現(xiàn)代分子生物學

1、主要參考書主要參考書1現(xiàn)代分子生物學現(xiàn)代分子生物學 朱玉賢、李毅第三版（朱玉賢、李毅第三版（2007） 2. Genes VIII (IX). Benjamin Lewin 3. Molecular Biology of the Gene James D. Watson, et al. 2004 第五版第五版 4.現(xiàn)代遺傳學原理現(xiàn)代遺傳學原理 徐晉麟等，科學出版社，徐晉麟等，科學出版社，20015. Lehninger Principles of Biochemistry, 2005 第五版第五版 第一章第一章 緒緒 論論一、二十一世紀是現(xiàn)代生物科學的世紀一、二十一世紀是現(xiàn)代生物科學的世紀 統(tǒng)

2、計美國統(tǒng)計美國“科學引文索引（科學引文索引（Science Citation Index, SCI）”收錄的收錄的6080余種學術刊物，發(fā)現(xiàn)有余種學術刊物，發(fā)現(xiàn)有4000種種左右為生物科學相關雜志！左右為生物科學相關雜志！ 統(tǒng)計全世界引用指數(shù)（統(tǒng)計全世界引用指數(shù)（Impact factor）在）在10以上以上的超一流學術刊物，也發(fā)現(xiàn)的超一流學術刊物，也發(fā)現(xiàn)80%左右是生物科學左右是生物科學相關刊物。相關刊物。表表 1.引用指數(shù)在引用指數(shù)在 10 以上的自然科學刊物分科比較以上的自然科學刊物分科比較 學學 科科 雜志總數(shù)雜志總數(shù) 平均引用指數(shù)平均引用指數(shù) 30 雜志雜志數(shù)數(shù) 總總 論論 3 17

3、8 0 化化 學學 2 118 0 物物 理理 5 220 2 數(shù)數(shù) 學學 1 182 0 生生 物物 38 191 8 2006年年SCI收錄的收錄的6000余種期刊的影響因子中余種期刊的影響因子中CA-CANCER J CLIN 63.342ANNU REV IMMUNOL 47.237NEW ENGL J MED 44.016ANNU REV BIOCHEM 36.525NAT REV CANCER 31.583NAT REV MOL CELL BIO 31.354SCIENCE 30.028CELL 29.194 NAT REV IMMUNOL 28.697NATURE 26.681分

4、子生物學分子生物學 是研究核酸、蛋白質等生物大分子的形態(tài)、結構特是研究核酸、蛋白質等生物大分子的形態(tài)、結構特征及其重要性、規(guī)律性和相互關系的科學；征及其重要性、規(guī)律性和相互關系的科學； 是人類從分子水平上真正揭示生物世界的奧秘，由是人類從分子水平上真正揭示生物世界的奧秘，由被動地適應自然界轉向主動地改造和重組自然界的被動地適應自然界轉向主動地改造和重組自然界的基礎學科。基礎學科。二、分子生物學發(fā)展的三個階段二、分子生物學發(fā)展的三個階段(一一) 準備和醞釀階段準備和醞釀階段(二二) 現(xiàn)代分子生物學的建立和發(fā)展階段現(xiàn)代分子生物學的建立和發(fā)展階段(三三) 初步認識生命本質并改造生命的深初步認識生命本

5、質并改造生命的深 入發(fā)展階段入發(fā)展階段二、分子生物學發(fā)展的三個階段二、分子生物學發(fā)展的三個階段(一一) 準備和醞釀階段準備和醞釀階段（19世紀后期到世紀后期到20世紀世紀50年代初）年代初）1、確定了蛋白質是生命的主要物質基礎、確定了蛋白質是生命的主要物質基礎;2、確定了生物遺傳物質基礎是、確定了生物遺傳物質基礎是DNA(二二) 現(xiàn)代分子生物學的建立和發(fā)展階段現(xiàn)代分子生物學的建立和發(fā)展階段（ 20世紀世紀50年代初到年代初到70年代初）年代初） 1、DNA雙螺旋結構模型（雙螺旋結構模型（1953） (現(xiàn)代分子生物學誕生的里程碑現(xiàn)代分子生物學誕生的里程碑) 2、遺傳信息傳遞中心法則的建立、遺傳信

