1、1 1、分子生物学的含义、分子生物学的含义 2 2、分子生物学研究领域、分子生物学研究领域 3 3、分子生物学开展简史、分子生物学开展简史 绪论绪论 1.分分 子子 生生 物物 学学 的的 含义含义 广义分子生物学广义分子生物学：研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、结构和功能以及生物大分子的重要性、规律性和相关关系的一门结构和功能以及生物大分子的重要性、规律性和相关关系的一门学科。学科。狭义分子生物学：研究基因狭义分子生物学：研究基因DNADNA结构与功能、复制、表达、结构与功能、复制、表达、调控和调控和DNADNA重组等内容的一门学科。其中也涉及与
2、这些过程相关重组等内容的一门学科。其中也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶的结构和功能的研究。的蛋白质和酶的结构和功能的研究。什么是基因什么是基因 根本特征根本特征 复制复制 表达表达 突变突变 DNA 双螺旋模型双螺旋模型 1953 J.Watson and F.Crick 分子生物学诞生分子生物学诞生 2.分子生物学研究领域分子生物学研究领域 三大三大支撑学科支撑学科 三大主要领域三大主要领域 生物化学生物化学 遗传学遗传学 细胞生物学细胞生物学 分子生物学分子生物学 2.1 分子生物学的三大支撑学科分子生物学的三大支撑学科 研究细胞的结构与功能的研究细胞的结构与功能的细胞学细胞学 研究基因的
3、遗传与变异的研究基因的遗传与变异的遗传学遗传学 研究活性物质代谢规律的研究活性物质代谢规律的生物化学生物化学 分子生物学与生物化学的关系？分子生物学与生物化学的关系？结构分子生物学结构分子生物学 基因分子生物学基因分子生物学 生物技术理论生物技术理论 与应用与应用 2.2 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 DNA蛋白质蛋白质 激素激素受体受体 酶酶-底物底物 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
4、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 狭义的分子生物学狭义的分子生物学 3、分子生物学开展简史、分子生物学开展简史 近半个世近半个世纪以来纪以来 Nobel medal Half a pound of 23-karal gold.2.5 inches across 近半个世近半个世纪以来纪以来 3.1.1 分子生物学史的第一个重要发现分子生物学史的第一个重要发现 One gene One enzyme 3.13.1 人类对人类对DNADNA和遗传信息传递的认识阶段和遗传信息传递的认识阶段 1941年，年，George Beadle和和Edward Tatum 提出
5、的提出的“一个基因一个酶一个基因一个酶的假说的假说 获得获得1958年年Nobel奖奖 说明了基因的生化作用本质是控制酶的合成说明了基因的生化作用本质是控制酶的合成 G.Beadle&E.Tatum 生物化学和遗传学之生物化学和遗传学之间间联合迈出的第一步联合迈出的第一步，也是分子生物学的第也是分子生物学的第一个重要发现一个重要发现 3.1.2 奥斯瓦德奥斯瓦德 埃弗里埃弗里 Oswald Avery 的历史奉献的历史奉献 1948.retired,The Nobel committee has been criticized for not recognizing Averys achiev
6、ement before his death(1877-1955)分子生物学领分子生物学领域里的孟德尔域里的孟德尔 1928-1944 进行进行16年的肺炎链球菌遗传转化研究年的肺炎链球菌遗传转化研究 证明证明DNA是转化因子是转化因子 The lifelong pity was due to.科学家对核酸的了解还知之甚少科学家对核酸的了解还知之甚少 DNA分子的功能也就更不为人分子的功能也就更不为人 蛋白质可能是遗传专一性的决定分子蛋白质可能是遗传专一性的决定分子 第一个动摇了第一个动摇了“蛋白质是基因蛋白质是基因的理的理念奠定了念奠定了“DNA是遗传物质是遗传物质的理论的理论根底根底 19
7、52年年 8年后年后 M.Delbruck，S.E.Luria，A.Hershey 对噬菌体繁殖过程开展了深入的研究对噬菌体繁殖过程开展了深入的研究 证明了证明了DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质 尽管尽管Avery的实验的实验未引起概念的革命未引起概念的革命 但他的研究工作引起了但他的研究工作引起了Erwin Chargaff的极大兴趣的极大兴趣 为提出为提出DNA双螺旋结构模型起到了非常重要的作用双螺旋结构模型起到了非常重要的作用 medal Delbruck 1969 Nobel Hershey Luria 噬菌体研究小组成功的因素噬菌体研究小组成功的因素 人们已经认识到人们已经认识
8、到DNA可能在遗传过程中重要作用可能在遗传过程中重要作用 他们的科学论文几乎与他们的科学论文几乎与Watson,Crick的论文同时的论文同时 发表，从而得到了媒体的广泛宣传发表，从而得到了媒体的广泛宣传 O.Avery是孤立的研究者，较少参加学术交流与是孤立的研究者，较少参加学术交流与 科学讨论，研究结果未能引起人们的注意科学讨论，研究结果未能引起人们的注意 D.H.L.的结果通过的结果通过“噬菌体研究组噬菌体研究组的学术关系的学术关系 和网络得到了迅速的传播和广泛的理解和网络得到了迅速的传播和广泛的理解 3.1.3 DNA双螺旋结构的揭示双螺旋结构的揭示 分子生物学的重要里程碑分子生物学的
