现代分子生物学第一章幻灯片.ppt

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1、现代分子生物学第一章第1页，共66页，编辑于2022年，星期一课程基本要求课程基本要求熟知核酸的基本生物化学特性；熟知核酸的基本生物化学特性；熟知生物信息的储存与表达过程；熟知生物信息的储存与表达过程；掌握掌握DNA、RNA和蛋白质的基本代谢过程，特别是基因和蛋白质的基本代谢过程，特别是基因的一般结构与生物功能，基因活性的修饰与调节；的一般结构与生物功能，基因活性的修饰与调节；掌握分子克隆与掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原理，了解现代分重组的基本技术与原理，了解现代分子生物学基本研究方法，了解基因治疗与基因组学的新成子生物学基本研究方法，了解基因治疗与基因组学的新成果，新进展。果，新进展

2、。第2页，共66页，编辑于2022年，星期一主要参考书主要参考书1现代分子生物学现代分子生物学朱玉贤、李毅第三版（朱玉贤、李毅第三版（2007）2.GenesVIII(IX).BenjaminLewin3.MolecularBiologyoftheGeneJamesD.Watson,etal.2004第五版第五版4.现代遗传学原理现代遗传学原理徐晋麟等，科学出版社，徐晋麟等，科学出版社，20015.LehningerPrinciplesofBiochemistry,2005第五版第五版第3页，共66页，编辑于2022年，星期一第一章第一章 绪绪 论论第4页，共66页，编辑于2022年，星期一一

3、、二十一世纪是现代生物科学的世纪一、二十一世纪是现代生物科学的世纪统计美国统计美国“科学引文索引（科学引文索引（ScienceCitationIndex,SCI）”收录的收录的6080余种学术刊物，发现有余种学术刊物，发现有4000种左种左右为生物科学相关杂志！右为生物科学相关杂志！统计全世界引用指数（统计全世界引用指数（Impactfactor）在）在10以上的超一流以上的超一流学术刊物，也发现学术刊物，也发现80%左右是生物科学相关刊物。左右是生物科学相关刊物。第5页，共66页，编辑于2022年，星期一第6页，共66页，编辑于2022年，星期一2006年年SCI收录的收录的6000余种期刊

4、的影响因子中余种期刊的影响因子中CA-CANCERJCLIN63.342ANNUREVIMMUNOL47.237NEWENGLJMED44.016ANNUREVBIOCHEM36.525NATREVCANCER31.583NATREVMOLCELLBIO31.354SCIENCE30.028CELL29.194NATREVIMMUNOL28.697NATURE26.681第7页，共66页，编辑于2022年，星期一分子生物学分子生物学是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学；要性、规律性和相互关系的科学；

5、是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。学科。第8页，共66页，编辑于2022年，星期一二、分子生物学发展的三个阶段二、分子生物学发展的三个阶段(一一)准备和酝酿阶段准备和酝酿阶段(二二)现代分子生物学的建立和发展阶段现代分子生物学的建立和发展阶段(三三)初步认识生命本质并改造生命的深初步认识生命本质并改造生命的深入发展阶段入发展阶段第9页，共66页，编辑于2022年，星期一二、分子生物学发展的三个阶段二、分子生物学发展的三个阶段(一一)准备和酝

6、酿阶段准备和酝酿阶段（19世纪后期到世纪后期到20世纪世纪50年代初）年代初）1、确定了蛋白质是生命的主要物质基础、确定了蛋白质是生命的主要物质基础;2、确定了生物遗传物质基础是、确定了生物遗传物质基础是DNA第10页，共66页，编辑于2022年，星期一(二二)现代分子生物学的建立和发展阶段现代分子生物学的建立和发展阶段（20世纪世纪50年代初到年代初到70年代初）年代初）1、DNA双螺旋结构模型（双螺旋结构模型（1953）(现代分子生物学诞生的里程碑现代分子生物学诞生的里程碑)2、遗传信息传递中心法则的建立、遗传信息传递中心法则的建立3、对蛋白质结构与功能的进一步认识、对蛋白质结构与功能的进

