主要內(nèi)容第一頁，共75頁。學(xué)習(xí)方法1.注重理解，融會貫通重點強調(diào)知識體系的建立，掌握脈絡(luò)、主干和重點。2.勤學(xué)多問，孜孜不倦善于勤學(xué)多問，與老師、同學(xué)多交流探討。3.跟蹤前沿，引深思維經(jīng)常查閱相關(guān)文獻4.舉一反三，溫故知新做好預(yù)習(xí)、經(jīng)常復(fù)習(xí)5.勤做筆記第二頁，共75頁。第一章緒論第三頁，共75頁。教學(xué)目的、要求

掌握分子生物學(xué)的含義及分子生物學(xué)的研究內(nèi)容，了解分子生物學(xué)發(fā)展簡史、分子生物學(xué)在生命科學(xué)中的地位、分子生物學(xué)的現(xiàn)狀和展望。第四頁，共75頁。主要內(nèi)容一、分子生物學(xué)定義二、分子生物學(xué)的主要研究內(nèi)容以及與其它學(xué)科的關(guān)系三、分子生物學(xué)的發(fā)展簡史四、分子生物學(xué)展望第五頁，共75頁。一、分子生物學(xué)定義1.什么是分子生物學(xué)?

是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能及其相互作用關(guān)系，以及基因表達調(diào)控機理的學(xué)科。是人類從分子水平上真正揭開生物世界的奧秘，由被動地適應(yīng)自然界轉(zhuǎn)向主動地改造和重組自然界的基礎(chǔ)學(xué)科。

第六頁，共75頁。廣義：包括對蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的研究，以及從分子水平上闡明生命的現(xiàn)象和生物學(xué)規(guī)律。狹義：偏重于核酸(基因)的分子生物學(xué)，主要研究基因或DNA結(jié)構(gòu)與功能、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、表達和調(diào)節(jié)控制等過程。第七頁，共75頁。一、分子生物學(xué)定義2.研究對象Biomacromolecule(生物大分子)核酸、蛋白質(zhì)、多糖等具有重要功能的較大分子量物質(zhì)（分子水平）第八頁，共75頁。一、分子生物學(xué)定義3.研究目的闡明生物的產(chǎn)生、生長、發(fā)育、繁殖、遺傳等生命活動基本特征的分子機理。研究生命本質(zhì)第九頁，共75頁。一、分子生物學(xué)定義4.研究方法生命科學(xué)研究的主導(dǎo)技術(shù)（DNA重組、PCR、雜交等）

生物技術(shù)第十頁，共75頁。5.分子生物學(xué)的3條基本原理：?構(gòu)成生物體有機大分子的單體在不同生物中都是相同的；?生物體內(nèi)一切有機大分子的建成都遵循著各自特定的規(guī)則；

?某一特定生物體所擁有的核酸及蛋白質(zhì)分子決定了它的屬性。一、分子生物學(xué)定義第十一頁，共75頁。二、分子生物學(xué)的主要研究內(nèi)容以及與其它學(xué)科的關(guān)系1.主要研究內(nèi)容(1)基因與基因組的結(jié)構(gòu)與功能(2)DNA的復(fù)制轉(zhuǎn)錄和翻譯(3)基因表達調(diào)控的研究(4)DNA重組技術(shù)(5)結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)第十二頁，共75頁。基因與基因組的結(jié)構(gòu)與功能分子生物學(xué)發(fā)展的主線分子生物學(xué)研究內(nèi)容最基礎(chǔ)最重要的部分。第十三頁，共75頁?；虮磉_調(diào)控的研究基因表達實質(zhì)：遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯

