基础分子生物学

基础分子生物学课程安排基础分子生物学课程安排 时间时间 授课老师授课老师 备注备注 9月月22日日 朱玉贤朱玉贤 第第1章章 9月月25日日 郑晓峰郑晓峰 9月月29日日郑晓峰郑晓峰 10月月6日日 郑晓峰郑晓峰 第第24章章 10月月9日日郑晓峰郑晓峰 10月月13日日 郑晓峰郑晓峰 10月月20日日 郑晓峰郑晓峰 10月月23日日 朱玉贤朱玉贤 10月月27日日 朱玉贤朱玉贤 第第56章章 11月月3日日 朱玉贤朱玉贤11月月6日日 朱玉贤朱玉贤11月月10日期中考试，郑晓峰，占日期中考试，郑晓峰，占50% 时间时间 授课老师授课老师 备注备注 11月月17日日 郭红卫郭红卫 11月月20日日 郭红卫郭红卫 第第8章章11月月24日日 郭红卫郭红卫 12月月1日日 郑晓峰郑晓峰12月月4日日 郑晓峰郑晓峰第第9章章12月月8日日 郑晓峰郑晓峰12月月15日日 郭红卫郭红卫 12月月18日日 郭红卫郭红卫 第第1011章章12月月22日日 郭红卫郭红卫 12月月29日日 郭红卫郭红卫 09年年1月？日期末考试，郭红卫，占月？日期末考试，郭红卫，占50% 课程基本要求课程基本要求 熟知核酸的基本生物化学特性；熟知核酸的基本生物化学特性； 熟知生物信息的储存与表达过程；熟知生物信息的储存与表达过程； 掌握掌握DNA、RNA和蛋白质的基本代谢过程，特别和蛋白质的基本代谢过程，特别是基因的一般结构与生物功能，基因活性的修饰是基因的一般结构与生物功能，基因活性的修饰与调节；与调节； 掌握分子克隆与掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原理，了重组的基本技术与原理，了解现代分子生物学基本研究方法，了解基因治疗解现代分子生物学基本研究方法，了解基因治疗与基因组学的新成果，新进展。

与基因组学的新成果，新进展主要参考书主要参考书1现代分子生物学现代分子生物学 朱玉贤、李毅、郑晓峰，第三版（朱玉贤、李毅、郑晓峰，第三版（2007） 2. Genes VIII (IX). Benjamin Lewin 3. Molecular Biology of the Gene James D. Watson, et al. 2004 第五版第五版 4. Lehninger Principles of Biochemistry, 2005 第五版第五版 第一章第一章 绪绪 论论一、二十一世纪是现代生物科学的世纪一、二十一世纪是现代生物科学的世纪 统计美国统计美国“科学引文索引（科学引文索引（Science Citation Index, SCI）”收录的收录的6080余种学术刊物，发现有余种学术刊物，发现有4000种种左右为生物科学相关杂志！左右为生物科学相关杂志！ 统计全世界引用指数（统计全世界引用指数（Impact factor）在）在10以上以上的超一流学术刊物，也发现的超一流学术刊物，也发现80%左右是生物科学左右是生物科学相关刊物相关刊物表表 1.引用指数在引用指数在 10 以上的自然科学刊物分科比较以上的自然科学刊物分科比较 学学 科科 杂志总数杂志总数 平均引用指数平均引用指数 30 杂志杂志数数 总总 论论 3 178 0 化化 学学 2 118 0 物物 理理 5 220 2 数数 学学 1 182 0 生生 物物 38 191 8 2006年年SCI收录的收录的6000余种期刊的影响因子中余种期刊的影响因子中CA-CANCER J CLIN 63.342ANNU REV IMMUNOL 47.237NEW ENGL J MED 44.016ANNU REV BIOCHEM 36.525NAT REV CANCER 31.583NAT REV MOL CELL BIO 31.354SCIENCE 30.028CELL 29.194 NAT REV IMMUNOL 28.697NATURE 26.681分子生物学分子生物学 是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学；征及其重要性、规律性和相互关系的科学； 是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。