7、一步认识第11页，共66页，编辑于2022年，星期一(三三)现代分子生物学深入发展的阶段现代分子生物学深入发展的阶段1、重组、重组DNA技术的建立和发展技术的建立和发展;2、基因组研究、基因组研究;3、单克隆抗体及基因工程抗体技术、单克隆抗体及基因工程抗体技术;4、基因表达调控机理、基因表达调控机理;5、细胞信号转导机理研究。、细胞信号转导机理研究。第12页，共66页，编辑于2022年，星期一三、现代分子生物学发展中的主要里程碑三、现代分子生物学发展中的主要里程碑第13页，共66页，编辑于2022年，星期一GregorMendel(1822-1884).TheFatherofGenetics孟

8、德尔孟德尔的的遗传学规律遗传学规律最先使人们对最先使人们对性状遗传性状遗传产生了理性认识产生了理性认识第14页，共66页，编辑于2022年，星期一孟德尔孟德尔（奥地利）的（奥地利）的遗传学规律遗传学规律最先使人们对最先使人们对性状遗传产生了理性认识；性状遗传产生了理性认识；Morgan（美）的（美）的基因学说基因学说则进一步将则进一步将“性状性状”与与“基因基因”相耦联，成为分子遗传学的奠相耦联，成为分子遗传学的奠基石。基石。第15页，共66页，编辑于2022年，星期一 1910年，德国科学家年，德国科学家Kossel第一个第一个分离了腺嘌分离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸呤，胸腺嘧啶和组氨酸,获

9、诺贝尔生理医学奖。获诺贝尔生理医学奖。1959年，美国科学家年，美国科学家Uchoa第一次第一次合成了核糖合成了核糖核酸核酸，实现了将基因内的遗传信息通过，实现了将基因内的遗传信息通过RNA翻译翻译成蛋白质的过程。成蛋白质的过程。1959年，年，Kornberg实现了实现了试管内细菌细胞中试管内细菌细胞中DNA的复制的复制。第16页，共66页，编辑于2022年，星期一Watson和和Crick所所提提出出的的脱脱氧氧核核糖糖酸酸双双螺螺旋旋模模型型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路。为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路。RosalindE.Franklin1920-19581953,W

10、atson&Crick提出提出DNA的反向平的反向平行双螺旋模型行双螺旋模型;Wilkins通过对通过对DNA分子的分子的X射线衍射研射线衍射研究证实了该模型。究证实了该模型。第17页，共66页，编辑于2022年，星期一1961年年，法法国国科科学学家家Jacob和和Monod提提出出并并证证实实了了操操纵纵子子（operon）作作为为调调节节细细菌菌细细胞胞代代谢谢的的分子机制。分子机制。他他们们还还推推测测存存在在一一种种与与DNA序序列列相相互互补补、能能将将它它所所编编码码的的遗遗传传信信息息带带到到蛋蛋白白质质合合成成场场所所并并翻译产生蛋白质的翻译产生蛋白质的mRNA（信使核糖核酸

11、）。（信使核糖核酸）。对分子生物学的发展产生了极其重要的对分子生物学的发展产生了极其重要的指导作用。指导作用。第18页，共66页，编辑于2022年，星期一FrancoisJacob(Left),JacquesMonod(Center)&AndreLwoff(Right),1965分享了诺贝尔生理医学奖分享了诺贝尔生理医学奖第19页，共66页，编辑于2022年，星期一 1968年，年，Nirenberg，Holley和和Khorana共享诺贝尔生共享诺贝尔生理医学奖理医学奖Nirenberg：破译：破译DNA遗传密码；遗传密码；Holley：阐明了酵母丙氨酸：阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列

12、，并证实的核苷酸序列，并证实了所有了所有tRNA具有结构上的相似性；具有结构上的相似性；Khorana：第一个合成了核酸分子，并且人工复制了：第一个合成了核酸分子，并且人工复制了酵母基因。酵母基因。第20页，共66页，编辑于2022年，星期一1972年，年，PaulBerg（美）第一次进行了（美）第一次进行了DNA重组。重组。1977年，年，Sanger和和Gilbert（英）第一次进行（英）第一次进行了了DNA序列分析。序列分析。1980年，获诺贝尔化学奖年，获诺贝尔化学奖第21页，共66页，编辑于2022年，星期一1983年，年，McClintock由于在由于在50年代提出并发现了年代提出

