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医学分子生物学医学分子生物学Medical Molecular Biology 第一章第一章 绪论绪论 Chapter 1 Introduction 主讲人：主讲人：胡维新胡维新 教授教授 中南大学生物科学与技术学院中南大学生物科学与技术学院1/4/202311/4/202322.分子生物学的研究内容1.分子生物学的定义 3.分子生物学与生物技术4.分子生物学与医学内容概要内容概要1/4/20233 一、分子生物学的定义一、分子生物学的定义1/4/20234从整体水平到分子水平示意图从整体水平到分子水平示意图分子水平分子水平细胞水平细胞水平整体水平整体水平 生命科学的发展过程生命科学的发展过程：1/4/20235 生命科学的研究内容：生命科学的研究内容：生命物质的结构与功能，生物与生物生命物质的结构与功能，生物与生物之间及生物与环境之间相互关系。之间及生物与环境之间相互关系。生命科学的前沿领域：生命科学的前沿领域：分子生物学分子生物学、分子遗传学、细胞生物学、分子遗传学、细胞生物学、发育生物学和神经生物学，而分子生物学是发育生物学和神经生物学，而分子生物学是生命科学的核心前沿。生命科学的核心前沿。生命科学是研究生命现象和生命活动生命科学是研究生命现象和生命活动规律的一门综合性学科。规律的一门综合性学科。1/4/20236 分子生物学分子生物学从分子水平从分子水平研究生命现象及其规律的一门新研究生命现象及其规律的一门新兴学科。兴学科。它是生命科学中发展最快并它是生命科学中发展最快并且与其他学科广泛交叉和渗透的且与其他学科广泛交叉和渗透的前沿领域。前沿领域。1/4/20237 由于分子生物学以其崭新的观由于分子生物学以其崭新的观点和技术对其他学科的全面渗透，点和技术对其他学科的全面渗透，推动了细胞生物学、遗传学、发育推动了细胞生物学、遗传学、发育生物学和神经生物学向分子水平的生物学和神经生物学向分子水平的方向发展，使这些学科已不再是原方向发展，使这些学科已不再是原来的经典学科，而成为生命科学的来的经典学科，而成为生命科学的前沿。前沿。1/4/20238 19501950年，年，AstburyAstbury在一次讲演中首在一次讲演中首先使用先使用“分子生物学分子生物学”这一术语这一术语,用用以说明它是研究生物大分子的化学和以说明它是研究生物大分子的化学和物理学结构。物理学结构。现代分子生物学的建立现代分子生物学的建立1/4/20239DNA的X光衍射照片1952年5月拍摄罗沙琳德弗兰克林（Rosalind Franklin，19201958）英国 DNA双螺旋结构模型的建立1/4/202310DNA双螺旋结构模型的建立诺贝尔医学与生理学奖 1962年1/4/202311Watson JDWatson JD和和Crick FHCCrick FHC的的“双螺旋结构双螺旋结构模型模型”启动了分子生物学及重组启动了分子生物学及重组DNADNA技技术的发展。确立了核酸作为信息分子的术的发展。确立了核酸作为信息分子的结构基础；提出了碱基配对是核酸复制、结构基础；提出了碱基配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式，最终确定了遗传信息传递的基本方式，最终确定了核酸是遗传的物质基础。核酸是遗传的物质基础。1/4/202312 分子生物学技术：分子生物学技术：例如：例如：DNADNA及及RNARNA的印迹转移、核酸分子杂的印迹转移、核酸分子杂交、基因克隆、基因体外扩增、交、基因克隆、基因体外扩增、DNA DNA 测序等，测序等，形成了独特的重组形成了独特的重组DNADNA技术及其相关技术。技术及其相关技术。由生物化学、生物物理学、细胞生物学、由生物化学、生物物理学、细胞生物学、遗传学、应用微生物学及免疫学等遗传学、应用微生物学及免疫学等各专业技术各专业技术的渗透、综合的渗透、综合而成，而成，并在此基础上发明和创造并在此基础上发明和创造了一系列新的技术。了一系列新的技术。1/4/202313分子克隆分子克隆 (molecular cloning)重组重组DNA(recombinant DNA)技术是近技术是近代分子生物学技术的核心。代分子生物学技术的核心。