医学分子生物学--绪论课件.ppt

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1、医学分子生物学Medical Molecular Biology 主编：冯作化 人民卫生出版社任课教师：蓝秀万,第一章 绪论 生物学：研究生命现象、生命的本质、生命活动及其规律的科学。研究生物学的三个层次：1、整体水平 2、细胞水平 3、分子水平,分子生物学:从分子水平研究生命现象、生命本质、生命活动及其规律所形成的理论和技术体系。,分子生物学,分子生物学的延伸,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,医学分子生物学：从分子水平研究人体和疾病相关生物在正常和疾病状态下生命活动及规律，从分子水平开展人类疾病的预防、诊断和治疗研究的科学。,第一节 分子生物

2、学是从分子水平探讨生命活动的本质,一、分子生物学的历史回顾（孕育时期）：遗传方面：1859年，达尔文-On the origin of species 生物性状的可遗传性生物性状在自然选择压力下可变性生物性状在不同物种之间的相关性,开始触及生命本质最核心问题：生命的特征和生物性状为什么能代代相传？代代相传的性状为什么可以改变？是什么在控制生物的性状？,Mendel-豌豆性状遗传杂交实验,for his discoveries concerning the role played by the Chromosome in heredity,demonstrated that genes are

3、on the chromosome,Thomas Hunt Morgan,in Physiology or Medicine 1933 Nobel Prize,1910年，Hunt morgan 证明基因存在于染色体上,Nobel medal Half a pound of 23-karal gold.2.5 inches across,细胞学方面：1879年，Walter flemming 研究细胞分裂时观察到染色体1902年，Walter sutton 提出：遗传因子是染色体的一部分,化学方面：1869年,F.Miescher 就发现了核素（nuclein）20世纪20-30年代,已确认自

4、然界有DNA和RNA两类核酸，并阐明了核苷酸的组成。,1944年，O.T.Avery 等证明了肺炎球菌转化因子是DNA。,人们仍不相信DNA是遗传物质,这是由于：,（1）因认为蛋白分子量大，结构复杂，二十种氨基酸的排列组合将是个天文数字，可作为一种遗传信息。而DNA分子量小，只含4种不同的碱基，人们一度认为不同种的有机体的核酸只有微小的差异。（2）认为转化实验中DNA并未能提得很纯，还附有其它物质。（3）即使转化因子确实是DNA，但也可能DNA只是对荚膜形成起着直接的化学效应，而不是充当遗传信息的载体。,1952年，A.D.Hershey 和M.Chase 用35S 和32P 分别标记 T2

5、噬菌体的蛋白质和核酸，感染大肠杆菌的实验进一步证明了核酸是遗传物质。,在对DNA结构的研究上,1949-1952年，Wilkins 等的X-线衍射分析阐明了核苷酸并非平面的空间构像，提出了DNA是螺旋结构,1948-1953年，Chargaff等用新的层析和电泳技术分析组成DNA的碱基和核苷酸量，积累了大量的数据，提出了DNA碱基组成A=T、G=C的Chargaff 规则，为碱基配对的DNA结构认识打下了基础,克里克(1916)英国生物物理学家,沃森(1928)美国生物学家,1953年沃森、克里克在英国生物学家富兰克林(女)等人研究成果的基础上，首先提出了DNA的双螺旋结构模型，于1962年获

6、奖。现代分子生物学诞生的里程碑。,M.H.F.Wilkins&Rosalind Frankin,Xray photograph of DNA with high quality(核糖与磷酸连接成的扭曲绳子，每一节上都有配对的碱基),1951.Kings Lab.London University UK,DNA双螺旋结构示意图,二、分子生物学早期理论形成期1953，DNA双螺旋模型建立1970年，JamesWatson 第二版Molecular biology of the gene标志分子生物学开始有了较完整的理论体系。这期间的主要内容：mRNA的发现、DNA聚合酶、RNA聚合酶DNA半保复制

7、留机制、操纵子学说、遗传密码的发现和破译、生物遗传的中心法则,分子生物学发展史上的重要进展,1943 Avery 证实DNA是遗传物质1951 Sanger 测定胰岛素氨基酸序列1953 Watson Crick 创建DNA双螺旋模型1958 Meselson Stahl 证明了DNA半保留复制 Kornberg 分离出DNA聚合酶I Crick 提出了遗传信息传递的中心法则1960 发现可形成DNA-RNA杂交分子1961 Jacob Monod 提出操纵子学说 Nirenberg 破译第一个遗传密码1965 发现终止密码UAG UGA 中国 人工合成牛胰岛素1967 5实验室 同时发现DN

