第一次課《分子生物學(xué)》理論課件

課程講授主要內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配緒論(共2學(xué)時(shí))第一部分原核生物遺傳信息傳遞分子機(jī)制（共10學(xué)時(shí)）第一章原核生物基因組DNA構(gòu)成（2學(xué)時(shí)）第二章原核生物中心法則（4學(xué)時(shí)）第三章原核生物基因表達(dá)與調(diào)控（4學(xué)時(shí)）第二部分真核生物遺傳信息傳遞分子機(jī)制（共10學(xué)時(shí)）第一章真核生物基因組DNA構(gòu)成（2學(xué)時(shí)）第二章真核生物中心法則（4學(xué)時(shí)）第三章真核生物基因表達(dá)與調(diào)控（4學(xué)時(shí)）第三部分遺傳信息保持與生物性狀異變分子機(jī)制（共4學(xué)時(shí)）第一章基因突變和修復(fù)（2學(xué)時(shí)）第二章基因組重組和轉(zhuǎn)坐（2學(xué)時(shí)）第四部分部分分子生物學(xué)技術(shù)（共8學(xué)時(shí)）第一章目標(biāo)基因克隆與表達(dá)分析（2學(xué)時(shí)）第二章分子標(biāo)記（2學(xué)時(shí)）第三章高通量測(cè)序與生物信息分析（2學(xué)時(shí)）第四章基因工程（2學(xué)時(shí)）第五部分結(jié)尾(共2學(xué)時(shí))基因表達(dá)調(diào)控基因工程第一頁(yè)，共二十三頁(yè)。教材、參考書籍和部分相關(guān)外文期刊教材：《分子生物學(xué)》，陳啟民和耿運(yùn)琪編著，高等教育出版社，2010參考書籍（暫定）：《現(xiàn)代分子生物學(xué)》（第三版），朱玉賢、李毅編著，高等教育出版社，2007《生物化學(xué)簡(jiǎn)明教程》（第三版），羅紀(jì)盛等編著，高等教育出版社，1999部分相關(guān)外文期刊：NatureTheoreticalandGeneticsApplicationScienceBMCGeneticsNatureGeneticsBMCBiologyNuclearAcidResearchMolecularbreeding第二頁(yè)，共二十三頁(yè)?？己朔绞綄W(xué)習(xí)態(tài)度（滿分100）

基準(zhǔn)分80分。加分情況:按時(shí)按質(zhì)完成作業(yè)、無(wú)遲到/早退/曠課記錄、能積極和老師溝通學(xué)習(xí)問(wèn)題，則加分20分。減分情況：遲到、早退、曠課、上課打擾他人學(xué)習(xí)（包括上課說(shuō)悄悄話和手機(jī)響等）、作業(yè)未交，每出現(xiàn)一次，則減去一個(gè)10分，直至減完80分為止。提醒：只要無(wú)故出現(xiàn)減分情況一次，學(xué)習(xí)態(tài)度成績(jī)最多只能是70分。對(duì)我講課內(nèi)容厭倦，可以睡覺(jué)

閉卷考核(滿分100)試題形式和分?jǐn)?shù)構(gòu)成：名詞解釋（12題選10題，滿分30分）、簡(jiǎn)答題（7題選5題，滿分45分）和論述題（3題選1題，滿分25分）。

上報(bào)學(xué)校成績(jī)（滿分100）=閉卷考核卷面成績(jī)（滿分100）×0.7+學(xué)習(xí)態(tài)度成績(jī)（滿分100）×0.3。第三頁(yè)，共二十三頁(yè)。緒論1分子生物學(xué)概念1.1“MolecularBiology”一詞來(lái)源1938年,Weaver在寫給一個(gè)科學(xué)基金會(huì)(洛克菲勒基金會(huì))的報(bào)告中，首次使用了分子生物學(xué)“MolecularBiology”一詞。1941年，研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的W.Astbury使用了這一名詞，當(dāng)時(shí)他開(kāi)始用X—射線分析纖維DNA的結(jié)構(gòu)，并稱自己是分子生物學(xué)家。1.2分子生物學(xué)概念

