1、.1Molecular Biology.21.1 1.1 二十世纪生命二十世纪生命科学的回顾科学的回顾.3数、数、理、化相关学科理、化相关学科生物学实验技术生物学实验技术渗透渗透 交叉交叉近代生物学近代生物学生物学生物学个性个性共性共性宏观生物学宏观生物学（生态学为核心）（生态学为核心）微观生物学微观生物学（分子生物学为核心）（分子生物学为核心）细胞水平细胞水平分子水平分子水平结构生物学，发育生物学，结构生物学，发育生物学，神经生物学等新兴学科发展神经生物学等新兴学科发展生物多样性生物多样性研究研究资源保护与资源保护与利用利用人类生态环境的保护人类生态环境的保护工农业生产持续发展工农业生产持续
2、发展.4分子生物学分子生物学分子结构生物学分子结构生物学分子发育生物学分子发育生物学分子神经生物学分子神经生物学分子育种学分子育种学分子肿瘤学分子肿瘤学分子细胞生物学分子细胞生物学分子免疫学分子免疫学分子病毒学分子病毒学分子生理学分子生理学分子考古学分子考古学分子遗传学分子遗传学分子数量遗传学分子数量遗传学分子生态学分子生态学分子进化学分子进化学.分子生物学的延伸分子生物学的延伸.521世纪生命科学发展的重要态势世纪生命科学发展的重要态势 对生命现象的认识从单基因对生命现象的认识从单基因 水平向全基因组整体水平发展水平向全基因组整体水平发展 现代生命科学研究的理论与现代生命科学研究的理论与技术
3、从较长期的积累走向应用技术从较长期的积累走向应用 .6Define in broadly:understand biological phenomena in molecular terms (difficult to distinguish from biochemistry)Define in restrictively: study of gene structure and their activities in molecular level1.2 1.2 分子生物学的概念分子生物学的概念.7Gene concept Gene structureGene replication Ge
4、ne expression Gene recombinationGene mutationMolecular Biology of Gene.8What is the gene? Basic property Replication Expression Mutation DNA Double Helix DNA Double Helix modelmodel1952 1952 J .Watson and F. CrickJ .Watson and F. Crick .9分子生物学诞生分子生物学诞生.10CrickCrick：.我本人的思想是基于两个基本原理，我 称之为 序列假说（sequen
5、ce hypothesis） 和中心法则（central dogma )Sequence hypothesis ： 核酸片段的特异性完全由其碱基序列所决定， 且这种序列是某一蛋白质氨基酸序列的密码.Central dogma ： 信息一旦进入蛋白质，它就不可能再输出.11l 构成生物大分子的单体相同构成生物大分子的单体相同l 生物遗传信息的表达的中心法则相同生物遗传信息的表达的中心法则相同DNARNApolypeptidesproteincharacter高级结构高级结构生物大分子之间的互作生物大分子之间的互作个性个性核酸语言核酸语言(Nt(Nt) ) 蛋白质语言蛋白质语言(aa(aa) )生
6、物大分子单体的排列（核苷酸，氨基酸）生物大分子单体的排列（核苷酸，氨基酸）分子生物学研究领域共同遵循的三大原则分子生物学研究领域共同遵循的三大原则.12结构生物学结构生物学基因分子生物学基因分子生物学生物技术理论生物技术理论与应用与应用分子生物学研究的三大主要领域分子生物学研究的三大主要领域生物大分子的结构与功能生物大分子的结构与功能生物大分子之间的互作生物大分子之间的互作 DNAprotein DNAprotein Hormone-receptor Hormone-receptor Enzyme-substrate Enzyme-substrate基因的概念基因的概念基因的结构基因的结构基因
7、的复制基因的复制基因的表达基因的表达基因的重组基因的重组基因的突变基因的突变基因工程基因工程细胞工程细胞工程酶工程酶工程发酵工程发酵工程蛋白质工程蛋白质工程狭义的分子生物学狭义的分子生物学.13 分子生物学的三大支持学科分子生物学的三大支持学科l 细胞生物学细胞生物学l 遗遗 传传 学学l 生物化学生物化学.141839-18471839-1847年年 Matthias SchleidenMatthias Schleiden & Theodor Schwann & Theodor Schwann细胞的化学组成，细胞器的结构，细胞骨架，生物细胞的化学组成，细胞器的结构，细胞骨架，生物大分子在细胞
8、中的定位及功能，细胞的信号传导等大分子在细胞中的定位及功能，细胞的信号传导等 生物体由细胞组成生物体由细胞组成 所有组织的最基本单元所有组织的最基本单元-形状相似，高度分化的细胞形状相似，高度分化的细胞 细胞的发生与形成是生物界普遍和永久的规律细胞的发生与形成是生物界普遍和永久的规律Molecular Cell biologyCytology.15Gregor Mendel1864 年年 GeneticsMolecular GeneticsGene structure Gene duplication Gene expression Gene recombination Gene mutati
9、on 遗传因子假说遗传因子假说Genetics.16Nucleic Acid ChemistryProtein Chemistry(1936年年 James Sumner ) Nobel Prize in Chemistry 1946Enzymatic nature of crystalline ProteinEnzymatic nature of crystalline ProteinWhat genes are & How they act?.17分子生物学分子生物学：从分子水平理解生命活动：从分子水平理解生命活动细胞生物学细胞生物学：从细胞水平理解生命活动：从细胞水平理解生命活动遗传学遗
10、传学： 从遗传角度理解生命活动从遗传角度理解生命活动 生物化学生物化学：从化学组成角度来理解生物大：从化学组成角度来理解生物大 分子和生物代谢。分子和生物代谢。普通生物学普通生物学（动物（动物& &植物）植物）& & 微生物学：微生物学： 不同生物类型的特点不同生物类型的特点.18分子生物学分子生物学：从分子水平理解生命活动，主要指遗传信息的传递（复制）、保持（损伤和修复）、基因的表达（转录和翻译）与调控。强调以上各种生命活动（Biochemical processes）：1是什么（what，生物学重要性和具体过程），2所涉及的生物大分子（DNA、RNA、蛋白质) 是如何相互作用使之发生的（h
