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1、1緒論一、分子生物學的基本含義二、分子生物學研究內(nèi)容三、分子生物學發(fā)展簡史四、分子生物學與其他學科的關(guān)系MolecularbiologyisthestudyofgenestheiractivitiesatthemolecularlevelincludingtraniontranslationDNAreplicationrecombinationtranslocation.RobertWeaver分子生物學是研究核酸等生物大分子的功能、形

2、態(tài)結(jié)構(gòu)特征及其重要性的科學，是人類從分子水平上真正揭示生物世界的奧秘，由被動地適應自然界轉(zhuǎn)向主動地改造和重組自然界的基礎學科。朱玉賢《現(xiàn)代分子生物學》分子生物學是一門在分子水平上研究核酸及蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能的學科，主要研究基因或DNA的復制、轉(zhuǎn)錄、表達和調(diào)節(jié)等過程。閻隆飛《分子生物學》緒論一、分子生物學的基本含義二、分子生物學研究內(nèi)容三、分子生物學發(fā)展簡史四、分子生物學與其他學科的關(guān)系二、分子生物學研究內(nèi)容核酸的分子生物學蛋

3、白質(zhì)的分子生物學細胞信號轉(zhuǎn)導的分子生物學核酸的分子生物學核酸的主要作用是攜帶和傳遞遺傳信息。由于上世紀50年代以來的迅速發(fā)展，是目前分子生物學內(nèi)容最豐富的一個領域。其理論體系的核心。蛋白質(zhì)的分子生物學蛋白質(zhì)的分子生物學研究執(zhí)行各種生命功能的主要大分子──蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能。盡管人類對蛋白質(zhì)的研究比對核酸研究的歷史要長得多，但由于其研究難度較大，與核酸分子生物學相比發(fā)展較慢。細胞信號轉(zhuǎn)導的分子生物學信號轉(zhuǎn)導的研究目標是闡明這些變化的分子機

4、理，明確每一種信號轉(zhuǎn)導與傳遞的途徑及參與該途徑的所有分子的作用和調(diào)節(jié)方式以及認識各種途徑間的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。信號轉(zhuǎn)導機理的研究在理論和技術(shù)方面與上述核酸及蛋白質(zhì)分子有著緊密的聯(lián)系，是當前分子生物學發(fā)展最迅速的領域之一。細胞將信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗械纳锘瘜W變化，例如蛋白質(zhì)構(gòu)象的轉(zhuǎn)變、蛋白質(zhì)分子的磷酸化以及蛋白與蛋白相互作用的變化等，從而使其增殖、分化及分泌狀態(tài)等發(fā)生改變以適應內(nèi)外環(huán)境的需要。緒論一、分子生物學的基本含義二、分子生物學研究內(nèi)容三、

5、分子生物學發(fā)展簡史四、分子生物學與其他學科的關(guān)系分子生物學發(fā)展大致可分為三個階段第一階段：準備和醞釀階段第二階段：現(xiàn)代分子生物學的建立和發(fā)展階段第三階段：初步認識生命本質(zhì)并開始改造生命的深入發(fā)展階段第一階段：準備和醞釀階段時間:19世紀后期到20世紀50年代初。重大突破：確定了生物遺傳的物質(zhì)基礎是DNA確定了蛋白質(zhì)是生命的主要基礎物質(zhì)首先用實驗證明基因就是DNA分子的是著名的微生物學家Avery。1、確定了生物遺傳的物質(zhì)基礎是DNA還有

6、就是Hersheychase用32P和35S標記的噬菌體轉(zhuǎn)化實驗那么，DNA到底是什么樣的呢？Avery在1944年的報告中這樣寫道：當溶液中酒精的體積達到910時，有纖維狀物質(zhì)析出；如稍加攪動，這種物質(zhì)便會像棉線繞在線軸上一樣繞在硬棒上，溶液中的其他成分則以顆粒狀沉淀留在下面。溶解纖維狀物質(zhì)并重復沉淀數(shù)次，可提高其純度。這一物質(zhì)具有很強的生物學活性，初步實驗證實它很可能就是DNA（誰能想到?。NA分子的物理化學研究導致了現(xiàn)代生物

