分子生物学发展史70页PPT

原位杂交
直接在组织或细胞切片上进行核酸杂交，用于基因定位和表达分析 。
聚合酶链式反应（PCR）
引物设计
根据目标DNA序列设计特异性引物。
PCR反应体系
包括DNA模板、引物、dNTPs和Taq DNA 聚合酶等。
PCR反应程序
包括预变性、退火、延伸等步骤，实现 DNA片段的扩增。
PCR产物分析
如凝胶电泳、测序等，用于产物鉴定和定量 分析。
DNA的复制与修复
半保留复制
DNA双链在复制时解开，每条链作为模板合成新 的互补链
碱基互补配对原则
保证复制的准确性
DNA修复机制
包括直接修复、切除修复和重组修复等，用于纠 正复制过程中产生的错误
PART 03
RNA的结构与功能
REPORTING
RNA的分子组成
01
02
03
核糖核苷酸
RNA的基本组成单位是核 糖核苷酸，由磷酸、核糖 和碱基组成。
发展历程
从20世纪50年代DNA双螺旋结构 的发现开始，分子生物学经历了 飞速的发展，成为现代生命科学 中最为活跃和前沿的领域之一。
分子生物学的研究内容
生物大分子的结构与功能
研究DNA、RNA和蛋白质等生物大 分子的空间结构、构象变化以及结构 与功能之间的关系。
基因的表达与调控
研究基因在转录、翻译等过程中的表 达调控机制，包括转录因子、表观遗 传学修饰等。
REPORTING
基因诊断与治疗
基因诊断
利用分子生物学技术，通过检测 基因序列或表达水平的变化，对 遗传性疾病、肿瘤等疾病进行精
确诊断。
基因治疗
通过导入正常基因或修饰异常基因 ，治疗遗传性疾病、癌症等疾病。

逆转录酶
1970年， Baltimore和 Temin等同时各自发现了 逆转录酶，打破了遗传学的中心法则，使真核基因 的制备成为可能
1973年Cohen完成第一个基因工程实验 经体外重组获得杂合DNA 杂合子转化入大肠杆菌
所需元件： 限制性内切酶 连接酶 载体 受体细胞
基因工程过程示意图
①从细胞中分离 出DNA
2.DNA is a double helix
DNA is a double helix
3.The central dogma
定向基因改造设想
设想一 能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？
设想二 能否让细菌“吐出”蚕丝？
设想三
能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵 的药物？
经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了 可以定向改造生物的新技术——基因工程。
① ②
③ ④
②限制酶截取 DNA片断
③分离大肠杆菌 中的质粒
⑤ ⑥
④ DNA重组
⑤用重组质粒转 化大肠杆菌
⑥培养大肠杆菌克 隆大量基因
Two Methods for Delivering DNA into Plant Cells
分离毒素蛋白基因
将毒素基因插入 到Ti质粒中
制备抗虫 转基因植 物。
Friedrich Miescher (1844-1895)
1869年 法国的米歇尔从白细胞核中分离出DNA
1879年
德国生物学家弗莱明发现细胞核内的染色体 1903年
Wilhelm Ludwig Johannsen 1857～1927
美国细胞学家萨顿提出了遗传的染色体学说
1909年
丹麦生物学家约翰逊创造了基因（gene）一词

1933
Thomas Hunt Morgan
早期的遗传学家们研究基因
Forward Genetics 在不知基因化学本质的前提下
分析突变体在世代间的传递规律 研究基因的特性和染色体的定位 描述基因突变和染色体变异效应
遗传学是依靠逻辑分析 的推理性科学
二十世纪中叶的遗传学家们不再 满足于基因的抽象观念! 将研究的前沿聚焦到揭示基因的 本质和它们的作用机制!
King’s Lab. London Univ. Maurice Wilkins
35y Francis Crick
23y James Watson
1951 Cavendish Lab. Cambridge University UK
性格不同，专业互补 紧密合作，锁定目标
在确定DNA分子结构的研究 中，没有用DNA分子做任何
• D.H.L.的结果通过“噬菌体研究组”的学术关系 和网络得到了迅速的传播和广泛的理解
1.3.4.
DNA双螺旋结构的揭示
分子生物学的重要里程碑
1951. James Watson （Luria的第一个研究生 23y)
丹麦 哥本哈根 Kalckar Lab. Post-Do
访问意大利的那不勒斯动物研究所时
1.3. 分子生物学 发展的历程
MILESTONE
Nobel 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
1.3.1. 分子生物学支 撑学科的崛起
”物种起源”
进化论
物竟天择 自然选择 适者生存 生存斗争
"for their preparation of enzymes and virus proteins in a pure form"

