分子生物学简史
第1章 分子生物学发展简史
分子生物学授课专业：生物技术、生物科学玉林师范学院生命科学与技术学院王小敏（***************）2013.9•授课对象：生物技术、生物科学•授课学时：42学时•教学办法：•1.教师主讲•2.学生参与•考核形式：考试80%+平时20%Reference•1 . 分子克隆实验指南•2. 精编分子生物学实验指南•3. PCR技术实验指南•4. 分子生物学实验基础•5. 现代分子生物学实验技术•6. 分子生物学实验技术•7. 分子生物学基础技术•生物技术各网站论坛：小木虫、生物谷、螺旋网、丁香园等第一章分子生物学发展简史1.1 分子生物学的起源分子生物学侧重于从分子水平研究遗传信息的传递、表达和调控，是在遗传学和生物化学基础上发展起来的学科。
分子生物学起源可以追溯到经典遗传学或称传递遗传学。
传递遗传学侧重于研究遗传性状从亲本向子代传递的规律。
1.1.1 传递遗传学(transmission genetics)1858~1865年间，孟德尔研究了植物遗传现象，发现了分离定律和自由组合定律。
提出了遗传因子(后改称基因)的概念。
孟德尔是经典遗传学或传递遗传学的奠基人。
1910年，摩尔根利用果蝇进行试验，发现了连锁遗传规律，证实了染色体遗传学说，首次将遗细胞学说、进化论和遗传学三定律是现代生物学的三大基石。
孟德尔Gregor Mendel (1822-1884),奥地利科学家，经典遗传学的奠基人1857-1864的7年中，进行了豌豆的杂交研究，1865年发表了他的划时代的论文《植物杂交试验》在论文中提出了“遗传因子”的概念，并得出了三条规律：●显性规律(The Law of Dominance)●分离规律(The Law of Segregation)●自由组合规律(The Law of Independent Assortment)1.1.2 分子遗传学(molecular genetics)1869年，Miescher分离出核酸。
简述分子生物学发展史
简述分子生物学发展史分子生物学的发展大致可以分为三个阶段，第一个是准备和酝酿阶段，第二个是现代分子生物学的建立和发展阶段，第三个是初步认识生命本质并改造生命的深入发展阶段。
下面将就这三个阶段的主要任务和功绩做简单的介绍。
第一阶段：在上世纪的后期，巴斯德由于发现了细菌而在自然科学史上留下丰功伟绩，但是他的“活力论”观点，即认为细菌的代谢活动必须依赖完整细胞的看法，却阻碍了生物化学的进一步发展。
直至1890～1900年问suchner兄弟证明酵母提出液可使糖发酵之后，科学家们才认识到细胞的活动原来可以再拆分为更细的成分加以研究。
此后相继结晶了许多酶，如腺酶（Sumner，1926）、胰蛋白酶（Northrop，1930）及胃蛋白酶（Northrop及Kunitz，1932）等，并且证实了这些物质都是蛋白质。
这些成果开辟了近代生物化学的新纪元。
事实上，分子生物学正是在科学家们打破了细胞界限之日诞生的。
在这以后的几十年间，科学界普遍认为，蛋白质是生命的主要物质基础，也是遗传的物质基础。
与此同时，被湮没达35年之久的孟德尔遗传定律（1865），又被重新发现，摩根等在这个定律基础上建立了染色体学说，使遗传学的研究引起了科学界的重视。
这个时期，尤其是在第一次世界大战之后，正是物理学空前发达的年代，量子理论和原子物理学的研究表明，尽管自然界的物质变化万千，但是组成物质的基本粒子相同，它们的运动都遵循共同的规律。
那么，是否可以应用物理学的基本定律来探讨和解释生命现象呢？不少科学家抱着这个信念投身到生命科学的研究中，从而开始了由物理学家、生化学家、遗传学家和微生物学家等协同作战的新时期，在这个时期里，科学家们各自沿着两条并行不悖的路线进行研究。