7、學翻天覆地的革命，這更是Avery所沒有想到的！2、蛋白質(zhì)是生命的主要基礎物質(zhì)第二階段：現(xiàn)代分子生物學的建立和發(fā)展階段時間:從50年代初到70年代初。重大標記:1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)的最深刻意義在于：確立了核酸作為信息分子的結(jié)構(gòu)基礎；提出了堿基配對是核酸復制、遺傳信息傳遞的基本方式；從而最后確定了核酸是遺傳的物質(zhì)基礎，為認識核酸與蛋白質(zhì)的關(guān)系及其在生命中的作用打下了最重要的基礎。Wa

8、tson美國印第安納州立大學（生物學）Crick英國劍橋大學卡迪文實驗室（物理學）DNARNAprotein遺傳信息傳遞中心法則的建立對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的進一步認識第三階段：初步認識生命本質(zhì)并開始改造生命的深入發(fā)展階段時間：20世紀70年代以后。重大標記：基因工程技術(shù)的出現(xiàn)其間的重大成就包括重組DNA技術(shù)的建立和發(fā)展基因組研究的發(fā)展單克隆抗體及基因工程抗體的建立和發(fā)展基因表達調(diào)控機理細胞信號轉(zhuǎn)導機理研究成為新的前沿領域1、重組DNA技術(shù)

9、的建立和發(fā)展分子生物學理論和技術(shù)發(fā)展的積累使得基因工程技術(shù)的出現(xiàn)成為必然。19671970年R.Yuan和H.O.Smith等發(fā)現(xiàn)的限制性核酸內(nèi)切酶為基因工程提供了有力的工具；1972年Berg等將SV40病毒DNA與噬菌體P22DNA在體外重組成功，轉(zhuǎn)化大腸桿菌，使本來在真核細胞中合成的蛋白質(zhì)能在細菌中合成打破了種屬界限；1977年Boyer等首先將人工合成的生長激素釋放抑制因子14肽的基因重組入質(zhì)粒，成功地在大腸桿菌中合成得到這14

10、肽；1978年Itakura（板倉）等使人生長激素191肽在大腸桿菌中表達成功；1979年美國基因技術(shù)公司用人工合成的人胰島素基因重組轉(zhuǎn)入大腸桿菌中合成人胰島素。轉(zhuǎn)基因動植物和基因剔除動植物的成功是基因工程技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。在轉(zhuǎn)基因植物方面。基因診斷與基因治療是基因工程在醫(yī)學領域發(fā)展的一個重要方面。2、基因組研究的發(fā)展目前分子生物學已經(jīng)從研究單個基因發(fā)展到研究生物整個基因組的結(jié)構(gòu)與功能。1977年Sanger測定了ΦX174DNA全部53

11、75個核苷酸的序列；1978年Fiers等測出SV40DNA全部5224對堿基序列；80年代λ噬菌體DNA全部48502堿基對的序列全部測出；1996年底測出了大腸桿菌基因組DNA的全序列長4x106堿基對。1990年人類基因組計劃（HumanGenomeProject，HGP）開始實施，計劃在2005年時測定出人基因組全部DNA3x109堿基對的序列、確定人類約510萬個基因的一級結(jié)構(gòu)，實際在2003年4月就已提前兩年完成。3、單克隆

12、抗體及基因工程抗體的建立和發(fā)展1975年Kohler和Milstein首次用B淋巴細胞雜交瘤技術(shù)制備出單克隆抗體以來，人們利用這一細胞工程技術(shù)研制出多種單克隆抗體，為許多疾病的診斷和治療提供了有效的手段。80年代以后隨著基因工程抗體技術(shù)而相繼出現(xiàn)的單域抗體、單鏈抗體、嵌合抗體、重構(gòu)抗體、雙功能抗體等為廣泛和有效的應用單克隆抗體提供了廣闊的前景。4、基因表達調(diào)控機理分子遺傳學基本理論建立者Jacob和Monod最早提出的操縱元學說打開了人

