《分子生物学》课件

绪绪 论论戴戴五五星星同济医学院生物化学与分子生物学系同济医学院生物化学与分子生物学系1绪论戴五星同济医学院生物化学与分子生物学系1本章我们讨论本章我们讨论3方面的内容：方面的内容：一、分子生物学和医学的关系及研究的主要内容一、分子生物学和医学的关系及研究的主要内容一、分子生物学和医学的关系及研究的主要内容一、分子生物学和医学的关系及研究的主要内容 二、分子生物学的历史回顾、发展现状与发展趋势二、分子生物学的历史回顾、发展现状与发展趋势二、分子生物学的历史回顾、发展现状与发展趋势二、分子生物学的历史回顾、发展现状与发展趋势.三、分子生物学在医学中的应用三、分子生物学在医学中的应用三、分子生物学在医学中的应用三、分子生物学在医学中的应用2本章我们讨论3方面的内容：一、分子生物 第一节第一节 分子生物学与医学的关系及研究的主要内容分子生物学与医学的关系及研究的主要内容 一分子生物学的定义一分子生物学的定义 分分子子生生物物学学是是一一门门从从分分子子水水平平研研究究生生命命现现象象、生生命命本本质质、生生命命活活动动及及其其规规律律的的科科学学。它它是是在在分分子子水水平平这这一一层层次次所所形形成成的理论和技术体系，被称为分子生物学的理论和技术体系，被称为分子生物学。医医学学分分子子生生物物学学是是从从分分子子水水平平上上研研究究人人体体在在正正常常和和疾疾病病状状态态下下的的生生命命活活动动及及其其规规律律,从从分分子子水水平平开开展展人人类类疾疾病病的的预预防防、诊断和治疗研究的一门科学。诊断和治疗研究的一门科学。3第一节分子生物学与医学的关系及研究的主要内容3二分子生物学和医学的关系二分子生物学和医学的关系 分分子子生生物物学学在在整整个个医医学学中中起起到到纽纽带带作作用用，将将基基础础医医学学各各分分支支学学科科及及基基础础医医学学与与临临床床医医学学联联系系起起来来，成成为为现现代代医医学学和和生生命命科科学学的的前前沿沿学学科科和和领领域域，在在一一定程度上起到牵动全局的作用。定程度上起到牵动全局的作用。4二分子生物学和医学的关系4未未来来的的医医学学将将把把研研究究层层次次深深入入到到量量子子水水平平，分分子子生生物物学学则则可可能能把把自自己己的的“血血液液”熔熔化化到到医医学学的的躯躯体体之之中中，“化化己己为为他他”，“化化整整为为零零”，渗渗透透到到各各个个相相关关学学科科中中，成成为为科科学学上上的的“蜡蜡烛烛”，燃燃烧烧自自己己，照照亮亮别别人人。分分子子生生物物学学在在医医学学上上的的价价值值和和“灵灵魂魂”将将永永存存。分分子子生生物物学学将将成为现代生命科学的成为现代生命科学的“共同语言共同语言”。5未来的医学将把研究层次深入到量子水三三、医学分子生物学研究的主要内容、医学分子生物学研究的主要内容1、研究生物大分子、基因及基因组的结构与功能、研究生物大分子、基因及基因组的结构与功能2、研究遗传信息的传递及其调控、研究遗传信息的传递及其调控3、研究生物大分子的相互作用及信息传递、研究生物大分子的相互作用及信息传递4、研究分子生物学的技术体系、研究分子生物学的技术体系5、研究人体各种（包括生长、发育、衰老、死亡等）、研究人体各种（包括生长、发育、衰老、死亡等）生命现象中的分子生物学基础生命现象中的分子生物学基础6三、医学分子生物学研究的主要内容6第第二二节节、分分子子生生物物学学的的历历史史回回顾顾、发发展展现现状状及及发发展趋势展趋势 任任何何一一门门科科学学及及其其学学科科的的诞诞生生都都有有其其历历史史的的必必然然性性,分分子子生生物物学学也也不不例例外外。