绪论
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
分子生物诊断学检验技术
生检教研室：姜勇
绪
论
一、医学检验的发展
• 医学检验：临床医学中用实验方法和实验 技术研究、诊断疾病的学科。
一、医学检验的发展
• 观察细胞学、形态学的变化
• 检测体液中的各种物质含量的变化 • 对细胞亚显微结构、染色体、基因进行分析
（分子生物学检验）
分子诊断
二、分子诊断
• （一）定义 • 1.分子诊断 以分子生物学理论为基础，利用分子生物
• 2.细胞水平的生物学
• 3.分子水平的生物学
(三)分子生物学的主要内容
• 核酸和蛋白质
• 结构和功能
• 基因组及蛋白质组的结构和功能
• 生物大分子之间的相互作用 • 细胞间通讯和细胞内信号转导
（四）分子生物学的历史回顾
• 遗传和变异是生物的一对重要概念
• 遗传赋予生物物种的稳定
• 变异则赋予生物物种的进化
染色体 质粒
质粒基因载体
Cohen
λ噬菌体载体
※ 4. DNA测序技术 1975年Gilbert 和Sanger发明DNA测序技术。
Gilbert
Sanger
1980年诺贝尔化学奖
DNA测序仪
DNA测序图
DNA测序技术
1. Berg实验
1972年Berg首次完成DNA片断体外重组实验。
Berg
• 癌基因包括病毒癌基因和细胞癌基因,它 们具有潜在诱导细胞恶性转化的特征。 • 抑癌基因是存在于正常细胞内的一类可以 抑制细胞生长的基因，具有潜在抑癌作用。
• 5.线粒体变异与线粒体遗传病
• 线粒体DNA突变使线粒体功能发生障碍，直接影响 人体组织和细胞的各种生物学功能，导致线粒体 遗传病。 • 它具有母系遗传、基因突变具阈值效应以及多系 统受累等遗传学特征。
3、关键技术
※ 1. 限制性内切酶技术
Arber 第一次理论 预见限制酶
Smith 第一次分离 得到限制酶
Nathans 第一次使用 限制酶
1978年诺贝尔生理医学奖
※ 2.DNA连接酶技术
1967年2个实验室同时发现DNA连接酶。
Richardson
Hurwitz
DNA连接酶模式图
※ 3. 基因载体技术 1973年Cohen使用质粒和λ噬菌体作为载体, 在细菌里扩增。
（5）基因的碱基顺序与蛋白质 的氨基酸顺序
• 1958年，Crick提出中心法则 • 1961年，遗传密码的研究 • 1966年，遗传密码子破译
通 用 遗 传 密 码 子
（6）基因的结构
•70年代中期，随着分子克隆和DNA测序 技术的发展，人们得以从单碱基水平上 分析基因的分子结构。 •基因=编码区+非编码区 •启动子、终止子结构
O
A
G
C
T
⑵ DNA的一级结构
碱基 + 脱氧核糖（糖苷键）= 脱氧核糖核苷
脱氧核糖核苷（磷酸酯化）= 脱氧核糖核苷酸
脱氧核糖核苷酸（3’,5’磷酸二酯键）= DNA
※ ⑶ DNA的空间结构 1953 年 Watson 和 Crick 阐 明 DNA 分 子 双螺旋结构, 揭示了遗传物质的分子机制。
因连锁定律。 基因的分离定律和基因的自由组合定
律。
•基因在染色体上呈线性排列。 1900年，三位不同的科学家分别
证实了孟德尔实验的正确性。
•
1909年，提出了基因的概念。
（2）基因与DNA分子
• 1944年，Avery进行细菌转化实验，发现了
生物遗传物质的化学本质是DNA，而不是蛋
白质。
• 1953年，Watson和Crick创立DN Nhomakorabea双螺旋结
•单拷贝基因、多拷贝基因
（7）基因的表达与调控
• 1961年，提出操纵子模型
• 操纵子的概念比顺反子又前进了一步，它指出基
因不仅在机构上时可分的，而且在功能上也是可
分的 • 有些基因控制蛋白质合成，有些基因没有直接产 物
（五）分子生物学在临床上的应用