13、并发现了可移动遗传因子可移动遗传因子（jumpinggene或称或称mobileelement）而获得）而获得Nobel奖。奖。BarbraMcClintock第22页，共66页，编辑于2022年，星期一1975年，美国人年，美国人Temin、Dulbecco和和Baltimore由于发现在由于发现在RNA肿瘤病毒中存在以肿瘤病毒中存在以RNA为模为模板，逆转录生成板，逆转录生成DNA的的逆转录酶逆转录酶而共享诺贝尔而共享诺贝尔生理医学奖生理医学奖;1989年，（美）年，（美）Altman和和Cech发现某些发现某些RNA具有具有酶的功能酶的功能而共享而共享Nobel化学奖；化学奖；第23页，

14、共66页，编辑于2022年，星期一1993年，英国科学家年，英国科学家Roberts和和Sharp因发因发现断裂基因（现断裂基因（introns）而获得）而获得Nobel奖；奖；1993年，（美）年，（美）Mullis由于发明由于发明PCR仪而与加拿仪而与加拿大学者大学者Smith（第一个设计基因定点突变）共享（第一个设计基因定点突变）共享Nobel化学奖。化学奖。第24页，共66页，编辑于2022年，星期一1994年，年，Gilman和和Rodbell（美）由于发现了（美）由于发现了G蛋白在蛋白在细胞内信号转导中的作用细胞内信号转导中的作用而分享而分享Nobel生理医学奖；生理医学奖；199

15、9年，年，Blobel（美）由于阐述了（美）由于阐述了蛋白质在细胞间的蛋白质在细胞间的运转机制运转机制而获而获Nobel生理医学奖；生理医学奖；2001年，年，Hartwell(美美)Hunt&Nurse(英英)因对因对细胞周期调细胞周期调控因子控因子的研究分享的研究分享Nobel生理医学奖生理医学奖;第25页，共66页，编辑于2022年，星期一2006年年,美国科学家美国科学家Kornberg由于在揭示由于在揭示真核细胞转录真核细胞转录机制机制方面的杰出贡献获得诺贝尔化学奖。方面的杰出贡献获得诺贝尔化学奖。美国科学家美国科学家Fire和和Mello由于在揭示控制遗传信息流动的由于在揭示控制遗

16、传信息流动的基本机制基本机制RNA干扰干扰方面的杰出贡献而获得诺贝尔方面的杰出贡献而获得诺贝尔生理医学奖。生理医学奖。第26页，共66页，编辑于2022年，星期一四、证明四、证明DNA就是遗传物质的就是遗传物质的主要历史事件主要历史事件 多少年来，人们反复提出的几个与一切生命现多少年来，人们反复提出的几个与一切生命现象有关的问题：象有关的问题：1.生命是怎样起源的？生命是怎样起源的？2.为什么为什么“有其父必有其子有其父必有其子”？3.动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而来动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而来的？的？第27页，共66页，编辑于2022年，星期一17世世纪纪末末叶叶，荷荷兰兰藉

17、藉显显微微镜镜专专家家Leeuwenhoek制制作作成成功了世界第一架光学显微镜。功了世界第一架光学显微镜。Hooke，第第一一次次用用“细细胞胞”这这个个概概念念来来形形容容组组成成软软木的最基本单元。木的最基本单元。1847年年，Schleiden和和Schwann提提出出“细细胞胞学学说说”，证证明动、植物都由细胞组成。明动、植物都由细胞组成。细胞学说细胞学说第28页，共66页，编辑于2022年，星期一分析细胞的组成成分；分析细胞的组成成分；弄清楚这些物质与细胞内生命现象的联系。弄清楚这些物质与细胞内生命现象的联系。19世纪中叶到世纪中叶到20世纪初，是早期生物化学的大世纪初，是早期生物

18、化学的大发展阶段，组成蛋白质的发展阶段，组成蛋白质的20种基本氨基酸被相种基本氨基酸被相继发现，著名生物化学家继发现，著名生物化学家Fisher还论证了连接还论证了连接相邻氨基酸的相邻氨基酸的“肽键肽键”的形成。的形成。经典生物化学经典生物化学第29页，共66页，编辑于2022年，星期一孟孟德德尔尔在在1857年年到到1864年年间间，用用产产生生圆圆形形种种子子的的豌豌豆豆同同产产生生皱皱皮皮种种子子的的植植株株杂杂交交，得得到到几几百百粒粒全全是圆形的是圆形的F1代种子。代种子。第第二二年年，他他种种植植了了253粒粒F1圆圆形形种种子子并并进进行行自自交交，得得到到7324粒粒F2种种子

