第1章 分子生物学发展简史.docx
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第1章分子生物学发展简史
分子生物学
授课专业:
生物技术、生物科学
玉林师范学院生命科学与技术学院
王小敏(***************)
2013.9
•授课对象:
生物技术、生物科学
•授课学时:
42学时
•教学办法:
•1.教师主讲•2.学生参与
•考核形式:
考试80%+平时20%
Reference
•1.分子克隆实验指南
•2.精编分子生物学实验指南
•3.PCR技术实验指南
•4.分子生物学实验基础
•5.现代分子生物学实验技术
•6.分子生物学实验技术
•7.分子生物学基础技术
•生物技术各网站论坛:
小木虫、生物谷、螺旋
网、丁香园等
第一章分子生物学发展简史
1.1分子生物学的起源
分子生物学侧重于从分子水平研究遗传信息的传
递、表达和调控,是在遗传学和生物化学基础上发
展起来的学科。
分子生物学起源可以追溯到经典遗传学或称传递
遗传学。
传递遗传学侧重于研究遗传性状从亲本向
子代传递的规律。
1.1.1传递遗传学(transmissiongenetics)
1858~1865年间,孟德尔研究了植物遗传现象,发
现了分离定律和自由组合定律。
提出了遗传因子(后
改称基因)的概念。
孟德尔是经典遗传学或传递遗传
学的奠基人。
1910年,摩尔根利用果蝇进行试验,发现了连锁遗传规律,证实了染色体遗传学说,首次将遗传因子定位于染色体上。
细胞学说、进化论和遗传学三定律是现代生物学
的三大基石。
孟德尔GregorMendel
(1822-1884),奥地利科
学家,经典遗传学的
奠基人
1857-1864的7年中,进行了豌豆的杂交研究,1865年
发表了他的划时代的论文《植物杂交试验》在论文中提
出了“遗传因子”的概念,并得出了三条规律:
●显性规律(TheLawofDominance)
●分离规律(TheLawofSegregation)
●自由组合规律(TheLawofIndependentAssortment)
1.1.2分子遗传学(moleculargenetics)
1869年,Miescher分离出核酸。
1944年,Avery通过肺炎球菌转化试验证明DNA是遗传物质。
1952年,Hershey和Chase利用噬菌体感染细菌实验证明了
Avery的结论。
1953年,Waston和Crick提出了DNA的双螺旋结构模型,推
动了分子生物学的形成,使生命科学全面进入分子水平研究
的时代,是分子生物学发展史上的里程碑。
1910年,Morgan的染色体—基因遗传理论,基因存在于
染色体上。
进一步将“性状”与“基因”相耦联,成为现
代遗传学的奠基石。
基因学说、连锁遗传规律
WatsonandCrick提
出的DNA双螺旋模型
(doublehelix)
1938年洛克菲勒基金会主席WarrenWeaver在年终报告
里提到“渐渐地又产生了一门科学——分子生物学
(MolecularBiology),这是揭开许多生命细胞基本单元奥秘
的开端……”。
1938年Astburu,W.T.和Bell,F.D.首次发表脱氧核糖核酸的
X光衍射研究。
Astburu,W.T.和Bell,F.D.认为是他们于1950年在Harvey演
讲时首先提出分子生物学这个术语。
Erwinchargaff:
“没有执照的生物化学实践”
Crick:
强调学科交叉:
“我……不得不称自己是分子生物学
家。
因为当别人问我是做什么工作时,我不想一次次的解释我
是结晶学家、生物物理学家、生物学家、遗传学家……的混合
物。
”
Monod:
“分子生物学家的新意是认识到生物体的基本性质
可以用大分子的结构来解释。
”
生化、遗传、分子生物学和生物物理学的界限变得越来越不明
显。
学科关系
分
分子
生物学
子
遗
传
学
遗传学
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
临床医学
分子
生物学
1.2分子生物学的发展
1953Watson&CrickDNADoubleHelixModel
及随后Crick提出的CentralDogma中心法则
基因的自我复制能力
解释了基因的两个基本属性
基因控制性状表达的能力
从此核酸的分子生物学得到了迅猛的发展
McClintockB.50年代初发
现称转座元件。
1983年获得诺贝尔奖。
1958年,Meselson和Stahl证明DNA半
保留复制。
半保留复制是遗传消息能准确传代的保
证。
是物质稳性的分子基础。
Stahl
Meselson
1961年,法国科学家Jacob和Monod提出操纵子学说
1965Jacob&Monod(法国)
此外,1953年,
Zamecnik发现蛋白质的
合成场所是核糖体
FrancisJacobJacquesMonod
提出并证实了Operon作为调节细菌细胞代谢的分子机
制,首次提出mRNA分子的存在。
1962Kendrew&Perutz(英国)
JohnC.KendrewMaxF.Perutz
测定了肌红蛋白及血红蛋白的高级结构(三级)
成为研究生物大分子结构的先驱
1968Nirenberg,Holly&Khorana
康奈尔大学
国立卫生研究院威斯康星大学
MarshallW.
