第一章绪论 第一节分子生物学的概念 分子生物学(molecular biology)是一门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。 2】世纪被称为“生物学世纪”，或称为“牛物学时代”（其他还有信息时代、知识经济 时代等的说法)，生命科学己成为科学的前沿，而分子生物学是生命科学的带头学科。可见 其地位和重要性 分子生物学既是一门年轻又是一门发展非常迅速的学科，真可谓是日新月异。分子生物 学技术（如重组DNA技术）已广泛应用和渗透到生物学、遗传学、细胞学、微生物学、进化 学、肿瘤学、免疫学、药理学、发有学、病毒学、神经生物学、生药学、法医学等与基础医 学和临床医学有关的研究领域。 由于分子生 与其他学科的渗透和结合，从而形成了众多的分子生物学分支：如分了 遗传学、分子细胞生物学、分子微生物学、分子进化学，分子肿瘤学、分子免疫学、分子药 理学、分子发有学、分子病毒学、分子神经生物学、分子生药学、分子法医学等等.随着 分子生物学科学和分子生物学技术的发展和进步，几乎所有的生物学都可与分子生物学结 合，都可能用到分子生物学知识和分子生物学转术。科学界都认为，21出纪将是分子生物 学得到进一步发展并占统治地位，将深刻影响到生命科学的各个领域。 医学分子生物学(medical molecular biology)是分子生物学的 个重要分支，又是一 新兴的交叉学科。它是从分子水平上研究人体在正常和疾病状态下的生命活动规律，从分子 水平开展人类疾病的预防、诊断和治疗研究的一门科学。 第二节分子生物学与生物化学的联系和区别 1.联系 “分子生物学”顾名思义，必须研究分子，是从分子水平上研究生物学，研究生命现 象、生命活动及其规律。但其研究的重点不是化学，而是生物学。 现代生物化学是从分子水平上研究生命化学现象。其研究的重点是化学，而不是生物学。 因为分子生物学是从生物化学、生物物理、遗传学、微生物学等多门学科 ,经过相互杂 交、相互渗透而产生出来的，所以：从学科范畴讲，分子生物学包括了生物化学：从研究的 基本内容讲，遗传信总流：DNA→mRNA→蛋白质的过程，其许多内容又属于生物化学的范畴。 因此，分子生物与生物化学这两门学科是“你中有我”“我中有你”，难于区分。 但是，生物化学不等于分子生物学。可从其研究方向和研究方法来区别。 2.区别 (1)研究方向上： 分子生物学主要研究蛋白质、核酸和其它大分子的结构与功能以及它们之间的相互作 用，着重解决细胞中遗传信息传递和代谢调节的问题。 生物化学主要研究大、小分子在生命活动的代谢过程，特别是参与糖酵解过程、脂肪氧 化过程、三羧酸循环等代谢过程的大量的小分子的代谢转化更是生物化学的重要课题。但这 些都不属于分子生 开究范畴 所以，两者在研究内容上有相同之处，但在研究方向上，分子生物学的若重点是大分了 的结构和功能，而生物化学则是分子的代谢转化。 (2)研究方法上：
第一章 绪 论 第一节 分子生物学的概念 分子生物学（molecular biology）是一门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。 21 世纪被称为“生物学世纪”,或称为“生物学时代”(其他还有信息时代、知识经济 时代等的说法)，生命科学已成为科学的前沿，而分子生物学是生命科学的带头学科。可见 其地位和重要性。 分子生物学既是一门年轻又是一门发展非常迅速的学科，真可谓是日新月异。分子生物 学技术（如重组 DNA 技术）已广泛应用和渗透到生物学、遗传学、细胞学、微生物学、进化 学、肿瘤学、免疫学、药理学、发育学、病毒学、神经生物学、生药学、法医学等与基础医 学和临床医学有关的研究领域。 由于分子生物学与其他学科的渗透和结合，从而形成了众多的分子生物学分支：如分子 遗传学、分子细胞生物学、分子微生物学、分子进化学，分子肿瘤学、分子免疫学、分子药 理学、分子发育学、分子病毒学、分子神经生物学、分子生药学、分子法医学等等.随着 分子生物学科学和分子生物学技术的发展和进步,几乎所有的生物学都可与分子生物学结 合，都可能用到分子生物学知识和分子生物学技术。科学界都认为，21 世纪将是分子生物 学得到进一步发展并占统治地位，将深刻影响到生命科学的各个领域。 医学分子生物学（medical molecular biology）是分子生物学的一个重要分支，又是一门 新兴的交叉学科。