醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)0課件

■醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)(MedicalBasicMoleculobiology)--研究生物大分子結(jié)構(gòu)-功能-相關(guān)聯(lián)系→闡明生命現(xiàn)象本質(zhì);

--為人類認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象帶來(lái)前所未有的機(jī)會(huì),為人類利用和改造生物創(chuàng)造了寬廣的前景!

第一節(jié)分子生物學(xué)進(jìn)展與研究?jī)?nèi)容一、分子生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史（二個(gè)階段）

1.準(zhǔn)備與醞釀階段(19世紀(jì)后期-20世紀(jì)50年代初)■醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)1

?認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象的二大標(biāo)志性突破:

(1)

確定了蛋白質(zhì)是生命的主要物質(zhì)--

☉19世紀(jì)末Bucher兄弟:酶是生物催化劑糖→發(fā)酵→灑精酵母

☉20世紀(jì)30-40年代:酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)☉許多生命現(xiàn)象(生命代謝活動(dòng))與酶有關(guān),可用純酶或蛋白質(zhì)在體外重復(fù)

(2)確定生物遺傳基礎(chǔ)物質(zhì)是DNA--

☉1944年O.T.Avey證明肺炎球菌轉(zhuǎn)化因子是DNA☉1952年A.D.Hershey和M.Chase進(jìn)一步證明DNA是遺傳物質(zhì)?認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象的二大標(biāo)志性突破:22.現(xiàn)代分子生物學(xué)的建立和發(fā)展(50-70年代)

里程碑:1953年Watson&CrickDNA雙螺旋鏈。

DNA雙螺旋鏈發(fā)現(xiàn)的價(jià)值:

?確立了核酸作為信息分子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),提出了堿基

配對(duì)是核酸復(fù)制、遺傳信息傳遞的基本方式?確定了核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)為認(rèn)識(shí)核酸與蛋白質(zhì)的關(guān)系及基在生命中的作用打下最重要的基礎(chǔ)

?本階段的標(biāo)志性進(jìn)展：

⑴遺傳信息傳遞中心法則的建立DNA復(fù)制將信息傳給子代,RNA在遺傳信息傳到蛋白質(zhì)過程中起著中介作用;mRNA與DNA序列互補(bǔ)。

⑵認(rèn)識(shí)到蛋白質(zhì)是接受RNA的遺傳信息而合成破譯了RNA上編碼合成蛋白質(zhì)的遺傳密碼，認(rèn)識(shí)了蛋白2.現(xiàn)代分子生物學(xué)的建立和發(fā)展(50-70年代)3

質(zhì)翻譯過程中的基本過程。

※HIV(HumanImmuno-deficiencyVirus)屬RNA病毒,是AIDS(AcquiredImmuno-deficiencySyndrom)病源二、分子生物學(xué)主要研究?jī)?nèi)容

1.核酸的分子生物學(xué)--研究核酸的結(jié)構(gòu)及功能(包括核酸/基因組的結(jié)構(gòu)、遺傳信息的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄一翻譯、核酸儲(chǔ)存的信息修復(fù)與突變、基因表達(dá)調(diào)控和基因工程技術(shù)的發(fā)展等)

2.蛋白質(zhì)的分子生物學(xué)

--研究執(zhí)行各種生命功能的主要大分子-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能質(zhì)翻譯過程中的基本過程。4

3.細(xì)胞信息轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子生物學(xué)

研究細(xì)胞內(nèi)/細(xì)胞間信息傳遞的分子基礎(chǔ)。

外源信號(hào)

↓

細(xì)胞（轉(zhuǎn)為一系列生物化學(xué)變化如蛋白質(zhì)構(gòu)象轉(zhuǎn)變、蛋白質(zhì)分子磷酸化、蛋白相互間的變化等）↓

