分子生物學(xué)基礎(chǔ)課件

分子生物學(xué)基礎(chǔ)

MolecularBiology

2023/1/81分子生物學(xué)基礎(chǔ)

MolecularBiology2.分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容1.分子生物學(xué)的定義3.分子生物學(xué)與生物技術(shù)內(nèi)容概要2023/1/822.分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容1.分子生物學(xué)的定義3.分子生

一、分子生物學(xué)的定義2023/1/83一、分子生物學(xué)的定義2023/1/83從整體水平到分子水平示意圖分子水平細(xì)胞水平整體水平

生命科學(xué)的發(fā)展過(guò)程：2023/1/84從整體水平到分子水平示意圖分子水平細(xì)胞水平整體水平分子生物學(xué)的概念分子生物學(xué)是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能，并從分子水平上闡明蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與核酸之間的互作及其基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理的學(xué)科廣義上，分子生物學(xué)包括對(duì)蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的研究，以及從分子水平上闡明生命現(xiàn)象和生物規(guī)律，但目前主要研究基因的結(jié)構(gòu)與功能、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和調(diào)控，確切地應(yīng)稱(chēng)為分子遺傳學(xué)分子生物學(xué)的概念分子生物學(xué)是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)5DNA-遺傳密碼的攜帶者DNA-遺傳密碼的攜帶者6引自NeilCampbell著B(niǎo)iology第4版,1996胰島素蛋白酶蜘蛛毒素光合作用受體金屬硫蛋白引自NeilCampbell著B(niǎo)iology第4版,1997分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容基因與基因組的結(jié)構(gòu)與功能DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯基因表達(dá)調(diào)控的研究DNA重組技術(shù)結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容基因與基因組的結(jié)構(gòu)與功能8分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1944~1966年，人類(lèi)對(duì)DNA和遺傳信息傳遞的認(rèn)識(shí)階段1967~1978年，重組DNA技術(shù)的建立和發(fā)展階段1979年至今，重組DNA技術(shù)的應(yīng)用和分子生物學(xué)迅速發(fā)展階段分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1944~1966年，人類(lèi)對(duì)DNA和遺傳9分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1944年，Avery

證明DNA是遺傳物質(zhì)1950年，Chargaff提出Chargaff定則1953年，Watson&Crick

成功解析了DNA分子二級(jí)結(jié)構(gòu)1961年，Jacob&Monod

提出了調(diào)節(jié)基因表達(dá)的操縱子模型分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1944年，Avery證明DNA是遺傳10分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1970年，Smith&Wilcox

分離到第一種限制性核酸內(nèi)切酶1972~1973年，Boyer&Berg

發(fā)展了重組DNA技術(shù)，并完成了第一個(gè)細(xì)菌基因的克隆，開(kāi)創(chuàng)基因工程的新紀(jì)元1975年，Southern

發(fā)明了DNA片段的印跡法分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1970年，Smith&Wilcox11分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1981年，Cech發(fā)現(xiàn)了ribozyme1982年，Prusiner

發(fā)現(xiàn)了朊病毒prion1985年，KarryMullis

發(fā)明了PCR反應(yīng)1988年，人類(lèi)基因組計(jì)劃啟動(dòng)1998年，克隆羊多利誕生，同年GenBank公布了最新的人類(lèi)基因圖譜分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1981年，Cech發(fā)現(xiàn)了ribozy12GregorMendel(1822-1884).TheFatherofGenetics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)GregorMendel孟德?tīng)柕?3孟德?tīng)枺▕W地利）的遺傳學(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)；Morgan（美）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。孟德?tīng)枺▕W地利）的遺傳學(xué)規(guī)律最先使人們對(duì)性狀遺傳產(chǎn)生了理性認(rèn)14

1910年，德國(guó)科學(xué)家Kossel第一個(gè)分離了腺嘌呤，胸腺嘧啶和組氨酸。

1959年，美國(guó)科學(xué)家Ochoa因?yàn)槊笇W(xué)方面的杰出貢獻(xiàn)（第一次合成核糖核酸），與實(shí)現(xiàn)試管內(nèi)細(xì)菌細(xì)胞中DNA的復(fù)制的ArthurKornberg共享當(dāng)年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1910年，德國(guó)科學(xué)家Kossel第一個(gè)分離151.核酸的發(fā)現(xiàn)

早在1868年，Miescher從膿細(xì)胞中分離出細(xì)胞核，用稀堿抽提再加入酸，得到了一種含氮和磷特別豐富的物質(zhì)，當(dāng)時(shí)稱(chēng)其為核素（nuclein）。

1872年，他又在鮭魚(yú)精子細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)了大量的這類(lèi)物質(zhì)。由于這類(lèi)物質(zhì)都是從細(xì)胞核中提取出來(lái)的，而且又是酸性，故稱(chēng)其為核酸（nucleicacid）。FriedeichMiescher2023/1/8161.核酸的發(fā)現(xiàn)早在186

