现代分子生物学(第四版)朱玉贤课件 PPT 第1章 绪论
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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； 4. 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； 5.了解基因组与比较基因组学的新成果， 新进展。
主要教材与参考书
1.《现代分子生物学》 第3版（2007）朱玉贤、李毅、郑晓峰
2. 现代生物学精要(Instant Notes)系列 《分子生物学》第二版（2002）刘进元 《Molecular Biology》2e P.C.turner,et al 3. Principles of Biochemistry
1994 Gilman Rodbell 美国
1995
Lewis Nusslein-Volhard Wieschaus
美国 德国 美国
建立DNA测序方法
诺贝尔生理医学奖
建立和发展了单克隆抗体技术
诺贝尔生理医学奖
发现可移动癌基因
诺贝尔化学奖 诺贝尔生理医学奖
G蛋白在细胞内信息传导中的作用 诺贝尔生理医学奖
发现了控制果蝇体节发育的基因
诺贝尔生理医学奖
年份
科学家
Doherty 1996 Zinkernagel
国籍
澳 瑞士
1997 Prusiner
美
Furchgott
美
1998
Ignarro Murad
1999 Blobel
美
Carlsson
德
2000 Greengard
预计到2020年，生物医药占全球药品的比重 将超过1/3，生物质能源占世界能源消费的比 重将达5%左右，生物基材料将替代10%-20%的 化学材料。
生物制造、生物能源、生物环保等一 批新兴产业正在快速形成。
据Ernst＆Young研究报告，2010年生 物环境、生物工业处理、生物海洋技术世界市 场规模将达到 134亿美元、327亿美元、288 亿美元。
第八讲 基因表达与调控（下）
真核基因表达调控的一般规律
第十一讲 基因组与比较基因组学
第一章 绪论
1 分子生物学的含义和研究内容 2 分子生物学发展简史 3 分子生物学的现状和展望
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（SCI）” 收录的4500余种学术刊物，发现有2350种 左右为生物科学相关杂志！统计全世界引 用指数（Impact factor）在10以上的超 一流学术刊物，也发现80%左右是生物科 学相关刊物。
20世纪中下叶，我国科学家相继 实现了人工全合成有生物学活性的结 晶牛胰岛素，解出了三方二锌猪胰岛 素的晶体结构，采用有机合成与酶促 相结合的方法完成了酵母丙氨酸转移 核糖核酸的人工全合成。
第三节 分子生物学的现状和展望
基因组学与后基因组学 生命科学与非生命科学之间的相互交叉
Wilkins
1962
Kendrew Peruts
1965 1969
J acob Monod
Nirenberg Holly Khorana
国籍
研究内容
获奖情况
德国
美国 美国 英国 美国
分离出腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸
研究并重建了将基因内的遗传信息通 过RNA中间体翻译成蛋白质。 DNA分子在细菌细胞和试管内的复制
分子生物学的三条基本原理：
(1) 构成生物体各类有机大分子的单体在 不同生物中都是相同的。
(2) 生物体内一切有机大分子的构成都遵 循共同的规则。
(3) 某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白 质分子决定了它的属性。
生物大分子的结构功能研究
是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。
1959年，美国科学家Uchoa第一次合成 了核糖核酸，实现了将基因内的遗传信息 通 过 RNA 翻 译 成 蛋 白 质 的 过 程 。 同 年 ， Kornberg实现了试管内细菌细胞中DNA的 复制。
1962年，Watson（美）和Crick （英）因为在1953年提出DNA的反向 平行双螺旋模型而与Wilkins共获 Noble生理医学奖，后者通过X射线衍 射证实了Watson-Crick模型。
Meselson和Stahl（1958）关于DNA半 保留复制的实验;
Yanofsky和Brener（1961）年关于遗 传密码三联子的设想都为分子生物学 的发展做出了重大贡献。
中国生物科学家吴宪20世纪20 年代与汪猷、张昌颖等人一道完成 了蛋白质变性理论、血液生化检测 和免疫化学等一系列有重大影响的 研究。
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 ， 而 Morgan 的 基因学说则进一步将“性状”与“基因” 相耦联，成为分子遗传学的奠基石。
