00绪论 分子生物学的诞生与发展
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分 子 生 物 学
倪 坚
绍兴文理学院生命科学学院
联系方式：13957509657 659657
nijian@usx.
《基因VIII》
【美】Benjamin Lewin
余龙 江松敏 赵寿元 等译。
2005， 科学出版社
《基因的分子生物学》
【美】J.D.沃森 等著
杨焕明 等译
2005，科学出版社
《分子细胞生物学》（第二版）
韩贻仁 主编
科学出版社
教学内容安排
绪论——分子生物学的诞生与发展
第一章 DNA的结构与功能
第二章 DNA的复制修复与转座
第三章 转录
第四章 翻译
第六章 原核基因表达调控
第七章 真核基因表达调控
第八章 信号转导
第九章 从癌的十年到人类基因 组计划
第五章 DNA重组技术
绪 论 ——分子生物学的诞生与发展
一、 分子生物学的诞生
背景
20世纪初以物理学为代表的自然科学突飞猛进的发展。
生命科学领域：
达尔文的物种起源理论
施旺施莱登的细胞学说
经典生物化学与遗传学的突破
孟德尔遗传定律的发现
遗传学的重大突破
德弗里斯
荷兰
柯灵斯
德国
契马克
澳大利亚
“重新发现”孟德尔遗传定律
摩尔根创立染色体学说，发现连锁与交换定律
酶的发现与结晶——证明了脲酶的蛋白质本质
生物化学的重大发现
James B. Sumner
DNA的分离——瑞士科学家米歇尔（从白细胞核中分离出DNA。
一个基因一个酶学说
——比德尔（George Beadle） 和塔特姆(E. L. Tatum)
遗传学与生物化学的结合
DNA是遗传物质的确定
光滑型细胞（有毒）
粗糙型细胞（无毒）
破碎细胞
DNAase降解后的DNA
粗糙型细胞接受光滑型DNA
只有粗糙型
大多数仍为粗糙型
少数光滑型细胞被转化
S
S
R
R
R
+
DNA
实验证据1—Avery实验
实验证据2—Hershey与Chase实验
Watson和Crick两位科学家于1953年提出来DNA结构模型
James Watson (L) and Francis Crick (R), and the model they built of the structure of DNA
分子生物学的诞生
生物大分子的结构与功能
核酸的结构与功能
分离克隆基因 （clone）
确定基因的结构 (structure)
基因的功能研究 (function)
生化功能
生理功能
蛋白质的结构与功能
蛋白质的构象与其功能的关系
二、 分子生物学的研究内容与热点
结构分子生物学
基于结构分子生物学与生物信息学的新药设计
基因表达调控及细胞生理活动的分子机制 (expression modulation)
信号转导（Signal Transduction）
重要的细胞生理活动，细胞凋亡，细胞分化等
遗传病基因克隆重大突破
夏家辉教授实验室
1998年克隆了高频耳聋疾病基因
果蝇体节发育中的基因表达调控
DNA重组技术的应用
基因组学，蛋白质组学与生物信息学发展——学科交叉
Venter
Collins
人类基因组计划将分子生物学研究推向基因组时代。
面对堆积如山的生物学数据……
分子生物学家
(生物学问题)
数学物理学家
计算机科学家
(数学问题)
工程师
（技术应用）
生物信息学
从局部到整体，基因组学，蛋白质组学的发展使分子生物学向系统生物学发展。
——系统生物学是研究一个生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科.
