分子生物学第一章绪论 - Xidianweb.xidian.edu.cn/yqxia/files/20170907_150737.pdf · 9/7/2017 · 绪论 2 染色体与DNA 6 生物信息的传递（上）-从DNA到RNA

分子生物学

第一章绪论

夏玉琼

[email protected]

9/7/2017

西安电子科技大学生命学院夏玉琼

什么是分子生物学

• 分子生物学是研究核酸等生物大分子的功能、形态结构及重要性和规律性的科学，是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础科学。

• 实质：“核酸生物学”

2西安电子科技大学生命学院夏玉琼

目录

• 课程安排

• 分子生物学的应用

• 分子生物学简史

• 分子生物的主要研究内容

• 相关概念


分子生物学的课程安排

课程内容课时绪论 2染色体与DNA 6生物信息的传递（上）-从DNA到RNA 4生物信息的传递（下） - 从 mRNA 到蛋白质 4

分子生物学研究方法（上）： DNA RNA 蛋白质操作 6

分子生物学研究方法（下）：基因功能研究技术 4

原核基因表达调控 4

真核基因表达调控 2


学习方法

• 课件下载：

• http://web.xidian.edu.cn/yqxia/teach.html

• 上课听讲

• 完成作业

• 看参考书

• 参加考试

5

武村政春著咲良绘株式会社BECOM 制伍会健译

漫画分子生物学

科学出版社 2004


推荐学习网站

• 维基百科http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page

• 小木虫论坛

http://emuch.net/bbs/

• 科学网

http://www.sciencenet.cn/life/


考核方式

• 考勤：10%

• 平时作业：10%

• 大作业：10%

• 期末考试：70%


目录

• 课程安排




• 相关概念


分子生物学的应用一：肥胖基因

肥胖基因：DNA甲基化程度越高，越容易肥胖By 四川农业大学 80后李明洲教授

http://www.xilele.com/www_xilele_com/input/images/73rob52dt67i.jpgDoI: 10.1038/ncomms1854 | www.nature.com/naturecommunications


分子生物学的应用二：衰老“基因”

http://www.cenegenicspost.com/wp-content/uploads/TA-65_Licensee_Information_1_PPT2_Page_11-1024x768.jpg


分子生物学的应用三：计划生育

南非拟向大象体内注射疫苗实施计划生育

http://media.salon.com/2012/08/elephant-family1.jpg


分子生物学的应用四：治疗感冒

常见感冒病毒的3D成像助研新药物

http://image.tech-food.com/images/news/bpic/2011-10/20111019103252643.JPGhttp://tech.sina.com.cn/d/2012-07-25/07567426600.shtml


分子生物学的应用五：治疗艾滋病

• 首例确认为艾滋病治愈的患者蒂莫西·布朗

• 同时患白血病和艾滋病

• 治疗白血病时，同时治好了艾滋病

• 骨髓中含有一种能天然抵御艾滋病病毒的变异基因http://news.163.com/12/0726/07/87AR691400014AED.html


目录

• 课程安排




• 相关概念


http://guk.es/blog/wp-content/uploads/darwin.jpg


世界上第一台光学显微镜

http://i.ytimg.com/vi/_D5Gu_9hEus/0.jpghttp://cn.bing.com/images/search?q=Leeuwenhoek&view=detail&id=BA4909941D76B3042F29565A37C82F861D80A60A&FORM=IDFRIR


细胞学说

http://www.xtimeline.com/evt/view.aspx?id=939809Schleinden, M. J., Microscopical researches into the accordance in the structure and growth of animals and plants, tranlated by Smith, H., 1847

17

“所有组织的最基本单元是形状非常相似而又高度分化的细胞”

手稿


经典生物化学

http://www.shellypalmer.com/images/2012/08/DNA.pnghttp://www-vis.lbl.gov/Research/ProteinShop/ProteinShop.jpghttp://www.cosmosmagazine.com/files/imagecache/news/files/news/20081017_RNA.jpghttp://www.biocab.org/files/starches.jpg

