分子生物学导论优秀PPT.ppt
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1、分子生物学导论第1页,本讲稿共65页课程内容细胞与大分子蛋白质结构核酸的性质原核与真核生物的染色体结构DNA复制DNA损伤、修复与重组基因操作第2页,本讲稿共65页克隆载体基因文库与筛选克隆DNA的分析与应用原核生物的转录原核生物的转录调控真核生物的转录真核生物的转录调控第3页,本讲稿共65页RNA加工与核糖核蛋白复合体遗传密码与tRNA蛋白质合成噬菌体与真核生物病毒肿瘤病毒与癌基因第4页,本讲稿共65页第一章第一章 绪绪 论论第一节第一节 分子生物学发展的基础分子生物学发展的基础(一)(一)创世说和进化论创世说和进化论三个与生命现象相关的基本问题三个与生命现象相关的基本问题w生命是怎样起源的
2、?生命是怎样起源的?w为什么为什么“有其父必有其子有其父必有其子”?w动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而来的?动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而来的?n创世说创世说w上帝创造了世间万物,包括人类。上帝创造了世间万物,包括人类。第5页,本讲稿共65页什么是生命?生命如何定义?从生物学角度的定义从物理学角度的定义从生物物理学角度的定义“生命”的完整的、系统的定义第6页,本讲稿共65页从生物学角度“生命”被定义为:由核酸和蛋白质等物质组成的多分子体系,它具有不断自我更新、繁殖后代以及对外界产生反应的能力。第7页,本讲稿共65页从物理学角度的定义:“生命”=“负熵”热力学第二定律指出,任何自发过程
3、总是朝着使体系越来越混乱、越来越无序的方向,即朝着熵增加的方向变化。生命的演化过程总是朝着熵减少的方向进行,一旦负熵的增加趋近于零,生命将趋向终结,走向死亡。第8页,本讲稿共65页从生物物理学角度的定义生命有三要素:物质、能量、信息在生物体的整个运动过程中,贯穿了物质、能量、信息三者的变化、协调和统一。第9页,本讲稿共65页其他说法生理学的定义:生命体是具有进食、代谢、排泄、呼吸、运动、生长、生殖和反应性功能的系统;新陈代谢的定义:生命系统具有界面,与外界经常交换物质、但不改变自其身性质;生物化学的定义:生命系统包含着储藏遗传信息的核酸和调节代谢的酶蛋白;遗传学的定义:生命系统是通过基因复制、
4、突变和自然选择而进化的系统;热力学的定义:生命系统是一个开放系统,它通过能量流动和物质循环而不断增加内部秩序。第10页,本讲稿共65页(二)(二)达尔文学说达尔文学说w1859年达尔文发表了著名的年达尔文发表了著名的物种起源物种起源一一书,提出了进化论学说。其进化论思想的书,提出了进化论学说。其进化论思想的精髓可概括为精髓可概括为“物竞天择,适者生存物竞天择,适者生存”几几个字。他认为世界上的一切生物都是可变个字。他认为世界上的一切生物都是可变的,物种的变异是由于大自然的环境和生的,物种的变异是由于大自然的环境和生物群体的生存竞争造成的。物群体的生存竞争造成的。第11页,本讲稿共65页(三)(
5、三)细胞学说的建立细胞学说的建立十七世纪末十八世纪初,荷兰的十七世纪末十八世纪初,荷兰的Leeuwenhoek制作了世界上第一台显微镜,并观察了诸多生制作了世界上第一台显微镜,并观察了诸多生物样本。物样本。大约与其同时代的大约与其同时代的Hooke第一个提出第一个提出“细胞细胞”一词。一词。第12页,本讲稿共65页十九世纪,德国植物学家十九世纪,德国植物学家Schleiden和动物学家和动物学家Schwann建立了细胞学说。他们认为:所有组织的最建立了细胞学说。他们认为:所有组织的最基本单元是形状非常相似而又高度分化的细胞。细胞的基本单元是形状非常相似而又高度分化的细胞。细胞的发生和形成是生物
