分子生物學 第一章

生命科學學院發(fā)育生物學學科Tel：82191783E-mail：xuzhiru2003@126.com許志茹分子生物學

（MolecularBiology）Let’sworktogethertomakethiscourseagreatexperienceinyourlife.Iamlookingforwardtohaveawonderfulsemesterwithallofyou.Hopethatyouallenjoythecourse.It’smypleasuretolearnMolecularBiologywithyou.Prerequisite:

Biology,Biochemistry,Genetics,CellBiologyMolecularBiologySyllabusAutumnsemester,Sept2010CourseDescription:Structureandfunctionofmacromolecules(DNA,RNA).Thesynthesisofthosemacromolecules(DNAreplication,transcription,translation,mutant)reviewedindetail.Regulationofgeneexpressionwillbediscussed.

課程安排第一章緒論第二章基因概念的演變與發(fā)展

第三章DNA的復制

第四章RNA的轉錄第五章蛋白質的翻譯

第六章基因表達的調控

第七章基因突變和遺傳重組的分子機制

課程目標：構建一個完整的分子生物學知識框架；了解分析基因結構與功能的現(xiàn)代技術方法；增強后繼學習的能力；學會批判性學習，應用所學知識解決分子生物學領域中新的或感興趣的問題。出勤要求：缺課3次將取消出勤分。Grades:

Components

PercentageFinalGrade平時成績出勤10%小考20%試卷成績70%IfyouthinkIhavesaidsomethingthatisincorrect,pleasepointthisout.WhenyouaskmeaquestionthatIcannotanswer,Iwillresearchitandgetbacktoyou.

Ifyouhavetriedtounderstandthematerialbutjustcan'tgetit,thencometalktomeeitherduringmyofficehoursormakeanappointment.Iamhappytoworkwithyouasmuchasisnecessary.Isee,IdonotknoweverythingThePowerPointofcourseispresentedin

English，butalsoinChinesetohelp

understanding!MOLECULARBIOLOGYisaprincipalcoursefortheundergraduatestudentsofCollegeofLifeSciences.Allthingsareeasytoindustry教材《基礎分子生物學》，鄭用璉主編，高等教育出版社主要參考書目錄孫乃恩等，分子遺傳學，南京大學出版社，1990Lewin,B,GenesGeneⅧ

,OxfordUniversityPress,2003JamesD.Watson

etal,.MolecularBiologyofGene,5E

Turner,PCetal,分子生物學,科學出版社,1998RobertF.WeaverMolecularbiology2004.3E徐晉麟等現(xiàn)代遺傳學原理(修訂版2003)科學出版社李明剛，高級分子遺傳學，科學出版社，2004CHAPTERONEIntroduction二十世紀生命科學的回顧分子生物學的概念二十一世紀分子生物學展望1.1近代的自然觀與進化學說

神創(chuàng)論:世界是上帝有目的設計和創(chuàng)造的，由上帝制定的法則所主宰，是有序協(xié)調、安排合理、美妙完善且永恒不變的。HolyBibleOriginsofLife

布豐進化學說：Questionstwothousandyearsofdogma,allcreatureshavebeencreatedindependentlyofoneanotherbyGod.organicchange.theenvironmentacteddirectlyonorganismsthroughwhathecalled"organicparticles".

物種是可變的，特別強調環(huán)境對生物的直接影響。物種生存環(huán)境的改變，尤其是氣候與食物性質的變化，可引起生物機體的改變。是第一個提出廣泛而具體的進化學說的博物學家。GeorgeBuffon（1717-1788）18世紀末到19世紀初大量的各種形態(tài)的生物化石既相似又不同表明曾經上生存過現(xiàn)今不再存在的物種為了解釋此發(fā)現(xiàn)而又不違背圣經有了災變論。法國地質學家、古生物學家居維葉是“災變論”最有影響的代表。認為，在整個地質發(fā)展的過程中，地球經常發(fā)生各種突如其來的災害性變化，如，火山爆發(fā)、洪水泛濫、氣候急劇變化等。當災難發(fā)生時，許多生物遭到滅頂之災。每當經過一次就會使幾乎所有的生物滅絕。這些滅絕的生物就沉積在相應的地層，并變成化石而被保存下來。這時，造物主又重新創(chuàng)造出新的物種，使地球又重新恢復了生機。GeorsesCuvier（1769-1832）

均變論（Uniformitarianism

）PrinciplesofGeology.

