醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)概論

醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)概論主要參考書1．《現(xiàn)代分子生物學(xué)》

朱玉賢、李毅、鄭曉峰，第三版（2007）2.GenesVIII(IX).BenjaminLewin

3.MolecularBiologyoftheGeneJamesD.Watson,etal.2004第五版

課程目的和學(xué)習(xí)特點建立良好的研究態(tài)度和科學(xué)的研究思路涵蓋面廣，知識結(jié)構(gòu)復(fù)雜；教學(xué)內(nèi)容的信息量大，知識點多；知識更新快，日新月異；1.含量大.2.教師多.3.課程內(nèi)容變化快.4.授課內(nèi)容眾口難調(diào).授課特點哈佛大學(xué)校長談哈佛特點:

學(xué)生從教師從課堂中學(xué)到的知識=40%基本概念+邏輯分析學(xué)生自學(xué)和從同學(xué)中學(xué)到的知識=60%學(xué)習(xí)的小竅門

……

從大到小先：先抓西瓜后抓芝麻從整體到個體：Cell－organelle－molecularmachinery－molecularevents－

moleculestructure即見面（系統(tǒng)）又見點（深刻）第一章緒論一、二十一世紀(jì)是現(xiàn)代生物科學(xué)的世紀(jì)統(tǒng)計美國“科學(xué)引文索引（ScienceCitationIndex,SCI）”收錄的6080余種學(xué)術(shù)刊物，發(fā)現(xiàn)有4000種左右為生物科學(xué)相關(guān)雜志！統(tǒng)計全世界引用指數(shù)（Impactfactor）在10以上的超一流學(xué)術(shù)刊物，也發(fā)現(xiàn)80%左右是生物科學(xué)相關(guān)刊物。2006年SCI收錄的6000余種期刊的影響因子中CA-CANCERJCLIN63.342ANNUREVIMMUNOL47.237NEWENGLJMED44.016ANNUREVBIOCHEM36.525NATREVCANCER31.583NATREVMOLCELLBIO31.354SCIENCE30.028CELL29.194NATREVIMMUNOL28.697NATURE26.681序號期刊名總引用次數(shù)IF文章數(shù)1CA-CANCERJCLIN980194.262182ACTACRYSTALLOGRA1394454.333703NEWENGLJMED22767453.4843454REVMODPHYS2986851.695735ANNUREVIMMUNOL1610049.271226NATREVMOLCELLBIO2683738.65707NATREVCANCER2672737.178718NATGENET7630136.3771789NATURE51114536.10186210NATREVIMMUNOL2108035.19670分子生物學(xué)是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征及其重要性、規(guī)律性和相互關(guān)系的科學(xué)；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(yīng)自然界轉(zhuǎn)向主動地改造和重組自然界的基礎(chǔ)學(xué)科。分子生物學(xué)生物化學(xué)與

生物化學(xué)就是生命的化學(xué)。它是研究活細(xì)胞和有機體中存在的各種化學(xué)分子及其所參與的化學(xué)反應(yīng)的科學(xué)。

分子生物學(xué)：是研究生物大分子結(jié)構(gòu)、功能及其調(diào)控機制的科學(xué)。二、分子生物學(xué)發(fā)展的三個階段(一)準(zhǔn)備和醞釀階段(二)現(xiàn)代分子生物學(xué)的建立和發(fā)展階段(三)初步認(rèn)識生命本質(zhì)并改造生命的深入發(fā)展階段二、分子生物學(xué)發(fā)展的三個階段(一)準(zhǔn)備和醞釀階段（19世紀(jì)后期到20世紀(jì)50年代初）1、確定了蛋白質(zhì)是生命的主要物質(zhì)基礎(chǔ);2、確定了生物遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA(二)現(xiàn)代分子生物學(xué)的建立和發(fā)展階段（20世紀(jì)50年代初到70年代初）1、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（1953）