細(xì)胞增殖/分化/分泌（適應(yīng)環(huán)境需要）

研究的目標(biāo)是闡明每一種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與傳遞的途徑/參與該途徑的所有分子的作用和調(diào)節(jié)方式

/各途徑間的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控系統(tǒng)。3.細(xì)胞信息轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子生物學(xué)5

第二節(jié)基因與基因工程

一、基因與基因組

?基因

(1909年丹麥W.L.Johannsen)

--基因是DNA分子中含有特定遺傳信息的一段核苷酸序列，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。對(duì)于編碼蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因來(lái)說，基因是決定一條多肽鏈的DNA功能片段。--基因分子位于細(xì)胞核的染色體上;其通過復(fù)制把遺傳信息傳遞給下一代,從而使后代表現(xiàn)出與親代相似的性狀。--正常人體有23對(duì)染色體,長(zhǎng)度總和約1600億公里;其中的性染色體X-Y是決定性別的。第二節(jié)6

--基因分三類：

☉編碼蛋白質(zhì)基因（具有轉(zhuǎn)錄和翻譯功能）

☉只有轉(zhuǎn)錄功能但無(wú)翻譯功能的基因

☉不轉(zhuǎn)錄基因（調(diào)控基因）

?基因組

指細(xì)胞或生物體一條完整單體的全部染色體物質(zhì)遺傳物質(zhì)的總和。包括全部基因與調(diào)控元件,具體來(lái)說，基因組主要指不同的DNA功能區(qū)域在整個(gè)DNA分子中的分布情況，即總體DNA核苷酸順序。人類細(xì)胞基因組通常指包括X-Y染色體在內(nèi)的23對(duì)染色體中的所有基因。

?人類基因組計(jì)劃(HumanGenomeProject,

HGP)

旨在闡明人類基因組30億個(gè)堿基對(duì)的序列,發(fā)現(xiàn)所有--基因分三類：7

人類基因并搞清其在染色體上的位置,破譯人類全部遺傳信息,使人類第一次在分子水平上認(rèn)識(shí)自我。

※HGP進(jìn)展簡(jiǎn)況：

--1985年美國(guó)科學(xué)家提出--1990年正式啟動(dòng)30億美元--1996年后基因組學(xué)(功能基因組學(xué)/蛋白組學(xué))--2006年5月

展望:利用基因組全系列所提供的信息進(jìn)行各種疾病的基因定位研究和治療二、基因工程

●基因工程能通過人的意志,對(duì)不同生物的遺傳基因進(jìn)行切割、拼接、和重組,再轉(zhuǎn)入生物體內(nèi),產(chǎn)生出人們期望的產(chǎn)物，或創(chuàng)造出具有新遺傳特征的生物類型人類基因并搞清其在染色體上的位置,破譯人類8

●基因工程分5個(gè)步驟(下圖):待插入的外源DNA☉

?質(zhì)粒載體

↓(連接)

?重組體DNA↓

(轉(zhuǎn)化)

?

?

宿主染色體

↓(篩選)

↓(克隆)

????

DNA重組體的構(gòu)建與克隆示意圖

●基因工程分5個(gè)步驟(下圖):9

(1)獲取符合要求的DNA片段(目的基因)-(2)用特異限切酶切割目的基因

和載體DNA-

(3)重組DNA(將目的基因與質(zhì)?；虿《綝NA連接

)-(4)將重組DNA

引入某種細(xì)胞–

(5)把能表達(dá)的目的基因受體細(xì)胞挑選出來(lái)-

--從20世紀(jì)80年代始,基因工程藥品疫苗等產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域;基因工程技術(shù)在農(nóng)林牧漁等行業(yè)也大顯身手,培育出許多高產(chǎn)質(zhì)優(yōu)抗性強(qiáng)的新品種。三、基因芯片