Theearthwasshapedentirelybyslow-movingforcesactingoveraverylongperiodoftime.thepresentisthekeytothepast均變論：萊伊爾,《地質學原理》。地球表面的所有特征都是由難以覺察的、作用時間較長的自然過程形成的。這種“將今論古”的科學方法對達爾文的影響很大。Lyell,SirCharles(1797-1875)

Lyell'sworkinturnprofoundlyinfluencedCharlesDarwin.

Lamarck'sevolutionarytheory

：《法國植物志》（

1778）、

《無脊椎動物系統(tǒng)》(1801)和《動物學哲學》(1809)。生物種是可變的，所有現(xiàn)存的物種，包括人類都是從其他物種變化、傳衍而來；生物本身存在由低級向高級連續(xù)發(fā)展的內在趨勢；

環(huán)境變化是物種變化的原因，并把動物進化的原因總結為“用進廢退”和“獲得性遺傳”兩個原則。達爾文學說：1859年發(fā)表了《物種起源》

用大量的事實證明了生物變異的普遍性、變異與遺傳的關系，提出了生存競爭和自然選擇學說，系統(tǒng)地論述了物種形成的機制。

生命只有一個祖先，因為生命都起源于一個原始細胞的開端，生物是從簡單到復雜、從低級到高級逐步發(fā)展而來的，生物在進化中不斷地進行著生存斗爭，進行著自然選擇。英國人霍爾丹和美籍蘇聯(lián)生物學家杜布贊斯基創(chuàng)立了“現(xiàn)代進化論”生物進化的體現(xiàn)

可遺傳的變異和不遺傳的變異

生物進化的基本單位自然選擇的因素魏斯曼的theoryofcontinuityofgermplasm：種質連續(xù)論：種質在世代之間連續(xù)相繼；支持選擇理論；否定后天獲得性遺傳。

22代后1.2細胞學說的提出

一切生物從單細胞到高等動植物都是由細胞組成的，細胞是生物形態(tài)結構和功能活動的基本單位。

1.3孟德爾遺傳定律的提出與經典遺傳學的創(chuàng)立

孟德爾（MendelG.J.,1822-1884）豌豆雜交試驗（1856-1864），系統(tǒng)地研究了生物的遺傳和變異：1866年發(fā)表《植物雜交試驗》，提出了分離規(guī)律和獨立分配規(guī)律；假定細胞中有它的物質基礎“遺傳因子”，認為遺傳是受細胞里的遺傳因子所控制的。

1900年，三位植物學家：荷蘭修哥?弗里斯（HugodeVries）

奧地利艾力世?謝馬克(ErichvonTschermak）德國卡爾?柯倫斯（CarlCorrens）1900年孟德爾遺傳規(guī)律的被重新發(fā)現(xiàn)，標志著遺傳學的建立和開始發(fā)展。摩爾根提出“性狀連鎖遺傳規(guī)律”和“基因學說”：

種質(基因）是連續(xù)的遺傳物質；基因是染色體上的遺傳單位，有很高穩(wěn)定性，能自我復制和發(fā)生變異；在個體發(fā)育中，基因在一定條件下，控制著一定的代謝過程，體現(xiàn)出相應的遺傳特性和特征表現(xiàn)；生物進化主要是基因及其突變。

中國步入世界生命科學強國1859-2010

Darwin<物種的起源-第1版>

一夜間銷售而空1928Fleming發(fā)明青霉素人類與病原微生物的生存斗爭中取得了主動權經典遺傳學理論

1900.-1926.1953J.WatsonandF.Crick

對基因的概念、結構與功能的認識發(fā)生了質的飛躍

ModernGenetics1973年斯坦福大學Cohn加州大學Boyer重組DNA技術

一夜間生物技術企業(yè)股票猛漲1997.2蘇格蘭科學家Wilmut綿羊“多利”的克隆為發(fā)育生物學研究開拓了更廣闊的空間2000年6月HGP提前完成功能基因組時代到來還原論20世紀人類對生命現(xiàn)象的認識個體染色體基因DNAdNt基因的概念基因的本質基因的功能逐步深刻認識人類對生命現(xiàn)象的認識還原論20世紀生命科學的飛躍了解整個生命現(xiàn)象的本質仍然是零敲碎打研究策略

