醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)培訓(xùn)課件

1、醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ) 認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象的二大標(biāo)志性突破: (1) 確定了蛋白質(zhì)是生命的主要物質(zhì)- 19世紀(jì)末 Bucher兄弟: 酶是生物催化劑 糖 發(fā)酵灑精 酵母 20世紀(jì)30-40年代: 酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì) 許多生命現(xiàn)象(生命代謝活動(dòng)) 與酶有關(guān),可 用純酶或蛋白質(zhì)在體外重復(fù) (2) 確定生物遺傳基礎(chǔ)物質(zhì)是DNA- 1944年O.T.Avey 證明肺炎球菌轉(zhuǎn)化因子是DNA 1952年A.D.Hershey 和M.Chase進(jìn)一步證明DNA 是遺傳物質(zhì)醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)2 認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象的二大標(biāo)志性突破: 醫(yī)學(xué)分子生2. 現(xiàn)代分子生物學(xué)的建立和發(fā)展(50-70年代) 里程碑:1953

2、年Watson & Crick DNA雙螺旋鏈。 DNA雙螺旋鏈發(fā)現(xiàn)的價(jià)值: 確立了核酸作為信息分子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ), 提出了堿基 配對(duì)是核酸復(fù)制、遺傳信息傳遞的基本方式 確定了核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ) 為認(rèn)識(shí)核酸與蛋白 質(zhì)的關(guān)系及基在生命中的作用打下最重要的基礎(chǔ) 本階段的標(biāo)志性進(jìn)展： 遺傳信息傳遞中心法則的建立 DNA 復(fù)制將信息傳 給子代, RNA在遺傳信息傳到蛋白質(zhì)過程中起著中 介作用; mRNA與DNA序列互補(bǔ)。 認(rèn)識(shí)到蛋白質(zhì)是接受RNA 的遺傳信息而合成 破譯 了RNA上編碼合成蛋白質(zhì)的遺傳密碼 ，認(rèn)識(shí)了蛋白醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)32. 現(xiàn)代分子生物學(xué)的建立和發(fā)展(50-70年代)醫(yī)學(xué)分子生 質(zhì)翻

3、譯過程中的基本過程。 HIV (Human Immuno-deficiency Virus) 屬RNA病毒, 是AIDS (Acquired Immuno-deficiency Syndrom)病源二、分子生物學(xué)主要研究?jī)?nèi)容 1. 核酸的分子生物學(xué) -研究核酸的結(jié)構(gòu)及功能 (包括核酸/基因組的結(jié) 構(gòu)、 遺傳信息的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄一翻譯、核酸儲(chǔ)存的信息修 復(fù)與突變、基因表達(dá)調(diào)控和基 因工程技術(shù)的發(fā)展等) 2. 蛋白質(zhì)的分子生物學(xué) -研究執(zhí)行各種生命功能的主要大分子-蛋白質(zhì)的結(jié) 構(gòu)與功能醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)4 質(zhì)翻譯過程中的基本過程。醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基 3. 細(xì)胞信息轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子生物學(xué) 研究細(xì)胞內(nèi) / 細(xì)胞間

4、信息傳遞的分子基礎(chǔ)。 外源信號(hào) 細(xì)胞 （轉(zhuǎn)為一系列生物化學(xué)變化 如蛋白質(zhì)構(gòu)象轉(zhuǎn)變、 蛋白質(zhì)分子磷酸化、蛋白相互間的變化等） 細(xì)胞增殖/ 分化/ 分泌 （適應(yīng)環(huán)境需要） 研究的目標(biāo)是闡明每一種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與傳遞的途徑 /參與該途徑的所有分子的作用和調(diào)節(jié)方式 / 各途 徑間的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控系統(tǒng)。醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)5 3. 細(xì)胞信息轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子生物學(xué)醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)5 第二節(jié) 基因與基因工程 一、基因與基因組 基因 ( 1909年丹麥W.L.Johannsen) -基因是DNA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)的最小功能單位。 對(duì)于編碼蛋 白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因來說，基因是決定一條多肽鏈的 DNA 功