18

分析细胞的组成成分弄清楚这些物质与细胞生命现象之间的联系


遗传学：研究动植物遗传变异规律

http://www.anselm.edu/homepage/jpitocch/genbio/indassort.JPG


孟德尔遗传定律统一律当两种不同植物杂交时，它们的下一代有可能和亲本之一完全相同

分离律当不同植物杂交或自交时，它们的下一代会按一定比例发生分离


摩尔根的连锁遗传定律

http://activity.ntsec.gov.tw/lifeworld/english/content/images/en_gene_c13.jpg

wY WW

WY Ww

WY wY Ww WW


DNA的发现：肺炎双球菌转化实验

活S型菌体

活R型菌体

死S型菌体

活R型菌体+

死S型菌体

死亡

存活

存活

死亡

http://www.cctcc.org/DigitalMuseum/portfolio/image/5.jpg


DNA的发现：噬菌体实验S35标记外壳

P32标记DNA

同位素标记噬菌体噬菌体感染细菌

细菌无放射性

细菌有放射性

http://www.cbe21.com/subject/biology/photo/030702/100005/z030702,1080898906.jpg


非DNA的遗传方式

• 双链RNA 马铃薯纺锤块茎病毒 PSTV

• 朊病毒 Prion（实质是蛋白质）• 羊瘙痒症

• 破坏患有该病的羊的DNA后仍具有感染性

• 病原是传染性蛋白质“朊病毒”,由PrPc变异而成

• 正常的PrPc一个细胞中只有一个，多的会被降解

• 感染脑组织中的PrPsc不被降解，同时还能把PrPc

都变成PrPsc


遗传学

生物化学

细胞学说

进化论

分子生物学

分子生物学的基础


1910 1959 1962 1965

分子生物学大事记

Kossel（德）分离出腺苷酸分离出胸腺嘧啶分离出组氨酸

Ochoa&Kornberg实现DNA的复制

Jacob&Monod提出操纵子提出mRNA

Watson&Crick DNA双螺旋结构Kendrew&Perutz肌红蛋白高级结构血红蛋白高级结构


Nirenberg&Holly&Khorana破译遗传密码 tRNA的序列和结构合成核酸分子

1968 1975 1980 1983

McClintock可移动的遗传因子

Termin&Dulbecco&Baltimore反转录酶

Sanger&Berg&Gilbert DNA测序 DNA重组技术



Kohler&Milstein&Jerne发展单克隆抗体技术完善极微量蛋白质检测技术

1984 1989 1993 1994

Gilman&Rodbell发现G蛋白在细胞中的信号传导作用

Altman&Cech发现核酶Bishop&Varmus发现原癌基因

Roberts&Sharp断裂基因Mullis&Smith发明PCR仪设计基因定点突变



Lewis&Nusslein-Volhard&Wieschaus鉴定控制果蝇体节发育基因

1995 1996 1997 1999

Blobel明确信号肽及其识别复合物的作用

Doherty&Zinkernagel阐明T淋巴细胞的免疫机制

Prusiner发现朊病毒是老年痴呆症的病原



Harwell&Hunt&Nurse对细胞周期调控因子的研究

2001 2006 2009 2010

R. G. Edwards试管婴儿，体外受精

Kornberg揭示真核细胞转录机制Fire&Mello RNA干扰

E. Blackburn揭示端粒和端粒酶在保护染色体免遭降解方面的贡献



目录

• 课程安排




• 相关概念


分子生物学的3条基本原理

• 构成生物体各类有机大分子的单体在不同生物中都是相同的

• 生物体内一切有机大分子的构成都遵循共同的规则

• 某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性


分子生物学的主要研究内容

• DNA重组技术（基因工程）质粒DNA 供体DNA

酶切酶切

目的基因片段

酶接

转入重组质粒染色体DNA

重组质粒

受体细胞http://kepu.ccut.edu.cn/100k/attachment/Mon_0605/33_2_7e1e87f49f71cf3.jpg

生产多肽

改造基因组结构

进行基础研究



• 基因表达调控研究• 基因表达

• 遗传信息的转录和翻译

• 基因表达调控• 生物遗传信息的表达按一定的时序变化、随着内外环境的变

化而加以修正

• 转录因子• 保证目的基因以特定强度在特定时间和空间表达的蛋白质分

子

• RNA的选择性剪切



• 生物大分子的结构功能研究• 研究内容

• 空间结构（三维结构）

• 发生作用时结构构象的变化

• 研究方法• X射线衍射法

• 二维或多维核磁法

http://a3.att.hudong.com/36/48/01300000259246122572488512107.jpg

血红蛋白



• 基因组、功能基因组与生物信息学研究

http://forensic.xjtu.edu.cn/forensic/upload/image/exhibit/303.jpg


分子生物学的展望

• 分子生物学、细胞生物学和神经生物学是当今生物学研究的三大主题

• 极大地推动了遗传学、发育生物学的发展

• 是目前自然科学中进展最迅速、最具活力和生气的领域，是新世纪的带头学科


目录

• 课程安排




• 相关概念


关于DNA的名词

• 起…作用的DNA序列• 增强子/弱化子• 启动子/终止子• 操纵子

• 单顺反子/多顺反子 mRNA• 编码一个蛋白质的mRNA为单顺反子mRNA• 编码多个蛋白质的mRNA为多顺反子mRNA

• 顺式作用元件/反式作用因子• 同一染色体上的称为“顺式”，反之，“反式”

• 保守• 发卡式结构


亲水的天然氨基酸碱性氨基酸

酸性氨基酸

中性氨基酸

精氨酸赖氨酸组氨酸

天冬氨酸谷氨酸

天冬酰胺谷酰胺

丝氨酸苏氨酸

酪氨酸


疏水的天然氨基酸

丙氨酸异亮氨酸亮氨酸

缬氨酸

色氨酸苯丙氨酸半胱氨酸甲硫氨酸

脯氨酸


酶 (enzyme)

• 生物高效催化剂，一般由蛋白质组成• 酶一般以ase结尾，按照作用的底物命名

• nuclease 核酸酶切除核酸（水解磷酸二酯键）• protease 蛋白酶切除多肽链（水解肽键）• glycosidase 糖酶切除多糖（水解糖苷键）• phosphatase 磷酸酶水解移去磷酸• β-lactamase 内酰胺酶打开内酰胺的环结构• ATPase ATP酶水解ATP


• hydrolase 水解酶水解底物• synthase 合成酶包括聚合酶、连接酶、转移酶以

及其它种类的酶等• ligase 连接酶连接片段• polymerase 聚合酶连接小单元• tranferase 转移酶将化学基团从一分子转到另一分

子，包括甲基化酶，乙酰化酶和激酶等• methylase 甲基化酶转移甲基• acetylase 乙酰化酶转移乙酰基• kinase 激酶转移磷酸基团• isomerase 异构酶将分子异构化• racemase 转换D型和L型的异构酶• Oxidoreductase 氧化还原酶催化氧化还原反应


小结

• 分子生物学的基本概念与研究内容

• DNA 重组技术、结构分子生物学的概念

• 天然氨基酸的结构


思考题

• 用自己的语言表达DNA重组的过程

• 写出两种碱性氨基酸和两种酸性氨基酸的结构，并配上中英文名和缩写。


下次课的内容

• 第二章染色体与DNA• 染色体

• DNA的结构


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