基因操作基因操作 (gene manipulation)基因克隆基因克隆 (gene cloning)基因工程基因工程 (gene engineering)1/4/202314分子医学分子医学（molecular medicinemolecular medicine）：由于分子生物学渗透进入生物学由于分子生物学渗透进入生物学和医学和医学的每一分支领域，全面推动了生命科学和医的每一分支领域，全面推动了生命科学和医学的各个方面的发展，如疾病的发病机理研学的各个方面的发展，如疾病的发病机理研究、疾病的诊断和治疗，使医学进入了一个究、疾病的诊断和治疗，使医学进入了一个崭新的时代。崭新的时代。1/4/202315遗传性状改变或治疗疾病遗传性状改变或治疗疾病 可能从某一生物体的基因组中分离出某一特定可能从某一生物体的基因组中分离出某一特定功能基因，导入到另一种生物的基因组。功能基因，导入到另一种生物的基因组。基因工程和蛋白质工程基因工程和蛋白质工程 外源外源DNADNA与载体在体外进行连接，或在基因水与载体在体外进行连接，或在基因水平上进行有目的的定向诱变。平上进行有目的的定向诱变。生物技术进入了分子水平，基因（或生物技术进入了分子水平，基因（或DNADNA）也也进入了社会生产和人们生活的方方面面。进入了社会生产和人们生活的方方面面。1/4/202316 按照自己的意愿和社会需求改造基因，制备按照自己的意愿和社会需求改造基因，制备各种具有生物活性的大分子。各种具有生物活性的大分子。DNADNA、RNA RNA 和蛋白质成为人类治病、防病的一和蛋白质成为人类治病、防病的一类新型的生物制品或药物。类新型的生物制品或药物。生物技术在农业上用于快速育种，改良品种，生物技术在农业上用于快速育种，改良品种，提高农作物的产量、质量以及抗病虫害，抗干旱提高农作物的产量、质量以及抗病虫害，抗干旱等能力。等能力。1/4/202317二、分子生物学的研究内容1/4/202318分子生物学的主要研究内容 生物大分子的生物大分子的结构、功能，生物大分结构、功能，生物大分子之间的相互作用及其与疾病发生、发展子之间的相互作用及其与疾病发生、发展的关系。的关系。1/4/202319 核酸的分子生物学主要研究核酸的结构核酸的分子生物学主要研究核酸的结构及其功能。核酸的主要作用是携带和传递遗及其功能。核酸的主要作用是携带和传递遗传信息，因此形成了分子遗传学。传信息，因此形成了分子遗传学。（一）（一）核酸分子生物学：核酸分子生物学：分子遗传学：分子遗传学：形成了比较完整的理论体形成了比较完整的理论体系和研究技术，它是目前分子生物学中内容系和研究技术，它是目前分子生物学中内容最丰富、研究最活跃的一个领域。最丰富、研究最活跃的一个领域。1/4/2023201.核酸核酸的发现的发现 早在1868年，Miescher从脓细胞中分离出细胞核，用稀碱抽提再加入酸，得到了一种含氮和磷特别丰富的物质，当时称其为核素（nuclein）。1872年，他又在鲑鱼精子细胞核中发现了大量的这类物质。由于这类物质都是从细胞核中提取出来的，而且又是酸性，故称其为核酸（nucleic acid）。Friedeich Miescher 1/4/202321 自核酸被发现以来的相当长时期内，自核酸被发现以来的相当长时期内，对它的生物学功能几乎毫无所知。对它的生物学功能几乎毫无所知。1928年年(Frederick GriffithFrederick Griffith)以后，核酸功能研以后，核酸功能研究取得了重大进展。究取得了重大进展。1/4/202322In 1928,an experiment of Frederick Griffith using pneumonia bacteria and mice1/4/202323 19521952年，年，Hershey ADHershey AD和和 Chase MChase M用用 3535S S和和 3232p p分别标记分别标记T2T2噬菌体的蛋白质和核酸，噬菌体的蛋白质和核酸，感染大肠杆菌。在大肠杆菌细胞内增殖的噬感染大肠杆菌。在大肠杆菌细胞内增殖的噬菌体中都只含有菌体中都只含有3232P P而不含而不含3535S,S,这表明噬菌这表明噬菌体的增殖直接取决于体的增殖直接取决于DNADNA而不是蛋白质。而不是蛋白质。2.核酸功能研究的重大进展核酸功能研究的重大进展 19441944年，年，Avery OTAvery OT等首次证明肺炎双球等首次证明肺炎双球菌的菌的DNADNA与其转化和遗传有关。与其转化和遗传有关。