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1、 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
2、物质是DNA-1944年 证明肺炎球菌转化因子是DNA 1952年 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 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
3、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)-基因是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核
4、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
5、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
6、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
7、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-
8、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，P230）一个碱基被另
9、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 P229-231）：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
10、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
11、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(P232)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P232):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,P232)癌基因表达产物可按其在细胞信号传递系统中的作
12、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（P234，表6-2）：基因 染色体定位 相关肿瘤 基因产物及功能 RB 13q14 RB 胃癌 乳癌 P105 抑制生长 WT 11P13 WT 肺癌 肝癌 WT-ZFP NF-1 17P12 N纤维瘤(/肉瘤)GAP
13、p53 17p13 乳癌 结肠癌 p53 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P53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!,
