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文檔簡介
1、分 子 生 物 學(xué),Molecular Biology,主講人:薛 慧 良,2020/7/31,2,主要參考書目: 分子生物學(xué) 閻隆飛主編 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社 1997 現(xiàn)代分子生物學(xué)(第1版) 朱玉賢、李毅 編著 高等教 育出版社 1997 現(xiàn)代分子生物學(xué)(第2版) 朱玉賢、李毅 編著 高等教 育出版社 2002 生物化學(xué)與分子生物學(xué)高級教程 周虹主編 科學(xué)出版 社出 版 2002,2020/7/31,3,第一章 緒論,一、分子生物學(xué)的基本含義,二、分子生物學(xué)的發(fā)展簡史,三、分子生物學(xué)的主要研究內(nèi)容,四、分子生物學(xué)的現(xiàn)狀和展望,2020/7/31,4,一、分子生物學(xué)的基本含義,從廣義來講,分
2、子生物學(xué)是從分子水平闡明生命現(xiàn)象和生物學(xué)規(guī)律的一門新興的邊緣學(xué)科。它主要對 蛋白質(zhì)及核酸等生物大分子結(jié)構(gòu)和功能以及遺傳信息的傳遞過程進(jìn)行研究。,2020/7/31,5,從狹義來講,分子生物學(xué)的范疇偏重于核酸(或基因)的分子生物學(xué),主要研究基因或DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和調(diào)節(jié)控制等過程,當(dāng)然其中也涉及與這些過程有關(guān)的蛋白質(zhì)和酶的結(jié)構(gòu)與功能的研究。,2020/7/31,6,二、分子生物學(xué)的發(fā)展簡史,第一階段:分子生物學(xué)發(fā)展的萌芽階段,第二階段:分子生物學(xué)的建立和發(fā)展階段,第三階段:分子生物學(xué)的深入發(fā)展和應(yīng)用階段,2020/7/31,7,一、創(chuàng)世說與進(jìn)化論 創(chuàng)世說: 上帝創(chuàng)造了亞當(dāng)、夏娃,婚配產(chǎn)生了
3、人類。 進(jìn)化論:達(dá)爾文的物種起源,確立了進(jìn)化論的觀點(diǎn)。物競天擇,自然生存。,第一階段:分子生物學(xué)發(fā)展的萌芽階段,2020/7/31,8,二、細(xì)胞學(xué)說,17 世紀(jì)末,荷蘭籍顯微鏡學(xué)家Leeuwenhoek制造了世界上第一臺光學(xué)顯微鏡; 19世紀(jì),德國植物學(xué)家Schleiden和動(dòng)物學(xué)家Schwann建立了細(xì)胞學(xué)說。動(dòng)、植物的基本單元是細(xì)胞。,2020/7/31,9,三、經(jīng)典生物化學(xué)與遺傳學(xué),2020/7/31,10,1871年,瑞士醫(yī)生Miescher從死的白細(xì)胞 核中分離出脫氧核糖核 酸(DNA);,四、DNA的發(fā)現(xiàn),The discovery of DNA J.F.Miescher(1868
4、),2020/7/31,11,轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn),1928年,Griffith做了腦炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌(Pneumococcus)的無毒菌株與其被殺死的有毒菌株混合,即變成致病菌株 ;,2020/7/31,12,1944年,Avery等人發(fā)現(xiàn)從致病力強(qiáng)的光滑型(S型)肺炎提取的DNA能使致病力弱的粗糙型(R型)轉(zhuǎn)化成S型。,2020/7/31,13,1952年,Hershey和Chase噬菌體浸染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn),2020/7/31,14,1、DNA結(jié)構(gòu)的研究,1949年,Chargaff規(guī)律:A=T, G=C;A+T/G+C,19501952年,Wilkins用X射線衍射技術(shù)測定了DNA纖維的
