现代分子生物学(课堂PPT)

Frederick Sanger
酶法核苷酸测 序的设计者
Walter Gilbert 化学测序法的设计者
Paul Berg
DNA重组，在细菌中表 达胰岛素
DNA重组技术的元老
测定了牛胰岛素的化学结构而获 1958 年的 Nobel 化学奖
25
1984 Kohler（德） Milstein（美） Jerne（丹麦）
15
2、 重要机制的发现 * 1949 Chargaff 测定出不同来源的A、T、G、 C 四种核酸碱基 * 1950 Chargaff Markham A=T G=C * 1953 Watson ＆Crick DNA Double Helix Model
随着DNA双螺旋结构的提出和蛋白质空间结构的解析开始了分 子生物学时代,此后对遗传信息的载体DNA和生物功能的体现者 蛋白质的研究的研究也成为生命科学研究的主要内容
Francis Jacob Jacques Monod 提出并证实了Operon作为调节细菌细 胞代谢的分子机制 首次提出mRNA分子的存在
22
1969 Nirenberg（美） Holly ＆ Khorana
Marshall W. Nirenberg
破译了遗传密码
Robert W. Holley 酵母Ala-tRNA的 核苷酸序列并证 明了所有tRNA三 级结构的相似性
断裂基因（splitting gene） PCR仪的发明者 基因定点突变
1994 Gilman ＆ Rodbell 发现G蛋白在细胞信号传导中的作用
1995 Lewis（美）、Nusslein－Volhard（德）、Wieschaus（美） 20世纪40～70年代先后独立鉴定了控制果蝇（ Drosophila ） 体节发育基因
《现代分子生物学》
朱玉贤 李毅 编
1
第一章 绪论
2
一、 分子生物学的产生及概念 二、 分子生物学的发展历程 三、 分子生物学实际应用的现状和展望 四、 基因概念的演变与发展 附注：课程说明及参考书目
3
一、分子生物学的概念
1、 历史背景：生物学的发展经历了一个漫长的研究历程
（1） 进化论的确立
31
3、 工业方面 * 酶制剂工业用酶的生产、酶的定向改造
32
* 环保工业上：工程菌 提高降解效率 扩大可降解污染物的种类
33
* 食品工业上：谷氨酸、调味剂、酒类和油类
例：不含软脂酸的大豆色拉油 * 化学与能源工业上：
重组DNA技术生产丁醇，及用基因工程技术改善微生 物发酵生产丙酮、酒精、醋酸等的转化效率 基因工程修饰过的淀粉及重组DNA技术生产酒精等石 油替代品 生物技术必将在世界人口问题、 疾病问题、人的寿命问题、营 养保健问题、农业持续发展问题、资源再利用问题、大气污染问 题、世界公害问题、洁净新能源问题等各方面问题的解决中起重 要作用
器官发生
基因表达，基因互作
胚胎形成
个体发育
PCD（program cell death） 细胞凋亡
35
分子细胞生物学 (Molecular Cell Biology)
还原论
个体
细胞分化
细胞
分子
细胞中的定位 整体论
分子神经生物学（Molecular Neurobiology）
神经基质 神经通道
大分子克隆 一级结构分析
同时代的Hooke 用“细胞”来形容软木的最基本单元
5
□ 1847 Schleiden 和 Schwann（德 动、植物） 建立了“细胞学说” 内容…… 成为 Cytology、Molecular Cell Biology的基础
（3） 遗传学的发展
□ Gregor Mendel（奥） 经典遗传学创始人
豌豆后代的性状有一定的分离规律
独立分离规律 “遗传因子”
（3：1
9：3：3：1）
1865 《植物杂交实验》 1900 “遗传学的奠基人”
6
□ 基因学说的提出 20世纪初 Morgon及其助手（美） 果蝇 第一次将代表某一特定性状的基因同某一特定染色 体联系起来－－－连锁遗传规律
种质必须由独立的要素组成－－－遗传因子或基因 （4） 生物化学的发展
11
4、分子生物学研究的三大领域
* 基因的分子生物学： 基因的概念、结构、复制、 （狭义的分子生物学） 表达、重组、交换
* 结构生物学：
生物大分子的结构与功能 DNA－蛋白质 生物大分子之间的互作 激素和受体
* 生物技术理论与应用
酶和底物
基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、
蛋白质工程
12
二、分子生物学的发展简史
Barbara McClintock
27
1989 Altman ＆ Cech（美）
Sidney Altman
Thomas R. Cech
核酶即核糖核酸质酶（Ribozyme）的发现者（即某些RNA具有 酶的功能）
28
1989 Bishop＆Varmus（美） 正常细胞同样带有原癌基因
1993 Roberts ＆ Sharp（美） Mullis（美） Smith
34
4、分子生物学的发展导致未来生物学的新热点及领域
结构生物学（Structural Biology）
生物大分子的高级三维结构与功能的统一 生物大分子之间的互作 → 基因的社会学
(Nature 杂志94年增设 Natural developing biology分册)
分子发育生物学（Molecular Developing Biology）
16
3、 发展历程 分子生物学中重大成就与突破者－－－Nobel Prize 的获得者－－－构成了分子生物学发展的主要内容－ －－里程碑
1910 A.Kossel （德）
蛋白质、细胞及细胞核化学的 研究（首先分离到A、T和组氨 酸）
17
1958
（美）
Beadle & Tatum（美） One gene-one enzyme 红色面包霉突变体
其中 Crick于1954年提出了中心法则
20
1962 Kendrew ＆ Perutz（英国）
John C. Kendrew
Max F. Perutz
测定了肌红蛋白及血红蛋白的高级结构（三级）
成为研究生物大分子结构的先驱
21
1965 Jacob ＆ Monod （法国）
此外，1953年，Zamecnik发 现蛋白质的合成场所是核糖 体（无细胞系统 放射性同位素 标记的氨基酸）
基因的分子生物学 Molecular Biology
9
What is Molecular Biology?