一派是以英国的Astbury等为代表的所谓结构学派（structurists)，他们主要用ｘ射线衍射技术研究蛋白质和核酸的空间结构，认为只有搞清生物大分子的三维结构，才能阐明生命活动的本质，分子生物学一词正是Astbury在1950年根据他的这一思想首先提出来的。
分子生物学诞生时间及事件
分子生物学诞生时间及事件分子生物学是研究生命现象的分子基础的生物学分支，以分子为研究对象，包括生物分子的结构、功能和相互作用等方面的研究。
分子生物学的诞生可以大致追溯到20世纪50年代。
下面我详细介绍一下分子生物学诞生的时间及事件。
1944年，奥瑞斯·奥德利和科林·麦克劳德在研究链球菌的转化现象时，发现通过在死亡链球菌菌体上散布活链球菌的DNA，可以使死亡链球菌菌体发生变形并复活。
这个实验揭示了DNA是遗传信息的携带体，也是生命的核心。
1951年，罗莉·威廉姆斯、詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克在剑桥大学的卡文迪许实验室为了解构DNA的结构，对W·LCrick和J·D·Watson提出的DNA螺旋结构模型进行进一步的研究。
沃森和克里克提出了现代分子生物学中最著名的双螺旋DNA结构模型。
这个模型解释了遗传信息如何被编码并如何传递下去。
1953年，E.F.伯恩斯和本杰明·莱恩在研究蛋白质的合成过程时，发现在RNA和蛋白质之间存在一个中介物质，即核糖体。
这个发现揭示了基于遗传信息的蛋白质的合成和翻译的分子机制。
1961年，弗朗索瓦·雅各布和雅克·莫诺在研究大肠杆菌的基因表达时，发现一种名为mRNA的分子。
mRNA具有遗传信息从DNA到蛋白质的重要功能，从而揭示了分子基础上的遗传信息传递机制。
1968年，哈罗·齐格勒和琼·齐格勒在研究静止的脑细胞时，发现存在多条并行的微管，这些微管形成细胞骨架结构，对细胞的形态维持、运动和细胞分裂等过程具有重要的作用。
这个发现揭示了分子生物学对于细胞生物学的重要性。
在以上这些重要事件的基础上，分子生物学逐渐成为一门独立的学科。
随着时间的推移，分子生物学得到了更加深入和广泛的研究，如基因调控、细胞信号传导、基因重组和蛋白质的结构和功能等方面的研究。
分子生物学发展简史
分子生物学发展简史1.DNA的发现：19世纪末至20世纪初，生物学家们开始研究细胞核中的染色质，发现其中存在着一种未知的物质。
1909年，乌拉圭生物学家戈梅斯发现这种物质与遗传有关，他将其命名为染色质物质。
之后的几十年中，科学家们陆续发现了DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）的存在，并确定了它们在遗传信息传递和蛋白质合成中的重要作用。
2.DNA的结构解析：1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克成功解析出DNA的双螺旋结构，并提出了DNA的复制和遗传信息传递的模型。
这一发现为现代分子生物学的发展奠定了基础。
3.重组和转化：1960年代，赫尔曼·莫拉和塞西尔·赫尔希等科学家们发现了重组DNA技术，使得科学家们能够将来自不同生物体的基因片段组合成新的DNA分子。
这一技术的发展不仅推动了基因工程的发展，也为分子生物学的研究提供了重要的工具。
4.基因调控的研究：20世纪60年代后期，弗朗西斯·克里克和詹姆斯·怀森伯格提出了“中心法则”，即DNA决定RNA，RNA决定蛋白质，从而启发了对基因调控的研究。
科学家们开始研究基因的表达调控机制，发现在基因启动子和转录因子之间存在特定的结构和相互作用关系。
5.基因组学的兴起：1990年，国际人类基因组计划正式启动，旨在测序和研究人类基因组，为人类疾病的研究提供基础。
随后，基因组学的发展迅速，细菌、动植物和其他生物的基因组也相继被测序，为生物学研究提供了更多的资源。
6.RNA干扰和基因沉默研究：1998年，安德鲁·赛克雷和克雷格·梅罗发现RNA干扰现象，即通过寡核苷酸对RNA进行特异性沉默。
这一发现引起了巨大的轰动，并为基因沉默研究提供了新的方法和概念。
