分子生物學(xué)

（MolecularBiology）鄭用璉

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院

zhyl@

Tellab)國家級精品教材建設(shè)項目分子生物學(xué)

（MolecularBiol11.1.二十世紀(jì)生命科學(xué)的回顧1.2.分子生物學(xué)的概念1.3.二十一世紀(jì)分子生物學(xué)展望1.5.主要參考書

1.4.二十一世紀(jì)—生命科學(xué)世紀(jì)1.1.二十世紀(jì)生命科學(xué)的回顧1.2.分子生物學(xué)的概2中國步入世界生命科學(xué)強國1859-2002第１章引言1.1.二十世紀(jì)生命科學(xué)的回顧中國步入世界生命科學(xué)強國1859-2002第１章引言1.13還原論20世紀(jì)人類對生命現(xiàn)象的認(rèn)識個體染色體基因DNAdNt基因的概念基因的本質(zhì)基因的功能逐步深刻認(rèn)識還原論20世紀(jì)人類對生命現(xiàn)象的認(rèn)識個體4人類對生命現(xiàn)象的認(rèn)識還原論20世紀(jì)生命科學(xué)的飛躍了解整個生命現(xiàn)象的本質(zhì)仍然是零敲碎打研究策略（piecemeal

）人類對生命現(xiàn)象的認(rèn)識還原論20世紀(jì)生命科學(xué)的飛躍了解整個生命5人類對生命現(xiàn)象的認(rèn)識

整體論揭示生命的奧秘21世紀(jì)GenomicsStructuralGenomicsFunctionalGenomics人類對生命現(xiàn)象的認(rèn)識整體論揭示生命的奧秘21世紀(jì)Ge6數(shù)、理、化相關(guān)學(xué)科生物學(xué)實驗技術(shù)滲透交叉近代生物學(xué)生物學(xué)個性共性宏觀生物學(xué)（生態(tài)學(xué)為核心）微觀生物學(xué)（分子生物學(xué)為核心）細(xì)胞水平分子水平結(jié)構(gòu)生物學(xué)，發(fā)育生物學(xué)，神經(jīng)生物學(xué)等新興學(xué)科發(fā)展生物多樣性研究資源保護(hù)與利用人類生態(tài)環(huán)境的保護(hù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展數(shù)、理、化相關(guān)學(xué)科生物學(xué)實驗技術(shù)滲透交叉近代生物學(xué)生物7分子生物學(xué)分子結(jié)構(gòu)生物學(xué)分子發(fā)育生物學(xué)分子神經(jīng)生物學(xué)分子育種學(xué)分子腫瘤學(xué)分子細(xì)胞生物學(xué)分子免疫學(xué)分子病毒學(xué)分子生理學(xué)分子考古學(xué)分子遺傳學(xué)分子數(shù)量遺傳學(xué)分子生態(tài)學(xué)分子進(jìn)化學(xué)…………….分子生物學(xué)的延伸分子生物學(xué)已經(jīng)滲透到生物學(xué)的幾乎所有領(lǐng)域分子生物學(xué)已經(jīng)成為生命科學(xué)領(lǐng)域的帶頭學(xué)科分子生物學(xué)分子結(jié)構(gòu)生物學(xué)分子細(xì)胞生物學(xué)分子遺傳學(xué)分子生物學(xué)的821世紀(jì)生命科學(xué)發(fā)展的重要態(tài)勢對生命現(xiàn)象的認(rèn)識從單基因水平

向全基因組整體水平發(fā)展現(xiàn)代生命科學(xué)研究的理論與技術(shù)

從較長期的積累走向應(yīng)用21世紀(jì)生命科學(xué)發(fā)展的重要態(tài)勢對生命現(xiàn)象的認(rèn)識從單基因水9Defineinbroadly;understandbiologicalphenomenainmolecularterms(difficulttodistinguishfrombiochemistry)Defineinrestrictively;thestudyofgenestructureandtheiractivitiesinmolecularlevel1.2.分子生物學(xué)的概念ThetermhasmorethanonedefinitionDefineinbroadly;Defineinr10GeneconceptGenestructureGenereplicationGeneexpressionGenerecombinationGenemutationMolecularBiologyofGeneGeneconceptMolecularBiology11Whatisthegene?BasicpropertyReplicationExpressionMutation