5、結(jié)構(gòu),它的衍射圖像表明DNA具有典型的螺旋結(jié)構(gòu),并且由兩條以上的多核苷酸鏈構(gòu)成;,1953年,Pauling曾經(jīng)提出DNA分子具有雙股螺旋的設(shè)想; 同年,Watson和Crick提出了DNA的雙螺旋模型。,第二階段:分子生物學(xué)的建立和發(fā)展階段,2020/7/31,15,Watson,Crick,Wilkins,X射線衍射,雙螺旋結(jié)構(gòu),2020/7/31,16,James Watson and Francis Crick, and the model they built of the structure of DNA,2020/7/31,17,雙鏈反向平行 以53為正方向, 從兩端看結(jié)構(gòu)相同。
6、,2020/7/31,18,第二階段:分子生物學(xué)的建立和發(fā)展階段,2、遺傳信息傳遞中心法則的建立,1958年,Meselson與Stahl的實(shí)驗(yàn)證明,DNA復(fù)制時(shí) DNA分子的兩條鏈先行分開。他們用15N重同位素 及密度梯度超速離心證明了DNA的復(fù)制是一種半保 留復(fù)制。,1956年,Kornber在大腸桿菌的無細(xì)胞提取液中實(shí)現(xiàn) 了DNA的合成,并從E.col中分離出DNA聚合酶;,2020/7/31,19,三種可能的方式: 全保留復(fù)制(conservative replication) 半保留復(fù)制(semiconservative replication) 彌散復(fù)制(dispersive re
7、plication),DNA復(fù)制的半保留性,2020/7/31,20,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: DNA復(fù)制是以半保留方式進(jìn)行的。,母鏈中的全部置換為 15N,然后讓E. coli在僅含有 14N的培養(yǎng)基上進(jìn)行復(fù)制.(,Meselson & Stahl, 1958 ),2020/7/31,21,1954年,Crick提出了中心法則,2020/7/31,22,1961年,Yanofsky和Brener提出了三聯(lián)體(triplet)的設(shè)想,即三種堿基編碼一種氨基酸; 1963年,Nirenberg及Matthai的努力研究,編碼氨基酸的遺傳密碼終于得到破譯;,2020/7/31,23,1963年,Nirenb
8、erg發(fā)展了大腸桿菌無細(xì)胞蛋白質(zhì)合成體系。,But,In vitro Poly(U) poly(Phe) peptide Poly(C) poly(Pro) peptide Poly(A) poly(Lys) peptide Poly(G) poly(Gly) peptide,poly(UCUCUC) poly(Ser-Leu-Ser-Leu),UCU/CUC Ser/Leu ?,密碼子的破譯,2020/7/31,24,核糖體結(jié)合實(shí)驗(yàn),核糖體結(jié)合試驗(yàn)破譯密碼子的核苷酸順序。 人工合成的三核苷酸與對應(yīng)的氨酰-tRNA分子及核糖體復(fù)合物可以保留在硝酸纖維膜上。,2020/7/31,25,密碼表,2
9、020/7/31,26,1953年,Zamecnik及其同事就開始在無細(xì)胞系統(tǒng)中利用放射性同位素標(biāo)記的氨基酸研究蛋白質(zhì)合成過程。,1965年,法國科學(xué)家Jacob和Monod提出并證實(shí)了操縱子作為調(diào)節(jié)細(xì)菌細(xì)胞代謝的分子機(jī) 制,同時(shí)還首次提出了mRNA分子。,2020/7/31,27,1970年,Smith從E.coli中分離出第一個(gè)能切割DNA的酶,由于它能在DNA核苷酸序列的專一位點(diǎn)上切割DNA分子,他將這種酶稱為限制性酶(restrition enzyme)。,1970年,Temin 和Baltimore首次分別發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase),該酶以RNA為模板
10、催化DNA的合成。,2020/7/31,28,1972年Berg首次將用限制性內(nèi)切酶切割的不同DNA片段用連接酶連接起來,并將這個(gè)重組的DNA分子有效地插入到細(xì)菌細(xì)胞中,重組的DNA進(jìn)行繁殖,于是產(chǎn)生了重組DNA的克隆(Clone)。,2020/7/31,29,1977年,Sanger及Gilbert分別解決了DNA分子中堿基序列(DNA sequence)的復(fù)雜問題。Sanger采用的是酶法,Gilbert采用化學(xué)法。他們將DNA分子中堿基的序列準(zhǔn)確地測定出來,使我們對基因甚至基因組的結(jié)構(gòu)得到了解。,2020/7/31,30,中 心 法 則,2020/7/31,31,第三階段:分子生物學(xué)的深