系统生物学
酵母蛋白质网络图
代谢网络图
物理学的发展给生命科学带来的启示
……新的生物学研究模式的出发点应该是理论的。科学家将从理论推测出发，然后再返回到实验中去，追踪或验证这些理论假设。……生物学家不仅必须成为计算机学者，而且也要改变他们研究生命现象的途径。
——W. Gilbert, Towards A Paradigm Shift in Biology, Nature, 349(1991)99
三、 分子生物学研究的模式生物
由于地球上的生物体具有共同的进化祖先，在生命的基本模式上具有相同的特征，因此生物学家常选用一些特定的生物来研究生命活动的基本规律，这些生物称为模式生物。
模式生物的选择主要是根据研究的目的、取材的方便、实验方法的可行、遗传背景情况、是否具有遗传改造和表型分析手段、是否有利于国际同行的交流等因素。
大肠杆菌 Eschetichia coli
结构简单，基因组小，无内含子，无性繁殖，可人工培养，是一种良好的模式生物。
K12菌株，全基因组于1997年测定，长460万bp
噬菌体
寄生于细菌的病毒，大肠杆菌噬菌体是早期分子生物学研究的主要工具。
酿酒酵母 Saccharomyces cerevisiae
最简单的真核生物
可进行出芽生殖，并可进行减数分裂与交配。
拟南芥 Arabidopsis thaliana
十字花科草本，生活周期为6周，是理想的模式植物
5条染色体，全基因组长约1.0×108 bp
水稻 Oryza sativa
基因组比较紧致，为小麦的1/37，是禾本科植物的首选测序对象；
12条染色体；约为人类基因组的七分之一。
秀丽线虫 Caenorhabitidis elegans, worm
细胞数目一定：成虫细胞数目只有959个，其中包括302个神经元；
是研究细胞凋亡分子机制的理想模型
荧光显微镜下的秀丽线虫
果蝇 Drosophila melanogaster
生活周期短、容易饲养、繁殖力强、染色体数目少、易于观察、容易诱发变异等特点
有体节分化，是研究发育生物学的理想模型
果蝇：遗传学和分子发育生物学的国王
爪蟾 Xenopus lavias
1个受精卵在24小时内分裂到各种器官初具雏形的程度，是发育分子机制的理想模型。
斑马鱼 Danio rerio
身体透明的小鱼，生活周期约3个月，是研究脊椎动物发育过程的良好对象。
小鼠 Mus musculus
基因组大小与人类相近，约30亿个核苷酸对，有19条染色体
1999年小鼠基因组测序项目启动
2002年8月完成小鼠基因组物理图谱
2002年12月完成小鼠基因组序列草图
人 Homo Sapiens
分 子 生 物 学
倪 坚
绍兴文理学院生命科学学院
联系方式：13957509657 659657
nijian@usx.
《基因VIII》
【美】Benjamin Lewin
余龙 江松敏 赵寿元 等译。
2005， 科学出版社
《基因的分子生物学》
【美】J.D.沃森 等著
杨焕明 等译
2005，科学出版社
《分子细胞生物学》（第二版）
韩贻仁 主编
科学出版社
教学内容安排
绪论——分子生物学的诞生与发展
第一章 DNA的结构与功能
第二章 DNA的复制修复与转座
第三章 转录
第四章 翻译
第六章 原核基因表达调控
第七章 真核基因表达调控
第八章 信号转导
第九章 从癌的十年到人类基因 组计划
第五章 DNA重组技术
绪 论 ——分子生物学的诞生与发展
一、 分子生物学的诞生
背景
20世纪初以物理学为代表的自然科学突飞猛进的发展。
生命科学领域：
达尔文的物种起源理论
施旺施莱登的细胞学说
经典生物化学与遗传学的突破
孟德尔遗传定律的发现
遗传学的重大突破
德弗里斯
荷兰
柯灵斯
德国
契马克
澳大利亚
“重新发现”孟德尔遗传定律
摩尔根创立染色体学说，发现连锁与交换定律
酶的发现与结晶——证明了脲酶的蛋白质本质
生物化学的重大发现
James B. Sumner
DNA的分离——瑞士科学家米歇尔（从白细胞核中分离出DNA。
一个基因一个酶学说
——比德尔（George Beadle） 和塔特姆(E. L. Tatum)
遗传学与生物化学的结合
DNA是遗传物质的确定
光滑型细胞（有毒）
粗糙型细胞（无毒）
破碎细胞
DNAase降解后的DNA
粗糙型细胞接受光滑型DNA
只有粗糙型
大多数仍为粗糙型
少数光滑型细胞被转化
