南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院分分分分 子子子子 生生生生 物物物物 学学学学v所用教材及参考资料：所用教材及参考资料：n教材：现代分子生物学（第三版）n朱玉贤、李毅主编n高等教育出版社n参考资料：n基因VIII（引用图片）nGoogle & 百度（引用图片）2024/8/302南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院目目 录录v第一章第一章 绪论绪论v第二章第二章 染色体与染色体与DNAv第三章第三章 生物信息的传递（上）生物信息的传递（上）从从DNA到到RNAv第四章第四章 生物信息的传递（下）生物信息的传递（下）从从mRNA到蛋白质到蛋白质v第五章第五章 分子生物学研究方法（上）分子生物学研究方法（上）生物大分子操作技生物大分子操作技术术v第六章第六章 分子生物学研究方法（上）分子生物学研究方法（上）基因功能研究技术基因功能研究技术v第七章第七章 基因的表达与调控（上）基因的表达与调控（上）原核基因表达调控模原核基因表达调控模式式v第八章第八章 基因的表达与调控（下）基因的表达与调控（下）真核基因表达调控模真核基因表达调控模式式v第九章第九章 基因组与比较基因组学基因组与比较基因组学2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院32024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院4第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论引言引言分子生物学简史分子生物学简史分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容分子生物学展望分子生物学展望1234v创世说与进化论创世说与进化论n1859年，达尔文发表物种起源确立进化论的概念。v细胞学说细胞学说n17世纪末叶，Leeuwenhoek与Hooke的放大镜和细胞。n1847年，Schleiden和Schwann提出细胞学说。v经典的生物化学与遗传学经典的生物化学与遗传学n孟德尔遗传学nMorgan在孟德尔遗传学的基础上提出基因学说。2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院5第一节第一节第一节第一节 引引引引 言言言言vDNA的发现的发现nAvery的肺炎双球菌转化实验nHershey和Chase的噬菌体侵染细菌试验2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院6第一节第一节第一节第一节 引引引引 言言言言第一节第一节第一节第一节 引引引引 言言言言v分子生物学的概念分子生物学的概念n分子生物学是研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能，并从分子水平上阐明蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸之间的互作及其基因表达调控机理的学科。n广义上，分子生物学包括对蛋白质和核酸等生物大分子结构与功能的研究，以及从分子水平上阐明生命现象和生物规律，但目前主要研究基因的结构与功能、复制、转录、表达和调控，确切地应称为分子遗传学。2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院7第一节第一节第一节第一节 引引引引 言言言言2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院8生物大分子胰岛素蛋白酶蜘蛛毒素光合作用受体金属硫蛋白DNAtRNA16S rRNAmRNA第一节第一节第一节第一节 引引引引 言言言言2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院9v分子生物学的基本原理分子生物学的基本原理：v构成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。生物体各类有机大分子的单体在不同生物中都是相同的。v生物体内一切有机大分子的建成都遵循一定的规则。生物体内一切有机大分子的建成都遵循一定的规则。v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。v分子生物学与生物化学之间的关系分子生物学与生物化学之间的关系v分子生物学与生物化学之间的关系密不可分。分子生物学与生物化学之间的关系密不可分。v分子生物学从分子水平研究生命现象，生物化学研究从分子水分子生物学从分子水平研究生命现象，生物化学研究从分子水平研究生命现象的本质。平研究生命现象的本质。第二节第二节第二节第二节 分子生物学简史分子生物学简史分子生物学简史分子生物学简史v1944年，Avery 证明DNA是遗传物质。v1950年，Chargaff 提出Chargaff定则。v1953年，Watson & Crick 成功解析了DNA分子二级结构。v1961年，Jacob & Monod 提出了调节基因表达的操纵子模型。v1970年，Smith & Wilcox 分离到第一种限制性核酸内切酶。v19721973年，Boyer & Berg 发展了重组DNA技术，并完成了第一个细菌基因的克隆，开创基因工程的新纪元。v1975年，Southern 发明了DNA片段的印迹法。v1981年，Cech 发现了ribozyme。v1982年，Prusiner 发现了朊病毒prion。v1985年，Karry Mullis 发明了PCR反应。v1988年，人类基因组计划启动。v1998年，克隆羊多利诞生，同年GenBank 公布了最新的人类基因图谱。2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院102024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院11vNature 171, 737-734 (1953) (C) Macmillan Publishers Ltd. vMolecular structure of Nucleic AcidsvWATSON, J. D. & CRICK, F. H. C.vMedical Research Council Unit for the Study of Molecular Structure of Biological Systems, Cavendish Laboratory, Cambridge. A Structure for Deoxyribose Nucleic AcidWe wish to suggest a structure for the salt of deoxyribose nucleic acid (D.N.A.). This structure has novel features which are of considerable biological interest. Figure 1This figure is purely diagrammatic. The two ribbons symbolize the two phophate-sugar chains, and the horizonal rods the pairs of bases holding the chains together. The vertical line marks the fibre axis.2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院12Initial sequencing and analysis of the human genomeNature 409, 860 - 921 (2001), 15 February 2001 International Human Genome Sequencing Consortium“Whats Human Genome Project?”