现代分子生物学-第一章

Watson和 Crick所提出的脱氧核糖酸双螺旋 和 所提出的脱氧核糖酸双螺旋 模型， 模型 ， 为充分揭示遗传信息的传递规律铺平 了道路。 了道路。 1953, Watson & Crick 提出DNA的反向平 提出 的反向平 行双螺旋模型; 行双螺旋模型 Wilkins通过对 通过对 DNA分子的 射线 分子的X射线 分子的 衍射研究证实了该 模型。 模型。
二、分子生物学发展的三个阶段
(一) 准备和酝酿阶段 一 (二) 现代分子生物学的建立和发展阶段 二 (三) 初步认识生命本质并改造生命的深 三 入发展阶段
二、分子生物学发展的三个阶段
(一) 准备和酝酿阶段 一 世纪后期到20世纪 年代初） （19世纪后期到 世纪 年代初） 世纪后期到 世纪50年代初 1、确定了蛋白质是生命的主要物质基础; 、确定了蛋白质是生命的主要物质基础 2、确定了生物遗传物质基础是DNA 、确定了生物遗传物质基础是
现代分子生物学
课程基本要求
• 熟知核酸的基本生物化学特性； 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； 熟知生物信息的储存与表达过程； • 掌握 掌握DNA、RNA和蛋白质的基本代谢过程，特别 、 和蛋白质的基本代谢过程， 和蛋白质的基本代谢过程 是基因的一般结构与生物功能，基因活性的修饰 是基因的一般结构与生物功能， 与调节； 与调节； • 掌握分子克隆与 掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原理，了 重组的基本技术与原理， 重组的基本技术与原理 解现代分子生物学基本研究方法， 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。 与基因组学的新成果，新进展。
• Байду номын сангаас计全世界引用指数（Impact factor）在10以上 统计全世界引用指数（ ） 以上 的超一流学术刊物，也发现 的超一流学术刊物，也发现80%左右是生物科学 左右是生物科学 相关刊物。 相关刊物。
表 1.引用指数在 10 以上的自然科学刊物分科比较 引用指数在 学 科 杂志总数 平均引用指数 >30 杂志 数 总 论 化 学 物 理 数 学 生 物 17．8 ． 11．8 ． 22．0 ． 18．2 ． 19．1 ．
(三)现代分子生物学深入发展的阶段 三 现代分子生物学深入发展的阶段 • 1、重组DNA技术的建立和发展 、重组 技术的建立和发展; 技术的建立和发展 • 2、基因组研究; 、基因组研究 • 3、单克隆抗体及基因工程抗体技术; 、单克隆抗体及基因工程抗体技术 • 4、基因表达调控机理; 、基因表达调控机理 • 5、细胞信号转导机理研究。 、细胞信号转导机理研究。
• 1910年，德国科学家 第一个分离了 年 德国科学家Kossel第一个分离了 第一个 腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸, 腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸 获诺贝尔生理医 学奖。 学奖。 • 1959年，美国科学家Uchoa第一次合成了 1959年 美国科学家Uchoa第一次 第一次合成了 核糖核酸， 核糖核酸，实现了将基因内的遗传信息通过 RNA翻译成蛋白质的过程。 翻译成蛋白质的过程。 翻译成蛋白质的过程 • 1959年，Kornberg实现了试管内细菌细胞 实现了试管内细菌细胞 年 实现了 的复制。 中DNA的复制。 的复制
细胞学说 • 17世纪末叶 ， 荷兰藉显微镜专家 世纪末叶， 世纪末叶 荷兰藉显微镜专家Leeuwenhoek 制作成功了世界第一架光学显微镜。 制作成功了世界第一架光学显微镜。 • Hooke，第一次用“细胞”这个概念来形容组成 ，第一次用“细胞” 软木的最基本单元。 软木的最基本单元。 •1847 年 ， Schleiden 和 Schwann 提 出 “ 细 胞 学 说”，证明动、植物都由细胞组成。 证明动、植物都由细胞组成。
Rosalind E. Franklin 1920-1958
