分子生物学绪论

The Nobel Prize in Chemistry 1946
James Batcheller Sumner
Cornell University
"for his discovery that enzymes can be crystallized"
John Howard Northrop Rockefeller Institute USA
1933
Thomas Hunt Morgan
早期的遗传学家们研究基因
Forward Genetics 在不知基因化学本质的前提下
分析突变体在世代间的传递规律 研究基因的特性和染色体的定位 描述基因突变和染色体变异效应
遗传学是依靠逻辑分析 的推理性科学
二十世纪中叶的遗传学家们不再 满足于基因的抽象观念! 将研究的前沿聚焦到揭示基因的 本质和它们的作用机制!
国务院总理温家宝2009年5月１３日 主持召开国务院常务会议 通过《促进生物产业加快发展的若干政策》
对未来经济社会发展有重大影响的重大关键技术研发和产品开发，
中央今年安排３２８亿元，２０１０年安排３００亿元左右 抓住世界生物科技革命和产业革命的机遇，将生物产业培育成 为我国高技术领域的支柱产业
生物医药、生物农业、生物能源、 生物制造和生物环保产业为重点
Biochemistry的双重使命：
分析细胞的组成成分（静态生化）
研究物质的代谢规律（动态生化）
十九世纪末到二十世纪初 生物化学的重要发展时期
• 组成蛋白质的20种基本氨基酸被揭示 • 蛋白质中连接氨基酸的“肽键”被证实 • 糖酵解途径、尿素循环、三羧酸循环的发现 • “pH” 概念，“缓冲”系统，“胶体”理论 • 大分子之间以氢键和离子键互作重要性的揭示
Enzyme--substrate
生物技术理论 与应用
基因的概念 基因的结构 基因的复制 基因的表达 基因的重组 基因的突变
结构生物学 基因工程 细胞工程 酶工程 发酵工程 蛋白质工程
分子生物学的 三大支撑学科
Molecular Biology
Cytology Biochemistry Genetics
大力发展现代生物产业
生命科学与技术是我国赶超世界发达国 家生产力水平，实现国力后发优势和经 济快速发展最有前景和希望的领域
人类进入
21世纪
世界各国政府高度关注生命科学发展的前沿学科 世界各国政府高度关注生命科学发展的前沿学科 事件的出现、决策的改变、观念的更新 世界各国政府高度关注生命科学发展的前沿学科 生命科学各领域的科学家联合抢占学科的制高点 生命科学各领域的科学家联合抢占学科的制高点
in molecular level
Gene concept Gene structure Gene replication Gene expression Gene recombination Gene mutation
Molecular Biology of Gene
What is the gene? Basic property
Wendell Meredith Stanley Rockefeller Institute USA
"for their preparation of enzymes and virus proteins in a pure form"
The Nobel Prize in Chemistry 1958
sequence hypothesis ： 核酸片段的特异性完全由其碱基序列所决定，
而且这种序列是某一蛋白质氨基酸序列的密码
central dogma ： 遗传信息一旦从DNA，经RNA，进入蛋白质， 它就不可能再输出
★ 构成生物大分子的单体是相同的 共同的核酸语言(Nt) 共同的蛋白质语言(aa)
了解整个生命现象的本质 生物类群之间的本质差异？
生物学还原成简单的化学！ 仍然是零敲碎打研究策略
Maddox J. ( editor of “Nature”)
Is molecular biology yet a science ?
Nature 1992 (335): 201
Maddox J. (main editor of “Nature”)
Is molecular biology yet a science ?
Nature 1992 (335): 201
There is now army of people called molecular biologists whose 现在有那么一群叫做分子生 published papers are innocent of 物学家的人， 他们的文章 references to whole plants and 无视整体的植物与动物， animals and which may have little to say about their physiology 也很少言及生理学。对于这 either. For these people, 些人来说， 实验资料大部 experimental data may consist 分来自所谓凝胶 largely of what are …… called, in the trade, ‘gels’ ….
The term has more than one definition Define in broadly; understand biological phenomena
in molecular terms
(difficult to distinguish from biochemistry) Define in restrictively; study of gene structure and their activities
Metabolism + ome
Metabolome
21世纪生命科学发展的重要态势
• 对生命现象的认识从单基因 水平向全基因组整体水平发展 • 现代生命科学研究的理论与 技术从较长期的积累走向应用
1.2. 分 子 生 物 学 的 概 念
What is Molecular Biology ?
What is Molecular biology ?