5、能片段。 -基因分子位于細(xì)胞核的染色體上 ; 其通過復(fù)制把 遺傳信息傳遞給下一代, 從而使后代表現(xiàn)出與親代相 似的性狀。 -正常人體有23對(duì)染色體, 長(zhǎng)度總和約1600億公里; 其中的性染色體X-Y是決定性別的。醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)6 第二節(jié) -基因分三類： 編碼蛋白質(zhì)基因（具有轉(zhuǎn)錄和翻譯功能） 只有轉(zhuǎn)錄功能但無翻譯功能的基因 不轉(zhuǎn)錄基因（調(diào)控基因） 基因組 指細(xì)胞或生物體一條完整單體的全部染色體物質(zhì) 遺傳物質(zhì)的總和。包括全部基因與調(diào)控元件, 具體來 說，基因組主要指不同的DNA功能區(qū)域在整個(gè)DNA 分子中的分布情況，即總體DNA核苷酸順序。 人類細(xì)胞基因組 通常指包括X-Y染色體在內(nèi)的23 對(duì)

6、染色體中的所有基因。 人類基因組計(jì)劃 (Human Genome Project, HGP) 旨在闡明人類基因組30億個(gè)堿基對(duì)的序列, 發(fā)現(xiàn)所有醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)7 -基因分三類：醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)7醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)培訓(xùn)課件 基因工程分5個(gè)步驟 (下圖): 待插入的外源DNA 質(zhì)粒載體 (連接) 重組體DNA (轉(zhuǎn)化) 宿主染色體 (篩選) (克隆) DNA重組體的構(gòu)建與克隆示意圖 醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)9 基因工程分5個(gè)步驟 (下圖):醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基 (1)獲取符合要求的DNA片段 ( 目的基因 ) - (2)用特異限切酶切割 目的基因 和載體DNA- (3)重組DNA (將目的基因與質(zhì)?；?/p>

7、病毒DNA連接 )- (4)將重組DNA 引入某種細(xì)胞 (5)把能表達(dá)的目的基因受體細(xì)胞挑選出來- -從20世紀(jì)80年代始, 基因工程藥品 疫苗等產(chǎn)品廣泛 應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域; 基因工程技術(shù)在農(nóng) 林 牧 漁等行業(yè) 也大顯身手,培育出許多高產(chǎn)質(zhì)優(yōu)抗性強(qiáng)的新品種。三、基因芯片 基因芯片概念（定義） 基因芯片技術(shù)-是一種大規(guī)模集成的固相雜交， 即在醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)10 (1)獲取符合要求的DNA片段 ( 目的基因 固相支持物上原位合成寡核苷酸 或 直接將多種預(yù)先 制備DNA探針 以顯微打印方式有序的 固定于支持物 表面，然后與標(biāo)記的樣品雜交。通過對(duì)雜交信號(hào)的檢 測(cè)分析，得出樣品的遺傳信息（基因序列與表

8、達(dá)的信 息），由于常用計(jì)算機(jī)硅芯片作因相支持物，所以稱 為DNA芯片。 基因芯片的應(yīng)用： 生物醫(yī)學(xué)、分子生物學(xué)基礎(chǔ)研究 - 利用基因芯片技術(shù) 可尋找基因與疾?。–a. / 遺傳病/ 傳染病等）的相關(guān)性進(jìn)而發(fā)展相關(guān)藥物 / 疫苗治療 醫(yī)學(xué)臨床診斷 - 一旦弄清疾病與基因的相關(guān)性,基因芯片即可提供高 效簡(jiǎn)便診斷。現(xiàn)代基因芯片診斷技術(shù)優(yōu)勢(shì)突顯： 醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)11 固相支持物上原位合成寡核苷酸 或 直接將多 基因診斷速度加快 一般可在30 min完成- 檢測(cè)效率高 每次可同時(shí)檢測(cè)上千個(gè)基因序列- 基因診斷成本- 自動(dòng)化程度- 由于是全封閉 避免了交義感染 假陽/陰性率 HGP的研究 - 基因芯片