它是从分子水平上研究人体在正常和疾病状态下的生命活动规律，从分子 水平开展人类疾病的预防、诊断和治疗研究的一门科学。 第二节 分子生物学与生物化学的联系和区别 1.联系 “分子生物学” 顾名思义，必须研究分子，是从分子水平上研究生物学，研究生命现 象、生命活动及其规律。但其研究的重点不是化学，而是生物学。 现代生物化学是从分子水平上研究生命化学现象。其研究的重点是化学，而不是生物学。 因为分子生物学是从生物化学、生物物理、遗传学、微生物学等多门学科，经过相互杂 交、相互渗透而产生出来的，所以：从学科范畴讲，分子生物学包括了生物化学；从研究的 基本内容讲,遗传信息流：DNA→mRNA→蛋白质的过程，其许多内容又属于生物化学的范畴。 因此，分子生物与生物化学这两门学科是“你中有我”“我中有你”，难于区分。 但是，生物化学不等于分子生物学。可从其研究方向和研究方法来区别。 2.区别 （1）研究方向上： 分子生物学主要研究蛋白质、核酸和其它大分子的结构与功能以及它们之间的相互作 用，着重解决细胞中遗传信息传递和代谢调节的问题。 生物化学主要研究大、小分子在生命活动的代谢过程，特别是参与糖酵解过程、脂肪氧 化过程、三羧酸循环等代谢过程的大量的小分子的代谢转化更是生物化学的重要课题。但这 些都不属于分子生物学的研究范畴。 所以，两者在研究内容上有相同之处，但在研究方向上，分子生物学的着重点是大分子 的结构和功能，而生物化学则是分子的代谢转化。 （2）研究方法上：
分子生物学是以射线衍射等物理学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， 解决大分子结构与功能及其代谢调节的关系 生物化学主要是采用生物化学与化学的方法，探索生命化学过程，解决分子转化与能 量转换的问题。所以，两者在分离、纯化生物分子时，可能采用同样的方法，但在分别探索 其研究内容时，却会采用明显不同的方法。 第三节分子生物学研究的主要内容 分子生物学如前所述，必须研究分子。所以，分子生物学的研究，几乎都是围绕核酸和 蛋白质进行的（因为这两类大分子在生物体内和生命活动中扮演了最重要的角色）。从核酸 和蛋白质的结构与功能、基因组的结构与功能到基因的复制、表达、调控及其生物学效应， 从生物大分子之间的相互作用到这些相互作用构成的细胞间通讯和细胞内信号转导，从对基 因的结构、功能、表达调控的分析到基因的制各、改造、调控、应用所需的各种技术体系 构成了分子生物学的基本研究内容。 医学分子生物学是分子生物学的一个重要分支，它主要研究人体发有、分化和衰老的分 子生物学基础，细胞增殖调控的分子基础，人体三大功能调控系统（神经、内分泌和免疫） 分子生物兰 第四节分子生物学发展历史 、分子生物学的形成 分子生物学这门学科的孕育和形成经历了100多年的时间 1、1859年C.Darwin在《On the Origin of Species》这一名著中，提出了物种进化的自然选 择学说 一达尔文进化论。 (1)生物的来源 -讲化 (2)生物的性状 一遗传 (3)进化的动力 一一选择 2、l865年G.Mendel发表豌杂交实验结果，提出了遗传学的两大遗传规律 分离规律利 独立分配规律，并认为是生物体内的遗传因子或遗传颗粒控制生物性状。但他的结论直到 1900年才被得到认可和重视（被称为孟德尔规律再发现或重新发现）。人们开始把控制遗传 性状的遗传单位称为基因(ene)。 3、1839年细胞学说的提出：1902年染色体遗传学说提出： 4、1869年发现DNA: 随后 5、1879年染色体的发现：并认为染色体最可能是DNA、RNM和蛋白质的一种： 6、1902年染色体学说的产生。合理解释了Mendel的实验结果： 7、1910年发现了遗传学的第三大遗传规律一一连锁遗传规律，证明基因的确存在于染色体 上，并呈线状排列。 8、1944年证实了DNA是携带遗传信息、构成染色体的生物大分子： 9、1953年」.Watson F.Criek借助于几个实验室的研究成就，根据DM的X射衍射图谱，提 出了DA双螺旋结构模型，用分子结构的特征解释了生命现象的最基木问愿 一基因复制的 机制，从而真正开始从分子水平上研究生命活动，生物学研究也从此进入了分子生物学时代