• 1961年 ， 法国科学家 年 法国科学家Jacob和 Monod提出 和 提出 并证实了操纵子 操纵子（ 并证实了 操纵子 （ operon） 作为调节细菌细 ） 胞代谢的分子机制。 胞代谢的分子机制。 他们还推测存在一种与DNA序列相互补、能 序列相互补、 他们还推测存在一种与 序列相互补 将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所并 翻译产生蛋白质的mRNA（信使核糖核酸） 翻译产生蛋白质的mRNA（信使核糖核酸）。
• 2006年,美国科学家 年 美国科学家 美国科学家Kornberg由于在揭示真核细胞 由于在揭示真核细胞 由于在揭示 方面的杰出贡献获得诺贝尔化学奖。 转录机制方面的杰出贡献获得诺贝尔化学奖 转录机制方面的杰出贡献获得诺贝尔化学奖。
• 美国科学家Fire和Mello由于在揭示控制遗传信息 美国科学家Fire和Mello由于在揭示控制遗传信息 流动的基本机制——RNA干扰方面的杰出贡献而 流动的基本机制 干扰方面的杰出贡献而 干扰 获得诺贝尔生理医学奖。 获得诺贝尔生理医学奖。
经典生物化学 • 分析细胞的组成成分； 分析细胞的组成成分； • 弄清楚这些物质与细胞内生命现象的联系。 弄清楚这些物质与细胞内生命现象的联系。 19世纪中叶到 世纪初，是早期生物化学的 世纪中叶到20世纪初 世纪中叶到 世纪初， 大发展阶段，组成蛋白质的 种基本氨基酸 大发展阶段，组成蛋白质的20种基本氨基酸 被相继发现，著名生物化学家 被相继发现，著名生物化学家Fisher还论证 还论证 了连接相邻氨基酸的“肽键”的形成。 了连接相邻氨基酸的“肽键”的形成。
四、证明DNA就是遗传物质的 证明 就是遗传物质的 主要历史事件 多少年来， 多少年来，人们反复提出的几个与一切生 命现象有关的问题： 命现象有关的问题： 1.生命是怎样起源的？ 生命是怎样起源的？ 生命是怎样起源的 2.为什么“有其父必有其子”？ 为什么“有其父必有其子” 为什么 3.动、植物个体是怎样从一个受精卵发育 动 而来的？ 而来的？
• 1972年，Paul Berg（美）第一次进行了 年 （ DNA重组。 重组。 重组 • 1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次进 年 和 （ 行了DNA序列分析。 行了DNA序列分析。 序列分析
1980年，获诺贝尔化学奖 年
1983年，McClintock由于在 年代提出并发 年 由于在50年代提出并发 由于在 现了可移动遗传因子（ 现了可移动遗传因子（jumping gene或称 可移动遗传因子 或称 mobile element）而获得 ）而获得Nobel奖。 奖
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 是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、 征及其重要性、规律性和相互关系的科学； 征及其重要性、规律性和相互关系的科学； • 是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由 是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘， 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。 基础学科。
3 2 5 1 38
0 0 2 0 8
2006年SCI收录的 年 收录的6000余种期刊的影响因子中 收录的 余种期刊的影响因子中
CA-CANCER J CLIN ANNU REV IMMUNOL NEW ENGL J MED ANNU REV BIOCHEM NAT REV CANCER NAT REV MOL CELL BIO SCIENCE CELL NAT REV IMMUNOL NATURE 63.342 47.237 44.016 36.525 31.583 31.354 30.028 29.194 28.697 26.681
第一章 绪
论
一、二十一世纪是现代生物科学的世纪
• 统计美国“科学引文索引（Science Citation Index, 统计美国“科学引文索引（ SCI）”收录的6080余种学术刊物，发现有 ） 收录的 余种学术刊物， 余种学术刊物 发现有4000种 种 左右为生物科学相关杂志！ 左右为生物科学相关杂志！
