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文檔簡介
Lecturer:LiuQingE
本課程的任務(wù)是介紹生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能;復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的過程和基因表達(dá)調(diào)控的方式以及分子生物學(xué)的常用技術(shù)與應(yīng)用。使學(xué)生了解有關(guān)分子生物學(xué)的基本理論知識(shí)和研究方法,為今后的學(xué)習(xí)、科研打下良好的分子生物學(xué)基礎(chǔ)。
教學(xué)目的、任務(wù)主要內(nèi)容第一章緒論(Courseintroduction)第二章原核與真核生物的基因組(Prokaryoticandeukaryoticchromosomestructure)第三章DNA復(fù)制(DNAreplication)第四章DNA損傷、修復(fù)和重組(DNAdamage,repairandrecombination)第五章原核轉(zhuǎn)錄(Transcriptioninprokaryotes)第六章真核轉(zhuǎn)錄(Transcriptionineukaryotes)第七章RNA加工和核糖核蛋白(RNAprocessingandRNPs第八章遺傳密碼與tRNA(geneticcodonandtRNA)第九章蛋白翻譯(proteinsynthesis)第十章原核生物基因表達(dá)調(diào)控(geneexpressionregulationinprokaryotes)第十一章真核生物基因表達(dá)調(diào)控(geneexpressionregulationineukaryotes)第十二章分子生物學(xué)研究方法(molecularbiologytechnology)教材及主要參考書教材:趙亞華《基礎(chǔ)分子生物學(xué)教程》,科學(xué)出版社
P.C.Turneretal.2009.InstantNotesinMolecularBiology(分子生物學(xué)精要速覽),3rdedition,BiosScientificPublishersLimited.朱玉賢《現(xiàn)代分子生物學(xué)》,高等教育出版社孫乃恩《分子遺傳學(xué)》,南京大學(xué)出版社。
閻隆飛《分子生物學(xué)》,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,李振剛《分子遺傳學(xué)》,科學(xué)出版社JameWatson等著.MolecularBiologyoftheGene(第五版),ColdSpringHarborPress出版,2004.WeaverR.MolecularBiology.科學(xué)出版社學(xué)習(xí)方法1.注重理解,融會(huì)貫通重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)知識(shí)體系的建立,掌握脈絡(luò)、主干和重點(diǎn)。2.勤學(xué)多問,孜孜不倦善于勤學(xué)多問,與老師、同學(xué)多交流探討。3.跟蹤前沿,引深思維經(jīng)常查閱相關(guān)文獻(xiàn)4.舉一反三,溫故知新做好預(yù)習(xí)、經(jīng)常復(fù)習(xí)5.勤做筆記考核方式:考試1.期末閉卷考試:50%2.平時(shí)成績:50%(考勤10%+課堂表現(xiàn)10%+作業(yè)成績30%+期中考試成績50%)
考
核
第一章緒論教學(xué)目的、要求
掌握分子生物學(xué)的含義及分子生物學(xué)的研究內(nèi)容,了解分子生物學(xué)發(fā)展簡史、分子生物學(xué)在生命科學(xué)中的地位、分子生物學(xué)的現(xiàn)狀和展望。主要內(nèi)容一、分子生物學(xué)定義二、分子生物學(xué)的主要研究內(nèi)容以及與其它學(xué)科的關(guān)系三、分子生物學(xué)的發(fā)展簡史四、分子生物學(xué)展望一、分子生物學(xué)定義1.什么是分子生物學(xué)?是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能及其相互作用關(guān)系,以及基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理的學(xué)科。是人類從分子水平上真正揭開生物世界的奧秘,由被動(dòng)地適應(yīng)自然界轉(zhuǎn)向主動(dòng)地改造和重組自然界的基礎(chǔ)學(xué)科。
廣義: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的現(xiàn)象和生物學(xué)規(guī)律。狹義:偏重于核酸(基因)的分子生物學(xué),主要研究基因或DNA結(jié)構(gòu)與功能、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和調(diào)節(jié)控制等過程。一、分子生物學(xué)定義2.研究對(duì)象Biomacromolecule(生物大分子)核酸、蛋白質(zhì)、多糖等具有重要功能的較大分子量物質(zhì)(分子水平)一、分子生物學(xué)定義3.研究目的闡明生物的產(chǎn)生、生長、發(fā)育、繁殖、遺傳等生命活動(dòng)基本特征的分子機(jī)理。研究生命本質(zhì)一、分子生物學(xué)定義4.研究方法生命科學(xué)研究的主導(dǎo)技術(shù)(DNA重組、PCR、雜交等)
