现代分子生物学第一章绪论

棒上，溶液中的其他成分则以颗粒状沉淀留在下面
。溶解纤维状物质并重复沉淀数次，可提高其纯度
。这一物质具有很强的生物学活性，初步实验证实
它很可能就是DNA。
第一章
1.1 引言
绪论
1.2 分子生物学简史 1.3 分子生物学研究内容 1.4 分子生物学展望
分子生物学定义
(1)是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及
RNA 复制 复制
DNA
转录 逆转录
RNA
翻译
蛋白质
• 1975年，美国人Temin、Dulbecco和Baltimore由于 发现在RNA肿瘤病毒中存在以RNA为模板，逆转 录生成DNA的逆转录酶而共享诺贝尔生理医学奖;
• 1989年，（美）Altman和Cech发现某些RNA具有
酶的功能而共享Nobel化学奖；
1.1.2 细胞学说（1847）
17世纪荷兰Leeuwenhoek制作了第一架光学显
微镜，观察到了“微动物”（animalcule）。
1.1.2 细胞学说（1847）
Hooke，第一次用“细胞”这个概 念来形容组成软木的基本单元。
1.1.2 细胞学说（1847）
19世纪，德国的Schleiden和Schwann共同创
尽管基因学说得到普遍承认，但人们对基
因的理解仍然是抽象的、概念的，缺乏准 确的物质内容。
1.1.4 DNA的发现
证明DNA就是遗传物质的 具有重要意义的实验
a. Avery 肺炎链球菌实验 b. 噬菌体侵染细菌实验
Avery 肺炎链球菌实验
证明DNA是细菌的遗传物质.
DNA是细菌的遗传物质
Turner P.C. et al. Molecular Biology. 科学出版社
Weaver R. Molecular Biology. 科学出版社
2005年2月出 版 ,198
2004年2月出 版 ,260
课程讲授的内容介绍：
1、绪论 2、染色体与DNA 3、生物信息的传递（上）——从DNA到RNA 4、生物信息的传递（下）——从mRNA到蛋白质 5、分子生物学研究方法(上) ——DNA、RNA及蛋白操作技术 6、分子生物学研究方法（下）——基因功能研究技术 7、基因的表达与调控（上）——原核 8、基因的表达与调控（下）——真核 9、疾病与人类健康（癌症、病毒和基因治疗） 10、基因与发育 11、基因组与比较基因组学
• 解剖死鼠，发现有大量活的 S 型 细菌。他们推测，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 年后的实验表明， DNA 就是 转化源。死细菌 DNA 指导了这 一可遗传的转化，从而导致了小 鼠死亡。
Avery等人的工作树立了遗传学理论上全新的观点 — —DNA是遗传信息的载体。
• 1972年，Paul Berg（美）第一次进行了DNA重组。 • 1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次进行了 DNA序列分析。
1980年，获诺贝尔化学奖
1983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。
Total Cites 9801 13944 227674 29868
Impact Factor 94.262 54.333 53.484 51.695
2011 SCI
年 期 刊 影 响 因 子
5 ANNU REV IMMUNOL
6 NAT REV MOL CELL BIO 7 NAT REV CANCER
其重要性、规律性和相互关系的科学；
(2)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。
1.2 分子生物学发展简史
以诺贝尔生理学或医学奖和化学奖作为纽带
的分子生物学发展简史：
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, 获诺贝尔生理医学奖。
19 NAT MATER 20 ANNU REV BIOCHEM
1476-1122 0066-4154
31999 18621
29.897 29.742
本课程的要求
弄懂原理 吃透书本 发挥想象 注重实践
当你进入实验室时，要像脱去外衣那样放下 你的想象力，因为实验操作中不能有一丁点儿的 想象，否则，你对事物的观察就会受影响；当你 翻看书本的时候，你又必须尽可能展开想象的 “翅膀”，否则，你就不可能走在别人的前面。
Welcome to Molecular Biology !