8、A连接酶,1969 Crick-Nirenberg 确定全部遗传密码1970 Smith 限制性核酸内切酶 Temin逆转录酶1973 Cohen 体外构建质粒“基因工程”氨基酸序列自动测序仪1977 Berget 发现了断裂基因 Sanger 创立了DNA测序方法1978 真核基因在原核生物中表达1983 Sanger 测定噬菌体4850bp序列1984 Shampay 发现端粒酶1985 Kary Mullis 发明了PCR技术1989 ABI DNA自动测序仪1990 美国政府 30亿美元 HGP1996 Walmat 首例克隆羊“多莉”问世2001 HGP完成,子链继承母链遗传信息的几

9、种可能方式,全保留式 半保留式 混合式,1958 Meselson Stahl 证明了DNA半保留复制,密度梯度实验,实验结果支持半保留复制的设想。,含重氮-DNA的细菌,第一代,第二代,梯度离心结果,DNA半保留复制模型,DNA-pol（109kD）,1958 Kornberg 分离出DNA聚合酶I,DNA-pol(250kD),1,DNA,RNA,蛋白质,转录,翻译,逆转录 1970年H.Temin,复制,遗传信息传递的中心法则：,1958年 F.Crick,1961-1969 Nirenberg 破译遗传密码,遗传密码表,Francois Jacob(44y)Jacques Monod(

10、55y)(French),Lac.Operon Theory（1961）,1965,tRNA 结构,三、现代分子生物学研究主要涉及三个领域1、从核酸和蛋白质的结构与功能、基因组的结构与功能到基因的复制、表达、调控及其生物学效应2、从生物大分子之间的相互作用到这些相互作用构成的细胞间通讯和细胞内信号转导3、从基因的结构、功能、表达调控的分析到基因的制备、改造、调控、应用所需的各种技术体系,四、20世纪70年代以来分子生物学飞速发展,1、逆转录酶2、限制性内切酶、连接酶 基因重组3、断裂基因4、DNA测序5、核酶6、PCR发明7、增强子等调控序列8、转基因动物9、基因治疗10、人类基因组计划,20

11、03年4月14日，国际人类基因组测序组隆重宣布：美、英、日、法、德和中国科学家历经13年的共同努力，人类基因组序列图亦称“完成图”，提前绘制成功。为此，参与研究国6国政府首脑发表联合声明表示祝贺。从现在起，生物学被重新划分为前基因组和后基因组两部分，人类正生活在后基因组时代。,美国的（2005，309：78-102）杂志今年7月列出了今后有待解决的125个（25大，100较小）重大科学问题，其中65个（15大，50较小）是生物学问题。人类的未解之谜，主要就在生命科学领域了。”生物化学与生物物理进展2005,32(8):691-697,1 为什么人类只有如此少的基因?2 意识的生物学依据是什么?

12、3 遗传变异和个人健康的联系有多大?4 人寿命能延长多少?5 地球上的生命是何时何地产生的?6 器官再生是由什么控制的?7 怎样使皮肤细胞变成神经细胞?8 合作行为是如何进化的?9 是什么决定了物种的多样性?10 是什么遗传变化使我们成为独特的人类?11 记忆是如何储存和提取的?12 一个体细胞如何发育成为整个植株?13 如何从海量的生物学数据中得出全面的结论?14 我们能否选择地关闭免疫反应?15 制造有效的HIV疫苗是否可能?,第二节 医学分子生物学主要是在分子水平进行疾病相关研究,一、医学分子生物学的发展1940年，Pauling发现镰刀状红细胞贫血的病因血红蛋白结构改变1959Down

13、综合症21染色体1972重组DNA1976发现癌基因1978DNA多态与疾病相关1981构建转基因小鼠1982人工胰岛素问世1986慢性肉芽肿病（CGD）定位克隆1987绘制出第一张遗传图谱1990第一例基因治疗1995流感病毒基因组测序,例：镰刀形红细胞贫血,这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。,二、基因和基因组结构与功能研究是阐明 疾病分子机制的一个重要方面基因与疾病的关系：1、人体某种细胞内的基因发生异常改变；基因突变、基因表达异常2、外源基因进入人体内引起疾病3、疾病易感基因使机体对致病因素更为敏感,三、细胞间通讯和信号转导机制研究是阐明 疾病分子机制的另一个重要方面细胞间通讯网络细胞内信号转导途径,四、基因诊断和基因治疗将成为疾病诊断和 治疗的重要手段基因诊断就是利用现代分子生物学和分子遗传学的技术方法，直接检测基因结构及其表达水平是否正常，从而对疾病作出诊断的方法。将某种遗传物质转移到患者细胞内，使其在体内发挥作用，以达到治疗疾病的目的的方法，均谓之基因治疗。,五、基因分析是建立疾病诊断新技术的基础核酸分子杂交、PCR、RFLP、SSCP、基因测序等。六、基因功能研究和基因克隆与表达是研制 新型疫苗和新型药物的基础基因工程：酶工程：蛋白质工程：微生物工程：,