分子生物学简史
第1章 分子生物学发展简史
分子生物学授课专业：生物技术、生物科学玉林师范学院生命科学与技术学院王小敏（***************）2013.9•授课对象：生物技术、生物科学•授课学时：42学时•教学办法：•1.教师主讲•2.学生参与•考核形式：考试80%+平时20%Reference•1 . 分子克隆实验指南•2. 精编分子生物学实验指南•3. PCR技术实验指南•4. 分子生物学实验基础•5. 现代分子生物学实验技术•6. 分子生物学实验技术•7. 分子生物学基础技术•生物技术各网站论坛：小木虫、生物谷、螺旋网、丁香园等第一章分子生物学发展简史1.1 分子生物学的起源分子生物学侧重于从分子水平研究遗传信息的传递、表达和调控，是在遗传学和生物化学基础上发展起来的学科。
分子生物学起源可以追溯到经典遗传学或称传递遗传学。
传递遗传学侧重于研究遗传性状从亲本向子代传递的规律。
1.1.1 传递遗传学(transmission genetics)1858~1865年间，孟德尔研究了植物遗传现象，发现了分离定律和自由组合定律。
提出了遗传因子(后改称基因)的概念。
孟德尔是经典遗传学或传递遗传学的奠基人。
1910年，摩尔根利用果蝇进行试验，发现了连锁遗传规律，证实了染色体遗传学说，首次将遗细胞学说、进化论和遗传学三定律是现代生物学的三大基石。
孟德尔Gregor Mendel (1822-1884),奥地利科学家，经典遗传学的奠基人1857-1864的7年中，进行了豌豆的杂交研究，1865年发表了他的划时代的论文《植物杂交试验》在论文中提出了“遗传因子”的概念，并得出了三条规律：●显性规律(The Law of Dominance)●分离规律(The Law of Segregation)●自由组合规律(The Law of Independent Assortment)1.1.2 分子遗传学(molecular genetics)1869年，Miescher分离出核酸。
简述分子生物学发展史
简述分子生物学发展史分子生物学的发展大致可以分为三个阶段，第一个是准备和酝酿阶段，第二个是现代分子生物学的建立和发展阶段，第三个是初步认识生命本质并改造生命的深入发展阶段。
下面将就这三个阶段的主要任务和功绩做简单的介绍。
第一阶段：在上世纪的后期，巴斯德由于发现了细菌而在自然科学史上留下丰功伟绩，但是他的“活力论”观点，即认为细菌的代谢活动必须依赖完整细胞的看法，却阻碍了生物化学的进一步发展。
直至1890～1900年问suchner兄弟证明酵母提出液可使糖发酵之后，科学家们才认识到细胞的活动原来可以再拆分为更细的成分加以研究。
此后相继结晶了许多酶，如腺酶（Sumner，1926）、胰蛋白酶（Northrop，1930）及胃蛋白酶（Northrop及Kunitz，1932）等，并且证实了这些物质都是蛋白质。
这些成果开辟了近代生物化学的新纪元。
事实上，分子生物学正是在科学家们打破了细胞界限之日诞生的。
在这以后的几十年间，科学界普遍认为，蛋白质是生命的主要物质基础，也是遗传的物质基础。
与此同时，被湮没达35年之久的孟德尔遗传定律（1865），又被重新发现，摩根等在这个定律基础上建立了染色体学说，使遗传学的研究引起了科学界的重视。
这个时期，尤其是在第一次世界大战之后，正是物理学空前发达的年代，量子理论和原子物理学的研究表明，尽管自然界的物质变化万千，但是组成物质的基本粒子相同，它们的运动都遵循共同的规律。
那么，是否可以应用物理学的基本定律来探讨和解释生命现象呢？不少科学家抱着这个信念投身到生命科学的研究中，从而开始了由物理学家、生化学家、遗传学家和微生物学家等协同作战的新时期，在这个时期里，科学家们各自沿着两条并行不悖的路线进行研究。
一派是以英国的Astbury等为代表的所谓结构学派（structurists)，他们主要用ｘ射线衍射技术研究蛋白质和核酸的空间结构，认为只有搞清生物大分子的三维结构，才能阐明生命活动的本质，分子生物学一词正是Astbury在1950年根据他的这一思想首先提出来的。
分子生物学诞生时间及事件
分子生物学诞生时间及事件分子生物学是研究生命现象的分子基础的生物学分支，以分子为研究对象，包括生物分子的结构、功能和相互作用等方面的研究。
分子生物学的诞生可以大致追溯到20世纪50年代。
下面我详细介绍一下分子生物学诞生的时间及事件。
1944年，奥瑞斯·奥德利和科林·麦克劳德在研究链球菌的转化现象时，发现通过在死亡链球菌菌体上散布活链球菌的DNA，可以使死亡链球菌菌体发生变形并复活。
这个实验揭示了DNA是遗传信息的携带体，也是生命的核心。
1951年，罗莉·威廉姆斯、詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克在剑桥大学的卡文迪许实验室为了解构DNA的结构，对W·LCrick和J·D·Watson提出的DNA螺旋结构模型进行进一步的研究。
