第一讲 分子生物学简史(wangbin2011-06) - 复件

2、独立分配定律： 在一对染色体上的基因对 中的等位基因能够独立遗传， 与其他染色体对基因对中的 等位基因无关；并且含不同 对基因组合的性细胞能够同 另一个亲本的性细胞进行随 10 机的融合。
现代生命科学研究的里程碑之四
1910年 摩尔根
(T.H.Morgan,1866—
1945)证明基因存在于
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经过近200年的研究，现代生命 科学经历了几个重要的发展时期
1839年 1859年 1865年 1926年 1953年 1990年 细胞学说 进化论 现代遗传学 基因学说 DNA双螺旋模型 HGP计划
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现代生命科学研究的里程碑之一
1839年 细胞学说
19世纪30年代，德国植物学家 施莱登（Matthias Jacob Schleiden，1804-
经递质和神经回路等）中离子通道，突触通讯，受
体及信号传导的变化和相关基因表达的变化。
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3．参入学习、记忆、行为过程的基因及其产物。 4．一系列神经精神性疾病的分子基础，分离和鉴定其相关基 因，为其治疗和预防服务。
科学家们一直遗憾，人脑可以指导自己去制造电脑和作任
何精细的工作，都不能用以窥视自身的奥秘。由于神经科
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生命的遗传物质是DNA
1944年，美国细菌学家艾弗里（1877－1955）等人在 实验中 在世界上第一次证明遗传基因就在DNA上。 但当时遗传学界的主流观点是蛋白质承担着遗传信息 载体的作用，大多数人并不接受艾弗里的发现。
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20世纪50年代，DNA分 子的双螺旋结构模型 和蛋白质合成的中心 法则诞生了，前者从 遗传物质结构变化的 角度解释了遗传性状 遗传与变异的原因， 后者揭示了遗传物质 如何构建生命的规律。 它们的诞生，标志着 生命科学由此进入了 分子水平的新阶段， 一个新的时代开始了。
动、生长的彼此配合来控制。
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分子神经科学
神经科学研究神经系统（主要是脑）的结构和功能， 其研究层次包括分子水平、神经网络水平、整体水平和 行为水平。分子神经科学为在分子水平研究神经系统的 结构和功能，它的研究方向有：
1、神经细胞的分化和神经系统发育的分子机理；
2、神经活动的基本过程（如神经冲动、信息处理、神
染色体，并于1926年 提出基因学说
认为基因是组成染色体的遗传单位,并且证明基因在染色体上 占有一定的位置,而且呈直线排列。他还认为,在个体发育中, 一定的基因在一定的条件下,控制着一定的代谢过程,从而体 现在一定的遗传特性和特征的表现上,基因还可以通过突变而 发生变化。 11
分子生物学
定义：从分子水平研究生命现象、生命本质、 生命活动及其规律的科学。
1865年 孟德尔（Gregor
Mendel，1822-1884）的遗 传实验
1、分离定律： 基因作为独特的独立单位 而代代相传。基因对中的两 个基因(等位基因)分别位于 成对的两条同源染色体上， 在亲本生物体产生性细胞过 程中，上述等位基因分离， 性细胞的一半具有某种形式 的基因，另一半具有另一种 形式的基因。
论的奠定媲美，它是20世纪自然科学伟大成就之一。
经典观念认为，狭义的分子生物学是指分子遗传学， 广义的包括分子遗传、细胞膜结构、代谢的调节机 制，蛋白质与核酸结构分析与功能测定，生物大分 子人工合成，遗传物质的重组等。
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分子生物学和医学的关系 基础医学是整个医学的基石，而分子生物学在整个医 学中起到纽带作用，将基础医学各分枝学科及基础医学与 临床医学联系起来，成为浑然一体。由此可见分子生物学 在现代医学研究中的重要性，它代表了人们对生命现象认 识层次的深入，理所当然成为现代医学和生命科学的前沿 学科和领域，在一定程度上起到牵动全局的作用。不论分
基本研究内容：
（1）生物大分子的结构和功能 （2）基因组的结构和功能 （3）基因的复制、表达、调控及生物学效应 （4）生物大分子之间的相互作用 （5）细胞间通讯和细胞内的信号转导 （6）基因结构、功能、表达调控 （7）基因制备、改造、应用所需的技术体系
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分子生物学的定义
分子生物学的诞生可以与细胞的发现，进化
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2. 3. 4.