1/4/202324In 1952,Alfred Hershey and Martha Chase did an experiment which is so significant,it has been nicknamed the“Hershey-Chase Experiment”.1/4/202325In 1952,Alfred Hershey and Martha Chase did an experiment which is so significant,it has been nicknamed the“Hershey-Chase Experiment”.1/4/202326The Meselson-Stahl experiment（1958）showed that DNA is replicated semi-conservativelyDNA semi-conservative duplication 3.DNA复制模型1/4/202327DNA复制模型1/4/202328 1961年，年，Nirenberg、Ochoa以及以及Khorana等几等几组科学家的共同努力，破译了组科学家的共同努力，破译了RNA上编码合成蛋白质上编码合成蛋白质的遗传密码，证明的遗传密码，证明DNA分子中的遗传信息是以三联密分子中的遗传信息是以三联密码的形式贮存。码的形式贮存。遗传密码在生物界具有通用性。遗传密码在生物界具有通用性。1/4/2023291/4/2023301/4/2023314.中心法则的建立中心法则的建立 19581958年年，CrickCrick提提出出了了分分子子生生物物学学的的中中心心法则（法则（central dogmacentral dogma）。）。中心法则是分子遗传学基本理论体系中心法则是分子遗传学基本理论体系。1/4/2023321/4/202333 19701970年年，TeminTemin和和BaltimoreBaltimore从从鸡鸡RousRous肉肉瘤瘤病病毒毒(RousRous sarcoma sarcoma virusvirus，RSV)RSV)颗颗粒粒中中发发现现了了以以RNARNA为为模模板板合合成成DNADNA的的逆逆转转录录酶酶，进进一一步步补补充充了了遗遗传传信信息息传传递递的中心法则。的中心法则。1/4/2023345DNA序列分析技术：序列分析技术：双脱氧末端终双脱氧末端终止法止法:19771977年，年，剑桥大学剑桥大学Sanger F等等发发明。明。化学裂解法化学裂解法:美国美国Maxam I和和Gilbert W发明。发明。1/4/2023351/4/202336 对对DNA片段的一级结构进行分析，导致一片段的一级结构进行分析，导致一系列重大发现：系列重大发现：4.4.从从cDNAcDNA序列推导出蛋白质的一级结构；序列推导出蛋白质的一级结构；1.1.断裂基因断裂基因(split gene)(split gene)的发现，证明真核细胞的的发现，证明真核细胞的 基因不是连续的基因不是连续的DNADNA片段；片段；2.2.前体前体mRNAmRNA分子的拼接，去除内含子序列，连接成分子的拼接，去除内含子序列，连接成 成熟成熟mRNAmRNA；3.3.发现单基因遗传病的基因结构的变异；发现单基因遗传病的基因结构的变异；5.5.根据根据DNADNA序列合成基因，并与载体连接，使之在细序列合成基因，并与载体连接，使之在细 菌中表达，合成活性蛋白质，开创了基因工程。菌中表达，合成活性蛋白质，开创了基因工程。1/4/2023376.6.基因的人工合成基因的人工合成 19781978年体外首次成功地人工合成第一个完年体外首次成功地人工合成第一个完整基因。整基因。直接证实了直接证实了Mendel GMendel G在在18651865年发现的遗传年发现的遗传因子因子(基因基因)的化学本质，就是的化学本质，就是 DNADNA分子。分子。DNADNA分子是多种多样生命现象的物质基础。分子是多种多样生命现象的物质基础。1/4/2023387.7.基因组研究的进展基因组研究的进展 基因组（基因组（genomegenome）:一个物种遗传信息的一个物种遗传信息的总和。总和。基因结构与功能研究已经从单个基因发展基因结构与功能研究已经从单个基因发展到生物体整个基因组。基因组研究已从简单的到生物体整个基因组。基因组研究已从简单的低等生物到真核生物，从多细胞生物到人类。低等生物到真核生物，从多细胞生物到人类。