6、息傳遞中心法則的建立 3、對蛋白質結構與功能的進一步認識、對蛋白質結構與功能的進一步認識(三三)現(xiàn)代分子生物學深入發(fā)展的階段現(xiàn)代分子生物學深入發(fā)展的階段 1、重組、重組DNA技術的建立和發(fā)展技術的建立和發(fā)展; 2、基因組研究、基因組研究; 3、單克隆抗體及基因工程抗體技術、單克隆抗體及基因工程抗體技術; 4、基因表達調控機理、基因表達調控機理; 5、細胞信號轉導機理研究、細胞信號轉導機理研究。三、現(xiàn)代分子生物學發(fā)展中的主要里程碑三、現(xiàn)代分子生物學發(fā)展中的主要里程碑Gregor Mendel(1822-1884).The Father of Genetics孟德爾孟德爾的的遺傳學規(guī)律遺傳學規(guī)律最

7、先使人們對最先使人們對性狀遺傳性狀遺傳產生了理性認識產生了理性認識 孟德爾孟德爾（奧地利）的（奧地利）的遺傳學規(guī)律遺傳學規(guī)律最先使人們最先使人們對性狀遺傳產生了理性認識；對性狀遺傳產生了理性認識； Morgan（美）的（美）的基因學說基因學說則進一步將則進一步將“性性狀狀”與與“基因基因”相耦聯(lián)，成為分子遺傳學的相耦聯(lián)，成為分子遺傳學的奠基石。奠基石。 1910年，德國科學家年，德國科學家Kossel第一個第一個分離了分離了腺嘌呤，胸腺嘧啶和組氨酸腺嘌呤，胸腺嘧啶和組氨酸, 獲諾貝爾生理醫(yī)獲諾貝爾生理醫(yī)學獎。學獎。 1959年，美國科學家年，美國科學家Uchoa第一次第一次合成了合成了核糖核酸

8、核糖核酸，實現(xiàn)了將基因內的遺傳信息通過，實現(xiàn)了將基因內的遺傳信息通過RNA翻譯成蛋白質的過程。翻譯成蛋白質的過程。 1959年，年，Kornberg實現(xiàn)了實現(xiàn)了試管內細菌細胞試管內細菌細胞中中DNA的復制的復制。Watson和和Crick所提出的脫氧核糖酸雙螺旋所提出的脫氧核糖酸雙螺旋模型，為充分揭示遺傳信息的傳遞規(guī)律鋪平模型，為充分揭示遺傳信息的傳遞規(guī)律鋪平了道路。了道路。Rosalind E. Franklin1920-19581953, Watson & Crick提出提出DNA的反向平的反向平行雙螺旋模型行雙螺旋模型; Wilkins通過對通過對DNA分子的分子的X射線射線衍射研究證實

9、了該衍射研究證實了該模型。模型。 1961年，法國科學家年，法國科學家Jacob和和Monod提出提出并證實了并證實了操縱子（操縱子（operon）作為調節(jié)細菌細作為調節(jié)細菌細胞代謝的分子機制。胞代謝的分子機制。他們還推測存在一種與他們還推測存在一種與DNA序列相互補、能序列相互補、能將它所編碼的遺傳信息帶到蛋白質合成場所并將它所編碼的遺傳信息帶到蛋白質合成場所并翻譯產生蛋白質的翻譯產生蛋白質的mRNA（信使核糖核酸）。（信使核糖核酸）。對分子生物學的發(fā)展產生了極其重要的對分子生物學的發(fā)展產生了極其重要的指導作用。指導作用。Francois Jacob (Left), Jacques Mono

10、d (Center) & Andre Lwoff (Right),1965分享了諾貝爾生理醫(yī)學獎分享了諾貝爾生理醫(yī)學獎 1968年，年，Nirenberg，Holley和和Khorana共享諾貝爾共享諾貝爾生理醫(yī)學獎生理醫(yī)學獎 Nirenberg：破譯：破譯DNA遺傳密碼；遺傳密碼； Holley：闡明了酵母丙氨酸：闡明了酵母丙氨酸t(yī)RNA的核苷酸序列，的核苷酸序列，并證實了所有并證實了所有tRNA具有結構上的相似性；具有結構上的相似性； Khorana：第一個合成了核酸分子，并且人工復制：第一個合成了核酸分子，并且人工復制了酵母基因。了酵母基因。 1972年，年，Paul Berg（美）第一

