1第一讲序论汇总.ppt

分子生物学讲义,第一讲 序论,一、二十一世纪是现代生物科学的世纪 二、现代分子生物学中的主要里程碑 三、分子生物学的主要研究内容,一、二十一世纪是现代生物科学的世纪,生物科学是当代自然科学中发展最迅速、对人类的生存和自身发展影响最大的学科领域之一。统计美国科学引文索引（SCI）收录的4500余种学术刊物，发现有2350种左右为生物科学相关杂志统计全世界引用指数（Impact factor）在10以上的超一流学术刊物，也发现80左右（97年48种刊物中有38种）是生物科学相关刊物,表1.引用指数在10以上的自然科学刊物分科比较,分析97年SCI收录的4500种期刊的影响因子发现 Cell （细胞） 48.0 Nature （自然） 28.4 Science （科学） 24.1,植物基因工程的发展,DNA重组技术 基因遗传转化技术 植物组织培养技术 植物基因工程已取得重大成就，据1999年统计，获得第一株转基因植物到现在15年左右的时间里，已经有200多种植物相继被转化，内容涉及到植物的抗病、抗虫、抗除草剂、抗逆和作物的高产优质、果蔬贮藏、谷物或其它作物的固氮能力、药物生产及环境美化等方面。下面记录片介绍了我国基因工程的发展,表1-2 已经完成全序列测定的基因组,二、现代分子生物学中的主要里程碑,分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学，是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘，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学科。当人们意识到同一生物不同世代之间的连续性是由生物体自身所携带的遗传物质所决定的，科学家为揭示这些遗传密码所进行的努力就成为人类征服自然的一部分，而以生物大分子为研究对像的分子生物学就迅速成为现代社会中最具活力的科学,1910年，德国科学家Kossel第一个分离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸,1959年，美国科学家Uchoa第一次合成了核糖核酸，实现了将基因内 的遗传信息通过RNA翻译成蛋白质的过程。同年，Kornberg实现了试 管内细菌细胞中DNA的复制,1962年，Watson（美）和Crick（英）因为在1953年提出DNA的反向 平行双螺旋模型而与Wilkins共获Noble生理医学奖，后者通过X射线衍 射证实了Watson-Crick模型,Griffith（1928）及Avery（1944）等人关于致病力强的光滑型（S型） 肺炎链球菌DNA导致致病力弱的粗糙型（R型）细菌发生遗传转化的 实验,Hershey和Chase（1952）关于DNA是遗传物质的实验,Crick于1954年所提出的遗传信息传递规律（即中心法则,Meselson和Stahl（1958）关于DNA半保留复制的实验,Yanofsky和Brener（1961）年关于遗传密码三联子的设想,图1-1,1965年，法国科学家Jacob和Monod提出并证实了操纵子（operon）作为调节细菌细胞代谢的分子机制。此外，他们还首次推测存在一种与DNA序列相互补、能将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所细胞质）并翻译产生蛋白质的mRNA （信使核糖核酸）。 1972年，Paul Berg（美）第一次进行了DNA重组。 1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次进行了DNA序列分析。 1988年，McClintock由于在50年代提出并发现了可移动遗传 因子（jumping gene或称mobile element）而获得Nobel奖。 1993年，美国科学家Roberts和Sharp因发现断裂基因（introns）而获得Nobel奖。Mullis由于发明PCR仪而与加拿大学者Smith（第一个设计基因定点突变）共享Nobel化学奖,三、分子生物学的主要研究内容,所有生物体中的有机大分子都是以碳原子为核心，并以共价键的形式与氢、氧、氮及磷以不同方式构成的。不仅如此，一切生物体中的各类有机大分子都是由完全相同的单体，如蛋白质分子中的20种氨基酸、DNA及RNA中的8种碱基所组合而成的，由此产生了分子生物学的3条基本原理,构成生物体有机大分子的单体在不同生物中都是相同的； 生物体内一切有机大分子的建成都遵循着各自特定的规则； 某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性,一、生物大分子的结构与功能及分子间的相互作用 主要研究核酸、蛋白质、酶的结构与功能及蛋 白质与蛋白质、核酸与核酸、核酸与蛋白质、 核酸与其它生物大分子之间的相互作用。 二、基因信息的传递及调控 三、细胞之间的信息传递机制 四、细胞的识别涉及细胞粘附分子与细胞外基质。 五、细胞的增殖与分化包括癌基因与抑癌基因、 肽类生长因子、细胞周期及其调控的分子机理等。 六、分子生物学技术主要包括分子杂交技术、链 反应技术、基因工程与蛋白质工程等,分子生物学研究的主要内容,DNA重组技术（又称基因工程）是20世纪70年代初兴起的技术科学，目的是将不同DNA片段（如某个基因或基因的一部分）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，产生影响受体细胞的新的遗传性状。严格地说，DNA重组技术并不完全等于基因工程，因为后者还包括其他可能使生物细胞基因组结构 得到改造的体系,1.DNA重组技术（又称基因工程,DNA重组技术有着广阔的应用前景,DNA重组技术可用于定向改造某些生物基因组结构，使它们所具备的特殊经济价值或功能得以成百 上千倍的地提高。 DNA重组技术还被用来进行基础研究,如果说，分子生物学研究的核心是遗传信息的传递和控制，那么根据中心法则，我们要研究的就是DNA到RNA，再到蛋白质的全过程，也即基因的表达与调控。在这里无论是对启动子的研究（包括调控元件或称顺式作用元件），还是对转录因子的克隆及分析，都离不开重组DNA技术的应用,2.基因表达调控研究,因为蛋白质分子参与并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（主要是脱氧核糖核酸）分子编码，表现为特定的核苷酸序列，所以基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。 在个体生长发育过程中生物遗传信息的表达按一定的时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控,1）原核生物的基因组和染色体结构都比真核生物简单，转录和翻译在同一时间和空间内发生，基因表达的调控主要发生在转录水平。 （2）真核生物有细胞核结构，转录和翻译过 程在时间和空间上都被分隔开，且在转录和翻译后都有复杂的信息加工过程，其基因表达的调控可以发生在各种不同的水平上。基因表达调控主要表现在信号传导研究、转录因子研究及RNA剪 辑3个方面,转录因子是一群能与基因5端上游特定序列专一结合，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,真核基因在结构上的不连续性是近10年来生物学上 的重大发现之一。当基因转录成pre-mRNA后，除了在5 端加帽及3端加多聚ApolyA之外，还要将隔开各个相邻 编码区的内含子剪去，使外显子（编码区）相连后成为 成熟mRNA,研究发现，有许多基因不是将它们的内含子全部 剪去，而是在不同的细胞或不同的发育阶段有选择地 剪接其中部分内含子，因此生成不同的mRNA及蛋白 质分子,3.结构分子生物学,生物大分子的结构功能研究（又称结构分子生物学） 一个生物大 分子，无论是核酸、蛋白质或多糖，在发挥生物学功能时，必须具备 两个前提首先，它拥有特定的空间结构（三维结构）；其次，在它发 挥生物学功能的过程中必定存在着结构和构象的变化,结构分子生物学就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,它包括,结构的测定,结构运动变化规律的探索,结构与功能相互关系的建立,常见的研究三维结构及其运动规律的手段,X射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学）； 二维核磁共振和多维核磁研究液相结构 ； 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物高分子的空间结构