分子生物學與基因工程第一講(共29張PPT)精選

分子生物學與基因工程(jīyīngōngchéng)第一講第一頁，共29頁。第一(dìyī)講緒論第二頁，共29頁。主要內容分子生物學與基因工程含義(hányì)分子生物學與基因工程發(fā)展簡史分子生物學與基因工程基本內容與其他學科的關系幾個熱點問題其他第三頁，共29頁。生物學經(jīng)歷了一個漫長的研究歷程。最早人們從研究動物和植物的形態(tài)、解剖和分類開始，隨著細胞學、遺傳學、微生物學、生理學、生物化學的發(fā)展，研究進入(jìnrù)細胞水平。到20世紀中葉以來，生物學以生物大分子為研究目標，分子生物學（MolecularBiology）開始形成了獨立的學科，這是對生物界的認識不斷深入的過程。第四頁，共29頁。第五頁，共29頁。許多發(fā)育相關基因紛紛克隆成功，如控制果蠅體節(jié)發(fā)育的Homeo基因、金魚草的的花瓣(huābàn)發(fā)育基因DEF等?！禛enesⅧ》Lewin.生物學經(jīng)歷了一個漫長的研究歷程。測定了肌紅蛋白和血紅蛋白的高級結構Biotechnology&Bioengineering80年代，Mullis發(fā)明了聚合酶鏈式反應（PolymeraseChainReaction，PCR）技術；AdrianSlater,etal《PlantBiotechnology-Thegeneticmanipulationofplant》Oxforduniverssitypress.基因與基因組的結構與序列特征神經(jīng)系統(tǒng)分子生物學的研究造成神經(jīng)生物學的革命性變化。PlantMolecularBiology人乳頭狀瘤病毒(HPV)和HIV的發(fā)現(xiàn)Andrew、Craig到目前為止，人們已完成包括人和水稻等重要模式生物的基因組測序工作。第一(dìyī)講緒論《分子生物學基礎》楊歧生編著浙江大學出版社從廣義來講，蛋白質及核酸等生物大分子結構和功能的研究都屬于分子生物學的范疇，也就是從分子水平闡明生命現(xiàn)象和生物學規(guī)律。例如，蛋白質的結構、運動(yùndòng)和功能，酶的作用機理和動力學，膜蛋白結構與功能及跨膜運輸?shù)榷紝儆诜肿由飳W的研究內容。1分子生物學與基因工程(jīyīngōngchéng)的含義第六頁，共29頁。從狹義上講，分子生物學主要(zhǔyào)是研究生物體主要(zhǔyào)遺傳物質-基因或DNA的結構及其復制、轉錄、表達和調節(jié)控制等過程的科學。當然，也涉及到與這些過程有關的蛋白質和酶的結構與功能的研究。第七頁，共29頁。基因工程是指將一種或多種生物體(共體)的基因或基因組提取出來,或者人工合成的基因,按照人們的愿望,進行嚴密的設計,經(jīng)過體外加工重組,通過一定(yīdìng)的方法,轉移到另一種生物體(受體)的細胞內,使之能在受體細胞遺傳并獲得新的遺傳性狀的技術。第八頁，共29頁。2分子生物學與基因工程(jīyīngōngchéng)發(fā)展簡史1944年，Avery在肺炎雙球菌轉化(zhuǎnhuà)實驗中證實了DNA是遺傳的物質基礎，標志著分子生物學的誕生；1953年，Watson和Crick在Nature雜志（171：737～738）上提出了著名的DNA雙螺旋模型，為分子生物學的發(fā)展奠定了堅實的基礎；1956年，Kornberg在大腸桿菌的無細胞提取液中實現(xiàn)了DNA的合成；第九頁，共29頁。1958年，Crick提出了遺傳信息的傳遞規(guī)律，即著名的“中心法則”；同年，Meselson與Stahl用實驗證明了DNA復制是一種(yīzhǒnɡ)半保留復制；1959年，Uchoa發(fā)現(xiàn)了細菌的多核苷酸磷酸化酶，成功地合成了RNA，研究并重建了將基因內的遺傳信息通過RNA中間體翻譯成蛋白質的過程；1961年，Nirenberg和Matthaei破譯了所有三聯(lián)體密碼子；同年，法國科學家Jacob和Monod提出了著名的乳糖操縱子模型；第十頁，共29頁。1962年，Arber首次發(fā)現(xiàn)DNA限制性內切酶的存在；1970年，Smith首次從大腸桿菌中分離到第一個限制性內切酶；同年，Temin和Baltimore首次發(fā)現(xiàn)在病毒中存在以RNA為模板，逆轉錄成DNA的逆轉錄酶；1972年，Berg構建了世界上第一個重組DNA分子，開辟了生物學新領域(lǐnɡyù)-遺傳工程；1977年，Robert和Sharp在研究腺病毒的mRNA合成時，首次發(fā)現(xiàn)了斷裂基因的存在；1977年，Sanger和Gilbert分別提出了兩種DNA測序技術-酶法（或雙脫氧鏈終止法）和化學修飾法；第十一頁，共29頁。