分子生物学的发展简史与研究内容5156.pptx

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1、分子生物学讲授 孙亚楠材料学院生物材料系E-mail:sunyananxmu.edu.主要参考书目分子生物学 (2nd Edition by Robert F.Weaver)，清华大学出版社，2007第1章分子生物学发展简史第2章基因的分子特性第3章基因功能简介第4章分子克隆法 第5章研究基因及其活性的分子生物学方法第6章原核生物的转录装置第7章操纵子：原核生物转录的精细调控第8章原核生物转录的主要转换 第9章原核生物的DNA蛋白质相互作用第10章真核生物RNA聚合酶及其启动子第11章真核生物通用转录因子 第12章真核生物中的转录激活因子第13章染色质结构及其对转录的影响 第14章转录后事件：

2、剪接第15章转录后事件：加帽与多聚腺苷酸化 第16章转录后事件：其他事件 第17章翻译的机制：起始 第18章翻译的机制：延伸和终止 第19章核糖体和转运RNA第20章DNA复制：基本机制与酶学 第21章 DNA复制：详细机制第22章 同源重组第23章 位点特异性重组与转座 第24章基因组学第1部分 基因 第1章 基因是DNA 第2章 断裂基因 第3章 基因组概述 第4章 成簇与重复第2部分 蛋白质 第5章 信使RNA 第6章 蛋白质合成 第7章 遗传密码的使用 第8章 蛋白质定位第3部分 基因表达 第9章 转录 第10章 操纵子 第21章 启动子和增强子 第22章 转录激活 第23章 染色质结

3、构的控制 第24章 RNA的剪接和加工 第25章 具有催化活性的RNA 第26章 免疫多样性第6部分 细胞 第27章 蛋白质运输 第28章 信号传导 第29章 细胞周期和生长调控 第30章 癌基因和癌症 第31章 浓度梯度、级联反应 和信号通路 第11章 调控线路 第12章 噬菌体策略第4部分 DNA 第13章 复制子 第14章 DNA的复制 第15章 重组与修复 第16章 转座子 第17章 反转录病毒和 反转录转座子 第18章 DNA重排第5部分 细胞核 第19章 染色体 第20章 核小体基因 VIII（Edition by B.Lewin），科学出版社，2005主要参考书目分子生物学实验参

4、考书目分子克隆实验指南美J.萨姆布鲁克，科学出版社，2002上册第1章 质粒及其在分子克隆中的应用第2章 噬菌体及其载体第3章 M13噬菌体载体第4章 高容量载体的应用第5章 DNA凝胶电泳和脉冲场琼脂糖凝胶电泳第6章 真核基因组DNA的制备和分析第7章 真核mRNA的提取、纯化和分析第8章 聚合酶链式反应体外扩增DNA第9章 放射性标记DNA探针与RNA探针的制备第10章 合成寡核苷酸探针第11章 cDNA文库制备及其基因鉴定下册第12章 DNA测序第13章 诱变第14章 表达文库的筛选第15章 在大肠杆菌中表达克隆化基因第16章 哺乳动物培养细胞中导入克隆化基因第17章 哺乳动物培养细胞的

5、基因表达分析第18章 蛋白质相互作用研究技术附录1 分子克隆中使用的缓冲液和试剂的配制附录2 培养基附录3 载体和细菌菌株附录4 分子克隆所用的酶附录5 酶的抑制物附录6 核酸附录7 密码子和氨基酸附录8 分子克隆中的常用技术附录9 检测系统附录10 DNA陈列技术附录11 生物信息学课程考核平时成绩：20%（文献报告）从第六周开始，一周两人，每人做一份文献报告，要求：选择一篇与本人研究课题有关的SCI，IF5 应用到分子生物学的技术手段 解释方法、阐述原理、证明结论期末考试：80%课程大纲第一章 绪论第二章 生物大分子的结构和性质第三章 DNA的复制第四章 DNA的损伤修复和基因突变第五章