基础学科二、分子生物学发展的三个阶段二、分子生物学发展的三个阶段(一一) 准备和酝酿阶段准备和酝酿阶段(二二) 现代分子生物学的建立和发展阶段现代分子生物学的建立和发展阶段(三三) 初步认识生命本质并改造生命的深初步认识生命本质并改造生命的深 入发展阶段入发展阶段二、分子生物学发展的三个阶段二、分子生物学发展的三个阶段(一一) 准备和酝酿阶段准备和酝酿阶段（19世纪后期到世纪后期到20世纪世纪50年代初）年代初）1、确定了蛋白质是生命的主要物质基础、确定了蛋白质是生命的主要物质基础;2、确定了生物遗传物质基础是、确定了生物遗传物质基础是DNA(二二) 现代分子生物学的建立和发展阶段现代分子生物学的建立和发展阶段（ 20世纪世纪50年代初到年代初到70年代初）年代初） 1、DNA双螺旋结构模型（双螺旋结构模型（1953） (现代分子生物学诞生的里程碑现代分子生物学诞生的里程碑) 2、遗传信息传递中心法则的建立、遗传信息传递中心法则的建立 3、对蛋白质结构与功能的进一步认识、对蛋白质结构与功能的进一步认识(三三)现代分子生物学深入发展的阶段现代分子生物学深入发展的阶段 1、重组、重组DNA技术的建立和发展技术的建立和发展; 2、基因组研究、基因组研究; 3、单克隆抗体及基因工程抗体技术、单克隆抗体及基因工程抗体技术; 4、基因表达调控机理、基因表达调控机理; 5、细胞信号转导机理研究、细胞信号转导机理研究。

三、现代分子生物学发展中的主要里程碑三、现代分子生物学发展中的主要里程碑Gregor Mendel(1822-1884).The Father of Genetics孟德尔孟德尔的的遗传学规律遗传学规律最先使人们对最先使人们对性状遗传性状遗传产生了理性认识产生了理性认识 孟德尔孟德尔（奥地利）的（奥地利）的遗传学规律遗传学规律最先使人们最先使人们对性状遗传产生了理性认识；对性状遗传产生了理性认识； Morgan（美）的（美）的基因学说基因学说则进一步将则进一步将“性性状状”与与“基因基因”相耦联，成为分子遗传学的相耦联，成为分子遗传学的奠基石 1910年，德国科学家年，德国科学家Kossel第一个分第一个分离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸离了腺嘌呤，胸腺嘧啶和组氨酸 1959年，美国科学家年，美国科学家Ochoa 因为酶因为酶学方面的杰出贡献（第一次合成核糖核学方面的杰出贡献（第一次合成核糖核酸），与实现试管内细菌细胞中酸），与实现试管内细菌细胞中DNA的的复制的复制的Arthur Kornberg共享当年诺贝尔共享当年诺贝尔生理与医学奖生理与医学奖Severo Ochoa，the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1959.Main research interest: enzymatic processes in biological oxidation and synthesis and the transfer of energy, basic steps in metabolism of carbohydrates and fatty acids, utilization of carbon dioxide, biosynthesis of nucleic acids.儿子：儿子：Roger D. Kornberg （1947？）？）2006 年年Nobel Laureates of Chemistry父亲：父亲：Arthur Kornberg（19182007）1959年年 Nobel Prize in Physiology or Medicine1962年，年，Watson和和Crick因为在因为在1953年提出年提出DNA的反向平行双螺旋模型而与的反向平行双螺旋模型而与Wilkins共共获获Noble生理医学奖，后者通过生理医学奖，后者通过X射线衍射证射线衍射证实了实了Watson-Crick模型。

模型Watson和和Crick所提出的脱氧核糖酸双螺旋所提出的脱氧核糖酸双螺旋模型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平模型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962：for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material. Wilkins通过对通过对DNA分子的分子的X射射线衍射研究证实线衍射研究证实了该模型了该模型Rosalind E. Franklin1920-1958Rosalind E. Franklin1920-1958On Feb. 28, 1953, Francis Crick walked into the Eagle pub in Cambridge, England, and, as James Watson later recalled, announced that we had found the secret of life. Actually, they had. That morning, Watson and Crick had figured out the structure of deoxyribonucleic acid, DNA. And that structure a double helix that can unzip to make copies of itself confirmed suspicions that DNA carries lifes hereditary information . 1961年，法国科学家年，法国科学家Jacob和和Monod提出提出并证实了并证实了操纵子（操纵子（operon）作为调节细菌细作为调节细菌细胞代谢的分子机制。

胞代谢的分子机制他们还推测存在一种与他们还推测存在一种与DNA序列相互补、序列相互补、能将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场能将它所编码的遗传信息带到蛋白质合成场所并翻译产生蛋白质的所并翻译产生蛋白质的mRNA（信使核糖核（信使核糖核酸）对分子生物学的发展产生了极其重要的对分子生物学的发展产生了极其重要的指导作用指导作用Francois Jacob (Left), Jacques Monod (Center) & Andre Lwoff (Right),1965分享了诺贝尔生理医学奖分享了诺贝尔生理医学奖 1968年，年，Nirenberg，Holley和和Khorana共享诺贝尔共享诺贝尔生理医学奖生理医学奖 Nirenberg：破译：破译DNA遗传密码；遗传密码； Holley：阐明了酵母丙氨酸：阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列，的核苷酸序列，并证实了所有并证实了所有tRNA具有结构上的相似性；具有结构上的相似性； Khorana：第一个合成了核酸分子，并且人工复制：第一个合成了核酸分子，并且人工复制了酵母基因了酵母基因 1972年，年，Paul Berg（美）第一次进行了（美）第一次进行了DNA重组。

