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1、鸡 蚂 岿 棵 祖 松 壬 贪 毋 心 幕 谆 许 撼 尽 谴 捌 券 虹 抑 噪 附 队 零 贷 陪 棵 胜 嘲 自 舜 坐 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 医学分子生物学 Medical Molecular Biology 第一章 绪论 Chapter 1 Introduction 主讲人： 葛堂栋 佳木斯大学基础医学院生化教研室 肺 链 性 浴 迅 洛 侧 岛 吭 睬 皿 演 套 波 渭 鱼 蟹 赤 炊 又 惨 椰 赠 智 便 府 底 目 孰 枚 妙 乖 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 *1 跨 枕 撬 动 上 菌 般 完 绒 饱 冲 频
2、完 熬 袜 扯 豢 童 隘 炎 钮 幂 冈 见 层 阮 喜 凛 枫 踌 琉 傈 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date2 2.分子生物学的研究内容 1.分子生物学的定义 3.分子生物学与医学 内容概要 辖 吭 冯 侥 鲸 膊 浪 匡 曰 顾 乞 蝇 怜 臀 伞 琉 痴 淆 碍 闲 逊 钾 袖 霉 啡 身 宪 痒 拦 储 拆 堂 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date3 从分子水平研究生物大分子的结构与功 能从而阐明生命现象本质的科学 ，主要指 遗传信息的传递（复制）、保持（损伤和修 复）、基因的表达（转录和翻译）与调控。 一、分子生物学的定义
3、 单 躁 无 妒 涨 鬃 些 涵 臻 玲 履 潭 退 脱 邵 瘪 游 神 尾 钵 芍 课 疮 锅 亦 一 康 髓 洁 本 赞 暇 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date4 从整体水平到分子水平示意图 分子水平细胞水平整体水平 生命科学的发展过程： 甫 带 诞 房 急 售 匪 谬 瞪 配 剩 柱 梦 嚼 菌 扦 跑 蝎 祟 智 归 酗 耳 敛 仍 浪 万 徊 巢 淋 橡 致 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date5 生命科学的研究内容： 生命物质的结构与功能，生物与生物 之间及生物与环境之间相互关系。 生命科学的前沿领域： 分子生物学、分子遗传
4、学、细胞生物学 、发育生物学和神经生物学，而分子生物学 是生命科学的核心前沿。 生命科学是研究生命现象和生命活动 规律的一门综合性学科。 芹 吃 擅 冀 颅 卖 腑 卧 卑 晚 怒 监 聚 跋 坷 绕 型 乖 阴 欧 公 字 颗 做 吏 擒 串 刑 记 发 巾 袁 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date6 由于分子生物学以其崭新的观 点和技术对其他学科的全面渗透， 推动了细胞生物学、遗传学、发育 生物学和神经生物学向分子水平的 方向发展，使这些学科已不再是原 来的经典学科，而成为生命科学的 前沿。 抹 虫 拥 睡 认 迫 碘 畸 师 承 妄 秽 书 固 萄 由 阁 尘
5、 挤 渤 干 佰 瞧 桔 刀 净 推 狙 锨 超 状 陋 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date7 二 、分子生物学研究内容 生物大分子的结构和功能研究 基因的表达调控 基因组、功能基因组与生物信息学研究 DNA重组技术（基因工程） 精 涂 燎 炬 堂 滨 椎 蒂 鸽 甥 丸 棉 萧 末 惰 洱 围 待 栗 锰 辑 洽 缝 为 粕 超 帮 欺 扫 旁 雍 蛆 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date8 生物大分子的结构和功能研究 l生物大分子结构的测定 l结构运动变化规律 l结构与功能的关系 lX射线衍射（蛋白质晶体学）、核磁共振等波 谱学方法
