医学分子生物学基础课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,医学分子生物学基础,( Medical Basic,Moleculobiology,),-,研究生物大分子,结构,-,功能,-,相关联系,阐明,生命现象本质,;,-,为人类,认识生命现象,带来前所未有的机会,为人类,利用和改造生物,创造了宽广的前景,!,第一节,分子生物学进展与研究内容,一、分,子生物学发展简史（二个阶段,）,1.,准备与酝酿阶段,(,19,世纪后期,-20,世纪,50,年代初,),认识生命现象的二大标志性突破,:,(1),确定了蛋白质是生命的主要物质,-,19,世纪末,Bucher,兄弟,:,酶是生物催化剂,糖,发酵,洒精,酵母,20,世纪,30-40,年代,:,酶的本质是蛋白质,许多生命现象,(,生命代谢活动,),与酶有关,可,用纯酶或蛋白质在体外重复,(2),确定生物遗传基础物质是,DNA-,1944,年,O.T.Avey,证明肺炎球菌转化因子是,DNA,1952,年,A.D.Hershey,和,M.Chase,进一步证明,DNA,是遗传物质,2.,现代分子生物学的建立和发展,(50-70,年代,),里程碑,:1953,年,Watson & Crick DNA,双螺旋链。,DNA,双螺旋链发现的价值,:,确立了核酸作为信息分子的结构基础,提出了,碱基,配对,是核酸复制、遗传信息传递的基本方式, 确定了,核酸是遗传的物质基础,为认识核酸与蛋白,质的关系及基在生命中的作用打下最重要的基础,本阶段的标志性进展：,遗传信息传递中心法则的建立,DNA,复制将信息传,给子代, RNA,在遗传信息传到蛋白质过程中起着中,介作用,; mRNA,与,DNA,序列互补。,认识到蛋白质是接受,RNA,的遗传信息而合成,破译,了,RNA,上编码合成蛋白质的,遗传密码,，认识了蛋白,质翻译过程中的基本过程。,HIV,(Human,Immuno,-deficiency Virus),属,RNA,病毒,是,AIDS (Acquired,Immuno,-deficiency,Syndrom,),病源,二、分子生物学主要研究内容,1.,核酸的分子生物学,-,研究核酸的结构及功能,(,包括核酸,/,基因组的结 构、,遗传信息的复制、转录一翻译、核酸储存的信息修,复与突变、基因表达调控和基 因工程技术的发展等,),2.,蛋白质的分子生物学,-,研究执行各种生命功能的主要大分子,-,蛋白质的结,构与功能,3.,细胞信息转导的分子生物学,研究细胞内,/,细胞间信息传递的分子基础。,外源信号,细胞,（转为一系列生物化学变化 如蛋白质构象转变、,蛋白质分子磷酸化、蛋白相互间的变化等）,细胞增殖,/,分化,/,分泌,（适应环境需要）,研究的目标,是阐明每一种信号转导与传递的途径,/,参与该途径的所有分子的作用和调节方式,/,各途,径间的网络调控系统。,第二节 基因与基因工程,一、基因与基因组,基因,( 1909,年丹麦,W.L.Johannsen,),-,基因是,DNA,分子中含有,特定遗传信息,的一段核苷,酸序列，是遗传物质的最小功能单位。 对于编码蛋,白质结构基因来说，基因是决定一条多肽链的,DNA,功能片段。,-,基因分子位于细胞核的染色体上,;,其通过复制把,遗传信息传递给下一代,从而使后代表现出与亲代相,似的性状。,-,正常人体有,23,对染色体,长度总和约,1600,亿公里,;,其中的性染色体,X-Y,是决定性别的。,-,基因分三类：,编码蛋白质基因（具有转录和翻译功能）,只有转录功能但无翻译功能的基因,不转录基因（调控基因）,基因组,指细胞或生物体一条完整单体的全部染色体物质,遗传物质的总和。包括全部基因与调控元件,具体来,说，基因组主要指不同的,DNA,功能区域在整个,DNA,分子中的分布情况，即总体,DNA,核苷酸顺序。,人类细胞基因组 通常指包括,X-Y,染色体在内的,23,对染色体中的所有基因。