1981年，Cech和Altman首次發(fā)現(xiàn)RNA具有生物催化功能；1983年，Mullis發(fā)明了聚合酶鏈式反應（PolymeraseChainReaction，PCR）技術，極大地推動了分子生物學的發(fā)展；1990年，人類基因組計劃啟動，同時先后開展多種模式生物的基因組測序。標志著生命科學研究進入“基因組學”時代(shídài)；1994年，Wilkins和Williams等首次提出了蛋白質組的概念；1997年，Wilmut等首次成功地從體細胞中克隆出羊-Dolly；到目前為止，人們已完成包括人和水稻等重要模式生物的基因組測序工作。生命科學研究進入“蛋白質組學”的新的發(fā)展階段。第十二頁，共29頁。分子生物學與基因工程發(fā)展(fāzhǎn)的幾個里程碑上個世紀50年代，Watson和Crick提出了的DNA雙螺旋模型；60年代，法國科學家Jacob和Monod提出了的乳糖操縱子模型；70年代，Berg首先發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶，并構建了世界上第一個重組DNA分子；80年代，Mullis發(fā)明了聚合酶鏈式反應（PolymeraseChainReaction，PCR）技術；90年代，開展了“人類基因組計劃”和模式(móshì)生物的基因組測序，分子生物學進入“基因組時代”；目前，分子生物學進入了“后基因組時代”或“蛋白質組時代”。第十三頁，共29頁?！犊茖W》是發(fā)表最好的原始研究論文、以及綜述和分析當前研究和科學政策的同行評議的期刊。4分子生物學與其他(qítā)學科的關系1997年，Wilmut等首次成功地從體細胞中克隆出羊-Dolly；1分子生物學與基因工程(jīyīngōngchéng)的含義1972年，Berg構建了世界上第一個重組DNA分子，開辟了生物學新領域(lǐnɡyù)-遺傳工程；目前，分子生物學進入了“后基因組時代”或“蛋白質組時代”。提出DNA測序法-化學修飾法吳乃虎《基因工程(jīyīngōngchéng)原理》（第二版）高等教育出版社1998《科學》是發(fā)表最好的原始研究論文、以及綜述和分析當前研究和科學政策的同行評議的期刊。1961年，Nirenberg和Matthaei破譯了所有三聯(lián)體密碼子；蛋白致病因子－朊蛋白的發(fā)現(xiàn)基因工程的基本操作程序1外文(wàiwén)期刊標志著生命科學研究進入“基因組學”時代(shídài)；Pearsonprenticehall.生物學經(jīng)歷了一個漫長的研究歷程。分子生物學與基因工程(jīyīngōngchéng)第一講人名年份獲獎內容Kossel1910分離出腺嘌呤、胸腺嘧啶和組氨酸UchoaKornberg1959RNA的合成DNA的復制WatsonCrick1962提出DNA雙螺旋結構KendrewPerutz1962測定了肌紅蛋白和血紅蛋白的高級結構JacobMonod1965提出了乳糖操縱子學說NirenbergHollyKhorana1969破譯DNA遺傳密碼闡明tRNA的結構首次人工合成核酸分子分子生物學領域(lǐnɡyù)獲得諾貝爾獎一覽表第十四頁，共29頁。人名年份獲獎內容TeminBaltimore1975逆轉錄酶的發(fā)現(xiàn)Arber1978DNA限制性內切酶的發(fā)現(xiàn)Sanger19581980測定了牛胰島素的一級結構提出DNA測序法-酶法Gilbert1980提出DNA測序法-化學修飾法Berg1980發(fā)現(xiàn)DNA連接酶并構建了第一個重組分子KohlerMilsteinJerne1984提出了單克隆抗體技術McClintock1988跳躍基因的發(fā)現(xiàn)AltmanCech1989RNA具有生物催化功能第十五頁，共29頁。人名年份獲獎內容BishopVarmus1989正常細胞同樣帶有原癌細胞RobertsSharp1993斷裂基因的發(fā)現(xiàn)Mullis1993發(fā)明了PCR儀Smith1993發(fā)明了寡聚核苷酸定點突變法GilmanRodbell1994G蛋白的發(fā)現(xiàn)LewisNussleinWieschaus1995鑒定了控制果蠅體節(jié)發(fā)育基因第十六頁，共29頁。人名年份獲獎內容Stanley1997蛋白致病因子－朊蛋白的發(fā)現(xiàn)Gunter1999蛋白質具有控制其運輸和定位的內在信號

