第1章分子生物学

2) 生物遗传信息表达的中心法则相同
DNA
RNA
polypeptides protein
protein
character
3) 生物大分子单体的排列（核苷酸、氨基酸）的不同 不同的高级结构 不同的生物大分子之间的互作 不同的物种特性
三、分子生物学的主要研究内容 （参见P11）
内容：
DNA重组技术
基因表达调控研究
二、分子生物学的发展简史
分子生物学研究可能起源于德国（第二版前言）。 ▲1869年，Miescher首次从莱茵河鲑鱼精子中提取了DNA。 ▲1910年，Kossel第一次分离获得单核苷酸，揭开了核酸研究的 序幕。
二、分子生物学的发展简史
发展历程（参见P9）
分子生物学中重大成就与突破者－－－Nobel Prize 的获得者－－－构成了分子生物学发展的主要内容—里程碑
二、分子生物学的发展简史
1 准备和酝酿阶段
2
3
现代分子生物学的建立和发展阶段
初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段
二、分子生物学的发展简史
1 准备和酝酿阶段

时间：19世纪后期到20世纪50年代初。 两点重大突破： 确定了蛋白质是生命的主要基础物质



确定了生物遗传的物质基础是DNA
二、分子生物学的发展简史
标记的氨基酸）
Francis Jacob
Jacques Monod
提出并证实了Operon作为调节细菌细 胞代谢的分子机制
首次提出mRNA分子的存在
二、分子生物学的发展简史
发展历程（参见P9）
1968 Nirenberg（美） Holly ＆ Khorana
Marshall W. Nirenberg
二、分子生物学的发展简史
发展历程（参见P9）
1989 Altman ＆ Cech（美）
Sidney Altman
Thomas R. Cech
核酶即核糖核酸质酶（Ribozyme）的发现者（即某些RNA 具有酶的功能）
1989
Bishop＆Varmus（美）
Roberts ＆ Sharp（美）
正常细胞同样带有原癌基因

1996年，Doherty(澳大利亚)Zinkermagel(瑞士），阐明 T淋巴细胞的免疫机制

1997年，Prusiner(美)发现朊病毒


1999年，Blibel（美）阐述了蛋白质在细胞间的运转机制
2001年，Hartwell(美），Hunt和Nurse(英）细胞周期调
控因子的研究)

2006年，Kornberg(美) 揭示真核细胞转录机制
生物大分子的结构功能研究
基因组、功能基因组与生物信息学研究
1、DNA重组技术
三、分子生物学的主要研究内容
（参见P12-13）
又称基因工程，将不同的DNA片段按照人们的设计定向连接 起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产 生影响受体细胞的新的遗传性状。
应用： ▲ 大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低的多肽；
稳定遗传，保证物种的延续，母代→ 子代；
易于保存，易于操作 。
★ 蛋白质
一、分子生物学的基本含义
3、主要任务
阐明生物大分子的结构及结构与功能的关系是
分子生物学的主要任务。
一、分子生物学的基本含义
4、分子生物学的学科特征
是生命科学的一门基础学科, 它服务于生命科学的任何一门学科
是一种方法、技术和手段, 目的是了解生命的本质, 揭示生命规


什么是遗传学中心法则?为什么说朊病毒的发 现是对此法则提出了挑战?(5分) 北师大2000年硕士研究生生物化学试题
中国科学院2001年硕士入学考试分子遗传学试题: 何谓中心法则？如何基于该法则来解释生物性状 的遗传和变异？（10分）
二、分子生物学的发展简史
发展历程（参见P9）
1962 Kendrew ＆ Perutz（英国）

掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原理，了解现代分子生 物学基本研究方法，了解基因治疗与基因组学的新成果，新进 展。
考书：
1. 《Molecular Biology》， Robert F.Weaver, McGraw-Hill 3. 《分子生物学》，郜金荣等编，武汉大学出版社
4. 《分子生物学》，陈启民等编，南开大学出版社 5. 《分子遗传学》，孙乃恩等编著，南京大学出版社
Howard M. Temin
David Baltimore
发现了逆转录酶（以RNA为模板，逆转录生成DNA 肿瘤病毒）
RNA
二、分子生物学的发展简史
发展历程（参见P9）
1980 Sanger （英） Gilbert & Berg（英）
Frederick Sanger 酶法核苷酸测 序的设计者
Walter Gilbert
三、分子生物学的主要研究内容 （参见P11）
•
分子生物学的基本原理
1.构成生物体的有机大分子的单体在不同生物 体内都是相同的；
2.生物体内一切有机大分子的建成都遵循共同 的规律； 3.某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质决定 了生物的属性。
分子生物学的三大原则
1) 构成生物大分子的单体是相同的 共同的核酸语言 共同的蛋白质语言
构成生物的多样化和生物个体精确的生长发育和代谢
调节控制系统。
1、什么是分子生物学
狭义的概念：核酸生物学，主要研究基因或DNA的
复制、转录、表达和调节控制等过程（当然其中也 涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的
研究）。(第二版前言)
一、分子生物学的基本含义
2、研究对象 ★ 核酸 遗传信息的载体，决定生物性状；
实现了DNA分子在试管内（细菌无细 胞提取液）的复制
二、分子生物学的发展简史
发展历程（参见P9）
1962 Watson（美） ＆ Crick（英） Wilkins（新西兰）
通过对DNA分子的X射线衍 射研究证实了DNA Double Helix Model 其中 Crick于1954年提出了中心法则
Robert W. Holley
酵母phetRNA的 核苷酸序列并证 明了所有tRNA三 级结构的相似性
Har Gobind Khorana 第一个合成了核 酸分子，并人工 复制了酵母基因
破译了遗传密码
二、分子生物学的发展简史
发展历程（参见P9）
1975 Temin、Dulbecco& Baltimore(美)
2. 《分子生物学基础》，杨岐生编著，浙江大学出版社，19
6. 《分子生物学》（第二版），阎隆飞等主编，中国农业大
本章内容提要：
一、分子生物学的基本含义 二、分子生物学发展简史
三、分子生物学的主要研究内容
四、分子生物学与其它学科的关系 五、分子生物学的现状和展望
教学要求：
了解分子生物学研究的主要内容及发展简况。
▲ 定向改造某些生物的基因组结构；
▲ 基础研究。
三、分子生物学的主要研究内容
2、基因表达调控研究
（参见P13）
基因表达实质上是遗传信息的转录和翻译。 基因表达的调控主要发生在转录水平或翻译水平上。
原核生物
转录水平
真核生物
各种不同的水平上
三、分子生物学的主要研究内容
2、基因表达调控研究
（参见P13）
1983年获奖
Barbara McClintock
二、分子生物学的发展简史
发展历程（参见P10）
1984 Kohler（德） Milstein（美） Jerne（丹麦）
Georges J.F.Kohler
Cesar Milstein
Niels K. Jerne
发展了单克隆抗体(Monoclonal Antibodies McAb)技术，完 善了极微量蛋白质的检测技术
2 现代分子生物学的建立和发展阶段


时间：从20世纪50年代初到70年代初，
1953年Watson和Crick的DNA双螺旋结构模型作为现代 分子生物学诞生的里程碑。 主要进展包括： 遗传信息传递中心法则的建立 对蛋白质结构与功能的进一步认识

