(生物学)分子生物学绪论

(生物学)分子生物学绪论

《分子生物学》MolecularBiology甄鑫哈尔滨师范大学TEL:13796669458QQ:48323037zhenxin.1981@yahoo.com.cn7/14/20211\n重点掌握分子生物学的基本概念和基本理论，并对分子生物学的发展前沿有一定的了解，为今后的深入学习和工作打好基础。考核方式：考查。平时成绩(考查迟到、早退，课堂提问、讨论、遵守课堂纪律等方面)占30%，期末考试占70%。生命科学与技术学院《分子生物学》课程要求7/14/20212\n朱玉贤，李毅.现代分子生物学（第三版）.北京：高等教育出版社，2007赵亚华.基础分子生物学教程.北京：科学出版社，2006郑用琏.基础分子生物学.北京：高等教育出版社，2007年杨建雄.分子生物学.北京：化学工业出版社，2009推荐教材和教学参考书生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/20213\nRobertF.Weaver.分子生物学（第四版）.北京：科学出版社，2010BenjaminLevin.GenesⅨ，2006推荐教材和教学参考书生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/20214\n生命科学与技术学院《分子生物学》2005年2月出版,1982004年2月出版,2607/14/20215\n课程提纲绪论第一章染色体与DNA第二章生物信息的传递（上）---从DNA到RNA第三章生物信息的传递（下）---从mRNA到蛋白质第四章原核生物基因表达的调控第五章真核生物基因表达的调控第六章分子生物学研究技术原理生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/20216\n1生命科学的回顾2分子生物学的概念3分子生物学的主要研究内容4分子生物学的发展历程5分子生物学的发展趋势主要内容：生命科学与技术学院《分子生物学》绪论7/14/20217\n生命科学与技术学院《分子生物学》生命科学的回顾1、创世说与进化论达尔文、1859年《物种起源》，确立了进化论的概念7/14/20218\n生命科学与技术学院《分子生物学》查尔斯·罗伯特·达尔文，英国生物学家，进化论的奠基人。曾乘贝格尔号舰作了历时5年的环球航行，对动植物和地质结构等进行了大量的观察和采集。出版《物种起源》这一划时代的著作，提出了生物进化论学说，从而摧毁了各种唯心的神造论和物种不变论。除了生物学外，他的理论对人类学、心理学及哲学的发展都有不容忽视的影响。（1809.2.12—1882.4.19）生命科学的回顾7/14/20219\n生命科学与技术学院《分子生物学》进化论的意义：达尔文进化论第一次对整个生物界的发生、发展，作出了唯物的、规律性的解释，推翻了特创论等唯心主义形而上学在生物学中的统治地位，使生物学发生了一个革命变革。恩格斯将“进化论”列为19世纪自然科学的三大发现之一。生命科学的回顾7/14/202110\n生命科学与技术学院《分子生物学》2、细胞学说（1847）德国Schleiden德国Schwann生命科学的回顾7/14/202111\n生命科学与技术学院《分子生物学》细胞学说的主要内容有：①细胞是有机体，一切动植物都是由单细胞发育而来，即生物是由细胞和细胞的产物所组成；②所有细胞在结构和组成上基本相似；③新细胞是由已存在的细胞分裂而来；④生物的疾病是因为其细胞机能失常。生命科学的回顾7/14/202112\n生命科学与技术学院《分子生物学》细胞学说的意义：1、细胞学说论证了整个生物界在结构上的统一性，使人们认识到各种生物之间存在共同的结构基础。2、细胞学说的建立标志着生物学的研究进入到细胞水平，极大地促进了生物学的研究进程。这一学说的建立推动了生物学的发展，并为辩证唯物论提供了重要的自然科学依据。恩格斯将“细胞学说”列为19世纪自然科学的三大发现之一。生命科学的回顾7/14/202113\n生命科学与技术学院《分子生物学》3、经典的生物化学和遗传学●脂类、糖类、核酸相继被科学家所认识●组成蛋白质的20种基本氨基酸被相继发现●著名生物化学家Fisher还论证了连接相邻氨基酸的“肽键”的形成●生化反应的执行者和催化剂（酶）的发现生命科学的回顾7/14/202114\n生命科学与技术学院《分子生物学》孟德尔GregorMendel(1822-1884),奥地利科学家，经典遗传学的奠基人生命科学的回顾7/14/202115\n生命科学与技术学院《分子生物学》1857-1864的7年中，进行了豌豆的杂交研究，1865年发表了他的划时代的论文《植物杂交试验》在论文中提出了“遗传因子”的概念，并得出了三条规律：●显性规律●分离规律●自由组合规律生命科学的回顾7/14/202116\n生命科学与技术学院《分子生物学》在孟德尔遗传学的基础上，美国著名的遗传学家Morgan又提出了基因学说。连锁遗传规律生命科学的回顾7/14/202117\n生命科学与技术学院《分子生物学》孟德尔（奥地利）的遗传学规律最先使人们对性状遗传产生了理性认识；摩尔根（美）的基因学说则进一步将“性状”与“基因”相耦联，成为分子遗传学的奠基石。生命科学的回顾7/14/202118\n生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学：从分子水平理解生命活动细胞生物学：从细胞水平理解生命活动生物化学：从化学组成角度来理解生物大分子和生物代谢。遗传学：从遗传和变异角度理解生命活动普通生物学（动物&植物）&微生物学：不同生物类型的特点。生物物理学：从物理学角度理解生物大分子结构和功能。分子生物学与其他学科的关系分子生物学是生物化学、生物物理学、遗传学、微生物学、细胞生物学等多学科相互渗透、综合融会而产生并发展起来的。生命活动的一致性，是生物学范围内所有学科在分子水平上的统一。