時序調(diào)節(jié)表達環(huán)境調(diào)控表達發(fā)育調(diào)控基因在這兩方面表現(xiàn)尤為突出。第十四頁，共75頁。DNA重組技術(shù)20世紀(jì)70年代初興起的一門技術(shù)科學(xué)(基因工程)目的生產(chǎn)活性多肽定向改造某些生物的基因結(jié)構(gòu)用于基礎(chǔ)研究第十五頁，共75頁。結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)研究生物大分子特定的空間結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)運動變化與其生物學(xué)功能關(guān)系的科學(xué)。如：功能蛋白質(zhì)組研究;核糖體結(jié)構(gòu)與功能的研究第十六頁，共75頁。2.分子生物學(xué)與其他學(xué)科之間的關(guān)系分子生物學(xué)是由生物化學(xué)、生物物理學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)、細胞學(xué)、以至信息科學(xué)等多學(xué)科相互滲透、綜合融匯而產(chǎn)生并發(fā)展起來的，凝聚了不同學(xué)科專長的科學(xué)家的共同努力。?它雖產(chǎn)生于上述各個學(xué)科，但已形成它獨特的理論體系和研究手段，成為一個獨立的學(xué)科。第十七頁，共75頁。LifeSciencesMedicalSciencesBiologyAgri.SciencesMacro(outdoor)Micro(indoor)Ecology,BehaviorEvolutionSystematicsMolecularBiologyBiochemMicrobiolCellBiologyGeneticsBioinformatics

ImmunolNeurobiolOthersCropsciencesAnimalhusbandryVeterinaryPathology,clinicmedicinePreventivemedicineetc第十八頁，共75頁。分子生物學(xué)：從分子水平理解生命活動生物化學(xué)：從化學(xué)組成角度來理解生物大分子和生物代謝。細胞生物學(xué)：從細胞水平理解生命活動遺傳學(xué)：從遺傳角度理解生命活動。普通生物學(xué)（動物&植物）&微生物學(xué)：不同生物類型的特點第十九頁，共75頁。與生物化學(xué)的關(guān)系最為密切但存在一定的差別第二十頁，共75頁。與細胞生物學(xué)十分密切傳統(tǒng)的細胞生物學(xué)現(xiàn)代細胞生物學(xué)分子生物學(xué)（主要研究細胞和亞細胞器的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能）（探討組成細胞的分子結(jié)構(gòu)）（進一步研究各生物分子間的高層次組織和相互作用，尤其是細胞整體反應(yīng)的分子機理）第二十一頁，共75頁。三、分子生物學(xué)的發(fā)展簡史1.準(zhǔn)備和醞釀階段（19世紀(jì)后期－20世紀(jì)50年代）2.現(xiàn)代分子生物學(xué)的建立和發(fā)展階段（20世紀(jì)50年代－70年代）3.初步認識生命本質(zhì)并開始改造生命的深入發(fā)展階段（20世紀(jì)70年代后）第二十二頁，共75頁。兩個重大突破蛋白質(zhì)是生命的主要基礎(chǔ)物質(zhì)確定了生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA第二十三頁，共75頁。19世紀(jì)末，Buchner兄弟證明酵母無細胞提取液能使糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精－－第一次提出酶（enzyme）的名稱，酶是生物催化劑。20世紀(jì)20-40年代，證明酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)。隨后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)生命的許多基本現(xiàn)象都與酶和蛋白質(zhì)相聯(lián)系，可以用提純的酶或蛋白質(zhì)在體外實驗中重復(fù)出來。在此期間對蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)也有了初步的認識。

第二十四頁，共75頁。1902年，EmilFisher證明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是多肽40年代末，Sanger創(chuàng)立二硝基氟苯（DNFB）法、Edman發(fā)展異硫氰酸苯酯法分析肽鏈N端氨基酸1951年，Pauling和Corey

：α-螺旋和－折疊，確定了蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)1953年，Sanger和Thompson：確定了胰島素的一級結(jié)構(gòu)，這是第一個被確定一級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。第二十五頁，共75頁。LINUSCARLPAULING

1954NobelLaureateinChemistry

“forhisresearchintothenatureofthechemicalbondanditsapplicationtotheelucidationofthestructureofcomplexsubstances”

Background1901-1994

Residence:U.S.A.

