分子遗传学-1

• Mullins，1990 发明PCR技术 • Watson等，1990 启动人类基因组计划
• 1995年，Venter and Smith，完成原核生物 Hemophilus influenzae的基因组测序 • 1996年，完成啤酒酵母的基因组测序 • 1997年，Blattner and Horiuchi等，完成大 肠杆菌的基因组测序 • 2000年，人基因组草图测序完成 • 2001年，拟南芥菜 • 2002年，水稻 • 此外，果蝇、线虫及一些微生物的基因组 测序完成
这些成果尽管证明了基因与蛋白质之间的对应 关系，但仍未揭示基因究竟是什么物质组成的。 其实， Griffith于1928年用细菌转化实验来证明 遗传物质是DNA，他将活的无致病力的R II型 肺炎球菌与灭活的SⅢ型肺炎球菌（存活时有致 病力）分别注入小白鼠体后，小鼠仍然健康， 但是当用R II型活菌与灭活的SⅢ型死菌共同注 入鼠体后，则小鼠被感染死亡，在死鼠体中发 现大量活的SⅢ型肺炎球菌。这意味着SⅢ型死 菌的遗传物质使R II型转化为SⅢ型
Watson和Crick在1953年《Nature》杂志上（Vol 171, pp737-738）发表“核酸的分子结构-脱氧核 糖核酸的结构”（图1-9），这标志着遗传学乃 至整个生物学进入分子水平的新时代。 在同一期3篇：Watson，Wilkins，Franklin
DNA双螺旋结构模型与X射线衍射提供的螺旋构型的参数相吻合。 其主要内容是：① X射线衍射数据表明DNA具有规则的螺旋形式， 每34Å（3.4nm）形成一整圈，其直径为20 Å（2.0nm）,由于临近核 苷酸的间距是3.4 Å。由此每圈必定是10个核苷酸；② 糖－磷酸组 成的骨架处在DNA分子外侧，嘌呤和嘧啶碱基位于DNA内侧，双螺 旋中的两条多聚核苷酸链依赖碱基之间的氢键相连，而且嘌呤总是 与嘧啶配对。因而DNA直径保持不变；③ DNA分子中G＝C，A＝T。 沿着任何一条DNA链，这四种碱基有多种多样的可能排列顺序，但 任一DNA的组成可通过其碱基比例，即C+G来说明，不同物种比例 从26％到74％不等；④ 两条通过碱基间连接的DNA链称为互补链 （complementary chain）。两条互补链呈反向平行的螺旋结构，碱 基成对连接且垂直于螺旋的轴，每一碱基对沿着螺旋轴旋转36°， 所有10个碱基旋转成一圈完整的360°。两条链相互缠绕形成一个 带有小沟和大沟的双螺旋。
Conrat 于1956年用一种 RNA病毒－烟草花叶病 毒（tobacco mosaic virus,TMV）作为实验材料。 TMV 有一个圆筒状蛋白质外壳，由很多相同的 蛋白质亚基组成。 外壳内由一条单链的 RNA分 子沿其内壁在蛋白质亚基间盘旋。 TMV 中 94 ％ 是蛋白质，6%是RNA。如用RNA和蛋白质分别 感染烟草，结果 TMV 的 RNA 可以感染，并形成 完整的TMV。而TMV的蛋白质则无法感染烟草
1923年，英国医学与生物化学家Garrod根据对人体的 一种先天性代谢疾病尿黑酸的研究发现该病是一种隐性 遗传病。Garrod的这种一个突变基因决定一种代谢障碍 的观点在当时并未受到关注。
1941年， Beadle和Tatum对粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）的进化突变型进行研究时才发现了Garrod 的 工作，明确提出了“一个基因一个酶”（one geneone enzyme）的理论。后来将“一个基因一个酶”改 为 “一个基因一种多肽”（one gene-one polypeptide）。这表明基因是通过控制多肽的合成而 影响生物遗传性状的发育和表达。