• 1.病原微生物基因与人类感染性疾病
包括结核杆菌、肝炎病毒、人类免疫缺陷病毒、 SARS相关冠状病毒和人禽流感病毒等。 对于这些病原生物基因和基因组的研究以及 耐药性机制的研究已成为医学领域正要内容。
和环境因素共同起作用。
• 这些病的发病有一定遗传基础，常表现出 家族倾向，但却又不符合一般的遗传方式。
• 参与多基因病发生的基因被称为疾病相关基因。
• 多基因病的发生涉及诸多因素，某一因素的变 异不足以解释多基因病的发病机制。 • 如，原发性高血压，2型糖尿病等
• 4.肿瘤相关基因及恶性肿瘤 • 肿瘤的发生是由多种致癌因素综合作用 的结果。 • 与肿瘤发生相关的基因称为肿瘤相关基 因，包括癌基因和抑癌基因。
DNA体外重组实验模式图
1980年诺贝尔化学奖
2. Boyer-Cohen实验
1973 年 Boyer 和 Cohen将卡那霉素R65质粒 与四环素pSC101质粒连接成重组质粒。
Boyer
Cohen
1986年诺贝尔生理医学奖
载体
外源DNA
重组DNA分子 转化
Boyer-Cohen实验模式图
4.基因研究的发展
Watson
Crick
1962年诺贝尔生理医学奖
DNA分子双螺旋结构
※ 3.“中心法则”与“遗传密
码” ⑴ 1957年Crick提出遗传信息传递“中心法则” 。
Crick
中心法则
⑵ 1964年Nirenberg和Khorana破译“遗传密码”
Nirenberg
Khorana
遗传密码表
1968年诺贝尔生理医学奖
无毒R型菌
存活
+
死亡
肺炎球菌转化实验
吸附
释放 Hershy and Chase 装配
注入核酸
合成核酸和蛋白质
噬菌体侵染实验
※ 2. DNA的结构
⑴ DNA的碱基组成
由4种碱基参与DNA组成: 腺嘌呤
NH
2
鸟嘌呤
O N NH
胞嘧啶
NH
2
胸腺嘧啶
O NH
N N
N
N H
N
N H
N
NH 2
N H
O
N H
• 最近的20-30年间，是现代生物科学迅速发
展的年代
• 最引人注目的是以重组DNA技术为基础的基
因工程
• 基因研究是整个遗传学发展的主线，大体
可分为三个发展阶段
（1）基因学说的创立
•1910年，摩尔根以果蝇为实验材料进 1857年，孟德尔提出了遗传因子 行遗传学研究，发现了伴性遗传及基 的概念，创立了遗传学两大大定律：
构模型，解释了DNA的化学本质。
（3）基因与顺反子学说
• 1955年，顺反子学说的建立
• 基因不是最小的遗传单位，它仍然是可分的
• 并非所有的DNA都是基因
• 基因具有DNA共性
（4）基因与多肽链
• 1945年，“一种基因一种酶”假说
• 1957年，第一次用实验证明了DNA与蛋白质
之间的关系
• 修正为“一种基因一种多肽链”
• 遗传和变异的基础是核酸
1.核酸
DNA 脱氧核糖核酸
核 酸
RNA 核糖核酸
2.理论上的三大发现
※ 1. 遗传物质是DNA
（1）肺炎球菌转化实验 Avery: 遗传物质是DNA, 不是蛋白质。 （2）噬菌体侵染实验 Hershy和Chase: 遗传物质是DNA。
有毒S型菌
死亡
Avery
无毒R型菌 加热杀死有毒S型菌
• 2.基因变异与单基因病 单基因病 ：当致病基因核苷酸发生缺失、插入、 倒位、易位、点突变等基因突变，并且这种突变
改变了基因的编码序列或影响了基因的调控序列
时，基因的功能发生异常导致的疾病。 如：血红蛋白病、血友病、亨廷顿病、强直性肌 营养不良等。
• 3.基因变异与多基因病
• 多基因病的发病机制十分复杂，遗传因素
学技术和方法来研究人体内源性或外源性生物
大分子和大分子体系的存在、结构或表达调控
的变化，为疾病的预测、诊断、治疗和转归提
供信息和决策依据。
• 2.分子生物学
以核酸、蛋白质等生物大分子为材料，研 究它们的组成、结构和功能，揭示生命规律和
