分子生物学 Molecular Biology
主讲：徐庆华 东北农业大学 成栋学院
Welcome Each of you to Molecular Biology Class
先修课程： • 生物化学（Biochemistry） • 细胞生物学（Cell Biology） • 遗传学（Genetics）
分子生物学是从分子水平研究生命 本质的一门新兴的学科，是研究核酸、 蛋白质等生物大分子的结构与功能， 并从分子水平阐述蛋白质与核酸、蛋 白与蛋白之间相互作用的关系及其基 因表达调控机理的学科。
分子生物学是当前生命科 学中发展最快并正与其他 学科广泛交叉、渗透的重 要前沿领域。
分子生物学(molecular biology) 研究核酸和蛋白质等生物大分子的结 构及其在遗传信息和细胞信息传递中功能 的一门新兴学科。
1.3.4 研究方法
In study method
●分子生物学是以化学和物理的方法研究大
分子结构，采用生物化学与遗传学相结合
的方法探索其功能并解决大分子结构与功
能及其代谢调节的关系。
◆生物化学主要采用生物化学与化学以及生 理学的方法，探索生命的化学过程，解决 分子转化与能量转换的问题。
1.4 分子生物学简史
• Anti-parallel
• Complementary
• Double-helix
Just for this discovery ,in 1962, Francis Crick won the Nobel Prize jointly with James Watson and Maurice Wilkins,and it makes a new branch subject——Molecular Biology. Just for this discovery, Life science entered a new era . It’s a new milestone in the history of life science.
1.2.2 基因表达调控 Control of gene expression 基因表达的调控主要发生在转录水 平和翻译水平上。原核生物基因表达调 控主要发生在转录水平；真核生物基因 表达调控可以发生在各种不同的水平上。 基因表达调控主要表现在对上游 调控序列、信号传导、转录因子以及如 RNA剪辑等几个方面。
• Ch10: 原核生物基因的表达调控
Control of Prokaryotic gene expression
• Ch11: 真核生物基因的表达调控 Control of Eukaryotic gene expression
1. 绪论 Introduction
1.1 分子生物学 Molecular biology
• Text book: 赵亚华 2004 分子生物学教程 科学出版社 • Reference books:
朱玉贤等， 1997， 现代分子生物学， 高等教育出版社； 卢向阳，2004 ， 分子生物学， 中国农业出版社 Jame Watson等， 2004，Molecular Biology of the gene（第五版），Cold Spring Harbor Press出版；P.C 特纳等， 2001， 分子生物学（第二版）， 科学出版社； Turner等，1999，分子生物学（影印版in English）， 科学出版社； 科学出版社名词室， 1997， 英汉生物学词汇， 科学出版社； Robert.F.Weaver，2000，分子生物学（影印版in English）， 科学出版社 Benjamin Lewin，Gene VIII
分子生物学是一个非常年轻 的学科，但是有丰富的历史，并 且以惊人的速度发展。分子生物 学的发展速度和其强有力的技术 使很多学者认为它是一场革命。
今后几十年药物和农业的发展很大程度上依 赖于分子生物学家对基因的操纵，这场革命将涉 及到每个人的生活。所以我们正在从事一项尖端 的有重要意义的研究。哈佛大学的 F.H.Westheimer教授说到：“后四十年的知识 革命可能发生在生物学领域，今天如果有人对分 子生物学一无所知，简直令人无法想象。”很庆 幸，学完这门课你就能略知一二。
200多种微生物：炭疽、SAS、…
植物：水稻、大豆、玉米、苜蓿、香蕉、水蜜桃、…
动物：小鼠、大鼠、狗、猫、鸡、珊瑚、牛、羊、家猪、
猩猩、狒狒、河豚、海鞘、袋鼠、蚕、熊猫
我国科学家将实施三大基因组研究计划(2004-5-31)现代化为主题
“轩辕计划” ：微生物基因组在强国建民上的应用
★功能蛋白质组学(functional protemics)：研究 细胞内与某种功能有关或在某种条件下的一群 蛋白质的学科。
1997年构建成第一 个完整的蛋白质组数据 库—酵母蛋白质数据库 (yeast protein database,YPD)。
生物基因组核酸全序列的测定，对理解 这一生物的生命信息及其功能具有重大意义， 极大的促进了人类认识自然、改造自然的活动。
2001年2月Nature 和Science同时 发表了人类基因组全序列（30亿bp)， 生命科学界为之振奋。 2002年4月Science发表了中国 科学家《水稻（籼稻）基因组的工作框 架序列图》。标志着我国基因组研究已 进入世界强国之列。 已完成的测序：
DNA damage , repair and Gene mutation
• Ch7: DNA重组与转座
DNA Recombination and transposition • Ch8: RNA转录 RNA Transcription • Ch9: 蛋白质的生物合成
Protein Biosynthesis
新课程: • 分子生物学（Molecular Biology ）
In 1953, Watson and Crick worked out the threedimensional structure of DNA , starting from X-ray diffraction photographs taken by Franklin and Wilkins.
