《分子生物学绪论》PPT课件
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分子生物学 第一章 绪论 PPT课件
逆转录酶
1970年， Baltimore和 Temin等同时各自发现了 逆转录酶，打破了遗传学的中心法则，使真核基因 的制备成为可能
1973年Cohen完成第一个基因工程实验 经体外重组获得杂合DNA 杂合子转化入大肠杆菌
所需元件： 限制性内切酶 连接酶 载体 受体细胞
基因工程过程示意图
①从细胞中分离 出DNA
2.DNA is a double helix
DNA is a double helix
3.The central dogma
定向基因改造设想
设想一 能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？
设想二 能否让细菌“吐出”蚕丝？
设想三
能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵 的药物？
经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了 可以定向改造生物的新技术——基因工程。
① ②
③ ④
②限制酶截取 DNA片断
③分离大肠杆菌 中的质粒
⑤ ⑥
④ DNA重组
⑤用重组质粒转 化大肠杆菌
⑥培养大肠杆菌克 隆大量基因
Two Methods for Delivering DNA into Plant Cells
分离毒素蛋白基因
将毒素基因插入 到Ti质粒中
制备抗虫 转基因植 物。
Friedrich Miescher (1844-1895)
1869年 法国的米歇尔从白细胞核中分离出DNA
1879年
德国生物学家弗莱明发现细胞核内的染色体 1903年
Wilhelm Ludwig Johannsen 1857～1927
美国细胞学家萨顿提出了遗传的染色体学说
1909年
丹麦生物学家约翰逊创造了基因（gene）一词
分子生物学 PPT课件
• 使细胞生物学、遗传学、发育生物学、神经 生物学和生态学由原来的经典学科变成了生命科 学的真正前沿科学，形成了一系列交叉学科，如 分子遗传学、分子生态学、分子免疫学、分子病 毒学、分子病理学、分子肿瘤学和分子药理学等。 分子生物学是生命科学的核心前沿。
• 不同种属生物的表现形式多种多样和千姿百 态，但是，生命活动的本质却是高度一致的。例 如绝大多数生物遗传取决于DNA；除少数例外， 遗传密码在整个生命世界中都是一致的。又如核 酸一级结构和蛋白质一级结构的对应关系以及蛋 白质的有序合成，也表现出高度一致性。
• （五）小分子RNA研究进展
• 1993年，Lee RC等发现线虫(C.elegans) lin-4基 因编码的小分子RNA，其长度为22～61个核苷 酸——反义RNA。
• 反义RNA能与lin-14 mRNA的3ˊ非翻译区 （untranslated region，UTR）反义互补结合，阻 断lin-14的翻译，降低线虫早期发育阶段lin-14 蛋白的水平。
• 因此，分子生物学技术已成为推动生物 科学的各个领域向分子水平发展的重要 工具或手段，也是服务于人类和社会， 推动医药和工、农业发展的强大动力。
二、分子生物学的研究内容
• 分子生物学的研究内容主要包括以下三个方面。 • 1、核酸分子生物学： • 主要研究核酸的结构及其功能。 • 2、蛋白质分子生物学：
• 例如DNA及RNA的印迹转移、核酸分子杂 交、DNA克隆或重组DNA、基因体外扩增、 DNA 测序等等，以及研究蛋白质一级结构、 二级结构和三维结构与功能的分析技术。
• 其中重组DNA(recombinant DNA)技术是现代分 子生物学技术的核心。
• 重组DNA技术又称为基因操作(gene manipulation )、分子克隆(molecular cloning)、基 因克隆(gene cloning) 或基因工程（gene engineering）等。
分子生物学--绪论 ppt课件
• 第二个实验室是加州理工学院的大化学家 莱纳斯·鲍林(Linus Pauling)实验室。在此 之前，鲍林已发现了蛋白质的α螺旋结构。
• 第三个则是个非正式的研究小组，沃森到 剑桥大学做博士后时，虽然其真实意图是 要研究DNA分子结构，挂着的课题项目却 是研究烟草花叶病毒。比他年长12岁的克 里克当时正在做博士论文，论文题目是 “多肽和蛋白质：X射线研究”。
• 在同一期Nature上，还发表了弗兰克林和威尔金 斯的两篇论文，以实验报告和数据分析支持了沃 森、克里克的论文。
威尔金斯(Maurice Wilkins 1916~2004) 英国物理 学家，剑桥大学
弗兰克林（Rosalind Franklin 1920~1958）英国 物理学家，剑桥大学 分辨出了DNA的两种构型，并成功地拍摄了它 的X射线衍射照片。
分子生物学
主要内容
• 分子生物学的开端 • 生物大分子 • DNA的复制和修复 • 转录 • 翻译 • 分子生物学的研究方法
第一章 分子生物学的开端
内容提要 • 分子生物学开端的标志事件 • 证明DNA就是遗传物质的主要历史事件 • 分子生物学的学科特征
问题1：
科学史上哪些事件和分子生物学的诞生 关系密切？
• 1951年，23岁的生物学博士沃森来到卡文迪什实 验室做博后。到剑桥之前，曾经做过用同位素标 记追踪噬菌体DNA的实验，坚信DNA就是遗传物 质。
关于卡文迪什实验室
• 素以世界物理学家的圣地“麦加”和培养人才的 “苗圃”著称的英国剑桥大学卡文迪什实验室， 由于面向世界广揽优秀的科学人才，在放射性、 原子物理、核物理、分子生物学、射电天文学和 凝聚态物理等方面，取得了大量举世关注的重大 成就。
