第1章 分子生物学发展简史
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Molecular biology seeks to explain the relationships
between the structure and function of biological molecules and how these relationships contribute to the operation and control of biochemical processes.
★ 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
★ 生物遗传信息的表达的中心法则相同
DNA
RNA
polypeptides
protein
character
★ 生物大分子单体的排列（核苷酸，氨基酸） 高级结构
个性
生物大分子之间的互作
分子生物学研究的三大领域 * 基因的分子生物学： 基因的概念、结构、复制、表 (狭义的分子生物学) * 结构生物学： 生物大分子的结构与功能 生物大分子之间的互作 * 生物技术理论与应用 基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程 达、重组、交换 DNA－蛋白质 激素和受体 酶和底物
1965
Jacob ＆ Monod （法国） 此外，1953年， Zamecnik发现蛋白质的 合成场所是核糖体
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。
1962
Kendrew ＆ Perutz (英国)
从此核酸的分子生物学得到了迅猛的发展
McClintock B. 50年代初发 现称转座元件。 1983年获得诺贝尔奖。
1958年，Meselson 和Stahl证明 DNA半 保留复制。 半保留复制是遗传消息能准确传代的保 证。是物质稳性的分子基础。
Stahl
Meselson
1961年，法国科学家Jacob和Monod提出操纵子学说
Erwin chargaff： “没有执照的生物化学实践” Crick ：强调学科交叉： “ 我 …… 不得不称自己是分子生物学 家。因为当别人问我是做什么工作时，我不想一次次的解释我 是结晶学家、生物物理学家、生物学家、遗传学家 …… 的混合 物。” Monod： “分子生物学家的新意是认识到生物体的基本性质 可以用大分子的结构来解释。” 生化、遗传、分子生物学和生物物理学的界限变得越来越不明 显。
现代生物学的发展 数、理、化相关学科
渗透 交叉
生物学实验技术
生物学
个性 共性
近代生物学
微观生物学
（分子生物学为核心）
宏观生物学
（生态学为核心）
细胞水平
分子水平
生物多样性 研究
资源保护与 利用
结构生物学，发育生物学， 神经生物学等新兴学科发展
工农业生产可持续发展 人类生态环境的保护
1.1.2 分子遗传学(molecular genetics)
1869年，Miescher分离出核酸。 1944年，Avery通过肺炎球菌转化试验证明DNA是遗传物质。 1952 年 ， Hershey 和 Chase 利 用 噬 菌 体 感 染 细 菌 实 验 证 明 了 Avery的结论。 1953年，Waston和Crick提出了DNA的双螺旋结构模型，推 动了分子生物学的形成，使生命科学全面进入分子水平研究 的时代，是分子生物学发展史上的里程碑。
分子生物学的延伸
分子生物学
分子结构生物学 分子发育生物学 分子神经生物学 分子育种学 分子肿瘤学
分子细胞生物学 分子免疫学 分子病毒学 分子生理学 分子考古学
分子遗传学 分子数量遗传学 分子生态学 分子进化学 …………….
分子生物学已经渗透到生物学的几乎所有领域 分子生物学已经成为生命科学领域的带头学科
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，首次将遗传因 子定位于染色体上。 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。
学科关系
分子 生物学
分 子 遗 传 学
遗传学
学科地位
• 是当前生命科学中发展最快的前沿领域
正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域
分子 生物学
临床医学
来自百度文库.2 分子生物学的发展
1953 Watson & Crick DNA Double Helix Model 及随后 Crick提出的 基因的自我复制能力 基因控制性状表达的能力 Central Dogma 中心法则 解释了基因的两个基本属性
---Turner et al. Molecular biology is the study of genes and
their activities at the molecular level, including transcription, translation, DNA replication, recombination and translocation.
核酸
广义的分子生物学：蛋白质及核酸等生物大分子结构 和功能的研究都属于分子生物学的范畴，即从分子水平阐 明生命现象和生物学规律。 狭义的分子生物学：偏重于核酸(基因)的分子生物学， 主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调控等过程， 也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。
What is Molecular Biology?
