分子生物学 第1章 绪论课件

1、分子生物学 Molecular Biology,Lecturer: Liu Qing E,本课程的任务是介绍生物大分子的结构与功能；复制、转录、翻译的过程和基因表达调控的方式以及分子生物学的常用技术与应用。使学生了解有关分子生物学的基本理论知识和研究方法，为今后的学习、科研打下良好的分子生物学基础。,教学目的、任务,主要内容,教材及主要参考书,教材：赵亚华 基础分子生物学教程，科学出版社 P.C. Turner et al. 2009. Instant Notes in Molecular Biology(分子生物学精要速览)，3rd edition，Bios Scientific Publishers Limited. 朱玉贤 现代分子生物学，高等教育出版社 孙乃恩 分子遗传学，南京大学出版社。 阎隆飞 分子生物学，中国农业大学出版社， 李振刚 分子遗传学，科学出版社 Jame Watson等著. Molecular Biology of the Gene (第五版), Cold Spring Harbor Press出版，2004. Weaver R. Molecular Biol

2、ogy. 科学出版社,学习方法,1. 注重理解，融会贯通 重点强调知识体系的建立，掌握脉络、主干和重点。 2.勤学多问，孜孜不倦 善于勤学多问，与老师、同学多交流探讨。 3.跟踪前沿，引深思维 经常查阅相关文献 4.举一反三，温故知新 做好预习、经常复习 5. 勤做笔记,考核方式:考试 1期末闭卷考试：50 2平时成绩：50% （考勤10%+课堂表现10%+作业成绩30%+期中考试成绩50%）,考 核,第一章 绪 论,教学目的、要求,掌握分子生物学的含义及分子生物学的研究内容，了解分子生物学发展简史、分子生物学在生命科学中的地位、分子生物学的现状和展望。,主要内容,一、分子生物学定义 二、分子生物学的主要研究内容以及与其它学科的关系 三、分子生物学的发展简史 四、分子生物学展望,一、分子生物学定义,1. 什么是分子生物学? 是研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能及其相互作用关系，以及基因表达调控机理的学科。是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘，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。,广义：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

3、的现象和生物学规律。 狭义：偏重于核酸(基因)的分子生物学，主要研究基因或DNA结构与功能、复制、转录、表达和调节控制等过程。,一、分子生物学定义,2.研究对象,Biomacromolecule (生物大分子),核酸、蛋白质、多糖等具有重要功能的较大分子量物质（分子水平）,一、分子生物学定义,3. 研究目的,阐明生物的产生、生长、发育、 繁殖、遗传等生命活动基本特征 的分子机理。,研究生命本质,一、分子生物学定义,4. 研究方法,生命科学研究的主导技术 （DNA重组、PCR、杂交等）,生物技术,5.分子生物学的3条基本原理：,构成生物体有机大分子的单体在不同生物中都是相同的； 生物体内一切有机大分子的建成都遵循着各自特定的规则； 某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性。,一、分子生物学定义,二、分子生物学的主要研究内容以及与其它学科的关系,1.主要研究内容 (1)基因与基因组的结构与功能 (2)DNA的复制转录和翻译 (3)基因表达调控的研究 (4)DNA重组技术 (5)结构分子生物学,基因与基因组的结构与功能,分子生物学发展的主线 分子生物学研究内容最基础最重要的部分。

4、,基因表达调控的研究,基因表达实质：遗传信息的转录和翻译 时序调节表达 环境调控表达 发育调控基因在这两方面表现尤为突出。,DNA重组技术,20世纪70年代初兴起的一门技术科学(基因工程) 目的 生产活性多肽 定向改造某些生物的基因结构 用于基础研究,结构分子生物学,研究生物大分子特定的空间结构以及结构运动变化与其生物学功能关系的科学。 如：功能蛋白质组研究;核糖体结构与功能的研究,2. 分子生物学与其他学科之间的关系,分子生物学是由生物化学、生物物理学、遗传学、微生物学、细胞学、以至信息科学等多学科相互渗透、综合融汇而产生并发展起来的，凝聚了不同学科专长的科学家的共同努力。 它虽产生于上述各个学科，但已形成它独特的理论体系和研究手段，成为一个独立的学科。,Life Sciences,Medical Sciences,Biology,Agri. Sciences,Macro (outdoor),Micro (indoor),Ecology, Behavior Evolution Systematics,Molecular Biology,Biochem,Microbiol,Cell B