9、技術(shù)既是HGP研究成果的重要應(yīng)用,又 是促進(jìn)人類基因組學(xué)、后基因組學(xué)、功能基因組學(xué) 研究的嶄新手段； 開展基因表達(dá)活性和大規(guī)模的基因變異多態(tài)性研 究時(shí),就用定制的DNA芯片可同時(shí)監(jiān)測(cè)千百個(gè)基因, 甚至全部基因。 醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)12 基因診斷速度加快 一般可在30 mi 第三節(jié) 基因與疾病一、基因結(jié)構(gòu)變異 基因突變的定義 ： 基因突變是指: 基因的核苷酸堿基或順序發(fā)生改變。 僅涉及DNA分子中單個(gè)堿基改變者稱點(diǎn)突變; 涉及多 個(gè)堿基的不有缺失、 重復(fù)、和 插入等形式。 基因突變的種類（4種）： 堿基置換突變（圖6-2 ，P230） 一個(gè)堿基被另一個(gè)堿基取代的突變稱堿基置換突變。 一個(gè)嘌呤(-

10、嘧啶)被另一個(gè)嘌呤 (-嘧啶)取代稱 轉(zhuǎn)換; 一個(gè)嘌呤 (-嘧啶) 被另一個(gè)嘧啶(-嘌呤) 取代稱 顛換; 醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)13 堿基置換會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸組成的改變 而影響蛋白質(zhì)生物酶的功能。 因堿基置換導(dǎo)致核苷酸順序改變，對(duì)多肽鏈中氨基 酸順序的影響有下列幾種類型（詳見 P229-231）： 同義突變- 錯(cuò)義突變- 無義突變- 終止密碼突變 抑制基因突變 （2）移碼突變 指DNA鏈上插上或丟失1個(gè)、2個(gè)甚至多個(gè)堿基（但 不是三聯(lián)子密碼子及其倍數(shù)）。在讀碼時(shí),由于原來 的密碼子移位,導(dǎo)致在插入或丟失堿基部位以后的編 碼子都發(fā)生了相應(yīng)的改變。 醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)14 堿基置換會(huì)導(dǎo)致蛋

11、白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)氨基 整碼突變 在DNA鏈的密碼子之間插入或丟失一個(gè)或幾個(gè)密碼 子,則合成的肽鏈將增加或減少一個(gè)或幾個(gè)氨基酸， 但插入或丟失部位的前后的氨基酸順序不變。 染色體錯(cuò)誤配對(duì)不等交換 染色體錯(cuò)誤配對(duì)不等交換減數(shù)分裂期間，同源染色 體間的同源部份發(fā)生聯(lián)會(huì)和交換，如果聯(lián)會(huì)時(shí)配對(duì) 時(shí)不精確，會(huì)發(fā)生不等交換，造成一部分基因缺失 和部分基因重復(fù)。 醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)15 整碼突變 醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)15二、癌基因和抑癌基因（一）癌基因癌基因的定義: 可在體外引起細(xì)胞轉(zhuǎn)化、在體內(nèi)引起癌瘤的一類 基因稱為癌基因。 病毒中存在癌基因，統(tǒng)稱病毒癌基因；各種動(dòng)物 細(xì)胞基因組中，普遍存在與病毒癌基因相似的序列