1/4/202339 19771977年年:Sanger:Sanger测定了测定了X174 DNAX174 DNA全部全部5375bp5375bp核苷酸序列；核苷酸序列；19781978年年:FiersFiers等测出环状等测出环状SV40 DNASV40 DNA全部全部5243bp5243bp核苷酸序列；核苷酸序列；19801980年代年代:噬菌体噬菌体DNADNA全部全部4850248502碱基对的序列被测出；一些碱基对的序列被测出；一些 小的病毒包括乙型肝炎病毒、艾滋病毒等基因组的全小的病毒包括乙型肝炎病毒、艾滋病毒等基因组的全 序列也陆续被测定序列也陆续被测定;19961996年底年底:大肠杆菌基因组大肠杆菌基因组DNADNA的全部序列长的全部序列长4104106 6碱基对；碱基对；19961996年底年底:完成了真核生物酵母（完成了真核生物酵母（SaccharomycesSaccharomyces erevisiaeerevisiae）的基因组全序列测定；的基因组全序列测定；19981998年底年底:长达长达100Mb100Mb的线虫的基因组序列测定也已全部完成。的线虫的基因组序列测定也已全部完成。这是第一个完成的多细胞生物体的全基因组序列测定。这是第一个完成的多细胞生物体的全基因组序列测定。1/4/202340 人类基因组计划（人类基因组计划（human genome project,HGPhuman genome project,HGP）美美国国科科学学家家、诺诺贝贝尔尔奖奖获获得得者者DulbeccoDulbecco R R于于19861986年年在在美美国国 Science Science 杂杂志志上上发发表表的的短短文文中中率率先先提提出出，并并认认为为这这是是加加快快癌癌症症研研究进程的一条有效途径。究进程的一条有效途径。主主要要的的目目标标是是绘绘制制遗遗传传连连锁锁图图、物物理理图图、转转录录图图，并并完完成成人人类类基基因因组组全全部部核核苷苷酸酸序序列列测测定定。测测出出人人体体细细胞胞中中2424条条染染色色体体上上全全部部3030亿亿对对核核苷苷酸酸的的序序列列，把把所所有有人人类类基基因因都都明明确确定定位位在在染染色色体体上上，破破译人类的全部遗传信息。译人类的全部遗传信息。HGPHGP是是人人类类自自然然科科学学史史上上与与曼曼哈哈顿顿原原子子弹弹计计划划和和阿阿波波罗罗登登月月计计划相媲美的伟大科学工程。划相媲美的伟大科学工程。1/4/202341 研研究究结结果果表表明明，人人类类基基因因数数量量仅仅有有3 3万万个个左左右右，比比此此前前估估计计的的要要少少得得多多。通通过过研研究究还还发发现现男男女女可可能能存存在在巨巨大大遗遗传传差差异异，男男性性染染色色体体减减数数分分裂裂的的突突变变率率是是女女性性的的两两倍倍。在在已已经经分分析析的的序序列列中中，找找到到很很多多与与遗遗传传病病有有关关的的基基因因，包包括括乳乳腺腺癌癌、遗遗传传性性耳耳聋聋、中中风风、癫癫痫症、糖尿病和各种骨骼异常的基因。痫症、糖尿病和各种骨骼异常的基因。1/4/202342 8.8.基因表达调控机制的研究基因表达调控机制的研究 19611961年年，JacobJacob和和MonodMonod提提出出操操纵纵子子学学说说，认识了原核生物基因表达调控的一些规律。认识了原核生物基因表达调控的一些规律。8080年年代代开开始始，人人们们逐逐步步认认识识到到真真核核基基因因组组结构和调控的复杂性。结构和调控的复杂性。真真核核基基因因的的顺顺式式调调控控元元件件与与反反式式作作用用因因子子、核酸与蛋白质间的分子识别与相互作用。核酸与蛋白质间的分子识别与相互作用。小分子反义小分子反义RNARNA、核酶、核酶、siRNAsiRNA等。等。1/4/202343（二）蛋白质分子生物学：（二）蛋白质分子生物学：DNA DNA 储存生命活动的各种信息。储存生命活动的各种信息。蛋白质蛋白质生命活动的执行者生命活动的执行者。蛋白质的分子生物学主要研究蛋白质蛋白质的分子生物学主要研究蛋白质的结构与功能。的结构与功能。1/4/202344 蛋白质结构与功能的研究进展蛋白质结构与功能的研究进展 19561956年，年，AnfinsenAnfinsen和和 WhiteWhite根据对酶蛋白的变性和复根据对酶蛋白的变性和复性实验，提出性实验，提出蛋白质的三维空间结构是由其氨基酸序列来蛋白质的三维空间结构是由其氨基酸序列来确定的确定的。