“One base One dollar!” - by a taxi driver (and a tax payer)2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院13humanArabidopsisThermotoga maritimaEscherichia coliBuchnerasp. APSRickettsia prowazekiiUreaplasma urealyticumBacillus subtilisDrosophila melanogasterThermoplasma acidophilumPlasmodium falciparumHelicobacter pylori mouseCaenorhabitis elegansratBorrelia burgorferiBorrelia burgorferiAquifex aeolicusNeisseria meningitidis Z2491Mycobacterium tuberculosis 全基因组已经测序的一些生物全基因组已经测序的一些生物第三节第三节第三节第三节 分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容v分子生物学的研究内容：分子生物学的研究内容：nDNA重组技术n基因表达调控研究n结构分子生物学n基因组、功能基因组与生物信息学研究2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院14第三节第三节第三节第三节 分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容vDNA重组技术重组技术n这是20世纪70年代初兴起的技术科学，目的是将不同DNA片段（如某个基因或基因的一部分）按照人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。nDNA重组技术可用于定向改造某些生物基因组结构，使它们所具备的特殊经济价值或功能得以成百 上千倍的地提高。nDNA重组技术还被用来进行基础研究。无论是对启动子的研究（包括调控元件或称顺式作用元件），还是对转录因子的克隆及分析，都离不开重组DNA技术的应用。2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院15第三节第三节第三节第三节 分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容v基因表达调控研究基因表达调控研究n基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。在个体生长发育过程中生物遗传信息的表达按一定时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）。n原核生物的基因组和染色体结构都比较简单，转录和翻译在同一时间和空间内发生，基因表达的调控主要发生在转录水平。n真核生物转录和翻译过程在时间和空间上都被分隔开，且在转录和翻译后都有复杂的信息加工过程，其基因表达的调控可以发生在各种不同的水平上。其基因表达调控主要表现在信号传导研究、转录因子研究及RNA剪辑3个方面。2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院16v结构分子生物学结构分子生物学n一个生物大分子，无论是核酸、蛋白质或多糖，在发挥生物学功能时，必须具备两个前提：n拥有特定的空间结构（三维结构）；拥有特定的空间结构（三维结构）；n发挥生物学功能的过程中必定存在着结构和构象的变化。发挥生物学功能的过程中必定存在着结构和构象的变化。n结构分子生物学就是研究生物大分子特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。它包括3个主要研究方向：n结构的测定结构的测定n结构运动变化规律的探索结构运动变化规律的探索n结构与功能相互关系结构与功能相互关系2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院17第三节第三节第三节第三节 分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容v基因组、功能基因组与生物信息学研究基因组、功能基因组与生物信息学研究n2001年，Nature和Science同时发表人类基因组全序列。n功能基因组学又往往被称为后基因组学，它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质得研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。n生物信息学从事对基因组研究相关生物信息的获取、加工、储存、分配、分析和解释。包括了两层含义，一是对海量数据的收集、整理与服务，也就是管好这些数据；另一个是从中发现新的规律，也就是用好这些数据。2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院18第三节第三节第三节第三节 分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院19第三节第三节第三节第三节 分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容分子生物学的研究内容v分分子子生生物物学学的的发发展展揭揭示示了了生生命命本本质质的的高高度度有有序序性性和和一一致致性性，是是人人类类认认识识论论上上的的重重大大飞飞跃跃。生生命命活活动动的的一一致致性性，决决定定了了二二十十一一世世纪纪的的生生物物学学将将是是真真正正的的系系统统生生物物学学，是是生生物物学学范范围围内内所所有有学学科在分子水平上的统一。科在分子水平上的统一。v以以基基因因组组学学、转转录录组组学学、蛋蛋白白质质组组学学以以及及代代谢谢组组学学等等不不同同层层次次“组组学学”的的最最新新成成果果为为基基础础的的系系统统生生物物学学，是是研研究究一一个个生生物物系系统统中中所所有有组组成成成成分分（基基因因、mRNA、蛋蛋白白质质等等）的的变变化化规规律律以以及在特定遗传或环境条件下相互关系的学科。及在特定遗传或环境条件下相互关系的学科。v分分子子生生物物学学是是目目前前自自然然学学科科中中进进展展最最迅迅速速、最最具具活活力力和和生生气气的的领域，也是新世纪的带头学科。领域，也是新世纪的带头学科。2024/8/30南京农业大学南京农业大学 生命科学学院生命科学学院20第四节第四节第四节第四节 分子生物学展望分子生物学展望分子生物学展望分子生物学展望