沃森和克里克提出了现代分子生物学中最著名的双螺旋DNA结构模型。
这个模型解释了遗传信息如何被编码并如何传递下去。
1953年，E.F.伯恩斯和本杰明·莱恩在研究蛋白质的合成过程时，发现在RNA和蛋白质之间存在一个中介物质，即核糖体。
这个发现揭示了基于遗传信息的蛋白质的合成和翻译的分子机制。
1961年，弗朗索瓦·雅各布和雅克·莫诺在研究大肠杆菌的基因表达时，发现一种名为mRNA的分子。
mRNA具有遗传信息从DNA到蛋白质的重要功能，从而揭示了分子基础上的遗传信息传递机制。
1968年，哈罗·齐格勒和琼·齐格勒在研究静止的脑细胞时，发现存在多条并行的微管，这些微管形成细胞骨架结构，对细胞的形态维持、运动和细胞分裂等过程具有重要的作用。
这个发现揭示了分子生物学对于细胞生物学的重要性。
在以上这些重要事件的基础上，分子生物学逐渐成为一门独立的学科。
随着时间的推移，分子生物学得到了更加深入和广泛的研究，如基因调控、细胞信号传导、基因重组和蛋白质的结构和功能等方面的研究。
分子生物学发展简史
分子生物学发展简史1.DNA的发现：19世纪末至20世纪初，生物学家们开始研究细胞核中的染色质，发现其中存在着一种未知的物质。
1909年，乌拉圭生物学家戈梅斯发现这种物质与遗传有关，他将其命名为染色质物质。
之后的几十年中，科学家们陆续发现了DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）的存在，并确定了它们在遗传信息传递和蛋白质合成中的重要作用。
2.DNA的结构解析：1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克成功解析出DNA的双螺旋结构，并提出了DNA的复制和遗传信息传递的模型。
这一发现为现代分子生物学的发展奠定了基础。
3.重组和转化：1960年代，赫尔曼·莫拉和塞西尔·赫尔希等科学家们发现了重组DNA技术，使得科学家们能够将来自不同生物体的基因片段组合成新的DNA分子。
这一技术的发展不仅推动了基因工程的发展，也为分子生物学的研究提供了重要的工具。
4.基因调控的研究：20世纪60年代后期，弗朗西斯·克里克和詹姆斯·怀森伯格提出了“中心法则”，即DNA决定RNA，RNA决定蛋白质，从而启发了对基因调控的研究。
科学家们开始研究基因的表达调控机制，发现在基因启动子和转录因子之间存在特定的结构和相互作用关系。
5.基因组学的兴起：1990年，国际人类基因组计划正式启动，旨在测序和研究人类基因组，为人类疾病的研究提供基础。
随后，基因组学的发展迅速，细菌、动植物和其他生物的基因组也相继被测序，为生物学研究提供了更多的资源。
6.RNA干扰和基因沉默研究：1998年，安德鲁·赛克雷和克雷格·梅罗发现RNA干扰现象，即通过寡核苷酸对RNA进行特异性沉默。
这一发现引起了巨大的轰动，并为基因沉默研究提供了新的方法和概念。
7.蛋白质组学的发展：随着基因组学的成熟，科学家们开始关注生物体内的蛋白质组成和功能，开展了蛋白质组学的研究。
通过高通量的蛋白质质谱技术，科学家们可以更全面地研究蛋白质的结构和功能。
分子生物学基础第一章绪论 第二节分子生物学发展简史
第二节 分子生物学发展简史
4．生物分类学与分子生物学
分类和进化研究是生物学中最古老的领域，它们同样由于分子生物 学的渗透而获得了新生。过去研究分类和进化，主要依靠生物体的形态， 并辅以生理特征，来探讨生物间亲缘关系的远近。现在，反映不同生命 活动中更为本质的核酸、蛋白质序列间的比较，已被大量用于分类和进 化的研究。由于核酸技术的进步，科学家已经可能从已灭绝的化石里提 取极为微量的DNA分子，并进行深入的研究，以此确证这些生物在进化 树上的地位。
从学科范畴上讲，分子生物学包括生物化学；从研究的 基本内容讲，遗传信息从DNA到蛋白质的过程，其许多内容 又属于生物化学的范畴。
第二节 分子生物学发展简史
2．分子生物学与细胞生物学 细胞生物学是在细胞、细胞超微结构和分子水平等不同 层次上，以研究细胞结构、功能及生命活动为主的基础学科。 分子生物学是细胞生物学的主要发展方向，也就是说，在分 子水平上探索细胞的基本生命规律，把细胞看成是物质、能 量、信息过程的结合，而且着重研究细胞中的遗传物质的结 构、功能以及遗传信息的传递和调节等过程。 3．遗传学与分子生物学 遗传学是分子生物学发展以来受影响最大的学科。孟德 尔著名的皱皮豌豆和圆粒豌豆子代分离实验以及由此得到的 遗传规律，纷纷在近20年内得到分子水平上的解释。越来越 多的遗传学原理正在被分子水平的实验所证实或摈弃，许多 遗传病已经得到控制或矫正，许多经典遗传学无法解决的问 题和无法破译的奥秘，也相继被攻克，分子遗传学已成为人 类了解、阐明和改造自然界的重要武器。
第二节 分子生物学发Hale Waihona Puke 简史三、分子生物学的现状与展望
1．功能基因组学 2．蛋白质组学 3．生物信息学
分子生物学基础