7.蛋白质组学的发展：随着基因组学的成熟，科学家们开始关注生物体内的蛋白质组成和功能，开展了蛋白质组学的研究。
通过高通量的蛋白质质谱技术，科学家们可以更全面地研究蛋白质的结构和功能。
分子生物学基础第一章绪论 第二节分子生物学发展简史
第二节 分子生物学发展简史
4．生物分类学与分子生物学
分类和进化研究是生物学中最古老的领域，它们同样由于分子生物 学的渗透而获得了新生。过去研究分类和进化，主要依靠生物体的形态， 并辅以生理特征，来探讨生物间亲缘关系的远近。现在，反映不同生命 活动中更为本质的核酸、蛋白质序列间的比较，已被大量用于分类和进 化的研究。由于核酸技术的进步，科学家已经可能从已灭绝的化石里提 取极为微量的DNA分子，并进行深入的研究，以此确证这些生物在进化 树上的地位。
从学科范畴上讲，分子生物学包括生物化学；从研究的 基本内容讲，遗传信息从DNA到蛋白质的过程，其许多内容 又属于生物化学的范畴。
第二节 分子生物学发展简史
2．分子生物学与细胞生物学 细胞生物学是在细胞、细胞超微结构和分子水平等不同 层次上，以研究细胞结构、功能及生命活动为主的基础学科。 分子生物学是细胞生物学的主要发展方向，也就是说，在分 子水平上探索细胞的基本生命规律，把细胞看成是物质、能 量、信息过程的结合，而且着重研究细胞中的遗传物质的结 构、功能以及遗传信息的传递和调节等过程。 3．遗传学与分子生物学 遗传学是分子生物学发展以来受影响最大的学科。孟德 尔著名的皱皮豌豆和圆粒豌豆子代分离实验以及由此得到的 遗传规律，纷纷在近20年内得到分子水平上的解释。越来越 多的遗传学原理正在被分子水平的实验所证实或摈弃，许多 遗传病已经得到控制或矫正，许多经典遗传学无法解决的问 题和无法破译的奥秘，也相继被攻克，分子遗传学已成为人 类了解、阐明和改造自然界的重要武器。
第二节 分子生物学发Hale Waihona Puke 简史三、分子生物学的现状与展望
1．功能基因组学 2．蛋白质组学 3．生物信息学
分子生物学基础
第一章 绪 论
分子生物学概述发展简史主要研究内容
蛋白质合成与调控机制
蛋白质合成
蛋白质合成包括转录和翻译两是以mRNA为模板合成蛋白质的过程。
调控机制
蛋白质合成的调控机制包括基因表达调控和翻译后调控。基因表达调控主要发生在转录 水平，通过控制转录的起始、延伸和终止来影响mRNA的合成。翻译后调控则发生在 蛋白质合成之后，通过蛋白质的修饰、折叠、定位以及与其他蛋白质的相互作用等方式
白质合成等。
基因工程技术诞生与应用拓展
1973年，科恩伯格发明了DNA重组技术，实现了不同来源DNA片段的连 接和重组。
1975年，保罗·伯格成功进行了第一次基因克隆实验，标志着基因工程技 术的诞生。
基因工程技术在农业、工业、医学等领域得到广泛应用，如转基因作物培 育、生物制药、基因治疗等。
当代进展：高通量测序技术等创新突破
DNA功能
DNA是储存遗传信息的载体，通过复制将遗传信息传递给下一代，指导蛋白质的 合成从而控制生物的性状。
RNA种类与功能
RNA种类
根据结构和功能的不同，RNA可分为 信使RNA（mRNA）、转运RNA（ tRNA）和核糖体RNA（rRNA）三类 。
RNA功能
mRNA是合成蛋白质的模板，tRNA 在蛋白质合成过程中起转运氨基酸的 作用，rRNA与核糖体蛋白共同构成核 糖体，参与蛋白质的合成。
来影响蛋白质的功能和稳定性。
02
分子生物学发展简史及重要成果
早期探索：遗传物质发现与性质研究
1865年，孟德尔通过豌豆实验 揭示了遗传规律，为遗传学奠
定了基础。
1910年，摩尔根通过果蝇实验 证明了基因位于染色体上，确 立了染色体遗传理论。
1900年，重新发现孟德尔定律 ，遗传学开始成为一门独立学
分子生物学发展简览
Second replication
C o n s e rv a tiv e Model
