分子生物學(xué)課件

分子生物學(xué)

（MolecularBiology）鄭用璉

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院

zhyl@

Tellab)國(guó)家級(jí)精品教材建設(shè)項(xiàng)目分子生物學(xué)

（MolecularBiol11.1.二十世紀(jì)生命科學(xué)的回顧1.2.分子生物學(xué)的概念1.3.二十一世紀(jì)分子生物學(xué)展望1.5.主要參考書(shū)

1.4.二十一世紀(jì)—生命科學(xué)世紀(jì)1.1.二十世紀(jì)生命科學(xué)的回顧1.2.分子生物學(xué)的概2中國(guó)步入世界生命科學(xué)強(qiáng)國(guó)1859-2002第１章引言1.1.二十世紀(jì)生命科學(xué)的回顧中國(guó)步入世界生命科學(xué)強(qiáng)國(guó)1859-2002第１章引言1.13還原論20世紀(jì)人類對(duì)生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)個(gè)體染色體基因DNAdNt基因的概念基因的本質(zhì)基因的功能逐步深刻認(rèn)識(shí)還原論20世紀(jì)人類對(duì)生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)個(gè)體4人類對(duì)生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)還原論20世紀(jì)生命科學(xué)的飛躍了解整個(gè)生命現(xiàn)象的本質(zhì)仍然是零敲碎打研究策略（piecemeal

）人類對(duì)生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)還原論20世紀(jì)生命科學(xué)的飛躍了解整個(gè)生命5人類對(duì)生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)

整體論揭示生命的奧秘21世紀(jì)GenomicsStructuralGenomicsFunctionalGenomics人類對(duì)生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)整體論揭示生命的奧秘21世紀(jì)Ge6數(shù)、理、化相關(guān)學(xué)科生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)滲透交叉近代生物學(xué)生物學(xué)個(gè)性共性宏觀生物學(xué)（生態(tài)學(xué)為核心）微觀生物學(xué)（分子生物學(xué)為核心）細(xì)胞水平分子水平結(jié)構(gòu)生物學(xué)，發(fā)育生物學(xué)，神經(jīng)生物學(xué)等新興學(xué)科發(fā)展生物多樣性研究資源保護(hù)與利用人類生態(tài)環(huán)境的保護(hù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展數(shù)、理、化相關(guān)學(xué)科生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)滲透交叉近代生物學(xué)生物7分子生物學(xué)分子結(jié)構(gòu)生物學(xué)分子發(fā)育生物學(xué)分子神經(jīng)生物學(xué)分子育種學(xué)分子腫瘤學(xué)分子細(xì)胞生物學(xué)分子免疫學(xué)分子病毒學(xué)分子生理學(xué)分子考古學(xué)分子遺傳學(xué)分子數(shù)量遺傳學(xué)分子生態(tài)學(xué)分子進(jìn)化學(xué)…………….分子生物學(xué)的延伸分子生物學(xué)已經(jīng)滲透到生物學(xué)的幾乎所有領(lǐng)域分子生物學(xué)已經(jīng)成為生命科學(xué)領(lǐng)域的帶頭學(xué)科分子生物學(xué)分子結(jié)構(gòu)生物學(xué)分子細(xì)胞生物學(xué)分子遺傳學(xué)分子生物學(xué)的821世紀(jì)生命科學(xué)發(fā)展的重要態(tài)勢(shì)對(duì)生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)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(xué)研究的理論與技術(shù)

從較長(zhǎng)期的積累走向應(yīng)用21世紀(jì)生命科學(xué)發(fā)展的重要態(tài)勢(shì)對(duì)生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)從單基因水9Defineinbroadly;understandbiologicalphenomenainmolecularterms(difficulttodistinguishfrombiochemistry)Defineinrestrictively;thestudyofgenestructureandtheiractivitiesinmolecularlevel1.2.分子生物學(xué)的概念ThetermhasmorethanonedefinitionDefineinbroadly;Defineinr10GeneconceptGenestructureGenereplicationGeneexpressionGenerecombinationGenemutationMolecularBiologyofGeneGeneconceptMolecularBiology11Whatisthegene?BasicpropertyReplicationExpressionMutation