分子生物学是以射线衍射等物理学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，解决大分子结构与功能及其代谢调节的关系。 生物化学主要是采用生物化学与化学的方法，探索生命化学过程，解决分子转化与能 量转换的问题。所以，两者在分离、纯化生物分子时，可能采用同样的方法，但在分别探索 其研究内容时，却会采用明显不同的方法。 第三节 分子生物学研究的主要内容 分子生物学如前所述，必须研究分子。所以，分子生物学的研究，几乎都是围绕核酸和 蛋白质进行的（因为这两类大分子在生物体内和生命活动中扮演了最重要的角色）。从核酸 和蛋白质的结构与功能、基因组的结构与功能到基因的复制、表达、调控及其生物学效应， 从生物大分子之间的相互作用到这些相互作用构成的细胞间通讯和细胞内信号转导，从对基 因的结构、功能、表达调控的分析到基因的制备、改造、调控、应用所需的各种技术体系， 构成了分子生物学的基本研究内容。 医学分子生物学是分子生物学的一个重要分支，它主要研究人体发育、分化和衰老的分 子生物学基础，细胞增殖调控的分子基础，人体三大功能调控系统（神经、内分泌和免疫） 的分子生物学基础，基因的结构异常或调控异常与疾病发生、发展之间的关系；同时，应用 分子生物学理论和技术体系开展疾病的基因诊断和基因治疗、生物制药以及卫生防疫。 第四节 分子生物学发展历史 一、分子生物学的形成 分子生物学这门学科的孕育和形成经历了 100 多年的时间。 1、1859 年 C.Darwin 在《On the Origin of Species》这一名著中，提出了物种进化的自然选 择学说——达尔文进化论。 （1） 生物的来源——进化 （2） 生物的性状——遗传 （3） 进化的动力——选择 2、1865 年 G.Mendel 发表豌杂交实验结果，提出了遗传学的两大遗传规律——分离规律和 独立分配规律，并认为是生物体内的遗传因子或遗传颗粒控制生物性状。但他的结论直到 1900 年才被得到认可和重视（被称为孟德尔规律再发现或重新发现）。人们开始把控制遗传 性状的遗传单位称为基因(gene)。 3、1839 年 细胞学说的提出；1902 年染色体遗传学说提出； 4、1869 年 发现 DNA；随后，RNA 也被发现; 5、1879 年 染色体的发现；并认为染色体最可能是 DNA 、RNA 和蛋白质的一种； 6、1902 年染色体学说的产生。合理解释了 Mendel 的实验结果； 7、1910 年发现了遗传学的第三大遗传规律——连锁遗传规律，证明基因的确存在于染色体 上，并呈线状排列。 8、1944 年证实了 DNA 是携带遗传信息、构成染色体的生物大分子； 9、1953 年 J. Watson F. Crick 借助于几个实验室的研究成就，根据 DNA 的 X 射衍射图谱，提 出了 DNA 双螺旋结构模型，用分子结构的特征解释了生命现象的最基本问题——基因复制的 机制，从而真正开始从分子水平上研究生命活动。生物学研究也从此进入了分子生物学时代
10、1953一1970年，随着DN4双螺旋结构的发现和确定，带来了发展生物学的迅猛发展，也 就是分子生物学理论和技术体系逐步形成的时期。RNA、DNA聚合酶、NA聚合酶的发现 D半保留复制机理、操纵子学说等的提出 遗传密码的发现 其通用性的证明 166年 个密码子破译：中心法则：DNA→RNA一蛋白质建立，标志着分子生物学学科理论体系形成： 重组DA技术的建立，使得分子生物学的技术体系初步形成。 1l、1965年Watson等编若了《Molecular biology of the gene》:1970年他们又出版了第二版 《Molecular biology ofthe gene》,标志若分子生物学形成了较为完整的理论体系，从而形成 一门较为独立的学科 二、分子生物学的发展 上个世纪0年代以后，分子生物学飞速发展，理论体系和技术体系不断完善。 1,逆转录酶的发现，修正和完善了中心法则： DNA RNA- 蛋白质 2.工具的发现、重组A技术的建立 表达外源基因成为可能 3。“断裂基因”的发现，揭示了真核生物与原核生物基因结构的差异： 4DNA测序方法建立，读取遗传信息成为可能： 5.PCR技术建立，基因克隆和基因分析有了强有力的手段： 6,基因表达与调控研究的不断拓宽和深入： 转基因技术的建立与转基因动植物的成功 8.