S
S
R
R
R
+
DNA
实验证据1—Avery实验
实验证据2—Hershey与Chase实验
Watson和Crick两位科学家于1953年提出来DNA结构模型
James Watson (L) and Francis Crick (R), and the model they built of the structure of DNA
分子生物学的诞生
生物大分子的结构与功能
核酸的结构与功能
分离克隆基因 （clone）
确定基因的结构 (structure)
基因的功能研究 (function)
生化功能
生理功能
蛋白质的结构与功能
蛋白质的构象与其功能的关系
二、 分子生物学的研究内容与热点
结构分子生物学
基于结构分子生物学与生物信息学的新药设计
基因表达调控及细胞生理活动的分子机制 (expression modulation)
信号转导（Signal Transduction）
重要的细胞生理活动，细胞凋亡，细胞分化等
遗传病基因克隆重大突破
夏家辉教授实验室
1998年克隆了高频耳聋疾病基因
果蝇体节发育中的基因表达调控
DNA重组技术的应用
基因组学，蛋白质组学与生物信息学发展——学科交叉
Venter
Collins
人类基因组计划将分子生物学研究推向基因组时代。
面对堆积如山的生物学数据……
分子生物学家
(生物学问题)
数学物理学家
计算机科学家
(数学问题)
工程师
（技术应用）
生物信息学
从局部到整体，基因组学，蛋白质组学的发展使分子生物学向系统生物学发展。
——系统生物学是研究一个生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科.
系统生物学
酵母蛋白质网络图
代谢网络图
物理学的发展给生命科学带来的启示
……新的生物学研究模式的出发点应该是理论的。科学家将从理论推测出发，然后再返回到实验中去，追踪或验证这些理论假设。……生物学家不仅必须成为计算机学者，而且也要改变他们研究生命现象的途径。
——W. Gilbert, Towards A Paradigm Shift in Biology, Nature, 349(1991)99
三、 分子生物学研究的模式生物
由于地球上的生物体具有共同的进化祖先，在生命的基本模式上具有相同的特征，因此生物学家常选用一些特定的生物来研究生命活动的基本规律，这些生物称为模式生物。
模式生物的选择主要是根据研究的目的、取材的方便、实验方法的可行、遗传背景情况、是否具有遗传改造和表型分析手段、是否有利于国际同行的交流等因素。
大肠杆菌 Eschetichia coli
结构简单，基因组小，无内含子，无性繁殖，可人工培养，是一种良好的模式生物。
K12菌株，全基因组于1997年测定，长460万bp
噬菌体
寄生于细菌的病毒，大肠杆菌噬菌体是早期分子生物学研究的主要工具。
酿酒酵母 Saccharomyces cerevisiae
最简单的真核生物
可进行出芽生殖，并可进行减数分裂与交配。
拟南芥 Arabidopsis thaliana
十字花科草本，生活周期为6周，是理想的模式植物
5条染色体，全基因组长约1.0×108 bp
水稻 Oryza sativa
基因组比较紧致，为小麦的1/37，是禾本科植物的首选测序对象；
12条染色体；约为人类基因组的七分之一。
秀丽线虫 Caenorhabitidis elegans, worm
细胞数目一定：成虫细胞数目只有959个，其中包括302个神经元；
是研究细胞凋亡分子机制的理想模型
荧光显微镜下的秀丽线虫
果蝇 Drosophila melanogaster
生活周期短、容易饲养、繁殖力强、染色体数目少、易于观察、容易诱发变异等特点
有体节分化，是研究发育生物学的理想模型
果蝇：遗传学和分子发育生物学的国王
爪蟾 Xenopus lavias
1个受精卵在24小时内分裂到各种器官初具雏形的程度，是发育分子机制的理想模型。
斑马鱼 Danio rerio
身体透明的小鱼，生活周期约3个月，是研究脊椎动物发育过程的良好对象。
小鼠 Mus musculus
基因组大小与人类相近，约30亿个核苷酸对，有19条染色体
1999年小鼠基因组测序项目启动
2002年8月完成小鼠基因组物理图谱
2002年12月完成小鼠基因组序列草图
人 Homo Sapiens