医学分子生物学

医学分子生物学*生物学：研究生命、生命本质、生命活动规律的科学，从整体水平、细胞水平、分子水平三个层次上研究生命活动及其规律的一门学科。*分子生物学：从分子水平研究生命现象、生命本质、生命活动规律的一门新兴边缘学科。*医学分子生物学：是分子生物学的一个重要分支，是从分子水平上研究人体在正常和疾病状态下的生命活动及其规律，从分子水平开展人类疾病的预防、诊断和治疗研究的一门科学。*分子生物学重要技术原理：基因工程技术（分子克隆）原理、DNA序列测定、核酸分子杂交、PCR、转基因和基因打靶、DNA芯片技术的基本概念、原理及其在医学领域的应用*分子生物学在临床医学中应用：基因结构异常和调控异常与疾病发生的关系、基因诊断和基因治疗的基本概念及其应用第一章绪论第一节分子生物学和医学分子生物学研究的主要内容*分子生物学的基本含义研究对象1.生物大分子的结构2.生物大分子在遗传信息和细胞信息传递中的作用学科地位是当前生命科学中发展最快的前沿领域，正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域，生命科学的带头学科。分子生物学的主要内容：一、生物大分子的结构与功能及分子间的相互作用：主要研究核酸、蛋白质、酶的结构与功能及蛋白质与蛋白质、核酸与核酸、核酸与蛋白质、核酸与其它生物大分子之间的相互作用。二、基因信息的传递及调控：三、细胞之间的信息传递机制：四、细胞的识别：涉及细胞粘附分子与细胞外基质。五、细胞的增殖与分化：包括癌基因与抑癌基因、肽类生长因子、细胞周期及其调控的分子机理等。六、分子生物学技术：主要包括分子杂交技术、链反应技术、基因工程与蛋白质工程等。医学分子生物学主要内容：一。生物大分子的结构与功能。二。基因组的结构与功能。三。基因的复制、表达、调控。四。细胞通讯与细胞内信号传导。五．基因工程的各种技术体系（克隆、测序、杂交、PCR、转基因、DNA芯片）。六．基因与疾病。七．基因诊断与基因治疗医学分子生物学的概念和性质：一．定义：是从分子水平上研究人体正常和疾病状态下生命活动及其规律的一门科学。二．是分子生物学的重要分支三．是医学领域的带头学科第二节分子生物学的历史回顾孕育阶段1.1871年Miescher核素;2.1900年，Gene3.1910年，Morgan：Gene存在于染色体上4.1944年，Avery证实DNA携带遗传信息。创立阶段1.二十年代，Levene研究了核酸的结构，并提出了四核苷酸假说。2.1953年Watson和CrickDNA双螺旋3.1958年Crick中心法则4.1958年，Meselson和StahlDNA半保留复制。5.1960年发现mRNA，DNApol6.1961年，Jacob和Monod操纵子学说7.1961年，Nirenberg破译第一个遗传密码发展阶段1.1970年，Temin和Baltimore发现逆转录酶。2.阿尔伯(Arber)、史密斯(Smith)和内森斯(Nathans)，发现限制性内切酶,获1978年诺贝尔生理学和医学奖。3.Sanger设计测定DNA分子内核苷酸序列，1980年与伯格(Berg)（重组DNA技术）分享Nobel生理医学奖。4.1989年Altman、Cech发现核酶共享Nobel化学奖.5.PCR技术的建立。6.显微注射术开始转基因动物的研究。7.转基因植物的诞生。8.基因治疗技术。9.人类基因组计划。10.克隆羊的诞分子生物学的研究发展一．不断把本学科的理论和技术引向深入目前分子生物学研究的前沿：基因组研究、基因表达调控研究、结构分子生物学研究、信号传导研究二。不断地与其他学科进行深入的横向联系和交叉融合分子、细胞、整体水平的研究得到和谐统一分子生物学与其他学科的结合分子生物学广泛渗透到医学各学科领域，成为现代医学重要的基础分子生物学与生理学,微生物学,免疫学,病理学,药理学,临床医学的结合分子生物学广泛的渗透到医学各学科领域分子细胞学分子药理学分子免疫学分子病理学分子病毒学分子神经学分子细菌学分子遗传学分子诊断学（基因诊断学）分子治疗学（基因治疗学）分子生物学大大促进了医学的发展医学分子生物学是分子生物学的一个重要分支，它主要研究人体生物大分子和大分子体系的结构、功能，相互作用及其同疾病发生、发展的关系。