自核酸被發(fā)現(xiàn)以來(lái)的相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，對(duì)它的生物學(xué)功能幾乎毫無(wú)所知。

1928年(FrederickGriffith)以后，核酸功能研究取得了重大進(jìn)展。2023/1/817自核酸被發(fā)現(xiàn)以來(lái)的相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，對(duì)它的生物學(xué)功In1928,anexperimentofFrederickGriffithusingpneumoniabacteriaandmice2023/1/818In1928,anexperimentofFred1952年，HersheyAD和ChaseM用35S和32p分別標(biāo)記T2噬菌體的蛋白質(zhì)和核酸，感染大腸桿菌。在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)增殖的噬菌體中都只含有32P而不含35S,這表明噬菌體的增殖直接取決于DNA而不是蛋白質(zhì)。2.核酸功能研究的重大進(jìn)展1944年，AveryOT等首次證明肺炎雙球菌的DNA與其轉(zhuǎn)化和遺傳有關(guān)。2023/1/8191952年，HersheyAD和ChaseIn1952,AlfredHersheyandMarthaChasedidanexperimentwhichissosignificant,ithasbeennicknamedthe“Hershey-ChaseExperiment”.2023/1/820In1952,AlfredHersheyandMaIn1952,AlfredHersheyandMarthaChasedidanexperimentwhichissosignificant,ithasbeennicknamedthe“Hershey-ChaseExperiment”.2023/1/821In1952,AlfredHersheyandMaDNA的X光衍射照片1952年5月拍攝羅沙琳德·弗蘭克林（RosalindFranklin，1920－1958）英國(guó)

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立2023/1/822DNA的X光衍射照片羅沙琳德·弗蘭克林DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的Wilkins通過(guò)對(duì)DNA分子的X射線(xiàn)衍射研究證實(shí)了該模型。RosalindE.Franklin1920-1958Wilkins通過(guò)對(duì)DNA分子的X射線(xiàn)衍射研究證實(shí)了該模型。23DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立諾貝爾醫(yī)學(xué)與生理學(xué)獎(jiǎng)1962年2023/1/824DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立諾貝爾醫(yī)學(xué)與生理學(xué)獎(jiǎng)2023/1WatsonJD和CrickFHC的“雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”啟動(dòng)了分子生物學(xué)及重組DNA技術(shù)的發(fā)展。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，最終確定了核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。2023/1/825WatsonJD和CrickFHC的“雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”TheMeselson-Stahlexperiment（1958）showedthatDNAisreplicatedsemi-conservativelyDNAsemi-conservativeduplication

3.DNA復(fù)制模型2023/1/826TheMeselson-StahlexperimentDNA復(fù)制模型2023/1/827DNA復(fù)制模型2023/1/8271961年，Nirenberg、Ochoa以及Khorana等幾組科學(xué)家的共同努力，破譯了RNA上編碼合成蛋白質(zhì)的遺傳密碼，證明DNA分子中的遺傳信息是以三聯(lián)密碼的形式貯存。

遺傳密碼在生物界具有通用性。2023/1/8281961年，Nirenberg、Och2023/1/8292023/1/8292023/1/8302023/1/8304.

中心法則的建立

1958年，Crick提出了分子生物學(xué)的中心法則（centraldogma）。

中心法則是分子遺傳學(xué)基本理論體系。2023/1/8314.中心法則的建立2023/1/8312023/1/8322023/1/832

1970年，Temin和Baltimore從雞Rous肉瘤病毒(Roussarcomavirus，RSV)顆粒中發(fā)現(xiàn)了以RNA為模板合成DNA的逆轉(zhuǎn)錄酶，進(jìn)一步補(bǔ)充了遺傳信息傳遞的中心法則。

2023/1/8331970年，Temin和Baltimore從雞6.基因的人工合成

1978年體外首次成功地人工合成第一個(gè)完整基因。直接證實(shí)了MendelG在1865年發(fā)現(xiàn)的遺傳因子(基因)的化學(xué)本質(zhì)，就是DNA分子。

DNA分子是多種多樣生命現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)。2023/1/8346.基因的人工合成2023/1/8347.基因組研究的進(jìn)展

基因組（genome）:一個(gè)物種遺傳信息的總和。基因結(jié)構(gòu)與功能研究已經(jīng)從單個(gè)基因發(fā)展到生物體整個(gè)基因組?；蚪M研究已從簡(jiǎn)單的低等生物到真核生物，從多細(xì)胞生物到人類(lèi)。2023/1/8357.基因組研究的進(jìn)展基因組（genome）:一

1977年:Sanger測(cè)定了ΦX174DNA全部5375bp核苷酸序列；

1978年:Fiers等測(cè)出環(huán)狀SV40DNA全部5243bp核苷酸序列；1980年代:λ噬菌體DNA全部48502堿基對(duì)的序列被測(cè)出；一些小的病毒包括乙型肝炎病毒、艾滋病毒等基因組的全序列也陸續(xù)被測(cè)定;1996年底:大腸桿菌基因組DNA的全部序列長(zhǎng)4×106堿基對(duì)；

