分子生物學(xué)概述

MolecularBiologyinpharmcy分子生物學(xué)21世紀(jì)是揭示生命現(xiàn)象內(nèi)在奧秘的世紀(jì)分子生物學(xué)是生命科學(xué)發(fā)展中最重要的前沿領(lǐng)域醫(yī)藥學(xué)研究中地位舉足輕重緒論1.分子生物學(xué)的基本含義及主要研究內(nèi)容2.分子生物學(xué)發(fā)展簡史3.分子生物學(xué)實(shí)際應(yīng)用的現(xiàn)狀和展望4.分子生物學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系一、分子生物學(xué)的基本含義

及主要研究內(nèi)容1分子生物學(xué)（MolecularBiology）的基本含義狹義的分子生物學(xué)：偏重于核酸（基因）的分子生物學(xué)，主要研究基因或DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和調(diào)控等過程，也涉及與這些過程相關(guān)的蛋白質(zhì)和酶的結(jié)構(gòu)與功能的研究。廣義的分子生物學(xué)：以核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)及其在遺傳信息和細(xì)胞信息傳遞中的作用為研究對象，從分子水平闡明生命現(xiàn)象和生物學(xué)規(guī)律。不同的生物大分子之間的相互作用不同的物種特性2.分子生物學(xué)的三大原則1)構(gòu)成生物大分子的單體是相同的共同的核酸語言共同的蛋白質(zhì)語言2)生物遺傳信息表達(dá)的中心法則相同

DNARNAproteincharacter3)生物大分子單體的排列（核苷酸、氨基酸）的不同

不同的高級結(jié)構(gòu)3.分子生物學(xué)研究的三大領(lǐng)域

*基因的分子生物學(xué)：基因的概念、結(jié)構(gòu)、復(fù)制、表達(dá)、重組、交換（狹義的分子生物學(xué)）

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結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)：

生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能生物大分子之間的相互作用DNA－蛋白質(zhì)激素和受體酶和底物

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生物技術(shù)理論與應(yīng)用基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程二、分子生物學(xué)發(fā)展簡史1.準(zhǔn)備和醞釀階段2.現(xiàn)代分子生物學(xué)的建立和發(fā)展階段3.初步認(rèn)識生命本質(zhì)并開始改造生命的深入發(fā)展階段1準(zhǔn)備和醞釀階段時間：19世紀(jì)后期到20世紀(jì)50年代初。兩點(diǎn)重大突破：確定了蛋白質(zhì)是生命的主要基礎(chǔ)物質(zhì)；確定了生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA。

2現(xiàn)代分子生物學(xué)的建立和發(fā)展階段時間：從50年代初到70年代初，1953年Watson和Crick的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型作為現(xiàn)代分子生物學(xué)誕生的里程碑。主要進(jìn)展包括：遺傳信息傳遞中心法則的建立對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的進(jìn)一步認(rèn)識3初步認(rèn)識生命本質(zhì)并開始改造生命的深入發(fā)展階段時間：70年代后－至今基因工程技術(shù)作為新的里程碑，標(biāo)志著人類深入認(rèn)識生命本質(zhì)并能動改造生命的新時期開始。其間的重大成就包括：重組DNA技術(shù)的建立和發(fā)展基因組研究的發(fā)展單克隆抗體及基因工程抗體的建立和發(fā)展基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理研究成為新的前沿領(lǐng)域發(fā)展歷程分子生物學(xué)中重大成就與突破者－－－NobelPrize的獲得者－－－構(gòu)成了分子生物學(xué)發(fā)展的主要內(nèi)容－－－里程碑

1910科賽爾Kossel（德）蛋白質(zhì)、細(xì)胞及細(xì)胞核化學(xué)的研究（首先分離到A、T和組氨酸）

1958萊德伯格Lederberg（美）噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)比德爾

Beadle&泰特姆

Tatum（美）Onegene-oneenzyme紅色面包霉突變體BeadleTatum

Lederberg

1959奧喬亞

Ochoa(美籍西班牙裔)

科恩伯格

Kornberg（美）Ochoa

Kornberg

細(xì)菌的多核苷酸磷酸化酶，成功地合成了RNA，基因（DNA）→RNA→蛋白質(zhì)

實(shí)現(xiàn)了DNA分子在試管內(nèi)（細(xì)菌無細(xì)胞提取液）的復(fù)制

1962Watson（美）＆Crick（英）

Wilkins（新西蘭）通過DNA分子的X射線衍射研究證實(shí)DNADoubleHelixModel

1962肯德魯

Kendrew＆佩魯茨

Perutz（英國）Kendrew

Perutz

測定了肌紅蛋白及血紅蛋白的高級結(jié)構(gòu)（三級）成為研究生物大分子結(jié)構(gòu)的先驅(qū)

