分子生物學

MolecularBiology英文原版中文譯本課程內容緒論基因的轉錄蛋白質翻譯基因組復制突變與重組病毒分子生物學實驗技術緒論

引言分子生物學簡史分子生物學的研究內容分子生物學進展分子生物學展望一、引言

1859年，達爾文（CharlesDarwin）發表《物種起源》，確立了進化論的概念，打破了創世說；17世紀末，Leeuwenhoek（荷）成功制作世界第一架光學顯微鏡，發現微動物（animalule）；Looke第一次提出“細胞”這個概念；19世紀，德國植物學家Schleiden和動物學家Schwann創立了細胞學說。進化論與細胞學相結合，產生了現代生物學。遺傳學與生物化學是這門學科的兩大支柱。19世紀中葉，科學家發現蛋白質物質；隨后又證明蛋白質是生活細胞中化學反應的執行者和催化劑；19世紀到20世紀，20種氨基酸被相繼發現；生物學家Fisher論證了相鄰氨基酸之間的“肽鍵”；脂類、糖類、核酸也相繼被認識和純化。1865年奧地利遺傳學家孟德爾（GregorMendel）發現并提出遺傳定律，被公認是經典遺傳學的奠基人；1910年美國遺傳學家Morgan提出基因學說并提出“基因”的概念；分離定律自由組合定律遺傳因子學說

ThomasHuntMorgan1866～19451910年創立遺傳的染色體理論1928年英國科學家Griffith證實肺炎鏈球菌莢膜中的多糖是致病原；1944年Avery提出基因就是DNA；1952年美國Hershey、Chase進一步證實了Avery的論點；二、發展簡史定義從分子水平研究生命本質的一門邊緣學科主要任務闡明生物大分子的結構及結構與功能的關系研究對象

核酸和蛋白質等生物大分子的結構及其在遺傳信息和細胞信息傳遞中的作用?1910年，德國科學家Kossel第一個分離了腺嘌呤，胸腺嘧啶和組氨酸。

?

1959年，美國科學家Uchoa第一次合成了核糖核酸，實現了將基因內的遺傳信息通過RNA翻譯成蛋白質的過程。同年，Kornberg實現了試管內細菌細胞中DNA的復制。?

1962年，Watson（美）和Crick（英）因為在1953年提出DNA的反向平行雙螺旋模型而與Wilkins共獲Noble生理醫學獎，富蘭克林也通過X射線衍射證實了Watson-Crick模型而做出巨大貢獻。?

Griffith（1928）及Avery（1944）等人關于致病力強的光滑型（S型）肺炎鏈球菌DNA導致致病力弱的粗糙型（R型）細菌發生遺傳轉化的實驗；?

Hershey和Chase（1952）關于DNA是遺傳物質的實驗；

?

Crick于1954年所提出的遺傳信息傳遞規律（即中心法則）。

?

Meselson和Stahl（1958）關于DNA半保留復制的實驗

?

Yanofsky和Brener（1961）年關于遺傳密碼三聯子的設想。

?

1988年，McClintock由于在50年代提出并發現了可移動遺傳因子（jumpinggene或稱mobileelement）而獲得Nobel獎。?

1993年，美國科學家Roberts和Sharp因發現斷裂基因（introns）而獲得Nobel獎。Mullis由于發明PCR儀而與加拿大學者Smith（第一個設計基因定點突變）共享Nobel化學獎。?

1965年，法國科學家Jacob和Monod提出并證實了操縱子（operon）作為調節細菌細胞代謝的分子機制。此外，他們還首次推測存在一種與DNA序列相互補、能將它所編碼的遺傳信息帶到蛋白質合成場所細胞質并翻譯產生蛋白質的mRNA（信使核糖核酸）。?

1972年，PaulBerg（美）第一次進行了DNA重組。?