DNADoubleHelixModel1952J.WatsonandF.Crick

Whatisthegene?Basicpro12分子生物學(xué)誕生分子生物學(xué)誕生13分子生物學(xué)研究領(lǐng)域共同遵循三大基本原則分子生物學(xué)研究領(lǐng)域共同遵循三大基本原則14Crick：….我本人的思想是基于兩個基本原理，我稱之為序列假說（sequencehypothesis）

和中心法則（centraldogma)…sequencehypothesis：核酸片段的特異性完全由其堿基序列所決定，而且這種序列是某一蛋白質(zhì)氨基酸序列的密碼。centraldogma：

信息一旦進(jìn)入蛋白質(zhì)，它就不可能再輸出Crick：….我本人的思想是基于兩個基本原理，我稱15★構(gòu)成生物大分子的單體是相同的★生物遺傳信息的表達(dá)的中心法則相同DNARNApolypeptidesproteincharacter高級結(jié)構(gòu)生物大分子之間的互作個性分子生物學(xué)的三大原則共同的核酸語言共同的蛋白質(zhì)語言★生物大分子單體的排列（核苷酸，氨基酸）★構(gòu)成生物大分子的單體是相同的★生物遺傳信息的表達(dá)的中心16分子生物學(xué)研究領(lǐng)域的三大主要領(lǐng)域分子生物學(xué)研究領(lǐng)域的三大主要領(lǐng)域17結(jié)構(gòu)生物學(xué)基因分子生物學(xué)生物技術(shù)理論與應(yīng)用分子生物學(xué)研究的三大主要領(lǐng)域生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能生物大分子之間的互作DNA—proteinHormone—receptorEnzyme—substrate基因的概念基因的結(jié)構(gòu)基因的復(fù)制基因的表達(dá)基因的重組基因的突變基因工程細(xì)胞工程酶工程發(fā)酵工程蛋白質(zhì)工程狹義的分子生物學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)基因分子生物學(xué)生物技術(shù)理論分子生物學(xué)研究的三大主要18分子生物學(xué)發(fā)展的三大支持學(xué)科分子生物學(xué)發(fā)展的三大支持學(xué)科191839-1847年MatthiasSchleiden&TheodorSchwann細(xì)胞的化學(xué)組成，細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)，細(xì)胞骨架，生物大分子在細(xì)胞中的定位及功能分子生物學(xué)發(fā)展的三大支撐學(xué)科生物體由細(xì)胞組成所有組織的最基本單元----形狀相似，高度分化的細(xì)胞細(xì)胞的發(fā)生與形成是生物界普遍和永久的規(guī)律MolecularCellbiologyCytology1839-1847年MatthiasSchleiden20GregorMendel1864年GeneticsMolecularGeneticsGenestructureGeneduplicationGeneexpressionGenerecombinationGenemutation

分子生物學(xué)發(fā)展的三大支撐學(xué)科遺傳因子假說GeneticsGregorMendelGeneticsMolecular21NucleicAcidChemistryProteinChemistry(1936年JamesSumner)

NobelPrizeinChemistry1946分子生物學(xué)發(fā)展的三大支撐學(xué)科EnzymaticnatureofcrystallineProteinBiochemistryWhatgenesare&Howtheyact?NucleicAcidChemistryProtein22分子生物學(xué)發(fā)展的歷程分子生物學(xué)發(fā)展的歷程23NobelmedalHalfapoundof23-karalgold.2.5inchesacross近半個世紀(jì)以來醫(yī)學(xué)，化學(xué)中重大突破與成就者NobelPrize分子生物學(xué)發(fā)展的里程碑與主要內(nèi)容Nobelmedal近半個世紀(jì)以來NobelP24