1965雅各布

Jacob＆莫諾

Monod（法國）Jacob

Monod

提出并證實(shí)了Operon作為調(diào)節(jié)細(xì)菌細(xì)胞代謝的分子機(jī)制首次提出mRNA分子的存在

1969Nirenberg（美）Holly＆Khorana尼倫伯格Nirenberg克拉納Khorana

霍利Holley

破譯了遺傳密碼酵母phetRNA的核苷酸序列并證明了所有tRNA三級結(jié)構(gòu)的相似性第一個合成了核酸分子，并人工復(fù)制了酵母基因

1975Temin，Baltimore(美)&

Dulbecco特明Temin巴爾的摩Baltimore發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶（以RNA為模板，逆轉(zhuǎn)錄生成DNA）杜爾貝克Dulbecco桑格Sanger吉爾伯特Gilbert伯格Berg

1980Sanger（英）Gilbert&Berg（英）酶法核苷酸測序的設(shè)計(jì)者化學(xué)測序法的設(shè)計(jì)者DNA重組，在細(xì)菌中表達(dá)胰島素DNA重組技術(shù)的元老Sanger還由于測定了牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)而獲得1958年諾貝爾化學(xué)獎。

1984Kohler（德）Milstein（美）Jerne（丹麥）科萊爾Kohler米爾斯坦Milstein杰尼

Jerne發(fā)展了單克隆抗體(MonoclonalAntibodiesMcAb)技術(shù)，完善了極微量蛋白質(zhì)的檢測技術(shù)

1988麥克林托克

McClintock(美)可移動的遺傳因子（jumpinggeneormobileelement）McClintock50年代初發(fā)現(xiàn)88年獲獎

1989奧爾特曼

Altman（加）＆切赫

Cech（美）核酶即核糖核酸質(zhì)酶（Ribozyme）的發(fā)現(xiàn)者（即某些RNA具有酶的功能）SidneyAltman

ThomasR.Cech

1989Bishop＆Varmus（美）正常細(xì)胞同樣帶有原癌基因

1993Roberts＆Sharp（美）斷裂基因（splittinggene）

Mullis（美）PCR儀的發(fā)明者

Smith

基因定點(diǎn)突變

1994Gilman＆Rodbell

發(fā)現(xiàn)G蛋白在細(xì)胞信號傳導(dǎo)中的作用

1995Lewis（美）、Nusslein－Volhard（德）、Wieschaus（美）

20世紀(jì)40～70年代先后獨(dú)立鑒定了控制果蠅體節(jié)發(fā)育基因三、分子生物學(xué)應(yīng)用現(xiàn)狀生命科學(xué)基礎(chǔ)理論研究中的應(yīng)用農(nóng)林牧副漁中的應(yīng)用工業(yè)中的應(yīng)用在醫(yī)藥學(xué)中的應(yīng)用（一）在基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用幾乎在所有生命科學(xué)分支學(xué)科中得到應(yīng)用基因蛋白表達(dá)及相互作用、疾病發(fā)生機(jī)理等將人的生長激素基因和牛的生長素基因分別注射到小白鼠受精卵中，得到的“超級小鼠”。高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具優(yōu)良品質(zhì)的品種用基因工程的方法可以改善糧食作物的蛋白質(zhì)含量。如“向日葵豆”植株。抗逆性品種將細(xì)菌的抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉(zhuǎn)移到作物體內(nèi)，將從根本上改變作物的特性。如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。（二）在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用全球轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物銷售額1.增加農(nóng)作物產(chǎn)品的營養(yǎng)價值。如：增加種子、塊莖的蛋白質(zhì)含量，改變植物蛋白的必需氨基酸比例等。2.提高農(nóng)作物抗逆性能。如：抗病蟲害、抗旱、抗?jié)?、抗除草劑等性能。通過感染或顯微注射技術(shù)將重組DNA轉(zhuǎn)移到動物受精卵中。3.畜牧漁養(yǎng)殖業(yè):繁殖具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量的皮毛等優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動物。用于提高動物生長速度改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)(三)工業(yè)中的應(yīng)用1.酶制劑、工業(yè)用酶的生產(chǎn)、酶的定向改造3.環(huán)境保護(hù)生物傳感器--環(huán)境監(jiān)測