分分子子生生物物学学的的出出现现归归功功于于人人类类对对生生命命现现象象的的认认识识层层次次的的深深入入以以及及研研究究技技术术和和方方法法的的逐逐步步深深化化和和精精密密,即即在在认认识识上上由由宏宏观观向向微微观观转转变变,技技术术方方法法由由粗粗放放向向精精细细准准确确转转变变。归归功功于于近近百百年年无无数数科科学学家家智智慧慧的的结结晶晶，成成果果的的融融汇汇。尤尤其其从从上上世世纪纪40年年代代起起，在在理理论论和和技技术术方方面面的重大突破。的重大突破。7第二节、分子生物学的历史回顾、发展现状及发展趋势7 1859年，达尔文的进化论年，达尔文的进化论 1866年，孟德尔的遗传因子学说年，孟德尔的遗传因子学说 1909年年,Johannsen将遗传因子改称为基因将遗传因子改称为基因.1910年，摩尔根创立了基因学说。年，摩尔根创立了基因学说。分子生物学建立与发展归功于上世纪分子生物学建立与发展归功于上世纪40年代以年代以来在理论上和技术上的如下突破。来在理论上和技术上的如下突破。一、历史回顾一、历史回顾81859年，达尔文的进化论一、历史回顾8（一）理论上的四项重大突破（一）理论上的四项重大突破 1.40年年代代，Avery发发现现了了生生物物遗遗传传物物质质的的化化学学本本质是质是DNA 2.50年年代代，Watson-Crick提提出出了了DNA结结构构的的双双螺螺旋模型旋模型 3.50年代，年代，Crick提出了遗传学中心法则提出了遗传学中心法则 4.60年代，年代，Nirenberg等人破译了遗传密码等人破译了遗传密码从从1944年年至今至今9（一）理论上的四项重大突破从1944年至今9 1934年年，Avery在在一一次次学学术术报报告告会会上上首首次次报报道道了了肺肺炎炎球球菌菌的的转转化化，他他不不仅仅证证明明了了DNA 是是遗遗传传物物质质，且且证证明明DNA把把1个个细细菌菌的的遗遗传传性性状状转转给给了了另另一一个个细细菌菌，理理 论论 意意 义义 十十 分分 重重 大大。正正 如如 诺诺 贝贝 尔尔 奖奖 金金 获获 得得 者者Lederberg指指出出的的：Avery的的工工作作是是现现代代分分子子生生物物学学革革命命的的开开端端，基基因因工工程程的的先先导导。但但是是，超超越越时时代代的的科科学学成成就就，往往往往不不易易被被人人们们所所接接受受，Avery成成就就的的命命运运也也是是如如此此，当当时时并并未未引引起起阵阵阵阵掌掌声声，他他的的论论文文事事隔隔10年年才公开发表。才公开发表。101934年，Avery在一次学术报Watson和和Crick於於1953年提出年提出DNA双螺旋双螺旋结构模型结构模型,是进入分子生物学时期的标志是进入分子生物学时期的标志11Watson和Crick於1953年提出DNA双螺旋结Propositionofcentraldogma12PropositionofcentraldogmaScientistscrackedthegeneticcodestoredinDNA13Scientistscrackedthegenetic 1.限制性核酸内切酶发现与应用限制性核酸内切酶发现与应用2.重组重组DNA技术的建立技术的建立3.逆转录酶的发现与应用逆转录酶的发现与应用4.PCR技术的建立技术的建立5.人类基因组计划人类基因组计划（二）技术上的（二）技术上的5项重大突破项重大突破141.限制性核酸内切酶发现与应用2.