?基因芯片概念（定義）

基因芯片技術(shù)-是一種大規(guī)模集成的固相雜交，即在(1)獲取符合要求的DNA片段(目的基因10

固相支持物上原位合成寡核苷酸或直接將多種預(yù)先

制備DNA探針以顯微打印方式有序的固定于支持物

表面，然后與標(biāo)記的樣品雜交。通過對(duì)雜交信號(hào)的檢測(cè)分析，得出樣品的遺傳信息（基因序列與表達(dá)的信

息），由于常用計(jì)算機(jī)硅芯片作因相支持物，所以稱為DNA芯片。?基因芯片的應(yīng)用：

⑴生物醫(yī)學(xué)、分子生物學(xué)基礎(chǔ)研究---利用基因芯片技術(shù)可尋找基因與疾?。–a./遺傳病/傳染病等）的相關(guān)性—進(jìn)而發(fā)展相關(guān)藥物/疫苗治療

⑵醫(yī)學(xué)臨床診斷---

一旦弄清疾病與基因的相關(guān)性,基因芯片即可提供高效簡(jiǎn)便診斷?，F(xiàn)代基因芯片診斷技術(shù)優(yōu)勢(shì)突顯：

固相支持物上原位合成寡核苷酸或直接將多11

☉基因診斷速度加快一般可在30min完成--

☉檢測(cè)效率高每次可同時(shí)檢測(cè)上千個(gè)基因序列--☉基因診斷成本↓--

☉自動(dòng)化程度↑--

☉由于是全封閉避免了交義感染假陽(yáng)/陰性率↓

⑶HGP的研究---

基因芯片技術(shù)既是HGP研究成果的重要應(yīng)用,又是促進(jìn)人類基因組學(xué)、后基因組學(xué)、功能基因組學(xué)研究的嶄新手段；開展基因表達(dá)活性和大規(guī)模的基因變異多態(tài)性研究時(shí),就用定制的DNA芯片可同時(shí)監(jiān)測(cè)千百個(gè)基因,甚至全部基因。

☉基因診斷速度加快一般可在30mi12

第三節(jié)基因與疾病一、基因結(jié)構(gòu)變異

?基因突變的定義：

基因突變是指:基因的核苷酸堿基或順序發(fā)生改變。僅涉及DNA分子中單個(gè)堿基改變者稱點(diǎn)突變;涉及多個(gè)堿基的不有缺失、重復(fù)、和插入等形式。

?基因突變的種類（4種）：⑴堿基置換突變（圖6-2，P230）

一個(gè)堿基被另一個(gè)堿基取代的突變稱堿基置換突變。

一個(gè)嘌呤(-嘧啶)被另一個(gè)嘌呤(-嘧啶)取代稱轉(zhuǎn)換;

一個(gè)嘌呤(-嘧啶)被另一個(gè)嘧啶(-嘌呤)取代稱顛換;

13

堿基置換會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸組成的改變而影響蛋白質(zhì)生物酶的功能。因堿基置換導(dǎo)致核苷酸順序改變，對(duì)多肽鏈中氨基酸順序的影響有下列幾種類型（詳見P229-231）：

☉同義突變--

☉錯(cuò)義突變--

☉無(wú)義突變--☉終止密碼突變—

☉抑制基因突變—

（2）移碼突變

指DNA鏈上插上或丟失1個(gè)、2個(gè)甚至多個(gè)堿基（但不是三聯(lián)子密碼子及其倍數(shù)）。在讀碼時(shí),由于原來(lái)的密碼子移位,導(dǎo)致在插入或丟失堿基部位以后的編碼子都發(fā)生了相應(yīng)的改變。

堿基置換會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)氨基14

⑶整碼突變

在DNA鏈的密碼子之間插入或丟失一個(gè)或幾個(gè)密碼子,則合成的肽鏈將增加或減少一個(gè)或幾個(gè)氨基酸，但插入或丟失部位的前后的氨基酸順序不變。⑷染色體錯(cuò)誤配對(duì)不等交換