生命科学的回顾7/14/202119\n1生命科学的回顾2分子生物学的概念3分子生物学的主要研究内容4分子生物学的发展历程5分子生物学的发展趋势主要内容：生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202120\n生物学的发展过程：整体水平细胞水平分子水平分子生物学的概念生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202121\nMolecularBiology：研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能，并从分子水平上阐述蛋白质与核酸、蛋白质与蛋白质之间相互作用的关系，是人类主动地改造和重组自然界的基础学科。生命科学与技术学院《分子生物学》Molecularbiologyisthestudyofgenesandtheiractivitiesatthemolecularlevel,includingtranscription,translation,DNAreplication,recombinationandtranslocation.《MolecularBiology》--RobertF.Weaver(Version2)分子生物学的概念7/14/202122\n生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的基本含义•从分子水平研究生命的本质•核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能•人类主动地改造和重组自然界的基础学科广义的概念：核酸和蛋白质等生物大分子狭义的概念：核酸﹙基因﹚的分子生物学分子生物学的概念7/14/202123\n1生命科学的回顾2分子生物学的概念3分子生物学的主要研究内容4分子生物学的发展历程5分子生物学的发展趋势主要内容：生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202124\n1基因与基因组的结构与功能；2DNA的复制、转录和翻译；3基因表达的调控；4DNA重组技术；5结构分子生物学。⑴基因与基因组的结构与功能⑵DNA的复制、转录和翻译⑶基因表达调控的研究⑷DNA重组技术（基因工程）⑸结构分子生物学研究内容分子生物学的主要研究内容生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202125\n⑴基因与基因组的结构与功能——分子生物学研究内容最基础最重要的部分20世纪50年代以前：基因的染色体遗传学；20世纪50年代以后：基因的分子生物学研究；近30年来，重组DNA技术的完善应用，从克隆目的基因出发，直接研究基因的功能与表型的关系，基因的研究进入反向生物学阶段。1928年摩尔根证实了染色体是遗传基因的载体，从而获得了生理医学诺贝尔奖。生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的主要研究内容7/14/202126\n⑵DNA的复制、转录和翻译重点研究DNA或基因怎样在酶或相关蛋白质因子的作用下，按照中心法则的规定进行自我复制、转录和翻译。包括对mRNA分子剪接、加工、编辑的研究等。生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的主要研究内容7/14/202127\n⑶基因表达调控的研究转录水平的调控翻译水平的调控------真核生物尤为复杂。上游调控序列；信号转导；转录因子；RNA剪辑生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的主要研究内容7/14/202128\n⑷DNA重组技术（基因工程）用于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低的多肽，如激素、抗体等，降低成本；用于定向改造某些生物的基因组结构，使得其具备的特殊功能更符合人类生活的需要；是分子生物学基础研究不可缺少的手段之一。生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的主要研究内容7/14/202129\n⑸结构分子生物学概念：研究生物大分子特定的空间结构以及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。结构的测定结构运动变化规律的探索结构与功能的相互关系研究方向生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的主要研究内容7/14/202130\n1回顾所学知识点2分子生物学的概念3分子生物学的主要研究内容4分子生物学的发展历程5分子生物学的发展趋势主要内容：生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202131\n分子生物学的孕育阶段1分子生物学的建立阶段2重组DNA技术的建立和发展3分子生物学的迅猛发展阶段4生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的发展历程7/14/202132\n1944年，著名微生物学家Avery等在Griffith的基础上，对肺炎球菌的转化试验中证实了DNA是生物的遗传物质。----树立了DNA是遗传信息载体的理论----DNA作为遗传物质被普遍接受1952年，Hershey和Chase通过T2噬箘体侵染试验证明了DNA进入宿主细胞是产生、决定子代噬箘体的遗传物质。确定了生物遗传的物质基础是DNA1868年F.米歇尔发现了核素；1889年，生物化学家奥尔特曼（Altrmann）将其称为核酸。