【DOC】分子生物学教案(精).docx

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1、分子生物学教案绪论现代生物学探讨的目的是要在分子程度上驾驭细胞的功能并提醒生命的本质。20世纪50年头Watson和Crick关于DNA双螺线模型的提出；60年头Monod和Jacob关于基因调整限制的操纵子学说的提出；以及70年头初期DNA限制性内切酶的发觉和一套DNA体外重组技术基因工程技术的开展，推动了分子生物学在广度深度上的开展。目前，分子程度的生物学探讨，正越来越多地影响传统生物科学的各个领域，如组织学、细胞学、解剖学、胚胎学、遗传学、生理学和进化论。一、引言1.1创世说与进化论在达尔文物种起源发表之前，关于生命和一切生物学现象用创世说来说明，直到19世纪初叶。1859年，英国生物学

2、家达尔文（Charles Darwin）发表了闻名的物种起源一书，确立了进化论的概念。物种起源的中心思想是“物竞天择，适者生存”，认为世界上的一切生物都是可变的，并预言从低级到高级的改变过程中必定有过渡物种存在。达尔文关于生物进化的学说及其唯物主义的物种起源理论，是生物科学史上最宏大的创举之一。具有不行磨灭的奉献。为了纪念这位宏大的生物科学大师，人们把进化论称为“达尔文学说”。1.2细胞学说17世纪末叶，荷兰显微镜专家Leeuwenhoek胜利制作了世界第一架光学显微镜，在显微镜下看到了微小动物，称为“微动物”（animalcule）。若干年后，人们才知道他们是单细胞生物。大约与Leewenh

3、ock同时代的Hooke，第一次用“细胞”这个概念来形容组成软木的最根本单位。但直到19世纪中叶，这个概念正式被科学界所承受。德国植物学家Schleiden探讨被子植物的胚囊，Schwann探讨蛙类的胚胎组织，一样的探讨方向，相像的探讨方法，是他们获得了一样见解，共同创立了生命科学的根底理论细胞学说。如今我们知道，每一个动植物个体事实上是千千万万个生命单元的总和，而这些微小单元细胞，包含了全部的生命信息。1.3经典的生物化学和遗传学进化论和细胞学说相结合，产生了作为主要试验科学之一的现代生物学。而已探讨动植物遗传变异规律为目的的遗传学和以分别纯化、鉴定细胞内含物质为目的的生物化学则是这一学科的

4、两大支柱。19世纪中叶，科学家发觉蛋白质物质；生物化学家Buchner第一个合成乙醇，证明蛋白质是生活细胞中化学反响的执行者和催化剂；19世纪到20世纪，20种氨基酸被相继发觉；生物学家Fisher论证了相邻氨基酸之间的“肽键”；脂类、糖类、核酸也相继被相识和纯化。1865年奥地利遗传学家孟德尔（Gregor Mendel）发觉并提出遗传定律，被公认是经典遗传学的奠基人。孟德尔认为，生物的每一种形态都是由遗传因子限制的，第一次提出“遗传因子”概念。1910年美国遗传学家Morgan发觉遗传第三大规律，第一次将代表某一特定形态的基因，同某一特定的染色体联络起来，提出基因学说并提出“基因”的概念。

5、1.4DNA的发觉但是，直到1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋模型之前，人们对基因的理解仍旧是抽象的、概念化的，缺乏精确的物质内容。1928年，英国科学家Griffith等人发觉，肺炎链球菌（S型和R型）使小鼠死亡的缘由是引起肺炎。1950年，美国闻名的微生物学家Avery和他的同事提出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多年后，试验说明，DNA就是转化源。1952年美国遗传学试验室科学家Hershey和他的学生Chase进一步证明了Avery的观点。至此，Avery等人的工作打破了只有蛋白质才可以担当确定

6、细胞生物学特性和遗传的重托，在遗传学理论上树立了全新的观点DNA是遗传信息的载体。二、分子生物学简史2.1 分子生物学的定义分子生物学是从生物化学、生物物理学、遗传学、微生物学等多种学科，经过互相交互、互相浸透而产生的。是在分子程度上探讨生命现象的一门新兴边缘学科。它以核酸和蛋白质等生物大分子的构造及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为探讨对象，是当前生命科学中开展最快的重要前沿领域。在20世纪下半叶，由于分子生物学获得的很多成就，使得生物学成为自然科学的带头学科，它的理论和方法已浸透到生命科学的几乎每一个领域，为生命科学的探讨带来了很多新的思维方式和探讨手段。那么什么是分子生物学呢？分子生物

