《遗传物质DNA》PPT课件.ppt

分子生物学导论分子生物学导论IntroductionofMolecularBiology周四周四第第3、4小节小节1本次内容本次内容1 1 个人简介个人简介2 课程安排3 考试安排 4 绪论5 第一章 DNA是遗传物质21 1 个人简介个人简介姓名：姓名：梁荣奇梁荣奇籍贯：籍贯：山东莒县山东莒县学历：学历：博士博士职称：职称：副教授副教授专业：专业：作物遗传育种作物遗传育种方向：方向：转基因小麦转基因小麦3 Email:办公室：农学楼339 电话：6273 1064 4本次内容本次内容1 1 个人简介个人简介2 课程安排3 考试安排 4 绪论5 第一章 DNA是遗传物质5周次学时讲 课 内 容22绪论；32DNA是遗传物质,染色体；DNA的结构；52DNA的复制62DNA的突变与修复72DNA的转座、遗传重组82mRNA的转录92RNA剪切和加工102原核生物的转录调控112真核生物的转录起始与调控122蛋白质的翻译，转运132分子生物学实验技术(质粒、PCR、电泳等)142DNA与蛋白质互作、酵母单杂交核双杂交等教教 学学 日日 历历6本次内容本次内容1 1 个人简介个人简介2 2 课程安排课程安排3 考试安排 4 绪论5 第一章 DNA是遗传物质7结业成绩100分 平时成绩（10%）期末考试（90%）8平时成绩1、从DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译3个方面，叙述真核生物和原核生物的异异同同。（30分）2、查找1篇植物分子生物学、植物分子遗传学或植物基因工程方面的英文英文研究论文（2010年年1月以后发表月以后发表），并根据文章内容，用中文中文回答回答：1）为什么做?做什么?怎么做?结果如何?2）新颖之处(创新点)；2）如果你对该研究感兴趣，想开展后续后续研究，做什么内容？（20分）3、课堂作业2-3次。（30分）4、不定期考勤。（20分）9期末考试题型1、名词解释（10题，20分）2、是非题（10题，20分）3、单项选择（10题，20分）4、简答题（7选5，40分）10考试人数121，最高98分，最低55分，平均79.8分。80分以上占到50%。2008-20092008-2009学年春季学期学年春季学期11考试人数89（缺考1人），最高98分（3人），最低60分，平均83.91分。80分以上占到76.4%。6065分2人。2009-20102009-2010秋季学期秋季学期1213本次内容本次内容1 1 个人简介个人简介2 2 课程安排课程安排3 3 考试安排考试安排 4 绪论5 第一章 DNA是遗传物质144.1 4.1 什么是分子生物学什么是分子生物学广义：Molecular Biology 蛋白质及核酸等生物大分子的形态、结构与功能的研究都属于分子生物学的范畴，也就是从分子水平阐明生命现象和生物学规律。15狭义：Biology of Nucleic Acid 分子生物学偏重于核酸的研究，主要研究基因和DNA的结构，DNA的复制、转录，RNA的翻译，基因表达调控的过程，其中也涉及到与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能。164.2 4.2 分子生物学起源、简史分子生物学起源、简史序幕1869年 Miescher首次提取鲑鱼精子DNA1910年 Kossel首次获得单核苷酸(腺嘌呤、胸线嘧啶)奠基时期Mendel、Morgan大发展时期1944年 Griffith和Avery 肺炎球菌转化实验1952年 Hershey和Chase 证实DNA是遗传物质1953年 Watson和Crick DNA双螺旋模型1965年 Watson和Monod 操纵子学说17DNA到底是什么样的呢到底是什么样的呢 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。？18分子生物学时代分子生物学时代对对DNA分子的物理化学研究导致了分子的物理化学研究导致了现代生物学翻天覆地的革命现代生物学翻天覆地的革命二、分子生物学发展简史二、分子生物学发展简史 历年历年诺贝尔生理医学和化学奖诺贝尔生理医学和化学奖19The Nobel Prize in Chemistry 1946 for his discovery that enzymes can be crystallizedfor their preparation of enzymes and virus proteins in a pure formJames Batcheller Sumner萨姆纳萨姆纳 John Howard Northrop诺思罗普诺思罗普 Wendell Meredith Stanley斯坦利斯坦利 CornellUniversityRockefellerInstituteUSARockefellerInstituteUSA1891-19871904-19711887-195520The Nobel Prize in Chemistry 1958“for his work on the structure