• 第一个学说是“序列假说”，它认为一段核酸的 特殊性完全由它的碱基序列所决定，碱基序列编 码一个特定蛋白质的氨基酸序列，蛋白质的氨基 酸序列决定了蛋白质的三维结构。
分子生物学课件(共51张PPT)
二级结构
蛋白质局部主链的空间结构， 包括α-螺旋、β-折叠等。
三级结构
整条肽链中全部氨基酸残基的 相对空间位置Байду номын сангаас即整条肽链每 一原子的相对空间位置。
四级结构
由两条或两条以上的多肽链组 成的一类结构，每一条多肽链
都有完整的三级结构。
蛋白质的功能与分类
结构蛋白：作为细胞的结构，如膜蛋白，染色体蛋白等 。 酶：催化生物体内的化学反应。
分子生物学是生物学的重要分支
01
分子生物学以生物大分子为研究对象，揭示生命现象的分子基
础，是生物学的重要分支之一。
分子生物学推动生物学的发展
02
分子生物学的发展推动了生物学的研究从细胞水平向分子水平
深入，为生物学的发展提供了新的理论和技术支持。
分子生物学与其他学科的交叉融合
03
分子生物学与遗传学、生物化学、微生物学、免疫学等学科存
。
表观遗传学调控
通过改变染色质结构和DNA 甲基化等方式来调控基因表达
。
05
蛋白质的结构与功能
蛋白质的分子组成
氨基酸
蛋白质的基本组成单元，共有20 种标准氨基酸。
肽键
连接氨基酸之间的主要化学键。
辅基与辅酶
某些蛋白质还包含辅基或辅酶， 以辅助其功能的发挥。
蛋白质的结构层次
一级结构
指蛋白质中氨基酸的排列顺序 。
重组DNA分子的构建和 筛选
PCR技术及其应用
01
02
PCR技术的基本原理和步骤
引物的设计和选择
03
04
PCR反应体系和条件优化
PCR技术在DNA扩增、突变 分析、基因分型等领域的应用
基因克隆与基因工程
蛋白质局部主链的空间结构， 包括α-螺旋、β-折叠等。
三级结构
整条肽链中全部氨基酸残基的 相对空间位置Байду номын сангаас即整条肽链每 一原子的相对空间位置。
四级结构
由两条或两条以上的多肽链组 成的一类结构，每一条多肽链
都有完整的三级结构。
蛋白质的功能与分类
结构蛋白：作为细胞的结构，如膜蛋白，染色体蛋白等 。 酶：催化生物体内的化学反应。
分子生物学是生物学的重要分支
01
分子生物学以生物大分子为研究对象，揭示生命现象的分子基
础，是生物学的重要分支之一。
分子生物学推动生物学的发展
02
分子生物学的发展推动了生物学的研究从细胞水平向分子水平
深入，为生物学的发展提供了新的理论和技术支持。
分子生物学与其他学科的交叉融合
03
分子生物学与遗传学、生物化学、微生物学、免疫学等学科存
。
表观遗传学调控
通过改变染色质结构和DNA 甲基化等方式来调控基因表达
。
05
蛋白质的结构与功能
蛋白质的分子组成
氨基酸
蛋白质的基本组成单元，共有20 种标准氨基酸。
肽键
连接氨基酸之间的主要化学键。
辅基与辅酶
某些蛋白质还包含辅基或辅酶， 以辅助其功能的发挥。
蛋白质的结构层次
一级结构
指蛋白质中氨基酸的排列顺序 。
重组DNA分子的构建和 筛选
PCR技术及其应用
01
02
PCR技术的基本原理和步骤
引物的设计和选择
03
04
PCR反应体系和条件优化
PCR技术在DNA扩增、突变 分析、基因分型等领域的应用
基因克隆与基因工程
第一章 分子生物学绪论课件
PPT学习交流
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1.1.1 创世说与进化论
多少年来，人们常常会反复提出3个与生命现象有关的 问题。 ① 生命的起源：生命是怎样起源的？ ② 生物的遗传：为什么“有其父必有其子”？ ③ 生物的发育：动、植物个体是如何从一个受精卵发育
而来的？
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直到19世纪初，西方人一直相信基督教的宣传，相信 上帝先创造了花草树木、世间万物，后来又创造了男人 亚当，再从亚当身上抽出一根肋骨，这就成了女人夏娃。 亚当、夏娃婚配繁衍产生了人类。
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1
1.1 绪论 现代生物学研究的目的是要在分子水平上阐明细胞活动
的规律，揭示生命的本质。从20世纪40年代开始，无数生命 科学家用他们的智慧和汗水，赢得了20世纪自然科学最伟大 的革命——揭开生物遗传的谜底。
主要体现：DNA的结构与功能、RNA在蛋白质生物合成中 的作用、蛋白质的结构与功能、遗传密码及基因表达调控等 机制的阐明。
蛋白质是生活细胞中所有化学反应的催化剂。
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PPT学习交流Βιβλιοθήκη 16PPT学习交流
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孟德尔两条基本遗传规律的含义 A.生物的每一种形状都是由遗传因子控制的,而这些因子 以从亲代到子代，代代相传； B.在体细胞内遗传因子成对存在的，其中一个来自父本， 一个来自母本； C.在形成配子时，成对的遗传因子彼此分开，单独存在； D.有些遗传因子以显性形式存在，有些以隐性形状。
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由于孟德尔的研究方法和结论都远远超过了当时的科 学认识水平，他的这些研究成果和见解，并没有立即引起 生物学界的注意和重视，1884年逝世。
现代分子生物学第一章 绪论 PPT课件
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序列图：核苷酸组成的序列图。
一般说来，“基因组学”主要解决的问题是基因组的 “结构”，即上述4张结构图，目前，HGP已经初步完 成，并由“结构”向“功能”转移，即：“后基因组学” (post-genomics)。
