1-XXXX 生物材料系 分子生物学

分子生物学讲授孙亚楠材料学院生物材料系E-mail:[e-mail]主要参考书目分子生物学(2ndEditionbyRobertF.Weaver)，清华大学出版社，2007第1章分子生物学发展简史第2章基因的分子特性第3章基因功能简介第4章分子克隆法第5章研究基因及其活性的分子生物学方法第6章原核生物的转录装置第7章操纵子：原核生物转录的精细调控第8章原核生物转录的主要转换第9章原核生物的DNA—蛋白质相互作用第10章真核生物RNA聚合酶及其启动子第11章真核生物通用转录因子第12章真核生物中的转录激活因子第13章染色质结构及其对转录的影响第14章转录后事件Ⅰ：剪接第15章转录后事件Ⅱ：加帽与多聚腺苷酸化第16章转录后事件Ⅲ：其他事件第17章翻译的机制Ⅰ：起始第18章翻译的机制Ⅱ：延伸和终止第19章核糖体和转运RNA第20章DNA复制Ⅰ：基本机制与酶学第21章DNA复制Ⅱ：详细机制第22章同源重组第23章位点特异性重组与转座第24章基因组学第1部分基因第1章基因是DNA第2章断裂基因第3章基因组概述第4章成簇与重复第2部分蛋白质第5章信使RNA第6章蛋白质合成第7章遗传密码的使用第8章蛋白质定位第3部分基因表达第9章转录第10章操纵子第21章启动子和增强子第22章转录激活第23章染色质结构的控制第24章RNA的剪接和加工第25章具有催化活性的RNA第26章免疫多样性第6部分细胞第27章蛋白质运输第28章信号传导第29章细胞周期和生长调控第30章癌基因和癌症第31章浓度梯度、级联反应和信号通路第11章调控线路第12章噬菌体策略第4部分DNA第13章复制子第14章DNA的复制第15章重组与修复第16章转座子第17章反转录病毒和反转录转座子第18章DNA重排第5部分细胞核第19章染色体第20章核小体基因VIII（EditionbyB.Lewin），科学出版社，2005主要参考书目分子生物学实验参考书目分子克隆实验指南[美]J.萨姆布鲁克，科学出版社，2002上册第1章质粒及其在分子克隆中的应用第2章λ噬菌体及其载体第3章M13噬菌体载体第4章高容量载体的应用第5章DNA凝胶电泳和脉冲场琼脂糖凝胶电泳第6章真核基因组DNA的制备和分析第7章真核mRNA的提取、纯化和分析第8章聚合酶链式反应体外扩增DNA第9章放射性标记DNA探针与RNA探针的制备第10章合成寡核苷酸探针第11章cDNA文库制备及其基因鉴定下册第12章DNA测序第13章诱变第14章表达文库的筛选第15章在大肠杆菌中表达克隆化基因第16章哺乳动物培养细胞中导入克隆化基因第17章哺乳动物培养细胞的基因表达分析第18章蛋白质相互作用研究技术附录1分子克隆中使用的缓冲液和试剂的配制附录2培养基附录3载体和细菌菌株附录4分子克隆所用的酶附录5酶的抑制物附录6核酸附录7密码子和氨基酸附录8分子克隆中的常用技术附录9检测系统附录10DNA陈列技术附录11生物信息学课程考核•平时成绩：20%（文献报告）从第六周开始，一周两人，每人做一份文献报告，要求：选择一篇与本人研究课题有关的SCI，IF5应用到分子生物学的技术手段解释方法、阐述原理、证明结论•期末考试：80%课程大纲第一章绪论第二章生物大分子的结构和性质第三章DNA的复制第四章DNA的损伤修复和基因突变第五章DNA重组第六章RNA转录第七章RNA转录后修饰第八章蛋白质翻译第九章原核生物基因表达调控第十章真核生物基因表达调控第十一章病毒的分子生物学第十二章基因组学到蛋白质组学第十三章分子生物学研究方法第十四章分子生物学进展第十五章分子生物学与材料学第十六章总结第一章绪论一．分子生物学的定义二．分子生物学的发展简史三．分子生物学的研究内容四．分子生物学的应用现状与展望一、分子生物学的定义生物科学的基本问题生命现象的描述分类学生命特征的研究（生长、发育、繁衍）生理学、遗传学等生命的起源与进化进化论、进化生物学不同水平上对生命现象的研究从宏观到微观整体水平细胞水平分子水平分子生物学微观生物学的前沿宏观生物学的基础现代生物学的带头学科一、分子生物学的定义分子生物学源于遗传学（基因学说）生物化学（生化手段和技术）广义概念：蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能的研究都属于分子生物学的范畴，即从分子水平阐明生命现象和生物学规律狭义概念：偏重于核酸（基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调控等过程，当然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二、分子生物学的发展简史1.