19581958年，年，IngramIngram证明正常的血红蛋白与镰状细胞溶血证明正常的血红蛋白与镰状细胞溶血症病人的血红蛋白之间，在其亚基的肽链上仅有一个氨基症病人的血红蛋白之间，在其亚基的肽链上仅有一个氨基酸残基的差别。酸残基的差别。19691969年，年，WeberWeber开始应用开始应用 SDS-SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测聚丙烯酰胺凝胶电泳测定蛋白质分子量；定蛋白质分子量；2020世纪世纪6060年代先后分析了血红蛋白、核年代先后分析了血红蛋白、核糖核酸酶糖核酸酶A A等一批蛋白质的一级结构。等一批蛋白质的一级结构。中国科学家在中国科学家在19651965年人工合成了牛胰岛素；年人工合成了牛胰岛素；19731973年又年又用用1.8A X1.8A X射线衍射分析法测定了牛胰岛素的空间结构。射线衍射分析法测定了牛胰岛素的空间结构。1/4/202345 构成生物体的每一个细胞的分裂与分化及其他构成生物体的每一个细胞的分裂与分化及其他各种生物学功能，均依赖于外界环境所产生的各种各种生物学功能，均依赖于外界环境所产生的各种信号。在这些外源信号的刺激下，细胞可以将这些信号。在这些外源信号的刺激下，细胞可以将这些信号通过第二信使转变成一系列的生物化学变化。信号通过第二信使转变成一系列的生物化学变化。主要研究内容主要研究内容：研究细胞内、细胞间信息传递的分子基础。研究细胞内、细胞间信息传递的分子基础。阐阐明这些变化的分子机制，明确每一条信号转导途明这些变化的分子机制，明确每一条信号转导途径及参与该途径的所有分子间的相互作用和调节径及参与该途径的所有分子间的相互作用和调节方式。方式。（三）（三）细胞信号转导机制研究细胞信号转导机制研究1/4/202346 19651965年又提出第二信使学说。年又提出第二信使学说。19771977年年，RossRoss等等用用重重组组实实验验证证实实G G蛋蛋白白的的存存在在和功能，将和功能，将G G蛋白与腺苷环化酶的作用联系起来。蛋白与腺苷环化酶的作用联系起来。癌基因、抑癌基因和酪氨酸蛋白激酶的发现及癌基因、抑癌基因和酪氨酸蛋白激酶的发现及其结构与功能的深入研究，使得细胞信号转导的研其结构与功能的深入研究，使得细胞信号转导的研究有了很大的进展。究有了很大的进展。19571957年，年，SutherlandSutherland发现了发现了cAMPcAMP。1/4/2023471/4/202348三、分子生物学与生物技术1/4/202349生物技术的定义：生物技术的定义：按照美国生物技术产业组织下按照美国生物技术产业组织下的定义，生物技术的定义，生物技术(biotechnology)(biotechnology)是指是指“利用细胞和分子过程来利用细胞和分子过程来解决解决问题或制造产品问题或制造产品的技术的技术”。1/4/202350古代生物技术古代生物技术 酿酒、制醋、制酪、面包发酵；人畜排泄物循环利用；动、植物杂交育种，嫁接等。1/4/202351 2020世纪以来，分子生物学的发展，世纪以来，分子生物学的发展，产生了重组产生了重组DNADNA技术，推动生物技术深技术，推动生物技术深入发展，而导致现代生物技术作为一入发展，而导致现代生物技术作为一门交叉学科的产生。转基因细胞、转门交叉学科的产生。转基因细胞、转基因动物和基因剔除动物的出现，是基因动物和基因剔除动物的出现，是现代分子生物学技术在生物技术领域现代分子生物学技术在生物技术领域的应用与发展。的应用与发展。1/4/202352 现现代代生生物物技技术术主主要要包包括括两两个个方方面面：基基因工程和蛋白质（酶）工程。因工程和蛋白质（酶）工程。应应用用现现代代分分子子生生物物学学、微微生生物物学学、细细胞胞生生物物学学、生生物物化化学学和和生生物物加加工工等等学学科科的的理理论论和和技技术术，并并相相互互交交叉叉和和渗渗透透。现现代代生生物物技技术术是是分分子子生生物物学学技技术术在在生生物物加加工工过过程程中的应用。中的应用。1/4/202353 19721972年年，SV40SV40病病毒毒DNADNA片片段段转转化化大大肠肠杆杆菌菌，使使本本来来在在真真核核细细胞胞中中合合成成的的蛋蛋白白质质能能在在细细菌菌中中合合成成，打打破破了了种种属属界界限限，开开创创了了利利用用基基因因工工程程技技术术在在原原核核细细胞胞中中表表达达真真核核基基因因产产物物的的时代。