DNADoubleHelixModel1952J.WatsonandF.Crick

Whatisthegene?Basicpro12分子生物學(xué)誕生分子生物學(xué)誕生13分子生物學(xué)研究領(lǐng)域共同遵循三大基本原則分子生物學(xué)研究領(lǐng)域共同遵循三大基本原則14Crick：….我本人的思想是基于兩個(gè)基本原理，我稱之為序列假說(shuō)（sequencehypothesis）

和中心法則（centraldogma)…sequencehypothesis：核酸片段的特異性完全由其堿基序列所決定，而且這種序列是某一蛋白質(zhì)氨基酸序列的密碼。centraldogma：

信息一旦進(jìn)入蛋白質(zhì)，它就不可能再輸出Crick：….我本人的思想是基于兩個(gè)基本原理，我稱15★構(gòu)成生物大分子的單體是相同的★生物遺傳信息的表達(dá)的中心法則相同DNARNApolypeptidesproteincharacter高級(jí)結(jié)構(gòu)生物大分子之間的互作個(gè)性分子生物學(xué)的三大原則共同的核酸語(yǔ)言共同的蛋白質(zhì)語(yǔ)言★生物大分子單體的排列（核苷酸，氨基酸）★構(gòu)成生物大分子的單體是相同的★生物遺傳信息的表達(dá)的中心16分子生物學(xué)研究領(lǐng)域的三大主要領(lǐng)域分子生物學(xué)研究領(lǐng)域的三大主要領(lǐng)域17結(jié)構(gòu)生物學(xué)基因分子生物學(xué)生物技術(shù)理論與應(yīng)用分子生物學(xué)研究的三大主要領(lǐng)域生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能生物大分子之間的互作DNA—proteinHormone—receptorEnzyme—substrate基因的概念基因的結(jié)構(gòu)基因的復(fù)制基因的表達(dá)基因的重組基因的突變基因工程細(xì)胞工程酶工程發(fā)酵工程蛋白質(zhì)工程狹義的分子生物學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)基因分子生物學(xué)生物技術(shù)理論分子生物學(xué)研究的三大主要18分子生物學(xué)發(fā)展的三大支持學(xué)科分子生物學(xué)發(fā)展的三大支持學(xué)科191839-1847年MatthiasSchleiden&TheodorSchwann細(xì)胞的化學(xué)組成，細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)，細(xì)胞骨架，生物大分子在細(xì)胞中的定位及功能分子生物學(xué)發(fā)展的三大支撐學(xué)科生物體由細(xì)胞組成所有組織的最基本單元----形狀相似，高度分化的細(xì)胞細(xì)胞的發(fā)生與形成是生物界普遍和永久的規(guī)律MolecularCellbiologyCytology1839-1847年MatthiasSchleiden20GregorMendel1864年GeneticsMolecularGeneticsGenestructureGeneduplicationGeneexpressionGenerecombinationGenemutation

分子生物學(xué)發(fā)展的三大支撐學(xué)科遺傳因子假說(shuō)GeneticsGregorMendelGeneticsMolecular21NucleicAcidChemistryProteinChemistry(1936年JamesSumner)

NobelPrizeinChemistry1946分子生物學(xué)發(fā)展的三大支撐學(xué)科EnzymaticnatureofcrystallineProteinBiochemistryWhatgenesare&Howtheyact?NucleicAcidChemistryProtein22分子生物學(xué)發(fā)展的歷程分子生物學(xué)發(fā)展的歷程23NobelmedalHalfapoundof23-karalgold.2.5inchesacross近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)醫(yī)學(xué)，化學(xué)中重大突破與成就者NobelPrize分子生物學(xué)發(fā)展的里程碑與主要內(nèi)容Nobelmedal近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)NobelP24