刘婧
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（Science Citation Index, SCI）”收录的6080余种学术刊物，发现有4000种 左右为生物科学相关杂志！（2006）
• 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。
立了生命科学的基础理论－－细胞学说。认为：
细胞的发生和形成是生物学界普遍和永久的规律。
研究被子植物的胚囊 Schleiden
1.1.2 细胞学说（1847）
Schwann
研究蛙类的胚胎组织
今天的细胞学和分子细胞学就是在这个基础 上发展起来的。
19世纪建立的细胞学说的主要内容有：
① 细胞是有机体，一切动植物都是由单细胞发育而
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。
1959年，Kornberg实现了试管内细菌细胞中DNA的复制。
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。
1953, Watson & Crick
DNA也是病毒的遗传物质
美国冷泉港卡内基遗传学实验室科学家 Hershey和他的学生 Chase 在 1952年从事噬菌体侵 染细菌的实验。 噬菌体专门寄生在细菌体内，其头、尾外部 都是由蛋白质组成的外壳，头内主要是DNA。
DNA到底是wk.baidu.com么样的呢？
Avery在1944年的报告中这样写道：当溶液中酒 精的体积达到9/10时，有纤维状物质析出；如稍加 搅动，这种物质便会像棉线绕在线轴上一样绕在硬
考核
考核方式：考试。 平时成绩（考查迟到、早退，课堂提问、讨论，
遵守课堂纪律等方面）占10%，实验成绩占 30%，期末考试成绩占60%。
朱玉贤 《现代分子生物学》，高等教育出版社 孙乃恩 《分子遗传学》，南京大学出版社。 阎隆飞 《分子生物学》，中国农业大学出版社， 李振刚 《分子遗传学》，科学出版社 沈羽非 《真核基因表达调控》，北京高等教育出版社 Lewin,B, GenesⅨ , Oxford University Press
0140-6736 0009-2665 1471-0056 0092-8674 0036-8075 1087-0156 1748-3387 0098-7484
155734 88380 18519 167587 469704 34520 11420 117495
33.633 33.033 32.745 32.401 31.364 31.085 30.306 30.011
细胞的其它成分，如脂类、糖类和核酸 也相继在这一阶段被认识和纯化。当仍 无法解释细胞内最重要的生命活动，细 胞成分是如何进行世代相传的？
1.1.3 经典的生物化学和遗传学
孟德尔 Gregor Mendel （ 1822-
1884）,奥地利科学家，
经典遗传学的奠基人，
发现并提出遗传学定
律。
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》，1884年逝世；1900年他的理论被重新发现。
在论文中提出了“遗传因子”的概念，并得
出了两条规律：
a.统一规律：两种不同植物
杂交时，它们的下一代可能 与亲本之一完全相同。

b.分离规律：不同植物品 种杂交后的F1代种子再进行 杂交或自交时，下一代就会 按照一定的比例发生分离，
因而具有不同形式。
在孟德尔遗传学的基础上，美国著名的遗传学家Morgan用实 验证明基因学说，又提出了连锁遗传规律。
• 1993年，英国科学家Roberts和Sharp因发现断
裂基因（introns）而获得Nobel奖；
• 1993年，（美）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。
• 1994年，Gilman和Rodbell（美）由于发现了G蛋 白在细胞内信号转导中的作用而分享Nobel生理医 学奖； • 1999年，Blobel（美）由于阐述了蛋白质在细胞 间的运转机制而获Nobel生理医学奖； • 2001年，Hartwell(美)Hunt & Nurse(英)因对细胞 周期调控因子的研究分享Nobel生理医学奖;
提出DNA的反向平行
双螺旋模型; Wilkins 通过对DNA分子的X 射线衍射研究证实了 该模型。
Rosalind E. Franklin 1920-1958
遗传信息传递的中心法则：
转录 复制 DNA RNA
1958年 F.Crick
翻译
`1 蛋白质
• 1961 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。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（信使核糖核酸）。
来，即生物是由细胞和细胞的产物所组成；
② 所有细胞在结构和组成上基本相似；
③ 新细胞是由已存在的细胞分裂而来； ④ 生物的疾病是因为其细胞机能失常。
1.1.3 经典的生物化学和遗传学 ● 19世纪中叶，植物细胞提取液得到蛋白质 实现了用酵母无细胞提取物和葡萄糖进 行氧化反应，生成乙醇，证明化学物质
16100
26837 26727
49.271
38.650 37.178
8 NAT GENET
9 NATURE 10 NAT REV IMMUNOL
76301
511145 21080
36.377
36.101 35.196
11 LANCET 12 CHEM REV 13 NAT REV GENET 14 CELL 15 SCIENCE 16 NAT BIOTECHNOL 17 NAT NANOTECHNOL 18 JAMA-J AM MED ASSOC
对分子生物学的发展产生了极其重要的指导作用
乳糖操纵子(lac operon)的结构
调控区 DNA 结构基因
P
O Z
操纵序列
Y
A
Z： β -半乳糖苷酶 Y： 透酶 A：乙酰基转移酶
CAP：分解代谢 物基因激活蛋白
启动序列
CAP结合位点
1968年，Nirenberg，Holley和Khorana共享诺贝尔 生理医学奖 • Nirenberg：破译DNA遗传密码； • Holley：阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列， 并证实了所有tRNA具有结构上的相似性； • Khorana：第一个合成了核酸分子，并且人工复制 了酵母基因。
第一章
1.1 引言
绪论
1.2 分子生物学简史 1.3 分子生物学研究内容 1.4 分子生物学展望
1.1 引言
1.1.1创世说与进化论
达尔文、1859年《物种起源》，确立了进化论的概念
达尔 文从 小就 喜欢 观察 各种 小动 物的 习惯。
1831—1836年，以博物学家的身份，乘“贝格尔” 号参加了英国派遣的环球航行
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 化 物 数 生 论 学 理 学 物 17．8 11．8 22．0 18．2 19．1
3 2 5 1 38
0 0 2 0 8
Rank
Abbreviated Journal Title (linked to journal information) 1 CA-CANCER J CLIN 2 ACTA CRYSTALLOGR A 3 NEW ENGL J MED 4 REV MOD PHYS
转换并不需要完整的细胞而仅仅需要细
胞中的某些成分。蛋白质是生活细胞中
所有化学反应的执行者和催化剂。
Buchner
1.1.3 经典的生物化学和遗传学
●19世纪中叶到20世纪初，组成蛋白质的20 种基本氨基酸被相继发现（1935年，苏
氨酸）。Fisher还论证了连接相邻氨基酸
的“肽键”的形成。
1.1.3 经典的生物化学和遗传学