6、界普遍和永久的规律。发生和形成是生物界普遍和永久的规律。第13页,本讲稿共65页(四)(四)经典的生物化学和遗传学经典的生物化学和遗传学n进化论和细胞学说的结合,产生了现代生物进化论和细胞学说的结合,产生了现代生物学。而以研究动、植物遗传变异规律为目标学。而以研究动、植物遗传变异规律为目标的遗传学和以分离纯化、鉴定细胞内含物质的遗传学和以分离纯化、鉴定细胞内含物质为目标的生物化学则是这一学科的两大支柱。为目标的生物化学则是这一学科的两大支柱。第14页,本讲稿共65页n经典的生物化学的成就经典的生物化学的成就w十九世纪,人们就已经发现了蛋白质。到十九世纪,人们就已经发现了蛋白质。到二十世纪初,组
7、成蛋白质的二十世纪初,组成蛋白质的2020种氨基酸被种氨基酸被相继发现。相继发现。FisherFisher还论证了连接相邻氨基还论证了连接相邻氨基酸的酸的“肽键肽键”的形成。细胞的其他成分,如的形成。细胞的其他成分,如脂类、糖类和核酸也相继被认识和部分纯化。脂类、糖类和核酸也相继被认识和部分纯化。第15页,本讲稿共65页w1869年年,Misescher首次从莱茵河鲑鱼精首次从莱茵河鲑鱼精子中分离到子中分离到DNA。w1910年,德国科学家年,德国科学家Kossel首先分离得到了首先分离得到了腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸。腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸。第16页,本讲稿共65页n经典遗传学的建立和发展经
8、典遗传学的建立和发展w1865年,年,奥地利科学家孟德尔奥地利科学家孟德尔(Gregor Mendel)发表了发表了植物杂交试验植物杂交试验一书,一书,提出了遗传学的两条基本规律:统一律和提出了遗传学的两条基本规律:统一律和分离律。他认为:生物的每一种性状都是分离律。他认为:生物的每一种性状都是由遗传因子控制的,这些因子可以从亲代由遗传因子控制的,这些因子可以从亲代到子代,代代相传。到子代,代代相传。第17页,本讲稿共65页n1909年,丹麦遗传学家年,丹麦遗传学家W.Johannsen首先使用首先使用“基因基因”一词。一词。第18页,本讲稿共65页二十世纪初,美国遗传学家二十世纪初,美国遗传
9、学家Morgan提出提出了基因学说。他指出:了基因学说。他指出:种质必须由独立种质必须由独立的要素组成,我们把这些要素称为遗传的要素组成,我们把这些要素称为遗传因子,或者简单地称为基因。因子,或者简单地称为基因。第19页,本讲稿共65页nMorgan及其助手发现了及其助手发现了连锁遗传规连锁遗传规律律,并且第一次将代表某一性状的基,并且第一次将代表某一性状的基因,同某一特定的染色体联系起来。因,同某一特定的染色体联系起来。第20页,本讲稿共65页第二节第二节 分子生物学发展简史分子生物学发展简史 分子生物学的定义分子生物学的定义:是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子是研究核酸、蛋白质等所有生物大
10、分子的形态、结构特征及其重要性、规律性的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学。和相互关系的科学。第21页,本讲稿共65页1928年英国科学家年英国科学家Griffith等人发现肺等人发现肺炎链球菌可以引起肺炎,导致小鼠死亡炎链球菌可以引起肺炎,导致小鼠死亡。1944年美国微生物学家年美国微生物学家Avery通过肺炎通过肺炎链球菌对小鼠的感染实验,证明链球菌对小鼠的感染实验,证明DNA是是遗传信息的载体遗传信息的载体。第22页,本讲稿共65页1953年年Watson和和Crick提出提出DNA右手右手双螺旋模型,于双螺旋模型,于1962年和年和Wilkins共享共享诺贝尔生理医学奖。