二、分子生物学的发展简史
3 初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶 段
化学测序法的设计者
Paul Berg
DNA重组，在细菌中表 达胰岛素 DNA重组技术的元老 测定了牛胰岛素的化学结构而获 1958 年的 Nobel 化学奖
二、分子生物学的发展简史
发展历程（参见P9）
1983 McClintock (美)
可移动的遗传因子 （jumping gene or mobile element） 50年代初发现
Max F. Perutz John C. Kendrew
测定了肌红蛋白及血红蛋白的高级结构（三级） 成为研究生物大分子结构的先驱
二、分子生物学的发展简史
发展历程（参见P9）
1965 Jacob ＆ Monod （法国）
此外，1953年，Zamecnik发 现蛋白质的合成场所是核糖 体（无细胞系统 放射性同位素
三、分子生物学的主要研究内容
4、基因组、功能基因组与生物信息学研究 （参见P14） 虽然完成某一生物的基因组计划就意味着该物种所有遗传密码 已经为人类所掌握，但测定基因组序列只是了解基因的第一步
，因为基因组计划不可能直接阐明基因的功能，更不能预测该
基因所编码蛋白质的功能与活性，所以，并不能指导人们充分 准确地利用这些基因的产物。于是，科学家又在基因组计划的 基础上提出了“蛋白组计划”（“后基因组计划或“功能基因 组计划” Functional Genomics or post—Genomics ），旨在快
研究内容：
信号转导研究 转录因子研究 RNA剪接
三、分子生物学的主要研究内容 3、生物大分子的结构功能研究——结构分子生物学
（参见P14）
研究生物大分子特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学 功能关系的科学。 拥有特定的空间结构（三维结构） 结构和构象的变化 3个研究方向： 结构的测定 生物大分子发 挥生物学功能
1993
断裂基因（splitting gene） PCR仪的发明者 基因定点突变 发现G蛋白在细胞信号传导
Mullis（美） Smith 1994 Gilman ＆ Rodbell（美） 中的作用
1995 Lewis（美）、Nusslein－Volhard（德）、Wieschaus （美） 20世纪40～70年代先后独立鉴定了控制果蝇 （ Drosophila ） 体节发育基因
结构运动变化规律的探索 结构与功能相互关系的建立
三、分子生物学的主要研究内容
4、基因组、功能基因组与生物信息学研究 （参见P14） 1990年，人类基因组计划在美国正式启动。
1999年，中国获准加入人类基因组计划，承担1％的测序任务，
成为参与这一计划的唯一发展中国家。
目前，已有200多种原核生物及多种真核生物基因组被破译。
1910
A.Kossel （德）
蛋白质、细胞及细胞核化学的
研究（首先分离到A、T和组氨 酸）
二、分子生物学的发展简史
发展历程（参见P9）
1959 Ochoa(美籍西班牙裔)
Severo Ochoa
Kornberg（美）
Arthur Kornberg
发现细菌的多核苷酸磷酸化酶，成功地 合 成了RNA，基因（DNA）→RNA→蛋白 质
所谓在分子水平上研究生命的本质主要是指对遗传
、 生殖、生长和发育等生命基本特征的分子机理的
阐明，从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供
新的手段。这里的分子水平指的是那些携带遗传信
息的核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯
过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。
1、什么是分子生物学
这些生物大分子均具有较大的分子量，由简单的小分 子核苷酸或氨基酸排列组合以蕴藏各种信息，并且具 有复杂的空间结构以形成精确的相互作用系统，由此
一、分子生物学的基本含义
1、什么是分子生物学
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，是人类由被动地适应自然界转向主动地 改造和重组自然界的基础学科。（参见P8） 广义的讲，一切从分子水平研究生命奥秘的研究
工作都Biblioteka Baidu于分子生物学的范畴，
1、什么是分子生物学

时间： 20世纪70年代后－至今 基因工程技术作为新的里程碑，标志着人类深入认识 生命本质并能动改造生命的新时期开始。

其间的重大成就包括： 重组DNA技术的建立和发展 基因组研究的发展 单克隆抗体及基因工程抗体的建立和发展 基因表达调控机理 细胞信号转导机理研究成为新的前沿领域
分子生物学 Molecular Biology
Spring semester, 2012 主讲教师：陈 艳
第一章 绪 论
现代分子生物学的基本要求

熟知核酸的基本生物化学特性；


熟知生物信息的储存与表达过程；
掌握DNA、RNA和蛋白质的基本代谢过程，特别是基因的一般结
构与生物功能，基因活性的修饰与调节；