S em ico n servative Model
图 DNA的半保留复制
20世纪50年代末至60年代，相继提出了“中 心法则”(Central dogma)和操纵子(Operon) 学说，成功地破译了遗传密码(Genetic code) ，充分认识了遗传信息(genetic information) 的流动(Flow)和表达(Expression) 。
1975年首次证实逆转录酶(Reverse transcriptase)的存在
图 Sanger于1980年提出 酶法核苷酸测序技术
图 Gilbert于1980年提出 化学法核苷酸测序技术
图 核苷酸测序示意图
Kohler
Milstein
Jerne
图 Kohler，Milstein & Jerne于1984 年提出单克隆抗体技术，并完善了
到目前为止，科学家已几乎能随心所欲地将 任何DNA分子切割成一系列不连续的片段， 再利用凝胶电泳技术等手段将这些片段按照 分子量大小逐一分开，以供下一步的研究。
EcoRI recognition sites
EcoRI cuts DNA into fragments
λ phage
DNA
Sticky end
图
基 意因 图克
隆 示
Kanamycin resistance gene
Stanley Cohen & Annie Chan
Plasmid pSC10
1
Tetracycline resistance gene
Transformed cells plated onto medium with kanamycin and tetracycline
分子生物学发展简史
分子生物学发展简史分子生物学的发展大致可分为三个阶段。
一、准备和酝酿阶段19 世纪后期到20 世纪50 年代初，是现代分子生物学诞生的准备和酝酿阶段。
在这一阶段产生了两点对生命本质的认识上的重大突破：确定了蛋白质是生命的主要基础物质19 世纪末Buchner 兄弟证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精，第一次提出酶（enzyme）的名称，酶是生物催化剂。
20世纪20-40 年代提纯和结晶了一些酶（包括尿素酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、黄酶、细胞色素C肌动蛋白等），证明酶的本质是蛋白质。
随后陆续发现生命的许多基本现象（物质代谢、能量代谢、消化、呼吸、运动等）都与酶和蛋白质相联系，可以用提纯的酶或蛋白质在体外实验中重复出来。
在此期间对蛋白质结构的认识也有较大的进步。
1902 年EmilFisher 证明蛋白质结构是多肽；40年代末，Sanger创立二硝基氟苯（DNFB法、Edman发展异硫氰酸苯酯法分析肽链N端氨基酸；1953年Sanger和Thomps on完成了第一个多肽分子--胰岛素A链和B链的氨基全序列分析。
由于结晶X-线衍射分析技术的发展，1950年Pauli ng和Corey提出了a -角蛋白的a - 螺旋结构模型。
所以在这阶段对蛋白质一级结构和空间结构都有了认识。
确定了生物遗传的物质基础是DNA虽然1868 年F.Miescher 就发现了核素( nuclein )，但是在此后的半个多世纪中并未引起重视。
20 世纪20-30 年代已确认自然界有DNA 和RNA两类核酸，并阐明了核苷酸的组成。
由于当时对核苷酸和硷基的定量分析不够精确，得出DNA中A G C、T含量是大致相等的结果，因而曾长期认为DNA吉构只是“四核苷酸”单位的重复，不具有多样性，不能携带更多的信息，当时对携带遗传信息的侯选分子更多的是考虑蛋白质。
40 年代以后实验的事实使人们对核酸的功能和结构两方面的认识都有了长足的进步。
1944 年O.T.Avery 等证明了肺炎球菌转化因子是DNA 1952 年A.D.Hershey 禾口M.Cha-se 用DNA35S和32P分别标记T2 噬菌体的蛋白质和核酸，感染大肠杆菌的实验进一步证明了是遗传物质。