6、DNA重组第六章 RNA转录 第七章 RNA转录后修饰第八章 蛋白质翻译第九章 原核生物基因表达调控 第十章 真核生物基因表达调控第十一章 病毒的分子生物学第十二章 基因组学到蛋白质组学第十三章 分子生物学研究方法第十四章 分子生物学进展第十五章 分子生物学与材料学第十六章 总结第一章 绪论1分子生物学的定义2分子生物学的发展简史3分子生物学的研究内容4分子生物学的应用现状与展望一、分子生物学的定义生物科学的基本生物科学的基本问题n 生命现象的描述 分类学n 生命特征的研究（生长、发育、繁衍）生理学、遗传学等n 生命的起源与进化 进化论、进化生物学不同水平上对生命现象的研究不同水平上对生命现象

7、的研究n 从宏观到微观 整体水平 细胞水平 分子水平n 分子生物学 微观生物学的前沿 宏观生物学的基础 现代生物学的带头学科一、分子生物学的定义分子生物学源于 遗传学（基因学说）生物化学（生化手段和技术）广义概念：蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能的研究都属于分子生物学的范畴，即从分子水平阐明生命现象和生物学规律狭义概念：偏重于核酸（基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调控等过程，当然也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶的结构与功能的研究二、分子生物学的发展简史1.孕育阶段（1882-1950年代）l 达尔文学说 1859年，Charles Darwin （英）“贝格尔号”

8、历时五年科学考察，撰写了物种起源一书，提出了生物科学史上最伟大的学说“进化论”。l 1865年，孟德尔发表了他的植物杂交实验一文，首次阐述了生物界有规律的遗传现象。孟德尔被誉为遗传学的奠基人。l 基因学说的提出 1910年，Morgan的染色体基因遗传理论，Gene 存在于染色体上。进一步将“性状”与“基因”相耦联。l 1944年，美国微生物学家Avery用实验证明基因的化学本质就是DNA，提出 DNA是遗传信息的载体。1.孕育阶段（1882-1950年代）二、分子生物学的发展简史二、分子生物学的发展简史1.孕育阶段（1882-1950年代）l 1952年，Hershery 和Chase 再次

9、用噬菌体标记实验证实了DNA是遗传物质的本质二、分子生物学的发展简史2.创立阶段（19501970年代）l 1953年，美国科学家Watson 和英国科学家Crick提出 DNA Double Helix modelX光衍射实验数据表明DNA是一种规则螺旋结构：每3.4nm旋转一周，直径约为2nm。因为相邻核苷酸距离为0.34nm，因此每圈有10个核苷酸单位。DNA密度测量说明这种螺旋结构应有两条链不论碱基数目多少，G的含量总是与C一样，而A与T 也是一样 二、分子生物学的发展简史2.创立阶段（19501970年代）l 1953年，Sanger完成了第一个蛋白质-胰岛素的氨基酸全序列分析，这项

10、研究使他单独获得了1958年的诺贝尔化学奖。l 1954年，Crick提出了中心法则DNA转录RNA翻译蛋白质二、分子生物学的发展简史2.创立阶段（19501970年代）l 1958年，Meselson 和Stahl用同位素标记和超速离心分离实验证明 DNA半保留复制。15Nl 1961年，Brenner，Jacob和Meselson用同位素标记和超速离心分离实验发现 mRNA。二、分子生物学的发展简史2.创立阶段（19501970年代）l 1961年，法国科学家Jacob和Monod提出操纵子学说。莫诺与雅可布最初发现的是大肠杆菌的乳糖操纵子。1965年，莫诺与雅可布即荣获诺贝尔生理学与医学

11、奖。二、分子生物学的发展简史2.创立阶段（19501970年代）l 1966年，Nirenberg和Khorana解读了遗传密码二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）l 1970年，Temin 和Baltimore在RNA肿瘤病毒中发现逆转录酶，进一步完善了中心法则l 1970年，Smith等分离得到第一个类型限制性内切酶l 1967年，Gellert发现DNA连接酶EcoRI recognition sites phage DNAEcoRI cuts DNA into fragmentsSticky endSV40 DNAThe two fragments stick to

12、gether by base pairingDNA ligaseRecombinant DNAl 1972年，Berg将SV40 DNA片段克隆到 噬菌体中，建立了第一个体外DNA重组分子二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）DNA ligasel 1973年，Boyer和 Cohen等利用质粒获得第一个DNA重组体克隆二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）l 1975年，Kohler和Milstein首次用B淋巴细胞杂交瘤技术制备出单克隆抗体二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）l 1977年，Gibert（化学断裂法）和 Sanger（