11、ow）。.19分子生物学分子生物学：注重生物体在分子水平上的一些特征和现象。分子遗传学分子遗传学：侧重的是从分子水平对生物遗传规律和遗传现象的研究。.201.3 1.3 分子生物学分子生物学的发展历程的发展历程.21Nobel medal Half a pound of 23-karal gold. 2.5 inches across 近半个世纪以来近半个世纪以来 医学，化学中重大突破与成就者医学，化学中重大突破与成就者 Nobel Prize分子生物学发展的分子生物学发展的里程碑与主要内容里程碑与主要内容.22 for his discoveries concerning the role
12、played by the Chromosome in heredity , demonstrated that genes are on the chromosomeThomas Hunt Morganin Physiology or Medicine 1933 Nobel Prize .23 for his discovery that enzymes can be crystallizedfor their preparation of enzymes and virus proteins in a pure form James Batcheller Sumner John Howar
13、d Northrop Wendell Meredith Stanley Cornell University Rockefeller Institute USA Rockefeller Institute USA 1887 - 19551891 - 19871904 - 1971The Nobel Prize in Chemistry 1946.241958 J. LederbergJ. Lederberg (33y)Phage transductionThe Nobel Prize in Chemistry 1958for his work on the structure of prote
14、ins, especially that of insulinFrederick Sanger Cambridge University 1918 - G. Beadle & E. Tatum G. Beadle & E. Tatum One gene-one enzyme.25SeveroSevero Ochoa (54y) Ochoa (54y)SpainRich phosphate bonds of ATP - EnergyArthur Kornberg (41y) Arthur Kornberg (41y) DNA replicationIsolation of DNA polymer
15、ase IBrooklyn1959.26分子生物学的重要里程碑分子生物学的重要里程碑1951. James Watson （Luria的第一个研究生的第一个研究生 23y)丹麦丹麦 哥本哈根哥本哈根 Kalckar Lab.Post-DoFrancis Crick (35y)Francis Crick (35y)剑桥大学剑桥大学 Cavendish Lab. Kings Lab. London Univ. .27M. H. F. Wilkins & Rosalind Frankin Xray photograph of DNA with high Xray photograph of DNA
16、with high qualityquality (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.28James Watson (34y)James Watson (34y)Francis Crick (46y)Francis Crick (46y)Maurice Wilkins (46y)Maurice Wilkins (46y)DNA Double Helix model 19531962 .29Francois Jacob Francois Jacob (44y)Jacques MonodJacques M
17、onod (55y) (French)Lac. Operon Theory1965Concept of mRNA.301968R. Holley H.G. Khorana M. Nirenberg R. Holley H.G. Khorana M. Nirenberg H. Gobind Khorana(46y)How to synthesize triplet RNAMarshall Nirenberg(41y)Genetic codenRobert Holley(46y)tRNAphe cloverleaf structure.311969Max Delbruck (63y)Max Del
18、bruck (63y)Alfred Hershey (61y)Alfred Hershey (61y)Phage groupPhage infection cycleDNA as genetic materialM. DelbruckM. Delbruck A. Hershey A. Hershey.321975. Howard Temin Howard Temin (41y)David Baltimore David Baltimore (37y)Reverse transcription（引发癌症的内因）（引发癌症的内因）.33 The Nobel Prize in Physiology
19、or Medicine 1978for the discovery of restriction enzymes and their application to problems of molecular geneticsWerner Arber Daniel Nathans Hamilton O. Smith Switzerland Biozentrum der Universitt Johns Hopkins University School of Medicine Baltimore, USA Johns Hopkins University School of Medicine B