(現(xiàn)代分子生物學(xué)誕生的里程碑)2、遺傳信息傳遞中心法則的建立3、對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的進(jìn)一步認(rèn)識(三)現(xiàn)代分子生物學(xué)深入發(fā)展的階段1、重組DNA技術(shù)的建立和發(fā)展;2、基因組研究;3、單克隆抗體及基因工程抗體技術(shù);4、基因表達(dá)調(diào)控機理;5、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機理研究。三、現(xiàn)代分子生物學(xué)發(fā)展中的主要里程碑GregorMendel(1822-1884).TheFatherofGenetics孟德爾的遺傳學(xué)規(guī)律最先使人們對性狀遺傳產(chǎn)生了理性認(rèn)識

格里哥·孟德爾GregorJohannMendel，1822-1884遺傳學(xué)說1857-1864的7年中，進(jìn)行了豌豆的雜交研究，1865年發(fā)表了他的劃時代的論文《植物雜交試驗》,首次闡述了生物界有規(guī)律的遺傳現(xiàn)象。

1900年，孟德爾遺傳規(guī)律被證實，成為近代遺傳學(xué)基礎(chǔ)孟德爾（奧地利）的遺傳學(xué)規(guī)律最先使人們對性狀遺傳產(chǎn)生了理性認(rèn)識；Morgan（美）的基因?qū)W說則進(jìn)一步將“性狀”與“基因”相耦聯(lián)，成為分子遺傳學(xué)的奠基石。

1910年，德國科學(xué)家Kossel第一個分離了腺嘌呤，胸腺嘧啶和組氨酸。

1959年，美國科學(xué)家Ochoa因為酶學(xué)方面的杰出貢獻(xiàn)（第一次合成核糖核酸），與實現(xiàn)試管內(nèi)細(xì)菌細(xì)胞中DNA的復(fù)制的ArthurKornberg共享當(dāng)年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎。SeveroOchoa，theNobelPrizeinPhysiologyorMedicinein1959.Mainresearchinterest:enzymaticprocessesinbiologicaloxidationandsynthesisandthetransferofenergy,basicstepsinmetabolismofcarbohydratesandfattyacids,utilizationofcarbondioxide,biosynthesisofnucleicacids.兒子：RogerD.Kornberg

（1947－？）2006年NobelLaureatesofChemistry父親：ArthurKornberg（1918－2007）1959年NobelPrizeinPhysiologyorMedicine1962年，Watson和Crick因為在1953年提出DNA的反向平行雙螺旋模型而與Wilkins共獲Noble生理醫(yī)學(xué)獎，后者通過X射線衍射證實了Watson-Crick模型。Watson和Crick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)律鋪平了道路。TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1962：fortheirdiscoveriesconcerningthemolecularstructureofnucleicacidsanditssignificanceforinformationtransferinlivingmaterial.

Wilkins通過對DNA分子的X射線衍射研究證實了該模型。RosalindE.Franklin1920-1958RosalindE.Franklin1920-1958羅莎琳·埃爾西·富蘭克林（，1920年7月25日－1958年4月16日），是一位英國物理化學(xué)家與晶體學(xué)家。她所做的研究，專注于DNA、病毒、煤炭與石墨等物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。其中她所拍攝的DNA晶體衍射圖片“照片51號”，以及關(guān)于此物質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，是詹姆斯·華生與佛朗西斯·克里克解出DNA結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵線索。此后她也領(lǐng)導(dǎo)了關(guān)于煙草鑲嵌病毒與小兒麻痹病毒的研究。1958年，富蘭克林因支氣管肺炎及卵巢癌逝世。2003年，倫敦國王學(xué)院將一棟新大樓命名為“羅莎琳—威爾金斯館”以紀(jì)念她與同事莫里斯·威爾金斯的貢獻(xiàn)。1961年，法國科學(xué)家Jacob和Monod提出并證實了操縱子（operon）作為調(diào)節(jié)細(xì)菌細(xì)胞代謝的分子機制。他們還推測存在一種與DNA序列相互補、能將它所編碼的遺傳信息帶到蛋白質(zhì)合成場所并翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)的mRNA（信使核糖核酸）。對分子生物學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了極其重要的指導(dǎo)作用。FrancoisJacob(Left),JacquesMonod(Center)&AndreLwoff(Right),1965分享了諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎

