分子生物学 顾华 医学楼辅楼 411 室 电话： 65983312 E －

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1 分子生物学 顾华 医学楼辅楼 411 室 电话： 65983312 E － mail:gu_hua@mail.tongji.edu.cn

2 教学大纲 第一章 绪论 第二章 生物大分子 第三章 DNA 生物合成 第四章 RNA 生物合成 第五章 蛋白质生物合成 第六章 原核生物基因表达调控 第七章 真核生物基因表达调控

3 参考书： 1. J. 萨姆布鲁克《分子克隆实验指南》（第 三版） 2. 精要速览系列中文版 分子生物学（第二版） 刘进元等译

4 教学要求 1 、理解基本概念 2 、掌握基本原理、内容、技巧 3 、理解生命科学与分子生物学的关系 4 、培养独立思考和综合分析问题的能力

5 第一章 绪论

6 一、定义 分子水平研究生物结构、组织和功能，主 要是对生物大分子核酸、蛋白质结构和功 能的研究。在此基础上，对不同生物体及 生命现象的各方面从分子水平进行剖析。 二、起源 20 世纪 30 年代

7 三、发展 1941 年， G.Beadle 提出 “ 一个基因，一个酶 ”1941 年， G.Beadle 提出 “ 一个基因，一个酶 ” 1944 年， Avery 实验等证明遗传物质本质；1944 年， Avery 实验等证明遗传物质本质； 1953 年， DNA 双螺旋；1953 年， DNA 双螺旋； 70 年代，重组 DNA 技术；70 年代，重组 DNA 技术； 1990 年开始的 HGP ；1990 年开始的 HGP ； 功能基因组研究； 功能基因组研究； 系统生物学 ------21 世纪的生物学 系统生物学 ------21 世纪的生物学

8 从基因到 DNA

9 1866 年 Mendel 发现遗传定律（统一律、分 离律） 1910 年 Morgan 发现了伴性遗传，把基因和 染色体联系起来，建立了 “ 基因就在染色体 上 ” 学说（果蝇遗传图谱） ———— 第一次将代表某一特定性状的基 因同某一特定的染色体联系起来。 Morgan 特别指出：种质必须由某些独立的要素组 成，这些要素称为遗传因子，或基因。

10 1941 年 Beadle 根据真菌实验的结果，提出 “ 一个基因，一个酶 ” 理论 X 射线照射脉孢菌诱导突变 正常株突变株（需要外源氨基酸） 遗传方法证明：突变株是一个基因位点发生突变生化方法证明：突变株的色氨酸代谢途径发生故障 ———— 突变株都是这个代谢途径的某个反应不能进行所造 成的，由于生化反应由一个酶来催化，提出 “ 一个基因一个酶 ” 理论。

11 基因是什么？是不是酶本身？

12 1928 年，英国 Griffith 发现，肺炎链球菌使小 鼠死亡的原因是引起肺炎。细菌的致病力 是由细胞表面荚膜中的多糖所决定的。 S 型肺炎链球菌（光滑外表）由于带有荚膜 多糖免受动物白细胞的攻击而具有致病力 R 型细菌没有荚膜多糖而失去致病力。

13 Avery 肺炎双球菌转化实验

14 Avery 实验 从细胞提取液中纯化多糖、脂肪、 RNA 、蛋 白质、 DNA 分别与 R 型肺炎球菌混合，转化 结果表明：只有 S 型球菌的 DNA 能够转化 R 型 球菌，产生 S 球菌 基因的本质是 DNA ， DNA 是遗传信息的载体

15 1952 年的 Chase 噬菌体感染实验

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17 Chase 实验结果 嗜菌体的侵染性由 DNA 决定，而不是由其蛋白 质外壳决定，在病毒复制时， DNA 得到复制并 且控制了新蛋白质外壳的合成。 更有说服力的噬菌体实验在一次证明生命的遗传 物质是 DNA, 基因是由 DNA 组成的决定遗传信 息的结构单位。

18 DNA 的结构是什么？是如何复制自己的？

19 DNA 四个碱基中， A ＝ T G=C 碱基通过氢键相互作用 可能是有序的，螺旋的 X 射线衍射结果 蛋白质的 α －螺旋结构 双螺旋模型的依据 1953 年， Watson 和 Crick 确立了 DNA 双螺 旋结构理论奠定了分子生物学的基础。