11、次進行了（美）第一次進行了DNA重組。重組。 1977年，年，Sanger和和Gilbert（英）第一次進（英）第一次進行了行了DNA序列分析。序列分析。1980年，獲諾貝爾化學獎年，獲諾貝爾化學獎 1983年，年，McClintock由于在由于在50年代提出并發(fā)年代提出并發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)了可移動遺傳因子可移動遺傳因子（jumping gene或稱或稱mobile element）而獲得）而獲得Nobel獎。獎。Barbra McClintock 1975年，美國人年，美國人Temin、Dulbecco和和Baltimore由于發(fā)現(xiàn)在由于發(fā)現(xiàn)在RNA腫瘤病毒中存在以腫瘤病毒中存在以RNA為模板，逆轉錄

12、生成為模板，逆轉錄生成DNA的的逆轉錄酶逆轉錄酶而而共享諾貝爾生理醫(yī)學獎共享諾貝爾生理醫(yī)學獎; 1989年，（美）年，（美）Altman和和Cech發(fā)現(xiàn)某些發(fā)現(xiàn)某些RNA具有酶的功能具有酶的功能而共享而共享Nobel化學獎；化學獎； 1993年，英國科學家年，英國科學家Roberts和和Sharp因因發(fā)現(xiàn)斷裂基因（發(fā)現(xiàn)斷裂基因（introns）而獲得）而獲得Nobel獎；獎； 1993年，（美）年，（美）Mullis由于發(fā)明由于發(fā)明PCR儀而儀而與加拿大學者與加拿大學者Smith（第一個設計基因定（第一個設計基因定點突變）共享點突變）共享Nobel化學獎。化學獎。 1994年，年，Gilman

13、和和Rodbell（美）由于發(fā)現(xiàn)了（美）由于發(fā)現(xiàn)了G蛋蛋白在細胞內信號轉導中的作用白在細胞內信號轉導中的作用而分享而分享Nobel生理醫(yī)生理醫(yī)學獎；學獎； 1999年，年，Blobel（美）由于闡述了（美）由于闡述了蛋白質在細胞蛋白質在細胞間的運轉機制間的運轉機制而獲而獲Nobel生理醫(yī)學獎；生理醫(yī)學獎； 2001年，年，Hartwell(美美)Hunt & Nurse(英英)因對因對細胞細胞周期調控因子周期調控因子的研究分享的研究分享Nobel生理醫(yī)學獎生理醫(yī)學獎; 2006年年,美國科學家美國科學家Kornberg由于在揭示由于在揭示真核細胞真核細胞轉錄機制轉錄機制方面的杰出貢獻獲得諾貝爾

14、化學獎。方面的杰出貢獻獲得諾貝爾化學獎。 美國科學家美國科學家Fire和和Mello由于在揭示控制遺傳信息由于在揭示控制遺傳信息流動的基本機制流動的基本機制RNA干擾干擾方面的杰出貢獻而方面的杰出貢獻而獲得諾貝爾生理醫(yī)學獎。獲得諾貝爾生理醫(yī)學獎。四、證明四、證明DNA就是遺傳物質的就是遺傳物質的主要歷史事件主要歷史事件 多少年來，人們反復提出的幾個與一切生多少年來，人們反復提出的幾個與一切生命現(xiàn)象有關的問題：命現(xiàn)象有關的問題：1.生命是怎樣起源的？生命是怎樣起源的？2.為什么為什么“有其父必有其子有其父必有其子”？3.動、植物個體是怎樣從一個受精卵發(fā)育動、植物個體是怎樣從一個受精卵發(fā)育而來的？

