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1、分子生物学分子生物学绪 论第一节第一节 分子生物学的基本含义及主要研究内容分子生物学的基本含义及主要研究内容第二节第二节 分子生物学与其他学科的关系分子生物学与其他学科的关系第三节第三节 分子生物学实际应用的现状和展望分子生物学实际应用的现状和展望第四节第四节 分子生物学发展简史分子生物学发展简史第一节 分子生物学的基本含义 及主要研究内容人类对自身认识的历史人类了解自己的历史人类了解自己的历史整体水平整体水平细胞水平细胞水平分子水平分子水平器官水平器官水平1 分子生物学的基本含义分子生物学的基本含义 广义的分子生物学：广义的分子生物学：以以核酸和蛋白质核酸和蛋白质等生物大分子等生物大分子的结
2、构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，研究对象，从分子水平阐明生命现象和生物学规律从分子水平阐明生命现象和生物学规律。 狭义的分子生物学：偏重于狭义的分子生物学：偏重于核酸（基因）的分子生核酸（基因）的分子生物学物学，主要研究基因或，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和的复制、转录、表达和调控等过程，也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶调控等过程，也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。的结构与功能的研究。 构成生物大分子的构成生物大分子的单体单体是相同的是相同的 生物遗传信息的表达的生物遗传信息的表达的中心法则中心法则相同相
3、同DNARNApolypeptidesproteincharacter高级结构高级结构生物大分子之间的互作生物大分子之间的互作个性个性1.1 分子生物学的三大原则分子生物学的三大原则共同的核酸语言共同的核酸语言 共同的蛋白质语言共同的蛋白质语言 生物大分子单体的排列（核苷酸，氨基酸）生物大分子单体的排列（核苷酸，氨基酸）1.2 1.2 分子生物学研究的三大领域分子生物学研究的三大领域 * 基因的分子生物学：基因的分子生物学： 基因的概念、结构、复制、基因的概念、结构、复制、 表达、重组、交换表达、重组、交换（狭义的分子生物学）（狭义的分子生物学） * 结构分子生物学：结构分子生物学： 生物大分
4、子的结构与功能生物大分子的结构与功能 生物大分子之间的互作生物大分子之间的互作DNADNA蛋白质蛋白质激素和受体激素和受体酶和底物酶和底物 * 生物技术理论与应用生物技术理论与应用 基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程1 1 结构分子生物学结构分子生物学 结构的测定结构的测定 结构运动变化规律的探索结构运动变化规律的探索 结构与功能相互关系的建立结构与功能相互关系的建立方法：方法：X-射线衍射、核磁共振、电子衍射、中子衍射及频谱学方法等。射线衍射、核磁共振、电子衍射、中子衍射及频谱学方法等。2 2 生物大分子的合成生物大分子的合成 D
5、NA复制、转录、蛋白质合成均是遗传信息传递表达过程。复制、转录、蛋白质合成均是遗传信息传递表达过程。 合成过程也是生物大分子合成过程也是生物大分子相互作用相互作用的过程，这种作用的过程，这种作用调节调节着着 生命过程生命过程生长、发育、适应环境。生长、发育、适应环境。研究领域研究领域3 3 基因表达调控研究基因表达调控研究基因表达基因表达即遗传信息的传递具有时空特异性。即遗传信息的传递具有时空特异性。信号传导信号传导：指外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传：指外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状或到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状或其他细胞功能方面的应
