分子生物学概述省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

分子生物学 第一章第一章 绪论绪论 第1页分子生物学基本要求 熟知核酸基本生物化学特征；熟知生物信息储存与表示过程；掌握DNADNA、RNARNA和蛋白质基本代谢过程，尤其是基因普通结构与生物功效，基因活性修饰与调整；掌握分子克隆与DNADNA重组基本技术与原理，了解当代分子生物学基本研究方法，了解基因治疗与基因组学新结果，新进展。第2页一、当代分子生物学史中主要里程碑一、当代分子生物学史中主要里程碑 孟德尔遗传学规律最先使人们对性状遗传产生了理性认识，而Morgan基因学说则深入将“性状”与“基因”相耦联，成为分子遗传学奠基石。第3页Gregor Mendel(1822-1884).The Father of Genetics第4页19，德国科学家Kossel第一个分离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸。1959年，美国科学家Uchoa第一次合成了核糖核酸，实现了将基因内遗传信息经过RNA翻译成蛋白质过程。同年，Kornberg实现了试管内细菌细胞中DNA复制。1962年，Watson和Crick因为在1953年提出DNA反向平行双螺旋模型而与Wilkins共获Noble生理医学奖，后者经过X射线衍射证实了Watson-Crick模型。第5页第6页第7页第8页Watson和Crick所提出脱氧核糖酸双螺旋模型，为充分揭示遗传信息传递规律铺平了道路。第9页19651965年，法国科学家JacobJacob和MonodMonod提出并证实了操纵子（operonoperon）作为调整细菌细胞代谢分子机制.他们还推测存在一个与DNADNA序列相互补、能将它所编码遗传信息带到蛋白质合成场所并翻译产生蛋白质mRNAmRNA（信使核糖核酸）.1972年，Paul Berg（美）第一次进行了DNA重组.1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次进行了DNA序列分析.第10页19871987年，McClintockMcClintock因为在5050年代提出并发觉了可移动遗传因子（jumping genejumping gene或称mobile elementmobile element）而取得NobelNobel奖。第11页Barbra McClintock第12页19931993年，美国科学家RobertsRoberts和SharpSharp因发觉断裂基因（intronsintrons）而取得NobelNobel奖；MullisMullis因为创造PCRPCR仪而与加拿大学者SmithSmith（第一个设计基因定点突变）共享NobelNobel化学奖。另外，GriffithGriffith（19281928）及AveryAvery（19441944）等人关于致病力强光滑型（S S型）肺炎链球菌DNADNA造成致病力弱粗糙型（RR型）细菌发生遗传转化试验;第13页HersheyHershey和ChaseChase（19521952）关于DNADNA是遗传物质试验;CrickCrick于19541954年所提出遗传信息传递规律（即中心法则）；MeselsonMeselson和StahlStahl（19581958）关于DNADNA半保留复制试验;YanofskyYanofsky和BrenerBrener（19611961）年关于遗传密码三联子构想都为分子生物学发展做出了重大贡献。第14页第15页我国生物科学家吴宪20世纪代与汪猷、张昌颖等人一道完成了蛋白质变性理论、血液生化检测和免疫化学等一系列有重大影响研究。20世纪中下叶，我国科学家相继实现了人工全合成有生物学活性结晶牛胰岛素，解出了三方二锌猪胰岛素晶体结构，采取有机合成与酶促相结合方法完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸人工全合成。第16页二、分子生物学主要研究内容与基本定理分子生物学是研究核酸、蛋白质等生物大分子形态、结构特征及其主要性、规律性和相互关系科学，是人类从分子水平上真正揭示生物世界奥秘，由被动适应自然界转向主动地改造和重组自然界基础学科。第17页二、分子生物学主要研究内容与基本定理主要研究内容：一切生物体中各类有机大分子都是由完全相同单体，如蛋白质分子中20种氨基酸、DNA及RNA中8种碱基所组合而成。