生物技術(shù)5.分子生物學(xué)的3條基本原理:?構(gòu)成生物體有機(jī)大分子的單體在不同生物中都是相同的;?生物體內(nèi)一切有機(jī)大分子的建成都遵循著各自特定的規(guī)則;?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。一、分子生物學(xué)定義二、分子生物學(xué)的主要研究內(nèi)容以及與其它學(xué)科的關(guān)系1.主要研究內(nèi)容(1)基因與基因組的結(jié)構(gòu)與功能(2)DNA的復(fù)制轉(zhuǎn)錄和翻譯(3)基因表達(dá)調(diào)控的研究(4)DNA重組技術(shù)(5)結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)基因與基因組的結(jié)構(gòu)與功能分子生物學(xué)發(fā)展的主線分子生物學(xué)研究內(nèi)容最基礎(chǔ)最重要的部分?;虮磉_(dá)調(diào)控的研究基因表達(dá)實(shí)質(zhì):遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯
時(shí)序調(diào)節(jié)表達(dá)環(huán)境調(diào)控表達(dá)發(fā)育調(diào)控基因在這兩方面表現(xiàn)尤為突出。DNA重組技術(shù)20世紀(jì)70年代初興起的一門技術(shù)科學(xué)(基因工程)目的生產(chǎn)活性多肽定向改造某些生物的基因結(jié)構(gòu)用于基礎(chǔ)研究結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)研究生物大分子特定的空間結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變化與其生物學(xué)功能關(guān)系的科學(xué)。如:功能蛋白質(zhì)組研究;核糖體結(jié)構(gòu)與功能的研究2.分子生物學(xué)與其他學(xué)科之間的關(guān)系分子生物學(xué)是由生物化學(xué)、生物物理學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)、以至信息科學(xué)等多學(xué)科相互滲透、綜合融匯而產(chǎn)生并發(fā)展起來的,凝聚了不同學(xué)科專長的科學(xué)家的共同努力。?它雖產(chǎn)生于上述各個(gè)學(xué)科,但已形成它獨(dú)特的理論體系和研究手段,成為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。LifeSciencesMedicalSciencesBiologyAgri.SciencesMacro(outdoor)Micro(indoor)Ecology,BehaviorEvolutionSystematicsMolecularBiologyBiochemMicrobiolCellBiologyGeneticsBioinformatics
ImmunolNeurobiolOthersCropsciencesAnimalhusbandryVeterinaryPathology,clinicmedicinePreventivemedicineetc分子生物學(xué):從分子水平理解生命活動(dòng)生物化學(xué):從化學(xué)組成角度來理解生物大分子和生物代謝。細(xì)胞生物學(xué):從細(xì)胞水平理解生命活動(dòng)遺傳學(xué):從遺傳角度理解生命活動(dòng)。普通生物學(xué)(動(dòng)物&植物)&微生物學(xué):不同生物類型的特點(diǎn)與生物化學(xué)的關(guān)系最為密切研究方向的側(cè)重點(diǎn)研究方法分子生物學(xué)生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能生物化學(xué)與遺傳學(xué)生物化學(xué)大分子的代謝轉(zhuǎn)化生物化學(xué)與化學(xué)以及生理學(xué)但存在一定的差別與細(xì)胞生物學(xué)十分密切傳統(tǒng)的細(xì)胞生物學(xué)現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)分子生物學(xué)(主要研究細(xì)胞和亞細(xì)胞器的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能)(探討組成細(xì)胞的分子結(jié)構(gòu))(進(jìn)一步研究各生物分子間的高層次組織和相互作用,尤其是細(xì)胞整體反應(yīng)的分子機(jī)理)三、分子生物學(xué)的發(fā)展簡史1.準(zhǔn)備和醞釀階段(19世紀(jì)后期-20世紀(jì)50年代)2.現(xiàn)代分子生物學(xué)的建立和發(fā)展階段(20世紀(jì)50年代-70年代)3.初步認(rèn)識(shí)生命本質(zhì)并開始改造生命的深入發(fā)展階段(20世紀(jì)70年代后)兩個(gè)重大突破蛋白質(zhì)是生命的主要基礎(chǔ)物質(zhì)確定了生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA19世紀(jì)末,Buchner兄弟證明酵母無細(xì)胞提取液能使糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精--第一次提出酶(enzyme)的名稱,酶是生物催化劑。20世紀(jì)20-40年代,證明酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)。隨后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)生命的許多基本現(xiàn)象都與酶和蛋白質(zhì)相聯(lián)系,可以用提純的酶或蛋白質(zhì)在體外實(shí)驗(yàn)中重復(fù)出來。在此期間對(duì)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)也有了初步的認(rèn)識(shí)。
