现代分子生物学第一章.ppt

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1、现代分子生物学第一章 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望Reference：1.P.C.特特纳纳，A.G.麦麦克克伦伦南南等等著著，分分子子生生物物学学(第第三三版版)，科科学学出版社，出版社，2009年年2.Robert F.Weaver,分子生物学（影印版）分子生物学（影印版）科学出版社，科学出版社，20023.Lewin,B.,GENES X.University Press,Oxford.(英文版）英文版）4.4.Lizabeth A.Alli

2、son,Fundamental Molecular Biology,基基础础分子生物学（影印版），高等教育出版社，分子生物学（影印版），高等教育出版社，20085.5.Watson.J.D等等,杨杨焕焕明明 等等(译译)，基基因因的的分分子子生生物物学学(第第6版版)，科学出版社，科学出版社，2009年年7月月6.6.Robert F.Weaver(作作者者),郑郑用用琏琏(译译)，分分子子生生物物学学，科科学出版社，学出版社，2010年年1月月7.赵亚华，基础分子生物学教程（第二版），科学出版社赵亚华，基础分子生物学教程（第二版），科学出版社8.郑用琏，基础分子生物学，高等教育出版社，郑用琏

3、，基础分子生物学，高等教育出版社，20079.叶林柏，郜金荣，基础分子生物学，科学出版社，叶林柏，郜金荣，基础分子生物学，科学出版社，2004 10.李明刚李明刚 编著编著 高级分子遗传学高级分子遗传学 科学出版社科学出版社 200411.J,萨姆布鲁克，萨姆布鲁克，E.F.弗理奇弗理奇,T.曼尼阿蒂斯著曼尼阿蒂斯著,金冬雁金冬雁,黎孟枫等译黎孟枫等译,候云德等校候云德等校:分子克隆实验指南分子克隆实验指南,第三版第三版,科学出版社科学出版社,200312.戴戴余余军军,母母昌昌考考,盛盛继继群群，现现代代分分子子生生物物学学辅辅导导与与习习题题集，中国科学技术大学出版社，集，中国科学技术大学

4、出版社，2011年年7月月常用网站：National Center for Biotechnology Informationhttp:/www.ncbi.nlm.nih.gov/European Bioinformatics Institutehttp:/www.ebi.ac.uk/北京大学生物信息中心http:/ 1 Introduction第一节第一节 分子生物学的概念分子生物学的概念一、广义的概念一、广义的概念：研究蛋白质及核酸等生物大分子的结构和功能，研究蛋白质及核酸等生物大分子的结构和功能，即从分子水平阐明生命现象和生物学规律。即从分子水平阐明生命现象和生物学规律。二、狭义的概念二

5、、狭义的概念：核酸核酸(或基因或基因)的生物学，主要研究基因或的生物学，主要研究基因或DNA的的复制、转录、翻译和表达调控等过程，当然其中复制、转录、翻译和表达调控等过程，当然其中也涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功也涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。能的研究。从基因出发来阐明生命现象和生物学规律。从基因出发来阐明生命现象和生物学规律。一、基因与基因组的结构与功能一、基因与基因组的结构与功能基因的研究一直是分子生物学发展的主线基因的研究一直是分子生物学发展的主线细胞染色体水平细胞染色体水平DNA大分子水平大分子水平反向生物学阶段反向生物学阶段第二节第二节 分子生物学的研究

6、内容分子生物学的研究内容二、二、DNA的复制、转录和翻译的复制、转录和翻译三、基因表达调控的研究三、基因表达调控的研究四、结构分子生物学四、结构分子生物学五、五、DNA重组技术重组技术第三节第三节 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分子生物学：从分子生物学：从分子分子水平理解生命活动水平理解生命活动细胞生物学：从细胞生物学：从细胞细胞水平水平 理解生命活动理解生命活动遗传学：从遗传学：从遗传遗传角度理解生命活动角度理解生命活动 生物化学：从生物化学：从化学组成化学组成角度来理解生物大分子和角度来理解生物大分子和生物代谢。生物代谢。第四节第四节 分子生物学发展的历程分子生物学发

7、展的历程一、对一、对DNA和遗传信息传递的认识阶段和遗传信息传递的认识阶段1944 Avery:DNA是遗传信息的载体；是遗传信息的载体；1952 Hershey和和Chase：进一步证实进一步证实1953 Watson&Crick：DNA 双螺旋模型双螺旋模型1958 Meselson&Stahl:DNA半保留复制模型半保留复制模型 1968年年Okazaki：DNA半不连续复制模型半不连续复制模型1958年年Crick：中心法则中心法则60年代年代Nirenberg、Ochoa&Khorana等等:破译了破译了RNA上编码合成蛋白质的遗传密码上编码合成蛋白质的遗传密码 1961年年,Jac