of proteins,especially that of insulin（胰岛素胰岛素）Frederick Sanger CambridgeUniversity1918-Beadle&Tatum Onegene-oneenzyme细菌的基因重组和细菌的基因重组和遗传物质结构方面的发现遗传物质结构方面的发现 化学过程的遗传调节的研究化学过程的遗传调节的研究 J.Lederberg(33y)21James Watson(34y)Francis Crick(46y)Maurice Wilkins(46y)DNADoubleHelixmodel1953The Nobel Prize in Physiology or Medicine 196222WatsonCrickWilkinsFranklin23M.H.F.Wilkins&Rosalind Franklin Xray photograph of DNA with high quality(核糖与磷酸连接成的扭曲绳子，每一节上都有核糖与磷酸连接成的扭曲绳子，每一节上都有配对的碱基配对的碱基)1951.KingsLab.LondonUniversityUK2425Rosalind E.Franklin1920-1958 20002000年年，伦伦敦敦大大学学国国王王学学院院决决定定把把新新建建的的一一座座生生物物系系大大楼楼命命名名为为“弗弗兰兰克克林林威威尔尔金金斯斯”大大楼楼，以以纪纪念念她她在在生生物物学学领领域域的巨大贡献；的巨大贡献；20022002年年，英英国国皇皇家家学学会会设设立立3 3万万英英镑镑的的“弗弗兰兰克克林林奖奖章章”，以以奖奖励励像像她她那那样样在在科科研研领领域域做做出出重重要要贡贡献献的科学家。的科学家。26Francois Jacob(44y)Jacques Monod(55y)(French)Lac.OperonTheoryThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1965ConceptofmRNA27The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968R.Holley H.G.Khorana M.Nirenberg H.GobindKhorana(46y)HowtosynthesizetripletRNAMarshallNirenberg(41y)GeneticcodonRobertHolley(46y)tRNAphecloverleafstructure28PhagegroupPhageinfectioncycleDNAasgeneticmaterialM.Delbruck1906-1981 A.Hershey1908-1997The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969Luria1912-1991 29Howard Temin(41y)David Baltimore(37y)Reversetranscription（引发癌症的内因）（引发癌症的内因）The Nobel Prize in Physiology or Medicine 197530The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1978for the discovery of restriction enzymes and their application to problems of molecular geneticsWerner Arber SwitzerlandBiozentrumderUniversitt1929-Daniel Nathans JohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicineBaltimore,USA1928-1999Hamilton O.Smith JohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicineBaltimore,USA1931-31The Nobel Prize in Chemistry 1980Walter Gilbert BiologicalLaboratoriesCambridge,MA,1932-for their contributions concerning the determination of base sequences in nucleic acidsMRCLaboratoryofMolecularBiologyCambridge,GreatBritainFrederick Sanger 1918-32The Nobel Prize in Chemistry 1980for his fundamental studies of the biochemistry of nucleic acids,with particular regard to recombinant-DNA“（DNA重组）重组）Paul Berg StanfordUniversity1926-33Barbara McClintock(81y)DNAtransposableelementThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 198334Barbra McClintock19021902年年6 6月月1616日出生于美国康涅狄格州；日出生于美国康涅狄格州；19441944年，成为美国全国科学院院士；年，成为美国全国科学院院士；第二年开始担任美国遗传学会主席；第二年开始担任美国遗传学会主席；19481948年年第第一一次次公公开开介介绍绍了了一一个个术术语语：转转座子。