19、子，其其中中5474粒粒圆圆形形，1850粒粒皱皱皮，圆皱比为皮，圆皱比为3:1。经典遗传学经典遗传学第30页，共66页，编辑于2022年，星期一用用黄黄色色圆圆形形豌豌豆豆与与绿绿色色皱皱皮皮豌豌豆豆做做杂杂交交，发发现现F1种子全是黄色圆形的。种子全是黄色圆形的。自自交交产产生生556粒粒F2代代种种子子中中，黄黄色色圆圆形形315粒粒，黄色皱皮黄色皱皮121，绿色圆形，绿色圆形108，绿色皱皮，绿色皱皮32。四种类型接近于四种类型接近于9:3:3:1。第31页，共66页，编辑于2022年，星期一绿绿 黄黄 圆圆 皱皱F2代代=9:3:3:1第32页，共66页，编辑于2022年，星期一孟德

20、尔总结出孟德尔总结出生物遗传生物遗传的两条的两条基本规律基本规律:第第一一，当当两两种种不不同同植植物物杂杂交交时时，它它们们的的下下一一代代可可能能与与亲亲本本之之一一完完全全相相同同，他他把把这这一一现现象象称称为为统统一一律律。他他认认为为，生生物物的的每每一一种种性性状状都都是是由由遗遗传传因因子子控控制制的的，这这些些因因子子可可以以从从亲代到子代，代代相传。亲代到子代，代代相传。第第二二，将将不不同同植植物物品品种种杂杂交交后后的的F1代代种种子子再再进进行行杂杂交交或或自自交交时时，下下一一代代就就会会按按照照一一定定的的比比例例发发生生分分离离，因因而而具有不同的形式，他把这一

21、现象称为具有不同的形式，他把这一现象称为分离规律分离规律。第33页，共66页，编辑于2022年，星期一在孟德尔遗传学基础上，在孟德尔遗传学基础上，Morgan又提出了又提出了基基因学说因学说。1910年，年，Morgan和他的助手们发现了第一只和他的助手们发现了第一只白眼雄果蝇，称为白眼雄果蝇，称为突变型突变型。正常情况下，果蝇都。正常情况下，果蝇都是红眼的，称为是红眼的，称为野生型野生型。Morgan将白眼雄果蝇将白眼雄果蝇与红眼雌果蝇交配，所产生的与红眼雌果蝇交配，所产生的F1代不论雌雄，代不论雌雄，全为红眼果蝇（孟德尔的统一规律！）。全为红眼果蝇（孟德尔的统一规律！）。第34页，共66页

22、，编辑于2022年，星期一这些这些F1果蝇互相交配所产生的果蝇互相交配所产生的F2有红眼也有白眼，有红眼也有白眼，但所有白眼果蝇都是雄性的，说明该性状与性别但所有白眼果蝇都是雄性的，说明该性状与性别有联系。有联系。Morgan的这一的这一连锁遗传规律连锁遗传规律与孟德尔的遗传性与孟德尔的遗传性状独立分离规律是状独立分离规律是“背道而驰背道而驰”的！的！第35页，共66页，编辑于2022年，星期一当所研究的当所研究的两个基因位于同一染色体上两个基因位于同一染色体上而又距离较而又距离较近时，近时，Morgan的的连锁遗传规律连锁遗传规律起主导作用。起主导作用。当所研究的当所研究的两个基因位于不同染

23、色体上两个基因位于不同染色体上时，孟时，孟德尔的德尔的独立分离规律独立分离规律起主导作用。起主导作用。第36页，共66页，编辑于2022年，星期一证明证明DNA就是遗传物质的就是遗传物质的具有重要意义的实验具有重要意义的实验Griffith（1928）及）及Avery（1944）等人关于致）等人关于致病力强的光滑型（病力强的光滑型（S型）肺炎链球菌型）肺炎链球菌DNA导致致导致致病力弱的粗糙型（病力弱的粗糙型（R型）细菌发生遗传转化的实型）细菌发生遗传转化的实验验;Hershey和和Chase（1952）关于）关于DNA是遗传是遗传物质的实验物质的实验;第37页，共66页，编辑于2022年，星