15、而來的？ 17世紀末葉，荷蘭藉顯微鏡專家世紀末葉，荷蘭藉顯微鏡專家Leeuwenhoek制作成功了世界第一架光學顯微鏡。制作成功了世界第一架光學顯微鏡。 Hooke，第一次用，第一次用“細胞細胞”這個概念來形容組成這個概念來形容組成軟木的最基本單元。軟木的最基本單元。 1847年，年，Schleiden和和Schwann提出提出“細胞學細胞學說說”，證明動、植物都由細胞組成。，證明動、植物都由細胞組成。細胞學說細胞學說 分析細胞的組成成分；分析細胞的組成成分； 弄清楚這些物質與細胞內生命現(xiàn)象的聯(lián)系。弄清楚這些物質與細胞內生命現(xiàn)象的聯(lián)系。 19世紀中葉到世紀中葉到20世紀初，是早期生物化學的世紀

16、初，是早期生物化學的大發(fā)展階段，組成蛋白質的大發(fā)展階段，組成蛋白質的20種基本氨基酸種基本氨基酸被相繼發(fā)現(xiàn)，著名生物化學家被相繼發(fā)現(xiàn)，著名生物化學家Fisher還論證還論證了連接相鄰氨基酸的了連接相鄰氨基酸的“肽鍵肽鍵”的形成。的形成。 經典生物化學經典生物化學 孟德爾在孟德爾在1857年到年到1864年間，用產生圓形年間，用產生圓形種子的豌豆同產生皺皮種子的植株雜交，得到種子的豌豆同產生皺皮種子的植株雜交，得到幾百粒全是圓形的幾百粒全是圓形的F1代種子。代種子。 第二年，他種植了第二年，他種植了253粒粒F1圓形種子并進圓形種子并進行自交，得到行自交，得到7324粒粒F2種子，其中種子，其中

17、5474粒圓形粒圓形，1850粒皺皮，圓皺比為粒皺皮，圓皺比為3:1。經典遺傳學經典遺傳學 用黃色圓形豌豆與綠色皺皮豌豆做雜交，發(fā)用黃色圓形豌豆與綠色皺皮豌豆做雜交，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)F1種子全是黃色圓形的。種子全是黃色圓形的。 自交產生自交產生556粒粒F2代種子中，黃色圓形代種子中，黃色圓形315粒，黃色皺皮粒，黃色皺皮121，綠色圓形，綠色圓形108，綠色皺皮，綠色皺皮32。 四種類型接近于四種類型接近于9:3:3:1。綠綠 黃黃 圓圓 皺皺F2代代=9:3:3:1孟德爾總結出孟德爾總結出生物遺傳生物遺傳的兩條的兩條基本規(guī)律基本規(guī)律:第一，當兩種不同植物雜交時，它們的下一代可能第一，當兩種不同植物雜

18、交時，它們的下一代可能與親本之一完全相同，他把這一現(xiàn)象稱為與親本之一完全相同，他把這一現(xiàn)象稱為統(tǒng)一律統(tǒng)一律。他。他認為，生物的每一種性狀都是由遺傳因子控制的，這認為，生物的每一種性狀都是由遺傳因子控制的，這些因子可以從親代到子代，代代相傳。些因子可以從親代到子代，代代相傳。第二，將不同植物品種雜交后的第二，將不同植物品種雜交后的F1代種子再進行雜代種子再進行雜交或自交時，下一代就會按照一定的比例發(fā)生分離，交或自交時，下一代就會按照一定的比例發(fā)生分離，因而具有不同的形式，他把這一現(xiàn)象稱為因而具有不同的形式，他把這一現(xiàn)象稱為分離規(guī)律分離規(guī)律。在孟德爾遺傳學基礎上，在孟德爾遺傳學基礎上，Morgan

19、又提出又提出了了基因學說基因學說。 1910年，年，Morgan和他的助手們發(fā)現(xiàn)了第一和他的助手們發(fā)現(xiàn)了第一只白眼雄果蠅，稱為只白眼雄果蠅，稱為突變型突變型。正常情況下，。正常情況下，果蠅都是紅眼的，稱為果蠅都是紅眼的，稱為野生型野生型。Morgan將白將白眼雄果蠅與紅眼雌果蠅交配，所產生的眼雄果蠅與紅眼雌果蠅交配，所產生的F1代代不論雌雄，全為紅眼果蠅（孟德爾的統(tǒng)一規(guī)不論雌雄，全為紅眼果蠅（孟德爾的統(tǒng)一規(guī)律?。?。律！）。 這些這些F1果蠅互相交配所產生的果蠅互相交配所產生的F2有紅眼也有紅眼也有白眼，但所有白眼果蠅都是雄性的，說有白眼，但所有白眼果蠅都是雄性的，說明該性狀與性別有聯(lián)系。明該性