9、重要里程碑 35y Francis Crick 23y James Watson 性格不同，专业互补性格不同，专业互补 紧密合作，锁定目标紧密合作，锁定目标 开创了一种研究风格开创了一种研究风格“对文章和实验进行对文章和实验进行讨论交流是重中之重，讨论交流是重中之重，理论和讨论比实验和理论和讨论比实验和观察更为重要观察更为重要。在确定在确定DNA分子结构的研究分子结构的研究中，没有用中，没有用DNA分子做任何分子做任何一个实验！一个实验！研究与讨论，分析与研究与讨论，分析与推论是建立在大量实推论是建立在大量实验数据和科学论文的验数据和科学论文的根底上的根底上的“DNA“DNA双螺旋结构”故事如
10、果缺少了对双螺旋结构”故事如果缺少了对Rosalind Franklin悲剧命运的描述悲剧命运的描述 那么这个故事将是不完整的那么这个故事将是不完整的!:/ba-education /for/science/dna.html Kings Lab.London University UK Rosalind Franklin 核糖与磷酸连接成的扭曲绳子，每核糖与磷酸连接成的扭曲绳子，每一节上都有配对的碱基一节上都有配对的碱基 优秀女科学家优秀女科学家 在双螺旋结构发现几年后，因癌在双螺旋结构发现几年后，因癌症而病逝，症而病逝，对揭示对揭示DNA双螺旋结构作出过重双螺旋结构作出过重要奉献，但却受到歧
11、视和不公待要奉献，但却受到歧视和不公待遇遇 Xray photograph of DNA with high quality James Watson(34y)Francis Crick(46y)Maurice Wilkins(46y)DNA Double Helix model 1953 1962 3.2 3.2 重组重组DNADNA技术的建立和开展阶段技术的建立和开展阶段 1967，Gellert发现了发现了DNA连接酶连接酶 1970，Smith等别离到第一种限制性核酸内切酶等别离到第一种限制性核酸内切酶 1970，Baltimore在在RNA肿瘤病毒中发现了逆转录酶肿瘤病毒中发现了逆转
12、录酶 19721973，重组，重组DNA时代的到来。时代的到来。H.Boyer和和 P.berg等开展了等开展了DNA重组技术并完成了第一个细菌基因的克隆。重组技术并完成了第一个细菌基因的克隆。19751977，Sanger，Gilbert创造了创造了DNA序列测定技术序列测定技术 1975 NP 丰富和发展了丰富和发展了“中心法则中心法则”为遗传工程提供了最重要的工具酶为遗传工程提供了最重要的工具酶 1970年年 David Baltimore 分离到分离到Reverse Transcriptase 8年后，科学界才确信年后，科学界才确信“中心法那么中心法那么被被“逆逆转转了了 1962年年
13、 Howard Temin 发现了发现了Reverse Transcription 为分子生物学的研究和遗传改造为分子生物学的研究和遗传改造展示了一个清晰而又美好的前景展示了一个清晰而又美好的前景 具有与具有与WatsonWatson和和Crick发现发现DNA双双螺旋结构模型同样的开拓性价值螺旋结构模型同样的开拓性价值 NP 1980 Paul Berg The Nobel Prize in Chemistry 1980 DNA测序测序 Walter Gilbert Frederick Sanger 1958 NP For structure of proteins especially t
14、hat of insulin 1981，Cech等发现四膜虫等发现四膜虫26S rRNA前体的自我剪接作用前体的自我剪接作用 1981，Palmiter等获得转基因小鼠；等获得转基因小鼠；Sprading等培育出转基因果等培育出转基因果蝇蝇 1982，第一个基因工程药物，第一个基因工程药物胰岛素在美国和英国获准使用胰岛素在美国和英国获准使用 1985，Mulis等创造了等创造了PCR技术技术 199092，转基因玉米和转基因小麦诞生，转基因玉米和转基因小麦诞生(谷物基因工程变为现实谷物基因工程变为现实)1990，人类基因组方案全面正式启动，人类基因组方案全面正式启动 3.3 3.3 重组重组D
15、NADNA技术的应用和分子生物学的迅猛开展阶段技术的应用和分子生物学的迅猛开展阶段 1993 NP 化学化学 for his invention of the polymerase chain reaction(PCR)method Kary B.Mullis 生物化学博士学位生物化学博士学位 1979年受雇于Cetus生物技术公司，专门制备用作探针的寡聚核苷酸,在1983年4月的一个周五晚上,当他在加利福尼亚的山坡上开车前往度周末的小屋时他突发其想。突发其想。作为一项作为一项“扩增扩增DNADNA的技术，尽管它本身并未的技术，尽管它本身并未开辟分子生物学新的研究领域，但这项简单而又开辟分子生
16、物学新的研究领域，但这项简单而又晚熟的创造对分子生物学家研究工作的影响程度晚熟的创造对分子生物学家研究工作的影响程度超过了其他任何技术，它的应用领域几乎超过了超过了其他任何技术，它的应用领域几乎超过了其他任何技术。几年内以其他任何技术。几年内以PCRPCR为技术根底的科技为技术根底的科技论文数如同该技术本身的特征一样，以几何级数论文数如同该技术本身的特征一样，以几何级数的方式增长。的方式增长。The Nobel Prize in Chemistry 1993 蛋白质定点突变技术蛋白质定点突变技术 Michael Smith University of British Columbia Vancouver,Canada 1932-2000 DNA 转座转座 1983.The Nobel Prize Barbara McClintock(81y)1902-1992 The Nobel Prize in Chemistry 1989 The Royal Swedish Academy of Sciences has awarded this years Nobel Prize in Chem