第一章 绪 论
分子生物学概述发展简史主要研究内容
蛋白质合成与调控机制
蛋白质合成
蛋白质合成包括转录和翻译两是以mRNA为模板合成蛋白质的过程。
调控机制
蛋白质合成的调控机制包括基因表达调控和翻译后调控。基因表达调控主要发生在转录 水平，通过控制转录的起始、延伸和终止来影响mRNA的合成。翻译后调控则发生在 蛋白质合成之后，通过蛋白质的修饰、折叠、定位以及与其他蛋白质的相互作用等方式
白质合成等。
基因工程技术诞生与应用拓展
1973年，科恩伯格发明了DNA重组技术，实现了不同来源DNA片段的连 接和重组。
1975年，保罗·伯格成功进行了第一次基因克隆实验，标志着基因工程技 术的诞生。
基因工程技术在农业、工业、医学等领域得到广泛应用，如转基因作物培 育、生物制药、基因治疗等。
当代进展：高通量测序技术等创新突破
DNA功能
DNA是储存遗传信息的载体，通过复制将遗传信息传递给下一代，指导蛋白质的 合成从而控制生物的性状。
RNA种类与功能
RNA种类
根据结构和功能的不同，RNA可分为 信使RNA（mRNA）、转运RNA（ tRNA）和核糖体RNA（rRNA）三类 。
RNA功能
mRNA是合成蛋白质的模板，tRNA 在蛋白质合成过程中起转运氨基酸的 作用，rRNA与核糖体蛋白共同构成核 糖体，参与蛋白质的合成。
来影响蛋白质的功能和稳定性。
02
分子生物学发展简史及重要成果
早期探索：遗传物质发现与性质研究
1865年，孟德尔通过豌豆实验 揭示了遗传规律，为遗传学奠
定了基础。
1910年，摩尔根通过果蝇实验 证明了基因位于染色体上，确 立了染色体遗传理论。
1900年，重新发现孟德尔定律 ，遗传学开始成为一门独立学
分子生物学发展简览
Second replication
C o n s e rv a tiv e Model
S em ico n servative Model
图 DNA的半保留复制
20世纪50年代末至60年代，相继提出了“中 心法则”(Central dogma)和操纵子(Operon) 学说，成功地破译了遗传密码(Genetic code) ，充分认识了遗传信息(genetic information) 的流动(Flow)和表达(Expression) 。
1975年首次证实逆转录酶(Reverse transcriptase)的存在
图 Sanger于1980年提出 酶法核苷酸测序技术
图 Gilbert于1980年提出 化学法核苷酸测序技术
图 核苷酸测序示意图
Kohler
Milstein
Jerne
图 Kohler，Milstein & Jerne于1984 年提出单克隆抗体技术，并完善了
到目前为止，科学家已几乎能随心所欲地将 任何DNA分子切割成一系列不连续的片段， 再利用凝胶电泳技术等手段将这些片段按照 分子量大小逐一分开，以供下一步的研究。
EcoRI recognition sites
EcoRI cuts DNA into fragments
λ phage
DNA
Sticky end
图
基 意因 图克
隆 示
Kanamycin resistance gene
Stanley Cohen & Annie Chan
Plasmid pSC10
1
Tetracycline resistance gene
Transformed cells plated onto medium with kanamycin and tetracycline
分子生物学发展简史
分子生物学发展简史分子生物学的发展大致可分为三个阶段。
一、准备和酝酿阶段19 世纪后期到20 世纪50 年代初，是现代分子生物学诞生的准备和酝酿阶段。
在这一阶段产生了两点对生命本质的认识上的重大突破：确定了蛋白质是生命的主要基础物质19 世纪末Buchner 兄弟证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精，第一次提出酶（enzyme）的名称，酶是生物催化剂。
20世纪20-40 年代提纯和结晶了一些酶（包括尿素酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、黄酶、细胞色素C肌动蛋白等），证明酶的本质是蛋白质。
随后陆续发现生命的许多基本现象（物质代谢、能量代谢、消化、呼吸、运动等）都与酶和蛋白质相联系，可以用提纯的酶或蛋白质在体外实验中重复出来。
在此期间对蛋白质结构的认识也有较大的进步。
1902 年EmilFisher 证明蛋白质结构是多肽；40年代末，Sanger创立二硝基氟苯（DNFB法、Edman发展异硫氰酸苯酯法分析肽链N端氨基酸；1953年Sanger和Thomps on完成了第一个多肽分子--胰岛素A链和B链的氨基全序列分析。
由于结晶X-线衍射分析技术的发展，1950年Pauli ng和Corey提出了a -角蛋白的a - 螺旋结构模型。