TheNobelPrizeinChemistry1946

"forhisdiscoverythatenzymescanbecrystallized""fortheirpreparationofenzymesandvirusproteinsinapureform"

JamesBatchellerSumnerJohnHowardNorthropWendellMeredithStanley

CornellUniversity

RockefellerInstituteUSARockefellerInstituteUSA1887-19551891-19871904-1971

TheNob251958J.Lederberg(33y)PhagetransductionTheNobelPrizeinChemistry1958"forhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulin"FrederickSangerCambridgeUniversity

1918-Beadle&TatumOnegene--oneenzyme1958J.Lederberg(33y)Phage26SeveroOchoa(54y)SpainRichphosphatebondsofATP-------EnergyArthurKornberg(41y)DNAreplicationIsolationofDNApolymeraseIBrooklyn1959SeveroOchoa(54y)SpainRichp27FrancisCrick(35y)1951分子生物學(xué)的重要里程碑JamesWatson(23y)丹麥哥本哈根劍橋大學(xué)CavendishLab.FrancisCrick(35y)1951分子生物學(xué)的28M.H.F.Wilkins&RosalindFranklin

X~rayphotographofDNAwithhighquality(核糖與磷酸連接成的扭曲繩子，每一節(jié)上都有配對(duì)的堿基)1951.King’sLab.LondonUniversityUKM.H.F.Wilkins&Ro29JamesWatson(34y)FrancisCrick(46y)MauriceWilkins(46y)DNADoubleHelixmodel19531962JamesWatson(34y)DNADoubleH30FrancoisJacob(44y)JacquesMonod(55y)(French)Lac.OperonTheory1965ConceptofmRNAFrancoisJacob(44y)Lac.Oper311968R.HolleyH.G.KhoranaM.Nirenberg

PakistanH.GobindKhorana(46y)HowtosynthesizetripletRNAMarshallNirenberg(41y)GeneticcodonRobertHolley(46y)tRNAphecloverleafstructure1968R.HolleyH.G.Kh321969MaxDelbruck(63y)AlfredHershey(61y)PhagegroupPhageinfectioncycleDNAasgeneticmaterialM.DelbruckA.Hershey1969MaxDelbruck(63y)Phagegr33

HowardTemin(41y)DavidBaltimore(37y)Reversetranscription（引發(fā)癌癥的內(nèi)因）HowardTemin(41y)DavidBa34

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1978"forthediscoveryofrestrictionenzymesandtheirapplicationtoproblemsofmoleculargenetics"WernerArberDanielNathansHamiltonO.Smith

SwitzerlandBiozentrumderUniversit?t

JohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicine

Baltimore,USAJohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicine

Baltimore,USA1929-1928-19991931-TheNobelPrizeinPhysiolog35TheNobelPrizeinChemistry1980WalterGilbertBiologicalLaboratories

Cambridge,MA,1932-"fortheircontributionsconcerningthedeterminationofbasesequencesinnucleicacids"FrederickSangerMRCLaboratoryofMolecularBiology

Cambridge,GreatBritain1918-TheNobelPrizeinChemistry136TheNobelPrizeinChemistry1980"forhisfundamentalstudiesofthebiochemistryofnucleicacids,withparticularregardtorecombinant-DNA"PaulBerg

StanfordUniversity

1926-TheNobelPrizeinChemistry1371983.BarbaraMcClintock(86y)DNAtransposableelement1983.DNAtransposableelement38

LastmodifiedMay10,2001

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TheNobelPrizeinChemistry1989"fortheirdiscoveryofcatalyticpropertiesofRNARibozyme"

