【DOC】分子生物学教案(精)

分子生物学教案

绪论

现代生物学研究的目标是要在分子水平上掌握细胞的功能并揭示生命的本质。20世纪50年代Watson和Crick关于DNA双螺线模型的提出；60年代Monod和Jacob关于基因调节控制的操纵子学说的提出；以及70年代初期DNA限制性内切酶的发现和一套DNA体外重组技术－基因工程技术的发展，推动了分子生物学在广度深度上的发展。目前，分子水平的生物学研究，正越来越多地影响传统生物科学的各个领域，如组织学、细胞学、解剖学、胚胎学、遗传学、生理学和进化论。

一、引言

1.1创世说与进化论

在达尔文《物种起源》发表之前，关于生命和一切生物学现象用创世说来解释，直到19世纪初叶。1859年，英国生物学家达尔文（Charles Darwin）发表了著名的《物种起源》一书，确立了进化论的概念。《物种起源》的中心思想是“物竞天择，适者生存”，认为世界上的一切生物都是可变的，并预言从低级到高级的变化过程中必定有过渡物种存在。达尔文关于生物进化的学说及其唯物主义的物种起源理论，是生物科学史上最伟大的创举之一。具有不可磨灭的贡献。为了纪念这位伟大的生物科学大师，人们把进化论称为“达尔文学说”。

1.2细胞学说

17世纪末叶，荷兰显微镜专家Leeuwenhoek成功制作了世界第一架光学显微镜，在显微镜下看到了微小动物，称为“微动物”（animalcule）。若干年后，人们才知道他们是单细胞生物。

大约与Leewenhock同时代的Hooke，第一次用“细胞”这个概念来形容组成软木的最基本单位。但直到19世纪中叶，这个概念正式被科学界所接受。

德国植物学家Schleiden研究被子植物的胚囊，Schwann研究蛙类的胚胎组织，相同的研究方向，相似的研究方法，是他们取得了一致见解，共同创立了生命科学的基础理论――细胞学说。现在我们知道，每一个动植物个体实际上是千千万万个生命单元的总和，而这些微小单元――细胞，包含了所有的生命信息。

1.3经典的生物化学和遗传学

进化论和细胞学说相结合，产生了作为主要实验科学之一的现代生物学。而已研究动植物遗传变异规律为目标的遗传学和以分离纯化、鉴定细胞内含物质为目标的生物化学则是这一学科的两大支柱。

19世纪中叶，科学家发现蛋白质物质；生物化学家Buchner第一个合成乙醇，证明蛋白质是生活细胞中化学反应的执行者和催化剂；19世纪到20世纪，20种氨基酸被相继发现；生物学家Fisher论证了相邻氨基酸之间的“肽键”；脂类、糖类、核酸也相继被认识和纯化。

1865年奥地利遗传学家孟德尔（Gregor Mendel）发现并提出遗传定律，被公认是经典遗传学的奠基人。孟德尔认为，生物的每一种形状都是由遗传因子控制的，第一次提出“遗传因子”概念。1910年美国遗传学家Morgan发现遗传第三大规律，第一次将代表某一特定形状的基因，同某一特定的染色体联系起来，提出基因学说并提出“基因”的概念。

1.4DNA的发现

但是，直到1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋模型之前，人们对基因的理解仍然是抽象的、概念化的，缺乏准确的物质内容。

1928年，英国科学家Griffith等人发现，肺炎链球菌（S型和R型）使小鼠死亡的原因是引起肺炎。1950年，美国著名的微生物学家Avery和他的同事提出死细菌中的某一成分――转化源（transforming principle）将无致病力的细菌转化成病原细菌。10多年后，试验表明，DNA就是转化源。

1952年美国遗传学实验室科学家Hershey和他的学生Chase进一步证实了Avery的观点。

至此，Avery等人的工作打破了只有蛋白质才可以担当决定细胞生物学特性和遗传的重托，在遗传学理论上树立了全新的观点――DNA是遗传信息的载体。

二、分子生物学简史

2.1 分子生物学的定义

分子生物学是从生物化学、生物物理学、遗传学、微生物学等多种学科，经过相互交互、相互渗透而产生的。是在分子水平上研究生命现象的一门新兴边缘学科。它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快的重要前沿领域。

在20世纪下半叶，由于分子生物学取得的许多成就，使得生物学成为自然科学的带头学科，它的理论和方法已渗透到生命科学的几乎每一个领域，为生命科学的研究带来了许多新的思维方式和研究手段。那么什么是分子生物学呢？

分子生物学就是在分子水平上研究生物的结构、组织和功能的科学，并试图根据化学和物理规律来解释生命现象。分子生物学是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘，由被动适应自然转向主动改造自然的基础学科。分子生物学以生物大分子为研究对象，已成为现代生物学最具活力的学科之一。分子生物学的诞生可以与细胞的发现，进化论的奠定媲美，它是20世纪自然科学伟大成就之一。

2.2分子生物是发展简史

2.3分子生物学的研究内容

2.3.1分子生物学的基本原理

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：

①构成生物体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建成都遵循着各自特定的规则；

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。

2.3.2分子生物学研究内容

分子生物学产生的初始，有两个主要研究方向：一是以化学或物理为主，这种研究生物大分子的结构，特别是蛋白质的三维结构；另一方面是以生物学为主，研究生物信息的传递和复制。后来，在20世纪50年代初期，两个流派汇合并与其他学科领域不断融合，形成了现代分子生物学。从表面看，分子生物学涉猎范围极为广阔，研究内容也似乎包罗万象。事实上，它所研究的内容不外乎四个方面：

⑴生物大分子的结构功能研究一个生物大分子，不论是核算、蛋白质还是多糖，在发挥其生物功能时，必须要拥有自己特定的空间结构和在发挥生物学功能时存在的结构和构象的变化。这部分内容就是要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。

⑵基因表达调控研究生物体内的基因是按一定程序、有序的表达，才有了生物的生长、发育、衰老、死亡。表达程序不同→不同的性状，病变。基因表达存在时空差异，调控→多彩的世界。

一个受精卵→一个植株、个体→分化出根、茎、叶、花。

基因表达实质上就是遗传信息的转录与翻译。基因表达的调控主要发生在转录水平和翻译水平上，并且原核生物和真核生物的调控机制不相同。具体的机制我们在以后的章节中