1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次進行了DNA序列分析。1994年，Gilman（美）、Rodbell發現G蛋白在細胞中的轉導作用分享Nobel生理醫學獎；1995年，Lewis（美）、Wieschaus、Nusslein－Volhard（德）鑒定了果蠅體節發育基因而分享Nobel生理醫學獎；1996年，Doherty（澳）、Zinkernagel（瑞）闡明了T－淋巴細胞的免疫機制而分享當年Nobel生理醫學獎；1997年，Prusiner（美）發現朊病毒（Prions）而獲得Nobel生理醫學獎；1998年，Furchgott、Ignarro和Murad（美）獨立發現了NO作用信號分子的作用機制而分享Nobel生理醫學獎；1999年，Blobel（美）明確了信號肽及信號識別復合物（SRPS）獲得Nobel生理醫學獎；2000年，Carlsson（德）、Greengard、Kandel（美）由于在細胞信號轉導、神經系統及記憶系統發育等方面的工作而分享Nobel生理醫學獎；2001年，Harwell（美）、Hunt和Nurse（英）對細胞周期調控因子的研究而分享Nobel生理醫學獎；三、主要研究內容分子生物學的3條基本原理：

?構成生物體有機大分子的單體在不同生物中都是相同的；?生物體內一切有機大分子的建成都遵循著各自特定的規則；?某一特定生物體所擁有的核酸及蛋白質分子決定了它的屬性。

分子生物學研究內容:3.DNA重組技術——————基因工程2.基因表達調控———————核酸生物學1.生物大分子結構功能————結構分子生物學4.基因組、功能基因組與生物信息學1.結構分子生物學

結構分子生物學就是研究生物大分子特定的空間結構及結構的運動變化與其生物學功能關系的科學。它包括：結構的測定

結構變化規律的探索

結構與功能相互關系的建立

常見的研究三維結構及其運動規律的手段：

X射線衍射的晶體學（又稱蛋白質晶體學）；

核磁共振研究液相結構；電鏡、電子衍射、中子衍射和各種頻譜學方法研究生物高分子的空間結構。2.基因表達調控研究

因為蛋白質分子參與并控制了細胞的一切代謝活動，而決定蛋白質結構和合成時序的信息都由核酸（主要是脫氧核糖核酸）分子編碼，表現為特定的核苷酸序列，所以基因表達實質上就是遺傳信息的轉錄和翻譯。在個體生長發育過程中生物遺傳信息的表達按一定的時序發生變化（時序調節），并隨著內外環境的變化而不斷加以修正（環境調控）。

（1）原核生物的基因組和染色體結構都比真核生物簡單，轉錄和翻譯在同一時間和空間內發生，基因表達的調控主要發生在轉錄水平。

（2）真核生物有細胞核結構，轉錄和翻譯過程在時間和空間上都被分隔開，且在轉錄和翻譯后都有復雜的信息加工過程，其基因表達的調控可以發生在各種不同的水平上。基因表達調控主要表現在信號傳導研究，轉錄因子研究及RNA剪輯3個方面。DNA重組技術（又稱基因工程）是20世紀70年代初興起的技術科學，目的是將不同DNA片段（如某個基因或基因的一部分）按照人們的設計定向連接起來，在特定的受體細胞中與載體同時復制并得到表達，產生影響受體細胞的新的遺傳性狀。3.DNA重組技術（又稱基因工程）

嚴格地說，DNA重組技術并不完全等于基因工程，因為后者還包括其他可能使生物細胞基因組結構得到改造的體系?；虻募舻丁拗菩詢惹忻富虻尼樉€——DNA連接酶基因的車子——載體其他工具酶基因工程過程示意圖①從細胞中分離出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片斷③分離大腸桿菌中的質粒④DNA重組⑤用重組質粒轉化大腸桿菌⑥培養大腸桿菌克隆大量基因DNA重組技術有著廣闊的應用:

可以大量生產細胞代謝過程產量很低的多肽，如激