20、狀與性別有聯(lián)系。 Morgan的這一的這一連鎖遺傳規(guī)律連鎖遺傳規(guī)律與孟德爾的遺與孟德爾的遺傳性狀獨立分離規(guī)律是傳性狀獨立分離規(guī)律是“背道而馳背道而馳”的！的！ 當所研究的當所研究的兩個基因位于同一染色體上兩個基因位于同一染色體上而又而又距離較近時，距離較近時，Morgan的的連鎖遺傳規(guī)律連鎖遺傳規(guī)律起主導起主導作用。作用。 當所研究的當所研究的兩個基因位于不同染色體上兩個基因位于不同染色體上時，時，孟德爾的孟德爾的獨立分離規(guī)律獨立分離規(guī)律起主導作用。起主導作用。 證明證明DNA就是遺傳物質的就是遺傳物質的具有重要意義的實驗具有重要意義的實驗 Griffith（1928）及）及Avery（194

21、4）等人關）等人關于致病力強的光滑型（于致病力強的光滑型（S型）肺炎鏈球菌型）肺炎鏈球菌DNA導致致病力弱的粗糙型（導致致病力弱的粗糙型（R型）細菌型）細菌發(fā)生遺傳轉化的實驗發(fā)生遺傳轉化的實驗; Hershey和和Chase（1952）關于）關于DNA是遺是遺傳物質的實驗傳物質的實驗;DNA是細菌的遺傳物質是細菌的遺傳物質. 英國科學家英國科學家Griffith等人發(fā)現(xiàn)，具有光滑外表的等人發(fā)現(xiàn)，具有光滑外表的S型肺炎鏈球菌能使小鼠發(fā)病，具有粗糙外表的型肺炎鏈球菌能使小鼠發(fā)病，具有粗糙外表的R型型細菌沒有致病力。莢膜多糖能保護細菌免受動物細菌沒有致病力。莢膜多糖能保護細菌免受動物白細胞的攻擊。白

22、細胞的攻擊。 首先用實驗證明基因就是首先用實驗證明基因就是DNA分子的是美國的微分子的是美國的微生物學家生物學家Avery。他首先將光滑型致病菌（。他首先將光滑型致病菌（S型）型）燒煮殺滅活性以后再侵染小鼠，發(fā)現(xiàn)這些死細菌燒煮殺滅活性以后再侵染小鼠，發(fā)現(xiàn)這些死細菌自然喪失了致病能力。自然喪失了致病能力。 解剖死鼠，發(fā)現(xiàn)有大量活的解剖死鼠，發(fā)現(xiàn)有大量活的S型細菌。他們推測，死細型細菌。他們推測，死細菌中的某一成分菌中的某一成分轉化源轉化源(transforming principle）將）將無致病力的細菌轉化成病原無致病力的細菌轉化成病原細菌。細菌。 10年后的實驗表明，年后的實驗表明，DNA就

23、是轉化源。死細菌就是轉化源。死細菌DNA指導了這一可遺傳的轉化，指導了這一可遺傳的轉化，從而導致了小鼠死亡。從而導致了小鼠死亡。DNA是細菌的是細菌的遺傳物質遺傳物質Avery等人的工作樹立了遺傳學理論上全新的觀點等人的工作樹立了遺傳學理論上全新的觀點DNA是遺傳信息的載體。是遺傳信息的載體。美國冷泉港卡內基遺傳 學 實 驗 室 科 學 家美國冷泉港卡內基遺傳 學 實 驗 室 科 學 家Hershey和他的學生和他的學生Chase在在1952年從事噬菌年從事噬菌體侵染細菌的實驗。體侵染細菌的實驗。噬菌體專門寄生在細菌體內，其頭、尾外部都噬菌體專門寄生在細菌體內，其頭、尾外部都是由蛋白質組成的外

