué)家聚集在百慕大群島，討論并通過了充分體現(xiàn)HGP精神精神

6、 （全球共有，國際合作，即時(shí)公布，免費(fèi)共享全球共有，國際合作，即時(shí)公布，免費(fèi)共享）的百慕大原則。）的百慕大原則。 1997年年：大腸桿菌基因組（：大腸桿菌基因組（5Mb）全部測序完成，毛細(xì)管測序儀上市）全部測序完成，毛細(xì)管測序儀上市10HGP大事記大事記(續(xù)續(xù)) 1998年年： Venter宣布成立宣布成立Celera公司，并宣稱將采用公司，并宣稱將采用“全基因組鳥槍法全基因組鳥槍法”完成人類基因組的全部測序。從此，人類基因組測序在完成人類基因組的全部測序。從此，人類基因組測序在“公公” “私私”之之間展開了激烈競爭；間展開了激烈競爭； 同年，線蟲基因組測序完成。同年，線蟲基因組測序完成。 1

7、999年年：中國獲準(zhǔn)參加中國獲準(zhǔn)參加HGP，承擔(dān)測定人類基因組，承擔(dān)測定人類基因組1%測序任務(wù)測序任務(wù)；英國英國日本和美國共同完成了第一條人染色體日本和美國共同完成了第一條人染色體第第22條染色體的全部測序工作條染色體的全部測序工作。 2000年年： 6月月26日，日，HGP與與Celera公司的領(lǐng)導(dǎo)人在白宮的慶祝儀式上共同公司的領(lǐng)導(dǎo)人在白宮的慶祝儀式上共同宣布了人類基因組工作框架圖的完成，并約定將雙方的研究成果同時(shí)發(fā)表宣布了人類基因組工作框架圖的完成，并約定將雙方的研究成果同時(shí)發(fā)表; Celera公司完成了果蠅基因組公司完成了果蠅基因組(180)的全部測序工作，證明了的全部測序工作，證明了“

8、全基因全基因組鳥槍法組鳥槍法”的可行性；德國和日本的科學(xué)家公布了人類第的可行性；德國和日本的科學(xué)家公布了人類第21條染色體的測條染色體的測序結(jié)果；第一個(gè)植物基因組序結(jié)果；第一個(gè)植物基因組擬南芥基因組（擬南芥基因組（125Mb）被全部測序。）被全部測序。 2001年：年： HGP將人類基因組工作框架圖發(fā)表在將人類基因組工作框架圖發(fā)表在Nature; Celera公司公司則將其成果發(fā)表在則將其成果發(fā)表在Science上。上?！肮ぷ骺蚣軋D工作框架圖”已能覆蓋人類基因組的已能覆蓋人類基因組的97%，其中至少，其中至少92%的序列已組裝得準(zhǔn)確無誤，并顯示其中只有的序列已組裝得準(zhǔn)確無誤，并顯示其中只有3萬

9、到萬到3.5萬個(gè)編碼蛋白質(zhì)的基因，這是人類基因組研究的一個(gè)重要里程碑。萬個(gè)編碼蛋白質(zhì)的基因，這是人類基因組研究的一個(gè)重要里程碑。11HGPHGP的科學(xué)目標(biāo)的科學(xué)目標(biāo) 基本目標(biāo)與任務(wù)基本目標(biāo)與任務(wù) 在制圖的基礎(chǔ)上測序，最后獲得四張圖譜（遺傳圖、物理圖在制圖的基礎(chǔ)上測序，最后獲得四張圖譜（遺傳圖、物理圖、轉(zhuǎn)錄圖、序列圖），這四張圖組成人類不同層次的、分子水平、轉(zhuǎn)錄圖、序列圖），這四張圖組成人類不同層次的、分子水平的的“第二張解剖圖第二張解剖圖”，成為人類認(rèn)識(shí)自我的新的知識(shí)源泉。，成為人類認(rèn)識(shí)自我的新的知識(shí)源泉。 遺傳圖遺傳圖遺傳圖遺傳圖遺傳圖遺傳圖 物理圖物理圖物理圖物理圖物理圖物理圖 轉(zhuǎn)錄圖轉(zhuǎn)錄