5、iology,Genetics,Bioinformatics,Immunol,Neurobiol,Others,Crop sciences Animal husbandry Veterinary,Pathology, clinic medicine Preventive medicine etc,分子生物学：从分子水平理解生命活动 生物化学：从化学组成角度来理解生物大分子和生物代谢。 细胞生物学：从细胞水平 理解生命活动 遗传学：从遗传角度理解生命活动。 普通生物学（动物&植物）& 微生物学：不同生物类型的特点,与生物化学的关系最为密切,但存在一定的差别,与细胞生物学十分密切,传统的细胞生物学,现代细胞生物学,分子生物学,（主要研究细胞和亚细胞器的形态、结构与功能）,（探讨组成细胞的分子结构）,（进一步研究各生物分子间的高层次组织和相互作用，尤其是细胞整体反应的分子机理）,三、分子生物学的发展简史,1.准备和酝酿阶段 （19世纪后期20世纪50年代）,2.现代分子生物学的建立和发展阶段 （20世纪50年代70年代）,3.初步认识生命本质并开始改造生命的 深入发展阶段（20世纪70年代后

6、）,两个重大突破,蛋白质是生命的主要基础物质,确定了生物遗传的物质基础是DNA,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，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。在此期间对蛋白质一级结构和空间结构也有了初步的认识。,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 1951年，Pauling 和Corey ：-螺旋和折叠，确定了蛋白质的二级结构 1953年，Sanger 和Thompson：确定了胰岛素的一级结构，这是第一个被确定一级结构的蛋白质。,LINUS CARL PAULING,1954 Nobel Laureate in Chemistry,“for his research into the nature of the chemical bond and its application

7、 to the elucidation of the structure of complex substances”,Background 1901-1994Residence: U.S.A.Affiliation: California Institute of Technology, Pasadena, CA,Linus Pauling at the California Institute of Technology in Pasadena.,FREDERICK SANGER,1958 Nobel Laureate in Chemistry,“for his work on the structure of proteins, especially that of insulin”,Background Born: August 13, 1918Place of Birth: Rendcombe, Gloucestershire, EnglandResidence: Great BritainAffiliation: Cambridge University,1860至1870

8、年Gregor Mendel :豌豆杂交 细胞内的遗传因子（element or unit）决定和控制着生物体的各种性状 1868至1871年F.Miescher ：从死亡的白细胞核中分离了DNA 1909年 W.Johannsen ：将遗传因子更名为基因 1910年 T. H. Morgan：果蝇（ Drosophila ） 证明基因是位于染色体上呈线性排列的遗传单位，“一个基因控制一个性状”（one gene-one trait）,Father of Genetics,At the monastery, he started investigations of variation, heredity and evolution of plants at the monasterys experimental garden. Because he knew other scientists had done experimental crossings between peas, he already knew that he could observe the traits of

9、the different pea generations.,Johann Gregor Mendel (18221884）,E. Seysenegg Tschermak,C. Correns,H. De Vries (1848-1935),这三位著名的生物学家在1900年同时发表论文宣扬孟德尔，使孟德尔定律很快引起了生物学界的重视。生物学界掀起了验证孟德尔定律的热潮。,Wilhelm Ludwig Johannsen 18571927,1909年，丹麦生物学家约翰逊根据希腊文“给予生命”之义，创造了基因（gene）一词，并用这个术语代替孟德尔的“遗传因子”。不过他所说的基因并不代表物质实体，而是一种与细胞的任何可见形态结构毫无关系的抽象单位。因此，那时所指的基因只是遗传性状的符号，还没有具体涉及基因的物质概念。,Thomas Hunt Morgan,1941年 G. W. Beadle , E. L. Tetum : 链孢霉菌属的孢子突变研究。“one gene-one enzyme”。 1944年 O. T. Avery ：肺炎球菌转化试验 证明遗传物质是DNA 而不是当时流行的蛋白质，提出了DNA是遗传信息的载体,Oswald Theodore Avery 18771955,肺炎链球菌转化的实验,肺炎链球菌,Alfred Day Hershey 19081997,T2噬菌体转染细菌实验,T2噬菌体,1953年 F. H. C. Crick , J. D. Watson ,(M. H. F. Wilkins R. E. Franklin) : DNA双螺旋模型开创了分子遗传学基本理论建立和发展的黄金时代。 1958年 F. H. C. Crick ：分子生物学中心法则（central dogma of molecular biology） 1966年 R. W. Holley ,H. G. Khorana, M. W. Nirenberg ：揭示遗传密码,for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for i

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