,人类基因组计划,(Human Genome Project,HGP),旨在阐明人类基因组,30,亿个碱基对的序列,发现所有,人类基因并搞清其在染色体上的位置,破译人类全部,遗传信息,使人类第一次在分子水平上认识自我。,HGP,进展简况：,-1985,年 美国科学家提出,-1990,年 正式启动,30,亿美元,-1996,年 后基因组学,(,功能基因组学,/,蛋白组学,),-2006,年,5,月,展望,:,利用基因组全系列所提供的信息进行各种疾病,的基因定位研究和治疗,二、基因工程,基因工程 能通过人的意志,对不同生物的遗传基因进,行,切割、拼接、和重组,再转入生物体内,产生出人们,期望的产物，或创造出具有新遗传特征的生物类型,基因工程分,5,个步骤,(,下图,):,待插入的外源,DNA,质粒载体,(,连接,),重组体,DNA,(,转化,),宿主染色体,(,筛选,),(,克隆,), ,DNA,重组体的构建与克隆示意图,(1),获取符合要求的,DNA,片段,(,目的基因,) -,(2),用特异限切酶切割,目的基因,和,载体,DNA-,(3),重组,DNA,(,将目的基因与质粒或病毒,DNA,连接,)-,(4),将,重组,DNA,引入某种细胞,(5),把能表达的目的基因受体细胞挑选出来,-,-,从,20,世纪,80,年代始,基因工程药品 疫苗等产品广泛,应用于医药领域,;,基因工程技术在农 林 牧 渔等行业,也大显身手,培育出许多高产质优抗性强的新品种。,三、基因芯片,基因芯片概念（定义）,基因芯片技术,-,是一种大规模集成的固相杂交， 即在,固相支持物上原位合成寡核苷酸 或 直接将多种预先,制备,DNA,探针 以显微打印方式有序的 固定于支持物,表面，然后与标记的样品杂交。通过对杂交信号的检,测分析，得出样品的遗传信息（基因序列与表达的信,息），由于常用计算机硅芯片作因相支持物，所以称,为,DNA,芯片。,基因芯片的应用：,生物医学、分子生物学基础研究,-,利用,基因芯片技术 可寻找基因与疾病（,Ca. /,遗传病,/,传染病等）的相关性,进而发展相关药物,/,疫苗治疗,医学临床诊断,-,一旦弄清疾病与基因的相关性,基因芯片即可提供高,效简便诊断。现代基因芯片诊断技术优势突显：,基因诊断速度加快 一般可在,30 min,完成,-,检测效率高 每次可同时检测上千个基因序列,-,基因诊断成本,-,自动化程度,-,由于是全封闭 避免了交义感染 假阳,/,阴性率,HGP,的研究,-,基因芯片技术既是,HGP,研究成果的重要应用,又,是促进,人类基因组学、后基因组学、功能基因组学,研究的崭新手段；,开展基因表达活性和大规模的基因变异多态性研,究时,就用定制的,DNA,芯片可同时监测千百个基因,甚至全部基因。,第三节 基因与疾病,一、基因结构变异, 基因突变的定义 ：,基因突变是指,:,基因的核苷酸碱基或顺序发生改变。,仅涉及,DNA,分子中单个碱基改变者称,点突变,;,涉及多,个碱基的不有,缺失,、,重复,、和,插入,等形式。, 基因突变的种类（,4,种）：,碱基置换突变,（图,6-2,，,P,230,）,一个碱基被另一个碱基取代,的突变称碱基置换突变。,一个嘌呤,(-,嘧啶,),被另一个,嘌呤,(-,嘧啶,),取代称,转换,;,一个嘌呤,(-,嘧啶,),被另一个嘧啶,(-,嘌呤,),取代称,颠换,;,碱基置换会导致蛋白质一级结构氨基酸组成的改变,而影响蛋白质生物酶的功能。,因碱基置换导致核苷酸顺序改变,，对,多肽链中氨基,酸顺序的影响有下列几种类型（详见,P,229-231,）：,同义突变,-,错义突变,-,无义突变,-,终止密码突变,抑制基因突变,（,2,）移码突变,指,DNA,链上插上或丢失,1,个、,2,个甚至多个碱基（但,不是三联子密码子及其倍数）。在读码时,由于原来,的密码子移位,导致在插入或丢失碱基部位以后的编,码子都发生了相应的改变。