时代。人人工工合合成成的的生生长长激激素素释释放放抑抑制制因因子子1414肽肽的的DNADNA片片段段与与质质粒重组，在大肠杆菌中合成得到这种粒重组，在大肠杆菌中合成得到这种1414肽。肽。19781978年，人生长激素年，人生长激素191191肽在大肠杆菌中表达成功。肽在大肠杆菌中表达成功。19791979年年，人人工工合合成成的的人人胰胰岛岛素素基基因因经经过过重重组组后后导导入入大大肠肠杆菌，在大肠杆菌中合成了人胰岛素。杆菌，在大肠杆菌中合成了人胰岛素。运运用用基基因因定定向向诱诱变变技技术术和和重重组组DNADNA技技术术改改造造酶酶或或蛋蛋白白质质的的结结构构，使使其其具具有有更更高高的的效效能能和和更更好好的的稳稳定定性性，以以满满足足人人类类社会的需求。社会的需求。生物技术进展1/4/202354 用用转转基基因因动动物物获获取取治治疗疗人人类类疾疾病病的的重重要要蛋蛋白白质质。如如，导导入入了了凝凝血血因因子子基基因因的的转转基基因因绵绵羊羊分分泌泌的的乳乳汁汁中中含含有有丰丰富富的的凝凝血血因因子子，能能有有效地用于血友病的治疗。效地用于血友病的治疗。转基因动物和基因剔除动物转基因动物和基因剔除动物1/4/202355 在在转转基基因因植植物物方方面面取取得得重重大大进进展展，比比普普通通西西红红柿柿保保鲜鲜时时间间更更长长的的转基因西红柿投放市场。转基因西红柿投放市场。转转基基因因玉玉米米、转转基基因因大大豆豆相相继继投入商品生产。投入商品生产。我我国国科科学学家家将将蛋蛋白白酶酶抑抑制制剂剂基基因因转转入入棉棉花花，获获得得抗抗棉棉铃铃虫虫的的棉棉花花株。株。转基因植物和转基因食品转基因植物和转基因食品1/4/202356四、分子生物学与医学1/4/202357 1.1.从从机机体体表表型型来来认认识识疾疾病病,即即根根据据现现象象和和检检查所获知的症状与体征。查所获知的症状与体征。2.2.从从组组织织细细胞胞的的病病理理、生生理理变变化化来来分分析析和和诊断疾病。诊断疾病。使使人人类类积积累累了了十十分分丰丰富富的的医医学学资资料料。但但都都不不能能从从本本质质上上真真正正认认识识疾疾病病发发生生的的根根本本原原因因，更更不能从根本上治愈疾病和阐明疾病的发病机制。不能从根本上治愈疾病和阐明疾病的发病机制。人类对疾病的认识：1/4/202358 现现代代分分子子生生物物学学已已经经对对医医学学的的各各个个领领域域产产生生了了全全面面而而深深刻刻的的影影响响，并并逐逐步步形形成成了了一一系系列列以分子冠名的交叉学科。以分子冠名的交叉学科。如如分分子子遗遗传传学学、分分子子免免疫疫学学、分分子子病病理理学学、分分子子血血液液学学、分分子子肿肿瘤瘤学学、分分子子病病毒毒学学、分分子子流行病学流行病学等。等。由由于于生生命命本本质质的的高高度度一一致致性性，使使得得这这些些学学科科可可以以使使用用同同一一套套理理论论、同同一一套套技技术术，来来解解释释和和研研究究不不同同的的病病理理、生生理理现现象象，甚甚至至治治疗疗不不同同的疾病的疾病。1/4/202359 由由于于分分子子生生物物学学的的发发展展和和渗渗透透，各各种种生生理理和和病理现象都可能从基因水平找到答案。病理现象都可能从基因水平找到答案。肿瘤发生与癌基因和肿瘤抑制基因。肿瘤发生与癌基因和肿瘤抑制基因。表表明明生生物物机机体体各各种种各各样样的的生生命命现现象象及及生生理理和和病理表现，几乎无一不与基因有关。病理表现，几乎无一不与基因有关。药物的耐药性与抗药基因。药物的耐药性与抗药基因。1/4/202360 由由于于分分子子生生物物学学在在医医学学上上的的不不断断渗渗透透和和影影响响，导导致致基基础础医医学学和和临临床床医医学学从从基基因因水水平平来来探探讨讨多多种种多多样样的的生生命命现现象象，基基因因诊诊断断和和基基因因治治疗疗的的开开展展是是分分子子生生物物学在医学领域中应用的典范。学在医学领域中应用的典范。1/4/202361（一）分子生物学在基础医学中的应用（一）分子生物学在基础医学中的应用 基基础础医医学学是是整整个个医医学学科科学学的的基基石石，分分子子生生物物学学不不仅仅是是生生命命科科学学的的前前沿沿，也也是是整整个个基基础础医医学学的的前前沿沿。今今后后总总的的发发展展趋趋势势仍仍然然是是分分子子生生物物学学向向医医学学，特特别别是是基基础础医医学学广泛交叉、渗透和影响。广泛交叉、渗透和影响。1/4/202362 1.1.