孕育阶段（1882-1950年代）达尔文学说1859年，CharlesDarwin（英）“贝格尔号”历时五年科学考察，撰写了《物种起源》一书，提出了生物科学史上最伟大的学说“进化论”。1865年，孟德尔发表了他的《植物杂交实验》一文，首次阐述了生物界有规律的遗传现象。孟德尔被誉为遗传学的奠基人。基因学说的提出1910年，Morgan的染色体—基因遗传理论，Gene存在于染色体上。进一步将“性状”与“基因”相耦联。1944年，美国微生物学家Avery用实验证明基因的化学本质就是DNA，提出DNA是遗传信息的载体。1.孕育阶段（1882-1950年代）二、分子生物学的发展简史二、分子生物学的发展简史1.孕育阶段（1882-1950年代）1952年，Hershery和Chase再次用噬菌体标记实验证实了DNA是遗传物质的本质二、分子生物学的发展简史2.创立阶段（1950~1970年代）1953年，美国科学家Watson和英国科学家Crick提出DNADoubleHelixmodel•X光衍射实验数据表明DNA是一种规则螺旋结构：每3.4nm旋转一周，直径约为2nm。因为相邻核苷酸距离为0.34nm，因此每圈有10个核苷酸单位。•DNA密度测量说明这种螺旋结构应有两条链•不论碱基数目多少，G的含量总是与C一样，而A与T也是一样二、分子生物学的发展简史2.创立阶段（1950~1970年代）1953年，Sanger完成了第一个蛋白质-胰岛素的氨基酸全序列分析，这项研究使他单独获得了1958年的诺贝尔化学奖。1954年，Crick提出了中心法则DNA转录RNA翻译蛋白质二、分子生物学的发展简史2.创立阶段（1950~1970年代）1958年，Meselson和Stahl用同位素标记和超速离心分离实验证明DNA半保留复制。15N1961年，Brenner，Jacob和Meselson用同位素标记和超速离心分离实验发现mRNA。二、分子生物学的发展简史2.创立阶段（1950~1970年代）1961年，法国科学家Jacob和Monod提出操纵子学说。莫诺与雅可布最初发现的是大肠杆菌的乳糖操纵子。1965年，莫诺与雅可布即荣获诺贝尔生理学与医学奖。二、分子生物学的发展简史2.创立阶段（1950~1970年代）1966年，Nirenberg和Khorana解读了遗传密码二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）1970年，Temin和Baltimore在RNA肿瘤病毒中发现逆转录酶，进一步完善了中心法则1970年，Smith等分离得到第一个类型Ⅱ限制性内切酶1967年，Gellert发现DNA连接酶DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录RNA复制EcoRIrecognitionsitesλphageDNAEcoRIcutsDNAintofragmentsStickyendSV40DNAThetwofragmentssticktogetherbybasepairingDNAligaseRecombinantDNA1972年，Berg将SV40DNA片段克隆到λ噬菌体中，建立了第一个体外DNA重组分子二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）DNAligase1973年，Boyer和Cohen等利用质粒获得第一个DNA重组体克隆二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）1975年，Kohler和Milstein首次用B淋巴细胞杂交瘤技术制备出单克隆抗体二