重组 1977年，年，Sanger和和Gilbert（英）第一次进（英）第一次进行了行了DNA序列分析序列分析1980年，获诺贝尔化学奖年，获诺贝尔化学奖 1983年，年，McClintock由于在由于在50年代提出并发年代提出并发现了现了可移动遗传因子可移动遗传因子（jumping gene或称或称mobile element）而获得）而获得Nobel奖Barbra McClintock 1975年，美国人年，美国人Temin、Dulbecco和和Baltimore由于发现在由于发现在RNA肿瘤病毒中存在以肿瘤病毒中存在以RNA为模板，逆转录生成为模板，逆转录生成DNA的的逆转录酶逆转录酶而而共享诺贝尔生理医学奖共享诺贝尔生理医学奖; 1989年，（美）年，（美）Altman和和Cech发现某些发现某些RNA具有酶的功能具有酶的功能而共享而共享Nobel化学奖；化学奖； 1993年，英国科学家年，英国科学家Roberts和和Sharp因发现因发现断裂基因（断裂基因（introns）而获得）而获得Nobel奖；奖；凯利凯利穆利斯穆利斯1993年，美国科学家年，美国科学家Roberts和和Sharp因发现因发现断裂基因断裂基因(introns)而获而获得得Nobel奖；奖；Mullis由由于发明于发明PCR仪而与加仪而与加拿大学者拿大学者Smith（第一（第一个设计基因定点突变）个设计基因定点突变）共享共享Nobel化学奖。

化学奖 1994年，年，Gilman和和Rodbell（美）由于发现了（美）由于发现了G蛋蛋白在细胞内信号转导中的作用白在细胞内信号转导中的作用而分享而分享Nobel生理医生理医学奖；学奖； 1999年，年，Blobel（美）由于阐述了（美）由于阐述了蛋白质在细胞蛋白质在细胞间的运转机制间的运转机制而获而获Nobel生理医学奖；生理医学奖； 2001年，年，Hartwell(美美)Hunt & Nurse(英英)因对因对细胞细胞周期调控因子周期调控因子的研究分享的研究分享Nobel生理医学奖生理医学奖; 2006年年,美国科学家美国科学家R. Kornberg由于在揭示由于在揭示真核真核细胞转录机制细胞转录机制方面的杰出贡献获得诺贝尔化学奖方面的杰出贡献获得诺贝尔化学奖 2007年，美国科学家年，美国科学家Fire和和Mello由于在揭示控制由于在揭示控制遗传信息流动的基本机制遗传信息流动的基本机制RNA干扰干扰方面的杰方面的杰出贡献而获得诺贝尔生理医学奖出贡献而获得诺贝尔生理医学奖此外，此外，Griffith（1928）及）及Avery（1944）等）等人关于致病力强的光滑型（人关于致病力强的光滑型（S型）肺炎链球菌型）肺炎链球菌DNA导致致病力弱的粗糙型（导致致病力弱的粗糙型（R型）细菌发生型）细菌发生遗传转化的实验遗传转化的实验;Hershey和和Chase（1952）关于）关于DNA是遗是遗传物质的实验传物质的实验;Crick于于1954年所提出的遗传信息传递规年所提出的遗传信息传递规律（即中心法则）；律（即中心法则）；Meselson和和Stahl（1958）关于）关于DNA半保半保留复制的实验留复制的实验;Yanofsky和和Brener（1961）年关于遗传）年关于遗传密码三联子的设想，密码三联子的设想，成功破译了遗传密码，阐成功破译了遗传密码，阐明了遗传信息的流动与表达机制，明了遗传信息的流动与表达机制，都为分子生都为分子生物学的发展做出了重大贡献。

物学的发展做出了重大贡献DNA分子的双螺旋结构模型和半保留复制机分子的双螺旋结构模型和半保留复制机制，解决了基因的自我复制和世代交替问题制，解决了基因的自我复制和世代交替问题.Crick于于1954年所提出的遗传信息传递规律（即中年所提出的遗传信息传递规律（即中心法则）心法则）.中心法则中心法则Crick于于1954年所提出的遗传信息传递规律年所提出的遗传信息传递规律1954年首次年首次提出的提出的“中心法则中心法则” 1970-1980年年的的“中心法则中心法则” 21世纪后修正世纪后修正的的“中心法则中心法则” 四、证明四、证明DNA就是遗传物质的就是遗传物质的主要历史事件主要历史事件 多少年来，人们反复提出的几个与一切生多少年来，人们反复提出的几个与一切生命现象有关的问题：命现象有关的问题：1.生命是怎样起源的？生命是怎样起源的？2.为什么为什么“有其父必有其子有其父必有其子”？3.动、植物个体是怎样从一个受精卵发育动、植物个体是怎样从一个受精卵发育而来的？而来的？ 1 7 世 纪 末 叶 ， 荷 兰 藉 显 微 镜 专 家世 纪 末 叶 ， 荷 兰 藉 显 微 镜 专 家Leeuwenhoek制作成功了世界第一架光学显微制作成功了世界第一架光学显微镜。

