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医学分子生物学 冯作化主编（8/7年制） 生物化学与分子生物学教研室 第一章 绪论 生物学：研究生命现象、生命本质、生命活动及其规律的科学。 细胞水平 整体水平 分子水平 一、分子生物学是生物学研究的一个分支 分子生物学的定义 分子生物学即从分子水平研究生命现象、生命本质、生命活动及其规律的科学。 二、分子生物学发展历史 1、分子生物学诞生的准备和酝酿阶段 19世纪后期至20世纪50年代，是分子生物学诞生的准备和酝酿阶段，这一时期产生了对生命本质的两点认识上的重大突破。 ① 确定了蛋白质是生命的主要基础物质。 19世纪末Buchner 兄弟证明了酵母细胞提取液能使糖发酵产生酒精，第一次提出了酶的名称，酶是催化剂。20世纪40年代，提纯和结晶了一些酶如：尿素酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶等，通过X射线衍射技术，从而证明了酶是蛋白质。随后陆续发现生命的许多现象都与酶和蛋白质相联系。 ② 确定了生物遗传的物质基础是DNA 1868年F.米歇尔发现了核素； 20世纪20-30年代确认了自然界有DNA和RNA两类核酸，并阐明了核苷酸组成； 1944年Avery通过肺炎球菌转化实验证明了DNA是遗传物质； 1952年Hershey等人用同位素示踪技术标记T2噬菌体的蛋白质和核酸，感染大肠杆菌的实验进一步证明了DNA是遗传物质； 2、现代分子生物学建立 1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型是现代分子生物学诞生的里程碑，开创了分子遗传学基本理论建立和发展的黄金时期； 遗传信息传递中心法则建立。 1956年发现DNA聚合酶；1958年用同位素标记和超速离心实验为DNA半保留复制模型提供证据；1968年冈畸提出不连续复制模型；1972年证实了DNA复制开始需要RNA作为引物，从而逐步完善了对DNA复制机理认识。 同时先后发现依赖于DNA的RNA聚合酶及RNA-DNA杂交实验证明了mRNA与DNA序列互补，逐步阐明RNA转录合成的机理。 与此同时认识到蛋白质是接受RNA遗传信息而合成。50年代发现微粒体是蛋白质合成场所；57年首先分离出tRNA，并提出了其在蛋白质合成中转运氨基酸功能的假说；61年观察到蛋白质合成过程中mRNA与核糖体结合；同期科学工作者还破译了合成蛋白质的遗传密码，并在随后研究发现遗传密码具有通用性，从而认识了蛋白质翻译合成的基本过程。 通过上述重要发现，共同建立了以“中心法则”为基础的遗传学基本理论体系。70年代发现以RNA为模板合成DNA的反转录酶，进一步补充和完善了“中心法则”。 3、20世纪70年代以来分子生物学飞速发展 ①、逆转录酶的发现； ②、一些工具酶的先后发现； ③、断裂基因的发现； ④、DNA测序方法建立； ⑤、核酶的发现； ⑥、PCR技术建立； ⑦、基因的上游调控序列发现； ⑧、显微注射技术运用； ⑨、基因重组技术发展、基因治疗技术发展； ⑩、人类基因组计划实施 三、分子生物学研究的内容 1、DNA重组技术 DNA重组技术是20世纪70年代初兴起的技术科学。目的是将不同的DNA片段按照人们的设计定向连接起来，在特定受体细胞中与载体同时复制、表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。 DNA重组技术主要应用①用于大量生产某些细胞代谢中产量很低的多肽；②可以用于定向改造某些生物的基因结构，使它们所具备的特殊经济价值或功能得以成百上千倍提高；③还可用于进行基础研究； 2、基因表达调控研究 基因的表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。在个体生长发育过程中，生物遗传信息表达具有时序调节、环境调控。 基因表达调控研究主要表现在三个方面： ①、信号转导研究； ②、转录因子研究； ③、RNA剪接研究 3、生物大分子结构功能研究——结构分子生物学 结构分子生物学就是研究生物大分子特定空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。 结构分子生物学研究内容主要有： ①、生物大分子结构测定； ②、结构运动变化规律探索； ③、结构与功能相互关系建立； 4、基因组、功能基因组与生物信息学研究 本世纪初人类基因组计划草图已向世界公布，但基因组计划不可能直接阐明基因的功能，更不能预测该基因所编码的蛋白质的功能与活性，所以并不能准确指导人们充分准确地利用这些基因的产物。于是在基因组计划基础上，又提出了“蛋白组计划” （后基因组计划或功能基因组计划），目的是快速、高效、大规模鉴定基因的产物和功