Watson和Crick所提出的脱氧 核糖酸双螺旋模型，为充分揭示遗传信 息的传递规律铺平了道路。
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。
在个体生长发育过程中，生物遗传信息的 表达按一定的时序发生变化（时序调节）， 并随内外环境的变化而不断加以修正（环 境调控）。
基因表达调控主要表现在信号传导研究、 转录因子研究及RNA剪辑3个方面。
基因组、 功能基因组、 生物信息学研究
DNA重组技术
是20世纪70年代初兴起的技术科学， 目的是将不同DNA片段（如某个基因或基 因的一部分）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。
和渗透 分子生物学对生物科学的贡献和展望 分子生物学在实际应用方面的诱人前景
二000年六月二十六日克林顿宣布 人类基因组草图绘制完成
人类基因组计划1%测序中国实验室
生物高新技术之崛起
金属 纺织
蒸汽 火车
电力 汽车
电子产品 航空
石化品
微电子 生物技术
1800
1850
1900
1950
2000 （年）
DNA双螺旋模型
用X射线衍射证实了DNA双螺旋模型
诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖
英国 测定了肌红蛋白及血红蛋白的高级结构 诺贝尔化学奖
法国 美国
基因表达调控的操纵子系统
破译DNA遗传密码
阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列
人工合成了核酸分子和酵母基因
诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖
引自：美国生物技术产业协会
21世纪是生命科学的世纪 3B将成为科技革命和产业革命重要内容
➢ 生物技术（Biotechnology，BT） ➢ 生物产业（Bioindustry，BI） ➢ 生物经济 (Bioeconomy, BE)
现代生物技术产业包括:
生物医药 生物能源 生物环保 生物服务
生物农业 生物制造 生物芯片
年份
科学家
国籍
研究内容
获奖情况
1975 Temin Baltimore 美国
发现逆转录酶
诺贝尔生理医学奖
1980 Sanger Gilbert
1984
Kohler Milstein
Jerne
美国
德国 美国 丹麦
1988 Meclintock
美国
1993 Bishop Varmus 美国 Altman Cech
目录
第一章 绪论 第二章 染色体与DNA 第三章 生物信息的传递 —（上）
从DNA到RNA
第四章 生物信息的传递 —（下）
从mDNA到蛋白质
第五章 分子生物学研究法 —（上）
DNA、RNA及蛋白质操作技术
第六章 分子生物学研究法 —（下）
基因功能研究技术
第七章 基因表达与调控 — （上）
原核基因表达调控模式
研究三维结构及其运动规律的手段主要是X 射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学），其次 是用二维核磁共振和多维核磁研究液相结构，也 有人用电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各 种频谱学方法研究生物高分子的空间结构。
基因表达调控研究
因为蛋白质分子参与并控制了细胞的一 切代谢活动，而决定蛋白质结构和合成时序 的信息都由核酸（主要是脱氧核糖核酸）分 子编码，表现为特定的核苷酸序列，所以基 因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。
DNA重组技术是核酸化学、蛋 白质化学、酶工程及微生物学、遗传 学、细胞学长期深入研究的结晶，而 限制性内切酶DNA连接酶及其他工 具酶的发现与应用则是这一技术得以 建立的关键。
第二节 分子生物学简史
年份
科学家
1910 Kossel
1959 1962
Uchoa Kornberg Watson Crick
此 外 ， Griffith （ 1928 ） 及 Avery （1944）等人关于致病力强的光滑型（S 型）肺炎链球菌DNA导致致病力弱的粗 糙型（R型）细菌发生遗传转化的实验;
Hershey 和 Chase （ 1952 ） 关 于 DNA 是遗传物质的实验;
Crick于1954年所提出的遗传信息传 递规律（即中心法则）；
1977 年 ， Sanger 和 Gilbert （英）第一次进行了DNA序列 分析。
1988年，McClintock由于在50 年代提出并发现了可移动遗传因子 （jumping gene或称mobile element）而获得Nobel奖。