镜 Hooke，第一次用，第一次用“细胞细胞”这个概念来形容这个概念来形容组成软木的最基本单元组成软木的最基本单元 1847年，年，Schleiden和和Schwann提出提出“细胞细胞学说学说”，证明动、植物都由细胞组成证明动、植物都由细胞组成细胞学说细胞学说 分析细胞的组成成分；分析细胞的组成成分； 弄清楚这些物质与细胞内生命现象的联系弄清楚这些物质与细胞内生命现象的联系 19世纪中叶到世纪中叶到20世纪初，是早期生物化学的世纪初，是早期生物化学的大发展阶段，组成蛋白质的大发展阶段，组成蛋白质的20种基本氨基酸种基本氨基酸被相继发现，著名生物化学家被相继发现，著名生物化学家Fisher还论证还论证了连接相邻氨基酸的了连接相邻氨基酸的“肽键肽键”的形成 经典生物化学经典生物化学 孟德尔在孟德尔在1857年到年到1864年间，用产生圆形年间，用产生圆形种子的豌豆同产生皱皮种子的植株杂交，得到种子的豌豆同产生皱皮种子的植株杂交，得到几百粒全是圆形的几百粒全是圆形的F1代种子 第二年，他种植了第二年，他种植了253粒粒F1圆形种子并进圆形种子并进行自交，得到行自交，得到7324粒粒F2种子，其中种子，其中5474粒圆形粒圆形，1850粒皱皮，圆皱比为粒皱皮，圆皱比为3:1。

经典遗传学经典遗传学 用黄色圆形豌豆与绿色皱皮豌豆做杂交，发用黄色圆形豌豆与绿色皱皮豌豆做杂交，发现现F1种子全是黄色圆形的种子全是黄色圆形的 自交产生自交产生556粒粒F2代种子中，黄色圆形代种子中，黄色圆形315粒，黄色皱皮粒，黄色皱皮121，绿色圆形，绿色圆形108，绿色皱皮，绿色皱皮32 四种类型接近于四种类型接近于9:3:3:1绿绿 黄黄 圆圆 皱皱F2代代=9:3:3:1 孟德尔总结出生物遗传的两条基本规律：孟德尔总结出生物遗传的两条基本规律： 第一，当两种不同植物杂交时，它们的下一第一，当两种不同植物杂交时，它们的下一代可能与亲本之一完全相同，他把这一现象称代可能与亲本之一完全相同，他把这一现象称为统一律为统一律孟德尔认为，生物的每一种性状都是由遗传因孟德尔认为，生物的每一种性状都是由遗传因子控制的，这些因子可以从亲代到子代，代代子控制的，这些因子可以从亲代到子代，代代相传遗传因子在体细胞内是成对存在的，一个来遗传因子在体细胞内是成对存在的，一个来自父本，一个来自母本，只有在形成配子时自父本，一个来自母本，只有在形成配子时单独存在单独存在有些遗传因子以显性（有些遗传因子以显性（dominant）形式存在）形式存在，能在杂种一代得到表达；有些因子呈隐性，能在杂种一代得到表达；有些因子呈隐性（recessive）状态，只有当父、母本同时含有）状态，只有当父、母本同时含有这一因子时，才得到表现。

这一因子时，才得到表现 第二，将不同植物品种杂交后的第二，将不同植物品种杂交后的F1代种子代种子再进行杂交或自交时，下一代就会按照一定的再进行杂交或自交时，下一代就会按照一定的比例发生分离，因而具有不同的形式，他把这比例发生分离，因而具有不同的形式，他把这一现象称为分离规律一现象称为分离规律在孟德尔遗传学基础上，在孟德尔遗传学基础上，Morgan又提出又提出了了基因学说基因学说 1910年，年，Morgan和他的助手们发现了第一和他的助手们发现了第一只白眼雄果蝇，称为只白眼雄果蝇，称为突变型突变型正常情况下，正常情况下，果蝇都是红眼的，称为果蝇都是红眼的，称为野生型野生型Morgan将白将白眼雄果蝇与红眼雌果蝇交配，所产生的眼雄果蝇与红眼雌果蝇交配，所产生的F1代代不论雌雄，全为红眼果蝇（不论雌雄，全为红眼果蝇（孟德尔的统一规孟德尔的统一规律律！） 这些这些F1果蝇互相交配所产生的果蝇互相交配所产生的F2有红眼也有红眼也有白眼，但所有白眼果蝇都是雄性的，说有白眼，但所有白眼果蝇都是雄性的，说明该性状与性别有联系明该性状与性别有联系 Morgan的这一的这一连锁遗传规律连锁遗传规律与孟德尔的遗与孟德尔的遗传性状独立分离规律是传性状独立分离规律是“背道而驰背道而驰”的！的！ 当所研究的当所研究的两个基因位于同一染色体上两个基因位于同一染色体上而又而又距离较近时，距离较近时，Morgan的的连锁遗传规律连锁遗传规律起主导起主导作用。