廣義概念：從分子水平研究生命現(xiàn)象及其規(guī)律的一門新興學(xué)科狹義概念：是研究細(xì)胞內(nèi)生物大分子（主要就是核酸和蛋白質(zhì)）的結(jié)構(gòu)和其在生物遺傳信息保存、維護(hù)和傳遞過(guò)程中所行使的功能以及這些生物大分子物質(zhì)相互作用特點(diǎn)和規(guī)律進(jìn)而來(lái)研究生命現(xiàn)象的一門新興科學(xué)。

第四頁(yè)，共二十三頁(yè)。2分子生物學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程2.1分子生物學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程階段大致劃分經(jīng)典遺傳學(xué)研究

（1866到1928）微生物遺傳研究

（1928到1953）分子遺傳研究

（1953到1972）基因重組研究

（1972到1990）基因組和蛋白質(zhì)組學(xué)研究

（1990—）第五頁(yè)，共二十三頁(yè)。

2.2經(jīng)典遺傳學(xué)階段相關(guān)重大研究進(jìn)展1866年，G.Mendel提出生物性狀由“遺傳因子”控制結(jié)論和兩大遺傳定律（分離規(guī)律和自由組合規(guī)律）。（下左1圖和左2圖）1868-1872年，F(xiàn).Miechescher（下左3圖）提取出核酸（Nuclearacid）1885-1900年，證實(shí)核酸是由帶有不同堿基的核苷酸組成，單個(gè)核苷酸是由堿基-核糖-磷酸構(gòu)成。1929年，確定脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）是核酸的兩種類型1909年，“遺傳因子”被改命名為“基因”1910年，Morgan（下右1圖）證實(shí)基因就在染色體上，并提出第三條遺傳定律（連鎖遺傳規(guī)律）第六頁(yè)，共二十三頁(yè)。2.3微生物遺傳階段相關(guān)重大研究進(jìn)展2.3.1DNA是遺傳信息的主要載體1944年，O.Avery利用F.Griffith1928年所發(fā)現(xiàn)肺炎球菌使小鼠致病機(jī)制，提出了“DNA是遺傳信息的載體”這一學(xué)說(shuō)1952年，A.D.Hershey和M.Chase用35S和32p分別標(biāo)記T2噬菌體的蛋白質(zhì)和核酸，感染大腸桿菌,確認(rèn)了“DNA是遺傳信息的載體”這一學(xué)說(shuō)1956年，A.Gierer和G.Schramm發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNAO.Avery第七頁(yè)，共二十三頁(yè)。2.3.2DNA雙螺旋模型建立1941年，W.Astbury獲得了第一張DNAX—衍射圖譜1950年，Chargoff提出DNA堿基配對(duì)原則（A與T和G與C分別嚴(yán)格配對(duì)）1952年，R.Franklin和M.Wilkins制出高質(zhì)量的DNAX-光衍射照片（左下圖）1953年，Watson和F.H.C.Crick（中間圖）建立DNA雙螺旋模型（右下圖）。該年，也通常被認(rèn)為分子生物學(xué)的誕生年。1979年，A.H.J.Wang和A.Rich提出Z-DNA模型第八頁(yè)，共二十三頁(yè)。2.4分子遺傳研究階段相關(guān)重大研究進(jìn)展

中心法則提出與修正1958年，F(xiàn).H.C.Crick提出遺傳信息傳遞的中心法則1956年，E.VolKin和L.Astrachan發(fā)現(xiàn)T2噬菌體的mRNA1958年，M.Meselson和F.W.Stahl用同位素標(biāo)記法證實(shí)DNA的半保留復(fù)制。（1953年，Watson和F.H.C.Crick建立DNA雙螺旋模型后，又預(yù)測(cè)DNA復(fù)制具有半保留特點(diǎn)）。同年，F(xiàn).H.C.Crick等證實(shí)了遺傳密碼為三聯(lián)體密碼。1964年，M.W.Nirenberg破譯全部有義密碼子1966年，F(xiàn).H.C.Crick提出反密碼子的擺動(dòng)學(xué)說(shuō)約1971年，發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶1982年，倉(cāng)鼠腦中發(fā)現(xiàn)朊病毒（Prion）,其具有遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)而非核酸1981年，發(fā)現(xiàn)核酶第九頁(yè)，共二十三頁(yè)。第十頁(yè)，共二十三頁(yè)。2.5DNA重組研究階段相關(guān)重大研究進(jìn)展1962年，Arber證明限制性內(nèi)切酶(Restrictionenzyme)存在1967年，Gellert發(fā)現(xiàn)DNA連接酶（DNALigase）1968年，S.Cohen發(fā)現(xiàn)質(zhì)粒（Plasmid）1970年，H.Boyer發(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶1972年，P.Berg創(chuàng)建了重組DNA（RecombinantDNA）技術(shù)1978年，A.C.Y.Chang等首次將真核基因組（dhfr）在細(xì)菌中發(fā)表1994年，在某少數(shù)幾個(gè)國(guó)家，轉(zhuǎn)基因番茄（下圖）開(kāi)始進(jìn)入超市2.5.1DNA重組技術(shù)建立與應(yīng)用研究第十一頁(yè)，共二十三頁(yè)。2.5.2基因表達(dá)與調(diào)控研究1961年，Jacob和Monod提出操縱子學(xué)說(shuō)

