基础分子生物学

基础分子生物学朱玉贤、郑晓峰、郭红卫网址：基础分子生物学课程安排时间授课老师备注9月22日朱玉贤第1章9月25日郑晓峰9月29日郑晓峰10月6日郑晓峰第2—4章10月9日郑晓峰10月13日郑晓峰10月20日郑晓峰10月23日朱玉贤10月27日朱玉贤第5—6章11月3日朱玉贤11月6日朱玉贤11月10日期中考试，郑晓峰，占50%时间授课老师备注11月17日郭红卫11月20日郭红卫第8章11月24日郭红卫12月1日郑晓峰12月4日郑晓峰第9章12月8日郑晓峰12月15日郭红卫12月18日郭红卫第10—11章12月22日郭红卫12月29日郭红卫09年1月？日期末考试，郭红卫，占50%课程基本要求•熟知核酸的基本生物化学特性；•熟知生物信息的储存与表达过程；•掌握DNA、RNA和蛋白质的基本代谢过程，特别是基因的一般结构与生物功能，基因活性的修饰与调节；•掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原理，了解现代分子生物学基本研究方法，了解基因治疗与基因组学的新成果，新进展。主要参考书1．《现代分子生物学》朱玉贤、李毅、郑晓峰，第三版（2007）2.GenesVIII(IX).BenjaminLewin3.MolecularBiologyoftheGeneJamesD.Watson,etal.2004第五版4.LehningerPrinciplesofBiochemistry,2005第五版第一章绪论一、二十一世纪是现代生物科学的世纪•统计美国“科学引文索引（ScienceCitationIndex,SCI）”收录的6080余种学术刊物，发现有4000种左右为生物科学相关杂志！•统计全世界引用指数（Impactfactor）在10以上的超一流学术刊物，也发现80%左右是生物科学相关刊物。表1.引用指数在10以上的自然科学刊物分科比较学科杂志总数平均引用指数30杂志数总论317．80化学211．80物理522．02数学118．20生物3819．182006年SCI收录的6000余种期刊的影响因子中CA-CANCERJCLIN63.342ANNUREVIMMUNOL47.237NEWENGLJMED44.016ANNUREVBIOCHEM36.525NATREVCANCER31.583NATREVMOLCELLBIO31.354SCIENCE30.028CELL29.194NATREVIMMUNOL28.697NATURE26.681分子生物学•是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学；•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学科。二、分子生物学发展的三个阶段(一)准备和酝酿阶段(二)现代分子生物学的建立和发展阶段(三)初步认识生命本质并改造生命的深入发展阶段二、分子生物学发展的三个阶段(一)准备和酝酿阶段（19世纪后期到20世纪50年代初）1、确定了蛋白质是生命的主要物质基础;2、确定了生物遗传物质基础是DNA(二)现代分子生物学的建立和发展阶段（20世纪50年代初到70年代初）•1、DNA双螺旋结构模型（1953）(现代分子生物学诞生的里程碑)•2、遗传信息传递中心法则的建立•3、对蛋白质结构与功能的进一步认识(三)现代分子生物学深入发展的阶段•1、重组DNA技术的建立和发展;•2、基因组研究;•3、单克隆抗体及基因工程抗体技术;•4、基因表达调控机理;•5、细胞信号转导机理研究。三、现代分子生物学发展中的主要里程碑GregorMendel(1822-1884).TheFatherofGenetics孟德尔的遗传学规律最先使人们对性状遗传产生了理性认识•孟德尔（奥地利）的遗传学规律最先使人们对性状遗传产生了理性认识；•Morgan（美）的基因学说则进一步将“性状”与“基因”相耦联，成为分子遗传学的奠基石。1910年，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Ochoa因为酶学方面的杰出贡献（第一次合成核糖核酸），与实现试管内细菌细胞中DNA的复制的ArthurKornberg共享当年诺贝尔生理与医学奖。SeveroOchoa，theNobelPrizeinPhysiologyorMedicinein1959.Mainresearchinterest:enzymaticprocessesinbiologicaloxidationandsynthesisandthetransferofenergy,basicstepsinmetabolismofcarbohydratesandfattyacids,utilizationofcarbondioxide,biosynthesisofnucleicacids.儿子：RogerD.Kornberg（1947－？）2006年NobelLaureatesofChemistry父亲：ArthurKornberg（1918－2007）1959年NobelPrizeinPhysiologyorMedicine1962年，Watson和Crick因为在1953年提出DNA的反向平行双螺旋模型而与Wilkins共获Noble生理医学奖，后者通过X射线衍射证实了Watson-Crick模型。Watson和Crick所提出的脱氧核糖酸双螺旋模型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路。TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1962：fortheirdiscoveriesconcerningthemolecularstructureofnucleicacidsanditssignificanceforinformationtransferinlivingmaterial.Wilkins通过对DNA分子的X射线衍射研究证实了该模型。