生命过程是一个多层次、连续的整合过程。基因和分
子研究是认识生命过程的深入层次，这个层次的研究结果 对于基因后生命现象如生理表现，病理表现，病生理表现， 具有重要意义。 生命科学中一些最重要的课题需要分子生物学渗入， 如细胞生长、分化、衰老，凋亡，个体发育和神经活动等 研究。分子生物学与这些研究活动结合在一起，形成新的
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1871年，达尔文又发表了《人类的由来及其性 选择》，描述了人类进化的过程。他的结论是： “人类和其他物种同是某一种古老、低级、早 已灭绝了的生物类型的同时并存的子孙”。 伟大革命导师马克思对进化论给予了很高的评 价，把它与能量守恒和转换定律、细胞学说并 列为19世纪的三大自然科学发现。
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现代生命科学研究的里程碑之三
择学说，系统地论述了物 种形成的机制。
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达尔文在1859年出版的《物种起源》一书中系统 地阐述了他的进化学说。其核心自然选择原理的 大意如下：生物都有繁殖过剩的倾向，而生存空 间和食物是有限的，所以生物必须“为生存而斗 争”。在同一种群中的个体存在着变异，那些具 有能适应环境的有利变异的个体将存活下来，并 繁殖后代，不具有有利变异的个体就被淘汰。如 果自然条件的变化是有方向的，则在历史过程中， 经过长期的自然选择，微小的变异就得到积累而 成为显著的变异。由此可能导致亚种和新种的形 成。
现代分子生物学进展 ——绪 论
青岛大学医学院 病原生物学专业
Wang bin 医学博士 教授
2011年6月16日
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18-19世纪---蒸汽时代跨入电磁时
代
法 国 笛 卡 尔 创立了解析几何 德 国 莱布尼茨 发明微积分 英 国 牛 顿 ①发明微积分②确立运动三大定律 和万有引力 英 国 法 拉 第 发现电磁感应原理 英 国 道 尔 顿 创立了近代原子学说 俄 国 门捷列夫 制定了化学元素周期表 英 国 达 尔 文 创立了生物进化学说 法 国 巴 斯 德 开创了微生物学
织化的结构如染色体，细胞核、细胞器、生物膜、细胞骨 架，并行使其在序的细ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生命活动。通过上述两方面的结 合，可把分子生物学和细胞生物学连接起来。
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发育分子生物学
受精卵如何发育成结构和功能复杂的个体是未解决 的发育生物学重大难题。分子生物学为解决这一难题提 供了条件，并产生了发育分子生物学。发育分子生物学 要解决的基本问题是基因如何按一定的时空关系选择性 地表达而控制细胞的分化和个体发育。发育程序是通过 相关基因系统间一系列相互作用而逐次展开的，这是多 基因在多层次上的联系和配合所形成的调控结果。基因 选择性表达的时间取决于定时的信号和生物学时间的刺 激，而其空间控制取决于细胞所处的位置（环境）和细 胞间的相互作用，形态发生可能有细胞连接、识别、运
矛盾在一个生物体内统一起来。
遗传学要解决问题是生命科学和医学中极为关键的
问题。分子水平技术手段一旦与遗传学研究相结合，就
可在分子水平上解释遗传学的问题，促使分子遗传学的 形成和发展。
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遗传学作为一门独立的学科，对它的 精确研究，即现代遗传学，是从孟德 尔开始的 孟德尔选择了正确的试验材料--豌豆， 并首次将数学统计方法应用到遗传分 析中，成功揭示出遗传的两大定律： 分离律和自由配合律。
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达尔文的进化理论还存在着若干 明显的弱点：
①他的自然选择原理是建立在当时流行的“融合遗传”假 说之上的。按照融合遗传的概念 ，父、母亲体的遗传物 质可以像血液那样发生融合；这样任何新产生的变异经过 若干世代的融合就会消失，变异又怎能积累、自然选择又 ②达尔文过分强调了生物进化的渐变性；他深信“自然界 无跳跃”，用“中间类型绝灭”和“化石记录不全”来解 释古生物资料所显示的跳跃性进化。他的这种观点近年正 越来越受到间断平衡论者和新灾变论者的猛烈批评。
细胞学说。
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细胞学说将植物学和动物学联系在一起， 论证了整个生物界在结构上的统一性，以 及在进化上的共同起源，有力地推动了生 物学向微观领域的发展。 尽管细胞学说的某些部分已成为历史的陈 迹，然而其中心思想仍广泛而深刻地影响 了后来生物学的发展，任何生物学的重要 问题都必须从细胞中寻求最后的解答.