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
1970年，Temin 和Baltimore在RNA肿瘤病毒中发现 逆转录酶。
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1978
"for the discovery of restriction enzymes and their application to problems of molecular genetics"
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（wxmin99@163.com） 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
John C. Kendrew
Max F. Perutz
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
1968 Nirenberg, Holly ＆ Khorana 国立卫生研究院 康奈尔大学 威斯康星大学
Marshall W. Nirenberg
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
--- Robert Weaver
现代分子生物学
--- 朱玉贤、李毅
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，是人类从分 子水平上真正揭示生物世界的奥秘，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。
分子生物学的主要研究内容
所有生物体中的有机大分子都是以碳原子为核心，并以共 价键的形式与氢、氧、氮及磷以不同方式构成的。不仅如此， 一切生物体中的各类有机大分子都是由完全相同的单体，如 蛋白质分子中的20种氨基酸、DNA及RNA中的8种碱基所组合 而成的，由此产生了分子生物学的3条基本原理： 构成生物体有机大分子的单体在不同生物中都是相同的； 生物体内一切有机大分子的建成都遵循着各自特定的规则； 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。
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)
Frederick Sanger 酶法核苷酸测 序的设计者
Walter Gilbert
Paul Berg
化学测序法的设计者 DNA重组，在细菌 中表达胰岛素 DNA重组技术的元 老
Prusiner
图1-1 患有库鲁病的小孩
分子生物学的概念
分子生物学概念
广义的分子生物学
狭义的分子生物学
蛋白质
核酸
• 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。
Werner Arber Biozentrum der Universität Switzerland 1929 -
Daniel Nathans Johns Hopkins University School of Medicine Baltimore, USA 1928 - 1999
Hamilton O. Smith Johns Hopkins University School of Medicine Baltimore, USA 1931 -
1910年，Morgan的染色体—基因遗传理论 ，基因存在于 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。 基因学说、连锁遗传规律
Watson and Crick 提 出的DNA双螺旋模型 (double helix)
1938年洛克菲勒基金会主席Warren Weaver在年终报告 里 提 到 “ 渐 渐 地 又 产 生 了 一 门 科 学 —— 分 子 生 物 学 (Molecular Biology)， 这是揭开许多生命细胞基本单元奥秘 的开端……”。 1938年 Astburu, W.T.和Bell, F.D.首次发表脱氧核糖核酸的 X光衍射研究。 Astburu, W.T.和Bell, F.D.认为是他们于1950年在Harvey演 讲时首先提出分子生物学这个术语。
between the structure and function of biological molecules and how these relationships contribute to the operation and control of biochemical processes.
★ 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
★ 生物遗传信息的表达的中心法则相同
DNA
RNA
polypeptides
protein
character
★ 生物大分子单体的排列（核苷酸，氨基酸） 高级结构
个性
生物大分子之间的互作
分子生物学研究的三大领域 * 基因的分子生物学： 基因的概念、结构、复制、表 (狭义的分子生物学) * 结构生物学： 生物大分子的结构与功能 生物大分子之间的互作 * 生物技术理论与应用 基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程 达、重组、交换 DNA－蛋白质 激素和受体 酶和底物
1965
Jacob ＆ Monod （法国） 此外，1953年， Zamecnik发现蛋白质的 合成场所是核糖体
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。
1962
Kendrew ＆ Perutz (英国)
从此核酸的分子生物学得到了迅猛的发展
McClintock B. 50年代初发 现称转座元件。 1983年获得诺贝尔奖。
1958年，Meselson 和Stahl证明 DNA半 保留复制。 半保留复制是遗传消息能准确传代的保 证。是物质稳性的分子基础。
Stahl
Meselson
1961年，法国科学家Jacob和Monod提出操纵子学说
Erwin chargaff： “没有执照的生物化学实践” Crick ：强调学科交叉： “ 我 …… 不得不称自己是分子生物学 家。因为当别人问我是做什么工作时，我不想一次次的解释我 是结晶学家、生物物理学家、生物学家、遗传学家 …… 的混合 物。” Monod： “分子生物学家的新意是认识到生物体的基本性质 可以用大分子的结构来解释。” 生化、遗传、分子生物学和生物物理学的界限变得越来越不明 显。
现代生物学的发展 数、理、化相关学科
渗透 交叉
生物学实验技术
生物学
个性 共性
近代生物学
微观生物学
（分子生物学为核心）
宏观生物学
（生态学为核心）
细胞水平
分子水平
生物多样性 研究
资源保护与 利用
结构生物学，发育生物学， 神经生物学等新兴学科发展
工农业生产可持续发展 人类生态环境的保护
1.1.2 分子遗传学(molecular genetics)
1869年，Miescher分离出核酸。 1944年，Avery通过肺炎球菌转化试验证明DNA是遗传物质。 1952 年 ， Hershey 和 Chase 利 用 噬 菌 体 感 染 细 菌 实 验 证 明 了 Avery的结论。 1953年，Waston和Crick提出了DNA的双螺旋结构模型，推 动了分子生物学的形成，使生命科学全面进入分子水平研究 的时代，是分子生物学发展史上的里程碑。
分子生物学的延伸
分子生物学
分子结构生物学 分子发育生物学 分子神经生物学 分子育种学 分子肿瘤学
分子细胞生物学 分子免疫学 分子病毒学 分子生理学 分子考古学
分子遗传学 分子数量遗传学 分子生态学 分子进化学 …………….