所以在这阶段对蛋白质一级结构和空间结构都有了认识。
确定了生物遗传的物质基础是DNA虽然1868 年F.Miescher 就发现了核素( nuclein )，但是在此后的半个多世纪中并未引起重视。
20 世纪20-30 年代已确认自然界有DNA 和RNA两类核酸，并阐明了核苷酸的组成。
由于当时对核苷酸和硷基的定量分析不够精确，得出DNA中A G C、T含量是大致相等的结果，因而曾长期认为DNA吉构只是“四核苷酸”单位的重复，不具有多样性，不能携带更多的信息，当时对携带遗传信息的侯选分子更多的是考虑蛋白质。
40 年代以后实验的事实使人们对核酸的功能和结构两方面的认识都有了长足的进步。
1944 年O.T.Avery 等证明了肺炎球菌转化因子是DNA 1952 年A.D.Hershey 禾口M.Cha-se 用DNA35S和32P分别标记T2 噬菌体的蛋白质和核酸，感染大肠杆菌的实验进一步证明了是遗传物质。
分子生物学的发展与应用
分子生物学的发展与应用随着科学技术的不断进步，分子生物学作为一门新兴的学科，逐渐走入人们的视野。
它以研究生物体内分子结构、功能和相互作用为核心内容，为我们揭示了生命的奥秘。
本文将从分子生物学的发展历程、技术创新、应用领域等方面进行探讨。
一、分子生物学的发展历程分子生物学的发展可以追溯到20世纪初，当时科学家们开始研究细胞的结构和功能。
然而，直到20世纪50年代末，分子生物学才真正崭露头角。
1953年，沃森和克里克提出了DNA的双螺旋结构模型，这一发现奠定了分子生物学的基础。
此后，随着技术的不断进步，分子生物学的研究领域逐渐扩大，从基因的结构和功能研究到基因调控、蛋白质合成等方面。
二、分子生物学的技术创新分子生物学的发展离不开技术的创新。
在过去的几十年里，科学家们开发了许多重要的技术工具，为分子生物学的研究提供了强有力的支持。
其中，PCR（聚合酶链式反应）技术的发明被认为是分子生物学史上的重大突破之一。
PCR技术可以在短时间内扩增DNA片段，从而使得研究人员能够更方便地进行基因分析和检测。
此外，基因测序技术的不断发展也为分子生物学的研究提供了巨大的帮助。
通过测序，科学家们可以准确地确定DNA序列，进而深入研究基因的功能和变异。
三、分子生物学的应用领域分子生物学的应用领域广泛，涵盖了医学、农业、环境保护等多个领域。
在医学方面，分子生物学的研究为疾病的诊断和治疗提供了新的思路和方法。
例如，通过对基因突变的研究，科学家们可以发现与遗传疾病相关的基因，进而开发出相应的基因治疗方法。
在农业方面，分子生物学的研究可以帮助改良作物品种，提高产量和抗病能力。
此外，分子生物学还为环境保护提供了技术支持。
通过研究微生物的代谢途径和基因工程技术，科学家们可以开发出高效的生物降解剂，用于处理废水和污染物。
总结起来，分子生物学的发展和应用为我们认识生命的本质和改善人类生活提供了重要的科学依据。
随着技术的不断进步，我们相信分子生物学将会在更多领域发挥重要作用，为人类创造更美好的未来。
分子生物学
第一章绪论1、分子生物学简史：分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子形态、结构特征及其重要性、规律性而相互联系的科学，是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动的适应自然界到主动的改造和重组自然界的基础科学。
2、分子生物学发展阶段第一阶段：分子生物学发展的萌芽阶段第二阶段：分子生物学的建立和发展阶段第三阶段：分子生物学的深入发展和应用阶段3、分子生物学的主要研究内容DNA重组技术；基因表达调控研究；生物大分子的结构与功能的研究；基因组、功能基因组与生物信息学的研究第二章染色体与DNA1、名词解释：不重复序列：在单倍体基因组中只有一个或几个拷贝的DNA序列。
真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝。
中度重复序列：每个基因组中10～104个拷贝。
平均长度为300 bp，一般是不编码序列，广泛散布在非重复序列之间。
可能在基因调控中起重要作用。
常有数千个类似序列，各重复数百次，构成一个序列家族。
高度重复序列：只存在于真核生物中，占基因组的10%~60%，由6~10个碱基组成。
卫星DNA（satellite DNA）:又称随体DNA。
卫星DNA是一类高度重复序列DNA。
这类DNA是高度浓缩的，是异染色质的组成部分。
微卫星DNA（microsatellite DNA）：又称短串联重复序列，是真核生物基因组重复序列中的主要组成部分，主要由串联重复单元组成。
重叠基因（overlapping gene,nested gene）:具有部分共同核苷酸序列的基因，及同一段DNA携带了两种或两种以上不同蛋白质的编码信息。
重叠的序列可以是调控基因也可以是结构基因部分。