生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的发展历程分子生物学的孕育阶段1（19世纪末-1950年代)7/14/202133\n生命科学与技术学院《分子生物学》1944年，O.T.Avery等证明了肺炎球菌转化因子是DNA。分子生物学的发展历程7/14/202134\n生命科学与技术学院《分子生物学》人们仍不相信DNA是遗传物质,这是由于：（1）因认为蛋白分子量大，结构复杂，二十种氨基酸的排列组合将是个天文数字，可作为一种遗传信息。而DNA分子量小，只含4种不同的碱基，人们一度认为不同种的有机体的核酸只有微小的差异。（2）认为转化实验中DNA并未能提得很纯，还附有其它物质。（3）即使转化因子确实是DNA，但也可能DNA只是对荚膜形成起着直接的化学效应，而不是充当遗传信息的载体。分子生物学的发展历程7/14/202135\n生命科学与技术学院《分子生物学》1952年，A.D.Hershey和M.Chase用35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和核酸，感染大肠杆菌的实验进一步证明了核酸是遗传物质。分子生物学的发展历程7/14/202136\n1941年BeadlrG.W和TatumE.L.建立“一个基因---一种酶”学说用X射线诱导处理红色面包霉，筛选出被诱导的突变体来进行实验。根据遗传分析和大量研究，他们认为基因发生突变，就可能导致酶活性的丧失。生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的发展历程7/14/202137\n1950年Chargaff指出DNA中四种碱基的比例关系为A/T=G/C=1；生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的发展历程7/14/202138\n生命科学与技术学院《分子生物学》●1983年获得诺贝尔生理医学奖。1951年McClintockB.发现跳跃基因或称转座子7/14/202139\n1952年Wilkins和Franklin用高度定向的DNA纤维作出高质量的X-光衍射照片生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的发展历程7/14/202140\n生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的建立阶段2JamesWatsonandFrancisCrick1953年，Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型分子生物学的发展历程（1953年到1970年）7/14/202141\n生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202142\n生命科学与技术学院《分子生物学》DNA双螺旋结构这一20世纪生物学最重要的发现，阐明了生物遗传物质的结构，开辟了分子生物学的新学科领域，为人类从分子水平认识生命过程的发生、遗传、发育、衰老、进化，以及生命体内部细胞和器官的结构、功能和运行模式奠定了坚实的基础。----周光召分子生物学的发展历程7/14/202143\n1957年Crick提出中心法则。1957年Kornberg用E.coli无细胞提取液合成DNA，证明DNA是模板式合成，并发现了DNApolymeraseⅠ。生命科学与技术学院《分子生物学》中国科学院硕士入学考试分子遗传学试题:何谓中心法则？如何基于该法则来解释生物形状的遗传和变异？分子生物学的发展历程7/14/202144\n1958年Meselson和Stahl证实DNA半保留复制生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的发展历程7/14/202145\n1961Jacob,F.和Monod,J.提出了操纵子模型生命科学与技术学院《分子生物学》1965年获得诺贝尔生理医学奖分子生物学的发展历程7/14/202146\n1961年Nivenberg等人破译出第一批遗传密码。1962年Arber,W.，Dussoix,D.发现了DNA的限制与修饰。生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202147\n生命科学与技术学院《分子生物学》（1970年到1990年）forthediscoveryofrestrictionenzymesandtheirapplicationtoproblemsofmoleculargenetics1970年，HamiltonSmith发现了限制性内切核酸酶重组DNA技术的建立和发展3分子生物学的发展历程7/14/202148\n生命科学与技术学院《分子生物学》●1970年，Temin和Baltimore在RNA肿瘤病毒中发现逆转录酶。7/14/202149\n生命科学与技术学院《分子生物学》1977年，Sanger和Gilbert发明了DNA测序技术1972-1973年，P.Berg等发展了重组DNA技术，并完成了第一个重组体DNA分子，开创了基因工程的新纪元。"fortheircontributionsconcerningthedeterminationofbasesequencesinnucleicacids"Sanger还由于测定了牛胰岛素的一级结构而获得1958年诺贝尔化学奖。7/14/202150\n1980s，KaryMullis和他的同事发明了PCR技术"forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)method"生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的发展历程7/14/202151\n生命科学与技术学院《分子生物学》KaryB.Mullis1985年发明了聚合酶链反应（PCR）技术1993年获诺贝尔化学奖7/14/202152\n生命科学与技术学院《分子生物学》1982年Prusiner提出“感染性蛋白质颗粒”的存在；次年将这种蛋白颗粒命名为朊病毒蛋白（prionprotein,PrP）。