分子生物学发展简览.ppt

分子生物学发展的简览E-mail:分子生物学(Molecular biology)研究之所以从20世纪中叶开始得到高速发展，其中最主要的原因就是现代分子生物学研究方法、特别是基因操作(Genetic manipulation)和基因工程(Genetic engineering)技术的进步尤其是20世纪50年代，Francis Crick、James Watson & Rosalind Franklin揭示了DNA (Deoxyribonucleic acid，脱氧核糖核酸)分子的双螺旋结构模型(Double helix model)(1953年)和半保留复制(Semiconservative replication)机制(1958年) ，从而解决了基因(Gene)的自我复制(Self-replication)和世代交替(Digenesis)问题，分子生物学的研究进入了一个飞速发展的黄金阶段图图 Francis Crick & James Watson图图 Rosalind Franklin图图 DNA的三维结构图图 DNA的X射线衍射图像图图 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) 。

图图 Nirenberg于1969年破译遗传密码那么，怎么分离和富集单一的DNA分子以对其进行直接的生化分析?图图 DNA提取流程示意图20世纪60年代科学家们探索出了DNA与RNA的提取、合成技术图图 RNA提取流程示意图图图 RNA提取流程示意图图图 Khorana于1959年首次合成RNA图图 Khorana于1969年首次合成核酸分子，并人工复制酵母基因图图 Kornberg于1959年首次实现DNA分子在试管内(细菌无细胞提取液)的复制图图 Tiselius于1937年建立分离蛋白质的界面电泳(Boundary electrophoresis)，之后凝胶电泳(Gel electrophoresis)逐渐成熟1962年Arber发现限制性核酸内切酶(Restriction endonuclease)，1967年Gellert发现了DNA连接酶(Ligase)，从而诞生了DNA的体外切割(External incision)和连接(Connection)技术图图 Herbert Boyer于1972年获得第一个重组DNA分子表表 重组DNA实验中常见的主要工具酶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。

图图 Paul Berg于1972年通过EcoRI获得第一个重组DNA但是，仅仅能在体外利用限制性核酸内切酶和DNA连接酶进行DNA的切割和重组远不能满足基因研究的需要原因是DNA片段在体外不具备自我复制能力，想要得到足够量及足够纯度的DNA，必须将它们连接到具备自主复制能力的DNA分子上(即载体Vector，如病毒、噬菌体和质粒等小分子量复制子均可作为基因导入的载体)，并转入寄主(Host)细胞中进行繁殖(Breeding)，这就是基因克隆(Clone)，也叫分子克隆图图 基因克隆示意图图图 Stanley Cohen，Annie Chan & Herbert Boyer于1973年将重组质粒导入E. coli图图 现代基因克隆流程模式图将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景下实现功能表达，研究核酸序列与蛋白质功能之间的关系此后，DNA序列分析(Sequential analysis)、DNA三维结构(Three-dimensional structure)分析、蛋白质序列分析、蛋白质三维结构分析、单克隆抗体(Monoclonal antibodies)、聚合酶链式反应技术(Polymerase chain reaction)、文库构建(Library build) 、分子标记(Molecular markers)、分子杂交(Molecular hybridization)等技术接踵而至，为分子生物学及其相关学科的发展提供了飞跃的双翼。

图图 Kendrew & Perutz于1962年首次测定肌红蛋白(myoglobin)及血红蛋白(ferrohemoglobin)的三级结构(three-level structure)Kendrew Perutz 图图 Temin，Baltimore & Dulbecco于1975年首次证实逆转录酶(Reverse transcriptase)的存在Temin Baltimore Dulbecco图图 Sanger于1980年提出酶法核苷酸测序技术图图 Gilbert于1980年提出化学法核苷酸测序技术图图 核苷酸测序示意图图图 Kohler，Milstein & Jerne于1984年提出单克隆抗体技术，并完善了极微量蛋白质的检测技术KohlerMilsteinJerne 图图 琼脂糖凝胶电泳流程示意图及效果图图图 聚丙烯酰胺凝胶电泳效果图图图 等电点聚焦电泳(Isoelectric focusing，IEF)原理图图图 cDNA文库(cDNA microarray)构建原理及其滴定图图 Southern blotting示意图图图 mRNA差异表达示意图SHEEC SHEE← NGAL← GAPDH图图 蛋白表达示意图由于分子生物学以其实验条件便于控制、实验稳定、重复性好、实验周期短、仪器试剂(包括各类试剂盒)发展快，手段丰富、国际研究普遍(使新方法、新技术层出不穷)、研究积累快、参考文献丰富，所以给应用该方法技术研究创造了绝佳的条件，并业已广泛进行研究、揭示和开拓出生命科学广大的未知领域。

由于分子生物学新兴、发展快，给古老的生态学的发展与新兴提供了坚实的基石，尤其是分子生物学与生态学完美结合诞生了现代生态学的主脉，即分子生态学(Molecular ecology)THANKS!。