1996年底:完成了真核生物酵母（Saccharomyceserevisiae）的基因組全序列測(cè)定；1998年底:長(zhǎng)達(dá)100Mb的線(xiàn)蟲(chóng)的基因組序列測(cè)定也已全部完成。這是第一個(gè)完成的多細(xì)胞生物體的全基因組序列測(cè)定。2023/1/8361977年:Sanger測(cè)定了ΦX174DNA全部53

人類(lèi)基因組計(jì)劃（humangenomeproject,HGP）美國(guó)科學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者DulbeccoR于1986年在美國(guó)《Science》雜志上發(fā)表的短文中率先提出，并認(rèn)為這是加快癌癥研究進(jìn)程的一條有效途徑。主要的目標(biāo)是繪制遺傳連鎖圖、物理圖、轉(zhuǎn)錄圖，并完成人類(lèi)基因組全部核苷酸序列測(cè)定。測(cè)出人體細(xì)胞中24條染色體上全部30億對(duì)核苷酸的序列，把所有人類(lèi)基因都明確定位在染色體上，破譯人類(lèi)的全部遺傳信息。

HGP是人類(lèi)自然科學(xué)史上與曼哈頓原子彈計(jì)劃和阿波羅登月計(jì)劃相媲美的偉大科學(xué)工程。2023/1/837人類(lèi)基因組計(jì)劃（humangenomeprojec“What’sHumanGenomeProject?”“OnebaseOnedollar!”-byataxidriver(andataxpayer)“What’sHumanGenomeProject?”38

研究結(jié)果表明，人類(lèi)基因數(shù)量?jī)H有3萬(wàn)個(gè)左右，比此前估計(jì)的要少得多。通過(guò)研究還發(fā)現(xiàn)男女可能存在巨大遺傳差異，男性染色體減數(shù)分裂的突變率是女性的兩倍。在已經(jīng)分析的序列中，找到很多與遺傳病有關(guān)的基因，包括乳腺癌、遺傳性耳聾、中風(fēng)、癲癇癥、糖尿病和各種骨骼異常的基因。2023/1/839研究結(jié)果表明，人類(lèi)基因數(shù)量?jī)H有3萬(wàn)個(gè)左右，比此前humanArabidopsis擬南芥ThermotogamaritimaEscherichiacoli大腸桿菌Buchnerasp.APSRickettsiaprowazekiiUreaplasmaurealyticumBacillussubtilisDrosophilamelanogasterThermoplasmaacidophilumPlasmodiumfalciparumHelicobacterpylorimouseCaenorhabitiselegansratBorreliaburgorferiBorreliaburgorferiAquifexaeolicusNeisseriameningitidisZ2491Mycobacteriumtuberculosis全基因組已經(jīng)測(cè)序的一些生物humanArabidopsisThermotogamar40（二）蛋白質(zhì)分子生物學(xué)：

DNA→儲(chǔ)存生命活動(dòng)的各種信息。

蛋白質(zhì)→生命活動(dòng)的執(zhí)行者。蛋白質(zhì)的分子生物學(xué)主要研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能。2023/1/841（二）蛋白質(zhì)分子生物學(xué)：

DNA→儲(chǔ)存生命活動(dòng)的

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的研究進(jìn)展

1956年，Anfinsen和White根據(jù)對(duì)酶蛋白的變性和復(fù)性實(shí)驗(yàn)，提出蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)是由其氨基酸序列來(lái)確定的。1958年，Ingram證明正常的血紅蛋白與鐮狀細(xì)胞溶血癥病人的血紅蛋白之間，在其亞基的肽鏈上僅有一個(gè)氨基酸殘基的差別。1969年，Weber開(kāi)始應(yīng)用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳測(cè)定蛋白質(zhì)分子量；20世紀(jì)60年代先后分析了血紅蛋白、核糖核酸酶A等一批蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。

中國(guó)科學(xué)家在1965年人工合成了牛胰島素；1973年又用1.8AX射線(xiàn)衍射分析法測(cè)定了牛胰島素的空間結(jié)構(gòu)。2023/1/842蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的研究進(jìn)展1956年三、分子生物學(xué)與生物技術(shù)2023/1/843三、分子生物學(xué)與生物技術(shù)2023/1/843

分子生物學(xué)技術(shù)：

例如：DNA及RNA的印跡轉(zhuǎn)移、核酸分子雜交、基因克隆、基因體外擴(kuò)增、DNA測(cè)序等，形成了獨(dú)特的重組DNA技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)。

由生物化學(xué)、生物物理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、應(yīng)用微生物學(xué)及免疫學(xué)等各專(zhuān)業(yè)技術(shù)的滲透、綜合而成，并在此基礎(chǔ)上發(fā)明和創(chuàng)造了一系列新的技術(shù)。2023/1/844分子生物學(xué)技術(shù)：例如：DNA及RNA分子克隆(molecularcloning)