重组D阿阿尔伯伯Wemer Arber瑞士生物学家巴塞尔Biozentrum大学1929内森斯内森斯Danien Nathans美国微生物学家霍普金斯大学医学院1931史密斯史密斯Hamilton OSmith美国微生物学家霍普金斯大学医学院1931阿尔伯(WemerArber1929)瑞士生物学家，内森斯(DanienNathans19282019)美国微生物学家，史密斯(HamiltonOSmith1931)美国微生物学家，由于限制性核酸内切酶的发现及其在分子遗传学中的应用，为遗传工程的产生拉开了序幕而获得1978年诺贝尔生理学或医学奖。15RecombinantDNATechnology16RecombinantDNATechnolIn1980hesharedhalfoftheNobelPrizeforChemistrywiththeteamofWalterGilbertandFrederickSanger.AllthreewererecognizedfortheirimportantcontributionstobasicresearchinnucleicacidsPaul Berg17In1980hesharedhalfoftheAnAmericanbiochemistwhoassistedHerbert Boyer inthecreationofthefirstrecombinant DNA organism,andwonthe1986NobelPrizeforhisworkwithRitaLevi-Montalciniindiscoveringcellgrowthfactors.StanleyCohen18AnAmericanbiochemistwhoass1970年，年，BaltimoreBaltimore和和和和 TeminTemin等同时等同时等同时等同时各自发现了逆转录酶各自发现了逆转录酶各自发现了逆转录酶各自发现了逆转录酶.。反转录酶的反转录酶的发现告诉我们，遗传信息不仅能从发现告诉我们，遗传信息不仅能从DNA流向流向RNA,也能从也能从RNA转移到转移到DNA，从而为中心法则（，从而为中心法则（central dogma）增加了新内容。这在遗传）增加了新内容。这在遗传学上是一重大发现，在实践上反转学上是一重大发现，在实践上反转录酶的应用为分子生物学和遗传工录酶的应用为分子生物学和遗传工程研究开辟了一条新的途径。程研究开辟了一条新的途径。191970年，Baltimore和Temin等同时各自发现PCRPCR技术的创建技术的创建Kary B.MullisKary B.Mullis（穆利斯（美）（穆利斯（美）19831983年年,Mullis,Mullis发明了发明了PCRPCR技术技术,使使KhoranaKhorana的设想得的设想得到实现。到实现。19891989年美国年美国ScienceScience杂志列杂志列PCR PCR 为十余项重大为十余项重大科学发明之首科学发明之首,比喻比喻19891989年为年为PCRPCR爆炸年爆炸年,Mullis,Mullis荣荣获获19931993年度诺贝尔化学奖。年度诺贝尔化学奖。20PCR技术的创建KaryB.Mullis（穆利斯（美）人类基因组研究人类基因组研究 人类的全部遗传信息包含在人类的全部遗传信息包含在人类的全部遗传信息包含在人类的全部遗传信息包含在2323对染色体上，每个基因组对染色体上，每个基因组对染色体上，每个基因组对染色体上，每个基因组由由由由3.3103.3109 9核苷酸组成核苷酸组成核苷酸组成核苷酸组成,编码约编码约编码约编码约4 4万个基因。人类基因组研究万个基因。人类基因组研究万个基因。人类基因组研究万个基因。人类基因组研究的对象是人类基因组，因此也称为的对象是人类基因组，因此也称为的对象是人类基因组，因此也称为的对象是人类基因组，因此也称为“基因组学基因组学基因组学基因组学”。