Nirenberg
RobertW.
Holley
HarGobind
Khorana
酵母phetRNA的核
破译了遗传密码
苷酸序列并证明了
所有tRNA三级结构
的相似性
第一个合成了核酸
分子,并人工复制
了酵母基因
1970年,Temin和Baltimore在RNA肿瘤病毒中发现
逆转录酶。
TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1978
"forthediscoveryofrestrictionenzymesandtheirapplicationto
problemsofmoleculargenetics"
WernerArberDanielNathansHamiltonO.Smith
Biozentrumder
Universität
Switzerland
1929-
JohnsHopkins
UniversitySchoolof
Medicine
JohnsHopkins
UniversitySchoolof
Medicine
Baltimore,USA
Baltimore,USA
1928-19991931-
Frederick
Sanger
酶法核苷酸测
序的设计者
WalterGilbertPaulBerg
化学测序法的设计者DNA重组,在细菌
中表达胰岛素
DNA重组技术的元老
Prusiner
图1-1患有库鲁病的小孩
分子生物学的概念
分子生物学概念
广义的分子生物学狭义的分子生物学
核酸蛋白质核酸
广义的分子生物学:
蛋白质及核酸等生物大分子结构
和功能的研究都属于分子生物学的范畴,即从分子水平阐
明生命现象和生物学规律。
狭义的分子生物学:
偏重于核酸(基因)的分子生物学,
主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调控等过程,
也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。
WhatisMolecularBiology?
Molecularbiologyseekstoexplaintherelationships
betweenthestructureandfunctionofbiologicalmolecules
andhowtheserelationshipscontributetotheoperationand
controlofbiochemicalprocesses.
---Turneretal.
Molecularbiologyisthestudyofgenesand
theiractivitiesatthemolecularlevel,including
transcription,translation,DNAreplication,
recombinationandtranslocation.
---RobertWeaver
现代分子生物学---朱玉贤、李毅
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。
分子生物学的主要研究内容
所有生物体中的有机大分子都是以碳原子为核心,并以共
价键的形式与氢、氧、氮及磷以不同方式构成的。
不仅如此,
一切生物体中的各类有机大分子都是由完全相同的单体,如蛋白质分子中的20种氨基酸、DNA及RNA中的8种碱基所组合
而成的,由此产生了分子生物学的3条基本原理:
构成生物体有机大分子的单体在不同生物中都是相同的;
生物体内一切有机大分子的建成都遵循着各自特定的规则;
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。
★构成生物大分子的单体是相同的
共同的核酸语言共同的蛋白质语言
★生物遗传信息的表达的中心法则相同
DNA
RNApolypeptidesproteincharacter
★生物大分子单体的排列(核苷酸,氨基酸)个性
高级结构生物大分子之间的互作
分子生物学研究的三大领域
*基因的分子生物学:
基因的概念、结构、复制、表
(狭义的分子生物学)
达、重组、交换
*结构生物学:
生物大分子的结构与功能
DNA-蛋白质
激素和受体生物大分子之间的互作
酶和底物
*生物技术理论与应用
基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程
分子生物学的延伸
分子生物学
分子结构生物学分子细胞生物学分子遗传学
分子发育生物学分子免疫学分子数量遗传学
分子神经生物学分子病毒学分子生态学
分子育种学分子生理学分子进化学
分子肿瘤学分子考古学…………….
分子生物学已经渗透到生物学的几乎所有领域
分子生物学已经成为生命科学领域的带头学科
现代生物学的发展
数、理、化相关学科渗透交叉生物学实验技术
生物学
个性共性
近代生物学
微观生物学宏观生物学
(分子生物学为核心)(生态学为核心)
细胞水平分子水平
生物多样性
研究
资源保护与
利用
结构生物学,发育生物学,
神经生物学等新兴学科发展
工农业生产可持续发展
人类生态环境的保护
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