DNA重组技术(基因工程)基因表示调控(核酸生物学)生物大分子结构功效(结构分子生物学)基因组、功效基因组与生物信息学研究 第18页第19页基本定理：1.1.组成生物体有机大分子单体在不一样生物中都是相同；2.2.生物体内一切有机大分子建成都遵照着各自特定规则；3.某一特定生物体所拥有核酸及蛋白质分子决定了它属性。第20页1 1、DNADNA重组技术 是2020世纪7070年代初兴起技术科学，目标是将不一样DNADNA片段（基因或基因一部分）按照人们设计定向连接起来，在特定受体细胞中与载体同时复制并得到表示，产生影响受体细胞新遗传性状。DNADNA重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶工程及微生物学、遗传学、细胞学长久深入研究结晶，而限制性内切酶DNADNA连接酶及其它工具酶发觉与应用则是这一技术得以建立关键。第21页经过DNA连接酶把不一样DNA片段连接成一个整体。a.DNA粘性末端;b.DNA平末端;c.化学合成含有EcoRI粘性末端DNA片段。第22页重组DNA操作过程示意图 第23页根癌土壤农杆菌（Agrobaoterium tumefaciensAgrobaoterium tumefaciens）侵染植物细胞后能将其TiTi（tumor inducingtumor inducing）质粒上一段DNADNA（T-DNAT-DNA）插入到被侵染细胞基因组，并能稳定地遗传给后代，植物遗传转化(植物基因工程)技术随之得到快速发展。第24页DNA重组技术应用：大量生产一些正常细胞代谢中产量很低多肽，如激素、抗生素、酶类及抗体等，提升产量，降低成本。定向改造一些生物基因组结构、使它们所含有特殊经济价值或功效得以成百上千倍地提升。进行基础研究。第25页2、基因表示调控研究 蛋白质分子控制了细胞一切代谢活动，而决定蛋白质结构和合成时序信息都由核酸（主要是脱氧核糖核酸）分子编码，所以，基因表示实质上就是遗传信息转录和翻译过程。第26页3、结构分子生物学研究 三维结构及其运动规律，硕士物大分子特定空间结构及结构运动改变与其生物学功效关系。X射线衍射晶体学（又称蛋白质晶体学）二维和多维核磁共振法液相结构电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各种频谱学方法硕士物高分子空间结构。第27页一个生物大分子，不论是核酸、蛋白质或多糖，在发挥生物学功效时，必须具备两个前提：1拥有特定空间结构（三维结构）；2在它发挥生物学功效过程中必定存在着结构和构象改变。第28页4、基因组、功效基因组与生物信息学研究2月，Nature 和Science同时发表了人类基因组全序列。已经有数十种生物基因组被基本破译。测定基因组序列只是了解基因第一步，在基因组计划基础上提出了蛋白质组计划（又称后基因组计划或功效基因组计划），意在快速、高效、大规模判定基因产物和功效。生物信息学依靠计算机快速高效运算并进行统计分离和结果功效预测。第29页三、证实DNA就是遗传物质主要历史事件 多少年来，人们重复提出几个与一切生命现象相关问题：1.1.生命是怎样起源？2.2.为何“有其父必有其子”？3.动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而来？第30页1847年，Schleiden和Schwann提出“细胞学说”，证实动、植物都由细胞组成。孟德尔在1857年到1864年间，用产生圆形种子豌豆同产生皱皮种子植株杂交，得到几百粒全是圆形F1代种子。第二年，他种植了253粒F1圆形种子并进行自交，得到7324粒F2种子，其中5474粒圆形，1850粒皱皮，圆皱比为3:1。第31页用黄色圆形豌豆与绿色皱皮豌豆做杂交，发觉F1种子全是黄色圆形。自交产生556粒F2代种子中，黄色圆形315粒，黄色皱皮121，绿色圆形108，绿色皱皮32。四种类型靠近于9:3:3:1。第32页绿黄圆皱 F2代=9:3:3:1 第33页孟德尔总结出生物遗传两条基本规律：第一，当两种不一样植物杂交时，它们下一代可能与亲本之一完全相同，他把这一现象称为统一律。孟德尔认为，生物每一个性状都是由遗传因子控制，这些因子能够从亲代到子代，代代相传。第34页遗传因子在体细胞内是成对存在，一个来自父本，一个来自母本，只有在形成配子时单独存在。有些遗传因子以显性（dominantdominant）形式存在，能在杂种一代得到表示；有些因子呈隐性（recessiverecessive）状态，只有当父、母本同时含有这一因子时，才得到表现。