20、altimore, USA 1929 - 1928 - 19991931 - .34The Nobel Prize in Chemistry 1980Walter Gilbert Biological Laboratories Cambridge, MA, 1932 - for their contributions concerning the determination of base sequences in nucleic acidsFrederick Sanger MRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge, Great Britain
21、 1918 - .35The Nobel Prize in Chemistry 1980for his fundamental studies of the biochemistry of nucleic acids, with particular regard to recombinant-DNAPaul Berg Stanford University 1926 - 基因工程诞生基因工程诞生.361983. Barbara McClintockBarbara McClintock (86y)DNA transposable element.37The Nobel Prize in Che
22、mistry 1989for their discovery of catalytic properties of RNA RibozymeSidney Altman Thomas R. Cech Yale University New Haven, CT, USA University of Colorado Boulder, CO, USA 1939 - 1947 -.38The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1993 “for their discovery of split genes In 1978”Richard J. Roberts
23、Phillip A. Sharp.39The Nobel Prize in Chemistry 1993for his invention of the polymerase chain reaction (PCR) methodKary B. Mullis 1944 - .40discovered Genetic control of early development in DrosophilaEdward B. LewisChristiane Nsslein-VolhardEric F. Wieschaus The Nobel Prize in Physiology or Medicin
24、e 1995.41Stanley B. Prusiner University of California,School of Medicine USA 1942 - for his discovery of Prions - a new biological principle of infectionThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1997.42discovered key regulators of the cell cycleLeland H. Hartwell R. Timothy(Tim) Hunt Sir Paul M. Nur
25、seThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001.43 Programmed Cell Death (PCD) and development2002 Nobel Prize John Sulston USA Sydney Brenner Japan 田中田中 耕一耕一 H. Robert Horvitz Switzerland .441.4 21世纪生物学世纪生物学 的新热点及领域的新热点及领域.45生物大分子的高级三维结构与功能的统一生物大分子的高级三维结构与功能的统一 生物大分子之间的互作生物大分子之间的互作 基因的社会学基因的社会学 (N
26、ature (Nature 杂志增设杂志增设 Natural developing biologyNatural developing biology分册分册) )基因表达，基因互作基因表达，基因互作 器官发生器官发生胚胎形成胚胎形成个体发育个体发育 结构生物学结构生物学（Structural Biology） 分子发育生物学分子发育生物学（Molecular Developing Biology）.46Genomics Structural genomics Functional genomics.47l 基因组的全序列l 高密度的分子标记图谱l 高精度的物理图谱l 转录水平上的表达图谱l
27、大规模的蛋白质构型模拟Structural genomics.48Functional genomics l 利用结构基因组提供的信息l 大规模地分析基因的功能l 不仅提供基因功能的简单列表l 最终要阐释基因l 如何工作 细胞 组织 个体.49计算计语言计算计语言 分辨，提取，分析，预测分辨，提取，分析，预测 比较基因组学比较基因组学 生物大分子的生物大分子的结构与功能信结构与功能信息息 生物信息学生物信息学(Bioinformatics).50神经基质神经基质神经通道神经通道信息传递信息传递大分子克隆大分子克隆一级结构分析一级结构分析三维结构重建三维结构重建思维思维感情感情记忆记忆科学解释科
28、学解释分子神经生物学分子神经生物学（Molecular NeurobiologyMolecular Neurobiology）继人类基因组后继人类基因组后 脑计划即将启动脑计划即将启动 .51 应用生物学发展应用生物学发展 生物技术生物技术 诊断试剂诊断试剂 治疗药物治疗药物植物品种植物品种 畜用制品畜用制品 食品加工食品加工 环境工程环境工程废物处理废物处理 生物塑料生物塑料民用制品民用制品 再生能源再生能源 .521.5 1.5 主要参考书目录主要参考书目录l Lewin B Genes X （2010） Oxford University Pressl 朱玉贤等朱玉贤等 现代分子生物学现代分子生物学 及笔记整理及笔记整理 （第（第 三版，三版，2009）高等教育出版社）高等教育出版社l Robert F. Weaver Molecular biology ( 3rd 影印版，影印版， 2008) 科学出版社科学出版社