Affiliation:CaliforniaInstituteofTechnology,Pasadena,CALinusPaulingattheCaliforniaInstituteofTechnologyinPasadena.第二十六頁，共75頁。FREDERICKSANGER

1958NobelLaureateinChemistry

“forhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulin”BackgroundBorn:August13,1918

PlaceofBirth:Rendcombe,Gloucestershire,England

Residence:GreatBritain

Affiliation:CambridgeUniversity

第二十七頁，共75頁。1860至1870年GregorMendel:豌豆雜交

細胞內(nèi)的遺傳因子（elementorunit）決定和控制著生物體的各種性狀1868至1871年F.Miescher：從死亡的白細胞核中分離了DNA1909年W.Johannsen

：將遺傳因子更名為基因1910年T.H.Morgan：果蠅（Drosophila）

證明基因是位于染色體上呈線性排列的遺傳單位，“一個基因控制一個性狀”（onegene-onetrait）第二十八頁，共75頁。"FatherofGenetics"

Atthemonastery,hestartedinvestigationsofvariation,heredityandevolutionofplantsatthemonastery'sexperimentalgarden.Becauseheknewotherscientistshaddoneexperimentalcrossingsbetweenpeas,healreadyknewthathecouldobservethetraitsofthedifferentpeagenerations.JohannGregorMendel(1822～1884）第二十九頁，共75頁。E.SeyseneggTschermak

C.Correns

H.DeVries(1848-1935)

這三位著名的生物學(xué)家在1900年同時發(fā)表論文宣揚孟德爾，使孟德爾定律很快引起了生物學(xué)界的重視。生物學(xué)界掀起了驗證孟德爾定律的熱潮。

第三十頁，共75頁。WilhelmLudwigJohannsen1857～19271909年，丹麥生物學(xué)家約翰遜根據(jù)希臘文“給予生命”之義，創(chuàng)造了基因（gene）一詞，并用這個術(shù)語代替孟德爾的“遺傳因子”。不過他所說的基因并不代表物質(zhì)實體，而是一種與細胞的任何可見形態(tài)結(jié)構(gòu)毫無關(guān)系的抽象單位。因此，那時所指的基因只是遺傳性狀的符號，還沒有具體涉及基因的物質(zhì)概念。第三十一頁，共75頁。ThomasHuntMorgan第三十二頁，共75頁。1941年G.W.Beadle,E.L.Tetum:鏈孢霉菌屬的孢子突變研究?！皁negene-oneenzyme”。1944年O.T.Avery

：肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗

證明遺傳物質(zhì)是DNA而不是當(dāng)時流行的蛋白質(zhì)，提出了DNA是遺傳信息的載體

第三十三頁，共75頁。OswaldTheodoreAvery1877～1955肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化的實驗肺炎鏈球菌第三十四頁，共75頁。AlfredDayHershey1908～1997

T2噬菌體轉(zhuǎn)染細菌實驗T2噬菌體第三十五頁，共75頁。1953年F.H.C.Crick,J.D.Watson,(M.H.F.WilkinsR.E.Franklin):DNA雙螺旋模型－開創(chuàng)了分子遺傳學(xué)基本理論建立和發(fā)展的黃金時代。1958年F.H.C.Crick

：分子生物學(xué)中心法則（centraldogmaofmolecularbiology）1966年R.W.Holley,H.G.Khorana,M.W.Nirenberg：揭示遺傳密碼第三十六頁，共75頁。"fortheirdiscoveriesconcerningthemolecularstructureofnucleicacidsanditssignificanceforinformationtransferinlivingmaterial"TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1962第三十七頁，共75頁。1956年A.Kornbery:DNA聚合酶1968年Okazaki:DNA不連續(xù)復(fù)制模型1972年證實DNA復(fù)制開始需要RNA作為引物1958年Weiss及Hurwitz等:RNA聚合酶1961年Hall和Spiege-lman:mRNA與DNA序列互補50年代初Zamecnik等:微粒體是細胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的部位1957年Hoagland、Zamecnik、Stephenson