作用 当所研究的当所研究的两个基因位于不同染色体上两个基因位于不同染色体上时，时，孟德尔的孟德尔的独立分离规律独立分离规律起主导作用起主导作用 证明证明DNA就是遗传物质的就是遗传物质的具有重要意义的实验具有重要意义的实验 Griffith（1928）及）及Avery（1944）等人关）等人关于致病力强的光滑型（于致病力强的光滑型（S型）肺炎链球菌型）肺炎链球菌DNA导致致病力弱的粗糙型（导致致病力弱的粗糙型（R型）细菌型）细菌发生遗传转化的实验发生遗传转化的实验; Hershey和和Chase（1952）关于）关于DNA是遗是遗传物质的实验传物质的实验; 英国科学家英国科学家Griffith等人发现，具有光滑外表的等人发现，具有光滑外表的S型肺炎链球菌能使小鼠发病，具有粗糙外表的型肺炎链球菌能使小鼠发病，具有粗糙外表的R型型细菌没有致病力荚膜多糖能保护细菌免受动物细菌没有致病力荚膜多糖能保护细菌免受动物白细胞的攻击白细胞的攻击 首先用实验证明基因就是首先用实验证明基因就是DNA分子的是美国的微分子的是美国的微生物学家生物学家Avery他首先将光滑型致病菌（他首先将光滑型致病菌（S型）型）烧煮杀灭活性以后再侵染小鼠，发现这些死细菌烧煮杀灭活性以后再侵染小鼠，发现这些死细菌自然丧失了致病能力。

自然丧失了致病能力图图1-1 DNA是是“转化源转化源” 解剖死鼠，发现有大量活解剖死鼠，发现有大量活的的S型细菌推测，死细型细菌推测，死细菌中的某一成分菌中的某一成分转化转化源源 ( t r a n s f o r m i n g principle）将无致病力的）将无致病力的细菌转化成病原细菌细菌转化成病原细菌 实验表明，实验表明，DNA就是转就是转化源死细菌化源死细菌DNA指导指导了这一可遗传的转化，从了这一可遗传的转化，从而导致了小鼠死亡而导致了小鼠死亡DNA是细菌的是细菌的遗传物质遗传物质Avery等人的工作树立了遗传学理论上全新的观点等人的工作树立了遗传学理论上全新的观点DNA是遗传信息的载体是遗传信息的载体美国冷泉港卡内基遗传 学 实 验 室 科 学 家美国冷泉港卡内基遗传 学 实 验 室 科 学 家Hershey和他的学生和他的学生Chase在在1952年从事噬菌年从事噬菌体侵染细菌的实验体侵染细菌的实验噬菌体专门寄生在细菌体内，其头、尾外部都噬菌体专门寄生在细菌体内，其头、尾外部都是由蛋白质组成的外壳，头内主要是是由蛋白质组成的外壳，头内主要是DNADNA也是病毒的遗传物质也是病毒的遗传物质 噬菌体侵染细菌的主要过程如下：噬菌体侵染细菌的主要过程如下：噬菌体尾部的末端（基片、尾丝）吸附在细菌表噬菌体尾部的末端（基片、尾丝）吸附在细菌表面；面；噬菌体通过尾轴把噬菌体通过尾轴把DNA全部注入细菌细胞内，噬全部注入细菌细胞内，噬菌体的蛋白质外壳则留在细胞外面；菌体的蛋白质外壳则留在细胞外面；利用细菌的生命过程合成噬菌体自身的利用细菌的生命过程合成噬菌体自身的DNA和蛋和蛋白质；白质；用新合成的用新合成的DNA和蛋白质组装成与亲代完全相同和蛋白质组装成与亲代完全相同的子噬菌体；的子噬菌体；细菌解体，释放子代噬菌体，侵染其他细菌。