底物
模板 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
识别 起始 延伸 终止
启动子（－10区、－35区） 转录单位相关概念 CAP位点 识别过程
不依赖ρ因子的终止子: 内在终止子（intrinsic terminator ） 依赖ρ因子的终止子（ ρ-dependent terminator ）有发夹结构，但GC含量少， 无U串
核mRNA内含子的剪接 Ⅰ内含子的剪接 Ⅱ类内含子的剪接 反式剪接
核mRNA的 拼接体的拼接
类型ⅰ 自我拼接
类型ⅱ自我 拼接
剪接、3’末端CCA结构、碱基修饰 内含子切除（核酸酶的作用，不是
转酯反应） 连接外显子
蛋 白 参与蛋白质生物合成的物质 质 的 蛋白质生物合成过程 生 物 蛋白质合成的干扰与抑制 合 成 蛋白质的降解
一般模式 复制型转座模式 非复制型转座模式 保守型转座模式 TnA转座模式
通过反义RNA的翻译水平控制 甲基化作用控制转座酶合成及
其与DNA的结合
转座引起插入突变 造成插入位点靶DNA的少量碱基
对重复 插入位点出现新基因 引起染色体畸变 转座引起的生物进化 切除效应 外显子改组
动子：（上游控制元件），－165～ －40，影响转录的频率。
♠ -25bp:TATA盒（Hogness box）,识别起 始位点
♠ -75bp:CAAT盒(CAATCT) ，决定启动子
♠ -110bp:GC盒的(G转G录GC频G率G)，R调N控A起始聚和合酶I的启动子
转录频率
RNA聚合酶Ⅱ的启动子
分子生物学 Molecular Biology
总结复习 Review and Summarize
2020/12/22
1
绪论
引言 分子生物学简史 分子生物学的研究内容 分子生物学进展 分子生物学展望

• 第二个实验室是加州理工学院的大化学家 莱纳斯·鲍林(Linus Pauling)实验室。在此 之前，鲍林已发现了蛋白质的α螺旋结构。
• 第三个则是个非正式的研究小组，沃森到 剑桥大学做博士后时，虽然其真实意图是 要研究DNA分子结构，挂着的课题项目却 是研究烟草花叶病毒。比他年长12岁的克 里克当时正在做博士论文，论文题目是 “多肽和蛋白质：X射线研究”。
• 在同一期Nature上，还发表了弗兰克林和威尔金 斯的两篇论文，以实验报告和数据分析支持了沃 森、克里克的论文。
威尔金斯(Maurice Wilkins 1916~2004) 英国物理 学家，剑桥大学
弗兰克林（Rosalind Franklin 1920~1958）英国 物理学家，剑桥大学 分辨出了DNA的两种构型，并成功地拍摄了它 的X射线衍射照片。
分子生物学
主要内容
• 分子生物学的开端 • 生物大分子 • DNA的复制和修复 • 转录 • 翻译 • 分子生物学的研究方法
第一章 分子生物学的开端
内容提要 • 分子生物学开端的标志事件 • 证明DNA就是遗传物质的主要历史事件 • 分子生物学的学科特征
问题1：
科学史上哪些事件和分子生物学的诞生 关系密切？
• 1951年，23岁的生物学博士沃森来到卡文迪什实 验室做博后。到剑桥之前，曾经做过用同位素标 记追踪噬菌体DNA的实验，坚信DNA就是遗传物 质。
关于卡文迪什实验室
• 素以世界物理学家的圣地“麦加”和培养人才的 “苗圃”著称的英国剑桥大学卡文迪什实验室， 由于面向世界广揽优秀的科学人才，在放射性、 原子物理、核物理、分子生物学、射电天文学和 凝聚态物理等方面，取得了大量举世关注的重大 成就。
• 第一个学说是“序列假说”，它认为一段核酸的 特殊性完全由它的碱基序列所决定，碱基序列编 码一个特定蛋白质的氨基酸序列，蛋白质的氨基 酸序列决定了蛋白质的三维结构。

