分子生物學(xué)講義 朱玉賢

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1、-----------------------Page1-----------------------??????????????????第一講序論1、現(xiàn)代分子生物學(xué)中的主要里程碑分子生物學(xué)是研究核酸、蛋白質(zhì)等所有生物大分子的形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征及其重要性、規(guī)律性和相互關(guān)系的科學(xué)，是人類從分子水平上真正揭開生物世界的奧秘，由被動地適應(yīng)自然界轉(zhuǎn)向主動地改造和重組自然界的基礎(chǔ)學(xué)科。當(dāng)人們意識到同一生物不同世代之間的連續(xù)性是由生物體自身所攜帶的遺傳物質(zhì)所決定的，科學(xué)家為揭示這些遺傳密碼所進(jìn)行的努力就成為人類征服自然的一部分，而以生

2、物大分子為研究對像的分子生物學(xué)就迅速成為現(xiàn)代社會中最具活力的科學(xué)。從1847年Schleiden和Schwann提出"細(xì)胞學(xué)說"，證明動、植物都是由細(xì)胞組成的到今天，雖然不過短短一百多年時間，我們對生物大分子--細(xì)胞的化學(xué)組成卻有了深刻的認(rèn)識。孟德爾的遺傳學(xué)規(guī)律最先使人們對性狀遺傳產(chǎn)生了理性認(rèn)識，而Morgan的基因?qū)W說則進(jìn)一步將"性狀"與"基因"相耦聯(lián)，成為分子遺傳學(xué)的奠基石。Watson和Crick所提出的脫氧核糖酸雙螺旋模型，為充分揭示遺傳信息的傳遞規(guī)律鋪平了道路。在蛋白質(zhì)化學(xué)方面，繼Sumner在1936年證實(shí)

3、酶是蛋白質(zhì)之后，Sanger利用紙電泳及層析技術(shù)于1953年首次闡明胰島素的一級結(jié)構(gòu)，開創(chuàng)了蛋白質(zhì)序列分析的先河。而Kendrew和Perutz利用X射線衍射技術(shù)解析了肌紅蛋白（myoglobin）及血紅蛋白（hemoglobin）的三維結(jié)構(gòu)，論證了這些蛋白質(zhì)在輸送分子氧過程中的特殊作用，成為研究生物大分子空間立體構(gòu)型的先驅(qū)。1910年，德國科學(xué)家Kossel第一個分離了腺嘌呤，胸腺嘧啶和組氨酸。1959年，美國科學(xué)家Uchoa第一次合成了核糖核酸，實(shí)現(xiàn)了將基因內(nèi)的遺傳信息通過RNA翻譯成蛋白質(zhì)的過程。同年，Kornb

4、erg實(shí)現(xiàn)了試管內(nèi)細(xì)菌細(xì)胞中DNA的復(fù)制。1962年，Watson（美）和Crick（英）因?yàn)樵?953年提出DNA的反向平行雙螺旋模型而與Wilkins共獲Noble生理醫(yī)學(xué)獎，后者通過X射線衍射證實(shí)了Watson-Crick模型。1965年，法國科學(xué)家Jacob和Monod提出并證實(shí)了操縱子（operon）作為調(diào)節(jié)細(xì)菌細(xì)胞代謝的分子機(jī)制。此外，他們還首次推測存在一種與DNA序列相互補(bǔ)、能將它所編碼的遺傳信息帶到蛋白質(zhì)合成場所（細(xì)胞質(zhì)）并翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)的mRNA（信使核糖核酸）。1972年，PaulBerg（美）第一

5、次進(jìn)行了DNA重組。1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次進(jìn)行了DNA序列分析。1988年，McClintock由于在50年代提出并發(fā)現(xiàn)了可移動遺傳因子（jumpinggene或稱mobileelement）而獲得Nobel獎。1993年，美國科學(xué)家Roberts和Sharp因發(fā)現(xiàn)斷裂基因（introns）而獲得Nobel獎。Mullis由于發(fā)明PCR儀而與加拿大學(xué)者Smith（第一個設(shè)計基因定點(diǎn)突變）共享Nobel化學(xué)獎。此外，Griffith（1928）及Avery（1944）等人關(guān)于致病力強(qiáng)的光滑型

6、（S型）肺炎鏈球菌DNA導(dǎo)致致病力弱的粗糙型（R型）細(xì)菌發(fā)生遺傳轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)；Hershey和Chase（1952）關(guān)于DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)；Crick于1954年所提出的遺傳信息傳遞規(guī)律（即中心法則）:Meselson和Stahl（1958）關(guān)于DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)以及Yanofsky和Brener（1961）年關(guān)于遺傳密碼三聯(lián)子的設(shè)想都為分子生物學(xué)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。我國生物科學(xué)家吳憲20世紀(jì)20年代初回國后在協(xié)和醫(yī)科大學(xué)生化系與汪猷、張昌穎等人一道完成了蛋白質(zhì)變性理論、血液生化檢測和免疫化學(xué)等一系列有重大影響

7、的研究，成為我國生物化學(xué)界的先驅(qū)。20世紀(jì)60年代、70年代和80年代，我國科學(xué)家相繼實(shí)現(xiàn)了人工全合成有生物學(xué)活性的結(jié)晶牛胰島素，解出了三方二鋅豬胰島素的晶體結(jié)構(gòu)，采用有機(jī)合成與酶促相結(jié)合的方法完成了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸的人工全合成，在酶學(xué)研究、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及生物膜結(jié)構(gòu)與功能等方面都有世所矚目的建樹。三、分子生物學(xué)的主要研究內(nèi)容所有生物體中的有機(jī)大分子都是以碳原子為核心，并以共價鍵的形式與氫、氧、氮及磷以不同方式構(gòu)成的。不僅如此，一切生物體中的各類有機(jī)大分子都是由完全相同的單體，如蛋白質(zhì)分子中的20種氨基酸、DNA及R

8、NA中的8種堿基所組合而成的，由此產(chǎn)生了分子生物學(xué)的3條基本原理：1．構(gòu)成生物體有機(jī)大分子的單體在不同生物中都是相同的；2．生物體內(nèi)一切有機(jī)大分子的建成都遵循著各自特定的規(guī)則；????????????3．某一特定生物體所擁有的核酸及蛋白質(zhì)分子決定了它的屬性。分子生物學(xué)研究內(nèi)容:DNA重組技術(shù)------基因工程基因表達(dá)調(diào)控----