等:tRNA1961年Brenner、Gross等:mRNA與核糖體的結(jié)合第三十八頁，共75頁。1965年Holley:首次測出酵母丙氨酸

tRNA的一級結(jié)構(gòu)－－三葉草型結(jié)構(gòu)1970年D.Baltimore,R.Dulbecco,H.M.Temin

：發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶，分子生物學(xué)中心法則擴充DNARNAProtein

第三十九頁，共75頁。TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1968"fortheirinterpretationofthegeneticcodeanditsfunctioninproteinsynthesis"

第四十頁，共75頁。重組DNA技術(shù)的建立和發(fā)展基因組研究的發(fā)展

基因表達調(diào)控機理第四十一頁，共75頁。70年代后，以基因工程技術(shù)的出現(xiàn)作為新的里程碑，標(biāo)志著人類深入認識生命本質(zhì)并能動改造生命的新時期開始。第四十二頁，共75頁。In1973AmericanbiochemistHerbertBoyerusedrestrictionenzymestoproduceaDNAmoleculewithgeneticmaterialfromtwodifferentsources.ThissplicingtechniqueisnowknownasrecombinantDNA.Boyerinsertedforeigngenesintoplasmidsandobservedthattheplasmidscouldreplicatetomakemanycopiesoftheinsertedgenes.Insubsequentexperiments,Boyer,AmericanbiochemistStanleyCohen,andotherresearchersdemonstratedthatinsertingarecombinantDNAmoleculeintoahostbacteriacellwouldleadtoextremelyrapidreplicationandtheproductionofmanyidenticalcopiesoftherecombinantDNA.Thisprocess,knownascloning,gavescientiststhepowertomakemanycopiesofdesiredDNAformolecularstudy.GeneticEngineeringHerbertBoyerStanleyCohen第四十三頁，共75頁。Geneticengineeringenablesscientiststoproduceclonesofcellsororganismsthatcontainthesamegenes.第四十四頁，共75頁。1977年，Boyer等首先將人工合成的生長激素釋放抑制因子14肽的基因重組入質(zhì)粒，成功地在大腸桿菌中合成得到這14肽；1978年，Itakura（板倉）等使人生長激素191肽在大腸桿菌中表達成功；1979年，美國基因技術(shù)公司用人工合成的人胰島素基因重組轉(zhuǎn)入大腸桿菌中合成人胰島素。第四十五頁，共75頁。DNA重組技術(shù)的出現(xiàn)極大地推動了DNA和RNA的研究。其三大關(guān)鍵技術(shù)即DNA切割技術(shù)、分子克隆技術(shù)和快速測序的不斷成熟，使人們可以通過DNA操作改造生物機體的性狀特征、改造基因、以至改造物種。目前基因工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品、環(huán)保等都做出了有益的貢獻。第四十六頁，共75頁?；蚬こ碳夹g(shù)發(fā)展給人類帶來的成果

轉(zhuǎn)基因動植物基因診斷與基因治療核酸的化學(xué)合成從手工發(fā)展到全自動合成……第四十七頁，共75頁。轉(zhuǎn)人生長激素基因的白鼠（左）具有超凡嗅覺能力的轉(zhuǎn)基因?qū)嶒炇?/p>

第四十八頁，共75頁。轉(zhuǎn)基因魚生長快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國)第四十九頁，共75頁。超級動物導(dǎo)入貯藏蛋白基因的超級羊和超級小鼠第五十頁，共75頁。特殊動物導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠第五十一頁，共75頁。轉(zhuǎn)基因牛乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)第五十二頁，共75頁。產(chǎn)胰蛋白酶抑制劑的羊，羊奶可用于治療慢性肺氣腫。第五十三頁，共75頁。普通棉花的棉鈴（左）與轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的棉鈴（右）第五十四頁，共75頁。轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒第五十五頁，共75頁。轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄第五十六頁，共75頁。不會引起過敏的大豆普通棉花與“兔毛”棉花開磚紅色花的矮牽牛富含脯氨酸的水稻第五十七頁，共75頁。轉(zhuǎn)基因煙草抗病毒的干擾素第五十八頁，共75頁。金色大米，轉(zhuǎn)胡蘿卜素合成酶基因，食用后能轉(zhuǎn)變成維生素A。《時代》周刊封面文章第五十九頁，共75頁。轉(zhuǎn)胡蘿卜素合成酶基因的甘薯普通甘薯富含脯氨酸的水稻第六十頁，共75頁。彩色蠶繭普通棉花與“兔毛”棉花