（piecemeal

）人類對生命現(xiàn)象的認識

整體論揭示生命的奧秘21世紀GenomicsStructuralGenomicsFunctionalgenomics數(shù)、理、化相關學科生物學實驗技術滲透交叉近代生物學生物學個性共性宏觀生物學（生態(tài)學為核心）微觀生物學（分子生物學為核心）細胞水平分子水平結構生物學，發(fā)育生物學，神經生物學等新興學科發(fā)展生物多樣性研究資源保護與利用人類生態(tài)環(huán)境的保護工農業(yè)生產持續(xù)發(fā)展現(xiàn)代生物學的發(fā)展分子生物學分子結構生物學分子發(fā)育生物學分子神經生物學分子育種學分子腫瘤學分子細胞生物學分子免疫學分子病毒學分子生理學分子考古學分子遺傳學分子數(shù)量遺傳學分子生態(tài)學分子進化學…………….分子生物學的延伸分子生物學已經滲透到生物學的幾乎所有領域分子生物學已經成為生命科學領域的帶頭學科21世紀生命科學發(fā)展的重要態(tài)勢對生命現(xiàn)象的認識從單基因水平向全基因組整體水平發(fā)展.現(xiàn)代生命科學研究的理論與技術從較長期的積累走向應用.

2.1WhatisMolecularbiology?2分子生物學的概念Defineinbroadly：

understandbiologicalphenomenainmolecularterms(difficulttodistinguishfrombiochemistry).Defineinrestrictively：thestudyofgenestructureandtheiractivitiesinmolecularlevel.

WhatisMolecularbiology?

GeneconceptGenestructureGenereplicationGeneexpressionGenerecombinationGenemutationMolecularBiologyofGeneWhatisthegene?Basicproperty：ReplicationExpressionMutation

J.WatsonandF.Crick

1953DNADoubleHelixmodel2.2分子生物學誕生分子生物學研究領域共同遵循三大基本原則★構成生物大分子的單體是相同的★生物遺傳信息的表達的中心法則相同DNARNApolypeptidesproteincharacter高級結構生物大分子之間的互作個性分子生物學的三大原則共同的核酸語言共同的蛋白質語言★生物大分子單體的排列（核苷酸，氨基酸）protein分子生物學研究領域的三大主要領域結構生物學基因分子生物學生物技術理論與應用分子生物學研究的三大主要領域生物大分子的結構與功能生物大分子之間的互作DNA—protein

Hormone—receptor

Enzyme--substrate基因的概念基因的結構基因的復制基因的表達基因的重組基因的突變基因工程細胞工程酶工程發(fā)酵工程蛋白質工程狹義的分子生物學分子生物學發(fā)展的三大支持學科1839-1847年MatthiasSchleiden&TheodorSchwann細胞的化學組成，細胞器的結構，細胞骨架，生物大分子在細胞中的定位及功能分子生物學發(fā)展的三大支撐學科生物體由細胞組成所有組織的最基本單元----形狀相似，高度分化的細胞細胞的發(fā)生與形成是生物界普遍和永久的規(guī)律CytologyMolecularCellbiologyCytologyGregorMendel1864年GeneticsMolecularGeneticsGenestructureGeneduplicationGeneexpressionGenerecombinationGenemutation

分子生物學發(fā)展的三大支撐學科遺傳因子假說GeneticsBiochemistryNucleicAcidChemistryProteinChemistry(1936年JamesSumner薩姆納

)NobelPrizeinChemistry1946分子生物學發(fā)展的三大支撐學科EnzymaticnatureofcrystallineProteinBiochemistry2.3分子生物學發(fā)展的歷程分子生物學的孕育時期

1941比德爾與塔特姆：“一個基因一種酶”

德爾布呂克：噬菌體；萊德伯格與塔特姆：大腸桿菌，基因分離和重組現(xiàn)象埃弗里證明

DNA攜帶著遺傳信息薛定諤《生命是什么》分子生物學的誕生和發(fā)展

查加夫：

DNA分子嘌呤和嘧啶總分子數(shù)量相等威爾金斯和富蘭克林、波林：

DNA的晶體結構赫爾希：用同位素方法證明

DNA是遺傳信息的載體DNA

雙螺旋結構的分子模型

NobelmedalHalfapoundof23-karalgold.2.5inchesacross近半個世紀以來醫(yī)學，化學中重大突破與成就者NobelPrize分子生物學發(fā)展的里程碑與主要內容TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1910