多顺反子（polycistronic mRNA ) ：编码多个蛋白质的mRNA称为多顺反子mRNA 。
单顺反子(monocistronic mRNA) ：只编码一个蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA。
DNA的转座：又称移位（transposition)，是由可移位因子介导的遗传物质重排现象。
分子生物学发展历程
分子生物学发展历程
分子生物学是研究生命科学中涉及到分子层面的各种现象和过程的学科。
它起源于20世纪中期，自那时以来不断发展。
1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克发表了关于DNA结构的重要研究成果，提出了“双螺旋结构”的概念。
这一发现奠定了分子生物学的基础，也为基因组项目的开展做出了贡献。
在后续几十年中，分子生物学逐渐发展成为一个独立的学科领域，并取得了一系列的重要成果。
20世纪60年代，人们开始研究基因的表达调控机制。
此后，通过克隆和重组DNA技术的发展，人们可以精确地操作和研究基因。
20世纪70年代，重组DNA技术的突破使得分子生物学研究进入了一个新的阶段。
通过重组DNA技术，人们可以将不同生物种类的基因组合起来，并在细胞中表达这些基因。
这一技术的应用使得人们能够生产大量的重组蛋白，并研究这些蛋白的结构和功能。
随着PCR（聚合酶链反应）技术的发明，分子生物学的研究手段得到了进一步的改进。
PCR技术可以快速扩增特定的DNA序列，并为分子生物学研究提供了更多的工具。
21世纪以来，分子生物学得到了更加广泛的应用。
在医学领域，分子生物学的研究成果为疾病的诊断和治疗提供了新的途径。
同时，分子生物学还在农业、环境保护、食品安全等领域发挥着重要作用。
总体而言，分子生物学的发展历程以基因的结构和功能研究为核心，通过一系列的重大技术突破和理论进步，取得了不可忽视的成就，并为其他相关学科的发展做出了重要贡献。
它将继续推动生命科学的进步，并为解决人类面临的各种问题提供新的思路和方法。
分子生物学发展历程
分子生物学发展历程分子生物学是一门研究生物体分子组成、结构、功能以及相互关系的学科。
它与细胞生物学和遗传学紧密相关，通过研究DNA、RNA、蛋白质等生物分子的结构和功能，揭示了生命活动的基本规律。
本文将从分子生物学的起源、发展、重要突破以及未来发展方向等方面进行探讨。
分子生物学的起源可以追溯到20世纪初，当时科学家们开始意识到细胞是生命的基本单位，并试图揭示生命的分子基础。
20世纪的大部分时间里，科学家们主要关注DNA的结构和功能。
1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克发表了关于DNA的双螺旋结构模型的重要研究论文，为分子生物学奠定了基础。
随着DNA结构的解析，分子生物学进入了一个飞速发展的阶段。
在20世纪的后半叶，科学家们相继发现了DNA复制、转录和翻译等重要的分子生物学过程，并深入研究了DNA序列与基因表达的关系。
其中，1958年马修·梅塞尔逊和弗朗西斯·克里克提出了“中心法则”，即DNA通过转录生成RNA，再通过翻译生成蛋白质。
随着研究技术的不断进步，分子生物学迈入了一个新的发展阶段。
1977年发明的基因测序技术为研究基因组提供了重要工具，随后，人类基因组计划的启动更是使得基因组学成为分子生物学的重要分支研究。
此外，重组DNA技术和PCR技术的发展，使得分子生物学进入了一个全新的领域。
分子生物学的一次重要突破发生在20世纪末，当时科学家成功地克隆了多种动物和植物的基因，并将它们转移到其他物种中。
这一重大突破不仅深刻影响了农业、药物和生物技术领域，还为解决许多人类疾病提供了重要线索。
此外，发展快速而准确的基因测序技术，使得人类基因组计划和个体基因组学研究成为可能。
随着近年来的快速发展，分子生物学已经涉及到更广泛的应用领域，如癌症研究、干细胞研究、基因编辑、基因治疗等。
人们对于个体基因组学的关注也在不断增加。
此外，随着人工智能和大数据分析技术的应用，分子生物学得到了更加精确和高效的探索。
什么是分子生物学分子生物学发展简史(一)
什么是分子生物学分子生物学发展简史（一）引言概述：分子生物学是研究生命现象的最基本单位——分子的结构、功能和相互作用的学科。
它不仅为理解生命活动的机制提供了深入的认识，还在医学、农业、环境保护等领域发挥着重要作用。
本文将从分子生物学的起源开始，概述其发展的历史，并详细介绍分子生物学的五个重要方面。