24、殼，頭內主要是是由蛋白質組成的外殼，頭內主要是DNA。DNA也是病毒的遺傳物質也是病毒的遺傳物質 噬菌體侵染細菌的主要過程如下：噬菌體侵染細菌的主要過程如下：噬菌體尾部的末端（基片、尾絲）吸附在細菌表噬菌體尾部的末端（基片、尾絲）吸附在細菌表面；面；噬菌體通過尾軸把噬菌體通過尾軸把DNA全部注入細菌細胞內，噬全部注入細菌細胞內，噬菌體的蛋白質外殼則留在細胞外面；菌體的蛋白質外殼則留在細胞外面；利用細菌的生命過程合成噬菌體自身的利用細菌的生命過程合成噬菌體自身的DNA和蛋和蛋白質；白質；用新合成的用新合成的DNA和蛋白質組裝成與親代完全相同和蛋白質組裝成與親代完全相同的子噬菌體；的子噬菌體；細菌

25、解體，釋放子代噬菌體，侵染其他細菌。細菌解體，釋放子代噬菌體，侵染其他細菌。 侵染細菌后立即收集噬菌體，可得到侵染細菌后立即收集噬菌體，可得到70%32P標記的標記的DNA，但只能得到，但只能得到20%標標記的蛋白質。如果侵染細菌后讓噬菌體復記的蛋白質。如果侵染細菌后讓噬菌體復制一代，那么，新生代噬菌體中制一代，那么，新生代噬菌體中30%的的DNA鏈上帶有鏈上帶有32P標記，而噬菌體總蛋白標記，而噬菌體總蛋白中只有不到中只有不到1%仍帶有仍帶有35S標記。標記。DNA是動物細胞的遺傳物質是動物細胞的遺傳物質當當DNA加入到某種在培養(yǎng)加入到某種在培養(yǎng)基中培養(yǎng)的真核單細胞生基中培養(yǎng)的真核單細胞生物

26、群落中，核酸就會進入物群落中，核酸就會進入到細胞中去，其中有一部到細胞中去，其中有一部分就會合成出一些新的蛋分就會合成出一些新的蛋白質。白質。導入導入DNA的表達將使細胞的表達將使細胞產生一些新的特性。產生一些新的特性。圖圖. 胸腺嘧啶核苷激酶的合成胸腺嘧啶核苷激酶的合成DNA到底是什么樣的呢？到底是什么樣的呢？ Avery在在1944年的報告中這樣寫道：當溶液中年的報告中這樣寫道：當溶液中酒精的體積達到酒精的體積達到9/10時，有纖維狀物質析出；如時，有纖維狀物質析出；如稍加攪動，這種物質便會像棉線繞在線軸上一樣稍加攪動，這種物質便會像棉線繞在線軸上一樣繞在硬棒上，溶液中的其他成分則以顆粒狀

27、沉淀繞在硬棒上，溶液中的其他成分則以顆粒狀沉淀留在下面。溶解纖維狀物質并重復沉淀數(shù)次，可留在下面。溶解纖維狀物質并重復沉淀數(shù)次，可提高其純度。這一物質具有很強的生物學活性，提高其純度。這一物質具有很強的生物學活性，初步實驗證實它很可能就是初步實驗證實它很可能就是DNA。中心法則中心法則Crick于于1954年所提出的遺傳信息傳遞規(guī)律年所提出的遺傳信息傳遞規(guī)律1954年首次年首次提出的提出的“中心法則中心法則” 1970-1980年年的的“中心法則中心法則” 21世紀后修正世紀后修正的的“中心法則中心法則” Meselson和和Stahl（1958）關于）關于DNA半半保留復制保留復制的實驗的實

