1968年，Nirenberg，Holley和Khorana共享诺贝尔
生理医学奖
• Nirenberg：破译DNA遗传密码；
• Holley：阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列，
并证实了所有tRNA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
了酵母基因。
中心法则 Crick于1954年所提出的遗传信息传递规律
• 1909年丹麦遗传学家Yohannsen (18591927)发表了“纯系学说”首先提出了“基 因”的概念，代替了Mendel “遗传因子” 的 概念。但没有提出基因的物质概念。
Morgan的基因阶段
• Morgan T.H.等提出 了基因的连锁遗传规 律。说明了基因是在 染色体上占有一定空 间的实体。基因不再 是抽象符号，被赋予 物质内涵。
1983年，McClintock由于在50年代提出并发 现了可移动遗传因子（jumping gene或称 mobile element）而获得Nobel奖。
Barbra McClintock
• 1993年，美国科学家Roberts和Sharp因发 现断裂基因(introns)而获得Nobel奖
Gene的定义
遗传物质是核酸的确定
1. 肺炎双球菌的转化实验 2. 噬菌体侵染细菌实验
3. 烟草花叶病毒的重建实验
结论：加热杀死的S型菌有某种转化因子
Avery 在1944年更精密的实验设计
• 提取可能的转化因子：DNA、RNA、蛋白质、荚膜进行试 验 • 分别用降解DNA、RNA、蛋白质的酶作用于S型菌细胞抽 提物 • 组分提纯试验结果：DNA组分纯度越高，转化效率越高。
对分子生物学的发展产生了极其重要的 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
三、初步认识生命本质并开始改造 生命的深入发展阶段
1.重组DNA技术的建立和发展
工具酶的发现和应用
一、基因的发展
1. Mendel的遗传因子阶段 2. 摩尔根的基因阶段
3. 顺反子阶段
4. 现代基因阶段
Mendel的遗传因子阶段
• Mendel提出：生物的某种 性状是由遗传因子负责传 递的。是颗粒性的，体细 胞内成双存在，生殖细胞 内成单存在。遗传因子是 决定性状的抽象符号。 • 1866年发表论文，提出分 离规律和独立分配规律； 1900年Mendel遗传规律 被重新发现
T2噬菌体感染试验 （1952年，Hershey & Chase）
病毒重建试验
杂种病毒的感染 特征和蛋白质外 壳的特性是由其 中的RNA决定的， 而不是蛋白质决 定的
结论
• 证明核酸（DNA或RNA）是遗传的物质基 础 • 简单的细菌（或病毒）解决复杂而重大的 问题 • 微生物与高等生物具有共同的遗传本质
• “基因”的分子生物学定义是：产生一条多 肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。 • A gene can be defined as following: The entire nucleic acid sequence that is necessary for the synthesis of a functional polypeptide or RNA molecule.
顺反子阶段
• 1957年，本泽尔（Seymour Benzer）以T4 噬菌体为材料，在 DNA 分子水平上研究基 因内部的精细结构，提出了顺反子 （cistron）概念。 • 顺反子是1个遗传功能单位，1个顺反子决 定1条多肽链。
现代基因阶段
1. 操纵子（operon）：结构基因+调控元件 +调节基因
• 分子水平指的是那些携带遗传信息的核酸和在遗传 信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要 作用的蛋白质等生物大分子。 • 生物大分子均具有较大的分子量，由简单的小分子 核苷酸或氨基酸排列组合以蕴藏各种信息，并且具 有复杂的空间结构以形成精确的相互作用系统， 由此构成生物的多样化和生物个体精确的生长发育 和代谢调节控制系统。 • 阐明这些复杂的结构及结构与功能的关系是分子生 物学的主要任务。
• 1970年，Baltimore等和Temin等在RNA 肿瘤病毒中各自发现了反转录酶。
载体的发现及其应用
• 载体主要是小分子量的复制子如：病毒、 噬菌体、质粒。 • 1972年，美国Stanford大学的P. Berg 等 首次成功地实现了DNA的体外重组； • pSC101质粒载体， ColE1质粒载体， pBR322质粒载体， pUC质粒载体， pGEM-3Z质粒，穿梭质粒载体， pBluescript噬菌粒载体etc.