细菌解体，释放子代噬菌体，侵染其他细菌 侵染细菌后立即收集噬菌体，可得到侵染细菌后立即收集噬菌体，可得到70%32P标记的标记的DNA，但只能得到，但只能得到20%标标记的蛋白质如果侵染细菌后让噬菌体复记的蛋白质如果侵染细菌后让噬菌体复制一代，那么，新生代噬菌体中制一代，那么，新生代噬菌体中30%的的DNA链上带有链上带有32P标记，而噬菌体总蛋白标记，而噬菌体总蛋白中只有不到中只有不到1%仍带有仍带有35S标记DNA是动物细胞的遗传物质是动物细胞的遗传物质当当DNA加入到某种在培养加入到某种在培养基中培养的真核单细胞生基中培养的真核单细胞生物群落中，核酸就会进入物群落中，核酸就会进入到细胞中去，其中有一部到细胞中去，其中有一部分就会合成出一些新的蛋分就会合成出一些新的蛋白质导入导入DNA的表达将使细胞的表达将使细胞产生一些新的特性产生一些新的特性图图. 胸腺嘧啶核苷激酶的合成胸腺嘧啶核苷激酶的合成DNA到底是什么样的呢？到底是什么样的呢？ Avery在在1944年的报告中这样写道：当溶液年的报告中这样写道：当溶液中酒精的体积达到中酒精的体积达到9/10时，有纤维状物质析出时，有纤维状物质析出；如稍加搅动，这种物质便会像棉线绕在线轴；如稍加搅动，这种物质便会像棉线绕在线轴上一样绕在硬棒上，溶液中的其他成分则以颗上一样绕在硬棒上，溶液中的其他成分则以颗粒状沉淀留在下面。

溶解纤维状物质并重复沉粒状沉淀留在下面溶解纤维状物质并重复沉淀数次，可提高其纯度这一物质具有很强的淀数次，可提高其纯度这一物质具有很强的生物学活性，初步实验证实它很可能就是生物学活性，初步实验证实它很可能就是DNA谁能想到！）谁能想到！） 对对DNADNA分子的物理化学研究导致了现代生物分子的物理化学研究导致了现代生物学翻天覆地的革命，这更是学翻天覆地的革命，这更是AveryAvery所没有想到所没有想到的！的！ 中国科学家的贡中国科学家的贡献献 吴宪吴宪20世纪世纪20年代与汪猷、张昌颖等人一道完年代与汪猷、张昌颖等人一道完成了蛋白质变性理论、血液生化检测和免疫化成了蛋白质变性理论、血液生化检测和免疫化学等一系列有重大影响的研究学等一系列有重大影响的研究 20世纪中下叶，我国科学家相继实现了人工全世纪中下叶，我国科学家相继实现了人工全合成有生物学活性的结晶牛胰岛素，解出了三合成有生物学活性的结晶牛胰岛素，解出了三方二锌猪胰岛素的晶体结构，采用有机合成与方二锌猪胰岛素的晶体结构，采用有机合成与酶促相结合的方法完成了酵母丙氨酸转移核糖酶促相结合的方法完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成。

核酸的人工全合成五、分子生物学的主要研究内容五、分子生物学的主要研究内容一切生物体中的各类有机大分子都是由完一切生物体中的各类有机大分子都是由完全相同的单体，如蛋白质分子中的全相同的单体，如蛋白质分子中的20种氨种氨基酸、基酸、DNA及及RNA中的中的8种碱基所组合而成种碱基所组合而成的分子生物学研究的基本定理分子生物学研究的基本定理：1.构成生物体有机大分子的单体在不同生物构成生物体有机大分子的单体在不同生物中都是相同的；中都是相同的；2.生物体内一切有机大分子的构成都遵循共生物体内一切有机大分子的构成都遵循共同的规则同的规则 ；3.某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性子决定了它的属性 生物体内各种大分子、亚细胞结构的大小生物体内各种大分子、亚细胞结构的大小 DNA重组技术重组技术 (基因工程基因工程) 基因表达调控基因表达调控 生物大分子结构功能生物大分子结构功能 (结构分子生物学结构分子生物学) 基因组、功能基因组与生物信息学基因组、功能基因组与生物信息学分子生物学研究主要包括：分子生物学研究主要包括： 是是20世纪世纪70年代初兴起的技术科学，目的是将年代初兴起的技术科学，目的是将不同不同DNA片段按照人们的设计定向连接起来，片段按照人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。

达，产生影响受体细胞的新的遗传性状 DNA重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶工程及微生物学、遗传学、细胞学长期深入研工程及微生物学、遗传学、细胞学长期深入研究的结晶，而限制性内切酶、究的结晶，而限制性内切酶、DNA连接酶及其连接酶及其他工具酶的发现与应用则是这一技术得以建立他工具酶的发现与应用则是这一技术得以建立的关键DNA重组技术重组技术基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子，构成遗传物质的新组合，使之进入其它载体分子，构成遗传物质的新组合，使之进入原先没有这类分子的寄主细胞内并进行持续稳定的原先没有这类分子的寄主细胞内并进行持续稳定的繁殖和表达繁殖和表达基因工程技术是核酸操作技术的一部分，只不过它基因工程技术是核酸操作技术的一部分，只不过它强调了外源核酸分子在另一种不同的寄主细胞中的强调了外源核酸分子在另一种不同的寄主细胞中的繁衍与性状表达繁衍与性状表达事实上，这种跨越物种屏障、把来自其它生物的基事实上，这种跨越物种屏障、把来自其它生物的基因置于新的寄主生物细胞之中的能力，是基因工程因置于新的寄主生物细胞之中的能力，是基因工程技术区别于其它技术的根本特征。