24、期一DNA是细菌的遗传物质是细菌的遗传物质.第38页，共66页，编辑于2022年，星期一英国科学家英国科学家Griffith等人发现，具有光滑外表的等人发现，具有光滑外表的S型肺型肺炎链球菌能使小鼠发病，具有粗糙外表的炎链球菌能使小鼠发病，具有粗糙外表的R型细菌没型细菌没有致病力。荚膜多糖能保护细菌免受动物白细胞的攻有致病力。荚膜多糖能保护细菌免受动物白细胞的攻击。击。首先用实验证明基因就是首先用实验证明基因就是DNA分子的是美国的微生物分子的是美国的微生物学家学家Avery。他首先将光滑型致病菌（。他首先将光滑型致病菌（S型）烧煮杀灭型）烧煮杀灭活性以后再侵染小鼠，发现这些死细菌自然丧失了致

25、活性以后再侵染小鼠，发现这些死细菌自然丧失了致病能力。病能力。第39页，共66页，编辑于2022年，星期一解解剖剖死死鼠鼠，发发现现有有大大量量活活的的S型型细细菌菌。他他们们推推测测，死死细细菌菌中中的的 某某 一一 成成 分分 转转 化化 源源(transforming principle）将将无无致致病病力力的的细细菌菌转转化化成成病病原原细细菌。菌。10年年后后的的实实验验表表明明，DNA就就是是转转化化源源。死死细细菌菌DNA指指导导了了这这一一可可遗遗传传的的转转化化，从从而而导导致致了了小鼠死亡。小鼠死亡。DNA是细菌的是细菌的遗传物质遗传物质Avery等人的工作树立了遗传学理论

26、上全新的观点等人的工作树立了遗传学理论上全新的观点DNA是遗传信息的载体。是遗传信息的载体。第40页，共66页，编辑于2022年，星期一美美国国冷冷泉泉港港卡卡内内基基遗遗传传学学实实验验室室科科学学家家Hershey和和他他的学生的学生Chase在在1952年从事噬菌体侵染细菌的实验。年从事噬菌体侵染细菌的实验。噬噬菌菌体体专专门门寄寄生生在在细细菌菌体体内内，其其头头、尾尾外外部部都都是是由蛋白质组成的外壳，头内主要是由蛋白质组成的外壳，头内主要是DNA。DNA也是病毒的遗传物质也是病毒的遗传物质第41页，共66页，编辑于2022年，星期一噬菌体侵染细菌的主要过程如下：噬菌体侵染细菌的主要

27、过程如下：噬菌体尾部的末端（基片、尾丝）吸附在细菌表面；噬菌体尾部的末端（基片、尾丝）吸附在细菌表面；噬菌体通过尾轴把噬菌体通过尾轴把DNA全部注入细菌细胞内，噬菌全部注入细菌细胞内，噬菌体的蛋白质外壳则留在细胞外面；体的蛋白质外壳则留在细胞外面；利用细菌的生命过程合成噬菌体自身的利用细菌的生命过程合成噬菌体自身的DNA和蛋白质；和蛋白质；用新合成的用新合成的DNA和蛋白质组装成与亲代完全相同的子和蛋白质组装成与亲代完全相同的子噬菌体；噬菌体；细菌解体，释放子代噬菌体，侵染其他细菌。细菌解体，释放子代噬菌体，侵染其他细菌。第42页，共66页，编辑于2022年，星期一第43页，共66页，编辑于2

28、022年，星期一侵染细菌后立即收集噬菌体，可得到侵染细菌后立即收集噬菌体，可得到70%32P标记的标记的DNA，但只能得到，但只能得到20%标记标记的蛋白质。如果侵染细菌后让噬菌体复制一的蛋白质。如果侵染细菌后让噬菌体复制一代，那么，新生代噬菌体中代，那么，新生代噬菌体中30%的的DNA链链上带有上带有32P标记，而噬菌体总蛋白中只有不标记，而噬菌体总蛋白中只有不到到1%仍带有仍带有35S标记。标记。第44页，共66页，编辑于2022年，星期一DNA是动物细胞的遗传物质是动物细胞的遗传物质当当DNA加入到某种在培养基中加入到某种在培养基中培养的真核单细胞生物群落中，培养的真核单细胞生物群落中，