1993年，美国科学家Roberts 和Sharp因发现断裂基因（ introns） 而获得Nobel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Nobel化学奖
(2000) Lehninger
对细胞周期调控因子的研究
获奖情况
诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖
年份
科学家
2006 Kornberg
2006 Fire Mello
国籍 美国 美国
研究内容 揭示真核细胞转录机制
RNA干扰基本机制
获奖情况 诺贝尔化学奖
诺贝尔生理医学奖
预测2010年 生物技术药物市场和疫苗市场达1500亿
美元，占世界药物市场的25%；到2020年基 因工程新药可能达到3000种. 2007年 组织工程和再生治疗市场 1600亿美元 临床诊断试剂和芯片市场 157亿美元
基本要求
1. 熟知核酸的基本生物化学特性； 2. 熟知生物信息的储存与表达过程； 3. 掌握DNA、RNA和蛋白质的基本代谢过程，
表 1.引用指数在 10 以上的自然科学刊物分科比较
学 科 杂志总数 平均引用指数 >30 杂志数
总论
3
17．8
0
化学
2
11．8
0
物理
5
22．0
2
数学
1
18．2
0
生物
38
19．1
7
分析98年SCI收录的4500种期刊的 影响因子发现:
Cell （细胞）
44.0
Nature （自然） 28.4
Science （科学） 24.1
美
Kandel
美
Hartwell
美
2001 Hunt、Nurse 英
研究内容
T-淋巴细胞的免疫机制
朊病毒作为早老性痴呆症等疾病 的病原并能直接在寄主细胞中繁 殖传播
NO作为信号分子的作用机制
蛋白质在细胞间的转运机制，明确 了信号肽及信号识别复合物在蛋白 质跨膜转运过程中的的主导作用
细胞内信号转导、帕金森综合治 疗、神经传导及记忆系统发育等
1965年，法国科学家Jacob和Monod 提出并证实了操纵子（operon）作 为调节细菌细胞代谢的分子机制。 此外，他们还推测存在一种与DNA 序列相互补、能将它所编码的遗传 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）。
1972年，Paul Berg（美） 第一次进行了DNA重组。
第一节 分子生物学的含义和研究内容
分子生物学的含义 广义概念:从分子水平阐明生命现象和生物
学规律。 狭义概念:基因的分子生物学，主要研究基
因或DNA的复制、转录、表达和调节控制。
分子生物学的研究内容 生物大分子的结构和功能 基因表达的调节控制 基因组、功能基因组与生物信息学研究 DNA重组技术 (基因工程)
主要教材与参考书
1.《现代分子生物学》 第3版（2007）朱玉贤、李毅、郑晓峰
2. 现代生物学精要(Instant Notes)系列 《分子生物学》第二版（2002）刘进元 《Molecular Biology》2e P.C.turner,et al 3. Principles of Biochemistry
1994 Gilman Rodbell 美国
1995
Lewis Nusslein-Volhard Wieschaus
美国 德国 美国
建立DNA测序方法
诺贝尔生理医学奖
建立和发展了单克隆抗体技术
诺贝尔生理医学奖
发现可移动癌基因
诺贝尔化学奖 诺贝尔生理医学奖
G蛋白在细胞内信息传导中的作用 诺贝尔生理医学奖
发现了控制果蝇体节发育的基因
诺贝尔生理医学奖
年份
科学家
Doherty 1996 Zinkernagel
国籍
澳 瑞士
1997 Prusiner
美
Furchgott
美
1998
Ignarro Murad
1999 Blobel
美
Carlsson
德
2000 Greengard
预计到2020年，生物医药占全球药品的比重 将超过1/3，生物质能源占世界能源消费的比 重将达5%左右，生物基材料将替代10%-20%的 化学材料。
生物制造、生物能源、生物环保等一 批新兴产业正在快速形成。
据Ernst＆Young研究报告，2010年生 物环境、生物工业处理、生物海洋技术世界市 场规模将达到 134亿美元、327亿美元、288 亿美元。
第八讲 基因表达与调控（下）
真核基因表达调控的一般规律
第十一讲 基因组与比较基因组学
第一章 绪论
1 分子生物学的含义和研究内容 2 分子生物学发展简史 3 分子生物学的现状和展望
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（SCI）” 收录的4500余种学术刊物，发现有2350种 左右为生物科学相关杂志！统计全世界引 用指数（Impact factor）在10以上的超 一流学术刊物，也发现80%左右是生物科 学相关刊物。
20世纪中下叶，我国科学家相继 实现了人工全合成有生物学活性的结 晶牛胰岛素，解出了三方二锌猪胰岛 素的晶体结构，采用有机合成与酶促 相结合的方法完成了酵母丙氨酸转移 核糖核酸的人工全合成。