分子生物学已经渗透到生物学的几乎所有领域 分子生物学已经成为生命科学领域的带头学科
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，首次将遗传因 子定位于染色体上。 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。
学科关系
分子 生物学
分 子 遗 传 学
遗传学
学科地位
• 是当前生命科学中发展最快的前沿领域
正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域
分子 生物学
临床医学
来自百度文库.2 分子生物学的发展
1953 Watson & Crick DNA Double Helix Model 及随后 Crick提出的 基因的自我复制能力 基因控制性状表达的能力 Central Dogma 中心法则 解释了基因的两个基本属性
---Turner et al. Molecular biology is the study of genes and
their activities at the molecular level, including transcription, translation, DNA replication, recombination and translocation.
核酸
广义的分子生物学：蛋白质及核酸等生物大分子结构 和功能的研究都属于分子生物学的范畴，即从分子水平阐 明生命现象和生物学规律。 狭义的分子生物学：偏重于核酸(基因)的分子生物学， 主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调控等过程， 也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。
What is Molecular Biology?
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
1970年，Temin 和Baltimore在RNA肿瘤病毒中发现 逆转录酶。
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1978
"for the discovery of restriction enzymes and their application to problems of molecular genetics"
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（wxmin99@163.com） 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
John C. Kendrew
Max F. Perutz
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
1968 Nirenberg, Holly ＆ Khorana 国立卫生研究院 康奈尔大学 威斯康星大学
Marshall W. Nirenberg
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
--- Robert Weaver
现代分子生物学
--- 朱玉贤、李毅
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，是人类从分 子水平上真正揭示生物世界的奥秘，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。
分子生物学的主要研究内容
所有生物体中的有机大分子都是以碳原子为核心，并以共 价键的形式与氢、氧、氮及磷以不同方式构成的。不仅如此， 一切生物体中的各类有机大分子都是由完全相同的单体，如 蛋白质分子中的20种氨基酸、DNA及RNA中的8种碱基所组合 而成的，由此产生了分子生物学的3条基本原理： 构成生物体有机大分子的单体在不同生物中都是相同的； 生物体内一切有机大分子的建成都遵循着各自特定的规则； 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。
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)
Frederick Sanger 酶法核苷酸测 序的设计者
Walter Gilbert
Paul Berg
化学测序法的设计者 DNA重组，在细菌 中表达胰岛素 DNA重组技术的元 老
Prusiner
图1-1 患有库鲁病的小孩
分子生物学的概念
分子生物学概念
广义的分子生物学
狭义的分子生物学
蛋白质
核酸
• 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。
Werner Arber Biozentrum der Universität Switzerland 1929 -
Daniel Nathans Johns Hopkins University School of Medicine Baltimore, USA 1928 - 1999
Hamilton O. Smith Johns Hopkins University School of Medicine Baltimore, USA 1931 -
1910年，Morgan的染色体—基因遗传理论 ，基因存在于 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。 基因学说、连锁遗传规律
Watson and Crick 提 出的DNA双螺旋模型 (double helix)
1938年洛克菲勒基金会主席Warren Weaver在年终报告 里 提 到 “ 渐 渐 地 又 产 生 了 一 门 科 学 —— 分 子 生 物 学 (Molecular Biology)， 这是揭开许多生命细胞基本单元奥秘 的开端……”。 1938年 Astburu, W.T.和Bell, F.D.首次发表脱氧核糖核酸的 X光衍射研究。 Astburu, W.T.和Bell, F.D.认为是他们于1950年在Harvey演 讲时首先提出分子生物学这个术语。