12、 統(tǒng)稱為細(xì)胞癌基因； 由于細(xì)胞癌基因在正常細(xì)胞中以非激活形式存在 故又稱為原癌基因。 原癌基因的特點(diǎn): 廣泛存在于生物界中,從酵母到人細(xì)胞普遍存在;醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)16二、癌基因和抑癌基因醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)16 在進(jìn)化過程中,基因系列呈高度保守性; 其作用通過其表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)來體現(xiàn)。它們的存在 對(duì)正常細(xì)胞不僅無害,而且對(duì)維持正常生理功能/調(diào) 控細(xì)胞生長(zhǎng)和分化起重要作用，是細(xì)胞發(fā)育、組織 再生、創(chuàng)傷愈合等所必需； 在某些因素作用（如射線、化學(xué)物質(zhì)等)下,原癌基 因的結(jié)構(gòu)和數(shù)量發(fā)生改變而被激活 癌C轉(zhuǎn)化基因 常見的癌基因家族(P232) src家族 - ras家族 myc家族 sis 家族 my

13、b 家族 醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)17 在進(jìn)化過程中,基因系列呈高度保守性;醫(yī)學(xué)分子生物 原癌基因激活的機(jī)制 (詳見P232): 獲得啟動(dòng)子與增強(qiáng)子 - 基因易位-染色體易位重排 原癌基因擴(kuò)增 點(diǎn)突變 原癌基因的產(chǎn)物與功能 (表6-1, P232) 癌基因表達(dá)產(chǎn)物可按其在細(xì)胞信號(hào)傳遞系統(tǒng)中的作 用分為4類: C外生長(zhǎng)因子 C外信號(hào)含生長(zhǎng)因子/激素/N遞質(zhì)等 跨膜生長(zhǎng)因子受體- 信號(hào)傳遞因子- 核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)18 原癌基因激活的機(jī)制 (詳見P232):醫(yī)學(xué)分子生物(二)抑癌基因 - 抑癌基因是一類抑制C過度生長(zhǎng)、增殖, 從而遏制 腫瘤形成的基因。 -對(duì)于正常C, 原癌基因和抑癌基因的協(xié)

14、調(diào)表達(dá) 是調(diào) 控C生長(zhǎng)的重要分子機(jī)制之一。兩者相互制約維持相 對(duì)穩(wěn)定。原癌基因激活或過量表達(dá) (或抑癌基因的丟 失或失活)，均可導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。 常見的抑癌基因（P234， 表6-2）： 基因 染色體定位 相關(guān)腫瘤 基因產(chǎn)物及功能 RB 13q14 RB 胃癌 乳癌 P105 抑制生長(zhǎng) WT 11P13 WT 肺癌 肝癌 WT-ZFP NF-1 17P12 N纖維瘤(/肉瘤) GAP p53 17p13 乳癌 結(jié)腸癌 p53 控制生長(zhǎng)醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)19(二)抑癌基因醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)19 抑癌基因作用機(jī)理 目前只對(duì)Rb（視網(wǎng)膜母C瘤基 因）和P53基因的作用機(jī)理了解比較清楚。三、基因診斷

15、基因診斷的概念 利用基因探針、PCR等技術(shù)直接探查基因的存在和 缺陷, 對(duì)人體疾病和狀態(tài)作出判斷- 即稱基因診斷。 基因診斷的常用技術(shù): 核酸分子雜交 - 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR) - 限制酶譜分析 - DNA序列測(cè)定 - 單鏈構(gòu)象多態(tài)性分析 - 醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)20 抑癌基因作用機(jī)理 目前只對(duì)Rb（視網(wǎng)膜 基因診斷的途徑和方法 異常基因的直接檢測(cè) - 間接的基因診斷-多態(tài)性連鎖分析 四、基因治療 基因治療的概念 -試圖從基因水平 調(diào)控C中缺陷基因的表達(dá)，或以正 ?；虺C正、代替缺陷的基因，以此治療基因缺陷所 致的遺傳病、免疫缺陷、或治療因癌基因激活/或抑癌 基因失活所致的腫瘤。 -要實(shí)現(xiàn)基因治療，須先了解該病在DNA水平上的發(fā) 病機(jī)制，并能獲得用于彌補(bǔ)缺陷基因的外源正?；?(目的基因), 然后以適當(dāng)方式將目的基因轉(zhuǎn)入體內(nèi), 并 能在體內(nèi)表達(dá)。醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)21 基因診斷的途