座子。19651965年年，Jacob,Monod,Jacob,Monod,因因提提出出操操纵纵子子，获得了诺贝尔奖获得了诺贝尔奖19761976年年，科科学学家家惊惊讶讶于于她她超超越越时时代代的的科科学发现。学发现。19831983年年，第第一一位位独独立立获获得得诺诺贝贝尔尔奖奖的的女女科学家。科学家。19921992年年9 9月月2 2日日，在在冷冷泉泉港港去去世世，终终年年9090岁。岁。她一生未婚，只对玉米情有独钟。她一生未婚，只对玉米情有独钟。35LastmodifiedMay10,2001Copyright?2001TheNobelFoundationTheOfficialWebSiteofTheNobelFoundationLastmodifiedMay10,2001Copyright?2001TheNobelFoundationTheOfficialWebSiteofTheNobelFoundationLastmodifiedMay10,2001Copyright?2001TheNobelFoundationTheOfficialWebSiteofTheNobelFoundationfor their discovery of catalytic properties of RNA RibozymeSidney Altman YaleUniversityNewHaven,CT,USA1939-Thomas R.Cech UniversityofColoradoBoulder,CO,USA1947-The Nobel Prize in Chemistry 198936The Nobel Prize in Chemistry 1993发明了重新编组发明了重新编组DNADNA的的“寡聚核苷酸寡聚核苷酸定点突变定点突变”法法 Michael Smith UniversityofBritishColumbiaVancouver,Canada1932-2000forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)methodKary B.Mullis1944-37The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1993因发现断裂基因因发现断裂基因而共同获得而共同获得诺贝尔生理学诺贝尔生理学或医学奖或医学奖 罗伯茨罗伯茨(RichardJ.Roberts)夏普夏普(PhillipA Sharp 38The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1997因因发发现现了了一一种种全全新新的的蛋蛋白白致致病病因因子子朊朊蛋蛋白白，并并在在其其致致病病机机理理的的研研究究方方面面做做出出了了杰杰出贡献，出贡献，而而获获得得诺诺贝贝尔尔医医学学及及生理学奖。生理学奖。普鲁西纳普鲁西纳(StanleyB.Prusiner39德裔德裔美籍科学家布洛贝尔荣获美籍科学家布洛贝尔荣获 19991999年度诺贝尔年度诺贝尔生理医学奖生理医学奖 蛋白质带有控制其在细胞中移动和固定的信号 Nature,1999,401(6754):6253 402002年，美国科学家约翰年，美国科学家约翰芬恩、日本科学家芬恩、日本科学家田中耕一、库尔特田中耕一、库尔特维特里希因发明了对生物维特里希因发明了对生物大分子进行确认和结构分析、质谱分析的方大分子进行确认和结构分析、质谱分析的方法，而共同获得诺贝尔化学奖。法，而共同获得诺贝尔化学奖。2004年，以色列科学家阿龙年，以色列科学家阿龙-西查诺瓦、阿弗西查诺瓦、阿弗拉姆拉姆-赫尔什科和美国科学家伊尔温赫尔什科和美国科学家伊尔温-罗斯罗斯(Irwin Rose)，因三人因突破性地发现人类细，因三人因突破性地发现人类细胞对无用蛋白质的胞对无用蛋白质的“废物处理废物处理”过程，而共过程，而共同获得诺贝尔化学奖。同获得诺贝尔化学奖。2005年，澳大利亚巴里年，澳大利亚巴里马歇尔、罗宾马歇尔、罗宾沃伦沃伦1983年发现了慢性胃炎及消化性溃疡的致病年发现了慢性胃炎及消化性溃疡的致病菌菌幽门螺旋菌。幽门螺旋菌。412006年年,美国科学家安德鲁美国科学家安德鲁法尔和克雷格法尔和克雷格梅梅洛因为他们发现了干扰（洛因为他们发现了干扰（RNAi）机制）机制而被授予诺贝尔生理学或医学奖。