6、答。其他细胞功能方面的应答。转录因子：转录因子：是一群能与基因是一群能与基因5锻上游特定序列专一锻上游特定序列专一结合，从而保证目的基因以特定的强度在特定的结合，从而保证目的基因以特定的强度在特定的时间和空间表达的蛋白质分子。时间和空间表达的蛋白质分子。RNARNA编辑编辑：55加帽、加帽、33加尾、加尾、RNARNA选择性剪接选择性剪接等。等。4 DNA4 DNA重组技术重组技术（基因工程基因工程） 将不同的将不同的DNA片断按照人们的设计定向连接起来，在特定片断按照人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生
7、影响受体细胞的新的遗传性状。的新的遗传性状。应用应用： 生产多肽，如激素、抗生素、酶类及抗体等。生产多肽，如激素、抗生素、酶类及抗体等。 定向改造某些生物的基因组结构，如定向改造某些生物的基因组结构，如“超级细菌超级细菌”、转基因动植物等；转基因动植物等； 进行基础研究，如基因表达调控模式、启动子和增强进行基础研究，如基因表达调控模式、启动子和增强子的研究、转录因子的克隆和分析等。子的研究、转录因子的克隆和分析等。1 生物化学与分子生物学关系最为密切生物化学与分子生物学关系最为密切 生物化学是从生物化学是从化学化学角度研究生命现象，着重研究角度研究生命现象，着重研究生物体内各种生物分子的结构、
8、转变与新陈代谢。生物体内各种生物分子的结构、转变与新陈代谢。 分子生物学着重阐明生命的分子生物学着重阐明生命的本质本质-主要研究生物主要研究生物大分子核酸与蛋白质的结构与功能、生命信息的大分子核酸与蛋白质的结构与功能、生命信息的传递和调控。传递和调控。第二节分子生物学与其他学科的关系2 细胞生物学与分子生物学关系细胞生物学与分子生物学关系也十分密切 传统的细胞生物学主要研究细胞和传统的细胞生物学主要研究细胞和亚细胞器亚细胞器的形的形态、结构与功能。态、结构与功能。 分子生物学则是从各个生物大分子的结构入手，分子生物学则是从各个生物大分子的结构入手，进一步研究各生物分子间的高层次组织和相互作进一
9、步研究各生物分子间的高层次组织和相互作用，尤其是细胞整体反应的用，尤其是细胞整体反应的分子机理分子机理。分子生物学：从分子生物学：从分子分子水平理解生命活动水平理解生命活动细胞生物学：从细胞生物学：从细胞细胞水平理解生命活动水平理解生命活动遗传学：遗传学： 从从遗传遗传角度理解生命活动角度理解生命活动 生物化学：从生物化学：从化学化学组成组成角度来理解生物大分子和生物代谢。角度来理解生物大分子和生物代谢。普通生物学（动物普通生物学（动物&植物）植物）& 微生物学：不同微生物学：不同生生物类型物类型的特点。的特点。生物物理学：从生物物理学：从物理学物理学角度理解生物大分子结构和功能。角度理解生物
10、大分子结构和功能。 分子生物学是生物化学、生物物理学、遗传学、微生分子生物学是生物化学、生物物理学、遗传学、微生物学、细胞生物学等多学科相互渗透、综合融会而产生并物学、细胞生物学等多学科相互渗透、综合融会而产生并发展起来的。生命活动的发展起来的。生命活动的一致性一致性，是生物学范围内所有学，是生物学范围内所有学科在科在分子水平分子水平上的统一。上的统一。分子结构生物学分子结构生物学分子发育生物学分子发育生物学分子神经生物学分子神经生物学分子育种学分子育种学分子肿瘤学分子肿瘤学分子细胞生物学分子细胞生物学分子免疫学分子免疫学分子病毒学分子病毒学分子生理学分子生理学分子考古学分子考古学分子数量遗传
11、学分子数量遗传学分子生态学分子生态学分子进化学分子进化学.分子生物学的延伸分子生物学的延伸分子生物学已经渗透到生物学的几乎分子生物学已经渗透到生物学的几乎所有领域所有领域分子生物学已经成为生命科学领域的分子生物学已经成为生命科学领域的带头学科带头学科分子生物学发展经历了五个阶段分子生物学发展经历了五个阶段经典遗传：十八世纪70年代1938年微生物遗传：1938年 1953年分子遗传：1953年到1972年重组时代：1972年到1990年后基因组和蛋白质学时代：1990年至今第三节 分子生物学发展简史经典遗传：十八世纪70年代1938年1865 1865 Mendel,GMendel,G. .发