29、核酸就会进入到细胞中去，其核酸就会进入到细胞中去，其中有一部分就会合成出一些新中有一部分就会合成出一些新的蛋白质。的蛋白质。导入导入DNA的表达将使细胞产的表达将使细胞产生一些新的特性。生一些新的特性。图图.胸腺嘧啶核苷激酶的合成胸腺嘧啶核苷激酶的合成第45页，共66页，编辑于2022年，星期一DNA到底是什么样的呢？到底是什么样的呢？Avery在在1944年的报告中这样写道：当溶液中酒年的报告中这样写道：当溶液中酒精的体积达到精的体积达到9/10时，有纤维状物质析出；如稍加时，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搅动，这种物质便会像棉线绕在线轴上一样绕在硬棒上

30、，溶液中的其他成分则以颗粒状沉淀留在下面。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。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很可能就是DNA。第46页，共66页，编辑于2022年，星期一中心法则中心法则Crick于于1954年所提出的遗传信息传递规律年所提出的遗传信息传递规律1954年首次年首次提出的提出的“中心法则中心法则”1970-1980年年的的“中心法则中心法则”21世纪后修正的世纪后修正的“中心法则中心法则”第47页，共66页，编辑于2

31、022年，星期一Meselson和和Stahl（1958）关于）关于DNA半保半保留复制留复制的实验的实验;Yanofsky和和Brener（1961）年关于）年关于遗传遗传密码三联子密码三联子的设想都为分子生物学的发展做的设想都为分子生物学的发展做出了重大贡献。出了重大贡献。第48页，共66页，编辑于2022年，星期一中国科学家的贡献中国科学家的贡献吴宪吴宪20世纪世纪20年代与汪猷、张昌颖等人一道完成年代与汪猷、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。一系列有重大影响的研究。20世纪中下叶，我国科学家相继

32、实现了人工全合成有世纪中下叶，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，解出了三方二锌猪胰岛素生物学活性的结晶牛胰岛素，解出了三方二锌猪胰岛素的晶体结构，采用有机合成与酶促相结合的方法完成了的晶体结构，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。酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成。第49页，共66页，编辑于2022年，星期一第50页，共66页，编辑于2022年，星期一五、分子生物学的主要研究内容五、分子生物学的主要研究内容一一切切生生物物体体中中的的各各类类有有机机大大分分子子都都是是由由完完全全相相同同的的单单体体，如如蛋蛋白白质质分分子子中中的的

33、20种种氨氨基基酸酸、DNA及及RNA中的中的8种碱基所组合而成的。种碱基所组合而成的。第51页，共66页，编辑于2022年，星期一分子生物学研究的基本定理分子生物学研究的基本定理：1.构构成成生生物物体体有有机机大大分分子子的的单单体体在在不不同同生生物物中中都都是是相同的；相同的；2.生生物物体体内内一一切切有有机机大大分分子子的的构构成成都都遵遵循循共共同同的的规规则则；3.某某一一特特定定生生物物体体所所拥拥有有的的核核酸酸及及蛋蛋白白质质分分子子决定了它的属性。决定了它的属性。第52页，共66页，编辑于2022年，星期一生生物物体体内内各各种种大大分分子子、亚亚细细胞胞结结构构的的大

34、大小小第53页，共66页，编辑于2022年，星期一DNA重组技术重组技术(基因工程基因工程)基因表达调控基因表达调控生物大分子结构功能生物大分子结构功能(结构分子生物学结构分子生物学)基因组、功能基因组与生物信息学基因组、功能基因组与生物信息学分子生物学研究主要包括：分子生物学研究主要包括：第54页，共66页，编辑于2022年，星期一是是20世纪世纪70年代初兴起的技术科学，目的是将不年代初兴起的技术科学，目的是将不同同DNA片段按照人们的设计定向连接起来，在片段按照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，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

35、新的遗传性状。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、酶工程及重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶工程及微生物学、遗传学、细胞学长期深入研究的结晶，而微生物学、遗传学、细胞学长期深入研究的结晶，而限制性内切酶、限制性内切酶、DNA连接酶及其他工具酶的发现与应连接酶及其他工具酶的发现与应用则是这一技术得以建立的关键。用则是这一技术得以建立的关键。DNA重组技术重组技术第55页，共66页，编辑于2022年，星期一通通过过DNA连连接接酶酶把把不不同同的的DNA片片段段连连接接成成一一个个整整体体。a.DNA的的粘粘性性末末端端;b.DNA的的平平末末端端;c.化化学学合

