《分子生物學(xué)1》課件

1緒論戴五星同濟醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)系2本章我們討論3方面的內(nèi)容：

一、分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的關(guān)系及研究的主要內(nèi)容

二、分子生物學(xué)的歷史回憶、開展現(xiàn)狀與開展趨勢.

三、分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

34二．分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的關(guān)系分子生物學(xué)在整個醫(yī)學(xué)中起到紐帶作用，將根底醫(yī)學(xué)各分支學(xué)科及根底醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)聯(lián)系起來，成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)的前沿學(xué)科和領(lǐng)域，在一定程度上起到牽動全局的作用。5未來的醫(yī)學(xué)將把研究層次深入到量子水平，分子生物學(xué)那么可能把自己的“血液〞熔化到醫(yī)學(xué)的軀體之中，“化己為他〞，“化整為零〞，滲透到各個相關(guān)學(xué)科中，成為科學(xué)上的“蠟燭〞，燃燒自己，照亮別人。分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)上的價值和“靈魂〞將永存。分子生物學(xué)將成為現(xiàn)代生命科學(xué)的“共同語言〞。678一、歷史回憶9〔一〕理論上的四項重大突破1.40年代，Avery發(fā)現(xiàn)了生物遺傳物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)是DNA2.50年代，Watson-Crick提出了DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型3.50年代，Crick提出了遺傳學(xué)中心法那么4.60年代，Nirenberg等人破譯了遺傳密碼從1944年~至今10[11

Watson和Crick於1953年提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,是進入分子生物學(xué)時期的標志12

Propositionofcentraldogma13ScientistscrackedthegeneticcodestoredinDNA1415

阿爾伯

WemerArber

瑞士生物學(xué)家

巴塞爾Biozentrum大學(xué)

1929～

內(nèi)森斯

DanienNathans

美國微生物學(xué)家

霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院

1931～

史密斯

HamiltonO．Smith

美國微生物學(xué)家

霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院

1931～

阿爾伯(WemerArber1929～)瑞士生物學(xué)家，內(nèi)森斯(DanienNathans1928～1999)美國微生物學(xué)家，史密斯(HamiltonO．Smith1931～)美國微生物學(xué)家，由于限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)及其在分子遺傳學(xué)中的應(yīng)用，為遺傳工程的產(chǎn)生拉開了序幕而獲得1978年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。16RecombinantDNATechnology17In1980hesharedhalfoftheNobelPrizeforChemistrywiththeteamofWalterGilbertandFrederickSanger.Allthreewererecognizedfortheirimportantcontributionstobasicresearchinnucleicacids

PaulBerg

18AnAmericanbiochemistwhoassistedHerbertBoyer

inthecreationofthefirstrecombinantDNA

organism,andwonthe1986NobelPrizeforhisworkwithRitaLevi-Montalciniindiscoveringcellgrowthfactors.StanleyCohen191970年，Baltimore和Temin等同時各自發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶.。反轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)告訴我們，遺傳信息不僅能從DNA流向RNA,也能從RNA轉(zhuǎn)移到DNA，從而為中心法那么〔centraldogma〕增加了新內(nèi)容。這在遺傳學(xué)上是一重大發(fā)現(xiàn)，在實踐上反轉(zhuǎn)錄酶的應(yīng)用為分子生物學(xué)和遺傳工程研究開辟了一條新的途徑。20KaryB.Mullis〔穆利斯〔美〕〕21人類基因組研究

人類的全部遺傳信息包含在23對染色體上，每個基因組由3.3×109核苷酸組成,編碼約4萬個基因。人類基因組研究的對象是人類基因組，因此也稱為“基因組學(xué)〞?！叭祟惢蚪M方案〞〔HumanGenomicProject.HGP〕是人類科學(xué)史上與阿波羅登月方案及曼哈頓原子彈方案相媲美的偉大科學(xué)工程，于1990年正式出臺和實施，該方案的主要科學(xué)目標是繪制遺傳連鎖圖、物理圖、序列圖和轉(zhuǎn)錄圖。

22二、分子生物學(xué)研究現(xiàn)狀和開展趨勢23三、四大前沿研究領(lǐng)域

〔一〕結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)

在DNA，基因或RNA水平，存在各種表達功能的結(jié)構(gòu)域，結(jié)構(gòu)域本身結(jié)構(gòu)特點和形態(tài)以及它們所處的大分子的空間結(jié)構(gòu)形態(tài)都直接影響DNA、基因或RNA的功能發(fā)揮。在蛋白質(zhì)水平，由于它們是直接表達生理功能的物質(zhì),其空間結(jié)構(gòu)對其功能影響更直接。因此，蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系的研究是結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)研究的主體。

24〔二〕人類基因組研究

人類的全部遺傳信息包含在23對染色體上，每個基因組由3.3×109核苷酸組成,編碼約4萬個基因。人類基因組研究的對象是人類基因組，因此也稱為“基因組學(xué)〞?！叭祟惢蚪M方案〞〔HumanGenomicProject.HGP〕是人類科學(xué)史上與阿波羅登月方案及曼哈頓原子彈方案相媲美的偉大科學(xué)工程，于1990年正式出臺和實施，該方案的主要科學(xué)目標是繪制遺傳連鎖圖、物理圖、序列圖和轉(zhuǎn)錄圖。