第六十一頁，共75頁。1991年美國向一患先天性免疫缺陷?。ㄟz傳性腺苷脫氨酶ADA基因缺陷）的女孩體內(nèi)導(dǎo)入重組的ADA基因，獲得成功。我國也在1994年用導(dǎo)入人凝血因子Ⅸ基因的方法成功治療了乙型血友病的患者。在我國用作基因診斷的試劑盒已有近百種之多?；蛟\斷和基因治療正在發(fā)展之中。第六十二頁，共75頁。PCR(polymerasechainreaction)

isatechniqueusedtomakenumerouscopiesof[i.e.amplify]aspecificsegmentofDNA.PCRmakesitpossibletoquicklyandaccuratelyobtainlargequantitiesofDNAneededincarryingoutresearchinmolecularbiology,inclinicaldiagnosis,incriminalinvestigationsrequiringforensicanalysis,andinvirusinfectiousdiseaseresearch,heongoingbattleagainstAIDS.

第六十三頁，共75頁。The1993NobelPrizeinChemistry13October1993“forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)method”halftoDrKaryB.Mullis,LaJolla,California,U.S.A.,andhalftoProfessorMichaelSmith,UniversityofBritishColumbia,Vancouver,Canada,forhisfundamentalcontributionstotheestablishmentofoligonucleotide-based,site-directedmutagenesisanditsdevelopmentforproteinstudies.KaryB.Mullis1945-

第六十四頁，共75頁。基因組(genome)：生物機體一個細胞所有不同染色體上全部的DNA總和稱為基因組。

基因組中不同區(qū)域具有不同的功能，有些是編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因，有些是復(fù)制及轉(zhuǎn)錄的調(diào)控信號，有些區(qū)域的功能尚不清楚。第六十五頁，共75頁。1977年Sanger測定了Фx174-DNA全部5375個核苷酸的序列1978年Fiers等測出SV-40DNA全部5224對堿基序列80年代λ噬菌體DNA全部4850堿基對的序列全部測出第六十六頁，共75頁。1990.10：被譽為生命科學(xué)“阿波羅登月計劃”的人類基因組計劃（HGP）啟動。1998.5：美國科學(xué)家克里格文特創(chuàng)建的塞萊拉遺傳公司，目標(biāo)是投入３億美元，到２００１年繪制出完整的人體基因組圖譜，與國際HGP展開競爭。：國際HGP聯(lián)合研究小組宣布，他們完整地破譯出人體第22對染色體的遺傳密碼。：當(dāng)時的美國總統(tǒng)克林頓和英國首相布萊爾發(fā)表聯(lián)合聲明，呼吁將人類基因組研究成果公開，以便世界各國科學(xué)家都能自由地使用這些成果。2000.5：國際HGP完成時間預(yù)計從原定的2003年6月提前至2001年6月。：科學(xué)家公布人類基因組“工作框架圖”。2001.2：國際HGP(美、英、日、德、法和中國)的科學(xué)家和美國塞萊拉公司分別宣布完成繪制人類基因組測序草圖。分別在15日出版的《Nature》和16日的《Science》公布。人類基因組計劃(HumanGenomeProject)第六十七頁，共75頁。青山襯托之下，是一片金燦燦的中國水稻梯田。4月5日以中國梯田為封面的《Science》雜志以14頁篇幅率先發(fā)表了一個重大成果—中國人獨立完成的論文《水稻（秈稻）基因組的工作框架序列》，顯示對中國科學(xué)家成就充分肯定。COVERPhotographoftheHon