8、ob和和Monod提出调节基因表达的操纵子提出调节基因表达的操纵子学说学说Central dogmaproteinDNARNAreplicationtranscriptionReverse transcription RNA editingRNA replication translation二、重组DNA技术的建立和发展阶段1967 Gellert：DNA连接酶1970 Smith 和 Wilcox：限制性内切酶1972 Berg:recombinant DNA in vitro1973 Cohen:first used plasmid to clone DNA1977 Gilbert&Sa

9、nger:sequence1986 Mullis:PCR三、重组DNA技术的应用和分子生物学的迅猛发展阶段第五节 分子生物学研究进展一、基因组学一、基因组学(Genomics)：基因组作图、测序及分析的科学基因组作图、测序及分析的科学结构基因组学结构基因组学功能基因组学功能基因组学（一）结构基因组学（一）结构基因组学(structural genomics)1 1、模式生物基因组研究：、模式生物基因组研究：1996年，完成酵母菌基因组测序。年，完成酵母菌基因组测序。1998年年12月，宣告完成线虫完整基因组序列的测定工作，月，宣告完成线虫完整基因组序列的测定工作，这是第一次绘出多细胞动物的基因

10、组图谱。这是第一次绘出多细胞动物的基因组图谱。20002000年年3 3月，已完成了果蝇的基因组测序月，已完成了果蝇的基因组测序2001年年12月月14日，美、英等国科学家宣布绘制出拟南日，美、英等国科学家宣布绘制出拟南芥基因组的完整图谱。芥基因组的完整图谱。为人类的基因组研究提供重要的依据为人类的基因组研究提供重要的依据2、人类基因组计划、人类基因组计划(human genome project)1990 人类基因组计划开始实施 2000 公布人类基因组草图 2003 获得更详细的草图 2006 人类基因组计划彻底完成（二（二）功能基因组学）功能基因组学(functional genomic

11、s)模式生物的功能基因组学模式生物的功能基因组学线虫、果蝇、酵母、拟南芥、水稻线虫、果蝇、酵母、拟南芥、水稻二、蛋白质组学二、蛋白质组学(proteomics)在在特特定定的的时时间间和和特特定定的的空空间间研研究究一一个个完完整整的的生生物物体体（或或细细胞胞）所所表表达达的的全全体体蛋蛋白白质质的的特特征征，包包括括蛋蛋白白质质的的表表达达水水平平，翻翻译译后后的的修修饰饰，蛋蛋白白质质与与蛋蛋白白质质相相互互作作用用等等，从从而而在在蛋蛋白白质质水水平平上上获获得得对对于于有有关关生生物物体体生生理理、病病理理等等过过程程的的全全面认识。面认识。贺福初贺福初-中国人类肝脏蛋白质组计划中国

12、人类肝脏蛋白质组计划 三、基因表达调控机理三、基因表达调控机理 非编码非编码 RNA siRNA and microRNA2002年世界十大科学进展年世界十大科学进展2006年诺贝尔生理学与医学奖年诺贝尔生理学与医学奖Fire and Mello，RNA干扰干扰四、结构分子生物学四、结构分子生物学 研究生物大分子特定的空间结构及结构的运动研究生物大分子特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学功能的科学变化与其生物学功能的科学五、五、DNA重组技术重组技术 1、基因工程、基因工程 2、作为基础研究的手段、作为基础研究的手段一、结构基因组学一、结构基因组学人类基因组人类基因组20012001年年2

13、 2月月1212日中、美、日、德、法、英等日中、美、日、德、法、英等6 6国科学家国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。分析结果。20032003年年4 4月月1414日，日，6国科学家宣布人类基因组序列图国科学家宣布人类基因组序列图率先绘制成功，全部实现率先绘制成功，全部实现HGP的所有目标，并公的所有目标，并公开研究数据和结果。开研究数据和结果。六、六、我国分子生物学研究的进展我国分子生物学研究的进展2002.4 杨焕明杨焕明 Science 水稻全基因组框架序列图水稻全基因组框架序列图 2002.12 韩斌韩斌 Natu

14、re 水稻第四号染色体测序图水稻第四号染色体测序图 2004.12 2004.12 向仲怀、夏庆友向仲怀、夏庆友 Science 家蚕基因组家蚕基因组 框架图框架图2009.10 向仲怀、王俊向仲怀、王俊 Science 桑蚕大规模基因组重测序桑蚕大规模基因组重测序2009.7 陈竺、王升跃、韩泽广陈竺、王升跃、韩泽广Nature 日本血吸虫基因组测序和基因功能分析工作日本血吸虫基因组测序和基因功能分析工作2009.12 汪建、王俊汪建、王俊 Nature 大熊猫的基因组测序工作大熊猫的基因组测序工作二、功能基因组学二、功能基因组学2003年，李家洋，年，李家洋，Nature 阐明了水稻分蘖调