主要参考书
1．《现代分子生物学》 ． 现代分子生物学》 朱玉贤、李毅第三版（ 朱玉贤、李毅第三版（2007） ） 2. Genes VIII (IX). Benjamin Lewin 3. Molecular Biology of the Gene James D. Watson, et al. 2004 第五版 4.《现代遗传学原理》 《现代遗传学原理》 徐晋麟等，科学出版社， 徐晋麟等，科学出版社，2001 5. Lehninger Principles of Biochemistry, 2005 第五版
• 1994年，Gilman和Rodbell（美）由于发现了 蛋 年 由于发现了G蛋 和 （ 白在细胞内信号转导中的作用而分享 而分享Nobel生理医 白在细胞内信号转导中的作用而分享 生理医 学奖； 学奖； • 1999年，Blobel（美）由于阐述了蛋白质在细胞 年 由于阐述了蛋白质在细胞 （ 间的运转机制而获 而获Nobel生理医学奖； 生理医学奖； 间的运转机制而获 生理医学奖 • 2001年，Hartwell(美)Hunt & Nurse(英)因对细胞 年 因对细胞 美 英 因对 周期调控因子的研究分享 的研究分享Nobel生理医学奖 生理医学奖; 周期调控因子的研究分享 生理医学奖
(二) 现代分子生物学的建立和发展阶段 二 世纪50年代初到 年代初） （ 20世纪 年代初到 年代初） 世纪 年代初到70年代初 • 1、DNA双螺旋结构模型（1953） 、 双螺旋结构模型（ ） 双螺旋结构模型 (现代分子生物学诞生的里程碑 现代分子生物学诞生的里程碑) 现代分子生物学诞生的里程碑 • 2、遗传信息传递中心法则的建立 、 • 3、对蛋白质结构与功能的进一步认识 、
• 1993年，英国科学家Roberts和Sharp因 年 英国科学家 和 因 发现断裂基因（ 发现断裂基因（introns）而获得 ）而获得Nobel奖； 奖 • 1993年，（美）Mullis由于发明 年，（美 由于发明PCR仪而 由于发明 仪而 与加拿大学者Smith（第一个设计基因定 （ 与加拿大学者 点突变）共享 化学奖。 点突变）共享Nobel化学奖。 化学奖
Barbra McClintock
• 1975年，美国人Temin、Dulbecco和 年 美国人 、 和 Baltimore由于发现在 由于发现在RNA肿瘤病毒中存在以 由于发现在 肿瘤病毒中存在以 RNA为模板，逆转录生成DNA的逆转录酶而 为模板，逆转录生成 为模板 的逆转录酶而 共享诺贝尔生理医学奖; 共享诺贝尔生理医学奖 • 1989年，（美）Altman和Cech发现某些 年，（美 发现某些RNA 和 发现某些 而共享Nobel化学奖； 化学奖； 具有酶的功能而共享 化学奖 具有酶的功能而共享
对分子生物学的发展产生了极其重要的 指导作用。 指导作用。
Francois Jacob (Left), Jacques Monod (Center) & Andre Lwoff (Right),1965分享了诺贝尔生理医学奖
1968年，Nirenberg，Holley和Khorana共享诺贝尔 年 ， 和 共享诺贝尔 生理医学奖 • Nirenberg：破译DNA遗传密码； ：破译 遗传密码； 遗传密码 • Holley：阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列， ：阐明了酵母丙氨酸 的核苷酸序列， 的核苷酸序列 并证实了所有tRNA具有结构上的相似性； 具有结构上的相似性； 并证实了所有 具有结构上的相似性 • Khorana：第一个合成了核酸分子，并且人工复制 ：第一个合成了核酸分子， 了酵母基因。 了酵母基因。
三、现代分子生物学发展中的主要里程碑
孟德尔的 孟德尔的 遗传学规律 最先使人们对 性状遗传 产生了理性认识
Gregor Mendel (1822-1884). The Father of Genetics
• 孟德尔（奥地利）的遗传学规律最先使人们 孟德尔（奥地利） 遗传学规律最先使人们 对性状遗传产生了理性认识； 对性状遗传产生了理性认识； • Morgan（美）的基因学说则进一步将“性 Morgan（ 基因学说则进一步将“ 则进一步将 状”与“基因”相耦联，成为分子遗传学的 基因”相耦联， 奠基石。 奠基石。