13、類認識基因表達調(diào)控的窗口，在分子遺傳學基本理論建立的60年代，人們主要認識了原核生物基因表達調(diào)控的一些規(guī)律，70年代以后才逐漸認識了真核基因組結(jié)構(gòu)和調(diào)控的復雜性。1977年最先發(fā)現(xiàn)猴SV40病毒和腺病毒中編碼蛋白質(zhì)的基因序列是不連續(xù)的，這種基因內(nèi)部的間隔區(qū)（內(nèi)含子）在真核基因組中是普遍存在的，揭開了認識真核基因組結(jié)構(gòu)和調(diào)控的序幕。1981年Cech等發(fā)現(xiàn)四膜蟲rRNA的自我剪接，從而發(fā)現(xiàn)核酶（ribozyme）。8090年代，使人們逐步

14、認識到真核基因的順式調(diào)控元件與反式轉(zhuǎn)錄因子、核酸與蛋白質(zhì)間的分子識別與相互作用是基因表達調(diào)控根本所在。5、細胞信號轉(zhuǎn)導研究成為熱點細胞信號轉(zhuǎn)導機理的研究可以追述至50年代。Sutherl1957年發(fā)現(xiàn)cAMP、1965年提出第二信使學說，是人們認識受體介導的細胞信號轉(zhuǎn)導的第一個里程碑。1977年Ross等用重組實驗證實G蛋白的存在和功能，將G蛋白與腺苷環(huán)化酶的作用相聯(lián)系起來，深化了對G蛋白偶聯(lián)信號轉(zhuǎn)導途徑3美國科學家理查德阿克塞爾（左）

15、和琳達巴克（右），共同發(fā)現(xiàn)了人體“氣味感受器”的大型基因家族，其結(jié)果在氣味受體和嗅覺系統(tǒng)組織方式研究中作出的貢獻。2005年諾貝爾生理學與醫(yī)學獎澳大利亞科學家巴里馬歇爾與羅賓沃倫，在發(fā)現(xiàn)了幽門螺桿菌及其導致胃炎、胃潰瘍與十二指腸潰瘍等疾病的機理20多年后，分享了2005年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。2006年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎RNA(核糖核酸)干擾機制。RNA干擾機制的發(fā)現(xiàn)使得科學家可以對侵入細胞的病毒RNA進行控制。RNA干擾機制將來有望

16、應用于臨床醫(yī)學和農(nóng)業(yè)等眾多領域，用來開發(fā)針對病毒感染、心血管疾病和癌癥等的新療法。近來有動物研究結(jié)果顯示，可利用RNA干擾機制使高血脂基因“沉默”。安德魯法爾克雷格梅洛牽牛花變色和線蟲反義RNA封閉實驗引出了RNA干擾技術(shù)反義RNA是指能與mRNA互補配對的RNA分子，是相對DNA而言的2006年諾貝爾化學獎2006年諾貝爾化學獎授予了美國科學家羅杰科恩伯格，以獎勵他在“真核轉(zhuǎn)錄的分子基礎”研究領域作出的貢獻。他是第一個成功地將脫氧核糖

17、核酸(DNA)的復制過程捕捉下來的科學家?？贫鞑窠淌诘母赣H阿瑟科恩伯格是1959年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者，其父獲獎的課題是有關(guān)基因信息如何進行轉(zhuǎn)導的。（DNA聚合酶Ⅰ）2007年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎奧利弗史密斯美籍英國人馬里奧卡佩基美籍意大利人馬丁埃文斯英國人“在涉及胚胎干細胞和哺乳動物DNA重組方面的一系列突破性發(fā)現(xiàn)”而獲獎。這些發(fā)現(xiàn)導致了一種通常被人們稱為“基因打靶”的強大技術(shù)。所謂“基因靶向”技術(shù)是指利用細胞脫氧核糖核酸(D

