分子生物學導論(ppt)

分子生物學課程內容細胞與大分子蛋白質結構核酸的性質原核與真核生物的染色體結構DNA復制DNA損傷、修復與重組基因操作克隆載體基因文庫與篩選克隆DNA的分析與應用原核生物的轉錄原核生物的轉錄調控真核生物的轉錄真核生物的轉錄調控RNA加工與核糖核蛋白復合體遺傳密碼與tRNA蛋白質合成噬菌體與真核生物病毒腫瘤病毒與癌基因第一章

緒論第一節(jié)分子生物學發(fā)展的基礎（一）創(chuàng)世說和進化論三個與生命現(xiàn)象相關的基本問題生命是怎樣起源的？為什么“有其父必有其子”？動、植物個體是怎樣從一個受精卵發(fā)育而來的？創(chuàng)世說上帝創(chuàng)造了世間萬物，包括人類。什么是生命？生命如何定義？從生物學角度的定義從物理學角度的定義從生物物理學角度的定義“生命”的完整的、系統(tǒng)的定義從生物學角度

“生命”被定義為：由核酸和蛋白質等物質組成的多分子體系，它具有不斷自我更新、繁殖后代以及對外界產(chǎn)生反應的能力。從物理學角度的定義:“生命”=“負熵”

熱力學第二定律指出，任何自發(fā)過程總是朝著使體系越來越混亂、越來越無序的方向，即朝著熵增加的方向變化。

生命的演化過程總是朝著熵減少的方向進行，一旦負熵的增加趨近于零，生命將趨向終結，走向死亡。從生物物理學角度的定義

生命有三要素：物質、能量、信息

在生物體的整個運動過程中，貫穿了物質、能量、信息三者的變化、協(xié)調和統(tǒng)一。其他說法生理學的定義：生命體是具有進食、代謝、排泄、呼吸、運動、生長、生殖和反應性功能的系統(tǒng)；新陳代謝的定義：生命系統(tǒng)具有界面，與外界經(jīng)常交換物質、但不改變自其身性質；生物化學的定義：生命系統(tǒng)包含著儲藏遺傳信息的核酸和調節(jié)代謝的酶蛋白；遺傳學的定義：生命系統(tǒng)是通過基因復制、突變和自然選擇而進化的系統(tǒng)；熱力學的定義：生命系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，它通過能量流動和物質循環(huán)而不斷增加內部秩序。（二）達爾文學說1859年達爾文發(fā)表了著名的《物種起源》一書，提出了進化論學說。其進化論思想的精髓可概括為“物競天擇，適者生存”幾個字。他認為世界上的一切生物都是可變的，物種的變異是由于大自然的環(huán)境和生物群體的生存競爭造成的。（三）細胞學說的建立十七世紀末十八世紀初，荷蘭的Leeuwenhoek制作了世界上第一臺顯微鏡，并觀察了諸多生物樣本。大約與其同時代的Hooke第一個提出“細胞”一詞。十九世紀，德國植物學家Schleiden和動物學家Schwann建立了細胞學說。他們認為：所有組織的最基本單元是形狀非常相似而又高度分化的細胞。細胞的發(fā)生和形成是生物界普遍和永久的規(guī)律。（四）經(jīng)典的生物化學和遺傳學進化論和細胞學說的結合，產(chǎn)生了現(xiàn)代生物學。而以研究動、植物遺傳變異規(guī)律為目標的遺傳學和以分離純化、鑒定細胞內含物質為目標的生物化學則是這一學科的兩大支柱。經(jīng)典的生物化學的成就十九世紀，人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了蛋白質。到二十世紀初，組成蛋白質的20種氨基酸被相繼發(fā)現(xiàn)。Fisher還論證了連接相鄰氨基酸的“肽鍵”的形成。細胞的其他成分，如脂類、糖類和核酸也相繼被認識和部分純化。1869年，Misescher首次從萊茵河鮭魚精子中分離到DNA。1910年，德國科學家Kossel首先分離得到了腺嘌呤、胸腺嘧啶和組氨酸。經(jīng)典遺傳學的建立和發(fā)展1865年，奧地利科學家孟德爾（GregorMendel）發(fā)表了《植物雜交試驗》一書，提出了遺傳學的兩條基本規(guī)律：統(tǒng)一律和分離律。他認為：生物的每一種性狀都是由遺傳因子控制的，這些因子可以從親代到子代，代代相傳。1909年，丹麥遺傳學家W.Johannsen首先使用“基因”一詞。二十世紀初，美國遺傳學家Morgan提出了基因學說。他指出：種質必須由獨立的要素組成，我們把這些要素稱為遺傳因子，或者簡單地稱為基因。Morgan及其助手發(fā)現(xiàn)了連鎖遺傳規(guī)律，并且第一次將代表某一性狀的基因，同某一特定的染色體聯(lián)系起來。第二節(jié)分子生物學發(fā)展簡史