人体的生长、发育、衰老、死亡等生命现象，人体各种疾病的发生，都是一种或多基因有关，常常涉及到细胞间通讯和细胞内信号转导。因此，医学分子生物学主要研究人体发育、分化和衰老的分子生物学基础，细胞增殖调控的分子基础，人体三大功能调控系统（神经、内分泌、免疫）的分子生物学基础，基因的结构异常或调控异常与疾病发生、发展的关系；同时，应用分子生物学理论和技术体系开展疾病的基因诊断和基因治疗、生物制药以及卫生防疫。第三节分子生物学在医学上的应用一、人体发育调控和人体功能调控的分子生物学基础1、发育、分化与衰老的分子生物学基础2、细胞增殖调控的分子生物学基础3、神经、内分泌和免疫调控的分子生物学基础二、基因与疾病基因结构与功能的改变、基因表达调控异常、病原体的基因结构与功能都与疾病的发生有关对疾病相关基因的研究，不仅从分子水平阐明疾病发生、发展的机制，而且为基因诊断和基因治疗奠定了基础。基因诊断：是应用分子生物学技术，检查人体某些基因结构或表达调控的变化，或者检测病原体基因组在人体内的存在，从而达到诊断疾病和基因治疗奠定了基础基因治疗：是通过特定的分子生物学技术关闭或降低异常表达的基因，或者将正常的外源基因导入体内特定的靶细胞以拟补缺陷基因，或将某种特定基因导入体细胞表达以产生特定的蛋白质因子实现对疾病的治疗作用。总体上分为两个大的方面：一、纠正异常基因（异常表达或缺陷）二、利用特定基因在体内表达特定的蛋白质因子以实现对疾病的治疗作用。三、生物工程与生物制药1、基因工程生产多肽类药物：人胰岛素、人生长激素、干扰素、红细胞生成素、孕激素、白介素1-16、集落刺激因子、免疫球蛋白、B细胞生长因子。酶工程：利用基因工程技术制取酶制剂：如尿激酶、链激酶蛋白质工程：利用基因工程技术改造目的基因的结构，在受体细胞中表达不同结构的蛋白质。微生物工程：利用微生物特定性状产生有用物质，抗生素2、利用转基因动、植物获取多肽类药物四、预防医学1、疫苗研究：利用重组DNA技术和转基因动、植物技术可以改造病原体或有关蛋白成分，研制各种基因工程疫苗，取代传统疫苗。DNA疫苗：也称核酸免疫，直接用编码抗原的基因重组到真核表达载体，直接导入机体内，表达出相应抗原，通过细胞或体液免疫产生抗体，而达到防治疾病的目的。2、环境检测与净化：采用分子杂交或PCR方法检测环境中病原体；通过基因重组的方法制造超级细菌。五、中医药研究中医基础理论中医临床针灸中药第二章核酸的结构与功能核酸是一类重要的生物大分子，是生物遗传的物质基础。脱氧核糖核酸主要存在于细胞核内，是遗传信息的储存和携带者，是遗传的物质基础。核糖核酸主要分布在细胞质中，参与遗传信息表达的各过程。第一节核酸的化学组成核酸----单核苷酸----【核酸（碱基和戊糖）+磷酸】戊糖（ribose）β-D-核糖β-D-2’-脱氧核糖碱基（base）嘧啶pyrimidine嘌呤purine胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）鸟嘌呤（G）腺嘌呤（A）（2-氧-4-氨基嘧）（5-甲基尿嘧啶）(2,4-二氧嘧啶)（2-氨基-6-氧嘌呤）（6-氨基嘌呤）稀有碱基假尿嘧啶核苷次黄嘌呤核苷二氢尿嘧啶核苷甲基鸟嘌呤核苷核苷碱基purine：N9-1|____________核苷键{|戊糖pyrimidine：N1-C18种核苷核苷酸核苷与磷酸缩合生成的磷酸酯。自然界所发现的核苷酸主要为核苷C5’上羟基与磷酸形成的酯键，称为5’核苷酸或一磷酸核苷。核苷酸是核酸的基本组成单位。RNADNAAMP、ADP、ATPdAMP、dADP、dATPGMP、GDP、GTPdGMP、dGDP、dGTPCMP、CDP、CTPdCMP、dCDP、dCTPUMP、UDP、UTPdTMP、dTDP、dTTP二磷酸核苷和三磷酸核苷多为核苷酸有关代谢中间产物或酶活性及代谢的调节物质。