1968年，Nirenberg，Holley和Khorana共享諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎Nirenberg：破譯DNA遺傳密碼；Holley：闡明了酵母丙氨酸t(yī)RNA的核苷酸序列，并證實了所有tRNA具有結(jié)構(gòu)上的相似性；Khorana：第一個合成了核酸分子，并且人工復(fù)制了酵母基因。1972年，PaulBerg（美）第一次進(jìn)行了DNA重組。1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次進(jìn)行了DNA序列分析。1980年，獲諾貝爾化學(xué)獎1983年，McClintock由于在50年代提出并發(fā)現(xiàn)了可移動遺傳因子（jumpinggene或稱mobileelement）而獲得Nobel獎。BarbraMcClintock1975年，美國人Temin、Dulbecco和Baltimore由于發(fā)現(xiàn)在RNA腫瘤病毒中存在以RNA為模板，逆轉(zhuǎn)錄生成DNA的逆轉(zhuǎn)錄酶而共享諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎;1989年，（美）Altman和Cech發(fā)現(xiàn)某些RNA具有酶的功能而共享Nobel化學(xué)獎；1993年，英國科學(xué)家Roberts和Sharp因發(fā)現(xiàn)斷裂基因（introns）而獲得Nobel獎；凱利·穆利斯1993年，美國科學(xué)家Roberts和Sharp因發(fā)現(xiàn)斷裂基因(introns)而獲得Nobel獎；Mullis由于發(fā)明PCR技術(shù)而與加拿大學(xué)者Smith（第一個設(shè)計基因定點突變）共享Nobel化學(xué)獎。1994年，Gilman和Rodbell（美）由于發(fā)現(xiàn)了G蛋白在細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用而分享Nobel生理醫(yī)學(xué)獎；1999年，Blobel（美）由于闡述了蛋白質(zhì)在細(xì)胞間的運轉(zhuǎn)機制而獲Nobel生理醫(yī)學(xué)獎；2001年，Hartwell(美)Hunt&Nurse(英)因?qū)?xì)胞周期調(diào)控因子的研究分享Nobel生理醫(yī)學(xué)獎;2006年,美國科學(xué)家R.Kornberg由于在揭示真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄機制方面的杰出貢獻(xiàn)獲得諾貝爾化學(xué)獎。2007年，美國科學(xué)家Fire和Mello由于在揭示控制遺傳信息流動的基本機制——RNA干擾方面的杰出貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。RNA干擾（RNAinterference,RNAi）是指在進(jìn)化過程中高度保守的、由雙鏈RNA誘發(fā)的、同源mRNA高效特異性降解的現(xiàn)象。由于使用RNAi技術(shù)可以特異性剔除或關(guān)閉特定基因的表達(dá)，所以該技術(shù)已被廣泛用于探索基因功能和傳染性疾病及惡性腫瘤的基因治療領(lǐng)域。2009年，美國加利福尼亞舊金山大學(xué)的伊麗莎白·布萊克本(ElizabethH.Blackburn)、美國巴爾的摩約翰·霍普金斯醫(yī)學(xué)院的卡羅爾·格雷德(CarolW.Greider)、美國哈佛醫(yī)學(xué)院的杰克·紹斯塔克(JackW.Szostak)因發(fā)現(xiàn)端粒和端粒酶保護染色體的機理此外，Griffith（1928）及Avery（1944）等人關(guān)于致病力強的光滑型（S型）肺炎鏈球菌DNA導(dǎo)致致病力弱的粗糙型（R型）細(xì)菌發(fā)生遺傳轉(zhuǎn)化的實驗;Hershey和Chase（1952）關(guān)于DNA是遺傳物質(zhì)的實驗;Crick于1954年所提出的遺傳信息傳遞規(guī)律（即中心法則）；Meselson和Stahl（1958）關(guān)于DNA半保留復(fù)制的實驗;Yanofsky和Brener（1961）年關(guān)于遺傳密碼三聯(lián)子的設(shè)想，成功破譯了遺傳密碼，闡明了遺傳信息的流動與表達(dá)機制，都為分子生物學(xué)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型和半保留復(fù)制機制，解決了基因的自我復(fù)制和世代交替問題.Crick于1954年所提出的遺傳信息傳遞規(guī)律（即中心法則）.中心法則