15、控的分子机理阐明了水稻分蘖调控的分子机理张启发张启发 主持的主持的“十五十五”重大专项重大专项“水稻功能基因组水稻功能基因组”课题课题1 1、获得了27万多个独立转化子的突变体；2、分离了9万多条全长cDNA片段并进行序列测定；3、分离出了1200多个新基因并推测了其功能；4、分离出了107个具有重要性状的功能基因并申请了专利；5、分离出了18个具有明显育种前景的功能基因 植物生理生态研究所：植物生理生态研究所：国家国家863计划课题计划课题：棉花功能基因组研究棉花功能基因组研究-棉纤维发育棉纤维发育诣在从基因的角度破解提高棉纤维品质的奥秘。诣在从基因的角度破解提高棉纤维品质的奥秘。课题组的研

16、究人员分离了棉花课题组的研究人员分离了棉花MYB基因基因GaMYB2/FIF1 2005，许田，许田，Cell PB 转座子在哺乳动物细胞和小鼠中的高效转座转座子在哺乳动物细胞和小鼠中的高效转座 在世界上首次创立了一个高效实用的哺乳动物转座因子系统，为大规模研究哺乳动物基因功能提供了崭新途径。三、结构分子生物学三、结构分子生物学2004年，常文瑞，年，常文瑞，Nature 菠菜主要捕光复合物菠菜主要捕光复合物(LHC-II)2.72分辨率的晶体分辨率的晶体结构结构20052005，饶子和，饶子和，CellCell 线粒体膜蛋白复合物线粒体膜蛋白复合物II的精细结构的精细结构 率先在世界上解析了

17、线粒体膜蛋白复合物率先在世界上解析了线粒体膜蛋白复合物II的的精细结构，填补了线粒体结构生物学和细胞生物学精细结构，填补了线粒体结构生物学和细胞生物学领域的空白，成为线粒体呼吸链研究领域的一个新领域的空白，成为线粒体呼吸链研究领域的一个新的里程碑。的里程碑。四、神经生物学四、神经生物学 20052005，饶毅，饶毅，Cell GSK蛋白质的活性对确定神经细胞极性起关键作蛋白质的活性对确定神经细胞极性起关键作用用20052005，张旭，张旭，Cell（神经所）调控阿片类物质镇痛作用的新机制调控阿片类物质镇痛作用的新机制 20052005，马兰，马兰，Cell（复旦大学）药物成瘾的分子神经学机制药

18、物成瘾的分子神经学机制 20052005，袁小兵，袁小兵，Nature （神经所）（神经所）神经纤维最前端生长锥的细胞膜神经纤维最前端生长锥的细胞膜TRPC的阳离子通的阳离子通道具有传递道具有传递“方向指令方向指令”的关键作用的关键作用 20052005，郭爱克，郭爱克，Science 果蝇跨模态学习的相互作用果蝇跨模态学习的相互作用 五、其他五、其他20052005，刘金华，刘金华，Science（中国农大）（中国农大）高致病性禽流感高致病性禽流感H5N1对候鸟的感染对候鸟的感染20052005，尚永丰，尚永丰，NatureNature（北京大学基础医学院）（北京大学基础医学院）雌激素和三苯

19、氧胺诱发子宫内膜癌的分子机理雌激素和三苯氧胺诱发子宫内膜癌的分子机理2005，邓子新，邓子新，Molecular Microbiology DNADNA大分子上一种新的硫修饰大分子上一种新的硫修饰2006.6.3 0,武维华武维华,Cell 发现蛋白激酶发现蛋白激酶CIPK23在在K+低浓度情况下可以低浓度情况下可以调控调控K+运输，并且也证明编码运输，并且也证明编码CIPK23蛋白的基因蛋白的基因LKS1受到损伤将极大的降低受到损伤将极大的降低K+的吸收，从而引起的吸收，从而引起叶子萎黄病叶子萎黄病(chlorosis)和生长抑制和生长抑制 2004,2004,薛勇彪，薛勇彪，Plant c

20、ellPlant cell（2 2篇）篇）在植物有性生殖自交不亲和的分子机理研在植物有性生殖自交不亲和的分子机理研究取得突破性进展究取得突破性进展 上海植物生理生态所：关于miRNA的研究 2004，陈晓亚，Plant cell 发现生长素反应因子ARF10和ARF16是控制根冠发育的关键因子，miRNA160通过调控这两个基因的表达水平影响根冠和侧根的发育。2004，黄海，Plant cell 发现拟南芥RNA-依赖的RNA聚合酶(RdRPs)与转录因子AS1和AS2共同调控叶的发育，植物RDR6-相关的表观遗传途径和AS1-AS2途径协同调控植物的正常发育。这两项成果都说明miRNA对植物的器官发育起重要的调控作用。分子生物学分子生物学不仅是目前自然科学中发展最迅速、不仅是目前自然科学中发展最迅速、最具活力的领域，也是新世纪的带头学科最具活力的领域，也是新世纪的带头学科创新性思维、思路清晰、动手能力、英语、理论基础、视野、兴趣、持之以恒、抗击失败的能力、团队精神、计算机科研人员素质Thank you!Question 1.Explain the terms:Genomics,structural genomics,functional genomics,proteomics2.Describe progresses about the human genome project