11、诺贝尔生理医学奖。同年,同年,Sanger首次阐明了胰岛素的一级首次阐明了胰岛素的一级结构,开创了蛋白质序列分析的先河,结构,开创了蛋白质序列分析的先河,他于他于1958年获诺贝尔化学奖年获诺贝尔化学奖。第23页,本讲稿共65页1954年年Crick提出遗传信息传递的中提出遗传信息传递的中心法则。心法则。1958年年,Meselson和和Stahl提出了提出了DNA的半保留复制的半保留复制。第24页,本讲稿共65页1961年,法国科学家年,法国科学家Jacob和和Monod提提出了调节基因表达的操纵元出了调节基因表达的操纵元(operon)模型模型,1965年获得诺贝尔生理医学奖。年获得诺贝尔
12、生理医学奖。他们还首次提出了信使核糖酸他们还首次提出了信使核糖酸(mRNA)的存在及作用的存在及作用。同年,同年,Nirenberg等人应用合成的等人应用合成的mRNA分子分子poly(U)破译出第一批遗传破译出第一批遗传密码。密码。第25页,本讲稿共65页1966年,年,美国科学家美国科学家Nirenberg等人破等人破译了全部的译了全部的DNA遗传密码遗传密码,1969年与年与Holley和和Khorana分享了诺贝尔生理医分享了诺贝尔生理医学奖。学奖。1967年发现了可将年发现了可将DNA连接起来的连接起来的DNA连接酶连接酶。第26页,本讲稿共65页1970年年Smith、Qilcox
13、及及Kelley分离到分离到第一种可以在第一种可以在DNA特定位点将特定位点将DNA分子分子切开的限制性核酸内切酶。同年,美国切开的限制性核酸内切酶。同年,美国的的Temin和和Baltimore发现发现RNA肿瘤病肿瘤病毒中存在逆转录酶,他们于毒中存在逆转录酶,他们于1975年共享年共享诺贝尔生理学奖。诺贝尔生理学奖。第27页,本讲稿共65页1972年年,Berg、Boyer等人第一次成功等人第一次成功地完成了地完成了DNA重组实验重组实验。1974年,首次实现了异源真核生物的基年,首次实现了异源真核生物的基因在大肠杆菌中的表达。因在大肠杆菌中的表达。第28页,本讲稿共65页19751977
14、年,美国人年,美国人Sanger和和Gilbert发明了快速发明了快速DNA序列测定技术序列测定技术,并于并于1977年完成了噬菌体年完成了噬菌体X174基因基因组组(5386bp)的序列测定的序列测定。1980年年Sanger和和Gilbert与与Berg分享了诺贝尔分享了诺贝尔化学奖。化学奖。第29页,本讲稿共65页1982年年Prusiner提出提出“感染性蛋白质颗感染性蛋白质颗粒粒”的存在;次年将这种蛋白颗粒命名的存在;次年将这种蛋白颗粒命名为朊病毒蛋白为朊病毒蛋白(prion protein,PrP)。)。1997年,年,Prusiner因为发现朊病毒而获因为发现朊病毒而获得诺贝尔生
15、理医学奖。得诺贝尔生理医学奖。第30页,本讲稿共65页1984年,德国人年,德国人Kohler、美国人美国人Milstein和丹麦科学家和丹麦科学家Jern由于发由于发展了单克隆抗体技术而分享了诺贝展了单克隆抗体技术而分享了诺贝尔生理医学奖。尔生理医学奖。第31页,本讲稿共65页1986年年,Mullis发明了发明了PCR技术。技术。1993年年Mullis与第一个设计定点与第一个设计定点突变的突变的Smith共享了诺贝尔化学奖。共享了诺贝尔化学奖。第32页,本讲稿共65页1988年年Waston出任出任“人类基因组人类基因组计划计划”首席科学家,举世瞩目的人首席科学家,举世瞩目的人类基因组测
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