分子生物学本1-绪论

授课教师：李雪雁2011.春季答疑时间：每周四下午4：00-5:00考核方式平时成绩：~55%1.作业10%（缺一次扣2.5分）2.考勤10%（旷课一次扣2分，迟到一次扣1分）3.课堂表现，回答问题１0％（正确全面回答一次问题或发言2分，提问1分。其他情况酌情给分。违纪酌情扣分）4.课程网站访问5%（论坛发言一次2分,提问一次1分）5.专题讲座２0％（据资料的全面，PPT制作，深度与见地，讲述大方，清楚，脱稿等方面评分）期末考成绩：~45%学校规定以下情况取消考试资格：–作业１／３未交–缺课１／３课时（抽点１次当３次）网上资源专业网站–生物通–生物谷–丁香园–Nature–science数据库–中国期刊网–ElsevierSciencer搜索引擎–Google–Baidu教材及参考书教材：朱玉贤等，现代分子生物学，高等教育出版社（第二版），2002参考书：1.RobertF.WeaverMolecularBiology(firstedition,secondedition).McGraw-HillCompanies,Inc.,1999,20012.B.Lewin.GenesVII.OxfordUniversityPress,20003.分子生物学（第一版、第二版）科学出版社，2000，20024.分子生物学基础.人民卫生出版社.史济平主编部分参考书你所知道的分子生物学？内容？做什么？分子生物学发展史中的一些事件？一、分子生物学定义与内容定义：指对生物大分子结构和功能的研究–广义：蛋白质、酶、核酸–狭义：核酸（基因）分子生物学的相关学科：1.生物化学生物化学是分子生物学的基础，学好生化便于分子生物学的基本原理和方法的理解。2.微生物学作为分子生物学研究的模型生物分子生物学操作的一部分（基因扩增、克隆、表达）3.遗传学研究生物的遗传及变异规律，遗传变异的本质—DNA4.细胞生物学细胞是生命的基本功能单位，基因功能必须通过细胞来表现，离开细胞，就没有生命。研究内容：–DNA重组技术–生物大分子的结构功能研究–基因组、功能基因组与生物信息学研究–基因表达调控研究目标：了解生命本质，揭示生命运动的规律研究内容之二：基因表达调控机理（一）分子遗传学基本理论建立者Jacob和Monod最早提出的操纵子学说打开了人类认识基因表达调控的窗口在分子遗传学基本理论建立的60年代，人们主要认识了原核生物基因表达调控的一些规律大肠杆菌乳糖操纵子调控示意图操纵子调控模型研究内容之二：基因表达调控机理（二）70年代以后，才逐渐认识了真核基因组结构和调控的复杂性1977年，最先发现猴SV40和腺病毒中编码蛋白质的基因序列是不连续的这种基因内部的间隔区（内含子）在真核基因组中是普遍存在的，揭开了认识真核基因组结构和调控的序幕研究内容之二：基因表达调控机理（三）80-90年代，人们逐步认识到真核基因的表达调控方式：–顺式调控元件（cisactingelement）–反式作用因子（transactingfactor）核酸与蛋白质间的分子识别与相互作用是基因表达调控根本所在TranscriptionFactor研究内容之三：结构分子生物学生物的功能由结构所决定生物大分子的生物活性依赖于其特定的空间结构（三维立体结构）核酸分子结构阈（domain）本身的结构特点和形态及其所处的大分子的空间结构形态将直接影响其功能的发挥蛋白质的空间结构对其功能的影响更为直接蛋白质的空间结构与功能的关系的研究是结构分子生物学研究的主体研究内容之四：基因组研究的发展（一）目前分子生物学已经从研究单个基因发展到研究生物整个基因组的结构与功能1977年，Sanger测定了ΦX174-DNA全部5375个核苷酸的序列；1978年，Fiers等测出SV40DNA全部5224对碱基序列研究内容之四：基因组研究的发展（二）80年代，λ噬菌体DNA序列全部测出（48,502bp）一