36、合成成的的具具有有EcoRI粘粘性性末末端端的的DNA片段。片段。第56页，共66页，编辑于2022年，星期一重组重组DNA操作过程示意图操作过程示意图第57页，共66页，编辑于2022年，星期一可被用于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很可被用于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低的多肽；低的多肽；可用于定向改造某些生物的基因组结构，使它们所可用于定向改造某些生物的基因组结构，使它们所具备的特殊经济价值或功能得以成百上千倍地提高；具备的特殊经济价值或功能得以成百上千倍地提高；可被用于进行基础研究。可被用于进行基础研究。DNA重组技术具有广阔的应用前景重组技术具有广阔的应用前景第58页，共66页

37、，编辑于2022年，星期一基因表达调控研究基因表达调控研究 蛋白质分子控制了细胞的一切代谢活动，而蛋白质分子控制了细胞的一切代谢活动，而决定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸决定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸分子编码。分子编码。基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译过程。过程。第59页，共66页，编辑于2022年，星期一基因表达调控研究基因表达调控研究的主要内容的主要内容信号转导研究信号转导研究转录因子研究转录因子研究RNA剪接研究剪接研究第60页，共66页，编辑于2022年，星期一1.信号转导信号转导信号转导指外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传到信号转

38、导指外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状或其细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状或其他细胞功能方面的应答过程。他细胞功能方面的应答过程。信号转导之所以能引起细胞功能的改变，主要是由于信信号转导之所以能引起细胞功能的改变，主要是由于信号最后活化了某些蛋白质分子，使之发生构型变化，从号最后活化了某些蛋白质分子，使之发生构型变化，从而直接作用于靶位点，打开或关闭某些基因。而直接作用于靶位点，打开或关闭某些基因。第61页，共66页，编辑于2022年，星期一2.转录因子转录因子转录因子是一群能与基因转录因子是一群能与基因5端上游特定序列专一结端上游特定序列专一结

39、合，从而保证目的基因以特定的强度在特定的时合，从而保证目的基因以特定的强度在特定的时间与空间表达的蛋白质分子。间与空间表达的蛋白质分子。第62页，共66页，编辑于2022年，星期一3.RNA剪接剪接当真核基因转录成当真核基因转录成pre-mRNA后，除了在后，除了在5端端加帽及加帽及3端加多聚端加多聚A(poly(A)之外，还要切去之外，还要切去隔开各个相邻编码区的内含子，使外显子相连隔开各个相邻编码区的内含子，使外显子相连后成为成熟后成为成熟mRNA。第63页，共66页，编辑于2022年，星期一生物大分子的结构功能研究生物大分子的结构功能研究(结构分子生物学结构分子生物学)是研究生物大分子特

40、定的空间结构及结构的运动变是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关系的科学化与其生物学功能关系的科学,主要研究方向主要研究方向:(1)结构的测定结构的测定;(2)结构运动变化规律的探索结构运动变化规律的探索;(3)结构与功能相互关系的建立。结构与功能相互关系的建立。第64页，共66页，编辑于2022年，星期一研究三维结构的主要方法研究三维结构的主要方法X射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学）射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学）二维和多维核磁共振法液相结构二维和多维核磁共振法液相结构电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各种频电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各种频谱学方法研究生

41、物高分子的空间结构。谱学方法研究生物高分子的空间结构。第65页，共66页，编辑于2022年，星期一基因组、功能基因组与生物信息学基因组、功能基因组与生物信息学对人类等基因组全序列测序的完成，为确定基因对人类对人类等基因组全序列测序的完成，为确定基因对人类生长发育和疾病的预防治疗提供了一个前所未有的大舞生长发育和疾病的预防治疗提供了一个前所未有的大舞台；台；蛋白组计划（功能基因组计划）的提出和实施，将快蛋白组计划（功能基因组计划）的提出和实施，将快速、高效、大规模鉴定基因的产物和功能；速、高效、大规模鉴定基因的产物和功能；依靠计算机快速高效运算并进行统计分类和结构功能预测依靠计算机快速高效运算并进行统计分类和结构功能预测的生物信息学将最大限度地开发和运用基因组学所产生的的生物信息学将最大限度地开发和运用基因组学所产生的庞大数据。庞大数据。第66页，共66页，编辑于2022年，星期一