对对人人的的生生理理功功能能和和疾疾病病机机制制的的研研究究,已已由由整整体体水水平平、器器官官水水平平进进入入到到细细胞胞和和分分子子水水平平；对对生生命命的的了了解解，由由表表面面现现象象观察进入了本质的探讨。观察进入了本质的探讨。1/4/202363 2.2.基基础础医医学学中中不不断断出出现现新新的的边边缘缘学学科科，如如分分子子生生理理学学、分分子子药药理理学学、分分子子病病理理学学、分分子子遗遗传传学学、分分子子免免疫疫学学、分分子子病病毒毒学学、分分子子肿肿瘤瘤学学、分分子子神神经经生生物物学学等等等。等。1/4/202364 3.3.传传统统上上按按“形形态态”和和“机机能能”来来进进行行基基础础医医学学各各个个学学科科划划分分的的界界限限已已日日益益模模糊糊,出出现现了了各各学学科科在在分分子子水水平平上上进进行行整整合的趋势。合的趋势。1/4/202365 4.4.开开始始改改变变传传统统生生物物学学的的研研究究方方法法和和策策略略，形形成成了了直直接接从从基基因因水水平平入入手手,研研究究基基因因型型和和表表型型的的相相互关系。互关系。1/4/202366（二）分子生物学在病理学中的应用（二）分子生物学在病理学中的应用 由由于于分分子子生生物物学学向向病病理理学学的的渗渗透透,出出现现“分子病理学分子病理学”这样一个新学科。这样一个新学科。分分子子生生物物学学理理论论和和技技术术彻彻底底改改变变了了病病理理学学和和实实验验医医学学的的面面貌貌,开开始始从从基基因因水水平平来来进进行行疾疾病病诊诊断断。应应用用于于分分子子病病理理学学的的基基因因检测技术，揭示了疾病发生的分子事件。检测技术，揭示了疾病发生的分子事件。1/4/202367（三）基因诊断（三）基因诊断 由由于于重重组组DNADNA技技术术的的问问世世,人人们们对对于于许许多多疾疾病病的的认认识识,已已经经深深入入到到基基因因水水平平。一一种种从从基基因因水水平平对对疾疾病病进进行行诊诊断断的的新新技技术术基基因因诊诊断断技技术术得得以以诞诞生和发展。生和发展。基基因因诊诊断断：在在DNADNA水水平平或或RNARNA水水平平,应应用用核核酸酸分分 子子 杂杂 交交 技技 术术、限限 制制 性性 内内 切切 酶酶 长长 度度 多多 态态 性性（RFLPRFLP）连连锁锁分分析析、PCRPCR技技术术、DNADNA序序列列分分析析技技术术以以及及近近年年发发展展起起来来的的DNADNA芯芯片片技技术术等等,对对人人类类疾疾病病进行诊断。进行诊断。1/4/202368 基因诊断基因诊断技术技术核酸分子杂交：核酸分子杂交：Southern Southern 印迹印迹杂交杂交技术：技术：19751975年，年，Southern EMSouthern EM发明。发明。从生物体的细胞中提取基因组从生物体的细胞中提取基因组DNADNA，并从中鉴别出某一特并从中鉴别出某一特异的核苷酸序列。异的核苷酸序列。NorthernNorthern印迹杂交技术：印迹杂交技术：19771977年年AlwineAlwine JC JC等发明。等发明。用于样品中某种用于样品中某种mRNAmRNA分子的定量，分子量大小的测定。分子的定量，分子量大小的测定。原理：原理：RNARNA分子在变性琼脂糖凝胶中电泳，按分子量大小分子在变性琼脂糖凝胶中电泳，按分子量大小不同而相互分离，其原理与不同而相互分离，其原理与SouthernSouthern转移技术的方法类似。转移技术的方法类似。细胞原位杂交技术：细胞原位杂交技术：19691969年，年，ParduePardue等建立。等建立。1/4/202369基因诊断技术基因诊断技术聚合酶链式反应聚合酶链式反应 (polymerase chain(polymerase chain reaction,PCR)reaction,PCR)：19851985年，年，Mullis KMullis K首创。首创。体外模拟细胞内体外模拟细胞内DNADNA复制过程，进行体外基复制过程，进行体外基因扩增。因扩增。1/4/202370基因诊断技术基因诊断技术基因芯片（基因芯片（Gene chipsGene chips）技术：）技术：基基因因芯芯片片技技术术:将将大大量量探探针针固固定定于于支支持持物物上上，与与标标记记的的样样品品进进行行杂杂交交。可可一一次次性性对对样样品品中中大大量量序序列列进进行行检检测测和分析。和分析。