染色體錯(cuò)誤配對(duì)不等交換減數(shù)分裂期間，同源染色體間的同源部份發(fā)生聯(lián)會(huì)和交換，如果聯(lián)會(huì)時(shí)配對(duì)時(shí)不精確，會(huì)發(fā)生不等交換，造成一部分基因缺失和部分基因重復(fù)。

⑶整碼突變15

二、癌基因和抑癌基因（一）癌基因

?癌基因的定義:

可在體外引起細(xì)胞轉(zhuǎn)化、在體內(nèi)引起癌瘤的一類基因稱為癌基因。

病毒中存在癌基因，統(tǒng)稱病毒癌基因；各種動(dòng)物細(xì)胞基因組中，普遍存在與病毒癌基因相似的序列統(tǒng)稱為細(xì)胞癌基因；由于細(xì)胞癌基因在正常細(xì)胞中以非激活形式存在

故又稱為原癌基因。

?原癌基因的特點(diǎn):

⑴廣泛存在于生物界中,從酵母到人細(xì)胞普遍存在;二、癌基因和抑癌基因16

⑵在進(jìn)化過程中,基因系列呈高度保守性;⑶其作用通過其表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)來(lái)體現(xiàn)。它們的存在

對(duì)正常細(xì)胞不僅無(wú)害,而且對(duì)維持正常生理功能/調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)和分化起重要作用，是細(xì)胞發(fā)育、組織

再生、創(chuàng)傷愈合等所必需；⑷在某些因素作用（如射線、化學(xué)物質(zhì)等)下,原癌基

因的結(jié)構(gòu)和數(shù)量發(fā)生改變而被激活→癌C轉(zhuǎn)化基因

?常見的癌基因家族(P232)

☉src家族--

☉ras家族–

☉myc家族–

☉sis家族–

☉myb家族–⑵在進(jìn)化過程中,基因系列呈高度保守性;17

?原癌基因激活的機(jī)制(詳見P232):

⑴獲得啟動(dòng)子與增強(qiáng)子--

⑵基因易位-染色體易位重排—

⑶原癌基因擴(kuò)增—⑷點(diǎn)突變—

?原癌基因的產(chǎn)物與功能(表6-1,P232)

癌基因表達(dá)產(chǎn)物可按其在細(xì)胞信號(hào)傳遞系統(tǒng)中的作用分為4類:

⑴C外生長(zhǎng)因子C外信號(hào)含生長(zhǎng)因子/激素/N遞質(zhì)等

⑵跨膜生長(zhǎng)因子受體--

⑶信號(hào)傳遞因子--⑷核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子—?原癌基因激活的機(jī)制(詳見P232):18(二)抑癌基因--抑癌基因是一類抑制C過度生長(zhǎng)、增殖,從而遏制腫瘤形成的基因。--對(duì)于正常C,原癌基因和抑癌基因的協(xié)調(diào)表達(dá)是調(diào)控C生長(zhǎng)的重要分子機(jī)制之一。兩者相互制約維持相對(duì)穩(wěn)定。原癌基因激活或過量表達(dá)(或抑癌基因的丟失或失活)，均可導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。

?常見的抑癌基因（P234，表6-2）：

基因

染色體定位

相關(guān)腫瘤

基因產(chǎn)物及功能RB13q14RB胃癌乳癌P105抑制生長(zhǎng)

WT11P13

WT肺癌肝癌WT-ZFP

NF-1

17P12N纖維瘤(/肉瘤)GAPp53

17p13乳癌結(jié)腸癌p53

控制生長(zhǎng)(二)抑癌基因19

?抑癌基因作用機(jī)理目前只對(duì)Rb（視網(wǎng)膜母C瘤基因）和P53基因的作用機(jī)理了解比較清楚。三、基因診斷

?基因診斷的概念

利用基因探針、PCR等技術(shù)直接探查基因的存在和缺陷,對(duì)人體疾病和狀態(tài)作