28、驗; Yanofsky和和Brener（1961）年關于）年關于遺遺傳密碼三聯(lián)子傳密碼三聯(lián)子的設想都為分子生物學的的設想都為分子生物學的發(fā)展做出了重大貢獻。發(fā)展做出了重大貢獻。中國科學家的貢中國科學家的貢獻獻 吳憲吳憲20世紀世紀20年代與汪猷、張昌穎等人一道完年代與汪猷、張昌穎等人一道完成了蛋白質變性理論、血液生化檢測和免疫化成了蛋白質變性理論、血液生化檢測和免疫化學等一系列有重大影響的研究。學等一系列有重大影響的研究。 20世紀中下葉，我國科學家相繼實現(xiàn)了人工全世紀中下葉，我國科學家相繼實現(xiàn)了人工全合成有生物學活性的結晶牛胰島素，解出了三合成有生物學活性的結晶牛胰島素，解出了三方二鋅豬胰島

29、素的晶體結構，采用有機合成與方二鋅豬胰島素的晶體結構，采用有機合成與酶促相結合的方法完成了酵母丙氨酸轉移核糖酶促相結合的方法完成了酵母丙氨酸轉移核糖核酸的人工全合成。核酸的人工全合成。五、分子生物學的主要研究內容五、分子生物學的主要研究內容 一切生物體中的各類有機大分子都是一切生物體中的各類有機大分子都是由完全相同的單體，如蛋白質分子中的由完全相同的單體，如蛋白質分子中的20種氨基酸、種氨基酸、DNA及及RNA中的中的8種堿基所組合種堿基所組合而成的。而成的。分子生物學研究的基本定理分子生物學研究的基本定理：1.構成生物體有機大分子的單體在不同生物構成生物體有機大分子的單體在不同生物中都是相同

30、的；中都是相同的；2.生物體內一切有機大分子的構成都遵循共生物體內一切有機大分子的構成都遵循共同的規(guī)則同的規(guī)則 ；3.某一特定生物體所擁有的核酸及蛋白質分某一特定生物體所擁有的核酸及蛋白質分子決定了它的屬性。子決定了它的屬性。 生物體內各種大分子、亞細胞結構的大小生物體內各種大分子、亞細胞結構的大小 DNA重組技術重組技術 (基因工程基因工程) 基因表達調控基因表達調控 生物大分子結構功能生物大分子結構功能 (結構分子生物學結構分子生物學) 基因組、功能基因組與生物信息學基因組、功能基因組與生物信息學分子生物學研究主要包括：分子生物學研究主要包括： 是是20世紀世紀70年代初興起的技術科學，目

31、的是將年代初興起的技術科學，目的是將不同不同DNA片段按照人們的設計定向連接起來，片段按照人們的設計定向連接起來，在特定的受體細胞中與載體同時復制并得到表在特定的受體細胞中與載體同時復制并得到表達，產生影響受體細胞的新的遺傳性狀。達，產生影響受體細胞的新的遺傳性狀。 DNA重組技術是核酸化學、蛋白質化學、酶重組技術是核酸化學、蛋白質化學、酶工程及微生物學、遺傳學、細胞學長期深入研工程及微生物學、遺傳學、細胞學長期深入研究的結晶，而限制性內切酶、究的結晶，而限制性內切酶、DNA連接酶及其連接酶及其他工具酶的發(fā)現(xiàn)與應用則是這一技術得以建立他工具酶的發(fā)現(xiàn)與應用則是這一技術得以建立的關鍵。的關鍵。DN

32、A重組技術重組技術 通過通過DNA連接酶把不同的連接酶把不同的DNA片段連接成一個整體。片段連接成一個整體。a. DNA的粘性末端的粘性末端; b. DNA的平末端的平末端; c. 化學合成的具有化學合成的具有EcoRI粘性粘性末端的末端的DNA片段。片段。重組重組DNA操作過程示意圖操作過程示意圖 可被用于大量生產某些在正常細胞代謝中產可被用于大量生產某些在正常細胞代謝中產量很低的多肽；量很低的多肽； 可用于定向改造某些生物的基因組結構，使可用于定向改造某些生物的基因組結構，使它們所具備的特殊經濟價值或功能得以成百它們所具備的特殊經濟價值或功能得以成百上千倍地提高；上千倍地提高； 可被用于進