重組DNA(recombinantDNA)技術(shù)是近代分子生物學(xué)技術(shù)的核心。

基因操作(genemanipulation)

基因克隆(genecloning)基因工程(geneengineering)2023/1/845分子克隆(molecularcloning)

通過(guò)DNA連接酶把不同的DNA片段連接成一個(gè)整體。a.DNA的粘性末端;b.DNA的平末端;c.化學(xué)合成的具有EcoRI粘性末端的DNA片段。

通過(guò)DNA連接酶把不同的DNA片段連接成一個(gè)整體。a.D46工具酶限制性核酸內(nèi)切酶能夠識(shí)別DNA上的特定堿基序列并從這個(gè)位點(diǎn)切開(kāi)DNA分子。第一個(gè)核酸內(nèi)切酶EcoRI是Boyer實(shí)驗(yàn)室在1972年發(fā)現(xiàn)的，它能特異性識(shí)別GAATTC序列，將雙鏈DNA分子在這個(gè)位點(diǎn)切開(kāi)并產(chǎn)生具有粘性末端的小片段。

工具酶47幾種主要DNA內(nèi)切酶所識(shí)別的序列及其酶切末端.幾種主要DNA內(nèi)切酶所識(shí)別的序列及其酶切末端.48基因克隆的載體僅僅能在體外利用限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶進(jìn)行DNA的切割和重組，還不能滿(mǎn)足基因工程的要求，只有將它們連接到具備自主復(fù)制能力的DNA分子上，才能在寄主細(xì)胞中進(jìn)行繁殖。具備自主復(fù)制能力的DNA分子就是分子克隆的載體（vector）。病毒、噬菌體和質(zhì)粒等小分子量復(fù)制子都可以作為基因?qū)氲妮d體?；蚩寺〉妮d體49重組DNA操作過(guò)程示意圖重組DNA操作過(guò)程示意圖50分子生物學(xué)基礎(chǔ)課件51

20世紀(jì)以來(lái)，分子生物學(xué)的發(fā)展，產(chǎn)生了重組DNA技術(shù)，推動(dòng)生物技術(shù)深入發(fā)展，而導(dǎo)致現(xiàn)代生物技術(shù)作為一門(mén)交叉學(xué)科的產(chǎn)生。轉(zhuǎn)基因細(xì)胞、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和基因剔除動(dòng)物的出現(xiàn)，是現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)在生物技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。2023/1/85220世紀(jì)以來(lái)，分子生物學(xué)的發(fā)展，產(chǎn)生了重組DNA

用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物獲取治療人類(lèi)疾病的重要蛋白質(zhì)。如，導(dǎo)入了凝血因子Ⅸ基因的轉(zhuǎn)基因綿羊分泌的乳汁中含有豐富的凝血因子Ⅸ，能有效地用于血友病的治療。

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和基因剔除動(dòng)物2023/1/853用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物獲取治療人類(lèi)疾病的重要蛋白質(zhì)

在轉(zhuǎn)基因植物方面取得重大進(jìn)展，比普通西紅柿保鮮時(shí)間更長(zhǎng)的轉(zhuǎn)基因西紅柿投放市場(chǎng)。轉(zhuǎn)基因玉米、轉(zhuǎn)基因大豆相繼投入商品生產(chǎn)。我國(guó)科學(xué)家將蛋白酶抑制劑基因轉(zhuǎn)入棉花，獲得抗棉鈴蟲(chóng)的棉花株。

轉(zhuǎn)基因植物和轉(zhuǎn)基因食品2023/1/854在轉(zhuǎn)基因植物方面取得重大進(jìn)展，比普通西紅柿保鮮DNA序列分析技術(shù)：

雙脫氧末端終止法:1977年，劍橋大學(xué)SangerF等發(fā)明。

化學(xué)裂解法:

美國(guó)MaxamI和GilbertW發(fā)明。2023/1/855DNA序列分析技術(shù)：雙脫氧末端終止法:1977年，劍橋大2023/1/8562023/1/856(polymerasechainreaction,PCR)：1985年，MullisK首創(chuàng)。體外模擬細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制過(guò)程，進(jìn)行體外基因擴(kuò)增。2023/1/857(polymerasechainreaction,PC基因芯片（Genechips）技術(shù)：

基因芯片技術(shù):將大量探針固定于支持物上，與標(biāo)記的樣品進(jìn)行雜交?？梢淮涡詫?duì)樣品中大量序列進(jìn)行檢測(cè)和分析。解決了傳統(tǒng)核酸雜交技術(shù)操作繁雜、檢測(cè)效率低的問(wèn)題。