些小的病毒包括乙型肝炎病毒、艾滋病毒等基因组的全序列也陆续被测定1996年底，测出了大肠杆菌基因组DNA的全序列（4×106bp）测定一个生物基因组核酸的全序列无疑对理解这一生物的生命信息及其功能有极大的意义E.coligenome研究内容之四：基因组研究的发展（三）1990年，人类基因组计划（HumanGenomeProject，HGP）开始实施，这是生命科学领域有史以来全球性最庞大的研究计划2001年2月，人类基因组（3.16×109bp）全部DNA序列已完成后基因组（post-genome）计划、已经启动研究内容之四：基因组研究人类基因组水稻基因组细菌基因组其它模式生物基因组研究内容之四：基因组研究人类基因组计划（humangenomeproject,HG）–是人类认识自我的伟大科学工程–1990年首先在美国启动，英国、法国、德国、日本、中国（1999年）等国家先后加入了人类基因组计划的大规模测序的国际合作–2000年5月9日，国际人类基因组研究组宣布完成了第一阶段工作（人类基因组序列“工作框架图”的构建）–原定：2005年完成，实际：2001年完成大规模测序中国：与人类基因组计划（一）1987年，国家高新技术发展计划（863计划）开始就注意资助研究基因组的有关技术1994年，《中华民族基因组若干位点基因结构的研究》重大项目由国家自然科学基金委员会、863计划和国家重点基础研究计划（973）所共同资助，标志着我国的人类基因组计划正式启动中国：与人类基因组计划（二）1998年8月，中科院遗传研究所人类基因组中心在京成立；随后，国家人类基因组南方和北方研究中心相继成立1999年7月，我国在国际人类基因组HGSI注册1999年9月，我国科学家应邀出席在英国剑桥召开的第五次人类基因组大规模测序战略研讨会，商定我们的“包干区域”中国：与人类基因组计划（三）中科院遗传所人类基因组中心国家人类基因组研究南方中心国家人类基因组研究北方中心共同承担了国际人类基因组大规模测序任务的1%，即3号染色体短臂从D3S3610至端粒的30Mb区域上3000万个碱基对的测序任务中国：与人类基因组计划（四）2000年4月，我国完成了1%人类基因组测序“工作框架图”（覆盖率90%）的构建我国人类基因组测序与世界同步进入了第二阶段：–完全解析人类基因组30亿碱基的顺序，制作出一张“完整序列图”，把人类基因组整体序列的准确率提高到99.99%陈竺中科院院士国家人类基因组南方研究中心主任我国科学界共同努力组织了一批高水平的医学中心和遗传学领域内的国家和部门重点实验室，建立了全国性的遗传资源收集、保存网络，引进和建立了包括遗传和物理作图、大规模DNA测序、基因定位、克隆、突变检测和生物信息学等在内的较完整的基因组研究体系，同时也获得了一批重要研究成果。特别是承担并完成国际1%人类基因组测序任务，这一事件向世界表明，作为参与该任务的唯一的发展中国家，我国人类基因组大规模测序工作已经开始，并具有相当的实力杨焕明教授，中科院人类基因组中心主任华大基因组研究中心主任不要小看这1%，它代表着中国科学家在未来的基因工程产业中占有一席之地。在这个划时代的里程碑上，已经刻上了中国人的名字。通过参与这一计划，我们可以分享数据、资源、技术与发言权，最终来开发我国自己的基因资源。上课内容1.绪论2.染色体及DNA结构3.基因及基因组学的特征4.DNA的复制与修复5.生物信息的传递6.基因的表达与调控7.疾病与人类健康8.基因与发育9.