Wilkins通过对 DNA分子的X射 线衍射研究证实 了该模型。 Rosalind E. Franklin 1920-1958
被遗忘的英格兰玫瑰
Rosalind E. Franklin
1920-1958
3、中心法则和操纵子学说的提出
• 在发现DNA双螺旋结构同时，Watson和Crick就提 出DNA复制的可能模型。 • 其后在1956年A.Kornbery首先发现DNA聚合酶； • 1958年Meselson及Stahl用同位素标记和超速离心 分离实验为DNA半保留模型提出了证明； • 1968年Okazaki（冈畸）提出DNA不连续复制模型； • 1972年证实了DNA复制开始需要RNA作为引物； • 70年代初获得DNA拓扑异构酶，并对真核DNA聚 合酶特性做了分析研究。 完善了对DNA复制机理的认识
分子生物学发展简史
一、准备和酝酿阶段
• 19世纪后期到20世纪50年代初，是现代分 子生物学诞生的准备和酝酿阶段。在这一 阶段产生了两点对生命本质的认识上的重 大突破. • 确定了蛋白质是生命的主要基础物质 • 确定了DNA是生物遗传的物质基础
• 19世纪末Buchner兄弟证明酵母无细胞提取液能使糖发酵 产生酒精，第一次提出酶（enzyme）的名称，酶是生物催 化剂。 • 20世纪20-40年代提纯和结晶了一些酶（包括尿素酶、胃 蛋白酶、胰蛋白酶、黄酶、细胞色素C、肌动蛋白等）， 证明酶的本质是蛋白质。 • 随后陆续发现生命的许多基本现象（物质代谢、能量代谢、 消化、呼吸、运动等）都与酶和蛋白质相联系，可以用提 纯的酶或蛋白质在体外实验中重复出来。 • 在此期间对蛋白质结构的认识也有较大的进步。1902年 EmilFisher证明蛋白质结构是多肽；40年代末，Sanger创 立二硝基氟苯（DNFB）法、Edman发展异硫氰酸苯酯法分 析肽链N端氨基酸；1953年Sanger和Thompson完成了第一 个多肽分子--胰岛素A链和B链的氨基全序列分析。 • 由于结晶X-线衍射分析技术的发展，1950年Pauling和 Corey提出了α-角蛋白的α-螺旋结构模型。所以在这阶 段对蛋白质一级结构和空间结构都有了认识。
二、现代分子生物学的建立和 发展阶段
1、 DNA双螺旋模型的提出
1962年，Watson和Crick因为在1953年5月25 日的《Nature》提出DNA的反向平行双螺旋 模型而与 Wilkins 共获 Noble 生理医学奖，后 者通过 X 射线衍射证实了 Watson-Crick 模型。 Watson 和 Crick 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 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.
• 以Nireberg等为代表的一批科学家经过艰苦的努力，确定 了遗传信息以密码方式传递，每三个核苷酸组成一个密码 子，代表一个氨基酸，到1966年，全部破译了64个密码 子，并提出了遗传信息传递的“中心法则”。
• 在研究DNA复制将遗传信息传给子代的同时， 提出了RNA在遗传信息传到蛋白质过程中起 着中介作用的假说。 • 1958年Weiss及Hurwitz等发现依赖于DNA的 RNA聚合酶； • 1961年Hall和Spiegelman用RNA-DNA杂交证 明mRNA与DNA序列互补；逐步阐明了RNA转 录合成的机理。
1. 在多克隆位点区（MCS）的两侧，存在一对T3和T7噬 菌体的启动子，用以定向指导插入在多克隆位点上的外 源基因的转录活动； 2. 具有单链噬菌体M13或f1的复制起点和一个来自ColE1 质粒的复制起点，保证pBluescript噬菌粒载体在有或无 辅助噬菌体共感染的不同情况下，按照不同的复制形式 分别合成出单链或双链DNA； 3. 编码有一个氨苄青霉素抗性基因，作为转化子克隆的选 择标记； 4. 含有一个lacZ基因，可以按照X-gal-IPTG组织化学显色 法筛选噬菌粒载体的重组子。
• 1970年Smith等分离并纯化了限制性核酸内切酶Hind II； 1972年，H.W.Boyer等相继发现了EcoR I 一类重要的限 制性内切酶。 • 1967年，世界上有五个实验室几乎同时发现DNA连接酶， 特别是1970年H.G.Khorana等发现的T4 DNA连接酶具有 更高的连接活性。 • 1970年，Baltimore等和Temin等在RNA肿瘤病毒中各自 发现了反转端146个氨基酸的α-肽， IPTG（异丙基- β-D-硫代半乳糖苷）诱导该基因表达，合 成的β-半乳糖苷酶α-肽能与宿主细胞所编码的缺陷型β-半
结论：使R型菌变为S型菌的物质是S型菌的DNA
• Avery在1944年的报告中这样写道：当溶 液中酒精的体积达到9/10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DNA。