人类疾病的基因诊断(1978年开创)和基因治疗(1990年9月首例腺苷脱氨酶缺陷病志者接 受基因治疗并获得疗效)： 9.1990年人类基因组计别启动（其内容句括人类基因组作图及序列分析、基因的整定、基 因组研究技术的建立与创新、模式生物基因组作图和测序、信息系统的律立、储存及相应凯 件的开发、相关立业的开发签等) 10.基因组学研究技术 蛋白质研究技术、生物信息学技术、组合化学技术 ,生物芯片（包 括DNA芯片)技术等新的兴起，已经、正在和将要给分子生物学带来深刻的革命，带来全新 的面貌。 时间 人物或单位 虫 件 1953 Watson,F.Crick 建立DNM双螺旋模型 M.Meselson,F.Stahl 1958 证明DNA的半保留复制机制 S.Brenner.F.Jacob,M. 1961 Meselson 发现RA 1966 M.Nirengerg,H.G.Khorana 破译全部64个密码子 1972 Paul Berg 首次将重组DA插入细菌细胞 1973 Herb Bover.Stanley Cohen 首次用质粒克隆DNM 1977 Walter Gilbert,Frederick 化学法、法测 1981 美国Brinster和Palmiter 第一只转基因动物一“巨鼠”产 1990 人类基因组计划开始实施（预计 Tames Watson and others 15完成) 1997 Lan Wilmut and colleagues 克“多利”(Do11y)羊 1997 世界上第一只羚长类转基因动物 诞生
10、1953—1970 年，随着 DNA 双螺旋结构的发现和确定,带来了发展生物学的迅猛发展，也 就是分子生物学理论和技术体系逐步形成的时期。mRNA、DNA 聚合酶、RNA 聚合酶的发现； DNA 半保留复制机理、操纵子学说等的提出；遗传密码的发现，其通用性的证明；1966 年， 64 个密码子破译；中心法则：DNA→RNA→蛋白质建立,标志着分子生物学学科理论体系形成； 重组 DNA 技术的建立，使得分子生物学的技术体系初步形成。 11、1965 年 Watson 等编著了《Molecular biology of the gene》；1970 年他们又出版了第二版 《Molecular biology of the gene》，标志着分子生物学形成了较为完整的理论体系，从而形成 了一门较为独立的学科。 二、分子生物学的发展 上个世纪 70 年代以后，分子生物学飞速发展，理论体系和技术体系不断完善。 1.逆转录酶的发现，修正和完善了中心法则： DNA RNA 蛋白质 2.工具酶的发现、重组 DNA 技术的建立、表达外源基因成为可能； 3.“断裂基因”的发现,揭示了真核生物与原核生物基因结构的差异； 4.DNA 测序方法建立，读取遗传信息成为可能； 5.PCR 技术建立，基因克隆和基因分析有了强有力的手段； 6.基因表达与调控研究的不断拓宽和深入； 7.转基因技术的建立与转基因动植物的成功； 8.人类疾病的基因诊断(1978年开创)和基因治疗(1990年9月首例腺苷脱氨酶缺陷病患者接 受基因治疗并获得疗效)； 9.1990 年人类基因组计划启动 (其内容包括人类基因组作图及序列分析、基因的鉴定、基 因组研究技术的建立与创新、模式生物基因组作图和测序、信息系统的建立、储存及相应软 件的开发、相关产业的开发 等等)。 10.基因组学研究技术、蛋白质研究技术、生物信息学技术、组合化学技术、生物芯片（包 括 DNA 芯片）技术等新的兴起，已经、正在和将要给分子生物学带来深刻的革命，带来全新 的面貌。 时 间 人 物 或 单 位 事 件 1953 J. Watson, F. Crick 建立 DNA 双螺旋模型 1958 M. Meselson, F. Stahl 证明 DNA 的半保留复制机制 1961 S. Brenner, F. Jacob, M. Meselson 发现 mRNA 1966 M. Nirengerg, H. G. Khorana 破译全部 64 个密码子 1972 Paul Berg 首次将重组 DNA 插入细菌细胞 1973 Herb Boyer, Stanley Cohen 首次用质粒克隆 DNA 1977 Walter Gilbert, Frederick 化学法、酶法测序 1981 美国 Brinster 和 Palmiter 第一只转基因动物—“巨鼠”产 生 1990 James Watson and others 人类基因组计划开始实施（预计 15 完成） 1997 Lan Wilmut and colleagues 克隆“多利”（Dolly）羊 1997 世界上第一只羚长类转基因动物 诞生