一、分子生物学的起源1. DNA的发现和结构解析2. 基因的概念和遗传物质的特性3. DNA复制、转录和翻译的基本过程4. 蛋白质合成的分子机制5. 早期的技术手段对分子生物学研究的贡献二、基因调控1. 转录调控的基本原理2. 转录因子和启动子的结构和功能3. 转录后修饰对基因调控的影响4. 遗传密码和翻译的调控机制5. 长非编码RNA在基因调控中的作用三、基因突变与人类遗传疾病1. 点突变和染色体突变的分类和特征2. 突变对基因功能的影响3. 遗传疾病的发生机制4. 分子诊断技术在遗传疾病中的应用5. 基因治疗在遗传疾病中的前景四、基因工程技术1. 重组DNA技术的原理和方法2. 基因克隆和表达的应用3. 基因编辑技术的发展和应用4. 基因转导和基因治疗的原理5. 基因工程在农业和工业上的应用五、系统生物学1. 生物大分子相互作用网络的构建和分析2. 代谢通路的数学模型与仿真3. 生物系统的建模和模拟4. 生物大数据分析在系统生物学中的应用5. 系统生物学对药物筛选和疾病治疗的意义总结：分子生物学作为一门进展迅速的学科，通过研究分子结构和功能揭示了生命的奥秘。
从基因调控到基因突变与遗传疾病，再到基因工程技术和系统生物学，分子生物学在各个领域都发挥着重要的作用。
随着技术的不断发展，分子生物学将继续推动科学的进步，为人类的健康和未来的发展带来更多的希望。
分子生物学发展简史
分子生物学发展简史分子生物学的发展大致可分为三个阶段。
一、准备和酝酿阶段19世纪后期到20世纪50年代初，是现代分子生物学诞生的准备和酝酿阶段。
在这一阶段产生了两点对生命本质的认识上的重大突破：确定了蛋白质是生命的主要基础物质19世纪末Buchner兄弟证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精，第一次提出酶（enzyme）的名称，酶是生物催化剂。
20世纪20-40年代提纯和结晶了一些酶（包括尿素酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、黄酶、细胞色素C、肌动蛋白等），证明酶的本质是蛋白质。
随后陆续发现生命的许多基本现象（物质代谢、能量代谢、消化、呼吸、运动等）都与酶和蛋白质相联系，可以用提纯的酶或蛋白质在体外实验中重复出来。
在此期间对蛋白质结构的认识也有较大的进步。
1902年EmilFisher证明蛋白质结构是多肽；40年代末，Sanger创立二硝基氟苯（DNFB）法、Edman发展异硫氰酸苯酯法分析肽链N端氨基酸；1953年Sanger和Thompson完成了第一个多肽分子--胰岛素A链和B链的氨基全序列分析。
由于结晶X-线衍射分析技术的发展，1950年Pauling和Corey提出了α-角蛋白的α-螺旋结构模型。
所以在这阶段对蛋白质一级结构和空间结构都有了认识。
确定了生物遗传的物质基础是DNA虽然1868年F.Miescher就发现了核素（nuclein），但是在此后的半个多世纪中并未引起重视。
20世纪20-30年代已确认自然界有DNA 和RNA两类核酸，并阐明了核苷酸的组成。
由于当时对核苷酸和硷基的定量分析不够精确，得出DNA中A、G、C、T含量是大致相等的结果，因而曾长期认为DNA结构只是“四核苷酸”单位的重复，不具有多样性，不能携带更多的信息，当时对携带遗传信息的侯选分子更多的是考虑蛋白质。
40年代以后实验的事实使人们对核酸的功能和结构两方面的认识都有了长足的进步。
1944年O.T.Avery等证明了肺炎球菌转化因子是DNA；1952年A.D.Hershey和M.Cha-se用DNA35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和核酸，感染大肠杆菌的实验进一步证明了是遗传物质。
第1章 绪论 分子生物学的发展史
② DNA的组成成分
u 德国化学家 Albrecht Kossel u 分离得到单核苷酸； u 阐明核酸的主要成分是核糖、磷酸和碱基；
1853-1927 Albrecht Kossel
1910 Nobel Prize in Physiology or Medicine
③ DNA的空间结构
第一章 绪论 分子生物学的发展史
主要内容
第一节 分子生物学的概念 第二节 分子生物学的发展简史 第三节 分子生物学的研究概况
第一节 分子生物学的概念
一、什么是分子生物学 二、分子生物学的起源
一、什么是分子生物学？
广义的定义： 在分子水平上解释生物学现象。 （难以与生物化学区分）
严格的定义： 在分子水平上研究基因的结构和功能。
① DNA是遗传物质 ② DNA的半保留复制 ③ one-gene/one-enzyme hypothesis ④ 基因如何决定多肽？ ⑤ 逆转录的发现
① DNA是遗传物质
1944, Oswald Avery demonstrated that the chromosome is composed of DNA. Not RNA or protein !
u 20世纪中期开始的分子遗传学（ Molecular Genetics ）阶段，是分子生物学的发展阶段；
二、分子生物学的奠基阶段
u 传递遗传学 u 代表人物：孟德尔、摩根
u In 1865, Gregor Mendel published Mendelian inheritance (孟德尔遗传定律 ).