1950 年， Wilkins 用 DNA 晶体做 X 射线衍射分析， 表明 DNA 有很精细的结构。就在此时， Wilkins 的同事 Franklin 用含有较多水的 DNA 做 X 射线衍 射分析。她从得到的图像中判定DNA是双螺旋结 构。在DNA长链上，每个核苷酸相距0.34nm，每 个螺距为3.4nm，由10个核苷酸组成。 根据已测 定的DNA分子宽度为2nm，推测DNA分子不止由 一条链所构成（图1-10）。以上各项成果为 DNA 的双螺旋结构模型的提出奠定了重要的工作基础。
1961年Nirenberg和Mattheai用酶促合成尿嘧啶核 苷酸多聚物（poly（u）），并将poly(u)加入除去 正常mRNA的细胞抽提物中，结果只合成苯丙氨 酸连接成的肽链，这个结果表明UUU一定是苯丙 氨酸（Phe）的密码子。 poly（A）编码赖氨酸（Lys）肽链 poly（C）编码脯氨酸（Pro）肽链 随后，用两种或多种核苷酸随机混合的多核苷酸 替代mRNA，破译了部分氨基酸的遗传密码。到 1966年Khorana用两种或三种核苷酸重复组成的多 核苷酸，如GUGUGU……，AAGAAG……和 GUUGUU……等做实验，终于破译了所有编码 二十年代，Levene研究了核酸的结构，并提出 了四核苷酸假说。 • Erwin Chargaff 1949 DNA是由四种脱氧核 苷酸(nucleotide)，就是腺嘌呤(adenine)、鸟嘌 呤(guanine)、胸腺嘧啶(thymidine)和胞嘧啶 (cytocine)组成的，且在不同物种中四种核苷酸 的比率不同。但A 与T的量相等，G与C 的量 相等，即A=T；G=C，这就是所谓的Chargaff 规则（Chargaff's rules）。 • 不同来源DNA分子中四种碱基的含量比较
德国植物学会杂志，1900年18卷
1871年 Miescher核素 1902年，Sutton 和Bover在观察蝗虫减数分裂 过程中的染色体时发现，遗传因子的行为与 配子形成和受精过程中的染色体行为是完全 平行的，并由此认为控制性状的遗传因子位 于细胞核内染色体上，从而奠定了遗传的染 色体学说（chromosome theory of inheritance） 的基础。 Johansen于1909年提出用“基因”（gene） 一词代替Mendel “遗传因子”
Rosalind Franklin（1920~1958）: The Dark Lady of DNA（Harper Collins Publishers，2002） 布蓝妲 • 麦多克斯（Brenda Maddox） 2011年新诺贝尔化学奖颁发给她，以表彰她在 DNA双螺旋上的贡献，但是对她已是太晚
分子遗传学的孕育阶段
Gregor Mendel （1822-1884）是遗传学的创始人 1865年豌豆杂种后代形性状分离实验，35年后又 被重新发现
1. 荷兰Hugo de Vires(1848-1935)月见草杂交F2分离 2. 德国Carl Correns(1864-1933)杂种后代表现方式的 Mendel法则 3. 奥地利Erich von Tschermak Seysenegg(1871-1962) 关于豌豆的人工杂交
•显微注射术开始转基因动物的研究 •转基因植物的诞生 •基因治疗技术
由于密码子的三个碱基位置都有4种可能，因此有43=64 种可能的三联体核苷酸序列，其中61个密码子编码各种 氨基酸，3个密码子使蛋白质合成终止，故称终止密码 子（termination codon）。密码子编码何种氨基酸是由 与之相应tRNA决定的，而终止密码子的识别则是由蛋 白质因子直接决定的。由于编码氨基酸的密码子数量为 61个，远比氨基酸数量20个多。所以几乎所有的氨基酸 都由一个以上的密码子编码，只有甲硫氨酸和色氨酸除 外。几种密码子编码同一种氨基酸，这称为密码子的简 并性（degeneracy of the codon）。编码同一种氨基酸的 两种以上的密码子称为简并密码子（degenerate codon） 或称同义密码子（synonym）