Molecular biology seeks to explain the relationships between the
structure and function of biological molecules and how these relationships
Georges J.F.Kohler
Cesar Milstein
Niels K. Jerne
发展了单克隆抗体(Monoclonal Antibodies McAb)技术，完 善了极微量蛋白质的检测技术
26
1988 McClintock (美)
可移动的遗传因子 （jumping gene or mobile element） 50年代初发现 88年获奖
Har Gobind Khorana 第一个合成了核 酸分子，并人工 复制了酵母基因
23
1975 Temin & Baltimore(美)
Howard M. Temin
David Baltimore
发现了逆转录酶（ RNA肿瘤病毒中，以RNA为模板，逆转录生成DNA ）
24
1980 Sanger （英） Gilbert & Berg（英）
--- Robert Weaver
10
3、 分子生物学的三大原则
* 构成生物大分子的单体是相同的 共同的核酸语言 共同的蛋白质语言
* 生物遗传信息表达的中心法则相同 DNA
RNA
polypeptides protein character
* 生物大分子单体的排列（核苷酸、氨基酸）的不同 不同的高级结构、不同的生物大分子之间的互作 不同的物种特性
S型
1、 DNA的发现 * 1928 Griffith（英）
R型
肺炎链球菌（Pneumococcus）
☆ 结论：抽提液中含有一种转化因子
13
* 转化因子的证实 1944 Avery （美 微生物学家） 从S抽提液纯化转化因子
因此：Avery是首先用实验证明基因的化学本质就是DNA的科学家
14
* 1952 D.Hershery 和M.Chase 再 次用噬菌体标 记实验证实了 DNA是遗传物质 的本质
生命是怎样起源的？
为什么“有其父必有其子 ”
？
动、植物个体是怎样由一 个受精卵发育而来的？
4
□ 19世纪初叶以前 宗教或迷信－－基督教 上帝
□ 1859 Charles Darwin （英）
《物种起源》“进化论”－－生物科学史上最伟大的创举
“贝格尔号” 历时五年 （2） 细胞学说的确立
达尔文学说
□ 1702 Leeuwenhoek（荷兰） 自制显微镜观察到雨水中的“微生物”Βιβλιοθήκη 思维 感情科学解释
信息传递
三维结构重建
记忆
脑科学 + 计算机
智能革命
36
分子肿瘤学（Molecular Tumorology）
1975. Bishop M.
癌基因的证实
Src (Sarcoma肉瘤)
1986. Friend
RB1第一个抑制癌基因被克隆 (Tumor Suppressor gene)
从开始就执行着双重使命 分析细胞的组成成分 弄清这些物质与细胞内生命现象的联系
19～20世纪 20种氨基酸 肽键 脂类、糖类和核酸
7
2、 分子生物学的兴起
1953 Watson Crick 及随后 Crick提出的
DNA Double Helix Model Central Dogma 中心法则
基因的自我复制能力 解释了基因的两个基本属性
29
三、分子生物学实际应用的现状和展望
※ 促进了以基因工程为核心的生物技术的发展，从而 影响经济发展的诸多领域
1、农业方面 生物品种的改良速度更快、目标更准确，甚至创造 新物种 转基因动物－－－－－猪、牛、羊、鱼等 植物－－－－－抗虫棉（Bt毒素蛋白基因）、 耐贮藏番茄等
30
2、 医药方面 利用重组DNA产生的工程菌来大量高效地合成人体 活性多肽（疾病的诊断、预防和治疗）， 基因工程疫苗（细菌疫苗、病毒疫苗、寄生虫疫苗） 以及正在研制的癌症疫苗
--- contribute to the operation and control of biochemical processes.
Turner et al.
Molecular biology is the study of genes and their activities at the
molecular level, including transcription,translation,DNA replication,recombination and translocation.
11个抑癌基因被证实 （P53, P21, ERBA, WT1,NF1 等）
37
中心法则的深入研究与发展----基因组学（Genomics )
Severo Ochoa
Arthur Kornberg
细菌的多核苷酸磷酸化酶，成功地合 成了RNA，基因（DNA）→RNA→蛋白质
实现了DNA分子在试管内（细菌无细 胞提取液）的复制
19
1962 Watson（美） ＆ Crick（英） Wilkins（新西兰）
通过对DNA分子的X射线衍射研究证实了DNA Double Helix Model
基因控制形状表达的能力 从此核酸的分子生物学得到了异乎寻常的发展 广义的分子生物学：蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能的
研究都属于分子生物学的范畴，即从分 子水平阐明生命现象和生物学规律
8
狭义的分子生物学：偏重于核酸（基因）的分子生物学， 主要研究基因或DNA的复制、转录、 表达和调控等过程，当然也涉及与这 些过程相关的蛋白质和酶的结构与功 能的研究
Frederick Sanger
Frederick Sanger 测定了牛胰岛素的 结构
Joshua Lederberg
Joshua Lederberg Phage transduction
Edward Lawrie Tatum
George Wells Beadle
18
1959 Ochoa(美籍西班牙裔) Kornberg（美）