13、双脱氧终止技术）分别发明了不同的DNA测序技术二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）化学断裂法双脱氧链终止法 二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）l 1979年，美国人工合成的人胰岛素基因，重组转入大肠杆菌中合成人胰岛素l 1982年，Palmiter等将克隆的生长激素基因导入小鼠受精卵细胞核内，培育得到比原小鼠个体大几倍的“巨鼠”。l 同年，Sanger等完成了噬菌体全长48502bp的基因组DNA全序列测定二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）l 1982年，Prusiner等在感染瘙痒病的仓鼠脑中发现了朊病毒（prion)，它只含有

14、蛋白质的病毒。是否对中心法则提出质疑？PrPcPrPscl 1985年，Mullis等发明了聚合酶链式反应（PCR），1993年Mullis等因发明了PCR技术获得诺贝尔化学奖。二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）l 1990-1992年，转基因玉米及转基因小麦诞生l 1990年，人类基因组计划全面正式启动l 1990年，Simpson等发现了对mRNA前体编辑起指导作用的小分子RNAl 1997年，Wilmut等首次不通过受精，用成年母羊体细胞的遗传物质，成功获得克隆羊-多莉二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（19

15、70年代以后）l 2003年，美国、日本、英国、法国、德国、中国六国科学家共同宣布人类基因组计划的完成二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）人们认为人类基因组计划是继“曼哈顿”原子弹计划、“阿波罗”登月计划之后自然科学史上的第三大计划。中国从1993年开始正式启动了人类基因组计划，在国际人类基因组计划中承担了“1%项目”的测序工作，是参加人类基因组计划唯一的发展中国家。二、分子生物学的发展简史综上可以看出，分子生物学的快速发展每个里程碑50年代的双螺旋结构60年代的操纵子学说70年代的DNA重组80年代的PCR技术90年代的DNA测序三、分子生物学研究内容生物大分子的结构和功

16、能研究1.结构分子生物学2.基因表达与调控遗传信息的转录与翻译，主要表现在：上游调控序列 信号转导 转录因子以及RNA剪辑3.DNA重组技术三、分子生物学研究内容l 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l 可用于定向改造某些生物的基因组结构l 可被用来进行基础研究4.基因组与生物信息学四、分子生物学的应用现状与展望1.在农业上的应用 生物品种的改良速度更快、目标更准确，甚至创造新物种l 转基因动物猪、鱼（生长激素基因）l 转基因动物牛、羊（生物反应器）l 转基因植物抗虫棉（Bt毒素蛋白基因）、耐贮藏番茄等四、分子生物学的应用现状与展望1.在农业上的应用 l 利用重组DNA来大量高

17、效地合成人体活性多肽（疾病的诊断、预防和治疗）四、分子生物学的应用现状与展望2.在医学上的应用l 基因工程疫苗四、分子生物学的应用现状与展望2.在医学上的应用病毒疫苗：HBV、HIV、流感病毒、HPV、Ebola天然免疫疾病疫苗：关节炎、系统性红斑狼疮、多发性硬化癌症疫苗：抗黑色素瘤、抗宫颈癌、抗乳腺癌、抗淋巴瘤、抗前列腺癌单基因疾病的诊断：一般可在临床症状出现之前作出诊断，不依赖临床表型。有遗传倾向疾病的诊断：易感基因的筛查，如高血压，冠心病，肥胖等。外源性病源体诊断：如病毒、细菌、寄生虫等引起的传染病。从广义上讲，大多数疾病都可以从遗传物质的变化中寻找出原因。而从技术上看，只要找到了与疾病

18、相关的基因，基因诊断便立即可以实现。随着“人类基因组计划”的进程，将大大加快疾病相关基因的发现与克隆，基因诊断将成为疾病诊断的常规方法。l 基因诊断四、分子生物学的应用现状与展望2.在医学上的应用l 基因诊断方法四、分子生物学的应用现状与展望2.在医学上的应用DNA诊断：关键是筛选出特异性的靶向DNA探针，目前已分离出100多种病原菌的特异性探针PCR诊断：关键是设计合成待鉴定病原菌特异序列的引物，由于PCR的高度灵敏性，根据靶向基因序列设计多对引物进行套式PCR，能够增大检测的准确性。l 基因诊断四、分子生物学的应用现状与展望2.在医学上的应用PCR-酶解鉴定 结合PCR技术和限制性内切酶技