“人类基人类基人类基人类基因组计划因组计划因组计划因组计划”（Human Genomic Project.HGPHuman Genomic Project.HGP）是人类科）是人类科）是人类科）是人类科学史上与阿波罗登月计划及曼哈顿原子弹计划相媲美的伟大学史上与阿波罗登月计划及曼哈顿原子弹计划相媲美的伟大学史上与阿波罗登月计划及曼哈顿原子弹计划相媲美的伟大学史上与阿波罗登月计划及曼哈顿原子弹计划相媲美的伟大科学工程，于科学工程，于科学工程，于科学工程，于19901990年正式出台和实施，该计划的主要科学年正式出台和实施，该计划的主要科学年正式出台和实施，该计划的主要科学年正式出台和实施，该计划的主要科学目标是绘制遗传连锁图、物理图、序列图和转录图。目标是绘制遗传连锁图、物理图、序列图和转录图。目标是绘制遗传连锁图、物理图、序列图和转录图。目标是绘制遗传连锁图、物理图、序列图和转录图。21人类基因组研究人（一）（一）分子生物学的研究和发展轨迹基本上遵循两个分子生物学的研究和发展轨迹基本上遵循两个分子生物学的研究和发展轨迹基本上遵循两个分子生物学的研究和发展轨迹基本上遵循两个大方向：大方向：大方向：大方向：1.1.不断把本学科理论和技术引向深入。不断把本学科理论和技术引向深入。不断把本学科理论和技术引向深入。不断把本学科理论和技术引向深入。2.2.不断与其他学科进行深入的横向联系和交叉融合，不断与其他学科进行深入的横向联系和交叉融合，不断与其他学科进行深入的横向联系和交叉融合，不断与其他学科进行深入的横向联系和交叉融合，以期使分子，细胞，整体水平研究得到和谐的统一，以期使分子，细胞，整体水平研究得到和谐的统一，以期使分子，细胞，整体水平研究得到和谐的统一，以期使分子，细胞，整体水平研究得到和谐的统一，使表现型和基因型的关系得到客观准确的解释。使表现型和基因型的关系得到客观准确的解释。使表现型和基因型的关系得到客观准确的解释。使表现型和基因型的关系得到客观准确的解释。二、分子生物学研究现状和发展趋势二、分子生物学研究现状和发展趋势22（一）分子生物学的研究和发展轨迹基本上遵循两个大方向：三三三三、四大前沿研究领域四大前沿研究领域四大前沿研究领域四大前沿研究领域 （一）结构分子生物学（一）结构分子生物学（一）结构分子生物学（一）结构分子生物学 在在在在DNADNA，基因或，基因或，基因或，基因或RNARNA水平，存在各种体现功能水平，存在各种体现功能水平，存在各种体现功能水平，存在各种体现功能的结构域，结构域本身结构特点和形态以及它们所的结构域，结构域本身结构特点和形态以及它们所的结构域，结构域本身结构特点和形态以及它们所的结构域，结构域本身结构特点和形态以及它们所处的大分子的空间结构形态都直接影响处的大分子的空间结构形态都直接影响处的大分子的空间结构形态都直接影响处的大分子的空间结构形态都直接影响DNADNA、基、基、基、基因或因或因或因或RNARNA的功能发挥。在蛋白质水平，由于它们的功能发挥。在蛋白质水平，由于它们的功能发挥。在蛋白质水平，由于它们的功能发挥。在蛋白质水平，由于它们是直接体现生理功能的物质是直接体现生理功能的物质是直接体现生理功能的物质是直接体现生理功能的物质,其空间结构对其功能其空间结构对其功能其空间结构对其功能其空间结构对其功能影响更直接。因此，蛋白质空间结构与功能的关系影响更直接。因此，蛋白质空间结构与功能的关系影响更直接。因此，蛋白质空间结构与功能的关系影响更直接。因此，蛋白质空间结构与功能的关系的研究是结构分子生物学研究的主体。的研究是结构分子生物学研究的主体。的研究是结构分子生物学研究的主体。的研究是结构分子生物学研究的主体。