遗传就是将来自亲本的 各种性状混合后传给子代
遗传性状依靠独立的遗传因子传 递给后代；每一个亲本只传递一 半的遗传因子给每一个子代。
分子生物学
第一章分子生物学定义：分子生物学是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学。
分子生物学简史：○11962年，Watson（美）和Crick（英）因为在1953年提出DNA的反向平行双螺旋模型与Wilkins共享诺贝尔生理医学奖，后者通过对DNA分子的X线衍射证实了DNA模型。
○21965年，Jacob（法）和Monod（法）提出并验证了操纵子作为调节细菌细胞代谢的分子机制而与Iwoff共享诺贝尔生理医学奖。
○31968年，Nirenberg（美）由于在破译DNA遗传密码方面的贡献，与Holly和Khorana 共享了诺贝尔生理医学奖。
○41980年，Sanger因设计出一种测定DNA分子内核苷酸序列的方法，而与Gilbert 和Berg分享诺贝尔化学奖。
○51989年，Altman（美）和Cech（美）由于发现某些RNA具有酶的功能（称为核酸）而共享诺贝尔化学奖。
○61997年，Prusiner（美）由于发现阮病毒是阿尔茨海默病毒（老年痴呆症）等疾病的病原并能直接在宿主细胞中繁殖传播而获得诺贝尔生理医学奖。
作业：你认为二十一世纪初分子生物学将在哪些领域取得进展？第二章C值：生物单倍体基因组DNA的总量。
C值反常现象：动物形态学复杂程度与C值大小不一致的现象称为C值反常现象。
也称“C 值谬误”真核细胞DNA序列：⑴不重复序列⑵中度重复序列⑶高度重复序列核小体定义：核小体是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bpDNA 组成的。
八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，而H1则在核小体的外面。
每个核小体只有一个H1。
核小体是染色体结构的第一个层次，构成染色质的基本结构单位。
真核生物基因组的结构特点： 1. 基因组庞大；2.存在大量的重复序列3. 大部分为非编码序列4. 转录产物为单顺反子5. 有内含子结构6. 存在大量的顺式作用元件7. 存在大量的DNA多态性8. 有端粒结构原核生物的基因组特点：1、结构简练；2、存在转录单元；3、有重叠基因DNA的二级结构：分为右手螺旋和左手螺旋相邻碱基对平面之间的距离为0.34nm，即顺中轴方向，每隔0.34nm有一个核苷酸，以3.4nm为一个结构重复周期。
第1章 分子生物学发展简史2
Robert Holley(46y)
H. Gobind Khorana(46y)
tRNAphe cloverleaf structure
How to synthesize triplet RNA
Marshall Nirenberg(41y)
Genetic coden
（遗传密码的破译）
（反转录酶）
1975. Howard Temin (41y) David Baltimore (37y)
患有库鲁病的小孩
"for his discovery of Prions - a new biological principle of infection" （朊病毒）
discovered key regulators of the cell cycle The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001
Sidney Altman
Yale University New Haven, CT, USA 1939 -
Thomas R. Cech
University of Colorado Boulder, CO, USA
1947
（核酶：具有催化作用的RNA）
Richard J. Roberts
Phillip A. Sharp
中国步入世界 生命科学强国
经典遗传学理论 Modern Genetics
1900. -1926.