18、NA)可與外源性DNA同源序列發(fā)生同源重組的性質(zhì)，定向改造生物某一基因的技術(shù)。借助這一從上世紀80年代發(fā)展起來的技術(shù)，人們得以按照預先設計的方式對生物遺傳信息進行精細改造。2008年諾貝爾生理學與醫(yī)學獎弗朗索瓦絲巴爾西諾西呂克蒙塔尼哈拉爾德楚爾豪森法國人法國人德國人發(fā)現(xiàn)導致宮頸癌的人乳頭狀瘤病毒（HPV）從艾滋病早期病人淋巴和艾滋病晚期病人血液中分離出人類免疫缺陷病毒（HIV）2008年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，獎給了發(fā)現(xiàn)導致宮頸癌的人乳

19、頭狀瘤病毒（HPV）的德國人哈拉爾德楚爾豪森以及發(fā)現(xiàn)艾滋病病毒的法國人弗朗索瓦絲巴爾－西諾西和呂克蒙塔尼。評審委員會在一份公報中說，巴爾－西諾西和蒙塔尼的研究成果讓研究人員能觀察艾滋病病毒如何復制，以及如何與受感染者的體細胞相互作用。這又進一步讓研究人員開發(fā)出驗血等確診受艾滋病病毒感染者的辦法，延緩了這種病毒的傳播。此外，他們的研究成果也幫助了抗艾滋病藥物研究。楚爾豪森的成就是發(fā)現(xiàn)了人乳頭狀瘤病毒（HPV），這種病毒是導致女性第二常見癌

20、癥———宮頸癌的罪魁禍首。豪森于1976年提出猜測，HPV可能導致宮頸癌。他此后發(fā)現(xiàn)，某些類型的HPV就是宮頸癌的病原體，這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)出宮頸癌疫苗打下了基礎。HIV發(fā)現(xiàn)者之爭一拖數(shù)年美法科學家均稱獨立發(fā)現(xiàn)HIV病毒；里根和希拉克為此簽協(xié)定諾貝爾生理學或醫(yī)學獎往往會授予作出突破性貢獻的科學家。無論以何種標準來看，發(fā)現(xiàn)艾滋病病毒都是足以獲獎的突破性貢獻，為何時至今日發(fā)現(xiàn)者才摘得諾貝爾獎？這涉及科學界一樁公案。1983年，法國巴斯德研究所的

21、蒙塔尼教授從一名患者的病變淋巴結(jié)組織中提取了一種病毒(即艾滋病病毒)，并將其稱為“淋巴腺病相關(guān)病毒”(簡稱LAV)。為得到世界病毒學界權(quán)威的認可，蒙塔尼把病毒樣本送與美國國立衛(wèi)生研究所（NIH）的羅伯特蓋洛，請他幫助鑒定和審閱。一年后，蓋洛在《科學》雜志上發(fā)表文章，宣布從艾滋病人淋巴細胞中鑒定出了一種病毒，命名為“人類T淋巴細胞Ⅲ型病毒”（簡稱HTLVⅢ)。經(jīng)過對比之后，蒙塔尼發(fā)現(xiàn)蓋洛所謂的獨立發(fā)現(xiàn)的病毒正是他送給蓋洛請求鑒定的LAV。

22、他發(fā)表聲明，指責蓋洛剽竊他的研究成果。兩人各執(zhí)一詞，法庭都難以作出判決。1986年，國際病毒分類委員為給這一尚存爭議的病毒命名，放棄了蒙塔尼的LAV和蓋洛的HTLVⅢ，而是取名為人體免疫缺陷病毒（HIV），并沿用至今。1987年，爭論驚動了兩國領導人，經(jīng)過時任美國總統(tǒng)里根和法國總理希拉克雙邊調(diào)停達成共識：雙方平分數(shù)以百萬美元計的艾滋病血液檢測專利使用費，這場爭端才告一段落。1991年，經(jīng)過復調(diào)查，蒙塔尼的樣品污染了蓋洛的樣品，才導致兩方