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）1977年，Gibert（化学断裂法）和Sanger（双脱氧终止技术）分别发明了不同的DNA测序技术二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）化学断裂法双脱氧链终止法二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）1979年，美国人工合成的人胰岛素基因，重组转入大肠杆菌中合成人胰岛素1982年，Palmiter等将克隆的生长激素基因导入小鼠受精卵细胞核内，培育得到比原小鼠个体大几倍的“巨鼠”。同年，Sanger等完成了λ噬菌体全长48502bp的基因组DNA全序列测定二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）1982年，Prusiner等在感染瘙痒病的仓鼠脑中发现了朊病毒（prion)，它只含有蛋白质的病毒。是否对中心法则提出质疑？PrPcPrPsc1985年，Mullis等发明了聚合酶链式反应（PCR），1993年Mullis等因发明了PCR技术获得诺贝尔化学奖。二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）1990-1992年，转基因玉米及转基因小麦诞生1990年，人类基因组计划全面正式启动1990年，Simpson等发现了对mRNA前体编辑起指导作用的小分子RNA1997年，Wilmut等首次不通过受精，用成年母羊体细胞的遗传物质，成功获得克隆羊-多莉二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）2003年，美国、日本、英国、法国、德国、中国六国科学家共同宣布人类基因组计划的完成二、分子生物学的发展简史3.发展阶段（1970年代以后）人们认为人类基因组计划是继“曼哈顿”原子弹计划、“阿波罗”登月计划之后自然科学史上的第三大计划。中国从1993年开始正式启动了人类基因组计划，在国际人类基因组计划中承担了“1%项目”的测序工作，是参加人类基因组计划唯一的发展中国家。二、分子生物学的发展简史综上可以看出，分子生物学的快速发展每个里程碑50年代的双螺旋结构60年代的操纵子学说70年代的DNA重组80年代的PCR技术90年代的DNA测序三、分子生物学研究内容生物大分子的结构和功能研究1.结构分子生物学2.基因表达与调控遗传信息的转录与翻译，主要表现在：上游调控序列信号转导转录因子以及RNA剪辑3.DNA重组技术三、分子生物学研究内容可被用于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低的多肽可用于定向改造某些生物的基因组结构可被用来进行基础研究4.基因组与生物信息学四、分子生物学的应用现状与展望1.在农业上的应用生物品种的改良速度更快、目标更准确，甚至创造新物种转基因动物－猪、鱼（生长激素基因）转基因动物－牛、羊（生物反应器）转基因植物－抗虫棉（Bt毒素蛋白基因）、耐贮藏番茄等四、分子生物学的应用现状与展望1.在农业上的应用利用重组DNA来大量高效地合成人体活性多肽（疾病的诊断、预防和治疗）四、分子生物学的应用现状与展望2.在医学上的应用基因工程疫苗四、分子生物学的应用现状与展望2.在医学上的应用病毒疫苗：HBV、HIV、流感病毒、HPV、Ebola天然免疫疾病疫苗：关节炎、系统性红斑狼疮、多发性硬化癌症疫苗：抗黑色素瘤、抗宫颈癌、抗乳腺癌、抗淋巴瘤、抗前列腺癌单基因疾病的诊断：一般可在临床症状出现之前作出诊断，不依赖临床表型。有遗传倾向疾病的诊断：易感基因的筛查，如高血压，冠心病，肥胖等。外源性病源体诊断：如病毒、细菌、寄生虫等引起的传染病。从广义上讲，大多数疾病都可以从遗传物质的变化中寻找出原因。而从技术上看，只要找到了与疾病相关的基因，基因诊断便立即可以实现。随着“人类基因组计划”的进程，将大大加快疾病相关基因的发现与克隆，基因诊断将成为疾病诊断的常规方法。基因诊断四、分子生物学的应用现状与展望2.在医学上的应用