解解决决了了传传统统核核酸酸杂杂交交技技术术操操作作繁繁杂杂、检检测测效效率率低低的的问题。问题。通通过过设设计计不不同同的的探探针针阵阵列列和和使使用用特特定定的的分分析析方方法法，使该技术具有多种不同的应用价值。使该技术具有多种不同的应用价值。如如基基因因表表达达谱谱分分析析、基基因因突突变变检检测测、多多态态性性分分析析、基因诊断等。基因诊断等。1/4/202371叠加图：绿色代表下调；红色代表上调；黄色无差异。正常样品Cy3标记待测样品Cy5标记叠加石奕武，胡维新等：多发性骨髓瘤的基因表达谱分析，湖南医科大学学报，2003，28（3）：2012051/4/2023721/4/2023731/4/202374基因诊断的其它技术：基因诊断的其它技术：DNADNA序列分析技术（序列分析技术（DNA sequencingDNA sequencing）；）；限制性内切酶长度多态性（限制性内切酶长度多态性（RFLPRFLP）；）；PCR-SSCPPCR-SSCP等。等。1/4/202375 在在法法医医学学中中利利用用DNADNA指指纹纹图图谱谱技技术术进进行行刑刑事事侦破和亲子鉴定。侦破和亲子鉴定。临临床床上上对对遗遗传传病病、传传染染病病及及常常见见疾疾病病（如如肿瘤、心血管疾病等）的诊断。肿瘤、心血管疾病等）的诊断。基因分型。基因分型。基基因因诊诊断断是是通通过过直直接接检检测测目目的的基基因因（或或该该基基因因的的转转录录产产物物）的的存存在在状状态态对对疾疾病病作作出出诊诊断断的的方法。方法。基因诊断的用途1/4/202376 基基因因诊诊断断技技术术不不仅仅用用于于出出生生后后人人群群的的疾疾病病诊诊断断,而而且且还还应应用用于于产产前前基基因因诊诊断断和和着着床床前前诊诊断断，这这样样可可大大大大减减少少有有先先天天性性疾疾病病或或携携带带遗遗传传性性疾疾病病基基因因的的胎胎儿儿出出世世，促促进进优优生生优育，提高人口素质。优育，提高人口素质。产前基因诊断和着床前诊断产前基因诊断和着床前诊断1/4/202377 基基因因诊诊断断技技术术也也为为流流行行病病学学调调查查以以及及食食品品卫卫生生检检验验和和环环境境卫卫生生监监测测等等工工作作开开创创了了崭崭新新的的领领域域,使使诊诊断断技技术术进进入入一一个个新新的的、更更高高的的水水平平,从从而而刷刷新新了了医医学学诊诊断的面貌。断的面貌。1/4/202378(四四)基因治疗基因治疗(gene therapy)(gene therapy)基基因因治治疗疗是是分分子子生生物物学学理理论论与与技技术术的的飞飞速速发发展展给给医医学学带带来来新新的的希希望望和和新新的的治治 疗疗 手手 段段，开开 辟辟 了了 治治 疗疗 学学(therapeutics)(therapeutics)的的新新纪纪元元。基基因因治治疗疗是是临临床床医医学学中中发发展展起起来来的的新新领领域域，发发展展十十分迅速。分迅速。1/4/202379 基基因因治治疗疗技技术术的的发发展展与与整整个个医医学学科科学学的的发发展展以以及及许许多多分分子子生生物物学学新新理理论论、新新技技术术、新新方方法法的的应应用用密密切切相关。相关。临临床床基基因因治治疗疗研研究究已已经经得得到到了了迅迅速速发发展展，基基因因治治疗疗的的范范围围从从单单基基因因缺缺陷陷遗遗传传病病扩扩大大到到多多基基因因遗遗传传病病（恶恶性性肿肿瘤瘤、心心血血管管病病、免免疫疫性性疾疾病病等等）以以及及传传染染性性疾病（如肝炎、艾滋病等）。疾病（如肝炎、艾滋病等）。1/4/202380 狭狭义义基基因因治治疗疗：目目的的基基因因导导入入靶靶细细胞胞后后与与宿宿主主细细胞胞内内的的基基因因发发生生整整合合、成成为为宿宿主主基基因因组组的的一一部部分分，目目的的基基因因表表达达产产物起治疗疾病的作用。物起治疗疾病的作用。广广义义基基因因治治疗疗：包包括括通通过过基基因因转转移移技技术术，使使目目的的基基因因得得到到表表达达，封封闭闭、剪剪切切致致病病基基因因的的mRNAmRNA，或或自自杀杀基基因因产产物物催催化化药药物物前前体体转转化化为为细细胞胞毒毒性性物物质质，杀杀死死肿肿瘤瘤细细胞胞，从而达到治疗疾病的目的。从而达到治疗疾病的目的。1/4/202381 随随着着人人类类基基因因组组遗遗传传信信息息的的全全部部破破译译和和基基因因功功能能的的澄澄清清，临临床床医医生生有有可可能能根根据据病病人人的的需需要要，将将外外源源基基因因导导入入患患病病的细