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21 RNA 与遗传密码 —— 基因的信息如何转变为酶？

22 20 世纪 30 年代，证明蛋白质的合成在细 胞质中 1950 年有人证实蛋白质的合成在核糖体 上 1954 年建立 “ 体外无细胞蛋白质合成系统 ” 氨基酸＋核糖体＋ ATP ＋细胞提取物上清＝蛋白质 证实烟草花叶病毒的基因组是 RNA ，并且 本身具有侵染性

23 中心法则 1958 年 Crick 提出中心法则 : 遗传信息从 DNA 传到 RNA, 再传给蛋白质 1970 年 Temin 和 Baltimore 从致瘤 RNA 病毒 中发现了逆转录酶, 对中心法则的补充

24 生物技术时代的来临

25 三个关键技术 : DNA 切割技术 ( 限内酶、连接酶、聚合酶等 工具酶） 分子克隆 (1972 年 Berg 将外源 DNA 插入 SV40 环状分子内 ) 快速测序 (1975 年 Sanger 建立酶法测序技术 )

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27 1981 年 Cech 发现四膜虫 rRNA 前体能通过自我拼 接切除内含子，表明 RNA 也有催化功能，称为核 酶（ ribozyme ） 1983 年 Simons 发现反义 RNA 1986 年 Benne 发现锥虫线粒体 mRNA 的序列可以 发生改变，于是基因与其产物蛋白质的共线性关 系被打破 1998 年向线虫中注射 dsRNA 分子后降解了细胞质 中含有同源序列的靶 mRNA. RNA interference 成为研究热点 RNA 成为最活跃的研究领域之一

28 基因组学的诞生 基因组的破译：细菌、酵母、线虫、果蝇、 拟南芥、水稻、人类（结构基因组学） 后基因组学：整体水平上确定基因功能 （功能基因组学） 蛋白组学：整体水平上研究细胞内蛋白质 组分及其活动规律

29 1982.Stanley B.P Prusiner 发现了一种新型的生 物 —— 朊病毒而获得 1997 年诺贝尔生理医学奖。 朊病毒（ Piron ）本质上是具有感染性的蛋白质。朊 病毒假说认为，破坏性蛋白质是包括疯牛病、羊瘙痒 症在内的多种致命性神经系统疾病的病因。 根据朊病毒假说，致病蛋白质 PrPSc 能在大脑内自我 复制，数量不断增加，直至形成纤维，破坏神经细胞， 并最终杀死动物

30 细胞型 PrPc 分子（圆圈左侧）与 致病 型 PrPSc 分子（圆圈右侧）相互作用， 并转化为后者的循环过程。 PrPSc 分 子通过形成长纤维（右）的方式破坏 正常的脑组织（左）。 细胞型（ PrPc ）和致病型（ PrPsc ）。 PrPc 仅存在 a 螺旋，而 PrPsc 有多个 β 折 叠存在，后者溶解度低，且抗蛋白酶解； ② Prpsc 可胁迫 PrPc 转化为 Prpsc ，实 现自我复制，并产生病理效应；③基因 突变可导致细胞型 PrPsc 中的 α 螺旋结构 不稳定，至一定量时产生自发性转化， β 片层增加，最终变为 Prpsc 型。 细胞型（ PrPc ）和致病型（ PrPsc ）。 PrPc 仅存在 a 螺旋，而 PrPsc 有多个 β 折 叠存在，后者溶解度低，且抗蛋白酶解； ② Prpsc 可胁迫 PrPc 转化为 Prpsc ，实 现自我复制，并产生病理效应；③基因 突变可导致细胞型 PrPsc 中的 α 螺旋结构 不稳定，至一定量时产生自发性转化， β 片层增加，最终变为 Prpsc 型。 “ 蛋白质构象致病假说 ” Cell 2005.4.22

31 四、研究内容 1.DNA 重组技术 2. 基因表达调控研究 3. 生物大分子的结构功能研究 4. 基因组、功能基因组与生物信息学研究

32 五、与其它学科的关系 1. 与生物化学关系最为密切 2. 推动了细胞生物学和神经生物学的发展 3. 分子免疫学、分子进化、分子遗传学、分子 病毒学、分子病理学和分子药理学在此基础 病毒学、分子病理学和分子药理学在此基础 上发展起来 上发展起来