第三节 分子生物学的现状和展望
基因组学与后基因组学 生命科学与非生命科学之间的相互交叉
Wilkins
1962
Kendrew Peruts
1965 1969
J acob Monod
Nirenberg Holly Khorana
国籍
研究内容
获奖情况
德国
美国 美国 英国 美国
分离出腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸
研究并重建了将基因内的遗传信息通 过RNA中间体翻译成蛋白质。 DNA分子在细菌细胞和试管内的复制
分子生物学的三条基本原理：
(1) 构成生物体各类有机大分子的单体在 不同生物中都是相同的。
(2) 生物体内一切有机大分子的构成都遵 循共同的规则。
(3) 某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白 质分子决定了它的属性。
生物大分子的结构功能研究
是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。
1959年，美国科学家Uchoa第一次合成 了核糖核酸，实现了将基因内的遗传信息 通 过 RNA 翻 译 成 蛋 白 质 的 过 程 。 同 年 ， Kornberg实现了试管内细菌细胞中DNA的 复制。
1962年，Watson（美）和Crick （英）因为在1953年提出DNA的反向 平行双螺旋模型而与Wilkins共获 Noble生理医学奖，后者通过X射线衍 射证实了Watson-Crick模型。
Meselson和Stahl（1958）关于DNA半 保留复制的实验;
Yanofsky和Brener（1961）年关于遗 传密码三联子的设想都为分子生物学 的发展做出了重大贡献。
中国生物科学家吴宪20世纪20 年代与汪猷、张昌颖等人一道完成 了蛋白质变性理论、血液生化检测 和免疫化学等一系列有重大影响的 研究。
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 ， 而 Morgan 的 基因学说则进一步将“性状”与“基因” 相耦联，成为分子遗传学的奠基石。
Watson和Crick所提出的脱氧 核糖酸双螺旋模型，为充分揭示遗传信 息的传递规律铺平了道路。
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。
在个体生长发育过程中，生物遗传信息的 表达按一定的时序发生变化（时序调节）， 并随内外环境的变化而不断加以修正（环 境调控）。
基因表达调控主要表现在信号传导研究、 转录因子研究及RNA剪辑3个方面。
基因组、 功能基因组、 生物信息学研究
DNA重组技术
是20世纪70年代初兴起的技术科学， 目的是将不同DNA片段（如某个基因或基 因的一部分）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。
和渗透 分子生物学对生物科学的贡献和展望 分子生物学在实际应用方面的诱人前景
二000年六月二十六日克林顿宣布 人类基因组草图绘制完成
人类基因组计划1%测序中国实验室
生物高新技术之崛起
金属 纺织
蒸汽 火车
电力 汽车
电子产品 航空
石化品
微电子 生物技术
1800
1850
1900
1950
2000 （年）
DNA双螺旋模型
用X射线衍射证实了DNA双螺旋模型
诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖
英国 测定了肌红蛋白及血红蛋白的高级结构 诺贝尔化学奖
法国 美国
基因表达调控的操纵子系统
破译DNA遗传密码
阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列
人工合成了核酸分子和酵母基因
诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖
引自：美国生物技术产业协会
21世纪是生命科学的世纪 3B将成为科技革命和产业革命重要内容
➢ 生物技术（Biotechnology，BT） ➢ 生物产业（Bioindustry，BI） ➢ 生物经济 (Bioeconomy, BE)
现代生物技术产业包括:
生物医药 生物能源 生物环保 生物服务
生物农业 生物制造 生物芯片
年份
科学家
国籍
研究内容
获奖情况
1975 Temin Baltimore 美国
发现逆转录酶
诺贝尔生理医学奖
1980 Sanger Gilbert
1984
Kohler Milstein
Jerne
美国
德国 美国 丹麦
1988 Meclintock
美国
1993 Bishop Varmus 美国 Altman Cech
目录
第一章 绪论 第二章 染色体与DNA 第三章 生物信息的传递 —（上）