1.5.2 蛋白质组学 Proteomics
★蛋白质组：一个基因组所表达的全部蛋白质。 (proteome indicates the proteins expressed by a genom.) (蛋白质组：细胞内的全部蛋白质。)
★功能蛋白质组(functional proteome):在特定时 间、特定环境和实验条件下基因组活跃表达的 蛋白质，是总蛋白质组的一部分。
They deduced that DNA is double stranded, anti-parallel, complementary, and the double strands are in a double helix .
Four characters: • Double-stranded
Molecular biology
• Ch1: 绪论 Introduction • Ch2: 生物大分子 Macromolecule • Ch3: DNA和染色体结构 Structure of DNA and chromosome • Ch4: 基因和基因组结构 Structure of gene and genome • Ch5: DNA复制 DNA replication • Ch6: DNA损伤、修复与基因突变
1.5 分子生物学研究进展 The progress of molecular biology
人类基因组研究的重点正由结构向功能转 移，预示着一个以基因组功能研究为主要研究 内容的“后基因组”(Post-genome)时代已经 到来。主要研究细胞全部基因的表达图谱和全 部蛋白图式，或者说是“从基因组到蛋白质 组”。生命科学又进入一个全新的时代。 新兴学科： 功能基因组学 生物信息学 蛋白质组学 结构分子生物学
1.2.4 生物大分子的结构与功能 The structure and function of macromolecule 任何一个生物大分子当 它在发挥生物学功能时都必 须具备两个前提；一是必须 有特定的空间结构（三维结 构）；二是它发挥生物学功 能的过程中必定存在着结构 及构象的变化。
DNA Topology
真核生物DNA转录起始中， DNA及蛋白因子的机构与功能。
1-1
1.2.5 基因，基因组，功能基因组 和生物信息学
Gene,genome ,functional genome and bioinformatics
DNA重组技术的应用，使人们能够直接 从克隆目的基因出发，研究基因的功能及 其与表型的关系。
功能基因组计划（又称 蛋白组计划或后基因组计 划），可快速、高效、大规 模鉴定基因的产物和功能。 美国2000年启动世界人类基因组计划 HGP，2001年制定了到2010年的拟南芥 种子发育过程中基本基因功能的研究计划。
国际上我国首先发现了神经耳聋基因， 已有四个基因治疗项目进入临床实验。
生物信息学知识的应用， 解决了巨大的基因组信息给科 学家带来的前所未有的难题， 最大限度的开发和运用基因组 学所产生的庞大数据。
The brief history of molecular biology
1.4.1 准备和酝酿阶段 人类对DNA和遗传信息传递的认识 1.4.2 现代分子生物学的建立和发展阶段 重组DNA技术的建立和发展
1.4.3 初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段 重组DNA技术的应用和分子生物学的迅猛发展
1.2.3 DNA重组 DNA recombination
DNA重组是按照研究者的设计定向 的将不同的DNA片段进行连接，在特定 的受体细胞中与载体同时复制并进行 表达，从而产生新的目的遗传性状。 应用前景：①大量生产某些在正常细胞代谢中产 量很低的多肽，提高产量，降低成本，使其得到广泛 应用。②定向改造某些生物的基因组结构，使它们具 备符合人类生存和生活需要的特殊功能，提高其经济 价值。③进行基础研究，分子生物学研究的核心是遗 传信息的结构、传递和控制，在这个过程中DNA重组 技术是重要的手段之一。