（原核生物遺傳信息表達(dá)一種調(diào)控機(jī)理）1977年，發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子1981年，發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)子1998年，RNAi技術(shù)（右圖）

出現(xiàn)基因功能研究重要技術(shù)：過(guò)量表達(dá)、轉(zhuǎn)基因、Q-PCR、基因沉默、基因敲出、瞬時(shí)表達(dá)等。SpindleandcytokinesisdefectsafterRNAinterference第十二頁(yè)，共二十三頁(yè)。

2.6.1DNA測(cè)序技術(shù)及發(fā)展1977年，F(xiàn).Sanger（右圖）建立雙脫氧末端終止DNA測(cè)序方法，并測(cè)定出了ΦX174DNA全部5375bp核苷酸序列同年，W.Gilbert和A.Maxam建立化學(xué)裂解DNA測(cè)序方法1978年，F(xiàn)iers等測(cè)出環(huán)狀SV40DNA全部5243bp核苷酸序列1989年，人類基因組工程（HGP）啟動(dòng)1996年底，大腸桿菌基因組DNA的全部序列長(zhǎng)4×106堿基對(duì)1996年底，完成了真核生物酵母的基因組全序列測(cè)定1998年底，長(zhǎng)達(dá)100Mb的線蟲(chóng)的基因組序列測(cè)定1999年，鳥(niǎo)槍法測(cè)序（Shotgunsequencing）2000年，繪出擬南芥基因組的完整圖譜2001年，

國(guó)際兩大最著名期刊《Nature》和《Science》同時(shí)公布人類基因組圖譜草圖2002年，以楊煥明為首的中國(guó)科學(xué)家在Science發(fā)表了水稻全基因組框架序列近五六年，高通量測(cè)序技術(shù)迅猛發(fā)展，掀起分子生物學(xué)更大的研究熱潮2.6基因組和蛋白質(zhì)組學(xué)研究階段相關(guān)研究重大發(fā)展

第十三頁(yè)，共二十三頁(yè)。2.6.2PCR技術(shù)發(fā)明與分子標(biāo)記1980年，D.Bostein等RFLP構(gòu)建人類遺傳學(xué)連鎖圖譜1986年，K.Mullis（右下圖）建立聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PolymeraseChainReaction,PCR）技術(shù)1989年，SSR被發(fā)現(xiàn)并開(kāi)始分子標(biāo)記應(yīng)用研究1990年，Williams等和Welsh等同時(shí)分別創(chuàng)建了RAPD標(biāo)記技術(shù)1993年，Paran和Michelmore創(chuàng)建了SCAR標(biāo)記技術(shù)1993年，Konieczny和Ausubel創(chuàng)建了CAPS標(biāo)記技術(shù)1994年，Zietkiewiez等創(chuàng)建了ISSR標(biāo)記技術(shù)1995年，P.Vos等報(bào)道了AFLP標(biāo)記技術(shù)1997年，Waugh等創(chuàng)建了SSAP標(biāo)記技術(shù)2000年，Drenkard等創(chuàng)建了SNAP標(biāo)記技術(shù)（即將SNP轉(zhuǎn)化SCAR標(biāo)記的技術(shù)）……第十四頁(yè)，共二十三頁(yè)。2.6.3基因組和蛋白質(zhì)組學(xué)研究階段其他相關(guān)研究重大發(fā)展