23三、四大前沿研究领域 （二）人类基因组研究（二）人类基因组研究 人类的全部遗传信息包含在人类的全部遗传信息包含在人类的全部遗传信息包含在人类的全部遗传信息包含在2323对染色体上，每个基因组对染色体上，每个基因组对染色体上，每个基因组对染色体上，每个基因组由由由由3.3103.3109 9核苷酸组成核苷酸组成核苷酸组成核苷酸组成,编码约编码约编码约编码约4 4万个基因。人类基因组研究万个基因。人类基因组研究万个基因。人类基因组研究万个基因。人类基因组研究的对象是人类基因组，因此也称为的对象是人类基因组，因此也称为的对象是人类基因组，因此也称为的对象是人类基因组，因此也称为“基因组学基因组学基因组学基因组学”。“人类基人类基人类基人类基因组计划因组计划因组计划因组计划”（Human Genomic Project.HGPHuman Genomic Project.HGP）是人类科）是人类科）是人类科）是人类科学史上与阿波罗登月计划及曼哈顿原子弹计划相媲美的伟大学史上与阿波罗登月计划及曼哈顿原子弹计划相媲美的伟大学史上与阿波罗登月计划及曼哈顿原子弹计划相媲美的伟大学史上与阿波罗登月计划及曼哈顿原子弹计划相媲美的伟大科学工程，于科学工程，于科学工程，于科学工程，于19901990年正式出台和实施，该计划的主要科学年正式出台和实施，该计划的主要科学年正式出台和实施，该计划的主要科学年正式出台和实施，该计划的主要科学目标是绘制遗传连锁图、物理图、序列图和转录图。目标是绘制遗传连锁图、物理图、序列图和转录图。目标是绘制遗传连锁图、物理图、序列图和转录图。目标是绘制遗传连锁图、物理图、序列图和转录图。24（二）人类基因组研究 在人体全部在人体全部22 22 对常染色体中对常染色体中,1,1 号染色体包含基因数量号染色体包含基因数量最多最多,块头最大。其基因数目多达块头最大。其基因数目多达3 141 3 141 个个,是平均水平的是平均水平的2 2 倍倍,共有超过共有超过2.23 2.23 亿个碱基对亿个碱基对,破译难度也最大。一个由破译难度也最大。一个由150 150 名英国和美国科学家组成的团队历时名英国和美国科学家组成的团队历时10 10 年年,才完成了才完成了1 1 号染色体的测序工作号染色体的测序工作,于于2019 2019 年年5 5 月月18 18 日在英国日在英国自然自然杂志网络版上发表了人类最后一个染色体杂志网络版上发表了人类最后一个染色体1 1 号染号染色体的基因测序色体的基因测序,历时历时16 16 年的人类基因组计划书写完了年的人类基因组计划书写完了“生命之书生命之书”的最后一个章节的最后一个章节,覆盖了人类基因组的覆盖了人类基因组的99.99%99.99%。人类基因组计划写完人类基因组计划写完“生命之书生命之书”最后一节最后一节25在人体全部22对常染色体中,1号染色体包含基因数量 一般说来，一般说来，一般说来，一般说来，“基因组学基因组学基因组学基因组学”主要解决的问题是基因主要解决的问题是基因主要解决的问题是基因主要解决的问题是基因组的组的组的组的“结构结构结构结构”，即上述，即上述，即上述，即上述4 4张结构图，当张结构图，当张结构图，当张结构图，当HGPHGP完成后，完成后，完成后，完成后，下一步该做什么？下步是将重心逐步由下一步该做什么？下步是将重心逐步由下一步该做什么？下步是将重心逐步由下一步该做什么？下步是将重心逐步由“结构结构结构结构”向向向向“功能功能功能功能”转移，人们提出转移，人们提出转移，人们提出转移，人们提出1 1个新的名词，称个新的名词，称个新的名词，称个新的名词，称“后基因组后基因组后基因组后基因组学学学学”(post-genomics)(post-genomics)或功能基因组学。