23、的研究成果如此接近。實際上兩人都分別發(fā)現(xiàn)了HIV，只是蒙塔尼在前，蓋洛在后。2008年諾貝爾化學獎OsamuShimomuraMartinChalfieRogerY.Tsien下村修錢永健WoodsHole海洋生物學實驗室哥倫比亞大學加州大學圣地亞哥分校發(fā)現(xiàn)并發(fā)展了綠色熒光蛋白（GFP）北京時間2008年10月8日下午5點45分，2008年諾貝爾化學獎揭曉，三位美國科學家，美國WoodsHole海洋生物學實驗室的OsamuShimomu

24、ra（下村修）、哥倫比亞大學的MartinChalfie和加州大學圣地亞哥分校的RogerY.Tsien（錢永健，錢學森的堂侄）因發(fā)現(xiàn)并發(fā)展了綠色熒光蛋白（GFP）而獲得該獎項。OsamuShimomura，1928年生于日本京都，1960年獲得日本名古屋大學有機化學博士學位，美國WoodsHole海洋生物學實驗室（MBL）和波士頓大學醫(yī)學院名譽退休教授。MartinChalfie，1947年出生，成長與美國芝加哥，1977年獲得美國哈

25、佛大學神經(jīng)生物學博士學位，1982年起任美國哥倫比亞大學生物學教授。RogerY.Tsien，1952年出生于美國紐約，1977年獲得英國劍橋大學生理學博士學位，1989年起任美國加州大學圣地亞哥分校教授。發(fā)光的珊瑚水母。發(fā)光的水母2009年諾貝爾生理學與醫(yī)學獎TheNobelPrizeinPhysiologyMedicine2009“fthediscoveryofhowchromosomesareprotectedbytelomere

26、stheenzymetelomerase“ElizabethH.Blackburn伊麗莎白布萊克本UniversityofCalifniaSanFranciscoCAUSAJackW.Szostak杰克?紹斯塔克HarvardMedicalSchoolMassachusettsGeneralHospitalBostonMAUSAHowardHughesMedicalInstituteCarolW.Greider卡羅爾?格雷德JohnsH

27、opkinsUniversitySchoolofMedicineBaltimeMDUSA生老病死，這或許是人類生命最為簡潔的概括，但其中卻蘊藏了無數(shù)的奧秘。獲得2009年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的三位美國科學家，憑借“發(fā)現(xiàn)端粒和端粒酶是如何保護染色體的”這一成果，揭開了人類衰老和罹患癌癥等嚴重疾病的奧秘。在生物的細胞核中，有一種易被堿性染料染色的線狀物質(zhì)，它們被稱為“染色體”。正常人的體細胞有23對染色體，它們對人類生命具有重要意義，例如眾

28、所周知，決定男女性別的就是一對染色體。在染色體的末端部分有一個像帽子一樣的特殊結(jié)構(gòu)，這就是端粒。而端粒酶的作用則是幫助合成端粒，使得端粒的長度等結(jié)構(gòu)得以穩(wěn)定。“染色體攜有遺傳信息。端粒是細胞內(nèi)染色體末端的“保護帽“，它能夠保護染色體，而端粒酶在端粒受損時能夠恢復其長度?！鲍@獎者之一的伊麗莎白布萊克本介紹說：“伴隨著人的成長，端粒逐漸受到“磨損“。于是我們會問，這是否很重要？而我們逐漸發(fā)現(xiàn)，這對人類而言確實很重要。”卡羅林斯卡醫(yī)學院發(fā)布的

29、新聞公報說，這三位科學家的發(fā)現(xiàn)“解釋了端粒如何保護染色體的末端以及端粒酶如何合成端?！?。借助他們的開創(chuàng)性工作，如今人們知道，端粒不僅與染色體的個性特質(zhì)和穩(wěn)定性密切相關(guān)，而且還涉及細胞的壽命、衰老與死亡等等。簡單地說，端粒變短，細胞就老化。相反，如果端粒酶活性很高，端粒的長度就能得到保持，細胞的老化就被延緩。不過需要指出的是，近年來陸續(xù)有研究發(fā)現(xiàn)，端粒和染色體等雖然與細胞老化有關(guān)，進而影響衰老，但并非唯一的因素，“生命衰老是一個非常復雜的