Springsemester,2009MolecularBiology緒論

?什么是分子生物學?分子生物學是研究生物大分子結構與功能的一門學科。即在分子水平上闡述細胞在生長、發育、分化過程中，生物大分子的相互作用、細胞傳導、基因表達及調控的機制。廣義的講，一切從分子水平研究生命現象及規律的學科。

?分子生物學的基本原理：

1.構成生物體的有機大分子的單體在不同生物體內都是相同的；2.生物體內一切有機大分子的建成都遵循共同的規律；3.某一特定生物體所擁有的核酸及蛋白質決定了生物的屬性。

GENETICINFORMATION

DNARNAPROTEIN

DNA1.REPLICATION (DNASYNTHESIS)2.TRANSCRIPTION (RNASYNTHESIS)3.TRANSLATION (PROTEINSYNTHESIS)

研究對象：

?核酸遺傳信息的載體，決定生物性狀；穩定遺傳，保證種的延續，母代→子代；易于保存，易于操作。

?蛋白質遺傳物質的控制產物，功能的執行者，生物性狀的表現形式。分子生物學與生物化學之間的關系與區別：分子生物學—研究生物大分子的結構、功能及信息傳遞過程，從分子水平研究生命現象。生物化學—生物體內的化學運動，包括化學組成、變化、結構與功能，生物分子間的物質與能量轉換過程。現在通常將研究DNA的結構及其表達，了解生命現象的工作算作分子生物學的內容，將生命物質的組成及變化（代謝規律）歸為生物化學的范疇。

分子生物學≠生物化學分子生物學生物化學研究方向蛋白質、核酸的結構、功能及其相互作用。信息的傳遞與調節大分子的結構與功能生物體中大小分子在生命活動中的代謝過程。（糖酵解、TCA、脂肪氧化等）代謝轉化研究方法物理學（X-衍射）生物化學與遺傳學方法（電泳）生物化學與化學的方法解決分子轉化與能量轉換的問題分子生物學的相關學科：

1.生物化學

生物化學是分子生物學的基礎，學好生化便于分子生物學的基本原理和方法的理解。2.微生物學

作為分子生物學研究的模型生物，分子生物學操作的一部分（基因擴增、克隆、表達）。3.遺傳學

研究生物的遺傳及變異規律，遺傳變異的本質—DNA。4.細胞生物學

細胞是生命的基本功能單位，基因功能必須通過細胞來表現，離開細胞，就沒有生命。?分子生物學的學科特征是生命科學的一門基礎學科,它服務于生命科學的任何一門學科,它可為基礎研究服務,同時也是極有應用前景的學科。是一種方法、技術和手段,目的是了解生命的本質,揭示生命規律,最終解決人類生存和發展問題。分子生物學的目標及任務

目標：了解生命本質，揭示生命運動的規律

任務：

1.分離克隆基因；（clone）

基因克隆—把確定某一性狀的基因（DNA片段）從整個基因組中找出來。

克隆（clone）這個單詞在英文中源于klōn,希臘語里“twig”的意思。克隆就是獨立細胞繁殖系,指后代完全由一個細胞復制,具有完全相同的遺傳物質。

在生物學上，克隆通常用于兩個方面：克隆一個基因克隆一個物種，一個個體克隆一個基因是指從一個個體中獲取一段基因（例如通過PCR的方法），然后將其插入另外一個個體(通常是通過載體)，再加以研究或利用。克隆有時候是指成功地鑒定出某種表現型的基因。所以當某個生物學家說某某疾病的基因被成功地克隆了，就是說這個基因的位置和DNA序列被確定。2.確定基因的結構；(structure)

結構基因——一級結構調控基因——高級結構3.基因的功能研究；(function)

生化功能：基因的直接活性及蛋白產物的活性（例如—與DNA的結合，信號因子，受體，運輸蛋白，酶活性等）生理功能：基因表現出來的性狀，與生物個體的生存的關系。

生化功能是單個分子（基因）的作用或活性，生理功能是分子群的“集體”行為，是多個基因及環境共同作用的行為。

生化功能是生理功能的基礎，生理功能是表現，由于生物體基因表達的組織和發育階段的特異性等，生化功能相同生理功能并不一定相同。（同工酶就是生化功能相同，而生理功能不同）血紅蛋白生化功能：與O2和CO2結合；生理功能：將O2從肺→組織細胞，將CO2從組織細胞→肺；P53基因生化功能：DNA結合蛋白，與特異的DNA序列結合；生理功能：調節基因表達，阻止細胞過度增殖，抑制腫瘤發生。p53signalingpathway4.基因表達調控研究(expresscontrol)

生物體內的基因是按一定程序、有序的表達，才有了生物的生長、發育、衰老、死亡。表達程序不同→不同的性狀，病變。基因表達存在時空差異，調控→多彩的世界。一個受精卵→一個植株、個體→分化出根、莖、葉、花。基因表達調控的主要控制點——基因轉錄（表達的第一步，轉錄已否及轉錄水平）分子生物學的邏輯學方法：1.效率論（能量節省原理，存在即有用）2.模型分析3.強烈推理分子生物學的發展和方向：