26
（四）后基因组学大致包含下述内容 1. 人类基因的识别和鉴定 2. 基因功能信息的提取和鉴定 1) 人类基因突变体的系统鉴定 2) 基因表达图谱的绘制 3) “基因改变一功能改变”的鉴定 4) 蛋白质水平，修饰状态和相互作用的探测 3. 基因表达的调控 4. 信号传导
论文6000～8000篇，平均篇/10.8秒问世。 （二）人类科技知识，19世纪是每50年增加1倍，当前是 每
3～5年增加1倍。工程师知识半衰期是5年。
3
（三）1973年，Cohen Group利用重组DNA技术第一 次实现了细菌遗传性状转移（terr+NerSr→terrNer）, 导致 了基因工程技术诞生。至今不到30年，人类已 拥有克隆羊、克隆猪……的技术，可以复制1个生命 体。
5
（三）当代科学技发展有2种形式：一是突破，二是融 合。突破是线性的，即从研究开发新一代科技成果取 代原有一代的科技成果。融合是非线性的，即混合原 有不同领域科技，进而发展新产品，造成革命性市场， 它们是互补和合作的结果。
（四）基因工程技术既是突破，也是融合，既是科学，
也是技术。它们是分子生物学，生物化学，遗传学、
7
二、分子生物学与其它学科的交叉
生命过程是一个多层次、连续的整合过程。基因和分子 研究是认识生命过程的深入层次，这个层次的研究结果对 于基因后生命现象如生理表现，病理表现，病生理表现， 具有重要意义。
生命科学中一些最重要的课题需要分子生物学渗入， 如细胞生长、分化、衰老，凋亡，个体发育和神经活动等 研究。分子生物学与这些研究活动结合在一起，形成新的 生长点和新的边缘学科，较为突出的者有：
序列图：核苷酸组成的序列图。
一般说来，“基因组学”主要解决的问题是基因组的 “结构”，即上述4张结构图，目前，HGP已经初步完 成，并由“结构”向“功能”转移，即：“后基因组学” (post-genomics)。
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（四）后基因组学大致包含下述内容 1. 人类基因的识别和鉴定 2. 基因功能信息的提取和鉴定 1) 人类基因突变体的系统鉴定 2) 基因表达图谱的绘制 3) “基因改变一功能改变”的鉴定 4) 蛋白质水平，修饰状态和相互作用的探测 3. 基因表达的调控 4. 信号传导
论文6000～8000篇，平均篇/10.8秒问世。 （二）人类科技知识，19世纪是每50年增加1倍，当前是 每
3～5年增加1倍。工程师知识半衰期是5年。
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（三）1973年，Cohen Group利用重组DNA技术第一 次实现了细菌遗传性状转移（terr+NerSr→terrNer）, 导致 了基因工程技术诞生。至今不到30年，人类已 拥有克隆羊、克隆猪……的技术，可以复制1个生命 体。
5
（三）当代科学技发展有2种形式：一是突破，二是融 合。突破是线性的，即从研究开发新一代科技成果取 代原有一代的科技成果。融合是非线性的，即混合原 有不同领域科技，进而发展新产品，造成革命性市场， 它们是互补和合作的结果。
（四）基因工程技术既是突破，也是融合，既是科学，
也是技术。它们是分子生物学，生物化学，遗传学、
7
二、分子生物学与其它学科的交叉
生命过程是一个多层次、连续的整合过程。基因和分子 研究是认识生命过程的深入层次，这个层次的研究结果对 于基因后生命现象如生理表现，病理表现，病生理表现， 具有重要意义。
生命科学中一些最重要的课题需要分子生物学渗入， 如细胞生长、分化、衰老，凋亡，个体发育和神经活动等 研究。分子生物学与这些研究活动结合在一起，形成新的 生长点和新的边缘学科，较为突出的者有：
分子生物学第一章绪论
1994年 A.Gliman
信号传导和G-蛋白
诺贝尔生理和医学奖
M.Rodbell
1995年 E.B.Lewis, C基因和果蝇突变关系探讨 诺贝尔生理和医学奖
Nusslein-Volhard，
E.Wieschaus
教学ppt
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（一）理论上的三大发现
1. 40年代，发现了生物遗传物质的化学本质是DNA 2. 50年代，Walson-crick提出了DNA结构的双螺旋模
四、分子生物学与其他学科的关系
教学ppt
3
教学重点： 1、分子生物学的含义 2、分子生物学的主要研究内容 教学难点：
1、分子生物学含义的理解
教学ppt
4
一、分子生物学的基本含义
1、定义 从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科
2、主要任务 阐明生物大分子的结构及结构与功能的关系
3、研究对象 核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传 信息和细胞信息传递中的作用
型，搞清楚了生物遗传的分子机制 3. 60年代，确定了遗传信息的传递方式：
DNA→RNA→protein
教学ppt
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1.DNA is the genetic material
教学ppt
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DNA is the genetic material
契马克 澳大利亚
德弗里斯 荷兰
教学ppt
柯灵斯 德国
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Friedrich Miescher (1844-1895)