11、入發(fā)展和應(yīng)用階段,1、重組技術(shù)的建立和發(fā)展 2、基因組研究的發(fā)展 3、功能基因組研究的發(fā)展 4、基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理的研究,2020/7/31,32,三、分子生物學(xué)的主要研究內(nèi)容,DNA重組技術(shù),基因表達(dá)調(diào)控研究,生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的研究,基因組、功能基因組與生物信息學(xué)研究,2020/7/31,33,DNA重組技術(shù),概念:DNA重組技術(shù)(又稱基因工程)是將DNA片段或基因在體外經(jīng)人工剪接后,按照人們的設(shè)計(jì)與克隆用載體定向連接起來,轉(zhuǎn)入特定的受體細(xì)胞中與載體同時(shí)復(fù)制并得到表達(dá),產(chǎn)生影響受體細(xì)胞的新的遺傳性狀。,2020/7/31,34,DNA重組技術(shù)的應(yīng)用前景:,1、可用于大量生產(chǎn)某些在正常細(xì)胞代
12、謝過程中產(chǎn)量很低的多肽,2、DNA重組技術(shù)可以改變某些生物的基因組結(jié)構(gòu),3、DNA重組技術(shù)還被用來進(jìn)行基礎(chǔ)研究,2020/7/31,35,基因表達(dá)調(diào)控研究,信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是指外部信號通過細(xì)胞膜上的受體蛋白傳到細(xì)胞內(nèi)部,并激發(fā)諸如離子通透性、細(xì)胞形狀或其它細(xì)胞功能方面的應(yīng)答過程。,轉(zhuǎn)錄因子是指一群能與基因5端上游特定序列專一結(jié)合,從而保證目的基因以特定強(qiáng)度在特定時(shí)間和空間表達(dá)的蛋白質(zhì)分子。,2020/7/31,36,RNA的選擇性剪切是指所有基因中的內(nèi)含子并不是一次全部切去,而是在不同的細(xì)胞或不同的發(fā)育階段選擇性剪切部分內(nèi)含子,生成不同的mRNA及蛋白質(zhì)分子。,2020/7/31,37,生物大分子結(jié)構(gòu)
13、與功能的研究,結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)就是研究生物大分子特定空間結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)變化與其生物學(xué)功能關(guān)系的科學(xué)。,研究三維結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的手段: 1、X射線衍射的晶體學(xué)(又稱蛋白質(zhì)晶體學(xué)) 2、二維或多維核磁共振研究液相結(jié)構(gòu) 3、電子衍射、中子衍射和各種頻譜學(xué)方法,2020/7/31,38,基因組、功能基因組及生物信息學(xué)研究,基因組:指某種生物單倍體染色體中所含有基因的總數(shù),也就是包含個(gè)體生長、發(fā)育等一切生命活動(dòng)所需的全部遺傳信息的整套核酸。,功能基因組:又稱后基因組,是在基因組計(jì)劃的基礎(chǔ)上建立起來的,它主要研究基因及其所編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,指導(dǎo)人們充分準(zhǔn)確地利用這些基因的產(chǎn)物。,2020/7/31,39,生物信息學(xué):是生物科學(xué)和信息科學(xué)重大交叉的前沿學(xué)科,它依靠計(jì)算機(jī)對所獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行快速高效計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分類以及生物大分子結(jié)構(gòu)功能的預(yù)測。,2020/7/31,40,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
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