HartwellHuntNurse2001發(fā)現(xiàn)了細胞周期的關鍵調節(jié)因子AgreMacKinnon2003細胞膜離子通道的結構和機理研究ROSE等2004泛素調節(jié)的蛋白質降解Kornberg2006發(fā)現(xiàn)真核生物轉錄的分子基礎Andrew、Craig2006發(fā)現(xiàn)RNA干擾現(xiàn)象Smith等2007胚胎干細胞和哺乳動物DNA重組

Hausen

等2008人乳頭狀瘤病毒(HPV)和HIV的發(fā)現(xiàn)

錢永健等2008綠色熒光蛋白的發(fā)現(xiàn)與應用第十七頁，共29頁。3.1分子生物學的研究(yánjiū)內容核酸的結構基因與基因組的結構與序列特征DNA生物合成（復制）DNA損傷與修復(xiūfù)DNA重組RNA生物合成（轉錄）蛋白質的生物合成基因表達調控第十八頁，共29頁。基因(jīyīn)工程研究的主要內容克隆載體研究:cloningvector受體系統(tǒng)的研究:hostcellsystem目的基因(jīyīn)的研究:targetgene生物基因(jīyīn)組學的研究:genomicresearch應用研究:application3.2基因工程的主要研究(yánjiū)內容第十九頁，共29頁。基因工程的基本操作程序分離獲得目的基因限制性核酸內切酶將切割外源DNA和載體DNA連接酶將外源DNA和載體連接，組成重組DNA分子。將重組DNA分子引入受體細胞帶有重組體的細胞培養(yǎng)擴增，獲得大量的細胞繁殖群體篩選和鑒定轉化細胞進一步研究分析，實現(xiàn)功能蛋白(dànbái)的表達第二十頁，共29頁。發(fā)育生物學與分子生物學的關系許多發(fā)育相關基因紛紛克隆成功，如控制果蠅體節(jié)發(fā)育的Homeo基因、金魚草的的花瓣(huābàn)發(fā)育基因DEF等。上述基因的克隆已開辟了發(fā)育分子生物學的嶄新研究領域，并在近年來獲得較大進展。4分子生物學與其他(qítā)學科的關系第二十一頁，共29頁。在植物生理學方面光合作用的研究已進入分子水平。一些植物的葉綠體DNA的全序列測定已經(jīng)完成，光合作用有關的基因如光系統(tǒng)(xìtǒng)I和II、電子傳遞鏈、二磷酸核酮糖羧化/加氧酶等的表達調控研究都已基本完成，使光合作用研究進入了一個新的階段。植物(zhíwù)生理學與分子生物學的關系第二十二頁，共29頁。神經(jīng)科學與分子生物學的關系(guānxì)神經(jīng)系統(tǒng)分子生物學的研究造成神經(jīng)生物學的革命性變化。如乙酰膽堿受體的分離純化和基因(jīyīn)克隆已經(jīng)完成。神經(jīng)通道也已得到純化和基因(jīyīn)克隆，分子生物學滲入神經(jīng)科學已產(chǎn)生了分子神經(jīng)生物學。第二十三頁，共29頁。5當前分子生物學與基因工程(jīyīngōngchéng)的幾個熱點問題一些重大疾病的致病分子機理研究(yánjiū)（如癌癥、HIV、SARS和禽流感等）；基因與發(fā)育的關系；抗病分子作用機制研究(yánjiū)；分子育種技術的建立與發(fā)展第二十四頁，共29頁。主要(zhǔyào)參考書《現(xiàn)代分子生物學》朱玉賢主編高等教育出版社《分子生物學基礎》楊歧生編著浙江大學出版社《分子生物學》閻隆飛主編中國農(nóng)業(yè)大學出版社《分子生物學》楊榮武主編南京大學出版社《分子生物學》陳啟民等編著南開大學(nánkāidàxué)出版社《高級分子生物學要義》特懷曼編著科學出版社《分子生物學精要》Malacinski著化學工業(yè)出版社《GenesⅧ》Lewin.Pearsonprenticehall.2004《Molecularbiologyofgene》（fifthedition）Watson,etalGoldspringharborLaboratorypress.2004第二十五頁，共29頁。張惠展《基因工程(jīyīngōngchéng)》華東理工大學出版社2005閆新甫《轉基因植物》科學出版社2003王關林等《植物基因工程(jīyīngōngchéng)》（第二版）科學出版社2002吳乃虎《基因工程(jīyīngōngchéng)原理》（第二版）高等教育出版社1998AdrianSlater,etal《PlantBiotechnology-Thegeneticmanipulationofplant》Oxforduniver