1997年，Prusiner因为发现朊病毒而获得诺贝尔生理医学奖。1984年，德国人Kohler、美国人Milstein和丹麦科学家Jern由于发展了单克隆抗体技术而分享了诺贝尔生理医学奖。1989年Altman、Cech发现核酶（Ribozyme,某些RNA具有酶的功能）获Nobel化学奖。分子生物学的发展历程7/14/202153\n1997年，普鲁西纳朊病毒prion7/14/202154\n生命科学与技术学院《分子生物学》什么是遗传学中心法则?为什么说朊病毒的发现是对此法则提出了挑战?7/14/202155\n分子生物学的迅猛发展阶段4生命科学与技术学院《分子生物学》1990年，人类基因组计划(humangenomeproject,HGP)全面启动美国、英国、法国、德国、日本和中国投资30亿美元，计划用15年完成1996年，Wilmut等用成年母羊体细胞成功克隆羊----Dolly----20世纪三大科学工程之一分子生物学的发展历程（1990年至今）7/14/202156\n生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202157\n生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202158\n2001年，Nature和Science杂志同时发表了人类基因组序列草图；2003年，六国科学家宣布HPG完成。生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的发展历程7/14/202159\n生命科学与技术学院《分子生物学》弗朗西斯·柯林斯:美国国立卫生研究院院长，1993年到2008年间，曾任国家人类基因组研究中心主任7/14/202160\n7/14/202161\nDNA双螺旋结构50s操纵子学说60sDNA重组70sPCR技术AddYourText人类基因组计划80s90s生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的发展历程7/14/202162\n1回顾所学知识点2分子生物学的概念3分子生物学的主要研究内容4分子生物学的发展历程5分子生物学的发展趋势主要内容：生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202163\nI功能基因组学functionalgenomicsII蛋白质组学proteomicsIII生物信息学bioinformatics发展趋势生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的发展趋势7/14/202164\n概念：利用结构基因组学提供的信息，以大规模实验方法与计算机分析，全面系统地分析全部基因功能的学科。功能基因组学functionalgenomics基因功能分析方法？生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的发展趋势7/14/202165\n概念：研究某一基因组在某一特定细胞、特定时间内所表达的全部蛋白质的集合体，以及所有蛋白质修饰后的各种形态。1对蛋白质组的分离：双向电泳2对蛋白质组的鉴定：氨基酸组成分析、质谱技术等蛋白质组学proteomics蛋白质组学分析研究技术：生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的发展趋势7/14/202166\n20世纪80年代新兴交叉学科生物学计算机科学数学信息科学等生物信息学是研究生物信息的采集，处理，存储，传播，分析和解释等各方面的一门学科，它通过综合利用生物学，计算机科学和信息技术而揭示大量而复杂的生物数据所赋有的生物学奥秘。生物信息学bioinformatics生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的发展趋势7/14/202167\n生物信息数据库种类繁多。基因组数据库核酸和蛋白质一级结构序列数据库生物大分子(主要是蛋白质)三维空间结构数据库生物信息学bioinformatics生命科学与技术学院《分子生物学》分子生物学的发展趋势7/14/202168\n日本：DDBJ欧洲：EMBL美国：NCBI生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202169\n第一章前言生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202170\n第一章前言生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202171\n第一章前言生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202172\n我国生物信息学的发展生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202173\n方向历程内容概念5发展方向4发展历程3研究内容2概念第一章前言广义和狭义的五个方面四个阶段三个方向本章小结：生命科学与技术学院《分子生物学》回顾1回顾相关学科发展7/14/202174\n第一章前言ThankyouTheNobelPrizeAwardCeremonies生命科学与技术学院《分子生物学》7/14/202175\n谢谢7/14/202176\nHGP的意义•加深人类对自身的了解•对基因表达调控深入研究•认识遗传疾病以及癌症等的致病机理•了解人的发育过程有利于人类的健康•了解人类的发展、进化历史。7/14/202177