1902年,EmilFisher證明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是多肽40年代末,Sanger創(chuàng)立二硝基氟苯(DNFB)法、Edman發(fā)展異硫氰酸苯酯法分析肽鏈N端氨基酸1951年,Pauling和Corey
:α-螺旋和-折疊,確定了蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)1953年,Sanger和Thompson:確定了胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu),這是第一個(gè)被確定一級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。LINUSCARLPAULING
1954NobelLaureateinChemistry
“forhisresearchintothenatureofthechemicalbondanditsapplicationtotheelucidationofthestructureofcomplexsubstances”
Background1901-1994
Residence:U.S.A.
Affiliation:CaliforniaInstituteofTechnology,Pasadena,CALinusPaulingattheCaliforniaInstituteofTechnologyinPasadena.FREDERICKSANGER
1958NobelLaureateinChemistry
“forhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulin”BackgroundBorn:August13,1918
PlaceofBirth:Rendcombe,Gloucestershire,England
Residence:GreatBritain
Affiliation:CambridgeUniversity
1860至1870年GregorMendel:豌豆雜交
細(xì)胞內(nèi)的遺傳因子(elementorunit)決定和控制著生物體的各種性狀1868至1871年F.Miescher:從死亡的白細(xì)胞核中分離了DNA1909年W.Johannsen:將遺傳因子更名為基因1910年T.H.Morgan:果蠅(Drosophila)
證明基因是位于染色體上呈線性排列的遺傳單位,“一個(gè)基因控制一個(gè)性狀”(onegene-onetrait)"FatherofGenetics"
Atthemonastery,hestartedinvestigationsofvariation,heredityandevolutionofplantsatthemonastery'sexperimentalgarden.Becauseheknewotherscientistshaddoneexperimentalcrossingsbetweenpeas,healreadyknewthathecouldobservethetraitsofthedifferentpeagenerations.JohannGregorMendel(1822~1884)
E.SeyseneggTschermak
C.Correns
H.DeVries(1848-1935)
這三位著名的生物學(xué)家在1900年同時(shí)發(fā)表論文宣揚(yáng)孟德爾,使孟德爾定律很快引起了生物學(xué)界的重視。生物學(xué)界掀起了驗(yàn)證孟德爾定律的熱潮。
WilhelmLudwigJohannsen1857~1927
1909年,丹麥生物學(xué)家約翰遜根據(jù)希臘文“給予生命”之義,創(chuàng)造了基因(gene)一詞,并用這個(gè)術(shù)語代替孟德爾的“遺傳因子”。不過他所說的基因并不代表物質(zhì)實(shí)體,而是一種與細(xì)胞的任何可見形態(tài)結(jié)構(gòu)毫無關(guān)系的抽象單位。因此,那時(shí)所指的基因只是遺傳性狀的符號(hào),還沒有具體涉及基因的物質(zhì)概念。
TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1933"forhisdiscoveriesconcerningtheroleplayedbythechromosomeinheredity"
USACaliforniaInstituteofTechnology
Pasadena,CA,USA1866-1945ThomasHuntMorgan1941年G.W.Beadle,E.L.Tetum
:鏈孢霉菌屬的孢子突變研究。“onegene-oneenzyme”。1944年O.T.Avery
:肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)
證明遺傳物質(zhì)是DNA而不是當(dāng)時(shí)流行的蛋白質(zhì),提出了DNA是遺傳信息的載體
OswaldTheodoreAvery1877~1955肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)肺炎鏈球菌AlfredDayHershey1908~1997
T2噬菌體轉(zhuǎn)染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)T2噬菌體1953年F.H.C.Crick,J.D.Watson,(M.H.F.WilkinsR.E.Franklin):DNA雙螺旋模型-開創(chuàng)了分子遺傳學(xué)基本理論建立和發(fā)展的黃金時(shí)代。1958年F.H.C.Crick:分子生物學(xué)中心法則(centraldogmaofmolecularbiology)1966年R.W.Holley,H.G.Khorana,M.W.Nirenberg:揭示遺傳密碼FrancisHarryComptonCrickJamesDeweyWatsonMauriceHughFrederickWilkins
GreatBritainUSAGreatBritainInstituteofMolecularBiology
Cambridge,GreatBritainHarvardUniversity
Cambridge,MA,USAUniversityofLondon
London,GreatBritain1916-1928-1916-"fortheirdiscoveriesconcerningthemolecularstructureofnucleicacidsanditssignificanceforinformationtransferinlivingmaterial"TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine19621956年A.Kornbery:DNA聚合酶1968年Okazaki:DNA不連續(xù)復(fù)制模型1972年證實(shí)DNA復(fù)制開始需要RNA作為引物1958年Weiss及Hurwitz等:RNA聚合酶1961年Hall和Spiege-lman:mRNA與DNA序列互補(bǔ)50年代初Zamecnik等:微粒體是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的部位1957年Hoagland、Zamecnik、Stephenson
等:tRNA1961年Brenner、Gross等:mRNA與核糖體的結(jié)合1965年Holley:首次測出酵母丙氨酸t(yī)RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)--三葉草型結(jié)構(gòu)1970年D.Baltimore,R.Dulbecco,H.M.Temin:發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶,分子生物學(xué)中心法則擴(kuò)充DNARNAProtein
RobertW.HolleyHarGobindKhoranaMarshallW.Nirenberg
USAUSAUSACornellUniversity
Ithaca,NY,USAUniversityofWisconsin
Madison,WI,USANationalInstitutesofHealth
Bethesda,MD,USA1922-19931922-1927-TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1968"fortheirinterpretationofthegeneticcodeanditsfunctioninproteinsynthesis"
重組DNA技術(shù)的建立和發(fā)展基因組研究的發(fā)展基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理70年代后,以基因工程技術(shù)的出現(xiàn)作為新的里程碑,標(biāo)志著人類深入認(rèn)識(shí)生命本質(zhì)并能動(dòng)改造生命的新時(shí)期開始。In1973AmericanbiochemistHerbertBoyerusedrestrictionenzymestoproduceaDNAmoleculewithgeneticmaterialfromtwodifferentsources.ThissplicingtechniqueisnowknownasrecombinantDNA.Boyerinsertedforeigngenesintoplasmidsandobservedthattheplasmidscouldreplicatetomakemanycopiesoftheinsertedgenes.Insubsequentexperiments,Boyer,AmericanbiochemistStanleyCohen,andotherresearchersdemonstratedthatinsertingarecombinantDNAmoleculeintoahostbacteriacellwouldleadtoextremelyrapidreplicat
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