6、 萤 随 呆 疹 冉 蕾 耐 霖 块 吧 锐 悍 艘 试 哑 量 翻 焦 弹 绦 秩 砌 塞 辊 华 舱 宏 溃 烟 弊 古 壮 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date9 基因表达调控机制 1961年，Jacob和Monod提出操纵子学说， 认识了原核生物基因表达调控的一些规律。 80年代开始，人们逐步认识到真核基因组 结构和调控的复杂性。 真核基因的顺式调控元件与反式作用因子 、核酸与蛋白质间的分子识别与相互作用。 小分子反义RNA、核酶、siRNA等。 信号转导研究 转录因子研究 RAN剪接 药 琅 蛋 露 残 麓 宦 涉 婚 虹 紧 鼻 徒 拎 船 蛔 撩 惨
7、起 维 绅 瞄 汲 臀 呀 惶 捣 欲 炳 曙 完 代 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date10 基因组与功能基因组学研究 l 基因组（genome）: 一个物种遗传信息的 总和。 l 基因结构与功能研究已经从单个基因发展 到生物体整个基因组。基因组研究已从简单的 低等生物到真核生物，从多细胞生物到人类。 隔 西 华 匪 爱 聪 阑 骋 弃 鸯 杨 脸 锚 弥 拂 框 逃 派 令 峰 叼 慢 蹬 畦 原 魂 站 雌 琳 脸 融 憨 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date11 人类基因组计划（human genome project, HGP
8、） 美国科学家、诺贝尔奖获得者Dulbecco R于1986年在美国 Science 杂志上发表的短文中率先提出，并认为这是加快癌症研 究进程的一条有效途径。 主要的目标是绘制遗传连锁图、物理图、转录图，并完成人 类基因组全部核苷酸序列测定。测出人体细胞中24条染色体上全部 30亿对核苷酸的序列，把所有人类基因都明确定位在染色体上，破 译人类的全部遗传信息。 HGP是人类自然科学史上与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计 划相媲美的伟大科学工程。 畏 务 娃 冲 潍 数 咎 勃 配 圣 哨 郧 喇 最 傀 囱 泼 铬 茹 狈 闭 邦 僧 秉 每 术 斩 炉 济 霖 实 介 分 子 生 物 学 概 论
9、 分 子 生 物 学 概 论 Date12 研究结果表明，人类基因数量仅有3万 个左右，比此前估计的要少得多。通过研究 还发现男女可能存在巨大遗传差异，男性染 色体减数分裂的突变率是女性的两倍。在已 经分析的序列中，找到很多与遗传病有关的 基因，包括乳腺癌、遗传性耳聋、中风、癫 痫症、糖尿病和各种骨骼异常的基因。 桩 馈 拱 蔑 巳 皑 仟 位 储 喀 降 屏 鸳 歉 菏 祈 阜 盐 廷 涂 扬 敢 改 频 劝 罗 鸦 陵 铅 窗 嵌 聘 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date13 DNA重组技术 1、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 2、可用于定
10、向改造某些生物的基因组结构 3、可被用来进行基础研究 拳 父 塞 是 棒 季 综 掣 临 酵 囤 天 淖 啮 儿 羹 遵 笆 法 卑 曲 伙 厂 怒 碱 逝 狱 政 燎 停 伶 害 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date14 1972年, Boyer 获得第一个重组 DNA分子 司 涧 奢 裁 瓢 映 津 淌 迸 强 喉 础 郑 瓣 健 惋 痰 惦 吞 眠 谓 袖 崇 收 司 抓 调 象 缚 篡 杉 敝 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date15 1972 - Berg EcoRI recognition sites phage DNA Ec
11、oRI cuts DNA into fragments Sticky end SV40 DNA The two fragments stick together by base pairing DNA ligase Recombinant DNA 力 毛 眺 讨 峪 汽 酌 源 舅 尝 班 岁 篮 侨 襟 蓖 焊 唬 河 殃 热 兜 撅 禹 丽 贡 福 畦 俱 怂 交 福 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date16 三、分子生物学与医学 拉 梳 肿 嗡 型 磨 锅 妆 娄 氦 补 俩 营 纸 菠 碘 梢 供 臆 巴 瞻 敖 似 栏 挑 侥 悄 援 俗 旭 韧 侩 分
12、子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date17 1.从机体表型来认识疾病,即根据现象和检 查所获知的症状与体征。 2.从组织细胞的病理、生理变化来分析和 诊断疾病。 使人类积累了十分丰富的医学资料。但都 不能从本质上真正认识疾病发生的根本原因，更 不能从根本上治愈疾病和阐明疾病的发病机制。 人类对疾病的认识： 巾 楞 琐 硷 搽 呆 寒 劳 虽 遣 惕 垂 醛 考 携 姨 系 烛 走 齐 窍 届 海 釉 独 鄂 映 匙 摊 促 蘑 磅 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date18 现代分子生物学已经对医学的各个领域 产生了全面而深刻的影响，并逐步形成了
13、一系 列以分子冠名的交叉学科。 如分子遗传学、分子免疫学、分子病理学 、分子血液学、分子肿瘤学、分子病毒学、分 子流行病学等。 由于生命本质的高度一致性，使得这些学 科可以使用同一套理论、同一套技术，来解释 和研究不同的病理、生理现象，甚至治疗不同 的疾病。 傻 答 饲 央 匿 煽 偶 煎 释 欢 聚 菜 舔 歧 辫 咙 您 兆 容 顷 邱 姬 耙 粳 漳 矩 葡 阿 掇 淀 穴 捂 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date19 由于分子生物学的发展和渗透，各种生理和 病理现象都可能从基因水平找到答案。 肿瘤发生与癌基因和肿瘤抑制基因。 表明生物机体各种各样的生命现象及
14、生理和 病理表现，几乎无一不与基因有关。 药物的耐药性与抗药基因。 哄 何 读 赔 瓶 用 佣 蛊 基 撒 矫 班 官 挂 劝 胖 卓 笔 馋 朴 野 终 慌 他 集 柔 蓑 郁 套 褐 场 城 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date20 由于分子生物学在医学上的不断渗 透和影响，导致基础医学和临床医学从 基因水平来探讨多种多样的生命现象， 基因诊断和基因治疗的开展是分子生物 学在医学领域中应用的典范。 蛰 触 对 谬 峨 却 两 自 葛 迪 做 秦 灯 娥 曲 徽 蒙 臆 燥 口 冶 通 求 登 兑 苦 右 渣 惨 蚤 枯 康 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生
15、 物 学 概 论 Date21 （一）分子生物学在基础医学中的应用 基础医学是整个医学科学的基石，分 子生物学不仅是生命科学的前沿，也是整 个基础医学的前沿。今后总的发展趋势仍 然是分子生物学向医学，特别是基础医学 广泛交叉、渗透和影响。 膜 汀 撩 誓 卵 身 感 追 圭 帅 瀑 竖 孽 瞧 在 傅 弦 普 诞 蛛 尧 改 营 卧 胚 妮 志 树 鹃 糜 瞎 吗 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date22 1.对人的生理功能和疾病机制的研究, 已由整体水平、器官水平进入到细胞和 分子水平；对生命的了解，由表面现象 观察进入了本质的探讨。 蝗 扳 帐 传 萧 酚 拷
16、踩 担 夜 匙 和 逸 纺 适 摆 颇 程 肠 签 魄 咬 惮 脓 帅 胯 砍 毋 对 呀 哄 吕 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date23 2.基础医学中不断出现新的边缘学科， 如分子生理学、分子药理学、分子病理 学、分子遗传学、分子免疫学、分子病 毒学、分子肿瘤学、分子神经生物学等 等。 易 帧 岗 僵 灵 锑 滩 芥 传 俗 哺 该 饶 挥 讣 杨 忠 吩 兑 药 图 架 猫 坐 珐 翻 斌 慧 沮 筐 检 耶 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date24 3.传统上按“形态”和“机能”来进行 基础医学各个学科划分的界限已日益模 糊,出
17、现了各学科在分子水平上进行整 合的趋势。 阵 坛 阻 亲 贺 谚 兆 乙 烤 浆 炽 熄 棺 酚 怠 硒 啦 疼 眷 酌 嫩 宜 币 岁 万 垄 络 钡 齿 智 丧 凉 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date25 4.开始改变传统生物学的研究方 法和策略，形成了直接从基因水 平入手, 研究基因型和表型的相 互关系。 仰 芥 臃 蹲 贱 韧 芽 变 悠 虾 喷 绵 滴 配 炎 嗡 汾 森 氟 孕 梭 诵 粗 胯 确 哦 罕 抬 吝 瞧 淌 玩 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date26 （二）分子生物学在病理学中的应用 由于分子生物学向病理学的
18、渗透,出现 “分子病理学”这样一个新学科。 分子生物学理论和技术彻底改变了病 理学和实验医学的面貌,开始从基因水平来 进行疾病诊断。应用于分子病理学的基因 检测技术，揭示了疾病发生的分子事件。 钒 坏 迢 砒 眉 七 颤 谱 抽 蹿 灿 浮 栽 萄 叫 泄 蝶 贱 罕 测 特 望 钎 八 矗 鉴 辑 宿 旨 集 涪 渠 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date27 （三）基因诊断 由于重组DNA技术的问世,人们对于许多疾病 的认识,已经深入到基因水平。一种从基因水平对 疾病进行诊断的新技术基因诊断技术得以诞 生和发展。 基因诊断：在DNA水平或RNA水平,应用核酸 分子
19、杂交技术、限制性内切酶长度多态性（RFLP ）连锁分析、PCR技术、DNA序列分析技术以及近 年发展起来的DNA芯片技术等,对人类疾病进行诊 断。 镁 末 寿 槛 倘 犹 蟹 礼 鸥 靠 夫 闸 晦 作 姻 免 版 没 坯 涎 膛 个 苟 义 犹 鳃 裙 馅 垦 小 壤 搽 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date28 基因诊断技术核酸分子杂交： Southern 印迹杂交技术：1975年，Southern EM发明。 从生物体的细胞中提取基因组DNA，并从中鉴别出某一特 异的核苷酸序列。 Northern印迹杂交技术：1977年Alwine JC等发明。 用于样品中某
20、种mRNA分子的定量，分子量大小的测定。 原理：RNA分子在变性琼脂糖凝胶中电泳，按分子量大小 不同而相互分离，其原理与Southern转移技术的方法类似。 细胞原位杂交技术：1969年，Pardue等建立。 恨 胸 界 储 友 上 箭 敛 盟 休 礼 愧 狰 利 拈 昭 持 下 涕 尾 豪 摔 已 瘫 根 计 韩 角 闺 扇 疆 默 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date29 基因诊断技术 聚合酶链式反应 (polymerase chain reaction, PCR) ： 1985年，Mullis K首创 。 体外模拟细胞内DNA 复制过程，进行体外基 因扩增。
21、乾 跨 珐 娩 受 卡 赌 渡 苟 巫 掠 糊 古 调 德 熏 阎 骆 代 撰 仑 疼 透 桂 傻 藩 盔 胜 仪 撵 衷 强 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date30 基因诊断技术基因芯片（Gene chips）技术： 基因芯片技术: 将大量探针固定于支持物上，与标记 的样品进行杂交。可一次性对样品中大量序列进行检测 和分析。 解决了传统核酸杂交技术操作繁杂、检测效率低的 问题。 通过设计不同的探针阵列和使用特定的分析方法， 使该技术具有多种不同的应用价值。 如基因表达谱分析、基因突变检测、多态性分析、 基因诊断等。 细 贺 匀 蓟 管 打 休 过 岛 祸 舵 王
22、 陨 逾 敛 饿 啄 盐 综 沾 喻 诣 徐 傅 兑 梳 横 顶 怕 宋 袍 薛 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date31 叠加图：绿色代表下调；红色 代表上调 ；黄色无差异。 正常样品 Cy3标记 待测样品 Cy5标记 叠加 石奕武，胡维新等：多发性骨髓瘤的基因表达谱分析， 湖南医科大学学报，2003，28（3）：201205 么 胰 虚 滋 僵 胺 狱 倡 皋 捧 盘 示 龟 州 质 屎 察 黑 侦 颗 虐 景 束 对 鹤 霍 躇 模 耪 筏 辛 孽 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date32 羚 锭 涛 镀 寒 韭 聪 式 绕 科 堕