技术区别于其它技术的根本特征核酸的凝胶电泳核酸的凝胶电泳一种分子被放置到电场中，它就会以一定的速一种分子被放置到电场中，它就会以一定的速度移向适当的电极我们把这种电泳分子在电度移向适当的电极我们把这种电泳分子在电场作用下的迁移速度，叫做电泳的迁移率，它场作用下的迁移速度，叫做电泳的迁移率，它与电场强度和电泳分子本身所携带的净电荷数与电场强度和电泳分子本身所携带的净电荷数成正比，与片段大小成反比成正比，与片段大小成反比在凝胶电泳中，加入溴化乙锭（在凝胶电泳中，加入溴化乙锭（ethidium bromide，EtBr）染料对核酸分子进行染色，然后放置在紫外）染料对核酸分子进行染色，然后放置在紫外光下观察，可灵敏而快捷地检测出凝胶介质中光下观察，可灵敏而快捷地检测出凝胶介质中DNA的谱带部位，即使每条的谱带部位，即使每条DNA带中仅含有带中仅含有0.05g的微的微量量DNA，也可以被清晰地检测出来也可以被清晰地检测出来溴化乙锭染料的化溴化乙锭染料的化学结构及其对学结构及其对DNADNA分子的插入作用分子的插入作用由于插入了溴化乙由于插入了溴化乙锭分子，在紫外光锭分子，在紫外光照射下，琼脂糖凝照射下，琼脂糖凝胶电泳中胶电泳中DNADNA的条的条带便呈现出橘黄色带便呈现出橘黄色荧光，易于鉴定。

荧光，易于鉴定工具酶工具酶限制性核酸内切酶能够识别限制性核酸内切酶能够识别DNADNA上的特定碱上的特定碱基序列并从这个位点切开基序列并从这个位点切开DNADNA分子第一个核酸内切酶第一个核酸内切酶EcoRI是是Boyer实验室在实验室在1972年发现的，它能特异性识别年发现的，它能特异性识别GAATTC序列，将双链序列，将双链DNA分子在这个位点切开并产分子在这个位点切开并产生具有粘性末端的小片段生具有粘性末端的小片段 几种主要几种主要DNA内切酶所识别的序列及其酶切末端内切酶所识别的序列及其酶切末端.基因克隆的载体基因克隆的载体仅仅能在体外利用限制性核酸内切酶和仅仅能在体外利用限制性核酸内切酶和DNA连接酶连接酶进行进行DNA的切割和重组，还不能满足基因工程的要的切割和重组，还不能满足基因工程的要求，只有将它们连接到具备自主复制能力的求，只有将它们连接到具备自主复制能力的DNA分分子上，才能在寄主细胞中进行繁殖子上，才能在寄主细胞中进行繁殖具备自主复制能力的具备自主复制能力的DNA分子就是分子克隆的载体分子就是分子克隆的载体（vector）病毒、噬菌体和质粒等小分子量复制）病毒、噬菌体和质粒等小分子量复制子都可以作为基因导入的载体。

子都可以作为基因导入的载体 通过通过DNA连接酶把不同的连接酶把不同的DNA片段连接成一个整体片段连接成一个整体a. DNA的粘性末端的粘性末端; b. DNA的平末端的平末端; c. 化学合成的具有化学合成的具有EcoRI粘性粘性末端的末端的DNA片段重组重组DNA操作过程示意图操作过程示意图 可被用于大量生产某些在正常细胞代谢中产可被用于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低的多肽；量很低的多肽； 可用于定向改造某些生物的基因组结构，使可用于定向改造某些生物的基因组结构，使它们所具备的特殊经济价值或功能得以成百它们所具备的特殊经济价值或功能得以成百上千倍地提高；上千倍地提高； 可被用于进行基础研究可被用于进行基础研究DNA重组技术具有广阔的应用前景重组技术具有广阔的应用前景基因表达调控研究基因表达调控研究 蛋白质分子控制了细胞的一切代谢活动，蛋白质分子控制了细胞的一切代谢活动，而决定蛋白质结构和合成时序的信息都由而决定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸分子编码核酸分子编码 基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译过程基因表达调控研究基因表达调控研究的主要内容的主要内容 信号转导研究信号转导研究 转录因子研究转录因子研究 RNA剪接研究剪接研究1. 信号转导信号转导 信号转导指外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传信号转导指外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状或其他细胞功能方面的应答过程。