而被授予诺贝尔生理学或医学奖。42美国科学家独享美国科学家独享2006年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖 真核转录的分子基础 科恩伯格的贡献是他制作了详细的检晶仪图片，形容了真核细胞转录的整个运传情况。我们在他的图片中可以看到新的RNA反转录脢是如何演变的，和数个在转录过程中必需的其它分子的作用。这些图片是如此的详细，人们可以分清楚不同的原子，使人们可以理解转录机制和转录是如何被管理的。他的父亲亚瑟-考恩伯格也是因为在基因方面的研究获得1959年的诺贝尔生理学或医学奖。老科恩伯格阐述了基因信息是如何从母亲身上传给她的女儿的，而获得诺贝尔医学奖的。科恩伯格59岁，现就职于斯坦福大学医学院。43美英科学家因干细胞研究获美英科学家因干细胞研究获2007诺贝尔医学奖诺贝尔医学奖 两名美国科学家卡佩奇、史密斯以及与英国科学家埃文斯分享殊荣。44美国Woods Hole海洋生物学实验室的Osamu Shimomura（下村修）、哥伦比亚大学的Martin Chalfie和加州大学圣地亚哥分校的Roger Y.Tsien（钱永健，钱学森的堂侄）33位美科学家因位美科学家因位美科学家因位美科学家因发现并发展了绿色荧光蛋发现并发展了绿色荧光蛋发现并发展了绿色荧光蛋发现并发展了绿色荧光蛋白（白（白（白（GFPGFP）而获得）而获得）而获得）而获得20082008诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖 45德国科学家哈拉尔德楚尔豪森（Harald zur Hausen）因发现人乳突淋瘤病毒引发子宫颈癌获此殊荣，两名法国科学家弗朗索瓦丝巴尔西诺西（Franoise Barr-Sinoussi）和吕克蒙塔尼（Luc Montagnier）因发现人类免疫缺陷病毒获此殊荣。20082008年度诺贝尔生理学或医学奖年度诺贝尔生理学或医学奖 46三位科学家都采用了射线蛋白质晶体学的技术，标识出了构成核糖体的成千上万个原子。这些科学家们不仅让我们知晓了核糖体的“外貌”，而且在原子层面上揭示了核糖体功能的机理。“认识核糖体内在工作的机理，对于科学理解生命非常重要。”用三维模型来显示不同的抗生素如何抑制核糖体功能，“这些模型已被用于研发新的抗生素，直接帮助减轻人类的病痛，拯救生命”。核糖体的结构和功能47我国生物化学和分子生物学的进展我国生物化学和分子生物学的进展u我国生物科学家吴宪吴宪20世纪20年代与汪猷汪猷、张昌颖张昌颖等人一道完成了蛋白质变性理论、血液生化检测和免疫化学等一系列有重大影响的研究。48u 20世纪中下叶，我国科学家相继实现了人工全合成有生物学活性的结晶牛胰岛素，采用有机合成与酶促相结合的方法完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成。49 邹承鲁1923年出生于山东青岛,生物化学家。1958年，他参加发起人工合成胰岛素工作，并负责胰岛素A和B链的拆合。这项工作的完成确定了胰岛素全合成路线，为人工合成胰岛素做出了重要贡献。2006年11月23日5时20分在北大医院因病逝世，享年83岁。50诺贝尔奖分布（截止2008）o诺贝尔奖获得最多的国家是美国。美国人口占世界人口总数的比例不到5%,美国获得诺贝尔科学奖的人数却占全球获得该奖人数的70%以上。美国共有278位诺贝尔奖获得者，其中文学奖获得者11位，和平奖19位，经济学奖34位，化学奖54位，物理学奖75位，生理学或医学奖85位。o2008年日本科学家又在物理、化学研究领域有4人得了诺贝尔奖，至今有16位日本科学家得了诺贝尔奖，其中13人获得自然科学奖，物理学7名，化学5名，医学1名，而且多数为日本国内科学家。o英国剑桥大学的分子生物实验室，在50年前不仅完成了DNA结构模型，它还造就了12个诺贝尔奖，25位诺贝尔奖获得者，成为世界科学史上少有的著名研究机构。51获奖次数排名获奖次数排名学校名称学校名称获奖次数获奖次数1哈佛大学(Harvard)302斯坦福大学(Stanford)163加州理工学院(Caltech)153麻省理工学院(MIT)153芝加哥大学(Chicago)156伯克利加州大学(UCBerkeley)146哥伦比亚大学(Columbia)148普林斯顿大学(Princeton)108洛克非勒大学(RockefellerU)1010康奈尔大学(Cornell)811耶鲁大学(Yale)512伊利诺大学(UIllinois，Urbana)412宾夕法尼亚大学(UPenn)412洛杉矶加州大学(UCalifornia，LosAngeles)412圣路易斯华盛顿大学(WashingtonU)412德州大学西南医学中心(UofTexasSouthwesternMedicalCenteratDallas)417麦迪逊威斯康星大学(UWisconsin，Madison)317西雅图华盛顿大学(UWashington)317圣芭芭拉加州大学(UCalifornia，SantaBarbara)317科罗拉多大学(UofColorado，Boulder)317约翰斯霍普金斯大学(JohnsHopkinsU)317旧金山加州大学(UCaliforniaSanFrancisco)3附：附：诺贝尔奖世界大学列表的原址及三个以上诺贝尔奖的大学(以获奖时所在单位为准）美美国国大大学学诺诺贝贝尔尔奖奖排排名名52从基因概念发展到现代基因组定义所历经的不同阶段遗传学发展简史53遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则544.3 4.3 分子生物学的基本原理分子生物学的基本原理u1.1.