第7章 生物技术和生物制药

第七章 生物技术和生物制药

第一节 生物学和分子生物学发展史

一、当代生命科学与生物 技术发展的现状和前景转 基 因 技术 基 因 组 学 技术 克 隆 技 术

蛋白质组学技术

生物信息学技术 干细胞组织工程

生 物 芯 片 技术

在生物技术基础研究方面：中国作为 唯一的发展中国家参与了国际人类基因 组计划，高效、准确地完成了1%的测 序工作。

在医药生物技术领域：一批基因工程药物和疫苗已经从实验室研究走向产业化。 在农业生物技术领域：我国首创的杂交水稻 技术已经推广到20多个国家，累计增长粮食 3500多亿公斤；超级杂交稻研究又取得了新 的突破。

超级杂交水稻每公顷产量突破1.2亿吨，率先实现了国际上提出的超级稻指标。

一 进化论和分子遗传学 进化论是生物科学的核心理论，也是生 物科学中最大的统一理论。1859年，英 国博物学家达尔文(Charles Robert Darwin)正式出版了《物种起源》(The Origin of Species)一书，系统阐述了他 的进化学说。“物尽天择，适者生存” 的进化论思想极大地推动了人类社会的 发展。

遗传现象普遍存在于生物界，人们早发 现父母与子女间的相似；某些疾病的家 族遗传性，动物品种可以通过选择性交 配而得到改善。

不能忘记的人

Mendel奥地利原天主教神父

在1865年他根据豌豆七对 不同性状的杂交实验,发现 生殖细胞成熟中同对因子 分离,异对因子自由组合两 条遗传规律,即遗传学分离 规律和自由组合规律.为遗 传学提供了数学基础,创立 了孟德尔学派。

孟德尔遗传学在19世纪中叶，奥地利的孟德尔进行了豌豆的 杂交试验，推导出遗传因子( “基因”)的存 在，并于1865年在《植物的杂交试验》的论文 中阐明了遗传基本定律(Mendel’s laws of heredity):分离定律、独立分配定律、显隐性 定律这三条定律。第二次世界大战后，分子遗 传学取得飞速的发展，重组DNA技术的问世与 发展，导致许多基因被克隆分离，证明孟德尔 的遗传学说完全正确。

遗传(heredity):亲子间的相似现象 “种瓜得瓜，种豆得豆”龙生龙，凤生凤，老鼠生的儿子会打洞

变异(Variation):个体之间的差异 “母生九子，九子各别”

二 分子生物学的发展分子生物学的发展是生命科学范围发展最为迅 速的一个前沿领域，推动着整个生命科学的发 展。分为2个阶段： 1. 准备和萌芽阶段 19世纪后期到20世纪50年代初，是现代分子生 物学诞生的准备和萌芽阶段。 (1)确定了蛋白质是生命的主要基础物质 20世纪20-40年代证明酶的本质是蛋白质。随后 陆续发现生命的许多基本现象(物质代谢、能 量代谢、消化、呼吸、运

动等)都与酶和蛋白 质相联系。

(2)确定了生物遗传的物质基础是DNA

20世纪初确认自然界有DNA和RNA两类核酸，并阐明了核苷酸的组成。1944年O.T.Avery等证明了 肺炎球菌转化因子是DNA;在对DNA结构的研究 上，1949~1952年S.Furbery等的X-线衍射分析阐 明了核苷酸并非平面的空间构像，提出了DNA是

螺旋结构。

2. 现代分子生物学的建立和发展阶段 这一阶段是从50年代初到70年代初，以1953年 Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型作

为现代分子生物学诞生的里程碑，开创了分子遗传学基本理论建立和发展的黄金时代。在发 现DNA双螺旋结构同时，Watson和Crick就提 出RNA在遗传信息传到蛋白质过程中起着中介 作用的假说。

1961 年 Hall 和 Spiege-lman 用 RNA-DNA 杂 交证明mRNA与DNA序列互补；阐明了RNA转

录合成的机理。Nirenberg、Ochoa以及Khorana等几组科学家 的共同努力破译了RNA上编码合成蛋白质的 遗传密码，随后研究表明这套遗传密码在生物 界具有通用性，从而认识了蛋白质翻译合成的

基本过程。遗传信息由DNA到RNA再到蛋白质的过程，

是中心法则。

基因的概念遗传学：基因是生物的遗传物质，是遗传

的基本单位(突变，重组和功能单位)分子生物学：基因是负载特定遗传信息的 一段DNA(或RNA)分子片段。

不能忘记的人

T H Morgan(1866-1945) 美国遗传学家

从1910年到30年代他在果蝇 遗传实验中进一步证实了孟德 尔分离定律和自由组合定律。 他的两大重要发现：一是发现 基因在染色体上，二是发现遗 传的基因链锁和互换定律。建 立了摩尔根基因学说。 他的格言：“实验方法的本 质在于每一种见解和假说都必 须通过实验的检验，然后才被 承认其科学地位。

DNA右手双螺旋结构1953年4月25日在英国的《自然》杂志 上刊登了美国的J.D.沃森和英国的 F.H.C.克里克在英国剑桥大学合作的结 果─DNA 双螺旋结构的分子模型。这一 成就后来被誉为20世纪以来生物学方面 最伟大的发现，也被认为是分子生物学 诞生的标志。

克里克(Crick F.H.C.,1961) 1958年提出关于遗传三联密码的推测。 mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的1 个氨基酸，这3个核苷酸就称为一个密码，也叫三 联密码

1957年开始，尼伦博格(Nirenberg M.W.)等着手 解释遗传密码，经过多人努力至1966年全部64种 密码子都被破译。

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