Crick于1954年所提出的遺傳信息傳遞規(guī)律1954年首次提出的“中心法則”1970-1980年的“中心法則”21世紀(jì)后修正的“中心法則”四、證明DNA就是遺傳物質(zhì)的

主要歷史事件

多少年來，人們反復(fù)提出的幾個與一切生命現(xiàn)象有關(guān)的問題：1.生命是怎樣起源的？2.為什么“有其父必有其子”？3.動、植物個體是怎樣從一個受精卵發(fā)育而來的？

17世紀(jì)末葉，荷蘭藉顯微鏡專家Leeuwenhoek制作成功了世界第一架光學(xué)顯微鏡。

Hooke，第一次用“細(xì)胞”這個概念來形容組成軟木的最基本單元。1847年，Schleiden和Schwann提出“細(xì)胞學(xué)說”，證明動、植物都由細(xì)胞組成。細(xì)胞學(xué)說分析細(xì)胞的組成成分；弄清楚這些物質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)生命現(xiàn)象的聯(lián)系。

19世紀(jì)中葉到20世紀(jì)初，是早期生物化學(xué)的大發(fā)展階段，組成蛋白質(zhì)的20種基本氨基酸被相繼發(fā)現(xiàn)，著名生物化學(xué)家Fisher還論證了連接相鄰氨基酸的“肽鍵”的形成。

經(jīng)典生物化學(xué)

孟德爾在1857年到1864年間，用產(chǎn)生圓形種子的豌豆同產(chǎn)生皺皮種子的植株雜交，得到幾百粒全是圓形的F1代種子。第二年，他種植了253粒F1圓形種子并進(jìn)行自交，得到7324粒F2種子，其中5474粒圓形，1850粒皺皮，圓皺比為3:1。經(jīng)典遺傳學(xué)

用黃色圓形豌豆與綠色皺皮豌豆做雜交，發(fā)現(xiàn)F1種子全是黃色圓形的。自交產(chǎn)生556粒F2代種子中，黃色圓形315粒，黃色皺皮121，綠色圓形108，綠色皺皮32。四種類型接近于9:3:3:1。綠

黃

圓皺F2代=9:3:3:1

孟德爾總結(jié)出生物遺傳的兩條基本規(guī)律：第一，當(dāng)兩種不同植物雜交時，它們的下一代可能與親本之一完全相同，他把這一現(xiàn)象稱為統(tǒng)一律。孟德爾認(rèn)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。遺傳因子在體細(xì)胞內(nèi)是成對存在的，一個來自父本，一個來自母本，只有在形成配子時單獨存在。有些遺傳因子以顯性（dominant）形式存在，能在雜種一代得到表達(dá)；有些因子呈隱性（recessive）狀態(tài)，只有當(dāng)父、母本同時含有這一因子時，才得到表現(xiàn)。

第二，將不同植物品種雜交后的F1代種子再進(jìn)行雜交或自交時，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)象稱為分離規(guī)律。在孟德爾遺傳學(xué)基礎(chǔ)上，Morgan又提出了基因?qū)W說。

1910年，Morgan和他的助手們發(fā)現(xiàn)了第一只白眼雄果蠅，稱為突變型。正常情況下，果蠅都是紅眼的，稱為野生型。Morgan將白眼雄果蠅與紅眼雌果蠅交配，所產(chǎn)生的F1代不論雌雄，全為紅眼果蠅（孟德爾的統(tǒng)一規(guī)律?。?。這些F1果蠅互相交配所產(chǎn)生的F2有紅眼也有白眼，但所有白眼果蠅都是雄性的，說明該性狀與性別有聯(lián)系。Morgan的這一連鎖遺傳規(guī)律與孟德爾的遺傳性狀獨立分離規(guī)律是“背道而馳”的！當(dāng)所研究的兩個基因位于同一染色體上而又距離較近時，Morgan的連鎖遺傳規(guī)律起主導(dǎo)作用。當(dāng)所研究的兩個基因位于不同染色體上時，孟德爾的獨立分離規(guī)律起主導(dǎo)作用。