通過(guò)設(shè)計(jì)不同的探針陣列和使用特定的分析方法，使該技術(shù)具有多種不同的應(yīng)用價(jià)值。如基因表達(dá)譜分析、基因突變檢測(cè)、多態(tài)性分析、基因診斷等。2023/1/858基因芯片（Genechips）技術(shù)：疊加圖：綠色代表下調(diào)；紅色代表上調(diào)；黃色無(wú)差異。正常樣品Cy3標(biāo)記待測(cè)樣品Cy5標(biāo)記疊加石奕武，胡維新等：多發(fā)性骨髓瘤的基因表達(dá)譜分析，湖南醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，28（3）：201－2052023/1/859疊加圖：綠色代表下調(diào)；紅色代表上調(diào)；黃色無(wú)差異。正常樣品待基因治療(genetherapy)

基因治療是分子生物學(xué)理論與技術(shù)的飛速發(fā)展給醫(yī)學(xué)帶來(lái)新的希望和新的治療手段，開(kāi)辟了治療學(xué)(therapeutics)的新紀(jì)元?；蛑委熓桥R床醫(yī)學(xué)中發(fā)展起來(lái)的新領(lǐng)域，發(fā)展十分迅速。2023/1/860基因治療(genetherapy)基因治療是分

基因治療技術(shù)的發(fā)展與整個(gè)醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展以及許多分子生物學(xué)新理論、新技術(shù)、新方法的應(yīng)用密切相關(guān)。

臨床基因治療研究已經(jīng)得到了迅速發(fā)展，基因治療的范圍從單基因缺陷遺傳病擴(kuò)大到多基因遺傳病（惡性腫瘤、心血管病、免疫性疾病等）以及傳染性疾?。ㄈ绺窝住滩〉龋?。2023/1/861基因治療技術(shù)的發(fā)展與整個(gè)醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展以及許多分

狹義基因治療：目的基因?qū)氚屑?xì)胞后與宿主細(xì)胞內(nèi)的基因發(fā)生整合、成為宿主基因組的一部分，目的基因表達(dá)產(chǎn)物起治療疾病的作用。

廣義基因治療：包括通過(guò)基因轉(zhuǎn)移技術(shù)，使目的基因得到表達(dá)，封閉、剪切致病基因的mRNA，或自殺基因產(chǎn)物催化藥物前體轉(zhuǎn)化為細(xì)胞毒性物質(zhì)，殺死腫瘤細(xì)胞，從而達(dá)到治療疾病的目的。2023/1/862狹義基因治療：目的基因?qū)氚屑?xì)胞后與宿主細(xì)胞內(nèi)的

隨著人類(lèi)基因組遺傳信息的全部破譯和基因功能的澄清，臨床醫(yī)生有可能根據(jù)病人的需要，將外源基因?qū)牖疾〉募?xì)胞，替換有缺陷的基因以治療疾病。

在新的世紀(jì)，可以預(yù)期基因治療將會(huì)有一個(gè)更大的發(fā)展。

2023/1/863隨著人類(lèi)基因組遺傳信息的全部破譯和基因功能的澄清謝謝！2023/1/864謝謝！2023/1/864分子生物學(xué)基礎(chǔ)

MolecularBiology

2023/1/865分子生物學(xué)基礎(chǔ)

MolecularBiology2.分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容1.分子生物學(xué)的定義3.分子生物學(xué)與生物技術(shù)內(nèi)容概要2023/1/8662.分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容1.分子生物學(xué)的定義3.分子生

一、分子生物學(xué)的定義2023/1/867一、分子生物學(xué)的定義2023/1/83從整體水平到分子水平示意圖分子水平細(xì)胞水平整體水平

生命科學(xué)的發(fā)展過(guò)程：2023/1/868從整體水平到分子水平示意圖分子水平細(xì)胞水平整體水平分子生物學(xué)的概念分子生物學(xué)是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能，并從分子水平上闡明蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與核酸之間的互作及其基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理的學(xué)科廣義上，分子生物學(xué)包括對(duì)蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的研究，以及從分子水平上闡明生命現(xiàn)象和生物規(guī)律，但目前主要研究基因的結(jié)構(gòu)與功能、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和調(diào)控，確切地應(yīng)稱(chēng)為分子遺傳學(xué)分子生物學(xué)的概念分子生物學(xué)是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)69DNA-遺傳密碼的攜帶者DNA-遺傳密碼的攜帶者70引自NeilCampbell著B(niǎo)iology第4版,1996胰島素蛋白酶蜘蛛毒素光合作用受體金屬硫蛋白引自NeilCampbell著B(niǎo)iology第4版,19971分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容基因與基因組的結(jié)構(gòu)與功能DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯基因表達(dá)調(diào)控的研究DNA重組技術(shù)結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容基因與基因組的結(jié)構(gòu)與功能72分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1944~1966年，人類(lèi)對(duì)DNA和遺傳信息傳遞的認(rèn)識(shí)階段1967~1978年，重組DNA技術(shù)的建立和發(fā)展階段1979年至今，重組DNA技術(shù)的應(yīng)用和分子生物學(xué)迅速發(fā)展階段分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1944~1966年，人類(lèi)對(duì)DNA和遺傳73分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1944年，Avery