分子生物學的定義：

是研究核酸、蛋白質等所有生物大分子的形態(tài)、結構特征及其重要性、規(guī)律性和相互關系的科學。1928年英國科學家Griffith等人發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌可以引起肺炎，導致小鼠死亡。1944年美國微生物學家Avery通過肺炎鏈球菌對小鼠的感染實驗，證明DNA是遺傳信息的載體。1953年Watson和Crick提出DNA右手雙螺旋模型，于1962年和Wilkins共享諾貝爾生理醫(yī)學獎。同年，Sanger首次闡明了胰島素的一級結構，開創(chuàng)了蛋白質序列分析的先河，他于1958年獲諾貝爾化學獎。1954年Crick提出遺傳信息傳遞的中心法則。1958年，Meselson和Stahl提出了DNA的半保留復制。1961年，法國科學家Jacob和Monod提出了調節(jié)基因表達的操縱元（operon）模型，1965年獲得諾貝爾生理醫(yī)學獎。他們還首次提出了信使核糖酸（mRNA）的存在及作用。同年，Nirenberg等人應用合成的mRNA分子[poly(U)]破譯出第一批遺傳密碼。1966年，美國科學家Nirenberg等人破譯了全部的DNA遺傳密碼，1969年與Holley和Khorana分享了諾貝爾生理醫(yī)學獎。1967年發(fā)現(xiàn)了可將DNA連接起來的DNA連接酶。1970年Smith、Qilcox及Kelley分離到第一種可以在DNA特定位點將DNA分子切開的限制性核酸內切酶。同年，美國的Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)RNA腫瘤病毒中存在逆轉錄酶，他們于1975年共享諾貝爾生理學獎。1972年，Berg、Boyer等人第一次成功地完成了DNA重組實驗。1974年，首次實現(xiàn)了異源真核生物的基因在大腸桿菌中的表達。1975~1977年，美國人Sanger和Gilbert發(fā)明了快速DNA序列測定技術，并于1977年完成了噬菌體ΦX174基因組（5386bp）的序列測定。1980年Sanger和Gilbert與Berg分享了諾貝爾化學獎。1982年Prusiner提出“感染性蛋白質顆?！钡拇嬖?；次年將這種蛋白顆粒命名為朊病毒蛋白（prionprotein,PrP）。1997年，Prusiner因為發(fā)現(xiàn)朊病毒而獲得諾貝爾生理醫(yī)學獎。1984年，德國人Kohler、美國人Milstein和丹麥科學家Jern由于發(fā)展了單克隆抗體技術而分享了諾貝爾生理醫(yī)學獎。1986年，Mullis發(fā)明了PCR技術。1993年Mullis與第一個設計定點突變的Smith共享了諾貝爾化學獎。1988年Waston出任“人類基因組計劃”首席科學家，舉世矚目的人類基因組測序工作開始啟動。1993年，美國科學家Roberts和Sharp由于在不連續(xù)基因方面的工作而獲得諾貝爾生理醫(yī)學獎。1996年，酵母基因組DNA的全部序列測定工作完成。2000年6月26日，人類基因組工作框架圖繪制完成第三節(jié)分子生物學的研究內容DNA重組技術（基因工程）（一）DNA重組技術的含義：

指在體外將核酸分子插入病毒、質?；蚱渌d體分子，構成遺傳物質的新組合，并將之導入到原先沒有這類分子的寄主細胞內，從而使接受者產(chǎn)生新的遺傳性狀的技術。（二）DNA重組技術的建立關鍵技術：限制性內切酶、DNA連接酶及其他工具酶的發(fā)現(xiàn)和應用。（三）DNA重組技術的應用可用于大量生產(chǎn)某些在正常細胞代謝中產(chǎn)量很低的多肽；可用于定向改造某些生物基因組結構可用于基礎研究基因表達調控研究

生物個體在生長發(fā)育過程中，基因表達是按一定的時序發(fā)生變化（時序調節(jié)），并隨著內外環(huán)境的變化而不斷加以修正（環(huán)境調控）的?；虮磉_調控研究的主要方面有：（一）信號轉導（singnaltransduction)

信號轉導：指外部信號通過細胞膜上的受體傳到細胞內部，并激發(fā)諸如離子通透性、細胞形狀或其他細胞功能方面的應答過程。（二）轉錄因子研究轉錄因子：是指一群能與基因5’端上游特定序列專一結合，從而保證目的基因以特定的強度在特定的時間與空間表達的蛋白質分子。（三）RNA剪接研究生物大分子結構功能研究（又稱結構分子生物學）（一）概念：是研究生物大分子特定的空間結構及結構的運動變化與其生物學功能關系的科學。（二）結構分子生物學的研究方向：結構測定；結構運動變化規(guī)律；結構與功能關系的建立。（三）結構分子生物學的研究