现代分子生物学-第一章.ppt
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1、现代分子生物学,课程基本要求,熟知核酸的基本生物化学特性; 熟知生物信息的储存与表达过程; 掌握DNA、RNA和蛋白质的基本代谢过程,特别是基因的一般结构与生物功能,基因活性的修饰与调节; 掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原理,了解现代分子生物学基本研究方法,了解基因治疗与基因组学的新成果,新进展。,主要参考书,1现代分子生物学 朱玉贤、李毅第三版(2007) 2. Genes VIII (IX). Benjamin Lewin 3. Molecular Biology of the Gene James D. Watson, et al. 2004 第五版 4.现代遗传学原理 徐晋麟等,
2、科学出版社,2001 5. Lehninger Principles of Biochemistry, 2005 第五版,第一章 绪 论,一、二十一世纪是现代生物科学的世纪,统计美国“科学引文索引(Science Citation Index, SCI)”收录的6080余种学术刊物,发现有4000种左右为生物科学相关杂志! 统计全世界引用指数(Impact factor)在10以上的超一流学术刊物,也发现80%左右是生物科学相关刊物。,2006年SCI收录的6000余种期刊的影响因子中,分子生物学,是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学; 是人类从分子
3、水平上真正揭示生物世界的奥秘,由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。,二、分子生物学发展的三个阶段,(一) 准备和酝酿阶段 (二) 现代分子生物学的建立和发展阶段 (三) 初步认识生命本质并改造生命的深 入发展阶段,二、分子生物学发展的三个阶段,(一) 准备和酝酿阶段 (19世纪后期到20世纪50年代初) 1、确定了蛋白质是生命的主要物质基础; 2、确定了生物遗传物质基础是DNA,(二) 现代分子生物学的建立和发展阶段 ( 20世纪50年代初到70年代初) 1、DNA双螺旋结构模型(1953) (现代分子生物学诞生的里程碑) 2、遗传信息传递中心法则的建立 3、对蛋白质结构与
4、功能的进一步认识,(三)现代分子生物学深入发展的阶段 1、重组DNA技术的建立和发展; 2、基因组研究; 3、单克隆抗体及基因工程抗体技术; 4、基因表达调控机理; 5、细胞信号转导机理研究。,三、现代分子生物学发展中的主要里程碑,Gregor Mendel (1822-1884). The Father of Genetics,孟德尔的 遗传学规律 最先使人们对 性状遗传 产生了理性认识,孟德尔(奥地利)的遗传学规律最先使人们对性状遗传产生了理性认识; Morgan(美)的基因学说则进一步将“性状”与“基因”相耦联,成为分子遗传学的奠基石。,1910年,德国科学家Kossel第一个分离了腺嘌
5、呤,胸腺嘧啶和组氨酸, 获诺贝尔生理医学奖。 1959年,美国科学家Uchoa第一次合成了核糖核酸,实现了将基因内的遗传信息通过RNA翻译成蛋白质的过程。 1959年,Kornberg实现了试管内细菌细胞中DNA的复制。,Watson和Crick所提出的脱氧核糖酸双螺旋模型,为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路。,Rosalind E. Franklin 1920-1958,1953, Watson Wilkins通过对DNA分子的X射线衍射研究证实了该模型。,1961年,法国科学家Jacob和Monod提出并证实了操纵子(operon)作为调节细菌细胞代谢的分子机制。 他们还推测存在一种与
6、DNA序列相互补、能将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所并翻译产生蛋白质的mRNA(信使核糖核酸)。,对分子生物学的发展产生了极其重要的 指导作用。,Francois Jacob (Left), Jacques Monod (Center) & Andre Lwoff (Right),1965分享了诺贝尔生理医学奖,1968年,Nirenberg,Holley和Khorana共享诺贝尔生理医学奖 Nirenberg:破译DNA遗传密码; Holley:阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列,并证实了所有tRNA具有结构上的相似性; Khorana:第一个合成了核酸分子,并且人工复制了酵母基因。
7、,1972年,Paul Berg(美)第一次进行了DNA重组。 1977年,Sanger和Gilbert(英)第一次进行了DNA序列分析。,1980年,获诺贝尔化学奖,1983年,McClintock由于在50年代提出并发现了可移动遗传因子(jumping gene或称mobile element)而获得Nobel奖。,Barbra McClintock,1975年,美国人Temin、Dulbecco和Baltimore由于发现在RNA肿瘤病毒中存在以RNA为模板,逆转录生成DNA的逆转录酶而共享诺贝尔生理医学奖; 1989年,(美)Altman和Cech发现某些RNA具有酶的功能而共享Nob
8、el化学奖;,1993年,英国科学家Roberts和Sharp因发现断裂基因(introns)而获得Nobel奖; 1993年,(美)Mullis由于发明PCR仪而与加拿大学者Smith(第一个设计基因定点突变)共享Nobel化学奖。,1994年,Gilman和Rodbell(美)由于发现了G蛋白在细胞内信号转导中的作用而分享Nobel生理医学奖; 1999年,Blobel(美)由于阐述了蛋白质在细胞间的运转机制而获Nobel生理医学奖; 2001年,Hartwell(美)Hunt ,2006年,美国科学家Kornberg由于在揭示真核细胞转录机制方面的杰出贡献获得诺贝尔化学奖。 美国科学家F
9、ire和Mello由于在揭示控制遗传信息流动的基本机制RNA干扰方面的杰出贡献而获得诺贝尔生理医学奖。,四、证明DNA就是遗传物质的 主要历史事件,多少年来,人们反复提出的几个与一切生命现象有关的问题: 1.生命是怎样起源的? 2.为什么“有其父必有其子”? 3.动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而来的?,17世纪末叶,荷兰藉显微镜专家Leeuwenhoek制作成功了世界第一架光学显微镜。 Hooke,第一次用“细胞”这个概念来形容组成软木的最基本单元。 1847年,Schleiden和Schwann提出“细胞学说”,证明动、植物都由细胞组成。,细胞学说,分析细胞的组成成分; 弄清楚这些物质与
10、细胞内生命现象的联系。 19世纪中叶到20世纪初,是早期生物化学的大发展阶段,组成蛋白质的20种基本氨基酸被相继发现,著名生物化学家Fisher还论证了连接相邻氨基酸的“肽键”的形成。,经典生物化学,孟德尔在1857年到1864年间,用产生圆形种子的豌豆同产生皱皮种子的植株杂交,得到几百粒全是圆形的F1代种子。 第二年,他种植了253粒F1圆形种子并进行自交,得到7324粒F2种子,其中5474粒圆形,1850粒皱皮,圆皱比为3:1。,经典遗传学,用黄色圆形豌豆与绿色皱皮豌豆做杂交,发现F1种子全是黄色圆形的。 自交产生556粒F2代种子中,黄色圆形315粒,黄色皱皮121,绿色圆形108,绿
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- 现代 分子生物学 第一章
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