證明DNA是遺傳物質(zhì)1950年，Chargaff提出Chargaff定則1953年，Watson&Crick

成功解析了DNA分子二級(jí)結(jié)構(gòu)1961年，Jacob&Monod

提出了調(diào)節(jié)基因表達(dá)的操縱子模型分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1944年，Avery證明DNA是遺傳74分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1970年，Smith&Wilcox

分離到第一種限制性核酸內(nèi)切酶1972~1973年，Boyer&Berg

發(fā)展了重組DNA技術(shù)，并完成了第一個(gè)細(xì)菌基因的克隆，開(kāi)創(chuàng)基因工程的新紀(jì)元1975年，Southern

發(fā)明了DNA片段的印跡法分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1970年，Smith&Wilcox75分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1981年，Cech發(fā)現(xiàn)了ribozyme1982年，Prusiner

發(fā)現(xiàn)了朊病毒prion1985年，KarryMullis

發(fā)明了PCR反應(yīng)1988年，人類(lèi)基因組計(jì)劃啟動(dòng)1998年，克隆羊多利誕生，同年GenBank公布了最新的人類(lèi)基因圖譜分子生物學(xué)的發(fā)展歷程1981年，Cech發(fā)現(xiàn)了ribozy76GregorMendel(1822-1884).TheFatherofGenetics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)GregorMendel孟德?tīng)柕?7孟德?tīng)枺▕W地利）的遺傳學(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)；Morgan（美）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。孟德?tīng)枺▕W地利）的遺傳學(xué)規(guī)律最先使人們對(duì)性狀遺傳產(chǎn)生了理性認(rèn)78

1910年，德國(guó)科學(xué)家Kossel第一個(gè)分離了腺嘌呤，胸腺嘧啶和組氨酸。

1959年，美國(guó)科學(xué)家Ochoa因?yàn)槊笇W(xué)方面的杰出貢獻(xiàn)（第一次合成核糖核酸），與實(shí)現(xiàn)試管內(nèi)細(xì)菌細(xì)胞中DNA的復(fù)制的ArthurKornberg共享當(dāng)年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1910年，德國(guó)科學(xué)家Kossel第一個(gè)分離791.核酸的發(fā)現(xiàn)

早在1868年，Miescher從膿細(xì)胞中分離出細(xì)胞核，用稀堿抽提再加入酸，得到了一種含氮和磷特別豐富的物質(zhì)，當(dāng)時(shí)稱(chēng)其為核素（nuclein）。

1872年，他又在鮭魚(yú)精子細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)了大量的這類(lèi)物質(zhì)。由于這類(lèi)物質(zhì)都是從細(xì)胞核中提取出來(lái)的，而且又是酸性，故稱(chēng)其為核酸（nucleicacid）。FriedeichMiescher2023/1/8801.核酸的發(fā)現(xiàn)早在186

自核酸被發(fā)現(xiàn)以來(lái)的相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，對(duì)它的生物學(xué)功能幾乎毫無(wú)所知。

1928年(FrederickGriffith)以后，核酸功能研究取得了重大進(jìn)展。2023/1/881自核酸被發(fā)現(xiàn)以來(lái)的相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，對(duì)它的生物學(xué)功In1928,anexperimentofFrederickGriffithusingpneumoniabacteriaandmice2023/1/882In1928,anexperimentofFred1952年，HersheyAD和ChaseM用35S和32p分別標(biāo)記T2噬菌體的蛋白質(zhì)和核酸，感染大腸桿菌。在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)增殖的噬菌體中都只含有32P而不含35S,這表明噬菌體的增殖直接取決于DNA而不是蛋白質(zhì)。2.核酸功能研究的重大進(jìn)展1944年，AveryOT等首次證明肺炎雙球菌的DNA與其轉(zhuǎn)化和遺傳有關(guān)。2023/1/8831952年，HersheyAD和ChaseIn1952,AlfredHersheyandMarthaChasedidanexperimentwhichissosignificant,ithasbeennicknamedthe“Hershey-ChaseExperiment”.2023/1/884In1952,AlfredHersheyandMaIn1952,AlfredHersheyandMarthaChasedidanexperimentwhichissosignificant,ithasbeennicknamedthe“Hershey-ChaseExperiment”.2023/1/885In1952,AlfredHersheyandMaDNA的X光衍射照片1952年5月拍攝羅沙琳德·弗蘭克林（RosalindFranklin，1920－1958）英國(guó)

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立2023/1/886DNA的X光衍射照片羅沙琳德·弗蘭克林DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的Wilkins通過(guò)對(duì)DNA分子的X射線(xiàn)衍射研究證實(shí)了該模型。RosalindE.Franklin1920-1958Wilkins通過(guò)對(duì)DNA分子的X射線(xiàn)衍射研究證實(shí)了該模型。87DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立諾貝爾醫(yī)學(xué)與生理學(xué)獎(jiǎng)1962年2023/1/888DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立諾貝爾醫(yī)學(xué)與生理學(xué)獎(jiǎng)2023/1WatsonJD和CrickFHC的“雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”啟動(dòng)了分子生物學(xué)及重組DNA技術(shù)的發(fā)展。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，最終確定了核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。2023/1/889WatsonJD和CrickFHC的“雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”TheMeselson-Stahlexperiment（1958）showedthatDNAisreplicatedsemi-conservativelyDNAsemi-conservativeduplication