SidneyAltmanThomasR.Cech

YaleUniversity

NewHaven,CT,USAUniversityofColorado

Boulder,CO,USA1939-1947

39TheNobelPrizeinChemistry1993"forcontributionstothedevelopmentsofmethodswithinDNA-basedchemistry""forhisfundamentalcontributionstotheestablishmentofoligonucleiotide-based,site-directedmutagenesisanditsdevelopmentforproteinstudies"MichaelSmithUniversityofBritishColumbia

Vancouver,Canada1932-2000TheNobelPrizeinChemistry140TheNobelPrizeinChemistry1993"forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)method"KaryB.Mullis1944-TheNobelPrizeinChemistry141Gilman&Rodball→G-proteinasasignalmolecularincellLewis&Nusslein-Volhard→ControlgeneofbodydevelopinginDrosophilaGilman&Rodball→G-protein42ProgrammedCellDeath(PCD)anddevelopment2002NobelPrizeJohnSulstonUSA

SydneyBrennerH.RobertHorvitzSwitzerland

ProgrammedCellDeath(PCD)2431.3.

二十一世紀(jì)生物學(xué)的新熱點(diǎn)及領(lǐng)域1.3.44生物大分子的高級(jí)三維結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一生物大分子之間的互作→基因的社會(huì)學(xué)

(Nature雜志增設(shè)Naturaldevelopingbiology分冊(cè))基因表達(dá)，基因互作器官發(fā)生胚胎形成個(gè)體發(fā)育結(jié)構(gòu)生物學(xué)（StructuralBiology）

分子發(fā)育生物學(xué)（MolecularDevelopingBiology）生物大分子的高級(jí)三維結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一45個(gè)體細(xì)胞分子還原論整體論細(xì)胞中的定位細(xì)胞分化分子細(xì)胞生物學(xué)

(MolecularCellBiology)個(gè)體細(xì)胞分子還原論整體論細(xì)胞中的定位細(xì)胞分化分子細(xì)胞生物學(xué)46Genomics

Structuralgenomics

FunctionalgenomicsGenomicsStructural47Structuralgenomics基因組的全序列高密度的分子標(biāo)記圖譜高精度的物理圖譜轉(zhuǎn)錄水平上的表達(dá)圖譜大規(guī)模的蛋白質(zhì)構(gòu)型模擬Structuralgenomics48Functionalgenomics

利用結(jié)構(gòu)基因組提供的信息大規(guī)模地分析基因的功能不僅提供基因功能的簡(jiǎn)單列表最終要闡釋基因如何工作細(xì)胞組織個(gè)體Functionalgenomics49計(jì)算機(jī)語(yǔ)言

分辨，提取，分析，比較，預(yù)測(cè)生物信息

生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能信息

生物信息學(xué)(Bioinformatics)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言分辨，提取，分析，比較，預(yù)測(cè)生物信息生物大50神經(jīng)基質(zhì)神經(jīng)通道信息傳遞大分子克隆一級(jí)結(jié)構(gòu)分析三維結(jié)構(gòu)重建思維感情記憶科學(xué)解釋分子神經(jīng)生物學(xué)（MolecularNeurobiology）繼人類基因組后腦計(jì)劃即將啟動(dòng)神經(jīng)基質(zhì)大分子克隆思維科學(xué)解釋分子神經(jīng)生物學(xué)繼人類基因組后51199470個(gè)Scr,PCD原癌基因（生長(zhǎng)因子，細(xì)胞周期等癌癥相關(guān)基因）1986.FriendRB1第一個(gè)抑癌基因被克隆

(TumorSuppressorgene)11個(gè)抑癌基因被證實(shí)

（P53,P21,ERBA,WT1,NF1等）

1975.BishopM.Src(Sarcoma肉瘤)癌基因的證實(shí)分子腫瘤學(xué)（MolecularTumorology）199452

應(yīng)用生物學(xué)發(fā)展

生物技術(shù)

診斷試劑治療藥物植物品種畜用制品食品加工環(huán)境工程廢物處理生物塑料民用制品再生能源

生命科