1.進一步完善相關技術（分離、分析→微量化、自動化、高通量）

2.技術的產業化

3.學科的交叉

4.生物信息學

StudyContent1.DNAStructureandChemistry

2.GenomicDNAandGenes

3.DNAReplication,Mutation,Repair

4.GeneTranscriptionandPosttranscriptionalProcesses

5.ProteinSynthesisandProteinProcessing

6.RegulationofGeneExpression

7.DNARecombinantTechnology

TherevisedcentraldogmaRNAprocessingGeneregulationDNArepairandrecombination基因組的保持基因組的表達主要參考書：

1.《MolecularBiology》，RobertF.Weaver,McGraw-HillCompanies,Inc.，2000（北京：科學出版社）2.《分子生物學》，楊岐生編著，浙江大學出版社，20043.《現代分子生物學》（第二版），朱玉賢、李毅編著，高等教育出版社，20024.《分子生物學》，武漢大學出版社5.《分子生物學》，南開大學出版社6.《分子遺傳學》，孫乃恩等編著，南京大學出版社Iconsidermolecularbiologytobethestudyofgenesandtheiractivitiesatthemolecularlevel,includingtranscription,translation,DNAreplication,recombinationandtranslocation.MolecularBiology(McGraw-Hill)---RobertWeaver現代分子生物學

---朱玉賢、李毅2/E(2002)

分子生物學是研究核酸、蛋白質等生物大分子的形態、結構特征及其重要性、規律性和相互關系的科學，是人類從分子水平上真正揭示生物世界的奧秘，由被動地適應自然界轉向主動地改造和重組自然界的基礎學科。考試特點－多元化考核平時成績（10％）：考勤，作業，課間提問。文獻閱讀及報告（20％）期末考試（70％）：知識掌握和綜合運用能力。文獻閱讀及報告每人精讀一篇研究論文（英文），寫出中文提綱（摘要，實驗方法，實驗結果，討論，結論）（需附結果圖）文獻報告培養自信和交流能力提高閱讀文獻的能力知識架構（framework）

基本知識融會貫通知識應用與綜合課程知識體系要求70％30％Examscannotreflectallyourabilities,butcanhelpyoutobecomemorecompatible.從大到小先：先抓西瓜后抓芝麻從整體到個體：Cell－organelle－molecularmachinery-molecularevents-moleculestructureandfunction/interactionwiththeothers。即見點（深刻）又見面（系統）。從共性到個性，從一般到特殊。學習小巧門

分子生物學發展史：1869 Miescher第一次分離了DNA；1941 Astbury獲得了第一張DNAX—衍射圖譜；1944 Avery細菌轉化實驗成功，證實了DNA是遺傳物質的載體；…1953 WatsonCrick提出DNA雙螺旋結構模型；1958 Crick提出遺傳信息傳遞的中心法則；…1961 Jacob和Monod提出操縱子學說——遺傳調節機理；1962 Arber證明限制性內切酶存在；1967 Gellert發現DNA連接酶；1970 發現反轉錄酶；…1972~1973創建了DNA克隆技術，DNA重組實驗成功——開創了基因工程新紀元；…1982 Prusiner在倉鼠腦中發現了“朊病毒”（prion）；1985 Saiki發明了聚合酶鏈式反應（PCR技術）；…1990 人類基因組計劃（HGP）全面正式啟動；1994 日本科學家發表了水稻基因組遺傳圖，Wilson完成了線蟲3號染色體連續2.2Mb的測定；——DNA序列測定時代到來…1997 Wilmut成功獲得克隆羊—Dolly誕生；1998 Renard克隆牛誕生（體細胞→個體）；

…

2003人類基因組DNA測序完成；二十世紀是以核酸為研究核心，帶動分子生物學向縱深發展：

50年代雙螺旋結構

60年代操縱子學說

70年代DNA重組

80年代PCR技術

90年代DNA測序生命科學從宏觀→微觀→宏觀；由分析→綜合的時代。二十一世紀是分子生物學發展的世紀，生命科學將進入一個新的時代——后基因組時代post-genomics二十一世紀分子生物學發展的趨勢：1.功能基因組學functionalgenomics依附于對DNA序列的了解，應用基因組學的知識和工具去了解影響發育和整個生物體的特征序列表達譜。

釀酒酵母16條染色體的全部序列于1996年完成。

5885個編碼Protein 基因組全長12，086Kb140個編碼rRNA 6340個基因 40個編碼snRNA 275個編碼tRNA

功能基因組學研究這6000個基因，在一定條件下（如孢子形成期）同時有多少基因協同表達（基因表達譜）。種群物種基因組尺寸

(百萬對)基因數序列測定

完成時間原核生物支原體Mycoplasma0.584701995大腸桿菌

E.colik124.64,3001997綠膿桿菌Pseudomonas

aeruginos