1990年，人類疾病第一例基因治療（Genetherapy）4歲的琳達(dá)患有ADA缺陷綜合癥ADA：adenosinedeaminase

腺苷脫氨酶癥狀：T型白血球功能損傷

會(huì)導(dǎo)致致命的病菌感染第十五頁(yè)，共二十三頁(yè)。1996年，DNA芯片（右上圖）進(jìn)入商業(yè)化1997年，動(dòng)物克隆技術(shù)

（下左圖）1997年，第一例人工創(chuàng)造的人類染色體（下中圖）

1998年，干細(xì)胞研究重大突破第十六頁(yè)，共二十三頁(yè)。

近些年，生物信息學(xué)、功能基因組學(xué)及蛋白質(zhì)學(xué)等多種新型相關(guān)技術(shù)體系也應(yīng)運(yùn)而生…生物信息學(xué)：以計(jì)算機(jī)為工具對(duì)生物信息（主要是指DNA、RNA和蛋白質(zhì)的序列、結(jié)構(gòu)和功能信息）進(jìn)行儲(chǔ)存、檢索（收集和篩選）、處理（編輯、整理、管理和顯示）及利用（計(jì)算、模擬）的一種技術(shù)體系。它是當(dāng)今生命科學(xué)和自然科學(xué)的重大前沿領(lǐng)域之一，同時(shí)也將是21世紀(jì)自然科學(xué)的核心領(lǐng)域之一。該研究工具主要由數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用軟件三大部分組成。功能基因組學(xué)：通過(guò)對(duì)單個(gè)或多個(gè)生物全基因組上所有基因表達(dá)進(jìn)行分析和比較，以此研究基因組的多樣性和進(jìn)化規(guī)律、全基因組基因的表達(dá)及其調(diào)控模式等相關(guān)問(wèn)題的一種技術(shù)體系。蛋白質(zhì)組學(xué)：是以蛋白質(zhì)組為研究對(duì)象，研究細(xì)胞內(nèi)所有蛋白質(zhì)及其動(dòng)態(tài)規(guī)律的一種技術(shù)體系。

第十七頁(yè)，共二十三頁(yè)。2.7分子生物學(xué)發(fā)展總結(jié)二十世紀(jì)是以核酸為研究核心，帶動(dòng)分子生物學(xué)向縱深發(fā)展：50年代雙螺旋結(jié)構(gòu)60年代操縱子學(xué)說(shuō)70年代DNA重組80年代PCR技術(shù)90年代DNA測(cè)序生命科學(xué)從宏觀→微觀→宏觀；由分析→綜合的時(shí)代。第十八頁(yè)，共二十三頁(yè)。3分子生物學(xué)主要研究?jī)?nèi)容與主要研究方法3.1基本原理1.構(gòu)成生物體的有機(jī)大分子的單體在不同生物體內(nèi)都是相同的；2.生物體內(nèi)一切有機(jī)大分子的建成都遵循共同的規(guī)律；3.某一特定生物體所擁有的核酸及蛋白質(zhì)決定了生物的屬性。3.2主要研究?jī)?nèi)容1基因組DNA重組2基因表達(dá)與調(diào)控3生物大分子結(jié)構(gòu)與功能4生物信息學(xué)與生物組學(xué)第十九頁(yè)，共二十三頁(yè)。3.3主要研究方法3.3.1研究方向：（思維視角）衍生于其他相關(guān)生物學(xué)科，并用相應(yīng)技術(shù)方法進(jìn)入分子生物學(xué)相關(guān)問(wèn)題研究，獲得結(jié)果可以為本學(xué)科和其他相關(guān)生物學(xué)科服務(wù)；由宏觀進(jìn)入微觀，再由微觀拓展到宏觀。（研究對(duì)象）由生物性狀到核酸與蛋白結(jié)構(gòu)到其功能再到其功能調(diào)控。3.3.2采用的邏輯學(xué)方法：模型分析、強(qiáng)烈推理和物質(zhì)能量節(jié)省原則3.3.3常采用的物理和生物化學(xué)方法：物質(zhì)分離純化、離心、電泳、層析、X-衍射、同位素標(biāo)記等。3.3.4常用的分子生物學(xué)技術(shù)方法：基因克隆、基因表達(dá)、分子標(biāo)記、基因重組、分子