从DNA到RNA
第四章 生物信息的传递 —（下）
从mDNA到蛋白质
第五章 分子生物学研究法 —（上）
DNA、RNA及蛋白质操作技术
第六章 分子生物学研究法 —（下）
基因功能研究技术
第七章 基因表达与调控 — （上）
原核基因表达调控模式
研究三维结构及其运动规律的手段主要是X 射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学），其次 是用二维核磁共振和多维核磁研究液相结构，也 有人用电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各 种频谱学方法研究生物高分子的空间结构。
基因表达调控研究
因为蛋白质分子参与并控制了细胞的一 切代谢活动，而决定蛋白质结构和合成时序 的信息都由核酸（主要是脱氧核糖核酸）分 子编码，表现为特定的核苷酸序列，所以基 因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。
DNA重组技术是核酸化学、蛋 白质化学、酶工程及微生物学、遗传 学、细胞学长期深入研究的结晶，而 限制性内切酶DNA连接酶及其他工 具酶的发现与应用则是这一技术得以 建立的关键。
第二节 分子生物学简史
年份
科学家
1910 Kossel
1959 1962
Uchoa Kornberg Watson Crick
此 外 ， Griffith （ 1928 ） 及 Avery （1944）等人关于致病力强的光滑型（S 型）肺炎链球菌DNA导致致病力弱的粗 糙型（R型）细菌发生遗传转化的实验;
Hershey 和 Chase （ 1952 ） 关 于 DNA 是遗传物质的实验;
Crick于1954年所提出的遗传信息传 递规律（即中心法则）；
1977 年 ， Sanger 和 Gilbert （英）第一次进行了DNA序列 分析。
1988年，McClintock由于在50 年代提出并发现了可移动遗传因子 （jumping gene或称mobile element）而获得Nobel奖。
1993年，美国科学家Roberts 和Sharp因发现断裂基因（ introns） 而获得Nobel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Nobel化学奖
(2000) Lehninger
对细胞周期调控因子的研究
获奖情况
诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖 诺贝尔生理医学奖
年份
科学家
2006 Kornberg
2006 Fire Mello
国籍 美国 美国
研究内容 揭示真核细胞转录机制
RNA干扰基本机制
获奖情况 诺贝尔化学奖
诺贝尔生理医学奖
预测2010年 生物技术药物市场和疫苗市场达1500亿
美元，占世界药物市场的25%；到2020年基 因工程新药可能达到3000种. 2007年 组织工程和再生治疗市场 1600亿美元 临床诊断试剂和芯片市场 157亿美元
基本要求
1. 熟知核酸的基本生物化学特性； 2. 熟知生物信息的储存与表达过程； 3. 掌握DNA、RNA和蛋白质的基本代谢过程，
表 1.引用指数在 10 以上的自然科学刊物分科比较
学 科 杂志总数 平均引用指数 >30 杂志数
总论
3
17．8
0
化学
2
11．8
0
物理
5
22．0
2
数学
1
18．2
0
生物
38
19．1
7
分析98年SCI收录的4500种期刊的 影响因子发现:
Cell （细胞）
44.0
Nature （自然） 28.4
Science （科学） 24.1
美
Kandel
美
Hartwell
美
2001 Hunt、Nurse 英
研究内容
T-淋巴细胞的免疫机制
朊病毒作为早老性痴呆症等疾病 的病原并能直接在寄主细胞中繁 殖传播
NO作为信号分子的作用机制
蛋白质在细胞间的转运机制，明确 了信号肽及信号识别复合物在蛋白 质跨膜转运过程中的的主导作用
细胞内信号转导、帕金森综合治 疗、神经传导及记忆系统发育等
1965年，法国科学家Jacob和Monod 提出并证实了操纵子（operon）作 为调节细菌细胞代谢的分子机制。 此外，他们还推测存在一种与DNA 序列相互补、能将它所编码的遗传 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）。
1972年，Paul Berg（美） 第一次进行了DNA重组。
第一节 分子生物学的含义和研究内容
分子生物学的含义 广义概念:从分子水平阐明生命现象和生物
学规律。 狭义概念:基因的分子生物学，主要研究基
因或DNA的复制、转录、表达和调节控制。
分子生物学的研究内容 生物大分子的结构和功能 基因表达的调节控制 基因组、功能基因组与生物信息学研究 DNA重组技术 (基因工程)