證明DNA就是遺傳物質(zhì)的具有重要意義的實驗Griffith（1928）及Avery（1944）等人關(guān)于致病力強的光滑型（S型）肺炎鏈球菌DNA導(dǎo)致致病力弱的粗糙型（R型）細(xì)菌發(fā)生遺傳轉(zhuǎn)化的實驗;Hershey和Chase（1952）關(guān)于DNA是遺傳物質(zhì)的實驗;英國科學(xué)家Griffith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R型細(xì)菌沒有致病力。莢膜多糖能保護細(xì)菌免受動物白細(xì)胞的攻擊。首先用實驗證明基因就是DNA分子的是美國的微生物學(xué)家Avery。他首先將光滑型致病菌（S型）燒煮殺滅活性以后再侵染小鼠，發(fā)現(xiàn)這些死細(xì)菌自然喪失了致病能力。圖1-1DNA是“轉(zhuǎn)化源”解剖死鼠，發(fā)現(xiàn)有大量活的S型細(xì)菌。推測，死細(xì)菌中的某一成分——轉(zhuǎn)化源(transformingprinciple）將無致病力的細(xì)菌轉(zhuǎn)化成病原細(xì)菌。實驗表明，DNA就是轉(zhuǎn)化源。死細(xì)菌DNA指導(dǎo)了這一可遺傳的轉(zhuǎn)化，從而導(dǎo)致了小鼠死亡。DNA是細(xì)菌的遺傳物質(zhì)Avery等人的工作樹立了遺傳學(xué)理論上全新的觀點——DNA是遺傳信息的載體。美國冷泉港卡內(nèi)基遺傳學(xué)實驗室科學(xué)家Hershey和他的學(xué)生Chase在1952年從事噬菌體侵染細(xì)菌的實驗。噬菌體專門寄生在細(xì)菌體內(nèi)，其頭、尾外部都是由蛋白質(zhì)組成的外殼，頭內(nèi)主要是DNA。DNA也是病毒的遺傳物質(zhì)

噬菌體侵染細(xì)菌的主要過程如下：①噬菌體尾部的末端（基片、尾絲）吸附在細(xì)菌表面；②噬菌體通過尾軸把DNA全部注入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，噬菌體的蛋白質(zhì)外殼則留在細(xì)胞外面；③利用細(xì)菌的生命過程合成噬菌體自身的DNA和蛋白質(zhì)；④用新合成的DNA和蛋白質(zhì)組裝成與親代完全相同的子噬菌體；⑤細(xì)菌解體，釋放子代噬菌體，侵染其他細(xì)菌。侵染細(xì)菌后立即收集噬菌體，可得到70%32P標(biāo)記的DNA，但只能得到20%標(biāo)記的蛋白質(zhì)。如果侵染細(xì)菌后讓噬菌體復(fù)制一代，那么，新生代噬菌體中30%的DNA鏈上帶有32P標(biāo)記，而噬菌體總蛋白中只有不到1%仍帶有35S標(biāo)記。DNA到底是什么樣的呢？

Avery在1944年的報告中這樣寫道：當(dāng)溶液中酒精的體積達(dá)到9/10時，有纖維狀物質(zhì)析出；如稍加攪動，這種物質(zhì)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沉淀留在下面。溶解纖維狀物質(zhì)并重復(fù)沉淀數(shù)次，可提高其純度。這一物質(zhì)具有很強的生物學(xué)活性，初步實驗證實它很可能就是DNA。（誰能想到?。?。

對DNA分子的物理化學(xué)研究導(dǎo)致了現(xiàn)代