1869年 法国的米歇尔从白细胞核中分离出DNA
1879年 德国生物学家弗莱明发现细胞核内的染色体
1903年 美国细胞学家萨顿提出了遗传的染色体学说
Wilhelm Ludwig Johannsen 1857～1927
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“烤”试
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考核
平时
出席 作业
遗传：1/3
期末
分子：2/3
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If you have any questions, don’t hesitate to contact me @:
E-mail: wangxiaofei_hit@
Office：E楼四楼最东头
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Coming soon:
DNA的转座
DNA的复制
基因的转录
转录后加工
蛋白质合成和翻译后加工
原核基因表达调控
真核基因表达调控
细胞信号传导
原癌基因和抑癌基因
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Lewin,B, Oxford University Press
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一些网站和论坛
中国期刊全文数据库 维普中文科技期刊 爱思维尔(Elsevier Science) 丁香园论坛(/bbs) 中国生命科学论坛()
Wilkins通过对DNA分子 的X射线衍射研究证实了 前两者提出的DNA的模型。
1962年Watson、 Crick与 Wilkins共享诺贝尔生理医学奖。
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1958年Crick提出中心法则
RNA
复 制
复 制
转 录
DNA
RNA 翻 译
逆 转 录
蛋 白 质
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1958年，Meselson 和Stahl证明 DNA半保留复制。 Stahl
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1957年，Heinz Fraenkel-Conrat和B. Singre 的杂合病毒实验证实RNA也是重要的遗传物质
烟草花叶病毒的感染和繁殖过程
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2、创立阶段（1950~1970年代）
1953年， 美国科学家Watson 和英国科学家 Crick提出 DNA Double Helix model
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1997，Wilmut成功获得克隆羊—Dolly诞生
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2000年，人类基因组草图绘制完成
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美国国家人类基因组研究所所长弗朗西斯·柯林斯 在介绍情况。
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２００３年４月１４日，人类基因组序列图亦 称“完成图”（99.99%），提前绘制成功。
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分子生物学教学内容
基因和基因组
逆 转 录
蛋 白 质
1975年，获诺贝尔生理医学奖
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1977年，Sanger等人发明了一种测定DNA分子 内核苷酸序列的方法（双脱氧链终止法）。
桑格(Sanger） 吉尔伯特( Gilbert） 伯格（Berg）
1980年，与Gilbert和Berg共享诺贝尔化学奖
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1983年，美国遗传学家McClintoc发现可移动 的遗传因子(mobile element)。
诺贝尔生理医学奖
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皇家卡罗林医学研究院
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27Байду номын сангаас
1989年Altman、 Cech因发现核酶（ Ribozyme） 获Nobel化学奖。
•1982年，Cech等 •四膜虫细胞大核期间 •26SrRNA前体具有自我剪接功能。
•1984年，Altman等 •RNaseP •核酸组分M1RNA有该酶的活性， •蛋白质部分C5并无酶活性。
Meshelson
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1959年，美籍西班牙裔科学家Uchoa和美国 Kornberg发现了DNA和RNA的生物合成机理 而分享了诺贝尔生理医学奖。
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1961年，法国科学家Jacob（雅各布） 和Monod （莫诺）提出操纵子(operon)学说.