TheNobelPrizeinChemistry1946

"forhisdiscoverythatenzymescanbecrystallized""fortheirpreparationofenzymesandvirusproteinsinapureform"

JamesBatchellerSumnerJohnHowardNorthropWendellMeredithStanley

CornellUniversity

RockefellerInstituteUSARockefellerInstituteUSA1887-19551891-19871904-1971

TheNob251958J.Lederberg(33y)PhagetransductionTheNobelPrizeinChemistry1958"forhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulin"FrederickSangerCambridgeUniversity

1918-Beadle&TatumOnegene--oneenzyme1958J.Lederberg(33y)Phage26SeveroOchoa(54y)SpainRichphosphatebondsofATP-------EnergyArthurKornberg(41y)DNAreplicationIsolationofDNApolymeraseIBrooklyn1959SeveroOchoa(54y)SpainRichp27FrancisCrick(35y)1951分子生物學(xué)的重要里程碑JamesWatson(23y)丹麥哥本哈根劍橋大學(xué)CavendishLab.FrancisCrick(35y)1951分子生物學(xué)的28M.H.F.Wilkins&RosalindFranklin

X~rayphotographofDNAwithhighquality(核糖與磷酸連接成的扭曲繩子，每一節(jié)上都有配對的堿基)1951.King’sLab.LondonUniversityUKM.H.F.Wilkins&Ro29JamesWatson(34y)FrancisCrick(46y)MauriceWilkins(46y)DNADoubleHelixmodel19531962JamesWatson(34y)DNADoubleH30FrancoisJacob(44y)JacquesMonod(55y)(French)Lac.OperonTheory1965ConceptofmRNAFrancoisJacob(44y)Lac.Oper311968R.HolleyH.G.KhoranaM.Nirenberg

PakistanH.GobindKhorana(46y)HowtosynthesizetripletRNAMarshallNirenberg(41y)GeneticcodonRobertHolley(46y)tRNAphecloverleafstructure1968R.HolleyH.G.Kh321969MaxDelbruck(63y)AlfredHershey(61y)PhagegroupPhageinfectioncycleDNAasgeneticmaterialM.DelbruckA.Hershey1969MaxDelbruck(63y)Phagegr33

HowardTemin(41y)DavidBaltimore(37y)Reversetranscription（引發(fā)癌癥的內(nèi)因）HowardTemin(41y)DavidBa34

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1978"forthediscoveryofrestrictionenzymesandtheirapplicationtoproblemsofmoleculargenetics"WernerArberDanielNathansHamiltonO.Smith

SwitzerlandBiozentrumderUniversit?t

JohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicine

Baltimore,USAJohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicine

Baltimore,USA1929-1928-19991931-TheNobelPrizeinPhysiolog35TheNobelPrizeinChemistry1980WalterGilbertBiologicalLaboratories

Cambridge,MA,1932-"fortheircontributionsconcerningthedeterminationofbasesequencesinnucleicacids"FrederickSangerMRCLaboratoryofMolecularBiology

Cambridge,GreatBritain1918-TheNobelPrizeinChemistry136TheNobelPrizeinChemistry1980"forhisfundamentalstudiesofthebiochemistryofnucleicacids,withparticularregardtorecombinant-DNA"PaulBerg

StanfordUniversity

1926-TheNobelPrizeinChemistry1371983.BarbaraMcClintock(86y)DNAtransposableelement1983.DNAtransposableelement38

LastmodifiedMay10,2001

Copyright?2001TheNobelFoundationTheOfficialWebSiteofTheNobelFoundation

LastmodifiedMay10,2001

Copyright?2001TheNobelFoundationTheOfficialWebSiteofTheNobelFoundation

LastmodifiedMay10,2001

Copyright?2001TheNobelFoundationTheOfficialWebSiteofTheNobelFoundation

TheNobelPrizeinChemistry1989"fortheirdiscoveryofcatalyticpropertiesofRNARibozyme"