3.DNA復(fù)制模型2023/1/890TheMeselson-StahlexperimentDNA復(fù)制模型2023/1/891DNA復(fù)制模型2023/1/8271961年，Nirenberg、Ochoa以及Khorana等幾組科學(xué)家的共同努力，破譯了RNA上編碼合成蛋白質(zhì)的遺傳密碼，證明DNA分子中的遺傳信息是以三聯(lián)密碼的形式貯存。

遺傳密碼在生物界具有通用性。2023/1/8921961年，Nirenberg、Och2023/1/8932023/1/8292023/1/8942023/1/8304.

中心法則的建立

1958年，Crick提出了分子生物學(xué)的中心法則（centraldogma）。

中心法則是分子遺傳學(xué)基本理論體系。2023/1/8954.中心法則的建立2023/1/8312023/1/8962023/1/832

1970年，Temin和Baltimore從雞Rous肉瘤病毒(Roussarcomavirus，RSV)顆粒中發(fā)現(xiàn)了以RNA為模板合成DNA的逆轉(zhuǎn)錄酶，進(jìn)一步補(bǔ)充了遺傳信息傳遞的中心法則。

2023/1/8971970年，Temin和Baltimore從雞6.基因的人工合成

1978年體外首次成功地人工合成第一個(gè)完整基因。直接證實(shí)了MendelG在1865年發(fā)現(xiàn)的遺傳因子(基因)的化學(xué)本質(zhì)，就是DNA分子。

DNA分子是多種多樣生命現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)。2023/1/8986.基因的人工合成2023/1/8347.基因組研究的進(jìn)展

基因組（genome）:一個(gè)物種遺傳信息的總和。基因結(jié)構(gòu)與功能研究已經(jīng)從單個(gè)基因發(fā)展到生物體整個(gè)基因組。基因組研究已從簡(jiǎn)單的低等生物到真核生物，從多細(xì)胞生物到人類(lèi)。2023/1/8997.基因組研究的進(jìn)展基因組（genome）:一

1977年:Sanger測(cè)定了ΦX174DNA全部5375bp核苷酸序列；

1978年:Fiers等測(cè)出環(huán)狀SV40DNA全部5243bp核苷酸序列；1980年代:λ噬菌體DNA全部48502堿基對(duì)的序列被測(cè)出；一些小的病毒包括乙型肝炎病毒、艾滋病毒等基因組的全序列也陸續(xù)被測(cè)定;1996年底:大腸桿菌基因組DNA的全部序列長(zhǎng)4×106堿基對(duì)；

1996年底:完成了真核生物酵母（Saccharomyceserevisiae）的基因組全序列測(cè)定；1998年底:長(zhǎng)達(dá)100Mb的線(xiàn)蟲(chóng)的基因組序列測(cè)定也已全部完成。這是第一個(gè)完成的多細(xì)胞生物體的全基因組序列測(cè)定。2023/1/81001977年:Sanger測(cè)定了ΦX174DNA全部53

人類(lèi)基因組計(jì)劃（humangenomeproject,HGP）美國(guó)科學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者DulbeccoR于1986年在美國(guó)《Science》雜志上發(fā)表的短文中率先提出，并認(rèn)為這是加快癌癥研究進(jìn)程的一條有效途徑。主要的目標(biāo)是繪制遺傳連鎖圖、物理圖、轉(zhuǎn)錄圖，并完成人類(lèi)基因組全部核苷酸序列測(cè)定。測(cè)出人體細(xì)胞中24條染色體上全部30億對(duì)核苷酸的序列，把所有人類(lèi)基因都明確定位在染色體上，破譯人類(lèi)的全部遺傳信息。

HGP是人類(lèi)自然科學(xué)史上與曼哈頓原子彈計(jì)劃和阿波羅登月計(jì)劃相媲美的偉大科學(xué)工程。2023/1/8101人類(lèi)基因組計(jì)劃（humangenomeprojec“What’sHumanGenomeProject?”“OnebaseOnedollar!”-byataxidriver(andataxpayer)“What’sHumanGenomeProject?”102