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1965年获得诺贝尔生理医学奖
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Chapter 1:
Gene and Genome
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1993. Roberts & Sharp
→ Splitting gene
Mullis & Smith
→ PCR technique & gene mutation in locus
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1994. Gilman & Rodball → G-protein as a signal molecular in cell
约翰逊（Wilhelm Ludwig Johannsen，
1857～1927）丹麦生物学家
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1910年，Morgan的染色体—基因遗传理论
第一次将基因定位于染色体上。进一步将“性状” 与“基因”相耦联，成为现代遗传学的奠基石。
摩尔根(T.H.Morgan,1866-1945):
美国的实验胚胎学家，遗传学家
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7
证明DNA是遗传物质的两个著名实验：
1、Avery的肺炎双球菌转化实验——DNA 是遗传信息的载体； 2、Hershey和Chase的噬菌体侵染细菌实 验——DNA是可以进入寄主细胞的转染因 子。
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1944年，Avery的肺炎双球菌转化实验，证明基 因就是DNA分子，提出 DNA是遗传信息的载体。
艾弗里（Oswald Theodore Avery，1877～1955 ）
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1952年，Hershey和Chase的噬菌体侵染细菌实 验——DNA是可以进入寄主细胞的转染因子
赫尔希（Alfred Day Hershey，
1908～1997）美国微生物学家
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30%有32P标记， 子代仅含不足1%的原噬菌体蛋白质
1968年，Nirenberg、Holley和Khorana解读了 遗传密码及其在蛋白质合成方面的技能.
1968年获得诺贝尔生理医学奖
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3、发展阶段（1970年代以后）
1970年，Temin 和Baltimore在RNA肿瘤病毒 中发现逆转录酶。
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RNA 复 制
复 制 DNA转 录 RNA 翻 译
1995. Lewis & Nusslein-Volhard & Wieschaus → Control gene of body developing in Drosophila
Nusslein-hVolhard
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1997年，普鲁西纳发现了朊病毒(prion)
盖达塞克 普鲁西纳
1997年，诺贝尔生理医学奖
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沃森（James Dewey Watson，1928～）美国生物化学家
克里克（Francis Harry Compton Crick，1916～） 英国生物物理学家 威尔金斯（Maurice Wilkins，1916～）
弗兰克林（Rosalind Franklin，1920～1958）
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绪论
分子生物学定义 分子生物学发展简史 分子生物学教学内容 参考书目
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一、分子生物学定义
从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而 阐明生命现象本质的科学 ，主要指遗传信息 的传递（复制）、保持（损伤和修复）、基因 的表达（转录和翻译）与调控。
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二、分子生物学发展简史
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1、孕育阶段（1820~1950年代）
1865年，孟德尔发表了《植物杂交实验》，首次 阐述了生物界有规律的遗传现象。“遗传因子 ” 1900年，孟德尔遗传规律被证实，成为近代遗传 学基础。
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孟德尔(Gregor Mendel) (1822-1884): 奥地利科学家，经典遗传学的奠基人
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1909年，约翰逊根据希腊文“给予生命”之意， 创造了基因（gene）一词。