第35页第二，将不一样植物品种杂交后F1F1代种子再进行杂交或自交时，下一代就会按照一定百分比发生分离，因而含有不一样形式，他把这一现象称为分离规律。第36页在孟德尔遗传学基础上，Morgan又提出了基因学说。19，Morgan和他助手们发觉了第一只白眼雄果蝇，称为突变型。正常情况下，果蝇都是红眼，称为野生型。Morgan将白眼雄果蝇与红眼雌果蝇交配，所产生F1代不论雌雄，全为红眼果蝇（孟德尔统一规律！）。第37页这些F1F1果蝇相互交配所产生F2F2有红眼也有白眼，但全部白眼果蝇都是雄性，说明该性状与性别有联络。MorganMorgan这一连锁遗传规律与孟德尔遗传性状独立分离规律是背道而驰！当所研究两个基因位于同一染色体上而又距离较近时，MorganMorgan连锁遗传规律起主导作用。当所研究两个基因位于不一样染色体上时，孟德尔独立分离规律起主导作用。第38页19281928年，英国科学家GriffithGriffith等人发觉，含有光滑外表S S型肺炎链球菌能使小鼠发病，含有粗糙外表R R型细菌没有致病力。荚膜多糖能保护细菌免受动物白细胞攻击。首先用试验证实基因就是DNADNA分子是美国著名微生物学家AveryAvery。他首先将光滑型致病菌（S S型）烧煮杀灭活性以后再侵染小鼠，发觉这些死细菌自然丧失了致病能力。第39页图：DNA是转化源第40页解剖死鼠，发觉有大量活S型细菌。他们推测，死细菌中某一成份转化源（transforming principle）将无致病力细菌转化成病原细菌。深入试验表明，DNA就是转化源。死细菌DNA指导了这一可遗传转化，从而造成了小鼠死亡。Avery等人工作树立了遗传学理论上全新观点DNA是遗传信息载体。第41页美国冷泉港卡内基遗传学试验室科学家HersheyHershey和他学生ChaseChase在19521952年从事噬菌体侵染细菌试验。噬菌体专门寄生在细菌体内，它头、尾外部都是由蛋白质组成外壳，头内主要是DNADNA。第42页噬菌体侵染细菌主要过程以下：噬菌体尾部末端（基片、尾丝）吸附在细菌表面；噬菌体经过尾轴把DNADNA全部注入细菌细胞内，噬菌体蛋白质外壳则留在细胞外面；利用细菌生命过程合成噬菌体本身DNADNA和蛋白质；用新合成DNADNA和蛋白质组装成与亲代完全相同子噬菌体；细菌解体，释放子代噬菌体，侵染其它细菌。第43页T2噬菌体用32P标识DNA用35S标识蛋白 假如侵染细菌后让噬菌体复制一代，那么，新生代噬菌体中50%DNA链上带有32P标识，而噬菌体总蛋白中只有不到1%仍带有35S标识。侵染细菌后马上搜集噬菌体，可得到70%32P标识DNA，但只能得到20%标识蛋白质。第44页那么，DNA到底是什么样呢？Avery在1944年汇报中这么写道：当溶液中酒精体积到达9/10时，有纤维状物质析出；如稍加搅动，这种物质便会像棉线绕在线轴上一样绕在硬棒上，溶液中其它成份则以颗粒状沉淀留在下面。溶解纤维状物质并重复沉淀数次，可提升其纯度。这一物质含有很强生物学活性，初步试验证实它很可能就是DNA（谁能想到！）。第45页对DNA分子物理化学研究造成了当代生物学翻天覆地革命，这更是Avery所没有想到！第46页四、分子生物学展望在不一样层次水平上硕士物：宏观和微观；分子、细胞、个体、群体水平。学科相互渗透。分子生物学研究影响许多学科发展：细胞生物学、神经生物学、遗传学、分类和进化、发育生物学等。二十一世纪生物学将是真正系统生物学，是生物学范围内全部学科在分子水平上统一。第47页 功效基因组学：是应用基因组学知识和工具来了解影响发育和整个生物体特定序列表示谱。蛋白质组学：一个基因组所表示全部蛋白质；或细胞内全部蛋白质。在特定时间、特定环境和试验条件下基因组活跃表示蛋白质，称为功效蛋白质组学。生物信息学：利用数据库、计算机网络和应用软件等对DNA和蛋白质序列资料中各类信息进行识别、存放、分析、模拟和传输一门科学。第48页本章参考文件Watson&Crick,Nature 171,964-967,1953Wilkins et al.,Nature 171,738-740,1953Watson&Crick,Nature 171,737-738,1955Meselson&Stahl,PNAS 44,671-682,1958Crick et al.,Nature 192,1227-1232,1961Avery et al.,J.Exp.Med.,79,197-158,1944Hershey&Chase,J.Gen.Physiol.,36,39-56,1952 第49页思索题：1.当代分子生物学概念。2.分子生物学研究内容与基本定理。3.DNA是遗传物质经典试验。第50页