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现代生命科学研究的里程碑之二
1859年 Darwin进化论：
达尔文（Charles Darwin，
1809-1882）发表《物种
生物变异的普遍性、变异与遗传的关系，提出了生存竞争和自然选择学说，系统地论述了物种形成的机制。
起源》指出生物变异的普
遍性、变异与遗传的关系，
提出了生存竞争和自然选
1881）首先指出，所有植物体都是由细胞构成
的。他的这个观点被德国动物学家施旺 （Theodor Schwann，1810-1882）在动物组织
和细胞研究中证实，所有动物也是由细胞构成
的。施旺指出：“细胞是有机体，整个动物或 植物体乃是细胞的集合体。它们依照一定的规
律排列在动物体内。”在此基础上他们创立了
学极端重要性和特殊地位，近年来受到了极大重视。科学
家们预言，进入下个世纪后神经科学将走在分子生物学前 面，并将给医学带来新的光辉。
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遗传学的发展是分子生物学发展 的基础
遗传和变异是生物的一对重要概念。遗传赋于生物 种的稳定，保证生物种的延锦不断；变异则赋于生物种 的进化，保证生物种对环境的适应。遗传和变异这一对
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从染色体到核酸
其实早在1868年瑞士化学家F· 米歇尔就从细胞核 中发现了一种被他称之为“核素”的物质。1889 年，与米歇尔同一实验室的生物学家R· 阿特曼分 离了“核素”中的蛋白质，得到了一种酸性物质。 因为这种物质是从细胞核中提取出来的，因此他 将其称为“核酸”。 1924年，德国细胞学家福尔根（1884～1955）发 现核酸中的戊糖有两种：核糖与脱氧核糖。根据 含糖的不同，核酸就分为核糖核酸（RNA）与脱 氧核糖核酸（DNA）。
是涉及所有生命科学研究领域的尖端科学体 系和最前沿学科。 是生物化学、生物物理、遗传、微生物学、 细胞生物学、有机化学、物理化学、工程技 术科学之集大成者。 目的：了解所有生物学现象的分子基础。
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分子生物学研究的对象和基本研究内容
分子水平的生命活动主要通过核酸和蛋白质的活动 完成，核酸 （RNA DNA）蛋白质是研究的对象
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分子生物学在医学上的应用
医学分子生物学：研究人体在正常和疾病状态下的 生命活动及其规律、从分子水平研究人类疾病 的发生发展机制、诊断、预防及治疗的科学。
1. 人体发育调控和人体功能调控的分子生物学基础 （发育、分化、衰老、细胞增殖、神经功能、内分 泌、免疫等） 基因与疾病 生物工程与生物制药 疾病的预防和监控
生长点和新的边缘学科，较为突出的者有：
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分子细胞生物学 细胞是一切生命活动结构和功能的基本单位。因此 细胞生物学的研究应是全方位的，但概括起来有 2个基本 点：一是基因与基因产物如何控制细胞的重要生命活动， 如生长、分化、衰老等，在此涉及与信号传递的关系；二
是基因产物与其他生物分子如何构建与装配成细胞高度组
子生物学，临床医学家或生物学家，在谈论现代医学和生
命科学时，无不对分子生物学所取得的成就及发展动态予 以特别的关注的重视。
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未来的医学将把研究层次深入到量子水平， 分子生物学则可能把自己的“血液”熔化到医学 的躯体之中，“化己为他”，“化整为零”，渗 透到各个相关学科中，成为科学上的“蜡烛”。 分子生物学在医学上的价值和“灵魂”将永存。 分子生物学将成为现代生命科学的“共同语言”。
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发动生物学革命的物理学家
1933年诺贝尔物理学奖获得者、奥地利物理学家薛定谔是 量子力学理论的创建人之一。 第二次世界大战期间，薛定谔逃离了德国纳粹统治下的祖 国，来到爱尔兰首都都柏林从事教学和研究工作。他经常到 各高等学府举办讲座，内容并不局限于学术领域，更多的是 具有科普性质的内容。其中，生命科学的系列讲座特别受到 听众的欢迎。 1944年，薛定谔把讲稿整理成一本不到100页的小册子 《生命是什么──活细胞的物理学观》。书中，他预言了生 命科学的理论与方法正面临着重大的突破，生命科学的研究 深度将从生命的表面现象和细胞的层次，深入到分子的水平。 他还提出将物理学、化学的理论与方法引进生命科学的研究 之中。