构成生物体有机大分子的单体在不同生物中都是相同的；u2.2.生物体内一切有机大分子的建成都遵循着各自特定的规则；u3.某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性。55分子生物学研究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的结构与功能生物大分子之间的互作生物大分子之间的互作 DNAprotein Hormonereceptor Enzymesubstrate基因的概念基因的概念基因的结构基因的结构基因的复制基因的复制基因的表达基因的表达基因的重组基因的重组基因的突变基因的突变基因工程基因工程细胞工程细胞工程酶工程酶工程发酵工程发酵工程蛋白质工程蛋白质工程基因分子生物学基因分子生物学结构生物学结构生物学生物技术理论生物技术理论与应用与应用564.4 4.4 分子生物学的方法学分子生物学的方法学1、研究物理和化学性质的方法、研究物理和化学性质的方法 （下页表）（下页表）2、分子生物学的遗传方法、分子生物学的遗传方法 将遗传分析应用于分子领域：推测特定基因和这些基因引起的代谢之间的关系；利用突变体生物，发展模型或方案，来解释基因或其产物在代谢过程中的作用及其与细胞功能的关系。通过定点突变、人工合成核苷酸序列，可以直接检测特定核苷酸序列对蛋白质结构、功能的作用。（反向遗传学）57方法时间简述超速离心超速离心1920s测定分子形状、大小电泳电泳1930s分离蛋白质、核酸电子显微镜1930s直接观测细胞的超微结构放射性同位素示踪器放射性同位素示踪器1940s追踪目标分子的代谢流向柱色谱法1940s通过树脂分离大分子X射线衍射射线衍射1950s精确测定核酸、蛋白质的三维结构氨基酸测序氨基酸测序1950s确定蛋白质（多肽）的氨基酸序列核酸杂交1960s定量评估核酸间的相似性核苷酸测序核苷酸测序1970s确定DNA分子的核苷酸序列重组重组DNA技术技术1970s构建基因工程的新基因人工合成DNA1980s定制合成特定序列的DNA分子单克隆抗体单克隆抗体1980s特异检测蛋白质的特异性PCR1980s快速繁殖目标DNA分子DNA自动测序1990s双脱氧核苷酸片断的加工和阅读偶联基因敲除基因敲除1990s特异失活特定的基因部分分子生物学实验方法回顾部分分子生物学实验方法回顾584.5 4.5 分子生物学研究概况分子生物学研究概况1、核酸的生物合成2、核外DNA的研究3、RNA与蛋白质合成的关系4、核酸的新陈代谢5、重要核酸工具酶的发现596、核酸分子中核苷酸序列的测定 7、核酸高级结构的测定 8、基因表达与调控的机理 9、真核生物与原核生物核酸的差异10、修饰核苷酸和具有重要功能的 小分子活性核苷酸的发现6011、不同核苷酸，核酸与蛋白质之间的相互作用12、细胞核内和其他小分子RNA的结构和特殊功能13、核酸的人工合成14、综合利用上述成果614.6 分子生物学展望分子生物学展望u人类基因组计划：30亿个碱基对序列的测定功能？u基因组测序：截至08年2月，已有726个物种的全基因序列被测定，另有2755个物种的基因组序列测定正在进行中u对遗传学的影响u对生物分类和进化研究的影响u对发育生物学的影响62 4.7 4.7 分子生物学与其他学科的关系分子生物学与其他学科的关系生物化学普通遗传学分子遗传学植物基因工程634.8 4.8 参考书目录参考书目录1、现代分子生物学现代分子生物学 朱玉贤、李毅 高等教育出版社2、基因 本杰明炉因 赵寿元 科学出版社 3、分子遗传学（阎隆飞等）、基础分子生物学 等 电子版电子版4、基因中文版5、gene 64本次内容本次内容1 1 个人简介个人简介2 课程安排3 考试安排 4 绪论5 第一章 DNA是遗传物质655.1、DNA是最普遍的遗传物质 5.1.1 DNA是遗传物质 661944年 Griffith和Avery 肺炎球菌转化实验 转化过程的核心是DNA证明了使证明了使证明了使证明了使 肺炎球菌的肺炎球菌的肺炎球菌的肺炎球菌的遗传特性遗传特性遗传特性遗传特性 发生改变的发生改变的发生改变的发生改变的遗传因子遗传因子遗传因子遗传因子 是是是是DNA,DNA,不是蛋白质不是蛋白质不是蛋白质不是蛋白质67 1952 年，Hershey和Chase用放射性标记T2噬菌体，感染细菌(32P 标记DNA，35S标记蛋白质)该试验直接表明父代噬菌体的DNA进入到细菌中，变成了子代噬菌体的一部分，恰好符合是遗传物质的遗传特性。68DNARNA69谢谢大家，下周再见。谢谢大家，下周再见。70