或其他细胞功能方面的应答过程 信号转导之所以能引起细胞功能的改变，主要是信号转导之所以能引起细胞功能的改变，主要是由于信号最后活化了某些蛋白质分子，使之发生由于信号最后活化了某些蛋白质分子，使之发生构型变化，从而直接作用于靶位点，打开或关闭构型变化，从而直接作用于靶位点，打开或关闭某些基因某些基因2. 转录因子转录因子 转录因子是一群能与基因转录因子是一群能与基因5端上游特定序端上游特定序列专一结合，从而保证目的基因以特定的列专一结合，从而保证目的基因以特定的强度在特定的时间与空间表达的蛋白质分强度在特定的时间与空间表达的蛋白质分子3. RNA剪接剪接 当真核基因转录成当真核基因转录成pre-mRNA后，除了在后，除了在5端加帽及端加帽及3端加多聚端加多聚A(poly(A)之外，还要之外，还要切去隔开各个相邻编码区的内含子，使外显切去隔开各个相邻编码区的内含子，使外显子相连后成为成熟子相连后成为成熟mRNA生物大分子的结构功能研究生物大分子的结构功能研究(结构分子生物学结构分子生物学)是研究生物大分子特定的空间结构及结构的运是研究生物大分子特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学动变化与其生物学功能关系的科学,主要研究主要研究方向方向: (1)结构的测定结构的测定; (2)结构运动变化规律的探索结构运动变化规律的探索; (3)结构与功能相互关系的建立。

结构与功能相互关系的建立 研究三维结构的主要方法研究三维结构的主要方法 X射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学）射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学） 二维和多维核磁共振法液相结构二维和多维核磁共振法液相结构 电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各种电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各种频谱学方法研究生物高分子的空间结构频谱学方法研究生物高分子的空间结构 基因组、功能基因组与生物信息学基因组、功能基因组与生物信息学 对人类等基因组全序列测序的完成，为确定基因对对人类等基因组全序列测序的完成，为确定基因对人类生长发育和疾病的预防治疗提供了一个前所未人类生长发育和疾病的预防治疗提供了一个前所未有的大舞台；有的大舞台； 蛋白组计划（功能基因组计划）的提出和实施，将蛋白组计划（功能基因组计划）的提出和实施，将快速、高效、大规模鉴定基因的产物和功能；快速、高效、大规模鉴定基因的产物和功能； 依靠计算机快速高效运算并进行统计分类和结构功依靠计算机快速高效运算并进行统计分类和结构功能预测的生物信息学将最大限度地开发和运用基因能预测的生物信息学将最大限度地开发和运用基因组学所产生的庞大数据组学所产生的庞大数据。

基因组是生物体内遗传信息的集合，是某个特基因组是生物体内遗传信息的集合，是某个特定物种细胞内全部定物种细胞内全部DNA分子的总和人类基因分子的总和人类基因组包括组包括23对染色体，单倍体细胞中约有对染色体，单倍体细胞中约有30亿对亿对核苷酸，编码了核苷酸，编码了2.7-3万个基因，人类基因组中万个基因，人类基因组中携带了有关人类个体生长发育、生老病死的全携带了有关人类个体生长发育、生老病死的全部遗传信息部遗传信息A draft sequence of the rice genome (Oryza sativa L. ssp. indica).Science, 2002, 296:79-92.Yu et al., Beijing Genomics Institute/Center of Genomics and Bioinformatics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 101300, China. 要学好分子生物学，除了在书本上下功夫，要学好分子生物学，除了在书本上下功夫，理解并掌握其基本规律之外，一定要跟踪和理解并掌握其基本规律之外，一定要跟踪和研究最新的科技文献，因为这些新发现、新研究最新的科技文献，因为这些新发现、新进展往往对于诠释学习中碰到的疑难问题有进展往往对于诠释学习中碰到的疑难问题有着举一反三、画龙点睛的作用。

着举一反三、画龙点睛的作用 要动手做实验或设计一些新的实验程序要动手做实验或设计一些新的实验程序 愿大家早日掌握分子生物学这把金钥匙，愿大家早日掌握分子生物学这把金钥匙，为祖国繁荣富强，为人类的文明和进步做出为祖国繁荣富强，为人类的文明和进步做出新贡献！新贡献！本本 章章 参参 考考 文文 献献J. D. Watson and F. H. C. Crick, A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid. April 25, 1953 Nature 171, 737-738.Wilkins et al., Nature 171, 738-740, 1953Watson & Crick, Nature 171, 737-738, 1955Meselson & Stahl, PNAS 44, 671-682, 1958Crick et al., Nature 192, 1227-1232, 1961Avery et al., J. Exp. Med., 79, 197-158, 1944Hershey & Chase, J. Gen. Physiol., 36, 39-56, 1952。