1956年Kornberg 等，1956在大肠杆菌的无细胞 提取液中 实现了DNA的合成。这一工作获得了 1959年的Nobel奖。 1958年，Meselson－Stahl实验证实了该复制模 型，他们将大肠杆菌置于含有较重同位素13C和 15N的培养液中生长，这些细菌的DNA中含有13C 和15N。然后将这些细菌转入只含12C和14N培养 液中生长繁殖两代，每代都从细菌中抽提DNA， 离心检测其密度，结果每代DNA形成的带与半 保留复制的预期结果一致
第一章
分子遗传学绪论
1.1.1 分子遗传学的涵义
遗传学是以基因作为研究的核心，是研 究基因的结构、功能、变异、传递和表达 规律的学科。分子遗传学是在分子水平上 研究基因的结构与功能以揭示生物遗传和 变异以及表达的分子机制。
1.1.2 分子遗传学研究的任务
（1）研究遗传物质的分子结构与传递机制 （2）研究遗传信息表达的分子机制 （３）研究基因表达调控的分子机制 （４）研究基因和基因组的结构与功能 （５）研究生物遗传变异的分子机理 （６）研究细胞分化和发育的分子机制
从简并密码子可以看出前两个核苷酸都是相同的， 第三个核苷酸则是变动的，一般不是特别重要。 密码子最后一位碱基因特异性降低的现象称为第 三碱基的简并性（third-base degeneracy）。
•Khorana，证实了Nirenberg 所破译的遗传密码获 得了1968年的诺贝尔奖。 •1961年，Jacob 和Monod操纵子学说 •Robert Holley，tRNA结构
1955年， Sanger测定了牛胰岛素中氨基酸碱基的 精确顺序 1958年Crick提出了中心法则，从而将核酸与蛋 白质之间线性结构联系起来，并导致1967年“遗 传密码字典”的问世。从DNA编码链上5’端到3’ 端方向的三联体核苷酸密码子（triplet codon） 序列与蛋白质的N端到C端的氨基酸序列相对应， 这种对应关系称为遗传密码（genetic codon）。 DNA中的遗传信息是由信使RNA（messenger RNA, mRNA）介导而决定蛋白质的一级结构。
• 1970年，Temin 和Baltimore发现逆转录酶。 • 阿尔伯(Arber)、史密斯(Smith)和内森斯 (Nathans)，发现限制性内切酶,获1978年诺贝尔 生理学和医学奖。 • Sanger 设计测定DNA分子内核苷酸序列，1980 年与伯格(Berg)（重组DNA技术）分享 Nobel 生理医学奖。 • 1989年Altman、 Cech发现核酶共享Nobel化学奖.
Hershey 和Chase 于1952用放射性同位素35S和32P分别标 记噬菌体T2的蛋白质与核心DNA，发现在感染过程中， 蛋白质外壳留在宿主细菌体外，只有DNA进入菌体。在 感染后约25min菌体被裂解，产生出100-150个完整的T2 噬菌体。这个实验令人信服的表明，只有DNA是联系亲 代与子代之间的遗传物质基础
分子遗传学
主讲人：路铁刚
参考书 1.路铁刚，丁毅 。分子遗传学，高等教 育出版社，2008 2.Gene VIII Lewin 3.分子克隆实验（冷泉港）
1. 绪论 2. 基因与基因组 3. 基因表达：DNA复制、转录、翻译 4. 基因表达的调控 5. 基因突变、损伤与修复 6. 遗传重组与转座 7. 基因与发育 8. 基因与免疫多样性 9. 表观遗传学 10.重要疾病发生的分子机制 11.基因组学与后基因组学 12.分子遗传学研究常用技术的原理
1910年，Morgan (1866-1945) ：果蝇近交实验： Gene 存在于染色体上 Morgan于1926年发表了著名的《基因论》，论 述了基因在上下代之间的传递规律，认为基因 控制相应的性状，基因可以发生突变、交换和 重组。由此提出，基因既是一个功能单位，一 个突变单位，也是一个交换单位的“三位一体” 的概念。并预言基因是一个有机的化学实体。 显然《基因论》对遗传学的研究产生了巨大的 影响，也为分子遗传学的建立奠定了理论基础。