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分子生物学与药物发现
韩跃武
2
绪论
———分子生物学简史
3
什么是分子生物学？
是一门从分子水平研究生命现象、生命本 质、生命活动及其规律的科学。 ——难以区分与生物化学的区别
Marshall Nirenberg和Har Gobind Khorana在20世纪 60年代的早期通过各自独立的方法破译了遗传密码。
19
无悔无愧于昨天，丰硕殷实 的今天，充满希望的明天。
20
假说：一个缺陷的基因导致一个缺陷的酶。
14
George Beadle; E.L. Tatum 以链孢霉为实验材料 证明了单个基因参与了反应，证实缺陷基因造成 缺陷（或缺失）酶。
15
Rosalind Franklin, Maurice Wilkins 获得了DNA的X-射线衍射数据。
沃森和克里克及 他们提出的DNA 双螺旋模型。
分子水平研究基因的结构和功能。
4
生命科学的发展过程
整体水平
细胞水平
分子水平
5
分子生物学与其他学科的关系
■分子生物学源于遗传学和生物化学 ■早期的遗传学应称为传递遗传学，不属分子 生物学或分子遗传学。 ■1944年，将基因作为分子研究称为可能， 分子生物学诞生
6
1865年，孟德尔发表了 对豌豆的7个遗传性状 的研究结果。
7
基因以不同形式或等位基因存在，一个等位基因中，一
个是显性的，一个是隐性的。因此，杂合子含有基因的两
个不同等位基因，通常表现由显性等位基因决定的性状，
隐性基因并没有丢失，当与另一个隐性等位基因配对或纯合子
时可发挥作用。
8
摩尔根 1910年，摩尔根为染色体学说提供了第一个决定性证据。
9
基因在染色体的位置
1902年，Archibald Garrod注意到 人类尿黑酸症（alcaptonuria)似乎 是一种孟德尔隐性性状，可能由一 个缺陷或突变的基因引起。其主要 症状是患者尿液里的黑色素沉积， Garrod认为这源于生化途径中某种 中间产物的不正常积累。
生物化学家已经证实生物体 发生的不计其数有酶催化的 化学反应。
果蝇中的基因重组
10
1931年，Barbara McClintok 和Harriet Creighton提供了
重组的直接物理学证明，通过对玉米染色体的显微观察， 检测到特定染色体上易鉴定特征间的重组。
11
传递遗传学的研究让我们认识到了关于基因传递、染色体 上基因定位的重要内容，但是并没有解决以下问题：基因由什 么构成，怎样发挥作用？
16
1958年，Matthew Meselson和Franklin Stahl证明细菌 中DNA复制遵守半保留方式。
17
Francois Jacob 和Sydney Brenner 提出核糖体不是特 异的翻译机器，可根据访问核糖体mRNA的不同指令， 产生无数不同的蛋白质。
18
遗传密码的本质是什么？
分子生物学进展
兰州大学基础医学院 医学生物化学与分子生物学研究所
1
周次 章节
讲课内容
主讲教师
2 1、2
基因、基因组的结构与功能
3
3、4
ＤＮＡ复制与突变/研究基因及基因活性 的分子工具
王凯荣
4 5、6
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基因表达与基因表达调控 基因组学及相关组学
张雪燕
6
8
7
9
细胞信号转导 细胞增殖与分化
韩跃武
8
10
分子遗传学
12
1869年，Friedrich Miescher 在细胞核中发现了“核素”，
19世纪末，化学家已经知 道了DNA及RNA。
1944年，Oswald Avery及同事 在Frederick Griffith的细菌遗传 性状转移实验的基础上证明DNA 就是携带遗传物质的多聚物。
13
基因如何发挥作用？