分子生物学定义
分子生物学是一门从子水平研究生 物大分子的结构和功能的科学，主要 关注DNA、RNA和蛋白质等生物大 分子的复制、转录、翻译和调控等过 程。
分子生物学特点
以分子为研究对象，阐明生命现象的 本质；与多学科交叉融合，推动生命 科学的发展；实验技术手段不断更新 ，提高研究效率和准确性。
分子生物学发展历程
分子生物学研究内容及方法
研究内容
包括基因和基因组的结构与功能、DNA损伤与修复、基因表达的调控、蛋白质 组学的研究以及疾病产生的分子基础等。
研究方法
包括基因克隆与表达、蛋白质分离与纯化、PCR技术、基因敲除与敲入、高通 量测序技术、生物信息学分析等。这些方法的应用使得分子生物学研究更加深 入和广泛。
阔前景。
下一代测序技术在分子生物学中应用
下一代测序技术原理
基于大规模并行测序的原理，一次可对数百万至数十亿个DNA分 子进行测序。
测序数据分析
包括序列比对、变异检测、基因表达量分析等，以揭示基因组的结 构和功能。
下一代测序技术的应用
在疾病诊断、个性化医疗、物种鉴定和进化生物学等领域发挥重要 作用。
非编码RNA与疾病关系
非编码RNA异常表达与多种疾病相关，如肿瘤、心血管疾 病等，可作为疾病诊断和治疗的新靶点。
非编码RNA研究前景
随着高通量测序技术和生物信息学发展，非编码RNA研究 将更加深入，为疾病防治提供新思路和新方法。
合成生物学在分子生物学中应用前景
合成生物学概念及研究范畴
合成生物学是一门新兴交叉学科，旨在通过设计和构造新的生物部件、系统和机器来理解 和操控自然生物系统。
RNA产物。
影响因素
包括DNA模板的序列和 结构、RNA聚合酶的活 性和选择性、转录因子

Friedrich Miescher (1844-1895)
1869年 法国的米歇尔从白细胞核中分离出DNA
1879年
德国生物学家弗莱明发现细胞核内的染色体 1903年
Wilhelm Ludwig Johannsen 1857～1927
美国细胞学家萨顿提出了遗传的染色体学说
1909年
丹麦生物学家约翰逊创造了基因（gene）一词
解决可能引发的伦理,法律和社会问题
物种 DNA数量
HBV 3.2kb
噬菌体 49kb
大肠杆 4000kb
酵母 17000kb
果蝇 164000kb
人 3000000kb
分级鸟枪测序法
基因组DNA细菌人工染色体 DNA克隆的排序（物理作图）
分段测序
随机打断后克隆 DNA测序
DNA序列的组装
基因组测序 的一般流程
诺贝尔生理和医学奖
诺贝尔生理和医学奖
诺贝尔化学奖 诺贝尔生理和医学奖
1975年 D.Baltimore 逆转录酶，DNA病毒
诺贝尔生理和医学奖
H.M.Temin
R.Dolbeco
1978年 W.Arber
DNA限制性内切酶
诺贝尔生理和医学奖
D.Nathens
H.O.Smith
1980年 P.Berg
1994 Transgenic tomatoes sold in the shops
Two methods of producing transgenic mice
转基因 动物的 一般制 备过 程。
转基因动 物的一般 制备过程 （续）。
1988 Transgenic sheep
1989 a transgenic pig