RosalindE.Franklin1920-1958RosalindE.Franklin1920-1958OnFeb.28,1953,FrancisCrickwalkedintotheEaglepubinCambridge,England,and,asJamesWatsonlaterrecalled,announcedthatwehadfoundthesecretoflife.Actually,theyhad.Thatmorning,WatsonandCrickhadfiguredoutthestructureofdeoxyribonucleicacid,DNA.Andthatstructure—adoublehelixthatcanunziptomakecopiesofitself—confirmedsuspicionsthatDNAcarrieslife'shereditaryinformation.•1961年，法国科学家Jacob和Monod提出并证实了操纵子（operon）作为调节细菌细胞代谢的分子机制。他们还推测存在一种与DNA序列相互补、能将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所并翻译产生蛋白质的mRNA（信使核糖核酸）。对分子生物学的发展产生了极其重要的指导作用。FrancoisJacob(Left),JacquesMonod(Center)&AndreLwoff(Right),1965分享了诺贝尔生理医学奖1968年，Nirenberg，Holley和Khorana共享诺贝尔生理医学奖•Nirenberg：破译DNA遗传密码；•Holley：阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列，并证实了所有tRNA具有结构上的相似性；•Khorana：第一个合成了核酸分子，并且人工复制了酵母基因。•1972年，PaulBerg（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。1980年，获诺贝尔化学奖1983年，McClintock由于在50年代提出并发现了可移动遗传因子（jumpinggene或称mobileelement）而获得Nobel奖。BarbraMcClintock•1975年，美国人Temin、Dulbecco和Baltimore由于发现在RNA肿瘤病毒中存在以RNA为模板，逆转录生成DNA的逆转录酶而共享诺贝尔生理医学奖;•1989年，（美）Altman和Cech发现某些RNA具有酶的功能而共享Nobel化学奖；•1993年，英国科学家Roberts和Sharp因发现断裂基因（introns）而获得Nobel奖；凯利·穆利斯1993年，美国科学家Roberts和Sharp因发现断裂基因(introns)而获得Nobel奖；Mullis由于发明PCR仪而与加拿大学者Smith（第一个设计基因定点突变）共享Nobel化学奖。•1994年，Gilman和Rodbell（美）由于发现了G蛋白在细胞内信号转导中的作用而分享Nobel生理医学奖；•1999年，Blobel（美）由于阐述了蛋白质在细胞间的运转机制而获Nobel生理医学奖；•2001年，Hartwell(美)Hunt&Nurse(英)因对细胞周期调控因子的研究分享Nobel生理医学奖;•2006年,美国科学家R.Kornberg由于在揭示真核细胞转录机制方面的杰出贡献获得诺贝尔化学奖。•2007年，美国科学家Fire和Mello由于在揭示控制遗传信息流动的基本机制——RNA干扰方面的杰出贡献而获得诺贝尔生理医学奖。此外，Griffith（1928）及Avery（1944）等人关于致病力强的光滑型（S型）肺炎链球菌DNA导致致病力弱的粗糙型（R型）细菌发生遗传转化的实验;Hershey和Chase（1952）关于DNA是遗传物质的实验;Crick于1954年所提出的遗传信息传递规律（即中心法则）；Meselson和Stahl（1958）关于DNA半保留复制的实验;Yanofsky和Brener（1961）年关于遗传密码三联子的设想，成功破译了遗传密码，阐明了遗传信息的流动与表达机制，都为分子生物学的发展做出了重大贡献。DNA分子的双螺旋结构模型和半保留复制机制，解决了基因的自我复制和世代交替问题.Crick于1954年所提出的遗传信息传递规律（即中心法则）.中心法则Crick于1954年所提出的遗传信息传递规律1954年首次提出的“中心法则”1970-1980年的“中心法则”21世纪后修正的“中心法则”四、证明DNA就是遗传物质的主要历史事件多少年来，人们反复提出的几个与一切生命现象有关的问题：1.生命是怎样起源的？2.为什么“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的？•17世纪末叶，荷兰藉显微镜专家Leeuwenhoek制作成功了世界第一架光学显微镜。•Hooke，第一次用“细胞”这个概念来形容组成软木的最基本单元。•1847年，Schleiden和Schwann提出“细胞学说”，证明动、植物都由细胞组成。细胞学说•分析细胞的组成成分；•弄清楚这些物质与细胞内生命现象的联系。19世纪中叶到20世纪初，是早期生物化学的大发展阶段，组成蛋白质的20种基本氨基酸被相继发现，著名生物化学家Fisher还论证了连接相邻氨基酸的“肽键”的形成。经典生物化学孟德尔在1857年到1864年间，用产生圆形种子的豌豆同产生皱皮种子的植株杂交，得到几百粒全是圆形的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。经典遗传学用黄色圆形豌豆与绿色皱皮豌豆做杂交，发现F1种子全是黄色圆形的。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。四种类型接近于9:3:3:1。绿黄圆皱F2代=9:3:3:1孟德尔总结出生物遗传的两条基本规律：第一，当两种不同植物杂交时，它们的下一代可能与亲本之一完全相同