分子生物学研究方法分子生物学发展史准备和酝酿阶段(19世纪后期到20世纪50年代初)现代分子生物学的建立和发展阶段（50年代初到70年代初）初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段（70年代——）生物生物*1952年，Hershey-Chase噬菌体实验肺炎双球菌感染小老鼠实验由图可以清楚的看出事先加熱殺死的S型菌+活的R型菌混合注射到老鼠体內，會使得老鼠死亡，這就代表著活著的R型菌已經转型变成S型菌了体外实验的证据：Avery-McCarty实验由上图可知，只有DNA可以使R型菌转型成為S型菌，所以DNA为遗传物质Hershey-Chase实验：证明DNA是遗传物质的重要证据噬菌体结构DNA双螺旋的发现F.CrickJ.Watson50年代世界上研究DNA主要有3种类型1结构学派主要以伦敦皇家学院的威尔金斯和富兰克林（R.Franklin，1920-1958）为代表2生物化学学派则以美国加州理工学院的鲍林为代表3信息学派则以剑桥的沃森—克里克为代表（严格地说沃森更多的属于信息学派）。结构学派主要是通过X-衍射弄清DNA的分子结构；生化学派则研究DNA，研究生物大分子在细胞代谢和遗传中如何相互影响及其化学构成；信息学派则研究信息如何在机体世代间传递及信息如何被翻译成特定的生物分子。沃森1928年生于美国芝加哥，少年时期聪颖勤奋，学习成绩优秀。16岁中学毕业升大学，不幸未被哈佛大学和加州理工学院录取，只能进入印第安纳州立大学。他开始学动物学，并对鸟类极感兴趣，1947年参加了密执安大学高级鸟类和植物系统学习班。据大学时他的胚胎学和无脊椎动物学老师韦斯(P.Weiss)回忆：“他从来不作笔记,但在课程结束时，他的成绩在班上总是名列前茅。”沃森偶然读到薛定锷(E.Schrodinger,1887-1961)著名的小册子《生命是什么？》后，进入分子病毒学家卢里亚(S.E.Luria,1912-)教授的实验室，因为萌发“发现基因的秘密”的想法。卢里亚和德布吕克(M.Deblbruck,1906-1981)猜想，“假定病毒是一些分子，那么要实现基因复制，研究病毒复制看来是关键性的”，所以正在从事噬菌体的研究。1942年赫希尔(A.D.Hershey,1908-)也参加了进去，组成了有名的“噬菌体研究小组”。沃森当时求学的系主任是穆勒(H.J.Muller,1890-1967)教授，摩尔根门下的杰出学生、诺贝尔奖得主，曾用X射线诱发果蝇基因突变而大鼎鼎。因为沃森具有很强的独立思考能力与科学鉴别力，他没有师从穆勒，去作果蝇的研究，“果蝇的黄金时代已经过去了，相反许多最优秀的比较年轻的遗传学家都在从事微生物的研究”。聆听德布吕克和卢里亚畅谈通过噬菌体研究去捕捉遗传信息的目标和方法，沃森完全被这种思想“钩住了”。1948年夏他赴冷泉港参加了噬菌体的暑假学校；22岁时他以X射线对噬菌体产生突变的影响研究获得博士学位。1944年艾弗里（O.T.Avery，1872-1955）等人发表了的关于“转化因子”的重要论文（证明肺炎双球菌转化实验中的DNA是遗传物质）。沃森的导师卢里亚有天才的的直觉“DNA闻起来象遗传物质”，所以强烈意识到“进一步实验将表明一切基因都由DNA组成”，而了解DNA的化学结构可能是了解基因如何复制的关键一步。为了进一步揭示DNA的结构与复制基因的关系，他被送往丹麦哥本哈根去进修生物化学。然而到那里以后，他发现该地的研究目标不明确、任务泛泛很难做出成绩。1951年5月，他赴意大利参加生物学讨论会，听到了英国生物物理学家威尔金斯（M.H.F.Wilkins，1916-）关于DNA的X-衍射报告，第一次看到了DNA结晶的衍射照片，又得知英国剑桥大学卡文迪许实验室正在做蛋白质结构的X-衍射分析，便决定赶赴英国生物科学中心去闯一闯。正是这种抱负和学术上的独立判断能力，以及求新的思想，促使沃森敢于去叩开世界科学殿堂的大门。克里克1916年生于英国北安普敦（Northampton）一个富有的靴鞋资本家的家庭。1934年中学毕业时数学物理成绩都名列前茅。由于他对科学的偏爱，对其他事物兴趣淡漠，家人称他为“胡桃荚”，比喻他兴趣狭窄。1937年，他又以优异的成绩毕业于伦敦大学物理系，开始在安德雷德教授（E.N.Andrade）指导下作博