10、圖轉(zhuǎn)錄圖轉(zhuǎn)錄圖轉(zhuǎn)錄圖轉(zhuǎn)錄圖 序列圖序列圖序列圖序列圖序列圖序列圖 后基因組時(shí)代后基因組時(shí)代 人類基因組計(jì)劃基本目標(biāo)與任務(wù)只是一個(gè)以測序?yàn)橹鞯慕Y(jié)人類基因組計(jì)劃基本目標(biāo)與任務(wù)只是一個(gè)以測序?yàn)橹鞯慕Y(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究，隨著該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，構(gòu)基因組學(xué)研究，隨著該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，“生物信息學(xué)生物信息學(xué)”、“功功能基因組學(xué)能基因組學(xué)”、“蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)”興起，興起，HGPHGP研究的重心逐步由結(jié)研究的重心逐步由結(jié)構(gòu)向功能轉(zhuǎn)移，即基因組功能信息的提取、鑒定和開發(fā)利用，構(gòu)向功能轉(zhuǎn)移，即基因組功能信息的提取、鑒定和開發(fā)利用，以及與此相關(guān)的數(shù)據(jù)資料和技術(shù)手段的儲(chǔ)存和使用以及與此相關(guān)的數(shù)據(jù)資料和技術(shù)手段的儲(chǔ)存和使用。1

11、32、分子生物學(xué)的主要研究內(nèi)容、分子生物學(xué)的主要研究內(nèi)容重組技術(shù)重組技術(shù)基因表達(dá)調(diào)控技術(shù)基因表達(dá)調(diào)控技術(shù)生物大分子的結(jié)構(gòu)功能研究生物大分子的結(jié)構(gòu)功能研究基因組、功能組與生物信息學(xué)研基因組、功能組與生物信息學(xué)研究究141516技術(shù)的誕生。伯格因此獲得了。 1.發(fā)展史發(fā)展史17基因工程（genetic engineering ） 將外源性遺傳物質(zhì)外源性遺傳物質(zhì) 通過載體載體 轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞內(nèi)， 經(jīng)篩選篩選，使其獲得新的性狀的過程。182. 基本原理基本原理19細(xì)菌培養(yǎng)細(xì)菌培養(yǎng)203. 應(yīng)用領(lǐng)域與前景應(yīng)用領(lǐng)域與前景轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因動(dòng)物轉(zhuǎn)基因動(dòng)物基因工程藥物基因工程藥物基因工程疫

12、苗基因工程疫苗212223植 物 工 程 抗蟲2425 提高產(chǎn)量 優(yōu)質(zhì) 抗病蟲害 抗寒、旱、澇、鹽堿 抗除草劑26 轉(zhuǎn)基因食品安全嗎？轉(zhuǎn)基因食品安全嗎？27轉(zhuǎn)基因食品轉(zhuǎn)基因食品(Genetically Modified Foods,GMF)是指利是指利用分子用分子生物學(xué)生物學(xué)手段，將某些生物的手段，將某些生物的基因基因轉(zhuǎn)移到其它生物轉(zhuǎn)移到其它生物物種上，使其出現(xiàn)原物種不具有的性狀或產(chǎn)物，以轉(zhuǎn)基物種上，使其出現(xiàn)原物種不具有的性狀或產(chǎn)物，以轉(zhuǎn)基因生物為原料加工生產(chǎn)的食品就是轉(zhuǎn)基因食品。因生物為原料加工生產(chǎn)的食品就是轉(zhuǎn)基因食品。 “轉(zhuǎn)基因食品對于人體是否有傷害，轉(zhuǎn)基因食品對于人體是否有傷害，需要非常