1952 J .Watson and F. Crick
近半个世纪以来
医学，化学中重大突破与成就者
Nobel Prize
Nobel medal Half a pound of 23-karal gold. 2.5 inches across
分子生物学大事记
分子生物学大事记1847年，Schleiden 和Schwanna 提出“细胞学说”1910年，德国科学家Kossel 第一个分离了腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸。
1944年，Avery 证明DNA是遗传物质。
1950年，Chargaff 提出Chargaff定则。
1953年，Watson 和 Crick成功的解析了DNA分子二级结构。
1959年，Uchoa 第一次成功合成了核糖核酸。
Kornberg 实现了DNA 分子试管内和细菌细胞中的复原。
1961年，Nirenberg 破译了第一个遗传密码；Jacob和Monod 提出了操纵子（operon）学说。
1962年，Watson 和Crick 因外在1953年提出DNA的反向平行双螺旋模型而与Wilkins 共获得诺贝尔生理医学奖。
1965年，Holley 玩成了酵母丙氨酸tRNA的全序列测定。
1968年，Khorana 第一个合成了核酸分子，并且人工复制了酵母基因。
1970年，Smith 和Wilcox分离到第一种限制性核酸内切酶。
1972年，Paul Berg第一次进行了DNA重组，获得含有编码哺乳动物激素基因的工程菌。
1975年，Southern 发明了DNA片段的印迹法。
1980年，Sanger和Gilbert 设计出一种测定DNA分子内核苷酸序列的方法，而获得诺贝尔化学奖。
1981年，Cech 发现了ribozyme。
1982年，Prusiner 发现了朊病毒prion。
1983年，McClintock 由于在50年代提出并发现可移动遗传因子（jumping gene 或称 mobile element ）而获得诺贝尔生理医学奖。
1985年，Karry Mullis 发明了PCR反应。
1988年，人类基因组计划启动。
1993年，美国科学家Roberts 和Sharp 因发现断裂基因（introns）而获得诺贝尔奖。
Mullis 由于发明PCR仪而与加拿大学者Smith （第一个设计基因定点突变）共享诺贝尔化学奖。
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分子生物学与药物发现
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绪论
———分子生物学简史
3
什么是分子生物学？
是一门从分子水平研究生命现象、生命本 质、生命活动及其规律的科学。 ——难以区分与生物化学的区别
Marshall Nirenberg和Har Gobind Khorana在20世纪 60年代的早期通过各自独立的方法破译了遗传密码。
19
无悔无愧于昨天，丰硕殷实 的今天，充满希望的明天。
20
假说：一个缺陷的基因导致一个缺陷的酶。
14
George Beadle; E.L. Tatum 以链孢霉为实验材料 证明了单个基因参与了反应，证实缺陷基因造成 缺陷（或缺失）酶。
15
Rosalind Franklin, Maurice Wilkins 获得了DNA的X-射线衍射数据。
沃森和克里克及 他们提出的DNA 双螺旋模型。
分子水平研究基因的结构和功能。
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生命科学的发展过程
整体水平
细胞水平
分子水平
5
分子生物学与其他学科的关系
■分子生物学源于遗传学和生物化学 ■早期的遗传学应称为传递遗传学，不属分子 生物学或分子遗传学。 ■1944年，将基因作为分子研究称为可能， 分子生物学诞生
6
1865年，孟德尔发表了 对豌豆的7个遗传性状 的研究结果。
7
基因以不同形式或等位基因存在，一个等位基因中，一
个是显性的，一个是隐性的。因此，杂合子含有基因的两
个不同等位基因，通常表现由显性等位基因决定的性状，
隐性基因并没有丢失，当与另一个隐性等位基因配对或纯合子
时可发挥作用。
8
摩尔根 1910年，摩尔根为染色体学说提供了第一个决定性证据。
9
基因在染色体的位置
1902年，Archibald Garrod注意到 人类尿黑酸症（alcaptonuria)似乎 是一种孟德尔隐性性状，可能由一 个缺陷或突变的基因引起。其主要 症状是患者尿液里的黑色素沉积， Garrod认为这源于生化途径中某种 中间产物的不正常积累。
生物化学家已经证实生物体 发生的不计其数有酶催化的 化学反应。
果蝇中的基因重组
10
1931年，Barbara McClintok 和Harriet Creighton提供了
重组的直接物理学证明，通过对玉米染色体的显微观察， 检测到特定染色体上易鉴定特征间的重组。
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传递遗传学的研究让我们认识到了关于基因传递、染色体 上基因定位的重要内容，但是并没有解决以下问题：基因由什 么构成，怎样发挥作用？
16
1958年，Matthew Meselson和Franklin Stahl证明细菌 中DNA复制遵守半保留方式。
17
Francois Jacob 和Sydney Brenner 提出核糖体不是特 异的翻译机器，可根据访问核糖体mRNA的不同指令， 产生无数不同的蛋白质。
18
遗传密码的本质是什么？
分子生物学进展
兰州大学基础医学院 医学生物化学与分子生物学研究所
1
周次 章节
讲课内容
主讲教师
2 1、2
基因、基因组的结构与功能
3
3、4
ＤＮＡ复制与突变/研究基因及基因活性 的分子工具
王凯荣
4 5、6
5
7
基因表达与基因表达调控 基因组学及相关组学
张雪燕
6
8
7
9
细胞信号转导 细胞增殖与分化
韩跃武
8
10
分子遗传学
12
1869年，Friedrich Miescher 在细胞核中发现了“核素”，
19世纪末，化学家已经知 道了DNA及RNA。
1944年，Oswald Avery及同事 在Frederick Griffith的细菌遗传 性状转移实验的基础上证明DNA 就是携带遗传物质的多聚物。
13
基因如何发挥作用？