,整码突变,在,DNA,链的密码子之间插入或丢失一个或几个密码,子,则合成的肽链将增加或减少一个或几个氨基酸，,但,插入或丢失部位的前后的氨基酸顺序不变。,染色体错误配对不等交换,染色体错误配对不等交换减数分裂期间，同源染色,体间的同源部份发生联会和交换，如果联会时配对,时不精确，会发生不等交换，造成一部分基因缺失,和部分基因重复。,二、癌基因和抑癌基因,（一）癌基因,癌基因的定义,:,可在,体外,引起细胞转化、在,体内,引起癌瘤的一类,基因称为,癌基因,。,病毒中存在癌基因，统称,病毒癌基因,；各种动物,细胞基因组中，普遍存在与病毒癌基因相似的序列,统称为,细胞癌基因,；,由于细胞癌基因在正常细胞中以非激活形式存在,故又称为,原癌基因,。,原癌基因的特点,:,广泛存在于生物界中,从酵母到人细胞普遍存在,;,在进化过程中,基因系列呈高度保守性,;,其作用通过其表达产物蛋白质来体现。它们的存在,对正常细胞不仅无害,而且对维持正常生理功,能,/,调,控细胞生长和分化起重要,作用，是细胞发育、组织,再生、创伤愈合等所必需；,在某些因素作用（如射线、化学物质等,),下,原癌基,因的结构和数量发生改变而被激活,癌,C,转化基因,常见的癌基因家族,(,P,232,),src,家,族,-,ras,家族,myc,家族,sis,家族,myb,家族,原癌基因激活的机制,(,详见,P,232,):,获得启动子与增强子,-,基因易位,-,染色体,易位重排,原癌基因扩增,点突变,原癌基因的产物与功能,(,表,6-1, P,232,),癌基因表达产物可按其在细胞信号传递系统中的作,用分为,4,类,:,C,外生长因子,C,外信号含生长因子,/,激素,/N,递质等,跨膜生长因子受体,-,信号传递因子,-,核内转录因子,(,二,),抑癌基因,-,抑癌基因是一类,抑制,C,过度生长、增殖,从而,遏制,肿瘤形成的基因。,-,对于正常,C,原癌基因和抑癌基因的协调表达 是调,控,C,生长的重要分子机制之一。两者相互制约维持相,对稳定。原癌基因激活或过量表达,(,或抑癌基因的丢,失或失活,),，均可导致肿瘤的发生。,常见的抑癌基因（,P,234,， 表,6-2,）：,基因,染色体定位,相关肿瘤,基因产物及功能,RB,13,q,14,RB,胃癌 乳癌,P,105,抑制生长,WT,11,P,13,WT,肺癌 肝癌,WT-ZFP,NF-1,17,P,12,N,纤维瘤,(/,肉瘤,),GAP,p,53,17,p,13,乳癌 结肠癌,p,53,控制生长,抑癌基因作用机理,目前只对,Rb,（视网膜母,C,瘤基,因）和,P,53,基因的作用机理了解比较清楚。,三、基因诊断,基因诊断的概念,利用基因探针、,PCR,等技术直接探查基因的存在和,缺陷,对人体疾病和状态作出判断,-,即称基因诊断。,基因诊断的常用技术,:,核酸分子杂交,-,聚合酶链式反应,(PCR) -,限制酶谱分析,-,DNA,序列测定,-,单链构象多态性分析,-, 基因诊断的途径和方法,异常基因的直接检测,-,间接的基因诊断,-,多态性连锁分析,四、基因治疗, 基因治疗的概念,-,试图从基因水平 调控,C,中缺陷基因的表达，或以正,常基因矫正、代替缺陷的基因，以此治疗基因缺陷,所,致的遗传病、免疫缺陷、或治疗因癌基因激活,/,或,抑癌,基因失活所致的肿瘤。,-,要实现基因治疗，须先了解该病在,DNA,水平上的发,病机制，并能获得用于弥补缺陷基因的外源正常基因,(,目的基因,),然后以适当方式将目的基因转入体内,并,能在体内表达。, 基因治疗的类型,(2,种,):,体,C,基因治疗,-,健康基因被植入,特殊,缺损,基因的人体（目的是,修复缺损和提高生活质量）,种系基因治疗,-,基因被植入特殊,C (,能传递,遗传特征,给后代,),基因治疗的范围,:,遗传性疾病,肿瘤性疾病,多基因遗传性疾病,糖尿病 高血压,A,硬化等,基因疫苗,-,-Keep You in Health Position and Improve Your Life!,