25在人體全部22對常染色體中,1號染色體包含基因數(shù)量最多,塊頭最大。其基因數(shù)目多達3141個,是平均水平的2倍,共有超過2.23億個堿基對,破譯難度也最大。一個由150名英國和美國科學(xué)家組成的團隊歷時10年,才完成了1號染色體的測序工作,于2006年5月18日在英國?自然?雜志網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表了人類最后一個染色體———1號染色體的基因測序,歷時16年的人類基因組方案書寫完了“生命之書〞的最后一個章節(jié),覆蓋了人類基因組的99.99%。人類基因組方案寫完“生命之書〞最后一節(jié)26

一般說來，“基因組學(xué)〞主要解決的問題是基因組的“結(jié)構(gòu)〞，即上述4張結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)HGP完成后，下一步該做什么？下步是將重心逐步由“結(jié)構(gòu)〞向“功能〞轉(zhuǎn)移，人們提出1個新的名詞，稱“后基因組學(xué)〞(post-genomics)或功能基因組學(xué)。

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〔三〕基因表達調(diào)控研究基因表達調(diào)控是多步驟多層次的過程。1.轉(zhuǎn)錄前調(diào)控表現(xiàn)為基因重排和修飾及結(jié)構(gòu)基因活化。2.轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是目前研究的重點。主要研究的焦點是順式作用元件與反式作用因子之間的相互識別和作用機理。3.轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控指對轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA的加工和修飾。4.翻譯調(diào)控作用指調(diào)控翻譯速率。5.翻譯后調(diào)控指調(diào)控新生肽鏈的加工、修飾和折疊。28

〔四〕信號轉(zhuǎn)導(dǎo)未來細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究的開展趨勢有以下幾個方面：⒈從單一分子、單一通路研究向多通路、規(guī)?；芯块_展⒉從定性研究向定量研究開展⒊從單純生物學(xué)實驗研究向計算機模擬研究開展⒋從體外研究向體內(nèi)研究的開展⒌從根底研究向應(yīng)用研究的開展29

第三節(jié)、分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用一、分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)根底理論研究中的應(yīng)用分子生物學(xué)使整個醫(yī)學(xué)科學(xué)研究提高到分子水平。經(jīng)典的生物學(xué)只能從生物表型的變化描述和歸納生命活動的某些規(guī)律，所謂基因也還只是抽象的概念，表型的分子根底也未查明。從前的醫(yī)學(xué)研究狀況大體上也是如此。只有分子生物學(xué)的研究才使醫(yī)學(xué)各科上升到基因水平、分子水平，從而出現(xiàn)了所謂分子微生物學(xué)、分子免疫學(xué)、分子生理學(xué)、分子病理學(xué)、分子藥理學(xué)、分子心臟病學(xué)、分子神經(jīng)病學(xué)、分子內(nèi)分泌學(xué)等等全新的領(lǐng)域30

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32定義：

廣義地說，基因治療是應(yīng)用基因或基因產(chǎn)物，治療疾病的一種方法。從狹義地說，基因治療是把外界的正?；蚧蛑委熁?，通過載體轉(zhuǎn)移到人體的靶細胞，進行基因修飾和表達，改善疾病的一種治療手段。

三、分子生物學(xué)在基因治療方面的應(yīng)用現(xiàn)在基因治療不僅用于治療多種遺傳病〔如血友病等〕而且用于惡性腫瘤、某些傳染病、〔如愛滋病〕心血管疾病和糖尿病的基因治療。33

四、分子生物學(xué)在生物工程和與生物制藥方面的應(yīng)用

生物工程包括基因工程、蛋白質(zhì)工程、酶工程及細胞工程等。生物工程廣泛用于生物制藥領(lǐng)域.目前采用基因工程制備的多肽藥物已達100多種，如干擾素、白介素、生長激素、紅細胞生成素、免疫球蛋白等34〔一〕重組激素

通過蛋白質(zhì)工程手段可以提高重組蛋白質(zhì)的活性、改善制品的穩(wěn)定性、提高生物利用度、延長在體內(nèi)的半衰期、降低制品的免疫原性等。重組蛋白質(zhì)/多肽藥物35〔二〕重組抗體藥物

單克隆抗體：2021年達200億美元目前正在開發(fā)中的抗體數(shù)百種，已有150個產(chǎn)品已進入臨床研究階段。臨床適應(yīng)癥以癌癥最多，約占50%，其次是自身免疫性疾病，約占18%，感染占13%，心血管疾病占6%，器官移植引起的排斥占5%，其他占8%。36〔三〕細胞因子類藥物細胞因子是一類由免疫細胞及相關(guān)細胞分泌的具有調(diào)節(jié)細胞功能的高活性的小分子蛋白質(zhì)。通過與細胞外表的受體作用后發(fā)揮廣泛的生物學(xué)作用。37基因藥物指將具有治療意義的DNA重組入真核表達載體，直接轉(zhuǎn)移至人體細胞，在體內(nèi)表達出具有治療意義的多肽和蛋白質(zhì)；或應(yīng)用直接作用于細胞內(nèi)DNA或RNA，到達抑制基因復(fù)制和表達的核酸片段或其人工合成的類似物，以及對RNA具有切割作用的核酶。

目前臨床上應(yīng)用或處于研究階段的主要基因藥物為DNA藥物和反義RNA藥物38〔一〕DNA藥物將治療基因植入體內(nèi)，讓細胞自己合成和分泌藥用蛋白質(zhì)，從而到達防治疾病的目的。39〔二〕反義藥物