2000.6 国际联型和Celera Geno@ics公司人类基因组计划工作草图完成 2001.2 国际联盟和Celera Genomics公司 类基因组计划宣布基因分析 果 2003 预计人类基因组计划提前完成 三、分子生物学取得的主要成就 第五节分子生物学在医学上的应用 人体发育调控和人体功能调控 分化与衰老的机理 2、细胞增殖调控的机理 3、神经、内分泌和免疫调控的机理 一、基因与疾病 1、基因与疾病关系的研究 2、基因诊断 3、基因治疗 三、生物工程与生物制势 1、基因工程 2、酶工程 3、蛋白质工程 4、微生物工程 5、细胞工程 6、转基因动、植物 四、预防医学 1、疫苗研究 2、环境监测与净化 第六节21世纪分子生物学发展的新趋势 纵观分子生物学的发展史，我们可以看出20世纪是以核酸的研究为中心，从而带动了 分子生物学不断向纵深发展。50年代的DNA双螺旋结构，60年代的操纵子学说，70年代的 DNA重组，80年代的PCR技术，90年代的DNA测序都只有里程碑的意义，将生命科学带向 一个：由宏观到微观再到宏观、由分析到综合的时代。那么，21世纪分子生物学发展趋势 怎样呢？当前，随者“人类基因组计划”的实施利 完成，人类基因组研究的重点正在由“结 构”向“功能”转移。所以，我们可以说，21世纪的分子生物学己进入了一个新的时代 后基因组学(post-genomics)时代。主要的重点研究领域有： 一、功能基因组学(functional genomics) 二、蛋白质组学(proteomics) 三、生物信息学(Bioinformatics)
2000.6 国际联盟和 Celera Genomics 公司 人类基因组计划 工作草图完成 2001.2 国际联盟和 Celera Genomics 公司 人类基因组计划宣布基因分析结 果 2003 预计人类基因组计划提前完成 三、分子生物学取得的主要成就 第五节 分子生物学在医学上的应用 一、人体发育调控和人体功能调控 1、发育、分化与衰老的机理 2、细胞增殖调控的机理 3、神经、内分泌和免疫调控的机理 二、基因与疾病 1、基因与疾病关系的研究 2、基因诊断 3、基因治疗 三、生物工程与生物制药 1、基因工程 2、酶工程 3、蛋白质工程 4、微生物工程 5、细胞工程 6、转基因动、植物 四、预防医学 1、疫苗研究 2、环境监测与净化 第六节 21 世纪分子生物学发展的新趋势 纵观分子生物学的发展史，我们可以看出 20 世纪是以核酸的研究为中心，从而带动了 分子生物学不断向纵深发展。50 年代的 DNA 双螺旋结构，60 年代的操纵子学说，70 年代的 DNA 重组，80 年代的 PCR 技术，90 年代的 DNA 测序都具有里程碑的意义，将生命科学带向 一个：由宏观到微观再到宏观、由分析到综合的时代。那么，21 世纪分子生物学发展趋势 怎样呢？当前，随着“人类基因组计划”的实施和完成，人类基因组研究的重点正在由“结 构”向“功能”转移。所以，我们可以说，21 世纪的分子生物学已进入了一个新的时代—— 后基因组学（ post-genomics）时代。主要的重点研究领域有： 一、功能基因组学（functional genomics） 二、蛋白质组学(proteomics) 三、生物信息学(Bioinformatics)
四、脑研究(Brain Research:脑计划，Brain Project)(神经、认知、记忆、智力等等) 思格斯说：人脑是生命世界最美丽的花朵。“21世纪是大脑的世纪”己经成为全世界科 学家的共识 我们有理由相信，脑计划将比人类基因组计划更宏伟，将给人类社会和人们的生活带来更 深刻的影响
四、脑研究(Brain Research;脑计划,Brain Project )（神经、认知、记忆、智力等等） 恩格斯说：人脑是生命世界最美丽的花朵。“21 世纪是大脑的世纪”已经成为全世界科 学家的共识。 我们有理由相信，脑计划将比人类基因组计划更宏伟，将给人类社会和人们的生活带来更 深刻的影响