三磷酸核苷是参与核酸合成的直接形式，并同时为生理储能和供能的重要形式。第二节DNA的分子结构DNA的碱基组成A、G、C、TA=TA+G=C+TDNA的一级结构（primarystructure)特征：*DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序，即碱基的排列顺序。单核苷酸通过3’,5’-磷酸二酯键连接成大分子——多核苷酸。5’-末端：P3’-末端：OH书写方式1.线条简化式2.文字简化式……pApGpCpT……方向：5’3’……pA-G–C-T…………pAGCT……DNA的二级结构（secondarystructure)特征：两条反向平行的脱氧核苷酸链绕同一中心轴，右手螺旋。磷酸-戊糖骨架位于外侧，两条链上的碱基以A=T、G=C相连，构成碱基平面，位于螺旋内侧。10个碱基对旋转一周，螺距为3.4nm，螺旋直径为2.0nm。大沟（majorgroove），小沟（minorgroove）氢键：维持双螺旋横向稳定碱基堆砌力：维持纵向稳定DNA的三级结构（tertiarytructure）特征：原核生物DNA超螺旋共价封闭环状双螺旋再进一步螺旋。真核生物真核生物的三级结构是该DNA双链盘绕在组蛋白上的负超旋。这种以组蛋白为核心绕以DNA片段的颗粒称为核小体（nucleosome）。完整的核小体由两部分组成，即核小体核心（nucleosomecore），以及连接各核心颗粒之间的区域称连接区（linker）。DNA双螺旋——核小体——串珠状多核小体细丝——螺线管——超螺线管——染色单体DNA的功能生物遗传信息的携带者、生物遗传信息复制的模板和基因转录的模板。基因（gene)是一个功能性遗传单位，是合成一个有功能蛋白或RNA所必需的全部DNA序列。基因组（genome）指细胞或生物体的一套完整单个的遗传物质。一个基因组包括一整套基因。结构基因（structuralgene）编码蛋白质或RNA。第三节RNA的结构和功能RNA的一般特征•主要存在于细胞质中•一般是单链分子•与DNA在碱基组成上的区别是RNA分子中含有的是U，U与T具有相同的结构信息量•RNA核糖分子上C2’-OH是游离的，是一个易发生不良反应的位置，因此RNA不如DNA稳定tRNA(transferRNA)•细胞内分子量最小的一类核酸，约占总RNA的15%•含有10-20%的稀有碱基•细胞内tRNA的种类很多，每一种氨基酸都有其相应的一种或几种tRNA•二级结构为“三叶草”的结构•三级结构呈倒L形•重要的功能是参与转运氨基酸，解译mRNA的密码tRNA“三叶草”形的二级结构功能部位：反密码环:反密码子氨基酸臂：3’-CCA-OH倒L形的三级结构mRNA(messengerRNA)•细胞内含量较少的一类RNA，占总RNA的5%左右，但种类很多。•功能：将核内DNA的碱基顺序（遗传信息）按碱基互补原则抄录并转送到胞质的核糖体上，用以决定蛋白质合成的氨基酸顺序。•三联密码：mRNA分子上每三个核苷酸为一组，决定肽链上的一个氨基酸。真核生物mRNA的特殊结构5’-末端的帽结构：m7G-ppp5’-Np促进核糖体与mRNA的结合加速翻译的起始速度、增强mRNA的稳定性3’-末端的polyA结构:参与mRNA从核内向胞质的转移、增强mRNA的稳定性真核生物mRNA含有内含子，在核内需经过一系列的加工、修饰及剪接等去除内含子，转变为成熟的mRNA，进入胞浆。rRNA(ribosomalRNA)•细胞内含量最多的RNA，约占RNA总量的80%左右。•rRNA不能单独行使功能，必须与蛋白质结合后形成核糖体(ribosome)，作为蛋白质合成的场所。某些低等真核生物的细胞核rRNA的前体在成熟过程中可以自我剪接，称为核酶(ribozyme)。•原核细胞rRNA包括：5SrRNA23SrRNA16SrRNA+蛋白质+蛋白质大亚基小亚基•真核细胞rRNA包括：5Sr