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分子生物学发展及临床应用

分子生物学:以核酸、蛋白质等生物大分子为材料,研究它们的组成、结构和功能,揭示生命规律和疾病本质的一门学科。
分子生物学是从分子水平研究生命本质为目的的一门学科,它以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的作用为研究对象,是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会,也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。

所谓在分子水平上研究生命的本质主要是指对遗传、 生殖、生长和发育等生命基本特征的分子机理的阐明,从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新的手段。这里的分子水平指的是那些携带遗传信息的核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。这些生物大分子均具有较大的分子量,由简单的小分子核苷酸或氨基酸排列组合以蕴藏各种信息,并且具有复杂的空间结构以形成精确的相互作用系统,由此构成生物的多样化和生物个体精确的生长发育和代谢调节控制系统。阐明这些复杂的结构及结构与功能的关系是分子生物学的主要任务。

1、基因的发现
基因是核酸中贮存遗传信息的遗传单位, 转录完整RNA分子或编码多肽链的一段DNA序列, 产物具有一定的生物学功能。
从生化学角度:基因是一段DNA序列, 该序列可以产生某种表型。
从遗传学角度:基因代表一个遗传单位、一个功能单位、一个突变单位。
(1)孟德尔与“遗传因子”

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孟德尔
(2)摩尔根与《基因论》,获得1933年诺贝尔生理医学奖

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基因论、摩尔根
2、理论方面的三大发现

(1)遗传物质是DNA

① 肺炎球菌转化实验      
Avery: 遗传物质是DNA, 不是蛋白质。

② 噬菌体侵染实验        
Hershy和Chase: 遗传物质是DNA。

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Avery、Hershy、Chase
(2)DNA的结构
① DNA的碱基组成:有4种碱基参与

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腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶
② DNA的一级结构
碱基 + 脱氧核糖(糖苷键)= 脱氧核糖核苷
脱氧核糖核苷(磷酸酯化)= 脱氧核糖核苷酸
脱氧核糖核苷酸(3’,5’磷酸二酯键)= DNA
③ DNA的空间结构
1953年Watson和Crick阐明DNA分子双螺旋结构, 揭示了遗传物质的分子机制,获得1962年诺贝尔生理医学奖。

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Watson、Crick
DNA分子双螺旋结构
(3)“中心法则”与“遗传密码”。

① 1957年Crick提出遗传信息传递“中心法则”。
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② 1964年Nirenberg和Khorana破译“遗传密码”   1968年诺贝尔生理医学奖。

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Nirenberg、Khorana
3、实验方面的4项关键技术
(1)限制性内切酶技术,获得1978年诺贝尔生理医学奖。

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Arber、 Smith、Nathans

第一次理论预见限制酶、第一次分离得到限制酶、第一次使用限制酶。
(2)DNA连接酶技术
1967年2个实验室同时发现DNA连接酶。

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Richardson、Hurwitz
(3)基因载体技术
1973年Cohen使用质粒和λ噬菌体作为载体, 在细菌里扩增。

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Cohen
(4)DNA测序技术
1975年Gilbert 和Sanger发明DNA测序技术,获得1980年诺贝尔化学奖。

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Gilbert、 Sanger
4、代表性的2个实验
(1)Berg实验
1972年Berg首次完成DNA片断体外重组实验,获得1980年诺贝尔化学奖。

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Berg

(2)Boyer-Cohen实验
1973年Boyer和Cohen将卡那霉素R65质粒与四环素pSC101质粒连接成重组质粒,获得1986年诺贝尔生理医学奖。

Boyer、 13.jpg Cohen
分子生物诊断学的临床应用

1、病原微生物基因与人类感染性疾病
包括结核杆菌、肝炎病毒、人类免疫缺陷病毒、SARS相关冠状病毒和人禽流感病毒等,对于这些病原生物基因和基因组的研究以及耐药性机制的研究已成为分子诊断医学领域的主要内容。
2、单基因病
当致病基因核苷酸发生缺失、插入、倒位、易位、点突变等基因突变,并且这种突变改变了基因的编码序列或影响了基因的调控序列时,基因的功能发生异常导致的疾病。
如:血红蛋白病、血友病、强直性肌营养不良等。
3、多基因病
多基因病的发病机制十分复杂,遗传因素和环境因素共同起作用,这些病的发病有一定遗传基础,常表现出家族倾向,但却又不符合一般的遗传方式。
4、肿瘤相关基因及恶性肿瘤
肿瘤的发生是由多种致癌因素综合作用的结果,与肿瘤发生相关的基因称为肿瘤相关基因,包括癌基因和抑癌基因。
5、线粒体变异与线粒体遗传病
线粒体DNA突变使线粒体功能发生障碍,直接影响人体组织和细胞的各种生物学功能,导致线粒体遗传病,它具有母系遗传、基因突变具阈值效应以及多系统受累等遗传学特征。



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