研究結(jié)果表明，人類(lèi)基因數(shù)量?jī)H有3萬(wàn)個(gè)左右，比此前估計(jì)的要少得多。通過(guò)研究還發(fā)現(xiàn)男女可能存在巨大遺傳差異，男性染色體減數(shù)分裂的突變率是女性的兩倍。在已經(jīng)分析的序列中，找到很多與遺傳病有關(guān)的基因，包括乳腺癌、遺傳性耳聾、中風(fēng)、癲癇癥、糖尿病和各種骨骼異常的基因。2023/1/8103研究結(jié)果表明，人類(lèi)基因數(shù)量?jī)H有3萬(wàn)個(gè)左右，比此前humanArabidopsis擬南芥ThermotogamaritimaEscherichiacoli大腸桿菌Buchnerasp.APSRickettsiaprowazekiiUreaplasmaurealyticumBacillussubtilisDrosophilamelanogasterThermoplasmaacidophilumPlasmodiumfalciparumHelicobacterpylorimouseCaenorhabitiselegansratBorreliaburgorferiBorreliaburgorferiAquifexaeolicusNeisseriameningitidisZ2491Mycobacteriumtuberculosis全基因組已經(jīng)測(cè)序的一些生物humanArabidopsisThermotogamar104（二）蛋白質(zhì)分子生物學(xué)：

DNA→儲(chǔ)存生命活動(dòng)的各種信息。

蛋白質(zhì)→生命活動(dòng)的執(zhí)行者。蛋白質(zhì)的分子生物學(xué)主要研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能。2023/1/8105（二）蛋白質(zhì)分子生物學(xué)：

DNA→儲(chǔ)存生命活動(dòng)的

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的研究進(jìn)展

1956年，Anfinsen和White根據(jù)對(duì)酶蛋白的變性和復(fù)性實(shí)驗(yàn)，提出蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)是由其氨基酸序列來(lái)確定的。1958年，Ingram證明正常的血紅蛋白與鐮狀細(xì)胞溶血癥病人的血紅蛋白之間，在其亞基的肽鏈上僅有一個(gè)氨基酸殘基的差別。1969年，Weber開(kāi)始應(yīng)用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳測(cè)定蛋白質(zhì)分子量；20世紀(jì)60年代先后分析了血紅蛋白、核糖核酸酶A等一批蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。

中國(guó)科學(xué)家在1965年人工合成了牛胰島素；1973年又用1.8AX射線(xiàn)衍射分析法測(cè)定了牛胰島素的空間結(jié)構(gòu)。2023/1/8106蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的研究進(jìn)展1956年三、分子生物學(xué)與生物技術(shù)2023/1/8107三、分子生物學(xué)與生物技術(shù)2023/1/843

分子生物學(xué)技術(shù)：

例如：DNA及RNA的印跡轉(zhuǎn)移、核酸分子雜交、基因克隆、基因體外擴(kuò)增、DNA測(cè)序等，形成了獨(dú)特的重組DNA技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)。

由生物化學(xué)、生物物理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、應(yīng)用微生物學(xué)及免疫學(xué)等各專(zhuān)業(yè)技術(shù)的滲透、綜合而成，并在此基礎(chǔ)上發(fā)明和創(chuàng)造了一系列新的技術(shù)。2023/1/8108分子生物學(xué)技術(shù)：例如：DNA及RNA分子克隆(molecularcloning)

重組DNA(recombinantDNA)技術(shù)是近代分子生物學(xué)技術(shù)的核心。

基因操作(genemanipulation)

基因克隆(genecloning)基因工程(geneengineering)2023/1/8109分子克隆(molecularcloning)

通過(guò)DNA連接酶把不同的DNA片段連接成一個(gè)整體。a.DNA的粘性末端;b.DNA的平末端;c.化學(xué)合成的具有EcoRI粘性末端的DNA片段。

通過(guò)DNA連接酶把不同的DNA片段連接成一個(gè)整體。a.D110工具酶限制性核酸內(nèi)切酶能夠識(shí)別DNA上的特定堿基序列并從這個(gè)位點(diǎn)切開(kāi)DNA分子。第一個(gè)核酸內(nèi)切酶EcoRI是Boyer實(shí)驗(yàn)室在1972年發(fā)現(xiàn)的，它能特異性識(shí)別GAATTC序列，將雙鏈DNA分子在這個(gè)位點(diǎn)切開(kāi)并產(chǎn)生具有粘性末端的小片段。

工具酶111幾種主要DNA內(nèi)切酶所識(shí)別的序列及其酶切末端.幾種主要DNA內(nèi)切酶所識(shí)別的序列及其酶切末端.112基因克隆的載體僅僅能在體外利用限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶進(jìn)行DNA的切割和重組，還不能滿(mǎn)足基因工程的要求，只有將它們連接到具備自主復(fù)制能力的DNA分子上，才能在寄主細(xì)胞中進(jìn)行繁殖。具備自主復(fù)制能力的DNA分子就是分子克隆的載體（vector）。病毒、噬菌體和質(zhì)粒等小分子量復(fù)制子都可以作為基因?qū)氲妮d體?；蚩寺〉妮d體113重組DNA操作過(guò)程示意圖重組DNA操作過(guò)程示意圖114分子生物學(xué)基礎(chǔ)課件115

20世紀(jì)以來(lái)，分子生物學(xué)的發(fā)展，產(chǎn)生了重組DNA技