或功能基因组学。或功能基因组学。或功能基因组学。26一般说来，“基因组学”主要解决的问题是基 （三）基因表达调控研究（三）基因表达调控研究基因表达调控是多步骤多层次的过程。基因表达调控是多步骤多层次的过程。1.转录前调控表现为基因重排和修饰及结构基因活化。转录前调控表现为基因重排和修饰及结构基因活化。2.转录水平的调控是目前研究的重点。主要研究的焦点是顺转录水平的调控是目前研究的重点。主要研究的焦点是顺式作用元件与反式作用因子之间的相互识别和作用机理式作用元件与反式作用因子之间的相互识别和作用机理。3.转录后水平的调控指对转录产物转录后水平的调控指对转录产物RNA的加工和修饰。的加工和修饰。4.翻译调控作用指调控翻译速率。翻译调控作用指调控翻译速率。5.翻译后调控指调控新生肽链的加工、修饰和折叠。翻译后调控指调控新生肽链的加工、修饰和折叠。27（三）基因表达调控研究27 （四）信号转导（四）信号转导未来细胞信号转导研究的发展趋势有以下几个方面：未来细胞信号转导研究的发展趋势有以下几个方面：从单一分子、单一通路研究向多通路、规模化研从单一分子、单一通路研究向多通路、规模化研究发展究发展从定性研究向定量研究发展从定性研究向定量研究发展从单纯生物学实验研究向计算机模拟研究发展从单纯生物学实验研究向计算机模拟研究发展从体外研究向体内研究的发展从体外研究向体内研究的发展从基础研究向应用研究的发展从基础研究向应用研究的发展28（四）信号转导28第三节、分子生物学在医学中的应用第三节、分子生物学在医学中的应用一、分子生物学在医学基础理论研究中的应用一、分子生物学在医学基础理论研究中的应用 分子生物学使整个医学科学研究提高到分子水平。经典的分子生物学使整个医学科学研究提高到分子水平。经典的生物学只能从生物表型的变化描述和归纳生命活动的某些规生物学只能从生物表型的变化描述和归纳生命活动的某些规律，所谓基因也还只是抽象的概念，表型的分子基础也未查律，所谓基因也还只是抽象的概念，表型的分子基础也未查明。从前的医学研究状况大体上也是如此。只有分子生物学明。从前的医学研究状况大体上也是如此。只有分子生物学的研究才使医学各科上升到基因水平、分子水平，从而出现的研究才使医学各科上升到基因水平、分子水平，从而出现了所谓分子微生物学、分子免疫学、分子生理学、分子病理了所谓分子微生物学、分子免疫学、分子生理学、分子病理学、分子药理学、分子心脏病学、分子神经病学、分子内分学、分子药理学、分子心脏病学、分子神经病学、分子内分泌学等等全新的领域泌学等等全新的领域29第三节、分子生物学在医学中的应用一、分子生物学在医学基础理二、分子生物学在基因诊断方面的应用二、分子生物学在基因诊断方面的应用利用现代分子生物学和分子遗传学的技术和方法，直接监测基利用现代分子生物学和分子遗传学的技术和方法，直接监测基因结构及其表达水平变化，从而对疾病作出诊断的方法。因结构及其表达水平变化，从而对疾病作出诊断的方法。1、应用分子生物学技术诊断遗传病、应用分子生物学技术诊断遗传病如杜氏肌如杜氏肌营养不良症由抗肌萎养不良症由抗肌萎缩蛋白基因决定的，蛋白基因决定的，该基因全基因全长2000多多kb,包含包含79个外个外显子，子，该基因的突基因的突变是是导致致发病的根本原病的根本原因，而突因，而突变多多发生在生在9个易个易发热点区，根据突点区，根据突变易易发热点区的点区的核苷酸序列核苷酸序列设计9对引物，采用多重引物，采用多重PCR可可对患者患者进行行诊断。断。30二、分子生物学在基因诊断方面的应用302、应用分子生物学技术诊断感染性患者携带的病原体、应用分子生物学技术诊断感染性患者携带的病原体 例如应用核酸分子杂交或例如应用核酸分子杂交或PCR技术可对感染性疾病所携带的技术可对感染性疾病所携带的病原体作出诊断。