發(fā)現(xiàn)核素是蛋白質和核酸的復合物。得到了組成核酸的基本成分?？迫麪柊l(fā)現(xiàn)有些物種的核酸與蛋白質結合比較緊密，有些則比較松散。科塞爾因其在核酸化學領域的開創(chuàng)性工作，榮獲1910年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。AlbrechtKossel(艾布瑞契·科塞爾)（1853~1927）

"forhisdiscoveriesconcerningtheroleplayedbytheChromosomeinheredity,demonstratedthatgenesareonthechromosome"ThomasHuntMorgan

(托馬斯·亨特·摩爾根)

（1866-1945）

inPhysiologyorMedicine1933NobelPrize

TheNobelPrizeinChemistry1946

"forhisdiscoverythatenzymescanbecrystallized""fortheirpreparationofenzymesandvirusproteinsinapureform"

JamesBatchellerSumner翟姆斯·巴徹勒·薩姆納JohnHowardNorthrop約翰·霍華德·諾斯羅普WendellMeredithStanley溫德爾·梅雷迪斯·斯坦利

CornellUniversity

RockefellerInstituteUSARockefellerInstituteUSA1887-19551891-19871904-1971TheNobelPrizeinChemistry19461958J.Lederberg喬舒亞·萊德伯格(33y)細菌的基因重組和遺傳物質的結構TheNobelPrizeinChemistry1958“forhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulin“/‘insjuin/（胰島素）FrederickSangerCambridgeUniversity

1918-Beadle&Tatum比德爾和埃德華·塔特姆Onegene--oneenzymeArthurKornberg亞瑟·科恩伯格(41y)分離了

DNApolymeraseI，實現(xiàn)了DNA在試管內的復制BrooklynSeveroOchoa塞韋羅·奧喬亞(54y)Spain發(fā)現(xiàn)了多核苷酸磷酸化酶，重建了轉錄和翻譯過程1959TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1959

FrancisCrick(35y)1951分子生物學的重要里程碑JamesWatson(23y)丹麥哥本哈根劍橋大學CavendishLab.M.H.F.Wilkins&RosalindFrankin

X~rayphotographofDNAwithhighquality

(核塘與磷酸連接成的扭曲繩子，每一節(jié)上都有配對的堿基)1951.King’sLab.LondonUniversityUKJamesWatson(34y)FrancisCrick(46y)MauriceWilkins(46y)DNADoubleHelixmodel19531962英國科學家:馬克斯·佩魯斯（1914~2002）約翰·肯德魯（1917~1997）TheNobelPrizeinChemistry1962"fortheirstudiesofthestructuresofglobularproteins測定了肌紅蛋白及血紅蛋白的高級結構"

Lac.OperonTheory;ConceptofmRNATheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1965FrancoisJacob弗蘭克斯·雅各布JacquesMonod雅克·莫諾德TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1968

羅伯特·霍利哈爾·戈賓德·科拉納馬歇爾·尼倫伯格H.GobindKhorana(46y)第一個合成了核酸分子，并且人工復制了酵母基因?MarshallNirenberg(41y)GeneticcodenRobertHolley(46y)酵母tRNAphe的序列和結構，一致性1969MaxDelbruck(63y)AlfredHershey(61y)Phage病毒的復制機制和遺傳結構PhageinfectioncycleDNAasgeneticmaterial麥克斯·德爾布呂克阿爾弗雷德·赫爾希TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1969Reversetranscription（在RNA腫瘤病毒中反轉錄，逆轉錄酶）大衛(wèi)·巴爾的摩

(37y)霍華德·馬丁·特明

(41y)

雷那托·杜爾貝科（1914~）

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1975

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1978"forthediscoveryofrestrictionenzymesandtheirapplicationtoproblemsofmoleculargenetics"沃納·阿爾伯丹尼爾·內森斯?jié)h密爾頓·史密斯