33、行基礎研究?？杀挥糜谶M行基礎研究。DNA重組技術具有廣闊的應用前景重組技術具有廣闊的應用前景基因表達調控研究基因表達調控研究 蛋白質分子控制了細胞的一切代謝活動，蛋白質分子控制了細胞的一切代謝活動，而決定蛋白質結構和合成時序的信息都由而決定蛋白質結構和合成時序的信息都由核酸分子編碼。核酸分子編碼。 基因表達實質上就是遺傳信息的轉錄和翻譯基因表達實質上就是遺傳信息的轉錄和翻譯過程。過程?；虮磉_調控研究基因表達調控研究的主要內容的主要內容 信號轉導研究信號轉導研究 轉錄因子研究轉錄因子研究 RNA剪接研究剪接研究1. 信號轉導信號轉導 信號轉導指外部信號通過細胞膜上的受體蛋白傳信號轉導指外部信號

34、通過細胞膜上的受體蛋白傳到細胞內部，并激發(fā)諸如離子通透性、細胞形狀到細胞內部，并激發(fā)諸如離子通透性、細胞形狀或其他細胞功能方面的應答過程?；蚱渌毎δ芊矫娴膽疬^程。 信號轉導之所以能引起細胞功能的改變，主要是信號轉導之所以能引起細胞功能的改變，主要是由于信號最后活化了某些蛋白質分子，使之發(fā)生由于信號最后活化了某些蛋白質分子，使之發(fā)生構型變化，從而直接作用于靶位點，打開或關閉構型變化，從而直接作用于靶位點，打開或關閉某些基因。某些基因。2. 轉錄因子轉錄因子 轉錄因子是一群能與基因轉錄因子是一群能與基因5端上游特定序列端上游特定序列專一結合，從而保證目的基因以特定的強度專一結合，從而保證目的

35、基因以特定的強度在特定的時間與空間表達的蛋白質分子。在特定的時間與空間表達的蛋白質分子。3. RNA剪接剪接 當真核基因轉錄成當真核基因轉錄成pre-mRNA后，除了在后，除了在5端加帽及端加帽及3端加多聚端加多聚A(poly(A)之外，還要之外，還要切去隔開各個相鄰編碼區(qū)的內含子，使外顯切去隔開各個相鄰編碼區(qū)的內含子，使外顯子相連后成為成熟子相連后成為成熟mRNA。生物大分子的結構功能研究生物大分子的結構功能研究(結構分子生物學結構分子生物學)是研究生物大分子特定的空間結構及結構的運是研究生物大分子特定的空間結構及結構的運動變化與其生物學功能關系的科學動變化與其生物學功能關系的科學,主要研究

36、主要研究方向方向: (1)結構的測定結構的測定; (2)結構運動變化規(guī)律的探索結構運動變化規(guī)律的探索; (3)結構與功能相互關系的建立。結構與功能相互關系的建立。 研究三維結構的主要方法研究三維結構的主要方法 X射線衍射的晶體學（又稱蛋白質晶體學）射線衍射的晶體學（又稱蛋白質晶體學） 二維和多維核磁共振法液相結構二維和多維核磁共振法液相結構 電鏡三維重組、電子衍射、中子衍射和各種電鏡三維重組、電子衍射、中子衍射和各種頻譜學方法研究生物高分子的空間結構。頻譜學方法研究生物高分子的空間結構。 基因組、功能基因組與生物信息學基因組、功能基因組與生物信息學 對人類等基因組全序列測序的完成，為確定基因對

37、對人類等基因組全序列測序的完成，為確定基因對人類生長發(fā)育和疾病的預防治療提供了一個前所未人類生長發(fā)育和疾病的預防治療提供了一個前所未有的大舞臺；有的大舞臺； 蛋白組計劃（功能基因組計劃）的提出和實施，將蛋白組計劃（功能基因組計劃）的提出和實施，將快速、高效、大規(guī)模鑒定基因的產物和功能；快速、高效、大規(guī)模鑒定基因的產物和功能； 依靠計算機快速高效運算并進行統(tǒng)計分類和結構功依靠計算機快速高效運算并進行統(tǒng)計分類和結構功能預測的生物信息學將最大限度地開發(fā)和運用基因能預測的生物信息學將最大限度地開發(fā)和運用基因組學所產生的龐大數(shù)據(jù)。組學所產生的龐大數(shù)據(jù)。Francois Jacob (Left), Jacques Monod (Center) & Andre Lwoff (Right),1965