SidneyAltmanThomasR.Cech

YaleUniversity

NewHaven,CT,USAUniversityofColorado

Boulder,CO,USA1939-1947

39TheNobelPrizeinChemistry1993"forcontributionstothedevelopmentsofmethodswithinDNA-basedchemistry""forhisfundamentalcontributionstotheestablishmentofoligonucleiotide-based,site-directedmutagenesisanditsdevelopmentforproteinstudies"MichaelSmithUniversityofBritishColumbia

Vancouver,Canada1932-2000TheNobelPrizeinChemistry140TheNobelPrizeinChemistry1993"forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)method"KaryB.Mullis1944-TheNobelPrizeinChemistry141Gilman&Rodball→G-proteinasasignalmolecularincellLewis&Nusslein-Volhard→ControlgeneofbodydevelopinginDrosophilaGilman&Rodball→G-protein42ProgrammedCellDeath(PCD)anddevelopment2002NobelPrizeJohnSulstonUSA

SydneyBrennerH.RobertHorvitzSwitzerland

ProgrammedCellDeath(PCD)2431.3.

二十一世紀(jì)生物學(xué)的新熱點及領(lǐng)域1.3.44生物大分子的高級三維結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一生物大分子之間的互作→基因的社會學(xué)

(Nature雜志增設(shè)Naturaldevelopingbiology分冊)基因表達(dá)，基因互作器官發(fā)生胚胎形成個體發(fā)育結(jié)構(gòu)生物學(xué)（StructuralBiology）

分子發(fā)育生物學(xué)（MolecularDevelopingBiology）生物大分子的高級三維結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一45個體細(xì)胞分子還原論整體論細(xì)胞中的定位細(xì)胞分化分子細(xì)胞生物學(xué)

(MolecularCellBiology)個體細(xì)胞分子還原論整體論細(xì)胞中的定位細(xì)胞分化分子細(xì)胞生物學(xué)46Genomics

Structuralgenomics

FunctionalgenomicsGenomicsStructural47Structuralgenomics基因組的全序列高密度的分子標(biāo)記圖譜高精度的物理圖譜轉(zhuǎn)錄水平上的表達(dá)圖譜大規(guī)模的蛋白質(zhì)構(gòu)型模擬Structuralgenomics48Functionalgenomics

利用結(jié)構(gòu)基因組提供的信息大規(guī)模地分析基因的功能不僅提供基因功能的簡單列表最終要闡釋基因如何工作細(xì)胞組織個體Functionalgenomics49計算機語言

分辨，提取，分析，比較，預(yù)測生物信息

生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能信息

生物信息學(xué)(Bioinformatics)計算機語言分辨，提取，分析，比較，預(yù)測生物信息生物大50神經(jīng)基質(zhì)神經(jīng)通道信息傳遞大分子克隆一級結(jié)構(gòu)分析三維結(jié)構(gòu)重建思維感情記憶科學(xué)解釋分子神經(jīng)生物學(xué)（MolecularNeurobiology）繼人類基因組后腦計劃即將啟動神經(jīng)基質(zhì)大分子克隆思維科學(xué)解釋分子神經(jīng)生物學(xué)繼人類基因組后51199470個Scr,PCD原癌基因（生長因子，細(xì)胞周期等癌癥相關(guān)基因）1986.FriendRB1第一個抑癌基因被克隆

(TumorSuppressorgene)11個抑癌基因被證實

（P53,P21,ERBA,WT1,NF1等）

1975.BishopM.Src(Sarcoma肉瘤)癌基因的證實分子腫瘤學(xué)（MolecularTumorology）199452

應(yīng)用生物學(xué)發(fā)展

生物技術(shù)

診斷試劑治療藥物植物品種畜用制品食品加工環(huán)境工程廢物處理生物塑料民用制品再生能源

生命科