病原体作出诊断。3、应用分子生物学技术对癌基因和抑癌基因的点突变进行检测、应用分子生物学技术对癌基因和抑癌基因的点突变进行检测 应用应用PCR/ASO或或PCR-SSCP可对癌基因和抑癌基因的点突变可对癌基因和抑癌基因的点突变进行检测。进行检测。4、应用分子生物学技术进行法医学鉴定、应用分子生物学技术进行法医学鉴定 应用应用southern印记杂交或单核苷酸多态性与印记杂交或单核苷酸多态性与DNA芯片技术结芯片技术结合进行个体识别和亲子鉴定合进行个体识别和亲子鉴定312、应用分子生物学技术诊断感染性患者携带的病原体31定义：定义：广义地说广义地说，基因治疗是应用基因或基因产物，基因治疗是应用基因或基因产物，治疗疾病的一种方法。治疗疾病的一种方法。从狭义地说从狭义地说，基因治疗，基因治疗是把外界的正常基因或治疗基因，通过载体转是把外界的正常基因或治疗基因，通过载体转移到人体的靶细胞，进行基因修饰和表达，改移到人体的靶细胞，进行基因修饰和表达，改善疾病的一种治疗手段。善疾病的一种治疗手段。三、分子生物学在基因治疗方面的应用三、分子生物学在基因治疗方面的应用 现在基因治疗不仅用于治疗多种遗传病（如血友病现在基因治疗不仅用于治疗多种遗传病（如血友病等）而且用于恶性肿瘤、某些传染病、（如爱滋病）心等）而且用于恶性肿瘤、某些传染病、（如爱滋病）心血管疾病和糖尿病的基因治疗。血管疾病和糖尿病的基因治疗。32定义：广义地说，基因治疗是应用基因或基因产物，治疗疾病的一种四、分子生物学在生物工程和与生物制药方面的应用四、分子生物学在生物工程和与生物制药方面的应用 生物工程包括基因工程、蛋白质工程、酶工程及生物工程包括基因工程、蛋白质工程、酶工程及细胞工程等。生物工程广泛用于生物制药领域细胞工程等。生物工程广泛用于生物制药领域.目前采目前采用基因工程制备的多肽药物已达用基因工程制备的多肽药物已达100多种，如干扰素、多种，如干扰素、白介素、生长激素、红细胞生成素、免疫球蛋白等白介素、生长激素、红细胞生成素、免疫球蛋白等33四、分子生物学在生物工程和与生物制药方面的应用33（一）重组激素（一）重组激素 通过蛋白质工程手段可以提高重组蛋白质的通过蛋白质工程手段可以提高重组蛋白质的活性活性、改善制品的、改善制品的稳定性、提高生物利用度、定性、提高生物利用度、延延长在体内的半衰期、降低制品的免疫原性等。在体内的半衰期、降低制品的免疫原性等。重组蛋白质重组蛋白质/多肽药物多肽药物34（一）重组激素通过蛋白质工程手段可以提（二）重组抗体药物（二）重组抗体药物 单克隆抗体：单克隆抗体：2019年达年达200亿美元亿美元目前正在开发中的抗体数百种，已有目前正在开发中的抗体数百种，已有150150个产品已个产品已进入临床研究阶段。临床适应症以癌症最多，约占进入临床研究阶段。临床适应症以癌症最多，约占50%50%，其次是自身免疫性疾病，约占，其次是自身免疫性疾病，约占18%18%，感染占，感染占13%13%，心血管疾病占，心血管疾病占6%6%，器官移植引起的排斥占，器官移植引起的排斥占5%5%，其他占，其他占8%8%。35（二）重组抗体药物单克隆抗体：2019年达200亿（三）细胞因子类药物（三）细胞因子类药物l 细胞因子是一类由免疫细胞及相关细细胞因子是一类由免疫细胞及相关细胞分泌的具有调节细胞功能的高活性的胞分泌的具有调节细胞功能的高活性的小分子蛋白质。通过与细胞表面的受体小分子蛋白质。通过与细胞表面的受体作用后发挥广泛的生物学作用。作用后发挥广泛的生物学作用。