13、長的時(shí)間來考察，至少需要兩代人才能得出結(jié)論。需要非常長的時(shí)間來考察，至少需要兩代人才能得出結(jié)論?！?28 基因工程發(fā)展簡史1997年年 英國羅林研究所英國羅林研究所成功的克隆了多莉成功的克隆了多莉2930克隆豬，器官移植克隆豬，器官移植 克隆猴，研究疾病的模型31基因工程藥物32 重組重組DNA醫(yī)藥產(chǎn)品醫(yī)藥產(chǎn)品產(chǎn)產(chǎn) 品品功功 能能組織胞漿素原激活劑組織胞漿素原激活劑抗凝抗凝血液因子血液因子VIII促進(jìn)凝血促進(jìn)凝血顆粒細(xì)胞顆粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落剌激因子巨噬細(xì)胞集落剌激因子剌激白細(xì)胞生成剌激白細(xì)胞生成促紅細(xì)胞生成素促紅細(xì)胞生成素(EPO)剌激紅細(xì)胞生成剌激紅細(xì)胞生成生長因子生長因子(bFGF, E

14、GF)刺激細(xì)胞生長與分化刺激細(xì)胞生長與分化生長素生長素治療侏儒癥治療侏儒癥胰島素胰島素治療糖尿病治療糖尿病干擾素干擾素( 1b, 2a, 2b, )抗病毒感染及某些腫瘤抗病毒感染及某些腫瘤白細(xì)胞介素白細(xì)胞介素激活、剌激各類白細(xì)胞激活、剌激各類白細(xì)胞超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶抗組織損傷抗組織損傷單克隆抗體單克隆抗體利用其結(jié)合特異性進(jìn)行診斷試驗(yàn)、腫利用其結(jié)合特異性進(jìn)行診斷試驗(yàn)、腫瘤導(dǎo)向治療瘤導(dǎo)向治療乙肝疫苗乙肝疫苗(CHO, 酵母酵母)預(yù)防乙肝預(yù)防乙肝口服重組口服重組B亞單位菌體霍亂菌苗亞單位菌體霍亂菌苗預(yù)防霍亂預(yù)防霍亂目目 錄錄3334基因病基因病35 36安吉麗娜安吉麗娜朱莉進(jìn)行了預(yù)防性雙乳

15、腺切除手術(shù)，朱莉進(jìn)行了預(yù)防性雙乳腺切除手術(shù)，這是因?yàn)樗w內(nèi)有一種遺傳自母親的這是因?yàn)樗w內(nèi)有一種遺傳自母親的BRCA1基因基因缺陷，該基因缺陷會(huì)導(dǎo)致罹患乳腺癌和卵巢癌的缺陷，該基因缺陷會(huì)導(dǎo)致罹患乳腺癌和卵巢癌的幾率都比較高，分別為幾率都比較高，分別為87%和和50% 3738 美國醫(yī)學(xué)家WF安德森等人對腺甘脫氨酶缺乏癥（ADA缺乏癥）的基因治療，是世界上第一個(gè)基因治療成功的范例。 謝德爾，謝德爾，19993940 41癌基因、抑癌基因癌基因、抑癌基因與生長因子與生長因子目目 錄錄42癌基因、抑癌基因與生長因子的關(guān)系癌基因、抑癌基因與生長因子的關(guān)系癌基因癌基因抑癌基因抑癌基因生長因子生長因子正調(diào)控正調(diào)控負(fù)調(diào)控負(fù)調(diào)控產(chǎn)物產(chǎn)物43 444546 471983.4 Kary Mullis在開車前去北加利福尼亞紅樹縣Redwood country的一條被月光籠罩的山路上構(gòu)思了PCR 隨后賣給了Roche公司 價(jià)格：10.000$ 1993 Nobel prize 歷 史 48PCRPCR的基本原理的基本原理 變性、復(fù)性、半保留復(fù)制變性、復(fù)性、半保留復(fù)制一生二，二生四，四生萬物一生二，二生四，四生萬物 PCRPCR三步曲三步曲變性變性 90909797退火退火 45455555延伸延伸 7272左右左右PCRPCR過程過程4950加樣孔DNA Mar