19、术 1949年Pauling发现镰刀型细胞贫血症（病人的红细胞为镰刀形）与珠蛋白基因突变相关。l 基因诊断四、分子生物学的应用现状与展望2.在医学上的应用 其珠蛋白基因突变恰好是在CvnI限制性酶切位点，正常CCTGAGG突变成CCTGTGG，在CvnI酶位点两端设计引物PCR扩增后酶切由于酶切位点突变扩增的产物电泳发生变化l 基因诊断四、分子生物学的应用现状与展望2.在医学上的应用 限制性酶解片段长度多态性也可以用于亲子鉴定 人类现有3000多种遗传病，已找到了200 多个与遗传病有关的基因。人类中的遗传病大致可分为三大类。l 基因治疗四、分子生物学的应用现状与展望2.在医学上的应用 单基因

20、遗传病：只与一对基因有关，它主要是由基因突变引起的，如白化病、血友病、色盲等 多基因遗传病：是指由几对基因的变化引起的疾病，例如，高血压、糖尿病、神经病等。染色体病：是由于染色体畸变所致的遗传病，如先天愚型、猫叫综合征、性腺发育不全症等。医学统计学发现，约25的生理缺陷、30的儿童死亡和60的成年人疾病都是由遗传疾病引起的。l 基因治疗四、分子生物学的应用现状与展望2.在医学上的应用 体外原位治疗：从患者体内取出带有缺陷的细胞，通过基因转移进行遗传修正。将经过遗传修正后的细胞转入患者的体内。体内基因治疗：是指将具有治疗功能的基因直接转入病人的某一特定组织中，通过正常表达，达到治疗功能。反义疗法

21、：引入与目的mRNA相补的RNA（反义RNA），用于阻遏或降低某个基因的表达，达到治疗目的。l 基因治疗四、分子生物学的应用现状与展望2.在医学上的应用 美国医学家安德森等人对腺苷脱氨酶缺乏症（ADA缺乏症）的基因治疗，是世界上第一个基因治疗成功的范例。1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩谢德尔进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们对谢德尔白血球进行改造，用健康的基因替代有缺陷的基因，然后把经过改造的这个女孩的白血球输入她的静脉血管中。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗

22、。经治疗后，免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活。谢德尔，谢德尔，19991999四、分子生物学的应用现状与展望3.在工业上的应用l 酶制剂工业用酶的生产、酶的定向改造四、分子生物学的应用现状与展望3.在工业上的应用l 环保用工程菌 提高降解效率，扩大可降解污染物的种类四、分子生物学的应用现状与展望4.分子生物学的发展分子生物学的最大弱点 过于微观化，容易勿视整体。生物遗传受多种内外环境因素的影响，在获得大量微观资料后，必然要回到整体水平进行综合研究。功能基因组学 从基因组整体水平上阐述基因组多样性和进化规律、基因组的表达及其调控，在整体水平上对生物功能进行研究。结构生物学 生

23、物大分子之间的互作用以及生物大分子的高级三维结构与功能的统一分子发育生物学 基因表达与器官发生、胚胎形成和个体发育之间的关系分子神经生物学 生物大分子在神经基质、信息传递中的作用，对思维、感情、记忆作出科学解释，最终希望把脑科学和计算机相结合产生人工智能四、分子生物学的应用现状与展望4.分子生物学的发展 基因操作会否打乱生态系统的自然演化，新的转基因生物会否改变生态系统的结构，以及对克隆人的伦理道德的思考，这对人类来说是祸还是福？人们对基因产品心存顾虑，人类使用转基因药物和食品是否会影响到身体的健康，这一点目前还没有确凿证据。基因组测序和诊断技术的发展，会否带来种族歧视的借口、疾病与性别检测的歧视？5.分子生物学发展需要思考的问题四、分子生物学的应用现状与展望本章结束谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH