分子生物学授课人:袁金铎山东师范大学生命科学学院第一章绪论分子生物学分子生物学的主要研究内容分子生物学的发展简史分子生物学展望什么是分子生物学?广义概念:在分子水平上研究生命现象的科学，涵盖了分子遗传学和生物化学等学科的研究内容。狭义概念:研究核酸和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，主要研究基因的结构和功能及基因的活动。分子生物学的主要研究内容：基因表达及其调控DNA重组技术（基因工程）生物大分子的结构和功能（一）基因表达及其调控研究基因表达实质上就是遗传信息流的传递过程，包括DNA的复制、转录和翻译等过程。基因表达调控包括时序调节和环境调控两个方面，发育调控基因表现尤为突出。原核生物基因的转录和翻译在同一时间和空间发生，基因表达的调控主要集中在转录水平。真核生物基因的转录和翻译在时间和空间上都被分隔开，而且转录和翻译后都有复杂的信息加工过程。真核生物基因表达的调控可以发生在各种不同的水平上，主要表现在信号传导、转录因子和RNA剪辑3个方面。（二）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（如某个基因或基因的一部分）按照人们的设计定向连接起来，产生影响受体细胞的、新的遗传性状。限制性内切酶、DNA连接酶及其他工具酶的发现和应用是DNA重组技术得以建立的关键。DNA重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶工程以及微生物学、遗传学、细胞学长期深入研究的结晶。DNA重组技术的应用用于生命现象的基础研究,如遗传信息的传递和控制，特别是启动子和转录因子的克隆及分析。用于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低却具有重要功能的多肽,如具有溶栓作用的蛋白质因子、具有镇痛作用的神经肽、促红细胞生成素（EPO）、干扰素、人胰岛素、生长激素等。用于定向改造某些生物基因组结构。如抗虫棉、含有分解各种石油成分的重组DNA的超级细菌、基因工程乙肝疫苗、含有蜘蛛丝蛋白基因的转基因动物。（三）生物大分子的结构功能研究（结构生物学）生物大分子在发挥生物学功能时，必须具备两个前提：首先，拥有特定的空间结构（三维结构）。其次，在发挥生物学功能的过程中必定存在着结构和构象的变化。最常见的研究三维结构及其运动规律的手段是X-射线晶体衍射技术。目前对生物大分子的研究已经达到原子水平。最典型的就是核糖体大小亚基晶体结构的研究。分子生物学的发展简史19世纪60年代，Mendel遗传学规律的发现最先使人们对性状遗传产生了理性认识。他认为基因是颗粒性因子（particulatefactor），能够从亲本向子代传递，一个基因可以不同的形式（等位基因）存在。Mendol的遗传规律预示了染色体上携带着基因这一事实。1869年，FriedrichMiescher发现核素（nuclein）其实核素的主要成分是DNA。l20世纪初，ThomasHuntMorgan的染色体理论和基因学说进一步将“性状”与“基因”相藕联，成为分子遗传学的奠基石。Morgan等提出染色体是遗传的单位，基因成线性排列于染色体上。1910年，德国科学家Kossel首先分离出腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸而获得诺贝尔生理医学奖。1944年，美国著名微生物学家Avery进行了著名的细菌转化实验。10多年后，进一步的实验证实DNA就是转化源。证明基因就是DNA分子，在遗传学上树立了全新的观点—DNA是遗传信息的载体。1952年，美国冷泉港遗传学家Hershey和Chase的噬菌体侵染细菌的实验进一步证明DNA是遗传物质。1953年，美国科学家Watson和英国科学家Crick提出DNA的双螺旋模型，并在1962年与Wilkins共享了诺贝尔生理医学奖。20世纪50年代，美国遗传学家McLintock提出并发现了可移动的遗传因子（jumpinggene或mobileelement），并在1988年获诺贝尔生理医学奖。1958年，Meselson和Stahl进行了DNA半保留复制的实验。1959年，美国科学家Uchoa发现了细菌的多核苷酸磷酸化酶，成功地合成了核糖核酸，研究并重建了蛋白质的翻译过程。和Kornberg分享了当年的诺贝尔生理医学奖，后者的主要贡献在于DNA分子在细菌细胞和试管内的复制。1962年，英国科学家Kendrew和Perutz由于测定了肌红蛋白和血红蛋白的高级结构而荣获诺贝尔化学奖。1965年，法国科学家Jacob和Monod提出并证实了操纵子（operon）作为调节细菌细胞代谢的分子机制，而与Iwoff分享了诺贝尔生理医学奖。Jacob和Monod还首次提出mRNA分子的存在，对于以后分子生物学的发展起了及其重要的作用。1969年，