疾病本质的一门学科。
• （二）生物学的发展
• 1.整体水平的生物学
生检教研室：姜勇
绪
论
一、医学检验的发展
• 医学检验：临床医学中用实验方法和实验 技术研究、诊断疾病的学科。
一、医学检验的发展
• 观察细胞学、形态学的变化
• 检测体液中的各种物质含量的变化 • 对细胞亚显微结构、染色体、基因进行分析
（分子生物学检验）
分子诊断
二、分子诊断
• （一）定义 • 1.分子诊断 以分子生物学理论为基础，利用分子生物
• 2.细胞水平的生物学
• 3.分子水平的生物学
(三)分子生物学的主要内容
• 核酸和蛋白质
• 结构和功能
• 基因组及蛋白质组的结构和功能
• 生物大分子之间的相互作用 • 细胞间通讯和细胞内信号转导
（四）分子生物学的历史回顾
• 遗传和变异是生物的一对重要概念
• 遗传赋予生物物种的稳定
• 变异则赋予生物物种的进化
染色体 质粒
质粒基因载体
Cohen
λ噬菌体载体
※ 4. DNA测序技术 1975年Gilbert 和Sanger发明DNA测序技术。
Gilbert
Sanger
1980年诺贝尔化学奖
DNA测序仪
DNA测序图
DNA测序技术
1. Berg实验
1972年Berg首次完成DNA片断体外重组实验。
Berg
• 癌基因包括病毒癌基因和细胞癌基因,它 们具有潜在诱导细胞恶性转化的特征。 • 抑癌基因是存在于正常细胞内的一类可以 抑制细胞生长的基因，具有潜在抑癌作用。
• 5.线粒体变异与线粒体遗传病
• 线粒体DNA突变使线粒体功能发生障碍，直接影响 人体组织和细胞的各种生物学功能，导致线粒体 遗传病。 • 它具有母系遗传、基因突变具阈值效应以及多系 统受累等遗传学特征。
3、关键技术
※ 1. 限制性内切酶技术
Arber 第一次理论 预见限制酶
Smith 第一次分离 得到限制酶
Nathans 第一次使用 限制酶
1978年诺贝尔生理医学奖
※ 2.DNA连接酶技术
1967年2个实验室同时发现DNA连接酶。
Richardson
Hurwitz
DNA连接酶模式图
※ 3. 基因载体技术 1973年Cohen使用质粒和λ噬菌体作为载体, 在细菌里扩增。
（5）基因的碱基顺序与蛋白质 的氨基酸顺序
• 1958年，Crick提出中心法则 • 1961年，遗传密码的研究 • 1966年，遗传密码子破译
通 用 遗 传 密 码 子
（6）基因的结构
•70年代中期，随着分子克隆和DNA测序 技术的发展，人们得以从单碱基水平上 分析基因的分子结构。 •基因=编码区+非编码区 •启动子、终止子结构
O
A
G
C
T
⑵ DNA的一级结构
碱基 + 脱氧核糖（糖苷键）= 脱氧核糖核苷
脱氧核糖核苷（磷酸酯化）= 脱氧核糖核苷酸
脱氧核糖核苷酸（3’,5’磷酸二酯键）= DNA
※ ⑶ DNA的空间结构 1953 年 Watson 和 Crick 阐 明 DNA 分 子 双螺旋结构, 揭示了遗传物质的分子机制。
因连锁定律。 基因的分离定律和基因的自由组合定
律。
•基因在染色体上呈线性排列。 1900年，三位不同的科学家分别
证实了孟德尔实验的正确性。
•
1909年，提出了基因的概念。
（2）基因与DNA分子
• 1944年，Avery进行细菌转化实验，发现了
生物遗传物质的化学本质是DNA，而不是蛋
白质。
• 1953年，Watson和Crick创立DN Nhomakorabea双螺旋结
•单拷贝基因、多拷贝基因
（7）基因的表达与调控
• 1961年，提出操纵子模型
• 操纵子的概念比顺反子又前进了一步，它指出基
因不仅在机构上时可分的，而且在功能上也是可
分的 • 有些基因控制蛋白质合成，有些基因没有直接产 物
（五）分子生物学在临床上的应用
• 1.病原微生物基因与人类感染性疾病