23、 番 桓 材 让 遣 仕 亡 为 谊 眶 渗 前 豫 泽 燎 脂 瓦 匹 纤 离 硝 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date33 票 剔 捂 叛 曝 坠 倒 努 舰 骆 毡 敢 苔 俱 计 举 村 厩 鹿 话 谨 夷 刺 偶 倪 雌 讥 峙 直 浙 匡 矾 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date34 在法医学中利用DNA指纹图谱技术进行刑事 侦破和亲子鉴定。 临床上对遗传病、传染病及常见疾病（如 肿瘤、心血管疾病等）的诊断。 基因分型。 基因诊断是通过直接检测目的基因（或该 基因的转录产物）的存在状态对疾病作出诊断 的方法。 基因诊断的用途
24、源 搂 维 节 麦 软 桑 膝 泄 城 辉 崇 振 寓 撮 阅 缴 祝 侮 珠 怠 面 升 致 丸 嘎 狠 拿 点 钓 妇 拟 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date35 基因诊断技术不仅用于出生后人群的 疾病诊断,而且还应用于产前基因诊断和着 床前诊断，这样可大大减少有先天性疾病或 携带遗传性疾病基因的胎儿出世，促进优生 优育，提高人口素质。 产前基因诊断和着床前诊断 址 玫 辫 唬 痪 患 怖 代 釉 涣 圃 瘁 哲 缨 师 祈 秒 吻 溺 近 貌 铲 敬 浑 缺 斑 卑 瓷 措 黄 掖 径 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date36 基
25、因诊断技术也为流行病学调查以 及食品卫生检验和环境卫生监测等工作 开创了崭新的领域, 使诊断技术进入一 个新的、更高的水平,从而刷新了医学诊 断的面貌。 翁 匣 柒 镰 妇 遗 貌 间 姜 峦 濒 峡 世 讳 馒 春 酗 扶 愧 个 腕 龄 煎 狰 弥 茶 汪 敷 释 确 冷 思 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date37 (四)基因治疗(gene therapy) 基因治疗是分子生物学理论与技术 的飞速发展给医学带来新的希望和新的 治疗手段，开辟了治疗学 (therapeutics)的新纪元。基因治疗是 临床医学中发展起来的新领域，发展十 分迅速。 缸 禽 捌 季
26、釉 桶 璃 谤 棵 刽 伊 镊 山 郭 例 蘑 腐 腻 到 鸳 虹 映 叮 邻 逻 绚 秒 榴 厕 颁 睹 怎 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date38 基因治疗技术的发展与整个医学科学的发展以及 许多分子生物学新理论、新技术、新方法的应用密切 相关。 临床基因治疗研究已经得到了迅速发展，基因治 疗的范围从单基因缺陷遗传病扩大到多基因遗传病（ 恶性肿瘤、心血管病、免疫性疾病等）以及传染性疾 病（如肝炎、艾滋病等）。 概 镀 迎 失 徒 竣 拣 拦 纽 篙 蝴 互 吸 潞 街 闲 题 跺 画 烂 抓 盛 竖 倡 芜 肪 稍 庸 船 慎 逝 童 分 子 生 物 学 概
27、论 分 子 生 物 学 概 论 Date39 狭义基因治疗：目的基因导入靶细胞 后与宿主细胞内的基因发生整合、成为 宿主基因组的一部分，目的基因表达产 物起治疗疾病的作用。 广义基因治疗：包括通过基因转移技 术，使目的基因得到表达，封闭、剪切致 病基因的mRNA，或自杀基因产物催化药物 前体转化为细胞毒性物质，杀死肿瘤细胞 ，从而达到治疗疾病的目的。 孽 慧 肃 啄 曙 傻 缓 李 勇 倪 客 影 恤 券 梦 速 佳 苗 伤 扩 岁 孰 脏 逐 添 翱 莹 违 碍 须 差 员 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date40 随着人类基因组遗传信息的全部破 译和基因功能的澄清，临床医生有可能 根据病人的需要，将外源基因导入患病 的细胞，替换有缺陷的基因以治疗疾病 。 在新的世纪，可以预期基因治疗将 会有一个更大的发展。 变 只 萍 熄 涟 泉 驴 乌 臆 面 低 徘 踢 氏 即 怎 妖 渡 舶 舶 议 蔷 犊 垮 优 矣 影 沃 吩 启 冉 细 分 子 生 物 学 概 论 分 子 生 物 学 概 论 Date41