2024/1/26
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蛋白质在细胞中的作用
蛋白质可以作为酶催化生物体内 的化学反应，维持生命活动的正 常进行。
蛋白质可以作为载体运输物质， 如血红蛋白运输氧气和二氧化碳 。
蛋白质可以作为抗体参与免疫反 应，保护机体免受病原体的侵害 。
蛋白质是细胞结构和功能的基础 ，参与细胞的各种生命活动，如 催化、运输、免疫、调节等。
2024/1/26
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基因表达调控的分子机制
DNA结合蛋白的作用
识别并结合特定DNA序列，影响基因转录。
染色质结构与基因表达
染色质结构的变化可影响基因的可及性和转 录活性。
2024/1/26
信号转导与基因表达调控
细胞外信号通过信号转导途径影响基因表达 。
转录后调控机制
包括mRNA剪接、转运、定位和降解等过程 对基因表达的调控。
比较基因组学分析
通过比较不同物种或不同个体之间的基因组差异，揭示物种进化、基 因功能等生物学问题。
生物信息学在基因组学中的应用
利用生物信息学方法对基因组数据进行挖掘和分析，发现新的基因、 突变位点以及与疾病相关的遗传变异等。
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THANK YOU
感谢观看
2024/1/26
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2024/1/26
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DNA的复制与修复
01
02
03
DNA复制的过程
起始、延伸和终止三个阶 段，涉及多种蛋白质和酶 的参与。
2024/1/26
DNA复制的特点
半保留复制、半不连续复 制等。
DNA修复的机制
直接修复、切除修复、重 组修复和SOS修复等，用 于纠正复制过程中产生的 错误。
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DNA的转录与表达

复 制 DNA
RNA
复制
转录
RNA
翻译
逆转录
蛋白质
● 1958年，Meselson 和Stahl证明 DNA半保留 复制。
半保留复制（Semiconservative replication） 是描述DNA的复制方式，目前已知的所有细胞 皆以此方式进行复制。也是唯一确认存在于自 然界中的模型。
Stahl Meselson
●1959年，美籍西班牙裔科学家Uchoa和美国 Kornberg发现了DNA和RNA的生物合成机理 而分享了诺贝尔生理医学奖。
● 1961年，法国科学家Jacob（雅各布） 和Monod（莫诺）提出操纵子学说（第七 章）
● 并首次提出了mRNA的概念
1965年获得诺贝 尔生理医学奖
3、发展阶段（1970年代以后） ● 1970年，Temin 和Baltimore在RNA肿瘤
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年12月17日星期 四上午7时54分 6秒07:54:0620.12.17
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年12月 上午7时 54分20.12.1707:54December 17, 2020
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年12月17日星期 四7时54分6秒07:54:0617 December 2020
第一章 绪论
• 回顾所学知识点 • 分子生物学定义 • 分子生物学发展简史 • 分子生物学研究内容 • 分子生物学展望
一、回顾所学知识点
1、创世说与进化论
达尔文、1859年《物种起源》，确立了进化论的概念
2、细胞学说（1847）
列文虎克

xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
分子生物学Chapter 2 基因 概念的演变与发展
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒

DNA transposable element
The Nobel Prize in y Altman 1939 Yale University New Haven, CT, USA
Thomas R. Cech 1947University of Colorado Boulder, CO, USA
Inheritance occurred through blending of each trait of the parents in the offspring.
Inheritance is particulate（微粒，微粒 的）. Each parent contributes particles, or genetic units, to the offspring. 1822-1884
第一章 分子生物学的 发展历史
郑伟娟 2006
1.1. 分 子 生 物 学 的 概 念
What is Molecular biology ?
What is Molecular biology ? The term has more than one definition. Define in broadly：
Reverse transcription（引发癌症的内因）
The Nobel Prize in Chemistry 1980
Walter Gilbert 1932-
Frederick Sanger 1918-
"for their contributions concerning the determination of base sequences in nucleic acids"
1.3. 分子生物学的研究概况