36（三）细胞因子类药物细胞因子是一类由免疫细胞及相关细基因药物基因药物 指将具有治疗意义的指将具有治疗意义的DNADNA重组入真核表达载重组入真核表达载体，直接转移至人体细胞，在体内表达出具有体，直接转移至人体细胞，在体内表达出具有治疗意义的多肽和蛋白质；或应用直接作用于治疗意义的多肽和蛋白质；或应用直接作用于细胞内细胞内DNADNA或或RNARNA，达到抑制基因复制和表达的，达到抑制基因复制和表达的核酸片段或其人工合成的类似物，以及对核酸片段或其人工合成的类似物，以及对RNARNA具具有切割作用的核酶。有切割作用的核酶。目前临床上应用或处于研究阶段的主要基因药目前临床上应用或处于研究阶段的主要基因药物为物为DNADNA药物和反义药物和反义RNARNA药物药物37基因药物指将具有治疗意义的DNA重组入真核表达（一）（一）DNADNA药物药物 将治疗基因植入体内，让细胞自己合成和将治疗基因植入体内，让细胞自己合成和分泌药用蛋白质，从而达到防治疾病的目分泌药用蛋白质，从而达到防治疾病的目的。的。38（一）DNA药物将治疗基因植入体内，让细胞自己合成和分泌（二）反义药物（二）反义药物 反义药物：反义药物：指人工合成或生物合成的指人工合成或生物合成的DNA或或RNA，可用于由，可用于由于基因过度表达所致的肿瘤、遗传性疾病和病毒感染。于基因过度表达所致的肿瘤、遗传性疾病和病毒感染。这种核酸药物就是反义药物。包括反基因、反义寡核这种核酸药物就是反义药物。包括反基因、反义寡核苷酸、反义苷酸、反义RNA、小干扰、小干扰RNA(siRNA)、肽核酸、肽核酸（PNA）和核酶。）和核酶。39（二）反义药物反义药物：指人五、分子生物学在预防医学中的应用五、分子生物学在预防医学中的应用1、疫苗研究、疫苗研究 疫苗的研究包括致死疫苗、灭活疫苗、减毒活疫苗、疫苗的研究包括致死疫苗、灭活疫苗、减毒活疫苗、亚单位疫苗、重组活疫苗及亚单位疫苗、重组活疫苗及DNA疫苗的研究。前疫苗的研究。前3者属者属传统疫苗的研究，而后传统疫苗的研究，而后3者则属于采用分子生物学的理者则属于采用分子生物学的理论和技术所进行的疫苗的研究。论和技术所进行的疫苗的研究。40五、分子生物学在预防医学中的应用402、环境监测与净化、环境监测与净化（1）环境监测：采用核酸分子杂交技术或）环境监测：采用核酸分子杂交技术或PCR技术可灵敏地技术可灵敏地检测环境中病原体的存在。如水中的细菌、病毒。检测环境中病原体的存在。如水中的细菌、病毒。（2）环境净化：将一些特殊的基因导入特定的微生物中，可）环境净化：将一些特殊的基因导入特定的微生物中，可清除环境的有害物质。例如将抗清除环境的有害物质。例如将抗DDT害虫中分离的抗害虫中分离的抗DDT基基因转移到细菌中去，可降解农田中残留的因转移到细菌中去，可降解农田中残留的DDT；将能分解有；将能分解有机化合物的基因通过质粒导入微生物中，可清除污染水面上机化合物的基因通过质粒导入微生物中，可清除污染水面上的石油；将耐汞基因导入腐臭假单胞杆菌中，该菌株能把剧的石油；将耐汞基因导入腐臭假单胞杆菌中，该菌株能把剧毒的汞化合物吸收到细胞内，可净化汞污染。毒的汞化合物吸收到细胞内，可净化汞污染。412、环境监测与净化41Reference books:1.医学分子生物学医学分子生物学 冯作化主编冯作化主编 供八年制用供八年制用2.医学分子生物学医学分子生物学 查锡良主编查锡良主编 供研究生用供研究生用42Referencebooks:1.医学分子生物学docin/sanshengshiyuandoc88/sanshenglu 更多精品资源请访问更多精品资源请访问docin/sanshengshiyuan更多精品43