12、表了发表了植物杂交实验植物杂交实验的论文，开创了的论文，开创了遗传学。遗传学。 18691869年年F.MiescherF.Miescher从脓细从脓细胞中提取到一种胞中提取到一种富含磷元素的酸富含磷元素的酸性化合物，称核性化合物，称核质质(nuclin(nuclin) ) 经典遗传：十八世纪70年代1938年1885188519001900年间年间KosselKossel、LeveneLevene证实核酸证实核酸由不同的碱基组成。其最由不同的碱基组成。其最简单的单体结构是碱基简单的单体结构是碱基- -核糖核糖- -磷酸构成的核苷酸。磷酸构成的核苷酸。19291929年又确定了核酸有年又确定了
13、核酸有两种，一种是脱氧核糖核两种，一种是脱氧核糖核酸酸(DNA)(DNA)，另一种是核糖，另一种是核糖核酸核酸(RNA)(RNA)。经典遗传：十八世纪70年代1938年19101910年年Morgan T.H.Morgan T.H.发发现连锁定律现连锁定律, ,奠奠定了遗传的染定了遗传的染色体学说。色体学说。 经典遗传：十八世纪70年代1938年19281928年年GriffithGriffith 肺炎肺炎双球菌的转化双球菌的转化经典遗传：十八世纪70年代1938年19411941年年BeadlrBeadlr G.W G.W和和Tatum E.LTatum E.L. . 建立建立“ 一个基因一
14、个基因- - 一种酶一种酶”学学说说用用X X射线诱导处理红色面包霉，射线诱导处理红色面包霉，筛选出被诱导的突变体来进筛选出被诱导的突变体来进行实验。根据遗传分析和大行实验。根据遗传分析和大量研究量研究 ，他们认为，他们认为基因基因发生发生突变突变，就可能导致，就可能导致酶活性的酶活性的丧失丧失。 微生物遗传：1938年 1953年 1944 1944年年 AveryAvery在离体条在离体条 件下完成转化。件下完成转化。微生物遗传：1938年 1953年微生物遗传：1938年 1953年19501950年年ChargaffChargaff 指出指出DNADNA中四种碱基中四种碱基的比例关系为
15、的比例关系为A/T=G/C=1A/T=G/C=1；微生物遗传：1938年 1953年19511951年年PaulingPauling和和CoreyCorey提提出了蛋白质的出了蛋白质的-螺螺旋结构。旋结构。19511951年年McClintock B.McClintock B.发现跳跃基因发现跳跃基因或称转座或称转座微生物遗传：1938年 1953年微生物遗传：1938年 1953年19521952年年HersheyHershey和和ChaseChase 噬噬菌体感染实验菌体感染实验微生物遗传：1938年 1953年19521952年年 WilkinsWilkins和和FranklinFran
16、klin用高用高度定向的度定向的DNADNA纤维作出纤维作出高质量的高质量的X-X-光衍射照片光衍射照片分子遗传：1953年到1972年19531953年，年，WatsonWatson和和CrickCrick提出提出DNADNA的反的反向平行双螺旋模型。向平行双螺旋模型。19621962年，年， WilkinsWilkins、 WatsonWatson和和CrickCrick共获诺贝尔化学奖。共获诺贝尔化学奖。分子遗传：1953年到1972年19571957年年CrickCrick提出中心法则。提出中心法则。19571957年年KornbergKornberg用用E.coliE.coli 无细胞提无细胞提取液合成取液合成DNA DNA ，证明，证明DNADNA是模板式合成，并发现了是模板式合成，并发现了DNA polymeraseDNA polymerase。 分子遗传：1953年到1972年19581958年年MeselsonMeselson和和StahlStahl证实证实DNADNA半保留复制半保留复制分子遗传：1953年到1972年1961 1961 Jacob, F.Jacob