SwitzerlandBiozentrumderUniversit?t

JohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicine

Baltimore,USAJohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicine

Baltimore,USA1929-1928-19991931-TheNobelPrizeinChemistry1980WalterGilbert沃爾特·吉爾伯特1932-"fortheircontributionsconcerningthedeterminationofbasesequencesinnucleicacids"FrederickSanger弗雷德里克·桑格1918-TheNobelPrizeinChemistry1980“開發(fā)了試管內，在酶的作用下將大腸桿菌的噬菌體基因與SV40基因結合在一起的技術，重組DNA"PaulBerg保羅·伯格

StanfordUniversity

1926-TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1983.BarbaraMcClintock巴巴拉·麥克林托克(86y)DNAtransposableelementTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1984

fortheirsconcerningthespecificityindevelopmentandcontroloftheimmunesystemandthediscoveryoftheprincipleforproductionofmonoclonalantibodies

NielsK.Jerne杰尼(1911~1994)

GeorgesJ.F.K?hler科勒(1946~1995)

CésarMilstein米爾斯坦

(1927~2002)

TheNobelPrizeinChemistry1989"fortheirdiscoveryofcatalyticpropertiesofRNARibozyme"

SidneyAltman西德尼·奧爾特曼ThomasR.Cech托馬斯·切赫

YaleUniversity

NewHaven,CT,USAUniversityofColorado

Boulder,CO,USA1939-1947TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1989

discoveryofthecellularoriginofretroviraloncogenes，發(fā)現(xiàn)正常細胞同樣帶有原癌基因J.MichaelBishop邁克爾·畢曉普（1936~)HaroldE.Varmus哈羅德.瓦穆斯（1939~)TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1993“fortheirdiscoveryofsplitgenesIn1978”RichardJ.Roberts理查德·羅伯茨PhillipA.Sharp菲利普·夏普TheNobelPrizeinChemistry1993"forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)method"KaryB.Mullis穆利斯（1944~）TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1994

fortheirdiscoveryofG-proteinsandtheroleoftheseproteinsinsignaltransductionincells

AlfredG.Gilman阿爾弗雷德·吉爾曼（1941~）

MartinRodbell馬丁·羅德貝爾（1925~1998）

discoveredGeneticcontrolofearlydevelopmentinDrosophila先后獨立鑒定了控制果蠅體節(jié)發(fā)育基因EdwardB.Lewis愛德華·劉易斯ChristianeNüsslein-Volhard斯蒂納·沃爾哈德EricF.Wieschaus艾里克-威斯喬斯

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1995TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1996

闡明了T-淋巴細胞的免疫機制。他們發(fā)現(xiàn)，白血細胞只有同時識別入侵病原物和與之相伴的主要組織不相容抗原，才能準確識別受病原侵害的細胞并將其清除掉。

PeterC.Doherty彼得·多爾蒂（1940~)RolfM.Zinkernage青克納格爾（1944~）StanleyB.Prusiner斯坦利·普魯西納UniversityofCalifornia,SchoolofMedicine

USA1942-discoveryofPrions-anewbiologicalprincipleofinfection發(fā)現(xiàn)了阮病毒是早老性癡呆癥的病原，并且能夠直接在寄主細胞中繁殖傳播。

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1997TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1998

fortheirdiscoveriesconcerningnitricoxideasasignallingmoleculeinthecardiovascularsystem

RobertF.Furchgott羅伯特·弗奇戈特（1916~）

LouisJ.Ignarro路易斯·伊格納羅（1941~）

FeridMurad弗里德·穆拉德（1936~）

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1999闡述了蛋白質在細胞間的運轉機制，明確了信號肽及信號識別復合物在蛋白質跨膜運轉過程中的主導作用GünterBlobel岡特·布洛貝爾（1936~）

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2000

fortheirdiscoveriesconcerningsignaltransductioninthenervoussystem

ArvidCarlsson阿爾維德-卡爾森(1923~)PaulGreengard保羅-格林加德(1925~)EricR.Kandel埃里克-坎德爾（1929~）

discoveredkeyregulatorsofthecellcycleLelandH.Hartwell利蘭·哈特韋爾（1939~）

R.Timothy(Tim)Hunt蒂莫西·亨特（1943~）

SirPaulM.Nurse保羅·納斯(1949~）

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2001TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2002

Fortheirdiscoveriesconcerninggenetic