包括结核杆菌、肝炎病毒、人类免疫缺陷病毒、 SARS相关冠状病毒和人禽流感病毒等。 对于这些病原生物基因和基因组的研究以及 耐药性机制的研究已成为医学领域正要内容。
和环境因素共同起作用。
• 这些病的发病有一定遗传基础，常表现出 家族倾向，但却又不符合一般的遗传方式。
• 参与多基因病发生的基因被称为疾病相关基因。
• 多基因病的发生涉及诸多因素，某一因素的变 异不足以解释多基因病的发病机制。 • 如，原发性高血压，2型糖尿病等
• 4.肿瘤相关基因及恶性肿瘤 • 肿瘤的发生是由多种致癌因素综合作用 的结果。 • 与肿瘤发生相关的基因称为肿瘤相关基 因，包括癌基因和抑癌基因。
DNA体外重组实验模式图
1980年诺贝尔化学奖
2. Boyer-Cohen实验
1973 年 Boyer 和 Cohen将卡那霉素R65质粒 与四环素pSC101质粒连接成重组质粒。
Boyer
Cohen
1986年诺贝尔生理医学奖
载体
外源DNA
重组DNA分子 转化
Boyer-Cohen实验模式图
4.基因研究的发展
Watson
Crick
1962年诺贝尔生理医学奖
DNA分子双螺旋结构
※ 3.“中心法则”与“遗传密
码” ⑴ 1957年Crick提出遗传信息传递“中心法则” 。
Crick
中心法则
⑵ 1964年Nirenberg和Khorana破译“遗传密码”
Nirenberg
Khorana
遗传密码表
1968年诺贝尔生理医学奖
无毒R型菌
存活
+
死亡
肺炎球菌转化实验
吸附
释放 Hershy and Chase 装配
注入核酸
合成核酸和蛋白质
噬菌体侵染实验
※ 2. DNA的结构
⑴ DNA的碱基组成
由4种碱基参与DNA组成: 腺嘌呤
NH
2
鸟嘌呤
O N NH
胞嘧啶
NH
2
胸腺嘧啶
O NH
N N
N
N H
N
N H
N
NH 2
N H
O
N H
• 最近的20-30年间，是现代生物科学迅速发
展的年代
• 最引人注目的是以重组DNA技术为基础的基
因工程
• 基因研究是整个遗传学发展的主线，大体
可分为三个发展阶段
（1）基因学说的创立
•1910年，摩尔根以果蝇为实验材料进 1857年，孟德尔提出了遗传因子 行遗传学研究，发现了伴性遗传及基 的概念，创立了遗传学两大大定律：
构模型，解释了DNA的化学本质。
（3）基因与顺反子学说
• 1955年，顺反子学说的建立
• 基因不是最小的遗传单位，它仍然是可分的
• 并非所有的DNA都是基因
• 基因具有DNA共性
（4）基因与多肽链
• 1945年，“一种基因一种酶”假说
• 1957年，第一次用实验证明了DNA与蛋白质
之间的关系
• 修正为“一种基因一种多肽链”
• 遗传和变异的基础是核酸
1.核酸
DNA 脱氧核糖核酸
核 酸
RNA 核糖核酸
2.理论上的三大发现
※ 1. 遗传物质是DNA
（1）肺炎球菌转化实验 Avery: 遗传物质是DNA, 不是蛋白质。 （2）噬菌体侵染实验 Hershy和Chase: 遗传物质是DNA。
有毒S型菌
死亡
Avery
无毒R型菌 加热杀死有毒S型菌
• 2.基因变异与单基因病 单基因病 ：当致病基因核苷酸发生缺失、插入、 倒位、易位、点突变等基因突变，并且这种突变
改变了基因的编码序列或影响了基因的调控序列
时，基因的功能发生异常导致的疾病。 如：血红蛋白病、血友病、亨廷顿病、强直性肌 营养不良等。
• 3.基因变异与多基因病
• 多基因病的发病机制十分复杂，遗传因素
学技术和方法来研究人体内源性或外源性生物
大分子和大分子体系的存在、结构或表达调控
的变化，为疾病的预测、诊断、治疗和转归提
供信息和决策依据。
• 2.分子生物学
以核酸、蛋白质等生物大分子为材料，研 究它们的组成、结构和功能，揭示生命规律和
疾病本质的一门学科。
• （二）生物学的发展
• 1.整体水平的生物学