结构生物学，发育生物学， 系统生物学等新兴学科发展
生态学，进化论 环境保护，持续发展
Βιβλιοθήκη Baidu
Modern Biology
人类对生命现象的认识
20世纪
还原论 Reductionism 个体 染色体 基因 DNA dNt
基因的概念 逐步深刻认识 基因的本质 基因的功能
人类对生命现象的认识
20世纪
还原论 生命科学的飞跃
生命科学类各专业都将分子生物学列为学位课程 现代分子生物学所引发的
1.1. 现代生物学的发展
描述性的生物学
数、理、化相关学科 渗透 交叉 实验生物学 个性 近代生物学 共性 生物学实验技术
微观生物学 （分子生物学为核心）
宏观生物学 （生态学为核心） 生物多样性 研究 资源保护与 利用
细胞水平
分子水平
基因的复制与表达
★ 生物大分子单体的排列（核苷酸，氨基酸） 个性
基因的表达调控
来自生物类不同专业的学生的共同理论基础！
分子生物学研究领域的
三大主要领域
分子生物学研究的三大主要领域
生物大分子的结构与功能 生物大分子之间的互作
狭义的分子生物学 基因分子生物学
DNA—protein Hormone—receptor
具有远见卓识的企业家们投以巨资发展生物技术 具有远见卓识的企业家们投以巨资发展生物技术 新闻媒体几乎每天都聚焦到应用生物技术的成果 新闻媒体几乎每天都聚焦到应用生物技术的成果 民众也更加关心和谈论转基因食品与环境的安全 民众也更加关心和谈论转基因食品与环境的安全 以DNA双螺旋结构模型和“中心法则”为核心的
国家级精品课程 国家级教学团队
郑用琏
华 中 农 业 大 学 生命科学技术学院 Tel: 027 - 87286870
zhyl@mail.hzau.edu.cn
第１章 绪论
二十一世纪——生命科学世纪
1859
1866
人类进入
如果把当今世界上的学术论文分为生命科 学与非生命科学两类，就会发现生命科学 类占到了53%，在权威刊物如《NATURE》、 《SCIENCE》中，这个数据达到了56%。
进化论
”物种起源” 物竟天择 自然选择 适者生存 生存斗争
从根基上动摇 了上帝创造万 物的“创世说”
1859 Charles Darwin
1839-1847 Matthias Schleiden Theodor Schwann
身世不同
• 生物体由细胞组成
志同道合
• 所有组织的最基本单元---形状相似，高度分化的细胞 • 细胞的发生与形成是生物界普遍和永久的规律
研究细胞的结构与功能的细胞学 研究基因的遗传与变异的遗传学 研究活性物质代谢规律的生物化学
1.3. 分子生物学 发展的历程
MILESTONE
Nobel medal
Half a pound of 23-karal gold. 2.5 inches across
近半个世 纪以来
近半个世 纪以来
1.3.1. 分子生物学支 撑学科的崛起
★ 生物遗传信息的表达的中心法则相同 DNA RNA polypeptides protein protein character 个性
★ 生物大分子单体的排列（核苷酸，氨基酸） 高级结构
生物大分子之间的互作
分子生物学的三大原则
★ 构成生物大分子的单体是相同的
基因的结构
★ 生物遗传信息的表达的中心法则相同
人类对生命现象的认识
21世纪 整体论 holism 揭示生命的奥秘
Omics → systemic biology
Genome=Gene+ome
Transcriptome = Transcript+ome
(non-coding RNA、Small RNA)
Protein+ome
Proteome
Frederick Sanger
"for his work on the structure of proteins, especially that of insulin"
1958 J. Lederberg (33y)
Phage transduction
Replication
Expression
Mutation
DNA Double Helix model
1953 J .Watson and F. Crick
分子生物学诞生
分子生物学研究领域共同遵循
三大基本原则
Crick….
我本人的思想是基于两个基本原理，
序列假说（sequence hypothesis） 中心法则（central dogma )…
Cytology
“进化论” ＋ “细胞学”
观察、比较、鉴定 的描述性生物学
实验性的生命科学
遗传因子假说
(Hypothesis of the inherited factor G. J. Mendel 1866. ) • 生物性状由遗传因子控制
• 亲代传给子代的是遗传因子(A,a….)
• 遗传因子在体细胞内成双(AA,aa) 在生殖细胞内为单（A,a） • 杂合子体细胞内具有成双的遗传因子(Aa) • 等位的遗传因子独立分离 • 非等位遗传因子间自由组合地分配到配子中
21世纪是生命科学的世纪
国务院常务会议原则通过
转基因生物新品种培育科技重大专项
国务院总理温家宝2008 年7月9日主持召开国务
院常务会议,审议并原则通过《转基因生物新品种培 2008 年9月18日 育科技重大专项》 会议认为, 实施转基因生物新品种培育科技重大 我国水稻，玉米，小麦，棉花，大 专项, 对于增强农业科技自主创新能力, 提升我国生 物育种水平 , 促进农业增效和农民增收产生重大影响, 豆，猪，牛，羊的转基因生物培育 计划在15年内将投入250亿人民币开展涉及水稻，玉 的重大专项计划正式启动 米，小麦，棉花，大豆，猪，牛，羊的转基因生物 的培育与推广。
等着瞧吧， 我的时代总有一天会来临
Mendel临终前说；
Gregor Mendel 1822-1884
"for his discoveries concerning the role played by the Chromosome in heredity , demonstrated that genes are on the chromosome"