生物修復(fù)“吃油”工程菌2.食品工業(yè)上：氨基酸，助鮮劑，甜味劑，食品添加劑、淀粉酶，纖維素酶、啤酒釀造、白酒和黃酒的釀造和酒精生產(chǎn)噴灑工程菌清除石油污染美國GE公司構(gòu)造成功具有巨大烴類分解能力的工程菌，并獲專利，用于清除石油污染。4.化學(xué)與能源工業(yè)上：

基因工程修飾過的淀粉及重組DNA技術(shù)生產(chǎn)酒精等石油替代品(四)醫(yī)藥行業(yè)中的應(yīng)用1.基因工程用于生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物2.基因工程用于疫苗生產(chǎn)3.基因工程用于基因治療、研究疾病發(fā)生機(jī)理1.基因工程用于生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物目前用基因工程生產(chǎn)的蛋白質(zhì)藥物已達(dá)數(shù)十種，如胰島素、干擾素、生長因子、凝血因子等蛋白質(zhì)藥物，以前根本不可能大量生產(chǎn)，現(xiàn)在用基因工程辦法便可能大量生產(chǎn)。傳統(tǒng)方法：從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4-5g胰島素。缺點(diǎn)：產(chǎn)量低，價格昂貴，遠(yuǎn)不能滿足社會需要?；蚬こ谭椒ǎ?979年，科學(xué)家將動物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，并在大腸桿菌內(nèi)實(shí)現(xiàn)了表達(dá)。1982年，美國一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場，售價降低了30%~50%。基因工程藥品——胰島素（糖尿?。?/p>

干擾素是病毒侵入細(xì)胞后產(chǎn)生的一種糖蛋白，幾乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一種抗病毒的特效藥。對治療某些癌癥和白血病也有一定療效。

傳統(tǒng)方法：從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素?；蚬こ谭椒ǎ?/p>

1980~1982年，科學(xué)家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場?；蚬こ趟幤贰?/p>

干擾素

治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前，要獲得生長激素，需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素。現(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當(dāng)于6萬具尸體的全部產(chǎn)量?；蚬こ趟幤贰?/p>

生長激素

2.基因工程用于疫苗生產(chǎn)（1）常規(guī)疫苗：弱毒活疫苗、死疫苗缺點(diǎn)：活疫苗隱含著感染的危險(xiǎn)性。死疫苗免疫活性不高，需加大注射量或多次接種。（2）基因工程疫苗：（重組亞基疫苗）把編碼抗原蛋白質(zhì)的基因重組到載體上去，再送入細(xì)菌細(xì)胞或其他細(xì)胞中大量生產(chǎn)。只含病原物的一個或幾個抗原成分，不含病原物遺傳信息。優(yōu)點(diǎn)：效價很高，無感染毒性等危險(xiǎn)。

例如：在酵母中表達(dá)乙型肝炎表面抗原HBsAg產(chǎn)量可達(dá)每升2.5mg，已于1984年問世?；蚬こ躺a(chǎn)疫苗有良好的發(fā)展前景。3.基因工程用于基因治療人體基因的缺失，導(dǎo)致一些遺傳疾病，應(yīng)用基因工程技術(shù)使缺失的基因歸還人體，達(dá)到治療的目的，已成為基因工程在醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用的又一重要內(nèi)容。白化病、半乳糖血癥、苯丙酮尿癥4.其他

（1）蛋白質(zhì)—肽類藥物的生產(chǎn)（2）器官移植（3）挽救珍稀瀕危動物（4）良種牲畜的繁育（5）用于研究的動物模型的建立克隆羊試驗(yàn)成功打開了廣泛應(yīng)用的大門向受精卵雄性原核注入DNA溶液生物技術(shù)必將在世界人口問題、疾病問題、人的壽命問題、營養(yǎng)保健問題、農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展問題、資源再利用問題、大氣污染問題、世界公害問題、潔凈新能源問題等各方面問題的解決中起重要作用轉(zhuǎn)基因動物存在的問題1.倫理2.不可預(yù)見性危害隨即整合如何控制、如何使目的基因定位在特定組織中、導(dǎo)致畸形產(chǎn)生的問題克隆技術(shù)所帶來的挑戰(zhàn)動物克隆與克隆人1生物化學(xué)與分子生物學(xué)關(guān)系最為密切生物化學(xué)是從化學(xué)角度研究生命現(xiàn)象，著重研究生物體內(nèi)各種生物分子的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變與新陳代謝。分子生物學(xué)著重闡明生命的本質(zhì)----主要研究生物大分子核酸與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能、生命信息的傳遞和調(diào)控。四、分子生物學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系2細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)關(guān)系也十分密切傳統(tǒng)的細(xì)胞生物學(xué)