7、学就是在分子程度上探讨生物的构造、组织和功能的科学，并试图依据化学和物理规律来说明生命现象。分子生物学是人类从分子程度上真正揭开生物世界的奇妙，由被动适应自然转向主动改造自然的根底学科。分子生物学以生物大分子为探讨对象，已成为现代生物学最具活力的学科之一。分子生物学的诞生可以与细胞的发觉，进化论的奠定媲美，它是20世纪自然科学宏大成就之一。2.2分子生物是开展简史2.3分子生物学的探讨内容2.3.1分子生物学的根本原理 全部生物体中的有机大分子都是以碳原子为核心，并以共价键的形式与氢、氧、氮及磷以不同方式构成的。不仅如此，一切生物体中的各类有机大分子都是由完全一样的单体，如蛋白质分子中的20种

8、氨基酸、DNA及RNA中的8种碱基所组合而成的，由此产生了分子生物学的3条根本原理： 构成生物体有机大分子的单体在不同生物中都是一样的；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；某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子确定了它的属性。 2.3.2 分子生物学探讨内容分子生物学产生的初始，有两个主要探讨方向：一是以化学或物理为主，这种探讨生物大分子的构造，特殊是蛋白质的三维构造；另一方面是以生物学为主，探讨生物信息的传递和复制。后来，在20世纪50年头初期，两个流派集合并与其他学科领域不断交融，形成了现代分子生物学。从外表看，分子生物学涉猎范围极为广袤，探讨内容也好像应有尽有。事实上，它

9、所探讨的内容不外乎四个方面： 生物大分子的构造功能探讨 一个生物大分子，不管是核算、蛋白质还是多糖，在发挥其生物功能时，必需要拥有自己特定的空间构造和在发挥生物学功能时存在的构造和构象的改变。这局部内容就是要探讨生物大分子特定的空间构造及构造的运动改变与其生物学功能关系。 基因表达调控探讨 生物体内的基因是按肯定程序、有序的表达，才有了生物的生长、发育、苍老、死亡。表达程序不同不同的性状，病变。基因表达存在时空差异，调控多彩的世界。 一个受精卵一个植株、个体分化出根、茎、叶、花。基因表达本质上就是遗传信息的转录与翻译。基因表达的调控主要发生在转录程度和翻译程度上，并且原核生物和真核生物的调控机

10、制不一样。具体的机制我们在以后的章节中会具体介绍。 DNA重组技术 该技术时20世纪70年头初兴起的技术科学，目的是将不同的DNA片段依据人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。DNA重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶工程、微生物学、遗传学、细胞学长期深化探讨的结晶，而限制性内切酶、DNA连接酶及其他工具酶的发觉和应用则是这一技术得以建立的关键。 基因组、功能基因组与生物信息学探讨 随着近年来的探讨，很多生物的基因组被破译，如我们人类的基因、拟南芥、果蝇等，这些大大丰富了我们的学问宝库，加快了人类相识自然和改造自然的步伐。随着计算机的

11、飞速开展，生物信息学也随之诞生。人们可以利用生物信息学学问，借助于计算机，最大限度地开发和运用基因组学所带来的浩大数据。三、 分子生物学的探讨进展1.基因工程的探讨成就 植物基因工程：抗除草剂作物、改进蛋白贮存的种子、抗虫作物、改进的药用植物等等； 动物基因工程：主要是转基因动物及其开展； 基因工程多肽药物与疫苗：胰岛素、干扰素等； 基因诊断与基因治疗：如血友病等； 环境监测与净化2.分子生物学探讨成就 关于原核生物：致力于绘制大肠杆菌等的基因图谱； 肿瘤 关于艾滋病 心血管疾病：基因调控同蛋白代谢障碍的关系； 脑和神经的生物学 人类基因组四、 分子生物学探讨现状和开展趋势 分子生物学的探讨和开展轨迹根本上遵循两个大方向： 1. 不断把本学科理论和技术引向深化。目前及今后相当长时期内，将在基因探讨、基因表达调控探讨、构造分子生物 学探讨、信号传导等四大前沿领域开展深化长久的工作，由此开拓新的前沿领域和新的生长点。 2. 不断与其他学科进入深化的横向联络和穿插交融，以期分子，细胞，整体程度探讨和得到和谐的统一，使表型和基因型的关系得到客观精确的说明。在这一方面，细胞分子生物学、发育分子生物学和神经分子生物学作为生物医学中最具有重要和生命力的“三驾马车”，将领先组合，启动和快速向前奔跑，并将获得打破性成果。