分子生物学基础课件

Arabidopsis Thermotoga
拟南芥
maritima
Thermoplasma acidophilum
mouse
Caenorhabitis
rat
elegans
Borrelia burgorferi
Plasmodium falciparum
Borrelia burgorferi
Aquifex aeolicus
DNA双螺旋结构模型的建立
诺贝尔医学与生理学奖 1962年
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Watson JD和Crick FHC的“双螺旋结 构模型” 启动了分子生物学及重组 DNA技术的发展。确立了核酸作为信息 分子的结构基础；提出了碱基配对是核 酸复制、遗传信息传递的基本方式，最 终确定了核酸是遗传的物质基础。
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6. 基因的人工合成
1978年体外首次成功地人工合成第一个完整 基因。
直接证实了Mendel G在1865年发现的遗传 因子(基因)的化学本质，就是 DNA分子。
DNA分子是多种多样生命现象的物质基础。
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7.基因组研究的进展
基因组（genome）: 一个物种遗传信息的 总和。
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2. 核酸功能研究的重大进展
1944年，Avery OT等首次证明肺炎双 球菌的DNA与其转化和遗传有关。
1952年， Hershey AD和 Chase M用 35S和 32p分别标记T2噬菌体的蛋白质和核 酸，感染大肠杆菌。在大肠杆菌细胞内增殖 的噬菌体中都只含有32P而不含35S, 这表明 噬菌体的增殖直接取决于DNA而不是蛋白 质。
了最新的人类基因图谱
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
Gregor Mendel (1822-1884). The Father of
• 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。
1956年，Anfinsen和 White根据对酶蛋白的变性和复 性实验，提出蛋白质的三维空间结构是由其氨基酸序列来 确定的。
1958年，Ingram证明正常的血红蛋白与镰状细胞溶血 症病人的血红蛋白之间，在其亚基的肽链上仅有一个氨基 酸残基的差别。
1969年，Weber开始应用 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测 定蛋白质分子量；20世纪60年代先后分析了血红蛋白、核 糖核酸酶A等一批蛋白质的一级结构。
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In 1952, Alfred Hershey and Martha Chase did an experiment which is
so significant, it has been nicknamed the “Hershey-Chase Experiment”.
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Neisseria meningitidis Z2491
Mycobacteriu m tuberculosis
全基因组已经测序的一些生物
（二）蛋白质分子生物学：
DNA →储存生命活动的各种信息。 蛋白质→生命活动的执行者。 蛋白质的分子生物学主要研究蛋白质的 结构与功能。
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蛋白质结构与功能的研究进展
1967~1978年，重组DNA技术的建立和发展阶 段
1979年至今，重组DNA技术的应用和分子生物 学迅速发展阶段
分子生物学的发展历程
1944年，Avery 证明DNA是遗传物质 1950年，Chargaff 提出Chargaff定则 1953年，Watson & Crick 成功解析了DNA分子二
级结构 1961年，Jacob & Monod 提出了调节基因表达的
操纵子模型
分子生物学的发展历程
1970年，Smith & Wilcox 分离到第一种限制性 核酸内切酶
1972~1973年，Boyer & Berg 发展了重组DNA 技术，并完成了第一个细菌基因的克隆，开创 基因工程的新纪元
DNA-遗传密码的携带者
引自Neil Campbell著Biology第4版,1996
蜘蛛毒素 金属硫蛋白 胰岛素
蛋白酶 光合作用受体
分子生物学的研究内容
基因与基因组的结构与功能 DNA的复制、转录和翻译 基因表达调控的研究 DNA重组技术 结构分子生物学
分子生物学的发展历程
1944~1966年，人类对DNA和遗传信息传递的 认识阶段
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DNA复制模型
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1961年，Nirenberg、Ochoa以及Khorana等几 组科学家的共同努力，破译了RNA上编码合成蛋白质 的遗传密码，证明DNA分子中的遗传信息是以三联密 码的形式贮存。
遗传密码在生物界具有通用性。
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人类基因组计划（human genome project, HGP）
美 国科学 家、 诺贝尔 奖获得 者 Dulbecco R 于 1986 年在美 国 《 Science 》杂志上发表的短文中率先提出，并认为这是加快癌 症研究进程的一条有效途径。
主要的目标是绘制遗传连锁图、物理图、转录图，并完成人类基 因组全部核苷酸序列测定。测出人体细胞中24条染色体上全部30 亿对核苷酸的序列，把所有人类基因都明确定位在染色体上，破译 人类的全部遗传信息。
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3. DNA复制模型 DNA semi-conservative duplication
The Meselson-Stahl experiment （1958）
showed that DNA is replicated semi-conservatively
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HGP是人类自然科学史上与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划 相媲美的伟大科学工程。
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“What’s Human Genome Project?”
“One base One dollar!” - by a taxi driver (and a tax payer)
研究结果表明，人类基因数量仅有3万个 左右，比此前估计的要少得多。通过研究还 发现男女可能存在巨大遗传差异，男性染色 体减数分裂的突变率是女性的两倍。在已经 分析的序列中，找到很多与遗传病有关的基 因，包括乳腺癌、遗传性耳聋、中风、癫痫 症、糖尿病和各种骨骼异常的基因。
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Ureaplasma urealyticum
Bacillus subtilis
Drosophila melanogaster
Rickettsia prowazekii
Helicobacter pylori
Buchnerasp. APS
Escherichia coli大肠杆菌
human
例如：DNA及RNA的印迹转移、核酸分子 杂交、基因克隆、基因体外扩增、DNA 测序等， 形成了独特的重组DNA技术及其相关技术。
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重组DNA (recombinant DNA)技术是近 代分子生物学技术的核心。
基因操作 (gene manipulation) 分子克隆 (molecular cloning) 基因克隆 (gene cloning)
1975年，Southern 发明了DNA片段的印迹法
分子生物学的发展历程
1981年，Cech 发现了ribozyme 1982年，Prusiner 发现了朊病毒prion 1985年，Karry Mullis 发明了PCR反应 1988年，人类基因组计划启动 1998年，克隆羊多利诞生，同年GenBank 公布
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分子生物学的概念
分子生物学是研究核酸、蛋白质等生物大分子 的结构与功能，并从分子水平上阐明蛋白质与 蛋白质、蛋白质与核酸之间的互作及其基因表 达调控机理的学科
广义上，分子生物学包括对蛋白质和核酸等生物大分子结构与功 能的研究，以及从分子水平上阐明生命现象和生物规律，但目前 主要研究基因的结构与功能、复制、转录、表达和调控，确切地 应称为分子遗传学
中国科学家在1965年人工合成了牛胰岛素； 1973年又 用1.8A X射线衍射分析法测定了牛胰岛素的空间结构。
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三、分子生物学与生物技术
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分子生物学技术：
由生物化学、生物物理学、细胞生物学、遗 传学、应用微生物学及免疫学等各专业技术的 渗透、综合而成，并在此基础上发明和创造了 一系列新的技术。
分子生物学基础
Molecular Biology
主讲人： 杨竹 泰州市病毒研究所
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内容概要
1.分子生物学的定义 2.分子生物学的研究内容 3.分子生物学与生物技术
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一、分子生物学的定义
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生命科学的发展过程：
整体水平
细胞水平
分子水平
从整体水平到分子水平示意图
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In 1952, Alfred Hershey and Martha Chase did an experiment which is so significant, it has been nicknamed the “Hershey-Chase Experiment”.
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1910年，德国科学家Kossel第一个 分离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸。